图像捕获装置以及制造该装置的方法与流程

1.本公开总体上涉及图像捕获装置的领域，并且更具体地目标在于一种被称为组合式的图像捕获装置(组合了光学捕获功能和光发射功能)以及制造该装置的方法。更一般地，本公开涉及组合光学捕获功能和另一功能(例如发射或驱动功能或另一捕获功能)的组合图像捕获装置。


背景技术：

2.例如，在申请人先前提交的专利申请wo2017089676、ep3401958和wo2018185433中，提供了图像显示装置，其包括在同一转移衬底上按阵列排列的多个基础单片电子芯片。基础芯片刚性地安装在转移衬底上，并连接至转移衬底的电连接元件以对其进行控制。每个芯片包括一个或更多个发光二极管(led)和用于控制所述一个或更多个led的电路，并且每个芯片对应于装置的一个像素。控制电路包括与所述一个或更多个led相对的连接表面，该连接表面包括多个电连接区域，电连接区域旨在连接到用于控制该微芯片的转移衬底。转移衬底包括连接表面，对于每个微芯片，该连接表面包括多个电连接区域，电连接区域旨在分别连接到微芯片的电连接区域。芯片放置在转移衬底上，芯片的连接表面面向转移衬底的连接表面，并被结合到转移衬底，以将每个微芯片的电连接区域连接到转移衬底的对应的电连接区域。
3.这种类型的显示装置尤其适于形成较大表面积的显示屏，例如计算机、电视、平板电脑等屏幕。
4.本文更具体地考虑了包括光发射功能和光学捕获功能的交互式图像显示装置的形成。更一般地，本文考虑组合光学捕获功能和另一功能(例如，光发射或致动功能，或另一光学捕获功能)的组合图像捕获装置的形成。


技术实现要素：

5.一个实施例提供了一种装置，该装置包括：
6.转移衬底，该转移衬底包括电连接元件；以及
7.多个基础芯片，所述多个基础芯片被结合并电连接到转移衬底，每个基础芯片包括至少一个光电探测器和用于读取所述至少一个光电探测器的电子电路，
8.该装置还包括与至少一个基础芯片相关联的、在基础芯片外部的发射、捕获或致动元件，该发射、捕获或致动元件结合并电连接到转移衬底，每个基础芯片包括用于控制与该芯片相关联的发射、捕获或致动元件的电子电路。
9.根据一个实施例，在每个基础芯片中，用于读取所述至少一个光电探测器的电子电路和用于控制与该芯片相关联的发射、捕获或致动元件的电子电路包括形成在单晶硅层的内部和顶部的mos晶体管。
10.根据一个实施例，在每个基础芯片中，所述至少一个光电探测器是基于iii-v半导体材料的无机光电探测器。
11.根据一个实施例，在每个基础芯片中，所述至少一个光电探测器包括砷化铟镓吸收层。
12.根据一个实施例，发射、捕获或致动元件包括至少一个发光二极管。
13.根据一个实施例，所述至少一个发光二极管是有机发光二极管。
14.根据一个实施例，每个发射、捕获或致动元件包括分别限定三个发射子像素的三个发光二极管，并且其中每个基础芯片包括适于分别单独地控制三个发光二极管的多个控制子电路。
15.根据一个实施例，三个发射子像素适于分别在三个不同波长范围内发射。
16.根据一个实施例，在每个基础芯片中，三个控制子电路耦合到芯片的同一输入端子，其连接到转移衬底的对应的连接区域，以旨在顺序地接收用于三个发光二极管的发射指令信号。
17.根据一个实施例，与每个基础芯片相关联的捕获或致动元件为压电换能器。
附图说明
18.上述特征和优点以及其它特征和优点将在特定实施例的公开内容的其余部分中详细描述，这些特定实施例参考附图以说明性而非限制性的方式给出，其中：
19.图1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g、1h、1i和1j是示出根据一个实施例的制造组合式图像捕获装置的基础像素芯片的方法的一个实施例的连续步骤的横截面视图；
20.图2是示意性地和部分地示出根据一个实施例的组合式图像捕获装置的转移衬底的示例的俯视图；
21.图3a、3b、3c和3d是示出根据一个实施例的制造组合式图像捕获装置的方法的示例的连续步骤的横截面视图；
22.图4是根据一个实施例的组合式图像捕获装置的基础像素芯片的示例的电气图；
23.图5是示意性说明图4的基础像素芯片的操作的示意图；
24.图6是根据一个实施例的组合式图像捕获装置的基础像素芯片的另一个示例的电路的电气图；以及
25.图7是示意性说明图6的基础像素芯片的操作的示意图。
具体实施方式
26.在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记表示。特别地，在各种实施例中共同的结构和/或功能特征可以具有相同的附图标记，并且可以布置相同的结构、尺寸和材料性能。
27.为了清楚起见，仅详细示出和描述了有助于理解本文描述的实施例的步骤和元件。具体而言，所描述的组合图像捕获装置的各种应用可能未详细描述，所描述的实施例与集成发射显示功能的光学捕获装置的所有或大多数已知应用兼容，例如，运动检测、面部识别、身份识别等应用，更一般地，集成了另一种功能(例如发射、捕获或驱动)的光学捕获装置。
28.除非另有明确规定，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外不存在任何中间元件的直接连接，而当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以
