CN111613610A - 微发光二极管像素单元器件结构、制备方法及显示面板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种微发光二极管像素单元器件结构、制备方法及显示面板，直接利用半导体技术，在同一片硅衬底上制备水平布置的微LED结构和MOS管结构，规避了现有技术中利用巨量转移技术实现微LED和驱动电路的集成所带来的成本高、良率低的问题。该微发光二极管像素单元器件结构包括：硅衬底，硅衬底包括第一区域和第二区域；场效应管结构，场效应管结构设置在第一区域；以及和场效应管结构电连接的微发光二极管结构，微发光二极管结构设置在第二区域。
Description
技术领域
本发明涉及微发光二极管技术领域，具体涉及一种微发光二极管像素单元器件结构、制备方法及包含该微发光二极管像素单元器件结构的显示面板。
背景技术
近年来，微发光二极管(Light Emitting Diode，LED)显示技术发展迅速，备受业界追捧。其制备过程通常是利用巨量转移技术将百万甚至千万数量级的微LED从一块基板转移到驱动基板上，以实现微LED和场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor，MOS)的集成。然而，由于微LED的尺寸通常只有几微米到几十微米，像素间距更小，因此巨量转移过程需要成本高昂的精密设备才能实现，并且产品良率较低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例致力于提供一种微LED像素单元器件结构、制备方法及显示面板，以解决现有技术中利用巨量转移技术实现微LED和MOS管的集成时，导致的生产成本高、产品良率低的问题。
本发明一方面提供了一种微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，包括：提供硅衬底，将硅衬底包括第一区域和第二区域；在第一区域和第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构；将场效应管结构和微发光二极管结构电连接，以形成像素单元结构。
可选地，在第一区域和第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构包括：在第一区域的硅衬底之上制备场效应管结构；整面沉积第一绝缘层；刻蚀掉第二区域的部分第一绝缘层至露出硅衬底，以形成微发光二极管显示窗口区；在微发光二极管显示窗口区的硅衬底上制备微发光二极管结构。
可选地，在第一区域和第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构包括：在硅衬底上整面沉积第二绝缘层；刻蚀掉第二区域的部分第二绝缘层至露出硅衬底，形成微发光二极管显示窗口区；在微发光二极管显示窗口区的硅衬底上制备微发光二极管结构；刻蚀掉第一区域的部分第二绝缘层至露出硅衬底，在露出的硅衬底之上制备场效应管结构。
可选地，在第一区域制备场效应管结构的同时制备电容结构；该方法还包括，将电容结构和场效应管结构、微发光二极管结构电连接。
可选地，在第一区域制备场效应管结构的同时制备电容结构包括：在第一区域的硅衬底中形成阱区；在阱区中掺杂分别形成第一电容极板、场效应管的源区和漏区；采用构图工艺，在硅衬底之上分别形成电容绝缘层、场效应管的栅氧化层；在栅氧化层之上制备多晶硅栅层；在第一区域整面沉积第三绝缘层；采用构图工艺，在第三绝缘层上分别形成第二电容极板，以及场效应管的源极、漏极和栅极。
本发明另一方面还提供了一种微发光二极管像素单元器件结构，包括：硅衬底，该硅衬底包括第一区域和第二区域；场效应管结构，场效应管结构设置在第一区域；以及和场效应管结构电连接的微发光二极管结构，微发光二极管结构设置在第二区域。
可选地，微发光二极管结构的顶电极为透明电极。
可选地，该微发光二极管像素单元器件结构还包括：和场效应管结构、微发光二极管结构电连接的电容结构。
可选地，电容结构的电极绝缘层和场效应管结构中的多晶硅栅层位于同一膜层，第一区域包含2-50个场效应管结构和0-3个电容结构。
本发明的又一方面提供了一种显示面板，包括多个上述微发光二极管像素单元器件结构。
