TW202401815A - 用於平板顯示器的積體電路 - Google Patents

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西蒙 奧吉爾
伊恩 詹克斯
蔡嘉鴻
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英商史瑪特凱姆有限公司
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Abstract

一種用於平板顯示器的積體電路（10），該積體電路（10）包括：一發光光電裝置（15）；一薄膜電晶體（20），其係形成在該光電裝置（15）上並有效地連接到該光電裝置（15）；一反射層（30），其係定位於該光電裝置（15）上方，並佈置為用來反射從該光電裝置（15）發射到薄膜電晶體（20）的光，使光射向該光電裝置（15）的一方向。

Description

用於平板顯示器的積體電路
本發明有關於一種用於平板顯示器的積體電路，特別是單片式顯示器。
微型發光二極體（微型LED）顯示器是一種新興的平板顯示技術，使用微型LED陣列來形成個別像素。微型LED顯示器比早期的液晶顯示器（LCD）有更多優勢。例如，由於發光二極體（LED）僅在一個像素點亮時才會通電，在其他時間可以完全關閉，因此微型LED顯示器的能效要高得多、對比度也更好。再者，微型LED顯示器的反應時間較快，因此使其更適合擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）應用，在這些應用中，高像素密度和高幀率特別有用。
微型LED顯示器通常係藉著將微型LED從源晶圓轉移到接收基板（顯示器背板）上而製成的。這能夠使用個別的紅色、綠色和藍色源微型LED晶圓來製成RGB顯示器。通常，源晶圓上的微型LED間距與背板像素間距不同，因此需要不同技術將其它們轉移到正確的位置。
然而，在個別移動像素時，可能需要使用昂貴的「取放」機器、歷經相當長時間，才能生產出單個顯示器，這增加了顯示器的成本。為了縮短製造時間，也認為它會使用黏合膜一次將多個像素轉移到基板上。
然而，上述製程面臨到許多挑戰。特別的是，轉移製程良率並非100%，這會導致缺少像素或像素未對齊的背板。這將導致需要再進行維修工作，才能生產出完全正常運行的顯示器，進而顯著提高這些組件的製造成本。由於顯示器可能具有高達2400萬個子像素，因此良率至少需達到99.99999%。目前，最佳良率可能約為99%。這類問題在生產解析度、像素密度和對比度很高的顯示器時尤為明顯，如擴增實境（AR）和虛擬實境（VR）裝置的顯示器。鑑於今後這類裝置的需求量可能漸增，因此需要一種更好的微型LED顯示器生產方法。
有種方法可避免將LED從源晶圓轉移到背板，就是直接將背板加工在源晶圓上的微型LED頂部，藉此生產出整體式顯示器。例如，藍寶石基板可形成該整體式顯示器的底層，頂部沉積有微型LED和薄膜電晶體（TFT）。由於TFT通常不透光，每個像素的覆蓋面積需要分配給TFT和微型LED使用，這會減少可以從顯示器驅動的電流。此外，若藉使用載子移動率較高的TFT（如LTPS）來縮減TFT的覆蓋區，則配合LTPS製造所需的高溫製程將嚴重損害微型LED的性能。
上述整體式顯示器的另一個問題是，由於從LED發出的光會向各個方向發射，因此僅有一小部分光沿預定方向而從整體式顯示器傳輸出來。
因此，本發明旨在克服上述一或多個問題。
本發明之第一實施態樣提供一種用於平板顯示器的積體電路，該積體電路包括：一發光光電裝置，其具有一頂面和一對向底面；一薄膜電晶體，其係形成在該發光光電裝置頂面上並有效地連接到該光電裝置；一反射層，其係形成在該光電裝置頂面和該薄膜電晶體之間，並佈置為用來反射該光電裝置發出的光，使得從該積體電路發出的反射光射向對應於該光電裝置底面的一方向。
換言之，該反射層可使該光電裝置發出的上行光反射向下。因此，本發明不同於傳統的微型LED電路佈置，其佈置使得光向上發射（即對應於生長方向的一方向、與該基板對向的一方向）。取而代之的是，使用一反射層，允許所有或大部分光下行穿過該積體電路的一底側。這樣一來，該反射層會將該光電裝置發出的大部分光引導向下，藉此提高該積體電路效率以及製成平板顯示器效率。
該積體電路效率提高，也可使該等光電裝置在較低溫度下運行，以便產生相同的光輸出，藉此提高該積體電路的性能和使用壽命。再者，由於該光電裝置發射的是下行光，因此該薄膜電晶體不會吸收或散射任何該光電裝置發出的任何光；這也減少任何高強度光損壞該薄膜電晶體的機會。這也表示該積體電路的面積不需要分享給該薄膜電晶體和該光電裝置使用，這與已知的整體式微型LED顯示器作法不同，該顯示器具有一向上發射方向，而且沉積電晶體的位置必須避免擋住大部分向上發射的光。這樣一來，該薄膜電晶體可覆蓋該積體電路一較大面積，而不會擋住該光電裝置的發光，這使得該薄膜電晶體可為該積體電路提供更大電流。
該積體電路包括一整體式裝置，其中該光電裝置和該薄膜電晶體係生長在同一基板上（稍後可將該基板移除）。因此，如本說明書所用，術語「在上方形成」較佳為表示該等組件係生長或沉積在一特定層上，而不是在單獨製造階段期分開製造並連接在一起。因此，該薄膜電晶體係沉積在覆蓋該發光光電裝置的一層中。
或者說，該積體電路包括較佳為LED的一發光光電裝置，以及沉積在該光電裝置上方的一薄膜電晶體，使得該光電裝置和該薄膜電晶體重疊。更具體而言，沿成長方向看，該光電裝置和該薄膜電晶體重疊在一起。該光電裝置和該薄膜電晶體之間可沉積一或多層。
