【干貨】解析Micro-LED display彩色化的3大主要技術(shù)手段

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2016-11-07

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　　Micro-LED display的彩色化是一個重要的研究方向,。在當今追求彩色化以及其高分辨率高對比率的嚴峻趨勢下,，世界上各大公司與研究機構(gòu)提出多種解決方式并在不斷拓展中，行業(yè)資訊,，本文將對主要的幾種Micro-LED彩色化實現(xiàn)方法進行討論,，酒店led照明，包括RGB三色LED法,、UV/藍光LED+發(fā)光介質(zhì)法,、光學(xué)透鏡合成法。

　　一,、RGB三色LED法

　　RGB-LED全彩顯示顯示原理主要是基于三原色（紅,、綠、藍）調(diào)色基本原理。眾所周知,，RGB三原色經(jīng)過一定的配比可以合成自然界中絕大部分色彩,。同理，對紅色-,、綠色-,、藍色-LED，照明資質(zhì),，施以不同的電流即可控制其亮度值,，從而實現(xiàn)三原色的組合，達到全彩色顯示的效果,，這是目前LED大屏幕所普遍采用的方法[1],。

　　在RGB彩色化顯示方法中，每個像素都包含三個RGB三色LED,。一般采用鍵合或者倒裝的方式將三色LED的P和N電極與電路基板連接,，具體布局與連接方式如圖1所示[2]。

　　之后,，使用專用LED全彩驅(qū)動芯片對每個LED進行脈沖寬度調(diào)制(PWM)電流驅(qū)動,，PWM電流驅(qū)動方式可以通過設(shè)置電流有效周期和占空比來實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光。例如一個8位PWM全彩LED驅(qū)動芯片,，可以實現(xiàn)單色LED的28=256種調(diào)光效果,，那么對于一個含有三色LED的像素理論上可以實現(xiàn)256*256*256=16,777,216種調(diào)光效果，LED照明工程,，即16,777,216種顏色顯示,。具體的全彩化顯示的驅(qū)動原理如圖2所示[2]。

　　但是事實上由于驅(qū)動芯片實際輸出電流會和理論電流有誤差,，單個像素中的每個LED都有一定的半波寬(半峰寬越窄,，LED的顯色性越好)和光衰現(xiàn)象，繼而產(chǎn)生LED像素全彩顯示的偏差問題,。

　　▲圖1RGB全彩色顯示的單像素布局示意圖

　　▲圖2RGB全彩色顯示驅(qū)動原理示意圖

　　二,、UV/藍光LED+發(fā)光介質(zhì)法

　　UV LED（紫外LED）或藍光LED+發(fā)光介質(zhì)的方法可以用來實現(xiàn)全彩色化。其中若使用UVmicro-LED,則需激發(fā)紅綠藍三色發(fā)光介質(zhì)以實現(xiàn)RGB三色配比;如使用藍光micro-LED則需要再搭配紅色和綠色發(fā)光介質(zhì)即可,，以此類推,。該項技術(shù)在2009年由香港科技大學(xué)劉紀美教授與劉召軍教授申請專利并已獲得授權(quán)（專利號：US13/466,660,US14/098,103）,。

　　發(fā)光介質(zhì)一般可分為熒光粉與量子點（QD:Quantum Dots）,。納米材料熒光粉可在藍光或紫外光LED的激發(fā)下發(fā)出特定波長的光，LED筒燈,，光色由熒光粉材料決定且簡單易用,，家用照明，這使得熒光粉涂覆方法廣泛應(yīng)用于LED照明，并可作為一種傳統(tǒng)的micro-LED彩色化方法,。

　　熒光粉涂覆一般在micro-LED與驅(qū)動電路集成之后,，再通過旋涂或點膠的方法涂覆于樣品表面。圖3則是一種熒光粉涂覆方法的應(yīng)用,，其中（a）圖顯示一個像素單元中包含紅綠藍4個子像素,，LED球泡燈，圖（b）則顯示了micro-LED點亮后的彩色效果[3],。

　　該方式直觀易懂卻存在不足之處,，其一熒光粉涂層將會吸收部分能量，商業(yè)照明,，降低了轉(zhuǎn)化率,；其二則是熒光粉顆粒的尺寸較大，約為1-10微米,，超市照明,，隨著micro-LED像素尺寸不斷減小，產(chǎn)業(yè)資訊,，熒光粉涂覆變的愈加不均勻且影響顯示質(zhì)量,。而這讓量子點技術(shù)有了大放異彩的機會。

