LED显示屏发展历程30年回顾[1]
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革命性的LED 照明Revolutionary LED lighting一、LED 的发展在市场需求与技术进步的推动之下,LED 经历了一段辉煌的历史。
第一批产品出现于1968年,年,Monsanto Monsanto 公司将其作为指示灯泡,公司将其作为指示灯泡,Hewlett-Packard Hewlett-Packard 公司则首次用于电子显示设备。
早期产品是GaAsP LED,LED,性能相当差,工作电流性能相当差,工作电流20mA 光能量只有千分之几流明。
相应的发光效率为0.1lm/w 0.1lm/w。
而且只有一种光色650nm 的红色光。
七十年代上半期技术进步很快,七十年代上半期技术进步很快,发光效率达发光效率达到1 lm/w 。
颜色也扩大到红色、绿色和黄色。
八十年代GaAlAs LED 的红光效率提高到1010lm/w lm/w 。
20世纪90年代初期,惠普公司光电部、年代初期,惠普公司光电部、Lumi-Leds Lighting Lumi-Leds Lighting 公司和松下公司的工程师们就已经掌握了如何用金属有机化学汽相沉积法在GaAs 衬底上外延生长AllnGaP 的工艺,AllnGaP 材料在可见光谱区产生红光和橙光。
合金有序化、受主原子的氢钝化、p-n 结排列,以及把氧掺入含铝器件层都是相光复杂的,这些问题耗费了近10年时间才得以解决。
最终实现了内量子效率接近100%100%的的ALInGaP 发光二极管。
几乎每个注入到器件中的电子空穴对都产生一个光子,因此如何使在半导体发光二极管内形成的光子到达二极管外就成了一种挑战。
首先是如何防止光被窄带隙首先是如何防止光被窄带隙((0.87nm 0.87nm))GaAs 衬低吸收。
研究人员曾经尝研究人员曾经尝 试过在布喇格反射镜的外延结构中掺杂并在GaP 衬底上直接生长的技术。
但是最成功的还是通过蚀刻法强力除去GaAs 衬底,采用芯片接合法取代GaP 的技术。
LED屏的发展史LED诞生于1923年,罗塞夫在研究半导体sic时发现掺有杂质的p-n结,通电后会有光发射出来,由此研制出了发光二极管,但之后LED的应用一直不受重视。
随着电子工业的快速发展,在60年代,显示技术得到迅速发展,人们研究出pdp激光显示等离子显示板、LED 液晶显示器、发光二极管led、等多种显示技术。
由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善,发光二极管已日趋在固体显示器中占主导地位。
LED之所以受到广泛重视并得到迅速发展,是因为它本身有很多优点。
例如:亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定,其发展前景极为广阔。
目前正朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发光均匀性、全色化发展。
随着发展,人们需要—种大屏幕的显示设备,于是有了投影仪,但是其亮度无法在自然光下使用,于是出现了LED显示器(屏),它具有视角大、亮度高、色彩艳丽的特点。
LED大屏幕的发展呈现如下几个发展阶段:1、第一代:单色LED显示屏以单红色为基色,显示文字及简单图案为主,主要用于通知、通告及客流引导系统。
2、第二代:双基色多灰度显示屏以红色及黄绿色为基色,因没有蓝色,只能称其为伪彩色,可以显示多灰度图像及视频,目前在国内广泛应用于电信,银行,税务,医院,政府机构等场合,主要显示标语,公益广告及形象宣传信息。
3、第三代:全彩色(full color)多灰度显示屏以红色,蓝色及黄绿色为基色,可以显示较为真实的图像,目前正在逐渐替代上一代产品。
4.、第四代:真彩色(true color)多灰度显示屏以红色,蓝色及纯绿色为基色,可以真实再现自然界的一切色彩(在色坐标上甚至超过了自然色彩范围)。
可以显示各种视频图像及彩色广告,其艳丽的色彩,鲜亮的高亮度,细腻的对比度,在宣传广告领域应用具有极好的视觉震撼力。
真彩色5mm户内大屏幕属于上述第四代产品。
它具有高亮度,不受环境亮度影响,厚度薄,占用场地小,色彩鲜艳丰富,视角宽,可以在宽敞的厅堂环境应用,没有拼接图像损失。
LED 显示屏发展历程 30年回顾1970年代最早的 GaP 、 GaAsP 同质结红、黄、绿色低发光效率的 LED 已开始应用于指示灯、数字和文字显示。
从此 LED 开始进入多种应用领域,包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等,遍及国民经济各部门和千家万户。
到 1996年 LED 在全世界的销售额已达到几十亿美元。
尽管多年以来 LED 一直受到颜色和发光效率的限制, 但由于 GaP 和 GaAsP LED具有长寿命、高可靠性 , 工作电流小、可与 TTL 、 CMOS 数字电路兼容等许多优点因而却一直受到使用者的青眯。
最近十年, 高亮度化、全色化一直是 LED 材料和器件工艺技术研究的前沿课题。
超高亮度 (UHB是指发光强度达到或超过 100mcd 的 LED ,又称坎德拉 (cd 级 LED 。
高亮度 A1GaInP 和 InGaN LED的研制进展十分迅速,现已达到常规材料GaA1As 、 GaAsP 、 GaP 不可能达到的性能水平。
1991年日本东芝公司和美国HP 公司研制成 InGaA1P 620nm 橙色超高亮度 LED , 1992年 InGaA1p590nm 黄色超高亮度 LED 实用化。
同年,东芝公司研制 InGaA1P 573nm 黄绿色超高亮度 LED ,法向光强达 2cd 。
1994年日本日亚公司研制成 InGaN 450nm 蓝 (绿色超高亮度LED 。
至此,彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的 LED 都达到了坎德拉级的发光强度,实现了超高亮度化、全色化, 使发光管的户外全色显示成为现实。