如本說明書所用，術語「頂部」、「底部」、「上方」和「下方」指的是如圖描繪的方向和相對位置。應當理解，這些術語不要求本說明書所述的任何實施例只能在特定方向上操作。術語「頂部」表示生長方向，即相對於基板的生長方向（該裝置可能已經或尚未從基板移除）。換言之，該生長方向垂直於基板、光電裝置、反射層和/或薄膜電晶體所定義的平面。「與發光二極體底面對應的一方向」意指該積體電路的一底面，要求向上發射的光利用該反射層進行反射後導向該積體電路底面射出。本說明書使用的術語「積體電路」，統指如申請專利範圍第1項中所述的所有特徵（如光電裝置和薄膜電晶體）。應當理解，術語「積體電路」也可指該等特徵的一子集，或者可指具有數量不拘之其他組件的一電路，如另外的薄膜電晶體和/或一或多個電容器。術語「背板」可涵括沉積在該光電裝置上並控制其功能、屬於該積體電路的所有組件。該背板可包括如一或多個薄膜電晶體和電容器。
該發光光電裝置較佳為包括依序沉積的多個半導體層，並且該薄膜電晶體包括依序沉積在該光電裝置上方的多個層。
該積體電路還可包括具有一頂面和一對向底面的一基板，其中該光電裝置係形成在該基板頂面上，並且該反射層係佈置成使得反射光係穿過該基板底面發出。這樣一來，該基板提供可在其上形成多個積體電路的一基底層，藉此簡化平板顯示器的製造。特別的是，該積體電路係由沉積在該基板上的該發光光電裝置和沈積在該發光裝置上方的該薄膜電晶體整體式形成，中間沉積該反射層。相比於習用向上發射的整體式LED顯示器，在本發明中，光會反射，使得其穿過該基板發出。因此，在該基板保留給積體裝置的位置，該基板至少部分透明。將該基板從該積體電路（和該平板顯示器）的其餘部分中移除可能是有利的，這樣可將該LED和該積體電路轉移到一可撓性基板上，以製成一可撓性顯示器。
該基板可以是一藍寶石晶圓基板，較佳為在該底面上進行拋光。在該積體電路製造之後，該基板係可利用背面研磨或化學減薄方式使之變薄。該基材較佳為至少70％透明。可在該基板頂面上進行圖案化，這可減少隨後在該基板上所生長各層上的應力。
該積體電路還可包括位在該基板底面上的一或多個濾光片。這樣一來，可簡單設置具有彩色像素的平板顯示器，而不需要在該積體電路中設置不同類型的光電裝置。積體電路還可包括定位於該基板底面下方的一或多個透鏡，該一或多個透鏡係佈置來使光對準穿過該基板。
該薄膜電晶體係經由一或多個層間連接，如穿過該反射層的一或多個通孔，有效地連接到該光電裝置。特別的是，該積體電路可包括一陰極層和一陽極層。該陰極層係可定位於該光電裝置底面下方，並且該陽極層係可定位於該光電裝置頂面上方。該積體電路可包括將該薄膜電電晶體連接到該陰極層的一第一通孔，和將該薄膜電晶體連接到該陽極層的一第二通孔。 或者，該薄膜電晶體係可定位於該反射層和該光電裝置之間。
該薄膜電晶體可包括一有機薄膜電晶體。有利的是，有機薄膜電晶體係可在遠低於沉積無機薄膜電晶體時所需的溫度下、沉積到該積體電路上。利用在較低溫度下形成該有機薄膜電晶體，該反射層和/或該光電裝置就不會因高溫處理而損壞。因此，有機薄膜電晶體特別適用於本發明，因為形成無機TFT所需的沉積溫度較高，這可能使得該反射層的部分材料從預定位置遷移。
該有機薄膜電晶體較佳為包括一有機半導體層和一閘極電極，其中該有機半導體層係佈置在一源極端子和一汲極端子之間，而該閘極電極係佈置在施加電壓時、作為控制該有機半導體層中的電流流動。該有機薄膜電晶體可如WO 2022/101644所述，包括一前閘極和一背閘極，或僅包括一單閘極。該有機半導體層較佳為包括一小分子有機半導體和一有機黏合劑。該有機黏合劑較佳為包括介電常數k位在3.4≤k≤8.0範圍內的一半導體黏合劑。
該OTFT有機半導體層較佳為包括一小分子有機半導體和一有機黏合劑。術語「小分子」取其在該領域正常含義，即低分子量有機化合物，例如分子量最高為900道爾頓。該OTFT有機半導體（OSC）層較佳為至少包括一半導體油墨，其中該油墨包含一小分子有機半導體和一有機黏合劑。該OSC層較佳為包括一多晶矽小分子有機半導體，較佳為結合有機黏合劑。該多晶矽小分子有機半導體較佳為包括一并苯化合物。該有機黏合劑較佳為一有機半導體黏合劑，較佳為包括一三芳香胺部分。
該有機半導體層的該半導體油墨較佳為包括一製劑，該製劑由一離散并苯分子和/或一有機（寡聚物/聚合物）黏合劑所組成。形成該OSC層的該半導體油墨更佳為包括一并苯，和包括至少一三芳香胺部分的一聚合物黏合劑。該三芳香胺部分較佳為包含從CN和C1-4烷氧基組成之群組中選出的一或多個官能基。該油墨較佳為包括小分子并苯和/或聚三芳香胺黏合劑組成的一製劑。較佳之半導體油墨包括如 WO2010/0020329、WO2012/003918、WO2012/164282、WO2013/000531、WO2013/124682、WO2013/124683、WO2013/124684、WO2013/124685、WO2013/124686、WO2013/124687、WO2013/124688、WO2013/159863、WO2014/083328、WO2015/028768、WO2015/058827、WO2014/005667、WO2012/160383、WO2012/160382、WO2016/015804、WO2017/0141317、WO2018/078080所述油墨。
該反射層可以是一金屬層，較佳為包括鋁、銀、鉬和/或金其中的一或多種元素。該反射層也可包括一分佈式布拉格反射鏡。如果將該積體電路用作液晶顯示器其中一部分，則分佈式布拉格反射鏡可能特別有利，因為布拉格反射鏡提供反射光的偏振作用。
