Micro LED，发光材料，发光结构，光学参数
半导体微纳制造技术与 LED 技术的结合带来了新的可能性。LED 的尺寸减小至微米量级，可以称作微型发光二极管（Micro-LED 或 μLED）。Micro-LED 有很多优异的特性，具有众多的潜在应用。Micro-LED 可以用于制作显示器，相比于当前的 OLED 和 LCD 等主流显示技术，Micro-LED 具有更高的亮度、分辨率与色彩饱和度，更低的能耗，更长的寿命和更快的响应速度，可以广泛应用于面板显示器、柔性显示器、透明显示器、平视显示器（HUD）、微型投影仪、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）、智能手表和智能手机等产品。除此之外，还可以应用到光神经网络、无掩模数字光刻、可见光通信、可穿戴/可植入器件和超分辨成像多个领域。
1 Micro-LED 材料
LED 的发光波长由所使用材料的带隙决定，根据不同的带隙宽度，常用的LED 材料包括 Ga P/GaAsP、AlGaAs、AlGaInP 和 Ga N 四类 III-V 族材料。
(1) GaP/GaAsP 系列
由 GaP 和 GaAs 为基础的三元合金化合物表示为 GaAs1-yPy ， 当 y<0.45 时，GaAs1-yPy为直接带隙半导体，其发光范围从630nm的红光(y=0.45)到870nm红外光(y=0)。当 y>0.45 时，GaAs1-yPy为间接带隙半导体，通常需要借助加入的等电子杂质，实现光子辐射，效率较直接带隙材料要低。
(2) AlGaAs 系列
AlxGa1-xAs/GaAs 材料常用来制作高亮度 LED，该材料中 Al 的原子半径(1.82 Å)和 Ga 原子半径(1.81Å)非常接近，不同摩尔比例的 AlxGa1-xAs 均能和 GaAs 实现较好的晶格匹配。对于 AlxGa1-xAs 而言，当 x<0.43 时其为直接带隙半导体，通过调整组分和带隙，可以实现深红外到红外（约 640 nm ~ 870 nm)的光谱发射。
(3) AlGaInP 系列
AlGaInP 材料由 In、Ga、Al、P 四种元素化合而成，当组成范围从In0.49Al0.17Ga0.34P到In0.49Al0.058Ga0.452P时，其与 Gas 衬底相匹配。目前长波可见光高亮度的 LED 主要以 AlGaInP 材料为主。
(4) GaN 系列
对于蓝光 LED 材料，目前主要有两类，一类是 Ga N 直接带隙半导体，其带隙宽度大约为 3.4 eV，另一类是 GaN 掺杂 In 的合金，即 InGaN 材料，其带隙宽度约为 2.7 eV，对应于蓝光波段。
2 Micro-LED 器件结构
Micro-LED 的工作原理与大尺寸的 LED 基本相同，本质上都是 PN 结在通电后或光激发后电子和空穴复合辐射出光子，光子从 Micro-LED 出射就可以看到 Micro-LED 发光。
根据结构的不同，Micro-LED 可以大致分为三种：水平电极型（正装型）、倒装型和垂直型。
图 1 水平电极型（正装型）、倒装型和垂直型 LED芯片结构
正装型或倒装型 Micro-LED 的两个电极位于同一侧，蓝宝石透光面位于另一侧。正装型 Micro-LED 的电极朝上，蓝宝石面朝下与驱动基板固定，两个电极通过金属引线与基板上面的焊盘连接。倒装型 Micro-LED 则是电极面朝下，蓝宝石面朝上，两个电极通过金属焊球与驱动基板连接。垂直型 Micro-LED 则是两个电极分布在 Micro-LED 的两侧，一侧电极通过金属焊球与基板连接，另一侧电极通过金属引线与基板上的焊盘连接。
由于蓝宝石的导热系数较低，只有 27W/mK，因此正装型 Micro-LED 的散热性能较差，从而导致热量积聚，以致器件的寿命较短。正装型 Micro-LED 从电极面出光，电极会遮挡一部分，影响出光，所以正装型结构不适合做小尺寸的器件。垂直型也有电极遮挡出光的问题，但由于垂直型 Micro-LED 的电极位于上下两侧，电流是垂直方向流动的，电流分布均匀，有利于热量的减少。倒装型 Micro-LED 则由于两焊球直接与基板连接，可以通过焊球散热，提高了散热能力，寿命也相对较长。而且倒装型 Micro-LED 从蓝宝石面出光，没有遮挡，出光效率较高。不同结构的 Micro-LED 的特点如表 1
表 1 不同结构的 Micro-LED 的特点
３光学参数
光通量：光通量（Luminous flux），符号是Φ，标准单位是流明（lumen，简记为 lm），是一种表示光功率的物理量，是表示光源整体亮度的指标。指每单位时间内由光源所发出或由被照体所吸收的光能，可以由发光强度对立体角的积分计算得到。
辐射通量：辐射通量（Radiant flux）又称辐射功率，指单位时间内通过某一截面的辐射能，是以辐射形式发射、传播或接收的功率，单位为瓦（W），即1W=J/s（焦耳每秒）。它也是辐射能随时间的变化率 Φ=dQ/dt 。目前测量辐射通量的方法一般是由直流电置换辐射通量的等价置换原理进行的。
光效 η：光源发出的光通量与消耗功率之比，叫做发光效率，单位是流明/瓦（lm/W）。
发光强度：在光度学中简称光强或光度。用于表示光源给定方向上单位立体角内发光强弱程度的物理量，国际单位为坎德拉，符号：cd，以前又称烛光、支光。
色坐标：色坐标就是颜色在色度空间上的坐标，常用的颜色坐标，横轴为 x ,纵轴为 y 。有了色坐标,可以在 CIE 色度图上确定一个点。这个点精确表示了发光颜色.即:色坐标精确表示了颜色。
相关色温：它的定义是使用特定已知的颜色刺激值（stimulus）在相同亮度及特定条件下重新组成为最接近普朗克辐射体的色温，是判断光源白色程度的一种参考。
主波长：是指眼睛能看到光源发出的主要光的颜色所对应的波长。
峰值波长：指光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长，常用来判断单色光的颜色。
半波宽：指的是相对光谱能量分布曲线上，两个半极大值强度处对应的波长差，反映了 LED 的单色性。
