LED标准:从显示向半导体照明推进

2008-05-26 14:53:52来源: 中国电子报

  在某室外LED半导体发光二极管)显示屏的验收中,按规定进行的验收完成了大部分内容,进入最后关键性的程序——显示效果评价。业主单位领导和相关专家的眼光都集中到了屏幕播放的电视内容上,片刻,进入讨论:

  “屏幕亮度似乎不够,色彩不太亮丽。”有专家说道。

  “字体不清晰,看起来有些模糊。”又有专家发言。

  “我觉得屏幕表面不够平整,一些地方好像还缺少颜色?”有人提出疑问。

  “合同规定屏幕播放效果可达到电视效果,大屏实际效果比电视效果差远了!”业主激动的声音让现场气氛变得格外紧张。

  项目承建方的技术人员凑在一起,一番商讨和技术操作后,根据承建方的建议要求,验收人员站到了屏幕正前方一定的距离,重新打开的屏幕开始播放新一轮节目。首先播放的是视频动画片,大屏幕所显示的画面色彩夺目,字体也非常清晰;接着播放的视频节目,白云朵朵,绿草青青,鲜艳的花朵发出绚烂的光彩。项目验收顺利通过!

  中国光学光电子行业协会LED显示应用分会副理事长、北京四通智能交通系统集成有限公司总经理关积珍在接受记者采访时讲述了上面故事。关积珍强调,上述情景,在LED显示应用项目工程的验收中并不鲜见。近年来,随着LED显示应用产品使用领域的扩大,产品、工程的验收出现异议甚至对簿公堂的情况也时有所闻。问题的症结之一在于对产品性能和质量上认识的差异。

  从显示应用开始

  在人类所获取的信息中,通过人眼的观看所得到的信息所占比例是最大的。但是由于人类视觉感官效果形成的复杂性,对于提供人眼感知信息的显示产品,其标准化问题就变得十分复杂了。

  据中国光学光电子行业协会光电器件分会秘书长彭万华介绍,近几年LED的主要技术和产业发展非常迅速,其应用面也不断扩大,从最早也是应用最广泛的LED显示屏到目前越来越热的半导体照明,其产品品种繁多,亟须有相关的技术标准和产品标准。特别是在半导体照明领域,目前国内外相关组织均在积极组织和制定半导体照明技术标准,也遇到不少问题,但随着市场需求的增长,加快制定半导体照明技术标准已经迫在眉睫。

  大批量生产应用推动和影响着产品标准的制定。LED显示屏就是一个比较明显的例子。

  1995年以前,作为LED显示应用的代表性产品LED显示屏发展迅速,但当时LED显示屏的生产无行业规范和标准可依。1996年原电子部委托北京蓝通公司制定《LED显示屏通用规范》,1998年1月,《LED显示屏通用规范》作为电子行业标准正式发布实施,使LED显示屏产业标准化工作开始走向规范。1998年初,中国光协光电器件分会正式成立了LED显示屏专业委员会,行业协会成立后,在引导规范行业发展、开展光电器件与LED显示屏产品技术及检测标准交流协调等方面积极开展工作。1999年在昆明召开了LED器件与应用研讨会,并委托南京洛普公司起草了《LED显示屏检测方法》,在组织讨论修改后,于2000年8月正式印发,在LED显示屏专业委员会成员单位试行。2003年,修订后的《LED显示屏通用规范》和《LED显示屏测试方法》作为信息产业部的行业标准正式发布。同时,体育、交通、铁路等行业也相继发布了一系列行业应用的专业标准。

  主动发光的LED显示应用产品在许多领域得到广泛应用,是现代社会发布和提供信息的有效手段之一。关积珍强调,对于LED显示应用产品的标准,实际上业界一直比较关注和重视,伴随产业的发展,从无到有,也在不断发展和完善中。LED显示的效果与应用环境和需求高度相关,器件材料、视角、视距、点阵等都直接决定显示效果的好坏,所播放的节目内容也对显示效果有直接的影响。在没有明确的技术界定和标准条件下,很难客观评价显示效果。

