一种有源激光彩色显示模块与显示屏的制作方法

本发明涉及有源激光彩色显示领域，尤其涉及的是，一种有源激光彩色显示模块与显示屏。

背景技术：

垂直腔面发射激光器亦称垂直腔表面发射激光器(verticalcavitysurfaceemittinglaser，vcsel)是很有发展前景的新型光电器件，是一种出光方向垂直与谐振腔表面的f-p激光器。垂直腔表面发射激光器的优越性已经引起广泛关注，已在结构、材料、波长和应用领域都得到了飞速的发展。

垂直腔面发射激光器主要由三部分组成，包括激光工作物质、泵浦源和光学谐振腔。工作物质是发出激光的物质，但不是任何时刻都能发出激光，必须通过泵浦源对其进行激励，形成粒子数反转，发出激光，但这样得到的激光寿命很短，强度也不会太高，并且光波模式多，方向性很差。所以，还必须经过顶部反射镜(topmirror)和底部反射镜(bottommirror)组成的谐振腔，在激光腔(lasercavity)内放大与振荡，并由顶部反射镜输出，而且输出的光线只集中在中间不带有氧化层的部分输出。这样就形成了垂直腔面的激光发射，从而得到稳定、持续、有一定功率的高质量激光。

垂直腔面发射激光器与常规的侧向出光的端面发射激光器在结构上有着很大的不同。端面发射激光器的出射光垂直于芯片的解理平面；与此相反，垂直腔面发射激光器的发光束垂直于芯片表面并由此易于实现二维平面列阵。但如何规模实现垂直腔面发射激光器的有源激光彩色显示，仍是需要改进的技术问题。

技术实现要素：

本发明提供一种新的有源激光彩色显示模块与显示屏。

本发明的技术方案如下：一种有源激光彩色显示模块，其包括：有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层；与垂直腔面发射激光器矩阵相对应的光致波长转换彩色发光矩阵作为第三层；其中，有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过脉冲宽度调制方式控制光致波长转换彩色发光矩阵的每一个由激光光致激发的彩色发光矩阵的发光亮度。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的半导体量子点材料作为最小像素单元的规则分布的彩色发光阵列。

优选的，所述光光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的荧光材料作为最小像素单元的规则分布的彩色发光阵列。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有至少三种基本颜色作为最小像素单元的规则分布。

优选的，所述至少三种基本颜色包括红色、绿色与蓝色。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有至少四种基本颜色作为最小像素单元的规则分布。

优选的，所述至少四种基本颜色包括红色、绿色、蓝色与白色。

优选的，所述至少四种基本颜色包括红色、绿色、蓝色与黄色。

优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括半导体激光器件。

优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵为电场致量子点激光器件、有机半导体激光器件、无机半导体激光器件、iii-v族化合物半导体激光器件、氮化镓半导体激光器件、砷化镓半导体激光器件或磷化铟半导体激光器件。

优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发光波长小于500纳米的半导体激光器件。

优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发蓝光的半导体激光器件、发紫外光的半导体激光器件或发深紫外光的半导体激光器件。

优选的，第三层之上还设有一层偏振光薄膜以过滤所述光致波长转换彩色发光矩阵的散光。

优选的，第三层之上还设有一层偏振光薄膜以过滤所述光致波长转换彩色发光矩阵的散光及/或顶层之上还设有一层触摸静电感应敏感的触摸屏。

一种显示屏，其包括上述任一项所述有源激光彩色显示模块。

采用上述方案，本发明提供了能够规模生产的高密度的有源激光彩色显示模块，其利用了垂直腔面发射激光器的设计，因此具有垂直腔面发射激光器的特点，所以与光纤的耦合效率较高以及降低器件功耗和热能耗，并且从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片解理封装后才能测试，由此可以实现在生产过程中进行测试，因此能够简化工艺，降低制作成本；可用于多种应用，包括光通信、3d地形感应、显示和打印等，也适合应用在可穿戴智能设备、手机、平板、笔记本电脑或各种彩色显示产品中，还具有产品结构稳定的优点。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的示意图；

图2为本发明的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。但是，本发明可以采用许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的一个实施例是，一种有源激光彩色显示模块，其包括：有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层；与垂直腔面发射激光器矩阵相对应的光致波长转换彩色发光矩阵作为第三层；其中，有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过脉冲宽度调制方式控制光致波长转换彩色发光矩阵的每一个由激光光致激发的彩色发光矩阵的发光亮度。采用上述方案，本发明提供了能够规模生产的高密度的有源激光彩色显示模块，其利用了垂直腔面发射激光器的设计，因此具有垂直腔面发射激光器的特点，所以与光纤的耦合效率较高以及降低器件功耗和热能耗，并且从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片解理封装后才能测试，由此可以实现在生产过程中进行测试，因此能够简化工艺，降低制作成本；可用于多种应用，包括光通信、3d地形感应、显示和打印等，也适合应用在可穿戴智能设备、手机、平板、笔记本电脑或各种彩色显示产品中，还具有产品结构稳定的优点。

