LED顯示屏的原理和應(yīng)用

發(fā)光二極管（LED）是由三五族化合物半導(dǎo)體為材料制成的光電元件，其核心是PN結(jié)。正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方的區(qū)域的部分少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合而發(fā)光。形成PN結(jié)的材料性質(zhì)（禁帶寬度）決定了發(fā)出光的波長(zhǎng)，對(duì)于可見光來(lái)說(shuō)，即決定了光的顏色。
　　LED的主要特點(diǎn)有：體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、高亮度低熱量、環(huán)保耐用等特點(diǎn)。在適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合鹿ぷ�，LED的使用壽命可長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。
　　LED的分類和應(yīng)用
　　根據(jù)所發(fā)出的光的類型，LED可分為可見光LED和不可見光LED兩種。
　　可見光LED包括紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫光LED。其中紅光LED材料以GaP（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）為主；藍(lán)/白光LED材料以GaN為主。
　　LED的應(yīng)用非常廣泛，主要包括：
　　1、LED顯示屏：室內(nèi)外廣告牌、體育計(jì)分牌、信息顯示屏等；
　　2、信號(hào)指示燈：全國(guó)各大、中城市的市內(nèi)交通信號(hào)燈、高速公路、鐵路和機(jī)場(chǎng)信號(hào)燈，電子設(shè)備功能指示；
　　3、光色照明：室外景觀照明和室內(nèi)裝飾照明；
　　4、專用普通照明：便攜式照明（手電筒、頭燈）、低照度照明（廊燈、門牌燈、庭用燈）、閱讀照明（飛機(jī)、火車、汽車的閱讀燈）、顯微鏡燈、照相機(jī)閃光燈、臺(tái)燈、路燈；
　　5、安全照明：礦燈、防爆燈、應(yīng)急燈、安全指標(biāo)燈；
　　6、背光源：液晶顯示器、液晶電視背光源。
　　7、汽車用燈：包括車內(nèi)照明和車外照明，車內(nèi)包括儀表板、電裝產(chǎn)品指示燈（開關(guān)、音響等）、開關(guān)背光源、閱讀燈以及外部剎車燈、尾燈、側(cè)燈及頭燈等。
　　8、其它應(yīng)用：消費(fèi)用，如兒童閃光鞋、圣誕樹LED燈等。
　　LED產(chǎn)業(yè)鏈
　　LED產(chǎn)業(yè)鏈從上游到下游行業(yè)的進(jìn)入門檻逐步降低。上游為單晶片及其外延，中游為L(zhǎng)ED芯片加工，下游為封裝測(cè)試以及應(yīng)用。其中，上游和中游技術(shù)含量較高，資本投入密度大，為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)最激烈、經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)最大領(lǐng)域。在LED產(chǎn)業(yè)鏈中，LED外延片與芯片約占行業(yè)70%利潤(rùn)，LED封裝約占10~20%，而LED應(yīng)用大概也占10~20%。
　　單晶片為制造LED的基底，也稱作襯底，多采用藍(lán)寶石、碳化硅、GaAs、GaP為材料。外延片為在單晶上生長(zhǎng)多層不同厚度的單晶薄膜，如AlGaAs、AlGaInP、GaInN等，用以實(shí)現(xiàn)不同顏色或波長(zhǎng)的LED。常見的外延方法有液相外延法（LPE）、氣相外延法（VPE）以及金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積（MOCVD）等，其中VPE和LPE技術(shù)都已相當(dāng)成熟，可用來(lái)生長(zhǎng)一般亮度LED。而生長(zhǎng)高亮度LED必須采用MOCVD方法。目前全球MOVCD的主要制造廠家為德國(guó)的AIXTRON公司和美國(guó)VEECO公司，前者約占60%~70%的國(guó)際市場(chǎng)份額，后者占據(jù)30%~40%。日本廠家生產(chǎn)的設(shè)備基本限于日本國(guó)內(nèi)銷售。
　　中游主要是芯片設(shè)計(jì)和加工。中游廠商根據(jù)LED的性能需求進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)，通過(guò)外延片擴(kuò)散、然后金屬鍍膜，再進(jìn)行光刻、熱處理、形成金屬電極，接著將基板磨薄拋光后進(jìn)行切割。
　　下游包括LED芯片的封裝測(cè)試和應(yīng)用。LED封裝是指將外引線連接到LED芯片的電極上，形成LED器件，封裝起著保護(hù)LED芯片和提高光取出效率的作用。LED封裝技術(shù)是從半導(dǎo)體分立器件的封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。目前LED產(chǎn)品的封裝類型主要有Lamp型、插入式（ThroughHole）、表面安裝型（SMD）、直接粘接式（DirectBonding）等。其中SMD型LED體積比其它傳統(tǒng)型LED小，因此SMD型主要用于手機(jī)屏幕背光源及手機(jī)按鍵，受手機(jī)需求影響較大。