一种硅基微显示器的制作方法

本发明涉及半导体显示领域，尤其涉及一种硅基微显示器。

背景技术：

硅基微显示器是将显示器与单晶硅集成电路结合，其明显特征是显示器以制备有CMOS驱动电路的单晶硅芯片为基底，二是显示器尺寸非常小，需借助一定的光学系统放大图像信息。CMOS工艺具有低成本、小体积等特点，是集成电路工业的基石。硅基微显示器像素尺寸很小，可以产生更高的显示分辨率。

硅基微显示器的驱动方式分为模拟驱动和数字驱动，模拟驱动电路中的OLED像素的亮度与输入电流或电压的幅值成正比；而在数字驱动电路中，像素只工作于开态和关态，无灰度变化，像素的灰度和亮度等级通过脉冲宽度调制(PWM，Pulse Width Modulation)进行控制即控制驱动管的开关的脉冲宽度。

硅基微显示技术可减少系统芯片数量以及降低系统的成本和产品的空间体积，具有良好的发展前景，可应用于军事、医学、航空航天以及消费电子等领域，特别是穿戴设备、虚拟现实(VR，Virtual Reality)、现实增强(AR，Augmented Reality)等新型应用。

目前，VR显示器设备主要采用的4:3或16:9矩形显示器，存在着边界显示区域的无效显示，屏幕显示的利用率不高，而方形显示器可在有效减小传输数据量的同时提高显示器的像素利用率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种方形硅基微显示器，以提高像素利用率。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供了一种硅基微显示器，解决了两个关键技术点：第一，本发明提供了一种硅基微显示器的驱动电路，第二，本发明采用了特殊尺寸的硅基微显示器——方形显示器，第三，本发明采用了数据接口模块。所述方形显示器为水平方向的像素点和垂直方向的像素点相等。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明的目标是驱动方形硅基微显示器，使用数据接口完成外部数据的传输。硅基微显示器将发光器件和驱动电路集成在同一片多晶硅或单晶硅片上，形成一个体积仅有几十至几百平方毫米并带有驱动电路的微型显示器，该微型显示器具有低成本、低功耗等特点。

本发明设计了一种集成电路，使用数据接口模块传输数据信号来驱动方形硅基微显示器的像素阵列。如图1所示，本发明的集成电路包括硅基微显示器像素电路阵列、行驱动电路、列驱动电路和差分接口模块。整个集成电路通过数据接口模块(600)输入像素数据信号和扫描控制信号，经过水平驱动电路和垂直驱动电路产生驱动信号，在像素电路阵列的单元像素驱动电路中输出驱动电压，驱动发光。

如图1所示，像素单元阵列驱动电路101为一个可驱动红、绿、蓝三色有机发光二极管像素的驱动阵列电路。该驱动电路的驱动方式为主动驱动，每一个像素点都带有一个存储单元。控制扫描信号由外部数据接口模块电路输入。

根据上述的发明构思，本发明提供了一种硅基微显示器，硅基驱动电路(100)与显示器件(801)集成于同一块半导体硅芯片上，所述显示器件(801)位于半导体硅芯片的表面，所述硅基驱动电路(100)包括：

(1)像素电路阵列(101)，由M×N个像素单元构成，M、N为大于或等于1的整数且M＝N，水平方向和垂直方向的像素数量的比值范围在0.92到1.08之间，每个像素单元均可产生显示器件(801)所需要的电压与电流，驱动显示器件(801)发光；

(2)水平驱动电路(102)，用于产生水平信号组(301)；

(3)垂直方向驱动电路(103)，用于产生垂直数据信号组(302)供像素电路阵列(101)像素使用；

(4)数据接口模块(104)，用于将外部输入信号(601)转换为微显示器内部信号(602)。

进一步地，所述像素电路阵列(101)的表面为一个电极阵列；每一个像素电路都对应一个或多个电极(810)；所述电极(810)的表面的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Cr、W、Mo、Mn、Ti、TiN、Sn、ITO、ZnO或这些材料之间的复合物；非电极的区域为硅或氧化硅填充物。

