CN102246304B - 具有小芯片和可适性互连的器件 - Google Patents

Abstract

一种有源矩阵器件，该有源矩阵器件包括：器件基板，该器件基板包括在其上形成的多个像素，各个像素具有单独的控制电极；多个小芯片，该多个小芯片具有设置在器件基板上不同位置的至少第一小芯片和与第一小芯片对应第二小芯片；在器件基板上形成的多条导线，各条导线连接到连接焊盘和不同的像素控制电极；以及其中与第一小芯片的连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状和与第二小芯片的对应连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状不同。

Description

具有小芯片和可适性互连的器件

技术领域

本发明涉及具有基板的显示装置，该基板具有分布式独立控制元件特别是具有可适性互连的分布式独立控制元件。

背景技术

平板显示装置结合计算装置广泛使用在便携式装置中以及例如电视机的娱乐设备中。这种显示器通常使用分布于基板上的多个像素来显示图像。各个像素组合通常被称为子像素的多个不同颜色的发光元件(通常发射红光、绿光和蓝光)来呈现各个图像元素。例如等离子体显示器、液晶显示器和发光二极管显示器等多种平板显示技术是已知的。

含有发光材料薄膜的形成发光元件的发光二极管(LED)在平板显示装置中具有很多优点并且在光学系统中是有益的。在2002年5月7日颁发给Tang等人的美国专利第6,384,529号示出了一种包括有机LED(OLED：organic LED)发光元件阵列的有机LED彩色显示器。另选地，可以使用无机材料，无机材料可以包括多晶半导体矩阵中的量子点(quantum dot)或磷光晶体。也可以使用在本领域中已知的其它的有机材料薄膜或无机材料薄膜来控制针对发光薄膜材料的电荷注入、电荷输送或者电荷阻挡。这些材料被置于基板之上电极之间，具有封装覆盖层或者覆盖片。当电流流过发光材料时，就从像素发射光。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，可以通过基板(底部发射器)或者通过封装盖(顶部发射器)发光，或者通过基板和封装盖两者发光。

LED器件可以包括图案化的发光层，其中在图案中使用不同的材料从而当电流通过这些材料时发射出不同颜色的光。另选地，如在Cok的题为“Stacked OLEDDisplay Having Improved Efficiency”的美国专利第6,987,355号中所教导的，可以采用与用于形成全彩色显示器(full-color display)的滤色器一起使用单发射层(例如，白光发射器)。如在Cok等人的题为“Color OLED Display With Improved PowerEfficiency”的美国专利第6,919,681号中所教导的，采用不包括滤色器的白色子像素也是已知的。已经提出了采用不经构图的白色发射器连同四色像素的设计，所述四色像素包含红色、绿色和蓝色滤色器子像素以及不滤色白色子像素的四色像素，以提高器件的效率(参见，例如在2007年6月12日颁发给Miller等人的美国专利第7,230,594号)。

已知两种通常用于在平板显示装置中控制像素的不同的方法：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，每个子像素由一个控制元件控制并且每个控制元件包括至少一个晶体管。例如，在简单的有源矩阵有机发光显示器中，每个控制元件包括两个晶体管(选择晶体管和功率晶体管)和一个用于存储指定子像素亮度的电荷的电容器。各个发光元件通常采用独立的控制电极和公共电极。有源矩阵元件不必限于显示器，并且可以分布在基板上并在需要空间分布式控制的其它应用中使用。

形成有源矩阵控制元件的一种普通的现有技术方法通常在玻璃基板上沉积例如硅的半导体材料的薄膜，然后通过光刻工艺将该半导体材料形成为晶体管和电容器。该薄膜硅可以是非晶的或者多晶的。与在晶体硅晶圆(wafer)中形成的常规晶体管相比，由非晶硅或者多晶硅制成的薄膜晶体管(TFT)相对较大并且具有较低的性能。此外，这种薄膜器件在玻璃基板上通常呈现出局部的或者大面积的非均匀性，这导致采用这种材料的显示器的电性能和视觉外观上的不均匀性。

Matsumura等人在美国专利公开第2006/0055864号中描述了用于驱动LCD显示器的晶体硅基板的一种现有技术。该公开描述了一种用于选择性地将从第一半导体基板制成的像素控制器件转印固定到第二平面显示基板上的方法。示出了像素控制器件内的布线互连以及从总线控制电极到像素控制器件的连接。