例如，一种有源激光彩色显示模块，其包括：下面的部分或全部技术特征。

例如，有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；优选的，所述有源矩阵显示控制电路衬底采用硅衬底并在硅衬底上形成有源矩阵显示控制电路。较好的是，所述有源矩阵显示控制电路采用脉冲宽度调制方式控制所述垂直腔面发射激光器矩阵或其半导体发光量子层阵列的发光亮度。例如，所述第一层的有源矩阵显示控制电路采用脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)方式精确控制所述垂直腔面发射激光器矩阵或其半导体发光量子层阵列的发光亮度或者灰阶度。灰阶度是亮度的表征，通常是指亮度的明暗程度。

例如，垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层；垂直腔面发射激光器矩阵也可以称为垂直腔面发射激光器矩阵阵列。优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括半导体激光器件。优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括电场致量子点激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括有机半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括无机半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括iii-v族化合物半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括氮化镓gan半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括砷化镓gaas半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括磷化铟inp半导体激光器件。

优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发光波长小于500纳米的半导体激光器件。优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发蓝光的半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发紫外光的半导体激光器件；优选的，所述垂直腔面发射激光器矩阵包括发深紫外光的半导体激光器件。

较好的是，第一层与第二层统一作为垂直腔面发射激光器阵列模块，也就是说，垂直腔面发射激光器阵列模块中，有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层；并且，有源激光彩色显示模块中，在垂直腔面发射激光器阵列模块上设有与垂直腔面发射激光器矩阵相对应的光致波长转换彩色发光矩阵，相对于前面的第一层与第二层，光致波长转换彩色发光矩阵作为第三层。较好的是，垂直腔面发射激光器阵列模块包括：有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；第一分布式布拉格反射光栅(distributedbraggreflector，dbr)形成反射镜阵列作为第二a层；半导体发光量子层阵列作为第二b层；限制电流分布的光圈孔径阵列作为第二c层；以及第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列作为第二d层；其中，所述有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过金属电极阵列驱动半导体发光量子层阵列发光。也就是说，垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层，包括第二a层、第二b层、第二c层与第二d层；其中，第一分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列作为第二a层；半导体发光量子层阵列作为第二b层；限制电流分布的光圈孔径阵列作为第二c层；以及第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列作为第二d层。

例如，所述垂直腔面发射激光器阵列模块包括第一分布式布拉格反射光栅(distributedbraggreflector，dbr)形成反射镜阵列作为第二a层；也就是说，第二a层为反射镜阵列，该反射镜阵列采用第一分布式布拉格反射光栅形成，依此类推。优选的，所述第一分布式布拉格反射光栅为导电材料。优选的，所述第一分布式布拉格反射光栅为金属导体材料或薄膜导体材料。第一分布式布拉格反射光栅可以是透明的，也可以是非透明的，但是后面的第二分布式布拉格反射光栅则通常应选用透明的导电材料。例如，薄膜导体材料为真空淀积的金薄膜导体材料，其厚度为200至500nm，此时，金薄膜导体材料的片电阻率大约为0.025至0.050ω。

优选的，所述垂直腔面发射激光器阵列模块包括半导体发光量子层阵列作为第二b层；优选的，所述半导体发光量子层阵列为iii-v族化合物半导体发光器件。优选的，所述发光器件为电场致量子点发光器件；优选的，所述发光器件为有机半导体发光器件；优选的，所述发光器件为无机半导体发光器件；优选的，所述发光器件为氮化镓半导体发光器件；优选的，所述发光器件为砷化镓半导体发光器件；或者，优选的，所述发光器件为磷化铟半导体发光器件。第二b层的半导体发光量子层阵列非常关键，优选的，所述有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过金属电极阵列驱动半导体发光量子层阵列发光，用于传输二维矩阵激光数字信息以及激光图像。也就是说，有源矩阵显示控制电路通过每一个垂直腔面发射激光器底部的金属电极阵列来控制驱动每一个垂直腔面发射激光器来传输2维矩阵激光数字信息，以及激光图像。

优选的，所述垂直腔面发射激光器阵列模块包括限制电流分布的光圈孔径阵列作为第二c层；优选的，所述光圈孔径阵列为非导体孔径阵列；优选的，所述光圈孔径阵列为绝缘体孔径阵列；或者，优选的，所述光圈孔径阵列为半导体孔径阵列。值得指出的是，对于光圈孔径阵列为非导体孔径阵列、绝缘体孔径阵列或半导体孔径阵列时，第二b层的半导体发光量子层阵列与第二d层的第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列在结构与厚度方面可以适应匹配设计。

