專利名稱:一種彩色微顯示器件的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種彩色微顯示器件，該芯片包括藍光GaN LED微像素陣列晶片、微透鏡、彩色成像屏和驅(qū)動背板，所述驅(qū)動背板與藍光GaN LED微像素陣列晶片通過倒裝焊鍵合，鍵合有驅(qū)動背板的所述晶片和彩色成像屏分別設置在微透鏡兩鏡面的各一側(cè)，且晶片上的出光面對著微透鏡的對應鏡面，使所述晶片上的每一LED微像素經(jīng)微透鏡折射在彩色成像屏上成像。其優(yōu)點是，LED微像素陣列的發(fā)出的光透過藍寶石襯底，再經(jīng)過透鏡成像，從而在透鏡另一側(cè)的成像屏上形成由若干個GaN LED微像素陣列的平面像，這些實像之間是相互隔開的，從而解決了LED像素發(fā)光串擾問題。
【專利說明】
一種彩色微顯示器件
技術領域
[0001]本實用新型涉及LED發(fā)光器件，尤其涉及一種彩色微顯示器件。
【背景技術】
[0002]目前，基于GaNLED陣列的微顯示器面臨的巨大挑戰(zhàn)是如何實現(xiàn)全彩顯示。一種可能的方案是在同一襯底上同時制備出紅、綠、藍LED陣列。這種方案存在工藝實現(xiàn)和像素驅(qū)動方面都存在困難。由于紅、綠、藍二極管的所需的量子阱材料不同，在工藝上無法一次生長出不同材料的量子阱結(jié)構(gòu)。并且紅、綠、藍LED的閾值電壓也不相同，這使得對各個像素LED的驅(qū)動變得非常復雜。香港科技大學的Lau研究組提出分別制作發(fā)出紅、綠、藍光的三個微LED像素陣列晶片，利用驅(qū)動電路分別控紅、綠、藍光的LED微像素陣列發(fā)光形成單色像，然后利用透鏡系統(tǒng)把三個晶片發(fā)出的紅、綠、藍的光進行混色投影形成彩色像。該方案中成像系統(tǒng)的體積大、結(jié)構(gòu)復雜，難以滿足高集成度要求的微投影或微顯示系統(tǒng)。
[0003]另一方面，GaNLED微顯示器要實現(xiàn)全彩顯示，還有像素間光線串擾問題亟待解決。GaN LED微顯示器像素尺寸小、單位面積上像素密度高。這些高密度的LED像素單元通過倒裝焊(flip-chip)工藝外電路驅(qū)動聯(lián)接。GaN LED像素發(fā)出的光線透過藍寶石襯底射出。由于藍寶石襯底的導波效應，GaN LED像素發(fā)出的光會傳播到鄰近的像素所對應的藍寶石表面，造成像素間光線的串擾(cross-talk)。在全彩顯示圖像時，這些像素間的串擾的光線會導致不能正確地復原圖像原本的色彩。為提高LED微像素陣列發(fā)光的利用率，美國專利(U.S.Patent.N0.0179904)提出在GaN LED微像素陣列的ρ-GaN表面制備微菲涅爾透鏡，把LED的發(fā)散光線準直。從原理上分析，該方案可以部分地消除LED微像素陣列反光串擾，但是各種入射角度的LED光線經(jīng)過透鏡反射后并不是完全準直的，所以串擾依然存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的在于提供一種彩色GaNLED倒裝微顯示芯片系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及加工制備方法，用以克服像素發(fā)光串擾，實現(xiàn)GaN LED的全彩顯示。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，采用下述技術方案。
[0006]—種彩色微顯示器件，包括LED微像素陣列晶片、驅(qū)動和彩色成像屏背板，LED微像素陣列晶片和驅(qū)動背板通過倒裝焊鍵合形成微顯示芯片，還包括微透鏡，所述微顯示芯和彩色成像屏分別設置在微透鏡兩鏡面的各一側(cè)，且陣列晶片上的出光面對著微透鏡的對應鏡面，每一 LED微像素經(jīng)微透鏡折射在彩色成像屏上形成實像。
[0007]進一步的，所述每一LED微像素發(fā)出藍光，或發(fā)出紫光，或發(fā)出紫外光。
[0008]進一步的，為對LED晶片上像素發(fā)出的單色光進行光色轉(zhuǎn)變，在成像屏上設置了熒光粉膜，使其先轉(zhuǎn)換成白光，因此所述彩色成像屏包括透明基板、白光熒光粉膜和三基色的濾光膜，所述熒光粉膜設置在透明基板的一側(cè)面上，三基色的濾光膜設置在熒光粉膜上且呈陣列排列，熒光粉膜通過透明基板對著微透鏡的對應鏡面，每一個微LED像素經(jīng)微透鏡折射在白光熒光粉膜上形成白色的實像，并透過白光熒光粉膜在濾光膜上形成對應色彩的像素點，且所述實像與像素點重合。
[0009]更進一步的，所述熒光粉膜為設置在基板一側(cè)面上的整面熒光粉膜;或由若干呈陣列排列的微面熒光粉膜組成，且與三基色的濾光膜陣列排列相同，若干三基色的濾光膜按設定的分布規(guī)律分別設于對應的微面熒光粉膜一側(cè)。
[0010]進一步的，所述熒光粉膜的厚度為20?30um。
[0011]進一步的，所述透明基板由玻璃或有機玻璃或藍寶石制成。