已经发现，在将半导体器件安装到显示装置上时，在与预先存在的图案对准(x/y对准)和与预先存在的旋转性偏斜对准(θ对准)方面，会出现显著的位置变化。由于显示基板就表面积而言通常远大于初始的半导体基板，因此完成转印需要多个步骤或者多次移动，以形成最终的显示器的尺寸的阵列。因此，使用常规的光刻技术来互连小芯片(chiplet)的大型阵列，特别是对于具有小的连接焊盘的小芯片，会出现问题并且导致低于预期的器件良率。

因此，需要一种用于在大基板上互连小芯片的改进的方法。

发明内容

在本发明的一种实施方式中通过有源矩阵器件来满足该需求。所述有源矩阵器件包括：a)器件基板，该器件基板包括形成在其上的多个像素，各个像素具有单独的控制电极；b)多个小芯片，该多个小芯片具有设置在所述器件基板上不同位置的至少第一小芯片和与所述第一小芯片对应的第二小芯片；c)在所述器件基板上形成的多条导线，各条导线连接到连接焊盘和不同的像素控制电极；以及d)其中与所述第一小芯片的连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状和与所述第二小芯片的对应连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状不同。

优点

本发明的优点在于：通过为具有对应的连接焊盘的对应的第一和第二小芯片提供不同形状的导线，促进了正确的连接、减少了缺陷并提高了良率。

附图说明

图1A是根据本发明的实施方式的基板的具有小芯片的一部分的局部平面图；

图1B是根据本发明的实施方式的基板的具有小芯片的一部分的截面图；

图2A是根据本发明的实施方式的基板的具有正确定向的小芯片的一部分的详细的局部平面图；

图2B是根据本发明的实施方式的基板的具有未正确定向的小芯片和可适性互连的一部分的详细的局部平面图；

图3A是根据本发明的另选的实施方式的基板的具有不正确定向的小芯片和调整的互连的一部分的详细的局部平面图；

图3B是根据本发明的另选的实施方式的基板的具有不正确定向的小芯片和另选的调整的互连的一部分的详细的局部平面图；

图4是根据本发明的实施方式的基板的具有小芯片的一部分的更大规模的局部平面图；

图5是例示根据本发明的实施方式的方法的流程图；

图6A是根据本发明的实施方式的例示形成图案化的导体的流程图；

图6B是根据本发明的另一个实施方式的例示形成图案化的导体的的流程图；

图7是根据本发明的实施方式的例示导线的两部分的形成的流程图；

图8A是基板的具有正确定向的小芯片和连接至连接焊盘的控制导线的一部分的详细的局部平面图；并且

图8B是根据本发明的另选的实施方式的基板的具有不正确定向的小芯片和具有可适性互连的控制导线的一部分的详细的局部平面图。

具体实施方式

在一种实施方式中，本发明包括有源矩阵器件，该有源矩阵器件包括其上形成有多个像素的器件基板，各个像素具有单独的控制电极。将至少具有第一小芯片和与第一小芯片对应的第二小芯片的多个小芯片设置在器件基板上的不同位置。第一小芯片和第二小芯片通常是矩形的并且相对于器件基板的方向可以不同。在器件基板上形成多条导线(wire)，各条导线连接到不同的连接焊盘和不同的像素控制电极。连接焊盘位于小芯片上，各个小芯片具有至少一个连接焊盘。小芯片上的各个连接焊盘在该小芯片上具有独特的位置。各个小芯片上各个连接焊盘相对于该小芯片的位置对于各小芯片来说是相同的，从而第一小芯片上的各个连接焊盘在对应的第二小芯片上的类似的对应位置具有对应的连接焊盘。因此，当两个不同的小芯片上的两个连接焊盘在各自的小芯片上相对于该小芯片的位置相同时，这两个不同的小芯片上的两个连接焊盘相对应。连接第一小芯片的连接焊盘的至少一条导线的形状与用于连接对应的第二小芯片上的对应的连接焊盘的至少一条导线的形状不同。如本文所使用的，像素是单个发光元件。例如，多色器件可以具有用于发射红光、绿光和蓝光的三种不同的像素。小芯片具有与器件基板相分离和独立的基板，并且独立于器件基板形成该小芯片基板，然后将小芯片基板置于该器件基板上。

