LED顯示器件發展簡史及應用趨勢

    新型LED顯示器件有功耗低、亮度高、壽命長、尺寸小等優點，本文從LED顯示器件的發展簡史開始，探討了表面貼裝LED、汽車應用中的LED和照明用LED的發展趨勢，對於從事顯示器件開發的中國工程師有一定參考價值。 

    全球第一款商用化發光二極體(LED)是在1965年用鍺材料作成的，其單價為45美元。隨後不久Monsanto和惠普公司也推出了用GaAsP材料製作的商用化LED。這些早期的紅色LED每瓦大約能提供0.1流明(lumens)的輸出光通量，比一般的60至100瓦白熾燈的15流明要低上100倍。  

    1968年，LED的研發取得了突破性進展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達到了1流明/瓦，並且能夠發出紅光、橙光和黃色光。到1971，業界又推出了具有相同效率的GaP綠色裸片LED。 

    1972年開始有少量LED顯示屏用於鐘錶和計算器。全球首款採用LED的手錶最初還是在昂貴的珠寶商店出售的，其售價竟然高達2,100美元。幾乎與此同時，惠普與德州儀器也推出了帶7段紅色LED顯示屏的計算器。 

    到20世紀70年代，由於LED器件在家庭與辦公設備中的大量應用，LED的價格直線下跌。事實上，LED是那個時代主打的數字與文字顯示技術。然而在許多商用設備中，LED顯示屏也逐漸受到了來自其它顯示技術的激烈競爭，如液晶、等離子體和真空螢光管顯示器。 

    這種競爭性激勵LED製造商進一步拓展他們的產品類型，並積極尋求LED具有明顯競爭優勢的應用領域。此後LED開始應用於文字點陣顯示器、背景圖案用的燈柵和條線圖陣列。數字顯示屏的尺寸和複雜度在不斷增長，從2位數字到3位甚至4位，從7段數字到能夠顯示複雜的文字與圖案組合的14或16段陣列。到1980年製造商開始提供智能化的點陣LED顯示屏。 

    80年代早期的重大技術突破是開發出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的發光效率發出紅光。這一技術進步使LED能夠應用於室外運動信息發布以及汽車中央高位安裝停止燈(CHMSL)設備。1990年，業界又開發出了能夠提供相當於最好的紅色器件性能的AlInGaP技術，這比當時標準的GaAsP器件性能要高出10倍。 

    今天，最亮的材料應是透明基底AlInGaP。在1991年至2001年期間，材料技術、裸片尺寸和外形方面的進一步發展使商用化LED的光通量提高了將近20倍。 

    對高強度藍光LED的不斷研發產生了好幾代亮度越來越高的器件。在1990年左右推出的基於碳化矽(SiC)裸片材料的LED效率大約是0.04流明/瓦，發出的光強度很少有超過15毫堪(millicandel)的。90年代中期的技術突破實現了第一個基於GaN的實用LED。現在還有許多公司在用不同的基底如藍寶石和SiC生產GaN LED，這些LED能夠發出綠光、藍光或紫羅蘭等顏色。高亮藍色LED的發明使真彩廣告顯示屏的實現成為可能，這樣的顯示屏能夠顯示真彩、全運動的視頻圖像。 

    藍光LED的出現使人們還能利用倒行轉換的磷光材料將較高能量的藍光部分地轉換成其它顏色。將藍光與轉換磷的黃光整合在一起就能得到白光，而整合適當數量的藍光與紅橙磷(reddish orange phospher)則可以產生略帶桃色或紫色的色彩。現在僅用LED光源就能完全覆蓋CIE色度曲線中的所有飽和顏色，並且各種顏色LED與磷的有機整合幾乎能夠毫無限制地產生任何顏色。 

    在可靠性方面，LED的半衰期(即光輸出量減少到最初值一半的時間)大概是1萬到10萬小時。相反，小型指示型白熾燈的半衰期(此處的半衰期指的是有一半數量的燈失效的時間)典型值是10萬到數千小時不等，具體時間取決於燈的額定工作電流。 

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