一种微LED发光显示阵列像素单元构造及其制作方法技术

一种微LED发光显示阵列像素单元构造及其制作方法，包括显示像素单元本体，所述显示像素单元本体由衬底生长的外延片上集成制造的发光二极管、发光二极管驱动电路和用于与外部连接的引线组成。本发明专利技术在外延片上通过半导体加工工艺集成制造显示像素单元所需的三个部分，使像素发光单元和控制电路集成在一起，从而省去了工艺复杂、可靠性低的焊接过程，这样不但制作工艺简单，无需单独制作像素驱动电路就能够实现微LED显示阵列的主动驱动，而且有效提高了微LED显示阵列的集成密度和可靠性，使其能够实现高速扫描、高清晰度、高质量的显示效果，满足了下一代显示应用的需求，并有利于产业化。

【技术实现步骤摘要】
一种微LED发光显示阵列像素单元构造及其制作方法
本专利技术涉及微LED发光显示阵列
，具体是涉及一种微LED发光显示阵列像素单元构造及其制作方法。
技术介绍
近几年，随着外延材料及LED（即发光二极管）芯片工艺技术的发展，使得利用LED作为发光单元像素的微LED显示阵列成为可能。微LED显示是一种在基片上集成高密度二维发光二极管阵列的全固态发光阵列，微LED显示阵列器件具有自发光，亮度高，寿命长，响应速度快等优点，极具市场潜力。微LED发光显示阵列根据驱动方式的不同可以分为被动驱动阵列和主动驱动阵列。一般地主动驱动显示阵列的制作方法如下：首先在外延片上刻蚀出独立的LED发光像素单元阵列，并制作与像素单元连接的电极层，然后把像素单元阵列焊接到驱动电路上（比如焊接在单独制作的硅COMS驱动电路），这样每个像素单元都具有独立的控制电路，通过控制像素单元驱动电路的开和关就能控制每个显示像素单元。然而，上述方法存在以下问题：（1）显示阵列含有几十万上百万个像素点，每个像素点需要至少一个焊点，整个显示阵列所需焊点多，并且焊点间距小，因此工艺复杂、可靠性低，不利于产业化生产；（2）采用焊接工艺制作主动驱动显示阵列，需要进行每个像素点的焊接，为了保证器件的可靠性，焊点之间必须保持一定间距，不利于显示器件的高密度集成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种制作工艺简单，集成密度高和可靠性高的微LED发光显示阵列像素单元构造及其制作方法。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术所述微LED发光显示阵列像素单元构造，包括显示像素单元本体，其特点是：所述显示像素单元本体由衬底生长的外延片上集成制造的发光二极管、发光驱动电路和用于与外部连接的引线组成。其中，所述发光驱动电路由薄膜晶体管、电容、电阻中的至少一种构成。所述薄膜晶体管的结构为顶栅结构或底栅结构，所述电容为平板电容。所述引线包括电源线、信号线和数据线。本专利技术所述微LED发光显示阵列像素单元构造的制作方法具有如下两种方案，第一种方案为：本专利技术所述微LED发光显示阵列像素单元构造的制作方法，其特点是：步骤一、在衬底上依次向上生长用于形成外延片的N型半导体层、有源区层和P型半导体层；步骤二、利用光刻和刻蚀工艺，刻蚀去除部分区域的P型半导体层和有源区层，露出N型半导体层，完成发光二极管的发光区位置及尺寸的定义；步骤三、在定义了发光二极管的一侧沉积一层绝缘钝化薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化薄膜开孔，在开孔处露出P型半导体层和N型半导体层；步骤四、在绝缘钝化薄膜上沉积薄膜晶体管的有源层薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺或剥离工艺定义薄膜晶体管有源区的位置及尺寸大小；步骤五、在定义了薄膜晶体管有源区的一侧沉积导电性能良好的薄膜，用于制备薄膜晶体管源电极、薄膜晶体管漏电极、平板电容负电极、发光二极管P电极以及薄膜晶体管与发光二极管的连接层；步骤六、在沉积了导电性能良好的薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好且介电常数大的介质薄膜，用于作为薄膜晶体管栅介质层及平板电容介质层，并利用光刻和刻蚀工艺对介质薄膜开孔，在开孔处露出平板电容负电极、薄膜晶体管源电极及N型半导体层；步骤七、在沉积了介质薄膜的一侧沉