Micro-LED显示面板和Micro-LED显示装置

技术领域

本发明涉及LED领域，尤其涉及Micro-LED显示面板和Micro-LED显示装置。

背景技术

发光二极管(LED)具有成本低、光效高、节能环保等优点，被广泛应用于照明、可见光通信及发光显示等场景。

微型发光二极管(Micro-LED)是将传统的LED微缩后形成微米级间距的阵列以达到超高的分辨率，从而可用于显示领域。Micro-LED显示相对于传统的液晶显示(LCD)及有机发光显示(OLED)，具备发光寿命长、亮度高、体积轻薄、功耗低、像素密度高等优势，成为以高真实度、互动与个性化显示为主要特点的第三代显示的代表。

目前Micro-LED显示面板的结构有待进一步改进，以适应量产。

发明内容

本发明解决的问题是提供Micro-LED显示面板和Micro-LED显示装置，以进一步优化结构。

为解决上述问题，本发明提供一种Micro-LED显示面板，包括上下相对设置的上基板和下基板，所述上基板和下基板之间具有多个LED像素组，每个所述LED像素组包括红色LED像素单元、绿色LED像素单元和蓝色LED像素单元；所述LED像素组包括位于所述下基板上的发光叠层；所述发光叠层包括属于所述红色LED像素单元的第一LED发光叠层，属于所述绿色LED像素单元的第二LED发光叠层，以及属于所述蓝色LED像素单元的第三LED发光叠层；所述LED像素组包括位于所述发光叠层同一高度上方的红色彩膜层、绿色彩膜层、蓝色彩膜层和黑色矩阵层；所述黑色矩阵层隔开所述红色彩膜层、绿色彩膜层和蓝色彩膜层；所述LED像素组包括位于所述下基板上的开关器件，每个所述开关器件连接一个所述发光叠层；所述开关器件包括控制栅极，所述控制栅极连接扫描电路，所述控制栅极位于所述黑色矩阵层正下方。

可选的，所述发光叠层的侧面具有挡光侧层。

可选的，所述开关器件为薄膜晶体管器件，所述开关器件还包括有源层、栅介质层、第一源漏极和第二源漏极，所述第一源漏极的高度小于所述第二源漏极，所述第一源漏极直接连接所述发光叠层的第一导电垫，所述第二源漏极连接驱动电路。

可选的，所述开关器件的所述有源层被所述栅介质层覆盖，所述控制栅极位于所述栅介质层上，所述栅介质层上具有层间介质层，所述层间介质层覆盖所述控制栅极；所述第二源漏极贯穿所述层间介质层。

可选的，所述LED像素组包括位于所述发光叠层同一高度上方的红色量子点转换层、绿色量子点转换层、蓝色量子点转换层和阵列遮光层；所述阵列遮光层隔开所述红色量子点转换层、绿色量子点转换层和蓝色量子点转换层；所述红色量子点转换层位于所述红色彩膜层和第一LED发光叠层上下之间；所述绿色量子点转换层位于所述绿色彩膜层和第二LED发光叠层上下之间；所述蓝色量子点转换层位于所述蓝色彩膜层和第三LED发光叠层上下之间；所述阵列遮光层位于所述黑色矩阵层和所述开关器件的所述控制栅极上下之间。

可选的，所述LED像素组包括覆盖所述发光叠层的平坦层，所述红色量子点转换层、绿色量子点转换层、蓝色量子点转换层和阵列遮光层位于所述平坦层上。

可选的，所述红色彩膜层、绿色彩膜层、蓝色彩膜层和黑色矩阵层上具有保护层。

可选的，所述保护层上具有光学胶层，所述光学胶层与所述上基板的下表面粘接。

可选的，所述LED像素组具有像素总面积；所述红色LED像素单元具有第一像素面积；所述绿色LED像素单元具有第二像素面积；所述蓝色LED像素单元具有第三像素面积；所述第一像素面积占所述像素总面积的一半；所述第二像素面积和第二像素面积相等。

为解决上述问题，本发明还提供了一种LED显示装置，包括如上所述的Micro-LED显示面板。

本发明技术方案的其中一个方面中，通过结构设计，将开关器件和发光叠层均设计在下基板上，并且，将发光叠层上方的黑色矩阵层设计在开关器件的控制栅极的正上方(即控制栅极位于黑色矩阵层正下方)，能够利用黑色矩阵层遮挡通常为金属材料的控制栅极，使得整个显示面板的显示品质提高。

