专利名称：硅基顶发射有机发光微显示器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种硅基顶发射有机发光微显示器及制备方法，特点在于硅基有机发光显示器的硅芯片结构及阳极结构。
背景技术：
在众多OLED显示器产品中，微型显示器近年来开始发展，可应用于头戴式视频播放器、头戴式家庭影院、头戴式虚拟现实模拟器、头戴式游戏机、飞行员头盔系统、单兵作战系统、红外夜视仪、头戴医用诊断系统等。OLED微显示器的性能优于目前常见的硅基液晶(LCoS)微显示器，其主要优势为响应速度极快(〈lus)，低温特性优秀(工作温度范围一40°C + 85°C )，功耗低，机械性能好，抗震性强，适用于军用或高端应用场合。现有的OLED显示器大多以多晶硅或非晶硅玻璃为基板，在其上制作薄膜晶体管 完成驱动电路。薄膜晶体管的生产工艺较为成熟，但是其特征尺寸相对较大，通常为几至几十微米，而微型显示器像素间距仅十微米左右，要求驱动晶体管的尺寸为微米以下，现有的薄膜晶体管工艺难以满足微型显示器的需求。目前，CMOS工艺已经相当成熟，MOS晶体管电路性能稳定可靠，且驱动晶体管与发光器件可以设计为立体结构，以减小显示器体积，增加发光开口率，因此，人们开始利用CMOS工艺来开发OLED微型显示器形成硅基有机发光微显示器。中国专利101447509和中国专利101459226公开了一种顶部发光有机显示器的生产方法及其阳极结构，但是该方法需要从CMOS代工厂中取出晶圆片后对有机发光的阳极材料进行二次加工，一方面在不同工艺间切换容易引入污染，另一方面需要建设新的专用生产线，投资过亿。中国专利101393891A公开了一种硅基有机发光显示器表面银电极的制备方法，中国专利101697369和中国专利100496175C分别公开了两种硅基有机发光微显示器件隔离柱的制备方法，但是这些方法也同样存在二次加工引入的污染问题，批量生产有一定困难，且投资成本高，并且这些专利只涉及了像素阳极表面加工工艺，没有指出整个硅基微显示器的结构和制作流程。
发明内容
针对二次加工的不足，本发明的目的在于提供一种硅基顶发射有机发光微显示器及其制备方法，有机发光微显示器的驱动电路和阳极图形都在成熟的CMOS工艺中完成，不需要引入新的阳极图形加工设备。在CMOS工艺中，TiN经常被用来作为防止导电金属扩散的阻挡材料，在TiN之下还会制作一层金属Ti用于增加与导电金属的表面粘附力，导电金属被制作于两层Ti+TiN之中，形成Ti/TiN/Metal/Ti/TiN夹心层。常用的导电金属为铝和钨，铝常用于电路连线，钨常用于连接两层连线层的通孔。本发明中，驱动电路的顶层金属为Ti/TiN/Al//Ti/TiN夹心层，该层一方面作为有机发光的阳极，另一方面作为有机发光的反射层，在其上制作有机发光层，形成顶部发光的娃基有机微显不器。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下
一种硅基顶发射有机发光微显示器，其结构如图I所示，包括
(1)ー个单晶硅基底101和一个驱动电路层102 ；
(2)—个顶部通孔层105，用于生成通孔；
(3)呈阵列排布的有机发光像素阳极103，像素阳极103为垂直五层介质结构； (4)一个或多个有机发光共阴电极104 ；
(5)位于像素阳极103之下的通孔201和位于共阴电极104之下通孔阵列202；
(6)键合区203，用于向所述硅基有机发光微显示器外部引出电源和数据信号；
(7)—个有机层106，至少包含ー个空穴传输层310、一个多层有机发光层311和ー个电子传输层312 ;
(8)—个透明阴极层107；
(9)一个多层薄膜封装层108;
(10)ー个色彩过滤层109 ；
(11)ー个玻璃封盖110 ；
