專利名稱：硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器及制備方法，特點在于硅基有機發(fā)光顯示器的硅芯片結(jié)構(gòu)及陽極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在眾多OLED顯示器產(chǎn)品中，微型顯示器近年來開始發(fā)展，可應用于頭戴式視頻播放器、頭戴式家庭影院、頭戴式虛擬現(xiàn)實模擬器、頭戴式游戲機、飛行員頭盔系統(tǒng)、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、紅外夜視儀、頭戴醫(yī)用診斷系統(tǒng)等。OLED微顯示器的性能優(yōu)于目前常見的硅基液晶(LCoS)微顯示器，其主要優(yōu)勢為響應速度極快(〈lus)，低溫特性優(yōu)秀(工作溫度范圍一40°C + 85°C )，功耗低，機械性能好，抗震性強，適用于軍用或高端應用場合?，F(xiàn)有的OLED顯示器大多以多晶硅或非晶硅玻璃為基板，在其上制作薄膜晶體管 完成驅(qū)動電路。薄膜晶體管的生產(chǎn)工藝較為成熟，但是其特征尺寸相對較大，通常為幾至幾十微米，而微型顯示器像素間距僅十微米左右，要求驅(qū)動晶體管的尺寸為微米以下，現(xiàn)有的薄膜晶體管工藝難以滿足微型顯示器的需求。目前，CMOS工藝已經(jīng)相當成熟，MOS晶體管電路性能穩(wěn)定可靠，且驅(qū)動晶體管與發(fā)光器件可以設計為立體結(jié)構(gòu)，以減小顯示器體積，增加發(fā)光開口率，因此，人們開始利用CMOS工藝來開發(fā)OLED微型顯示器形成硅基有機發(fā)光微顯示器。中國專利101447509和中國專利101459226公開了一種頂部發(fā)光有機顯示器的生產(chǎn)方法及其陽極結(jié)構(gòu)，但是該方法需要從CMOS代工廠中取出晶圓片后對有機發(fā)光的陽極材料進行二次加工，一方面在不同工藝間切換容易引入污染，另一方面需要建設新的專用生產(chǎn)線，投資過億。中國專利101393891A公開了一種硅基有機發(fā)光顯示器表面銀電極的制備方法，中國專利101697369和中國專利100496175C分別公開了兩種硅基有機發(fā)光微顯示器件隔離柱的制備方法，但是這些方法也同樣存在二次加工引入的污染問題，批量生產(chǎn)有一定困難，且投資成本高，并且這些專利只涉及了像素陽極表面加工工藝，沒有指出整個硅基微顯示器的結(jié)構(gòu)和制作流程。

發(fā)明內(nèi)容
針對二次加工的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器及其制備方法，有機發(fā)光微顯示器的驅(qū)動電路和陽極圖形都在成熟的CMOS工藝中完成，不需要引入新的陽極圖形加工設備。在CMOS工藝中，TiN經(jīng)常被用來作為防止導電金屬擴散的阻擋材料，在TiN之下還會制作一層金屬Ti用于增加與導電金屬的表面粘附力，導電金屬被制作于兩層Ti+TiN之中，形成Ti/TiN/Metal/Ti/TiN夾心層。常用的導電金屬為鋁和鎢，鋁常用于電路連線，鎢常用于連接兩層連線層的通孔。本發(fā)明中，驅(qū)動電路的頂層金屬為Ti/TiN/Al//Ti/TiN夾心層，該層一方面作為有機發(fā)光的陽極，另一方面作為有機發(fā)光的反射層，在其上制作有機發(fā)光層，形成頂部發(fā)光的娃基有機微顯不器。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其結(jié)構(gòu)如圖I所示，包括
(1)ー個單晶硅基底101和一個驅(qū)動電路層102 ；
(2)—個頂部通孔層105，用于生成通孔；
(3)呈陣列排布的有機發(fā)光像素陽極103，像素陽極103為垂直五層介質(zhì)結(jié)構(gòu)； (4)一個或多個有機發(fā)光共陰電極104 ；
(5)位于像素陽極103之下的通孔201和位于共陰電極104之下通孔陣列202；
(6)鍵合區(qū)203，用于向所述硅基有機發(fā)光微顯示器外部引出電源和數(shù)據(jù)信號；
(7)—個有機層106，至少包含ー個空穴傳輸層310、一個多層有機發(fā)光層311和ー個電子傳輸層312 ;
(8)—個透明陰極層107；
(9)一個多層薄膜封裝層108;
(10)ー個色彩過濾層109 ；
(11)ー個玻璃封蓋110 ；
