CN102160181B - 具有嵌入的芯片驱动部的oled装置 - Google Patents

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Abstract

一种电致发光装置，该电致发光装置具有按照行和列布置的多个电流驱动像素，使得当向像素提供电流时该像素发光，所述电致发光装置包括：各个像素，其具有第一电极和第二电极以及设置在所述第一电极与所述第二电极之间的电流响应电致发光介质；至少一个小芯片，其具有小于20微米的厚度，并包括用于控制至少四个像素的操作的晶体管驱动电路，所述小芯片安装在基板上并具有多个连接垫；平面化层，其被设置在所述小芯片的至少一部分上；第一导电层，其在所述平面化层上，并连接到所述多个连接垫中的至少一个；以及用于通过所述第一导电层和所述小芯片的所述多个连接垫中的至少一个来提供电信号以使得所述小芯片的所述晶体管驱动电路控制到所述四个像素的电流的装置。

Description

具有嵌入的芯片驱动部的OLED装置
技术领域
本发明涉及具有半导体驱动元件的电致发光显示器。
背景技术
按照最简单的形式，有机电致发光(EL)装置包括设置在作为用于空穴注入的阳极的第一电极与作为用于电子注入的阴极的第二电极之间的有机电致发光介质。有机电致发光介质支持空穴与电子的再结合，空穴与电子的再结合导致发光。这些装置还被统称为有机发光二极管或OLED。美国专利No.4,356,429中描述了基本的有机EL元件。为了构造用作诸如电视机、计算机监视器、蜂窝电话显示器或数字相机显示器的显示器的像素化的OLED显示装置，单独的有机EL元件可以设置为矩阵图案中的像素。可以使这些像素全部发射相同的颜色，由此产生单色显示，或者可以使它们产生多种颜色，诸如三像素红、绿和蓝(RGB)显示器。还可以利用有源矩阵(AM)驱动电路来制造OLED显示装置，以生产高性能显示器。美国专利No.5,550,066中公开了这种AM OLED显示装置的示例。通常通过在基板上形成薄膜晶体管(TFT)并在TFT上形成有机电致发光介质来实现有源矩阵电路。
这些TFT由诸如非晶硅或多晶硅的半导体的薄层(通常为100nm-400nm)组成。但是，这些薄膜半导体的特性通常不足以构造高质量的OLED显示器。例如，非晶硅是不稳定的，因为非晶硅的阈值电压(Vth)和载流子移动性随着使用时期的延长而发生偏移。多晶硅通常由于结晶工艺而导致阈值电压(Vth)和载流子移动性在整个基板上具有较大程度的可变性。由于OLED装置通过电流注入进行操作，所以TFT中的可变性可导致OLED像素的亮度的可变性并使显示器的视觉质量下降。已经提出诸如在各个像素中添加附加的TFT电路的新的补偿图案，以补偿TFT的可变性，但是这种补偿增加了复杂性，这将对产量、成本或减小OLED的发光面积产生负面影响。此外，随着薄膜晶体管制造工艺被应用于诸如用于大的平板电视应用的较大的基板，可变性和工艺成本增加。
避免薄膜晶体管的这些问题的一种方法是在半导体基板中制造常规的晶体管并接着将这些晶体管转移到显示器基板上。Matsumura等在美国专利申请公开NO.2006/0055864A1中教导了一种显示器的组装方法，该方法使用在显示器内附接的半导体集成电路(IC)来控制像素元件，其中IC中的嵌入的晶体管替代由现有技术的显示器的TFT执行的正常功能。Matsumura教导应当例如通过抛光将半导体基板变薄为20微米至100微米之间的厚度。接着基板被切成包含集成电路的更小的片，下文称为“小芯片(chiplets)”。Matsumura教导例如通过蚀刻、喷沙、激光束加工或切片的切割半导体基板的方法。Matsumura还教导一种拾取(pick up)方法，其中使用具有与希望的间距相对应的真空孔的真空吸盘系统来选择性地拾取这些小芯片。接着这些小芯片被转移到显示器基板，在显示器基板处它们被嵌套(nest)在厚的热塑性树脂中。
但是，Matsumura所教导的工艺具有多个缺点。首先，半导体基板通常厚度为500微米至700微米。难以按照该方式使基板变薄，并且晶体基板在低厚度时非常易碎并容易破裂。因此，小芯片很厚，根据Matsumura的教导为至少20微米。希望小芯片具有小于20微米的厚度，并且优选地小于10微米。还希望在小芯片中包括多个金属布线层，因而小芯片的半导体部分的厚度必须比小芯片的总厚度薄得多。Matsumura的厚的小芯片导致整个基板的很多的(substantial)表面状况(topography)，这使得金属层在小芯片上的后续的沉积和构图困难。例如，Matsumura描述凹状变形作为一种不利的结果。更薄的小芯片将减少这些表面状况问题并便于小芯片上的后续层的形成。
Matsumura教导的工艺的另一缺点在于小芯片的表面面积必须足够大，以利用真空孔夹具(fixture)进行拾取。结果，小芯片必须具有比真空孔的最小尺寸大的长度和宽度。希望小芯片的表面面积小，以实现高分辨率显示器，并使得可以在单个基板上生产很多小芯片，由此实现低的单位生产成本。还希望使小芯片的形状在像素之间适配而不阻挡发光。因此，小芯片应该具有比其它尺寸(dimension)窄的长度或宽度，使得它可以放置在像素的行或列之间的间隔中。
