TWI785662B

TWI785662B - 具有保護電路之有機發光二極體顯示器

Info

Publication number: TWI785662B
Application number: TW110124009A
Authority: TW
Inventors: 約翰哈默; 傑佛瑞史賓德勒; 馬里納Ｅ康達科法; 博恩德里奇特; 飛利浦瓦騰伯格; 捷爾德邦克; 烏韋沃格爾
Original assignee: 美商Ｏｌｅｄ沃克斯有限責任公司; 德商弗恩赫發展應用公司
Priority date: 2020-07-21
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2022-12-01
Also published as: TW202213317A; TW202217785A

Abstract

本發明揭示一種包括位於一矽基背板之頂部上之一發光OLED堆疊之顯示器，該矽基背板具有可個別定址像素及控制電路系統，其中該矽基背板之該控制電路系統包括至少一個驅動電晶體，其中該驅動電晶體之一第一端子電連接至一外部電源(V _DD)，且該驅動電晶體之第二端子電連接至該OLED堆疊之底部電極；其中該驅動電晶體之閘極由一掃描電晶體供應之一資料信號控制，該掃描電晶體由來自選擇線(SELECT1)之一信號控制；且該控制電路系統另外包括一保護電路，該保護電路包括一雙極接面電晶體。對於微顯示器應用，該掃描電晶體與該驅動電晶體之該閘極之間可存在一開關電晶體。該OLED堆疊可包括兩個或更多個OLED發光單元。

Description

具有保護電路之有機發光二極體顯示器

本申請案係關於OLED顯示器，且更確切而言係關於具有保護電路之OLED顯示器。

OLED顯示器確切而言OLED微顯示器極受關注且實用。通常，一微顯示器小於2英吋對角線(大約5cm)，乃至一超小顯示器大小小於0.25"對角線。在大多數情形下，微顯示器之解析度係高的且像素間距通常為5至15微米。首次在1990年代末投入商用時，微顯示器通常用於背面投影TV、頭戴式顯示器及數位相機取景器。近年來，如智慧型手錶等裝置已利用此等顯示器之高解析度及低功耗。預期接下來的幾年微顯示器會激增，其中全球市場之複合年增長率預計為20%。驅動此增長之潮流之一將係越來越多地採用近眼顯示器、擴增實境裝置及虛擬實境裝置，例如頭戴式顯示器(HMD)、抬頭顯示器(HUD)及電子取景器(EVF)。

存在兩個主要微顯示器類別。第一種係一投影微顯示器，其涉及投射至一表面上之一高倍放大影像。投影微顯示器之類型包含背面投影TV及緊湊資料投影機。第二種係一近眼顯示器(NED)，其由透過一目鏡(例如，一虛擬實境頭戴機或攝錄影機取景器)觀察之一高倍放大虛擬影像組成。此等顯示器越來越多地用於用於HMD及HUD，尤其用於軍事及醫療行業中。

兩種類型之微顯示器具備優於習用直觀式顯示器(例如，平板LCD)之顯著優點。與其他顯示器類型相比，微顯示器之優點包含能夠自一非常小輕量級源顯示器單元產生一大影像，使其容易整合至例如穿戴裝備等空間受限技術中；能夠形成大像素容量，從而執行高解析度及清晰度；且能夠達到更大功率效率。解析度及亮度越高且功耗越低，則微顯示器之品質越好。然而，微顯示器製造者所面臨之挑戰係生產成本相對高且需要高亮度及高對比度以及長操作壽命。

微顯示器可透過各種顯示器技術製成，包含透過矽基液晶(LCoS)、液晶顯示器(LCD)、數位微鏡裝置(DMD)、數位光處理(DLP)製成；且最近透過微LED(發光二極體)及有機發光二極體(OLED)製成。

近年來LCD已佔領微顯示器市場。LCD技術之優勢在於高亮度、相對低成本及一相對簡單製造程序。LCD之使用已使裝置製造商能夠隨時間推移減小微顯示器組件之大小。LCD顯示器當前用於某些HMD、HUD、EVF、以及熱成像眼鏡與穿戴裝備中。然而，LCD微顯示器需要一光源或背光與用於調變光之一液晶陣列一起形成一影像。此技術存在限制，例如偏振、色彩空間、最大照度限制、LC溫度靈敏度、視角、LCD透射與消光比、系統限制尺寸及其他，此無法提供所有所期望效能特性。

基於微LED技術之微顯示器可具備優於LCD微顯示器之優點，例如自發射、一較大色域、寬視角、較好對比度、較快再新率、較低功耗(與影像相關)及寬操作溫度範圍。當前，微LED微顯示器係基於標準LED所採用之一標準氮化鎵(GaN)晶圓。此方法能夠以一相對低價格提供不存在壽命問題之高照度顯示器裝置。通常，將標準GaN晶圓圖案化成微LED陣列。然後，藉由對微LED陣列與電晶體進行整合產生微LED顯示器。然而，由於個別微LED之間存在色彩及照度差異，因此此方法存在幾個製造憂慮，包含微LED單片地形成於電晶體之上、像素間隔、呈色及空間均勻性。

OLED技術同樣具有針對微顯示器之微LED技術之諸多有吸引力特徵。其係自發光的，具有出色影像品質，與LCD或LCoS相比非常高效且具有一超高顯色度及寬色彩空間。自發光OLED裝置優於背光裝置(例如LCD)之重要優點在於，每一像素僅產生影像所需要之強度，而背光像素產生最大強度隨後吸收不需要光。此外，由於OLED層可真空沈積或直接塗佈於電晶體背板上，因此在電晶體之上形成一OLED比形成一微LED更容易且成本更低。另一方面，OLED所具有之照度及壽命可係有限的。

解決運動模糊問題對OLED微顯示器(其係取樣保持型顯示器)中之控制電路系統而言亦係重要的(參見https：//www.blurbusters.com/faq/oled-motion-blur/；中2018年12月28的「Why Do Some OLEDs Have Motion Blur？」及https：//www.soundandvision.com/content/motion-resolution-issue-oled-tvs中2015年1月15日的「Is Motion Resolution an Issue with OLED TVs」)。

減輕取樣保持所導致之運動模糊之唯一方式係縮短顯示一圖框之時間量。此可藉由使用額外再新(較高Hz)或經由再新之間的黑暗週期(閃爍)來實現。對於OLED微顯示器而言，最佳解決方案係藉由同時關斷整個作用區域或藉由一「捲動」技術「關閉」顯示影像，其中依序一次僅關斷顯示影像之一部分。「捲動」技術係較佳的。像素關斷時間非常短且遠低於人眼可覺察之臨限值以避免可感知的閃爍。在控制電路系統中包含一關閉電晶體，在透過一選擇線啟動該關閉電晶體時防止電流流過OLED且藉由將OLED像素「關斷」所期望時間週期來轉變發射，以此來實現此目的。換言之，關閉電晶體係一開關電晶體，原因在於其僅「接通」或「關斷」像素而不調節電壓或電流。然而，在一影像顯示時間(通常被稱為圖框時間)之一部分內關斷像素之此解決方案僅增大每當OLED「接通」時該OLED對經增大照度之需要，此乃因其係圖框內眼睛所感知到之平均照度。用於減小運動模糊之關閉可適用於為OLED堆疊供電之任何方法，例如電流控制或PWM。

自成本及可製造性之角度看，利用矽背板之OLED顯示器及微顯示器非常有吸引力。舉例而言，參見2006年Proc.of SPIE Vol.7415 74150Q-1中Ali等人的「Recent advances in small molecule OLED-on-Silicon microdisplays」；Ying、W.之「Silicon Backplane Design for OLED-on-Silicon Microdisplay」，MsE Thesis,Nanying Technological University,2011；SID 2018 DIGEST，第613頁中Jang等人的J.Information Display,20(1),1-8(2019)；Fujii等人的「4032ppi High-Resolution OLED Microdisplay」；US2019/0259337；Prache,Displays,22(2),49(2001)；2018年9月Vogel等人的2018 48^th European Solid-State Device Research Conference第90頁；及SID Proceedings,49(1)第40至5頁，514(2018)中Wartenberg等人的「High Frame-Rate 1」WUXGA OLED Microdisplay and Advanced Free-Form Optics for Ultra-Compact VR Headsets」。

包含微顯示器在內的顯示器可需要非常高照度以在所有環境條件下皆有用，例如在陽光明亮之戶外。舉例而言，微顯示器即使在受控環境條件下(例如在VR穀歌中)仍需要非常高照度來形成一沉浸式視覺體驗。就微顯示器而言，非常高照度允許使用較小、重量較輕且成本較低之較低效率光學器件，從而產生更具競爭力之一頭戴機。

為達成OLED顯示器之高照度，供應至OLED之電力通常接近或處於OLED之最大極限。一特殊問題係微顯示器亦需要具有極高解析度，此需要個別像素之大小必須儘可能小且微顯示器之作用(發光)區域含有儘可能多之像素。此需要背板之控制電路系統中之電晶體係小的，但大小足以在不會造成永久損壞或電流洩漏之情況下應對所需電壓及電流。

通常，隨著電晶體變小，由於洩漏電流及其他故障機制而無法處置較高功率，因此電壓額定值變低。較小較低電壓電晶體在閘極處具有較薄絕緣層，因此其亦具有更靜態電流洩漏。WO2008/057372論述與微顯示器中之像素電路大小減小相關聯之問題及先前技術。亦參見例如O.Prache的Journal of the Society for Information Display,10(2),133(2002)；O.Prache的「Active Matrix Molecular OLED Microdisplays,Displays,22,49-56(2001)；及Howard等人的「Microdisplays based upon organic light emitting diodes」,IBM J.of Res.& Dev.,45(1),15(2001)，其論述需要矽背板上之微顯示器在低電壓下提供高照度及一大對比度比率。