我国发展 LED 起步于七十年代, 产业出现于八十年代。
全国约有 100多家企业, 95%的厂家都从事后道封装生产,所需管芯几乎全部从国外进口。
通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术, 使我国LED 的生产技术已向前跨进了一步。
一、LED发展历史介绍1907 年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。
由于其发出的黄光太暗,不适合实际应用;更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应,研究被摒弃了。
二十年代晚期Bernhard Gudden 和Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。
再一次因发光暗淡而停止。
1936 年,George Destiau 出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。
随着电流的应用和广泛的认识,最终出现了“电致发光”这个术语。
二十世纪50 年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60 年代面世。
据说在早期的试验中,LED 需要放置在液化氮里,更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。
第一个商用LED 仅仅只能发出不可视的红外光,但迅速应用于感应与光电领域。
60年代末,在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED.磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮,甚至产生出橙色的光。
到70 年代中期,磷化镓被使用作为发光光源,随后就发出灰白绿光。
LED 采用双层磷化镓蕊片(一个红色另一个是绿色)能够发出黄色光。
就在此时,俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED.尽管它不如欧洲的LED 高效。
但在70 年代末,它能发出纯绿色的光。
80 年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED 的诞生,先是红色,接着就是黄色,最后为绿色。
到20 世纪90 年代早期,采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED.第一个有历史意义的蓝光LED 也出现在90 年代早期,再一次利用金钢砂-早期的半导体光源的障碍物。
依当今的技术标准去衡量,它与俄国以前的黄光LED 一样光源暗淡。
90 年代中期,出现了超亮度的氮化镓LED,随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led.超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心,在这个发光蕊片上抹上荧光磷,然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。
第36卷第12期激光与红外V o.l36,N o.12 2006年12月LA SER&I N FRARED D ece m ber,2006文章编号:1001-5078(2006)12-1089-032005年我国LED显示屏产业发展综述关积珍,陆家和(中国光学光电子行业协会LED显示屏分会,北京100081)摘要:文章总结了2005年国内LED显示屏产业发展总体情况,对LED显示屏产业和市场发展进行了分析,介绍了LED显示屏产业技术和标准化进展,展望了LED显示屏产业的未来发展趋势。
关键词:LED显示屏;产业发展;市场中图分类号:T-1;TN873文献标识码:ASu mm arization about LED Dis play PanelM ar ket and I ndustrialDevel op m ent of Chi na i n2005GUAN J-i zhen,LU Jia-he(LED P anel B ranch o f Chi na O pti cs and O ptoe l ec tron i cs M anu fact ures A ssoc i a ti on-COE M A,Be ijing100081,Ch i na)Ab stract:In the arti c le LED d isplay pane lma rket and i ndustria l deve l op m ent of Ch i na i n2005are rev ie w ed,the pro-gress o f techno l ogy and standa rdiza ti on o f LED d i sp l ay panel a re i ntroduced,and look into the f uture about LED d i s-play i ndustr i a l deve l op m ent.K ey w ords:LED display pane;l industr i a l develop m ent;m a rke t自进入新世纪以来,中国LED显示屏行业一直以相当快的速度在平稳地发展,新世纪头几年每年约以20%速度增长。
led显示屏的发展历程自上世纪60年代开始,LED(发光二极管)作为一种新型的光电显示技术开始快速发展并逐渐应用于各个领域。
LED显示屏的发展历程可以大致分为以下几个阶段:1. 早期阶段:LED显示屏在70年代初期开始被广泛应用于数字钟表、电子手表以及简单的显示面板等小尺寸设备上。
这些早期的LED显示屏主要由红色的LED构成,其显示效果相对简单。
2. 单色LED显示屏阶段:随着LED技术的进一步发展,80年代中期开始出现了单色LED显示屏。
这些显示屏可以根据需要选择不同颜色的LED灯珠,常见的有红色、绿色和黄色。