Kimura在美国专利No.7,169,652中教导了转移晶体管电路的工艺。在该工艺中，薄膜晶体管被形成在剥离层上的“转移初始基板”上并布线为电路。接着这些电路被翻转并附接到显示器基板。通过剥离层的光照射从转移初始基板释放这些电路。该结构可被称为“垫向下(pad-down)”构造。因为Kimura的工艺要求电路在垫向下构造中翻转，所以通过电路与基板之间的导电粘合层的“局部形成”来实现显示器基板上形成的电路与布线之间的电连接。
Kimura的工艺具有多个缺点，首先，由于必须在释放层上形成半导体的薄膜层，所以难以实现高质量的半导体。希望使用高质量的晶体半导体(诸如晶体硅晶片)来实现最佳的晶体管性能。第二，该方法要求在形成导电粘合剂中的隔离珠方面的附加成本。第三，难以通过对准导电粘合剂的小珠来实现高产量的良好质量的电连接。因此，希望避免对于经构图的导电粘合剂的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种生产具有小芯片驱动元件的电致发光OLED显示器的经改进的方法，其中小芯片在尺寸方面减小进而在成本方面减小。本发明的另一目的是减小具有小芯片驱动元件的显示器的厚度。本发明的另一目的是提供超薄小芯片驱动元件，该超薄小芯片驱动元件利用薄膜金属沉积工艺来与OLED像素元件互连。通过电致发光装置来实现该目的，该电致发光装置具有按照基板上布置的行和列来设置的多个电流驱动像素，使得当向像素提供电流时像素发光，该电致发光装置包括：
(a)各个像素，其具有第一电极和第二电极以及设置在第一电极与第二电极之间的电流响应电致发光介质；
(b)至少一个小芯片，其具有小于20微米的厚度，并包括用于控制至少四个像素的操作的晶体管驱动电路，该小芯片安装在基板上并具有多个连接垫(pad)；
(c)平面化层，其被设置在所述小芯片的至少一部分上；
(d)第一导电层，其被设置在所述平面化层上，并连接到所述小芯片的所述多个连接垫中的至少一个；以及
(e)用于通过所述第一导电层和所述小芯片的所述多个连接垫中的至少一个来提供电信号以使得所述小芯片的所述晶体管驱动电路控制至所述四个像素的电流的装置。
附图说明
图1是根据本发明的OLED显示器的四个像素的布局图；
图2A是在没有滤色器的像素中沿图1的装置的线X-X’的截面图；
图2B是在使用滤色器的像素中沿图1的装置的线U-U’的截面图；
图3A是根据本发明的集成电路小芯片的电路示意图；
图3B是根据本发明的另选实施方式的集成电路小芯片的电路示意图；
图4是示出形成具有小芯片驱动电路的OLED显示器的工艺的框图；
图5示出在拾取小芯片之前包含小芯片的晶片的布局图；
图6A和图6B分别是沿图5的线Y-Y’和Z-Z’的截面图；
图7是根据本发明的小芯片的详细的截面图；
图8是用于拾取和转移小芯片的印模(stamp)的平面图；
图9是在半导体基板上的小芯片上方的小芯片印模的平面图；以及
图10示出静电损害防止电路图。
由于诸如层厚度的一些装置特征尺寸经常在亚微米的范围中，所以为了视觉化的方便，按比例而不是按照尺寸精度绘制这些图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的OLED显示装置的四个像素(20a、20b、20c和20d)的组的布局图。这四个像素中的每一个可以被设置为发出不同的颜色，诸如红色、绿色、蓝色和白色(RGBW)。图1表示完整显示器的一部分，其中完整显示器由按照多个行和列设置的这些像素组的阵列构成。例如，现代电视机将被构造为具有1920行和1080列的这样的像素组。
小芯片120被设置为控制到像素20a、20b、20c和20d的电流。小芯片是单独制造的集成电路，其被安装并嵌入在显示装置中。与常规的微芯片(或芯片(chip))很类似，小芯片是由基板制成的，并包含集成的晶体管以及绝缘体层和导体层，在半导体制造设备(或制造(fab))中使用光刻(photolithographic)方法来沉积绝缘体层和导体层并接着对这些绝缘体层和导体层进行构图。如将在下面更详细地描述的，小芯片中的这些晶体管被设置在晶体管驱动电路中，以驱动到显示器的像素的电流。小芯片小于传统的微芯片并且不同于传统的微芯片，不通过引线键合(wire bonding)或倒装芯片安装(flip-chip bonding)来进行到小芯片的电连接。相反，在将各个小芯片安装到显示器基板上后，继续进行导电层和绝缘体层的沉积和光刻构图。因此，例如通过使用尺寸为2微米至15微米的通孔(via)，可以使这些连接较小。随着小芯片和到小芯片的连接小得足以设置在一个或更多个像素的区域内，根据显示器尺寸和分辨率，该一个或更多个像素的区域在尺寸方面范围从大约50微米到500微米。下面将描述与小芯片及其制造和安装工艺相关的其它细节。