其特征在于单晶硅基底101位于显示器的最下层；驱动电路层102位于单晶硅基底101之上；顶部通孔层105位于驱动电路层102之上；通孔201和通孔阵列202都处于顶部通孔层105之中；像素阳极103形成一个阵列；像素阳极103和共阴电极104位于顶部通孔层105之上，键合区203位于驱动电路层102表面或其中某个金属层；像素阳极103、共阴电极104和键合区203在硅基表面不能重合；像素阳极103之上为有机层106 ;有机层106自底向上依次为空穴传输层310、有机发光层311、电子传输层312 ;共阴电极104上不存在有机层106 ;透明阴极层107位于有机层106和共阴电极104之上，并将两者相连；多层薄膜封装层108位于透明阴极层107之上，将除键合区203以外的硅基表面全部包含在内；色彩过滤层109位于多层薄膜封装层108之上；最顶层是玻璃封盖110，形成二重水氧密封和机械保护。有机发光微显示器中，有机发光的电流通路为外部电源_>键合区203的正电源引脚-> 驱动电路层102 ->通孔201 ->像素阳极103 _>有机层106->透明阴极层107 ->共阴电极104 ->通孔阵列202 ->驱动电路层102 ->键合区203的负电源引脚->外部电源。流过单个阳极像素的电流不超过80纳安。所述驱动电路层102采用CMOS集成电路エ艺制造，其晶体管特征尺寸为0. 6微米、0. 5微米、0. 35微米、0. 25微米、0. 18微米、0. 13微米或其他典型深亚微米エ艺尺寸，支持双电压或多电压区域，模拟电路电压范围为-5V至+5V，数字电路电压为+IV至+5V。驱动电路层102包含ー个晶体管层、一个晶体管至金属连线层的连接孔层、ー个或多个金属连线层，ー个或多个金属连线层间的通孔层，但是不包括顶层钝化层，其顶层为金属连线层。驱动电路102包含了驱动单点像素的像素驱动电路601阵列、控制整个像素驱动电路阵列的扫描控制电路602和电源管理模块603，驱动电路的结构框图如图2所示。所述像素驱动电路601为任何基于MOSFET晶体管的能够输出可控电流的电路，驱动电流在一帧或ー场图像内的平均幅度可以被分至256级及以上，以形成256级及以上灰度。像素驱动电路601的电路布局位于像素阳极103的下方，扫描控制电路602的电路布局位于像素阳极103所形成阵列的某ー边或多边或四周。
所述扫描控制电路602为高速数字电路或数模混合电路，用于接受数字视频信号或者模拟视频信号，产生像素驱动电路601所需要的行选通信号和像素数据信号，形成灰度显示信息。扫描控制电路602包含有图像后端处理功能，可以对输入的视频信号进行视频接口协议转换、RGB/YUV色彩空间转换、颜色格式调整、色彩亮度和对比度调节、图像锐化、图像钝化、图像色彩抖动、图像任意长宽比缩放、图像形状校正、伽玛校正、字符或图像叠加、图像滤镜叠加等图像处理。所述电源管理模块603包含一个脉宽调制模块输出脉宽调制信号，用以控制硅基外部的二极管和变压器以形成直流斩波器，从而产生有机发光所需要的负电源。该电源管理模块603还包含了一个或多个用数字方式控制的低压差线性稳压器，用以控制扫描控制电路602中各模块的电源开关，从而降低功耗。所述像素阳极103为五层结构，自底层向顶层依次为钛层301、氮化钛层302、铝层303、钛层304、氮化钛层305。其中，铝层303厚度为100_500nm，钛层301和304的厚度均为O-lOOnm、氮化钛层302和305的厚度均为0-100nm。所述铝层采用物理气相沉积(蒸镀或溅射)工艺生成，所述钛层301和304以及氮化钛层302和305均采用化学气相沉积工艺生成。所述像素阳极103的单位面积小于100平方微米，所有像素阳极103在硅基表面构成一个矩形条状阵列或矩形条状交错阵列或六边形阵列，三个相邻像素为一组，分别用于显示红色、绿色、蓝色，这三个像素构成一个全彩色像素，如图3所示，全彩色像素的分辨率达640X480以上。所述像素共阴电极104既可以采用与阳极像素103相同的工艺并同时制作，形成五层结构，也可以采用与键合区203相同的工艺并同时制作，形成向下凹槽。形成向下凹槽时，共阴电极的通孔阵列202不再存在。共阴电极104在硅基表面分布在像素阳极103阵列的一侧、多侧或四周。共阴电极104用于连接至有机发光微显示器外部的共阴电源，且在驱动电路层102内部通过金属相连，所述共阴电源可以接地，也可以连接至正电源或负电源。所述顶部通孔层105作为金属连线层间介电质，主要成分为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺杂氟的硅氧化物或上述材质的混合物，采用化学气相沉积工艺生成。