标签：LED 能隙 技术 复合 Micro eta 发光 效率

LED 与Micro LED显示技术

LED显示原理

参考资料：1.视频资料 2.PPT文档

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1 LED工作原理

1.1 LED的发光原理

LED是PN节中载流子复合形成激子，最终激子发光导致的。

\[\lambda(nm)=\frac{1240}{E_{g}(eV)} \]

空穴和电子在复合时的能隙差（取决于材料）将决定最终发出光的波长的长短，具体的计算公式如上。在此的能隙必须为直接能隙，如下图：

图1 半导体能隙

找出导电带能系最高点和价电带半导体能系最低点，若两点在能带图中同一个K值（同一动量）的地方则为直接能隙，否则则为间接能隙。具备直接能隙的半导体容易在载流子复合时发光，间接能隙中能量大部分将以热的形式散发掉。

1.2 LED的发光效率

空穴与电子复合的发光效率（内部量子效率）也并非是100%，其将满足ABC模型

\[\eta_{int}=\eta_{inj}×\eta_{rad}\\ =\eta_{inj}×\frac{Bn^2}{An+Bn^2+Cn^3} \]

其中\(\eta_{inj}\)为载流子由外界注入内部的效率（注入效率），\(\eta_{rad}\)为电子与空穴复合后，以辐射放出光的效率（辐射复合效率），

图2 空穴与电子的发光效率

该效率可用ABC表示，$n$为载流子浓度。A表示表面缺陷和晶体内部缺陷相关的复合机制，B辐射放光方式所复合的途径，C为三电子或电动之间相互作用的关系。以上的模型又称为ABC模型。ABC三种参数中，仅有B属于辐射式的放光，因此，当且仅当此途径才能作为有效发光效率，在制备时必须提高该途径的发光效率。

1.3 LED的结构及优缺点

图3 蓝光LED的结构

LED分为红绿蓝三基色，此处的蓝色LED以蓝宝石基板制备，其他部分的金属都是具有直接能隙的半导体材料，这样才容易激发出光子。 目前的LED发光已经用于多个场景，它具有一些列的优势： 1,该方法是自发光型的，不需要背光面板且发光效率高； 2，响应时间很短，可应用高更新率的器件； 3，LED元件寿命很长，可实现高强度的放光； 4，可用镭射切割将LED切割，实现更小体积的LED器件发光 5，色纯度高，不需要滤波片都可。

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2 LED显示应用

因为液晶显示器不会反光，因此需要背光模组去产生光发光，背光模组大部分使用LED去制备，包含侧入式，直下式

图4 LED作为背板发光方式

侧入式时，LED贴附在导光板的侧面，导入后借由导光板的微结构设计将光均匀扩散在背光模组上。目前更多使用直下式的背光模组，借由导光板的设计直接扩散。 在直接制程显示屏幕上，LED也同样有使用，如下，如果找到合适的材料，可以制备像下图般的RGB三色光谱，随后将他们交错排列，就可以制备对应的LED显示屏。

图5 LED发光方式

图3曾展示LED的结构，该结构是LED单个的，针对彩色显示，目前多采用将三色LED封装在一起，形成单个像素的封装结构。

图6 LED封装

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