连接或者其可以经由一个或更多个其他元件联接。
29.在以下公开内容中，除非另有明确规定，当提及绝对位置限定词时，比如术语“前部”、“后部”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等、或相对位置限定词，比如术语“上面”、“下面”、“上部”、“下部”等、或定向的限定词，比如“水平”、“竖直”等参考附图中所示的方向。
30.除非另有规定，表述“大约”、“近似”、“基础上”和“约为”表示在10％以内，优选在5％以内。
31.根据实施例的一个方面，提供了一种图像捕获装置，该图像捕获装置包括在同一转移衬底上以阵列布置的多个基础单片电子芯片。如在申请人先前提交的专利申请wo2017089676、ep3401958和wo2018185433中描述的示例，基础芯片刚性地组装到转移衬底并连接到转移衬底的电连接元件。每个芯片包括一个或更多个光电探测器(例如光电二极管)和用于控制所述一个或更多个光电探测器的电路，并且每个芯片对应于捕获装置的像素。控制电路包括与所述至少一个或更多个光电探测器相反的连接表面，该连接表面包括多个电连接区域(也称为端子或焊盘)，其用于连接到微芯片控制的转移衬底。转移衬底包括连接表面，对于每个微芯片，该连接表面包括多个电连接区域(也称为端子或焊盘)，该电连接区域旨在分别连接到微芯片的电连接区域。芯片放置在转移衬底上，其中该芯片的连接表面面向转移衬底的连接表面，并结合到转移衬底，以将每个微芯片的电连接区域连接到转移衬底的对应的电连接区域。
32.根据一个实施例的一个方面，组合式图像捕获装置还包括光发射功能，例如图像显示功能。为此，该装置包括多个发光二极管(led)(例如有机led)，其以行和列的阵列排列，并限定图像显示装置。led在组合式捕获装置的基础像素芯片的外部，并且布置在该装置的转移衬底上，在转移衬底的与基础像素芯片相同的一侧上。led连接到转移衬底的电子连接端子，以对其进行控制。led可以在可见光范围或红外范围内发射，或者甚至同时在可见光范围和红外范围内发射，在这种情况下，发射中的一种(优选地，红外发射)由捕获装置捕获。
33.作为一个示例，该装置包括组合式捕获装置的每个基础像素芯片的一个或更多个led的基础集合，该基础集合布置在所述基础像素芯片的附近。换句话说，捕获装置的基础像素芯片的阵列和led的基础集合的阵列是相同尺寸和相同间距的交错阵列。
34.根据一个实施例的一个方面，组合式捕获装置的每个基础像素芯片集成了用于控制一个或更多个led的对应的基础集合的电子电路，即在像素阵列中具有相同位置(相同坐标)。对于一个或更多个led的对应的基础集合中的每个led，该装置的每个基础像素芯片包括连接端子，该连接端子经由支撑衬底的导电迹线单独地连接到led的电极。
35.这种组合式图像捕获装置的实施方式的示例将在下文中结合附图进一步详细描述。
36.图1a至图1j是示出制造该装置的基础像素芯片的方法的示例的横截面视图。
37.图1a包括示意性示出控制结构的视图(a)，该控制结构包括第一衬底101，在该第一衬底的内部和顶部已形成多个基础集成控制电路103(例如相同或相似的)，所述多个基础集成控制电路分别对应于该装置的将来的基础像素芯片的集成控制电路。
38.在所示的示例中，衬底101为soi(“绝缘体上的半导体”)类型的衬底，该衬底包括：支撑半导体衬底101a(例如由硅制成)；绝缘层101b(例如由硅制成)，该绝缘层布置在支撑
衬底101a的顶部并与该支撑衬底的上部表面接触；以及上部半导体层101c(例如由单晶硅制成)，该上部半导体层布置在绝缘层101b的顶部并与该绝缘层的上部表面接触。
39.在这个示例中，基础控制电路103形成在衬底101的上部半导体层101c的内部和顶部。例如，每个基础控制电路103包括多个mos晶体管(在图1a至图1j中未详细示出)。例如，基础控制电路103由cmos技术(“互补金属氧化物半导体”)形成。每个基础控制电路103可以包括用于读取装置的将来的基础像素芯片的光电探测器的电路，以及适于控制与该装置的将来的基础像素芯片相关联的led的光发射的电路。
40.在该示例中，每个基础控制电路103在其上部表面侧包括一个或更多个金属连接焊盘105a、105b。作为示例，焊盘105a、105b与覆盖衬底101的上部半导体层103c的上部表面的互连叠堆(图中未详细示出)的上部绝缘层(例如由氧化硅制成)的上部表面侧齐平。因此，在该示例中，控制结构的上部表面是包括金属区域(焊盘105a、105b)和绝缘区域的交替的平坦表面。
41.例如，每个基础控制电路103包括用于该装置的将来的基础像素芯片的每个光电探测器的特定金属焊盘105a，该特定金属焊盘用于连接到光电探测器的第一端子(例如阳极端子)，从而能够单独读取代表由每个光电探测器接收的光辐射的电信号。每个基础控制电路103还可以包括金属焊盘105b，该金属焊盘用于连接到第二端子(例如，该装置的将来的基础像素芯片的每个光电探测器的阴极端子)。在基础芯片包括多个光电探测器的情况下，阴极触点可以是芯片中的所有光电探测器的公共触点。因此，基础控制电路103可以包括单个金属焊盘105b。作为变型，基础控制电路103包括每个光电探测器的特定金属焊盘105b。
