专利名称：具有小芯片的发光装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用独立控制元件的发光显示装置，这些独立控制元件具有分布在该发光显示装置的基板上的多个独立的基板，更具体地说，本发明涉及由小芯片(chiplet) 控制的发光装置。
背景技术：
平板显示装置被广泛地与计算装置相结合用于便携式装置，并且用于诸如电视机的娱乐装置。这些显示器通常采用分布在基板上的多个像素来显示图像。各个像素包含多个不同颜色的通常被称为子像素的发光元件，这些发光元件通常发出红光、绿光和蓝光，以表示各个图像元素。已知各种平板显示技术，例如，等离子体显示器、液晶显示器和发光二极管显示器。包含形成发光元件的发光材料的薄膜的发光二极管(LED)在平板显示装置中具有许多优点，并且在光学系统中是有用的。2002年5月7日授权给Tang等人的美国专利No. 6，384，5 示出了包括有机LED发光元件的阵列的有机LED (OLED)彩色显示器。 另选地，可以采用无机材料，并且这些无机材料可以包括多晶半导体基体中的磷光晶体 (phosphorescent crystal)或量子点。还可以采用有机材料或无机材料的其它薄膜来控制对发光薄膜材料的电荷注入、电荷传输或电荷阻断(blocking)，并且这些有机材料或无机材料的其它薄膜在本领域中是已知的。这些材料被设置在电极之间的基板上并具有封装覆盖层或板。当电流通过发光材料时，从子像素发出光。所发出的光的频率取决于所使用的材料的性质。在这种显示器中，光可以穿过基板(底部发射器)或穿过封装覆盖物(顶部发射器)或者这两者被发出。LED装置可以包括经构图的发光层，其中，不同的材料被用在该图案中，从而当电流通过这些材料时发出不同颜色的光。另选地，可以采用单个发射层(例如，白光发射器)与滤色器一起用于形成全彩色显示器，如Cok的名为“STACKED OLED DISPLAY HAVING IMPROVED EFFICIENCY”的美国专利No. 6，987，355中所教导的。采用不包括滤色器的白色子像素也是公知的，例如，如Cok等人的名为“COLOR OLED DISPLAY WITH IMPROVED POWER EFFICIENCY”的美国专利No. 6，919，681中所教导的。已经提出了采用未经构图的白色发射器以及四色像素(该四色像素包括红色、绿色和蓝色滤色器和子像素以及未经滤色的白色子像素)的设计，从而提高该装置的效率(参见例如2007年6月12日授权给Miller等人的美国专利No. 7，230，594)。通常已经知道用于控制平板显示装置中的像素的两种不同的方法有源矩阵控制和无源矩阵控制。在有源矩阵装置中，控制元件分布在平板基板上。通常，每一个子像素由一个控制元件来控制，并且每一个控制元件包括至少一个晶体管。例如，在简单的现有技术中的有源矩阵有机发光(OLED)显示器中，每一个控制元件包括两个晶体管(选择晶体管和电力晶体管)以及用于存储指定子像素的亮度的电荷的一个电容器。各个发光元件通常采用独立的控制电极和公共电极。
一种形成有源矩阵控制元件的常见的、现有技术的方法通常将诸如硅的半导体材料的薄膜沉积在玻璃基板上，然后通过光刻工艺将这些半导体材料形成为晶体管和电容器。该薄膜硅可以是非晶硅或多晶硅。与在晶体硅晶片中制成的传统的晶体管相比，由非晶硅或多晶硅制成的薄膜晶体管(TFT)相对较大且具有较低的性能。此外，这些薄膜器件通常在整个玻璃基板上展现出的局部的或大面积的不均勻性，从而导致采用这些材料的显示器的电气性能和视觉外观方面的不均勻性。Matsumura等人在美国专利申请No. 2006/0055864中描述了用于驱动LCD显示器的晶体硅基板。该申请描述了一种用于将由第一半导体基板制成的像素控制装置选择性地转移和固定在第二平面显示基板上的方法。示出了像素控制装置中的布线互连以及从总线 (buss)和控制电极到该像素控制装置的连接。因此，存在针对使用并包含小芯片的经改进的发光装置的需要。