单色LED显示屏因其稳定可靠的性能被广泛应用于电子显示牌、室外广告牌等场合。
3. 双色LED显示屏阶段:90年代初,双色LED显示屏开始逐渐出现。
这种显示屏由红色和绿色的LED灯珠组成,可以通过控制两种颜色的亮灭程度来实现不同的颜色效果。
双色LED显示屏的出现使得显示效果更加丰富多彩,被广泛应用于体育场馆、车站等场所。
4. 全彩LED显示屏阶段:2000年代初,全彩LED显示屏开始迅速发展。
全彩LED显示屏由红、绿、蓝三种LED灯珠组成,可以通过不同灯珠的亮灭来合成任意颜色。
全彩LED显示屏的出现使得画面更加细腻、丰富,被广泛应用于各种大型舞台演出、体育赛事、室内外广告牌等场合。
5. 高清、室内外兼容性增强阶段:随着科技的不断进步,LED 显示屏技术得到了进一步发展。
目前的LED显示屏具有更高的分辨率和亮度,可以呈现更真实、清晰的图像和视频。
同时,LED显示屏在室内外兼容性上也有了显著提高,可以适应各种环境下的展示需求。
总的来说,LED显示屏经历了从早期单色到双色再到全彩的发展过程,不断提升了显示效果和可靠性。
随着技术的不断进步,LED显示屏将继续在电子显示领域发挥重要作用,并有望实现更多的创新和突破。
LED显示屏的发展历史LED显示屏是八十年代后期在全球迅速发展起来的新型信息显示媒体,它利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成大面积显示屏幕,有情能稳定、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点,在短短的十来年中,迅速成长为平板显示的主流产品,在信息显示领域得到了广泛的应用。
一、 LED显示屏发展的简要回顾发光二极管(LED)是六十年代未发展起来的一种半导体显示器件,七十年代,随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和P-N结形成技术的研究进展,发光二极管在发光颜色、亮度等性能得以提高并迅速进入批量化和实用化。
进入八十年代后,LED在发光波长范围和性能方面大大提高,并开始形成平板显示产品即LED显示屏。
LED显示屏发展经历了三个阶段:(1)1990年以前LED显示屏的成长速度受到限制。
一方面,受LED材料器件的限制,LED显示屏的应用领域没有广泛展开,另一方面,显示屏控制技术基本上是通讯控制方式,客观上影响了显示效果。
这一时期的LED显示屏在国外应用较广,国内很少,产品以红、绿双基色为主,控制方式为通讯控制,灰度等级为单点4级调灰,产品的成本比较高。
(2)1990-1995年,这一阶段是LED显示屏迅速发展的时期。
进入九十年代,全球信息产业高速增长,信息技术各个领域不断突破,LED显示屏在LED材料和控制技术方面也不断出现新的成果。
蓝色LED晶片研制成功,全彩色LED显示屏进入市场;电子计算机及微电子领域的技术发展,在显示屏控制技术领域出现了视频控制技术,显示屏灰度等级实现16级灰度和64级灰度调灰,显示屏的动态显示效果大大提高。
这一阶段,LED显示屏在我国发展速度非常迅速,从初期的几个企业、年产值几千万元发展到几十家企业、年产值几亿元,产品应用领域涉及金融证券、体育、机场、铁路、车站、公路交通、商业广告、邮电电信等诸多领域,特别是1993年证券股票业的发展更引发了LED显示屏市场的大幅增长。
LED行业状况[2011.06.03]LED行业:行业基本情况(一)LED行业的总体发展1.LED技术发展历程自20世纪60年代初首只GaAsP红光LED诞生以来,人类一直致力于半导体照明光源技术的实现. 早期LED的芯片材料以GaP,GaAsP,AlGaAs 为主,受其亮度限制,应用领域限于家用电器,仪器仪表,消费电子产品等,主要用于工作状态指示;20世纪90年代,随着AlGaInP材料的出现,LED在光谱的红,橙,黄部分均可得到很高的发光效率.目前,功率型白光LED产品光效已超过100流明/瓦, 大大超过白炽灯的15流明/瓦,并已超过节能灯的90流明/瓦.随着技术的不断进步,发光效率不断提高,LED的应用得到逐步推广.LED初期主要应用于仪表指示灯,汽车尾灯,户外可变信号及交通信号灯等领域,随着GaInN材料技术的迅速发展,蓝,绿和基于蓝光LED的白光LED实现了产业化,并使LED的应用领域拓展到室内外全彩显示屏,室外照明,室内照明及各种城市亮化工程及背光源等.2.全球LED行业的总体情况(1)全球LED市场的发展LED被称为第四代照明光源或绿色光源,具有节能,环保,寿命长,体积小等显著优势.近年来,随着LED行业研发和生产技术的不断进步,LED 产品得到越来越广泛的应用,使得全球LED市场保持了快速增长的态势,根据台湾拓扑产业研究所的统计,LED市场2002年至2007年复合增长率达到11%,2008年受到全球金融危机影响,市场需求迅速下降,整体市场景气度下降,产品价格随之向下调整,导致2008年全球LED市场规模仅实现约3%的微幅增长.预计2010-2012年,照明,显示及大尺寸背光源的应用将带动LED产业的新一轮高速增长,年复合增长率约16%.(2)全球LED产业发展的制约因素短期内,MOCVD设备和衬底材料等产业链局部存在供应瓶颈,将成为限制LED芯片及应用产品供应快速增长的重要因素.在整个LED产业链中,用于在衬底材料上生长半导体层的MOCVD外延炉是最重要的设备,也是投资最大的部分.由于MOCVD技术复杂度极高,除少数日本LED企业生产仅供自用或限于本国内销售的设备外,目前可以大规模向全球供货MOCVD外延炉的只有Aixtron和Veeco两家公司,两者合计占有了全球90%以上的市场份额,形成寡头垄断局面.受下游需求高速增长的刺激,全球众多LED芯片生产厂商开始为扩产大规模订购MOCVD外延炉,两家设备生产企业的产能无法及时跟上,制约了LED 芯片产能的增长.同时,作为80%以上LED芯片所使用的衬底材料的人造蓝宝石基板也存在供应瓶颈.由于人造蓝宝石的铸锭工艺十分复杂,生产设备从订购到形成产能,即使对于有经验的企业,通常也需要一到两年的时间.