各个像素设置有下电极，诸如像素20a中的下电极161a。像素20a的发射区域由在下电极上形成的绝缘体中的开口163a限定。该装置包括第一导电层中形成的多个导电元件，这些导电元件被设置为便于对小芯片的晶体管驱动电路提供电信号，以使得该小芯片能够控制到像素的电流。小芯片120通过导体133a控制到像素20a的电流。例如，导体133a通过通孔143a连接到小芯片120，并还通过通孔153a连接到下电极161a。该装置还包括一系列信号线(包括电力线、数据线和选择线)，该一系列信号线形成在第一导电层中并将电信号从显示器的边缘传送到小芯片。电力线是提供电流源以操作有机电致发光元件的信号线。数据线是发送亮度信息以调节各个像素的亮度的信号线。选择线是选择性地确定显示器的哪些行将要从数据线接收亮度信息的线。同样，选择线和数据线按照正交方式安排路线(routing)。
通过电力线131将电力提供给小芯片120。提供两个通孔以在电力线和小芯片120之间进行连接。数据线135按照列方向设置，其用于将包含亮度信息的数据信号发送到像素20a和像素20b的小芯片120。类似地，数据线136按照列方向设置，其用于将包含亮度信息的数据信号发送到像素20b和像素20d的小芯片120。在下面更详细地讨论的另选实施方式中，数据线135和136以及电力线131可以仅通过各条线的单个通孔连接到小芯片120。选择线段137a按照行方向设置，其用于向像素20a和像素20b的小芯片120发送行选择信号。行选择信号用于指示特定行的像素并且与用于提供亮度信息的数据信号同步。因而，行选择信号和数据信号按照正交方向提供。小芯片120通过集成电路上的内部贯通(pass-thru)连接将行选择信号从选择线段137a发送到选择线段137b。选择线段137b接着将行选择信号发送到同一行中设置的后续的小芯片。类似地，选择线段138a按照行方向设置，其用于将行选择信号发送到像素20c和像素20d的小芯片120。小芯片120通过集成电路上的另一内部贯通连接将行选择信号从选择线段138a发送到选择线段138b。选择线段137a和137b一起用于形成单个不连续的选择线。选择线段之间的连接通过小芯片中的贯通连接来提供。尽管仅示出两个线段，但选择线可以包含一系列的许多这种段。选择线段138a和138b类似地一起用于形成单个不连续的选择线。在本发明的优选实施方式中，所有的选择线段和数据线由单个金属层形成。随后通过经由小芯片上的贯通连接对行选择信号或数据信号或者这二者安排路线来实现整个正交阵列的连通(communication)。
图2A示出沿线X-X’的图1的OLED显示装置的截面图，其中像素20a是白色像素，因而不需要滤色器。可以看出，在显示器基板100上构造该装置。在显示器基板100上设置粘合层111。针对粘合层111的一种优选材料是通过旋涂至大约0.5微米到10微米的厚度所形成的苯并环丁烯(BCB)。小芯片120被设置在粘合层111中。该小芯片具有优选地小于20微米并且更优选地小于10微米的厚度(H)。设置平面化层112，以减少小芯片120周围的表面状况，并便于后续导电层的连续形成。平面化层112优选地以大于小芯片120的厚度(H)的厚度形成。平面化层112的有用材料是通过旋涂形成的苯并环丁烯(BCB)。特别有利的是针对粘合层111和平面化层112使用相同的材料，以减小可在这两个层的界面处造成光反射的折射率的差别。因此，通过使用相同的材料，粘合层111与平面化层112的折射率是相同的。通孔143a在平面化层112和小芯片120上的可选的绝缘体子层121中开口，以提供到连接垫353a的通路。该通孔的形成可以利用光刻技术进行，并在针对平面化层112使用感光(photoimagble)BCB化合物时变得便利。小芯片120安装在基板100上，使得诸如连接垫353a的连接垫面朝上。该结构可以称为“垫向上(pad-up)”构造。具体地说，小芯片中的晶体管电路(未示出)被布置在连接垫与基板100之间。该结构的有利之处在于其提供了到针对后续布线层的连接垫的方便的通路。
在平面化层112上形成导体层(或布线层)。接着使用常规的光刻技术将该导体层构图为选择线、数据线和电力线，以及小芯片与阳极之间的连接(例如，导体133a)。接着可以经由诸如通孔143a的通孔来方便地进行导体层与小芯片120之间的电连接。这实现了高质量、可靠的电连接。由于到像素的电流由布线层提供，所以优选的是，该布线层被构造为具有低电阻。在这方面，针对该布线层优选的材料包括被形成为大约200nm至500nm的厚度的铝或铝合金。在该布线层上形成绝缘体层113。诸如通孔153a的通孔提供从上方到该布线层的连接。下电极161a被设置在绝缘体层113上。在该底部发射极结构中，使下电极161a至少部分地透明。有用的材料包括透明导电氧化物，诸如铟锡氧化物(ITO)或掺杂铝的氧化锌(AZO)等。还可以使用诸如小于25nm的铝、银等的薄金属。在下电极161a的边缘上形成绝缘体层114。该绝缘体层114例如可以由经光构图的聚合物构成，并用于防止下电极161a的边缘处的高电场。美国专利No.6,246,179中描述了针对该目的的类似的绝缘体层。开口163a设置在该绝缘体层中，以提供对下电极161a的接触。