該積體電路可包括沉積在該光電裝置上方並在該反射層下方的一陽極層，其中該陽極層較佳為具有至少70％透明度。該陽極較佳為包括氧化銦錫（ITO）。
該積體電路可包括形成在該光電裝置上方的一或多個額外電晶體。該積體電路可包括形成在該光電裝置上方的一電容器。特別的是，本發明之積體電路可包括一光電裝置，和形成在該光電裝置上並有效地連接到該光電裝置的一背板，其中該背板包括至少一電晶體。該背板可包括提供給每個LED的一單個電晶體和一電容器來形成1T-1C的背板佈置，或提供給每個LED的二電晶體和一電容器（如一開關TFT和一驅動TFT）來形成2T-1C的背板佈置。在本發明中，該背板係直接加工在一基板晶圓上的該光電裝置上方，還有定位於該光電裝置和該背板組件之間的一反射層，使上行光反射向下。
該反射層較佳為覆蓋該光電裝置至少50％的面積。更具體而言，平行於該基板平面（並且垂直於生長方向）的一反射層表面覆蓋該光電裝置至少50％的面積。換言之，該反射層與該光電裝置垂直偏移並與之重疊，使得位在平行於該基板平面中的該光學裝置，其至少50％的面積位於該反射層下方。利用設置覆蓋該光電裝置大部分區域的一反射層，使該光電裝置發射的上行光更多反射向下，藉此進一步提高該積體電路效率。
該反射層可為該薄膜電晶體設置一閘極電極。特別的是，該反射層可包括一反射導電材料，使得其不僅可提供反射功能來反射該光電裝置發出的上行光，還可設置連接到該薄膜電晶體的一電氣觸點。特別的是，該反射層可包括一表面，作為設置該薄膜電晶體的一背閘極觸點。這樣一來，可簡化該積體電路的結構，並縮短製造時間。
該光電裝置可包括一LED。該光電裝置較佳為一微型LED 。或者，該光電裝置可包括有機LED的一QD-LED，或尺寸合適的其他類型LED。
該光電裝置係可配置為在一預定波長或一預定波長帶內發光。這樣一來，即可設置多個積體電路，每個積體電路會各自在單獨的波長或波長帶中發光，藉此設置成彩色顯示器。例如，該等光電裝置係可配置為發出RGB顯示器的紅光、綠光或藍光。
本發明之另一實施態樣提供一種包括如上所述之積體電路陣列的平板顯示器組件。特別的是，該平板顯示器組件可包括一整體式平板顯示器組件。該平板顯示器組件可包括多個積體電路，所附申請專利範圍定義的該等積體電路係加工在一單個基板上。特別的是，該顯示器組件可包括一基板和依序沉積的多個層，其經過加工後形成如任何所附申請專利範圍定義的一積體電路陣列。該平板顯示器組件可包括沉積在該光電裝置陣列上的一單個反射層。
該積體電路陣列係可沉積在一單個基板上，以形成一整體式顯示器。在製造之後，可將該積體電路從該基板上移除。
該平板顯示器組件還可包括連接到該平板顯示器組件一頂面的電路系統，用於驅動該顯示器的電子設備。該電路系統可包括其他電晶體、電容器和/或任何其他電路，用於該等積體電路個別定址。該電路系統可稱之為該平板顯示器的一「背板」。
本發明之另一實施態樣提供一種平板顯示組件的製造方法，其步驟包括：將一發光光電裝置陣列沉積在一基板頂面上；將一反射層設置在該光電裝置陣列上；將一薄膜電晶體陣列沉積在該反射層上，使每個薄膜電晶體有效地連接到一相應光電裝置。
利用設置位在該光電裝置和該薄膜電晶體之間的一反射層，使該反射層將該光電裝置發出的上行光反射向下。這樣一來，該顯示器組件的佈置方式，將該顯示氣組件的底側佈置成面向顯示方向，而在習用整體式裝置中，則將該組件（包括該等TFT）頂側佈置成面向顯示方向，兩者正好相反。該反射層會將該光電裝置發出的大部分光引導向下，藉此提高該平板顯示器效率。該積體電路效率提高，可使該等光電裝置在較低溫度下運行，以便產生相同的光輸出，藉此提高該平板顯示器的性能和使用壽命。再者，由於每個光電裝置發射的是下行光，因此薄膜電晶體不會吸收或散射任何該光電裝置發出的任何光；這也減少任何高強度光損壞該薄膜電晶體的機會。這也表示每個積體電路的面積不需要分享給該相應薄膜電晶體和該光電裝置使用；這樣，該薄膜電晶體可覆蓋該積體電路一較大面積，而不會擋住該光電裝置的發光，這使得該薄膜電晶體可為該平板顯示器提供更大電流。
可使用一化學氣相沉積技術或氣相磊晶技術來進行沉積。
該方法可進一步包括將該基板與其上該等層分離出來的步驟。可使用雷射來實現該步驟。有利的是，這樣可將該LED和該積體電路轉移到可撓性基板等另一基板上，以製成一可撓性顯示器。
該方法可進一步包括蝕刻穿透該反射層來形成多個通孔的步驟，藉此設置從每個薄膜電晶體到一各自陽極層和陰極層的電氣路徑。
雖然以上實施態樣是有關一種用於平板顯示器的積體電路、一種平板顯示器組件和一種平板顯示器組件的製造方法，但應當理解，該光電裝置可以是一感光光電裝置、而不是一發光光電裝置。 這樣一來，可設置CCD陣列等的一光學感應器。例如，提供一種用於光學感應器的積體電路，該積體電路包括：一感光光電裝置，其具有一頂面和一對向底面；一薄膜電晶體，其係形成在該感光光電裝置頂面上並有效地連接到該光電裝置；一反射層，其係形成在該光電裝置頂面和該薄膜電晶體之間，並佈置為用來反射朝向薄膜電晶體行進的光，使反射光射向該光電裝置。
該感光光電裝置可以是一光電二極體。
熟悉本技藝者應理解，本說明書所述的任何設備特徵係可作為方法特徵設置，反之亦然。
還應當理解，在本說明書所述的任何實施態樣所述和定義的各種特徵之特定組合，係可獨立實施和/或提供和/或使用。
此外，應當理解，在本說明書中純粹採用範例方式來說明本發明，並可在本發明專利申請範圍內進行細節修改。