优选的，所述垂直腔面发射激光器阵列模块包括第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列作为第二d层；值得指出的是，第二分布式布拉格反射光栅与第一分布式布拉格反射光栅仅仅是名称相异以便于分别描述，两者的结构与材质等可以相同或相异设置。较好的是，第二分布式布拉格反射光栅与第一分布式布拉格反射光栅的反射线路交错设置或者对应设置，根据不同的设计要求而定，以形成单次反射或多次反射的光路。考虑到第二b层的半导体发光量子层阵列的发光效果，较好的是，第二分布式布拉格反射光栅为透明层，而第一分布式布拉格反射光栅基本上无此限制，或者第一分布式布拉格反射光栅亦为透明层。优选的，所述第二分布式布拉格反射光栅为透明导电材料；或者，所述第二分布式布拉格反射光栅为氧化铟锡(ito)薄膜。由此可以实现垂直腔面发射激光器阵列模块具有垂直腔面发射激光器的特点，所以与光纤的耦合效率较高以及降低器件功耗和热能耗，并且从表面出光无须像常规端面发射激光器那样必须在外延片解理封装后才能测试，由此可以实现在生产过程中进行测试，因此能够简化工艺，降低制作成本。

各实施例中，半导体发光量子层阵列发光的光线从第二d层的第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列射出，也就是说，从下往上分别是第一层的有源矩阵显示控制电路衬底、第二a层的第一分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列、第二b层的半导体发光量子层阵列、第二c层的限制电流分布的光圈孔径阵列以及第二d层的第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列。较好的是，在第二d层的第二分布式布拉格反射光栅形成反射镜阵列之上还设有反射光栅形成反射镜阵列之上还设有保护电介质层，依此类推。

例如，与垂直腔面发射激光器矩阵相对应的光致波长转换彩色发光矩阵作为第三层；当有源激光彩色显示模块只有三层时，有源矩阵显示控制电路衬底也就是底层，光致波长转换彩色发光矩阵也就是顶层。其中，光致波长转换彩色发光矩阵中的每一发光像素，与垂直腔面发射激光器矩阵中的每一阵元也就是发光元素，一一对应地设置，即为每一发光像素对应一阵元并唯一对应该阵元。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的半导体量子点材料作为最小像素单元的规则分布的彩色发光阵列。也就是说，所述光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的半导体量子点(quantumdot)材料作为最小单元像素有规则分布的发光阵列。或者，优选的，所述光光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的荧光材料作为最小像素单元的规则分布的彩色发光阵列。也就是说，所述光光致波长转换彩色发光矩阵为以多个不同波长的荧光材料作为最小单元像素有规则分布的发光阵列。优选的，每一最小像素单元作为一发光像素，与垂直腔面发射激光器矩阵中的每一阵元一一对应地设置。较好的是，垂直腔面发射激光器矩阵输出的蓝光经过所述光致波长转换彩色发光矩阵转换之后形成彩色发光矩阵，其中每一最小像素单元为白光或者彩色光，所述彩色光由至少三种基本颜色合成。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有至少三种基本颜色作为最小像素单元的规则分布。最小像素单元也可以称为最小单元像素。优选的，所述至少三种基本颜色包括红色、绿色与蓝色。例如，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有三种基本颜色作为最小像素单元的规则分布，所述三种基本颜色分别为红色、绿色与蓝色。依此类推。红绿蓝作为三原色，在理论上能够合成全彩发光，通常能够合成显示超过16万种颜色。

优选的，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有至少四种基本颜色作为最小像素单元的规则分布。优选的，所述至少四种基本颜色包括红色、绿色、蓝色与白色。优选的，所述至少四种基本颜色包括红色、绿色、蓝色与黄色。例如，所述光致波长转换彩色发光矩阵具有四种基本颜色作为最小像素单元的规则分布，所述四种基本颜色分别为红色、绿色、蓝色与白色。白色是常用光，采用白色作为基本颜色，在一定程度上可以减小合成计算工作，降低其他三色输出。较好的是，所述光致波长转换彩色发光矩阵的各最小像素单元之间还填设有保护电介质。

例如，有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，pwm)方式控制光致波长转换彩色发光矩阵的每一个由激光光致激发的彩色发光矩阵的发光亮度。由此可以实现彩色发光矩阵的发光及其控制，包括发光亮度控制等。例如，所述有源矩阵显示控制电路采用脉冲宽度调制方式精确控制所述发光器件的发光亮度或者灰阶度。例如，有源矩阵显示控制电路通过脉冲宽度调制方式精确控制2维表面上每一个所述由激光光致激发的彩色发光矩阵的各自彩色发光亮度或者灰阶度从而形成高清有源彩色显示。