此外，當使用MOSFET p通道電晶體將一恆定電流自處於V_DD下之一電源提供至陰極電壓為V_CATHODE之一OLED時，總電壓必須大以為電晶體供電且將OLED「接通」以達到高亮度。然而，在此等高電壓下，若在試圖關斷OLED以形成一黑色像素時穿過電晶體之電流洩漏足夠大，則由於(V_anode-V_cathode)將仍大於OLED臨限電壓因而OLED將繼續發光。在OLED顯示器中，由於OLED像素在應保持黑暗時將繼續發光，因此穿過驅動電晶體之電流洩漏將減小對比度。對比度係當像素應係「關斷」、「黑色」或不發射(通常，影像信號碼值(CV)=0)時與當像素應係完全「接通」、「白色」或處於最大發射(通常，影像信號CV=255)時之間的發光差異。此效應將使得純黑色(期望不發射)變成灰色(出現某種程度之發射)且減小純黑色與純白色之間的色調等級之量值。不期望如此。

OLED型微顯示器通常在背板之MOSFET型控制電路系統中含有一保護電路以限制流過電晶體之電量以防止損壞。由於使微顯示器發射所需之功率相對高，因此期望具有OLED之微顯示器之背板之控制電路系統中包含一保護電路。一保護電路應至少維持或「箝位」OLED之底部電極處之電壓，以使得在OLED不發射時該電壓不低於一所期望電壓位準。此等保護電路亦可被稱為「電壓維持」電路。

為保護控制電路系統中存在之低電壓電晶體且保持於晶圓代工廠所設定的電晶體之規定操作範圍內，期望保護電路維持像素之堆疊式OLED之底部電極處之一黑色位準電流(CV=0或像素「關斷」)低於4μA/cm2，或更期望針對一臨限電壓Vth大約為7.5V之3單元堆疊式OLED維持於2μA/cm2或低於2μA/cm2。對於4單元堆疊式OLED裝置而言，期望類似黑色位準電流，且一典型Vth係大約10V。

需要利用可提供高照度之OLED堆疊提高矽背板上之OLED顯示器特別係微顯示器之效能。然而，矽背板上之控制電路系統必須能夠在大小不會顯著增大之條件下應對較高電壓及電流需求，以維持OLED之作用區域內之解析度及像素間距。確切而言，控制電路系統應藉由防止或最小化穿過電晶體之電流洩漏以及因功率需求增大所致的電晶體損壞來維持對比度。

通常，在製造背板之半導體鑄造行業中，操作範圍為5V或低於5V之類比電晶體被視為標準「低電壓」(LV)電晶體。以下情形亦係常見的：電壓額定值通常具有一10%安全性限制，從而允許在「5V電晶體」甚至5.5V電晶體之壽命不降級之條件下可靠操作；此足夠高以允許在OLED動態電壓範圍中存在某一程度之過電壓及驅動電路額外負擔電壓。雖然電壓極限通常應用於通向電晶體之任何一對觸點(閘極、源極、汲極、主體(亦被稱為塊體或井))之間，但其特別適用於最大閘極-汲極電壓以使得在此等條件下電晶體之效能通常運作43,000小時之規定範圍內。有時，根據電晶體之設計，其他觸點對之電壓極限可更高(例如，7V)但此電晶體仍被稱為一LV或5V電晶體。由於5V類比電晶體能夠與傳統TTL邏輯電壓位準相容以實現積體電路(IC)晶片之間的通信，因此行業內廣泛提供5V類比電晶體。隨著輸入-輸出通信之電壓不斷下降(例如，3.3V與1.8V標準)，此等5V電晶體亦有時稱為中等電壓(MV)電晶體，使得LV標籤變為較新的「較低-電壓」類比電晶體。雖然如LV及MV等相對性標籤可隨時間而改變，但在此專利申請案中，術語LV或「低電壓」指代一額定值為5V或低於5V之電晶體，且術語MV或「中等電壓」指代電壓額定值高於5V之電晶體。亦通常可使用較高電壓類比電晶體，但在IC製作行業內確切電壓並未像5V電晶體一樣被標準化。舉例而言，例如汽車等行業中通常需要較高電壓電晶體。

目前，可使用具有低電壓5V驅動電晶體之矽背板，此種矽背板使用串接(兩個發光OLED單元被一個CGL分隔開)OLED堆疊來發光。舉例而言參見Cho等人的Journal of Information Display,20(4),249-255,2019；https：//www.ravepubs.com/oled-silicon-come-new-joint-venture/,published 2018；Xiao,「Recent Developments in Tandem White Organic Light-Emitting Diodes」,Molecules,24,151(2019)。此等實例之照度不足以滿足技術需要。

當前，最先進OLED微顯示器不提供所期望之照度。舉例而言，串接OLED微顯示器之製造商之一新聞發佈闡述可能夠遞送2.5k尼特之全色彩產品，但承認5k尼特將係一更期望目標(參見https：//www.kopin.com/kopin-to-showcase-latest-advances-in-its-lightning-oled-microdisplay-line-up-at-ces-2020/,dated Jan 7,2020)。某些製造商提出應達到10k尼特或高於10k尼特之目標(參見https：//hdguru.com/calibration-expert-is-10000-nits-of-brightness-enough/,dated Jul 26,2018)。2020年6月20日之一最近新聞發佈(https：//www.businesswire.com/news/home/20200630005205/en/Kopin-Announces-Breakthrough-ColorMax%E2%84%A2-Technology-Unparalleled-Color)闡述發射大於1000尼特之一串接(雙堆疊)OLED顯示器。亦宣佈，「預期透過將OLED沈積條件最佳化來進一步提高亮度(>2000尼特)及色彩保真度。藉由包含用於增強輸出耦合效率之一結構，可在幾年內將OLED微顯示器之亮度增大至>5000尼特。

增大OLED裝置發射之光總量之一個解決方案係將多個OLED單元堆疊於彼此頂部上，因此自該堆疊發射之總光係每一個別單元發射之光之和。然而，雖然自此等OLED堆疊發射之總光基於個別OLED發光單元之總數目增加，但驅動OLED堆疊所需之電壓亦基於驅動每一獨立OLED單元之電壓增加。舉例而言，若在一給定電流下一發光OLED單元需要3V來產生250尼特，則在相同電流下兩個此單元之一堆疊將需要6V遞送500尼特，3單元之一堆疊將需要9V來遞送750尼特，以此類推。

OLED堆疊係眾所周知的；舉例而言，US7273663、US9379346、US9741957、US 9281487及US2020/0013978全部皆闡述發光OLED單元之多個堆疊之OLED堆疊，每一OLED單元由中間連接層或電荷產生層分隔開。Springer等人的Optics Express,24(24),28131(2016)報告具有2個發光單元及3個發光單元之OLED堆疊，其中每一單元具有一不同色彩。已報告具有多達六個發光單元之OLED堆疊(2016年5月23日至27日加利福尼亞州舊金山SID Display Week 2016中Spindler等人的「High Brightness OLED Lighting」)。

10.5772/intechopen.74869(2018)第三章的Han等人的「Advanced Technologies for Large-Sized OLED Displays」闡述三堆疊白色OLED方案以及背板技術(包含兩個電晶體串聯連接但係分離而非組合在一起之背板技術)之進步。此參考亦指出此兩個電晶體背板「由於線負載大且充電時間短因而難以用於大型高解析度面板」且因此將一不同類型之背板電路系統用於其裝置中。

Japanese Journal of Applied Physics,50,03CC05(2011)中Kwak等人的「Organic Light-Emitting Diode-on-Silicon Pixel Circuit Using the Source Follower Structure with Active Load for Microdisplays」闡述具有一過電壓保護電路之一像素電路。此參考指出由於OLED之操作電壓高於MOSFET之操作電壓，因此需要一過電壓保護電路摂來防止金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)崩潰。在Kwak等中，保護電路利用連接至接地之一p通道電晶體。

US9066379亦闡述一保護電路之用途。

Vogel等人之SID 2017 DIGEST文章77-1第1125至1128頁揭示在一低電壓OLED Si微顯示器中使用一保護電路來擴大OLED電壓操作範圍。

US6580657、WO2009072205及CN200488960中揭示對OLED實行過電壓保護之其他參考文獻。

US9059123、US9299817、US9489886、US20080316659及US20200202793揭示在OLED顯示器之像素控制電路中使用n-p接面二極體，例如雙極接面電晶體。

因此，雖然一OLED內之OLED發光單元數目可提供一微顯示器之較高照度，但在諸多應用中並不會選擇增大控制電路系統之大小來能夠耐住更高功率需求。需要提供小且緊湊像素電路來在不損壞電路系統之情況下在接近或處於OLED最大值之功率位準下提供高照度及對比度。

闡述一種顯示器，該顯示器包括位於具有可個別定址像素及控制電路系統之一矽基背板之頂部上之一發光OLED堆疊，其中該矽基背板之該控制電路系統包括至少一個驅動電晶體，其中該驅動電晶體之一第一端子電連接至一外部電源V_DD，且該驅動電晶體之第二端子電連接至該OLED堆疊之一分段式底部電極；其中驅動電晶體之閘極由一掃描電晶體供應之一資料信號控制，該掃描電晶體由來自選擇線SELECT1之一信號控制；且該控制電路系統另外包括一保護電路，該保護電路包括一雙極接面電晶體。

如以上顯示器，其中該掃描電晶體與該驅動電晶體之該閘極之間存在一開關電晶體。

如以上顯示器中之任一者，其中該驅動電晶體額定為5V或低於5V，或其中該驅動電晶體及該開關電晶體兩者皆係p通道電晶體。

如以上顯示器中之任一者，其中該OLED堆疊包括位於該分段式底部電極與一頂部電極之間的一單個OLED發光單元，或其中該OLED堆疊包括位於分段式底部電極與一頂部電極之間的兩個或更多個OLED發光單元。在任一情形中，該OLED堆疊可形成一微腔，在該微腔中該分段式底部電極與該頂部電極之間的實體距離跨越所有像素恆定，或其中該頂部電極係透明或半透明的以使得該OLED堆疊係頂部發射式的。當存在兩個或更多個OLED發光單元時，其可各自被一電荷產生層(CGL)彼此分隔開。