在下面的說明和附圖中，相應的特徵較佳為使用相應的參考數字標示，以避免需要各自在每個實施例中詳細說明所述的該共同特徵。
為了清楚和簡潔起見，術語「頂部」、「底部」、「上方」和「下方」指的是如圖描繪的方向和相對位置。應當理解，這些術語不要求本說明書所述的任何實施例只能在特定方向上操作。再者，除非另有明確說明，諸如「位於」、「定位」、「佈置」等術語，僅旨在表達兩個組件或層之間的相對位置，並不排除其他組件位於所述該兩個組件之間。
圖1說明顯示器組件1的示意圖，該組件包括一像素陣列5。雖然圖1僅描繪一個具有40個像素5的陣列，但應當理解，為了提供一特定解析度，該陣列中可存在任何數量的像素5。如稍後詳述，該等像素5可包括配置為發出預定顏色光的子像素，例如以設置為RGB顯示器。此外，該等像素可按照一特定像素密度和/或像素間距佈置，以設置成適用於一系列裝置的顯示器。例如，高密度的像素5可能特別適合VR或AR耳機中的顯示器。其他組件可以與顯示器組件1結合使用，以設置成顯示裝置。例如，保護層、框架、電氣連接和/或任何其他合適的組件，都可以與顯示器組件1結合使用。
該顯示器組件1的每個像素5（或子像素）是單獨可定址的，每個像素5的狀態由一或多個薄膜電晶體（TFT）控制。該等TFT係作為控制每個像素操作的開關裝置，和/或作為驅動像素的驅動裝置。例如，該等TFT可充當微型發光二極體（微型LED）顯示器、有機發光二極體（OLED）顯示器或量子點發光二極體（QD-LED）顯示器的開關和電流驅動器。該顯示器組件1的每個像素，係利用設置在一基板12上的一或多個積體電路10設置而成。例如，一積體電路10可為該顯示器組件1設置一像素5，或者多個積體電路10係可用於為該顯示器組件1設置多個子像素。如圖1的範例像素5所示，為每個像素5設置3個積體電路10。在圖5和6中，將更詳細說明為彩色顯示器配置積體電路10的兩種方式。TFT還可用於操作設置液晶顯示器（LCD）背光區的發光二極體（LED），其中每個LED可為多個LCD像素設置一道背光。利用將背光分成多個背光區域，每個區域由一個單獨的TFT控制，可提高LCD的能效和對比度，因為不需要的區域可完全關閉。例如，對於內含大約100個LCD像素的一個區域來說，即可使用單個TFT來切換LED背光。因此，本說明書所用的術語「積體電路10」可以指該顯示器的單個像素5，也可指LED設置的一背光區域，其中每個背光區域對應的是多個LCD像素。
圖1中的該顯示器組件1是一整體式顯示器組件1，其中該積體電路10係沉積（或「生長」）在一基板12 上，而不是從一獨立體（「源晶圓」）轉移到該基板12。這樣一來，該顯示器組件1的基板12亦可稱之為源晶圓。在一整體式顯示器中，利用在該基板12的頂部形成多個層，即可產生該積體電路10。使用電漿增強化學氣相沉積積（PECVD）或金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）等化學氣相沉積（CVD）技術，或金屬有機物氣相磊晶（MOVPE）或分子束磊晶（MBE）等磊晶技術，即可實現該製程。這些技術能夠將材料的薄膜（或「層」）沉積在該基板12上，以便形成各自的積體電路10。隨後，在稱之為圖案化的製程中，可利用（乾）蝕刻法來選擇性移除該層其中一部分。這樣一來，就可將相鄰的積體電路相互電隔離，並形成通過各層之間的電氣路徑。
現在，將參照圖2A和2B，詳盡說明單獨定址像素5的流程。圖2A顯示用作顯示器背板的一電晶體陣列100，其中該電晶體陣列100包括按照規律行列陣列佈置的多個積體電路102。每個積體電路102包括一薄膜電晶體（TFT）108。如同在一習用的主動矩陣顯示器中，每個TFT作為控制對相應像素電容器101電流施加的開關，其中每個積體電路102可包括電晶體（T）和電容器（C）的1T-1C、2T-1C或其他組合。
該背板包括一系列行（掃描或閘極）線103，每條行線103一頭係連接到公共行中每個TFT 108的閘極，而其另一頭係連接到一行驅動器104，以便對一特定行中的每個TFT 108閘極施加電壓。在一特定列中，每個TFT 108的源極或汲極端子係連接到列（或數據）線105。一行驅動器106係連接到每條閘極線105，而一列驅動器106係連接到每條數據線105。利用提供一電壓脈衝給該行驅動器104來導通一行中的每個TFT 108，同時提供所需數據電壓給每個TFT 108的源極或汲極端子，即可為每個積體電路102單獨定址。利用依次掃描每一行，然後對每條數據線105施加數據電壓，即可將一數據信號寫入到該矩陣的像素電容器101中。這樣一來，在其他像素正在進行定址時，每個積體電路102的電晶體和電容器可維持一像素的狀態。
圖2B描繪的範例是一2T-1C積體電路102，其包括一選擇或開關TFT 108、一驅動TFT20以及一儲存電容器101。當行（掃描）線導通時，該數據信號VData可將一電壓寫入同樣連接到該驅動TFT 20閘極的該儲存電容器101之上。如果施加VDD和VSS電壓，則該驅動TFT 20的電阻變化，將造成與該驅動 TFT 20閘極所施加電壓相對的一電流流過LED 15，因而調節該顯示器所發出的光量。
圖3描繪的範例是一典型積體電路10’，其可形成如上述組件的一整體式顯示器組件1其中一部分。該積體電路10’包括一基板層12’，其具有一頂面12a’和一底面12b’。