在下电极161a上形成有机电致发光介质165。存在本领域公知的许多不同的有机电致发光介质结构，这些有机电致发光介质结构可以由本领域技术人员成功地应用于本发明。尽管有机电致发光介质165被示为单个层，但是它优选地包括多个子层，诸如空穴传输子层和电子传输子层。有机电致发光介质165可以包括另外的子层，诸如空穴注入子层、电子注入子层或专门的光发射子层。针对有机电致发光介质165，优选地使用在由所有不同颜色的像素使用的所有各种波长上发光的公共宽带(或白色)光源，以避免对发光单元之间的有机电致发光介质进行构图的需要。通过将滤色元件与发光元件对准来实现彩色像素。例如美国专利No.6,696,177中描述了发射宽带或白色光的有机EL介质层的一些示例。但是，在各个像素具有针对各个像素单独构图的一个或更多个有机电致发光介质子层时，也可以使本发明有效。有机EL介质由多个子层构成，诸如空穴注入子层、设置在空穴注入子层上的空穴传输子层、设置在空穴传输子层上的光发射子层、以及设置在光发射子层上的电子传输子层。具有更少或更多子层的有机电致发光介质165的另选结构也可以用于成功地实践本发明。
在有机电致发光介质165上形成上电极169。尽管被示为单个层，但是上电极169还可以包括多个子层。多种上电极结构在本领域是公知的，并可由本领域技术人员应用于本发明。上电极169的一种结构包括厚度大约为0.5nm并与有机电致发光介质165接触以便于电子注入的锂或氟化锂的子层，随后是厚度大约为100nm至400nm的铝的子层。还可以包括其它特征，诸如在制造OLED装置的技术中通常使用的防潮封装(未示出)或干燥剂(未示出)。下电极161a与上电极169之间通过有机电致发光介质165的电流导致光发射50。
图2B示出沿线U-U’的图1的OLED显示装置的截面图，其中像素20b具有滤色器。滤色器190a被设置在光发射区域下面，并可以在如图所示的粘合层111之前沉积。在另选的实施方式中，滤色器可以被设置在粘合层的顶部。针对RGBW型显示器，白色像素可以被构造为没有滤色器。滤色器可以通过诸如旋涂的方法来形成，并且其厚度大约为1微米至3微米。优选的是，滤色器可以设置在平面化层112的下面，使得平面化层用于使滤色器和小芯片120这两者平面化。优选的是，在安装小芯片之前形成滤色器。由于小芯片相对较厚，所以它们的存在可以影响滤色器的适当的旋涂，因此通过在形成滤色器后压印小芯片来提高装置的性能和产量。此外，在设置小芯片之前可以检查滤色器工艺并丢弃有缺陷的装置，以降低浪费小芯片的机会，由此降低总的生产成本。
图3A示出根据本发明的设置在各个小芯片上的集成电路300的示意图。集成电路300被设置为驱动四个独立的OLED像素元件。集成电路300包括四个选择晶体管(320a、320b、320c和320d)、四个存储电容器(330a、330b、330c和330d)和四个驱动晶体管(340a、340b、340c和340d)。也可以使用具有更多或更少的组件的其它电路来成功地实践本发明。这些组件连接到按照两行设置的多个连接垫，这些连接垫包括设置在第一行中的连接垫351a、351b、353a、353b、354a、355a和356a以及设置在第二行中的连接垫352a、352b、353c、353d、354b、355b和356b。连接垫353a、353b、353c和353d被设置为用于连接到各个像素的有机发光二极管元件的下电极(阳极)。这些连接垫分别电连接到驱动晶体管340a、340b、340c和340d。连接垫356a和356b被设置为用于连接到外部电源线，连接垫356a和356b通过贯通连接316电连接，并且电连接到全部的驱动晶体管340a、340b、340c和340d。连接垫351a和351b被设置为用于连接到第一外部选择线，连接垫351a和351b通过贯通连接311a电连接，并且电连接到选择晶体管320a和320b的栅极。连接垫352a和352b被设置为用于连接到第二外部选择线，连接垫352a和352b通过贯通连接311b电连接，并且电连接到选择晶体管320c和320d的栅极。连接垫354a和354b被设置为用于连接到第一外部数据线，连接垫354a和354b通过贯通连接314a电连接，并且电连接到选择晶体管320a和320c。连接垫355a和355b被设置为用于连接到第一外部数据线，连接垫355a和355b通过贯通连接314b电连接，并且电连接到选择晶体管320b和320d。
为了外部选择线对显示器的像素的行进行寻址以及外部数据线对显示器的列进行寻址，这些线必须按照正交模式设置。希望这些外部线由单个金属层形成以避免附加的制造步骤。这通过经由小芯片上的贯通连接对数据信号或者选择信号进行路由来实现。在所示的情况中，选择信号、数据信号和电力信号全部设置有贯通连接。外部选择线是不连续的，并需要贯通连接来完成连接。但是外部数据线和电力线是连续的。在这种情况下，针对两个数据信号和电力信号中的每一个提供具有贯通连接的两个连接垫具有备份(redundancy)的优点。也就是说，如果连接垫与外部数据线或外部电力线之间的多个连接中的一个未完全形成或者不完整，则该装置将继续起作用。