  LED的可靠性标准对应用来讲也是非常关键的。中国半导体行业协会分立器件分会副理事长、北京长电智源光电子有限公司副总经理丁成隆在接受记者采访时说:“我在各种场合多次建议及呼吁,尽快建立我国LED可靠性标准体系。2001年,我们到北京交管局科研部门调研LED在交通灯上的应用状况,接待我们的科研人员指着屋顶上放置的交通灯对我们说,这是去年南方某企业送来的交通灯样品。不到一年时间,你们还看得出颜色吗?看着那隐隐约约的红绿蓝色,我们真不知说什么好。现在很多企业在自己的LED说明书上明明白白地印着寿命10万小时,真不知道这10万小时的实验依据是什么?而我们了解到,2005年到美国某企业买他们的5瓦大功率白光LED器件,该企业会明确地告诉用户,此产品的寿命是3000小时。我知道,这是他们从大量的试验数据得来而负责任地告知客户,否则,他们有面临巨额赔偿的可能。”

  对于显示应用,丁成隆给记者讲了这样一个故事:“2004年初,我们到北京某知名LED大屏幕企业调研他们的LED器件使用情况。他们说他们大屏幕上的蓝绿光LED,只用日本日亚的器件。原因是日亚的管子不爱坏,而其他企业的管子爱坏。难怪日亚的管子卖得贵还销路好,想想也是,一个LED大屏幕,使用几万、几十万只LED器件,在焊接、组装、调试、拼接、安装的过程中,哪个环节器件损坏,是很难办的事情。何况大屏幕安放到位后,有几个LED器件坏了,你怎么办?所以宁可器件贵些,也比后面坏了不知怎么办好。”

  其实这里面就涉及一个可靠性问题。LED的可靠性就是用户在使用LED时,应该具有可靠、耐用、寿命长、不易损坏的性能。LED是半导体分立器件的重要分支,它离不开半导体器件固有的怕热、温升后P-N结漏电增加、势垒变化、功能退化(亮度降低)乃至造成永久性损伤(发光效率下降)直至损坏的弊病。所以,提高LED外延片的内量子效率,提高LED外延片和芯片的取光(也有人称外量子)效率,即使得输入LED的电能尽可能多地转化为光能而不是热能,从而降低LED的温升,以及良好的散热应贯穿于LED外延片、芯片、封装乃至应用的所有环节,是提高LED可靠性的根本措施。我国的节能灯,在很长时期内,经历着省电不省钱的状况。LED会不会走节能灯的老路,关键在于我们能否较快地建立起我国LED的可靠性系列标准,并加以严格地贯彻实施。

  对于LED应用产品标准,杭州浙大三色仪器有限公司董事长牟同升介绍,在LED应用产品标准方面,信息产业部、交通部、煤炭机械工业协会、轻工业联合会等相关部委,都有涉及LED的标准正在制定中,如矿灯用LED光源、LED道路交通诱导可变标志(已完成)等等。根据目前的LED技术水平及性能,LED主要集中在指示灯、交通信号灯、显示屏、手机背光源、景观装饰照明、局部照明等应用上,目前在LCD背光源及投光灯、路灯等普通照明中已表现出明显的应用势头。

  因此,制定LED的应用产品标准将是未来几年的重点工作。

  向半导体照明推进

  半导体照明主要是指发光二极管LED照明,与传统的白炽灯钨丝发光以及节能灯的三基色粉发光不同,由于采用电场发光,电光转换效率高,因此能耗少、热辐射低、发光效率高,是一种节能、环保、经济、安全的新型照明器件。据国外资料,同等亮度下的半导体照明,只是白炽灯功耗的1/10,寿命却可达10万小时,是白炽灯的100倍。由于世界能源与环保问题的日益突出,使半导体照明也成为产业关注的热点。

