CN108269757B - 被动式驱动阵列led显示面板及其制作方法、显示装置 - Google Patents

被动式驱动阵列led显示面板及其制作方法、显示装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种被动式驱动阵列LED显示面板及其制作方法、显示装置，被动式驱动阵列LED显示面板，包括：阵列基板，阵列基板上包括交叉绝缘设置的第一型传输线和第二型传输线，第一型传输线和第二型传输线限定出多个子像素；每个子像素包括：衬底；位于衬底上的LED外延结构，第一型半导体层与第一型传输线电性连接；第二型半导体层与第二型传输线电性连接。本发明中将每颗独立的LED子像素通过第一型传输线和第二型传输线集成起来，形成被动驱动显示屏，独立的LED子像素尺寸不限为微米级、亚微米级，从而使得LED屏幕能够应用于高分辨率要求的电子产品中。

Description

被动式驱动阵列LED显示面板及其制作方法、显示装置
技术领域
本发明涉及半导体器件制作技术领域，尤其涉及一种被动式驱动阵列LED显示面板及其制作方法、显示装置。
背景技术
近年来，有机发光二极管(OLED)因为相对于相对液晶显示(LCD)器件在自发光、功耗低、亮度、对比度、以及视角有着明显的优势，而被广泛应用作显示器件。虽然有机发光二极管(OLED)也是自发光器件，但OLED相对于GaN基发光二极管(LED)，发光效率、寿命仍然明显较差。
随着电子产品的不断发展，电子产品屏幕的像素越来越高，LCD或OLED的显示发光效率较低，电子产品的续航能力迎来挑战，因此，若能够将LED应用在电子产品的屏幕中，将能够大大提高发光效率，从而节省电能。
但是目前LED显示应用通常用作室内外的广告显示屏幕上，大屏幕上设置多个阵列排布的多个LED灯珠，将每个LED灯珠作为一个像素点，通过控制每个LED灯珠的点亮状态，控制整个大屏幕显示画面。LED应用于室内外的显示时，像素点都是LED芯片独立进行封装后的LED灯珠，灯珠与灯珠之间的点间距在现行技术中，较为先进水平的是0.8mm(即P0.8)。
而毫米级别的像素间距、独立像素的封装，导致现行的LED屏无法应用于轻型化、微小化的高分辨率电子产品(包括穿戴设备)中。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种被动式驱动阵列LED显示面板及其制作方法、显示装置，以解决现有技术中LED屏幕无法应用于高分辨率要求的电子产品中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种被动式驱动阵列LED显示面板，包括：
阵列基板，所述阵列基板上包括交叉绝缘设置的第一型传输线和第二型传输线，所述第一型传输线和第二型传输线限定出多个子像素；
每个子像素包括：
衬底；
位于所述衬底上的LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；
所述第一型半导体层与所述第一型传输线电性连接；
所述第二型半导体层与所述第二型传输线电性连接。
本发明还提供一种被动式驱动阵列LED显示装置，包括：上面所述的被动式驱动阵列LED显示面板。
本发明还提供一种被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，用于制作形成上面所述的被动式驱动阵列LED显示面板，所述被动式驱动阵列LED显示面板制作方法包括：
提供阵列基板，所述阵列基板上包括呈阵列排布的衬底；
在所述衬底上形成LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；
刻蚀所述LED外延结构的第一区域至所述衬底，使得所述LED外延结构分离形成多个子像素、刻蚀所述LED外延结构的第二区域至所述第一型半导体层，所述LED外延结构的未刻蚀区域形成第二型半导体层平台，其中，在所述衬底上的投影，所述第一区域的投影围绕所述第二区域的投影，所述第二区域的投影围绕所述第二型半导体层平台的投影；
形成第一型传输线，所述第一型传输线沿第一方向延伸，且与多个所述子像素的第一型半导体层电性连接；
形成第二型传输线，所述第二型传输线沿第二方向延伸，且与多个所述子像素的第二型半导体层电性连接，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直，且所述第一型传输线和所述第二型传输线交叉部分通过绝缘层绝缘。