发明内容
根据本发明，一种发光装置包括a)具有基板表面的基板；b)粘接(adhere)到所述基板表面的小芯片，该小芯片具有一个或更多个连接垫；c)形成在所述基板表面上的底部电极，形成在该底部电极上的一个或更多个有机发光层或无机发光层，以及形成在所述一个或更多个有机发光层或无机发光层上的顶部电极；d)电导体，该电导体包括形成在所述小芯片的仅一部分和所述基板表面的仅一部分上的过渡层，该过渡层暴露出至少一个连接垫，所述电导体被形成为与所述底部电极和所暴露的连接垫电接触；以及e)与所述小芯片间隔开的LED，该LED包括形成在所述底部电极上的发光材料层以及形成在所述发光层上的顶部电极。有益效果本发明提供了用于控制使用小芯片的发光二极管装置的经简化的结构。
图1是根据本发明的实施方式的装置的局部截面图；图2是根据本发明的另选实施方式的装置的局部截面图；图3是根据本发明的另一个实施方式的具有滤色器的装置的局部截面图；图4是根据本发明的另一个实施方式的具有盖的装置的局部截面图；以及图5是例示形成根据本发明的实施方式的装置的流程图。
具体实施例方式参照图1，在本发明的一个实施方式中，发光装置包括具有基板表面11的基板 10 ；粘接到基板表面11的小芯片20，该小芯片20具有形成在该小芯片20上的一个或更多个连接垫对。过渡层30位于小芯片20的仅一部分和基板表面11的仅一部分上，并暴露出至少一个连接垫24。底部电极12被形成在基板表面11上，一个或更多个有机发光层或无机发光层14被形成在该底部电极12上，并且顶部电极16被形成在一个或更多个有机发光层或无机发光层14上。电导体40形成与底部电极12和所暴露出的连接垫M的电接触。 所述一个或更多个有机发光层或无机发光层14和顶部电极16可以不止形成在该底部电极 12上。一般地说，所述一个或更多个有机发光层或无机发光层14和顶部电极16可以未经构图，虽然底部电极12被构图以形成针对发光元件的有源矩阵控制。小芯片20提供用于控制底部电极12的电路并能够用于代替包含例如多晶硅或非晶硅的传统的薄膜晶体管。Winters 等人在名为 “OLED DEVICE WITH EMBEDDED CHIP DRIVING” 的共同受让、 共同待决的美国专利申请No. 12/191，478 (通过引用将其全部内容并入本文)中描述了与大玻璃基板相结合使用多个小的晶体硅片(“小芯片”)，从而在显示装置中提供有源矩阵控制。这些小芯片包含诸如晶体管的驱动元件并首先被形成在半导体晶片上。这些小的小芯片器件然后被从硅晶片基板上释放并被安装在玻璃显示基板上。采用一系列的平坦化层来粘接并掩埋这些小芯片。本发明采用过渡层来降低成本并提高采用了小芯片的电光显示器的光学性能。本发明可用于顶部发射器构造和底部发射器构造这两者。在底部发射器构造中， 底部电极12是透明的(例如，由ITO构成)，并且顶部电极16是反射性的(例如，由诸如铝，银，镁的金属或金属合金构成)。在底部发射器构造中，基板10也必须是透明的，但在顶部发射器构造中没有这种限制。在顶部发射器构造中，底部电极12可以是反射性的，而顶部电极16必须是透明的。图1例示了本发明的可以是顶部发射或者底部发射的实施方式。 图3例示了一种底部发射器结构。图2和图4是顶部发射器结构。粘合剂层36可被形成在基板10的至少一部分上，并且可被用来将小芯片20粘接到基板10上。