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发光二极管（light-emittingdiodes,LED）在照明与显示领域已经获得了广泛的应用,并展现出了显著的节能优势。LED不仅作为液晶显示背光模组的发光光源,应用于电视、电脑、手机中;也作为显示像素单元,应用于室内外大尺寸LED显示屏中。LED已经成为新型显示产业不可或缺的关键器件。在增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、柔性可穿戴设备等新应用的推动下,微型LED显示逐步成为新型显示产业的重要发展方向之一。微型LED显示具备良好的产业化基础。一方面,从近紫外至红光波段的LED芯片,均已实现大规模量产,可以为微型LED显示提供足够的产能支持;另一方面,大尺寸LED显示屏的广泛使用,已经证实LED芯片可以满足显示素应用的性能要求。微型LED显示,通常根据微型LED芯片的尺寸划分为Mini-LED显示和Micro-LED显示两大领域。LED芯片尺寸在100μm至200μm之间,为Mini-LED显示;LED芯片尺寸在100μm以下,则为Micro-LED显示。虽然已经有很多公司展出了微型LED显示的样机,但是微型LED显示实现产业化,仍需攻克诸多共性关键技术。全彩化显示是微型LED显示领域的关键技术瓶颈之一。深入研究微型LED全彩化显示涉及的基础科学问题,对于推动微型LED显示尽早步入产业化具有重要的意义。本研究针对红绿蓝三基色微型LED阵列实现全彩化显示、单色微型LED阵列结合纳米晶荧光转换实现全彩化显示,所涉及的基础科学问题分别展开研究,旨在通过研究微型LED芯片的光电特性、显示色域优化、纳米晶的稳定性及发光衰减机理等基础科学问题,推动实现高效率、高品质、高可靠性的微型LED全彩化显示。主要的研究成果及创新点如下:1.三基色Mini-LED芯片的光电特性研究。分别研究了红绿蓝（RGB）Mini-LED 芯片在 300～380 K 的温度范围内 的温度-电流-电压-发光特性。所研究Mini-LED芯片的外形尺寸均为100μm×200μm。重点研究了温度与电流对RGB Mini-LED的外量子效率（External Quantum Efficiency,EQE）、发光光谱质心波长及半高宽的影响。对RGB Mini-LED芯片非辐射复合机理的研究表明,红光Mini-LED芯片中载流子泄漏严重。通过研究不同电流下RGB Mini-LED芯片的发光分布,对比了 RGB Mini-LED芯片中载流子分布的差异。在对比RGB Mini-LED 芯片光电性能的基础上,分析了不同 Mini-LED 芯片进行性能改进的主要方向。现阶段,优化红光Mini-LED芯片的注入电流分布,并降低其载流子泄漏,是提高Mini-LED全彩化显示的效率和发光稳定性的重点突破方向。2.三基色Mini-LED全彩化显示的色域优化研究。分别研究了 RGB Mini-LED 芯片发光的色品坐标随温度和电流的变化规律,重点探究了 RGB Mini-LED芯片对全彩化显示色域的影响。采用Rec.2020、DCI-P3以及NTSC等三种使用最为广泛的色域标准,并以色域值及色域覆盖率最大化为目标,分别开展优化研究。分别研究了 RGB Mini-LED芯片的电流设定,对全彩化显示色域的影响。研究表明,绿光Mini-LED芯片的工作温度与电流,显著影响Mini-LED全彩化显示的色域。虽然无法找到一组理想的RGB Mini-LED芯片电流组合,同时实现所有色域指标的最大化。但是,通过将红光和蓝光Mini-LED芯片的电流分别设置为其EQE峰值所对应的电流,进一步优化绿光Mini-LED芯片的电流,可以获得兼顾EQE和色域的最佳电流组合。本研究建立了 一种通过筛选RGB Mini-LED芯片工作电流,实现Mini-LED全彩化显示色域最佳化的优化方法。3.绿光Micro-LED芯片的电流拥挤效应及机理研究。系统研究了绿光Micro-LED芯片中的电流拥挤效应,为改进GaN Micro-LED芯片中的电流拥挤提供了指导方向。采用显微高光谱成像技术,测量了 Mesa尺寸为20μm×20μm、倒装结构绿光Micro-LED芯片的衬底表面发光分布,进一步获得发光强度、发光光谱质心波长以及半高宽等特性参数的空间分布。结合LED芯片电流扩散理论模型,对绿光Micro-LED芯片的电流拥挤机理给出了明确的解释。研究结果表明,在绿光Micro-LED芯片中,电流拥挤效应发生在Mesa的中心,即p电极下方,而不是边缘区域。绿光Micro-LED芯片Mesa区域的发光强度分布包含三个区域:p电极下方的高发光强度区域;边缘的多个亮斑区域;位于边缘亮斑区域与高发光强度区域之间的环形暗区。p电极对应区域为电流拥挤效应发生的区域,边缘的亮斑源自载流子局域化效应发光。本研究结果,不仅为改进绿光Micro-LED 芯片结构、提高其 EQE 提供了有效依据,也为开展蓝光和红光 Micro-LED芯片的电流拥挤效应研究提供了新方法。4.钙钛矿结构CH3NH3PbBr3纳米晶在加热和近紫外光照射下的稳定性及其光致发光猝灭机理研究。通过模拟近紫外Micro-LED芯片激发纳米晶实现全彩化显示器件中的温度、近紫外光照射强度、环境气氛等工作条件,对包覆在聚偏氟乙烯中的绿光CH3NH3PbBr3纳米晶的老化特性进行了研究。分别从纳米晶的结构变化、光物理参数变化、光谱特性变化等方面对其发光猝灭机理进行了系统研究。研究结果表明,在加热和近紫外光照射的共同作用下,CH3NH3PbBr3纳米晶会发生部分分解,并生成新的产物NH4Pb2Br5。该分解反应在真空、氮气环境下依然会发生。变温光致发光光谱研究结果表明,在发生分解反应的同时,纳米晶的表面缺陷态密度大幅增加,进而导致荧光猝灭。本研究工作对CH3NH3PbBr3钙钛矿结构纳米晶在加热和近紫外光照射共同作用下的荧光猝灭机理,作出了明确解释。本研究为Mini-LED芯片的性能改进提供了方向,提出了 Mini-LED全彩化显示色域优化的新方法,对绿光Micro-LED芯片的电流拥挤机理作出了准确的解释,揭示了 CH3NH3PbBr3钙钛矿结构纳米晶的荧光猝灭新机理,并为微型LED芯片发光均匀性、纳米晶可靠性等领域的后续研究贡献了新的研究方法。