其特征在于單晶硅基底101位于顯示器的最下層；驅(qū)動電路層102位于單晶硅基底101之上；頂部通孔層105位于驅(qū)動電路層102之上；通孔201和通孔陣列202都處于頂部通孔層105之中；像素陽極103形成一個陣列；像素陽極103和共陰電極104位于頂部通孔層105之上，鍵合區(qū)203位于驅(qū)動電路層102表面或其中某個金屬層；像素陽極103、共陰電極104和鍵合區(qū)203在硅基表面不能重合；像素陽極103之上為有機層106 ;有機層106自底向上依次為空穴傳輸層310、有機發(fā)光層311、電子傳輸層312 ;共陰電極104上不存在有機層106 ;透明陰極層107位于有機層106和共陰電極104之上，并將兩者相連；多層薄膜封裝層108位于透明陰極層107之上，將除鍵合區(qū)203以外的硅基表面全部包含在內(nèi)；色彩過濾層109位于多層薄膜封裝層108之上；最頂層是玻璃封蓋110，形成二重水氧密封和機械保護。有機發(fā)光微顯示器中，有機發(fā)光的電流通路為外部電源_>鍵合區(qū)203的正電源引腳-> 驅(qū)動電路層102 ->通孔201 ->像素陽極103 _>有機層106->透明陰極層107 ->共陰電極104 ->通孔陣列202 ->驅(qū)動電路層102 ->鍵合區(qū)203的負電源引腳->外部電源。流過單個陽極像素的電流不超過80納安。所述驅(qū)動電路層102采用CMOS集成電路エ藝制造，其晶體管特征尺寸為0. 6微米、0. 5微米、0. 35微米、0. 25微米、0. 18微米、0. 13微米或其他典型深亞微米エ藝尺寸，支持雙電壓或多電壓區(qū)域，模擬電路電壓范圍為-5V至+5V，數(shù)字電路電壓為+IV至+5V。驅(qū)動電路層102包含ー個晶體管層、一個晶體管至金屬連線層的連接孔層、ー個或多個金屬連線層，ー個或多個金屬連線層間的通孔層，但是不包括頂層鈍化層，其頂層為金屬連線層。驅(qū)動電路102包含了驅(qū)動單點像素的像素驅(qū)動電路601陣列、控制整個像素驅(qū)動電路陣列的掃描控制電路602和電源管理模塊603，驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。所述像素驅(qū)動電路601為任何基于MOSFET晶體管的能夠輸出可控電流的電路，驅(qū)動電流在一幀或ー場圖像內(nèi)的平均幅度可以被分至256級及以上，以形成256級及以上灰度。像素驅(qū)動電路601的電路布局位于像素陽極103的下方，掃描控制電路602的電路布局位于像素陽極103所形成陣列的某ー邊或多邊或四周。
所述掃描控制電路602為高速數(shù)字電路或數(shù)?；旌想娐罚糜诮邮軘?shù)字視頻信號或者模擬視頻信號，產(chǎn)生像素驅(qū)動電路601所需要的行選通信號和像素數(shù)據(jù)信號，形成灰度顯示信息。掃描控制電路602包含有圖像后端處理功能，可以對輸入的視頻信號進行視頻接口協(xié)議轉(zhuǎn)換、RGB/YUV色彩空間轉(zhuǎn)換、顏色格式調(diào)整、色彩亮度和對比度調(diào)節(jié)、圖像銳化、圖像鈍化、圖像色彩抖動、圖像任意長寬比縮放、圖像形狀校正、伽瑪校正、字符或圖像疊加、圖像濾鏡疊加等圖像處理。所述電源管理模塊603包含一個脈寬調(diào)制模塊輸出脈寬調(diào)制信號，用以控制硅基外部的二極管和變壓器以形成直流斬波器，從而產(chǎn)生有機發(fā)光所需要的負電源。該電源管理模塊603還包含了一個或多個用數(shù)字方式控制的低壓差線性穩(wěn)壓器，用以控制掃描控制電路602中各模塊的電源開關(guān)，從而降低功耗。所述像素陽極103為五層結(jié)構(gòu)，自底層向頂層依次為鈦層301、氮化鈦層302、鋁層303、鈦層304、氮化鈦層305。其中，鋁層303厚度為100_500nm，鈦層301和304的厚度均為O-lOOnm、氮化鈦層302和305的厚度均為0-100nm。所述鋁層采用物理氣相沉積(蒸鍍或濺射)工藝生成，所述鈦層301和304以及氮化鈦層302和305均采用化學氣相沉積工藝生成。所述像素陽極103的單位面積小于100平方微米，所有像素陽極103在硅基表面構(gòu)成一個矩形條狀陣列或矩形條狀交錯陣列或六邊形陣列，三個相鄰像素為一組，分別用于顯示紅色、綠色、藍色，這三個像素構(gòu)成一個全彩色像素，如圖3所示，全彩色像素的分辨率達640X480以上。所述像素共陰電極104既可以采用與陽極像素103相同的工藝并同時制作，形成五層結(jié)構(gòu)，也可以采用與鍵合區(qū)203相同的工藝并同時制作，形成向下凹槽。形成向下凹槽時，共陰電極的通孔陣列202不再存在。共陰電極104在硅基表面分布在像素陽極103陣列的一側(cè)、多側(cè)或四周。共陰電極104用于連接至有機發(fā)光微顯示器外部的共陰電源，且在驅(qū)動電路層102內(nèi)部通過金屬相連，所述共陰電源可以接地，也可以連接至正電源或負電源。所述頂部通孔層105作為金屬連線層間介電質(zhì)，主要成分為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻雜氟的硅氧化物或上述材質(zhì)的混合物，采用化學氣相沉積工藝生成。