非转移与非键合的高密度Micro-LED显示器的设计与实现

针对微发光二极管(Micro-LED)显示屏存在的转移和键合难题,提出一种可实现高密度Micro-LED显示屏的非转移、非键合技术设计方法,该方法直接在蓝宝石上集成显示阵列、金属布线以及驱动器。此外,还设计了一套可以实现图像数据采集、图像数据处理、图像显示以及显示屏散热的驱动系统。最后成功制备了分辨率为128×128的Micro-LED微显示器,并实现了16阶灰度图像的动态显示。实验结果表明,所提方法简易可行,所设计驱动系统可支持显示屏的驱动显示,并具有良好的散热解决能力。     

Micro-LED显示及其驱动技术的研究进展

微米发光二极管（Micro-LED）显示是一项新颖并有着广泛应用前景的技术,在显示技术中占有重要地位。MicroLED拥有亮度高、功耗低、寿命长、响应时间短和稳定性高等优点。可以应用于虚拟现实（Virtual Reality,VR）、增强现实（Augmented Reality,AR）、手机等微小型显示器,也可应用于家用电视、会议墙等中大型显示器,在显示领域具有较好的发展潜力。虽然Micro-LED显示应用前景广阔,但其技术尚不成熟,驱动技术面临生产成本高、资源分散等问题,限制了其产业化进程。本文回顾了自2000年以来Micro-LED显示技术的发展历程和研究成果,分析了阵列制备和倒装芯片集成技术,重点研究了Micro-LED显示驱动技术。Micro-LED显示驱动技术分为无源驱动和有源驱动方式,主要介绍了无源驱动的电路原理,有源驱动的互补金属氧化物半导体驱动技术、薄膜晶体管驱动技术以及有源像素驱动电路。     

晶圆级Micro-LED芯片检测技术研究进展

随着微型氮化镓（GaN）发光二极管（LED）制造工艺的不断进步，Micro-LED显示有望成为新一代显示技术并在近眼显示、大尺寸高清显示器件、柔性屏幕等领域大放异彩。在Micro-LED显示众多技术环节中，晶圆级Micro-LED芯片的检测是实现坏点拦截，提升显示屏良品率、降低整机制造成本的关键环节。针对大数量（百万数量级）、小尺寸（<50μm）的晶圆级Micro-LED芯片阵列，现有的电学检测手段存在检测效率低、成本高等缺点。因此，提高检测效率、提升检测准确度、降低检测成本是晶圆级Micro-LED检测技术的发展趋势。本文首先介绍了晶圆级Micro-LED芯片检测时所需要检测的几个指标，其次详细介绍并分析了现有的或已经提出的检测手段，最后对晶圆级Micro-LED芯片检测技术进行总结并展望了未来技术发展方向。     

一种高效率升压型白光LED驱动芯片

设计了一种高效率升压型白光LED驱动芯片,其工作频率恒定为1 MHz。该LED驱动芯片通过调节外部电流感应电阻值来管理输出电流值,以实现恒流驱动。LED驱动芯片采用电流模式的PWM控制方式,具有欠压启动、过压保护、限流保护和温度保护等功能。该升压型白光LED驱动芯片采用CSMC 0.35 μm CMOS工艺实现,启动电压低至0.9 V,静态电流低于0.9 μA,工作效率高达90%。     

蓝光GaN基Micro-LED芯片制备及激光剥离工艺研究

基于半导体制造工艺,制备了尺寸为50μm×80μm的蓝光氮化镓(GaN)基MicroLED芯片。芯片的正向导通电压在2.55V左右;测试了10颗LED芯片在1mA注入电流下的电压值,得到的最大值和最小值分别为3.24和3.12V,波动幅度在4%以内。在1mA的测试电流下,测试芯片的EL光谱峰值波长和半高宽分别为453和14.4nm,芯片的外量子效率可达12.38%,芯片发光均匀且亮度很大。测试结果表明,所制备的Micro-LED芯片具有优异的光电性能。此外,通过激光剥离技术,实现了Micro-LED芯片的转移。研究了激光剥离工艺对MicroLED芯片光电性能的影响,发现在优化的工艺条件下,激光剥离对芯片的光电性能几乎无影响。这些结果有助于小间距微尺寸LED芯片阵列及显示技术的研究。     

用于0LED显示驱动芯片的双端口SRAM设计

详细描述了一种集成在OLED显示驱动芯片中的双端口SRAM设计.从电路和版图两方面对SRAM的核心部分进行了详细描述,并且设计了一种用于灰度0LED显示驱动芯片的132×64×6 bit的双端口SRAM.基于0.35μm CMOS工艺进行了芯片流片及测试,得到了正确的测试结果并已成功应用于一款OLED显示驱动芯片中.     

