摘要
Micro-LED由于优异的显示特性已经成为目前技术的热点。由于其为芯片直显技术，芯片的光学性能决定了显示屏幕大部分的光学性能。Micro-LED灯板的封胶质料厚度对光学影响大，450 μm胶厚时比裸晶灯板色温降低了2 800 K。因Micro-LED显示为LED芯片直显发光，红光芯片自己发光角度比蓝绿光芯片小，再加上芯片外貌封胶后经过一系列的折反射，红光折射率比蓝绿光小，蓝绿光出光视角进一步放大，导致色温偏差。
要害词
Micro-LED显示；色温；光形图
0、引言
目前 LCD液晶面板显示在市场上仍然占据主导位置，可是液晶面板的技术工艺已达技术瓶颈，加上其动式发光形式的限制，导致LCD行业很难再有质的突破。目前三星、LG已经宣布退出LCD古板显现领域，转攻新型显示。OLED虽然具有许多古板LCD无可相比的优点，但仍保存一些缺陷，例如：良品率较低、本钱太高、8K区分率无法量产、使用寿命较短、“烧屏”、功耗大等。因此，虽然从泛起至今一直备受宽大用户和厂商推崇，可是OLED在目前仍然难以取代LCD抵达普及。
同时，随着第三代显示的需求推动和技术生长， Micro-LED由于其优异的电流饱和密度、更高的量子效率以及高可靠性，已经成为目前技术的热点，在显示、VLC（可见光）等方面被广泛研究。由于 Micro-LED的技术门槛高，Mini-LED显示产品应时而生，结合现有的8K及QD（量子点）技术，有破壁 OLED的趋势。
如今随着市场需求驱动以及技术迭代，显示技术已经由内容为王的二代技术逐渐过渡到突出硬件画质的第三代技术。行业内众多厂家如三星、苹果、友达等已加大对第三代显示技术的研发和投入。本文研究MicroLED显示从LED光源到出光显示面板的光学变革模型，
同时比照Micro-LED从LED光源到出光显示面板的亮度、色坐标、色温等光学方面的光学性能变革。
1、实验
本文将接纳P0.6的Micro-LED显示箱体模组为研究工具，样品接纳 100 μm尺寸的 RGB三色 LED芯片计划，灯板接纳 COB封装形式。测试仪器：CS2000、 HASS2000、示波器、红外测温仪、事情站。
Micro-LED从光源到显示面板光学路径为LED芯片--加外貌处理涂层灯板。制品显示屏为灯板�？槠唇�。实验划分测试裸晶灯板和涂外貌处理层灯板数据。划分测试 RGB单芯片、裸晶灯板、 3种规格厚度封胶灯板样品，测试其光谱、亮度、色坐标、主观视效等信息。LED芯片发射光谱数据如图1。
同时测试Micro-LED单点芯片光源光学参数，以及组成Micro-LED面板显示后的光学参数，研究LED光源到Micro-LED面板显示的光学参数变革。
实验的理论模型如下。
本文光学模型亮度盘算依据为光度学能量公式(1)
Km为人眼的明视觉最灵敏波长的光度参量对辐射度参量的转换常数，为最大光谱光视效能，其值为683 lm/W。V(λ)为人眼的明视觉光谱光视效能。Φ(λ)为单位波长的辐射流。同样，本文光学模型色坐标盘算依据为CIE三刺激值公式（2）
p(λ)为( 380~780) nm之间光源单位波长辐射流；x(λ)y(λ)z(λ)为标准三色光谱响应值。关于Micro LED，由于是主动式发光，光源传输路径比较简单， LED芯片外貌只有封胶质料影响，可直接修正如下：
P(λ)此处为1组RGB像素点的绝对光谱数据，N为显示屏的像素总数，S为显示屏面积，Ω为立体角。因 LED的色坐标由实际事情电流决定，故需要用目标色坐标以及RGB芯片发射光谱利用经验和插值法反推使用电流。
A（λ）为灯板油墨反射率频谱和灯板外貌的硅胶穿透率频谱叠加影响曲线，通过裸晶灯板和涂胶灯板测试数据比照得出。Kn为灯板外貌封胶透过率、光利用率、校正系数的综合系数。图2为100 μm的RGB芯片的光形图，凭据经验面积匹配，选53°角度，旋转360°作为立体角，故式(6)中的立体角Ω值取1.18π。