微型LED 15’等的一光電裝置係佈置在該基板12’頂面12a’上，並從顯示器往箭頭方向發光。該光電裝置15’係位於一陰極層16’和一陽極層18’之間。在本實施例中，該陰極層16’係直接沉積於該基板12’頂面12a’上，而該陽極層18’則係沉積於該光電裝置15’頂部。 一薄膜電晶體（TFT）20’係佈置在該基板12’上，作為控制該光電裝置15’操作的開關和/或驅動器。應當理解，其他組件也可存在於該積體電路10’中，如有關圖2B所述的那些組件。例如，雖然圖3描繪的僅有單個TFT，但應當理解，要為該光電裝置15’設置適當的開關和驅動，該積體電路10’中可存在任何數量的TFT。再者，也可包括儲存電容器等其他組件。
該TFT 20’係透過一第一通孔22a’連接到該陰極層16’，並透過一第二通孔22b’連接到該陽極層18’。上述的該等層和通孔係可嵌入一基底層11’內，以便為該顯示器組件1提供實體完整性。在一整體式顯示裝置中，形成微型LED 15’的這些層係沉積在該基板12’上並經圖案化，以形成一陣列，位於該基板12’上的該陣列中佈置著許多（可能數百萬個）微型LED 15’。隨後各層係沉積並經圖案化，以形成一TFT 20’陣列，使每個TFT 20’有效地連接到相應的一微型LED 15’。
如本說明書所用，術語「積體電路」可指關於圖3上述的所有特徵，包括光電裝置和薄膜電晶體。應當理解，術語「積體電路」也可指該等特徵的一子集，或者可指具有數量不拘之其他組件的一電路，如另外的薄膜電晶體和/或一或多個電容器。
由於該TFT 20’和該通孔22’基本上都不透光，因此該積體電路10’的覆蓋面積需要分配給該TFT 20’和該光電裝置15’使用，以便該TFT 20’和該通孔 22’不會擋住該光電裝置15’發出的光。這會減少該光電裝置15’的可用輸出面積，也減少可驅動通過TFT 20’的電流。再者，該光電裝置15’會往箭頭以外其他方向發光，這部分的光全都浪費了。因此，圖3描繪的該電路10’，代表整體式微型LED顯示器的先前技術方法，其效率有限。
圖4顯示一積體電路10的實施例，其可形成如圖1所述之顯示器組件1的一整體式顯示器組件1其中一部分。該積體電路10具有圖3中該積體電路10’的一些特徵；例如，該積體電路10包括一基板層12，其具有一頂面12a和一底面12b。然而，圖4所示的該積體電路10係配置成向下發光。因此，該基底層12至少為局部透明，較佳為至少70％透明。該基板層12適用材料是藍寶石，但也可使用氧化鋅或碳化矽等其他材料。該基板層12較佳為在該底面12b上進行拋光，以免影響該顯示器組件1的影像品質。該基板層12係可在該頂面12a和該底面12b上都進行拋光，或者可在該頂面12a上進行圖案化，以減少該基板12頂部所生長各層上的應力。更具體而言，該基板12可以是C軸方向錐形圖案化藍寶石基板（CPSS），或者可以是習用未圖案化平面藍寶石基板（USS）。可選擇性地在該基板12底面12b上設置一或多個透鏡（未圖示）和/或彩色濾光片，以對準或聚焦光、或調整從該基板12發出的光波長。該基板層12可選擇性地在拋光之前，利用背面研磨或化學蝕刻使之變薄，以縮短LED和光學元件之間的距離。在一些實施例中，在製程後期階段，可將該基板12從該積體電路10中移除。
微型LED 15等的一光電裝置係佈置在該基板層12頂面12a上。該光電裝置也可包括一OLED或QD-LED、或其他合適類型的發光裝置。該微型LED 15可包括氮化銦鎵/氮化鎵層之多重量子井（MQW）結構等的多層。該光電裝置15係位於一陰極層16與一陽極層18之間。在該實施例中，該陰極層16係直接沉積在該基板層12頂面12a上，而該陽極層18則係沉積在該光電裝置15頂部，但應當理解這些層可互換。該陰極層16和該陽極層18的材料較佳為透明的，更佳為至少70％透明，以便使該光電裝置15的光輸出最大化。該陰極層16可包括n型-氮化鎵（n-GaN），由於GaN和藍寶石晶體彼此的晶格適當匹配，因此使其可生長在該藍寶石晶圓12頂部。該陽極層18可包括氧化銦錫（ITO）。
一反射層30係定位於該光電裝置15上方。該反射層30係佈置成反射該光電裝置15發出的上行光，使得光反而向下穿過該基板12，並從該基板12底面12b發出。該反射層30較佳為覆蓋該光電裝置15至少50％的面積。該反射層30可以是一金屬層，並可包括鋁、銀、鉬和/或金。該反射層30也可包括一分佈式布拉格反射鏡，該反射鏡具有偏振特性，可用於照亮位於LED顯示裝置下方的液晶顯示器（LCD）。
一薄膜電晶體（TFT）20係佈置在該光電裝置15和該基板12上方，作為控制該光電裝置15操作的開關和/或驅動器。應當理解，其他組件也可存在於該積體電路10中，如有關圖2B所述的那些組件。例如，雖然圖4描繪的僅有單個TFT，但應當理解，要為該光電裝置15設置適當的開關和驅動，該積體電路10中可存在任何數量的TFT。此外，也可包括儲存電容器等其他組件。一附加TFT和一電容器等其他組件，係可按照所示TFT 20類似方式沉積在該光電裝置15上。
該TFT可包括佈置在一源極端子和一汲極端子之間的一半導體層。該TFT可包括佈置來控制流入半導體層電流的一閘極電極。該TFT可以是如同WO 2022/101644中所述的一雙閘極裝置，在該半導體層一側有一前閘極電極，而在該半導體層另一側則有一背閘極電極，在該前閘極電極和/或該背閘極電極上施加一適當電壓，可用於控制該半導體層中源極和汲極之間的電流。該背閘極電極定義為最靠近該基板之該半導體層下方的電極。
