專利名稱：一種藍光激發(fā)tft-led陣列顯示基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED陣列顯示基板及其制 造方法，尤其涉及一種藍光激發(fā) TFT-LED陣列顯示基板結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著人們物質(zhì)文化生活水平的不斷改善，人們對顯示技術(shù)的要求也越來越高。顯示技術(shù)逐步向著平板化、體積小、重量輕、耗電省等方面發(fā)展。液晶顯示器由于具有體積小、 輻射小和功耗低等優(yōu)點而得到了迅速的發(fā)展，成為了當(dāng)前顯示技術(shù)的主流，在不少應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)逐步取代了傳統(tǒng)的CRT顯示技術(shù)。但是液晶顯示器的響應(yīng)速度相對較慢，色彩還原上還存在很多不足。隨著上世紀(jì)90年代以GaN為發(fā)光材料的藍光LED的制作成功，藍光LED 激發(fā)黃色熒光粉實現(xiàn)了白色發(fā)光，這為LED彩色顯示技術(shù)提供了良好的基礎(chǔ)。LED具有發(fā)光效率高、顯色性好和節(jié)約能源等優(yōu)點，在目前的大屏幕顯示方面得到了廣泛的應(yīng)用。目前的 LED顯示器主要由單色LED單元拼接而成，具有耗電量少、亮度高、工作電壓低、驅(qū)動簡單、 壽命長、響應(yīng)速度快和性能穩(wěn)定等優(yōu)點。但目前采用的拼接形式形成的LED顯示器存在分辨率低、色彩均勻性差、體積大等不足，LED顯示器不同拼接部分的協(xié)調(diào)性和一致性難以保證，制作成本相對較高，大功率器件散熱設(shè)計困難，僅適用于大屏幕顯示等問題，限制了拼接LED顯色器的進一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板及其制造方法，它制造得到的 LED顯示器分辨率高、體積小、散熱效果良好，能實現(xiàn)真彩和小屏幕顯示，并具有其他顯示方式所不具備的優(yōu)點。本發(fā)明提供的一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，包括襯底，在襯底上方依次為緩沖層和η型GaN層；在η型GaN層上為藍色發(fā)光層，在藍色發(fā)光層上依次為ρ型GaN 層和透明電極層；η型GaN層、藍色發(fā)光層、ρ型GaN層和透明電極層共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)；在控制區(qū)內(nèi)設(shè)有由電容器下極板和電容器上極板，以及同處于它們之間的絕緣層所構(gòu)成的電容器；由工作TFT柵極、工作TFT 溝道、工作TFT源極、工作TFT漏極以及中間絕緣層組成的工作TFT ；以及由控制TFT柵極、 控制TFT溝道、控制TFT源極和控制TFT漏極以及中間絕緣層組成的控制TFT ；在引線區(qū)內(nèi)設(shè)有η型GaN層接地引線，工作TFT源極引線，控制TFT源極引線及控制TFT柵極引線；其中電容器下極板與η型GaN層接觸，η型GaN層接地引線與電容器下極板連接；電容器上極板分別與工作TFT柵極及控制TFT漏極連接，工作TFT漏極與透明電極層連接，工作TFT 源極與工作TFT源極引線連接，控制TFT源極與控制TFT源極引線連接，控制TFT柵極與控制TFT柵極引線連接；絕緣層處于各層金屬電極和不同層引線之間，在控制區(qū)及引線區(qū)上有鈍化保護層；在透明電極層上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋配套的彩膜基板； 或者為熒光粉層與彩膜基板集成為一體的結(jié)構(gòu)。具體制作時，將每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層，然后直接將彩膜基板覆蓋在透明電極層上。在陣列基板上方覆蓋有熒光粉層，熒光粉材料的選擇需要滿足藍 光LED激發(fā)，所發(fā)出的光通過與藍光混色后得到白光的要求。在熒光粉層上覆蓋有彩膜基板，彩膜基板上的顏色單元分布和透光率要符合彩色顯示對象素單元的要求，顏色單元的大小和形狀需與 LED基板上的陣列單元相匹配。