42.在所示的示例中，装置的每个基础像素芯片包括单个光电探测器，例如，该光电探测器适于主要捕获红外光。因此，每个基础控制电路103包括旨在分别连接到光电探测器的阳极区域和阴极区域的单个金属焊盘105a和单个金属焊盘105b。
43.图1a还包括视图(b)，其示意性地示出包括第二衬底111的结构，该结构在其上放置有有源光敏二极管叠堆113。
44.叠堆113为无机半导体层的叠堆。例如，叠堆113包括由iii-v型半导体材料制成的一个或更多个层。例如，叠堆113为对红外或近红外敏感的有源光电二极管叠堆。作为变型，叠堆113为在可见光范围内敏感的有源光电二极管叠堆。作为示例，从衬底111的上部表面起，叠堆113依次包括由非故意掺杂的磷化铟(inp)制成的层113a、由例如本征或轻度n型掺杂(例如，大约1015atoms/cm3)的砷化铟镓(ingaas)制成的吸收层113b、以及由n型掺杂的磷化铟(inp)制成的层113c。例如，层113c的n型掺杂水平在1016至1018atoms/cm3的范围内。在该示例中，层113b通过其下部表面与层113a的上部表面接触，并且层113c通过其下部表面与层113b的上部表面接触。
45.衬底111例如由磷化铟制成。层113a、113b和113c可以通过外延来连续形成在衬底111的上部表面上。随后，衬底111为生长衬底。例如由磷化铟制成的缓冲层(未示出)可以在衬底111和层113a之间形成界面。例如，缓冲层通过其下部表面与衬底111的上部表面接触，并且通过该衬底的上部表面与层113a的下部表面接触。在形成层113a、113b和113c之前，也可以通过从衬底111的上部表面外延来形成缓冲层。
46.作为变型，与通过外延在衬底111的上部表面上形成有源光敏二极管叠堆113不
同，有源叠堆可以在生长衬底(未示出)上以相反的顺序形成，随后转移并结合到衬底111上。在这种情况下，层113c、113b和113a通过外延被连续地形成在生长衬底的表面上。例如由磷化铟制成的缓冲层可以在生长衬底和层113c之间形成界面。随后，例如通过层113a的下部表面与衬底111的上部表面的直接结合或分子结合，叠堆113被结合到衬底111的上部表面。随后，生长衬底以及可能的在生长衬底和层113c之间形成界面的缓冲层可以被移除，以使通向层113c的上部表面的通路畅通。在该变型中，衬底111为支撑衬底，该支撑衬底例如由硅或适于用作接收有源叠堆113的支撑件的任何其他材料制成。
47.在这个阶段，例如，有源光敏二极管叠堆113的每一层在衬底111的整个上部表面上方连续地延伸，并具有基础均匀的厚度。
48.图1a进一步示出了将介电层107(例如由氧化硅制成)沉积在视图(a)的控制结构的上部表面的顶部上并与该控制结构的上部表面接触的步骤。在该示例中，层107以基础均匀的厚度在视图(a)的控制结构的互连叠堆的整个上部表面上方连续地延伸。
49.图1a进一步示出了将介电层115(例如由与层107相同的材料制成，例如由氧化硅制成)沉积在视图(b)的结构的有源光敏二极管叠堆113的上部表面的顶部上并与该上部表面接触的步骤。例如，层115沉积在层113c的上部表面的顶部上并与该层的上部表面接触。例如，层115在叠堆113的整个上部表面上方连续地延伸，并且具有基础均匀的厚度。
50.图1b示出了在将有源光敏二极管叠堆113和介电层115转移并结合到图1a的视图(a)的控制结构上的步骤结束时获得的结构。
51.在图1b中，图1a的视图(a)的结构的取向保持不变。然而，图1a的视图(b)的结构的元件相对于图1a的取向颠倒。
52.在此步骤期间，通过使用衬底111作为手柄，将图1a的视图(b)的结构转移到图1a的视图(a)的结构的上部表面上。介电层115的下部表面(在图1b的取向中，对应于图1a的取向的上部表面)被结合到介电层107的上部表面。例如，该结合通过层115的下部表面与层107的上部表面的直接结合或分子结合获得，也就是说，在两层之间无材料的添加。
53.随后，例如通过研磨和/或化学蚀刻移除衬底111，以使通往有源光敏二极管叠堆113的上部表面(即在该示例中，为半导体层113a的上部表面)的通路畅通。
54.图1c示出了在以下连续步骤结束时获得的结构：
55.i)将介电层117(例如由氮化硅或氧化硅制成)沉积在层113a的上部表面上，例如与层113a的上部表面接触；
56.ii)在与装置的光敏二极管的阳极区域相对应的将来的p型接触区域的前方，形成介电层117中的局部通孔；
57.iii)对层113a的位于所述通孔的前方的局部区域119进行p型掺杂；
58.iv)在通孔中形成接触金属化121，每个金属化121都通过对应的开口单独地接触下方的p型掺杂区域119。
59.在步骤i)，介电层117例如通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的方法来沉积。
60.在步骤ii)，形成在介电层117中的通孔例如通过光刻法和蚀刻形成。