　　▲圖3熒光粉彩色化micro-LED的像素設(shè)計及顯示效果

　　量子點,，又可稱為納米晶,，LED照明企業(yè)，是一種由II－VI族或III－V族元素組成的納米顆粒,。量子點的粒徑一般介于1～10nm之間,，可適用于更小尺寸的micro-display。量子點也具有電致發(fā)光與光致放光的效果,，受激后可以發(fā)射熒光,，廠房照明，發(fā)光顏色由材料和尺寸決定,，因此可通過調(diào)控量子點粒徑大小來改變其不同發(fā)光的波長,。

　　當量子點粒徑越小，發(fā)光顏色越偏藍色,；當量子點越大,，發(fā)光顏色越偏紅色。量子點的化學(xué)成分多樣,，發(fā)光顏色可以覆蓋從藍光到紅光的整個可見區(qū),。而且具有高能力的吸光-發(fā)光效率、很窄的半高寬,、寬吸收頻譜等特性,，因此擁有很高的色彩純度與飽和度,。且結(jié)構(gòu)簡單，薄型化,，可卷曲,，非常適用于micro-display的應(yīng)用[4]。

　　目前常采用旋轉(zhuǎn)涂布,、霧狀噴涂技術(shù)來開發(fā)量子點技術(shù),，即使用噴霧器和氣流控制來噴涂出均勻且尺寸可控的量子點，戶外照明,，裝置與原理示意圖如圖4所示[5],。將其涂覆在UV/藍光LED上，使其受激發(fā)出RGB三色光,，再通過色彩配比實現(xiàn)全彩色化,，如圖5所示[5]。

　　但是上述技術(shù)存在的主要問題為各顏色均勻性與各顏色之間的相互影響,，所以解決紅綠藍三色分離與各色均勻性成為量子點發(fā)光二極管運用于微顯示器的重要難題之一,。

　　此外，LED筒燈,，當前量子點技術(shù)還不夠成熟,，還存在著材料穩(wěn)定性不好、對散熱要求高,、且需要密封,、壽命短等缺點。這極大了限制了其應(yīng)用范圍,，但隨著技術(shù)的進步和成熟,，我們期待量子點將有機會扮演更重要的角色。

　　▲圖4(a)高精度霧化噴涂系統(tǒng)(Aerosol jettechnology)及其(b)原理圖,。

　　▲圖5利用高精度噴涂技術(shù)制作紅,、綠、藍三原色陣列示意圖

　　三,、光學(xué)透鏡合成法

　　透鏡光學(xué)合成法是指通過光學(xué)棱鏡（TrichroicPrism）將RGB三色micro-LED合成全彩色顯示,。具體方法是是將三個紅、綠,、藍三色的micro-LED陣列分別封裝在三塊封裝板上,，并連接一塊控制板與一個三色棱鏡。

　　之后可通過驅(qū)動面板來傳輸圖片信號,，調(diào)整三色micro-LED陣列的亮度以實現(xiàn)彩色化,，并加上光學(xué)投影鏡頭實現(xiàn)微投影。整個系統(tǒng)的實物圖與原理圖如圖6所示,，顯示效果如圖7所示[6],。

　　▲圖6棱鏡光學(xué)合成法的a),b)實物圖，c)原理示意圖

　　▲圖7棱鏡光學(xué)合成法的顯示效果

　　作者：

　　劉召軍彭燈張珂（中山大學(xué)）

　　郭浩中佘慶威（臺灣交通大學(xué)）

　　參考文獻：

　　[1]W.C.Chong,etal,SID13Digest,44(1):838-841.

　　[2]D.Peng,etal,IEEEJ.DisplayTechnol.,Vol.12,Issue7,pp.742-746,2016.

　　[3]Z.J.Liu,etal,SID11Digest,42(1):1215-1218.

　　[4]K,J.Chen,etal,SPIEOpto,2013,8641(1):115-125.

　　[5]H.V.Han,H.C.Kuo,et.al,OSA,23(25):32504-32515,2015.

　　[6]Z.J.Liu,W.C.Chong,etal,IEEEPhoton.Technol.Lett.,Vol.25,no.23,2013.

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