本发明技术方案的另一个方面中，所提供的Micro-LED显示面板设置源漏电极的其中一个较短(即第一源漏极)，另一个较长(即第二源漏极)，较短的第一源漏极直接连接Micro LED的发光叠层，使整个结构厚度减小。

本发明技术方案的另一个方面中，各发光叠层的侧面还具有挡光侧层。挡光侧层的设置可以使发光叠层发出的光线更加不易发生串扰。挡光侧层的设计，使得各发光叠层发出的光线，或者向上(斜向上)发出，或者被挡光侧层遮挡。因此，不同发光叠层发出的光线不易传播到相邻像素单元中，防止光线的串扰。

本发明所提供的Micro-LED显示面板的上述结构设计下，可以实现厚度小且超小间距的显示模组，即超小间距的显示面板，并进一步应用于相应的显示装置(Micro-LED显示屏)。

附图说明

图1是实施例中Micro-LED显示面板的剖面组合结构示意图；

图2是实施例中Micro-LED显示面板的俯视投影示意图；

图3是另一实施例中Micro-LED显示面板的剖面组合结构示意图；

图4是另一实施例中Micro-LED显示面板的俯视投影示意图；

图5是实施例中Micro-LED显示装置示意图。

具体实施方式

本发明提供一种新的Micro-LED显示面板和Micro-LED显示装置，为更加清楚的表示，下面结合附图对本发明做详细的说明。

本发明实施例提供一种Micro-LED显示面板，请结合参考图1和图2。

请参考图1，Micro-LED显示面板包括上下相对设置的上基板200和下基板100。上基板200可以是相应的透明基板，例如为强化玻璃基板。下基板100既可以是透明基板，也可以是非透明基板。

上基板200和下基板100之间具有多个LED像素组(未标注)，LED像素组位于上基板200和下基板100之间，不同LED像素组的结构可以基本相同。

本实施例的Micro-LED显示面板具有多个LED像素组，图1中显示了其中一个LED像素组为代表，此时也可知，图1显示的是上基板200和下基板100的一部分，即两个基板对应于一个LED像素组的部分。

请继续参考图1，LED像素组包括红色LED像素单元(未标注)、绿色LED像素单元(未标注)和蓝色LED像素单元(未标注)。图1中，红色LED像素单元位于左侧竖直虚线以左，绿色LED像素单元位于两条竖直虚线之间，蓝色LED像素单元位于右侧竖直虚线以右。由于LED像素组位于上基板200和下基板100之间，因此，各个像素单元也位于上基板200和下基板100之间。本说明书中，像素单元是单颜色像素主要整体结构的指称，而一个LED像素组是显示面板上通过颜色组合能够显示各种具体颜色的一个像素结构。

所述LED像素组包括位于下基板100上的发光叠层(未统一标注)。所述发光叠层包括属于红色LED像素单元的第一LED发光叠层131，属于绿色LED像素单元的第二LED发光叠层132，以及属于蓝色LED像素单元的第三LED发光叠层133。

LED像素组包括位于所述发光叠层同一高度上方的红色彩膜层151、绿色彩膜层152、蓝色彩膜层153和黑色矩阵层150。黑色矩阵层150隔开红色彩膜层151、绿色彩膜层152和蓝色彩膜层153。

LED像素组包括位于下基板100上的开关器件(未标注)，每个所述开关器件连接一个发光叠层。在图1的剖面中显示，第一LED发光叠层131、第二LED发光叠层132和第三LED发光叠层133分别与一个开关器件连接。

开关器件包括控制栅极123，控制栅极123连接扫描电路，控制栅极123位于黑色矩阵层150正下方。

本实施例中，不需要使用量子点层等光线转化层结构，相应的各发光叠层发出的光线是各不相同的，具体的，第一LED发光叠层131发红色光，第二LED发光叠层132发绿色光，第三LED发光叠层133发蓝色光，而相应的彩膜层是使光线的色度和饱和度等更加符合显示需求。

本实施例中，各发光叠层的结构通常包括n型半导体层(如n-GaN)、多量子阱层和p型半导体层(如p-GaN)等结构。

本实施例中，开关器件为薄膜晶体管器件(TFT)，开关器件还包括有源层(未标注)、栅介质层120、第一源漏极121和第二源漏极122，第一源漏极121的高度小于第二源漏极122，第一源漏极121直接连接发光叠层的第一导电垫，第二源漏极122连接驱动电路。