部通孔层105位于所述像素阳极103下方的部分比周围部分高出一个浅台阶，所述浅台阶高度为100-300nm ;像素阳极103与顶部通孔层105形成的台阶总高度为200_1000nm，垂直角度401 为 75° -100。。所述通孔201和通孔阵列202的主要材料均为金属钨，且最外面覆盖了钛层和氮化钛层，所述钨、钛和氮化钛均采用化学气相沉积工艺生成。通孔201在顶视方向上包含于阳极像素103之内，每个阳极像素103至少包含一个但不限于一个通孔201。通孔阵列202在顶视方向上包含于共阴电极104之内，在工艺允许的条件下，采用尽可能多的通孔数量以减少接触电阻。所述键合区203用于向外引出电源和数据信号，电源包含有机发光器件正电源、有机发光器件负电源、驱动电路正电源、驱动电路接地；数据信号包含驱动电路控制信号、视频数据信号、测试信号。除测试信号以外的键合区分布在硅基一侧或集中分布，以利于向外引线和封装，测试信号键合区分布在硅基四周，以利于测试。像素阳极103阵列、共阴电极104以及键合区域203的布局如图4所示。所述空穴传输层310、多层有机发光层311、电子传输层312、透明阴极层107，采用像素阳极103 /空穴传输层310 /有机发光层311 /电子传输层312 /透明阴极107的器件结构，形成有机发光器件，其加工过程为在像素阳极103上依次蒸镀空穴传输层310、多层有机发光层311和电子传输层312，并且在所述有机层106上蒸镀由无机材料构成的透明阴极层107。所述多层薄膜封装层108为3-7层结构，对有机发光器件形成致密保护，其加工过程为在透明阴极层107上蒸镀ー层有机缓冲层，然后依次蒸镀两种分别用于隔水和隔气的薄膜材料各1-3层，形成保护有机发光器件免遭水氧侵袭的多层薄膜封装层108，从而起到延长有机发光器件寿命的作用。所述色彩过滤层109包含彩色材料过滤区501和黒色材料隔离区502。彩色材料过滤区501由三种分别仅能够通过红色、緑色和蓝色光的过滤材料构成，每个像素的形状与像素阳极103 —致，边长为像素阳极边长的100%-108%，从而增大可视角度。黒色材料隔离条502不透光，形成像素隔离边界。本发明还公开了ー种硅基顶发射有机发光微显示器的制造エ艺流程，包括
(I)在单晶硅基底101上按照CMOSエ艺制造驱动电路102。(2)利用通孔层掩膜版，采用化学气相沉积エ艺制作顶部通孔层105、通孔201和通孔阵列202。(3)利用顶层金属层掩膜版制作像素阳极103和共阴电极104，该エ艺过程包括清洗、脱水、镀膜、涂胶、光刻、显影、蚀刻、去胶，其中，镀膜エ艺包括物理气相沉积和化学气相沉积。(5)利用键合层掩膜版，对顶部通孔层进行蚀刻形成键合区203。(6)切割晶圆，形成微显不娃基芯片。(7)利用有机层掩膜版，采用真空蒸镀エ艺，在切割后的硅基芯片上制作空穴传输层310、有机发光层311、电子传输层312。(8)利用共阴电极层掩膜版，采用真空蒸镀エ艺制作透明阴极层107。(9)利用薄膜封装层掩膜版，在发光区域内制作多层薄膜封装层108。( 10)利用色彩过滤层掩膜版，制作色彩过滤层109。(11)利用胶水封装玻璃封盖110。本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著进步
I、在CMOSエ艺中完成CMOS驱动电路和有机发光阳极层的制作，从而避免采用单独的特殊エ艺对有机发光阳极层进行二次加工，简化工艺流程，減少污染，节省巨额投资成本。2、像素阳极采用5层结构，其表面材料为TiN。TiN作为顶发射阳极材料，具有表面光滑、硬度高、热稳定性和化学稳定性好、可阻挡金属扩散、电阻率低(21. 7u Q/cm)、量子效率高等特点；TiN层厚度在50A以下时，透明度可达80%，因此可以应用于顶发射结构的硅基有机发光微显示器的阳极。3、硅基驱动电路中除了包含必备的像素驱动电路，还包含有图像数据处理电路，可以对输入的图像数据进行加工处理后再显示，从而提高系统集成度，減少体积和功耗，降低系统成本。娃基驱动电路中还有电源管通ネ旲块，进一步提闻集成度。4、微显示器的有机发光像素単位面积小于100平方微米，像素阵列形成640X480以上的标准或高清分辨率。
