基于III‑V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于III‑V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构及制备方法，包括：有源矩阵驱动硅基背板，包括若干个驱动单元；LED微像素阵列，位于有源矩阵驱动硅基背板表面，包括若干个LED微像素；各LED微像素均包括发光材料层及阳极，各LED微像素的阳极分别与与其对应的驱动单元的阳极相连接；发光材料层位于LED微像素的阳极表面；第一导电类型III‑V族氮化物层，位于各LED微像素的发光材料层表面，且将各LED微像素相连接；彩色显示所需的颜色转换膜，位于第一导电类型的III‑V族氮化物层表面。各LED微像素及各颜色转换膜均通过厚度很小的第一导电类型III‑V族氮化物层相连接，既可以缩小相邻LED微像素的间距，以提高分辨率，又可以降低相邻颜色转换膜之间的串扰。

III V nitride semiconductor LED full-color display device structure and preparation method based on

The invention provides a III V nitride semiconductor LED full-color display device structure and preparation method, including: Based on active matrix drive silicon backplane, including a plurality of driving units; LED micro array of pixels in the active matrix driving silicon backplane surface comprises a plurality of micro LED pixels; the micro pixel LED includes a light emitting material layer and the anode, the anode anode drive unit LED micro pixels respectively with the corresponding connection; anode surface material layer in LED micro pixel luminescence; the first conductivity type III V nitride layer, a light-emitting material layer in the surface of LED micro pixels, and each pixel of LED micro phase connection; color display desired color conversion film, III V nitride layer located on the surface of the first conductivity type. III V first conductivity type nitride layer of the LED and the micro pixel color conversion film thickness by a small connected space can minimize the adjacent pixels of the micro LED, in order to improve the resolution, but also can reduce the crosstalk between adjacent color conversion film.

【技术实现步骤摘要】
基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构及制备方法
本专利技术属于半导体
，特别是涉及一种基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构及制备方法。
技术介绍
近年来，随着III-V族氮化物(III-Nitride)半导体LED芯片技术和生产工艺的日益进步，超高亮度外延片和芯片生产、封装关键技术的不断突破，其成本也不断降低，基于氮化物(III-Nitride)半导体LED像素的LED显示器以其远超液晶覆硅(liquid-crystal-on-silicon,LCOS)和有机半导体LED(Organic-LED,OLED)的卓越性能，成为LCOS和OLED之外的另一个更具技术竞争力和发展前途的微显示技术。目前，基于氮化物(III-Nitride)半导体LED阵列的显示技术面临的一个挑战是如何实像全彩显示，这主要是由于在现有的技术条件下，还很难在同一单晶衬底上通过外延的方法制造半导体红、绿、蓝LED器件。在氮化物(III-Nitride)半导体LED彩色显示领域，现有的专利(包括专利申请)技术可以归纳为下面几类：1.