该粘合剂层36可仅被形成在小芯片20与基板10之间(如图1所示)或者该粘合剂层36可以在整个基板10上延伸并形成基板表面11 (未示出)。一个或更多个总线18可被形成在基板10上并可被用来向小芯片20上的连接垫M传导电力信号、接地信号或控制信号。总线绝缘层32可以将总线18与发光层14绝缘。如图1所示，总线18A能够穿过形成在总线绝缘层32中的通孔(via) 19来电连接到顶部电极16。小芯片绝缘层34 同样可以将小芯片20和连接垫M与发光层14或顶部电极16绝缘，并保护小芯片20和连接垫24。无论是在顶部发射器构造还是在底部发射器构造中，可采用可选的滤色器来对发光层14所发射的光进行过滤。参照图3，滤色器50可被形成在基板10的至少一部分与底部电极12之间。滤色器50可被直接形成在基板10的一部分上或被形成在基板10上形成的其它层的一部分上。在顶部发射器的实施方式中，滤色器50可被设置在盖60 (图4)上或直接设置在顶部电极16 (未示出)上。在显示装置中，多个滤色器可以与多个小芯片和多个独立控制的底部电极一起被采用，以使得多个像素元件具有不同颜色的子像素。在发光材料没有在基板上被构图的情况下，这些滤色器特别有用。另选地，不同的发光材料可以与底部电极相对应地在基板上被构图，各种发光材料发出不同颜色的光，以形成多颜色的显不。根据本发明，通常被涂敷在基板10上但没有被涂敷在小芯片20或底部电极12上或小芯片20或底部电极12上方的任何层都可以形成基板表面11。仅在小芯片20与基板表面11之间被构图的任何层(例如，粘合剂层36)可被认为是小芯片20的一部分，以使得即使当存在这种经构图的层时，小芯片20也被粘接到基板表面11。同样地，仅在底部电极 12与基板表面11之间被构图的任何层(例如，滤色器)被认为是底部电极12或基板表面 11的一部分，以使得即使当存在这种经构图的层时，底部电极12也被形成在基板表面11 上。另选地，被涂敷在基板10的一部分上但没有在小芯片20或底部电极12上或在小芯片 20或底部电极12上方延伸、并且包括与过渡层30不同的材料或者按照与过渡层30不同的步骤被沉积的层可被认为形成基板表面11的一部分。按照该另选的理解，如果滤色器50 被用在基板10与底部电极12之间，则该滤色器50的表面可用作基板表面11 (图3)。因此，发光层14、顶部电极16和小芯片绝缘层34不能被认为形成基板表面11，尽管滤色器层 50、总线绝缘层32(只在图2中)或粘合剂层36可以被认为形成基板表面11。虽然图1的设计可用在顶部发射器构造和底部发射器构造这两者中，但这种设计限制了该装置的发光面积。参照图2，底部电极12在一个或更多个总线18和总线绝缘层 32上延伸，从而通过使电流从顶部电极16和底部电极12经过发光层14并形成顶部发射器结构来增加可以发射光的面积。因为过渡层30所覆盖的基板面积被最小化并且总线绝缘层32被限制为仅在需要该总线绝缘层32的基板面积上，所以本发明的各个实施方式具有需要最少的材料的优点。 同样，小芯片绝缘材料34以及小芯片粘合剂层36被最小化。目前存在大规模制造的基础设施来制造和销售用于LCD行业的“滤色器玻璃”。这些产品包括由经构图的透明导体(通常是ΙΤ0)覆盖的玻璃上的经构图的滤色器。利用作为基板的该滤色器玻璃和用于发光装置的下电极来开始本发明的低成本的实施方式。根据如上所述并且如图5所示的本发明的方法，可以通过提供具有基板表面的基板(步骤100)来制造发光装置。提供小芯片(步骤105)并将该小芯片粘接到该基板表面 (步骤110)，该小芯片有一个或更多个连接垫。仅在该小芯片的一部分和该基板表面的一部分上形成过渡层(步骤115)，该过渡层暴露出至少一个连接垫。