经由上述的技术方案可知，本发明提供的被动式驱动阵列LED显示面板，包括：阵列基板，阵列基板上包括交叉绝缘设置的第一型传输线和第二型传输线，第一型传输线和第二型传输线限定出多个子像素；每个子像素包括：衬底；位于衬底上的LED外延结构，外延结构至少包括依次形成在衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；第一型半导体层与第一型传输线电性连接；第二型半导体层与第二型传输线电性连接。本发明中将每颗独立的LED子像素通过第一型传输线和第二型传输线集成起来，形成被动驱动显示屏，独立的LED子像素尺寸不限为微米级、亚微米级。其工作原理是：在阵列LED屏的某一第一型传输线上加一信号，选通此第一型传输线相连的整条LED，再加一信号于某一第二型传输线上，选通该第二型传输线相连整条LED上，而被选通的第一型传输线和第二型传输线相交的单颗LED被点亮。
本发明提供的被动式驱动阵列LED显示面板能够使得LED的控制在子像素级别，也即微米或亚微米级别，从而能够提高LED显示屏的分辨率，使其更好的应用在分辨率要求较高的电子产品上，如穿戴设备等电子产品上。
对应地，本发明还提供一种被动式驱动阵列LED显示装置，实现了LED的高分辨率应用。
本发明还对应提供一种被动式驱动阵列LED显示面板的制作方法，用于制作所述被动式驱动阵列LED显示面板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种被动式驱动阵列LED显示面板的俯视结构示意图；
图2为本发明提供的一种被动式驱动阵列LED显示面板的制作方法流程图；
图3-图28为本发明实施例提供的被动式驱动阵列LED显示面板制作步骤对应的各结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，图1为本发明提供一种被动式驱动阵列LED显示面板的俯视结构示意图，所述被动式驱动阵列LED显示面板包括：
阵列基板1，所述阵列基板上包括交叉绝缘设置的第一型传输线(N1、N2、……Nx)和第二型传输线(P1、P2、……Py)，所述第一型传输线和第二型传输线限定出多个子像素；
每个子像素包括：
衬底2；
位于所述衬底上的LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层31、多量子阱层(图中未示出)、第二型半导体层32；
所述第一型半导体层31与所述第一型传输线(N1、N2、……Nx)电性连接；
所述第二型半导体层32与所述第二型传输线(P1、P2、……Py)电性连接。
需要说明的是，本实施例中不限定所述第一型半导体层和第二型半导体层的具体类型，可选的，第一型半导体层可以为N型半导体层，也可以为P型半导体层，对应的，第二型半导体层可以为P型半导体层，也可以为N型半导体层。本实施例中对此不做限定，为方便说明，本实施例中以所述第一型半导体层为N型GaN层，第二型半导体层为P型GaN层为例进行说明。
因此，本实施例中所述第一型传输线为与N型半导体层电性连接的N型传输线，第二型传输线为与P型半导体层电性连接的P型传输线。需要说明的是，本实施例中P型半导体层与P型传输线之间还可以通过增加透明导电层增加电流扩展性。
需要说明的是，本发明实施例提供的被动式驱动阵列LED显示面板的工作原理为：在阵列LED屏的某一第一型传输线上加一信号，选通此第一型传输线相连的整条LED，再加一信号于某一第二型传输线上，选通该第二型传输线相连整条LED上，而被选通的第一型传输线和第二型传输线相交的单颗LED被点亮。
本发明提供的被动式驱动阵列LED显示面板能够使得LED的控制在子像素级别，也即微米或亚微米级别，从而能够提高LED显示屏的分辨率，使其更好的应用在分辨率要求较高的电子产品上，如穿戴设备等电子产品上。
本实施例中不限定所述LED外延结构中各层结构的具体材质，只要能够通过控制LED的两个电极的点亮不同子像素即可，本实施例中LED外延结构可以是GaN基、GaAs基或AlGaN基的，本发明实施例中对此不做限定。
需要说明的是，本发明实施例中不限定LED衬底的具体材质，LED衬底为LED芯片外延结构的衬底，所述LED衬底可以是透明衬底，如蓝宝石等衬底，也可以是非透明衬底，如硅衬底等；本实施例中对此不做限定。
当LED衬底为硅衬底等非透明衬底时，由于出光方向为多量子阱层背离衬底的一侧，第一型传输线和第二型传输线覆盖部分发光区域，为提高LED芯片的外量子效率，本实施例中所述第一型传输线和第二型传输线的材质为反射率高于50％的导电材料。本实施例中不限定所述第一型传输线和所述第二型传输线的具体材质，可选的，所述第一型传输线和所述第二型传输线的材质为高反射率的金属Ag或金属Al，或具有高反射率的多层金属结构，所述多层金属结构为Cr和Al的叠层结构，或Ti和Al的叠层结构。由于第一型传输线和第二型传输线均采用高反射率材料支撑，对光的吸收较少，从而有利于提高LED显示面板的外量子效率。
