CN207883228U

CN207883228U - 基于四色led芯片的虚拟led显示模组

Info

Publication number: CN207883228U
Application number: CN201721904980.3U
Authority: CN
Inventors: 毋雪
Original assignee: Xian Zhisheng Ruixin Semiconductor Technology Co Ltd
Current assignee: Xian Zhisheng Ruixin Semiconductor Technology Co Ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2018-09-18
Anticipated expiration: 2027-12-29

Abstract

本实用新型涉及一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组及4倍频显示方法。该虚拟LED显示模组包括：由四色LED芯片组成的四色LED芯片组；每个四色LED芯片包括至少4个LED发光单元；所述四色LED芯片规则排列，使多个LED发光单元组成M×N矩阵；任意相邻两个LED发光单元之间的间距相等。本实用新型采用基于GaN材料共四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片，规则排列拼接组装成四色LED芯片组，形成所有基色发光单元等间距均匀排列的小间距四色发光单元矩阵阵列，提高了物理分辨率，提升了图像显示的清晰度。

Description

基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组

技术领域

本实用新型涉及LED显示屏显示领域，特别涉及一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组。

背景技术

LED显示屏作为数字图像显示媒体，能够实时显示视频图像源的图像信息。影响LED显示屏显示效果的关键因素有两点：一是LED显示屏的分辨率；二是显示屏的显示颜色和灰度等级。室内LED显示屏一般采用物理分辨率高的小间距LED显示屏，其LED点间距在P2.5以下，主要包括P2.5、P2.0、P1.8、P1.5等规格。目前LED显示屏的显示颜色和灰度等级的标准已经能够满足要求，而室内LED显示屏对于分辨率一直有更高的要求，希望能实现更高的显示分辨率。

显示分辨率的提高可采用两种途径：一是提高物理分辨率，二是通过亚像素共享进行虚拟显示来实现一个高的虚拟分辨率。目前国内LED管高密度电子组装技术的不成熟、LED管及电子元器件封装物理尺寸及电路复杂、成本高等方面的限制阻碍了显示屏物理分辨率的提高。而关于亚像素虚拟显示，虽已有相关研究表明通过虚拟显示可以使像素点增加4倍，甚至更高的倍频效果，但随着倍频次数的增多，又会带来显示图像模糊或者拖尾的现象。因此要想进一步提高室内小间距显示屏的分辨率，单纯依靠虚拟显示还不能实现理想的效果。

因此寻找一种结构简单、成本低的显示单元，并且使其能更有效地提高显示分辨率的技术，一直是目前业内的研究热点。

实用新型内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本实用新型提出一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组。

具体地，本实用新型一个实施例提出的一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组，包括：由四色LED芯片组成的四色LED芯片组；每个四色LED芯片包括至少4个LED发光单元；四色LED芯片规则排列，使多个LED发光单元组成M×N矩阵；任意相邻两个LED发光单元之间的间距相等。

在本实用新型的一个实施例中，虚拟LED显示模组还包括虚拟显示控制电路，用于控制虚拟LED显示模组进行虚拟显示。

在本实用新型的一个实施例中，虚拟显示控制电路为4倍频扫描电路。

在本实用新型的一个实施例中，四色LED芯片是基于GaN材料制备的RGBY四色一体的LED芯片。

在本实用新型的一个实施例中，四色LED芯片组包括第一四色LED芯片，第一四色LED芯片由4个LED发光单元以2×2矩阵排列，且包括1个红光LED单元、1个绿光LED单元、1个蓝光LED单元和1个黄光LED单元。

在本实用新型的一个实施例中，四色LED芯片还包括：1个第一公共电极，设置于所述三色条形LED芯片的第一端；3个第二电极，分别设置于三个所述LED发光单元的第二端。

在本实用新型的一个实施例中，四色LED芯片组包括第二四色LED芯片，第二四色LED芯片由2a×2b个LED发光单元以2a×2b矩阵排列，2a×2b个LED发光单元包括a×b个红光LED单元、a×b个绿光LED单元、a×b个蓝光LED单元和a×b个黄光LED单元。

本实用新型实施例提供的基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组，采用了基于GaN材料共四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片，通过合理设置各区域隔离层的厚度，使多个该四色LED芯片规则排列、拼接组装成四色LED芯片组，形成所有基色发光单元等间距均匀排列的小间距四色发光单元矩阵阵列，提高了物理分辨率，使图像显示的清晰度得到了显著提高，有效提升了显示效果。

通过以下参考附图的详细说明，本实用新型的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本实用新型的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本实用新型实施例提供的基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的四色LED芯片的结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例提供的四色LED芯片的结构示意图；