如以上顯示器中之任一者，其中該雙極接面電晶體係一NPN電晶體，在該NPN電晶體中基極連接一電壓源V_PROTECT或一電流源I_PROTECT，射極連接至一節點連接至OLED堆疊之底部電極且集電極連接至外部電源，或其中該雙極接面電晶體係一NPN電晶體，在該NPN電晶體中基極係隔離的，射極連接至與OLED堆疊之底部電極連接之一節點且集電極連接至外部電源或其中該雙極接面電晶體位於與該驅動電晶體分離之一井中。

該顯示器在一像素間距尺寸下且穩定性及壽命良好之情況下提供非常高照度及對比度。

1:像素界定層

3:矽背板

5:選用平坦化層

7:電觸點

9:第一電極區段

9A:第一電極層

9B:反射層

11:非發光有機發光二極體層

13:第一發光有機發光二極體單元

13A:下部發光有機發光二極體單元

15:電荷產生層

17:第二發光有機發光二極體單元

17A:第二發光有機發光二極體單元

19:電荷產生層

21:第三發光有機發光二極體單元

21A:上部發光有機發光二極體單元

23:非發光有機發光二極體層

24:電荷產生層

25:頂部電極

27:囊封體

29:彩色濾光器陣列

29B:藍色濾光器

29G:綠色濾光器

29R:紅色濾光器

30:微腔

50:電源/外部電源

100:RGB微顯示器/RGB像素化有機發光二極體

200:RGB微顯示器/RGB像素化有機發光二極體

300:疊接微顯示器/多模式有機發光二極體微腔裝置

400:微顯示器/多模式有機發光二極體微腔裝置

BJT1:雙極接面電晶體

C1:電容器

C2:電容器

DATA1:第一資料線

DATA2:第二資料線

IBD1:本徵主體二極體

IBD2:本徵主體二極體

IBD3:本徵主體二極體

IBD4:本徵主體二極體

IBD5:本徵主體二極體

IBD6:本徵主體二極體

I_PROTECT:外部電流源

I_REF:參考電流

LSC:位準移位電路

MP1:開關電晶體

MP2:驅動電晶體

SELECT1:選擇線

SELECT2:選擇線

SELECT3:選擇線

T1:第一驅動電晶體

T2:開關電晶體

T3:直列選擇(掃描)電晶體

T4:第二驅動電晶體

T5:直列選擇(掃描)電晶體

T6:開關電晶體

V_B:基極電壓

V_C:集電極電壓

V_CATHODE:陰極電壓

V_DD:外部電源

V_DD2:外部電源

V_E:射極電壓

V_PROTECT:外部電壓源

V_REF:參考電壓

圖1展示一OLED之一簡單先前技術控制電路。

圖2展示具有一驅動電路及一保護電路之一基本控制電路。

圖3A展示添加有開關電晶體之基本控制電路之一實施例。圖3B展示所添加開關電晶體之一替代配置。

圖4及圖5展示圖3中所展示之電路之本徵主體二極體連接之不同實施例。

圖6展示圖2中所展示之電路之本徵主體二極體連接之一側視示意圖。

圖7展示圖3A中所展示之電路之本徵主體二極體連接之一側視示意圖。

圖8展示由一單個資料線控制之兩個串聯驅動電晶體之一控制電路，其中每一驅動電晶體之閘極受到單獨控制。

圖9展示具有兩個串聯驅動電晶體之一控制電路，該兩個驅動電晶體各自由單獨資料線控制。

圖10展示由一單個資料線控制之兩個串聯驅動電晶體之一控制電路且該兩個驅動電晶體中之每一者之閘極受到共同控制。

圖11展示包含一LSC之圖10替代配置。

圖12展示具有三個橫向毗鄰單色RGB OLED堆疊之一單個RGB微顯示器100之一剖面圖，每一個別堆疊僅具有一個OLED發光單元。

圖13展示具有三個橫向毗鄰單色RGB OLED堆疊之一RGB微顯示器200之一剖面圖，每一個別堆疊具有三個OLED發光單元。

圖14展示具有一多模式微腔OLED堆疊之一疊接微顯示器300之一剖面圖，該多模式微腔OLED堆疊具有兩個OLED發光單元及一RGB彩色濾光器陣列。

圖15展示具有一多模式微腔OLED堆疊之微顯示器400之一剖面圖，該多模式微腔OLED堆疊具有三個OLED發光單元及一RGB彩色濾光器陣列。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張以下申請案之優先權：標題為「STACKED OLED MICRODISPLAY WITH LOW-VOLTAGE SILICON BACKPLANE」且於2020年1月28日提出申請的代理人案號為OLWK-0021-USP之美國臨時美國申請案62/966,757以及標題亦為「STACKED OLED MICRODISPLAY WITH LOW-VOLTAGE SILICON BACKPLANE」且於2020年7月21日提出申請的代理人案號為OLWK-0021-USP2之美國臨時美國申請案63/054387。

出於本發明之目的，術語「之上」或「上方」意指所涉及結構位於另一結構上方，即位於與基板相對之一側上。「頂部」、「最上部的」或「上部的」指代遠離基板之一側或表面，而「底部」、「最底部的」或「底部」指代最靠近基板之一側或表面。除非另有指明，否則「位於…之上」應解釋為兩個結構可直接接觸或該兩個結構之間可存在中間層。提及「層」，應理解一單個層具有兩側或兩個表面(最上部及最底部)；在某些例項中，「層」可表示被視為整體之多個層並不僅限於一單個層。

就發光單元或層而言，R指示主要發射紅色光(>600nm，期望在620至660nm之範圍中)之一層，G指示主要發射綠色光(500至600nm，期望在540至565nm範圍內)之一層，且B指示主要發射藍色光(<500nm，期望在440至485nm範圍內)之一層。重要的是應注意，R、G及B層可產生在所指示範圍之外的某種程度光，但量始終小於主要色彩。Y(黃色)指示一層發射大量R光及G光，但一B光之量更少。「LEL」意指發光層。除非另有指明，否則波長係真空值而非原位值。

一個別OLED發光單元可產生單一「色彩」之光(即R、G、B或例如Y、C(藍綠)或W(白色)等2種或更多種主要色彩之一組合)。單一色彩光可在OLED單元內由色彩相同之一或多個發射體之一單個層或多個層產生，每一層具有主要發射在相同色彩內之相同或不同發射體。一單個OLED單元亦可藉由具有如下層在一單個OLED單元內提供兩種色彩之一組合(即R+G、R+B、G+B)：發射兩種色彩之光之一單個發射體之一層、具有兩個不同發射體之一層或各自發射一種但不同色彩之多個單獨層之組合。一單個OLED單元亦可藉由具有以下層來提供白色光(R、G及B之一組合)：發射所有三個色彩之光之一層或多個單獨層之組合，該多個單獨層各自發射單一(但不同)色彩，該等色彩之和係白色。個別OLED發光單元可具有一單個發光層或可具有一個以上發光層(彼此直接毗鄰或彼此被一中間層分隔開)。個別發光單元亦可含有各種非發射層，例如電洞傳輸層、電子傳輸層、阻擋層及此項技術中已知的用於提供期望效應(例如，促進發射及管理跨越發光單元之電荷轉移)之其他層。

由於OLED發光單元可包括多個層，因此一個別單元有時被稱為「堆疊」，其可能與具有多個單元之一OLED裝置混淆。在此應用中，一「堆疊式」OLED具有至少兩個OLED發光單元，該至少兩個 OLED發光單元在一基板之上堆疊於彼此頂部上，因此裝置內存在多個光源。在本發明之堆疊式OLED中，個別OLED發光單元彼此係被一電荷產生層(CGL)而不是被單獨且獨立控制之中間電極分隔開。為對一OLED發光單元加以考量，必須將藉由一CGL將其與另一光產生單元分隔開。因此，毗鄰於OLED發光單元中之一者但未藉由一CGL與該OLED發光單元分隔開之一發光層不考慮作為一單獨單元。在堆疊內，個別OLED發光單元中之所有或某些可相同或全部可彼此不同。在OLED堆疊內，別OLED發光單元可按照任何次序放置於頂部陰極與底部陰極之間。堆疊式OLED可係單色的(OLED堆疊之每一像素主要發射相同色彩之光，例如綠色光)或可具有多模式發射(其中每一像素發射2種或更多種色彩之光(例如，黃色或白色)或其中不同像素發射不同色彩之光以使得總體發射含有2種或更多種色彩之光)。

在某些情形中，可在顯著發光開始回到電壓軸之後藉由I-V曲線之直線外推估計OLED堆疊之臨限電壓(V_th)。由於此方法因OLED之I-V回應曲線在其回應範圍內無法呈完全線形而並不準確，因此以此方式計算之值不準確。此量度之一大致範圍係+/-10%。更準確而言，可將臨限電壓界定為暴露陽極層之電流密度不超過0.2mA/cm²且存在至少某些可靠可偵測照度(即，至少5cd/A)的電壓。此此應用中所使用之方法。

在下文中，電晶體可被稱為「接通電晶體」或「關斷電晶體」。在一「關斷」電晶體中，預期將信號發送至閘極以使得沒有電流將通過端子；換言之，該信號(通常，CV=0)指示該信號要求沒有電流通過該電晶體以使得不是將電晶體關斷，而是將該電晶體調節成「關斷的」。在此等情形中，即使一電晶體可係「關斷的」，仍可存在某些電流洩漏。同樣地，在一「接通」電晶體中，預期將信號發送至閘極以使得至少某些電流將通過端子；換言之，該信號(通常，CV=大於0但小於255)指示該影像要求像素進行某種程度之發射以使得不是將電晶體「接通」，而是將電晶體調節成「接通的」。類似地，像素或OLED可根據影像之要求被稱為「接通的」或「關斷的」，且因此將適當信號發送至像素或OLED。