部通孔層105位于所述像素陽極103下方的部分比周圍部分高出一個淺臺階，所述淺臺階高度為100-300nm ;像素陽極103與頂部通孔層105形成的臺階總高度為200_1000nm，垂直角度401 為 75° -100。。所述通孔201和通孔陣列202的主要材料均為金屬鎢，且最外面覆蓋了鈦層和氮化鈦層，所述鎢、鈦和氮化鈦均采用化學氣相沉積工藝生成。通孔201在頂視方向上包含于陽極像素103之內(nèi)，每個陽極像素103至少包含一個但不限于一個通孔201。通孔陣列202在頂視方向上包含于共陰電極104之內(nèi)，在工藝允許的條件下，采用盡可能多的通孔數(shù)量以減少接觸電阻。所述鍵合區(qū)203用于向外引出電源和數(shù)據(jù)信號，電源包含有機發(fā)光器件正電源、有機發(fā)光器件負電源、驅(qū)動電路正電源、驅(qū)動電路接地；數(shù)據(jù)信號包含驅(qū)動電路控制信號、視頻數(shù)據(jù)信號、測試信號。除測試信號以外的鍵合區(qū)分布在硅基一側(cè)或集中分布，以利于向外引線和封裝，測試信號鍵合區(qū)分布在硅基四周，以利于測試。像素陽極103陣列、共陰電極104以及鍵合區(qū)域203的布局如圖4所示。所述空穴傳輸層310、多層有機發(fā)光層311、電子傳輸層312、透明陰極層107，采用像素陽極103 /空穴傳輸層310 /有機發(fā)光層311 /電子傳輸層312 /透明陰極107的器件結(jié)構(gòu)，形成有機發(fā)光器件，其加工過程為在像素陽極103上依次蒸鍍空穴傳輸層310、多層有機發(fā)光層311和電子傳輸層312，并且在所述有機層106上蒸鍍由無機材料構(gòu)成的透明陰極層107。所述多層薄膜封裝層108為3-7層結(jié)構(gòu)，對有機發(fā)光器件形成致密保護，其加工過程為在透明陰極層107上蒸鍍ー層有機緩沖層，然后依次蒸鍍兩種分別用于隔水和隔氣的薄膜材料各1-3層，形成保護有機發(fā)光器件免遭水氧侵襲的多層薄膜封裝層108，從而起到延長有機發(fā)光器件壽命的作用。所述色彩過濾層109包含彩色材料過濾區(qū)501和黒色材料隔離區(qū)502。彩色材料過濾區(qū)501由三種分別僅能夠通過紅色、緑色和藍色光的過濾材料構(gòu)成，每個像素的形狀與像素陽極103 —致，邊長為像素陽極邊長的100%-108%，從而增大可視角度。黒色材料隔離條502不透光，形成像素隔離邊界。本發(fā)明還公開了ー種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器的制造エ藝流程，包括
(I)在單晶硅基底101上按照CMOSエ藝制造驅(qū)動電路102。(2)利用通孔層掩膜版，采用化學氣相沉積エ藝制作頂部通孔層105、通孔201和通孔陣列202。(3)利用頂層金屬層掩膜版制作像素陽極103和共陰電極104，該エ藝過程包括清洗、脫水、鍍膜、涂膠、光刻、顯影、蝕刻、去膠，其中，鍍膜エ藝包括物理氣相沉積和化學氣相沉積。(5)利用鍵合層掩膜版，對頂部通孔層進行蝕刻形成鍵合區(qū)203。(6)切割晶圓，形成微顯不娃基芯片。(7)利用有機層掩膜版，采用真空蒸鍍エ藝，在切割后的硅基芯片上制作空穴傳輸層310、有機發(fā)光層311、電子傳輸層312。(8)利用共陰電極層掩膜版，采用真空蒸鍍エ藝制作透明陰極層107。(9)利用薄膜封裝層掩膜版，在發(fā)光區(qū)域內(nèi)制作多層薄膜封裝層108。( 10)利用色彩過濾層掩膜版，制作色彩過濾層109。(11)利用膠水封裝玻璃封蓋110。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著進步
I、在CMOSエ藝中完成CMOS驅(qū)動電路和有機發(fā)光陽極層的制作，從而避免采用單獨的特殊エ藝對有機發(fā)光陽極層進行二次加工，簡化工藝流程，減少污染，節(jié)省巨額投資成本。2、像素陽極采用5層結(jié)構(gòu)，其表面材料為TiN。TiN作為頂發(fā)射陽極材料，具有表面光滑、硬度高、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性好、可阻擋金屬擴散、電阻率低(21. 7u Q/cm)、量子效率高等特點；TiN層厚度在50A以下時，透明度可達80%，因此可以應用于頂發(fā)射結(jié)構(gòu)的硅基有機發(fā)光微顯示器的陽極。3、硅基驅(qū)動電路中除了包含必備的像素驅(qū)動電路，還包含有圖像數(shù)據(jù)處理電路，可以對輸入的圖像數(shù)據(jù)進行加工處理后再顯示，從而提高系統(tǒng)集成度，減少體積和功耗，降低系統(tǒng)成本。娃基驅(qū)動電路中還有電源管通ネ旲塊，進一步提聞集成度。4、微顯示器的有機發(fā)光像素単位面積小于100平方微米，像素陣列形成640X480以上的標準或高清分辨率。