图4为本实用新型又一实施例提供的基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的四色LED芯片的制备方法的流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组的结构示意图。

该虚拟LED显示模组10包括：由若干个四色LED芯片12组成的四色LED芯片组11；每个四色LED芯片12包括至少4个LED发光单元；该若干个四色LED芯片12规则排列，横向间距为D2，纵向间距为D1。多个LED发光单元组成M×N矩阵，任意相邻两个LED发光单元之间的间距相等。

该虚拟LED显示模组10还包括虚拟显示控制电路13，用于控制所述LED显示模组进行虚拟显示。该虚拟显示控制电路13具有存储芯片和驱动芯片，存储芯片用于存储接收到的显示数据，驱动芯片接收到显示数据后生成相应的驱动电流，驱动虚拟LED显示模组进行图像或视频数据的显示。本实用新型的一个实施例中，该虚拟LED显示模组10的所有LED发光单元组成的M×N矩阵的最小显示单元P包括4个基色发光单元R,G,B,Y，坐标是(R,G,B,Y)＝(11,12,21,22)，每一个基色发光单元作为该虚拟LED显示模组10的一个子像素。虚拟显示控制电路13采用4倍频扫描电路，对LED显示模组进行4倍频扫描，使每一个LED子像素进行4次共享，在虚拟LED显示模组的实际子像素周围产生出以阵列方式规则排列的4倍数量的虚拟像素，使得显示分辨率显著提高，图像显示更加清晰。

参见图2，图2为本实用新型实施例提供的四色LED芯片的结构示意图。该四色LED芯片12是基于GaN材料共采用四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片。如图2中所示，该四色LED芯片12包括4种不同基色的发光单元，每个四色LED芯片12包含LED发光单元的数量至少为4个，每一种基色的LED发光单元数量至少为1个，这些LED发光单元排列成m×n的二维矩阵阵列，以适于采用本实用新型实施例的方式进行4倍频虚拟显示。

在本实用新型的一个实施例中，每个四色LED芯片12包含4个不同基色的LED发光单元：红光LED发光单元21、绿光LED发光单元22、蓝光LED发光单元23和黄光LED发光单元24。

在每个LED发光单元四周填充有隔离物质，在相邻两个LED发光单元之间形成隔离层，包括红光LED隔离层25、绿光LED隔离层26、蓝光LED隔离层27和黄光LED隔离层28。结合图1和图2进行说明，本实用新型实施例的四色LED芯片12在制备时，考虑了隔离层的厚度，其厚度需要满足当多个四色LED芯片12规则排列组成虚拟LED显示模组10的四色LED芯片组11时，要保证四色LED芯片组11的M×N矩阵中，任意相邻两个LED发光单元之间的间距相等。因此，在确定隔离层的厚度时，为补偿多个四色LED芯片12在拼接组装时在相邻两个四色LED芯片12之间存在的间隙D₁和D₂，该厚度不能太小。具体地如，每个四色LED芯片12的上、下、左、右四个边缘的隔离层的厚度分别为d₁、d₂、d₃、d₄、同一个四色LED芯片12内部，上下相邻的两个LED发光单元之间的隔离层的厚度为d₅，左右相邻的两个LED发光单元之间的隔离层的厚度为d₆。一般地，应满足(D₁+d₁+d₂)＝d₅，(D₂+d₃+d₄)＝d₆，同时，在满足芯片组组装工艺水平允许的条件下，尽量使相邻芯片之间的间距D₁和D₂的值做到最小，并且，d₁、d₂、d₃、d₄、d₅和d₆的值也尽量取一个较小的值，以使相邻两个LED发光单元之间的间距达到最小，进而使虚拟LED显示模组的物理分辨率达到最大。

在本实用新型的另一个实施例中，每个四色LED芯片12的上、下、左、右四个边缘的隔离层的厚度相等，即d₁＝d₂＝d₃＝d₄，同一个四色LED芯片12内部，上下相邻和左右相邻的两个LED发光单元之间的隔离层的厚度也相等，即d₅＝d₆，并且，d₅＝d₆＝3d₁＝3d₂＝3d₃＝3d₄。多个四色LED芯片12组装成四色LED芯片组11时，相邻两个四色LED芯片12之间的间距为D₁＝D₂。

该四色LED芯片12还包括N型电极和P型电极。在本实用新型的一个实施例中，每个LED发光单元上各自设置有一对N型电极和P型电极，N型电极设置于每个LED发光单元的N型端，P型电极设置于每个LED发光单元的P型端。具体地如，红光LED发光单元21设置有N型电极211和P型电极212，绿光LED发光单元22设置有N型电极221和P型电极222，蓝光LED发光单元23设置有N型电极231和P型电极232，黄光LED发光单元24设置有N型电极241和P型电极242。