該TFT係直接沉積在該光電裝置15上。特別的是，利用在同一基板12上依次沉積構成該光電裝置15和TFT 20的各層，即可形成一整體式裝置。在一些實施例中，該反射層30也可為該TFT設置一背閘極觸點。特別的是，該反射層可以是適合反射光的一金屬層，但也可為該TFT設置該電氣觸點。在這種情況下，該反射層30係可透過一通孔等連接到該TFT。
在本實施例中，該TFT 20係透過第一通孔22a連接到該陰極層16，並透過一第二通孔22b連接到該陽極層18。上述的該等層和通孔係可嵌入一基底層11內，以便為該顯示器組件1提供實體完整性。該基底層11適用材料可以是氮化矽、氧化矽，也可以是選擇性地利用紫外光或高溫進行交聯作用的有機聚合物。適用的交聯有機聚合物案例包括在WO2020/002914中發現該等具有丙烯酸官能基的聚合物。該通孔22係可結合光阻等圖案化保護層，透過光刻和化學顯影製程進行圖案化，或者使用乾蝕刻進行圖案化。
該TFT較佳係沉積在該反射層30頂部，使得該反射層30位於該TFT 20和該光電裝置15之間。這是因為該等TFT通常不透明，所以希望在光受到該等TFT擋住或散射之前，將光反射到該基板12。再者，較佳為保護該TFT免受光照射，因為TFT性能會隨時間降低。該情況的發生可能起因於有機半導體中的高強度發光，造成該裝置的開啟電壓發生變化，從而影響該裝置的電流驅動行為。該情況可能導致顯示器性能不可預測和重影效果。在這種配置中，該反射層30可具有開口，以允許該通孔22a、22b連接到該陰極層16和該陽極層18。或者，該反射層30係可反而位於該TFT頂部，這使該TFT和該光電裝置15之間連接更簡單，但將光反射到該基板12的效率可能變差。
如本說明書所用，術語「積體電路」可指關於圖4上述的所有特徵，包括光電裝置和薄膜電晶體。應當理解，術語「積體電路」也可指該等特徵的一子集，或者可指具有數量不拘之其他組件的一電路，如另外的薄膜電晶體和/或一或多個電容器。
上述實施例具備許多優點。首先，使用該反射層30將向上發射的光引導回穿過該基板，這表示該TFT 20可覆蓋每個像素大部分的覆蓋面積，而不會擋住該光電裝置15。因此，與TFT面積受限的先前技術整體式裝置相比，在本發明中，該TFT 20可為每個像素提供更大電流。其次，向預定發射方向相反的發光不再浪費、而是使其反射，使得該LED 15發光有更大比例沿預定發射方向發出，藉此產生更高效的該顯示器組件1。這表示該等光電裝置可在較低溫度下運行，以便產生相同的光輸出；這樣可減少該TFT上的應力，從而提高該積體電路10的性能和使用壽命。
有關製造該等整體式顯示器的一個問題是，該反射層30和該光電裝置15中使用的金屬可能會因超過150℃等高溫而損壞。 對於非晶矽（a-Si）、低溫多晶矽（LTPS）和/或氧化銦鎵鋅（IGZO）等無機TFT，可使用PECVD製程來沉積高品質SiNx的介電層。然而，這點僅適用於超過300°C溫度下的情況，這會損壞該積體電路10中已有的該光電裝置15和/或該反射層30。
因此，這點特別有利於該TFT是有機TFT（OTFT）下的情況。OTFT係可在遠低於沉積無機TFT時使用的溫度下、沉積到該顯示器組件1上，因此可避免損壞該反射層30和/或該光電裝置15。例如，可在低至80°C溫度下處理OTFT，因為加熱只需要用在移除配製油墨中的塗層溶劑。適用於OTFT 的低溫沉積製程，可確保該反射層和該LED免於損壞，因此，使用OTFT形成整體式裝置特別有利。
WO2022/101644和WO2020/002914中介紹了OTFT的適用結構和材料。例如，該OTFT可包括一有機半導體（OSC）層、一有機閘極絕緣體（OGI）層、一耐濺射層（SRL）、一基板和一基底層。該OSC層可至少包括一半導體油墨，其中該油墨包含一小分子有機半導體和一有機黏合劑。該OTFT的該OGI層可包括如WO2020/002914中所述的一材料。該SRL可包括如WO2020/002914中所述的一交聯有機層。該交聯有機層的較佳產生方式，係利用包括至少一非氟化多官能基丙烯酸酯、一非丙烯酸酯有機溶劑、一可交聯氟化表面活性劑和一有機矽表面活性劑構成的一溶液進行聚合反應而成，其中該有機矽表面活性劑較佳為一可交聯有機矽表面活性劑並可以是一非氟化表面活性劑。該有機矽表面活性劑可以是一丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯官能基有機矽表面活性劑。該基板可包括玻璃或一聚合物。該基底層可包括一有機交聯層，搭配WO2020/002914中所述的合適材料。
現在，如圖5和6所述，諸如上述的該等積體電路10係可用於設置彩色子像素，藉此產生一彩色顯示器組件1。
圖5描繪了三個積體電路10，其中每個光電裝置15係各自配置為發射預定顏色的光，如具有一特定波長的光或落在一特定波長帶內的光。例如，該第一光電裝置15-1發出紅光，該第二光電裝置15-2發出綠光，該第三光電裝置15-3發出藍光，儘管該光電裝置15也可以各自使用其他顏色。每個光電裝置所需的不同層係可依序沉積。該第一光電裝置15-1係由一第一TFT 20-1控制，較佳為一第一OTFT 20-1。該第二光電裝置15-2係由一第二TFT 20-2控制，較佳為一第二OTFT 20-2。該第三光電裝置15-3係由一第三TFT 20-3控制，較佳為一第三OTFT 20-3。這樣一來，該三個積體電路10各自的亮度係可由該等OTFT 20單獨控制，使得該三個子像素形成的該像素可顯示一個範圍內的顏色。該等三個積體電路10係可依序沉積在該基板12上，並圖案化為所需尺寸。通孔係從該等TFT通到該陽極觸點。