根据本发明提供的微发光二极管像素单元器件结构、制备方法及显示面板，直接利用半导体技术在同一硅片上形成水平布置的MOS管结构和微LED结构，规避了现有技术中利用巨量转移技术实现微LED和MOS管的集成所带来的成本高、良率低的问题。此外，由于像素单元中的MOS管结构和微LED结构水平布置，驱动单元不会对显示窗口产生遮挡，具有良好的显示效果。
附图说明
图1所示为本发明一实施例提供的发光二极管像素单元电路结构示意图。
图2所示为本发明一实施例提供的微LED的结构示意图。
图3所示为本发明一实施例提供的MOS管的结构示意图。
图4所示为本发明一实施例提供的微LED像素单元器件结构的制备方法的流程图。
图5a-图5e为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构的制备过程示意图。
图6a-图6d为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构的制备过程示意图。
图7所示为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构示意图。
图8所示为本发明一实施例提供的一种显示面板的结构示意图。
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。
图1所示为本发明一实施例提供的发光二极管像素单元电路结构示意图。从图中可以看出，该LED像素单元采用2T1C驱动电路结构，即包括两个场效应管(MOS管)和一个存储电容。其工作过程包括行选择线输出行选通信号选通第一MOS管11所在的行，使得第一MOS管11导通，数据线输出数据电压经过第一MOS管11对存储电容C13充电，随着第二MOS管12的栅极电位逐渐提高，使得第二MOS管12导通，进而使LED14导通发光，进行显示，存储电容C13充电完成后行选择线的选通信号消逝，第一MOS管11关断，存储电容C13把数据线给的电压信号保存下来，并控制第二MOS管12的导通电流大小，第二MOS管12的栅压基本维持不变，第二MOS管12持续导通，LED14持续点亮，直到下一个周期到来。
本领域技术人员可以理解，这里给出的像素单元的驱动电路结构只是示例性的，还可以根据实际需要选择2T1C，4T2C，6T1C等。
本发明提供了一种微LED像素单元器件结构的制备方法，其是直接利用半导体工艺，在同一片硅衬底上制备并列排布的微LED结构和MOS管结构，从而实现微LED结构和MOS管结构的异质单片集成的过程。
图2所示为本发明一实施例提供的微LED的结构示意图。微LED是指尺寸小于100微米的LED，该微LED 20的制备过程可以包括：采用金属有机物化学气相淀积方法在硅衬底21上生长缓冲层22、n型层23、发光层24、p型层25；使用等离子刻蚀技术刻蚀微LED的台面A到n型层23，在微LED的台面A上沉积透明电极26并退火形成p型欧姆接触，在露出的n型层23表面沉积n型电极27并退火形成n型欧姆接触。从透明电极26侧提取微LED的发光。
图3所示为本发明一实施例提供的MOS管的结构示意图。该MOS管30的制备过程可以包括：在硅衬底，例如p型硅衬底31，上通过掺杂形成N阱32，在p型硅衬底31上沉积一层光刻胶，通过掩膜、曝光、刻蚀形成硅基MOS管的源区和漏区需掺杂图形，接着进行离子注入形成硅基MOS管的源区33和漏区34。去除剩余的光刻胶，依次沉积绝缘介质、导电介质和一层光刻胶，通过掩膜、曝光、光刻形成硅基MOS管的栅区，其中绝缘介质为由二氧化硅和高介电常数材料形成的一层或两层结构，用于形成栅氧化层35；导电介质为金属栅材料或者掺杂的多晶硅，用于形成多晶硅栅层36。剥除剩余的光刻胶，并沉积绝缘介质层301和一层光刻胶，然后掩膜、曝光、刻蚀形成接触孔，该接触孔分别对应多晶硅栅层36、源区33和漏区34，剥除光刻胶后沉积一层金属，刻蚀该金属形成栅极37、源极38和漏极39。
图4所示为本发明一实施例提供的微LED像素单元器件结构的制备方法的流程图。从图中可以看出，该方法400包括：
步骤S410，提供硅衬底，将硅衬底划分为多个预定区域，该多个预定区域包括第一区域和第二区域。
该第一区域和第二区域后续分别用于制备MOS管结构和微LED结构，这样，在第一区域和第二区域便可以形成水平布置的MOS管结构和微LED结构，从而避免MOS管结构对微LED结构的遮挡。