另外，也可以把熒光粉層與彩膜基板集成在一起，在每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層，然后直接將彩膜基板覆蓋在陣列基板上，從而避免將熒光粉層直接涂覆在LED陣列基板上。襯底材料可以是藍寶石單晶襯底或SiC單晶襯底。η型半導(dǎo)體層和ρ型半導(dǎo)體層是由不同摻雜濃度的P型或η型GaN外延薄膜組成，其中η型半導(dǎo)體層可摻入Si，p型半導(dǎo)體層可摻入Mg、Zn等。藍色發(fā)光層組成發(fā)光陣列，每個發(fā)光陣列的發(fā)光層是單層的InGaN或者是多層的 InGaN層和GaN層，形成多量子阱層。透明電極層為原位生長的ITO、IZO或性質(zhì)類似的透明電極材料。電容器下極板、上極板，工作TFT柵極、工作TFT漏極、工作TFT源極，控制TFT柵極、控制TFT漏極、控制TFT源極以及各種引線的材料為Mo、Au、Cu、Ag、Ni或Al等金屬中的一種或一種以上組成的合金，或者它們的搭配或組合。絕緣層和鈍化保護層可采用SiOx、 SiNx或SiOxNy等絕緣材料。工作TFT溝道和控制TFT溝道層采用非晶硅(a_Si )、多晶硅 (poly-Si)或者單晶硅(Si)等半導(dǎo)體材料。熒光粉層采用釔鋁石榴石黃綠色熒光粉YAG:Ce3+，或YAG:Ce3+與鎢酸鹽紅色熒光粉SrWO4 Eu3+搭配，或藍光激發(fā)下所發(fā)出的光通過與藍光混色后得到白光的其他熒光粉。彩膜基板包括紅色樹脂、綠色樹脂和藍色樹脂，以及與彩膜相關(guān)的其他組件。本發(fā)明同時也提供一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板的制造方法，包括以下步驟
步驟一、在襯底基片上利用MOCVD法依次沉積緩沖層，η型GaN層； 步驟二、在η型GaN層上采用MOCVD法生長藍色InGaN發(fā)光層； 步驟三、在藍色發(fā)光層上采用MOCVD法沉積出ρ型GaN層； 步驟四、在P型GaN層上采用磁控濺射法沉積透明電極層；
步驟五、在步驟四的基礎(chǔ)上進行光刻和刻蝕，刻蝕深度超過藍色發(fā)光層，但不得刻穿η 型GaN層，被刻蝕的區(qū)域形成控制區(qū)及引線區(qū)，未被刻蝕的區(qū)域形成發(fā)光區(qū)，它們共同組成顯示陣列；
步驟六、在控制區(qū)及引線區(qū)上采用磁控濺射法沉積出金屬層I，對金屬層I進行光刻和刻蝕，使控制區(qū)的金屬層I形層電容器下極板，使引線區(qū)的金屬層I形成η型GaN層接地引線；
步驟七、在控制區(qū)及引線區(qū)上采用PECVD法沉積絕緣層，然后在絕緣層上采用磁控濺射法沉積出金屬層II，對金屬層II進行光刻和刻蝕后，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板、與電容器上極板連接的工作TFT柵極以及控制TFT柵極，在引線區(qū)上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線；
步驟八、在步驟七基礎(chǔ)上，采用PECVD法沉積出絕緣層；再采用PECVD法在絕緣層上沉積出a-Si有源層，并進行光刻和刻蝕，分別形成工作TFT和控制TFT溝道部分。同時，在工作TFT柵極引線末端的上方絕緣層中形成一個尺寸大小適度的過孔，露出工作TFT柵極引線末端的一部分，供下一步驟中控制TFT漏極與工作TFT柵極相連接，以達到通過控制TFT 的開關(guān)來控制工作TFT開關(guān)的目的；
步驟九、在步驟八基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法沉積出金屬層III，并對金屬層III進行光刻和刻蝕，控制區(qū)上的金屬層III分別形成與透明電極層相連接的工作TFT漏極、工作TFT源極， 以及通過過孔與工作TFT柵極相連接的控制TFT漏極，以及控制TFT源極，在引線區(qū)上的金
屬層ΠΙ形成了控制TFT源極引線
步驟十、采用PECVD法沉積絕緣層，并通過光刻和刻蝕，在工作TFT源極頂部的絕緣層中形成一個過孔，以便工作TFT源極與引線電路連接；采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并進行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極連接的工作TFT源極引線；