高分辨率主动驱动型氮化镓基Micro-LED芯片的制备

本文设计并制备了一款分辨率为1 920×1 080的氮化镓基Micro-LED芯片。采用单次ICP(Inductively Coupled Plasma)刻蚀的方法完成电流扩展层的图案化和台面刻蚀,实现了电流扩展层和台面的自对准。同时,在制作过程中用HMDS(Hexamethyldisiloxane)提高光刻胶附着力,从根本上提高小尺寸台面刻蚀的一致性和完整性。此外,通过垫高N型电极解决了传统倒装芯片中P型电极和N型电极不等高的问题,有利于显示芯片与驱动芯片的键合。该芯片尺寸为17.78 mm(0.7 in),发光单元尺寸为6μm,像素周期为8μm,像素密度达到3 129 PPI。I-V测试数据表明,所制备的Micro-LED的开启电压仅为3.5 V。     

一种乱序PWM控制的LED恒流驱动芯片

基于CSMC 0．5μm标准CMOS工艺,设计了一款乱序PWM控制的LED恒流驱动芯片．芯片电路使用乱序PWM技术提高LED的刷新速率,采用PWM合成技术提高LED的色彩灰度等级,利用恒流驱动技术降低LED的光衰．在电源电压为3V～5．5V、温度-40～85℃条件下,基于Cadence平台中的Spectre进行仿真验证．仿真结果表明：LED的刷新速率跟随输入的影像数据大幅度提高;PWM 合成模式实现14位LED显示灰度,点校正模式可以完成6位的色度修正;输出电流误差为±5％．     

Micro-LED显示器量化生产关键技术

为快速推动Micro-LED显示器产业化发展,结合Micro-LED微显示器的性能特点、制造工艺流程和产品应用优势,重点分析了基于硅/蓝宝石衬底的GaN外延生长技术、芯片侧壁原子层沉积技术、芯片转移和晶圆级键合等技术.通过显示产业材料、工艺设备、芯片制造、终端应用全产业链的上下游协同创新,快速突破Micro-LED量化...     

用单片机串行口实现动态扫描LED显示

LED(发光二极管)显示通常要占用单片机的并行口,往往在控制系统中有一定的局限性。为此,采用80C51单片机串行口和I/O扩展芯片扩展并行口,设计了一个8位LED显示驱动电路,通过对串行口动态扫描,把要显示的数据从单片机的串行口送到LED显示器的字段和字位,从而实现用单片机最少的外部资源达到最佳的显示效果。     

基于FPGA的LED屏控制器设计

通过对大型户外全彩LED显示屏的研究,基于FPGA设计了一种LED显示屏的控制系统。该系统主要工作基于Altera公司提供的DE1开发板上进行设计,在Quartus II的软件开发环境下,采用层次化设计,用Verilog HDL语言建立分频时钟模块、数据采集和重组模块、扫描驱动模块,最后连接成一个整体的系统模块,进行仿真和调试,完成FPGA控制系统的设计。通过SPI通信协议发送数据,完成了64×64的LED屏的图形显示,从而验证了LED大屏幕的设计方法。本方案实现的显示控制系统方法,满足目前LED大屏幕区域显示和高速处理图像数据的要求,具有稳定性高、设计灵活等特点。     

Area-efficient multi-channel active matrix micro-LED driver chip design

This study develops the control and driver for active Micro LED panel with chip-level design. The chip includes constant current circuit, digital-to-analog converter, SPI control interface, and active-matrix display control. The design process uses TSMC0.18um HVG2 CMOS technology, to realize 30 channels for micro LED driver. To reduce I/O pins, the input signals feed to the dynamic shift register in serial, and the results are loaded to the digital-to-analog converter (DAC) in parallel. The DAC module consists of R2R network, unity-gain buffer and sample-and-hold circuits. The DAC outputs with constant current for micro LED driving from voltage-to-current conversion. To reduce the number of DAC component, one DAC can share the common circuit to drive RGB LED of one pixel based on the selected current mirror structure. This chip can greatly reduce resistor and switches about 92% and 96% respectively, compared with the conventional R DAC structure. The measurements result with good linear for the current dimming control, which the test digital signals are generated by Verilog codes to estimate the gray current of this chip.

