一种彩色微显示器件及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种彩色微显示器件及制备方法。该芯片包括蓝光GaN LED微像素阵列晶片、微透镜、彩色成像屏和驱动背板，所述驱动背板与蓝光GaN LED微像素阵列晶片通过倒装焊键合，键合有驱动背板的所述晶片和彩色成像屏分别设置在微透镜两镜面的各一侧，且晶片上的出光面对着微透镜的对应镜面，使所述晶片上的每一LED微像素经微透镜折射在彩色成像屏上成像。其制备包括蓝光GaN LED微像素阵列晶片制备、彩色成像屏制备和由制备好的所述晶片和成像屏与微透镜进行芯片的制备。其优点是成像的各像素没有发光串扰问题，同时在不增加GaN LED晶片工艺的复杂度的情况下实现GaN LED全彩显示。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED发光器件和制备方法，尤其涉及一种彩色微显示器件及制备方法。
技术介绍
目前，基于GaNLED阵列的微显示器面临的巨大挑战是如何实现全彩显示。一种可能的方案是在同一衬底上同时制备出红、绿、蓝LED阵列。这种方案存在工艺实现和像素驱动方面都存在困难。由于红、绿、蓝二极管的所需的量子阱材料不同，在工艺上无法一次生长出不同材料的量子阱结构。另一方面，红、绿、蓝LED的阈值电压也不相同，这使得对各个像素LED的驱动变得非常复杂。香港科技大学的Lau研究组提出分别制作发出红、绿、蓝光的三个微LED像素阵列晶片，利用驱动电路分别控红、绿、蓝光的LED微像素阵列发光形成单色像，然后利用透镜系统把三个晶片发出的红、绿、蓝的光进行混色投影形成彩色像。该方案中成像系统的体积大、结构复杂，难以满足高集成度要求的微投影或微显示系统。另一方面，GaNLED微显示器要实现全彩显示，还有像素间光线串扰问题亟待解决。GaNLED微显示器像素尺寸小、单位面积上像素密度高。这些高密度的LED像素单元通过倒装焊(flip-chip)工艺外电路驱动联接。GaNLED像素发出的光线透过蓝宝石衬底射出。由于蓝宝石衬底的导波效应，GaNLED像素发出的光会传播到邻近的像素所对应的蓝宝石表面，造成像素间光线的串扰（cross-talk）。在全彩显示图像时，这些像素间的串扰的光线会导致不能正确地复原图像原本的色彩。为提高LED微像素阵列发光的利用率，美国专利<br>（U.S.Patent.No.0179904）提出在GaNLED微像素阵列的p-GaN表面制备微菲涅尔透镜，把LED的发散光线准直。从原理上分析，该方案可以部分地消除LED微像素阵列反光串扰，但是各种入射角度的LED光线经过透镜反射后并不是完全准直的，所以串扰依然存在。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种彩色GaNLED倒装微显示芯片系统的结构及加工制备方法，用以克服像素发光串扰，实现GaNLED的全彩显示。为实现上述目的，采用下述技术方案。一种彩色微显示器件，包括LED微像素阵列晶片、驱动背板和彩色成像屏，LED微像素阵列晶片和驱动背板通过倒装焊键合形成微显示芯片，还包括微透镜；所述彩色成像屏至少包括荧光粉膜和三基色的滤光膜，三基色的滤光膜按设定色彩排序且与LED微像素阵列呈相同阵列排列地设置在荧光粉膜上，所述微显示芯和彩色成像屏分别设置在微透镜的一侧，且微显示芯片中的LED微像素阵列晶片上的出光面对着微透镜，使所述阵列晶片上的每一LED微像素经微透镜折射在荧光粉膜上形成白色的实像，并透过荧光粉膜在滤光膜上形成对应色彩的像素点，且所述实像和像素点重合。所述每一LED微像素发出蓝光，或发出紫光，或发出紫外光进一步的，所述荧光粉膜设置在透明基板的一侧面上，所述阵列晶片上的每一LED微像素经微透镜折射并通过透明基板在荧光粉膜上形成白色的实像。更进一步的，所述透明基板由玻璃或有机玻璃或蓝宝石制成。进一步的，所述三基色的滤光膜包括红色滤光膜、绿滤光膜和蓝色滤光膜。进一步的，所述微透镜为一片微透镜；或光轴相互平行且并列放置的一组微透镜。进一步的，所述LED微像素阵列晶片包括透明的衬底层、n型GaN层、LED微台面、SiO2钝化层、阴极电极和阳极电极，所述n型GaN层沉积在衬底层上，若干LED微台面阵列分布在n型GaN层上，每一LED微台面包括由下至上设置在n型GaN层上的量子阱和p型GaN层，SiO2钝化层包覆在LED微台面的周侧，阳极电极和阴极电极分别设置在p型GaN层和n型GaN层上。进一步的，所述衬底层包括蓝宝石衬底或碳化硅衬底。上述彩色微显示器件的制作方法，包括LED微像素阵列晶片制备在衬底上沉积生长GaNLED外延片，在该外延片上刻蚀出LED微台面阵列，继而在微台面周侧沉积SiO2钝化层，再通过淀积、光刻和剥离工艺制备LED微像素阵列的电极，形成GaNLED微像素阵列晶片；彩色成像屏制备在透明基板的一侧面涂覆或沉积白光荧光粉，形成荧光粉膜，在该荧光粉膜表面涂覆呈阵列排列的三基色的滤光膜，形成第一类彩色成像屏；或在透明基板的一侧面涂覆或沉积白光荧光粉，形成荧光粉膜，在该荧光粉膜表面涂覆光刻胶，通过光刻、显影和刻蚀形成呈阵列排列的微面荧光粉膜，按设定的三基色排布次序在微面荧光粉膜表面涂覆三基色滤光膜，形第二类成彩色成像屏；微显示器件制备所述阵列晶片与驱动背板通过倒装焊键合形成微显示芯片，将该芯片和所述彩色成像屏分别置于所述微透镜一侧，并使所述晶片出光面对着微透镜，调整微透镜与所述晶片和彩色成像屏的间距，使LED微像素经微透镜折射形成的实像位于白光荧光粉薄膜上，调整所述晶片、微透镜和彩色成像屏的横向位置，使位于白光荧光粉薄膜上的白色实像与滤光膜上的像素点重合，LED微像素透过蓝宝石发出的蓝光通过微透镜和白光荧光粉膜发射出与LED像素阵列对应的白光，该白光透过三基色滤光膜形成三基色光线。