为了使得形成的LED显示面板能够具有较高的使用寿命，本实施例中还包括覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域的钝化层，本实施例中所述钝化层为SiO2层。
当LED衬底为蓝宝石等透明衬底时，出光方向为由多量子阱层指向衬底的方向和背离衬底的方向，为了提高LED芯片的外量子效率，本实施例中第一型传输线和第二型传输线采用高反射率材质形成，为使得LED出光方向一致，本实施例中还包括覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域的分布式布拉格反射镜(DBR)层，所述分布式布拉格反射镜层用于将所述LED发出的背离所述衬底的光反射至衬底，从而使得出光方向为背离衬底方向的光，通过DBR层和第一型传输线和第二型传输线反射至LED衬底侧出光。
本实施例中不限定所述DBR层的具体结构，为了提高反射率，本实施例中所述DBR层为包括Ti2O5与SiO2交替叠加的多层结构；或为包括TiO2与SiO2交替叠加的多层结构。由于所述DBR层采用高低折射率两层结构叠加形成，从而使得反射率较高，进而提高LED显示面板的外量子效率。
本发明实施例中将每颗独立的LED子像素通过第一型传输线和第二型传输线集成起来，形成被动驱动显示屏，独立的LED子像素尺寸不限为微米级、亚微米级。其工作原理是：在阵列LED屏的某一第一型传输线上加一信号，选通此第一型传输线相连的整条LED，再加一信号于某一第二型传输线上，选通该第二型传输线相连整条LED上，而被选通的第一型传输线和第二型传输线相交的单颗LED被点亮。本发明提供的被动式驱动阵列LED显示面板能够使得LED的控制在子像素级别，也即微米或亚微米级别，从而能够提高LED显示屏的分辨率，使其更好的应用在分辨率要求较高的电子产品上，如穿戴设备等电子产品上。
本发明另一个实施例还提供一种被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，用于制作形成上面实施例中所述的被动式驱动阵列LED显示面板，如图2所示，所述被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，包括：
S101：提供阵列基板，所述阵列基板上包括呈阵列排布的衬底；
所述衬底可以是透明衬底也可以是非透明衬底，本实施例中对此不做限定，根据实际需求进行选择。其中所述透明衬底可以是蓝宝石材质，所述非透明衬底可以是硅材质。
S102：在所述衬底上形成LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；
请参见图3(为方便画图，本实施例中所有附图未示出位于衬底下方的基板)，在衬底2上形成LED外延结构的第一型半导体层31、多量子阱层33、第二型半导体层32。本实施例中不限定所述第一型半导体层和第二型半导体层的具体类型，可选的，第一型半导体层可以为N型半导体层，也可以为P型半导体层，对应的，第二型半导体层可以为P型半导体层，也可以为N型半导体层。本实施例中对此不做限定，为方便说明，本实施例中以所述第一型半导体层为N型GaN层，第二型半导体层为P型GaN层为例进行说明。本实施例中对所述多量子阱层的具体材质也不进行限定。
S103：刻蚀所述LED外延结构的第一区域至所述衬底，使得所述LED外延结构分离形成多个子像素、刻蚀所述LED外延结构的第二区域至所述第一型半导体层，所述LED外延结构的未刻蚀区域形成第二型半导体层平台，其中，在所述衬底上的投影，所述第一区域的投影围绕所述第二区域的投影，所述第二区域的投影围绕所述第二型半导体层平台的投影；
需要说明的是，本实施例中不限定刻蚀第一区域和第二区域的顺序，只要最终形成所需要的截面结构和俯视结构即可。
请参见图4-图6，其中，图4为刻蚀第二区域至第一型半导体层后的显示面板的俯视结构示意图，图5为图4中所示的A1A2的截面示意图；图6为图4中所示的B1B2的截面示意图；未刻蚀区域形成第二型半导体层平台，也即第二型半导体层32。
请参见图7-图9，其中，图7为刻蚀第一区域至衬底后的显示面板的俯视结构示意图，图8为图7中所示的A1A2的截面示意图；图9为图7中所示的B1B2的截面示意图。
S104：形成第一型传输线，所述第一型传输线沿第一方向延伸，且与多个所述子像素的第一型半导体层电性连接；
需要说明的是，P型半导体层与第二型传输线之间还可以增加透明导电层进行电流扩展，如图10所示，为在第二型半导体层32上制作透明导电层4后的俯视结构示意图；图11为在第二型半导体层32上制作形成透明导电层4后的截面示意图。