61.在步骤iii)，对区域119的掺杂可以通过在步骤ii)形成的开口的前方扩散或注入p型掺杂元素(例如锌(zn)或铍(be))来执行。随后可以实施掺杂元素的激活退火。作为一个
示例，激活退火可以是表面激光退火，该表面激光退火能够既不改变集成电路103，也不改变集成电路103和有源光敏二极管叠堆113之间的接合质量。p型掺杂区域119形成装置的光敏二极管的阳极区域。在这个示例中，区域119延伸穿过层113a的整个厚度，并且通过该层的下部表面与吸收层113b的上部表面接触。
62.在步骤iv)，作为示例，首先将金属层连续地沉积在结构的整个上部表面上方(即在介电层117的上部表面的顶部并与之接触)以及在步骤ii)形成的开口中，随后通过光刻法和蚀刻移除金属层，同时保持金属化121。在这个示例中，每个金属化121都形成装置的光敏二极管d1的阳极电极。
63.图1d示出了在从结构的上部表面形成第一开口或接触过孔123的步骤结束时获得的结构，该第一开口或接触过孔穿过有源光敏二极管叠堆113并出现在集成控制电路103的阳极连接焊盘105a上。开口123通过层117、113a、113b、113c、115和107，从介电层117的上部表面竖直地延伸到焊盘105a的上部表面。开口123例如具有圆形形状(在俯视图中，未示出)。在该示例中，对于每个光敏二极管d1，在该步骤中形成特定开口123，该特定开口形成二极管的阳极接触开口。
64.图1d进一步示出了将电绝缘层125(例如由氧化硅制成)沉积在开口123的侧壁上的步骤。在形成开口123之后，层125例如通过共形沉积方法连续地沉积在结构的整个上部表面上方。随后通过竖直上的各向异性的蚀刻来移除层125的水平部分，使得仅保留覆盖开口123的侧壁的竖直部分。这尤其能够在开口123的底部处使通往焊盘105a的上部表面的通路畅通。
65.图1e示出了在从结构的上部表面形成第二开口或接触过孔127的步骤结束时获得的结构，该第二开口或接触通孔穿过有源光敏二极管叠堆113并出现在集成控制电路103的阴极连接焊盘105b上。开口127通过层117、113a、113b、113c、115和107，从介电层117的上部表面竖直地延伸到焊盘105b的上部表面。开口127例如具有圆形形状(在俯视图中，未示出)。在该示例中，对于每个光敏二极管d1，在该步骤中形成特定开口127，该特定开口形成二极管的阴极接触开口。
66.图1e进一步示出了在开口127的侧壁的上部部分上方沉积电绝缘层129(例如由氧化硅制成)的步骤。在该示例中，层129覆盖上部半导体层113a的侧部和叠堆113的中间半导体层113b的侧部的上部部分。绝缘层129例如通过溅射，通过使用衬底倾斜和旋转系统以仅在开口127的上部部分中沉积绝缘材料来沉积。沉积深度可以通过改变衬底相对于溅射方向的倾斜度来调整。在绝缘层129的沉积步骤期间，开口123例如借助于掩模(未示出)来进行保护。
67.图1f示出了用金属填充开口123和127以分别形成导电过孔131和133的后续步骤。在该步骤结束时，可以实施平坦化该结构的上部表面的步骤，例如化学机械平坦化(cmp)，使得金属化121、131、133与介电层117的上部表面齐平。
68.在这个示例中，二极管d1的阳极接触过孔131通过侧向绝缘层125与叠堆113的层绝缘。二极管d1的阴极接触过孔133通过侧向绝缘层129与层113a绝缘，并与阴极层113c侧向地接触。过孔133将光敏二极管叠堆的阴极层113c电气连接到光敏二极管d1的阴极连接焊盘105b。作为变型，可以省略上部侧向绝缘层129。实际上，由于叠堆113的层113b和113a几乎不掺杂或未掺杂，过孔133和所述层113b、113c之间的侧向接触不会导致二极管d1短
路。
69.图1g示出了在图1f的结构的上部表面上形成金属化的步骤结束时获得的结构。在该步骤中形成的金属化通过其下部表面与介电层117的上部表面接触并与下方的金属化131和121接触。
70.在该步骤，例如，对于每个二极管d1，形成有金属化135，该金属化将二极管d1的阳极接触过孔131电连接到该二极管的阳极接触金属化121。
71.例如，首先将金属层连续地沉积在图1f的结构的整个上部表面上方，随后通过光刻法和蚀刻局部地移除金属层，同时保持金属化135。
72.图1g还示出了在金属化135的形成步骤结束时获得的结构的上部表面上形成钝化层137(例如由介电材料(例如氧化硅)制成)的后续可选步骤。层137例如在结构的整个上部表面上方连续地延伸。作为示例，层137具有基础平坦的上部表面。
73.图1h示出了将图1g的结构转移到临时支撑衬底140上的后续步骤。在图1h中，该结构的取向相对于图1g的取向反转。临时支撑衬底被结合到钝化层137的与衬底101相反的表面，即该钝化层在图1h的取向中的下部表面(对应于该钝化层在图1g的取向中的上部表面)。临时支撑衬底140例如为硅衬底。临时支撑衬底140与层137的结合可以借助于粘合剂结合层或者通过直接结合来获得。
74.图1h进一步示出了从初始soi结构中移除支撑衬底101a的后续步骤，例如通过研磨和/或化学蚀刻，以使通往soi结构的绝缘层101b的上部表面的通路畅通。
