光电子显示技术的发展趋势

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1、 光电子显示技术的发展趋势摘要:作者前一段时间参加了颂豪院士主持的市光电子产业发展思路研究软课题调研组,旨在为市的领导者在发展光电子产业的决策中提供客观和科学的参考。课题组在查阅大量的国外有关光电子产业发展动态资料的同时,先后去了、等光电子产业发展活跃的地区进行了较为细致的考察,此外又与市的诸多光电子产业的企业家、大学教授以与科研人员多次举行座谈。对市光电子产业发展思路构建了较为清晰的轮廓,其中对市提出应以“光电子显示技术作为龙头”,即以照明显示为核心,实现市光电子产业跨越式发展的建议。本文将着重对LED和DLP(DMD)等目前几种主要的光电子显示器件的技术发展趋势予以简要阐述。 关键词：光电

2、子显示器件,LED,PDP, FED,OLED,DLP(DMD)引言 鉴于光电子技术和产业已成为21世纪高科技竞争的焦点,随着全球信息化时代技术创新浪潮的日益高涨,我国的科技界和企业界以与政府部门对迅速发展的光电子技术和产业的深远意义和巨大潜力皆予以足够充分的重视。作为经济发展迅速的市,在发展光电子技术和产业方面,只有抓住机遇,选准方向,在市场的牵引下,有所创新,有所突破。相信一定会把市的光电子技术和产业的发展推向国际信息化的前沿,成为一个与时俱进的现代化的都市。 目前，市已基本建立了以科学城为基地的光电子产业园区,随着科学城开发面积的扩大,以科学城为中心的光电子产业的硬件环境已日益完善。现已

3、吸引了多家外企落户科学城,建立了诸多的以光电子产品为主的企业集团公司。在市场需求的牵引下,一些企业已逐步形成了一定的产业规模。现已初步形成以液晶显示(LCD)、发光二极管(LED)、等离子体显示(PDP)、场发射平板显示(FED)、有机发光二极管(OLED)、数字光处理投影显示(DLP)、全息显示(HOLOD)为主的光电子显示产品的产业群。此外,激光加工技术与其产业和光传输、光器件也在原有的基础上得以迅速发展；光盘驱动器、激光视盘产品、光盘产品现已形成超过数十亿元人民币产值的规模。在市光电子产业园区光电子产业的产值大约为95亿元人民币。据预测,在今后2-3年,产值将达到275亿元人民币,而到2

4、005年则可形成360亿元人民币的产值。基于上述产业发展的特点,建议市应进一步整合光电子产业显示领域的产业结构链,形成更为合理的产业配套。 在光电子产业的光电子显示领域里,液晶显示(LCD)、发光二极管(LED)、等离子体显示(PDP)、场发射平板显示(FED)、有机发光二极管(OLED)、数字光处理投影显示(DLP)、全息显示(HOLOD)是站主导地位的显示技术,下面着重简要介绍发光二极管(LED)和数字光处理投影显示(DLP)。1,发光二极管(LED) 半导体的发展可划分为以下三个阶段： 第一代半导体,1950年代：当时是以硅材料为主,其特征是频率低、非直接带隙,无发光器件； 第二代半导体

5、,1970年代：出现了GaAs基、InP基黄、红光发光管与激光器,促进了光电子与军用微电子(1-300GHz)的发展。在光纤通讯、无线通讯等领域获得了发展应用； 第三代半导体,1990年代：GaN基半导体的诞生,其特征是 宽带隙36eV,发射紫外、蓝光。由于紫外、蓝光LED的出现,使LED白光照明成为可能,同时、在大容量存储方面也得到了发展应用。 1964年,世界上第一只红色-族GaAsP-LED诞生,这也就预示着固体发光时代的来临。不久,橙色、黄色和黄绿色LED也相继问世,实现了在波长940540nm围发光的全固化。二十世纪七十年代,LED产业迎来了蓬勃发展的春天,在大屏幕显示、交通信号灯和