此外，硅衬底还可以包括除了第一区域和第二区域之外的其他预定区域，该其他预定区域例如可以用于制备其他电路结构，例如扫描线驱动电路、数据线驱动电路等。
步骤S420，在第一区域和第二区域分别制备MOS管结构和微LED结构。
在一个实施例中，先在第一区域制备MOS管结构，然后在第二区域制备微LED结构。例如，步骤S420具体包括：在第一区域的硅衬底之上制备MOS管结构；整面沉积第一绝缘层；刻蚀掉第二区域的部分绝缘层至露出硅衬底，以形成微LED显示窗口区，该微LED显示窗口区用于限定后续形成的微LED的大小；在微LED显示窗口区的硅衬底之上制备微LED结构。
在一个实施例中，先在第二区域制备微LED结构，然后在第一区域制备MOS管结构。例如，步骤S420具体包括：在硅衬底之上整面沉积绝缘层；刻蚀掉第二区域的部分绝缘层至露出硅衬底，形成微LED显示窗口区，该微LED显示窗口区用于限定后续形成的微LED的大小；在微LED显示窗口区的硅衬底之上制备微LED结构；刻蚀掉第一区域的部分绝缘层至露出硅衬底，在露出的硅衬底之上制备MOS管结构。
其中微LED结构和MOS管结构的具体制备过程例如可以采用图2和图3的制备过程。
步骤S430，将MOS管结构和微LED结构电连接，以形成像素单元结构。具体连接关系可以参见图1所示像素单元结构电路示意图。
在一个实施例中，步骤S420中在第一区域制备MOS管结构的同时制备电容结构。这种情况下，如图4所示的微LED像素单元器件结构的制备方法还包括：步骤S440，将电容结构分别和MOS管结构、微LED结构电连接。
下面以2T1C驱动电路结构为例对图4所示的微LED像素单元器件结构的制备方法进行详细说明。
图5a-图5e为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构的制备过程示意图。结合图5a-图5e可以看出，该微LED像素单元器件结构的制备过程包括如下步骤。
参阅图5a，提供硅衬底，例如p型硅衬底，将p型硅衬底500划分为多个预定区域，该多个预定区域包括第一区域B和第二区域C。
参阅图5b，在第一区域B的p型硅衬底500之上同时制备MOS管结构510和电容结构520。
具体而言，在第一区域B的p型硅衬底500中形成N型阱区501；采用掺杂技术在N型阱区501中分别形成第一电容极板521、MOS管结构510的源区511和漏区512；采用构图工艺，在第一区域B的p型硅衬底500之上分别形成电容绝缘层522、MOS管结构510的栅氧化层513和多晶硅栅层514。
本实施例中的MOS管结构包括水平布置的两个，即位于左边的第一MOS管结构和位于右边的第二MOS管结构。电容结构520可以在该两个MOS管结构510之间，也可以在任一个MOS管结构510的一侧，例如如图5b所示，电容结构520位于第一MOS管结构的左侧。
参阅图5c，整面沉积第一绝缘层502；刻蚀掉第二区域C的部分第一绝缘层502至露出p型硅衬底500，以形成微LED显示窗口区；在微LED显示窗口区的p型硅衬底500之上制备微LED结构530。
该微LED结构530的具体制备过程例如可以采用图2所示结构的制备方法，在p型硅衬底500之上依次形成微LED结构530的n型层531、发光层532、p型层533，具体过程这里不再赘述。
参阅图5d-图5e，开孔、布线，将电容结构520、MOS管结构510、微LED结构电连接，以形成微LED像素单元结构。
具体而言，首先参阅图5d，在第一区域B的第一绝缘层502之上制备第二电容电极523，该第二电容电极523、电容绝缘层522、第一电容电极521共同形成完整电容结构。在第一绝缘层502中刻蚀接触孔，接触孔的位置分别对应两个MOS管结构的源区511、漏区512和多晶硅栅层514，采用构图工艺依次形成源极515、漏极516和栅极517。采用如图2所示结构的制备方法形成微LED的透明电极534和n电极535。
接着参阅图5e，参照图1所示的微LED像素单元电路结构将第一MOS管、第二MOS管、电容520、微LED结构530电连接，最后进行二氧化硅钝化，形成如图5e所示的微LED像素单元器件结构。
