CN103107172B - 微显示集成背照图像传感器的oled图像收发装置 - Google Patents
微显示集成背照图像传感器的oled图像收发装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，包括背面的经刻蚀的半导体材料基板和正面的作为承载基板的玻璃基板，所述半导体材料基板和所述玻璃基板之间形成有图像传感器和OLED，所述图像收发装置的背面为光入射面，正面为图像显示面，所述图像传感器前方设置有阻光层，所述阻光层用于消除非从背面入射的光线对所述图像传感器的干扰。在此还公开了该OLED图像收发装置的制作方法。该OLED图像收发装置优点在于，背照光电二极管不受正面电极影响，灵敏度得到显著提高；采用标准CMOS工艺，成像开口率高；利用OLED的封装结构作为背面减薄的载体，提高了封装性能又不增加额外的工艺；实现了光输入输出互不干扰。
Description
技术领域
本发明涉及OLED图像收发装置，特别是涉及一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置及其制造方法。
背景技术
有机发光器件（OLED）具有发光亮度高、驱动电压低、响应速度快、无视角限制、低功耗、超轻超薄、可具备任意形状，颜色输出为单色、白色或近红外线、寿命长等优点，在平板显示器、平面光源等领域具有巨大的应用前景。结合硅基CMOS驱动电路，有机发光器件可以整合信号撷取、信号处理、控制等功能。
参照图1所示的例子，光电二极管嵌入在OLED微显示阵列中的图像收发装置。其中，光电二极管7对近红外光敏感，光电二极管阵列进一步形成近红外图像传感器。OLED由光反射阳极8、有机发光层5和透明阴极9组成，OLED阵列形成图像显示装置。图像显示装置发射可见光图像，图像传感器探测近红外图像。在光电二极管旁边设计OLED发光源并交叉隔开，而发光与感光可以并行操作。若OLED发射近红外，而光电二极管对可见光敏感，情况类似。
图1所示的OLED图像收发装置相比于传统的OLED微显示，最大的优势在于：在同一个CMOS芯片上集成显示和成像功能；外部电光器件减少，HMD尺寸减小；系统更加轻便、便宜，功能更强、性能更高、而功耗更低；可以应用于微型显示器，如HMD头戴显示器、行动装置或微投影装置、HUD抬头显示器、电子观景窗等；具备穿透显示与摄录影的双向微显示器，如互动式HMD、光学检查等；感测器，如光学感测器，作为萤光、颜色，流量测定等。
但是，如图1所示的图像收发装置中，在光电二极管上形成有金属线和层间介质层，光通过几层薄膜，最后被光电二极管吸收，成像单元的填充因子低，光电灵敏度低。已经知道，在背照式CMOS图像传感器中，光不需要通过光电二极管上面的多层薄膜，而是直接被光电二极管吸收，灵敏度得到显著提高。然而，有机发光层发射的光线、反射的光线以及从OLED图像收发装置正面射入的外部环境光，仍会对光电二极管的光输入造成干扰。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置。
另一目的是提供一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置制造方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，包括背面的经刻蚀的半导体材料基板和正面的作为承载基板的玻璃基板，所述半导体材料基板和所述玻璃基板之间形成有图像传感器和OLED，所述图像收发装置的背面为光入射面，正面为图像显示面，所述图像传感器前方设置有阻光层，所述阻光层用于消除非从背面入射的光线对所述图像传感器的干扰。
可进一步采用以下一些技术方案：
所述OLED包括光反射阳极、有机发光层和透明阴极，所述图像传感器为光电二极管，所述半导体材料基板为p-Si基板。
所述OLED的光反射阳极和所述阻光层形成在金属间绝缘层上，所述阻光层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方。
所述阻光层与所述OLED的光反射阳极有交叠，覆盖所述OLED的光反射阳极的边缘。
所述阻光层形成在金属间绝缘层上，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述阻光层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方。
所述阻光层形成在第一金属间绝缘层和第二金属间绝缘层之间，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述第二金属间绝缘层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方。
所述第二绝缘层与所述OLED的光反射阳极有交叠，覆盖所述OLED的光反射阳极的边缘。
所述阻光层是树脂或含铬的薄膜，优选采用光刻的方式形成。
一种所述微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置的制造方法，包括以下步骤：
