一种LED芯片、阵列基板、显示面板和显示装置的制作方法

本发明实施例涉及led显示技术领域，尤其涉及一种led芯片、阵列基板、显示面板和显示装置。

背景技术：

led(lightemittingdiode，发光二极管)是半导体二极管的一种，是一种依靠半导体pn结的单向导电性发光的光电元件，led灯是目前世界范围市场上广泛使用的照明灯具，具有体积小，亮度高，耗电量低，发热少，使用寿命长，环保等优点，并且具有丰富多彩的颜色种类，深受消费者的喜爱。与此同时，led芯片作为背光源在手机，电视机等需要显示屏的电子产品中发挥着不可或缺的作用，随着电子产品的尺寸的不断缩小，也要求led芯片的尺寸能够大幅减小。

目前主动驱动的microled结构都是在传统的薄膜晶体管(thinfilmtransistor,tft)基板上做tft阵列电路，然后把led转移到对应的像素单元中。因为led是电流驱动，电流的大小直接影响led的亮度，为了保证像素单元的发光亮度均匀，则通过每个led的电流值必须相等。现有技术中为了保证led阵列里通过每个led的电流相等，通过改变线路阻值等方法弥补通过不同led的电流差异，但是在大尺寸高分辨率的显示面板中，采用上述方法仍然存在led亮度不均匀的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种led芯片、阵列基板、显示面板和显示装置，以实现led芯片的发光亮度均匀。

为达此目的，第一方面，本发明实施例提供了一种led芯片，该led芯片包括：

衬底，所述衬底包括第一面和与所述第一面相对的第二面；

pn发光结构，位于所述衬底的所述第一面上；

开关电路，位于所述衬底的所述第二面上，所述开关电路与存储电容及所述pn发光结构电连接，所述开关电路开启时为存储电容充电；

存储电容，至少包括第一电容电极和第二电容电极，用于为所述pn发光结构提供恒定发光电流。

可选地，所述pn发光结构包括依次层叠的n型半导体层和p型半导体层，以及形成于所述n型半导体层和所述p型半导体层之间的复合层。

可选地，所述pn发光结构的主体材料为gan。

可选地，所述pn发光结构采用有机金属化学气相沉积工艺形成。

可选地，所述开关电路至少包括一个薄膜晶体管。

可选地，所述薄膜晶体管包括形成于所述衬底的所述第二面上的栅极、位于所述衬底和所述栅极远离所述pn发光结构一侧的第一绝缘层、位于所述第一绝缘层远离所述衬底一侧的半导体层以及位于所述半导体层两端的源极和漏极，其中，所述漏极与所述p型半导体层电连接。

可选地，所述第一电容电极形成于所述p型半导体层远离所述n型半导体层一侧的表面，所述第一电容通过第一导电材电连接至所述漏极，且所述第一导电材与所述n型半导体层绝缘。

可选地，所述漏极与所述第一电容之间形成有第一通孔，所述第一导电材填充于所述第一通孔中，且所述第一导电材与所述第一通孔之间形成有第二绝缘层；

或者，所述第一导电材形成于所述led芯片的一侧，且所述第一导电材与所述led芯片的侧壁之间形成有第三绝缘层。

可选地，所述第二电容电极与所述栅极同层设置，所述第二电容电极通过所述衬底中的第二通孔与所述n型半导体层电连接。

可选地，所述p型半导体层刻蚀有凹槽，以暴露出所述n型半导体层。

第二方面，本发明实施例还提供了一种阵列基板，该阵列基板包括多条扫描线、多条数据线、多条公共线和本发明任意实施例提供的led芯片；

所述扫描线及所述公共线，与所述数据线绝缘相交限定出像素区域，所述led芯片设置于所述像素区域中，所述扫描线电连接所述开关电路的控制端，所述数据线电连接所述开关电路的数据输入端，所述公共线电连接所述pn发光结构的输出端。

第三方面，本发明实施例还提供了一种显示面板，包括本发明任意实施例提供的阵列基板。

第四方面，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明任意实施例提供的显示面板。

本发明通过在led芯片中设置存储电容与开关电路，当开关电路开启时根据输入的驱动信号为存储电容充电，使得存储电容为pn发光结构提供恒定的发光电流，进而将该led芯片设置于阵列基板的每个像素中后，可以使得通过每条数据线上的每个led的电流值相等，解决了阵列电路中通过led的电流不相等导致led发光亮度不均匀的问题，实现了led芯片的发光亮度均匀；另外，本发明的pn发光结构和开关电路都集成于led芯片中，且为纵向叠层结构，大大减小了现有的开关管与led芯片所占的面积，可以实现高像素密度与高分辨率的显示装置。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种led芯片的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的led芯片的等效电路图；