矽背板源自於一矽晶圓(亦被稱為一片塊或基板)。其係用於製作積體電路之一半導體薄片，例如一晶體矽(c-Si)。晶圓用作置於晶圓中及晶圓上之微電子裝置之基板。其經歷諸多微製作程序，例如對各種材料進行摻雜、離子植入、蝕刻、薄膜沈積及光微影圖案化。最後，藉由晶圓切割將個別微電路分離並封裝為一積體電路。晶圓係由具有一規則晶體結構之晶體生長而成，其中矽呈具有一晶格間隔之一菱形立方體結構。當切割成晶圓時，表面在幾個相對方向中之一者上對準，該等方向被稱為晶體定向。矽晶圓通常不是100%純矽，而是最初形成有一定摻雜濃度之硼、磷、砷或銻雜質，將該等雜質添加至熔融體中且將晶圓界定為塊體n型或p型。參見「Flat Panel Display Manufacturing」,Souk,L.,Ed.,2018中之第7章以供內部參考。期望矽背板係一單晶Si晶圓。

為了為堆疊式OLED之操作提供控制電路系統，在矽晶圓之表面上設置電晶體以及其他組件(例如電容器、電阻器、連接配線或匯流排條等)。舉例而言，參見T.Arai,「High Performance TFT Technologies for the AM-OLED Display manufacturing」，Thesis,Nara Institute of Science and Technology,2016；M.K.Han,Proc.of ASID ’06,8-12 Oct,New Delhi；US9066379；及US10163998。應理解，電晶體可包含或可不包含矽晶圓作為結構之一部分，或者可由沈積於表面上之單獨材料製備而成以作為薄膜電晶體(TFT)。

可使用各種半導體材料製成電晶體。一基於矽TFT之特性取決於矽之晶體狀態；即，半導體層可係無定形矽、微晶體矽，或半導體層可退火成多晶矽(包含低溫多晶矽(LTPS)及雷射退火)。

具有適合控制電路系統之矽背板之製造係一眾所周知、被理解且可預測技術。然而，由於製造程序及裝備之成本及複雜性，建造製造一特定背板之設施通常不切實際。相反，行業中廣泛採用一晶圓代工模型，其中微電子裝置之功能特性已變得更加標準化。此標準化允許設計與製造分開。遵循適當設計規則之一設計由具有可相容製造方法之不同公司製造起來可更容易且更便宜。因此，矽背板上之控制電路系統通常僅限於使用自背板製造商提供之各種選項選擇之標準組件。舉例而言，一矽背板製造商可提供將額定為1.8V、2.5V、3.3V、5V、8V及12V之各種標準電晶體設計包含於一客戶設計中之選項，但將不能夠提供(沒有很大成本)所提供設計中不包含之電晶體。

出於此申請案之目的，「低電壓」(LV)被界定為經設定大小、經設計且經評估能安全且可靠地以5V或小於5V操作之該等類比微電子組件。「高電壓」(HV)微電子裝置通常被視為處於18V至25V之範圍內。「中等電壓」(MV)微電子裝置通常被視為介於LV與HV之間的微電子裝置。應注意，此等電壓額定值係由製造商設定且製造商不推薦超出每一電晶體之設定最大電壓。

互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術使用p型及n型金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)來實現複雜積體電路。根據製造程序，可使用不同電壓域(即，1.8V、2.5V、3.3V、5V、12V等)。在所有電壓域中，MOSFET電晶體具有一汲極、源極、閘極及塊體/井。MOSFET之基極係基板；就一n通道FET而言，基板係具有低摻雜率之一p型摻雜基板或井；就一p通道FET而言，基板係具有低摻雜率之一n型摻雜井。源極區及汲極區由n通道FET或p通道FET之n型或p型之高度摻雜區形成。受控通道形成於源極與汲極之間，與一薄氧化物隔離且通常覆蓋有一層多晶矽以用作一閘極。FET之所有四個端子(源極、汲極、閘極、基板/井)由金屬觸點連接至金屬互連層，該金屬互連層最後連接至OLED。

一微顯示器之總發射區域係小的且為達成所需之像素間距，可用於每一像素之控制電路系統之空間係有限的。就一全色彩微顯示器而言，每一個別像素之控制電路所佔據之空間應超過100平方微米且較佳地不超過50平方微米。就所有像素發射相同色彩之一單色微顯示器而言，由於所需像素較少因此控制電路系統之空間可大出3倍至4倍。

在一適合低電壓5V電晶體中，所有端子中之任一對端子之間的最大電壓不可超出5V以免損壞裝置。將一典型安全餘裕定為10%過電壓在一短週期內係可接受的。額定為大於5V之一中等電壓電晶體(例如，額定為7.5V之中等電壓電晶體)具有與一5V電晶體大致相同之設置，但具有一較厚閘極氧化物及較大幾何形狀(通道寬度及長度)以耐受較高電壓。因此，MV電晶體將通常較大且佔用比一對應LV電晶體多之空間。

儘管可不考慮電壓額定值製作處於任何大小範圍中之電晶體，但適合於微顯示器應用的額定為5V之一低電壓MOS電晶體具有不超過20平方微米且較佳地不超過10平方微米之總面積。適合於微顯示器應用之一5V電晶體之一通道面積(通道長度×通道寬度)應不超過1平方微米且較佳地不超過0.30平方微米。兩個電晶體觸點應各自不超過1平方微米且較佳地不超過0.30平方微米。

出於此應用之目的，適合於保護電路之一BJT係對NPN及PNP兩者類型而言通用設定係垂直的。對於一NPN BJT而言，集電極形成為具有低p摻雜之共同矽基板(塊體)之低摻雜深n井。基極形成為深n井內部之p井且藉由一高度摻雜p區連接。BJT之射極由p井內部之一高度摻雜n區形成。射極區之典型大小係約500nm×500nm且較佳地限制在不超過0.30平方微米以使得像素大小很小。BJT之所有端子(塊體、基極、射極、集電極)中之任一對端子之間的最大電壓不可超出5V以免損壞裝置。將一典型安全餘裕定為10%過電壓在一短週期內係可接受的。

OLED顯示器(通常稱為「AMOLED」)由OLED像素之一作用矩陣組成，該等OLED像素在電啟動時產生光(冷光)，已沈積或整合至位於一矽晶片上之一電晶體或TFT陣列上，其中該陣列用作一系列開關以控制流動至每一個別像素之電流。通常，此連續電流流動由位於每一像素處之至少兩個電晶體控制(以觸發冷光)，其中一個電晶體開始及停止對一儲存電容器之充電且第二電晶體提供處於在形成流向像素之一恆定電流所需之位準下的一電壓源。

此在圖1中加以圖解說明，圖1表示先前技術AMOLED像素設計之最簡單形式。具有像素記憶體之最簡單AMOLED像素使用兩個電晶體及一個電容器。電流驅動電晶體MP2通常自供應電壓V_DD連接至OLED之陽極。一個電晶體(MP2)為OLED驅動電流，且另一電晶體MP1(亦被稱為一掃描電晶體)用作一開關以對一電壓取樣並將該電壓保持至所展示之儲存電容器C1上。一資料線(供應V_DATA)控制電流V_DD通過驅動電晶體MP2。一選擇線控制MP1且因此控制電容器C1之充電。通常，電晶體具有本質電容，因此根據電晶體之該本質電容及通過電晶體之洩漏電流，可不需要額外電容。在圖1之後的圖中，為清晰起見各圖式中不必展示所存在之任何電容器。

已發現，一控制電路可安全地應對OLED堆疊提供高照度所需之高電壓/電流，該控制電路包括：一驅動電路，其具有位於一電源V_DD與OLED堆疊之底部電極之間的一驅動電晶體；及一保護電路，其另外包括雙極接面電晶體。此配置允許在電晶體沒有顯著電流洩漏之情況下驅動OLED像素，以使得在不損失對比度或不損壞LV電路系統之情況下獲得高亮度。

圖2中展示適合於一任何大小顯示器之一基本控制電路配置。此電路含有一驅動電路，如虛線所指示，該驅動電路包括驅動電晶體T1(展示為一p通道電晶體)，驅動電晶體T1在一第一端子(就p通道電晶體而言，係源極)上連接至V_DD(外部電源)且在一第二端子(在p通道電晶體中，係汲極)上連接至OLED之底部電極。經由資料線及一直列選擇電晶體T3控制驅動電晶體T1之閘極，直列選擇電晶體T3之閘極係透一選擇線SELECT1控制。當藉由將相對於V_DD之一非零信號置於資料線上且經由SELECT1接通T3以使得來自資料線之非零信號流動至T1之閘極來選擇「接通」T1時，電流流動至OLED堆疊之底部電極且OLED堆疊發光。若藉由將相對於V_DD之一零(或非常小)信號置於資料線上且「接通T3來選擇關斷T1，沒有電流將流動至OLED堆疊。

在圖2中，驅動電路(T1)之驅動電晶體具有根據所顯示之影像將流動至OLED像素之電壓及電流調節於適當位準之功能。驅動電晶體較佳地係一p通道MOSFET電晶體。驅動電晶體可係LV(5V或小於5V)或MV(>5V)，較佳地係LV以將控制電路所佔據之空間最小化。驅動電路(T3)之掃描電晶體具有根據施加至其閘極之一掃描信號將一資料信號供應至驅動電晶體之閘極以及給選用電容器C2(若存在)充電的一功能。

圖2展示一儲存電容器C2，儲存電容器C2連接於V_DD與資料線在掃描電晶體T3與驅動電晶體T1之閘極之間的一節點之間。當掃描電晶體T3「接通」時，可改變此電容器上之電荷。然而，一電容器(C2)之使用係選用的且電路可視需要不具有電容器或具有任何數目個電容器。電容器之參考電壓可係V_DD或某一其他電壓。

圖2中所展示之基本控制電路亦含有一保護電路，如點劃線所指示，該保護電路包括一雙極接面電晶體(BJT)。保護電路經設計以每當OLED旨在「關斷」或不發射時維持OLED之陽極處之電壓高於某一位準且可有助於維持高對比度。當減小陰極電壓(更負電壓)以使得OLED之峰值照度更高時，保護電路經設計以為顯示黑色或低照度之像素提供額外電流以保護驅動電晶體及開關電晶體之電壓位準不會違反裝置之最大額定值。