75.应当注意，所描述的实施例不限于衬底101为soi型衬底的上述示例。作为变型，衬底101可以是固体半导体衬底(例如由硅制成)。在这种情况下，在图1a的步骤中，衬底101可以例如通过研磨而从其后表面(在图1h的取向的上部表面)变薄。绝缘钝化层(例如由氧化硅制成)随后可以沉积在变薄衬底的上部表面上，从而替代soi衬底的层101b。作为变型，层101b可以省略或移除。
76.图1i示出了在层101b和101c中形成接触开口以及在所述开口的内部和顶部形成接触金属化143的步骤结束时获得的结构。金属化143能够在布置在半导体层101c的下部表面侧上的互连叠堆的金属层(图中未详细示出)上进行电气接触。金属化131例如电气地连接到控制电路的晶体管，这些晶体管本身连接或电气地耦合到二极管d1的连接金属化105a、105b。
77.金属化143形成装置的将来的基础像素芯片的连接端子，该连接端子旨在连接到装置的转移衬底的对应的连接端子。
78.图1j示出了在装置的基础像素芯片的切单步骤结束时获得的结构。为此，从该结构的上部表面沿切割线形成穿过层101b、101c、107、115、113a、113b、113c、117和137竖直地延伸的沟槽151。在该示例中，沟槽出现在临时支撑衬底140的上部表面上。在俯视图中，沟槽151形成侧向限定多个基础像素芯片153的连续栅极(continuous gate)(例如，相同或相似)，每个基础像素芯片包括基础控制电路103和一个或更多个光敏二极管d1(在所示示例中为单个二极管d1)。例如，沟槽151通过等离子体蚀刻形成。
79.作为未示出的变型，例如，可以在钝化层137的沉积之后和临时支撑衬底140的结合之前提供形成光学滤波器的步骤。因此，每个光敏二极管d1可以在其暴露于光的表面的一侧(即在图1j的取向中的下部表面)涂覆光学滤波器，(例如带通滤波器)，从而能够过滤
照射二极管d1的辐射。这种光学滤波器的形成在阅读本公开的本领域技术人员的能力范围内。
80.基础像素芯片153旨在转移到捕获装置的转移衬底200上，这将在下文中结合图3a至图3d进行更详细的描述。
81.图2是显示装置的转移衬底200的实施例的示例的局部简化俯视图。
82.在图2中，仅示出了转移衬底的与显示装置的同一行的两个邻近像素相对应的一部分。
83.例如，转移衬底200包括由绝缘材料(例如玻璃或塑料)制成的支撑板或片材201。作为变型，支撑板或片材201包括覆盖有一层绝缘材料的导电支撑件，例如金属支撑件。转移衬底还包括形成在支撑板201的上部表面上的电连接元件，尤其是导电迹线和导电区域。例如，电连接元件通过在支撑板201的上部表面上印刷一系列导电层和绝缘层而形成。例如，电连接元件通过喷墨沉积或印刷类型的印刷方法、通过丝网印刷、通过凹版轮转印刷或通过任何其他适合的方法形成。
84.在所示的示例中，转移衬底201包括由绝缘层(图中未示出)分隔的两个导电金属层m1和m2，以及通过绝缘层连接两个金属层的金属过孔v。在这个示例中，转移衬底201还包括在上部金属层m2上形成的金属连接区域，该金属连接区域旨在连接到装置的基础像素芯片153的对应的连接区域143。
85.显示装置的有源控制电路适于经由转移衬底的电连接元件对装置的基础芯片进行供电以及控制，例如在转移衬底200的外周连接到该转移衬底的电连接元件。
86.在所示的示例中，转移衬底的制造包括以下三个连续步骤。
87.在第一沉积步骤期间，在支撑板201的上部表面上形成多个基础平行于显示装置的列方向(图2的方向中的竖直方向)的导电迹线。更具体地说，在这个示例中，在第一沉积步骤期间，对于显示装置的每一列，形成三个基础上沿显示装置的列的整个长度延伸的导电迹线c1、c2和c3。迹线c1旨在传输表示由列中的基础芯片153的光电探测器接收的光强度的信号vx。迹线c2旨在传输用于设置由列中像素的led发射的光强度的信号数据。迹线c3旨在将高电源电势vdd分配至不同的基础像素芯片153。
88.在该第一沉积步骤期间形成的导电元件限定了转移衬底的第一导电层m1。
89.在第二沉积步骤期间，用绝缘材料(图中未示出)覆盖第一导体，以允许随后沉积在迹线c1、c2和c3上面延伸的导电迹线，而不会与迹线c1、c2和c3发生短路。
90.在第三沉积步骤期间，在支撑板201的上部表面上形成基础上平行于显示装置的行方向的多个导电迹线。更具体地说，在这个示例中，在第三沉积步骤期间，为显示装置的每一行印刷基础上沿显示装置的行的整个长度延伸的三个导电迹线l1、l2和l3。迹线l1旨在传输用于控制相应像素行的光电探测器的复位的信号reset。迹线l2旨在传输用于选择相应像素行的光电探测器和/或led的信号select。迹线l3旨在将固定偏置电势va(例如小于电势vdd)分配至不同的基础像素芯片153。
91.在该示例中，对于每个基础像素芯片153，所需形成的装置包括三个有机led lr、lg、lb，其分别限定装置的红光发射子像素、绿光发射子像素和蓝光发射子像素。
92.在该示例中，在第三沉积步骤期间，对于装置的每个像素，进一步印刷三个金属区域ar、ag、ab，所述三个金属区域限定像素的有机led lr、lg、lb的相应的阳极电极。此外，在
