大型LED顯示屏需要組合不同的元組件與技術,一家廠商很難完全自產自足,因此外圍產業的分工十分重要。大型LED顯示屏需要的元組件包括:Driver IC、LED Cluster、Power Supply、Cable及機械框架等;技術方面的需求包括:防靜電設計、電力配電規劃、驅動線路設計、驅動軟件設計、機械結構設計(散熱、視角、支撐、遮陽、防潮等考量)以及亮度、色度的測試技術等。
UV LED紫外線二極管
UV LED(紫外線發光二極管)照明不僅可凈化空氣、節約能源,并可望取代現有的螢光燈與白熱燈等照明裝置,加上過去僅及405nm的波長帶最近擴大到200nm,預期應用范圍將大幅擴大到殺菌、廢水處理、除臭、醫療、皮膚病治療、辨識偽鈔與環境Sensor等領域。
光通量 (Luminous flux,Φ)單位為:流明 (lumen, lm)由一光源所發射并被人眼感知之所有輻射能稱之為光通量。 光強度 (luminous intensity, I )光源在某一方向立體角內之光通量大小。單位:坎德拉 (candela, cd) 照度 (Illuminance, E)單位:勒克斯 (Lux, lx)照度是光通量與被照面之比值。1 lux之照度為1 lumen之光通量均勻分布在面積為一平方米之區域。 輝度 (Luminance, L)單位:坎德拉每平方米 (cd/㎡)一光源或一被照面之輝度指其單位表面在某一方向上的光強度密度,也可說是人眼所感知此光源或被照面之明亮程度。
發光二極管(Light Emitting Diode,簡稱LED)
是一種藉外加電壓激發電子而放射出光(電能→光)的光電半導體組件。發光現象屬半導體中的直接發光(沒有第三質點的介入)。整個發光現象可分為三個過程(直接發光):
價電帶的電子受外來的能量(順向偏壓),被激發至導電帶,并 同時于價電帶遺留一個電洞,形成電子-電洞對。 受激發的電子于導電帶中,與其它質點碰撞(散射),損失部份能量,而接近導電帶邊緣。 一旦導電帶邊緣的電子于價電帶覓得電洞時,電子即從導電帶邊緣,經由陷阱中心(釋放熱能)或發光中心(釋放光能),回到價電帶與電洞復合,電子-電洞對消 失。
因為LED主要是電子經由發光中心與電洞復合而發光,所以是一種微細的固態光源,不但體積小、壽命長、驅動電壓低、反應速率快、耐震性特佳,而且能夠配合輕、薄和小型化之應用設備的需求,成為日常生活中十分普遍的產品。
利用各種化合物半導體材料及組件結構之變化,設計出不同的LED。依其發光波長分為可見光、不可見光(紅外光、紫外光)。
可見光:有紅、橙、黃、綠、藍、紫等各種顏色,主要以顯示用 途為主。又以亮度1燭光 (cd) 作為一般亮度和高亮度之分界點。一般亮度LED廣泛應用于各種室內顯示用途;高亮度LED則適合于戶外顯示,如:汽車第三煞車燈、戶外信息看板和交通號志 等。 不可見光:短波長紅外光可作為紅外線無線通訊使用;長波長紅外光則使用在中、短距離光纖通訊上,作為光通訊用光源。
使用的材料基本上已大致決定LED所釋出的波長,其中,適合制作1000mcd以上之高亮度LED的材料,由長波長而短波長,分別為AlGaAs(砷化鋁鎵)、AlGaInP(磷化鋁銦鎵)及GaInN(氮化銦鎵)等。
AlGaAs(砷化鋁鎵)適合于制造高亮度紅光及紅外線 LED,主要以液相磊晶(LPE)法進行量產,使用雙異質接面構造(DH)為主,但因為須制作AlGaAs基板,技術的困難度很高,故投資開發的廠商較 少。 AlGaInP(磷化鋁銦鎵)適合于高亮度紅、橘、黃及黃綠光LED,主要以金屬有機氣相磊晶(MOVPE)法進行量產,使用雙異質接面(DH)及量子井 (QW)構造,效率更為提高。且由于AlGaInP紅光LED在高溫與高濕環境下,其壽命試驗結果優于AlGaAs紅光LED,未來有成為紅光LED主流 的趨勢。
GaInN(氮化銦鎵)適合于高亮度深綠、藍、紫及紫外光 LED,以高溫的金屬有機氣相磊晶(MOVPE)法進行量產,也采用雙異質接面 (DH)及量子井(QW) 構造,效率比前述的 AlGaAs、AlGaInP 更高。全球各大廠均已積極投入相關材料組件技術之研發,并有所突破。
白光LED,乃是日本日亞公司利用藍光LED加上黃色螢光材料構成的,其光電轉換效率于 1998年4月已提升至15流明/瓦,比傳統燈泡略高,若以常見照明燈具之開發歷程來看,白光LED極有機會成為未來于照明產業之明星產品。
LED設計之初,主要是利用于家用電器品顯示器,廣告看板或裝飾用。但由于其具有固定波長及操作方便等特點,已逐漸利用于植物生產研究上。1987年開始有學者利用LED固定波長特性,應用在植物向地性,型態改變及病害發生上的研究。日本千葉大學古在(Kozai)教授研究室將其應用在組織瓶苗的生產研究上。預計未來在光研究上將有極大應用價值。當然,目前LED亮度和價格仍未達實用化階段,不過,由于極具市場潛力,各方面研究正急速的展開,LED勢必成為提供植物生長的新興光源。
外延片生長 外延生長的基本原理是,在一塊加熱至適當溫度的襯底基片(主要有紅寶石和SiC兩種)上,氣態物質In,Ga,Al,P有控制的輸送到襯底表面,生長出特定單晶薄膜。目前LED外延片生長技術主要采用有機金屬化學氣相沉積方法。
MOCVD金屬有機物化學氣相淀積(Metal- OrganicChemicalVaporDeposition,簡稱 MOCVD), 1968年由美國洛克威爾公司提出來的一項制備化合物半導體單品薄膜的新技術。該設備集精密機械、半導體材料、真空電子、流體力學、光學、化學、計算機多 學科為一體,是一種自動化程度高、價格昂貴、技術集成度高的尖端光電子專用設備,主要用于GaN(氮化鎵)系半導體材料的外延生長和藍色、綠色或紫外發光 二極管芯片的制造,也是光電子行業最有發展前途的專用設備之一。