发光二极管微显示器件的设计与表征

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视觉是获取信息的最重要手段。随着移动通信技术的快速发展,对显示技术的要求也越来越高。发光二极管微显示(Light Emitting Diode Microdisplay)被认为是未来的显示技术,引起了行业的高度重视。Microdisplay是指面板对角线尺寸小于1英寸,像素密度大于1000 PPI(每英寸像素数)的显示技术,有别于我们日常所见的手机、手提电脑和电视机等。LED具有工作电压低、亮度与效率高、响应速率快、结构紧凑等优点,目前广泛应用于照明领域。当LED单元尺寸缩小至微米量级,即Micro Pixel LED,就可以用它制作出高性能的显示器,优于当前主流的液晶显示技术。本论文即围绕着Micro Pixel LED应用于显示领域开展了系统的研究工作。主要内容:一、发光二极管微显示的系统设计,如发光像素与对应驱动电路的设计;器件制作流程设计,光学掩膜版的制备与改进。二、介绍了 LED微显示器件制作的主要设备,开发了绿色对角线0.42英寸(长9.6 mm宽5.4 mm)分辨率480×270(1/16高清)的微显示芯片,包括所用蓝宝石衬底氮化镓发光二极管外延片的评估、光刻、刻蚀、镀膜等,并完成了器件的封装。三、设计并制作器件在键合工艺前的全屏点亮检测设备,主要思路包括:在已阵列化的器件上依次点亮每个Die上的129600颗像素,Die英语原意是指具备主要功能的芯片;采用了单面印制双层PCB板双重布线,加上平整的金属探针方式作为阵列化像素的导电载台;配合上述结构搭建了一套自动光学检测系统,又称AOI系统。完成了对LED微显示器件表面缺陷的检测工作。四、对绿色LED微显示进行光电特性测试:开启电压为2.1 V(肉眼可观察到),当驱动电压为3.0V时,电流密度51.6A/cm2,器件的亮度为106cd/m2,辐射光功率68.52 mW,能量效率4.3%,最高流明效率为50.35 lm/W(电压2.3 V,电流密度3.4 A/cm2)。本结果为LED微显示的设计提供了重要的实验基础。五、比较了照明领域LED芯片与微显示LED投影芯片的发光角度,照明LED的发光角度180°,发光分布为类朗伯体型;微显示LED投影芯片的发光角度80°,发光分布为准直型(曲线拟合后符合高斯分布)。六、研究了 Micro Pixel LED器件尺寸的大小对电学特性的影响。
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