5、現(xiàn)有技術(shù)的芯片切割工藝步驟是在制作有機發(fā)光層和薄膜封閉層之后進行，然后再利用激光刻蝕機將鍵合區(qū)域刻出后進行封裝；本發(fā)明的芯片切割工藝步驟在制作有機發(fā)光層和薄膜封裝層之前進行，從而可以利用有機層掩膜版、共陰電極層掩膜版和薄膜封裝層掩膜版制作有機顯示器件，避免了引入成本較高的激光刻蝕機


圖I為娃基有機發(fā)光微顯不器結(jié)構(gòu)圖。圖2為驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)框圖。圖3為彩色像素陽極結(jié)構(gòu)圖。圖4為像素陽極陣列、共陰電極以及鍵合區(qū)域的布局圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合

如下
實施例一
參見圖I，本娃基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯不器有機發(fā)光器件制作于娃基芯片的表面上，硅基芯片中集成了有機發(fā)光器件的驅(qū)動電路和控制電路，有機發(fā)光器件產(chǎn)生的光源通過微顯示器的頂部發(fā)出到外部，其結(jié)構(gòu)包括
(1)一個單晶硅基底101和一個驅(qū)動電路層102 ；
(2)—個頂部通孔層105，用于生成通孔；
(3)呈陣列排布的有機發(fā)光像素陽極103，像素陽極103為垂直五層介質(zhì)結(jié)構(gòu)；
(4)一個或多個有機發(fā)光共陰電極104 ；
(5)位于像素陽極103之下的通孔201和位于共陰電極104之下通孔陣列202；
(6)鍵合區(qū)203，用于向所述硅基有機發(fā)光微顯示器外部引出電源和數(shù)據(jù)信號；
(7)—個有機層106，至少包含一個空穴傳輸層310、一個多層有機發(fā)光層311和一個電子傳輸層312 ;
(8)—個透明陰極層107 ；
(9)一個多層薄膜封裝層108;
(10)一個色彩過濾層109 ；
(11)一個玻璃封蓋110 ；
其特征在于單晶硅基底101位于顯示器的最下層；驅(qū)動電路層102位于單晶硅基底101之上；頂部通孔層105位于驅(qū)動電路層102之上；通孔201和通孔陣列202都處于頂部通孔層105之中；像素陽極103形成一個陣列；像素陽極103和共陰電極104位于頂部通孔層105之上，鍵合區(qū)203位于驅(qū)動電路層102表面或其中某個金屬層；像素陽極103、共陰電極104和鍵合區(qū)203在硅基表面不能重合；像素陽極103之上為有機層106 ;有機層106自底向上依次為空穴傳輸層310、有機發(fā)光層311、電子傳輸層312 ;共陰電極104上不存在有機層106 ;透明陰極層107位于有機層106和共陰電極104之上，并將兩者相連；多層薄膜封裝層108位于透明陰極層107之上，將除鍵合區(qū)203以外的硅基表面全部包含在內(nèi)；色彩過濾層109位于多層薄膜封裝層108之上；最頂層是玻璃封蓋110，形成二重水氧密封和機械保護。
實施例ニ 本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下
有機發(fā)光的電流通路為外部電源_>鍵合區(qū)203的正電源引腳-> 驅(qū)動電路層102->通孔201 ->像素陽極103 _>有機層106->透明陰極層107 ->共陰電極104 ->通孔陣列202 ->驅(qū)動電路層102 ->鍵合區(qū)203的負電源引腳-> 外部電源。流過單個陽極像素的電流不超過80納安。所述驅(qū)動電路層102采用CMOS集成電路エ藝制造，其晶體管特征尺寸為0. 6微米、0. 5微米、0. 35微米、0. 25微米、0. 18微米、0. 13微米或其他典型深亞微米エ藝尺寸，支持雙電壓或多電壓區(qū)域，模擬電路電壓范圍為-5V至+5V，數(shù)字電路電壓為+IV至+5V。所述驅(qū)動電路層102包含ー個晶體管層、一個晶體管至金屬連線層的連接孔層、ー個或多個金屬連線層，ー個或多個金屬連線層間的通孔層；所述驅(qū)動電路層102不包括頂層鈍化層，其頂層為金屬連線層。所述驅(qū)動電路層102包含了驅(qū)動單點像素的像素驅(qū)動電路601、控制整個像素驅(qū)動電路陣列的掃描控制電路602和電源管理模塊603，驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖ニ所示。所述像素驅(qū)動電路601為任何基于MOSFET晶體管的能夠輸出可控電流的電路，驅(qū)動電流在一幀或ー場圖像內(nèi)的平均幅度可以被分至256級及以上，以形成256級及以上灰度。