参照图1A的局部平面图和图1B的截面图，根据本发明的实施方式，一种多像素器件包括器件基板10和在器件基板10上形成的多个像素20和30，像素20包括控制电极22，像素30包括控制电极32。用于控制多个像素20和30中的一个或更多个像素的多个小芯片40和50位于器件基板10上，各个小芯片40和50包括电路41、一个或更多个连接焊盘42和52以及独立于器件基板10的小芯片基板44和54，并且其中各个小芯片40和50具有独特的预定位置和方向。由于连接焊盘42在小芯片40上的位置与连接焊盘52在小芯片50上的位置相同，因而连接焊盘42和52相对应。至少其中一个小芯片50的位置或者方向与该小芯片预定的位置和方向不同，并且与该多个小芯片中的相对应的至少一个小芯片40的位置或方向也相对不同。在器件基板10上形成多条导线24和34，各个导线24和34将一个或更多个连接焊盘42和52中的一个连接焊盘电连接到该多个像素20和30中的一个像素的不同的控制电极22和32。与连接焊盘42相连接的多条导线24中的至少一条导线在器件基板10上的路径的形状不同于连接与连接焊盘42对应的连接焊盘52的多条导线34中的另一条导线的路径的形状。可以采用像素定义层(pixel definition layer)43来防止相邻导线之间的短路。信号总线60将外部控制装置(未示出)连接到小芯片40和50，来控制小芯片和像素20和30。如这里所教导的，小芯片的相对位置或方向是该小芯片的相对于该小芯片预定位置的位置或方向。各个小芯片的预定位置将是独特的，并且相对于像素的器件基板的方向可以是独特的，但无论如何，相对位置或方向都是小芯片的实际位置或方向与期望的预定位置和方向之间的差异。

小芯片在器件基板上的预定位置和方向是该小芯片的期望位置和方向。但是，根据本发明，由于制造公差和工艺误差，至少一个小芯片被错误地以与另一个小芯片不同的方式放置或者定向。在完全受控的制造工艺中，小芯片被准确地和正确地放置，并且可以使用预先形成的掩膜通过已知的光刻工艺来形成对控制电极和连接焊盘进行互联的导线。在受控情况差一些(less well-controlled)的制造工艺中，所有的小芯片以相同的方式失配(例如，所有小芯片在位置上偏移相同的量或者旋转相同的量)，并且可以将预先形成的掩膜对准以校正小芯片的位置。但是，根据本发明，至少其中一个小芯片的失配不同于其它小芯片的失配。因此，不能够采用预先形成的掩膜来正确连接与不同地失配的小芯片相关的控制电极和连接焊盘，因而互连必须能够适于该不同地失配的小芯片的位置。因此，本发明具有提高在器件基板上形成的基于小芯片的多像素器件的良率的优势。

通过首先提供器件基板10和具有期望的电路和连接焊盘42和52的多个小芯片40和50，可以构造本发明的实施方式。例如通过机械的取放(pick-and-place)机器或者通过在共同待审、一起转让的美国专利申请号12/191,478和12/191,462(在此通过引用将其全文包括在本文中)中所教导的方法，在器件基板10上涂覆粘合剂，并且将小芯片40和50设置在器件基板10上的粘合剂上。但是，小芯片40和50的设置准确度有缺陷，这会导致小芯片50的位置和方向相对于预定的位置和方向并非完全与所期望的一致。在本发明的一种实施方式中，期望将小芯片40和50以及像素20和30以阵列形式放置在器件基板10上的预定的位置中。通常，位置阵列在器件基板10的范围内在二维的各个维度上是规则的。但是，在本发明的一些实施方式中，阵列位置可以是不规则的。

一旦将小芯片40和50置于器件基板10上，则不管位置和方向如何，可以利用市售的树脂(例如苯并环丁烯)将器件基板10平坦化，以形成平坦化层12来进一步保护小芯片40和50，并且形成可以在其上构造像素的表面。可以在平坦化层上涂覆光敏树脂。但是，根据本发明，由于其中一个小芯片50的旋转或者位置并非与所期望的一致，因而该小芯片50和连接焊盘52的准确位置是未知的。根据本发明的不同实施方式，使用例如成像传感器来捕获器件基板10的图像并使用图像处理软件来提取连接焊盘42和52的位置，能够自动地确定小芯片40和50的位置。可以接着采用例如与用于印刷电路板或者集成电路自动布局的布线软件相类似的布线软件，分别确定从控制电极22和32到连接焊盘42和52的各条导线的成形的路径。在本发明的另选的实施方式中，可以提供具有预定形状的一组预定路径，并且根据连接焊盘相对于其电连接至的控制电极的位置，选择其中该组路径中的一个路径。该实施方式通过预先计算一组有用的路径减少了操作时间。

