【摘 要】
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无机发光二极管微显示（LED微显示,即LED microdisplay）技术被认为是新一代显示技术,近年来,以微米尺寸发光二极管（即micro-LED）技术为主的LED微显示器以其高动态范围、高对比度、高亮度、长寿命和低功耗等优点而迅速发展。目前,氮化镓材料体系发光二极管仍然存在着大电流密度下外量子效率下降问题（Efficiency Droop）,因此如何提高其发光效率成为了研究的重点,另一方面,
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无机发光二极管微显示（LED微显示,即LED microdisplay）技术被认为是新一代显示技术,近年来,以微米尺寸发光二极管（即micro-LED）技术为主的LED微显示器以其高动态范围、高对比度、高亮度、长寿命和低功耗等优点而迅速发展。目前,氮化镓材料体系发光二极管仍然存在着大电流密度下外量子效率下降问题（Efficiency Droop）,因此如何提高其发光效率成为了研究的重点,另一方面,LED微显示器彩色化也是影响其商业化的关键技术。本论文首先介绍了几种不同类型的微显示技术,包括数字光芯、硅基液晶、有机发光二极管和发光二极管等技术。使用4英寸蓝宝石衬底外延片,分别制备了有效显示区对角线尺寸0.42英寸,像素节距20μm,像素尺寸14μm的绿光和蓝光LED微显示器,通过不同方法对LED微显示器的发光效率进行了研究,并对其光电性能进行了表征;同时使用红色荧光粉对蓝光LED微显示器颜色转换进行了研究。具体的研究内容如下:1.通过半导体制造工艺,包括涂胶、光刻、显影、镀膜、lift-off,以及灌胶、键合、焊线、封装等,使用4英寸蓝宝石衬底外延片设计并制备了0.42英寸,分辨率480×270,像素大小14μm,像素节距20μm的绿光和蓝光LED微显示器。2.绿光LED微显示器表现出优良的光电性能。器件的开启电压为2.38 V,在工作电流20 m A、电流密度1.85 A/cm~2时的亮度达到12700 cd/m~2,在电流密度为1.02 A/cm~2时器件达到峰值发光效率26.52 lm/W,电流密度为1.67 A/cm~2时,外量子效率达到峰值4.63%,与国际上报道过的绿光LED微显示器性能接近（5.5%～7%）。通过涂敷折射率匹配层—硅胶,可以使器件的发光效率提高25.75%,对于制备高效率的LED微显示器具有重要意义。3.蓝光LED微显示器采用单抛光图形化蓝宝石衬底外延片。器件的开启电压为2.48 V,单颗像素的平均反向漏电流为0.31 n A,表现出低的泄露电流和标准发光二极管行为。在工作电流20 m A、电流密度1.94 A/cm~2时亮度达到1930cd/m~2,电流效率为0.099 cd/A,功率效率为8.53%。器件的峰值发光效率为4.09lm/W,峰值外量子效率为10.07%。使用激光剥离技术去除了蓝宝石衬底（约200μm）,剥离衬底后对器件的电学性能基本没有影响,但光学特性影响较大,效率下降比例超过60%。虽然蓝宝石衬底与硅基CMOS驱动电路间热失配问题严重,但是蓝宝石衬底的存在可以很大程度上提高其光学特性,增加显示效果,在制造柔性LED微显示器时,选择折射率适当的衬底对倒装器件的光学特性尤为重要。4.研究了使用KSF(K2Si F6:Mn4+)红色荧光粉用于蓝光LED微显示器的颜色转换。由于LED微显示器的像素尺寸较小,所用KSF荧光粉的平均粒径为3.293μm,采用量子点制备量子薄膜的方式实现颜色转换,会导致像素模糊不清,影响显示效果。设计了一种基于硅基衬底器件的荧光像素方案,成功实现了红光颜色转换,为LED微显示器彩色化研究提供了参考。
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