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Micro-LED显示彩色化的3大技术手段解析

2016-11-07 11:27
Timeless落尘
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  Micro-LED display的彩色化是一个重要的研究方向。在当今追求彩色化以及其高分辨率高对比率的严峻趋势下,世界上各大公司与研究机构提出多种解决方式并在不断拓展中,本文将对主要的几种Micro-LED彩色化实现方法进行讨论,包括RGB三色LED法、UV/蓝光LED+发光介质法、光学透镜合成法。

  一、 RGB三色LED法

  RGB-LED全彩显示显示原理主要是基于三原色(红、绿、蓝)调色基本原理。众所周知,RGB三原色经过一定的配比可以合成自然界中绝大部分色彩。同理,对红色-、绿色-、蓝色-LED,施以不同的电流即可控制其亮度值,从而实现三原色的组合,达到全彩色显示的效果,这是目前LED大屏幕所普遍采用的方法[1]。

  在RGB彩色化显示方法中,每个像素都包含三个RGB三色LED。一般采用键合或者倒装的方式将三色LED的P和N电极与电路基板连接,具体布局与连接方式如图1所示[2]。

  之后,使用专用LED全彩驱动芯片对每个LED进行脉冲宽度调制(PWM)电流驱动,PWM电流驱动方式可以通过设置电流有效周期和占空比来实现数字调光。例如一个8位PWM全彩LED驱动芯片,可以实现单色LED的28=256种调光效果,那么对于一个含有三色LED的像素理论上可以实现256*256*256=16,777,216种调光效果,即16,777,216种颜色显示。具体的全彩化显示的驱动原理如图2所示[2]。

  但是事实上由于驱动芯片实际输出电流会和理论电流有误差,单个像素中的每个LED都有一定的半波宽(半峰宽越窄,LED的显色性越好)和光衰现象,继而产生LED像素全彩显示的偏差问题。

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▲ 图1 RGB全彩色显示的单像素布局示意图

2

▲ 图2 RGB全彩色显示驱动原理示意图

  二、 UV/蓝光LED+发光介质法

  UV LED(紫外LED)或蓝光LED+发光介质的方法可以用来实现全彩色化。其中若使用UV micro-LED, 则需激发红绿蓝三色发光介质以实现RGB三色配比; 如使用蓝光micro-LED则需要再搭配红色和绿色发光介质即可,以此类推。该项技术在2009年由香港科技大学刘纪美教授与刘召军教授申请专利并已获得授权(专利号:US 13/466,660, US 14/098,103)。

  发光介质一般可分为荧光粉与量子点(QD: Quantum Dots)。纳米材料荧光粉可在蓝光或紫外光LED的激发下发出特定波长的光,光色由荧光粉材料决定且简单易用,这使得荧光粉涂覆方法广泛应用于LED照明,并可作为一种传统的micro-LED彩色化方法。

  荧光粉涂覆一般在micro-LED与驱动电路集成之后,再通过旋涂或点胶的方法涂覆于样品表面。图3则是一种荧光粉涂覆方法的应用,其中(a)图显示一个像素单元中包含红绿蓝4个子像素,图(b)则显示了micro-LED点亮后的彩色效果[3]。

  该方式直观易懂却存在不足之处,其一荧光粉涂层将会吸收部分能量,降低了转化率;其二则是荧光粉颗粒的尺寸较大,约为1-10微米,随着micro-LED 像素尺寸不断减小,荧光粉涂覆变的愈加不均匀且影响显示质量。而这让量子点技术有了大放异彩的机会。

3

                                                                               (a)                                           (b)

▲ 图3 荧光粉彩色化micro-LED的像素设计及显示效果

  量子点,又可称为纳米晶,是一种由II-VI族或III-V族元素组成的纳米颗粒。量子点的粒径一般介于1~10nm之间,可适用于更小尺寸的micro-display。量子点也具有电致发光与光致放光的效果,受激后可以发射荧光,发光颜色由材料和尺寸决定,因此可通过调控量子点粒径大小来改变其不同发光的波长。

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