步驟十一、采用PECVD法沉積出鈍化保護層，對控制區(qū)和引線區(qū)電路及相關(guān)部分形成保護。進行光刻和刻蝕，形成基板的pad電路部分，以便與外電路連接，同時保持發(fā)光區(qū)域的完整和清潔。步驟十二、在陣列基板上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋與陣列基板配套的彩膜基板。也可以把熒光粉層與彩膜基板集成在一起，在每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層，然后直接將彩膜基板覆蓋在陣列基板上，從而避免將熒光粉層直接涂覆在LED陣列基板上。藍色發(fā)光層組成發(fā)光陣列，每個發(fā)光陣列的發(fā)光層是單層的藍色發(fā)光層InGaN、或者是多層的InGaN層和GaN層，形成多量子阱層藍色發(fā)光層。η型GaN層、藍色發(fā)光層和ρ型GaN層采用MOCVD (金屬有機化合物汽相沉積)工藝，或者采用MBE (分子束外延)方法制備。光刻技術(shù)采用半導(dǎo)體技術(shù)上采用的通用方法，刻蝕方法采用干刻(如增強等離子刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕等)、濕刻或以上方法的組合
采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)的方法生長透明電極層、金屬層I、金屬層II、金屬層ΠΙ
和金屬層IV ；絕緣層、a-Si有源層和鈍化保護層采用PECVD (等離子體增強化學(xué)氣相沉積) 法進行沉積，多晶硅或單晶硅的有源層需采用與熱處理相結(jié)合的比PECVD更復(fù)雜的工藝生長。本發(fā)明采用MOCVD法在大面積單晶襯底上沉積出同樣具有完整結(jié)構(gòu)的緩沖層及η 型GaN層，并在η型GaN層上通過MOCVD工藝生長藍色LED發(fā)光層，ρ型GaN層及透明電極層的制備，運用刻蝕技術(shù)將藍色發(fā)光層、P型GaN層及透明電極層分隔成顯示陣列，在每個隔離出來的發(fā)光陣列單元上通過集成兩個TFT與一個電容器作為該發(fā)光單元的控制電路。 因此每個象素發(fā)光單元的體積可以比現(xiàn)有的LED大屏幕顯示的單個LED發(fā)光單元小很多， 跟目前的LCD顯示的象素單元大小相當(dāng)，能極大的提高顯示的分辨率，從而可大大提高顯示質(zhì)量。另外，η型GaN層為整塊結(jié)構(gòu)，在η型GaN層上連接金屬引線，在引線區(qū)也有金屬引線，從而能大大改善產(chǎn)品的散熱問題。生產(chǎn)工藝與現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝兼容，易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的同時，產(chǎn)品性能大幅度提高。本發(fā)明藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板的工作原理為TFT_LED彩色陣列顯示基板包括一個電容器、一個工作TFT及一個控制TFT ；工作TFT源極通過工作TFT源極引線與驅(qū)動電源相連接，控制TFT柵極通過控制TFT柵極引線與掃描信號相連接，控制TFT源極通過控制TFT源極引線與數(shù)據(jù)信號相連接，電容器下基板與LED與η型層連接，并與接地引線相連接；當(dāng)控制TFT柵極引線有掃描信號時，控制TFT處于開啟狀態(tài)，數(shù)據(jù)信號通過控制 TFT源極傳送到工作TFT柵極，并為電容器充電。假定工作TFT的外驅(qū)動電壓恒定，并工作于截止電壓以上的非飽和區(qū)，工作TFT漏極電流的大小由工作TFT柵極電壓決定；當(dāng)控制 TFT柵極引線沒有掃描信號時，控制TFT處于截止?fàn)顟B(tài)，存儲在電容器中的電荷仍能維持工作TFT柵極的電壓并保持恒定，使工作TFT處于開啟狀態(tài)，這樣就保證了在整個幀周期中， LED具有恒定的電流通過。這個電路通過控制TFT源極引線上的數(shù)據(jù)信號電壓改變工作TFT 柵極的電壓，控制流過工作TFT的電流，從而控制了流過LED的電流，達到控制LED發(fā)光亮度的目的。