参见图3，图3为本实用新型另一实施例提供的四色LED芯片的结构示意图。为使该四色LED芯片30的结构更加简单，将所有LED发光单元的多个N型电极设置为一个公共N型电极，设置在该四色LED芯片30的N型端，多个P型电极分别独立设置于每个LED发光单元的P型端，或者将所有LED发光单元的多个P型电极设置为一个公共P型电极，设置在该四色LED芯片30的P型端，多个N型电极分别独立设置于每个LED发光单元的N型端。

具体地在本实用新型的又一个实施例中，该四色LED芯片30包含4个LED发光单元：红光LED发光单元31、绿光LED发光单元32、蓝光LED发光单元33和黄光LED发光单元34。红光LED发光单元31设置有N型电极311，绿光LED发光单元32设置有N型电极321，蓝光LED发光单元33设置有N型电极331，黄光LED发光单元34设置有N型电极341，在该四色LED芯片30的P型端设置有公共P型电极35。

实施例二

参见图4，图4为本实用新型又一实施例提供的基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组的结构示意图。

该虚拟LED显示模组40包括：虚拟显示控制电路41和由若干个四色LED芯片组成的四色LED芯片组42。

该四色LED芯片组42由多种不同规格的四色LED芯片组成，每个四色LED芯片包括至少4个LED发光单元，且均包含了四种基色的LED发光单元，分别为红光LED发光单元、绿光LED发光单元、蓝光LED发光单元和黄光LED发光单元。该多种规格的四色LED芯片由2a×2b个LED发光单元以2a×2b矩阵排列，包括a×b个红光LED单元、a×b个绿光LED单元、a×b个蓝光LED单元和a×b个黄光LED单元。

本实用新型实施例的四色LED芯片组42采用了多个四色LED芯片43，其包含4个LED发光单元(R、G、B、Y)；采用了多个四色LED芯片44，其包含8个LED发光单元(2R、2G、2B、2Y)；采用了多个四色LED芯片45，其包含6个LED发光单元(2R、G、2B、Y)；采用了多个四色LED芯片46，其包含16个LED发光单元(4R、4G、4B、4Y)；采用了多个四色LED芯片47，其包含20个LED发光单元(5R、5G、5B、5Y)；采用了多个四色LED芯片48，其包含6个LED发光单元(R、2G、B、2Y)；采用了多个四色LED芯片49，其包含12个LED发光单元(3R、3G、3B、3Y)。该若干个不同规格的四色LED芯片规则排列，使所有LED发光单元组成M×N矩阵；任意相邻两个LED发光单元之间的间距相等。在制备该多种规格的四色LED芯片时，其大小规格是根据制备所用材料的规格并结合LED显示模组的规格进行确定，在进行LED显示模组的拼接组装时，可根据需要灵活选择合适规格的四色LED芯片进行组装，大规格的四色LED芯片进一步简化了LED显示模组的结构，小规格的四色LED芯片用于填补边缘区域。

本实用新型实施例的多种不同规格的四色LED芯片同上述实施例一，是基于GaN材料共采用四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片。

本实用新型实施例的多种不同规格的四色LED芯片同上述实施例一，在每个LED发光单元四周填充有隔离物质，在相邻两个LED发光单元之间形成隔离层，隔离层的厚度满足(D₁+d₁+d₂)＝d₅，(D₂+d₃+d₄)＝d₆，优选地，选择d₁＝d₂＝d₃＝d₄，d₅＝d₆＝3d₁＝3d₂＝3d₃＝3d₄，D₁＝D₂。

综上两个实施例所述，本实用新型上述实施例提供的基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组，采用了基于GaN材料共四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片，通过合理设置各区域隔离层的厚度，使多个该四色LED芯片规则排列、拼接组装成四色LED芯片组后，形成所有基色发光单元等间距均匀排列的小间距四色发光单元矩阵阵列，提高了物理分辨率。同时，该虚拟LED显示模组采用虚拟显示控制电路对其进行4倍扫描，实现虚拟像素显示，更进一步显著提高了显示分辨率。

实施例三

本实用新型实施例的四色LED芯片是基于GaN材料共采用四种颜色的发光材料制备的RGBY四色一体的LED芯片。该四色LED芯片从结构上包括四种基色的发光单元，为红光LED发光单元、绿光LED发光单元、蓝光LED发光单元、黄光LED发光单元，还包括N型电极和P型电极。四种基色发光单元的周围均填充有隔离物质，在相邻两个LED发光单元之间形成隔离层。