积导电薄膜，用于作为薄膜晶体管栅电极、信号线和发光二极管N电极；步骤八、在沉积了导电薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好的绝缘钝化层，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化层开孔，在开孔处露出薄膜晶体管源电极，且绝缘钝化层上的开孔用于作为电源线和数据线与薄膜晶体管源电极连接的连接通孔；步骤九、在绝缘钝化层的开孔处沉积导电薄膜，用于制作平板电容正电极、电源线和数据线，完成微LED发光显示阵列像素单元构造的制备。第二种方案为：本专利技术所述微LED发光显示阵列像素单元构造的制作方法，其特点是：步骤一、在衬底上依次向上生长用于形成外延片的N型半导体层、有源区层和P型半导体层；步骤二、利用光刻和刻蚀工艺，刻蚀去除部分区域的P型半导体层和有源区层，露出N型半导体层，完成发光二极管的发光区位置及尺寸的定义；步骤三、在定义了发光二极管的一侧沉积一层绝缘钝化薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化薄膜开孔，在开孔处露出P型半导体层和N型半导体层；步骤四、在沉积了绝缘钝化薄膜的一侧沉积导电性能良好的薄膜，用于制备薄膜晶体管栅电极、发光二极管N电极、平板电容负电极和信号线；步骤五、在沉积了导电性能良好的薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好且介电常数大的介质薄膜，用于作为薄膜晶体管栅介质层及平板电容介质层，并利用光刻和刻蚀工艺对介质薄膜开孔，在开孔处露出P型半导体层及平板电容负电极；步骤六、在沉积了介质薄膜的一侧沉积薄膜晶体管的有源层薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺或剥离工艺定义薄膜晶体管有源区的位置及尺寸大小；步骤七、在定义了薄膜晶体管有源区的一侧沉积导电良好的薄膜，用于制备薄膜晶体管源电极和薄膜晶体管漏电极；步骤八、在沉积了导电良好的薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好的绝缘钝化层，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化层开孔，在开孔处露出薄膜晶体管源电极，且绝缘钝化层上的开孔用于作为电源线和数据线与薄膜晶体管源电极连接的连接通孔；步骤九、在绝缘钝化层的开孔处沉积导电薄膜，用于制作平板电容正电极、电源线和数据线，完成微LED发光显示阵列像素单元构造的制备。在第一种方案的步骤四中：利用光刻和刻蚀工艺定义薄膜晶体管有源区的具体操作为：先在有源层薄膜上旋涂光刻胶，用制作好图形的掩模版和紫外光对旋涂的光刻胶曝光显影，然后用光刻胶保护需保留下来作为薄膜晶体管有源区的部分，其它部分则被刻蚀去除；利用剥离工艺定义薄膜晶体管有源区的具体操作为：先在绝缘钝化薄膜上旋涂光刻胶，并利用光刻工艺把掩模版上的图形转移至绝缘钝化薄膜上，而绝缘钝化薄膜上用于制作薄膜晶体管有源区部位的光刻胶被显影去除，其余部位则被光刻胶覆盖，然后再沉积有源层薄膜，并用有机溶剂去除光刻胶的同时把光刻胶上的有源层薄膜也去除，使沉积的有源层薄膜最终留下用来制作薄膜晶体管有源区的部分。在第二种方案的步骤六中：利用光刻和刻蚀工艺定义薄膜晶体管有源区的具体操作为：先在有源层薄膜上旋涂光刻胶，用制作好图形的掩模版和紫外光对旋涂的光刻胶曝光显影，然后用光刻胶保护需保留下来作为薄膜晶体管有源区的部分，其它部分则被刻蚀去除；利用剥离工艺定义薄膜晶体管有源区的具体操作为：先在介质薄膜上旋涂光刻胶，并利用光刻工艺把掩模版上图形转移至介质薄膜上，而介质薄膜上用于制作薄膜晶体管有源区部位的光刻胶被显影去除，其余部位则被光刻胶覆盖，然后再沉积有源层薄膜，并用有机溶剂去除光刻胶的同时把光刻胶上的有源层薄膜也去除，使沉积的有源层薄膜最终留下用来制作薄膜晶体管有源区的部分。而且，上述两种方案中，所述薄膜晶体管和平板电容位于N型半导体层所在区域或P型半导体层所在区域。所述有源层薄膜的材料为ITO非晶薄膜、IGZO或多晶硅。所述衬底为蓝宝石衬底、金刚石衬底、硅衬底、砷化镓衬底、碳化硅衬底或氮化镓衬底。所述N型半导体层、有源区层和P型半导体层通过MOCVD或MBE生长形成。所述N型半导体层和P型半导体层的材料为GaAs、AlGaInP、AlInP、AlGaAs、InGaP、GaP、GaN、InGaN或AlGaN。所述刻蚀工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微LED发光显示阵列像素单元构造，包括显示像素单元本体，其特征在于：所述显示像素单元本体由衬底生长的外延片上集成制造的发光二极管、发光驱动电路和用于与外部连接的引线组成。