  上海蓝宝光电材料公司总经理梁秉文在接受记者采访时强调,自2003年,国家启动半导体照明工程以来,半导体照明产业目前处于快速成长阶段。照明LED标准体系的建立,是半导体照明产业健康发展的保障。信息产业部已经于2005年启动了相关标准的制定工作。

  牟同升介绍说,近几年随着半导体照明技术的发展,国内的LED标准主要由信息产业部半导体照明技术标准工作组负责制定。2005年11月,作为半导体器件行业主管部门,信息产业部成立了半导体照明技术标准工作组,该标准工作组参照IEC国际技术标准工作组的方式,采取自愿、公平的形式,吸纳产业界、高校及研究机构的相关专家参与LED标准的制定。至今,已完成了《半导体发光二极管测试方法》、《LED显示屏测试方法》、《功率发光二极管空白详细规范》等。

  2003年11月7日、2004年5月17日、2005年11月16日是梁秉文印象深刻的几个日子。2003年11月7日,国家半导体照明工程攻关项目管理办公室在京组织召开了半导体照明标准体系建设第一次专题研讨会。国家半导体照明工程攻关项目管理办公室介绍了目前国内外相关研究情况,并提出了我国半导体照明标准体系的建设内容和组织框架等顶层设计。在半导体照明标准体系建设框架上,主要包括半导体照明计量基标准(基本评价测试方法)、半导体照明技术标准、半导体照明测试评价系统三大内容。

  2004年5月17日国家半导体照明工程攻关项目管理办公室又组织召开了“半导体照明标准体系建设”第二次专题研讨会,专家讨论一致同意国家半导体照明工程攻关项目管理办公室提出的半导体照明标准体系包括计量基标准、功率型外延片及芯片技术标准、发光二极管测试标准、应用产品测试标准、测试评价系统及平台建设五个部分。与会专家们认为,除应用产品测试标准需根据产品和市场的发展及时制定外,其他四个部分是目前标准体系建设的重点内容,尤其是计量基标准,需要尽快制定。

  2005年11月16日这一天,召开了信息产业部半导体照明技术标准工作组成立大会,并随后召开了成立后的第一次工作组成员大会,专门负责相关标准的制定。该标准工作组采取开放式原则组建,国内产、学、研、用企事业单位、科研院所和大专院校均可参加。目前该工作组成员40多家,涵盖了产业链上的芯片制作、器件封装、荧光粉制备和应用产品制造等各方面的单位。组织开展半导体照明产业链中材料、芯片、二极管及模块的测试方法、名词术语、符号、可靠性试验等方面的标准和相关产品规范的研究制定,以及技术标准体系的编制工作。目前已经起草了《半导体光电子器件功率发光二极管空白详细规范》(报批稿)、《半导体发光二极管测试方法》(出版稿)和《功率半导体发光二极管芯片技术规范》(草稿)三项行业标准,完成了《半导体照明技术标准体系研究》课题任务。

  在2006年7月召开的“半导体照明技术标准工作组”成员大会上,又提出了新一轮的半导体照明技术标准研究与制定项目,并于同年11月中旬在厦门召开了项目专题研讨会。牟同升介绍说,新的标准制定项目包括半导体照明术语和定义、半导体发光二极管芯片测试方法、小功率发光二极管空白详细规范、半导体发光二极管用荧光粉、半导体发光二极管产品系列型谱、氮化镓基发光二极管用蓝宝石衬底片、功率半导体发光二极管芯片技术规范,同时开展了四项具有重要意义的标准研究项目,包括半导体照明标准体系、半导体发光二极管寿命试验方法、半导体照明的能效性、发光二极管辐射安全性。值得注意的是,这四项标准的研究项目,在国际上都是备受关注的标准工作,日本、美国和欧洲都有相应的机构开展这方面的标准研究工作。新近完成的日本LED标准化研究报告中,也将LED寿命的试验方法、能效性评价及LED光辐射对人体的安全性评价作为重点内容。