该实例中，在第三沉积步骤期间，对于装置的每个像素，进一步印刷金属区域k，该金属区域限定像素的有机led lr、lg、lb共用的阴极接触区域。
93.在该第三沉积步骤期间印刷的导电元件限定了转移衬底的第二导电层m2。
94.在第三沉积步骤之后，对于每个像素，在金属层m2的导电区域上形成十个金属区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9和p10，该金属区域分别用于接收像素的基础芯片153的十个不同连接区域143。区域p1、p2、p3分别连接到相应像素列的导电迹线c1、c2和c3。区域p4和p5分别连接到像素的电极ar和ag。区域p6、p7、p8分别连接到相应像素行的导电迹线l1、l2、l3。区域p9和p10分别连接到像素的电极k和ab。
95.在上部层m2的形成之前，在分离层m1和m2的绝缘层中打开耦合下部金属层m1和上部金属层m2的过孔v。
96.图3a至图3d是示出制造组合图像捕获装置的方法的示例的连续步骤的横截面视图。
97.为了简化，在图3a至图3d中，非常示意性地示出了基础芯片153和转移衬底200，并且相对于图1j和图2的描述省略了许多元件。
98.图3a和图3b更具体地示出了装置的像素的有机led lr、lg、lb的形成步骤。
99.图3a以简化方式示出了图2的支撑衬底200。
100.图3b示出了将有机发射有源半导体层211-r、211-g、211-b分别沉积在每个像素的阳极电极ar、ag、ab的顶部并与该像素的阳极电极接触，以及将共用上部电极213沉积在有源层211-r、211-g、211-b的顶部并与该有源层接触的步骤结束时获得的结构。
101.例如，有源层211-r、211-g、211-b通过荫罩蒸镀分别连续地局部沉积在每个像素的电极ar、ag、ab上。作为变型，有源层211-r、211-g、211-b通过局部印刷方法连续地沉积，例如通过喷墨印刷、通过丝网印刷或通过狭缝式涂布。在每个发射子像素中，例如，子像素的有源有机层211-r、211-g、211-b的部分在对应的电极ar、相应的ag、相应的ab的整个上部表面上方延伸。有源层211-r、211-g和211-b例如适于分别主要发射红光、绿光和蓝光，并且可选地发射红外辐射。
102.上部电极层213在有源层211-r、211-g、211-b的上部表面的顶部连续地延伸并与该有源层的上部表面接触。上部电极层213还在led lr、lg、lb共用的金属阴极接触区域k的上部表面的顶部延伸并与该金属阴极接触区域的上部表面接触。上部电极层213对于led lr、lg、lb的发射波长为透明的。作为示例，上部电极层213由透明导电氧化物制成，例如氧化铟锡(ito)。对于每个像素，上部电极层213可以局部沉积在有源层211-r、211-g、211-b和像素的金属区域k上面，例如通过荫罩的蒸镀。具体而言，层213不在金属区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10上面或导电迹线l1、l2、l3上面延伸，以避免这些元件短路。
103.在这些步骤结束时，形成有机led lr、lg、lb。led lr由层ar、211-r和213的堆叠形成。led lg由层ag、211-g和213的堆叠形成。led lb由层ab、211-b和213的堆叠形成。
104.在上部电极层213的沉积之后，优选地在有机led的上部表面上方沉积透明绝缘封装层(未示出)。例如，保护层由氧化铝(al2o3)或氧化硅制成。在该示例中，封装层不覆盖接触金属区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10，以允许基础芯片153在这些区域上的后续连接。
105.图3c和图3d更具体地示出了将基础像素芯片153集体转移到转移衬底200上的步
骤。
106.基础芯片153最初结合至临时支撑衬底140的表面。例如，包括临时支撑衬底140和基础芯片153的结构通过关联图1a至图1j中描述的类型的方法形成。在所示的示例中，该结构相对于图1j的方向翻转，即基础芯片153布置在临时支撑衬底140的下部表面侧。
107.通过使用临时支撑衬底140作为手柄(图3c)，基础芯片153被集体转移到转移衬底200的连接表面的前部，即在图3c和图3d的方向的上部表面。
108.随后，基础芯片153的位于所述芯片的下部表面的一侧的连接端子143被放置成与转移衬底200的对应的连接区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10接触，并且结合到所述连接区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9、p10。例如，基础芯片153的连接端子143与转移衬底的连接区域的结合通过直接结合、热压、钎焊、借助于预先形成在端子143上的金属微结构(例如，微柱)或者通过任何其他合适的结合和连接方法来执行。