如果所有小芯片都已按照期望进行了放置和定向，则不存在具有不同位置和方向的小芯片，并且标准的光刻掩膜工艺可以用于在布线层形成导线，以将控制电极连接到连接焊盘。但是，根据本发明，至少一个小芯片具有不同的位置和方向，并且必须找到路径形状以将对应的小芯片连接焊盘连接到对应的控制电极。因此，对于相对于期望的预定位置和方向具有不同的相对位置或方向的小芯片以及该小芯片的连接焊盘(该连接焊盘相对于该小芯片的位置与对应的另一个连接焊盘相对于该具有不同位置或方向的另一个小芯片的位置相同)，将该连接焊盘电连接到控制电极的导线将沿着这样的路径，即，其形状与将该对应的另一个连接焊盘电连接到其它控制电极的其它导线所沿着的另一个路径的形状不同。

一旦确定了将各个控制电极连接到各个连接焊盘的各条导线的路径，则可以使用激光例如通过烧蚀(ablation)或通过使用光敏树脂在树脂中形成通孔(开口)16，以使得各个小芯片的各个连接焊盘通过通孔16露出。可以接着在平坦化层上和连接焊盘上沉积金属层，并且接着涂覆光敏树脂。利用所确定出的焊盘和控制电极的位置，接着可以对树脂涂层进行曝光。再次地，可以采用激光曝光。另选地，可以结合激光器采用掩膜曝光以对光敏树脂进行曝光。有用的激光器包括具有光机寻址(opto-mechanical addressing)系统的单光斑激光器，或者包含具有例如2μm至10μm直径的光斑尺寸或者如美国专利第6,995,035号中所公开的光斑尺寸的半导体激光器的具有多通道激光头的激光器。接下来的蚀刻步骤可以对金属层构图，并去除剩下的光敏树脂。在另选的方法中，可以将导电墨沉积在基板上期望的路径中(例如通过喷墨装置)然后将其固化。形成控制电极24A、24B和像素(例如OLED像素)以及发光层26和公共电极28的随后步骤在本领域中已知。应注意，控制电极22通常限定像素20区域，以使得控制电极22和像素20在器件基板10上具有公共的范围。

由于控制电极的位置不取决于小芯片的方向，如图2A所示，可以将导线所沿的路径分割成电连接至控制电极的电极部分和分别电连接至连接焊盘和第一和第二电极部分的焊盘部分。参照图2B，在本发明的一种实施方式中，可以独特地确定包括电极部分70和焊盘部分72的整条路径。在图3A和图3B所例示的另选实施方式中，电极部分70具有相似的路径形状并且焊盘部分72具有不同的路径形状。在图2B、图3A和图3B中，以虚线示出针对期望的预定位置的路径，而经修改的路径以不同的标记示出。在该实施方式中，标准掩膜可以用于曝光电极部分70，而焊盘部分72可以被独特地确定并通过例如激光器曝光。接合点(stitching point)74指示焊盘部分72和电极部分70连接的部分。由于独特的激光曝光部分的长度减小并且能够在单次曝光中对标准掩膜部分曝光，减小了总曝光时间，因此如此分工能够提高生产量。参照图3B，在进一步的工艺中，可以将导线路径(包括焊盘部分和电极部分)的形状限制为直线形。这种限制的有利之处是数字x、y控制硬件下的激光曝光系统更容易更好地追踪直线形的线或者曝光路径。并且，通过采用具有直线形几何布线限制的、在接合点74连接的静态电极部分70和可适性焊盘部分72，或者一组预定的布线选择，当激光曝光系统在器件基板上写入通路时，可以实时地确定路径和形状。使用简单的三参数函数(对应于平面系统中的三自由度)可以独立快速地计算出局部布线图案，并且优于利用常规的布线软件根据网表进行计算。因此，检查和构图可以实时地进行组合，从而节省制造成本。

参照图4，在本发明的有用的实施方式中，多像素器件可以包括像素阵列和例如规则矩形阵列的小芯片阵列，该小芯片具有多个连接焊盘，各个小芯片的各个连接焊盘通过导线连接到像素的控制电极。如上所述，期望小芯片的中心在阵列中对准，但是根据各种实施方式，至少两个小芯片相对于器件基板的方向或位置是不同的。这种方向或位置上的差异是由于相对于阵列错误地放置小芯片(使得阵列中一个或更多个小芯片的中心在阵列中未对准)或者错误地旋转小芯片而使小芯片相对于阵列未对准而造成。如图4所示，连接到小芯片50上的连接焊盘(例如52)的一些导线(例如34)具有与连接到小芯片40上的连接焊盘(例如42)的导线(例如24)不同的形状。