本实施例中的栅介质层120，是各个不同的开关器件均统一连接成一层的结构，它形成在缓冲层110上，而缓冲层110形成在下基板100上表面。栅介质层120可以是相应的绝缘材料层，如SiO2材质的介质层。

第一源漏极121从厚度方向上，上下贯穿栅介质层120，并有一部分露出在栅介质层120之上，以用于连接相应的各发光叠层。

各发光叠层，通常均具有两个导电垫，其中一个导电垫连接第一源漏极121，另一个导电垫连接形成在栅介质层120上表面的相应电路连接结构(未标注)，如图1中所示。

各发光叠层的两个导电垫与第一源漏极121和相应电路连接结构的连接方式，可以是共晶连接等焊接方式，也可以是其它的方式，此时表明，本实施例中，各发光叠层可以是通过转移方式，形成在第一源漏极121上的。

由上述内容可知，本实施例中，扫描相应的电路连接结构和驱动相应的电路连接线路，是上下错开，分在不同层上的，这样既可以避免干扰，同时又可以减小显示面板的整体厚度。

本实施例中，开关器件的有源层被栅介质层120覆盖，控制栅极123位于栅介质层120上，栅介质层120上具有层间介质层130，层间介质层130覆盖控制栅极123。第二源漏极122贯穿层间介质层130。

层间介质层130除了被第二源漏极122贯穿，而且，在层间介质层130形成之后，还会形成相应的凹槽，图1中相应的凹槽已经被相应各发光叠层占据，即前面提到的发光叠层转移就是转移到所述凹槽中的。

需要说明的是，本实施例不同高度的源漏极，可以是结合上述凹槽的形成过程而形成，因此，第一源漏极121一开始时的高度可以和第二源漏极122一样，在形成所述凹槽时，再连同层间介质层130一同被刻蚀至较小高度，或者，分步骤，分别刻蚀第一源漏极121和层间介质层130。又或者，在其它方法下，可以先形成凹槽，然后再分别形成高度不同的第一源漏极121、第二源漏极122以及相应的电路连接结构。再或者，在其它方法下，相应电路连接结构和第一源漏极121可以先形成，再形成层间介质层130，之后再形成凹槽和第二源漏极122。

本实施例中，所述LED像素组包括覆盖发光叠层的平坦层140。相应的各发光叠层被平坦层140覆盖。红色彩膜层151、绿色彩膜层152、蓝色彩膜层153和黑色矩阵层150位于平坦层140上。

本实施例中，红色彩膜层151、绿色彩膜层152、蓝色彩膜层153和黑色矩阵层150上具有保护层160。

本实施例中，保护层160上具有光学胶层170，光学胶层170与上基板200的下表面粘接。

请参考图2，LED像素组具有像素总面积。LED像素组根据它所包括的像素单元又分别对应有三个像素面积，具体分别是：红色LED像素单元具有第一像素面积。绿色LED像素单元具有第二像素面积。蓝色LED像素单元具有第三像素面积。第一像素面积占像素总面积的一半。第二像素面积和第二像素面积相等。它们之间以虚线显示区分，如图2所示，图2中显示对应的是彩膜层和黑色矩阵层相应的俯视示意图，图1剖面结构的剖面位置可以参考图2中的点划线A所经过的位置。

目前，红光LED的EQE(External Quantum Efficiency，外量子效率)仅约在10％以上(≥10％)，而绿光LED和蓝光LED的EQE均在30％以上(≥30％)。这种不同颜色光EQE的差异，导致了最终出射光匹配问题。本发明的进一步结构设计，同时也解决上述出射光匹配问题。

本实施例中，第一像素面积和像素总面积均为矩形，具有相同的短边，因此，第一像素面积对像素总面积的占比也是两者之间边长比值。这种面积和边长的双重一致占比下，第一像素面积对应的红色LED像素单元与整个LED像素组形成一种良好协调性的尺寸关系，这种像素面积之间的比例的尺寸协调关系，能够带来更好的光线视觉效果。

由于红光LED的EQE仅约在10％以上(≥10％)，而绿光LED和蓝光LED的EQE均在30％以上(≥30％)，而此时，第一像素面积对应的正是红色LED像素单元，通过使它的面积占比整个像素总面积一半，能够使一个LED像素组中，红光的出射光子数与绿光和蓝光的出射光子数尽量达到匹配更一致(面积和出射光子数成正比)，从而使得显示面板最终的显示质量具有更高的出射光子数匹配度，更好地带来光线的协调匹配。