进一步的，所述SiO2钝化层的沉积厚度为150~200nm。更进一步的，所述制备LED微像素阵列的电极包括，在沉积有SiO2钝化层的晶片上ICP刻蚀出阳极和阴极金属淀积槽，在该金属淀积槽内沉积1~2um的Cr/Au或Ni/Au金属，并去除不需要的金属层，形成LED微像素阵列的阳极和阴极的金属电极。本专利技术在LED微显示芯片的出光面一侧设置微透镜，使LED微像素阵列的发出的光透过透明衬底层经过微透镜折射到彩色成像屏上，从而在微透镜一侧形成由若干个LED微像素阵列的平面像，与GaNLED微像素阵列一样，这些实像之间是相互隔开的，从而解决了LED像素发光串扰问题；并且将彩色成像屏中的滤过膜设置在荧光粉膜上，通过荧光粉薄膜，把GaNLED晶片上像素发出的单色蓝光转换成白光，再利用滤光膜获得所需的红、绿、蓝三基色光，从而在不增加GaNLED晶片工艺的复杂度的情况下实现了GaNLED全彩显示，并且施工艺简单易于实现。附图说明图1是本专利技术微显示芯片的一种结构示意图，其中彩色成像屏中的白光荧光粉膜为整面膜。图2是图1所示微显示芯片中的第一类彩色成像屏的俯视结构示意图。图3是图1所示第一类彩色成像屏的剖视结构示意图。图4是图2所示第一类彩色成像屏中对应的一整面荧光粉膜的俯视结构示意图。图5是图4所示第一类彩色成像屏仅包含透明基本和荧光粉膜的剖视结构示意图。图6是第二类彩色成像屏中荧光粉膜的俯视结构示意图，荧光粉膜由若干呈阵列排列的微面荧光粉膜组成。图7是图6所示第二类荧光粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种彩色微显示器件，包括LED微像素阵列晶片、驱动背板和彩色成像屏背板，LED微像素阵列晶片和驱动背板通过倒装焊键合形成微显示芯片，其特征在于：还包括微透镜，所述彩色成像屏至少包括荧光粉膜和三基色的滤光膜，三基色的滤光膜按设定色彩排序且与LED微像素阵列呈相同阵列排列地设置在荧光粉膜上，所述微显示芯和彩色成像屏分别设置在微透镜的一侧，且微显示芯片中的LED微像素阵列晶片上的出光面对着微透镜，使所述阵列晶片上的每一LED微像素经微透镜折射在荧光粉膜上形成白色的实像，并透过荧光粉膜在滤光膜上形成对应色彩的像素点，且所述实像和像素点重合。

【技术特征摘要】
1.一种彩色微显示器件，包括LED微像素阵列晶片、驱动背板和彩色成像屏背板，LED微
像素阵列晶片和驱动背板通过倒装焊键合形成微显示芯片，其特征在于：还包括微透镜，所
述彩色成像屏至少包括荧光粉膜和三基色的滤光膜，三基色的滤光膜按设定色彩排序且与
LED微像素阵列呈相同阵列排列地设置在荧光粉膜上，所述微显示芯和彩色成像屏分别设
置在微透镜的一侧，且微显示芯片中的LED微像素阵列晶片上的出光面对着微透镜，使所述
阵列晶片上的每一LED微像素经微透镜折射在荧光粉膜上形成白色的实像，并透过荧光粉
膜在滤光膜上形成对应色彩的像素点，且所述实像和像素点重合。
2.根据权利要求1所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述每一LED微像素发出
蓝光，或发出紫光，或发出紫外光。
3.根据权利要求2所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述荧光粉膜设置在透明
基板的一侧面上，所述阵列晶片上的每一LED微像素经微透镜折射并通过透明基板在荧光
粉膜上形成白色的实像。
4.根据权利要求3所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述荧光粉膜为设置在基
板一侧面上的整面荧光粉膜；或由若干呈阵列排列的微面荧光粉膜组成，且与三基色的滤
光膜阵列排列相同，若干三基色的滤光膜按设定的分布规律分别设于对应的微面荧光粉膜
一侧。
5.根据权利要求3所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述透明基板由玻璃或有
机玻璃或蓝宝石制成。
6.根据权利要求3所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述三基色的滤光膜包括
红色滤光膜、绿滤光膜和蓝色滤光膜。
7.根据权利要求3所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述微透镜为一片微透
镜；或为光轴相互平行且并列放置的一组微透镜。
8.根据权利要求2所述的一种彩色微显示器件，其特征在于：所述LED微像素阵列晶片
包括透明的衬底层、n型GaN层、LED微台面、SiO2钝化层、阴极电极和阳极电极，所述n型GaN
层沉积在衬底层上，若干LED微台面阵列分布在n型GaN层上，每一LED微台面包括由下至上
设置在n型GaN层上的量子阱和p型GaN层，S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希娟，李佩，
申请(专利权)人：张希娟，李佩，
类型：发明
国别省市：江苏;32