在有源矩阵器件的另选实施方式中，器件基板具有形成于其上的一条或更多条控制导线；多个像素形成在器件基板上，各个像素包括控制电极；用于控制该多个像素中的一个或更多个像素的多个小芯片位于器件基板上，各个小芯片具有与器件基板相独立的基板并且包括电路和多个连接焊盘，并且各个小芯片在器件基板上具有预定的位置和方向。与第二小芯片相对应的第一小芯片具有与第一小芯片的预定位置和方向不同的位置或方向。在器件基板上形成多条导线，各条导线用于将第一和第二小芯片的多个连接焊盘中的一个连接焊盘电连接到控制线或像素的不同控制电极，并且其中用于第一小芯片的至少一条导线的形状与用于第二小芯片的至少一条导线的形状不同。如上所述，当驱动小芯片被错误地放置在基板上时，本发明可用于将连接焊盘连接到像素控制电极。本发明还用于将承载控制或电源信号的控制导线(包括但不仅限于电源、接地、数据和选择导线)连接到小芯片连接焊盘。因此，还可以对将控制导线连接到连接焊盘的路径形状进行调整以补偿其位置或方向与预定位置或方向不同的小芯片。图8A例示了利用导线的焊盘部分61连接到正确放置的小芯片44和连接焊盘42的控制导线60A。与此不同，图8B例示了通过采用具有与图8A中形状不同的形状的焊盘部分61，连接到错误放置的与小芯片44对应的小芯片54和与连接焊盘42相对应的连接焊盘52的控制导线60A。

根据本发明的各种实施方式，可以以各种方式构造小芯片，例如具有沿着小芯片的长边的一行连接焊盘。另选地，如图1A、图1B和图4所示，小芯片可以具有两行连接焊盘。互连导线可以由各种材料形成并且使用各种用于在器件基板上进行沉积的方法。例如互连导线可以是蒸发的或者溅射的金属，例如铝或铝合金。另选地，互连导线可以由固化的导电墨或者金属氧化物制成。在一个具有成本优势的实施方式中，互连导线形成在单个层中。

本发明对于采用大型器件基板(例如玻璃、塑料或者金属箔等)的多像素器件实施方式尤其有用，其中该大型器件基板在器件基板上具有按规则阵列布置的多个小芯片。各个小芯片能够根据小芯片中的电路响应于控制信号控制器件基板上形成的一个或更多个像素。像素可以是例如显示装置中的发光元件，或者传感器中的光敏元件，或者这种发光元件或光敏元件的组合。

参照图5，根据本发明的方法的一种实施方式，可以通过提供(100)器件基板、在该器件基板上放置(110)用于控制该多个像素中的一个或更多个像素的多个小芯片来制成多像素器件，各个小芯片包括电路、一个或更多个连接焊盘和独立于器件基板的小芯片基板，并且其中各个小芯片具有预定的位置和方向，并且至少一个小芯片的位置或方向与该小芯片的预定的位置和方向不同并且与多个小芯片中至少一个其他小芯片的位置或方向也相对不同。一旦被放置，就例如通过采用数字摄像机和图像分析软件检查(112)小芯片。如果任一小芯片被错误放置，则生成(114)另选形状的路径，如果有必要，形成动态计算的调整的路径。接着在器件基板上形成(120)多条导线，各条导线将一个或更多个连接焊盘中的一个连接焊盘电连接到像素阵列中的一个像素的不同的控制电极，并且其中多条导线中的至少一条导线在器件基板上的路径形状与多条导线中的另一条导线的路径形状不同，并且在器件基板上形成(130)多个像素，各个像素包括控制电极。

本发明的方法可以进一步包括在器件基板上形成总线信号导线以将小芯片电连接至外部控制器。可以在共同的步骤和公同的层中形成多条导线与总线信号导线。在本发明的进一步的实施方式中，多条导线中的各条导线可以包括电极部分和焊盘部分，并且至少两条导线的电极部分可以在共同的步骤(122)中形成，并且两条导线的焊盘部分可以在单独的步骤(124)中形成(图7)。在本发明的各种实施方式中，可以采用动态可控装置来形成导线、信号线、总线，尤其是焊盘部分。这种动态可控装置例如可以是激光曝光装置或喷墨沉积装置。

在各种实施方式中，可以形成连接焊盘的图像和控制电极的图像，根据图像分析连接焊盘和控制电极的相对位置和相对方向，并且确定将各个连接焊盘连接到不同的控制电极的路径。接着利用动态可控装置在确定的路径上形成导线。如这里所期望的，动态可控装置是这样一种装置：在将小芯片放置在器件基板上之后，该装置可以被控制以响应于小芯片的确定的位置在器件基板上形成构图的导线(patterned wires)。参照图6A，例如，可以采用喷墨沉积装置在将至少一个连接焊盘连接到至少一个控制电极的路径中涂覆(200)并固化(210)导体。可以按照对应于导线路径的图案来完成涂覆步骤或者可以按照对应于导线路径的图案来完成固化步骤，并且例如通过清洗来去除未固化的导体材料。另选地，参照图6B，可以将导电层(例如金属)涂覆(300)在器件基板上；将光敏材料涂覆(310)在导电层上并且依据图案(pattern-wise)进行曝光(320)。可以去除(330)未固化的树脂并且蚀刻(340)导电层以形成将至少一个连接焊盘连接到至少一个控制电极的路径。