所述掃描控制電路602為高速數(shù)字電路或數(shù)?；旌想娐?，用于接受數(shù)字視頻信號或者模擬視頻信號，產(chǎn)生像素驅(qū)動電路601所需要的行選通信號和像素數(shù)據(jù)信號，形成灰度顯示信息。所述像素驅(qū)動電路601的電路布局位于像素陽極103的下方，掃描控制電路602的電路布局位于像素陽極103所形成陣列的某ー邊或多邊或四周。所述掃描控制電路602包含有圖像后端處理功能，可以對輸入的視頻信號進行視頻接ロ協(xié)議轉(zhuǎn)換、RGB/YUV色彩空間轉(zhuǎn)換、顏色格式調(diào)整、色彩亮度和對比度調(diào)節(jié)、圖像銳化、圖像鈍化、圖像色彩抖動、圖像任意長寬比縮放、圖像形狀校正、伽瑪校正、字符或圖像疊加、圖像濾鏡疊加等圖像處理。所述電源管理模塊603包含一個脈寬調(diào)制模塊輸出脈寬調(diào)制信號，用以控制硅基外部的ニ極管和變壓器以形成直流斬波器，從而產(chǎn)生有機發(fā)光所需要的負電源。所述的驅(qū)動電路層102，其特征在于，所述電源管理模塊603包含一個或多個用數(shù)字方式控制的低壓差線性穩(wěn)壓器，用以控制掃描控制電路602中各模塊的電源開關(guān)，從而降低功耗。所述像素陽極103為五層結(jié)構(gòu)，自底層向頂層依次為鈦層301、氮化鈦層302、鋁層303、鈦層304、氮化鈦層305。其中，鋁層303厚度為100_500nm，鈦層301和304的厚度均為O-lOOnm、氮化鈦層302和305的厚度均為0_100nm。所述鋁層采用物理氣相沉積(蒸鍍或濺射)エ藝生成，所述鈦層301和304以及氮化鈦層302和305均采用化學氣相沉積エ藝生成。所述像素陽極103的単位面積小于100平方微米，所有像素陽極103在硅基表面構(gòu)成ー個矩形條狀陣列或矩形條狀交錯陣列或六邊形陣列，三個相鄰像素為ー組，分別用于顯示紅色、緑色、藍色，這三個像素構(gòu)成ー個全彩色像素，如圖三所示，全彩色像素的分辨率達640X480以上。所述像素共陰電極104既可以采用與陽極像素103相同的エ藝并同時制作，形成五層結(jié)構(gòu)，也可以采用與鍵合區(qū)203相同的工藝并同時制作，形成向下凹槽。形成向下凹槽時，共陰電極的通孔陣列202不再存在。所述像素共陰電極104在硅基表面分布在像素陽極103陣列的一側(cè)、多側(cè)或四周。所述像素共陰電極104用于連接至所述有機發(fā)光微顯示器外部的共陰電源，且在驅(qū)動電路層102內(nèi)部通過金屬相連，所述共陰電源可以接地，也可以連接至正電源或負電源。所述頂部通孔層105作為金屬連 線層間介電質(zhì)，主要成分為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻雜氟的硅氧化物或上述材質(zhì)的混合物，采用化學氣相沉積工藝生成。所述頂部通孔層105位于所述像素陽極103下方的部分比周圍部分高出一個淺臺階，所述淺臺階高度為100-300nm ;像素陽極103與頂部通孔層105形成的臺階總高度為200-1000nm，垂直角度 401 為 75。-100。。所述通孔201和通孔陣列202的主要材料均為金屬鎢，且最外面覆蓋了鈦層和氮化鈦層，所述鎢、鈦和氮化鈦均采用化學氣相沉積工藝生成。所述通孔201在頂視方向上包含于陽極像素103之內(nèi)，每個陽極像素103至少包含一個但不限于一個通孔201。所述通孔陣列202在頂視方向上包含于共陰電極104之內(nèi)，在工藝允許的條件下，采用盡可能多的通孔數(shù)量以減少接觸電阻。所述鍵合區(qū)203用于向外引出電源和數(shù)據(jù)信號，電源包含有機發(fā)光器件正電源、有機發(fā)光器件負電源、驅(qū)動電路正電源、驅(qū)動電路接地；數(shù)據(jù)信號包含驅(qū)動電路控制信號、視頻數(shù)據(jù)信號、測試信號。除測試信號以外的鍵合區(qū)分布在硅基一側(cè)或集中分布，以利于向外引線和封裝，測試信號鍵合區(qū)分布在硅基四周，以利于測試。像素陽極103陣列、共陰電極104以及鍵合區(qū)域203的布局如圖四所示。所述空穴傳輸層310、多層有機發(fā)光層311、電子傳輸層312、透明陰極層107，采用像素陽極103 /空穴傳輸層310 /有機發(fā)光層311 /電子傳輸層312 /透明陰極107的器件結(jié)構(gòu)，形成有機發(fā)光器件，其加工過程為在像素陽極103上依次蒸鍍空穴傳輸層310、多層有機發(fā)光層311和電子傳輸層312，并且在所述有機層106上蒸鍍由無機材料構(gòu)成的透明陰極層107。所述多層薄膜封裝層108為3-7層結(jié)構(gòu)，對有機發(fā)光器件形成致密保護，其加工過程為在透明陰極層107上蒸鍍一層有機緩沖層，然后依次蒸鍍兩種分別用于隔水和隔氣的薄膜材料各1-3層，形成保護有機發(fā)光器件免遭水氧侵襲的多層薄膜封裝層108，從而起到延長有機發(fā)光器件壽命的作用。所述色彩過濾層109包含彩色材料過濾區(qū)501和黑色材料隔離區(qū)502。所述彩色材料過濾區(qū)501由三種分別僅能夠通過紅色、綠色和藍色光的過濾材料構(gòu)成，每個像素的形狀與像素陽極103 —致，邊長為像素陽極邊長的100%-108%，從而增大可視角度。所述黑色材料隔離條502不透光，形成像素隔離邊界。實施例三
本硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器制備方法的工藝流程如下
(I)在單晶硅基底101上按照CMOS工藝制造驅(qū)動電路102。(2)利用通孔層掩膜版，采用化學氣相沉積工藝制作頂部通孔層105、通孔201和通孔陣列202。(3)利用頂層金屬層掩膜版制作像素陽極103和共陰電極104，該エ藝過程包括清洗、脫水、鍍膜、涂膠、光刻、顯影、蝕刻、去膠，其中，鍍膜エ藝包括物理氣相沉積和化學氣相沉積。(5)利用鍵合層掩膜版，對頂部通孔層進行蝕刻形成鍵合區(qū)203。(6)切割晶圓，形成微顯不的娃基芯片。(7)利用有機層掩膜版，采用真空蒸鍍エ藝，在切割后的硅基芯片上制作空穴傳輸層310、有機發(fā)光層311、電子傳輸層312。 (8)利用共陰電極層掩膜版，采用真空蒸鍍エ藝制作透明陰極層107。(9)利用薄膜封裝層掩膜版，在發(fā)光區(qū)域內(nèi)制作多層薄膜封裝層108。(10)利用色彩過濾層掩膜版，制作色彩過濾層109。(11)利用膠水封裝玻璃封蓋110。
權(quán)利要求
1.一種娃基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯不器，包括 1)一個單晶硅基底(101)和一個驅(qū)動電路層(102)、 2)一個用于生成通孔的頂部通孔層(105)、 3)呈陣列排布的具有垂直五層介質(zhì)結(jié)構(gòu)的有機發(fā)光像素陽極(103)、 4)一個或多個有機發(fā)光共陰電極(104)、 5)位于像素陽極(103)之下的通孔(201)和位于共陰電極(104)之下通孔陣列(202)、 6)鍵合區(qū)(203)、 7)—個有機層(106)，至少包含一個空穴傳輸層(310)、一個多層有機發(fā)光層(311)和一個電子傳輸層(312)、 8)—個透明陰極層(107)、 9)一個多層薄膜封裝層(108)、 10)—個色彩過濾層(109)和 11)一個玻璃封蓋(110)； 其特征在于所述單晶娃基底(101)為最下層；驅(qū)動電路層(102)位于單晶娃基底(101)之上；頂部通孔層(105)位于驅(qū)動電路層(102)之上;通孔(201)和通孔陣列(202)都處于頂部通孔層(105)之中；像素陽極(103)形成一個陣列；像素陽極(103)和共陰電極(104)位于頂部通孔層(105)之上，鍵合區(qū)(203)位于驅(qū)動電路層(102)表面或其中某個金屬層；像素陽極(103)、共陰電極(104)和鍵合區(qū)(203)在硅基上方不能重合；像素陽極(103)之上為有機層(106);有機層(106)自底向上依次為空穴傳輸層(310)、有機發(fā)光層(311)、電子傳輸層(312 );共陰電極(104 )上不存在有機層(106 );透明陰極層(107 )位于有機層(106)和共陰電極(104)之上，并將兩者相連；多層薄膜封裝層(108)位于透明陰極層(107)之上，將除鍵合區(qū)(203)以外的硅基表面全部包含在內(nèi)；色彩過濾層(109)位于多層薄膜封裝層(108)之上；最頂層是玻璃封蓋(110)，形成二重水氧密封和機械保護； 硅基頂發(fā)射有機發(fā)光的電流通路為外部電源_>鍵合區(qū)(203)的正電源引腳-> 驅(qū)動電路層(102) _>通孔(201)->像素陽極(103) _>有機層(106)->透明陰極層(107)->共陰電極(104) _>通孔陣列(202)->驅(qū)動電路層(102)->鍵合區(qū)(203)的負電源引腳_>外部電源；流過單個陽極像素的電流不超過80納安。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述驅(qū)動電路層(102)采用CMOS集成電路工藝制成，其晶體管特征尺寸為0. 13微米至0. 