在本发明的另选实施方式中，可以仅针对选择信号而不针对数据信号来设置贯通连接，或者可以仅针对数据信号而不针对选择信号来设置贯通连接。还可以可选地去除针对电力信号的贯通连接。除了去除贯通连接以外，还可以去除与各个被去除的贯通连接相关联的两个连接垫中的一个。图3B中示出一个这种另选的实施方式。该另选实施方式具有减小了电路和连接垫所需要的小芯片的表面面积的优点。但是，该另选实施方式失去了针对数据信号和电力信号的备份连接的优点。
图1至图3B示出小芯片驱动四个像素的优选实施方式，其中该四个像素包括发出红色、绿色、蓝色和白色光的像素。在另选的实施方式中，小芯片可以驱动不同数量的像素，例如8个、12个或16个。例如，可以构造控制16个像素的小芯片，这16个像素包括4个红色、4个绿色、4个蓝色和4个白色子像素。优选的是，小芯片驱动相等数量的各种不同颜色的子像素，诸如N个红色子像素、M个绿色子像素、P个蓝色子像素和Q个白色子像素，其中N＝M＝P＝Q，使得N为等于或大于2的整数。该结构提供了优点，因为各种不同颜色的像素由于不同的颜色效率会需要不同的驱动电流，所以可以针对各种不同的颜色来单独对晶体管设计(诸如沟道宽度与沟道长度的沟道比)进行优化。因而在各个小芯片驱动相等数量的各种颜色的像素的显示器设计中存在可以相同地制造所有小芯片的优点。这种结构还便于在显示区域内对称地设置小芯片。
图4是描述根据本发明的用于制造OLED显示器的工艺步骤的框图。通过形成集成电路，工艺500开始于步骤510。这些集成电路被设置为用于驱动OLED显示器的一个或更多个像素的结构。集成电路优选利用常规的公知的集成电路制造技术由绝缘体上硅型(SOI)基板形成。优选的是，SOI基板包括在绝缘体层上形成的晶体硅层(例如，二氧化硅)，绝缘体层形成在大块晶体硅晶片上。二氧化硅层通常被称为“掩埋氧化物”或“BOx”。本领域中存在生产SOI晶片的各种公知的方法。这些方法中的一些包括将具有二氧化硅层的第一硅晶片结合到第二硅晶片，随后分离(cleave)第二硅晶片或使第二硅晶片变薄，使得晶体硅薄膜保留在二氧化硅层上。这些SOI晶片可通过商业手段从各个供应商获得。并且，用于实践本发明的在SOI基板上形成的集成电路还可以从被称为芯片制造厂(foundry)的各个商业供应商处购买。出于本发明的目的，下文将用于形成针对小芯片的集成电路的该基板称为“集成电路基板”。
在步骤520中，形成释放蚀刻(release etch)以部分地将小芯片与集成电路基板分离。该步骤还被示出在部分地附接至图5所示的集成电路基板的小芯片的布局图中以及图6A和图6B的截面图中。图6A是沿线Y-Y’的根据图5的截面图，并且图6B是沿线Z-Z’的根据图5的截面图。小芯片120由绝缘体上硅型的集成电路基板形成。绝缘体上硅基板由半导体层605组成，半导体层605优选地厚度小于10微米并且更优选地厚度在0.05微米至5微米之间，半导体层605通过厚度在0.1微米至3.0微米之间的掩埋氧化物与大块集成电路基板601分离。在小芯片的区域中，该半导体层包含半导体部分，该半导体部分包括用于形成晶体管的源区和漏区的掺杂区域和阱。在该半导体层上形成电路层670，该电路层670包含小芯片导体子层，诸如用于形成栅极的小芯片导体子层和用于形成晶体管之间的电连接的一个或更多个小芯片导体子层。电路层670包括连接垫，诸如在多个小芯片导体子层中的一个中形成的连接垫353b、353d、354a和354b。
电路层670和半导体层605还被示出在图7所示的小芯片120的截面图中。电路层670还包括多个绝缘体子层(例如，栅绝缘体子层124和层间绝缘体子层123、122和121)。这些绝缘体子层可由诸如二氧化硅或其它公知的绝缘体材料的材料构成。该小芯片还包括多个小芯片导体层。第一小芯片导体层被设置为形成栅极(例如，栅极127)。半导体层中605中的掺杂区域(例如，掺杂区域606d)形成晶体管的与栅极相对应的源和漏。设置第二小芯片导体层用于形成晶体管之间的连接(例如，贯通连接314a)。连接垫(例如，连接垫351a和352a)优选地形成在第三小芯片导体层中。该优选的结构允许第二小芯片导体层中的高效的布线布局，同时允许第三小芯片导体层中连接垫的密集封装。但是，在另选的实施方式中，也可以采用更少或更多的小芯片导体层。电路层670的厚度取决于小芯片导体子层的数量，并且优选地在1微米至15微米之间。小芯片的总厚度(H)则是半导体层605与电路层670的厚度的组合，并且优选地小于20微米。