在上述制作完成的结构基础上，在第二区域形成第一型传输线，如图12和图13所示，在第二区域上直接形成第一型传输线Nx。其中图13为图12中沿B1B2线的截面图，其中，沿图12中A1A2的截面图可以参见图11。
需要说明的是，本实施例中不限定第一型传输线的形成位置，可选的，如图14和图15所示，为第一型传输线Nx的不同形成位置示意图；其中，图14中，第一型传输线还可以仅一部分形成在第一型半导体层上方，一部分位于衬底上方；图15中，第一型传输线主体结构完全位于衬底上方，仅有一部分电性连接至第一型半导体层。
考虑到LED的衬底为非透明衬底时，出射的光会被第一型传输线遮挡一部分，因此，基于此考虑，本实施例中更加优选地，第一型传输线的位置分布为图15所示的结构。在本发明其他实施例中还可以按照图13和图14进行布局，本实施例中对此不做限定。
为了保证第一型传输线仅与第一型半导体层电性连接，而与第二型半导体层及其他结构绝缘，本实施例中，在形成第一型传输线之前还包括形成绝缘层步骤。具体地，如图16、图17和图18所示，其中，图17为图16中沿A1A2的截面图，图18为图16中沿B1B2的截面示意图；如图17和图18中所示，在形成透明导电层后的结构上所有区域形成绝缘层5，所述绝缘层5覆盖第二型半导体层和第一型半导体层。本实施例中不限定所述绝缘层的材质，可选的，所述绝缘层材质为二氧化硅。
在所述绝缘层上与第一型半导体层对应的区域刻蚀形成开口，裸露出第一型半导体层，为后续形成的第一型传输线进行电性连接。
需要说明的是，本实施例中不限定第一型传输线的形成位置，可选的，如图19和图20所示，为第一型传输线Nx的不同形成位置示意图；其中，图19中，第一型传输线一部分形成在第一型半导体层上方，一部分位于衬底上方；图20中，第一型传输线主体结构完全位于衬底上方，仅有一部分电性连接至第一型半导体层。
考虑到LED的衬底为非透明衬底时，出射的光会被第一型传输线遮挡一部分，因此，基于此考虑，本实施例中更加优选地，第一型传输线的位置分布为图20所示的结构。在本发明其他实施例中还可以按照图16和图19进行布局，本实施例中对此不做限定。
S105：形成第二型传输线，所述第二型传输线沿第二方向延伸，且与多个所述子像素的第二型半导体层电性连接，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直，且所述第一型传输线和所述第二型传输线交叉部分通过绝缘层绝缘。
请参见图21和图22，在步骤S104形成的结构上形成第二型传输线Py，本实施例中第二型传输线Py沿第二方向延伸，第一型传输线Nx沿第一方向延伸，本实施例中不限定所述第一方向和第二方向的具体方向，只要两者垂直设置，使得第一型传输线和第二型传输线交叉绝缘限定出多个子像素即可。因此，本实施例中对第二型传输线Py与第二型半导体层或透明导电层的连接方式不做限定，可以如图21所示，也可以如图22所示。
请参见图23和图24，其中图23为图21中沿A1A2的截面示意图；图24为图21中沿B1B2的截面示意图；需要说明的是，第一型传输线Nx与第二型传输线Py之间交叉绝缘设置，为保证两者之间的绝缘，本实施例中在形成第二型传输线Py之前，还包括在整个结构表面上形成传输线隔离层6，所述传输线隔离层6使得第一型传输线和第二型传输线绝缘。图23和图24所示均为在形成第一型传输线之前形成钝化层5的结构上形成第二型传输线的结构。
对于直接形成第一型传输线的结构，直接在图13所述结构上形成传输线隔离层，然后再制作形成第二型传输线，其对应的剖面结构如图25和图26所示。
为了保护LED显示面板，本实施例中在形成第二型传输线后，如图27和图28所示，还包括形成钝化层7，所述钝化层7覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域。
需要说明的是，对于非透明衬底，本实施例中所述钝化层为透明钝化层，可选为二氧化硅材质，以便于光从钝化层侧出射，增加外量子效率。而对于透明衬底，本发明实施例中可选的标号7代表的是分布式布拉格反射镜层，所述分布式布拉格反射镜层覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域，用于将从P型层方向出射的光反射至透明衬底出射，以增加LED显示面板的外量子效率。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (14)

1.一种被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，包括：
阵列基板，所述阵列基板上包括交叉绝缘设置的第一型传输线和第二型传输线，所述第一型传输线和第二型传输线限定出多个子像素，所述子像素为微米级别或亚微米级别；
每个子像素包括：
衬底；