如圖2中所展示，雙極接面電晶體BJT1具有連接至V_DD之一集電極(c)，一射極(e)連接至T1與OLED堆疊之底部電極之間的一節點且一基極(b)連接至一電源50，電源50係一電壓源極V_PROTECT或一電流源極I_PROTECT。在保護電路中使用一BJT之一個益處係電流自基極電流放大為集電極電流。若期望，BJT之集電極可連接至與V_DD不同之一單獨電源。電源V_PROTECT或I_PROTECT可由所有像素共用。應注意，V_PROTECT或I_PROTECT可係恆定的或可不恆定，而是可根據想要OLED發射還是不發射而變化。此可在與一開關電晶體搭配使用時有利於透過關閉減小顯示器之持久度。在圖2中，所展示之BJT1係一「NPN」型BJT電晶體(較佳)，但亦可係在設計上存在適當改變之一「PNP」電晶體。

就一NPN型BJT而言，每當OLED之底部電極處之射極電壓V_E大於基極電壓V_B且V_B小於集電極電壓V_C(V_E>V_B<V_C)時，BJT將處於關閉模式中且沒有電流經過BJT。然而，每當OLED之底部電極處之電壓V_E小於電壓V_B且V_B小於V_C(V_E<V_B<V_C)時，BJT將處於正向作用模式中。在此模式中，基極-射極接面被加正向偏壓且基極-集電極接面被加反向加偏壓，且集電極-射極電流將與基極電流大約成比例。

因此，在圖2中，若BJT1之V_C係V_DD且V_PROTECT(其係V_B)被設定為小於OLED之V_th高於V_CATHODE，則每當底部電極處之電壓V_E高於V_th+V_CATHODE時，BJT1「關斷」，但每當V_E降低至低於V_th+V_CATHODE時(即，每當T1「關斷」時)，底部電極處之電壓維持為接近V_th+V_CATHODE。因此，保護電路經設計以每當需要時提供充分電流，以每當陰極電壓減小至(更負電壓)低於某一值時保護驅動電晶體及開關電晶體在其端子兩側不會具有超出其額定值之電壓。此外，藉由將基極電壓B(V_PROTECT)設定為低於OLED之接通電壓(V_th高於V_CATHODE)，每當遞送至OLED之底部電極之電壓大於或等於V_th高於V_CATHODE時功率損耗得以最小化。

在利用圖2中所展示之保護電路之某些實施例中，將BJT之基極電壓(V_B)與任何外部電源隔離。即，電源50(V_PROTECT或I_PROTECT)與BJT之基極之間不存在電連接。BJT實體地存在圖2中所展示之現有集電極與射極連接，但仍存在之基極連接不連接至任何外部源。在此等情形中，不特意將V_B維持於任何特定值，亦不特意對V_B施加任何電壓或電流。允許V_B獨立於電壓V_C及V_E「浮動」，電壓V_C及V_E係操作OLED之作用控制電路系統之一部分。然而，在背板內可存在寄生電流路徑，該等寄生電流路徑在內部在高阻擋條件下對基極加偏壓。注意，在此類實施例中，由於電路系統內產生寄生電流，因此V_B可在OLED之操作期間變化。

由於當BJT之基極被隔離且不連接至一外部電源時仍可觀測到保護效應以使得無需特意控制基極電壓，因此表明在此實施例中保護電路仍在OLED之節點處提供某些電流及電壓控制。不受特定理論或推測限制，可能一鄰近n井(例如，驅動電晶體T1之n井)可係遷移至BJT BJT1之p井(基極)之一電洞源。一旦此等電洞位於基極中，其將跨越空乏區擴散至n型射極觸點(OLED陽極接墊)，從而在正向方向上行進穿過基極射極二極體。此將藉由使熱激發電子自射極擴散至基極中且然後穿過基極及空乏區傳輸至集電極中來補充，此舉係由基極與集電極之間的大電場電位促成。在此情形中，來自鄰近n井之電洞將電荷(電洞)提供至基極中，將電洞正常情況本來自於外部V_PROTECT連接。當OLED陽極電壓下降至非常低位準(例如，堆疊式OLED單元展示黑色)時，則驅動電路電晶體中之一者之一鄰近n井(將處於V_DD)與BJT基極(處於OLED陽極電壓)之間的電位差非常大，從而增加自驅動電晶體井流動至BJT基極中之電洞。基極電流之此增大會由於BJT之放大而增大射極電流。

然而，保護電路所提供之保護效應對於每一圖框而言皆不同且可需要針對影像之每一新圖框恰當地重設。當BJT基極連接至一外部電源且針對每一圖框加以主動控制時，此不會成為一問題。針對BJT之基極被隔離且未特意連接之實施例，當掃描電晶體關斷像素時可提供每一圖框之重設。

在其他實施例中，BJT之V_B可係自偏壓的(有時被稱為具有一「基極偏壓」)。當BJT係自偏壓時，沒有外部受控輸入信號施加至BJT之基極，而是施加至BJT基極之信號由一恆定供應電壓(即，V_DD)之值及與電晶體連接之任何偏壓電阻器之值設定。一種達成BJT之基極自偏壓之方法係形成一「固定基極偏壓電路」。在此配置中，BJT之基極連接至具有一單個限流電阻器之恆定電源供應器(即V_DD)。經過深n井之電流路徑可提供此一電阻。當BJT之V_B回應於像素亮度之改變而與V_E相同時，基極偏壓將變化且因此BJT之基極電流(I_B)將變化，從而回應於OLED陽極電壓而提供一保護電流。另一選擇為，一簡單分壓器網路可提供所需偏壓電壓。注意，在此類實施例中，每一像素內之偏壓電壓及所得寄生電流將對OLED之操作做出回應。此一回應可為電晶體提供有效保護。

當用作一保護電路之一部分時，BJT電晶體設計是減小像素大小。另外，一正向主動模式BJT之內在放大因子意指一相對小寄生電流可產生一更大保護電流。因此，來自參考/保護電壓源之電流更小且參考電壓互連件上之電壓降極大地減小。

堆疊式OLED方案可經設計以使得自黑色位準(低於Vth；例如2uA/cm²)至白色位準(20mA/cm²)之電壓範圍相對恆定且小於約6V。此可使得一對比度係約10,000：1或大於10,000：1，且在電流密度之高端處可由於電流效率下降而略小。僅在當驅動電晶體停止電流時在電流範圍之底端處保護電路發揮作用時，此電壓範圍才大約處於LV電晶體之容許操作範圍內。因此，在範圍之低電流端，保護電路另外亦防止通過OLED之電流密度降低至低於約2uA/cm²。然而，此亦可限制達成較高對比度之能力。以此略高黑色位準及減小對比度為交換，保護電路允許藉由降低陰極電壓推動像素驅動電路達成較高峰值亮度或補償由於OLED老化所致之效率損失，以確保LV電晶體在其規定電壓範圍內操作。

然而，圖2中所展示之控制電路可不適合於所有微顯示器應用，此乃因未提供將運動模糊最小化所需之一關閉功能。為藉由提供一關閉功能防止或最小化運動模糊，可將一開關電晶體添加至驅動電路以無論驅動電晶體(其控制供應至其像素之電力)之操作如何(確切而言，當驅動電晶體「接通」(有電流通過)時)皆防止電流流動至OLED。在像素之適當時間，開關電晶體可經選擇以使得即使將顯示之影像需要OLED像素係「接通」的(其因此驅動電晶體係「接通」的)仍將該像素「關斷」。此允許在一單個圖框期間顯示器中之像素之所有區段或旋轉區段「關斷」(不發射)以將微顯示器中之運動模糊之感知最小化。

圖3A中展示特別適合於一微顯示器應用的具有一開關電晶體之一控制電路之一實施例。存在沿著資料線位於掃描電晶體T3與驅動電晶體T1之間的一「開關」電晶體T2，「開關」電晶體T2之閘極由來自選擇線SELECT2之一信號控制。如所展示，開關電晶體T2之一個端子(一p通道電晶體之源極)連接至掃描電晶體T3之一個端子(一p通道電晶體之汲極)且T2之另一端子(汲極)連接至驅動電晶體T1之閘極。T3與T2係串聯的。在此實施例中，與電路之另一組件組合之開關電晶體之目的係接通及關斷流動至OLED像素之電流以提供一關閉功能。

舉例而言，在顯示一影像之一微顯示器之正常非關閉操作中，根據SELECT1選擇掃描電晶體T3以允許信號(根據影像)自資料線流動至T1之閘極。此允許像素發射。在某些應用中，SELECT1對T3之啟動可沿著一列像素，同時資料線相應地沿著該列為每一像素供應一適當信號。在此時間期間，根據來自SELECT2之信號選擇「接通」T2以使得來自T3之資料信號傳遞至T1之閘極。在某些應用中，SELECT2可由一行像素共用。

為提供一關閉功能，必須在像素應正常發射時防止該像素在某一短時間週期內發射。為形成關閉週期，可藉由來自SELECT2之一信號啟動T2以使得在與T3協作時，T1之閘極接收一「關斷」信號(即，CV=0)。SELECT2可由若干個像素(期望一行像素)共用以使得其信號一次同時施加至一個以上像素，因該群組中之此所有像素皆不發射。此不同於掃描電晶體T3之目的，掃描電晶體T3僅在圖框時間之一非常小部分(例如，就具有1200列之一顯示器而言係1/1200)內接通以將資料信號施加至每一個別像素之驅動電晶體之閘極(及儲存電容器C2，若存在)。T2及T3彼此獨立地操作且其閘極由不同信號線(SELECT1及SELECT2)控制。在每一圖框期間的某一時間，兩者皆可「接通」，兩者皆可「關斷」，且一者可「接通」而另一者「關斷」。

一選用儲存電容器C2連接於V_DD與資料線在開關電晶體T2與T1之閘極之間的一節點之間。當掃描電晶體T3「接通」(在操作之此部分期間T2亦將「接通」)時，此可給電容器充電以使得T1之閘極處之電壓恆定。在某些實施例中，C2(若存在，可連接至T3與T2之間的一節點。