图3是本发明实施例二提供的一种阵列基板的等效结构示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种显示面板的结构示意图；

图5是本发明实施例四提供的一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种led芯片结构示意图，将本实施例提供的led芯片设置于阵列基板的像素中，可使像素均匀发光，如图1所示，该led芯片的pn发光结构与开关电路集成在一个结构中，具体可以包括：

衬底10，衬底10包括第一面101和与第一面相对的第二面102；

pn发光结构11，位于衬底10的第一面101上；

开关电路12，位于衬底10的第二面上102，开关电路12与存储电容c及pn发光结构11电连接，开关电路12开启时为存储电容c充电；

存储电容c，至少包括第一电容电极121和第二电容电极123，用于为pn发光结构11提供恒定发光电流。

需要说明的是，本实施例的第一电容电极121和第二电容电极123的位置并不仅限于图1所示位置，图1仅为示例性说明，只要第一电容电极121和第二电容电极123形成的存储电容c可以为pn发光结构11提供恒定发光电流即可。

上述方案中，衬底10可采用硅晶体材质，在衬底10的第一面101上形成pn发光结构11，pn发光结构11可采用有机金属化学气相沉积工艺形成，可包括依次层叠的n型半导体层111和p型半导体层113，以及形成于n型半导体层111和p型半导体层113之间的复合层112。本发明实施例中的pn发光结构11为微型发光二极管(microled)，使用较小的电流就可驱动微型发光二极管发光。本实施例中，pn发光结构11的材料可以有多种选择，例如gan、gaas、ingan和alingap等，不同材料的pn发光结构11可发出不同颜色的光，例如，本实施例pn发光结构11的材料优选为gan(氮化镓)材料，对应发出蓝光。可选的，pn发光结构11还可包括形成于p型半导体层113远离衬底10一侧的p型电极，p型电极与p型半导体层113电接触，本实施例中，上述第一电容电极121可复用为该p型电极。另外，由于p型半导体层113的材料为gan，掺杂浓度和迁移率相对较低，因此在p型半导体层113上设置了透明接触层(图1中未示出)获得p型半导体层113和p型电极的欧姆接触，保证电流在p型半导体层113中均匀分布。p型电极为在p型半导体层113上镀的一层导电材料，例如可以是金属网格、纳米银和石墨烯等透明导电材料，以制备透明显示装置。

可选的，基于上述方案，当p型电极未整层设置时，在透明接触层上还可设置钝化层，用来保护透明接触层和后道封装良率。另外，p型半导体层113刻蚀有凹槽，以暴露出n型半导体层111。暴露出的n型半导体层111上形成有n型电极122，该n型电极122亦为在n型半导体层111上镀的一层导电材料，可以是金属网格、纳米银和石墨烯等透明导电材料。同样的，在n型半导体层111上也可形成钝化层。

本实施例中，开关电路12至少包括一个薄膜晶体管，薄膜晶体管位于衬底10的第二面102上。可选的，薄膜晶体管包括形成于衬底10的第二面102上的栅极114、位于衬底10和栅极114远离pn发光结构一侧的第一绝缘层115、位于第一绝缘层115远离衬底10一侧的半导体层116以及位于半导体层116两端的漏极117和源极118，其中的栅极114远离衬底10的一侧形成有与栅极114电接触的栅极电极。栅极电极可以为透明导电材料。其中的漏极117与pn发光结构11电连接，用于输出发光信号至pn发光结构11和存储电容c。具体的可以为漏极117与pn发光结构的p型半导体层113实现电连接，其中，实现电连接的方法有多种，因为p型电极与p型半导体层113通过透明接触层欧姆接触，此处通过漏极117与p型电极121之间形成有第一通孔(图1中未示出)实现电连接，从而实现漏极117与p型半导体层113的电连接。在第一通孔的内部填充有第一导电材，用于实现导电。第一通孔的位置可以在漏极117与p型半导体层113之间的led芯片内，在导电材与第一通孔之间形成有第二绝缘层(图1中未示出)。可选的，参考图1，第一导电材120也可以形成于led芯片的一侧，且第一导电材120与led芯片的侧壁之间形成有第三绝缘层119。可选的，第一导电材120和第一电容电极121可一体成型。其中，上述第二绝缘层和第三绝缘层119是为了防止漏极117和n型半导体层111实现电连接。