底部电极被形成在该基板表面上(步骤120)。在一个实施方式中，可以在将这些小芯片粘接到该基板以前形成该底部电极；另选地，可以在将这些小芯片粘接到该基板以后形成该底部电极。将电导体形成为与底部电极和所暴露出的连接垫电连接(步骤12 。将一个或更多个有机发光层或无机发光层形成在该底部电极上(步骤130)以及将顶部电极形成在该一个或更多个有机发光层或无机发光层上(步骤13 。通常，在形成这些发光层(步骤130)以及形成该顶部电极 (步骤135)之前形成该电导体(步骤125)。在本发明的各个实施方式中，该底部电极可以与该电导体一起在共同的步骤中被形成，从而降低制造成本。一个或更多个总线可以被形成在基板上，并且这些总线可以与该底部电极一起在共同的步骤中被形成或者这些总线可以与该电导体一起在共同的步骤中被形成(例如，图1)。总线绝缘层可以被形成在该一个或更多个总线与该底部电极之间。 该总线绝缘层可以与过渡层一起在共同的步骤中被形成(例如，图2和图4)。小芯片绝缘层可被形成在小芯片和连接垫上方并在该顶部电极或该一个或更多个发光层下方。该总线绝缘层可以与该小芯片绝缘层一起在共同的步骤中被形成(例如，图1和图幻。通过在共同的步骤中形成本发明的多个元件，减少了工艺步骤和成本。同样，被形成在小芯片上的连接垫与底部电极之间的电导体可以在该底部电极以前或该底部电极以后或最理想地在与该底部电极相同的步骤中被形成，以减少工艺步骤和成本(例如，图1)。
7
一个或更多个滤色器可被形成在基板与底部电极之间或被形成在顶部电极上方， 例如，被形成在盖上。本发明具有减少所使用的材料的量的优点。这不但降低了该装置的成本，而且如果光将穿过该材料，则本发明还增加了该装置的光输出效率。可以利用本领域已知的喷墨或微喷(micro-dispensing)技术来逐个图案地沉积用于该总线绝缘层、小芯片绝缘层、过渡层或粘合剂层的材料(例如，树脂)。另选地，可以使用本领域已知的光刻方法。可以使用利用掩模的蒸发方法或传统的光刻方法来形成金属层。可以通过对沉积进行构图或激光烧蚀(ablation)来形成通孔。本发明的附加优点在于，喷墨或微喷方法可以用来形成各种绝缘层，以使得所采用的材料不必如同传统的光刻工艺的情况那样是光敏的。因此，这些材料可以不昂贵。此外，如果使用光敏材料，则小芯片20本身可以被用来在曝光时(从上方)掩蔽这些小芯片 20下面的粘合剂材料，从而消除了在将小芯片20粘接到基板10上时针对昂贵的掩模和对准(alignment)过程的需要。类似地，当从下方(穿过基板10)进行曝光时利用小芯片20 掩蔽光可固化树脂可以形成小芯片绝缘层34并对该小芯片绝缘层34进行构图。该装置基板10可以包括玻璃。总线18，顶部电极16或底部电极12或者电导体40 可由经蒸发或溅射的金属(例如，铝或银、或者金属合金)制成。可以利用集成电路行业中已经确立的传统技术来形成小芯片20，并可以利用上文引用的共同待决、共同受让的美国申请No. 12/191，478中所述的方法来将小芯片20设置在基板10上。绝缘层30、32、34可由树脂制成。商业化材料(例如，苯并环丁烯(benzocyclobutene))可被用来有效地粘接小芯片并形成各个绝缘层30、32和34。小芯片与显示基板分开制造，并且接着应用到该显示基板。优选地利用用于制造半导体器件的已知工艺来使用硅或绝缘体上硅(SOI)晶片制造小芯片。然后，各个小芯片在附接到显示基板之前被分开。因此，各个小芯片的晶体基底(base)可以被认为是与装置的基板分开、并且其上面设置有小芯片的电路的基板。具体地说，该独立基板与上面形成有像素的基板10分开，并且用于多小芯片装置的这些独立的小芯片基板的面积合计起来比装置基板10小。