进一步地，所述电极(810)作为显示器件的阳极或阴极；所述电极(810)排布形式为矩阵排布或错位排布；矩阵排布时，水平和垂直方向的电极完全对齐；错位排布时，水平或者垂直方向上的电极不完全对齐，形成锯齿状或蜂窝状排布。

进一步地，所述显示器件(801)位于像素电路阵列(101)的垂直表面上，通过封装器件(802)与外界隔离，每一个像素单元均对应一个或多个显示器件单元；所述显示器件(801)为液晶器件、有机发光显示器件、发光二极管器件中的一种或多种，当显示器件(801)为有机发光器件时，显示器件上方还具有共阴层或共阳层(803)；所述封装器件(802)为多层有机物薄膜、高分子薄膜、无机物薄膜、玻璃中的一种；所述显示器件(801)上包括滤色器件(804)，用于过滤单色显示器件发出的光，形成彩色显示器。

进一步地，所述像素电路阵列(101)中的像素R、G、B像素可采用RGB水平排列方式、RGB垂直排列或RGB PenTile排列方式中的任一种。

进一步地，还包括引脚(600)，引脚(600)露出于驱动电路表面，用于和外部电路相连接；引脚排布位置为硅芯片的单边、双边、三边或四周；引脚排布方式为单排或多排；引脚排布间距相同或不同。

进一步地，还包括接口转换模块(105)；所述接口转换模块(105)将微显示器内部(602)转换为水平信号(400)和垂直信号(500)。

进一步地，所述引脚(600)用于接收输入的外部输入信号(601)、控制信号(610)、电源信号(611)、测试信号(612)。

进一步地，所述像素电路阵列(101)中的像素电路单元由存储器单元(111)和驱动单元(112)组成；所述存储器单元(111)用于保存像素的开关状态，其输入为水平选通信号(311)和垂直数据信号(312)；所述水平选通信号(311)为水平选通信号组(301)中的一个信号，用于选通该行有效；所述列数据信号(312)为列数据信号组(302)中的一个信号，用于表示该列的数据信号；所述存储器单元(111)和所述驱动单元(112)使用同一个正电源。

进一步地，所述存储器单元(111)为静态存储器单元或动态存储器单元，所述静态存储器单元由4-10个晶体管构成，所述动态存储器单元由1-2个电容和1-3个晶体管构成；所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管；所述电容为多晶-绝缘体-多晶电容、金属-绝缘体-金属电容、金属-氧化物-金属电容、深沟道电容中的一种。

进一步地，所述驱动单元(112)用于驱动像素发光，由至少一个晶体管构成；存储器单元(111)的输出连接至驱动单元，驱动电路的输出接至电极(810)。

进一步地，所述驱动单元(112)还具有一个放电电路，由至少一个晶体管构成；水平驱动电路还产生水平偏置信号(304)；当水平偏置信号(314)有效时，放电管将通过电极(810)将显示器件(801)中的残余电荷释放；所述偏置信号(314)为水平偏置信号组(301)中的一个信号，用于对该行进行放电；所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管。

进一步地，所述像素电路阵列(101)的像素，每一垂直列共用数据信号(312)；所述数据信号(312)为单根信号线或两根极性相反的信号线。

进一步地，还包括控制模块(110)，用于完成整个硅基驱动电路(100)的时序控制和寄存器参数配置；所述控制模块(110)通过控制信号(610)连接到微显示器外部；所述控制信号(610)采用IIC或SPI或UART通信协议。

进一步地，还包括电源管理模块(111)；所述电源管理模块(111)将电源信号(611)转换成正电源输入(710)和负电源输入(711)；电源管理模块(111)还将电源信号(611)转换负电源通过负电源输出引脚(712)输出；所述正电源输入(710)接入到硅基驱动电路中供晶体管使用，电压取值大于0V；所述负电源输入电压(711)接到电极(810)上供显示器件使用，范围小于或等于0V；所述驱动电路电源(711)为单路或多路电源，供硅基驱动电路使用。