同时，这样的面积结构设计下，还可以实现超小间距模组，像素间间距能够缩小至Micro-LED级别及以下，即超小间距的显示面板，并进一步应用于相应的显示装置(Micro-LED显示屏)。本实施例中，像素总面积可以是80μm×130μm，或者可以为20μm×40μm。

请参考图2，本实施例中，设计第二像素面积和第三像素面积相等。此时第一像素面积差不多均是第二像素面积和第三像素面积的2倍。据此可知三种像素单元的面积之比为两组1：2，相比于1：1的通常面积比，本实施例这种比例更加接近于三种像素单元EQE之比(约为1：3)，更有利于光线的匹配。

本实施例提供的Micro-LED显示面板，将开关器件和发光叠层均设计在下基板100上，并且，将发光叠层上方的黑色矩阵层150设计在开关器件的控制栅极123的正上方(即控制栅极123位于黑色矩阵层150正下方)，能够利用黑色矩阵层150遮挡通常为金属材料的控制栅极123，使得整个显示面板的显示品质提高。

进一步的，所提供的Micro-LED显示面板设置源漏电极的其中一个较短(即第一源漏极121)，另一个较长(即第二源漏极122)，较短的第一源漏极121直接连接Micro LED的发光叠层，使整个结构厚度减小。

本发明实施例提供另一种Micro-LED显示面板，请结合参考图3和图4。

请参考图3，Micro-LED显示面板包括上下相对设置的上基板400和下基板300。上基板400和下基板300之间具有多个LED像素组(未标注)，LED像素组位于上基板400和下基板300之间。

本实施例的Micro-LED显示面板具有多个LED像素组，图3中显示了其中一个LED像素组为代表，此时也可知，图3显示的是上基板400和下基板300的一部分，即两个基板对应于一个LED像素组的部分。

请继续参考图3，LED像素组包括红色LED像素单元(未标注)、绿色LED像素单元(未标注)和蓝色LED像素单元(未标注)。图3中，红色LED像素单元位于左侧竖直虚线以左，绿色LED像素单元位于两条竖直虚线之间，蓝色LED像素单元位于右侧竖直虚线以右。

所述LED像素组包括位于下基板300上的发光叠层(未统一标注)。所述发光叠层包括属于红色LED像素单元的第一LED发光叠层331，属于绿色LED像素单元的第二LED发光叠层331，以及属于蓝色LED像素单元的第三LED发光叠层331，可知图3中，三种发光叠层均标注331，这是因为本实施例中，三种发光叠层的结构相同。

需要说明的是，虽然本实施例中，不同发光叠层发的是同种颜色的光线，降低结构的制作难度。

LED像素组包括位于所述发光叠层同一高度上方的红色彩膜层361、绿色彩膜层362、蓝色彩膜层363和黑色矩阵层360。黑色矩阵层360隔开红色彩膜层361、绿色彩膜层362和蓝色彩膜层363。彩膜层是使光线的色度和饱和度等更加符合显示需求。

LED像素组包括位于下基板300上的开关器件(未标注)，每个所述开关器件连接一个发光叠层。在图3的剖面中显示，第一LED发光叠层331、第二LED发光叠层331和第三LED发光叠层331分别与一个开关器件连接。

开关器件包括控制栅极323，控制栅极323连接扫描电路，控制栅极323位于黑色矩阵层360正下方。

请继续参考图3，LED像素组包括位于发光叠层同一高度上方的红色量子点转换层351、绿色量子点转换层352、蓝色量子点转换层353和阵列遮光层350。阵列遮光层350隔开红色量子点转换层351、绿色量子点转换层352和蓝色量子点转换层353。红色量子点转换层351位于红色彩膜层361和第一LED发光叠层上下之间，它们一一相对。绿色量子点转换层352位于绿色彩膜层362和第二LED发光叠层上下之间，它们一一相对。蓝色量子点转换层353位于蓝色彩膜层363和第三LED发光叠层上下之间，它们一一相对，阵列遮光层350位于黑色矩阵层360和开关器件的控制栅极323上下之间，它们的各部分一一相对。

本实施例中，使用量子点层等光线转化层结构，相应的各发光叠层发出的光线是相同的，具体的，第一LED发光叠层331、第二LED发光叠层331发绿色光和第三LED发光叠层331均可以是发蓝色光，然后通过各个量子点层转换光线颜色。