109.一旦通过其连接端子143结合至转移衬底200，基础芯片153则从临时支撑衬底140上分离，并且移除该临时支撑衬底(图3d)，从而使通向光电探测器d1的照明表面(图3c和图3d中未详细示出)的通路畅通。
110.转移衬底200上的基础芯片153的间距可以大于临时转移衬底140上的基础微芯片153的间距。优选地，转移衬底200上的基础芯片153的间距为临时支撑衬底140上的基础微芯片153的间距的倍数。在这种情况下，如图3c和图3d所示，在每次转移时，仅一部分芯片153被从支撑衬底140抽取。其他芯片153保持紧固至临时支撑衬底140，并且可以在集体转移的另一个步骤期间被使用，以增添至转移衬底200的另一部分或另一个转移衬底。
111.在该示例中，在将基础芯片153转移到转移衬底200上之前，形成有机led lr、lg、lb。作为变型，在将基础芯片153转移到衬底200上之后形成有机led lr、lg、lb。在这种情况下，有机led的封装层可以在装置的整个上部表面上方连续地延伸，即，不仅在有机led上，而且在基础芯片153的上部表面和侧面上延伸。
112.可以在捕获装置上添加光学系统(例如，用于聚焦捕获图像的透镜)。
113.图4是上述类型的组合捕获装置的基础像素芯片153的示例的电路的电气图。
114.在这个示例中，芯片153为具有10个端子或连接焊盘143的芯片10，该端子或连接焊盘分别连接到图2的支撑衬底200的10个连接区域p1、p2、p3、p4、p5、p6、p7、p8、p9和p10。
115.图4的芯片153包括适于测量由芯片接收的光辐射(例如红外辐射)的强度的检测像素det。检测像素det包括光电探测器d1和电路，该电路用于读取表示由光电探测器d1接收的光强度的信号。芯片153还包括用于控制限定与芯片相关联的发射子像素的有机led lr、lg、lb的电路cmd。更具体地说，控制电路cmd包括三个基础控制电路r、g和b，该基础控制电路分别适用于控制led lr、lg和lb。
116.在该示例中，控制子电路r、g和b中的每一个包括mos晶体管sw，该mos晶体管具有耦合(例如连接)到高电源电势vdd的应用的端子p3的第一导电节点，以及耦合(例如连接)到对应的led lr、相应的lg、相应的lb的阳极端子p4、相应的p5、相应的p10的第二导电节点。在这个示例中，晶体管sw为p沟道mos晶体管，每个晶体管sw的源极耦合(例如连接)到端子p3，且其漏极耦合(例如连接)到子像素的led 123的阳极。
117.led lr、lg、lb的阴极可以连接到芯片的端子p9，并传递低于电势vdd的固定偏置电势vk。芯片153可以包括电路(未详细示出)，以用于传递电势vk。作为变型，端子p8和p9可
以耦合，随后，led lr、lg、lb的阴极电势vk等于光敏二极管d1的阳极电势va。在另一变型中，可以省略端子p9，电势vk经由在转移衬底200的金属化层m1或m2中形成的列导电迹线或行导电迹线分布在像素金属化k上。
118.在该示例中，led lr、lg、lb通过二进制编码数字指令信号控制，例如，根据pwm(“脉宽调制”)类型的控制方法，例如由申请人先前提交的专利申请ep3079142中描述的类型。每个控制子电路r、g和b包括存储器电路401(mem)，例如sram(“静态随机存取存储器”)存储器或d型触发器，其适于存储分别定义晶体管sw的关断或导通状态的一系列二进制值(0或1)，并因此定义相关led lr、相应的lg、相应的lb的关断或导通状态。作为变型，存储器电路401可以包括简单的开关和低泄漏电容元件。每个存储器电路包括耦合(例如连接)到晶体管sw的控制节点(栅极)的输出节点。在该示例中，控制子电路r、g和b中的每一个还包括d触发器403，该d触发器具有数据输入节点d、耦合(例如连接)到子电路的存储器电路401的输入节点的数据输出节点q、以及耦合(例如连接)到控制信号select的应用的端子p7的控制节点ck。在这个示例中，芯片子电路r、g和b的触发器403串联耦合。更具体地，在所示示例中，控制子电路r的触发器403的数据输入节点d耦合(例如连接)到发射数据信号data的应用的端子p2，控制子电路g的触发器403的数据输入节点d耦合(例如连接)到控制子电路r的触发器403的输出节点q，并且控制子电路b的触发器403的数据输入节点d耦合(例如连接)到控制子电路g的触发器403的输出节点q。
119.在这个示例中，用于读取检测像素det的电路read包括三个n沟道mos晶体管rst、sf和rd。晶体管rst的漏极耦合(例如连接)到高电源电势vdd的应用的端子p3，并且其源极耦合(例如连接)到光电探测器d1的阴极。在该示例中，晶体管rst的栅极连接到像素复位信号reset的应用的端子p6。晶体管sf的漏极耦合(例如连接)到端子p3，并且该晶体管的源极耦合(例如连接)到晶体管rd的漏极。晶体管sf的栅极耦合(例如连接)到晶体管rst的源极。晶体管rd的源极耦合(例如连接)到端子p1，用于传输光电探测器的输出信号vx。晶体管rd的栅极耦合(例如连接)到控制信号select的应用的端子p7。
