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LED调色和像素化MicroLED阵列研究

MicroLED.cn 技术文章 2020-09-22 09:30:58 26170 0 | 文章出自:proquest MicroLED


余辉张,马泽涛,蔡海伟香港大学,香港, 本文全文截取proquest论文,并翻译,如有侵权,请联系本网站撤稿,此文章不做任何商业用途,仅供行业人士参考及讨论

在过去的十年中,基于氮化材料系统的发光二极管(led)得到了广泛的发展,其目标是取代白炽灯和气体放电灯,成为节能的固态光源。由于各机构的研究实验室和产业界的共同努力,确实取得了巨大的进展。材料外延的重大发展,设备加工、芯片封装为重大的成功做出了贡献,液晶显示器(LCD)的更换背光,红绿灯,路灯,和通用照明逐步取代了全球来源在许多城市,随着这些排放效率越来越接近其全部潜力。在能源资源过度消耗的情况下,这尤其令人鼓舞,更不用说led相对于旧技术所具有的诸多优势。

led与白炽灯或荧光灯的一个主要区别在于其发射光谱。LED的单色光谱意味着为了产生宽带光,必须进行组合的颜色转换。另一方面,白炽灯的宽带发射省去了这种必要性;然而,由于红外光谱中大部分光谱成分的带宽过大,因此需要进行浪费的滤波。类似地,气体放电产生的离散波长发射需要额外的荧光材料来在可见区域进行有用的发射。

LED发射的单色性使其有机会产生节能的颜色可调光源。颜色可以通过调节光源的波长或通过添加或混合不同的颜色来改变。到目前为止,还没有一种波长可跨可见光谱调谐的发射光源;因此,基于加色原理的混色常被采用。例如,可以通过在表面上投射三原色的光束来混合颜色。另一方面,液晶显示器(LCD)等设备依赖于从后方宽带光源通过马赛克滤色片滤光。

与基于白炽灯或荧光的传统光源不同,发光二极管是固定的单色波长的微型光源,它们非常适合加色混合。许多应用,如面板显示,情绪照明,甚至细胞的生物激发,都要求光源的颜色可调跨可见光谱和更远。基于这一概念的解决方案,以红-绿-蓝(RGB) LED的形式,即发射三原色的芯片彼此相邻地粘接在同一个封装上,现在已经可用,并已被用于LED面板显示。1 然而,这种方法的一个主要缺点是空间颜色的变化会导致非理想的颜色混合,因为来自离散器件的发射锥不会完全相互重叠。2 通常使用扩散器来克服这个问题,虽然w20%的光损失是不可避免的,3 同时失去了色彩的清晰度和丰富性。

已经有部分led展示了其调色能力,包括基于多结、量子点或纳米柱的器件,尽管调色范围有限。为了克服这些限制,设计并实现了两种不同的策略,为led提供颜色调整功能。

第一种方法包括三个独立的RGB发射器,它们垂直地堆叠在一起。三原色的LED芯片可以在物理上堆叠在一起,从而产生颜色可调的LED。在这样的安排下,每个LED发出的光线可以自然地结合和混合,因为光线从较低的LED通过上层LED,并混合由后者发出的光线。

第二种方法包括排列相互连接的不同颜色的微米级发射器。一个真正的单芯片解决方案,采用组寻址微像素化发射器,结合喷射打印的颜色转换像素实现。作为一种单芯片解决方案,这些群寻址微led发射器很容易扩展到全彩发射微显示器中,这无疑是发射显示技术的一个突破。


12.2堆叠发光二极管


12.2.1最初的想法

这种方法是基于LED发射光路的优化。光混合要求离散led的辐射模式相互重叠。与尝试使用外部光学来混合光束不同,RGB设备被物理地放置,这样它们的光路是对齐的。图12.1的示意图说明了这一思想。这样,三个led的辐射就自然地混合在一起,而不需要额外的光学设备。

实现这一想法可以实现的RGB芯片堆叠在彼此之上,在一个堆叠的地形。这是可能的,因为氮化镓LED芯片生长在透明的蓝宝石基片上;光可以通过芯片传输而不吸收或显著衰减。AlInGaP红色LED,与不透明(对可见光)砷化镓衬底必须放置在堆栈的底部(这碰巧是所需的序列,稍后解释)。一个绿色的InGaN LED被放置在红色LED的顶部,一个蓝色的InGaN LED随后被放置在堆栈的顶部。这样的堆叠策略确保了最佳的色彩混合。

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