专利名称：一种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及微投影技术领域，特别涉及ー种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片。
背景技术：
微型投影机最早出现在2005年末，由美国德州仪器展示出的第一款微型投影机，当时体积只有袖珍字典般大小。到了 2008年末，一款手机大小的微型投影机问世，从此开始标志着真正的微型投影机时代到来。在短短的3年时间内，微型投影机的体积已经从袖珍字典般大小缩减到了当前的手机大小。到了 2009年，微型投影机开始走向了大众视线中。从2005末，第一代掌上型投影机由三菱和三星分别推出后，改变了一直以来，投影机被当作教学、办公会议等场合的演示产品，因为画面大，可以与更多人分享内容，但因为体积 大，它也只能被局限于有限的空间内。基于研究人员的不断拓展，到了 08年由奥图码推出的全球第一款PK-101手持投影开始，整个微型投影机市场进入了高潮期。2010年内嵌微投影机的手机/相机出货量超过20万台。2011年各手机厂商纷纷退出了内嵌微投影机的手机规格。预估至2014年，内嵌式手机市场将大举突破1000万台，达到1433万台，而相机/录像机将突破300万台，其他内嵌式产品也将突破200万台，整体微投影产品将达到3521万台。目前微投影机市场主要以DLP和LCOS为两大技术阵营。LCOS微投影机成本较低但亮度不能满足用户需要(光利用率小于5% )。在现有的LCD投影及LCOS(硅上液晶)投影技术中，背光源发出的光要经过偏光片、彩色膜、液晶层以及多个光学透镜之后才能投射到屏幕上。整个系统的光利用率小于5%，也就是说上述各层材料和透镜会消耗掉95%以上的光。这就是为何目前微投影机难以满足消费者要求的主要原因-亮度不足。DLP技术有较高的光利用率(约33% )，但其成本较高，且该技术为美国德州仪器(TI)所垄断。在DLP投影机结构中，某一时刻背光源的光只能转化成红绿蓝三种颜色中的ー种，这样导致光利用率最大只有1/3，其余的2/3都被色轮过滤棹。另外，在现有的无源寻址的LED阵列技术中，显示屏尺寸和像素的亮度受限于同一行或者同一列中的像素数目多少而引起“负载效应”。
发明内容
本发明g在解决微投影机的亮度、功耗、易集成度、成本以及只能发単色光的问题。因此，本发明提出ー种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，可充分地消除由于现有技术的限制和缺陷导致的ー个或多个问题。本发明另外的优点、目的和特性，一部分将在下面的说明书中得到阐明，而另一部分对于本领域的普通技术人员通过对下面的说明的考察将是明显的或从本发明的实施中学到。通过在文字的说明书和权利要求书及附图中特别地指出的结构可实现和获得本发明目的和优点。本发明提供了 ー种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，其特征在干，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流；其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端；其中，所述LED像素发射波长为紫外光，并且所述有源选址单色硅基LED微显示芯 片还包括红绿蓝三种颜色转换材料，这三种顔色转换材料分别放置在紫外光LED像素的顶部，当受到紫外光的激发时，红色材料发出红色的光，緑色材料会发出绿色的光，蓝色材料发出蓝色的光。本发明还提供了ー种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，其特征在干，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流；其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端；其中，所述LED像素发射波长为蓝色光，并且所述有源选址单色硅基LED微显示芯片还包括红绿两种颜色转换材料，这两种顔色转换材料分别放置在蓝色光LED像素的顶部，当受到蓝色光的激发时，红色材料发出红色的光，緑色材料发出绿色的光。优选的，所述扫描晶体管和驱动晶体管是N型M0SFET、P型M0SFET、n型TFT、p型TFT、HEMT 或者 M0SHEMT。优选的，所述LED像素包括LED像素基板、N型氮化镓层、多量子阱(MQW)、P型氮化镓层、电流扩散层、P和n电极和钝化层。优选的，所述LED像素基板的材料为蓝宝石、氮化镓、碳化硅、石英、硅、神化镓或者磷化铟；所述多量子阱的周期数目为5个周期，所述电流扩散层的材料为镍、金、银、氧化铟锡、氧化锌以及上述材料的组合；所述P和n电极材料为铝、钛、金、钼、镍、或者银。优选的，所述颜色转换材料通过旋涂，点胶或者粘贴的方法沉积在在所述LED像素基板的背面。