同时，Micro-LED RGB属于电流型驱动，由于 RGB三种芯片的发光效率纷歧致，为了获得目标色温 6 000~10 000 K，三种芯片的电流巨细纷歧样，红光R芯片要求的电流较大，电源的电流需要特殊设计。为包管电流稳定性及电源设计可靠性，目前普遍使用PWM控制电流脉宽模式来调理各芯片平均电流巨细的形式来实现混光。设定 x0.275y0.315，色温9 300 K的目标，依据上述LED发射光谱数据盘算LED实际需要平均电流在(20~35) μA左右。因100 μm RGB LED chip的光效最优电流比这个值大，如红光最优光效利用电流规模：(0.6~20) mA，绿光最优光效利用电流规模：(0.04~10) mA，蓝光最优光效利用电流规模：( 0.03~10) mA，尤其是红光，因此实际使用时将峰值电流提高，利用PWM模式调到平均电流值。即将绿光峰值提高 10倍在 278 μA，红光峰值电流提高20倍在512 μA。
电流设定后，测试灯板裸晶状态、封胶状态的光学数据。样品规格为：1# 450 μm厚度封胶、2# 300 μm厚度封胶、3# 200 μm厚度封胶、4#裸晶不封胶。
箱体输入R红、G绿、B蓝、W白4个画面，相同画面、电流条件下，接纳CS2000测试的光学数据如表1。
如表1数据，随着封胶厚度增加，亮度Lv成比例下降，白场条件下裸晶状态亮度为2 400 cd/m2，到450 μm胶厚状态白场亮度降到537 cd/m2。450 μm制品胶厚，胶体穿透率只有 22.4%。其中，蓝绿光穿透率比红光下降明显。随着胶体加厚，色温逐渐降低，到450 μm胶厚，色温降辐抵达2 800 K。通过对各胶体厚度样品煲机1h后进行温度测试，数据如表2(室温22 ℃)。
如表2数据，因封胶后LED芯片外貌空气辐射散热条件被阻隔，增加了1层胶体传导散热，LED灯板外貌温度随封胶厚度增加而增加，裸晶状态散热条件好故温度最低。但总体来看，LED的温升在可靠性条件以内，封胶与裸晶温差3.6K，这个温差对色温的影响较小。
图3为LED灯板外貌封胶胶体穿透率数据。如图3所示，随着胶体加厚，穿透频谱逐渐右翘，蓝绿光比例在降低，导致色温下降。封胶质料主体为环氧树脂，掺杂玄色素。玄色素材料为碳粉，但主体质料为透明环氧树脂，光谱在胶体内爆发的行动为质料吸收、颗粒散射、介质折反射。环氧树脂在可见光光谱规模内无典范吸收波带，穿透率降低主要为碳粉引起。
主体原因预计为胶体的折反射。随着视察视角加大，屏幕视效体现逐渐偏青，红色逐渐减弱。介质对光的折射率是 n=c/v，而光在介质中流传频率稳定，速度与波长的关系是v=f×λ，即波长越大折射率越小。LED发光从环氧树脂胶体（折射率约为1.4）射向空气（折射率约为1），即从光密介质射向光疏介质。凭据折射率公式，红光从胶体到空气的出射角比蓝绿光的出射角小，如图4。
同时，折射率越大，爆发全反射的临界角越小，即蓝绿光更容易爆发全反射，导致出光的蓝绿光减少。
LED-R chip由于自己质料的特性和芯片结构差别，红光的chip光形图发光角度明显比蓝绿光窄，如图2，加上红光折射率比蓝绿光小，如图4，在环氧树脂界面蓝绿光出光角度被进一步放大。亮度测试仪器CS2000的光学镜头为1°丈量，这可解释封胶后白场色温大幅降低的原因。
3、结论
Micro-LED显示因使用电流小温升低，温度对光学的影响较小。灯板的封胶质料厚度对光学影响大，450 μm胶厚时色温降低了2 800 K。因Micro-LED显示为 LED芯片直显发光，红光芯片自己发光角度比蓝绿光芯片小，再加上芯片外貌封胶后经过一系列的折反射，红光折射率比蓝绿光小，蓝绿光出光视角进一步放大，以及蓝绿光更容易爆发全反射，导致色温偏差。
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