优选的，第三层之上还设有一层偏振光薄膜以过滤所述光致波长转换彩色发光矩阵的散光。也就是说，最顶部发光器件层上面还包括一层偏振光薄膜以过滤掉发光阵列产生的散光。例如，所述有源激光彩色显示模块包括：有源矩阵显示控制电路衬底作为第一层；垂直腔面发射激光器矩阵作为第二层；与垂直腔面发射激光器矩阵相对应的光致波长转换彩色发光矩阵作为第三层；偏振光薄膜作为第四层，用以过滤所述光致波长转换彩色发光矩阵的散光；其中，有源矩阵显示控制电路衬底中的有源矩阵显示控制电路通过脉冲宽度调制方式控制光致波长转换彩色发光矩阵的每一个由激光光致激发的彩色发光矩阵的发光亮度。依此类推。

较好的是，第三层之上还设有一层触摸静电感应敏感的触摸屏。触摸屏即为触敏保护透明层，它是透明的，起到透光、触摸静电感应敏感与保护的作用。优选的，第三层之上还设有一层偏振光薄膜以过滤所述光致波长转换彩色发光矩阵的散光，偏振光薄膜之上还设有一层触摸静电感应敏感的触摸屏。依此类推。由此可以实现触控功能。

下面结合申请人的产品设计来说明一些具体的实施例，这些实施例可结合本发明各实施例或者单独实现，达到更好的技术效果，但不应被理解为对于所述有源激光彩色显示模块的具体限制，本发明所述有源激光彩色显示模块可以采用许多不同的实施形式来具体实现。

优选的，如图1所示，有源激光彩色显示模块射出光线的方向的顶层是触敏保护透明层103，触敏保护透明层103下方设有光致波长转换彩色发光矩阵，光致波长转换彩色发光矩阵具有蓝色扩散膜117、黄色量子点/荧光材料qd/phosphor118、红色量子点/荧光材料qd/phosphor119、绿色量子点/荧光材料qd/phosphor120以及填充在其间的保护电介质所形成的电介质间隔101，这些电介质间隔101共同作为保护电介质层102，保护电介质层102也可以称为dbr多层薄膜顶部的保护电介质层，有源激光彩色显示模块还具有dbr多层薄膜105、透明ito薄膜电极106、介电孔径107、厚度小于1微米的n-gan层108、厚度约为n-gan层5倍的ingan/gan量子阱109、厚度约为30nm的p-algan/gan上设置的厚度约为100nm的p-gan层110、导电dbr多层膜111、金属电极阵列112、分隔电介质113、金属屏蔽层114、cmos有源矩阵pwm阵列驱动器115与球栅阵列显示模块封装116等。导电dbr多层膜111等之间设有第二电介质间隔104，第一电介质间隔101与第二电介质间隔104仅是名称和位置不同，材料可以相同；由此可以实现通过将部分完成的垂直腔表面发射激光器(vcsel)阵列晶片共晶键合到cmos背板控制晶片上来制造高密度有源矩阵微激光器阵列；最后，球栅阵列(bga)封装用于紧凑的外形封装，形成高效的高密度有源矩阵激光器阵列。该有源矩阵激光器阵列设备可用于多种应用，包括光通信、3d地形感应、显示和打印等。

优选的，如图2所示，有源激光彩色显示模块最上层是触敏保护透明层103，其下方是蓝色扩散膜117、黄色量子点/荧光材料qd/phosphor118、红色量子点/荧光材料qd/phosphor119、绿色量子点/荧光材料qd/phosphor120以及填充在其间的保护电介质所形成的电介质间隔101，这些电介质间隔101共同作为保护电介质层102，下方是是dbr多层薄膜105、透明ito薄膜电极106、介电孔径107、厚度小于1微米的n-gan层108、厚度约为n-gan层5倍的ingan/gan量子阱109、厚度约为30nm的p-algan/gan上设置的厚度约为100nm的p-gan层110、导电dbr多层膜111、金属电极阵列112、分隔电极质113、金属屏蔽层114、cmos有源矩阵pwm阵列驱动器115与球栅阵列显示模块封装116等，导电dbr多层膜111等中间设有多个第二电介质间隔104。

下面再给出有源激光彩色显示模块的制备方法。优选的，所述有源激光彩色显示模块采用以下生产方法的部分或全部步骤制备得到。

本发明的另一实施例是，一种显示屏，其包括上述任一实施例所述有源激光彩色显示模块。优选的，各所述有源激光彩色显示模块规则排列。

进一步地，本发明的实施例还包括，上述各实施例的各技术特征，相互组合形成的有源激光彩色显示模块与显示屏。

需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。