采用多颗(至少三颗以上)相互分离并且独立的红、绿、蓝LED芯片通过封装或键和的方式集成到同一硅基电路(薄膜晶体管TFT或单晶硅CMOS)基板上形成二维LED芯片阵列，并单独驱动其中的每一颗芯片，实现彩色显示效果(US09343448，PCT/EP2015/067749，PCT/EP2015/067751，PCT/CN2013/089079,PCT/CN2013/089719)；2.采用多颗相互分离并且独立的白光LED芯片封装在同一电路基板上，形成二维白光LED芯片阵列，然后在白光LED芯片阵列上制作RGB滤光像素图案，每一个红色，绿色或蓝色滤光像素都覆盖在对应的白光LED芯片之上，形成对应的RGB彩色发光像素，相邻的彩色发光像素之间使用不透光的遮挡壁防止串扰，实现彩色显示效果(PCT/CN2014/073773，CN105047681)；3.在单颗LED芯片上制造多个短波长(如蓝光或紫光)微小LED像素器件，这些微小LED像素器件拥有同一个LED芯片衬底，形成在单一芯片上集成的微小LED像素阵列，阵列中每一个微小LED像素都拥有横向电流传导结构，即阴极Ohmic金属接触和阳极Ohmic金属接触都朝向背对LED芯片衬底的一侧，和CMOS硅基背板上的驱动像素的电极面对面通过键合的方式连接，且电流在微小LED像素器件中主要沿着平行于LED芯片衬底表面的方向传输，最后在每一个短波长(如蓝光或紫光)微小LED像素器件的LED芯片衬底上方放置红色或绿色或蓝色颜色转换薄膜，形成对应的红-绿-蓝(RGB)彩色发光像素阵列，实现彩色显示效果(US09047818，US09111464)。这些现有的氮化物(III-Nitride)LED彩色显示技术由于所采用的结构限制，目前还存在一些重要缺陷和不足：上述的前三类专利技术采用相互分离并且独立的多颗LED芯片，固定到主动驱动的硅基背板电路上，构成最终的彩色发光像素阵列，显示阵列中所有相邻像素的距离很难达到很小(≥5μm)，造成了彩色显示器的低分辨率(≤500ppi)。第四类专利技术在单颗LED芯片上制造多个微小LED像素器件，这些微小LED像素器件拥有同一个LED芯片衬底，像素之间的微小间距可以通过使用半导体微纳加工技术形成狭窄的空气沟槽的方式来实现，像素间距最小可以达到微米甚至亚微米范围(0≤t≤10μm)。但第四类专利技术中所有的微小LED像素器件都分布在共同的LED芯片衬底上，而芯片衬底的厚度无法加工到很薄(≥80μm)，而这一较大厚度的芯片衬底导致两个问题：一方面用于形成彩色显示的红绿蓝或白光转换薄膜需要放置在衬底表面，和微小LED像素器件的发光层距离大于衬底厚度(≥80μm)，每一个像素所发射出来的光在到达颜色转换膜层之前已经扩散到相邻的像素上方，在小间距像素的全彩显示结构里会造成明显的串扰，从而不可避免地造成了彩色显示的低分辨率(≤500ppi)；另一方面，不导电的芯片衬底(如常用的蓝宝石衬底sapphire)在器件结构中要求电流在微小LED像素器件中平行于LED芯片衬底的表面横向传输，造成了较高的器件工作电压(Vf)，降低了显示器中的像素的发光效率。此外，在前述专利的像素驱动电路中，灰度信号暂时寄存于MOS电容或MOS晶体管的栅电容中。这些电容中的电荷泄漏造成驱动晶体管栅压漂移，进而引起流过LED的电流漂移，导致LED亮度变化，从而不能准确还原应有的灰度。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构及制备方法，用于解决现有技术中由于氮化物(III-Nitride)半导体LED彩色显示器件结构采用相互分离并且独立的多颗LED芯片而存在的所有相邻像素的距离很难达到很小，造成了彩色显示器的低分辨率问题；由于微小LED像素器件拥有同一个较厚的LED芯片衬底而导致的在小间距像素的全彩显示结构里会造成明显的串扰，从而不可避免地造成了彩色显示的低分辨率的问题，以及不导电的芯片衬底在器件结构中要求电流在微小LED像素器件中平行于LED芯片衬底的表面横向传输，造成了较高的器件工作电压，降低了显示器中的像素的发光效率的问题；以及由于灰度信号暂时寄存于MOS电容或MOS晶体管的栅电容中而导致的驱动晶体管栅压漂移，进而引起流过LED的电流漂移，导致LED亮度变化，从而不能准确还原应有的灰度的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，所述基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构包括：有源矩阵驱动硅基背板，所述有源矩阵驱动硅基背板内包括若干个驱动单元，每个所述驱动单元均包括阳极及公共阴极；LED微像素阵列，位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，包括若干个LED微像素；所述LED微像素在所述有源矩阵驱动硅基板表面呈阵列分布；各所述LED微像素均包括发光材料层及阳极，各所述LED微像素的阳极均位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，且分别与与其对应的所述驱动单元的阳极相连接；所述发光材料层位于所述LED微像素的所述阳极表面；第一导电类型III-V族氮化物层，位于各所述LED微像素的发光材料层表面，且将各所述LED微像素相连接；彩色显示所需的颜色转换膜，位于所述第一导电类型的III-V族氮化物层表面。