[0012]進一步的，所述三基色的濾光膜包括紅色濾光膜、綠濾光膜和藍色濾光膜。
[0013]進一步的，所述微透鏡為一片微透鏡；或為光軸相互平行且并列放置的一組微透Ho
[0014]進一步的，所述LED微像素陣列晶片包括明的襯底層、層、LED微臺面、Si 02鈍化層、陰極電極和陽極電極，所述η型GaN層沉積在襯底層上，若干LED微臺面陣列分布在η型GaN層上，每一 LED微臺面包括由下至上設置在η型GaN層上的量子阱和P型GaN層，Si02鈍化層包覆在LED微臺面的周側(cè)，陽極電極和陰極電極分別設置在P型GaN層和η型GaN層上。
[0015]進一步的，所述襯底層包括藍寶石襯底或碳化硅襯底。
[0016]本實用新型在LED微顯示芯片的出光面一側(cè)設置微透鏡，使LED微像素陣列的發(fā)出的光透過藍寶石襯底，再經(jīng)過透鏡在彩色成像屏形成由若干個LED微像素陣列的平面像實像，與LED微像素陣列一樣，這些實像之間是相互隔開的，從而解決了LED像素發(fā)光串擾問題；同時，利用置于彩色成像屏上的熒光粉薄膜，把LED晶片上像素發(fā)出的單色光轉(zhuǎn)換成白光，再利用濾光膜獲得所需的紅、綠、藍三基色光，從而在不增加GaN LED晶片工藝的復雜度的情況下實現(xiàn)了 LED全彩顯示，并且施工藝簡單易于實現(xiàn)。
【附圖說明】

[0017]圖1是本實用新型微顯示芯片的一種結(jié)構(gòu)示意圖，其中彩色成像屏中的白光熒光粉膜為整面膜。
[0018]圖2是圖1所示微顯示芯片中的第一類彩色成像屏的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是圖1所示第一類彩色成像屏的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖4是圖2所示第一類彩色成像屏中對應的一整面熒光粉膜的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5是圖4所示第一類彩色成像屏僅包含透明基本和熒光粉膜的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖6是第二類彩色成像屏中熒光粉膜的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，熒光粉膜由若干呈陣列排列的微面熒光粉膜組成。
[0023]圖7是圖6所示第二類熒光粉膜僅包含透明基本和熒光粉膜的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖8是在圖6、7所示熒光粉膜上設置濾光膜所形成的第二類彩色成像屏的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖9是圖8所示第二類彩色成像屏的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖10是采用圖8、9所示彩色成像屏形成的本實用新型微顯示芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖11是藍光GaNLED微像素陣列晶片300的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖12是圖11所不晶片的俯視圖。
【具體實施方式】
[0029]如圖1、10，本實用新型所提供的一種彩色微顯示器件，該彩色微顯示器件主要LED微像素陣列晶片300、微透鏡200、彩色成像屏100和驅(qū)動背板500組成，其中驅(qū)動背板500可采用TFT驅(qū)動背板或CMOS驅(qū)動背板或其它驅(qū)動背板，驅(qū)動背板500與LED微像素陣列晶片300通過倒裝焊鍵合而連接成一體，形成微顯示芯片，該微顯示芯片和彩色成像屏100分別設置在微透鏡的對應一側(cè)。該微透鏡可以是一微透鏡200，或是由光軸相互平行且并列放置的若干微透鏡組成的一組微透鏡(未畫出)。微透鏡200兩鏡面202、201分別對著陳列晶片上的出光面和彩色成像屏100，使所述陣列晶片上的每一 LED微像素經(jīng)微透鏡折射后在彩色成像屏上形成實像。
[0030]如圖2、3，上述彩色微顯示器件中的彩色成像屏至少包括三基色的濾光膜和一個整面熒光粉膜102 (如圖4、5 )。在實際制作時，將熒光粉膜102設于透明基板1I的一側(cè)面上，三基色的濾光膜設于熒光粉膜上，并且按紅、綠、藍色彩順序呈陣列排列地設置在熒光粉膜上，如圖2。熒光粉膜102透過透明基板對著微透鏡200的鏡面201，以接收由微透鏡折射出的光，每一個微LED像素經(jīng)在微透鏡200折射在熒光粉膜102形成一對應的白色的實像，并透過熒光粉膜102在對應的濾光膜形成對應色彩的像素點，白色的實像與具有色彩的像素點是重合的，從而形成本發(fā)明的第一類彩色成像屏100，則對應的彩色微顯示器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示。上述彩色成像屏中的透明基板101可以是玻璃基板或有機透明基板或藍寶石基板，但并不限于上述材料。