进一步地，硅基微显示器还包括内建测试模块(112)和校正模块(113)；内建测试模块(112)用于完成驱动电路和硅基微显示器的功能测试和性能测试，包括像素阵列、行驱动电路、列驱动电路功能测试、像素电压、像素电流、发光亮度的性能测试；测试结果通过测试信号(612)连接至外部；校正模块(113)用于对像素数据进行伽玛校正和非线性校正。

进一步地，所述像素电路阵列(101)可采用模拟驱动方式或数字驱动方式中的任意一种；模拟驱动方式的像素发光亮度与电压或电流的大小有关；数字驱动方式的像素发光与发光时间有关；

进一步地，根据权利要求1所述的硅基微显示器，其特征在于，像素电路阵列(101)可根据上半屏和下半屏、左半屏和右半屏和左上、左下、右上、右下四个子屏三种划分；所述上半屏和下半屏的列驱动电路分开，其工作方式等同于整屏的工作方式；所述左半屏和右半屏的工作方式等同于上半屏和下半屏的工作方式；所述每一个子屏的工作方式等同于上半屏和下半屏的工作方式。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：

第一，本发明采用了方形驱动硅基微显示器，可以提高屏幕像素的利用率。

第二，本发明采用数据接口模块，根据不同的驱动方式选择不同的数据接口，完成显示数据的传输。

本驱动电路的主要特点在于：

1、采用方形硅基微显示器，水平方向的像素点和垂直方向的像素点数量相等。提高了像素利用率，使达到同样的显示效果时，数据传输量变小，功能降低、系统性能提高。

2、硅基微显示器的驱动电路可以采用数字驱动方式和模拟驱动方式；以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的硅基微显示器结构框图；

图2为本发明的一个较佳实施例的像素电路阵列矩阵排列和电极；

图3为本发明的一个较佳实施例的像素电路阵列矩阵错位排列图；

图4为本发明的一个较佳实施例的无共阴层或共阳层的显示器结构框图；

图5为本发明的一个较佳实施例的单色有机发光显示器件结构框图；

图6为本发明的一个较佳实施例的彩色显示器件结构框图；

图7为本发明的一个较佳实施例的3×3像素区域的RGB水平排列方式框图；

图8为本发明的一个较佳实施例的3×3像素区域的RGB垂直排列方式框图；

图9为本发明的一个较佳实施例的3×3像素区域的RGB Pentile排列方式框图；

图10为本发明的一个较佳实施例的像素电路阵列引脚结构框图；

图11为本发明的一个较佳实施例的像素电路阵列引脚结构框图；

图12为本发明的一个较佳实施例的带有数据转换接口的硅基微显示器结构框图；

图13为本发明的一个较佳实施例的像素驱动单元结构框图；

图14为本发明的一个较佳实施例的带有放电电路的像素驱动单元结构框图；

图15为本发明的一个较佳实施例的带有控制模块、电源管理模块和内建控制模块的像素驱动电路；

图16为本发明的一个较佳实施例的带有校正模块的像素驱动电路；

图17为本发明的一个较佳实施例的分上下半屏的像素电路阵列；

图18为本发明的一个较佳实施例的分左右半屏的像素电路阵列；

图19为本发明的一个较佳实施例的分左上、左下、右上、右下半屏的像素电路阵列。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：

参见图1，一种硅基微显示器，其特征在于硅基驱动电路(100)与显示器件(801)集成于同一块半导体硅芯片上，所述显示器件(801)位于半导体硅芯片的表面，所述硅基驱动电路(100)包括：

(1)像素电路阵列(101)，由M×N个像素单元构成，M、N为大于或等于1的整数且M＝N，水平方向和垂直方向的像素数量相等，每个像素单元均可产生显示器件(801)所需要的电压与电流，驱动显示器件(801)发光；