120.图5是示意性说明图4的基础像素芯片153的操作的示意图。图5更具体地示出了信号select、reset、data、vx以及晶体管sf的栅极节点的电势sn的时间变化，以及分别包含在控制子电路r、g和b的存储器mem中的信号mem(r)、mem(g)和mem(b)的时间变化。
121.在该示例中，led lr、lg和lb的各个发射指令信号data r、data g和data b为在端子p2上临时多路复用的数字信号(信号data)。在信号select的每个上升沿，信号data的发射数据位从端子p2传送到控制子电路r的存储器401，先前数据位从控制子电路r的d触发器403的输出端子q传送到控制子电路g的存储器401，并且先前数据位从控制子电路g的d触发器403的输出端子q传送到控制子电路b的存储器401。因此，需要三个信号select的周期分别将三个指令信号传送到装置的三个控制子电路r、g和b。
122.在这个示例中，信号reset使得能够控制用于从检测像素det读取的电路的复位晶体管rst。这使得在每次读取时，能够在复位晶体管rst保持关断的积分周期结束时取样信号vx的第一值，随后在复位晶体管d1保持导通的光电探测器d1的复位周期(复位周期的结束标志着第二积分周期的开始)之后立即取样信号vx的第二值。两个读取值之间的差定义像素的输出值。因此执行双取样读数。
123.图6是上述类型的交互式显示装置的基础像素芯片153的示例的电路的电气图。
124.图6的基础芯片153与图4的基础芯片153的不同之处主要在于，该基础芯片不包括复位信号reset的应用的端子p6。
125.在图6的示例中，晶体管rst的栅极连接到同一晶体管的漏极。换句话说，晶体管rst为二极管组件。
126.图7是示意性说明图6的基础像素芯片153的操作的示意图。图7更具体地示出了信号select、data、vx以及晶体管sf的栅极节点的电势sn的时间变化，以及分别包含在控制子电路r、g和b的存储器mem中的信号mem(r)、mem(g)和mem(b)的时间变化。
127.以低反转率运行的晶体管rst的二极管配置表明其源极上的电压根据穿过其沟道的电流的对数响应，在这种情况下是由光电二极管d1产生的光电流。因此，用于从检测像素det读取的电路实现了由光电探测器d1产生的光电流的对数读取。在信号select的每个激活周期，晶体管rd导通。随后，在输出端子p1传输的信号vx为模拟电压，该模拟电压表示由像素的光电探测器d1接收的瞬时发光度。信号vx可以在列的底部读取并数字化。例如，在芯片的控制子电路r、g和b的发射指令信号的每次更新时，像素的信号vx可以连续读取三次，并且可以执行三个值的平均值，以最小化读取噪声。
128.已描述了各种实施例和变型。本领域技术人员应当理解，可以组合这些不同实施例和变型的某些特征，并且本领域技术人员能够想到其他变型。特别地，所描述的实施例不限于关于图1a到图1j、图2和图3a到图3d描述的基础像素芯片和转移衬底的实施例的具体示例。
129.此外，所描述的实施例不限于关于图4至图7描述的基础像素芯片的电子控制电路(led光发射或致动元件的控制或从捕获或致动元件的读取)的实施例的具体示例。
130.此外，所描述的实施例不限于上述特定情况，其中装置的led为有机led。作为变型，所描述装置的有机led可以用无机led代替，例如基于iii-v型半导体材料，例如基于氮化镓。
131.更一般地，led可以全部或部分地由芯片153外部的任何其他捕获或致动元件代替。这些捕获或致动元件可以是任何类型。例如，此类元件的非限制性示例可以是超声波或声学换能器(例如压电类型)。例如，这使得能够通过使用直接压电效应来实现物体(例如用户的手)的触摸或接近检测的功能，和/或触觉刺激功能，和/或定向声波的发射功能(例如通过使用间接压电效应)。
132.因此，通过致动功能(例如意味着压电致动器的致动)以产生能够对用户造成显著触觉效果的超声波或振动模式。
133.作为示例，所有或部分光电探测器可以用压电致动器代替，每个压电致动器包括一个叠堆：
134.下部电极(例如金属电极)，例如由银、钼、铂、金或这些材料的一种或更多种合金制成，
135.压电材料层，例如锆钛酸铅(pzt)、氮化铝(aln)或任何其他压电材料，以及
136.上部电极(例如金属电极)，例如由银、钼、铂、钌、金或这些材料的一种或更多种合金制成。
137.在上部电极和下部电极之间的电场的应用导致压电材料的变形。根据发送信号(例如，一定频率正弦信号，该频率被限定为限定尺寸的工作频率)，致动器产生超声波或振
动模式(例如，弯曲模式类型，或非对称兰姆(lamb)模式)，例如，能够产生触觉效应。这种效应可以由摩擦系数的变化引起，尤其是如果产生的振动模式为兰姆模式的话。
138.随后，用于控制基础芯片153的电子电路由用于控制捕获或致动元件的电子电路替代，例如，用于控制发射和/或接收中的超声换能器的电路。
139.作为变型，芯片153外部的捕获或动作元件可以是与d1光电探测器不同性质的光电探测器，例如有机光电探测器。随后，用于控制基础芯片153的电子电路包括用于从外部光电探测器读取的电路。
140.最后，基于上文给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式将在本领域技术人员的能力内。