由于采用了上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用一種全新的思路，采用半導(dǎo)體集成工藝，將發(fā)光單元(LED單元)與發(fā)光的控制單元(TFT單元)共同集成到同一塊基片上完整的襯底基板上，從而構(gòu)成顯示陣列基板。根據(jù)顯示的需要，每一個發(fā)光單元的狀態(tài)由與之相對應(yīng)的控制單元來控制，即每個陣列發(fā)光單元的開關(guān)狀態(tài)和明亮程度(灰度級) 可以通過與電路連接的控制單元來調(diào)節(jié)。為了實現(xiàn)彩色顯示，首先在藍光LED芯片陣列外涂覆適當(dāng)種類的高質(zhì)量熒光粉(如釔鋁石榴石黃綠色熒光粉YAG Ce3+，或YAG Ce3+與鎢酸鹽紅色熒光粉SrWO4: Eu3+搭配)，通過LED發(fā)出的藍光激發(fā)熒光粉混色后從而實現(xiàn)白色發(fā)光。 InGaN藍光LED芯片單元發(fā)出的藍光(中心波長大致位于450-480nm左右)用于激發(fā)熒光粉發(fā)光，熒光粉發(fā)出的黃綠光(如YAG: Ce3+，中心波長約550nm)和紅光(如SrWO4: Eu3+，中心波長約613nm)與LED所發(fā)剩余藍光混合形成白光。在白色發(fā)光的基礎(chǔ)上，通過與彩膜技術(shù)相配合，選擇與LED陣列基板對應(yīng)的彩膜(Color Filter)基板，從而將白光還原成顯示所需要的紅、藍、綠三原色。彩膜基板上的顏色單元分布和透光率要符合彩色顯示對象素單元的要求。在控制單元的配合下，從而實現(xiàn)彩色顯示。這樣制造的LED顯示器分辨率高、體積小、散熱效果良好，能實現(xiàn)真彩和小屏幕顯示，適用家庭及辦公等環(huán)境，能有效克服了現(xiàn)有拼接LED顯示器和TFT-LCD的不足，并具有其他顯示方式所不具備的優(yōu)點。本發(fā)明的制備方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，易于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的同時，同時產(chǎn)品性能大幅度提高。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為藍寶石Al2O3 (0001)面襯底上外延生長緩沖層和n-GaN層后的截面圖； 圖3為n-GaN層上生長藍色發(fā)光層后的截面圖； 圖4為在藍色發(fā)光層上生長p-GaN層后的截面圖； 圖5為在p-GaN層上生長透明電極后的截面圖； 圖6為在圖5基礎(chǔ)上刻蝕形成控制區(qū)及引線區(qū)后的平面圖； 圖7為圖6中對應(yīng)A-A截面的截面圖8為沉積金屬層I后刻蝕形成電容器下極板和η型GaN層接地引線的平面圖； 圖9為圖8中對應(yīng)A-A截面的截面圖；圖10為沉積金屬層Π后，刻蝕形成電容器上極板、與電容器上極板連接的工作TFT柵
極和控制TFT柵極，以及在引線區(qū)上形成控制TFT柵極引線后的平面圖； 圖11為圖10中對應(yīng)A-A截面的截面圖12為沉積出a-Si有源層，進行光刻和刻蝕，形成工作TFT溝道及控制TFT溝道，并在柵絕緣層上形成工作TFT柵極引線末端過孔后的平面圖； 圖13為圖12中對應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖14為圖12中對應(yīng) B-B截面的截面圖； 圖15為圖12中對應(yīng)C-C截面的截面圖16為沉積金屬層III，并進行光刻和刻蝕，形成工作TFT的源、漏極、控制TFT的源、漏極和控制TFT源極引線后的平面圖17為圖16的中對應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖18為圖16的中對應(yīng)B-B截面的截面圖； 圖19為圖16的中對應(yīng)C-C截面的截面圖20為沉積金屬層IV，進行光刻和刻蝕，形成工作TFT源極引線的平面圖； 圖21為生長鈍化保護層后的平面圖； 圖22為圖21中對應(yīng)A-A截面的截面圖； 圖23為圖21中對應(yīng)B-B截面的截面圖； 圖24為圖21中對應(yīng)C-C截面的截面圖。
附圖標(biāo)記
1、襯底；
2、緩沖層；
3、η型 GaN 層；
4、發(fā)光層；
5、ρ型 GaN 層;
6、透明電極層；
7、控制區(qū)；
8、引線區(qū)；
9、發(fā)光區(qū)；
10、電容器下極板； IUn電極接地引線；
12、電容器上極板；
13、工作TFT柵極；
14、工作TFT柵極引線；
15、控制TFT柵極；
16、控制TFT柵極引線；
17、工作TFT溝道；