因此,关键生产设备及蓝宝石衬底材料的供应瓶颈,将导致LED芯片的供应紧张,从而成为LED行业扩充产能的主要制约因素.3.中国LED行业的总体情况(1)中国LED行业的市场规模随着经济的快速发展,政府日益重视节能减排工作,"十一五"规划纲要提出,到2010年万元GDP能耗降低20%,主要污染物排放减少10%. 在我国2009年初开始实施的4万亿投资计划中,有2,100亿元投资投向节能减排和生态建设工程,中央财政也继续增加节能减排支出,2009年全年安排资金300亿元,并额外安排80亿元用于发展可再生能源.在这样的大背景下,LED产业在我国的发展得到了各地政府的大力支持,成为节能减排,拉动内需,发展绿色GDP的主力军. 当前各地政府均颁布了扶持政策支持本地的半导体照明产业发展.国家发改委,科技部,工信部等六部委联合制定《半导体照明节能产业发展意见》,进一步为我国半导体照明节能产业健康有序发展做出了全局性的规划.根据"国家半导体照明工程研发及产业联盟"统计,2009年,我国LED芯片产值增长25%,达到23亿元;LED封装产值达到204亿元,较2008年的185亿元增长10%,产量则由2008年的940亿只增加10%,达到1,056亿只,其中SMDLED特别是大功率LED封装增长较快;LED应用产品产值增长30%以上达到600亿元,其中LED 全彩显示屏,景观照明,背光源,信号,指示等仍然是主要应用领域.从企业数量看,截至2008年底,我国共有LED企业3,000余家,大部分分布在封装及应用领域.其中,上中游的外延片及芯片生产商有25家左右,下游封装企业约有600家,应用产品生产企业1,500家以上,其余为配件商,渠道商等.(2)中国LED应用领域的分布2009年,我国LED应用产业在摆脱金融危机的影响后取得了较快的增长,增速在30%以上,产值达到600亿元.根据中国"国家半导体照明工程研发及产业联盟"的统计,2009年,LED显示屏和照明是最主要的LED应用领域.(3)中国LED产业布局我国LED产业主要以封装和应用领域制造为主,已经成为世界重要的中低端LED封装基地和中高端LED显示屏生产基地.总体而言,我国南方的LED产业化程度较高,北方则依托众多高校和科研机构,产品研发实力较强.从地域上看,我国LED企业主要集中在珠江三角洲,长江三角洲,环渤海经济圈以及闽赣地区,形成四大聚集区域.这四大区域一直是中国LED产业发展的基础所在,也是LED产品应用推广的主要地区.其中,珠江三角洲和长江三角洲是国内LED产业最为集中的地区,集中了全国80%以上的相关企业,产业链较为完整,产业综合优势较为明显,是国内LED产业发展最快的区域. 与LED有关的设备及原材料供应商纷纷在这两个区域落户,产业集群效应正在逐步显现.随着近年LED的技术提升和应用领域拓展,LED产值规模逐渐增加,我国内地市场也逐渐兴起,考虑到未来战略布局,近一阶段"川陕渝西三角"及"两湖一徽"地区的LED产业的规模效应和群聚效应也初步显现.(4)中国LED行业整体发展水平整体来讲,我国大陆LED产业起步较晚,从下游封装和应用做起,逐步进入上游外延片和芯片领域,产业规模迅速扩大,已成为全球重要的LED 产业基地之一.受全球芯片需求快速增加的影响,中国大陆外延芯片产能增加迅速,已成为全球第三大GaN芯片生产基地.根据"国家半导体照明工程研发及产业联盟"的统计,到2009年,我国已有MOCVD设备153台,芯片产量较2008年增长25%,达到552亿只,芯片国产率达到52%. 产量大幅提高的同时,国产芯片的性能也得到较快提升,在显示屏,信号灯,户外照明及中小尺寸背光等高端领域应用并获得认可.我国的LED封装产业从技术水平,产品质量,设备自动化程度及生产规模看,已接近国际水平. LED封装材料及配件的配套能力较强,除个别材料外,绝大部分材料均为国内提供,但封装所需芯片尤其大功率高档芯片主要靠进口.我国LED显示屏应用产业的技术基础, 关键技术和产品质量与国际先进水平基本靠拢,但在结构工艺,规范化,整机系统设计,可靠性,检测手段等细节方面仍有提升空间.总体而言,我国LED显示屏应用产业已经具备了较强实力.面对国际知名厂商的竞争,国内厂商仍然占据了国内LED显示屏大部分的市场份额,并涌现出一批包括本公司在内的优秀企业,对促进上游芯片,封装行业的发展起了重要作用. 同时,我国LED显示屏产业的专业化分工逐步形成,专注于显示屏生产的制造商,渠道销售商,工程安装售后服务运营商等各类专门企业出现,分工明确,密切合作,发展共赢的局面正在形成,专业化分工有利于企业做精,做强,做大,对推动整个产业的健康发展有积极的意义.受价格,消费者认知等因素所限,目前我国LED照明市场规模还未充分打开,尚未真正形成规模化产业.但在我国LED景观照明,市政照明等领域的应用已经取得很大的进展,将加速LED照明替代传统照明的进程.(二)LED显示屏行业发展概况1.中国LED显示屏行业发展历程1990年以前是我国LED显示屏行业的成长初期.这一时期的LED显示在国内应用较少,产品以单色和红,绿双基色LED显示屏为主,控制方式为通信控制,灰度等级为单点4级调灰,产品成本较高.1990-1995年,这一阶段是LED显示屏行业迅速发展的时期.LED全彩显示屏开始进入市场,生产规模从初期的几家企业,年产值几千万元发展到几十家企业,年产值几亿元,产品应用领域拓展至金融证券,体育,机场,铁路车站,公路交通,商业广告,邮电电信等诸多领域.1996-2000年,LED显示屏行业进入一个总体提高,产业格局调整完善的时期.行业竞争加剧,产品价格降低,应用领域更为广阔,产品在质量,标准化等方面出现了一系列新的问题,促使行业规范和引导进一步到位. 到2000年,产业整体规模接近15亿元.2001-2005年,我国LED显示屏行业稳步发展,整体规模逐年提升,2005年产业规模达到约40亿元.2006-2008年,我国LED显示屏行业进入又一个新的历史发展阶段,产业规模提升幅度加快,2007年产业总体增幅达到44%,产业的集约化发展效应明显.全行业技术不断进步,常规产品的标准化和技术体系开始建立,具备了特殊LED显示屏工程设计和实施能力.