5、现有技术的芯片切割工艺步骤是在制作有机发光层和薄膜封闭层之后进行，然后再利用激光刻蚀机将键合区域刻出后进行封装；本发明的芯片切割工艺步骤在制作有机发光层和薄膜封装层之前进行，从而可以利用有机层掩膜版、共阴电极层掩膜版和薄膜封装层掩膜版制作有机显示器件，避免了引入成本较高的激光刻蚀机
图I为娃基有机发光微显不器结构图。图2为驱动电路结构框图。图3为彩色像素阳极结构图。图4为像素阳极阵列、共阴电极以及键合区域的布局图。
具体实施例方式本发明的优选实施例结合
如下
实施例一
参见图I，本娃基顶发射有机发光微显不器有机发光器件制作于娃基芯片的表面上，硅基芯片中集成了有机发光器件的驱动电路和控制电路，有机发光器件产生的光源通过微显示器的顶部发出到外部，其结构包括
(1)一个单晶硅基底101和一个驱动电路层102 ；
(2)—个顶部通孔层105，用于生成通孔；
(3)呈阵列排布的有机发光像素阳极103，像素阳极103为垂直五层介质结构；
(4)一个或多个有机发光共阴电极104 ；
(5)位于像素阳极103之下的通孔201和位于共阴电极104之下通孔阵列202；
(6)键合区203，用于向所述硅基有机发光微显示器外部引出电源和数据信号；
(7)—个有机层106，至少包含一个空穴传输层310、一个多层有机发光层311和一个电子传输层312 ;
(8)—个透明阴极层107 ；
(9)一个多层薄膜封装层108;
(10)一个色彩过滤层109 ；
(11)一个玻璃封盖110 ；
其特征在于单晶硅基底101位于显示器的最下层；驱动电路层102位于单晶硅基底101之上；顶部通孔层105位于驱动电路层102之上；通孔201和通孔阵列202都处于顶部通孔层105之中；像素阳极103形成一个阵列；像素阳极103和共阴电极104位于顶部通孔层105之上，键合区203位于驱动电路层102表面或其中某个金属层；像素阳极103、共阴电极104和键合区203在硅基表面不能重合；像素阳极103之上为有机层106 ;有机层106自底向上依次为空穴传输层310、有机发光层311、电子传输层312 ;共阴电极104上不存在有机层106 ;透明阴极层107位于有机层106和共阴电极104之上，并将两者相连；多层薄膜封装层108位于透明阴极层107之上，将除键合区203以外的硅基表面全部包含在内；色彩过滤层109位于多层薄膜封装层108之上；最顶层是玻璃封盖110，形成二重水氧密封和机械保护。
实施例ニ 本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下
有机发光的电流通路为外部电源_>键合区203的正电源引脚-> 驱动电路层102->通孔201 ->像素阳极103 _>有机层106->透明阴极层107 ->共阴电极104 ->通孔阵列202 ->驱动电路层102 ->键合区203的负电源引脚-> 外部电源。流过单个阳极像素的电流不超过80纳安。所述驱动电路层102采用CMOS集成电路エ艺制造，其晶体管特征尺寸为0. 6微米、0. 5微米、0. 35微米、0. 25微米、0. 18微米、0. 13微米或其他典型深亚微米エ艺尺寸，支持双电压或多电压区域，模拟电路电压范围为-5V至+5V，数字电路电压为+IV至+5V。所述驱动电路层102包含ー个晶体管层、一个晶体管至金属连线层的连接孔层、ー个或多个金属连线层，ー个或多个金属连线层间的通孔层；所述驱动电路层102不包括顶层钝化层，其顶层为金属连线层。所述驱动电路层102包含了驱动单点像素的像素驱动电路601、控制整个像素驱动电路阵列的扫描控制电路602和电源管理模块603，驱动电路的结构框图如图ニ所示。所述像素驱动电路601为任何基于MOSFET晶体管的能够输出可控电流的电路，驱动电流在一帧或ー场图像内的平均幅度可以被分至256级及以上，以形成256级及以上灰度。所述扫描控制电路602为高速数字电路或数模混合电路，用于接受数字视频信号或者模拟视频信号，产生像素驱动电路601所需要的行选通信号和像素数据信号，形成灰度显示信息。所述像素驱动电路601的电路布局位于像素阳极103的下方，扫描控制电路602的电路布局位于像素阳极103所形成阵列的某ー边或多边或四周。