6、仪器仪表指示等领域得到广泛应用,并随着家用电器产业的发展LED进入了人们的生活。但是实现全色显示尚缺发蓝光的LED,蓝光的空缺一直是个障碍。 1994年,氮化镓基蓝、绿光AlGaInN-LED的出现了,这是LED发展史上的又一个里程碑,它使户外全色显示和半导体照明成为可能。 蓝光发光二极管(LED)是以第三代半导体氮化镓(GaN)为代表的蓝色发光二极管。国外都对该领域投入了大量的研究,美国和日本现已掌握生产纯蓝和纯绿光的氮化镓基(GaN)材料的生长工艺。我国已在实验室生产出氮化镓基(GaN)蓝色发光材料,目前正在进行产业化生产方面的研究。氮化镓基固态光源是一个GaN-白光LED发光器件,具有全

7、固体、冷光源、寿命长、体积小、光效高、响应速度快、耐候性好等优点。在国民经济的众多领域具有广泛的应用前景,正已引起科技界和产业界的极大关注,成为半导体领域新崛起的研究热点和经济生长点。 白光LED点燃了真正“绿色照明”的光辉,被认为是21世纪最有价值的源,将取代白炽灯和日光灯成为照明市场的主导,使照明技术面临一场新的革命,从而一定程度上改善人类的生产和生活方式。 氮化镓基(GaN)材料特点以氮化镓(GaN)为代表的III-V族宽带隙化合物半导体材料,、外量子效率高,具有高发光效率,高热导率,耐高温,抗辐射,耐酸碱,高强度和高硬度等特性,是世界目前最先进的半导体材料。 氮化镓基(GaN)材料可制

8、成高效蓝、绿光发光二极管LED和激光二极管LD,并可延伸到白光LED,将替代人类沿用至今的照明系统。氮化镓基(GaN)蓝光二极管还将带来IT行业数字化存储技术的革命。 是室外高亮度、高清晰度大屏幕全色显示屏关键部件。华南师大学以颂豪院士为首的研究开发队伍也正与企业合作开发第三代半导体氮化镓(GaN)为代表的蓝色发光二极管。 第三代半导体GaN基LED是一种耐高温、高频、大功率、抗辐照与抗腐蚀的光电子器件;其发展与光电子、微电子技术同步发展;目前该技术发展十分迅速,日趋成熟,而市场需求驱动力又十分大,它具有巨大发展空间;产业化转化速度亦非常快;其从低端产品不断向高端产品发展：GaN基半导体发展史

9、1969年：第一次外延GaN；1969年：开始用MOCVD技术生长GaN；1971年：第一只GaN LED；1986年：低本底浓度的GaN膜出现；1989年：解决PGaN 生长；1992年：日亚化学 (Nichia) GaN LED历史性突破；1994年：GaN HEMT(High Electron Mobility Transistors)出现了高电子迁移率的蓝光GaN基二极管。 由于GaN在高温生长时氮的离解压很高,目前很难得到大尺寸的GaN体单晶材料,所以只能在其它衬底上进行异质外延生长。在各种生长技术中金属有机化学汽相沉积(MOCVD)和分子束外延技术(MBE)已经成为制备GaN与其相

10、关三元、四元合金薄膜的主流生长技术。MOCVD方法的生长速率适中,可以比较精确地控制膜厚,特别适合于LEDs和LDs的大规模工业化生产。目前已经成为使用最多,生长材料和器件质量最高的方法。美国的EMCORE和AIXTRON公司以与英国的Thomas Swan公司都已经开发出用于工业化生产的族氮化物MOCVD(LP-MOCVD)设备。 分子束外延(MBE)是一种用于单晶半导体、金属和绝缘材料生长的薄膜工艺。用这种工艺制备的薄层具有原子尺寸的精度,这是它的独特特征。原子逐层沉积导致薄膜生长。这些薄层结构构成了许多高性能半导体器件的基础。MBE现在是一种可进行大批量生产的技术。多晶片、高产量的MBE