参见图5，图5为本实用新型实施例提供的三色条形LED芯片的制备方法的流程图。具体地，该四色LED芯片的制备方法如下步骤：

501，选择衬底。

在本实用新型一个实施例中，选用蓝宝石材料或SiC材料作为衬底。

502，在衬底上制备蓝色LED发光结构，得到单色发光结构。

蓝光LED发光结构的材料包括GaN材料。具体地，在衬底上依次制备第一GaN缓冲层、第一GaN稳定层、第一n型GaN层、第一InGaN/GaN多量子阱有源层、第一p型AlGaN阻挡层、第一p型GaN层。其中，第一InGaN/GaN多量子阱有源层包括多个GaN势垒层和多个InGaN量子阱层，GaN势垒层和InGaN量子阱层交替排布。

503，在单色发光结构上刻蚀形成红光灯芯槽，在红光灯芯槽中制备红光LED发光结构，得到双色发光结构。

在本实用新型一个实施例中，采用PECVD工艺在第一p型GaN层上淀积第一SiO₂层，采用湿法刻蚀工艺在第一SiO₂层上特定位置处刻蚀第一矩形窗口，再采用干法刻蚀工艺在窗口范围持续刻蚀形成第一凹槽后去除第一SiO₂层，在第一p型GaN层上表面、衬底的上表面及第一凹槽的侧壁沉淀第二SiO₂层，采用干法刻蚀工艺刻蚀第一p型GaN层上表面及衬底的上表面的第二SiO₂层以在第一凹槽的侧壁形成第一SiO₂隔离层，用于隔离蓝光发光结构与红光发光结构，至此形成红光灯芯槽。

在红光灯芯槽中依次制备第二GaN缓冲层、第二n型GaAs缓冲层、第二n型GaAs稳定层、第二GalnP/A1GaInP多量子阱有源层、第二p型A1GaInP阻挡层、第二p型GaAs接触层。其中，第二GalnP/A1GaInP多量子阱有源层包括多个GalnP势垒层和多个A1GaInP势垒层，GalnP势垒层和A1GaInP势垒层交替排布。

在本实用新型一个实施例中，采用湿法刻蚀工艺刻蚀1个第一矩形窗口，形成1个第一凹槽，形成1个红光灯芯槽，最终制备出1个红光LED发光结构。

504，在双色发光结构上刻蚀形成绿光灯芯槽，在绿光灯芯槽中制备绿光LED发光结构，得到三色发光结构。

在本实用新型一个实施例中，采用PECVD工艺在第一p型GaN层上淀积第三SiO₂层；采用湿法刻蚀工艺在第三SiO₂层上特定位置处刻蚀第二矩形窗口；再采用干法刻蚀工艺在窗口范围持续刻蚀形成第二凹槽后去除第三SiO₂层；在第一p型GaN层上表面、衬底的上表面及第二凹槽的侧壁沉淀第四SiO₂层；采用干法刻蚀工艺刻蚀第一p型GaN层上表面及衬底的上表面的第四SiO₂层以在第二凹槽的侧壁形成第二SiO₂隔离层，用于隔离红光发光结构、蓝光发光结构和绿光发光结构，至此形成绿光灯芯槽。

在绿光灯芯槽中依次制备第三GaN缓冲层、第三GaN稳定层、第三n型GaN层、第三InGaN/GaN多量子阱有源层、第三p型AlGaN阻挡层、第三p型GaN层。其中，第三p型AlGaN阻挡层包括多个GaN势垒层和多个InGaN量子阱层，GaN势垒层和InGaN量子阱层交替排布。

在本实用新型一个实施例中，采用湿法刻蚀工艺刻蚀1个第二矩形窗口，形成1个第二凹槽，形成1个绿光灯芯槽，最终制备出1个绿光LED发光结构。

505，在三色发光结构上刻蚀形成黄光灯芯槽，在黄光灯芯槽中制备黄光LED发光结构，得到第一四色发光结构。

在本实用新型一个实施例中，采用PECVD工艺在第一p型GaN层上淀积第五SiO₂层；采用湿法刻蚀工艺在第五SiO₂层上特定位置处刻蚀第三矩形窗口；再采用干法刻蚀工艺在窗口范围持续刻蚀形成第三凹槽后去除第五SiO₂层；在第一p型GaN层上表面、衬底的上表面及第三凹槽的侧壁沉淀第六SiO₂层；采用干法刻蚀工艺刻蚀第一p型GaN层上表面及衬底的上表面的第六SiO₂层以在第三凹槽的侧壁形成第三SiO₂隔离层，用于隔离黄光发光结构、红光发光结构、蓝光发光结构和绿光发光结构，至此形成黄光灯芯槽。