图6a-图6d为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构的制备过程示意图。结合图6a-图6d可以看出，该微LED像素单元器件结构的制备过程包括如下步骤。
首先参阅图5a，提供硅衬底，例如p型硅衬底，将p型硅衬底500划分为多个预定区域，该多个预定区域包括第一区域B和第二区域C。
参阅图6a，在p型硅衬底500之上整面沉积第二绝缘层601，刻蚀掉第二区域C的部分第二绝缘层601，以形成微LED显示窗口区，在该微LED显示窗口区制备微LED结构610。
在微LED显示窗口区制备微LED结构610的具体过程，可以采用图2所示结构的制备过程，在露出的p型硅衬底500之上依次形成n型层611、发光层612、p型层613。
参阅图6b，刻蚀掉第一区域B的部分绝缘层601露出p型硅衬底500，在p型硅衬底500上同时制备电容结构620和MOS管结构630。
具体而言，在第一区域B的p型硅衬底500中形成N型阱区602；采用掺杂技术在N型阱区602中分别形成第一电容极板621、MOS管结构630的源区631和漏区632；采用构图工艺，在第一区域B的p型硅衬底500之上分别形成电容绝缘层622、MOS管结构630的栅氧化层633和多晶硅栅层634；沉积第三绝缘层602，本实施例中，该第三绝缘层602和剩余的第二绝缘层601平齐，在第三绝缘层602之上制备第二电容电极623。
本实施例中的MOS管结构包括水平布置的两个，即位于左边的第一MOS管结构和位于右边的第二MOS管结构。电容结构620可以在该两个MOS管结构630之间，也可以在任一个MOS管结构630的一侧，例如如图6b所示，电容结构620位于第一MOS管结构的左侧。
参阅图6c-图6d，开孔、布线，将电容结构620、MOS管结构630、微LED结构610电连接，以形成微LED像素单元结构。
具体而言，首先参阅图6c，在第三绝缘层602中刻蚀接触孔，接触孔的位置分别对应两个MOS管结构的源区631、漏区632和多晶硅栅层634，采用构图工艺依次形成源极635、漏极636和栅极637。采用如图2所示结构的制备方法形成微LED的透明电极634和n电极635。
接着参阅图6d，参照图1所示的微LED像素单元电路结构将第一MOS管、第二MOS管、电容620、微LED结构610电连接，最后进行二氧化硅钝化，形成如图6d所示的微LED像素单元器件结构。
根据上述任一实施例提供的微LED像素单元器件结构的制备方法，直接利用半导体技术在硅衬底上制备水平布置的MOS管结构和微LED结构，规避了现有技术中利用巨量转移技术实现微LED和MOS管的集成所带来的成本高、良率低的问题。此外，由于像素单元中的MOS管结构和微LED结构水平布置，驱动单元不会对显示窗口产生遮挡，具有良好的显示效果。
本发明还提供了一种微LED像素单元器件结构，图7所示为本发明一实施例提供的微发光二极管像素单元器件结构示意图，该微LED像素单元器件结构70采用半导体工艺一体成形，并且TFT结构71和微LED结构72水平布置。
具体而言，该微LED像素单元器件结构如图5e和图6d所示，包括硅衬底，该硅衬底被划分为多个预定区域，该多个预定区域包括第一区域和第二区域；MOS管结构，MOS管结构设置在第一区域的硅衬底之上，以及和MOS管结构电连接的微LED结构，该微LED结构设置在第二区域。
在一个实施例中，微LED结构的顶电极为透明电极。
在一个实施例中，微LED像素单元结构还包括和MOS管结构、微LED结构电连接的电容结构。
在一个实施例中，电容结构的电极绝缘层和MOS管结构的多晶硅栅层位于同一膜层，第一区域包含2-50个MOS管结构和0-3个电容结构。
图8所示为本发明一实施例提供的一种显示面板的结构示意图。从图中可以看出，该显示面板80包括多个上述微LED像素单元器件结构70，该多个微LED像素单元器件结构呈阵列排布。
根据本实施例提供的显示面板80，采用半导体工艺一体制备MOS管结构和微LED结构，并且MOS管结构和LED结构水平布置，不会对LED结构造成遮挡。
应当理解，本发明实施例描述中所用到的限定词“第一”、“第二”、“第三”仅用于更清楚的阐述技术方案，并不能用于限制本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种微发光二极管像素单元器件结构，其特征在于，包括：
