新型LED顯示器件有功耗低、亮度高、壽命長(zhǎng)、尺寸小等優(yōu)點(diǎn)，本文從LED顯示器件的發(fā)展簡(jiǎn)史開(kāi)始，探討了表面貼裝LED、汽車(chē)應(yīng)用中的LED和照明用LED的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于從事顯示器件開(kāi)發(fā)的中國(guó)工程師有一定參考價(jià)值。

全球第一款商用化發(fā)光二極管(LED)是在1965年用鍺材料作成的，其單價(jià)為45美元。隨后不久Monsanto和惠普公司也推出了用GaAsP材料制作的商用化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(fā)取得了突破性進(jìn)展，利用氮摻雜工藝使GaAsP器件的效率達(dá)到了1流明/瓦，并且能夠發(fā)出紅光、橙光和黃色光。到1971，業(yè)界又推出了具有相同效率的GaP綠色裸片LED。

1972年開(kāi)始有少量LED顯示屏用于鐘表和計(jì)算器。全球首款采用LED的手表最初還是在昂貴的珠寶商店出售的，其售價(jià)竟然高達(dá)2,100美元。幾乎與此同時(shí)，惠普與德州儀器也推出了帶7段紅色LED顯示屏的計(jì)算器。

到20世紀(jì)70年代，由于LED器件在家庭與辦公設(shè)備中的大量應(yīng)用，LED的價(jià)格直線下跌。事實(shí)上，LED是那個(gè)時(shí)代主打的數(shù)字與文字顯示技術(shù)。然而在許多商用設(shè)備中，LED顯示屏也逐漸受到了來(lái)自其它顯示技術(shù)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，如液晶、等離子體和真空熒光管顯示器。

這種競(jìng)爭(zhēng)性激勵(lì)LED制造商進(jìn)一步拓展他們的產(chǎn)品類(lèi)型，并積極尋求LED具有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用領(lǐng)域。此后LED開(kāi)始應(yīng)用于文字點(diǎn)陣顯示器、背景圖案用的燈柵和條線圖陣列。數(shù)字顯示屏的尺寸和復(fù)雜度在不斷增長(zhǎng)，從2位數(shù)字到3位甚至4位，從7段數(shù)字到能夠顯示復(fù)雜的文字與圖案組合的14或16段陣列。到1980年制造商開(kāi)始提供智能化的點(diǎn)陣LED顯示屏。
80年代早期的重大技術(shù)突破是開(kāi)發(fā)出了AlGaAs LED，它能以每瓦10流明的發(fā)光效率發(fā)出紅光。這一技術(shù)進(jìn)步使LED能夠應(yīng)用于室外運(yùn)動(dòng)信息發(fā)布以及汽車(chē)中央高位安裝停止燈(CHMSL)設(shè)備。1990年，業(yè)界又開(kāi)發(fā)出了能夠提供相當(dāng)于最好的紅色器件性能的AlInGaP技術(shù)，這比當(dāng)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的GaAsP器件性能要高出10倍。

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

對(duì)高強(qiáng)度藍(lán)光LED的不斷研發(fā)產(chǎn)生了好幾代亮度越來(lái)越高的器件。在1990年左右推出的基于碳化硅(SiC)裸片材料的LED效率大約是0.04流明/瓦，發(fā)出的光強(qiáng)度很少有超過(guò)15毫堪(millicandel)的。90年代中期的技術(shù)突破實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)基于GaN的實(shí)用LED?，F(xiàn)在還有許多公司在用不同的基底如藍(lán)寶石和SiC生產(chǎn)GaN LED，這些LED能夠發(fā)出綠光、藍(lán)光或紫羅蘭等顏色。高亮藍(lán)色LED的發(fā)明使真彩廣告顯示屏的實(shí)現(xiàn)成為可能，這樣的顯示屏能夠顯示真彩、全運(yùn)動(dòng)的視頻圖像。

藍(lán)光LED的出現(xiàn)使人們還能利用倒行轉(zhuǎn)換的磷光材料將較高能量的藍(lán)光部分地轉(zhuǎn)換成其它顏色。將藍(lán)光與轉(zhuǎn)換磷的黃光整合在一起就能得到白光，而整合適當(dāng)數(shù)量的藍(lán)光與紅橙磷(reddish orange phospher)則可以產(chǎn)生略帶桃色或紫色的色彩?，F(xiàn)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，并且各種顏色LED與磷的有機(jī)整合幾乎能夠毫無(wú)限制地產(chǎn)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(shí)間)大概是1萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí)。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(shù)量的燈失效的時(shí)間)典型值是10萬(wàn)到數(shù)千小時(shí)不等，具體時(shí)間取決于燈的額定工作電流。

表面貼裝LED

為了利用自動(dòng)化組裝技術(shù)降低制造成本，從20世紀(jì)80年代開(kāi)始業(yè)界逐漸推廣使用表面貼裝器件(SMT)，90年代這一技術(shù)得到了進(jìn)一步強(qiáng)化。最初的SMT LED作為低功率器件被主要用于指示設(shè)備和手機(jī)鍵盤(pán)的照明，后來(lái)又開(kāi)發(fā)出大功率的SMT器件用于汽車(chē)面板照明、剎車(chē)燈，并擴(kuò)展用于專(zhuān)業(yè)和一般的照明設(shè)備。

SMT是蜂窩/PCS電話機(jī)的主要技術(shù)要求，現(xiàn)在看來(lái)這一市場(chǎng)仍具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?001年全球手機(jī)的制造量大約有3.8億部，據(jù)預(yù)測(cè)今年的制造量將上升到4.3億部，到2005年將達(dá)到5.2億部。一部手機(jī)平均要使用10個(gè)表貼型LED，也即意味著僅手機(jī)市場(chǎng)對(duì)LED的需求就達(dá)到了40億個(gè)。

手機(jī)功能的不斷升級(jí)也進(jìn)一步刺激了對(duì)更高性能LED的需求。確切說(shuō)，手機(jī)設(shè)計(jì)人員需要多種多樣的LED，包括更高亮度的單色LED器件、真彩LCD顯示屏(特別是第2.5代和第3代手機(jī)的LCD)背景光源用的白色LED以及實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化所需的藍(lán)色和紫羅蘭色等特殊色LED。同時(shí)，由于手機(jī)的復(fù)雜度越來(lái)越高，體積也越來(lái)越小，有更多的用戶(hù)對(duì)LED提出了更薄更小外形包裝的要求。

特別是越來(lái)越多的人希望高性能LED能提供“芯片LED”的表貼封裝，即工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的1.6×0.8mm外形尺寸。

話機(jī)制造商要求對(duì)LED的顏色與強(qiáng)度進(jìn)行分類(lèi)，以確保背景光源設(shè)備能與用戶(hù)需求取得高度一致。這樣做能使LED非常適合用于背景光源設(shè)備，即LCD、按鍵、前面板、符號(hào)與鍵盤(pán)背景照明等，因?yàn)檫@些設(shè)備上顏色與光強(qiáng)度的和諧統(tǒng)一非常重要。

（助編：xiaohu）