(2)水平驱动电路(102)，用于产生水平信号组(301)供像素阵列(101)水平显示控制；

(3)垂直方向驱动电路(103)，用于产生垂直数据信号组(302)供像素电路阵列(101)像素使用；

(4)数据接口模块(104)，用于将外部输入信号(601)转换为微显示器内部信号(602)；

所述像素电路阵列(101)的水平方向和垂直方向上的像素点数目可以不绝对相等，当水平像素数量/垂直像素点数量的比值范围在0.92到1.08之间，可认为水平方向和垂直方向的像素点数目相等。

如图2所示，所述像素电路阵列(101)的表面为一个电极阵列；每一个像素电路都对应一个或多个电极(810)；所述电极(810)的表面的材料为Al、Cu、Ag、Au、Pt、Cr、W、Mo、Mn、Ti、TiN、Sn、ITO、ZnO或这些材料之间的复合物；非电极的区域为硅或氧化硅填充物；所述电极(810)可以作为显示器件的阳极或阴极。

如图3所示，所述电极(810)排布形式为矩阵排布或错位排布；矩阵排布时，水平和垂直方向的电极完全对齐；错位排布时，水平或者垂直方向上的电极不完全对齐，形成锯齿状或蜂窝状排布。

如图4所示，所述显示器件(801)位于像素电路阵列(101)的垂直表面上，通过封装器件(802)与外界隔离，每一个像素单元均对应一个或多个显示器件单元；所述显示器件(801)为液晶器件、有机发光显示器件、发光二极管器件或其他显示器件中的一种或多种；如图5所示，当显示器件(801)为有机发光器件时，显示器件上方还具有共阴层或共阳层(803)；所述封装器件(802)为多层有机物薄膜、高分子薄膜、无机物薄膜、玻璃等；

如图6所示，所述显示器件(801)上可制作滤色器件(804)，用于过滤单色显示器件发出的光，形成彩色显示器。

所述像素电路阵列(101)中的像素R、G、B像素可采用RGB水平排列方式、RGB垂直排列或RGB Pentile排列方式中的任一种。如图7所示为3×3像素区域的水平RGB排列方式；图8所示为3×3像素区域的RGB垂直排列方式；图9所示为3×3像素区域的Pentile排列方式。

如图10所示，所述硅基微显示器还包括引脚(600)，所述引脚(600)用于接收输入的差分信号组(601)、控制信号(610)、电源信号(611)、测试信号(612)；引脚(600)露出于驱动电路表面，用于和外部电路相连接；引脚排布位置为硅芯片的单边、双边、三边或四周；引脚排布方式可以为单排或多排；引脚排布间距可以相同或不同。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图11，一种硅基微显示器像素电路阵列驱动电路还还包括接口转换模块(105)；所述接口转换模块(105)将微显示器内部(602)转换为水平信号(400)和垂直信号(500)；

实施例三：

参见图12，所述像素电路阵列(101)中的像素电路单元由一个存储器单元(111)和一个驱动单元(112)组成；所述存储器单元(111)用于保存像素的开关状态，其输入为水平选通信号(311)和垂直数据信号(312)；所述水平选通信号(311)为水平选通信号组(301)中的一个信号，用于选通该行有效；所述列数据信号(312)为垂直数据信号组(302)中的一个信号，用于表示该列的数据信号；所述存储器单元(111)和所述驱动单元(112)使用同一个正电源。

所述存储器单元(111)可以为静态存储器单元或动态存储器单元，所述静态存储器单元不具有电容，由4-10个晶体管构成，所述动态存储器单元由1-2个电容和1-3个晶体管构成；所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管或其他类型的晶体管；所述电容为多晶-绝缘体-多晶电容、金属-绝缘体-金属电容、金属-氧化物-金属电容、深沟道电容或其他类型的电容。

所述驱动单元(112)用于驱动像素发光，由至少一个晶体管构成；存储器单元(111)的输出连接至驱动单元，驱动电路的输出接至电极(810)；

如图13所示，所述驱动单元(112)还可具有一个放电电路，由至少一个晶体管构成；水平驱动电路还可产生水平偏置信号(304)；当偏置信号(314)有效时，放电管将通过电极(810)将显示器件(801)中的残余电荷释放；所述偏置信号(314)为水平偏置信号组(304)中的一个信号，用于对该像素行进行放电；所述晶体管为金属-氧化物半导体场效应晶体管或其他类型的晶体管。