     

Flip Chip Bonding of 68 $times$ 68 MWIR LED Arrays

The flip chip bonding process is optimized by varying the bonding pressure, temperature, and time. The 68times68 mid wave infrared (MWIR) LED array was hybridized onto Si-CMOS driver array with same number of pixels. Each pixel has two indium bumps, one for cathode and another for anode. Both LED array and CMOS drivers have 15-mum-square Indium bump contact pads. We used Karl Suss FC150 flip chip machine for bonding of CMOS driver array onto LED array. From the LED current-voltage characteristics, it is concluded that the optimized flip chip bonding process results in uniform contact and very low contact resistance. Both electrical and optical characteristics of LED array after flip chip bonding are presented.     

LED显示控制系统移存频率加速方法研究

针对LED显示控制系统中移存频率受限于SDRAM的有效读取频率的问题,提出一种加速移存频率的方法。以LED显示控制系统的硬件逻辑为基础,建立扫描频率、移存频率、SDRAM有效读取频率等关键参数的相关数学模型,分析影响扫描频率的各种因素,提出图像数据拆分重组算法用于提高SDRAM的有效读取频率和移存频率。利用硬件逻辑实现该算法后,移存频率由原来的8.25 MHz提升到66 MHz,这就可以最大限度的发挥LED灯驱动芯片的移存能力,LED显示屏扫描频率也随之大幅提高。     

LED点阵动态显示系统设计及仿真

设计了一种基于AT89C51单片机的16×16LED点阵动态显示系统,给出了LED点阵动态显示原理和汉字取模方法;在Proteus环境下进行了点阵显示系统行、列驱动电路硬件设计,同时采用Keil软件完成了系统主程序、显示驱动程序的设计;最后进行了系统Proteus仿真,降低了成本,提高了开发效率,并获得了良好的显示效果。     

一种高转换速率衬底电位选择电路的设计

本文基于0.5μm 5V DPTM CMOS工艺设计了一款用于LED驱动芯片的衬底电位选择电路。该电路采用峰值电流镜作为偏置,使其在低电压下能够正常工作,并运用源端输入带正反馈的比较器,使得电路具有一定的迟滞和高的转换速率,最后巧妙的设计了输出级,使输出结果尽可能的与芯片中的最高电压相等。仿真结果显示,比较器的转换速率为55.7V/μs,并且具有0.2V的迟滞,满足设计要求。     

一种LED驱动芯片开路检测电路设计与实现

小间距发光二极管(LED)显示屏凭借其画面清晰细腻、色彩自然真实、流畅无闪烁等优点,得到广泛应用。为解决小间距LED显示屏因寄生电容影响而产生的开路十字架问题,采用在模拟电路部分判断开路状态并产生开路信号,在数字部分根据开路信号记录开路位置并屏蔽输出的方式,设计了一种新的检测过程简单、精确度高、面积小、功耗低、支持实时检测的电路,并在某款多路恒流LED驱动芯片中得到应用,成功解决了开路十字架问题。仿真结果和实际样片测试结果表明,所设计的开路检测电路检测精确简单、功耗低,并支持实时检测。     

基于LED驱动芯片的低温漂CMOS基准电压源

设计了一种低温漂CMOS基准电压源,应用于LED驱动芯片中.采用基本的带隙基准电压源原理,并对结构进行了改进,减小了失调电压对输出的影响,同时可以提供多路输出,满足LED驱动芯片中多个基准电压的需求.基于CSMC 0.5μm CMOS工艺对所设计电路进行了模拟仿真.常温(25℃)下,电源电压为4V时电路具有稳定的三路输出:200mV、600mV和1V,温度在-45～85℃变化时,温度系数为16.9ppm/℃,PSRR大于-70dB@1kHz.     

基于SOPC的实时图像处理系统设计

介绍了基于可编程片上系统（system on programmable chip,SOPC）技术的图像处理系统的软硬件设计,创建了CMOS图像传感器控制器IP核和VGA显示控制器IP核,实现了图像的采集和显示,并由NiosⅡ软核实现了基于Sobel算子的图像边缘检测算法。采用此系统不仅可以获得良好的实时性,还能大大简化...     

一种避免码间串扰的LED驱动芯片

针对单线传输LED驱动器在多级联传输时存在高误码率的问题,采用信号"护城河"技术,设计了一种避免码间串扰的LED驱动芯片。芯片具有三路PWM驱动端口,可实现256级灰度输出,为防止数据衰减,数据自动整形转发。通过引入"护城河"技术,隔离相邻数据,消除延时误差积累,从而避免码间串扰。实测结果表明,"护城河"技术在相邻码间建立了一个稳定时长大于196μs的低电平,并且在800 kbit/s的传输速率下,传输特性良好。该芯片有望用于大型户外显示屏中。