在半导体材料基板上采用标准CMOS工艺形成OLED驱动电路、图像传感器及所述图像传感器的信号读取电路；
制作OLED的光反射阳极、有机发光层和透明阴极；
设置阻光层以消除非从半导体材料基板背面入射的光线对所述图像传感器的干扰；
进行薄膜封装；
在封装的薄膜上面粘接玻璃基板；
以玻璃基板为载体，从背面刻蚀半导体材料基板，减薄至背面适于作为光入射面。
进一步地，所述OLED形成在金属间绝缘层上，在制作所述OLED前，对所述金属间绝缘层进行化学机械抛光或采用平整材料如有机材料进行平整处理。
根据本发明的微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，其正面形成OLED器件的显示发光面以显示图像，OLED光线从正面发射出，背面半导体材料基板经刻蚀减薄形成光入射面，从背面辐照，使图像传感器例如光电二极管感光，即该装置外部光线从背面照射，而OLED光线从正面出射。同时，针对图像传感器设置阻光层，以消除非从背面入射的光线（例如有机发光层发射的光线、器件内部反射的光线以及从OLED图像收发装置正面射入的外部环境光）对图像传感器的干扰。本发明的OLED图像收发装置的优势在于：背照光电二极管不受正面电极影响，灵敏度得到显著提高；采用标准CMOS工艺，成像开口率高；利用OLED的封装结构作为背面减薄的载体，提高了封装性能又不增加额外的工艺；实现了光输入输出互不干扰。
附图说明
图1是已有的OLED图像收发装置的剖面示意图；
图2是本发明实施例的微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置结构示意图；
图3是本发明实施例的制造工艺流程图；
图4是本发明一个实施例的微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置图；
图5是本发明另一实施例微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置图；
图6是本发明又一实施例微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
参考图2，在一些实施例里，一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置包括：硅基板及其上的掺杂区域100；电极、绝缘层和OLED区域110；和封装结构及玻璃基板区域120。 该装置的正面具有OLED显示器的显示发光面以显示图像，光线21从正面出射，OLED可以发出可见光或红外光。该装置的背面是指正面的相对面，光线25从背面辐照，使光电二极管感光，故称为背照。光线25可以是可见光或近红外光。该装置具有外部光线从背面照射，而OLED产生的光线从正面出射的特征，光信号的输入和输出互不干扰。
如图3所示，在一个具体实施例里，该装置的制作流程如下：
首先在p-Si基板正面采用标准CMOS工艺形成OLED驱动电路、光电二极管及光电二极管的信号读取电路，然后制作OLED发光像素单元。为了对光电二极管屏蔽OLED的光线，可以采用像素单元间的阻光层或单独在层间绝缘层之间设置阻光层。之后进行薄膜封装。在封装薄膜上面粘接玻璃基板，再以玻璃基板为载体，从背面刻蚀p-Si基板，优选减薄至5-20μm。最后制作出的整个显示器以玻璃为承载基板，背面为光入射面，正面为图像显示面。
一个具体实施例的OLED图像收发装置的剖面如图4所示，本实施例提供一种集成背照光电二极管的OLED图像收发装置，该装置包括硅基板、背照光电二极管、OLED和玻璃基板。该装置具体制作流程及结构如下。
在p-Si基板1上形成n阱5，p-Si基板1与n阱5形成光电二极管。继续形成层间绝缘层6，在层间绝缘层6中形成插拴3，n阱5与接触2相连，并通过插拴3连接到金属互连线4，金属互连线4形成在层间绝缘层6上。在层间绝缘层6和金属互连线4上面形成金属间绝缘层7，在金属间绝缘层7上形成金属互连线8，金属互连线8通过插拴连接到场效应管的漏电极（未图示）。金属互连线8作为OLED的反射阳极（简称为OLED阳极）。
优选地，金属间绝缘层7进行化学机械抛光或采用平整材料（如有机材料）进行平整处理，以确保接下来制作的OLED的性能。
OLED包括金属互连线8、有机层9和透明阴极10。金属互连线8的材料可以是银、金、铬、铝、铜、钼、钽、钨、硅等或由这些材料形成的各类合金。阻光层20形成在金属间绝缘层7上，其材料可以是树脂或含铬的薄膜。阻光层20的成形可以采用光刻的办法。优选地，阻光层20与OLED阳极有交叠，覆盖OLED阳极的边缘,阻光层20所确定的区域（即没有被阻光层20覆盖的金属互连线8的区域）是OLED的有效发光区。
如图5所示，在另一实施例中，同样在金属间绝缘层7上形成阻光层20，其材料可以是树脂或含铬的薄膜。阻光层20在插拴的位置有孔与插拴对应，其余部分是连续薄膜，起到阻隔光线的作用。阻光层20的成形可以采用光刻的办法。与前一实施例不同在于，本实施例在阻光层20上形成金属互连线8和绝缘层30，绝缘层30可通过光刻成型。优选地，绝缘层30与OLED阳极有交叠，覆盖OLED阳极边缘,绝缘层30所确定的区域是OLED的有效发光区。