我国已经成为LED显示屏产品的制造大国和应用大国.2008年至今,我国LED显示屏行业继续保持飞速发展,在设计理念,技术创新,工程规模,显示效果等诸多方面步入新的阶段. LED全彩显示屏在2008年北京奥运会,建国六十周年庆典和2010年上海世博会等大型活动的成功运用,大力带动了LED全彩显示屏的需求增长.根据中国光协LED显示应用分会的不完全统计,其会员单位承担实施的2008北京奥运LED显示应用工程项目有近百项,共提供各类LED显示屏幕类产品近千块,总显示面积上万平方米.2.LED显示屏行业的市场规模金融危机之后,随着全球经济的回升,预计全球LED显示屏市场仍然会保持较高速度的增长. 预计2010-2013年,全球LED显示屏的市场规模将逐年增加至137.68亿美元左右.与全球市场相比,中国LED显示屏市场基数较小,新厂商不断涌入,整体规模增长迅速.2009年,中国LED显示屏市场规模约为103.23亿元.预计2010年中国LED显示屏市场规模可增长到128.54亿元,同比增速24.52%. 预计2013年,中国LED显示屏市场规模将增长到240.94亿元,比2009年接近翻番.与单色和双基色显示屏相比,高端LED全彩显示屏拥有不可比拟的优势.2009年,全彩显示屏在全球LED显示屏市场中占比约35%,市场潜力巨大. 随着LED全彩显示屏应用技术进步,特别是成本和价格的降低,预计2011年至2013年,全彩色LED显示屏在全球市场的增长将保持在20%以上,至2013年,全球LED全彩显示屏市场规模将增至64.12亿美元,占全球LED显示屏市场规模的近一半.与全球相比,我国LED全彩显示屏发展历史较短,但是发展速度极快. 尤其在2008年奥运会,建国六十周年庆典及2010年世博会等重大场合,LED全彩显示屏的成功应用充分显示了产品优势和行业成熟度. 2009年,我国LED全彩显示屏销售额接近65.65亿元人民币.从行业分布来看,目前全彩显示屏市场的客户主要集中在高端市场,以媒体广告,交通诱导,舞台表演,体育场馆,政府工程显示五个领域为主.由于LED全彩显示屏的低耗,节能,亮度高,显示效果优异等综合优势,正快速取代灯箱,霓虹灯和磁翻板等传统户外媒体,以及单,双色LED显示屏.未来各类大型户外媒体,广告,体育场馆,公共交通,大型剧院,展会,演唱会等领域对全彩显示屏的应用需求将持续高速增长,市场潜力巨大. 根据中国光学光电子行业协会的预计,2010年至2013年中国LED全彩显示屏市场年均增长率将稳定在30%左右,到2013年,中国LED全彩显示屏市场规模预计达到187.93亿元,占中国LED显示屏市场规模的约78%.3.LED显示屏行业的发展趋势LED显示屏产品未来的总体发展趋势是: 高亮度,全彩化;标准化,规范化;产品结构多样化.高亮度,全彩化:随着LED成本与价格的逐年下降,高亮度,全彩色LED显示屏将是LED显示屏的重要发展方向与增长点.标准化,规范化:近几年业内的发展,市场竞争在传统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段,传统产品价格经过几番回落调整后,现在已经基本达到均衡状态,产品质量和系统可靠性等将成为重要的竞争因素,这就对LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求. 未来,常规LED显示屏产品中,标准化显示器件和控制系统等会得到更加广泛的采用,技术性不强,售后服务体系不完善的企业面临市场淘汰风险,预计今后几年内一批小规模LED显示屏厂商将逐步淡出市场.产品结构多样化:从产品应用领域看,面向信息服务领域的LED显示屏产品种类将更加丰富,如公共交通,停车场,餐饮,医院等综合服务方面;从产品形态看,异形,超轻薄,高清晰等新型产品将更趋成熟,更适应用户的个性化需求.(三)LED照明行业发展概况1.LED照明行业的发展情况(1)技术进步推动LED照明行业发展LED技术是推动LED照明行业发展的根本动力.1992年,蓝色LED在Nichia公司成功走出实验室,1997年,白光LED诞生.在技术进步的基础上,LED发光效率不断提高,同时成本逐渐降低,这是促进LED照明产业发展的两大关键因素.一方面,随着全球LED技术的不断进步,发光效率从最初的约0.1流明/瓦,发展到目前全球一线厂商量产技术达到约132流明/瓦,发光效率产生了质的提升.目前LED一般厂商的平均光效已能够满足室内外照明的要求,且LED芯片厂商仍在不断致力于光效的提升,LED光效的提升直接关系到成本的降低.Nichia公司于2009年2月发表了代表业内最高光效的小功率白光LED,光效达249流明/瓦;美国Cree公司于2010年发布了光效达208流明/瓦的大功率白光LED.截至2010年上半年,量产的大功率LED最高光效可达到132流明/瓦.另一方面,LED价格在不断降低,但仍与传统照明工具存在5-10倍左右的价格差异,这种价格差异上的劣势在室内照明方面体现得尤为突出.LED照明产品价格下降到与传统照明具有竞争力的水平,仍尚待时日.(2)各国政策推动LED照明行业发展各国推广LED照明的政策是加速产业发展的动因.与白炽灯,荧光灯等传统照明光源相比,LED具有节能环保,响应速度快,寿命长,体积小等优势,将逐渐成为传统照明光源的替代品.全球LED照明行业呈现快速增长的态势.相同亮度下的LED照明的耗电仅为普通白炽灯的约1/10,节能灯的约1/2,寿命延长近100倍. 世界各主要国家出台了推广LED节能灯的相关政策,日本,美国,欧盟等地纷纷制定了白炽灯的停产及禁用计划.随着各国政府对LED照明的政策扶持和推广,LED照明产品的推广使用在公共照明领域率先启动,LED路灯,隧道灯等户外照明市场发展较快. 此外,LED照明产品在一些特殊领域已经显示出特有的竞争优势,如景观照明,便携照明,小区域照明等领域,而受限于成本,在家庭,办公室,商店,酒店用普通照明等领域仍未得到广泛普及应用.2.LED照明行业的市场规模LED照明产业发展的必然趋势是:发光效率不断提升,同样参数芯片的价格不断下降,这两大因素是LED照明产业规模迅速扩大的前提.照明领域是LED应用的未来,市场容量将保持高速增长.