所述像素电路阵列(101)的像素，每一垂直列共用数据信号(312)；所述数据信号(312)可以为单根信号线或两根极性相反的信号线；

实施例四：

参见图14，一种硅基微显示器像素电路阵列驱动电路还可包括控制模块(110)，用于完成整个硅基驱动电路(100)的时序控制和寄存器参数配置；所述控制模块(110)通过控制信号(610)连接到微显示器外部；所述控制信号(610)采用但不限于IIC、SPI、UART或其他同步或异步串行或并行通信协议。

所述电源信号(611)包含正电源输入(710)和负电源输入(711)；所述正电源输入(710)接入到硅基驱动电路中供晶体管使用，电压取值大于0V；所述负电源输入(711)连接到电极(810)上供显示器件使用，电压取值小于等于0V。

所述硅基微显示器像素电路阵列驱动电路还可包括电源管理模块(111)；所述电源管理模块(111)将电源信号(611)转换成引脚电源(710)和驱动电路电源(711)；所述引脚电源(710)供引脚使用；所述驱动电路电源(711)为单路或多路电源，供硅基驱动电路使用。

所述电源管理模块(111)还可以将电源信号(611)转换负电源通过负电源输出引脚(712)输出，所述负电源的电压范围小于或等于0V。

所述硅基微显示器像素电路阵列驱动电路还可包括内建测试模块(112)，用于完成驱动电路和硅基微显示器的功能测试和性能测试，包括但不限于像素阵列、行驱动电路、列驱动电路的功能测试、像素电压、像素电流、发光亮度的性能测试；测试结果通过测试信号(612)连接至外部。

如图15所示，所述硅基微显示器像素电路阵列驱动电路还可包括校正模块(113)用于对像素数据进行伽玛校正和非线性校正。

实施例六：

所述像素电路阵列(101)可采用模拟驱动方式或数字驱动方式中的任意一种。

参见图16，所述数字驱动电路中，所述内部信号(602)为X位的并行数字信号，X为大于1的整数，每个信号均以逻辑电平来表示数据；

所述行驱动电路(102)包含触发器(201)、译码器(202)和行驱动器(203)；所述触发器(201)用于锁存行地址信号(401)，当行触发信号(402)有效时保存行地址信号；所述译码器(202)是一个N输入、2N输出(N为整数)的译码器，对行地址信号进行译码；所述行驱动器(203)用以增强行选通信号组(301)或行偏置信号组(303)的驱动能力，当行使能信号(403)有效时，将译码器(202)的译码结果作为行选通信号组(301)输出，当行消隐信号(404)有效时，将译码器(202)的译码结果作为行偏置信号组(303)输出。

所述列驱动电路(103)包含并行移位器(211)、锁存器(212)和列驱动器(213)；所述并行移位器(211)为一组并行工作的锁存器或触发器，将像素数据(501)的信号在列移位时钟(502)的有效边沿进行并行移位；所述锁存器(211)用于锁存列像素数据，当列锁存信号(503)有效时，将并行移位器(211)的结果锁存输出，当列清零信号(504)有效时，锁存器(212)的输出清零；所述列驱动器(213)用于增强锁存器的输出信号，用以驱动像素驱动电路(110)的数据信号。

实施例六：

如图17所示，所述像素电路阵列(101)中的像素电路阵列可以根据上半屏和下半屏划分，所述上半屏和下半屏的列驱动电路分开，其工作方式等同于整屏的工作方式。

如图18所示，所述像素电路阵列(101)中的像素电路阵列可以根据左半屏和右半屏划分，所述左半屏和右半屏的工作方式等同于上半屏和下半屏的工作方式。

如图19所示，所述像素电路阵列(101)中的像素电路阵列可以进一步划分成左上、左下、右上、右下四个子屏；每一个子屏的工作方式等同于上半屏和下半屏的工作方式。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。