作为本专利技术的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构的一种优选方案，所述发光材料层包括量子阱层及第二导电类型III-V族氮化物层，所述第二导电类型III-V族氮化物层位于所述LED微像素的阳极表面，所述量子阱层位于所述第二导电类型III-V族氮化物层表面。作为本专利技术的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构的一种优选方案，所述驱动单元的数量与所述LED微像素的数量相同。作为本专利技术的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构的一种优选方案，所述基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构还包括透明电极层，位于所述第一导电类型III-V族氮化物层表面，且位于所述第一导电类型III-V族氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于III‑V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于，所述基于III‑V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构包括：有源矩阵驱动硅基背板，所述有源矩阵驱动硅基背板内包括若干个驱动单元，每个所述驱动单元均包括阳极及共用阴极；LED微像素阵列，位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，包括若干个LED微像素；所述LED微像素在所述有源矩阵驱动硅基板表面呈阵列分布；各所述LED微像素均包括发光材料层及阳极，各所述LED微像素的阳极均位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，且分别与与其对应的所述驱动单元的阳极相连接；所述发光材料层位于所述LED微像素的所述阳极表面；第一导电类型III‑V族氮化物层，位于各所述LED微像素的发光材料层表面，且将各所述LED微像素相连接；彩色显示所需的颜色转换膜，位于所述第一导电类型的III‑V族氮化物层表面。

【技术特征摘要】
1.一种基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于，所述基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构包括：有源矩阵驱动硅基背板，所述有源矩阵驱动硅基背板内包括若干个驱动单元，每个所述驱动单元均包括阳极及共用阴极；LED微像素阵列，位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，包括若干个LED微像素；所述LED微像素在所述有源矩阵驱动硅基板表面呈阵列分布；各所述LED微像素均包括发光材料层及阳极，各所述LED微像素的阳极均位于所述有源矩阵驱动硅基背板表面，且分别与与其对应的所述驱动单元的阳极相连接；所述发光材料层位于所述LED微像素的所述阳极表面；第一导电类型III-V族氮化物层，位于各所述LED微像素的发光材料层表面，且将各所述LED微像素相连接；彩色显示所需的颜色转换膜，位于所述第一导电类型的III-V族氮化物层表面。2.根据权利要求1所述的基于IIII-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述发光材料层包括量子阱层及第二导电类型IIII-V族氮化物层，所述第二导电类型IIII-V族氮化物层位于所述LED微像素的阳极表面，所述量子阱层位于所述第二导电类型IIII-V族氮化物层表面。3.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述驱动单元的数量与所述LED微像素的数量相同。4.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：还包括透明电极层，位于所述第一导电类型IIII-V族氮化物层表面，且位于所述第一导电类型IIII-V族氮化物层与所述颜色转换膜之间，构成所述LED微像素阵列的公共阴极，所述透明电极层与所述有源矩阵驱动硅基背板的公共阴极通过桥联金属相连接。5.根据权利要求4所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：还包括绝缘透明薄膜，所述绝缘透明薄膜位于所述透明电极层表面，且位于所述透明电极层与所述颜色转换膜之间。6.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：还包括边缘公共阴极及绝缘透明薄膜，所述边缘公共阴极位于所述LED微像素阵列外侧，且位于所述第一导电类型III-V族氮化物层表面，所述边缘公共阴极与所述有源矩阵驱动硅基背板的公共阴极通过桥连金属相连接；所述绝缘透明薄膜位于所述第一导电类型IIII-V族氮化物层表面，且位于所述第一导电类型IIII-V族氮化物层与所述颜色转换膜之间。