优选的，所述颜色转换材料为荧光粉、磷粉、量子点材料或者转换薄膜，并且其厚度优选为10um。本发明还提供了ー种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置，其特征在干，所述全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置包括三个单色有源选址发光二极管微投影芯片，光学引擎和投影屏幕；每个所述单色有源选址发光二极管微投影芯片结构相同，均包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的ー个所述LED像素提供驱动电流；其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端；其中，光学引擎把所述三个単色有源选址发光二极管微投影芯片发出的光整合在一起，然后投射到所述投影屏幕。·优选的，每个所述单色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长不同，分别为61Onm的红色光、550nm的绿色光和440nm的蓝色光。优选的，所述三个単色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长均为380nm的紫外光，并且所述三个単色有源选址发光二极管微投影芯片中的第一个单色有源选址发光ニ极管微投影芯片包括发出红光的顔色转换材料，第二个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出绿光的顔色转换材料，第三个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出蓝光的顔色转换材料，这三种顔色转换材料分别放置在每个单色有源选址发光二极管微投影芯片中的紫外光LED像素的顶部，当受到紫外光的激发时，红色材料发出红色的光，緑色材料会发出緑色的光，蓝色材料发出蓝色的光。优选的，所述三个単色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长均为440nm的蓝色光，并且所述三个単色有源选址发光二极管微投影芯片中的第一个单色有源选址发光ニ极管微投影芯片包括发出红光的顔色转换材料，第二个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出绿光的顔色转换材料，这两种顔色转换材料分别放置在蓝色光LED像素的顶部，当受到蓝色光的激发时，红色材料发出红色的光，緑色材料发出绿色的光。本发明提出的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片完全摒弃了传统的LCD投影机中的背光源模组、偏光片和彩色膜，由自发光的LEDoS芯片直接投影，从而把LED芯片的光利用率由IXD投影机的小于5%提高到接近100%。这样显著的提高了投影亮度并降低了整机功耗，同时由于摒弃复杂的光学系统而节省了大量的体积，整个系统可以做的更小、更轻、更加方便于集成到笔记本电脑、IPAD、数码相机、手机、MP4、GPS等等便携式电子产品中。并且本技木立足于成熟的IC集成电路技术和目前日益广泛应用的LED技术，易于以极低的成本进行大規模生产。
图I为无源选址单色发光二极管(LED)微显示芯片的电路结构示意图。图2为有源选址单色硅基发光二极管微显示芯片的电路结构示意图。图3为有源选址单色硅基发光二极管微显示芯片的电路结构示意图。
图4为有源选址单色发光二极管微显示芯片的剖面图。图5为有源选址和无源选址两种单色发光二极管微显示芯片中的发光二极管像素的剖面结构示意图。图6为无源选址单色发光二极管微显示芯片中硅基板的显微镜图片。图7为有源选址硅基发光二极管微显示芯片中的硅基板的显微镜照片。图8为全彩色发光二极管微显示芯片的俯视图。图9为根据本发明第一实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片的截面图。图10为根据本发明第二实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片的俯视图。图11为根据本发明第二实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片的截面图。 图12为根据本发明第三实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片的示意图。