根据中国电子元件行业协会的统计,随着LED技术不断进步及应用领域的开拓,全球LED照明市场将保持20%以上的快速增长,到2013年,全球LED照明市场规模将达到350.70亿美元.2008年,中国传统照明生产总值约为2 ,300亿元,且近五年来以20%以上的速度增长. 普通白光照明市场现今仍然被白炽灯,荧光灯,金属卤化物灯等传统光源占据.在我国倡导节能减排的政策背景下,LED照明在我国的发展得到了各地政府的大力支持,成为节能减排,拉动内需,发展绿色GDP的主力军.2009年10月,国家发改委,科技部,工信部等六部委联合制定《半导体照明节能产业发展意见》,进一步为我国半导体照明节能产业健康有序发展做出了全局性的规划,力争在2010年到2015年间,LED功能性照明达到20%左右,景观装饰等产品市场占有率达到70%以上,实现年节电400亿千瓦时,相当于年减排二氧化碳4,000万吨.我国LED照明产业潜在市场巨大,并受惠于一系列产业扶持政策,具有十分广阔的发展空间.根据统计,我国LED照明市场呈快速增长趋势,预计2009年至2013年,市场规模的复合增长率达到43.58%,到2013年,我国LED照明市场规模有望达到730亿元.随着各国政府对LED照明的政策扶持和推广,LED照明产品的推广使用在公共照明领域率先启动,特别是带动了LED路灯市场的迅猛发展.据台湾拓扑产业研究所的分析,2009年,全球LED路灯装置数量约250万盏,渗透率达到1%,2010年,全球LED路灯可达到450万盏,渗透率达到2%以上.根据中国电子元件行业协会的预测,全球LED路灯市场在2010年后将呈高速增长,2009至2013年复合增长率高达97.75%,至2013年,全球LED路灯市场规模达到21.59亿美元.我国于2008年启动了"十城万盏"LED应用试点示范项目,目标在2011年底之前在全国21个示范城市点亮600万盏LED路灯,2009-2011年分别为100万盏,200万盏,300万盏,在2012年规划建设500万盏LED路灯. 项目启动后,北京,东莞,厦门,石家庄等十余座城市已陆续开始投资于LED路灯新建或改造工程. 在目前一般室内照明市场尚未打开的情况下,LED路灯受益于政府采购或补贴等扶持政策,成为我国LED照明产业潜力最大的细分市场之一.根据中国电子元件行业协会的预测,受"十城万盏"政策的推动,我国LED路灯市场将保持持续增长,至2013年我国LED路灯市场规模预计达到86.63亿元,占到全球市场规模的五成左右,成为全球最重要的LED路灯市场之一.(四)行业竞争情况1.全球LED行业竞争格局LED产业已形成以美国,亚洲,欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局. LED上游核心技术及关键设备技术由日本,美国和欧洲企业垄断,主要从事附加值较高的上游或高端产品的生产.Cree,Lumileds,Nichia,ToyotaGosei,Osram公司等五大企业代表了LED行业技术的最高水平,是全球LED市场的主导者. 几大企业各具优势,都专注于各自领域的高端市场,其它企业则角逐中高低端乃至低端市场,共同构成了LED产业的中心及外围格局.外延片和芯片产业群主要集中于欧洲和美洲,以德国和美国为代表;日本在技术方面占据领先地位,在蓝光,白光和大功率的外延片与芯片方面技术先进,韩国,台湾紧跟其后. 全球芯片的产能主要集中在日本和台湾,中国大陆和韩国的芯片产能增长迅速,也成为重要的生产领域.特别是中国大陆的芯片产能提高很快,在全球芯片市场的占有率逐年提升.在LED封装领域,日本,台湾,欧洲分列全球产值前三位,通常国际性的LED外延片和芯片厂商也从事封装生产. 我国封装产业已实现大批量生产,正在成为世界重要的中低端LED封装基地,并初步形成了珠江三角洲,长江三角洲及福建地区等三大封装密集区域. LED产品应用的开发和生产涉及行业较多,地域分布较分散,中国已成为全球重要的LED应用产品生产基地.我国LED产业的全球竞争力主要体现在封装和产品应用环节,在具备成本优势的基础上,还受益于国家大力发展LED行业的扶持政策,技术水平和产业规模发展迅速,产品品质已与国际水平接近,具备了一定的国际市场竞争力.2.中国LED行业竞争格局中国LED产业起步于90年代初,并保持高速发展. 从产业结构看,下游应用企业数量众多,主要以生产显示应用产品及大功率LED照明为主,即前述各种LED显示屏及路灯,隧道灯及其他照明产品.(1)LED显示屏行业竞争态势本公司所处的LED显示屏及照明应用领域前景广阔,但行业集中度不高,市场份额较为分散,没有出现处于行业垄断地位或占有明显优势的企业,且新的竞争者不断涌入,行业竞争呈加剧之势. 截至2008年底,我国共有LED企业3,000余家,大部分分布在封装及应用领域.其中,上中游的外延片及芯片生产商有25家左右,下游封装企业约有600家,应用产品生产企业1,500家以上.据中国光协LED显示应用分会统计,2008年,年销售额超过1亿元的LED显示屏生产企业25家,生产实力相当,市场处于完全竞争状态;2009年,年销售收入超过3亿元的LED显示屏生产企业5家,超过1亿元的企业27家,规模化效应日益明显. 在产业集中度逐步提高的过程中,包括本公司在内的一批优秀企业脱颖而出.此外,我国LED显示屏产业的专业化分工逐步形成,专注于显示屏生产的制造商,渠道销售商,工程安装售后服务运营商等各类专门企业出现,分工明确,密切合作,发展共赢的局面正在形成,专业化分工有利于企业做精,做强,做大.从产业布局看,根据中国光协LED显示应用分会的统计,我国LED显示行业主要集中在华东和华南地区,这两个地区的产业总体规模占到全国的65%以上.(2)LED照明行业竞争态势我国是全球最大照明产品生产国和出口国,与我国传统照明行业竞争格局相似,LED照明行业具有企业分散,竞争激烈,规模化程度低的特点,我国LED照明企业无法像国际照明巨头那样进行前瞻性的技术,产品和渠道布局,整体竞争格局与国际相比有较大区别.首先,传统照明龙头企业在LED照明领域并没有形成优势;其次,从事LED照明产品制造的企业过多,行业集中度和规模化程度短期内仍将很低;此外,大多数国内LED照明企业是在LED其他应用,如显示,背光,装饰等作为主业的基础上,小规模地试制LED照明灯具产品.