本实施例中，开关器件为薄膜晶体管器件(TFT)，开关器件还包括有源层(未标注)、栅介质层320、第一源漏极321和第二源漏极322，第一源漏极321的高度小于第二源漏极322，第一源漏极321直接连接发光叠层的第一导电垫，第二源漏极322连接驱动电路。

本实施例中的栅介质层320，是各个不同的开关器件均统一连接成一层的结构，它形成在缓冲层310上，而缓冲层310形成在下基板300上表面。

第一源漏极321从厚度方向上，上下贯穿栅介质层320，并有一部分露出在栅介质层320之上，以用于连接相应的各发光叠层。各发光叠层，通常均具有两个导电垫，其中一个导电垫连接第一源漏极321，另一个导电垫连接形成在栅介质层320上表面的相应电路连接结构(未标注)，如图3中所示。

本实施例同样使得扫描相应的电路连接结构和驱动相应的电路连接线路上下错开。

本实施例中，开关器件的有源层被栅介质层320覆盖，控制栅极323位于栅介质层320上，栅介质层320上具有层间介质层330，层间介质层330覆盖控制栅极323。第二源漏极322贯穿层间介质层330。

层间介质层330除了被第二源漏极322贯穿，而且，在层间介质层330形成之后，还会形成相应的凹槽，图3中相应的凹槽已经被相应各发光叠层占据，即前面提到的发光叠层转移就是转移到所述凹槽中的。

本实施例中，所述LED像素组包括覆盖发光叠层的平坦层340。相应的各发光叠层被平坦层340覆盖。红色彩膜层361、绿色彩膜层362、蓝色彩膜层363和黑色矩阵层360位于平坦层340上。

本实施例中，红色彩膜层361、绿色彩膜层362、蓝色彩膜层363和黑色矩阵层360上具有保护层370。

本实施例中，保护层370上具有光学胶层380，光学胶层380与上基板400的下表面粘接。

请参考图4，LED像素组具有像素总面积。LED像素组根据它所包括的像素单元又分别对应有三个像素面积，具体分别是：红色LED像素单元具有第一像素面积。绿色LED像素单元具有第二像素面积。蓝色LED像素单元具有第三像素面积。第一像素面积、第二像素面积和第二像素面积均相等，各占像素总面积的三分之一，它们之间以虚线显示区分，如图4所示，图4中显示对应的是彩膜层和黑色矩阵层相应的俯视示意图，图3剖面结构的剖面位置可以参考图4中的点划线B所经过的位置。

本实施例中，各发光叠层的侧面还具有挡光侧层3311。挡光侧层3311的设置可以使发光叠层发出的光线更加不易发生串扰。因为挡光侧层3311的设计，使得各发光叠层发出的光线，或者向上(斜向上)发出，或者被挡光侧层3311遮挡。因此，不同发光叠层发出的光线不易传播到相邻像素单元中，防止光线的串扰。

本实施例中，红色量子点转换层351、绿色量子点转换层352、蓝色量子点转换层353和阵列遮光层350位于平坦层340上。各彩膜层位于红色量子点转换层351、绿色量子点转换层352、蓝色量子点转换层353和阵列遮光层350上，相应的各彩膜层用于对出射光进行进一步的彩膜过滤作用，使Micro-LED显示面板发出的光线更加符合需求，使相应的彩色显示效果更佳。

需要说明的是，本实施例的各发光叠层的尺寸，可以制作得比各量子点转换层大，通过主要控制量子点转换层的面积(即最终的出光面积)，就能够使显示面板的尺寸达到相应微米级别，而使得发光叠层本身的结构制作有更大的尺寸裕度。

综上可知，本实施例通过相应的结构设计，还能够进一步实现不同像素单元之间的间距减小，更好地实现像素间间距的Micro级别及以下尺寸，同时能够协调光线匹配。

更多有关本实施例的结构、性质和优点，可以参考前述实施例相应内容。

本发明实施例还提供一种显示装置500，请参考图5。

本实施例的显示装置500包括如上所述各实施例提供的任意一种Micro-LED显示面板，因此，可以结合参考前述各实施例相应内容。

本实施例中，显示装置500可以为Micro-LED商用显示屏。其它实施例中，显示装置可以是相应的电脑显示屏或者智能穿戴电子产品显示屏等。

由于具有上述Micro-LED显示面板，本实施例的显示装置500具有良好的光学性能，像素密度高，防光线串扰，厚度小、能够实现Micro-LED下高分辨率的显示，同时发光寿命长、亮度高、体积轻薄功耗低。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。