所述扫描控制电路602包含有图像后端处理功能，可以对输入的视频信号进行视频接ロ协议转换、RGB/YUV色彩空间转换、颜色格式调整、色彩亮度和对比度调节、图像锐化、图像钝化、图像色彩抖动、图像任意长宽比缩放、图像形状校正、伽玛校正、字符或图像叠加、图像滤镜叠加等图像处理。所述电源管理模块603包含一个脉宽调制模块输出脉宽调制信号，用以控制硅基外部的ニ极管和变压器以形成直流斩波器，从而产生有机发光所需要的负电源。所述的驱动电路层102，其特征在于，所述电源管理模块603包含一个或多个用数字方式控制的低压差线性稳压器，用以控制扫描控制电路602中各模块的电源开关，从而降低功耗。所述像素阳极103为五层结构，自底层向顶层依次为钛层301、氮化钛层302、铝层303、钛层304、氮化钛层305。其中，铝层303厚度为100_500nm，钛层301和304的厚度均为O-lOOnm、氮化钛层302和305的厚度均为0_100nm。所述铝层采用物理气相沉积(蒸镀或溅射)エ艺生成，所述钛层301和304以及氮化钛层302和305均采用化学气相沉积エ艺生成。所述像素阳极103的単位面积小于100平方微米，所有像素阳极103在硅基表面构成ー个矩形条状阵列或矩形条状交错阵列或六边形阵列，三个相邻像素为ー组，分别用于显示红色、緑色、蓝色，这三个像素构成ー个全彩色像素，如图三所示，全彩色像素的分辨率达640X480以上。所述像素共阴电极104既可以采用与阳极像素103相同的エ艺并同时制作，形成五层结构，也可以采用与键合区203相同的工艺并同时制作，形成向下凹槽。形成向下凹槽时，共阴电极的通孔阵列202不再存在。所述像素共阴电极104在硅基表面分布在像素阳极103阵列的一侧、多侧或四周。所述像素共阴电极104用于连接至所述有机发光微显示器外部的共阴电源，且在驱动电路层102内部通过金属相连，所述共阴电源可以接地，也可以连接至正电源或负电源。所述顶部通孔层105作为金属连 线层间介电质，主要成分为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺杂氟的硅氧化物或上述材质的混合物，采用化学气相沉积工艺生成。所述顶部通孔层105位于所述像素阳极103下方的部分比周围部分高出一个浅台阶，所述浅台阶高度为100-300nm ;像素阳极103与顶部通孔层105形成的台阶总高度为200-1000nm，垂直角度 401 为 75。-100。。所述通孔201和通孔阵列202的主要材料均为金属钨，且最外面覆盖了钛层和氮化钛层，所述钨、钛和氮化钛均采用化学气相沉积工艺生成。所述通孔201在顶视方向上包含于阳极像素103之内，每个阳极像素103至少包含一个但不限于一个通孔201。所述通孔阵列202在顶视方向上包含于共阴电极104之内，在工艺允许的条件下，采用尽可能多的通孔数量以减少接触电阻。所述键合区203用于向外引出电源和数据信号，电源包含有机发光器件正电源、有机发光器件负电源、驱动电路正电源、驱动电路接地；数据信号包含驱动电路控制信号、视频数据信号、测试信号。除测试信号以外的键合区分布在硅基一侧或集中分布，以利于向外引线和封装，测试信号键合区分布在硅基四周，以利于测试。像素阳极103阵列、共阴电极104以及键合区域203的布局如图四所示。所述空穴传输层310、多层有机发光层311、电子传输层312、透明阴极层107，采用像素阳极103 /空穴传输层310 /有机发光层311 /电子传输层312 /透明阴极107的器件结构，形成有机发光器件，其加工过程为在像素阳极103上依次蒸镀空穴传输层310、多层有机发光层311和电子传输层312，并且在所述有机层106上蒸镀由无机材料构成的透明阴极层107。所述多层薄膜封装层108为3-7层结构，对有机发光器件形成致密保护，其加工过程为在透明阴极层107上蒸镀一层有机缓冲层，然后依次蒸镀两种分别用于隔水和隔气的薄膜材料各1-3层，形成保护有机发光器件免遭水氧侵袭的多层薄膜封装层108，从而起到延长有机发光器件寿命的作用。所述色彩过滤层109包含彩色材料过滤区501和黑色材料隔离区502。所述彩色材料过滤区501由三种分别仅能够通过红色、绿色和蓝色光的过滤材料构成，每个像素的形状与像素阳极103 —致，边长为像素阳极边长的100%-108%，从而增大可视角度。所述黑色材料隔离条502不透光，形成像素隔离边界。实施例三
