[发明专利]一种彩色微显示器件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

目前，基于GaN LED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，GaN LED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。GaN LED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。GaN LED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，GaN LED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（U.S. Patent. No. 0179904）提出在GaN LED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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种彩色GaN LED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GaN LED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GaN LED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GaN LED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；