具体实施例方式本项发明的关键技术即为CMOS集成电路驱动的主动发光的LEDoS(LED onSilicon)微投影技术。LEDoS投影机整合了硅基CMOS集成电路和LED微投影技术，克服了传统LCD投影机以及LCOS投影机光利用率低的问题。本发明的另外ー个关键技术是在发光二极管的顶部放置了红绿蓝三种颜色转换材料，从而实现了全彩色发光二极管微显示芯片。另外，本发明的ニ极管投影芯片还采用了有源寻址技术，从而克服了无源寻址的“负载效应”。下面參照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。如图I所示，单色硅基有源选址发光二极管投影芯片002包括基板100和多个LED像素101。多个LED像素101按照阵列排列并具有特定的分辨率。LED像素101的结构是相同的。LED像素101放置在基板100的上方。图I的进ー步说明，基板100为多个LED像素101提供制备材料和机械支撑。单色硅基有源选址发光二极管投影芯片002的发射波长跨度从350nm(紫外线)至IOOOnm (红外线)。例如，发射波长为440nm处的蓝色、发射波长为550nm的绿色、发射波长为610nm红色或者发射波长380nm的紫外光。图I的进ー步说明，单色硅基有源选址发光二极管投影芯片002拥有足够的分辨率以显示电影，图片或字符。例如，8X8的分辨率可以显示字段，800X480的分辨率可显示电影和图片。LED像素101尺寸应足够小，以保持LED微型显示面板足够小以及保持整个投影系统的大小。例如，LED像素101可以是ー个直径为100微米的圆形、100微米X 100微米的方形、300微米X300微米或300微米X 100微米的矩形。图I的进ー步说明，基板100的材料可以是蓝宝石，氮化镓，碳化硅，石英，单晶硅，神化镓，磷化镓或其他的发光材料。图2为无源选址单色发光二极管(LED)微显示芯片001的电路结构示意图。该无源选址LED微显示器包含一定数目的LED像素101，且LED像素101排列为ー个具有特定分辨率的LED像素阵列。每个LED像素101的结构是相同的。同一行中的LED像素的N电极连接到行公共主线1002，同一列中LED像素的P电极连接到列公共主线1003。当电流流过特定的行和列的时候，处于这一行和这一列的交叉点的LED像素101就会发光。LED微显示芯片001拥有足够分辨率以显示电影，图片或字符的决议。例如，8X8的分辨率可以显示字段，800X480的分辨率可以显示电影和图片。LED像素101的形状是但不限于圆形，方形，矩形，六角形的形状。LED像素101尺寸足够小，以保持LED微型显示面板足够小以及整个微投影系统的大小。例如，LED像素101可以是ー个直径为100微米的圆形、100微米X 100微米的方形、300微米X300微米或300微米X 100微米的矩形。LED微显示芯片001的基板的材料可以是蓝宝石，氮化镓，碳化硅，石英，单晶硅，神化镓，磷化镓或其他的发光材料。无源选址的LED微型显示器受“负载效应”的限制，即外围驱动芯片的驱动能力是恒定的，比如对每一行的驱动能力为100毫安电流。如果某一行有8个LED像素点亮，则每个LED像素的电流为100毫安/8 = 12. 5毫安；然而,假如另外一行有4个LED像素点亮，则每个LED像素的电流为100毫安/4 = 24毫安。LED本身是电流型器件，流过的电流大小直接决定LED的发光亮度。这样就造成点亮像素数目不同的行之间的亮度不均匀。图3为有源选址单色硅基发光二极管微显示芯片002的电路结构示意图。该有源 选址单色硅基LED微显示芯片002包括电源207、数据线203、扫描线202、多个像素驱动电路、多个LED像素101和公共接地端208，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的ー个所述LED像素提供驱动电流。其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管204、驱动晶体管205和一个电容206，所述扫描晶体管204的栅极与所述扫描线202相连，漏极与所述数据线203相连，源极与所述驱动晶体管205的栅极相连，所述驱动晶体管205的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管205的源极连接所述电源，所述驱动晶体管205的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素101的P电极连接到所述输出端，LED像素101的N电极连接在一起接到公共接地端208。该有源选址单色硅基LED微显示芯片002的工作原理如下扫描线202接收扫描信号，然后打开扫描晶体管204。之后，数据线203的数据信号将通过扫描晶体管204，将开启驱动晶体管205并同时存储在存储电容器206内。驱动晶体管205开启后，将提供电流从电源207流向LED像素101再到208接地端子，此时LED像素101会发出光，像素将被定义为“开启”状态。扫描信号和数据信号消失时，存储在存储电容206内的信号将在该显示周期的剰余时间内继续保持驱动晶体管的栅极电压和流经LED像素101的电流。