如图6所示，在另一实施例中，阻光层20形成在金属间绝缘层7和31之间，其材料可以是树脂或含铬的薄膜。阻光层20在插拴的位置有孔与插拴对应，其余部分是连续薄膜，起到阻隔光线的作用。阻光层20的成形同样可以采用光刻的办法。金属互连线8形成在金属间绝缘层31上，金属互连线8通过插拴连接到场效应管的漏电极（未图示）。金属互连线8作为OLED的反射阳极。金属间绝缘层31需要进行化学机械抛光或采用平整材料（如有机材料）进行平整处理，以确保制作的OLED的性能。绝缘层30形成在金属间绝缘层31上，通过光刻成型，绝缘层30与OLED阳极有交叠，覆盖OLED阳极边缘,绝缘层30所确定的区域是OLED的有效发光区。
在一些实施例中，在阳极8上顺序形成各有机层9，在有机层9上形成透明导电层10，透明导电层可以是如ITO、IZO一样的透明导电膜，也可以是由薄金属膜形成的透明导电层。在透明阴极10上形成透明的薄膜封装层11，以保护下面的OLED。薄膜封装11可采用有机/无机复合多层膜封装结构，从OLED阴极开始，第一层为有机封装层，最后一层是无机层，在薄膜封装层11上可粘接0.5mm-1mm玻璃基板24，既作为微显示的承载基板，又作为微显示的透明面板。
如图4所示，在另一实施例中，滤色器阵列40制作在薄膜封装层11上，玻璃基板24粘接在滤色器阵列40上。滤色器阵列40也可以制作在玻璃基板24，制作好滤色器阵列的玻璃基板粘接在薄膜封装层11上。
仍然参考图2，以玻璃基板24为承载基板，刻蚀原来的p-Si基板1的背面，背面指相对于OLED的反面。刻蚀后硅片厚度为5-20μm。当在OLED的阳极和阴极两端加上电压后，光从有机层9中发出，一部分成为外输出光21，一部分在器件内部反射如光线23。光线23被阻光层20吸收或反射，不影响光电二极管。外界环境光22被阻光层20吸收或反射，也不影响光电二极管。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，其特征在于,包括背面的经刻蚀的半导体材料基板和正面的作为承载基板的玻璃基板，所述半导体材料基板和所述玻璃基板之间形成有图像传感器和OLED，所述图像收发装置的背面为光入射面，正面为图像显示面，所述图像传感器前方设置有阻光层，所述阻光层用于消除非从背面入射的光线对所述图像传感器的干扰，所述图像传感器为光电二极管；
所述阻光层形成在金属间绝缘层上，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述阻光层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方；或者，所述阻光层形成在第一金属间绝缘层和第二金属间绝缘层之间，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述第二金属间绝缘层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方；
所述第二绝缘层与所述OLED的光反射阳极有交叠，覆盖所述OLED的光反射阳极的边缘。
2.如权利要求1所述微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，其特征在于,所述OLED包括光反射阳极、有机发光层和透明阴极，所述半导体材料基板为p-Si基板。
3.如权利要求1至2任一项所述微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置，其特征在于,所述阻光层是树脂或含铬的薄膜，采用光刻的方式形成。
4.一种制作如权利要求1至3任一项所述的微显示集成背照图像传感器的OLED图像收发装置的制造方法，其特征在于,包括以下步骤：
在半导体材料基板上采用标准CMOS工艺形成OLED驱动电路、图像传感器及所述图像传感器的信号读取电路；
制作OLED的光反射阳极、有机发光层和透明阴极；
设置阻光层以消除非从半导体材料基板背面入射的光线对所述图像传感器的干扰；
进行薄膜封装；
在封装的薄膜上面粘接玻璃基板；
以玻璃基板为载体，从背面刻蚀半导体材料基板，减薄至背面适于作为光入射面；
其中，将所述阻光层形成在金属间绝缘层上，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述阻光层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方；或者，将所述阻光层形成在第一金属间绝缘层和第二金属间绝缘层之间，第二绝缘层和所述OLED的光反射阳极形成在所述第二金属间绝缘层上，所述第二绝缘层确定所述OLED的有效发光区域，所述光电二极管设置于所述OLED的光反射阳极旁边，且位于所述阻光层的下方；
其中，使所述第二绝缘层与所述OLED的光反射阳极有交叠，覆盖所述OLED的光反射阳极的边缘。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于,在制作所述OLED前，对所述金属间绝缘层进行化学机械抛光或采用平整材料进行平整处理。
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