本实施例中，存储电容，至少包括第一电容电极和第二电容电极，用于为pn发光结构提供恒定发光电流。当pn发光结构与薄膜晶体管通过电极导电后，在pn发光结构与薄膜晶体管之间形成了存储电容，其中的第一电容电极121形成于p型半导体层113远离n型半导体层111一侧的表面，可以为p型半导体层113的p型电极，第一电容电极121与漏极117之间通过第一导电材电连接，且第一导电材与n型半导体层111之间通过绝缘层绝缘。第二电容电极123与栅极114同层设置，第二电容电极123通过衬底10中的第二通孔124与n型半导体层111电连接，第二导电材填充于第二通孔124中。

本实施例中，led芯片的等效电路图可如图2所示。可选的，本实施例的薄膜晶体管为p型薄膜晶体管，该led芯片的工作原理为：在薄膜晶体管的栅极114施加开启电压，薄膜晶体管导通。此时，在薄膜晶体管的源极118施加参考电压(2.5v～3.3v)，薄膜晶体管的漏极117输出驱动信号，在驱动pn发光结构11发光的同时为存储电容c充电，而薄膜晶体管的漏极117与pn发光结构11的p型电极电连接，从而使p型半导体层113为正电压，此时在p型半导体层113和n型半导体层111之间形成电压差，pn发光结构11中的p型半导体层113注入到n型半导体层111的空穴，与从n型半导体层111注入到p型半导体层113的电子，在n型半导体层111和p型半导体层113之间的复合层112相遇时产生复合，电子会跌落到较低的能阶，同时以光子的方式释放能量，进行发光。在上述过程中，因存储电容c的第一电容电极121和第二电容电极123之间形成的电压差是固定的，因此通过pn发光结构11的电流是固定的，进而pn发光结构11的发光亮度均匀。

本实施例中，第一电容电极与第二电容电极至少部分正对，可通过改变第一电容电极与第二电容电极之间的距离和/或正对面积改变存储电容量。

本实施例的技术方案，通过在led芯片中设置存储电容与开关电路，当开关电路开启时根据输入的驱动信号为存储电容充电，使得存储电容为pn发光结构提供恒定的发光电流，进而将该led芯片设置于阵列基板的每个像素中后，可以使得通过每条数据线上的每个led的电流值相等，解决了阵列电路中通过led的电流不相等导致led发光亮度不均匀的问题，实现了led芯片的发光亮度均匀；另外，本发明的pn发光结构和开关电路都集成于led芯片中，且为纵向叠层结构，大大减小了现有的开关管与led芯片所占的面积，可以实现高像素密度与高分辨率的显示装置。

实施例二

图3所示为本发明实施例二提供的一种阵列基板的等效结构示意图，如图3所示，本实施例可适用于主动式驱动的阵列基板，且阵列基板均匀发光的情况，该阵列基板包括多条扫描线310、多条数据线311、多条公共线312和上述实施例提供的led芯片314。

阵列基板的扫描线310和公共线312与数据线311绝缘相交限定出像素区域313，led芯片314设置于像素区域313内，扫面线310电连接至开关电路的控制端，数据线311电连接开关电路的数据输入端，公共线312电连接pn发光结构的输出端。

示例性的，该阵列基板的工作原理为：

阵列基板的扫描线310给予低电压的导通信号控制开关电路的控制端(薄膜晶体管的栅极)，使得薄膜晶体管导通。数据线311用于提供参考电压(2.5v～3.3v)，且电连接至开关电路中的薄膜晶体管的源极，本实施例中的led芯片发光原理与上述实施例中led芯片发光原理一致，此处不再赘述。

本实施例的技术方案，通过将上述实施例的led芯片设置于阵列基板的每个像素中，可以使得通过每条数据线上的每个led的电流值相等，解决了阵列电路中通过led的电流不相等导致led发光亮度不均匀的问题，实现了阵列基板发光亮度均匀；另外，本发明的pn发光结构和开关电路都集成于led芯片中，且为纵向叠层结构，大大减小了现有的开关管与led芯片所占的面积，可以实现高像素密度与高分辨率的显示装置。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种显示面板的结构示意图，如图4所示，该显示面板410包括上述实施例提供的阵列基板411。该显示面板包括边框区401和显示区402，阵列基板411上的各led芯片位于显示区402内。

本实施例提供的显示面板包括上述实施例提供的阵列基板，具有相同的功能和有益效果。

实施例四

图5是本发明实施例四提供的一种显示装置的结构示意图。如图5所示，本实施例提供的一种显示装置510包括本发明上述实施例所提供的显示面板511。该显示装置可以为手机、电脑、电视机和智能穿戴显示设备等，也可以为车辆的挡风玻璃、展示柜、广告牌或住宅玻璃等，本实施例对此不作特殊限定。

本实施例提供的一种显示装置，包括上述实施例提供的显示面板，具有相同的功能和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。