已经通过在基板上形成连接焊盘和控制电极、对连接焊盘和控制电极成像、以及分析该图像以确定对连接焊盘和控制电极进行连接的路径例示了本发明的方法。接着用金属层和光敏树脂涂覆该基板。根据确定的路径对光敏树脂进行激光曝光，以依据图案固化光敏树脂，并且对光敏树脂进行显影，以依据图案露出金属层。曝光频率可以是各种有用的电磁频率中的任何一种，例如红外线、紫外线或者可见光。接着随后的蚀刻步骤对金属层进行构图以形成对连接焊盘和控制电极进行连接的导线。

如本文所使用的，像素是基板上任何一种发光元件或者光响应元件。例如，在本发明的一种实施方式中，在基板上形成的发射任何颜色光的单个有机或无机发光二极管元件是本文所期望的像素。术语“像素”、“子像素”、“发光元件”或者“光响应元件”均指本文所使用的像素。可以在显示器中发现这种发光像素阵列。在本发明的另选的实施方式中，光响应元件(例如光敏二极管或者光敏晶体管)可以是像素。可以在图像传感器或者太阳能电池中发现这种光敏感像素阵列。像素通常包括在发光材料或光响应材料的任何两侧形成的一对电极。在一些实施方式(例如，显示器)中，一个电极在基板的有源区上被公共地电连接并且是未构图的，而第二控制电极仅形成在各个像素的有源区上。

如本文所引用的在共同待审一起转让的美国专利申请第12/191462号中进一步描述的，布线层与器件基板可以很大程度上平行。很大程度上平行在这里被限定为是指：布线层与基板之间的距离可以在基板面积上稍微变化，但是布线层与基板之间的平均距离对于一个或多个像素大小的区域是均匀的。如本文所期望的，多像素器件是包括多个分布式控制元件的器件，例如在基板上形成的薄膜控制电路阵列，其中，各个控制电路响应于控制信号和电源总线来控制发光元件。根据本发明，分布式控制元件是小芯片。小芯片是与器件基板相比相对小的集成电路，并且包括在单独的基板上形成的电路，该电路包括导线、连接焊盘、无源组件(例如电阻器或电容器)或者有源组件(例如晶体管或二极管)。与显示基板分立地制造小芯片并且接着将小芯片应用于显示基板。优选地使用用于制造半导体器件的已知工艺并利用硅或绝缘体上硅(SOI：silicon on insulator)晶圆制造小芯片。接着在附接到器件基板之前将各个小芯片分离。因此，各个小芯片的晶体基(crystalline base)被认为是与器件基板相分离的基板，并且在该基板上布置有小芯片的电路。因此多个小芯片具有与器件基板分离并且彼此分离的多个对应的基板。具体地说，单独的基板与其上形成有像素的基板相分离，并且这些单独的小芯片基板的总面积小于器件基板。小芯片可以具有晶体基板，以提供比诸如薄膜非晶硅或者多晶硅器件中的器件更高性能的有源组件。小芯片可以优选地具有100μm或更小的厚度，并且更优地具有20μm或更小的厚度。这便于在小芯片上形成粘合剂和平坦化材料，通过利用常规的旋涂(spin-coating)技术来应用粘合剂和平坦化材料。根据本发明的一种实施方式，将在晶体硅基板上形成的小芯片以几何阵列布置并且通过粘合剂或平坦化材料附着至器件基板。小芯片表面上的连接焊盘用于将各个小芯片连接到信号导线、电源总线和控制电极，以通过在基板上形成的控制线导线驱动像素。小芯片可以控制一个、几个或许多个像素。但是，优选地，各个小芯片控制至少两个像素。

由于小芯片形成在半导体基板上，因而可以利用现代的光刻工具来形成小芯片的电路。通过这些工具，容易获得0.5微米或更小的特征尺寸。例如，现代的半导体生产线可以实现90nm或45nm的线宽并且可以用于制造本发明的小芯片。因此，用于驱动像素的小芯片的电路(例如用于各个像素的双晶体管有源矩阵电路)可以制造的较小。另选地，小芯片可以包含无源矩阵控制器。但是，一旦小芯片装配到显示基板上，小芯片也需要提供在小芯片上的用于与布线层电连接的连接焊盘。必须基于在显示基板上使用的光刻工具的特征尺寸(例如5μm)和小芯片与布线层的对准(例如+/-5μm)来决定连接焊盘的尺寸。因此，连接焊盘可以是例如15μm宽，并且焊盘之间具有5μm的间隔。这意味着焊盘将通常显著大于在小芯片中形成的晶体管电路。

