led大屏幕显示光源与二维半导体照明技术的发展

        梁秉文，周 鸣，刘乃涛
（南京汉德森半导体照明有限公司，江苏南京21 100）

   摘 要：论述  LED大屏幕显示用模块光源和二维半导体（平板）照明光源技术的发展概况，并就其发展过程中遇到的关键共性技术问题进行讨论。笔者认为 LED大屏幕显示为二维半导体照明光源技术奠定了良好的基础。
关键词：大屏幕显示；平板照明，LED照明光源

         1 引言
    随着科学技术的快速发展和新材料的不断涌现，新技术将取代老的过时的技术，新产品将替代旧的产品，每一次变化都可能给相关产业带来革命性的变化。在电子元器件领域，从真空电子管发展到晶体管集成电路，电子工业发生了革命性的变化；在与电视机和计算机相关的显示领域，从阴极射线管（CRT）到液晶显示器（LCD），到目前正在兴起的全彩超高亮度LED／OLED，同样发生了质的变化，给人们的视觉享受带来了全新的体验。在照明领域，另一场革命也在悄悄发生，那就是从白炽灯．荧光灯向高光通量的半导体LED固态照明发展。
    LED之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身具有诸如亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成．驱动简单、寿命长、抗震动、耐冲击、耐低温且性能稳定等很多优点。归纳起来，LED的主要特点是省电、环保和长寿命，因此发展前景极为广阔。随着化合物半导体外延和芯片制作以及加工工艺技术逐步成熟和完善，LED正朝着两个方向发展：一方面器件越做越小，已在大屏幕显示器件中占主导地位；另一方面功率越做越大，正逐步朝特殊和普通照明方向发展。
2 大屏幕显示用LED光源发展概况
    LED的商业化应用是从1962年开始的。随着显示用LED光源产业的发展，LED显示屏产业经历了几个发展阶段。从亮度来说，LED显示屏经历了从室内应用走进半室外和室外的阶段；从色彩角度讲，
LED显示屏则经历了单色、三色（由双基色组成）和全彩色的过程；从图像表现能力来说，LED显示屏经历了数码、文字、动画图片、视频图像以及未来将出现的高清晰视频图像等阶段。所以总结起来可以说，随着LED光源技术和控制技术的进步，LED显示屏的市场发展经历了从室内到室外，从双基色到全彩，从低分辨率到高分辨率的几个阶段（见图1）。

   LED则由子弹头形，到椭圆形，再到表贴形式。显示模块像素管到点阵模块（见图2）。LED的主要性能指标则表1和表2。（略）

2．1 室内双基色文字显示阶段
    1991年以前，受材料体系的限制，最早的GaP和GaAsP LED只有红色和绿色，并且亮度很低。尽管在那段时间，LED一直受到颜色和发光效率的限制，但由于GaP和GaAsP LED具有寿命长、可靠性高、工作电流小、可与TTL、CMOS数字电路兼容等许多优点，因而一直受到使用者的青睐，应用于指示灯、数字和文字显示。由于当时LED的颜色有限，它只能被用来制造单色显示屏或红、绿双基色显示屏。受发光管价格的制约，显示模块产品的成本较高，这一时期也是LED显示屏的成长时期。
    单色模块的像素点由一种发光芯片组成，只能显示一种颜色，多数用红色涸为红色的发光效率较高，可以获得较高的亮度。双色模块的像素点由红色和绿色两种发光芯片组成，可显示红、绿、黄三种颜色。双色模块的制作工艺是首先把发光芯片做成点阵模块域数码管），再由模块拼接为一定尺寸的显示单元板；再按用户要求，把显示单元板拼接成用户所需要的尺寸。点阵屏亮度很低；一般不超过500cd／m2；只能用于室内。主要用证券交易、金融信息显示，邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示，机场航班动态信息显示，以及电力调度信息显示等。
2．2 高亮度双基色户外应用阶段
    上个世纪90年代，高亮度、全彩色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。对高亮度AIGaInP的研制进展十分迅速，现已达到常规材料AlGaAs、GaAsPD和GaP不可能达到的性能水平。1991年，美国惠普与日本东芝公司分别研制成功AlGaInP 620nm的橙色超高亮度LED。1992年AlGalnP 590nm黄色超高亮度LED实用化。由于AlGalnP系超高亮度LED的亮