Micro-LED發(fā)展歷程
LED技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了近三十年,最初只是作為一種新型固態(tài)照明光源,之后雖應(yīng)用于顯示領(lǐng)域,卻依然只是幕后英雄——背光模組。如今,LED逐漸從幕后走向臺前,迎來最蓬勃發(fā)展的時期。如今它已多次出現(xiàn)在各種重要場合,在顯示領(lǐng)域扮演著越來越重要的角色。
LED之所以能夠成為當(dāng)前的關(guān)注焦點,主要歸功于它許多得天獨厚的優(yōu)點。它不僅能夠自發(fā)光,尺寸小,重量輕,亮度高,更有著壽命更長,功耗更低,響應(yīng)時間更快,及可控性更強(qiáng)的優(yōu)點。這使得LED有著更廣闊的應(yīng)用范圍,并由此誕生出更高科技的產(chǎn)品。
如今,LED大尺寸顯示屏已經(jīng)投入應(yīng)用于一些廣告或者裝飾墻等。然而其像素尺寸都很大,這直接影響了顯示圖像的細(xì)膩程度,當(dāng)觀看距離稍近時其顯示效果差強(qiáng)人意。此時,micro-LED display應(yīng)運而生,它不僅有著LED的所有優(yōu)勢,還有著明顯的高分辨率及便攜性等特點。
當(dāng)前micro-LED display的發(fā)展主要有兩種趨勢。一個是索尼公司的主攻方向——小間距大尺寸高分辨率的室內(nèi)/外顯示屏。另一種則是蘋果公司正在推出的可穿戴設(shè)備(如AppleWatch),該類設(shè)備的顯示部分要求分辨率高、便攜性強(qiáng)、功耗低亮度高,而這些正是micro-LED的優(yōu)勢所在。
Micro-LED display已經(jīng)發(fā)展了十?dāng)?shù)年,期間世界上多個項目組發(fā)布成果并促進(jìn)著相關(guān)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展。例如,2001年日本SatoshiTakano團(tuán)隊公布了他們的研究的一組micro-LED陣列。
該陣列采用無源驅(qū)動方式,且使用打線連接像素與驅(qū)動電路,并將紅綠藍(lán)三個LED芯片放置在同一個硅反射器上,通過RGB的方式實現(xiàn)彩色化。該陣列雖初見成效,但也有著不容忽視的缺點,其分辨率與可靠性都還很低,不同LED的正向?qū)妷翰顒e比較大[1]。
同年,H.X.Jiang團(tuán)隊也同樣做出了一個無源矩驅(qū)動的10×10micro-LED array。這個陣列創(chuàng)新性的使用四個公共n電極和100個獨立p電極。并采用復(fù)雜的版圖設(shè)計以盡量最優(yōu)化連線布局。雖然顯示效果有一定的進(jìn)步,但沒有解決集成能力低的問題[2]。
另一個比較突出的成果是在2006年由香港科技大學(xué)團(tuán)隊公布的。同樣采用無源驅(qū)動,使用倒裝焊技術(shù)集成Micro-LED陣列[3]。但是同一行像素的正向?qū)妷阂膊顒e比較大,而且當(dāng)該列亮起的像素數(shù)目不同時,像素的亮度也會受到影響,亮度的均勻性還不夠好。
2008年,Z.Y.Fan團(tuán)隊公布另一個無源驅(qū)動的120×120的微陣列,其芯片尺寸為3.2mm×3.2mm,像素尺寸為20×12μm,像素間隔為22μm。尺寸方面已經(jīng)明顯得到優(yōu)化,但是,依然需要大量的打線,版圖布局仍然十分復(fù)雜[4]。
而同年Z.Gong團(tuán)隊公布的微陣列,依然采用無源矩陣驅(qū)動,并使用倒裝焊技術(shù)集成。該團(tuán)隊做出了藍(lán)光(470nm)micro-LED陣列和UVmicro-LED(370nm)陣列,并成功通過UVLED陣列激發(fā)了綠光和紅光量子點證明了量子點彩色化方式的可行性[5]。
此外,在該年,B.R.Rae團(tuán)隊成功集成了Si-CMOS電路,該電路可為UVLED提供合適的電脈沖信號,并集成了SPAS(single photoa valanche diode)探測器,主要應(yīng)用于在便攜式熒光壽命讀寫器。然而其驅(qū)動能力比較弱,且工作電壓很高[6]。
2009年,香港科技大學(xué)Z.J.Liu所在團(tuán)隊利用UVmicro-LED陣列激發(fā)紅綠藍(lán)三色熒光粉,得到了全彩色的微LED顯示芯片[7]。2010年該團(tuán)隊分別利用紅綠藍(lán)三種LED外延片制備出360PPI的微LED顯示芯片[8],并把三個芯片集成在一起實現(xiàn)了世界上首個去背光源化的全彩色微LED投影機(jī)[9]。
之后,Z.J.Liu所在的香港科技大學(xué)團(tuán)隊與中山大學(xué)團(tuán)隊合力將微LED顯示的分辨率提高到1700PPI,像素點距縮小到12微米,采用無源選址方式+倒裝焊封裝技術(shù)[10]。與此同時他們還成功制備出分辨率為846PPI的WQVGA有源選址微LED顯示芯片,并在該芯片中集成了光通訊功能[11]。
這些僅是micro-LED發(fā)展歷史中比較重要的一些成果。之后,關(guān)于micro-LED的探索不斷深入,更多的進(jìn)展不斷被公布,包括進(jìn)一步減小尺寸,提高亮度的均勻性等,關(guān)于其驅(qū)動方式,制備工藝及彩色化的實現(xiàn)等方面也有著諸多討論,這些將在后續(xù)系列中進(jìn)行介紹。
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