小芯片可以具有晶体基板，以提供比例如在薄膜非晶硅或多晶硅器件中所得到的更高性能的有源组件。小芯片可以优选地具有100 μ m或更小的厚度，更优选地为 20 μ m或更小。这有利于在小芯片的一部分上形成过渡层30。由于小芯片20被形成在半导体基板中，所以可以利用现代光刻工具来形成小芯片的电路。利用这些工具，0.5微米或更小的特征尺寸是容易获得的。例如，现代半导体生产线可以实现90nm或45nm的线宽度，并可以用于制造本发明的小芯片。因此，小芯片的用于驱动像素的电路(诸如，各个像素的两个晶体管)可以被制造得很小。但是，小芯片还需要连接垫，用于在组装到显示基板上时电连接到设置在小芯片上的布线层。连接垫必须基于显示基板上使用的光刻工具的特征尺寸(例如，5μπι)以及小芯片对于布线层的对准(例如，+/-5um)来调节尺寸。因此，连接垫可以是例如15um宽，并且连接垫之间的间隔为5 μ m。 这意味着连接垫通常将明显比小芯片中形成的晶体管电路大。连接垫M通常可以形成在小芯片20上的在晶体管上方的金属化层中。期望使小芯片具有尽可能小的表面面积，以实现低的制造成本。因此，通常是连接垫的尺寸和数量而不是晶体管的尺寸和数量限制了小芯片的尺寸。
本发明可用于具有多像素或多小芯片基础结构的装置，本发明也可用于有源矩阵构造，在该有源矩阵构造中，小芯片具有作为有源矩阵元件或作为无源矩阵控制器来控制各个像素的电路。当降低成本和提高性能很重要时，本发明提供了优势。具体地说，本发明可以与有机有源矩阵LED装置或无机有源矩阵LED装置一起实施，并且在信息显示装置中尤其有用。在优选的实施方式中，本发明被用在由小分子或聚合物OLED构成的平板OLED装置中，如1988年9月6日授权给Tang等人的美国专利No. 4，769，292和1991年10月四日授权给Van Slyke等人的美国专利No. 5，061，569中所公开的，但并不限于此。可以采用无机装置，该无机装置例如采用形成在多晶半导体基体中的量子点(例如，如在Kahen的美国公开No. 2007/0057263中所教导的)并采用有机电荷控制层或无机电荷控制层，或者可以采用混合的有机/无机装置。有机发光显示器或无机发光显示器的许多组合和变型可以用来制造这种装置，该装置包括具有顶部发射器构造或底部发射器构造的有源矩阵显示器。尽管已经具体参照特定的优选实施方式详细描述了本发明，但是应当理解，在本发明的精神和范围内可以实现多种变型和修改。部件列表
10装置基板
11基板表面
12底部电极
14发光层
16顶部电极
18，18A总线
19通孔
20小芯片
24连接垫
30过渡层
32总线绝缘层
34小芯片绝缘层
36粘合剂层
40电导体
50滤色器
60至 ΓΤΠ
100提供基板的步骤
105提供小芯片的步骤
110粘接小芯片的步骤
115形成过渡层的步骤
120形成底部电极的步骤
125形成导体的步骤
130形成发射层的步骤
135形成顶部电极的步骤
权利要求
1.一种发光装置，该发光装置包括a)具有基板表面的基板；b)粘接到所述基板表面的小芯片，该小芯片具有一个或更多个连接垫；c)形成在所述基板表面上的底部电极，形成在该底部电极上的一个或更多个有机发光层或无机发光层，以及形成在所述一个或更多个有机发光层或无机发光层上的顶部电极；d)电导体，该电导体包括形成在所述小芯片的仅一部分和所述基板表面的仅一部分上的过渡层，该过渡层暴露出至少一个连接垫，所述电导体被形成为与所述底部电极和所暴露出的连接垫电接触；以及e)与所述小芯片间隔开的LED，该LED包括形成在所述底部电极上的发光材料层以及形成在所述发光层上的顶部电极。