根据本发明的一优选实施方式，所述有源选址单色硅基发光二极管微显示芯片002由LED阵列和硅基有源驱动基板组成，所述LED阵列包括多个LED像素，例如，可为8 X 8的LED阵列，每一行LED像素的N电极均连接到总线，所述总线连接到每一行最右端的公共阴极，所述每一行LED像素的P电极相互独立；所述硅基有源驱动基板包括电源、数据线、扫描线和多个像素驱动电路，在本实施方式中，像素驱动电路为8X8的像素驱动电路。在本发明中，所述LED阵列和硅基有源驱动基板通过倒装芯片技术键合在一起。倒装芯片技术是微电子行业中较为成熟的ー种键合技术，其利用焊球和焊盘的互相连接来实现顶部芯片和底部芯片的互联。在本发明中，在LED阵列的每ー个LED像素的P电极上面制作金属焊盘。同时在硅基有源驱动基板的每ー个像素驱动电路的输出端制作金属焊球。然后把LED阵列翻转使其金属焊盘的一面对准硅基有源驱动基板制备焊球的一面。对准后进行回流处理，金属焊球融化从而和金属焊盘键合在一起。这样LED阵列和硅基有源驱动基板就键合在一起了。
倒装芯片技术的步骤如下首先把LED阵列芯片的蓝宝石衬底减薄至80微米左右，然后进行抛光处理直到蓝宝石沉底变至透明。然后再硅基有源选址基板上沉积ー层较厚(如I微米)的ニ氧化硅作为钝化层并在其上开出通孔。然后沉积ー层钛钨铜作为仔晶层，钛钨厚度为30纳米，铜厚度为500纳米。然后旋涂光刻胶AZ4903到硅基有源选址基板表面并按照倒装焊凸点的分布开出相对应的图形。然后利用电镀的方法在硅基有源选址基板表面沉积8微米后的铜和22微米厚的焊料层。由于光刻胶AZ4903的保护，只有特定区域才有电镀层出现。电镀完成后去掉光刻胶以及多余的仔晶层，并把基板放进回流炉进行回流。回流之后焊料层就会变成球状的凸点。然后把LED阵列倒扣在硅基板上进行对准，对准之后再做一次回流。这样硅基板上的凸点就会和LED阵列上的焊盘键合在一起。倒装芯片エ艺至此完成。附图3的进ー步说明，有源选址单色硅基发光二极管微显示芯片002拥有足够分辨率以显示电影，图片或字符。例如，8X8的分辨率可以显示字段，800X480的分辨率可以显示电影和图片。LED像素101的形状是但不限于圆形，方形，矩形，六角形的形状。LED像素101尺寸足够小，以保持LED微型显示面板足够小以及整个微投影系统的大小。例如，LED像素101可以是ー个直径为100微米的圆形、100微米X 100微米的方形、300微米X300 微米或300微米X 100微米的矩形。附图3的进ー步说明，扫描晶体管204和驱动晶体管205可能是N型M0SFET，P型MOSFET, n型TFT，p型TFT，HEMT, M0SHEMT以及其他类型的电子开关器件。附图4为有源选址单色发光二极管微显示芯片的剖面图。如图4所示，所述有源选址单色发光二极管微显示芯片001包括LED衬底100，LED像素101，硅衬底102和一定数目的凸点103。凸点103的尺寸与LED像素大小相匹配，并通过倒装焊的方式把LED像素101和硅衬底102集成到一起。附图5为有源选址和无源选址两种单色发光二极管微显示芯片中的发光二极管像素101的剖面结构示意图。所述发光二极管像素101包括LED像素基板100，N型氮化镓层105，多量子阱(MQW) 106，P型氮化镓层107，电流扩散层108，P和n电极109和钝化层110。附图5的进ー步说明，LED像素基板100材料可以但不限于蓝宝石，氮化镓，碳化硅，石英，硅，神化镓，磷化铟等。多量子阱105的周期数目为但不限于5个周期。电流扩散层108的材料可以但不限于镍，金，银，氧化铟锡，氧化锌，以及上述材料的组合。p和n电极材料可以但不限于铝，钛，金，钼，镍，银或任何其他低电阻材料。图6为无源选址单色发光二极管微显示芯片中硅基板的显微镜图片。在硅衬底102上制备多个凸点103，并使凸点103排列为对应LED像素的阵列。每个凸点103都具有相同的结构并分为两组，111和112。111组的凸点连接同一列中每个LED像素101的N电极，而112组的凸点连接同一行中每个LED像素101的P电极。附图6的进一步说明，所不娃衬底102,包含有多个凸点103。同一行中的LED像
素101的P电极互相独立并--对应的连接到硅衬底102上提供的凸点。凸点103的尺寸