  正视问题

  标准是协调的产物。技术含量高,做起来耗时耗力,我国目前在半导体照明标准的制定方面还面临着许多问题和挑战,特别是标准制定和修订速度跟不上市场发展、新标准与原有标准的协调与配套等问题应引起关注。

  梁秉文认为,过去,往往是技术成熟以后,产品已经上市,相关标准才开始制定,用来规范市场。但是,随着技术的进步,技术研发和产品上市的步伐加快,技术标准制定时间也大大提前,尤其是对于快速发展的半导体照明产业来说,速度是非常关键的。我国已为光电子显示器件的LED制定了一些标准,但随着新材料技术的进步,应用领域的扩大,原有一些标准中的技术内容相对落后,亟须更新。

  对于新标准与原有标准的协调与配套问题,梁秉文认为,作为普通的LED显示器件,国内的标准体系按照IEC的标准体系已经基本建立,这是半导体照明技术标准体系的基础。但是由于照明用的LED具有自己明显的技术特点,如何在原有的体系中纳入照明标准涉及的技术内容,是非常关键的。同时LED光源取代传统光源,如何与原有传统照明应用产品的标准体系配套和协调,将是一个重要的问题。

  没有龙头企业引领,也是记者在采访中听到最多的一句话。通常情况下,产品标准是由市场和有技术话语权的龙头企业所主导的。由于在半导体照明领域中国还没有这样的一些企业群存在,所以标准的制定只能靠行政管理部门去推进。而这样做得效率低、资源有限、缺乏主导力量,所需的时间就特别长,甚至标准制定出后也没有很大的权威性。

  目前,消费者对标准不够重视也是不容忽视的一个问题。梁秉文认为,中国消费者更多地只注重价格而不太注重质量、品牌和信誉。不满足标准的产品,市场仍然很大。这样对于标准的制定来说就缺少了应有的急迫性和重要性。

  中国光学光电子行业协会光电器件分会秘书长彭万华认为,半导体照明技术标准的制定滞后于市场需求发展。LED基础标准、方法标准和LED器件产品标准及主要配套原材料标准等在没有制定之前,很难开展LED应用产品标准的制定,特别是半导体照明产品标准的制定。“LED应用产品的品种繁多,应用的场合和要求均有所不同,在没有标准规格的情况下,会出现开发费用高、产品适应性差、很难达到实际要求的状况,特别是在LED照明产品方面,必须要考虑的安全性、光污染和环保问题。另外,在LED应用产品还没有标准的情况下,就提不到质量考核,市场上产品的价格差别很大,质量很差,影响LED产品的信誉,在社会上造成不良的效果。”彭万华不无忧虑地说。

  国内标准的制定离不开全球的大环境。“目前来看,国外除了相关的团体组织开展半导体照明技术标准的某些基础标准、方法标准等制定和研究以外,还有相关的一些大集团公司正在制定某些半导体照明产品标准和技术性能标准,他们是以自己的产品为依据,想垄断该产品的市场,这种挑战应引起高度重视。”彭万华强调。

  TIC中意德诺科技顾问有限公司顾问庞春霖也认为,尽管我国半导体照明市场巨大,并已初步形成了半导体照明产业链,但与国际先进国家和地区相比,还存在不少问题。“核心技术少、产品和工艺比较低、研究和开发人员分散,对制定一些技术含量高、产品工艺复杂的标准,会有一定的困难;不少企业还处于创业积累期间,规模小、资金实力不强,对标准工作的重视程度不够,参与标准制定的能力也不强。由于半导体照明是一个牵涉上、中、下游的复杂产业,其标准的制定,不仅与上游的材料有关,同时下游的照明性能也至关重要。其涉及的行业、企业和主管部门多,因此需要协调和解决的问题也很多。”庞春霖认为。