位于所述衬底上的LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；
所述第一型半导体层与所述第一型传输线电性连接；
所述第二型半导体层与所述第二型传输线电性连接。
2.根据权利要求1所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述第一型传输线和所述第二型传输线均为反射率高于50％的导电材料。
3.根据权利要求2所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述第一型传输线和所述第二型传输线为高反射率的金属Ag或金属Al，或具有高反射率的多层金属结构，所述多层金属结构为Cr和Al的叠层结构，或Ti和Al的叠层结构。
4.根据权利要求2所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述衬底为非透明衬底。
5.根据权利要求4所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，还包括覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域的钝化层。
6.根据权利要求2所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述衬底为透明衬底。
7.根据权利要求6所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，还包括覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域的分布式布拉格反射镜层，所述分布式布拉格反射镜层用于将所述LED发出的背离所述衬底的光反射至衬底。
8.根据权利要求7所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述分布式布拉格反射镜层为包括Ti2O5与SiO2交替叠加的多层结构；或为包括TiO2与SiO2交替叠加的多层结构。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述第一型半导体层为N型半导体层，所述第二型半导体层为P型半导体层。
10.根据权利要求9所述的被动式驱动阵列LED显示面板，其特征在于，所述N型半导体层为N型GaN层，所述P型半导体层为P型GaN层。
11.一种被动式驱动阵列LED显示装置，其特征在于，包括：权利要求1-10任意一项所述的被动式驱动阵列LED显示面板。
12.一种被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，其特征在于，用于制作形成权利要求1-10任意一项所述的被动式驱动阵列LED显示面板，所述被动式驱动阵列LED显示面板制作方法包括：
提供阵列基板，所述阵列基板上包括呈阵列排布的衬底；
在所述衬底上形成LED外延结构，所述外延结构至少包括依次形成在所述衬底上的第一型半导体层、多量子阱层、第二型半导体层；
刻蚀所述LED外延结构的第一区域至所述衬底，使得所述LED外延结构分离形成多个子像素、刻蚀所述LED外延结构的第二区域至所述第一型半导体层，所述LED外延结构的未刻蚀区域形成第二型半导体层平台，其中，在所述衬底上的投影，所述第一区域的投影围绕所述第二区域的投影，所述第二区域的投影围绕所述第二型半导体层平台的投影；
形成第一型传输线，所述第一型传输线沿第一方向延伸，且与多个所述子像素的第一型半导体层电性连接；
形成第二型传输线，所述第二型传输线沿第二方向延伸，且与多个所述子像素的第二型半导体层电性连接，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直，且所述第一型传输线和所述第二型传输线交叉部分通过绝缘层绝缘。
13.根据权利要求12所述的被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，其特征在于，所述衬底为非透明衬底，所述制作方法还包括：
形成钝化层，所述钝化层覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域。
14.根据权利要求12所述的被动式驱动阵列LED显示面板制作方法，其特征在于，所述衬底为透明衬底，所述制作方法还包括：
形成分布式布拉格反射镜层，所述分布式布拉格反射镜层覆盖所述第二型半导体层、所述第一型传输线和所述第二型传输线并分布在每个子像素区域。
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