CN102239559A - 显示器件和背板 - Google Patents

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CN102239559A CN2009801482564A CN200980148256A CN102239559A CN 102239559 A CN102239559 A CN 102239559A CN 2009801482564 A CN2009801482564 A CN 2009801482564A CN 200980148256 A CN200980148256 A CN 200980148256A CN 102239559 A CN102239559 A CN 102239559A
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S·考茨
H·格利高利
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Abstract

一种显示器件包括多个电致发光的显示像素以及多个半导体元件(“小芯片”)，每个像素通过在电绝缘层内的通孔与所述半导体元件中的一个或更多个的输出电连接以寻址该多个显示像素，以及多个滤色器和/或下转换器。滤色器和/或变频器及半导体元件被设置于器件的同一表面上。

Description

显示器件和背板
技术领域
本发明涉及显示器以及在显示器中使用的有源背板。本发明特别地涉及，但并不专指具有电致发光的有机或无机像素的器件。本发明还涉及制造此类器件的方法。
背景技术
可以看出，近些年随着显示器的质量提高，它们的成本降低，以及显示器的应用范围扩大，显示器的市场得到了相当大的发展。这包括用于诸如TV或计算机监视器的大面积显示器以及用于便携式设备的较小的显示器。
目前在市场上最常见的显示器类别是液晶显示器和等离子体显示器，尽管基于有机发光二极管(OLED)的显示器由于它们的许多优点(包括功率消耗低、重量轻、视角宽、优良的对比度以及用于柔性显示器的潜力)现在日益吸引人们的注意。
OLED的基础结构是夹在用于给有机层注入负电荷载流子(电子)的阴极与用于给有机层注入正电荷载流子(空穴)的阳极之间的发光有机层，例如聚对苯乙炔(“PPV”)膜或聚芴膜。电子和空穴在有机层中结合生成光子。在WO90/13148中，有机发光材料是共轭聚合物。在US 4,539,507中，有机发光材料是称为小分子材料的那类材料，例如(8-羧基喹啉)铝(“Alq3”)。在实际的器件中，一个电极是透明的，以允许光子从器件选出。
典型的有机发光器件(“OLED”)被制作于涂有诸如氧化铟锡(“ITO”)那样的透明阳极的玻璃或塑料衬底上。至少一种电致发光有机材料的薄膜层覆盖第一电极。最后，阴极覆盖电致发光有机材料层。阴极典型为金属或合金并且可以包括单个层(例如铝)或多个层(例如钙和铝)。在操作中，空穴通过阳极注入器件之内并且电子通过阴极注入器件之内。空穴和电子在有机电致发光层中结合以形成随后进行辐射衰变以发出光的激子。器件可以以红色、绿色及蓝色电致发光子像素来像素化以便提供全色显示。
全色液晶显示器典型地包括发白光的背光，并且从器件发射出的光在穿过LC层之后通过红色、绿色及蓝色滤色器来过滤以提供所希望的彩色图像。
全色显示可以通过使用与滤色器结合的白色或蓝色OLED以相同的方式来实现。而且，已经证明了滤色器与OLED一起的使用即使在器件的像素已经包括了红色、绿色及蓝色子像素时也可以是有益的。特别地，使红色滤色器与红色电致发光子像素对准并且使对绿色和蓝色子像素及滤色器进行同样操作能够提高显示器的色纯度(为了避免疑惑，在此所使用的“像素”可以指的是仅发出单种颜色的像素或者包括共同使像素发出一定范围的颜色的多个可单独寻址的子像素的像素。)
借助用于吸收所发射光并且以所希望的较长的波长或某一波段的波长再发射的颜色改变介质(CCM)进行的下转换(downconversion)能够被用作滤色器的替代，或者除滤色器外的选择。