焊盘通常可以形成在小芯片的在晶体管之上的金属化层中。期望小芯片的表面积尽可能小以使得制造成本较低。因此，通常是连接焊盘的尺寸和数量而并非是晶体管的尺寸和数量限制小芯片的尺寸。

本发明提供了一种具有提高的良率的分布式控制器件。通过使用具有单独的基板的小芯片(例如包括晶体硅)，提供了性能更好的器件，其中该小芯片的电路的性能比在基板(例如非晶硅或多晶硅)上直接形成的电路的性能更高。由于晶体硅不仅具有更高的性能并且还具有非常小的有源元件(例如晶体管)，大大减小了电路尺寸，使得小芯片的尺寸由控制该器件并为该器件供电所必需的连接焊盘的数量和间隔所确定。还可以利用微机电系统(MEMS)结构(如由Yoon、Lee、Yang和Jang等人在“Digest of Technical Papers of the Society for Information Display”，2008，3.4，p.13中的“A novel use of MEMs switches in driving AMOLED”中所描述的)来形成有用的小芯片。

器件基板可以包括玻璃和布线层，其中，在经以本领域已知的光刻技术构图的平坦化层(例如树脂)上由蒸发的或溅射的金属(例如铝或银)来制成所述布线层。可以利用集成电路产业中已经完善的常规技术来形成小芯片。

在一种发光的实施方式中，本发明可以进行如下操作。小芯片多像素控制元件包括电路，该电路包含电荷存储元件(例如电容)、响应于用于在电荷存储元件中沉积电荷的信号的有源元件(例如晶体管)、电源总线、以及用于控制来自电源总线的电流或电压的驱动元件。驱动元件(例如功率晶体管)响应于电荷存储元件来驱动流经控制线的电流。本领域已知这种电路，例如驱动有机或无机发光二极管器件。控制信号用于在电荷存储元件中沉积电荷。驱动晶体管响应于电荷存储元件以驱动流经控制线的电流，从而控制电极和像素。有用的信号和控制方法在本领域中是已知的。这种操作可以用在例如有机或无机LED显示装置中。上面参照的美国专利申请序列号第12/191,462号还提供了这种方法和操作的更进一步的细节。

在另选的光响应的实施方式中，本发明可以进行如下操作。像素可以包括光敏二极管或晶体管。小芯片多像素控制元件包括被连接以控制信号和电源总线的电路。当像素的光敏二极管或晶体管被曝露在光中时，电流经过导线流向小芯片并可以存储在电荷存储元件(例如电容)中。接着通过信号线将电荷转移到外部控制器。有用的信号和控制方法在本领域中是已知的。这种操作可以用在例如大面积的图像传感应用中。

本发明可以应用在具有多像素基础结构的任何装置中，并且可以应用在有源矩阵配置中，在该有源矩阵配置中，电路作为有源矩阵元件或无源矩阵控制器对各个像素进行控制。当增加孔径比、提高像素控制性能和降低成本较为重要时，则本发明具有优势。特别地，可以用有机的或者无机的有源矩阵LED设备来实施本发明，并且本发明在信息显示设备中尤其有用。在优选实施方式中，本发明被应用于如在1988年9月6日颁发给Tang等人的美国专利第4,769,292号和1991年10月29日颁发给VanSlyke等人的美国专利第5,061,569号(但不限于这些)中公开的由小分子或聚合物OLED构成的平板OLED设备中。可以采用例如采用了在多晶半导体矩阵中形成的量子点的无机器件(例如，在Kahen的美国专利申请公开第2007/0057263号中所教导的)以及采用了有机的或者无机的电荷控制层的无机器件、或者混合的有机/无机器件。可以使用有机或者无机发光显示器的多种组合和变形来制造这种器件，包括具有顶部或者底部发射器结构的有源矩阵显示器。