圖3B展示具有一開關電晶體之一電路之一替代配置。在此配置中，T3與T2不是串聯連接而是並聯。T3之閘極由SELECT1控制且一個端子連接至資料線且另一端子透過與T2之一共同節點連接至T1。T2之閘極由SELECT2控制，並且一個端子連接至資料線且另一端子透過與T3 之一共同節點連接至T1。在此實施例中，在正常操作期間，針對每一像素，T2將「關斷」因此透過由SELECT1控制之T3將適當資料信號自資料線供應給T1之閘極。在關閉週期期間，T3將「關斷」，因此透過由SELECT2控制之T2將適當資料信號(即，CV=0)自資料線供應給T1之閘極，以使得連接至SELECT2之該等像素不發射。

在圖3A及圖3B中所展示之兩項實施例中，T3及T2以及SELECT1及SELECT2同步協作以控制T1之閘極。基本上，當微顯示器正在正常顯示一影像時，根據T3控制T1，T2被設定為不干擾。然而，在關閉週期期間，根據T2控制T1，T3被設定為不干擾。

舉例而言，對於圖3A中所展示的SELECT1平行於資料線之電路中，因此在一非常短時間週期中，可藉由將CV=0加載至每一像素中關閉一行像素。在圖3A中，為關閉一行以實現「捲動關閉」功能，一次關閉每一行之操作將係：首先，藉由「接通」SELECT1關閉所有列，然後將一行之資料線設定為CV=0，且最後對SELECT2施加脈衝以關斷一行。

另一選擇為，就圖3A中所展示的C2連接至T3與T2之間的一節點之電路而言，一全域關閉功能將係：首先，使用T3將所有資料電壓依序載入於C2上(如同正常)，然後藉由啟動所有SELECT2線來針對整個顯示器「接通」T2來開始發射。為停止發射，將在期望時間所有資料線設定為CV=0，後續接著給所有SELECT1線施加脈衝以接通所有T3電晶體且停止顯示器之發射(關閉)，且最後，閉合所有T2電晶體並再次起動。

此項技術中已知，MOSFET電晶體需要一本徵主體二極體連接來視需要發揮效能。由於一MOSFET電晶體之結構，固有地存在一寄生二極體且該寄生二極體可影響電晶體之操作。通常，本徵主體二極體在內部或外部連接至一電源以施加一偏壓。此等主體連接亦被稱為「塊體連接」或「電晶體井」以及其他術語。

圖4展示IBD1、IBD2及IBD3係連接至一單獨電壓源V_DD2之本徵主體二極體(對於T1、T2及T3而言)的圖3A之一項實施例。此等電晶體可共用同一井以實現本徵主體二極體連接。然而，用於為T1供應電力之同一電源V_DD亦可用於IBD；即，V_DD及V_DD2係一共同源。

然而，可期望電晶體中之一或多者在其位於Si背板上之單獨井中浮動以避免超出組件中之任一者之操作電壓範圍。確切而言，當驅動電晶體T1及開關電晶體T2兩者皆係p通道電晶體時，每一電晶體可位於其自己單獨的n井中。與兩個電晶體皆位於同一n井中可達成之動態電壓範圍相比，此准許動態電壓範圍更大以達到對OLED之控制。串聯連接電晶體使用隔離、浮動或不同井在此項技術中係已知的，例如參見US9066379、US5764077、US7768299、US9728528及JP2016200828。

此在圖5中加以圖解說明，圖5類似於圖4，其中T1佔據透過經由IBD1達成的與V_DD2之一連接加偏壓之一個井，且T2佔據一不同井，如虛線所指示，該不同井由與電晶體源極之一不同單獨連接IBD2加偏壓。在圖5之實施例中，不對每一IBD施加相同偏壓且因此n井彼此獨立。

圖6係圖2中所展示之電路之電晶體井之一示意性剖面圖示。注意，T1及T3可各自位於單獨的但未隔離或浮動之n井中，該等n井連接至V_DD且全部與BJT1(一NPN BJT)之p井分隔開。為方便起見，針對T1及T3標記出源(s)區、閘極(g)區及汲極(d)區。類似地，針對BJT1標記出射極(e)、基極(b)及集電極(c)區。所展示之BJT1之集電極(c)區為透過深n井連接至V_DD，但另一選擇為，在某些實施例中其可連接直接至V_DD。圖6亦指示IBD5以及IBD6，IBD5係與定位有所有電晶體之Si基板之深n井之V_DD之本徵主體二極體連接，IBD6係通向整個Si基板之接地之本徵主體二極體連接。應注意，保護電路中之BJT可係一NPN電晶體或PNP電晶體。若BJT係一NPN電晶體，則電晶體位於一p井中；而若BJT係一PNP電晶體，則其將位於一n井中。為清晰起見剖面中未展示電容器C2。

圖7係圖4中所展示之電路之電晶體井之一示意性剖面圖示。注意，T1、T2、T3可各自位於單獨的但未隔離或浮動之n井中，該等n井連接至V_DD且全部與BJT1(一NPN BJT)之p井分隔開。

儘管圖2至圖7中僅圖解說明p通道電晶體，但可使用n通道電晶體或n通道電晶體與p通道電晶體之一混合。在此等情形中，將需要適當地重新配置電路系統以解決n通道電晶體與p通道電晶體之間的極性差異。在所有多個電晶體皆係同一類型時，則同一類型之多個共同電晶體可共用同一井以減小設計大小。然而，為擴大背板電路之操作範圍同時遵循個別電晶體之電壓限制，可必須將相同型之電晶體置於單獨井區中。

期望開關電晶體係一p通道電晶體。當開關電晶體係一p通道電晶體時，其源極連接至掃描電晶體之一個端子且其汲極電連接至驅動電晶體之閘極。在某些實施例中，期望驅動電晶體及開關電晶體兩者皆係p通道電晶體，其中驅動電晶體及開關電晶體兩者皆係低電壓電晶體，或者驅動電晶體係低電壓電晶體且開關電晶體係中等電壓電晶體或高電壓電晶體。

掃描電晶體與開關電晶體之間或在開關電晶體與驅動電晶體之閘極之間可存在介入性(除連接至電容器之節點之外)微電子組件。介入性組件可係直列的，其中掃描電晶體/開關電晶體/驅動電晶體之閘極之間的電流直接穿過該直列組件。亦可存在其他微電子組件(不包含電容器)，該等微電子組件間接電連接至掃描電晶體/開關電晶體/驅動電晶體閘極之間的連接中之任一者，以使得電流亦流動至此額外組件。

圖2至圖7中所展示之實施例在其設計及驅動一OLED微顯示器之操作上具有幾個優點。在設計中，由於所有電晶體皆可係相對小LV電晶體，如一般在大多數晶圓代工廠中常見的，因此此電路可非常緊湊。所有電晶體可皆為p通道電晶體，所有n井皆被加偏壓至V_DD，此使得不需要隔離井或浮動井。此等特徵可允許解析度非常高及大小很小之微顯示器設計具有非常緊湊像素電路設計。

在某些實施例中，驅動電路系統中在電源與OLED之底部電極之間可存在一第二驅動電晶體。驅動電路中具有兩個或更多個串聯連接驅動電晶體允許多個電晶體共同承擔電力負荷。

圖8中展示此配置之一項實施例，圖8展示具有串聯連接於電源V_DD與OLED之底部電極之間的兩個驅動電晶體T1及T4的一驅動電路。經由圖3A中所闡述之T3及T2控制T1之閘極。經由掃描電晶體T5控制額外驅動電晶體T4之閘極，掃描電晶體T5之閘極由SELECT3控制。此允許獨立控制電流經過T1及T4之時序。T5與T4之閘極之間可存在一第二直列開關電晶體T6(未展示)以允許以與開關電晶體T2及驅動電晶體T1類似之一方式關閉T4。可藉由與T2共同之SELECT2或一不同信號線控制T6之閘極。T5亦可自T3連接至一不同資料線。

圖9展示具有串聯連接之兩個驅動電晶體T1及T4之驅動電路之另一實施例。在此實例中，第一驅動電晶體T1之閘極經由圖3A中所闡述之T3及T2連接至一第一資料線DATA1。T4直接連接至一第二資料線DATA2。DATA1與DATA2彼此獨立。在不同組態中，每一像素使用一個DATA2，每一列或每一行像素使用一個DATA2，或更佳地所有像素使用一個DATA2。在此實施例中，T4由DATA2直接控制，且不存在對應於T3之掃描電晶體。此配置允許在一像素內獨立控制T1及T4。可在DATA2與T4之閘極之間添加功能類似於T2之一開關電晶體。

DATA1及DATA2可視需要在不同時間供應相同或不同信號。重要的是注意，T1及T4兩者皆係目的在於控制流動至OLED之電力之驅動電晶體，且在每當OLED提供照度之圖框期間兩者將同時皆係「接通」的。確切而言，T4並非提供一關閉功能之一開關電晶體；即，在T1調節去向OLED之電流之同時，T4於在T1係「接通」的圖框期間的某一時間週期內亦調節去向OLED之電流。此配置有時被稱為一「疊接組態」。當適當設定T3且資料信號經設定以使像素不發射(即，CV=0)時，僅T2提供關閉功能。

圖10展示具有兩個串聯驅動電晶體之一控制電路之一示意圖，其中兩個驅動電晶體(T1及T4)之閘極由來自資料線之一單個共同信號控制。在圖10中，此信號由T3及T2控制(類似於圖3中)且同時施加至T1及T4兩者之閘極。

然而，在某些實施例中，即使電路中僅存在一個共同資料線，可期望確保將期望閘極電壓施加至T1及T4兩者以達成下文所闡述之功能。如圖11中所展示，此可使用位於T2之端子與T1及T4之閘極之間的一位準移位電路(LSC)來實現。一位準移位電路係用於將信號自一個邏輯位準或電壓域轉化為另一邏輯位準或電壓域之一電路，通常用於解決一系統之各個部分之間的電壓不相容。為清晰起見，不展示內部組件及通向LSC之所有連接(例如V_DD、接地及其他可能輸入連接)。在此實施例中，LSC基於來自資料線及SELECT1之信號設定驅動電晶體T4及T1之閘極電壓，以使得跨T4及T1之總電壓始終大約相等地分離於兩個驅動電晶體之間。眾所周知，小的邏輯電晶體可用於此功能。在其他實施例(未展示)中，可期望不相等地劃分信號以使得T1及T4之閘極處之電壓不同，T1之閘極與T4之閘極之間的電壓呈現某一比率。LSC或類似電路系統可用於執行此操作。