一种寻址诸如LCD和OLED那样的显示器的方式利用了“有源矩阵”布局，在该“有源矩阵”布局中显示器的个体像素元件由关联的薄膜晶体管所激活。用于此类显示器的有源矩阵背板(backplane)能够以非晶硅(a-Si)或低温多晶硅(LTPS)制成。LTPS具有高迁移率但是可以是非均匀的并且需要高处理温度，这限制了它所能够使用的衬底的范围。非晶硅不需要这样的高处理温度，但是其迁移率相对低，并且能够受在使用期间由老化效应所引起的非均匀性的影响。而且，由LTPS或a-Si形成的背板均需要诸如光刻、清理和退火那样的能够损害下层衬底的处理步骤。特别地，在LTPS的情形中必须选择可经受这些高能处理的衬底。例如Rogers等在2004年的第84(26)期的Appl.Phys.Lett.(5398-5400)中、Rogers等在2006年的第88期的Appl.Lett.(213101-)中以及Benkendorfer等在2007年6月的CompoundSemiconductor中公开了对图形化的可替换方案，其中使用诸如光刻那样的常规方法将绝缘体上硅图形化成随后被转移到器件衬底的多个元件(以下称为“小芯片(chiplets)”)。转移印刷工艺这样进行：使该多个小芯片与具有促使小芯片结合(bind)于模板(stamp)的表面化学功能的弹性模板接触，并且然后将小芯片转移到器件衬底。以这种方式，载有诸如显示驱动电路那样的微米及纳米尺度结构的小芯片能够以良好的配准转移到末端衬底(end substrate)之上，而该末端衬底不必容忍在硅的图形化中所包含的过分要求的工艺处理。
但是，在显示器的情形中这仍然留下了背板在平面化之后相对厚的问题。而且，如果要使用滤色器层则给器件添加了另一层和更大的厚度。
发明内容
根据本发明，在此提供了在权利要求书中所规定的显示器件。
本发明的发明人已经发现滤色器和/或下转换器及小芯片可以结合到共同的层之内。这减小了器件中的层的厚度及数量。
因此，在第一方面中，本发明提供了包括多个显示像素的显示器件、用于寻址该多个显示像素的多个半导体元件、以及多个滤色器和/或下转换器，其中滤色器和/或下转换器与半导体元件被设置于器件的同一表面上。
每个半导体元件可以包括单个器件(例如晶体管)或多个器件，或者甚至是用于寻址给定像素的整个驱动电路。
优选地，多个半导体元件及滤色器和/或下转换器由绝缘材料层所覆盖。
适合的绝缘材料包括透明的绝缘材料例如苯并环丁烯(BCB)。优选地，绝缘材料对于UV及可见波长范围内的光具有至少80％的透明度。
优选地，多个显示像素被设置于绝缘材料层之上，每个像素与所述半导体元件中的一个或更多个电连接。
优选地，绝缘层包括多个导电通孔以提供在显示像素与半导体元件的输出之间电连接。
优选地，滤色器包括红色、绿色及蓝色滤色器和/或下转换器。
在一种优选的实施例中，显示像素是有机电致发光像素，每个有机电致发光像素包括阳极、阴极以及在阳极和阴极之间的有机电致发光材料。
优选地，显示器包括蓝色有机电致发光像素。优选地，显示像素包括红色、绿色及蓝色有机电致发光像素。
在另一种优选的实施例中，显示像素包括在两个电极之间的液晶材料层以及用于照明显示像素的光源。优选地，光源在本实施例中是白光源。
在第二方面中，本发明提供了一种形成显示器件的方法，包括步骤：提供在显示衬底的同一表面上包括多个半导体元件以及多个滤色器和/或下转换器的显示衬底；以及使多个显示像素与所述多个半导体元件电连接。
优选地，该方法还包括以绝缘材料覆盖半导体元件及滤色器和/或下转换器并且将多个显示像素设置于绝缘材料之上的步骤。
优选地，滤色器通过喷墨印刷来形成。
优选地，多个半导体元件通过将元件从供体衬底转移印刷到显示衬底来形成。
应当理解，滤色器和/或下转换器被印刷至衬底上的在印刷了半导体元件之后所剩下的空间之内(或者在首先印刷半导体器件的情形中，反之亦然)。
优选地，在供体衬底上的多个半导体元件可逆地接合(bond)于弹性模板并且被转移至显示衬底。
在第三方面中，本发明提供了用于包括在衬底的同一表面上具有多个半导体元件及多个滤色器和/或下转换器的衬底的显示器的背板。
附图说明
本发明现在将参考附图更详细地描述，在附图中：
图1示出了OLED；
图2示出了本发明的发光显示器件的局部截面图；以及
图3示出了本发明的背板的平面图。
具体实施方式
小芯片材料