本硅基顶发射有机发光微显示器制备方法的工艺流程如下
(I)在单晶硅基底101上按照CMOS工艺制造驱动电路102。(2)利用通孔层掩膜版，采用化学气相沉积工艺制作顶部通孔层105、通孔201和通孔阵列202。(3)利用顶层金属层掩膜版制作像素阳极103和共阴电极104，该エ艺过程包括清洗、脱水、镀膜、涂胶、光刻、显影、蚀刻、去胶，其中，镀膜エ艺包括物理气相沉积和化学气相沉积。(5)利用键合层掩膜版，对顶部通孔层进行蚀刻形成键合区203。(6)切割晶圆，形成微显不的娃基芯片。(7)利用有机层掩膜版，采用真空蒸镀エ艺，在切割后的硅基芯片上制作空穴传输层310、有机发光层311、电子传输层312。 (8)利用共阴电极层掩膜版，采用真空蒸镀エ艺制作透明阴极层107。(9)利用薄膜封装层掩膜版，在发光区域内制作多层薄膜封装层108。(10)利用色彩过滤层掩膜版，制作色彩过滤层109。(11)利用胶水封装玻璃封盖110。
权利要求
1.一种娃基顶发射有机发光微显不器，包括 1)一个单晶硅基底(101)和一个驱动电路层(102)、 2)一个用于生成通孔的顶部通孔层(105)、 3)呈阵列排布的具有垂直五层介质结构的有机发光像素阳极(103)、 4)一个或多个有机发光共阴电极(104)、 5)位于像素阳极(103)之下的通孔(201)和位于共阴电极(104)之下通孔阵列(202)、 6)键合区(203)、 7)—个有机层(106)，至少包含一个空穴传输层(310)、一个多层有机发光层(311)和一个电子传输层(312)、 8)—个透明阴极层(107)、 9)一个多层薄膜封装层(108)、 10)—个色彩过滤层(109)和 11)一个玻璃封盖(110)； 其特征在于所述单晶娃基底(101)为最下层；驱动电路层(102)位于单晶娃基底(101)之上；顶部通孔层(105)位于驱动电路层(102)之上;通孔(201)和通孔阵列(202)都处于顶部通孔层(105)之中；像素阳极(103)形成一个阵列；像素阳极(103)和共阴电极(104)位于顶部通孔层(105)之上，键合区(203)位于驱动电路层(102)表面或其中某个金属层；像素阳极(103)、共阴电极(104)和键合区(203)在硅基上方不能重合；像素阳极(103)之上为有机层(106);有机层(106)自底向上依次为空穴传输层(310)、有机发光层(311)、电子传输层(312 );共阴电极(104 )上不存在有机层(106 );透明阴极层(107 )位于有机层(106)和共阴电极(104)之上，并将两者相连；多层薄膜封装层(108)位于透明阴极层(107)之上，将除键合区(203)以外的硅基表面全部包含在内；色彩过滤层(109)位于多层薄膜封装层(108)之上；最顶层是玻璃封盖(110)，形成二重水氧密封和机械保护； 硅基顶发射有机发光的电流通路为外部电源_>键合区(203)的正电源引脚-> 驱动电路层(102) _>通孔(201)->像素阳极(103) _>有机层(106)->透明阴极层(107)->共阴电极(104) _>通孔阵列(202)->驱动电路层(102)->键合区(203)的负电源引脚_>外部电源；流过单个阳极像素的电流不超过80纳安。
2.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述驱动电路层(102)采用CMOS集成电路工艺制成，其晶体管特征尺寸为0. 13微米至0. 35微米，支持双电压或多电压区域，模拟电路电压范围为-5V至+5V，数字电路电压为+IV至+5V ;所述驱动电路层(102)包含一个晶体管层、一个晶体管至金属连线层的连接孔层、一个或多个金属连线层，一个或多个金属连线层间的通孔层；所述驱动电路层(102)不包括顶层钝化层，其顶层为金属连线层。