2.根据权利要求1所述的发光装置，该发光装置还包括形成在所述基板的至少一部分上的粘合剂层。
3.根据权利要求1所述的发光装置，该发光装置还包括形成在所述上的一个或更多个总线。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其中，所述一个或更多个总线与所述底部电极一起被形成，或者其中，所述一个或更多个总线与所述电导体一起被形成。
5.根据权利要求3所述的发光装置，其中，所述底部电极在所述一个或更多个总线上延伸，并且所述发光装置还包括形成在所述一个或更多个总线与所述底部电极之间的总线绝缘层。
6.根据权利要求5所述的发光装置，其中，所述总线绝缘层与所述过渡层一起被形成。
7.根据权利要求5所述的发光装置，该发光装置还包括小芯片绝缘层，该小芯片绝缘层被设置在所述小芯片和所述一个或更多个连接垫上方并且在所述一个或更多个有机发光层或无机发光层下方或在所述顶部电极下方，其中，所述总线绝缘层与所述小芯片绝缘层一起被形成。
8.根据权利要求3所述的发光装置，其中，所述一个或更多个总线被连接到连接垫，所述一个或更多个总线被连接到所述顶部电极，或者所述顶部电极被连接到连接垫。
9.根据权利要求1所述的发光装置，该发光装置还包括小芯片绝缘层，该小芯片绝缘层被形成在所述小芯片和所述一个或更多个连接垫上方并且在所述一个或更多个有机发光层或无机发光层下方或在所述顶部电极下方。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述一个或更多个有机发光层或无机发光层和所述顶部电极没有与所述底部电极相对应地被构图。
11.根据权利要求10所述的发光装置，该发光装置还包括滤色器，该滤色器位于所述底部电极与所述基板之间或位于所述顶部电极上方。
12.根据权利要求11所述的发光装置，其中，所述滤色器形成所述基板表面的一部分。
13.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述一个或更多个有机发光层或无机发光层与所述底部电极相对应地被构图。
14.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述底部电极与所述电导体一起被形成。
15.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述底部电极、所述发光层和所述顶部电极形成有机发光二极管或无机发光二极管。
16.根据权利要求1所述的发光装置，该发光装置还包括粘接到所述基板的多个小芯片以及限定多个发光元件的多个底部电极。
17.根据权利要求1所述的发光装置，其中，该发光装置是显示器。
全文摘要
一种发光装置包括具有基板表面的基板；粘接到所述基板表面的小芯片，该小芯片具有一个或更多个连接垫；形成在所述基板表面上的底部电极，形成在该底部电极上的一个或更多个有机发光层或无机发光层，以及形成在所述一个或更多个有机发光层或无机发光层上的顶部电极；电导体，该电导体包括形成在所述小芯片的仅一部分和所述基板表面的仅一部分上的过渡层，该过渡层暴露出至少一个连接垫，所述电导体被形成为与所述底部电极和所暴露出的连接垫电接触；以及与所述小芯片间隔开的LED，该LED包括形成在所述底部电极上的发光材料层以及形成在所述发光层上的顶部电极。
文档编号H01L27/32GK102282696SQ200980145942
公开日2011年12月14日 申请日期2009年11月16日 优先权日2008年11月17日
发明者约翰·W·哈默, 罗纳德·史蒂文·科克 申请人:全球Oled科技有限责任公司