在具有兩個串聯驅動電晶體之以上實施例中，驅動電晶體之關閉電晶體T2係選用的。在存在兩個或更多個串聯驅動電晶體之實施例中，該等電晶體可係LV電晶體與MV電晶體之一組合。較佳地，該等電晶體全部皆係LV電晶體以減小像素電路之大小。在某些實施例中，亦期望驅動電路中之所有電晶體皆係p通道電晶體。此等多個電晶體可係p通道電晶體、n通道電晶體或一混合。較佳地所有電晶體皆係p通道電晶體。若存在n通道電晶體與p通道電晶體之一混合，則較佳地至少一個驅動電晶體係一p通道電晶體且更佳地係一LV電晶體。在多個串聯電晶體中之任一者係一種類型之情形中，相同型之多個共同電晶體可共用相同井以減小設計大小。然而，為擴大背板電路之操作範圍同時遵循個別電晶體之電壓限制，可必須將相同型之電晶體置於單獨井區中。

期望在電源與OLED之底部電極之間的電連接中不存在除驅動電晶體之外的介入性電晶體。所提及之介入意指在電源與OLED之間的電連接中，電流不直接穿過連接至驅動電晶體之另一電晶體(即穿過端子，例如一p通道電晶體之源極及汲極)，而另一端子連接至OLED以使得除一驅動電晶體之外電流亦將在OLED操作期間的某一點穿過介入性電晶體。期望有且僅有一個電晶體直接直列(意味著電力流過電晶體之端子(即若係p通道電晶體，則流過源極及汲極))於電源與OLED之底部電極之間。此由於組件減少而將控制電路系統之過大小最小化。可存在直列於驅動電晶體與OLED或電源之間的其他(非電晶體)微電子組件。

在驅動電晶體-OLED連接與一微電子組件(即，一非介入性電晶體或二極體)之一第一端子之間可存在一支線(意指非直接直列)連接，其中OLED操作電流不直接通過非介入性電晶體或二極體。此係除節點之外的，該節點位於驅動電晶體與OLED之底部電極之間，透過該節點附接保護電路之BJT。

控制電路系統中之其他組件可用於控制由驅動電晶體供應之電流，控制在OLED「接通」時旨在為該OLED供電之電流，或者控制在OLED預計「關斷」時經過驅動電晶體之電流洩漏。此外，此控制電路中可視需要包含其他微電子組件，例如其他電晶體、電容器及電阻器。確切而言，注意臨限電壓(V_th)、載子遷移率或串聯電阻之變化將直接影響OLED驅動電晶體之電流之均勻性且因此影響顯示器亮度。影響不均勻電流之一個主要因素係OLED驅動電晶體之臨限電壓(V_th)變化。像素可需要控制電路系統做出其他類型之補償，例如OLED材料隨時間而老化、降級或燒機、作用區域上之不均衡或不均勻或金屬連接線之電壓降。另外，電晶體提供之控制電路系統可需要控制例如由PWM遞送至像素之電流之時序。包含各種類型補償及驅動方案之OLED之控制電路系統之設計已成為備受關注之課題且已提出諸多方法。除所闡述之保護電路之外，控制電路系統中可另外亦存在此種補償電路。保護電路亦可經設計以除維持底部電極處之一最小電壓低於OLED之臨限電壓之外亦藉由包含其他適當電路組件來防止其他不期望效應，例如短路保護、靜電放電、瞬時峰值等。然而，在某些例項中，當使用本發明之堆疊式OLED時，保護電路系統包含像素電路中包含此已知類型之保護電路系統仍可係有用的。

在控制電路系統中，可將電力以一可變電流或電壓形式自外部電源遞送至驅動電晶體，以驅動OLED堆疊從而遞送所期望照度位準。此係通常在寫入操作期間藉由給一儲存電容器充電進行儲存。功率位準可在外部電源處加以控制或若所遞送電力係恆定的，可藉由背板內之其他微電子電路將電力設定於適當位準。此被稱為「電流控制」且通常用於為大多數OLED裝置供電。另一選擇為，供應至OLED堆疊之電力可係恆定的，且藉由與OLED像素「關斷」時間相較而言OLED像素之完全「接通」時間來控制在一設定時間週期(圖框)內之發光總量。此被稱為脈衝寬度調變或PWM控制。

由於所闡述之控制電路能夠在無顯著洩漏或損壞之情況下應對比至少驅動電晶體之設計電壓或額定電壓高之電壓及電流需求，因此能夠使用發射量增大(且電壓較高)之OLED堆疊。為提供必要照度，OLED堆疊應具有最少至少兩個OLED發光單元(通常被稱為「串接」OLED裝置)。然而，串接OLED裝置仍無法提供所期望之足夠照度。為此，可使用具有三個或更多個OLED發光單元之OLED堆疊，但其具有比串接OLED堆疊相對更高之V_th要求。所闡述電路可與一臨限電壓(V_th)大於7.5V之一堆疊式發光OLED搭配使用；更期望，發光OLED堆疊之V_th至少為10V或大於10V。另一選擇為，電路可與提供一發光至少為2500 尼特或較佳地至少為5000尼特之一全色彩微顯示器之一堆疊式OLED搭配使用。

有兩個基本方法來製作一像素化OLED顯示器，其中必須經由一背板上之控制電路系統藉由將電力供應至像素電極中之一者來控制每一個別像素之亮度。第一方法涉及使每一像素個別地產生紅色、綠色或藍色光(分別為R、G、B)，或若係一單色顯示器則產生相同色彩。在此情形中，發光OLED堆疊可經配置以使得位於一個別底部電極區段上方之所有堆疊式發光單元發射相同色彩之光(自R光、G光或B光中選擇)以形成R、G及B像素。在具有此特徵之某些實施例中，每一色彩像素形成一微腔，在該微腔中區段底部電極與頂部電極之間的距離根據所發射光之色彩而定。在此情形中，微腔之長度將根據所發射色彩而定，且在像素為紅色、綠色及藍色時微腔之長度將不同。

第二方法係一彩色濾光器陣列(CFA)之所有像素具有一共同多模式(白色)發光OLED層以形成個別RGB像素。第二方法優於第一方法之優點係，不必針對不同方案形成個別OLED像素且因此將降低製造成本。

堆疊式OLED內之個別OLED發光單元之數目僅受OLED之總厚度及控制電路系統處置操作OLED所需之電力之能力限制。當OLED單元之數目增大時，所發射之光總量增大，但封裝厚度、製造程序複雜性及臨限電壓亦全部增大。具有至少三個堆疊式發光單元之一OLED將透過一串接(兩個OLED單元)OLED來增大照度。然而，較佳地OLED具有至少四個堆疊式OLED發光單元，且更佳地OLED具有至少五個堆疊式OLED發光單元。可構思具有六個甚至十個或更多個堆疊式OLED發光單元之一OLED。

為將驅動一OLED堆疊所需之電壓之增大最小化，將電荷產生層(CGL；有時亦被稱為連接件或中間層)定位於個別OLED發光單元之間。此係由於CGL經構造以使得在施加電壓時產生電子及電洞，且將電子及電洞注入至毗鄰有機發射層。因此，使用一CGL可將一個所注入電子轉換成多個光子，以允許照度較高。確切而言，期望一CGL位於堆疊內之每一發光單元之間。然而，一光產生單元不必在兩側上具有一毗鄰CGL。堆疊之頂部及底部上之OLED光產生單元將通常僅具有一個毗鄰CGL。通常不必在一發光單元與頂部電極或底部電極中之一者之間使用一CGL，但可視需要使用一CGL。

已提出諸多不同種類之CGL且可用於OLED堆疊中。舉例而言，參見US 7728517及US 2007/0046189。為形成一CGL，通常需要位於n型層與p型層的介面處之一n-p半導體異質接面以產生電荷。因此，CGL將具有兩個或更多個層。舉例而言，n摻雜有機層/透明導電層、n摻雜有機層/絕緣材料、n摻雜有機材料層/金屬氧化物層及n摻雜有機材料層/p摻雜有機材料層已全部報告。CGL之一期望金屬氧化物係MoO₃。在某些例項中，n層及p層可由一薄中間層分隔開。通常，CGL經配置以使得n層更靠近陽極且p層更靠近陰極。

一CGL之一個期望方案具有三個層；具有一n摻雜物(舉例而言，Li)之一電子傳輸材料摻雜、相同(但未經摻雜)電子傳輸材料之一薄中間層及具有一p摻雜劑之一電洞傳輸材料摻雜。適合的電子傳輸及電洞傳輸材料以及適合用於一CGL中之n摻雜劑及p摻雜劑係眾所周知且常用的。材料可以是有機的或無機的。適當材料之選擇並不重要且可基於其效能選擇任何材料。CGL之厚度應期望處於200Å至450Å之範圍中。在諸多例項中，CGL將在陽極側上具有一ETL且在其陰極側上具有一HTL以有助於提高電荷傳輸且有助於將充電產生摻雜劑(若存在)與發光單元中之LEL分離。

儘管當OLED發光單元堆疊於彼此頂部上使用CGL有助於將電壓增大最小化，但堆疊所需之總電壓仍增大達大約每一個別單元單獨所需之電壓。

在一項實施例中，位於一個別底部電極區段上方之OLED堆疊內之所有OLED發光單元發射相同色彩，例如紅色、綠色或藍色。此形成一像素化RGB顯示器。圖12圖解說明使用三個不同OLED子像素堆疊來形成R像素、G像素及B像素之一顯示器100。每一OLED子像素堆疊僅含有一個OLED發光單元且不包括一CGL。