圖6描繪了三個積體電路10，其中該光電裝置15係各自配置為發射基本上相同顏色的光。有利的是，這可簡化顯示器的製程，因為所有該等積體電路10係可全使用相同製程沉積在該基板12上。例如，所有該等光電裝置可全發射藍光。為了設置彩色子像素，一或多個濾光片35係設置在該基板12底面12a上。在本實施例中，一紅色濾光片35-1係設置在一第一光電裝置15-1下方，而一綠色濾光片35-2則係設置在一第二光電裝置15-2下方。在該第三光電裝置15-3下方並沒有設置濾光片，但應當理解，該處可有一濾光片。再者，任何濾光片35都可使用不同顏色。該濾光片35係可以是光圖案化的或噴墨印刷的。由於該基板12底面12b是平坦並經拋光，因此將該濾光片35放置在該基板12上比放置在該背板陣列頂部更簡單，這在頂部發射顯示器中是必需的。該第一光電裝置15-1係由一第一TFT 20-1控制，較佳為一第一OTFT 20-1。該第二光電裝置15-2係由一第二TFT 20-2控制，較佳為一第二OTFT 20-2。該第三光電裝置15-3係由一第三TFT 20-3控制，較佳為一第三OTFT 20-3。這樣一來，該三個積體電路1各自的亮度係可由該等（O）TFT 20單獨控制，使得該三個子像素形成的該像素5可顯示一個範圍內的顏色。在一些實施例中，可同時使用濾光片35和彩色光電裝置15。
在圖5和圖6中，在該三個子像素之間共享一公共陰極層16 ，但應當理解，單獨通孔可將該等TFT 20各自連接到單獨陰極層12。在整個顯示器組件1上可共享一公共陰極層16，這可簡化該顯示器組件1的製造。在其他實施例中，該陰極層16係可進行圖案化，為各個（子）像素設置單獨的陰極層16。這點可能是有益的，因為可使該光電裝置15串聯佈置，從而可提高電流效率。
現在，將詳細介紹平板顯示器組件1的製造方法，其中該顯示器組件1包括如圖4所述的多個積體電路10。
首先，設置一基板12，如之前所述的藍寶石晶圓。為了減少隨後在該基板12上所生長各層上的應力，可在該基板12頂面12a上進行圖案化。例如，藉著使用熱光阻（PR）回流和乾刻蝕方法，設置錐形凸塊的一圖案，即可製備CPSS。在製造平板顯示器組件的任何階段，也可在該基板12底面12b上進行拋光。
為了設置該光電裝置15的該電極觸點，可使用PECVD或MOCVD等化學氣相沉積（CVD）技術，故將一陰極層16沉積在該基板12上。在典型的MOCVD製程中，可使用三甲基鎵、三甲基銦和氨來作為鎵、銦和氮的前驅物。可分別使用雙環戊二烯鎂和乙矽烷來作為p型和n型摻雜劑來源，並使用氫氣來作為載送氣體。
由於GaN與藍寶石晶圓彼此的晶格匹配，該陰極層16可包括n-GaN，使其可直接生長在該基板12頂面12a上。可將一公共陰極層16設置在整個平板顯示器組件1上。如果將該陰極層16的個別部分設置成對應各自的光電裝置15，則可對陰極層16進行圖案化，以提供該等單獨部分。圖案化步驟可在沉積該光電裝置15之前實施，但較佳是在沉積該光電裝置並進行圖案化之後實施。
隨後，將一光電裝置15陣列沉積在該陰極層16頂部上，這可在幾個沉積階段中進行。例如，一微型LED可包括一GaN成核層（如25奈米厚）、一未摻雜GaN層（如2.5微米厚）、一高摻雜n型GaN層（如2微米厚）、多對氮化銦鎵（4.6奈米）/GaN（5.2奈米）MQW（如13對）、一p型AlGaN電子阻擋層（如25奈米厚）和一鎂摻雜GaN層（如100奈米厚）。
可利用使用感應耦合電漿（ICP）等乾蝕刻技術，對該光電裝置15進行圖案化。這是用來蝕刻穿透p-GaN層和MQW主動區，直到n-GaN層暴露。隨後，使用電子束蒸鍍機，將一陽極層18沉積在該光電裝置15陣列的該p-Gan層頂部上。該陽極層可包括氧化銦錫（ITO）。可將一基底層11沉積在上述其他各層周圍，以便為該顯示器組件1提供實體完整性。隨後，可進行單獨的圖案化步驟，以便將每個光電裝置15與其相鄰裝置隔離。
也將一反射層30沉積在該陣列或該光電裝置15上方，如該陽極層18上方。該反射層30可以是一金屬層，並可包括鋁、銀、鉬和/或金。
為了在該陰極層16和該陽極層18之間設置路徑，故可蝕刻穿透該基底層11和/或該反射層30，以形成通孔22。為了設置該陰極層16和該陽極層18之間的該電氣觸點，故在路徑中接著沉積一金屬層，並對其進行圖案化和蝕刻。在前述步驟中，可以分幾個階段蝕刻出該等通孔22。
將一TFT陣列沉積在該反射層上，使該陣列中的TFT各自對應其中一個光電裝置15。將每個TFT穿過該等通孔22、有效地連接到各自的光電裝置15。沉積該TFT陣列時，可分為多個步驟。例如，現在將介紹適用於具有一前背閘極之OTFT的沉積方法，儘管單閘極OTFT也可使用。首先，沉積該背閘極電極，其可包括類似於該反射層30的一金屬層。在一些實施例中，該反射層30可為該TFT設置一背閘極電極。然後，在該背閘極上沉積一介電基底層，並在該基底層的頂部圖案化源極和汲極。隨後，沉積一有機半導體（OSC）層來覆蓋該等源極和該等汲極，並來填充該等源極和該等汲極之間的一中間空間，以設置該裝置主動通道。然後將一層或多層有機介電層沉積在該OSC層上方，並為該前閘極電極圖案化一前閘極層。然後，可使用乾蝕刻進一步對該OSC、該介電層和該閘極層進行圖案化，以移除該TFT裝置外部的有機層。然後，沉積一鈍化層，將先前沉積的各層包圍起來，然後以類似上文所述的方式，在該鈍化層中圖案化多個通孔，以設置通向該必要電極的通道。然後，施加一最終金屬層互連並對其進行圖案化，以便將 OTFT的各層連接到該LED上。