部件列表

10器件基板

12粘合剂和平坦化层

16通孔

20像素

22控制电极

24导线

24A、24B  控制电极

25布线层

26发光层

28公共(顶部)电极

30像素

32控制电极

34导线

40小芯片

41电路

42连接焊盘

43像素定义层

44小芯片基板

50小芯片

52连接焊盘

54小芯片基板

60信号线和总线

60A  控制导线

61焊盘部分

70电极部分

72焊盘部分

74接合点

100提供基板的步骤

110放置小芯片的步骤

112检查小芯片的步骤

114对路径布线的步骤

部件列表-续

120形成导线的步骤

122形成电极部分的步骤

124形成焊盘部分的步骤

130形成像素的步骤

200沉积导体的步骤

210固化导体的步骤

300沉积导体的步骤

310沉积树脂的步骤

320曝光树脂的步骤

330去除树脂的步骤

340蚀刻导体的步骤

Claims (11)

1.一种有源矩阵器件，所述有源矩阵器件包括：

a)器件基板，所述器件基板包括形成在其上的多个像素，各个像素具有单独的控制电极；

b)多个小芯片，所述多个小芯片至少具有设置在所述器件基板上不同位置的第一小芯片和与所述第一小芯片对应的第二小芯片；

c)在所述器件基板上形成的多条导线，各条导线连接到连接焊盘和不同的像素控制电极；以及

d)其中与所述第一小芯片的连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状和与所述第二小芯片的对应连接焊盘相连接的多条导线中的至少一条导线的形状不同。

2.一种有源矩阵器件，所述有源矩阵器件包括：

a)器件基板；

b)在所述器件基板上形成的多个像素，各个像素包括控制电极；

c)多个小芯片，所述多个小芯片位于所述器件基板上以控制所述多个像素中的一个或更多个像素，各个小芯片具有独立于所述器件基板的基板并且包括电路和多个连接焊盘，并且其中各个小芯片在所述器件基板上具有独特的预定位置和方向，并且与第二小芯片相对应的第一小芯片的位置或方向与所述第一小芯片的所述预定位置和方向不同；以及

d)在所述器件基板上形成的多条导线，各条导线电连接用于所述第一小芯片和所述第二小芯片的所述多个连接焊盘中的一个连接焊盘和多个像素中的一个像素的不同的控制电极，并且其中连接所述第一小芯片的连接焊盘的多条导线中的至少一条导线的形状与连接所述第二小芯片的对应的连接焊盘的多条导线中的至少一条导线的形状不同。

3.根据权利要求2所述的有源矩阵器件，其中，所述多条导线中的各条导线具有电连接到所述控制电极中的一个控制电极的电极部分以及电连接到所述多个连接焊盘中的一个连接焊盘的焊盘部分。

4.根据权利要求3所述的有源矩阵器件，其中，所述多条导线中的至少两条导线的所述电极部分具有相似的形状，并且所述至少两条导线的所述焊盘部分具有不同的形状。

5.根据权利要求2所述的有源矩阵器件，其中，所述小芯片具有一行或两行连接焊盘。

6.根据权利要求2所述的有源矩阵器件，其中，由蒸发的金属或金属合金、溅射的金属或金属合金或者固化的导电墨形成所述多条导线。

7.根据权利要求2所述的有源矩阵器件，其中，所述多条导线形成在单个层中。

8.根据权利要求2所述的有源矩阵器件，其中，所述多个小芯片以阵列形式定位在所述器件基板上，或者所述多个像素以阵列形式定位在所述器件基板上。

9.根据权利要求8所述的有源矩阵器件，其中，所述多个小芯片中各个小芯片的中心以所述阵列形式对准，但是所述多个小芯片中的至少两个小芯片相对于所述器件基板的旋转是不同的。

10.根据权利要求8所述的有源矩阵器件，其中，在所述阵列中的所述多个小芯片中的一个或更多个小芯片的中心在所述阵列中未对准。

11.一种有源矩阵器件，所述有源矩阵器件包括：

a)器件基板，所述器件基板具有在其上形成的一条或更多条控制导线；

b)在所述器件基板上形成的多个像素，各个像素包括控制电极；

c)多个小芯片，所述多个小芯片用于控制所述多个像素中的一个或更多个像素并且位于所述器件基板上，各个小芯片具有独立于所述器件基板的基板并且包括电路和多个连接焊盘，并且其中各个小芯片在所述器件基板上具有预定位置和方向，并且与第二小芯片相对应的第一小芯片的位置或方向与所述第一小芯片的所述预定位置和方向不同；以及

d)在所述器件基板上形成的多条导线，各条导线电连接用于所述第一小芯片和所述第二小芯片的所述多个连接焊盘中的一个连接焊盘和多个像素中的一个像素的不同的控制电极，并且其中连接所述第一小芯片的连接焊盘的多条导线中的至少一条导线的形状与连接所述第二小芯片的对应的连接焊盘的多条导线中的至少一条导线的形状不同。

Images