[0031]如圖6、7熒光粉膜也可為若干設置于透明基板401—側(cè)的呈陣列排列的微面熒光粉膜402組成，且與三基色的濾光膜陣列排列相同，若干紅色濾光膜403、綠色濾光膜404和藍濾光膜405按圖中設定的陣列分布規(guī)律設于對應的微面熒光粉膜402—側(cè)，形成本發(fā)明的第二類彩色成像屏400，如圖8、9，則對應的彩色微顯示器件的結(jié)構(gòu)如圖10所示。
[0032]在圖1或圖10所示的本實用新型微顯示芯片中，微透鏡200可為一片透鏡，也可為光軸相互平行且并列放置的一組透鏡。
[0033]如圖11、12，上述彩色微顯示器件中的LED微像素陣列晶片300主要襯底層303、n型GaN層302、LED微臺面301、Si02鈍化層304、陰極電極305和陽極電極306組成。襯底層303優(yōu)先采用藍寶石透明襯底，也可使用碳化娃透明襯底，η型GaN層302設于襯底層303上，LED微臺面301呈陣列分布在η型GaN層302上，且由量子阱307和P型GaN層308構(gòu)成，量子阱307和P型GaN層308由下至上設置在η型GaN層302上，Si02鈍化層包覆在LED臺面301的周側(cè)，陽極電極306設置在每一 LED微臺面的P型GaN層308上，陰極電極305設置在對應于微臺面陣列位置的η型GaN層302上。
[0034]上述陣列的微LED臺面301是通過刻蝕出的若干垂直交接的凹槽形成，所刻蝕的凹槽從P型GaN層308至量子阱307，并終止于η型GaN層302。其凹槽尺寸的優(yōu)選尺寸為:深度5um，寬度5um?5um，LED微臺面的面積15umX 15um，同樣的，LED微臺面的陣列結(jié)構(gòu)不限于上述尺寸。
【主權(quán)項】
1.一種彩色微顯示器件，包括LED微像素陣列晶片、驅(qū)動背板和彩色成像屏背板，LED微像素陣列晶片和驅(qū)動背板通過倒裝焊鍵合形成微顯示芯片，其特征在于:還包括微透鏡，所述微顯示芯和彩色成像屏分別設置在微透鏡兩鏡面的各一側(cè)，且陣列晶片上的出光面對著微透鏡的對應鏡面，每一 LED微像素經(jīng)微透鏡折射在彩色成像屏上形成實像。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述每一LED微像素發(fā)出藍光，或發(fā)出紫光，或發(fā)出紫外光。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述彩色成像屏包括透明基板、白光熒光粉膜和三基色的濾光膜，所述熒光粉膜設置在透明基板的一側(cè)面上，三基色的濾光膜設置在熒光粉膜上且呈陣列排列，熒光粉膜通過透明基板對著微透鏡的對應鏡面，每一 LED微像素經(jīng)微透鏡折射在熒光粉膜上形成白色的實像，并透過熒光粉膜在濾光膜上形成對應色彩的像素點，且所述實像與像素點重合。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述熒光粉膜為設置在基板一側(cè)面上的整面熒光粉膜;或由若干呈陣列排列的微面熒光粉膜組成，且與三基色的濾光膜陣列排列相同，若干三基色的濾光膜按設定的分布規(guī)律分別設于對應的微面熒光粉膜一側(cè)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述熒光粉膜的厚度為20?30um。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述透明基板由玻璃或有機玻璃或藍寶石制成。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述三基色的濾光膜包括紅色濾光膜、綠濾光膜和藍色濾光膜。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述微透鏡為一片透鏡；或光軸相互平行且并列放置的一組透鏡。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述LED微像素陣列晶片包括明的襯底層、層、LED微臺面、S i02鈍化層、陰極電極和陽極電極，所述η型GaN層沉積在襯底層上，若干LED微臺面陣列分布在η型GaN層上，每一 LED微臺面包括由下至上設置在η型GaN層上的量子阱和P型GaN層，Si02鈍化層包覆在LED微臺面的周側(cè)，陽極電極和陰極電極分別設置在P型GaN層和η型GaN層上。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種彩色微顯示器件，其特征在于:所述襯底層包括藍寶石襯底或碳化硅襯底。
【文檔編號】H01L27/15GK205723540SQ201620358331
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】張希娟, 李佩
【申請人】張希娟, 李佩