硅衬底，所述硅衬底包括第一区域和第二区域；
场效应管结构，所述场效应管结构设置在所述第一区域；以及
和所述场效应管结构电连接的微发光二极管结构，所述微发光二极管结构设置在所述第二区域。
2.根据权利要求1所述的微发光二极管像素单元器件结构，其特征在于，所述微发光二极管结构的顶电极为透明电极。
3.根据权利要求1所述的微发光二极管像素单元器件结构，其特征在于，还包括：和所述场效应管结构、所述微发光二极管结构电连接的电容结构。
4.根据权利要求3所述的微发光二极管像素单元器件结构，其特征在于，所述电容结构的电极绝缘层和所述场效应管结构中的多晶硅栅层位于同一膜层，所述第一区域包含2-50个场效应管结构和0-3个电容结构。
5.一种微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供硅衬底，将所述硅衬底划分为第一区域和第二区域；
在所述第一区域和所述第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构；
将所述场效应管结构和所述微发光二极管结构电连接，以形成像素单元结构。
6.根据权利要求5所述的微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，在所述第一区域和所述第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构包括：
在所述第一区域的硅衬底之上制备场效应管结构；
整面沉积第一绝缘层；
刻蚀掉所述第二区域的部分第一绝缘层至露出硅衬底，以形成微发光二极管显示窗口区；
在所述微发光二极管显示窗口区的硅衬底上制备微发光二极管结构。
7.根据权利要求5所述的微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，在所述第一区域和所述第二区域分别制备场效应管结构和微发光二极管结构包括：
在所述硅衬底上整面沉积第二绝缘层；
刻蚀掉所述第二区域的部分第二绝缘层至露出硅衬底，形成微发光二极管显示窗口区；
在所述微发光二极管显示窗口区的硅衬底上制备微发光二极管结构；
刻蚀掉所述第一区域的部分第二绝缘层至露出硅衬底，在露出的硅衬底上制备场效应管结构。
8.根据权利要求5-7中任一所述的微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，在所述第一区域制备场效应管结构的同时制备电容结构；所述方法还包括，
将所述电容结构和所述场效应管结构、所述微发光二极管结构电连接。
9.根据权利要求8所述的微发光二极管像素单元器件结构的制备方法，其特征在于，在所述第一区域制备场效应管结构的同时制备电容结构包括：
在所述第一区域的硅衬底中形成阱区；
在所述阱区中掺杂分别形成第一电容极板、场效应管的源区和漏区；
采用构图工艺，在硅衬底上分别形成电容绝缘层、场效应管的栅氧化层；
在所述栅氧化层之上制备多晶硅栅层；
在所述第一区域整面沉积第三绝缘层；
采用构图工艺，在所述第三绝缘层上分别形成第二电容极板，以及场效应管的源极、漏极和栅极。
10.一种显示面板，其特征在于，包括多个如权利要求1-4中任一所述的微发光二极管像素单元器件结构。
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|---|---|---|---|---|
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| US20140191249A1 (en) * | 2013-01-09 | 2014-07-10 | Nthdegree Technologies Worldwide Inc. | Active led module with led and transistor formed on same substrate |
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-
2019
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