18、控制TFT溝道；
19、控制TFT源極；20、控制TFT源極引線；
21、控制TFT漏極；
22、工作TFT源極；
23、工作TFT漏極；
24、工作TFT源極引線；
25、絕緣層；
26、鈍化保護層。
具體實施例方式本發(fā)明一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板結(jié)構(gòu)如圖24所示，在襯底1上方依次為緩沖層2和η型GaN層3 ；在η型GaN層3上為藍色發(fā)光層4，在藍色發(fā)光層上依次為ρ 型GaN層5和透明電極層6。η型GaN層3、藍色發(fā)光層4、ρ型GaN層5和透明電極層6共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)7，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)8。在控制區(qū)7內(nèi)設(shè)有由電容器下極板10和電容器上極板12，以及同處于上下極板它們之間的絕緣層25所構(gòu)成的電容器。由工作TFT柵極13、工作TFT溝道17、工作TFT源極22、工作TFT漏極23 以及中間絕緣層25組成的工作TFT ；以及由控制TFT柵極15、控制TFT溝道18、控制TFT源極19和控制TFT漏極21以及中間絕緣層25組成的控制TFT。在引線區(qū)內(nèi)設(shè)有η型GaN層接地引線11，工作TFT源極引線24，控制TFT源極引線20及控制TFT柵極引線16。其中電容器下極板10與η型GaN層3良好接觸，接地引線11為電容器下極板10的延伸；電容器上極板12分別與工作TFT柵極13及控制TFT漏極21連接，工作TFT漏極23與透明電極層6連接，工作TFT源極22與工作TFT源極引線24連接，控制TFT源極19與控制TFT源極引線20連接，控制TFT柵極15與控制TFT柵極引線16連接。在各層金屬電極和不同層引線之間有絕緣層25，在控制區(qū)7及引線區(qū)8上有鈍化保護層26。在陣列基板上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋與陣列基板配套的彩膜基板。(或者可以把熒光粉層與彩膜基板集成在一起，在每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層，然后直接將彩膜基板覆蓋在陣列基板上，從而避免將熒光粉層直接涂覆在LED陣列基板上。)
本發(fā)明中MOCVD方法的鎵源為TMGa (三甲基鎵)，氮源為NH3 (氨)，銦源為TMIn (三甲基銦)，鋁源為TMAl (三甲基鋁)，鎂源為TMMg (三甲基鎂)、硅源為SiH4 (硅烷)。 以下是該實施例藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板的制造方法，它包括以下主要步驟
步驟一、采用大面積的整塊藍寶石單晶作為襯底1，將襯底1放入MOCVD設(shè)備中，先通入 H2氣氛下加熱至1100°C烘烤20min ；然后在800°C下通入氮氣對襯底進行100s的氮化處理； 處理后通入NH3 (氨氣)和TMAl (三甲基鋁)、在800°C的條件下在襯底上氣相外延生長厚度為80nm的AlN緩沖層，然后通入TMGa (三甲基鎵)和氨氣在600°C下生長厚度為200nm的 GaN緩沖層；AlN緩沖層、GaN緩沖層共同組成緩沖層2 ；在600°C的條件下通入SiH4 (硅烷) 在緩沖層2上生長厚度為2um的η型GaN層3，如圖2所示；
步驟二、在600°C的條件下，在η型GaN層3上生長厚度為50nm的GaN層，在550°C下生長厚度為5nm的藍光LED發(fā)光層，在600°C下生長厚度為60nm的GaN層，在650°C下生長厚度為5nm的藍光LED發(fā)光層，重復(fù)以上步驟5_6次，即形成了多量子阱結(jié)構(gòu)的藍光LED發(fā)光層4，如圖3所示；
步驟三、在650°C的條件下在藍色發(fā)光層4上通入TMM g (三甲基鎂)生長厚度為120nm 的P型GaN層5，在600°C的條件下退火1小時，并使用H2SO4溶液、H2O2溶液、氫氟酸溶液、 鹽酸、NH4OH等結(jié)合超聲波清洗技術(shù)去除所述LED外延片表面的有機雜質(zhì)和金屬離子，如圖 4所示；
步驟四、在發(fā)光層頂部采用磁控濺射法在ρ型GaN層5上沉積出一層厚度為200nm的 ITO透明電極層6，如圖5所示；