与LED像素大小相匹配，并通过倒装焊的方式把LED像素103和硅衬底102集成到一起。例如，如果LED像素101是ー个圆形，直径为100微米，凸点103应该是直径80微米或更小。如果LED像素101是正方形，尺寸为300微米X 300微米，凸点的直径应该为250微米或更小。凸点的高度应足够高，以保持LED像素101和硅衬底102的间隙足够大，以防止短路的问题，并提供足够的散热空间。附图6的进ー步说明，制作凸点103的材料可以是铅，錫，金，银或其他任何上述材料的合金。图7为有源选址硅基发光二极管微显示芯片中的硅基板的显微镜照片。如图7所示，该有源选址硅基发光二极管微显示芯片中的硅基板包括像素驱动电路210，电源VDD207，接地端208，数据线204和扫描线202。与图6对比可知，图6中的无源选址硅基板，多有凸点均放置在金属线条(白色部分)之上，没有对应的CMOS控制电路。图7中的有源选址硅基板，每个凸点均放置在相对应的像素驱动电路之上。在本发明中，硅基CMOS集成电路技术和氮化镓基LED技术通过倒装焊技术相结合，从而实现了硅基CMOS集成电路有源寻址LED微显示技木。本发明中，CMOS有源寻址驱 动电路的设计为每ー个LEDoS像素提供了足够的驱动电流和，并且每个LED像素的亮度都可通过由CMOS像素驱动电路来控制。图8为全彩色发光二极管微显示芯片003的俯视图，利用紫外光发光二极管激发红绿蓝三种颜色转换材料来实现。如图8所示，LED微显示芯片003包括发射波长为紫外光的LED像素101以及红绿蓝三种颜色转换材料301，302和303。这三种颜色转换材料分别放置在紫外光LED像素101的顶部。当受到紫外光的激发吋，红色材料301会发出红色的光，绿色材料302会发出绿色的光，蓝色材料303会发出蓝色的光。图9为根据本发明第一实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片003的截面图，利用紫外光发光二极管激发红绿蓝三种顔色的磷粉来实现。全彩色的LED微型显示003包括LED像素基板100，LED像素101，硅衬底102和一定数目的焊球103。三种颜色转换材料301，302和303放置在LED像素基板100的背面。当受到紫外光的激发吋，红色材料301会发出红色的光，緑色材料302会发出绿色的光，蓝色材料303会发出蓝色的光。附图9的进ー步说明，LED像素101有适当的发射波长，以激发色彩转换材料301，302和303。例如，LED像素101发射波长480nm波长(紫外光)，该波长的紫外光可以激发颜色彩转换材料301，302和303，分别发出红光，绿光和蓝光。附图9的进ー步说明，顔色转换材料301，302和303可以是但不限于荧光粉，磷粉，量子点材料，转换薄膜和其他的颜色转换材料。颜色转换材料301，302和303可通过旋涂，点胶或者粘贴的方法沉积在LED像素基板100的背面。颜色彩转换材料，301，302和303必须有足够的厚度，以满足对色彩质量的要求。例如，厚度为IOum的，但不局限于此值。图10为根据本发明第二实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片004的俯视图，利用蓝光发光二极管激发红绿两种颜色转换来实现。全彩色发光二极管微显示芯片004包括基板100和一定数量的LED像素101。两个颜色转换材料402和403放置在LED像素基板100的背面。如图10所示，在本发明的ー实施方式中，发出红光的顔色转换材料放置在第一列LED像素基板100的背面，发出绿光的颜色转换材料放置在第二列LED像素基板100的背面，本领域技术人员可以根据实际需要来设定。当受到蓝光的激发时，红色材料402会发出红色的光，绿色材料403会发出绿色的光。蓝色光由LED像素101直接发出，无需转换。附图10的进ー步说明，顔色转换材料402和403可以是但不限于荧光粉，磷粉，量子点材料，转换薄膜和其他的顔色转换材料。顔色转换材料402和403可通过旋涂，点胶或者粘贴的方法沉积在LED像素基板100的背面。颜色彩转换材料402和403必须有足够的厚度，以满足对色彩质量的要求。例如，厚度为IOum的，但不局限于此值。附图11为根据本发明第二实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片004的截面图，利用蓝光发光二极管激发红绿三种颜色转换材料来实现。全彩色的LED微型显示器004包括LED像素基板100和和一定数量的LED像素101。两个颜色转换材料402和403放置在LED像素基板100的背面。当受到蓝光的激发吋，红色材料402会发出红色的光，绿色材料403会发出绿色的光。蓝色光由LED像素101直接发出，无需转换。附图11的进ー步说明，LED像素101有适当的发射波长，以激发色彩转换材料402，403。例如，LED像素101发射波长为440nm(蓝色)，颜色彩转换材料402和403可以被激发波长，分别发出红色和緑色的色彩。附图11的进ー步说明，顔色转换材料402和403可以是但不限于荧光粉，磷粉，量子点材料，转换薄膜和其他的顔色转换材料。顔色转换材料402和403可通过旋涂，点胶或者粘贴的方法沉积在LED像素基板100的背面。颜色彩转换材料402和403必须有足够的厚度，以满足对色彩质量的要求。例如，厚度为IOum的，但不局限于此值。