35微米，支持雙電壓或多電壓區(qū)域，模擬電路電壓范圍為-5V至+5V，數(shù)字電路電壓為+IV至+5V ;所述驅(qū)動電路層(102)包含一個晶體管層、一個晶體管至金屬連線層的連接孔層、一個或多個金屬連線層，一個或多個金屬連線層間的通孔層；所述驅(qū)動電路層(102)不包括頂層鈍化層，其頂層為金屬連線層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述驅(qū)動電路層(102)包含了驅(qū)動單點像素的像素驅(qū)動電路(601)、控制整個像素驅(qū)動電路陣列的掃描控制電路(602)和電源管理模塊(603);所述像素驅(qū)動電路(601)為任何基于MOSFET晶體管的能夠輸出可控電流的電路，驅(qū)動電流在一幀或一場圖像內(nèi)的平均幅度可以被分至256級及以上，以形成256級及以上灰度；所述掃描控制電路(602)為高速數(shù)字電路或數(shù)模混合電路，用于接受數(shù)字視頻信號或者模擬視頻信號，產(chǎn)生像素驅(qū)動電路(601)所需要的行選通信號和像素數(shù)據(jù)信號，形成灰度顯示信息；所述像素驅(qū)動電路(601)的電路布局位于像素陽極(103)的下方，掃描控制電路(602)的電路布局位于像素陽極(103)所形成陣列的某一邊或多邊或四周；所述掃描控制電路(602)包含有圖像后端處理功能，可以對輸入的視頻信號進行視頻接口協(xié)議轉(zhuǎn)換、RGB/YUV色彩空間轉(zhuǎn)換、顏色格式調(diào)整、色彩亮度和對比度調(diào)節(jié)、圖像銳化、圖像鈍化、圖像色彩抖動、圖像任意長寬比縮放、圖像形狀校正、伽瑪校正、字符或圖像疊加、圖像濾鏡疊加等圖像處理；所述電源管理模塊(603)包含一個脈寬調(diào)制模塊輸出脈寬調(diào)制信號，用以控制硅基外部的二極管和變壓器以形成直流斬波器，從而產(chǎn)生有機發(fā)光所需要的負電源；所述電源管理模塊(603)包含一個或多個用數(shù)字方式控制的低壓差線性穩(wěn)壓器，用以控制掃描控制電路(602)中各模塊的電源開關(guān)，從而降低功耗。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述像素陽極(103)為五層結(jié)構(gòu)，自底層向頂層依次為鈦層(301)、氮化鈦層(302)、鋁層(303)、鈦層(304)、氮化鈦層(305);其中，鋁層(303)厚度為100_500nm，二層鈦層(301)、(304)的厚度均為O-lOOnm、二層氮化鈦層(302)、(305)的厚度均為O-IOOnm ； 所述鋁層(303)采用物理氣相沉積一蒸鍍或濺射工藝生成，所述二層鈦層(301)、(304)以及二層氮化鈦層(302)、(305)均采用化學氣相沉積工藝生成；所述像素陽極(103)的單位面積小于100平方微米，所有像素陽極(103)在硅基表面構(gòu)成一個矩形條狀陣列或矩形條狀交錯陣列或六邊形陣列，三個相鄰像素為一組，分別用于顯示紅色、綠色、藍色，這三個像素構(gòu)成一個全彩色像素，全彩色像素的分辨率達640X480以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述像素共陰電極(104)采用與陽極像素(103)相同的工藝并同時制作，形成五層結(jié)構(gòu)，或者采用與鍵合區(qū)(203)相同的工藝并同時制作，形成向下凹槽；形成向下凹槽時，共陰電極的通孔陣列(202)不再存在；所述像素共陰電極(104)在硅基表面分布在像素陽極(103)陣列的一側(cè)、多側(cè)或四周；所述像素共陰電極(104)用于連接至所述有機發(fā)光微顯示器外部的共陰電源，且在驅(qū)動電路層(102)內(nèi)部通過金屬相連，所述共陰電源可以接地，也可以連接至正電源或負電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述頂部通孔層(105)作為金屬連線層間介電質(zhì)，主要成分為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻雜氟的硅氧化物或上述材質(zhì)的混合物，采用化學氣相沉積工藝生成；所述頂部通孔層(105)位于所述像素陽極(103)下方的部分比周圍部分高出一個淺臺階，所述淺臺階高度為100-300nm;像素陽極(103)與頂部通孔層(105)形成的臺階總高度為200-1000nm，垂直角度(401)為.75。 -100。。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述通孔(201)和通孔陣列(202)的主要材料均為金屬鎢，且最外面覆蓋了鈦層和氮化鈦層，所述鎢、鈦和氮化鈦均采用化學氣相沉積工藝生成；所述通孔(201)在頂視方向上包含于陽極像素(103)之內(nèi)，每個陽極像素(103)至少包含一個但不限于一個通孔(201);所述通孔陣列(202)在頂視方向上包含于共陰電極(104)之內(nèi)，在工藝允許的條件下，采用盡可能多的通孔數(shù)量以減少接觸電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述鍵合區(qū)(203)用于向外引出電源和數(shù)據(jù)信號，電源包含有機發(fā)光器件正電源、有機發(fā)光器件負電源、驅(qū)動電路正電源、驅(qū)動電路接地；數(shù)據(jù)信號包含驅(qū)動電路控制信號、視頻數(shù)據(jù)信號、測試信號；除測試信號以外的鍵合區(qū)分布在硅基一側(cè)或集中分布，以利于向外引線和封裝，測試信號鍵合區(qū)分布在硅基四周，以利于測試。