【技术特征摘要】
1.一种微LED发光显示阵列像素单元构造，包括显示像素单元本体，其特征在于：所述显示像素单元本体由衬底生长的外延片上集成制造的发光二极管、发光驱动电路和用于与外部连接的引线组成。2.根据权利要求1所述微LED发光显示阵列像素单元构造，其特征在于：所述发光驱动电路由薄膜晶体管、电容、电阻中的至少一种构成。3.根据权利要求2所述微LED发光显示阵列像素单元构造，其特征在于：所述薄膜晶体管的结构为顶栅结构或底栅结构，所述电容为平板电容。4.根据权利要求1所述微LED发光显示阵列像素单元构造，其特征在于：所述引线包括电源线、信号线和数据线。5.一种用于制作微LED发光显示阵列像素单元构造的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在衬底上依次向上生长用于形成外延片的N型半导体层、有源区层和P型半导体层；步骤二、利用光刻和刻蚀工艺，刻蚀去除部分区域的P型半导体层和有源区层，露出N型半导体层，完成发光二极管的发光区位置及尺寸的定义；步骤三、在定义了发光二极管的一侧沉积一层绝缘钝化薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化薄膜开孔，在开孔处露出P型半导体层和N型半导体层；步骤四、在绝缘钝化薄膜上沉积薄膜晶体管的有源层薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺或剥离工艺定义薄膜晶体管有源区的位置及尺寸大小；步骤五、在定义了薄膜晶体管有源区的一侧沉积导电性能良好的薄膜，用于制备薄膜晶体管源电极、薄膜晶体管漏电极、平板电容负电极、发光二极管P电极以及薄膜晶体管与发光二极管的连接层；步骤六、在沉积了导电性能良好的薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好且介电常数大的介质薄膜，用于作为薄膜晶体管栅介质层及平板电容介质层，并利用光刻和刻蚀工艺对介质薄膜开孔，在开孔处露出平板电容负电极、薄膜晶体管源电极及N型半导体层；步骤七、在沉积了介质薄膜的一侧沉积导电薄膜，用于作为薄膜晶体管栅电极、信号线和发光二极管N电极；步骤八、在沉积了导电薄膜的一侧沉积一层绝缘性良好的绝缘钝化层，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化层开孔，在开孔处露出薄膜晶体管源电极，且绝缘钝化层上的开孔用于作为电源线和数据线与薄膜晶体管源电极连接的连接通孔；步骤九、在绝缘钝化层的开孔处沉积导电薄膜，用于制作平板电容正电极、电源线和数据线，完成微LED发光显示阵列像素单元构造的制备。6.一种用于制作微LED发光显示阵列像素单元构造的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、在衬底上依次向上生长用于形成外延片的N型半导体层、有源区层和P型半导体层；步骤二、利用光刻和刻蚀工艺，刻蚀去除部分区域的P型半导体层和有源区层，露出N型半导体层，完成发光二极管的发光区位置及尺寸的定义；步骤三、在定义了发光二极管的一侧沉积一层绝缘钝化薄膜，并利用光刻和刻蚀工艺对绝缘钝化薄膜开孔，在开孔处露出P型半导体层和N型半导体层；步骤四、在沉积了绝缘钝化薄膜的一侧沉积导电性能良好的薄膜，用于制备薄膜晶体管栅电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘久澄，龚政，潘章旭，陈志涛，刘晓燕，任远，曾昭烩，李叶林，
申请(专利权)人：广东省半导体产业技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44