3.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述驱动电路层(102)包含了驱动单点像素的像素驱动电路(601)、控制整个像素驱动电路阵列的扫描控制电路(602)和电源管理模块(603);所述像素驱动电路(601)为任何基于MOSFET晶体管的能够输出可控电流的电路，驱动电流在一帧或一场图像内的平均幅度可以被分至256级及以上，以形成256级及以上灰度；所述扫描控制电路(602)为高速数字电路或数模混合电路，用于接受数字视频信号或者模拟视频信号，产生像素驱动电路(601)所需要的行选通信号和像素数据信号，形成灰度显示信息；所述像素驱动电路(601)的电路布局位于像素阳极(103)的下方，扫描控制电路(602)的电路布局位于像素阳极(103)所形成阵列的某一边或多边或四周；所述扫描控制电路(602)包含有图像后端处理功能，可以对输入的视频信号进行视频接口协议转换、RGB/YUV色彩空间转换、颜色格式调整、色彩亮度和对比度调节、图像锐化、图像钝化、图像色彩抖动、图像任意长宽比缩放、图像形状校正、伽玛校正、字符或图像叠加、图像滤镜叠加等图像处理；所述电源管理模块(603)包含一个脉宽调制模块输出脉宽调制信号，用以控制硅基外部的二极管和变压器以形成直流斩波器，从而产生有机发光所需要的负电源；所述电源管理模块(603)包含一个或多个用数字方式控制的低压差线性稳压器，用以控制扫描控制电路(602)中各模块的电源开关，从而降低功耗。
4.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述像素阳极(103)为五层结构，自底层向顶层依次为钛层(301)、氮化钛层(302)、铝层(303)、钛层(304)、氮化钛层(305);其中，铝层(303)厚度为100_500nm，二层钛层(301)、(304)的厚度均为O-lOOnm、二层氮化钛层(302)、(305)的厚度均为O-IOOnm ； 所述铝层(303)采用物理气相沉积一蒸镀或溅射工艺生成，所述二层钛层(301)、(304)以及二层氮化钛层(302)、(305)均采用化学气相沉积工艺生成；所述像素阳极(103)的单位面积小于100平方微米，所有像素阳极(103)在硅基表面构成一个矩形条状阵列或矩形条状交错阵列或六边形阵列，三个相邻像素为一组，分别用于显示红色、绿色、蓝色，这三个像素构成一个全彩色像素，全彩色像素的分辨率达640X480以上。
5.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述像素共阴电极(104)采用与阳极像素(103)相同的工艺并同时制作，形成五层结构，或者采用与键合区(203)相同的工艺并同时制作，形成向下凹槽；形成向下凹槽时，共阴电极的通孔阵列(202)不再存在；所述像素共阴电极(104)在硅基表面分布在像素阳极(103)阵列的一侧、多侧或四周；所述像素共阴电极(104)用于连接至所述有机发光微显示器外部的共阴电源，且在驱动电路层(102)内部通过金属相连，所述共阴电源可以接地，也可以连接至正电源或负电源。
6.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述顶部通孔层(105)作为金属连线层间介电质，主要成分为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺杂氟的硅氧化物或上述材质的混合物，采用化学气相沉积工艺生成；所述顶部通孔层(105)位于所述像素阳极(103)下方的部分比周围部分高出一个浅台阶，所述浅台阶高度为100-300nm;像素阳极(103)与顶部通孔层(105)形成的台阶总高度为200-1000nm，垂直角度(401)为.75。 -100。。
7.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述通孔(201)和通孔阵列(202)的主要材料均为金属钨，且最外面覆盖了钛层和氮化钛层，所述钨、钛和氮化钛均采用化学气相沉积工艺生成；所述通孔(201)在顶视方向上包含于阳极像素(103)之内，每个阳极像素(103)至少包含一个但不限于一个通孔(201);所述通孔阵列(202)在顶视方向上包含于共阴电极(104)之内，在工艺允许的条件下，采用尽可能多的通孔数量以减少接触电阻。