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述空穴傳輸層(310)、多層有機發(fā)光層(311)、電子傳輸層(312)、透明陰極層(107)，采用像素陽極(103) /空穴傳輸層(310) /有機發(fā)光層(311) /電子傳輸層(312) /透明陰極(107)的器件結(jié)構(gòu)，形成有機發(fā)光器件，其加工過程為在像素陽極(103)上依次蒸鍍空穴傳輸層(310)、多層有機發(fā)光層(311)和電子傳輸層(312)，并且在所述有機層(106)上蒸鍍由無機材料構(gòu)成的透明陰極層(107)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述多層薄膜封裝層(108)為3-7層結(jié)構(gòu)，對有機發(fā)光器件形成致密保護，其加工過程為在透明陰極層(107)上蒸鍍一層有機緩沖層，然后依次蒸鍍兩種分別用于隔水和隔氣的薄膜材料各1-3層，形成保護有機發(fā)光器件免遭水氧侵襲的多層薄膜封裝層(108)，從而起到延長有機發(fā)光器件壽命的作用。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于所述色彩過濾層(109)包含彩色材料過濾區(qū)(501)和黑色材料隔離區(qū)(502);所述彩色材料過濾區(qū)(501)由三種分別僅能夠通過紅色、綠色和藍色光的過濾材料構(gòu)成，每個像素的形狀與像素陽極(103) 一致，邊長為像素陽極邊長的100%-108%，從而增大可視角度；所述黑色材料隔離條(502)不透光，形成像素隔離邊界。
12.—種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器制備方法，用于制備根據(jù)權(quán)利要求I所述的硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器，其特征在于制備工藝步驟如下 1)在單晶硅基底(101)上按照CMOS工藝制造驅(qū)動電路(102)； 2)利用通孔層掩膜版，采用化學氣相沉積工藝制作頂部通孔層(105)、通孔(201)和通孔陣列(202)； 3)利用頂層金屬層掩膜版制作像素陽極(103)和共陰電極(104)，該工藝過程包括清洗、脫水、鍍膜、涂膠、光刻、顯影、蝕刻、去膠，其中，鍍膜工藝包括物理氣相沉積和化學氣相沉積； 5)利用鍵合層掩膜版，對頂部通孔層進行蝕刻形成鍵合區(qū)(203)； 6)切割晶圓，形成微顯示的硅基芯片； 7)利用有機層掩膜版，采用真空蒸鍍工藝，在切割后的硅基芯片上制作空穴傳輸層(310)、有機發(fā)光層(311)、電子傳輸層(312)； 8)利用共陰電極層掩膜版，采用真空蒸鍍工藝制作透明陰極層(107); 9)利用薄膜封裝層掩膜版，在發(fā)光區(qū)域內(nèi)制作多層薄膜封裝層(108)； 10)利用色彩過濾層掩膜版，制作色彩過濾層(109)； 11)利用膠水封裝玻璃封蓋(110)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硅基頂發(fā)射有機發(fā)光微顯示器及制備方法。本發(fā)明將有機發(fā)光器件制作于硅基芯片的表面上，硅基芯片中集成了有機發(fā)光器件的驅(qū)動電路和控制電路。該微顯示器的結(jié)構(gòu)為(自底而上)單晶硅基底、驅(qū)動電路、頂部通孔層和頂部通孔、像素陽極和共陰電極、有機層、透明陰極層、多層薄膜封裝層、色彩過濾層、玻璃封蓋。其中，像素陽極采用鈦、氮化鈦、鋁、鈦、氮化鈦的垂直五層結(jié)構(gòu)；有機層至少包含一個空穴傳輸層、一個多層有機發(fā)光層和一個電子傳輸層。該微顯示器的有機發(fā)光像素單位面積小于100平方微米，像素分辨率640×480以上。此外，本發(fā)明的芯片切割工藝步驟在制作有機發(fā)光層和薄膜封裝層之前進行，可以利用各種掩膜版制作有機顯示器件，避免引入成本較高的激光刻蝕機。
文檔編號H01L51/52GK102629667SQ201210122468
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月25日
發(fā)明者冉峰, 季淵, 張積梅, 徐洪光, 李諾, 沈偉星 申請人:上海大學