步驟五、在ITO上涂覆光刻膠，通過曝光和顯影，露出需要刻蝕的控制區(qū)7及引線區(qū)8， 然后濕刻和干刻相結(jié)合方法的進行刻蝕，刻蝕深度既要保證η型GaN層2裸露，但又不能將 η型GaN層2被穿透，被刻蝕后的的區(qū)域形成控制區(qū)7及引線區(qū)8，未被刻蝕的區(qū)域則形成發(fā)光區(qū)，它們共同組成顯示陣列，如圖6、圖7所示；
步驟六、對基板進行清洗后，采用磁控濺射法在控制區(qū)7和引線區(qū)8沉積金屬層I ；進行清洗后，涂光刻膠，對控制區(qū)7及引線區(qū)8的金屬層I進行光刻和刻蝕，得到電容器下極板10及η型GaN層接地引線11，如圖8、圖9所示；
步驟七、對基板進行清洗后，用PECVD法在控制區(qū)7及引線區(qū)8上生長一層SiNx或SiO2 作為絕緣層25 ；然后繼續(xù)采用磁控濺射法在絕緣層26上沉積出金屬層II，對金屬層II進行光刻和刻蝕，在控制區(qū)上的絕緣層26形成了電容器的介質(zhì)層，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板12、與電容器上極板12連接的工作TFT柵極13和工作TFT柵極引線 14，以及控制TFT柵極15，在引線區(qū)8上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線16，如圖10、 圖11所示；
步驟八、用PECVD法在上沉積出SiNx或SiO2絕緣層25 ；再采用PECVD法在在絕緣層25 上沉積出a-Si有源層，并進行光刻和刻蝕，分別形成工作TFT溝道17及控制TFT溝道18， 在工作TFT柵極13與控制TFT漏極21之間的引線末端的柵絕緣層上形成一個過孔，露出工作TFT柵極引線14，如圖12、圖13、圖14及圖15所示；
步驟九、在步驟八的基礎(chǔ)上采用磁控濺射法沉積出金屬層III，對金屬層III進行光刻和刻蝕，在控制區(qū)7上的金屬層III分別形成與透明電極層連接的工作TFT漏極23，工作TFT源極22，與工作TFT柵極13連接的控制TFT漏極21以及控制TFT源極22 ；在引線區(qū)8上的
金屬層ΠΙ形成了控制TFT源極引線20，如圖16、圖17、圖18及圖19所示；
步驟十、在基板的控制區(qū)7及引線區(qū)8上采用PECVD法沉積出絕緣層25，然后在工作 TFT源極22頂部的絕緣層25上形成一個過孔；然后在的絕緣層25上采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并對金屬層IV進行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極22連接的工作TFT源極引線24，如圖20所示；
步驟十一、在基板的控制區(qū)7及引線區(qū)8上采用PECVD法沉積出鈍化保護層26，如圖 21、圖22、圖23和圖24所示；
步驟十二、在陣列基板上方覆蓋熒光粉層(YAG:Ce3+與SrWO4: Eu3+的混合粉)，在熒光粉層上方覆蓋與陣列基板配套的彩膜基板?；蛘甙褵晒夥蹖优c彩膜基板集成在一起，在每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層(YAG:Ce3+與SrWO4: Eu3+的混合粉)，然后直接將彩膜基板覆蓋在陣列基板上，從而避免將熒光粉層直接涂覆在LED陣列基板上。
按照上述步驟和工藝，可以 得到較好質(zhì)量的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板。本發(fā)明以上所述內(nèi)容，僅給出了實現(xiàn)本發(fā)明的一種實施方案，但此方案中的各部分結(jié)構(gòu)的形狀、厚度，以及工藝條件是可以改變的，但這種改變不脫離雙TFT結(jié)構(gòu)來控制 LED發(fā)光，并通過藍光激發(fā)熒光粉形成白光并配合彩膜來滿足顯示要求的思想和范疇，對本領(lǐng)域人員自己明了的所有變更應(yīng)當(dāng)包含在所述的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于在襯底(1)上方依次為緩沖層 (2)和η型GaN層(3);在η型GaN層(3)上為藍色發(fā)光層(4)，在藍色發(fā)光層上依次為ρ型 GaN層(5)和透明電極層(6) ；η型GaN層(3)、藍色發(fā)光層(4)、ρ型GaN層(5)和透明電極層(6)共同組成顯示單元，在顯示單元上設(shè)有控制區(qū)(7)，在顯示單元之間設(shè)有引線區(qū)(8); 