半导体元件(“小芯片”)可以由半导体晶片源形成，所述半导体晶片源包括块体的半导体晶片，例如单晶硅晶片、多晶硅晶片、超薄半导体晶片(例如超薄硅晶片)；掺杂的半导体晶片，例如p型或n型掺杂的晶片以及具有选择的掺杂剂空间分布的晶片(绝缘体上半导体晶片例如绝缘体上硅(例如Si-SiO2、SiGe))；以及衬底上半导体晶片，例如衬底上硅晶片及绝缘体上硅。另外，本发明的可印刷半导体元件可以由多种非晶片源来制作，例如沉积于牺牲层或衬底(例如，SiN或SiO2)上并且随后被退火的非晶、多晶及单晶半导体材料(例如，多晶硅、非晶硅)的薄膜。
小芯片可以通过本领域技术人员所已知的常规的处理手段来形成。
优选地，每个驱动器或LED小芯片长度可达到500微米，优选为大约15-250微米，并且宽度优选为大约5-50微米，更优选地为5-10微米。
转移处理
在转移印刷中所使用的模板优选是PDMS模板。
模板的表面可以具有促使小芯片可逆地结合于模板并且被从供体(donor)衬底剥离的化学功能，或者可以依靠例如范德瓦耳斯力来结合。类似地，当转移到末端衬底时，小芯片通过范德瓦耳斯力和/或通过利用与末端衬底的表面上的化学功能的相互作用粘合于末端衬底，并且作为结果，模板可以被从小芯片层离。
为了确保精确转移到准备好的末端衬底之上，可以使模板和末端衬底配准。
小芯片和显示器集成
可以将以用于寻址显示器的像素或子像素的驱动电路来图形化的小芯片转移印刷到载有迹线(tracking)的衬底之上，迹线用于使小芯片与电源以及(如果需要的话)与在显示区域外部的用于编程小芯片的驱动器连接。
为了确保精确地转移到准备好的末端衬底上，模板和末端衬底可以通过本领域技术人员所知的方法来配准，例如通过在衬底上设置对准标记。
作为选择，用于连接小芯片的迹线可以在小芯片已经转移印刷之后施加。
在小芯片驱动显示器(例如LCD或OLED显示器)的情形中，包含小芯片的背板优选被涂以绝缘材料层以形成显示器被构造于其上的平面化层。显示器件的电极借助于形成于平面化层内的导电通孔来与小芯片的输出连接。
图2示出了这种布局。于由玻璃或透明塑料形成的衬底201之上设置了红色、绿色及蓝色下转换器(downconverter)202和小芯片203。小芯片和下转换器以平面化材料(例如BCB)层204来覆盖以形成蓝色发光有机LED像素205被设置于其上的表面。小芯片依靠导电通孔(没有示出)与OLED像素的阳极连接。来自OLED的发射206被吸收并且被再发射作为光输出207。
如果蓝色OLED像素的发射206的颜色适用于显示器则可以省去蓝色下转换器。
在另一种实施例中，提供了红色、绿色及蓝色OLED子像素并且来自这些像素的发射被由各个红色、绿色及蓝色下转换器或滤色器下转换或过滤。
除了沉积于小芯片之上外，平面化材料层还可以沉积于衬底上，在这种情况下小芯片及滤色器和/或下转换器被形成于这个平面化材料层上。
优选地，每个驱动器小芯片寻址多个显示像素(或子像素，在彩色显示器的情形中)，优选为至少4个或者更优选地为至少6个像素。在一种实施例中，显示器是全色显示器并且至少某些小芯片每个都寻址红色、绿色及蓝色子像素。从显示器发射出的光被传输通过小芯片和滤色器(或下转换器)的层，并且因此优选的是小芯片占用尽可能小的空间以使所述发射光在达到观看者之前被吸收的量最小化。完做到这一点的一种方式是最大化由给定的小芯片所驱动的像素或子像素的数量，尽管这必须相对随着每小芯片的像素数的增加而增加与小芯片的选路连接的复杂度进行权衡。
图3示出了在其中衬底301载有驱动红色、绿色及蓝色OLED子像素302的小芯片303的背板。子像素302依靠连接308来与小芯片303连接，并且小芯片与编程装置309(没有示出)连接。来自像素的发射光在离开器件之前通过下层的下转换器。
有机LED
在显示器为OLED的情形中，参考图1，根据本发明的器件包括其上已经形成了背板(没有示出)的玻璃或塑料衬底1，阳极2及阴极4。电致发光层3被设置于阳极2和阴极4之间。
在实际的器件中，至少一个电极是半透明的以便光可以被发射出。在阳极为透明的情形中，阳极典型地包含氧化铟锡。
在层3中使用的适合的材料包括小分子、聚合物以及树枝状大分子材料，以及它们的组合。在层3中使用的适合的电致发光聚合物包括诸如聚(对苯撑亚乙烯)那样的聚(亚芳基亚乙烯)以及聚芳撑例如：聚芴，特别是2，7-链9，9二烷基聚芴或者2，7-链9，9二芳基聚芴；聚螺旋芴，特别是2，7-链聚-9，9-螺旋芴；聚茚并芴，特别是2，7-链聚茚并芴；聚苯撑，特别是烷基或烷氧基取代的聚-1，4-苯撑。此类聚合物被公开于例如Adv.Mater.200012(23)1737-1750及其参考文献中。在层3中使用的适合的电致发光树枝状聚合物包括在例如WO 02/066552中所公开的带有树枝状聚合物基团的电致发光金属络合物。