图12为根据本发明第三实施方式的、全彩色发光二极管微显示芯片005的示意图，利用红绿蓝三种单色发光二极管微显示芯片通过光学镜头组合来实现。全彩色LED微型显示005包括三个单色LED微型显示屏，501，502和503，光学引擎504和投影屏幕505。附图12的进ー步说明，单色LED微型显示面板501，502和503的结构是相同的，但发射波长是不同的。例如有501发射波长为610nm(红色)，502具有发射波长为550nm(绿色)和503发射波长为440nm (蓝色)。光学引擎可以把三个单色LED微型显示面板504501，502和503发出的光整合在一起，然后投射到屏幕505。附图12的进ー步说明，单色LED微型显示面板501，502和503同附图2至附图6中提到的LED微型显示面板具有相同的结构。501，502和503的相对位置是等效的，可以互相交换位置。501发射波长为红色的光。502发射波长为绿色的光,503发射波长为蓝色的光。附图12的进ー步说明，单色微型LED显示屏501，502和503可在利用附图8中的方法制作。例如，501通过单色LED微显示面板发射波长为380nm(紫外光)加发出红光的顔色转换材料的方法制造。502通过单色LED微显示面板发射波长为380nm(紫外光)加发出绿光的顔色转换材料的方法制造。503通过单色LED微显示面板发射波长为380nm(紫外光)加发出蓝光的顔色转换材料的方法制造。附图12的进ー步说明，单色LED微型显示屏501，502和503其中的任意两个可以采用附图11图中提到的方法制作。例如，501通过单色LED微显示面板发射波长为440nm(蓝光)加发出红光的顔色转换材料的方法制造。502通过单色LED微显示面板发射波长为440nm(蓝光)加发出绿光的颜色转换材料的方法制造。503初始发射波长为440nm处(蓝色)，无需转换。附图12的进ー步说明，微型单色LED显示屏501，502和503有足够分辨率以显示电影，图片或字符。例如，8X8的分辨率可以显示字段；800X480的分辨率可以显示普通电影和图片；1920X1080的分辨率可以显示全高清(Full-HD)电影。
附图12的进ー步说明，光学引擎504应有足够的尺寸，可以把501，502和503发出的光整合在一起，并投射到屏幕505上。需要指出的是，本发明提出的实现全彩色显示的方法不仅适用于有源选址，也同样适用于无源选址。LEDoS会作为微投影机市场的新兴力量而得到发展的良机。LEDoS微投影技术可以将光利用率提高到接近100%，降低了功耗，同时大大节省了体积，使得投影机更加便携，更加适用于内嵌手机/笔记本/相机等消费电子产品。LEDoS微投影机的竞争优势是结构简单(不需要背光源、偏光片和彩色膜)、光利用率高、成本低。LEDoS投影机的未来市场定位为高亮度低功耗便携式LED投影机。可分为两种不用的应用ー种是独立式微投影机，可通过驱动接ロ把笔记本、手机、数码相机相机、GPS等显示终端的图像投影到显示屏上；另外一种是内嵌式投影机，把LEDoS投影芯片内嵌到笔记本电脑、平板电脑、手机以及数码相机等便携式电子产品内部作为扩展功能模块。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，其特征在于， 所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流； 其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端； 其中，所述LED像素发射波长为紫外光，并且所述有源选址单色硅基LED微显示芯片还包括红绿蓝三种颜色转换材料，这三种颜色转换材料分别放置在紫外光LED像素的顶部，当受到紫外光的激发时，红色材料发出红色的光，绿色材料会发出绿色的光，蓝色材料发出蓝色的光。
2.一种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，其特征在于， 所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流； 其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端； 其中，所述LED像素发射波长为蓝色光，并且所述有源选址单色硅基LED微显示芯片还包括红绿两种颜色转换材料，这两种颜色转换材料分别放置在蓝色光LED像素的顶部，当受到蓝色光的激发时，红色材料发出红色的光，绿色材料发出绿色的光。
3.根据权利要求I或2所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，其特征在于，所述扫描晶体管和驱动晶体管是N型MOSFET、P型MOSFET、η型TFT、p型TFT、HEMT或者 MOSHEMT。
4.根据权利要求I或2所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，其特征在于，所述LED像素包括LED像素基板、N型氮化镓层、多量子阱(MQW)、P型氮化镓层、电流扩散层、P和η电极和钝化层。