  迎接挑战

  如何应对克服上述问题,迎接来自全球的挑战,各界专家也给出了众多建议。

  彭万华认为,由于LED应用产品,应用广、品种多,根据市场需求的发展,应加快制定半导体照明技术标准。国家主管部门要对与半导体照明技术标准制定有关的部门、标准化组织、协会等进行统一协调、统筹规划、分工合作,不能重复制定、浪费资源和精力。“加强制定相关标准的主要基础研究工作。为了制定好标准,必须要有一些主要的基础研究。如LED寿命测试的加速因子的确定,LED照明的光学、色度学测试中的视觉,显色性、配光等技术条件的确定等等,否则无法进行相关标准的制定。另外,应积极开展对国外有关半导体照明技术标准的研究,要有专门机构组织,进行该项目的专项研究,并对我国制定相关标准提出依据和参考,提出如何与国外有关机构合作制定相关标准,防止垄断,制定统一政策,并尽早与国际标准接轨。”彭万华建议。

  梁秉文认为,标准制定要紧密贴合市场,目前半导体照明在特种照明、景观亮化和道路照明领域的应用推进速度非常快,但由于缺乏标准,导致市场混乱,产品以次充好,夸大寿命误导消费者的现象相当严重,现阶段应尽快制定半导体照明景观亮化几种主要产品的标准,防止产业还没有做大做强的情况下,已经被做乱。“标准不能过分追求一步到位:目前半导体照明技术仍处于快速发展阶段,技术和工艺还没有稳定,技术和产品还存在很大的不确定性。因此,在制定标准的过程中,不能片面追求一步到位,先制定出适合现阶段发展状况的标准,然后再随着技术的发展不断更新。”梁秉文建议。

  另外,建立符合中国国情的标准体系很重要。国内很多高技术领域的标准都是参照欧美等发达国家的标准,有些标准是直接采用欧美国家的标准体系,给国内的产业发展带来了极大的损害,在半导体照明应用领域,中国几乎与国外同时起步,完全可以结合中国的民族特色和国情制定中国自己的半导体照明标准体系,以利于国内产业的健康发展。

  自上个世纪90年代以来,日、美、欧等都把半导体照明产业作为国家的战略产业,几大领先公司申请了大量核心发明专利,并通过专利交叉授权形成专利网,给快速发展的中国半导体照明产业设置了很大的障碍。按照目前的趋势发展下去,在未来几年内,国内半导体照明企业将面临专利官司缠身。随着中国企业竞争力的逐渐增强,国际竞争逐步加剧,知识产权和行业标准成为竞争的热点,领先公司试图通过设置专利壁垒和制定行业标准来控制市场,在竞争中占据有利地位。

  中国现在非常有必要通过制定相关标准对半导体照明产品和工程方案进行规范,制定相关的标准将给照明史树立新的里程碑,促进LED照明行业规范快速地发展,引导行业由无序、无标准状态变为有序、有标准地进入市场。同时建立系统、完善的半导体照明标准体系将有助于促进我国半导体照明产业的发展和技术创新,实现企业的优胜劣汰。

  半导体照明标准体系的建设一直是政府、行业协会和企业关注的焦点。尤其在景观亮化和道路照明应用领域,标准的出台将规范市场,防止一些企业以牺牲质量为代价进行恶性价格竞争。

  相关链接

  LED技术标准

  早期的LED产品,由于亮度较低,只作显示、指示用,在我国标准体系中,从属于半导体器件标准体系的顶层标准GB/T4589.1-1989《半导体器件 分立器件和集成电路总规范》,其总规范分为:分立器件、集成电路和光电子器件;从属于GB/T12565-1990《半导体器件 光电子器件分规范》的基础标准有术语、额定值和特性、测试方法及机械/环境试验方法等,其中有一部分标准内容是LED或LED产品可采用的。

  随着LED技术上的突破,不断出现的高亮度LED、蓝光和白光LED、功率LED和LED模块,早期LED的技术标准远不能满足要求,特别是近年发展起来的半导体照明产品,更需要重新制定产品标准。近两年科技部、信息产业部等相关部委均在积极推动LED相关标准的制定工作。

关键字:视频  屏幕  发光  二极管  调试  可靠性

编辑:汤宏琳 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/ledanddisplay/200805/article_21226.html
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