11、系统, Semicon V150系统, 用计算机控制进行自动化生产一次可以生长四个6 英寸,九个4英寸或16个3英寸晶片。单机年产量可以超过一万片的6英寸晶片。 氮化镓基蓝光LED的出现使全色显示成为可能。 全色LED显示系统特点： 1、RGB 三色均有16 bit灰度级 2、支持标准的VGA、NTSC、PAL、SECAM 视频系统,类似CRT动态显示信号输入选择：(1)TV、VCR、LD、DVD；(2)视频相机、RS232、调制解调器；(3)MPEG系统； 3、通过自敏感系统自动调节各种颜色亮度 1 100%； 4、具实时自检系统； 5、具柔性抗GAMMA修正； 6、具光纤数据传输能力； 7

12、、具遥控通讯与定时软件； 8、水平广视角,无透镜可达170； 9、屏幕尺寸可灵活设计； 10、实时60Hz图象无闪烁处理器； 11、可在强、高温环境下使用； 12、模块化。易安装,耐恶劣环境,恒流电源驱动、低热,高功率效率,256级亮度调节,高精度CNC外罩设计。 目前,LED产业竞争的焦点集中在白光LED、蓝、紫光LD以与大功率高亮度芯片。白光LED是继白炽灯和日光灯之后的第三代电光源,是世界各地光源和灯具研究机构竞相开发、努力获取的目标,是未来照明领域的明星行业。白光LED的能耗仅为白炽灯的1/8,荧光灯的1/2,节约能源,而其寿命可长达10万小时。白光LED的无汞化,易回收,益于环境保护

13、。因此各国政府均大力扶持白光LED的发展。美、日、欧盟等发达国家皆由政府成立专项,积极推行如：日本的“21世纪的光照明”计划,时间是从1998年2002年,将耗费50亿日元推行半导体照明,目标是在2006年用白光LED替代50%的传统照明；美国的“国家半导体照明计划”,时间是从2000年2010年,计划投资5亿美元；欧盟的“彩虹计划”,已在2000年7月启动,通过欧共体的资助,推广应用白光LED。目前,世界上掌握LED技术的新兴半导体企业纷纷和老牌照明灯制造商联手,抢占这个未来最大的照明市场。 2,数字微反射镜(DMD)与数字光处理器(DLP)投影显示系统 数字光处理器(DLP)是近几年光电子

14、显示技术中的一支突起的异军,是高技术创新领域里的一颗光彩夺目的新星。随着光电子技术和大规模集成电路制作术的发展,一种被称之为数字微反射镜器件(DMD)应运而生,数字光处理器(DLP)便在此基础之上使新一代的光电子显示投影产业迅速发展起来。光电子技术和产业已成为21世纪高科技竞争的焦点,随着全球信息化时代技术创新浪潮的日益高涨,我国的科技界和企业界以与政府部门对迅速发展的光电子技术和产业的深远意义和巨大潜力皆予以足够充分的重视。光电子显示则是光电子技术和产业的重要组成部分。多种光电子显示的技术和产业在市场的牵引下缤纷异彩地呈现于世并蓬勃地发展着。目前,光电子显示产品琳琅满目,其产业群的雏形也已星

15、罗棋布地出现在新兴的高科技产业开发区,创新技术不断涌现。数字光处理器的发展 光电子显示中的数字光处理技术(DLP)-Digital Light Processing,1993年美国德克萨斯仪器公司在Larry Hornbeck 1987 年发明的数字微反射器件DMD-Digital Micromirror Device的基础上通过不断地探索和试验而应用到商用投影显示中,准备推出的一种新一代的光电子显示产品。在1993年的一次国际信息显示学会(SID-Society for Information Display)研讨会上,Dr.Larry Hornbeck小围展示了一台基于他发明的DMD技术的投影仪。 最初的DMD 当时是使用一块768576像素的DMD器件,它只能显示PAL或NTSC的视频信号,而且其对比度也只有50:1。而后德克萨斯仪器公司对此又继续不断地投入发展研究经费,Dr.Larry Hornbeck和他的同事又继续深入地发展研究,使DMD的性能如：分辨率、亮度、可靠性等不断提高,其制造工艺亦日臻成熟,他们的研究成果很快就得到了诸多投影仪生产厂家的认可。 1994年用DMD装备的原型投影仪首次向世人展示了较为成熟的DLP技术应用成果;