目前虽然以LED照明作为主业的企业不断增加,但真正形成较大规模的企业还较少.3.进入本公司所处细分行业的主要障碍本公司所处的LED显示屏及照明行业为LED下游应用行业,在研发与技术,资金实力,市场与品牌,人才与经验等方面具有较高的进入壁垒. 本行业具有定制化,个性化生产的特点,导致在其他行业中具有大批量,规模化运作经验的企业不能完全适应上述特点,而规模较小的企业又面临本行业的前述壁垒,无法适应行业的激烈竞争.(1)研发与技术障碍本行业作为高新技术产业,涉及光学,热学,材料科学,电子,计算机,软件,自动化,机械工程,装饰艺术等多门学科,并需将上述学科综合系统运用,具有较高的技术壁垒. 同时,由于LED产品多采用定制化,个性化生产,因而对生产工艺,品质控制水平和稳定性等技术要求较高.生产的任一环节出现问题, 均可能影响产品的质量,寿命及性能.以LED户外显示屏为例,安装和工作环境相对恶劣和不。
大众科技报/2005年/8月/23日/第B03版特别报道LED显示屏发展历程30年回顾1970年代最早的GaP、GaAsP同质橘红、黄、绿色低发光效率的LED已开始应用于指示灯、数字和文字显示。
从此LED开始进入多种应用领域,包括宇航、飞机、汽车、工业应用、通信、消费类产品等,遍及国民经济各部门和千家万户。
到1996年LED在全世界的销售额已达到几十亿美元。
尽管多年以来LED一直受到颜色和发光效率的限制,但由于GaP和GaAsP LED具有长寿命、高可靠性、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眯。
最近十年,高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工艺技术研究的前沿课题。
超高亮度(UHB)是指发光强度达到或超过100mcd的LED,又称坎德拉(cd)级LED。
高亮度A1GaInP 和InGaN LED的研制进展十分迅速,现已达到常规材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能达到的性能水平。
1991年日本东芝公司和美国HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED,1992年InGaA1p590nm黄色超高亮度LED实用化。
同年,东芝公司研制InGaA1P 573nm黄绿色超高亮度LED,法向光强达2cd。
1994年日本日亚公司研制成InGaN 450nm蓝(绿)色超高亮度LED。
至此,彩色显示所需的三基色红、绿、蓝以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度,实现了超高亮度化、全色化,使发光管的户外全色显示成为现实。
我国发展LED起步于70年代,产业出现于80年代。
全国约有100多家企业,95%的厂家都从事后道封装生产,所需管芯几乎全部从国外进口。
通过几个“五年计划”的技术改造、技术攻关、引进国外先进设备和部分关键技术,使我国LED的生产技术已向前跨进了一步。
一、超高亮度LED的性能超高亮度红A1GaAsLED与GaAsP-GaP LED相比,具有更高的发光效率,透明衬底(TS)A1GaAs LED(640nm)的流明效率已接近10lm/W,比红色GaAsP-GaP LED大10倍。
超高亮度InGaAlP LED提供的颜色与GaAsP-GaP LED相同包括:绿黄色(560nm)、浅绿黄色(570nm)、黄色(585nm)、浅黄(590nm)、橙色(605nm)、浅红(625nm)、深红(640nm)。
透明衬底A1GaInP LED 发光效率与其他LED结构及白炽光源的比较,InGaAlP LED吸收衬底(AS)的流明效率为101m/W,透明衬底(TS)为201m/W,在590~626nm的波长范围内比GaAsP-GaP LED的流明效率要高10~20倍;在560~570的波长范围内则比GaAsP-GaP LED高出2~4倍。
超高亮度InGaN LED提供了蓝色光和绿色光,其波长范围蓝色为450~480nm,蓝绿色为500nm,绿色为520nm;其流明效率为3~151m/W。
超高亮度LED目前的流明效率已超过了带滤光片的白炽灯,可以取代功率1W以内的白炽灯,而且用LED阵列可以取代功率150W以内的白炽灯。
对于许多应用,白炽灯都是采用滤光片来得到红色、橙色、绿色和蓝色,而用超高亮度LED则可得到相同的颜色。
近年AlGaInP 材料和InGaN材料制造的超高亮度LED将多个(红、蓝、绿)超高亮度LED芯片组合在一起,不用滤光片也能得到各种颜色。
包括红、橙、黄、绿、蓝,目前其发光效率均已超过白炽灯,正向荧光灯接近。
发光亮度已高于1000mcd,可满足室外全天候、全色显示的需要,用LED彩色大屏幕可以表现天空和海洋,实现三维动画。
新一代红、绿、蓝超高亮度LED达到了前所未有的性能。
二、超高亮度LED的应用1. 信息指示灯汽车信号指示:汽车指示灯在车的外部主要是方向灯、尾灯和刹车灯;在车的内部主要是各种仪表的照明和显示。
超高亮度LED用于汽车指示灯与传统的白炽灯相比具有许多优点,在汽车工业中有着广泛的市场。
LED能够经受较强的机械冲击和震动。
平均工作寿命MTBF比白炽灯泡高出几个量级,远远高出汽车本身的工作寿命,因此LED刹车灯可封装成一个整体,而不必考虑维修。
透明衬底Al.GaAs和AlInGaP LED与带有滤光片的白炽灯泡相比具有相当高的流明效率,这样LED刹车灯和方向灯就能够在较低的驱动电流下工作,典型的驱动电流只有白炽灯的1/4,较低的电功率还可降低汽车内部线路系统的体积和重量,同时还可减小集成化的LED信号灯的内部温升,允许透镜和外罩使用耐温性能较低的塑料。
LED刹车灯的响应时间为100ns,比白炽灯的响应时间短,这样便给司机留下了更多的反应时间,从而提高了行车的安全保证。
汽车的外部指示灯的照度及颜色均有明确规定。
汽车的内部照明显示虽不像外部信号灯那样受到政府有关部门的控制,但汽车的制造者对LED的颜色及照度有要求。