選擇性地，該基板12係可與上面的各層分離，如該陰極層16和該光電裝置15。利用任何合適的蝕刻技術或使用雷射剝蝕等雷射方式，即可移除該基板。這樣一來，可使該積體電路10脫離該基板，使得下行光不必穿過該基板，從而進一步提高效率。
雖然上述內容是針對本發明的範例實施例，但應當理解，在本說明書中純粹採用範例方式來說明本發明，並可在本發明專利申請範圍內進行細節修改。再者，熟悉本技藝者應理解，本發明可能不限於本說明書揭露的實施例，或如附圖所示、但本說明書未詳細說明或申請專利範圍未定義的任何細節。事實上，在不損害本發明的情況下，可將該等多餘的特徵從圖中移除。 此外，熟悉本技藝者透過審議本說明書，將清楚本發明的其他和進一步實施例，並可在不偏離隨後申請專利範圍定義的基本範圍下進行設計。
1:顯示器組件 5:像素陣列 10、10-1、10-2、10-3、10’、102:積體電路 11、11’:基底層 12、12’:基板 12a、12a’:頂面 12b、12b’:底面 15、15’、15-1、15-2、15-3:LED、微型LED、光電裝置 16、16’:陰極層 18、18’:陽極層 20、20-1、20-2、20-3、20’、108:薄膜電晶體（TFT） 22a、22a’:第一通孔 22b、22b’:第二通孔 30:反射層 35-1:紅色濾光片 35-2:綠色濾光片 100:電晶體陣列 100:電容器 103:行線（閘極線） 104:行驅動器 105:列線（數據線）
現在，將參考附圖、純粹採用範例方式來說明一或多個實施例，其中： 圖1顯示由多個像素形成之顯示器組件的示意圖; 圖2A和2B顯示作為顯示器背板的電晶體陣列，以及可形成電晶體陣列其中一部分的積體電路； 圖3顯示配置為頂部發光的典型積體電路； 圖4顯示配置為底部發光之整體式顯示器的積體電路實施例，； 圖5顯示三個積體電路結合獨立彩色LED所形成的彩色像素實施例；以及 圖6顯示三個積體電路結合獨立彩色濾光片所形成的另一彩色像素實施例。
10:積體電路
11:基底層
12:基板
12a:頂面
12b:底面
15:LED
16:陰極層
18:陽極層
20:薄膜電晶體(TFT)
22a:第一通孔
22b:第二通孔
30:反射層

Claims (20)

  1. 一種用於平板顯示器的積體電路，該積體電路包括： 一發光光電裝置，其具有一頂面和一對向底面； 一薄膜電晶體，其係形成在該發光光電裝置頂面上並有效地連接到該光電裝置； 一反射層，其係形成在該光電裝置頂面和該薄膜電晶體之間，並佈置為用來反射該光電裝置發出的光，使得從該積體電路發出的反射光射向對應於該光電裝置底面的一方向。
  2. 如請求項1所述的積體電路，其中還包括具有一頂面和一對向底面的一基板，其中該光電裝置係形成在該基板頂面上，並且該反射層係佈置成使得反射光係穿過該基板底面發出。
  3. 如請求項2所述的積體電路，其中該基板是一藍寶石晶圓基板，較佳為在該底面上進行拋光。
  4. 如請求項2或3所述的積體電路，其還包括位在該基板底面上的一或多個濾光片。
  5. 如請求項2至4中任一項所述的積體電路，其還包括定位於該基板底面下方的一或多個透鏡，該一或多個透鏡係佈置來使光對準穿過該基板。
  6. 如請求項5所述的積體電路，其中該薄膜電晶體係經由穿過該反射層的一或多個通孔，有效地連接到該光電裝置。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的積體電路，其中該薄膜電晶體包括一有機薄膜電晶體。
  8. 如請求項1至7中任一項所述的積體電路，其中該反射層是一金屬層，較佳為包括鋁、銀、鉬和/或金其中的一或多種元素。
  9. 如請求項1至8中任一項所述的積體電路，其中該反射層包括一分佈式布拉格反射鏡。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的積體電路，其包括沉積在該光電裝置上方並在該反射層下方的一陽極層，其中該陽極層較佳為具有至少70％透明度。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的積體電路，其中該反射層覆蓋該光電裝置至少50％的面積。
  12. 如請求項1至11中任一項所述的積體電路，其中該反射層包括一表面，作為設置該薄膜電晶體的一背閘極觸點。
  13. 如請求項1至12中任一項所述的積體電路，其中該光學裝置包括一LED。
  14. 如請求項1至13中任一項所述的積體電路，其中該光電裝置係配置為在ㄧ預定波長或一預定波長帶內發光。
  15. 一種平板顯示器組件，其包括如請求項1至14中任一項所述的一積體電路陣列。
  16. 如請求項15所述的平板顯示器組件，其中該積體電路陣列係沉積在一單個基板上，以形成一整體式顯示器。
  17. 如請求項15或16所述的平板顯示器組件，其還包括連接到該平板顯示器組件ㄧ頂面的電路系統，用於驅動該顯示器的電子設備。
  18. 一種平板顯示組件的製造方法，其步驟包括： 將一發光光電裝置陣列沉積在一基板頂面上； 將一反射層設置在該光電裝置陣列上；並將一薄膜電晶體陣列沉積在該反射層上，使每個薄膜電晶體有效地連接到一相應光電裝置。
  19. 如請求項18所述的製造方法，其步驟還包括將該基板與其上該等層分離出來。
  20. 如請求項18或19所述的製造方法，其步驟還包括蝕刻穿透該反射層來形成多個通孔，藉此設置從每個薄膜電晶體到一各自陽極層和陰極層的電氣路徑。
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