在控制區(qū)(7)內(nèi)設(shè)有由電容器下極板(10)和電容器上極板(12)，以及同處于它們之間的絕緣層(25)所構(gòu)成的電容器；由工作TFT柵極(13)、工作TFT溝道(17)、工作TFT源極(22)、 工作TFT漏極(23)以及中間絕緣層(25)組成的工作TFT;以及由控制TFT柵極(15)、控制 TFT溝道(18)、控制TFT源極(19)和控制TFT漏極(21)以及中間絕緣層(25)組成的控制 TFT ；在引線區(qū)內(nèi)設(shè)有η型GaN層接地引線(11)，工作TFT源極引線(24)，控制TFT源極引線 (20)及控制TFT柵極引線(16)；其中電容器下極板(10)與η型GaN層(3)接觸，η型GaN 層接地引線(11) (11)與電容器下極板(10)連接；電容器上極板(12)分別與工作TFT柵極 (13)及控制TFT漏極(21)連接，工作TFT漏極(23)與透明電極層(6)連接，工作TFT源極 (22)與工作TFT源極引線(24)連接，控制TFT源極(19)與控制TFT源極引線(20)連接， 控制TFT柵極(15)與控制TFT柵極引線(16)連接；絕緣層(25)處于各層金屬電極和不同層引線之間，在控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)上有鈍化保護層(26);在透明電極層(6)上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋配套的彩膜基板；或者為熒光粉層與彩膜基板集成為一體結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于襯底(1)材料為藍寶石單晶襯底或SiC單晶襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于η型半導(dǎo)體層(3)和ρ型半導(dǎo)體層(5)是由不同摻雜濃度的ρ型或η型GaN外延薄膜組成，其中η型半導(dǎo)體層摻入Si，ρ型半導(dǎo)體層摻入Mg或Zn。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于藍色發(fā)光層 (4 )組成發(fā)光陣列，每個發(fā)光陣列的藍色發(fā)光層(4 )為一層以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于透明電極層 (6)為原位生長的ITO或IZO ；絕緣層(25)和鈍化保護層(26)采用SiOx、SiNx或SiOxNy絕緣材料制作；工作TFT溝道(17)和控制TFT溝道(18)采用非晶硅、多晶硅或者單晶硅；熒光粉層采用釔鋁石榴石黃綠色熒光粉YAG: Ce3+或YAG: Ce3+與SrWO4: Eu3+，CaSnO3 = Eu3+紅色熒光粉的混合粉或藍光激發(fā)下所發(fā)出的光通過與藍光混色后得到白光的熒光粉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于電容器下極板(10 )、上極板(12 )，工作TFT柵極(13 )、工作TFT漏極(23 )、工作TFT源極(22 )，控制TFT 柵極(15)、控制TFT漏極(21)、控制TFT源極(19)以及各種引線的材料為Mo、Au、Cu、Ag、 Ni或Al中的一種或幾種的搭配與組合，或者它們的合金，或者金屬與合金的搭配與組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板，其特征在于彩膜基板包括紅色樹脂、綠色樹脂和藍色樹脂。
8.—種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板的制作方法，其特征在于步驟一、在襯底(1)基片上利用MOCVD法依次沉積緩沖層(2)，η型GaN層(3)；步驟二、在η型GaN層(3 )上采用MOCVD法生長藍色發(fā)光層(4 )；步驟三、在藍色發(fā)光層(4)上采用濺射法沉積出ρ型GaN層(5)；步驟四、在P型GaN層(5 )上采用磁控濺射法沉積透明電極層(6 )； 