5.根据权利要求4所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，其特征在于，所述LED像素基板的材料为蓝宝石、氮化镓、碳化硅、石英、硅、砷化镓或者磷化铟；所述多量子阱的周期数目为5个周期，所述电流扩散层的材料为镍、金、银、氧化铟锡、氧化锌以及上述材料的组合；所述P和η电极材料为铝、钛、金、钼、镍、或者银；并且，所述颜色转换材料通过旋涂，点胶或者粘贴的方法沉积在在所述LED像素基板的背面。
6.根据权利要求5所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，其特征在于，所述颜色转换材料为荧光粉、磷粉、量子点材料或者转换薄膜，并且其厚度优选为10um。
7.一种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置，其特征在于，所述全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置包括三个单色有源选址发光二极管微投影芯片，光学引擎和投影屏幕；每个所述单色有源选址发光二极管微投影芯片结构相同，均包括 电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流；其中，每个所述像素驱动电路包括扫描晶体管、驱动晶体管和一个电容，所述扫描晶体管的栅极与所述扫描线相连，漏极与所述数据线相连，源极与所述驱动晶体管的栅极相连，所述驱动晶体管的栅极和源极之间连接所述电容，所述驱动晶体管的源极连接所述电源，所述驱动晶体管的漏极作为所述像素驱动电路的输出端，LED像素的P电极连接到所述输出端，LED像素的N电极连接在一起接到公共接地端； 其中，光学引擎把所述三个单色有源选址发光二极管微投影芯片发出的光整合在一起，然后投射到所述投影屏幕。
8.根据权利要求7所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置，其特征在于，每个所述单色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长不同，分别为610nm的红色光、550nm的绿色光和440nm的蓝色光。
9.根据权利要求7所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置，其特征在于，所述三个单色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长均为380nm的紫外光，并且所述三个单色有源选址发光二极管微投影芯片中的第一个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出红光的颜色转换材料，第二个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出绿光的颜色转换材料，第三个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出蓝光的颜色转换材料，这三种颜色转换材料分别放置在每个单色有源选址发光二极管微投影芯片中的紫外光LED像素的顶部，当受到紫外光的激发时，红色材料发出红色的光，绿色材料会发出绿色的光，蓝色材料发出蓝色的光。
10.根据权利要求7所述的全彩色硅基有源选址发光二极管微投影装置，其特征在于，所述三个单色有源选址发光二极管微投影芯片的发射波长均为440nm的蓝色光，并且所述三个单色有源选址发光二极管微投影芯片中的第一个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出红光的颜色转换材料，第二个单色有源选址发光二极管微投影芯片包括发出绿光的颜色转换材料，这两种颜色转换材料分别放置在蓝色光LED像素的顶部，当受到蓝色光的激发时，红色材料发出红色的光，绿色材料发出绿色的光。
全文摘要
本发明公开了一种全彩色硅基有源选址发光二极管微投影芯片，包括电源、数据线、扫描线、多个像素驱动电路和多个LED像素，所述像素驱动电路和所述LED像素的数量相同，每个所述像素驱动电路为对应的一个所述LED像素提供驱动电流，所述LED像素发射波长为紫外光，并且所述有源选址单色硅基LED微显示芯片还包括红绿蓝三种颜色转换材料。本发明完全摒弃了传统的LCD投影机中的背光源模组、偏光片和彩色膜，由自发光的LEDoS芯片直接投影，从而有效提高了光利用率，节省了体积，并且本技术立足于成熟的IC集成电路技术和目前日益广泛应用的LED技术，易于以极低的成本进行大规模生产。
文档编号G03B21/00GK102760419SQ20121024811
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者俞捷, 刘召军, 刘纪美, 庄永漳, 黄嘉铭 申请人:刘纪美