返回到图6A和图6B，沟槽(例如，沟槽640)形成在各个小芯片(例如，小芯片120)的周围。这些沟槽被蚀刻为穿过半导体层605，露出掩埋氧化物层。锚定区域(例如，锚定区域620)设置在小芯片之间。如美国专利申请序号No.11/421,654所述，小芯片通过小的微桥(例如，微桥610)附接到锚定区域。如美国专利申请公开No.2008/0108171所述，在形成沟槽前，诸如光致抗蚀剂的材料的保护层(未示出)或氮化硅层形成在集成电路上。接着使用诸如氢氟酸(HF)的蚀刻剂来执行释放蚀刻，以去除掩埋氧化物层的设置在小芯片和微桥下面的部分，留下锚定区域下的掩埋氧化物部分630。接着可以去除保护层，露出小芯片连接垫。小芯片120具有宽度(W)和长度(L)。锚定区域620具有优选地大于W的宽度(I)，以使得能够从小芯片下面完全去除掩埋氧化物，同时不完全蚀刻锚定区域下面的掩埋氧化物，留下掩埋氧化物部分630。
返回到图4，在步骤530中，将粘合层111施加于显示器基板100。该粘合剂可以是BCB或如上所述的其它通常的光致抗蚀剂。
如美国专利申请序号No.11/145,574所述，在步骤540中利用印模来拾取小芯片。该印模优选地由诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)的适合材料构成，并具有形成为柱的下表面。图8中示出示例印模800。印模800包含各种凸起的柱(例如，柱810)。柱的间隔预定为集成电路基板上的小芯片的间隔以及显示器基板上的像素间隔的几何倍数(整数或整数比)。例如，图9中示出使印模与集成电路基板的小芯片对齐，其中柱在x方向上对应于每隔1个小芯片(例如，小芯片120)并在y方向上对应于每隔3个小芯片。在一次压印操作中，印模垫上的柱可以拾取多个小芯片中的一部分。接着可以使用多次压印操作来利用小芯片组装(populate)整个显示器。这样具有以下优点：由于集成电路基板区域的高利用效率的区域，集成电路基板区域可以比显示器的区域小得多。在拾取操作中，对准印模，使得柱810位于小芯片120上方。接着小芯片快速与绝缘体上硅基板分离。如美国专利申请序号No.11/423,192所述，印模与小芯片之间的粘合力的动力控制实现支撑微桥610的受控的破裂。印模与小芯片之间的范德华力(van de Waals force)使小芯片在微桥断裂后保持与印模的接触。该拾取小芯片的方法使得小芯片的面积能够很小。例如，可以利用该方法方便地拾取长度或宽度尺寸为50微米或更小的小芯片。难以利用真空吸取装置来实现这些尺寸，因为真空吸取开口必须比小芯片尺寸小。该技术还允许这种小芯片的大型阵列的同时转移，同时保持小芯片之间的良好尺寸间隔和对齐。
在步骤550中，具有小芯片的印模与显示器基板100上的目标位置对齐并下降，使得小芯片120与粘合层111接触。与粘合剂的结合比范德华力强，因而小芯片保持在显示器基板上。接着收回印模，留下小芯片粘合到显示器基板。接着可以使粘合剂固化。可选地，还可以从不在小芯片下面的区域中去除粘合剂。在该阶段，小芯片被有效地安装到显示器基板。
在步骤560中，将平面化层112施加于基板，覆盖小芯片。BCB层优选地厚度大于小芯片，这有利于减少显示器基板上的整体表面状况(表面高度的变化)。平面化层被构图以开口出通孔(例如，如上所述，小芯片上方的通孔143a)。在优选的实施方式中，平面化材料本身是光致抗蚀剂材料(例如，感光BCB)，该平面化材料还可以用作使得能够蚀刻小芯片120上的绝缘子层121以露出金属连接垫(例如，小芯片中的连接垫353)的掩模。在此阶段，小芯片被有效地嵌入在显示装置中。
在步骤570中，导体层被沉积在平面化层的顶部上，并且随后金属层被构图以形成布线。可以使用标准的光刻方法和蚀刻来对布线进行构图。另选地，可以利用诸如银纳米颗粒的喷墨沉积的方法来按照根据图案的方式沉积金属层。
在底部发射OLED显示器的情况下，需要透明的下电极161a。形成这种经构图的电极的一种方法是沉积光致抗蚀剂的另一绝缘体层113并开口出针对到基础金属层的连接而暴露的通孔(例如，153a)。例如通过利用通常的透明导电氧化物(例如，ITO或IZO)进行溅射来沉积透明的下电极161a。使用标准的蚀刻方法来对透明的下电极161a进行构图。存在另选的透明电极材料，包括诸如PDOT/PSS共聚物的导电聚合物材料。在顶部发射显示器的另选的实施方式中，经构图的导体层可以用于形成反射下电极，消除了对独立的导体层与层间绝缘体层113的需要。
各个像素的发射区域由绝缘体层114中的开口163a限定，该绝缘体层114可以由感光材料形成。
在步骤580中，形成材料的电致发光介质层165。在优选的实施方式中，这些是小分子材料并且通常的叠层包含用于空穴注入、空穴传输、再结合与光发射、电子传输以及电子注入的多个层。还可以与连接层一起使用多个叠层。形成有机电致发光介质层的优选方法是从坩埚或线蒸发源(linear evaporation source)蒸发。另选地，这些材料可以是聚合物并通过本领域公知的方法(例如，旋涂或喷墨涂敷)来沉积。
在步骤590中，形成上电极169。在优选的实施方式中，该电极不在像素区域中被构图，但是为连续的，并且电气上对于全部像素是公共的。可以通过蒸发或溅射来沉积上电极。针对底部发射结构，优选的材料包括铝、在锂或氟化锂上的铝的叠层或者镁银合金。在另选的顶部发射实施方式中，可以使用诸如类似ITO的透明导电氧化物的材料或诸如小于25nm的铝或银的薄金属来将上电极制造为透明的。小芯片中的电路用于调节经由下电极161a与上电极169之间的OLED叠层垂直流动的电流，按照希望的强度产生光发射50。