8.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述键合区(203)用于向外引出电源和数据信号，电源包含有机发光器件正电源、有机发光器件负电源、驱动电路正电源、驱动电路接地；数据信号包含驱动电路控制信号、视频数据信号、测试信号；除测试信号以外的键合区分布在硅基一侧或集中分布，以利于向外引线和封装，测试信号键合区分布在硅基四周，以利于测试。
9.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述空穴传输层(310)、多层有机发光层(311)、电子传输层(312)、透明阴极层(107)，采用像素阳极(103) /空穴传输层(310) /有机发光层(311) /电子传输层(312) /透明阴极(107)的器件结构，形成有机发光器件，其加工过程为在像素阳极(103)上依次蒸镀空穴传输层(310)、多层有机发光层(311)和电子传输层(312)，并且在所述有机层(106)上蒸镀由无机材料构成的透明阴极层(107)。
10.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述多层薄膜封装层(108)为3-7层结构，对有机发光器件形成致密保护，其加工过程为在透明阴极层(107)上蒸镀一层有机缓冲层，然后依次蒸镀两种分别用于隔水和隔气的薄膜材料各1-3层，形成保护有机发光器件免遭水氧侵袭的多层薄膜封装层(108)，从而起到延长有机发光器件寿命的作用。
11.根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于所述色彩过滤层(109)包含彩色材料过滤区(501)和黑色材料隔离区(502);所述彩色材料过滤区(501)由三种分别仅能够通过红色、绿色和蓝色光的过滤材料构成，每个像素的形状与像素阳极(103) 一致，边长为像素阳极边长的100%-108%，从而增大可视角度；所述黑色材料隔离条(502)不透光，形成像素隔离边界。
12.—种硅基顶发射有机发光微显示器制备方法，用于制备根据权利要求I所述的硅基顶发射有机发光微显示器，其特征在于制备工艺步骤如下 1)在单晶硅基底(101)上按照CMOS工艺制造驱动电路(102)； 2)利用通孔层掩膜版，采用化学气相沉积工艺制作顶部通孔层(105)、通孔(201)和通孔阵列(202)； 3)利用顶层金属层掩膜版制作像素阳极(103)和共阴电极(104)，该工艺过程包括清洗、脱水、镀膜、涂胶、光刻、显影、蚀刻、去胶，其中，镀膜工艺包括物理气相沉积和化学气相沉积； 5)利用键合层掩膜版，对顶部通孔层进行蚀刻形成键合区(203)； 6)切割晶圆，形成微显示的硅基芯片； 7)利用有机层掩膜版，采用真空蒸镀工艺，在切割后的硅基芯片上制作空穴传输层(310)、有机发光层(311)、电子传输层(312)； 8)利用共阴电极层掩膜版，采用真空蒸镀工艺制作透明阴极层(107); 9)利用薄膜封装层掩膜版，在发光区域内制作多层薄膜封装层(108)； 10)利用色彩过滤层掩膜版，制作色彩过滤层(109)； 11)利用胶水封装玻璃封盖(110)。
全文摘要
本发明涉及一种硅基顶发射有机发光微显示器及制备方法。本发明将有机发光器件制作于硅基芯片的表面上，硅基芯片中集成了有机发光器件的驱动电路和控制电路。该微显示器的结构为(自底而上)单晶硅基底、驱动电路、顶部通孔层和顶部通孔、像素阳极和共阴电极、有机层、透明阴极层、多层薄膜封装层、色彩过滤层、玻璃封盖。其中，像素阳极采用钛、氮化钛、铝、钛、氮化钛的垂直五层结构；有机层至少包含一个空穴传输层、一个多层有机发光层和一个电子传输层。该微显示器的有机发光像素单位面积小于100平方微米，像素分辨率640×480以上。此外，本发明的芯片切割工艺步骤在制作有机发光层和薄膜封装层之前进行，可以利用各种掩膜版制作有机显示器件，避免引入成本较高的激光刻蚀机。
文档编号H01L51/52GK102629667SQ201210122468
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者冉峰, 季渊, 张积梅, 徐洪光, 李诺, 沈伟星 申请人:上海大学