GaP LED早已用于车内,超高亮度AlGaInP和InGaN LED由于在颜色和照度上可满足制造者的要求,因而将更多地取代车内白炽灯。
从价格上看,尽管LED灯与白炽灯相比还是较贵的,但从整个系统来看,二者的价格并没有明显的差别。
随着超高亮度TS AlGaAs和AlGaInP LED实用化的发展,最近几年价格一直在不断降低,今后降价的幅度还会更大。
交通信号指示:用超高亮度LED取代白炽灯,用于交通信号灯、警示灯、标志灯现已遍及世界各地,市场广阔,需求量增长很快。
根据美国交通部门1994年的统计,美国安装交通信号灯的十字路口有26万个,每个十字路口至少要有12个红色、黄色、蓝绿色信号灯。
许多十字路口还有一些附加的转变标志和跨越马路的人行横道警示灯。
这样,每个十字路口可有20个信号灯,而且要同时发光。
由此可推算出美国全国约有1.35亿个交通信号灯。
目前采用超高亮度LED取代传统的白炽灯降低电力损耗已取得明显效果。
日本每年在交通信号灯上的耗电量约为100万千瓦,采用超高亮度LED取代白炽灯后,其耗电量仅为原来的12%。
每个国家的主管部门都要制定相应的交通信号灯规范,规定信号的颜色、最低的照明强度,光束空间分布的图样以及对安装环境的要求等。
尽管这些要求是按白炽灯编写的,但对目前采用的超高亮度LED交通信号灯基本上是适用的。
LED交通信号灯与白炽灯相比,工作寿命较长,一般可达到10年,考虑到户外恶劣环境的影响,预计寿命要减少到5~6年。
目前超高亮度AlGaInP 红、橙、黄色LED已实现产业化,价格也比较便宜,若用红色超高亮度LED组成的模块取代传统的红色白炽交通信号灯头则可将因红色白炽灯突然失效给安全造成的影响低到最低程度。
一般LED交通信号模块由若干组串联的LED单灯组成,以12英寸的红色LED交通信号模块为例,在3~9组串联的LED单灯,每组串联的LED单灯数为70~75个(总数为210~675LED单灯),当有一个LED单灯失效时,只会影响一组信号,其余各组减小到原来的2/3(67%)或8/9(89%),并不会像白炽灯那样使整个信号灯头失效。
LED交通信号模块的主要问题是造价仍然显得高些,以12英寸的TS-AlGaAs红色LED交通信号模块为例,最早应用于1994年,其造价为$350,而到1996年性能更好的12英的AlGaInP LED 交通信号模块,造价则为$200。
预计不久以后,InGaN蓝绿色LED交通信号模块的价格将可与AlGaInP相比。
白炽交通信号灯头的造价虽低,但耗电量大,一个直径12英寸的白炽交通信号灯头的耗电量为150W,横过马路人行道的交通警示灯的耗电量为67W,据计算,每个十字路口的白炽信号灯每年的耗电量为18133kWh,折合每年电费为$1450;然而LED交通信号模块则非常省电,每个8~12英寸的红色LED交通信号模块耗电量分别为15W和20W,十字路口拐弯处的LED标志可用箭头开关显示,耗电量仅有9W,据计算,每个十字路口每年可省电9916kWh,相当每年节省电费$793。
按每个LED交通信号模块的平均造价$200计,红色LED交通信号模块仅用其节省的电费,3年后即可收回最初的成本造价,并开始不断得到经济回报。
因此目前使用AlGaInP LED交通信息模块,尽管造价显得贵,但从长看还是合算的。
2. 大屏幕显示大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场,包括:图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。
传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等;无源显示一般采用翻牌的方法。
LED显示曾一直受到LED本身性能和颜色的限制。
如今,超高亮度AlGaInP、TS-AlGaAs、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色,可完全满足实现全色大屏幕显示的要求。
LED显示屏可按像素尺寸装配成各种结构,小像素直径一般小于5mm,单色显示的每个像素用一个T-1(3/4)的LED灯,双色显示的每个像素为双色的T-1(3/4)的LED灯,全色显示则需要3个T-1红、绿、蓝色灯,或者装配一个多芯片的T-1(3/4)的LED灯作为一个像素。
大像素则是通过把许多T-1(3/4)红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。
用InGaN(480nm)蓝、InGaN(515nm)绿和ALGaAS(637nm)红LED灯作为LED显示的三基色,可以提供逼真的全色性能,而且具有较大的颜色范围,包括:蓝绿、绿红等,与国际电视系统委员会(NTSC)规定的电视颜色范围基本相符。
3. 液晶显示(LCD)的背照明在液晶显示中至少有10%采用有源光作为背照明,光源可使LCD显示屏在黑暗的环境下易读,全色LCD显示也需要光源。
LCD背照明所需的光源主要有:白炽灯泡、场致发光、冷阴极荧光、LED等,其中LED在LCD背照明中最有竞争力,新型的超高亮度AlGaInP、AlGaAs、InGaN LED可以提供高效率的发光和宽范围的颜色。
LED用于LCD背照明主要有三种方式。
(1)最简单是把LED灯直接安装在LCD散射膜的后面,可用许多封装的LED灯,它们应当具有非常宽的光束角,以使轴向光均匀性较好。
也可以采用未封装的管芯,一般用GaP LED,然而用AlGaInP、TS-AlGaAs LED则可在小电流下工作,减小功耗。
(2)另一方式是边缘光LCD背照明,用一个透明或半透明的矩形塑料块作为导光体,将其直接安装在LCD散射膜的后面,塑料块的后表面涂上白色反光材料,LED光从塑料块的一个侧边射入,其余侧边作以白色反光材料。
(3)将LED发出的光导入光纤束之中,光纤束的散射膜后面构成一个平坦的薄片,可以用不同的方法将光从薄片中取出作为LCD的背照明。
采用LED 作为背照明的液晶显示器可用于移动电话、笔记本电脑,随着小型液晶显示器在节电型通信产品中的广泛使用,将会对超高亮度LED有更大的需求。