图5示出母晶片上的小芯片120在步骤540中的拾取之前的平面图。在步骤520中进行蚀刻以释放小芯片以后，小芯片通过微桥610保持附接。多行小芯片由锚定区域620分离，锚定区域620保持附接到蚀刻层下面的基板。小芯片的通过图5中的Y-Y’的截面图示出在图6A中，并且小芯片的通过Z-Z’的截面图示出在图6B中。掩埋氧化物部分630从小芯片120下面完全被去除，但部分地保留在锚定区域下面。在完成蚀刻后，微桥620机械地支撑小芯片。
如前面所述并在图5中进一步示出的，各个小芯片具有按照两行设置的连接垫，包括设置在第一行中的连接垫351a、351b、353a、353b、354a、355a和356a以及设置在第二行中的连接垫352a、352b、353c、353d、354b、355b和356b。这些行与长度(L)方向平行地设置。希望使宽度(W)小，以便于释放蚀刻。因此优选的是，小芯片被构造为具有一行或两行通孔。可以利用当前可用的半导体构图技术来制造小芯片内的晶体管和布线电路。例如，半导体制造设备可以处理0.5微米、0.35微米、0.1微米、0.09微米、0.065微米或更小的特征尺寸。但是垫的尺寸由显示器基板上形成的金属化层的对齐和特征尺寸来确定并且相对较大。例如，对齐精度为+/-5微米、尺寸为5微米的线、间隔和通孔将与一边(S)为15微米并且间距(pitch)(P)间隔为20微米的小芯片连接垫兼容。因此，在本发明的本实施方式中，小芯片的总体尺寸由连接垫的尺寸和布置来决定。希望使小芯片的尺寸小，以使得可以同时在同一集成电路基板上制造许多小芯片。
图1中示出在显示器基板上制造的到小芯片的连接。希望使由小芯片和布线覆盖的显示器基板的表面区域小，以使得像素的发射可用的表面区域大。为了便于到小芯片的连接同时将布线的表面区域保持为较小，小芯片上的连接垫的布置是特别选择的。例如，与选择线段(137a、137b、138a和138b)关联的连接垫被设置在连接垫的各行的端部(头部和尾部)。这避免了使选择线段弯曲的需要，从而选择线段可以制造得较小。
在与选择线段的方向垂直的方向上对数据线135和136进行线路安排。在图1所示的优选布置中，数据线按照连续的方式越过小芯片120。同样，希望设置小芯片120，使得较短的宽度(W)尺寸与数据线的方向平行地对齐。因此，较长的长度(L)方向优选地与选择线平行地对齐。还优选地在与选择线段的方向垂直并与小芯片120的较短的宽度(W)尺寸平行的方向上按照连续方式对电力线131进行线路安排。这些布局布置导致信号线下面的小芯片的较大部分的区域成为连接垫的区域，并减少了由信号线覆盖的被浪费的非连接垫区域，使得小芯片可以制造得较小，并且由小芯片覆盖的显示器基板的表面区域也可以制造得较小。还优选的是，电力线被设置为如图所示地在小芯片上居中，以简化在电力线的各侧上的到像素的布线。
图10中示出用于防止静电损害的另选的实施方式的像素驱动电路。多个像素驱动电路可以被包含在小芯片上，以驱动多个像素。像素驱动电路包括驱动晶体管340a、选择晶体管320a、存储电容器330a和用于静电放电(ESD)保护的二极管321。在所示的结构中，所有晶体管都是p-mos，并且仅需要单个电力连接垫356a。如果使用CMOS晶体管，则需要另一电力连接，这将在面板中增加额外的布线。电力连接垫356a连接到与晶体管320a和330a对应的半导体块的掺杂阱区，并且还通过连接322连接到小芯片的半导体块。ESD二极管321连接到连接垫351a和电力连接垫356a。在小芯片的印刷期间、在显示器的制造期间以及在操作期间，ESD二极管321针对制造小芯片时的瞬时电压为选择晶体管320a的栅极提供保护。
部件列表
20a白色像素
20b具有滤色器的像素
20c像素
20d像素
50光发射
100显示器基板
111粘合层
112平面化层
113绝缘体层
114绝缘体层
120小芯片
121绝缘体子层
122绝缘体子层
123绝缘体子层
124绝缘体子层
127栅极
131电力线
133a导体
135数据线
136数据线
137a选择线段
137b选择线段
138a选择线段
138b选择线段
143a通孔
153a连接垫
161a下电极
163a开口
165有机电致发光介质
169上电极
190a滤色器
300集成电路
311a贯通连接
311b贯通连接
314a贯通连接
314b贯通连接
316贯通连接部
320a选择晶体管
320b选择晶体管
320c选择晶体管
320d选择晶体管
321ESD保护二极管
322到阱和小芯片基板的连接
330a存储电容器
330b存储电容器
330c存储电容器
330d存储电容器
340a驱动晶体管
340b驱动晶体管
340c驱动晶体管
340d驱动晶体管
351a连接垫
351b连接垫
352a连接垫
352b连接垫
353a连接垫
353b连接垫
353c连接垫