步驟五、在步驟四的基礎(chǔ)上進行光刻和刻蝕，刻蝕深度超過藍色發(fā)光層(4)，但不得刻穿η型GaN層(3)，被刻蝕的區(qū)域形成控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)，未被刻蝕的區(qū)域形成發(fā)光區(qū) (9)，它們共同組成顯示陣列；步驟六、在控制區(qū) (7)及引線區(qū)(8)上采用磁控濺射法沉積出金屬層I，對金屬層I進行光刻和刻蝕，使控制區(qū)的金屬層I形成電容器下極板(10)，使引線區(qū)(8)的金屬層I形成η型GaN層接地引線( 11);步驟七、在控制區(qū)(7)及引線區(qū)(8)上采用PECVD法沉積出絕緣層(25)，然后在絕緣層 (25)上采用磁控濺射法沉積出金屬層II，對金屬層II進行光刻和刻蝕后，在控制區(qū)上的金屬層II分別形成了電容器上極板(12)、與電容器上極板(12)連接的工作TFT柵極(13)以及控制TFT柵極(15)，在引線區(qū)(8)上的金屬層II形成了控制TFT柵極引線(16)；步驟八、在步驟七基礎(chǔ)上，采用PECVD法沉積出絕緣層(25)；再采用PECVD法在在絕緣層(25)上沉積出a-Si有源層，并進行光刻和刻蝕，分別形成工作TFT溝道層(17)及控制 TFT溝道層(18)，在工作TFT柵極(13)引線末端的上方絕緣層(25)中形成一個過孔，露出工作TFT柵極引線(14)末端的一部分，供下一步驟中控制TFT漏極(21)與工作TFT柵極 (13)相連接，以達到通過控制TFT的開關(guān)來控制工作TFT開關(guān)的目的；步驟九、在步驟八基礎(chǔ)上，采用磁控濺射法沉積出金屬層III，對金屬層III進行光刻和刻蝕，在控制區(qū)上的金屬層III分別形成與透明電極層相連接的工作TFT漏極(23)，工作TFT源極(22)，與工作TFT柵極(13)連接的控制TFT漏極(21)以及控制TFT源極(19)，以及通過過孔與工作TFT柵極(13)相連接的控制TFT漏極(21)，以及控制TFT源極(19)，在引線區(qū)上的金屬層ΠΙ形成了控制TFT源極引線(20);步驟十、在采用PECVD法沉積出絕緣層(25)，并通過光刻和刻蝕，在工作TFT源極(22) 頂部的絕緣層(25)中形成一個過孔，以便工作TFT源極(22)與引線電路連接；采用磁控濺射法沉積出金屬層IV，并進行光刻和刻蝕，形成與工作TFT源極(22)連接的工作TFT源極引線(24);步驟十一、采用PECVD法沉積出鈍化保護層(26 )，對控制區(qū)(7 )和引線區(qū)(8 )電路及相關(guān)部分形成保護；對鈍化保護層(26)進行光刻和刻蝕，形成基板的pad電路部分，以便與外電路連接，同時保持發(fā)光區(qū)域的完整和清潔；步驟十二、在透明電極層(6)上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋配套的彩膜基板；或者將熒光粉層與彩膜基板集成在一起，在每個彩膜的顏色單元內(nèi)側(cè)涂覆一定厚度的熒光粉層，然后直接將彩膜基板覆蓋在透明電極層(6)上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板的制作方法，其特征在于 刻蝕的方法采用濕法刻蝕及干法刻蝕相結(jié)合的方法。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍光激發(fā)TFT-LED陣列顯示基板及其制造方法，采用半導(dǎo)體集成工藝，將雙TFT、藍色LED發(fā)光單元共同集成在同一塊基片上，通過藍光激發(fā)熒光粉實現(xiàn)白色發(fā)光，再利用彩膜技術(shù)以實現(xiàn)藍光激發(fā)的TFT-LED陣列顯示。在每個隔離出來的發(fā)光陣列單元上通過集成兩個TFT與一個電容器作為該發(fā)光單元的控制電路。在陣列基板上方覆蓋熒光粉層，在熒光粉層上方覆蓋與陣列基板配套的彩膜基板?；蛘甙褵晒夥蹖优c彩膜基板集成在一起，然后直接將彩膜基板覆蓋在陣列基板上。本發(fā)明能一定程度上克服現(xiàn)有LED和LCD顯示的不足，大幅提高顯示質(zhì)量和顯示效果，且制造方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝相兼容，易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號H01L27/15GK102437170SQ20111036749
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者楊利忠, 楊小平, 胡紹璐, 鄧朝勇, 雷遠清 申請人:貴州大學(xué)