在黄光灯芯槽中依次制备第四GaN缓冲层、第四GaN稳定层、第四n型GaN层、第四InGaN/GaN多量子阱有源层、第四p型AlGaN阻挡层、第四p型GaN层。其中，第四InGaN/GaN多量子阱有源层包括多个GaN势垒层和多个InGaN量子阱层，GaN势垒层和InGaN量子阱层交替排布。

在本实用新型一个实施例中，采用湿法刻蚀工艺刻蚀1个第三矩形窗口，形成1个第三凹槽，形成1个黄光灯芯槽，最终制备出1个黄光LED发光结构。

在本实用新型一个实施例中，通过步骤501～505，制备得到的第一四色发光结构，包含1个红光发光结构、1个绿光发光结构、1个蓝光发光结构和1个黄光发光结构，4个发光结构以2×2矩阵形式排列。步骤503、步骤504、步骤505的顺序可任意调换。

506，在第一四色发光结构上表面制备遮光材料，形成指定布局和大小的发光窗口，得到第二四色发光结构；

在本实用新型一个实施例中，制备得到的第二四色发光结构，4个红光发光结构的发光窗口大小相等，上下间距和左右间距相等。

507，在第二四色发光结构的N型端制备N型电极，在P型端制备P型电极，得到四色LED芯片。

在本实用新型一个实施例中，在每一个发光单元的N型端和P型端分别制备一个N型电极和P型电极。

在本实用新型另一个实施例中，在第二四色发光结构的N型端制备一个公共N型电极，在每一个发光单元的P型端各制备一个P型电极。

在本实用新型又一个实施例中，在第二四色发光结构的P型端制备一个公共P型电极，在每一个发光单元的N型端各制备一个N型电极。

本实用新型实施例的制备方法，在各个发光结构上刻蚀灯芯槽时，开槽的位置和数量决定了最后制备的四色LED芯片中各基色发光单元的分布方式，开槽的大小决定了各基色发光单元的大小，相邻槽之间的间距决定了各基色发光单元的点间距。因此，通过设置不同的参数数值，可以制备出各种不同规格的四色LED芯片，如包括2a×2b个LED发光单元以2a×2b矩阵排列，包括a×b个红光LED单元、a×b个绿光LED单元、a×b个蓝光LED单元和a×b个黄光LED单元。

综上所述，按照本实用新型实施例的制备方法，可制备出四色一体的LED芯片，该芯片以单芯片的形式能够产生多种颜色的光，大大减少了荧光粉的用量；另外，该芯片一体化，集成度高，大大降低了制作成本；并且该芯片还具有灵活调节色温的优点。

以上实施例中所描述的LED显示模组可以是LED灯条、LED灯板、LED箱体、LED显示屏等任一种。

综上所述，本文中应用了具体个例对本实用新型基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims

1.一种基于四色LED芯片的虚拟LED显示模组，其特征在于，包括：由四色LED芯片组成的四色LED芯片组；

每个所述四色LED芯片包括至少4个LED发光单元；

所述四色LED芯片规则排列，使多个所述LED发光单元组成M×N矩阵；

任意相邻两个所述LED发光单元之间的间距相等。

2.根据权利要求1所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述虚拟LED显示模组还包括虚拟显示控制电路，用于控制所述虚拟LED显示模组进行虚拟显示。

3.根据权利要求2所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述虚拟显示控制电路为4倍频扫描电路。

4.根据权利要求1所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述四色LED芯片是基于GaN材料制备的RGBY四色一体的LED芯片。

5.根据权利要求1所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述四色LED芯片组包括第一四色LED芯片，所述第一四色LED芯片由4个LED发光单元以2×2矩阵排列，且包括1个红光LED单元、1个绿光LED单元、1个蓝光LED单元和1个黄光LED单元。

6.根据权利要求5所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述四色LED芯片还包括：

1个第一公共电极，设置于所述三色条形LED芯片的第一端；

3个第二电极，分别设置于三个所述LED发光单元的第二端。

7.根据权利要求1所述的虚拟LED显示模组，其特征在于，所述四色LED芯片组包括第二四色LED芯片，所述第二四色LED芯片由2a×2b个LED发光单元以2a×2b矩阵排列，所述2a×2b个LED发光单元包括a×b个红光LED单元、a×b个绿光LED单元、a×b个蓝光LED单元和a×b个黄光LED单元。