另外的层可以位于阳极2和阴极3之间，例如电荷传输层、电荷注入层或电荷阻挡层。
器件优选以密封物(没有示出)来封装以防止湿气和氧气进入。适合的密封物(encapsulant)包括玻璃板、具有适合的阻挡层性质的膜，例如在例如WO 01/81649中公开的聚合物和电介质的交错叠层或者在例如WO 01/19142中公开的密封容器。可以将用于吸收可能渗过衬底或密封物的任何环境湿气和/或氧气的消气材料布置于衬底和密封物之间。
图1的实施例示出了一种器件，其中该器件通过首先将阳极形成于衬底上然后沉积电致发光层和阴极的方式来形成，但是应当理解，本发明的器件同样能够通过首先将阴极形成于衬底上然后沉积电致发光层和阳极的方式来形成。
虽然本发明已经参考具有有机电致发光像素的有源背板器件进行了描述，但是器件同样能够由无机材料形成。此类器件和材料在A.A.Bergh和P.J Dean的专著“发光二极管(Light-emitting Diodes)”(Clarendon Press，Oxford(1976)(ISBN 0198593171))中进行了描述并且为本领域技术人员所熟知。本发明还能够用于不具有电致发光像素的显示器，例如液晶显示器。

Claims (16)

1.一种显示器件，包括：多个显示像素；用于寻址所述多个显示像素的多个半导体元件；以及多个滤色器和/或下转换器，其中所述滤色器和/或下转换器以及所述半导体元件被设置于所述器件的同一表面上。
2.根据权利要求1所述的显示器件，其中所述显示像素包括发光器件。
3.根据权利要求1或2所述的显示器件，其中所述多个半导体元件及滤色器元件和/或下转换器被绝缘材料层覆盖。
4.根据权利要求2所述的显示器件，其中所述多个显示像素被设置于所述绝缘材料层之上，每个像素与所述半导体元件中的一个或更多个电连接。
5.根据权利要求4所述的显示器件，其中所述绝缘层包括多个导电通孔以提供在所述显示像素与所述半导体元件的输出之间的所述电连接。
6.根据权利要求1到5中的任一权利要求所述的显示器件，其中所述滤色器和/或下转换器包括红色、绿色及蓝色滤色器。
7.根据权利要求1到6中的任一权利要求所述的显示器件，其中所述显示像素是有机电致发光像素，每个有机电致发光像素包括阳极、阴极以及在所述阳极和所述阴极之间的有机电致发光材料。
8.根据权利要求7所述的显示器件，其中所述显示器包括蓝色有机电致发光像素。
9.根据权利要求7所述的显示器件，其中所述显示像素包括红色、绿色及蓝色有机电致发光子像素。
10.根据权利要求1到6中的任一权利要求所述的显示器件，其中所述显示像素包括在两个电极之间的液晶材料层、以及用于照明所述显示像素的光源。
11.一种形成显示器件的方法，包括步骤：提供显示衬底，在所述显示衬底的同一表面上包括多个半导体元件以及多个滤色器和/或下转换器；以及使多个显示像素与所述多个半导体元件电连接。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括：以绝缘材料覆盖所述半导体元件及滤色器并且将所述多个显示像素设置于所述绝缘材料之上的步骤。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中所述滤色器通过喷墨印刷来形成。
14.根据权利要求11到13中的任一权利要求所述的方法，其中所述多个半导体元件通过将所述元件从供体衬底转移印刷到所述显示衬底来形成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中在所述供体衬底上的所述多个半导体元件可逆地接合于弹性模板并且被转移至所述显示衬底。
16.一种背板，用于在根据权利要求1到10中的任一权利要求所述的显示器件中，所述背板包括具有表面的衬底，所述具有表面的衬底包括在同一表面上的多个半导体元件及多个滤色器和/或下转换器。
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