7.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述LED微像素为紫光LED微像素或紫外光LED微像素，所述颜色转换膜包括：红光转换膜、绿光转换膜及蓝光转换膜，所述红光转换膜、所述绿光转换膜及所述蓝光转换膜在所述第一导电类型IIII-V族氮化物层表面呈阵列分布，且一一对应设置于所述LED微像素正上方。8.根据权利要求1所述的基于IIII-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述LED微像素为小于480nm短波长光LED微像素，所述颜色转换膜包括：红光滤光膜、绿光滤光膜、蓝光滤光膜及白光转换膜，所述白光转换膜位于所述第一导电类型III-V族氮化物表面，所述红光滤光膜、所述绿光滤光膜及所述蓝光滤光膜在所述白光转换膜表面呈阵列分布，且一一对应设置于所述LED微像素正上方。9.根据权利要求8所述的基于IIII-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述白光转换膜的厚度小于5倍相邻所述LED微像素之间的间距。10.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述LED微像素为蓝光LED微像素，所述颜色转换膜包括红光转换膜及绿光转换膜，所述红光转换膜及所述绿光转换膜在所述第一导电类型IIII-V族氮化物层表面呈阵列分布，且一一对应设置于部分所述LED微像素正上方。11.根据权利要求1所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：还包括钝化层，所述钝化层位于各所述LED微像素中裸露的所述发光材料层的表面侧壁及各所述LED微像素之间的所述第一导电类型III-V族氮化物层的表面。12.根据权利要求1至11中任一项所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述驱动单元包括：开关-驱动晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述开关-驱动晶体管的漏极与一电流源相连接，源极与所述LED微像素的阳极相连接；第一开关晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第一开关晶体管的栅极与同步开关信号线相连接，源极与所述开关-驱动晶体管的栅极相连接；闩锁寄存器，包括输入端及输出端；所述闩锁寄存器的输入端与脉宽或幅度调制信号相连接，输出端与所述第一开关晶体管的漏极相连接。13.根据权利要求12所述的基于IIII-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述驱动单元还包括第二开关晶体管，所述第二开关晶体管包括栅极、源极及漏极，所述第二开关晶体管的栅极与地址总线相连接，漏极与数据总线相连接，源极与所述闩锁寄存器的输入端相连接。14.根据权利要求12所述的基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述闩锁寄存器包括；第一PMOS晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第一PMOS晶体管的漏极与电源电压相连接；第二PMOS晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第二PMOS晶体管的漏极与所述电源电压相连接；第一NMOS晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第一NMOS晶体管的栅极与所述第一PMOS晶体管的栅极相连接，漏极与所述第一PMOS管的源极相连接作为所述闩锁寄存器的输出端，源极接地；第二NMOS晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第二NMOS晶体管的栅极与所述第二PMOS晶体管的栅极相连接，漏极与所述第二PMOS管的源极相连接作为所述闩锁寄存器的输入端，源极接地。15.根据权利要求12所述的基于IIII-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构，其特征在于：所述闩锁寄存器包括；第三NMOS晶体管，包括栅极、源极及漏极；所述第三NMOS晶体管的栅极与所述地址总线相连接，漏极为所述闩锁寄存器的输出端；电容，一端与所述第三NMOS晶体管的源极相连接作为所述闩锁寄存器的输出端，另一端接地。16.一种基于III-V族氮化物半导体的LED全彩显示器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：1)提供生长衬底，在所述生长衬底表面依次生长缓冲层、第一导电类型III-V族氮化物层、量子阱层及第二导电类型III-V族氮化物层；2)选择性刻蚀所述第二导电类型III-V族氮化物层及所述量...

【专利技术属性】
技术研发人员：张希娟，
申请(专利权)人：张希娟，
类型：发明
国别省市：江苏,32