353d连接垫
354a连接垫
354b连接垫
355a连接垫
355b连接垫
356a连接垫
356b连接垫
500工艺
510步骤
520步骤
530步骤
540步骤
550步骤
560步骤
570步骤
580步骤
590步骤
601集成电路基板块
605半导体层
606d掺杂区
610微桥
620锚定区域
630掩埋氧化物部分
640沟槽
670电路层
800印模
810柱

Claims (16)

1.一种制造电致发光装置的方法，该电致发光装置具有按照显示器基板上设置的行和列来布置的多个电流驱动像素，使得当向像素提供电流时该像素发光，所述电致发光装置包括：
（a）各个像素，其具有第一电极和第二电极以及设置在该第一电极与第二电极之间的电流响应电致发光介质；
（b）至少一个小芯片，其具有小于20微米的厚度，并包括用于控制至少四个像素的操作的晶体管驱动电路，该小芯片安装在所述显示器基板上并具有多个连接垫；
（c）平面化层，其被设置在所述小芯片的至少一部分上；
（d）第一导电层，其被设置在所述平面化层上，并连接到所述小芯片的所述多个连接垫中的至少一个；以及
（e）用于通过所述第一导电层和所述小芯片的所述多个连接垫中的至少一个来提供电信号以使得所述小芯片的所述晶体管驱动电路控制流至所述四个像素的电流的装置，
其中，所述方法包括以下步骤：
从集成电路基板开始形成作为集成电路的所述小芯片；
执行释放蚀刻，以部分地将所述小芯片与所述集成电路基板分离；
将粘合层施加于所述显示器基板；
利用印模拾取所述小芯片；
将所述小芯片压印到所述粘合层；
针对各所述小芯片，形成所述平面化层；
针对各所述小芯片，形成所述第一导电层和所述第一电极；
针对各所述小芯片，形成所述电流响应电致发光介质；以及
针对各所述小芯片，形成所述第二电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极形成在与所述第一导电层不同的第二导电层中。
3.根据权利要求2所述的方法，该电致发光装置还包括绝缘体层，该绝缘体层被设置在所述第一电极的至少一部分与所述第一导电层之间。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一电极通过所述第一导电层连接到所述小芯片。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一电极形成在所述第一导电层中。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合层与所述平面化层具有相同的折射率。
7.根据权利要求1所述的方法，该电致发光装置还包括电源线、一个或更多个数据信号线以及一个或更多个选择线，这些线形成在所述第一导电层中，并连接到所述小芯片上的对应的连接垫。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述小芯片还包括电贯通连接，并且其中，所述选择线或数据信号线是不连续的，并连接到所述小芯片中的所述电贯通连接。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小芯片具有宽度和比所述宽度大的长度，并且所述小芯片的所述多个连接垫沿所述长度的方向被布置在第一行和第二行中。
10.根据权利要求9所述的方法，该电致发光装置还包括信号线，该信号线是不连续的，并连接到所述小芯片的各行连接垫中的第一连接垫和最后连接垫。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述小芯片控制的所述至少四个像素各自具有不同的颜色。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，由所述小芯片控制的所述至少四个像素是红色、绿色、蓝色和白色的。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，各个小芯片的所述晶体管驱动电路包括：第一驱动晶体管，其具有用于控制第一像素的第一沟道比；以及第二驱动晶体管，其具有用于控制第二像素的第二沟道比，其中所述第一像素具有与所述第二像素不同的颜色，并且所述第一沟道比与所述第二沟道比不同。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小芯片控制第一颜色的多个像素N和与所述第一颜色不同的第二颜色的多个像素M，其中N与M相同并且为等于或大于2的整数。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述小芯片具有宽度和比所述宽度大的长度，并包括与所述小芯片的所述宽度平行布置的电力线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述电力线被设置在所述小芯片的中心。
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