在顯示器100中存在一矽背板3，矽背板3包括例如圖2至圖7中所展示之一控制電路陣列以及將根據一輸入信號為子像素供應電力之其他必要組件。在具有電晶體及控制電路系統之層3之上，可存在一選用性平坦化層5。在層5(若存在)之上係由電接觸件7連接之個別第一電極區段9，電接觸件7延伸穿過選用的平坦化層以形成個別底部電極區段9與層3中之控制電路系統之間的電接觸。個別底部電極區段9彼此在橫向上被一像素界定層1電隔離。不發光OLED層11(例如，電子或電洞注入(EIL或HIL)或電子或電洞傳輸(ETL或HTL)層)位於分段式底部電極區段9之上。一發光OLED單元13(每一堆疊中之OLED單元將發射一不同色彩，即B、G或R)位於OLED層11之上。非發光OLED層23(例如，電子或電洞傳輸層、或電子或電洞注入層)及光可透射穿過之透明頂部電極25位於發光單元13之上。藉由一囊封層27保護OLED微腔免受環境影響。在所展示之實施例中，一單個OLED堆疊內之所有有機層水平地與毗鄰堆疊被一像素界定層1分隔開，但頂部電極25及囊封體27係共同的且跨越整個作用區域延伸。然而，頂部電極25不需要連續且可視需要係分段式的。此特定微顯示器並非一微腔裝置；然而，可使用利用一微腔效應之類似像素化RGB設計。

圖13展示一類似RGB像素化OLED堆疊200，RGB像素化OLED堆疊200具有三個發光單元及三個橫向毗鄰單色RGB OLED堆疊。其係三堆疊裝置。在200中，第一發光單元13之上存在一第一電荷產生層15、一第二發光OLED單元17及一第二電荷產生層19以及一第三發光單元21。第一CGL 15位於第一發光單元13與第二發光單元17之間且分隔開第一發光單元13與第二發光單元17，且第二CGL 19位於第二發光單元17與第三發光單元21之間且分隔開第二發光單元17與第三發光單元21。OLED堆疊之其餘部分與100中相同。在200中，同一堆疊中之發光單元13、17及21中之每一者各自發射相同色彩以形成個別RGB像素。

一種增大OLED發射之照度及色彩純度之眾所周知方法係利用光學微腔效應。此效應係基於在一反射表面與允許某些光通過之一半反射表面之間形成一光學共振器。兩個表面之間的多次反射會根據兩個表面之間的光學距離形成駐波，此將由於相長及相消干涉效應而加強某些波長之光且減小其他波長之光，相長及相消干涉效應將根據在駐波之波腹或波節處是否分別產生發射而發生。波腹根據反射器之間的總空間且根據被最佳化之波長而出現於不同位置處。然而，自微腔發射之光可展現出強烈的角相依性，其中當視角偏離觀察表面之垂線時時可出現色彩移位及照度損失。由於投影光學器件之進入角受限，因此此對於NED應用而言通常不會成為一問題。

將期望使用微腔效應來進一步增大OLED堆疊之照度。舉例而言，圖12至圖13中所展示之微顯示器100及200可經重新設計以藉由以下方式形成微腔效應：使用一反射底部電極或位於底部電極下方之一反射層，使頂部電極半透明以使得其具有某種程度之反射率且調整反射元件(底部電極9或一下伏反射層)之最上部表面與頂部電極之最底部表面之間的距離以形成適合於該特定色彩之光的一微腔。

圖14圖解說明使用多模式(白色)OLED微腔之一顯示器300，該多模式(白色)OLED微腔由所有像素以及一彩色濾光器陣列(CFA)共用以形成R像素、G像素及B像素。多模式OLED產生一種色彩之光。理想情況下，一多模式OLED產生與R光、G光及B光之量大致相等的一白色光。通常，此將對應於大約0.33、0.33之CIE_x、CIE_y值。然而，根據用於形成RGB像素之彩色濾光器之特性，此等值之某些變化仍可接受或甚至期望。顯示器300亦包含微腔效應。在此實施例中，多模式OLED堆疊含有發射不同色彩之兩個OLED發光單元，其中每一單元與另一單元由一CGL垂直地分隔開，其中一反射表面與頂部電極之間的距離在作用區域之上係恆定的。300係一串接(兩個單元或雙堆疊)OLED裝置，此乃因其具有由一單個CGL分隔開之兩個發光單元。

在串接顯示器300中，存在一矽背板3，矽背板3包括例如圖2或圖3中所展示之一控制電路陣列以及將根據一輸入信號為子像素供應電力之必要組件。在具有電晶體及控制電路系統之層3之上可具有一選用平坦化層5。在層5(若存在)之上係由電接觸件7連接之個別第一電極區段 9，電接觸件7延伸穿過選用平坦化層以形成個別底部電極區段9與層3中之控制電路系統之間的電接觸。在此實施例中，底部電極區段9具有兩個層：更靠近基板1之一反射層9b及更靠近OLED層之一電極層9a。個別底部電極區段9彼此在橫向上電隔離。在分段式底部電極區段9之上係不發光OLED層11，例如電子或電洞注入或電子或電洞傳輸層。一第一OLED光產生單元13A位於OLED層11之上。層15係一第一電荷產生層，該第一電荷產生層位於第一OLED光產生單元13A與一第二OLED光產生單元17A之間且將第二OLED光產生單元13A與一第二OLED光產生單元17A分隔開。在第二發光單元17A之上係不發光OLED層23(例如，電子或電洞傳輸層或電子或電洞注入層)及半透明頂部電極25。此形成一OLED微腔30，該OLED微腔30自反射表面9B之最上部表面延伸至半透明頂部電極25之最底部表面，半透明頂部電極25亦係一半反射電極。一囊封層27保護OLED微腔免受環境影響。在此實施例中，存在具有彩色濾光器29B、29G及29R之一彩色濾光器陣列，彩色濾光器29B、29G及29R對由OLED微腔30產生之多模式發射進行濾光以使得根據供應至下伏電極區段9之電力發射B光、G光及R光。

在300中，第一發光OLED單元13A及第二發光OLED單元17A一起產生多模式發射。兩個OLED單元可各自產生白色光，或一者可產生與另一者不同之一或多個色彩以使得其一起形成多模式發射。舉例而言，一個OLED單元(即，13A)可產生B光，而另一(即，17A)產生Y(R+G)光。

儘管300係一串接裝置，但可修改相同基本結構以產生一單個單元微腔裝置。舉例而言，可以一簡單未經摻雜有機夾層替換CGL 15 來製備一單個單元多模式微腔裝置，其中13A將然後包括黃色發光OLED層且17A將包括藍色發光OLED層。在此一實例中，層15將係選用的。另一選擇為，若發光單元13A發射白色光，則層15及第二發光層17A兩者皆可完全省略。在一白色或多模式發射裝置中，必須使用彩色濾光器來提供一特定色彩之像素。

圖15展示具有三個發光單元之一類似多模式微腔OLED堆疊400。在400中，一第二電荷產生層19位於第二發光OLED單元17A之上，一第二電荷產生層19位於第二發光OLED單元17A與一第三發光OLED單元21A之間且將第二發光OLED單元17A與一第三發光OLED單元21A分隔開。OLED堆疊之其餘部分與300中相同。

在400中，第一發光OLED單元13A、第二發光OLED單元17A及第三發光OLED單元21A一起產生多模式發射。OLED單元中之每一者可各自產生白色光，或各自可產生與另外兩者不同之一或多個色彩以使得其一起形成多模式發射。舉例而言，一個單元(即，13A)可產生R光，另一單元(即，17A)產生G光且第三單元(即，21A)產生B光。另一選擇為，兩個OLED單元可產生B光(即，17A及21A)，而另一OLED單元(即，13A)產生Y(R+G)光。

具有圖13至圖15中所展示之兩個或更多個OLED發光單元之OLED堆疊可用於任何大小之顯示器中且可與圖2至圖7中所展示之控制電路系統搭配使用。然而，具有多個單元之此等OLED堆疊亦特別適合於與由圖3至圖7中所展示之控制電路提供之關閉功能組合而用作微顯示器。

期望在OLED堆疊包括三個或更多個OLED發光單元時，驅動電晶體係一低電壓電晶體。即，開關電晶體經設計且經設定大小以在5 V或小於5V下安全且有效地操作，而無論或不考慮電路中之實際負載。然而，若OLED堆疊包括四個或更多個OLED發光單元，則操作電壓可遠超過7.5V且驅動電晶體可視需要而是中等電壓(舉例而言，設計為7.5V至12V)或高電壓(設計為18V至25V)。

如先前所述，OLED顯示器及微顯示器構造於用作一基板之一矽背板上。通常而言，背板將係平坦的，具有一均勻厚度。由於矽背板通常係不透明的，因此OLED堆疊較佳地係頂部發射式的。然而，透明背板係已知的；在此等情形中，OLED堆疊可係頂部發射式的或底部發射式的。基板之頂部表面面向OLED。矽背板可具有各種類型之替代層(即，平坦化層、光管理層、光阻擋層等)，其可被圖案化或不被圖案化且可位於頂部表面或底部表面上。

底部電極區段(9或9a)可係一陽極或一陰極且可係透明的、反射的、不透明或半透明的。若OLED係頂部發射式的，則底部電極可由透明金屬氧化物或反射金屬(例如Al、Au、Ag或Mg或其合金)製成且具有至少30nm、期望至少60nm之一厚度。

在第一電極位於一反射層之上之微腔應用中，該第一電極應係透明的。然而，在其他應用中，第一電極層9a及9b可坍縮成一單個反射電極以使得其最上部反射表面形成光學微腔之一側(即，圖14中之30)。

當OLED堆疊係一頂部發射微腔且底部電極係透明的時，在界定微腔30之一第一側之底部電極之下應存在一反射層。當一透明陽極位於一反射表面之上時，其係光學腔之一部分。反射層9b可係一反射金屬，例如Al、Au、Ag、Mg、Cu或Rh或其合金、一介電鏡或一高反射塗層。介電鏡係由沈積至基板上之多個薄材料(例如，氟化鎂、氟化鈣及各種金屬氧化物)層構造而成。高反射塗層由兩種材料之多個層組成，一種材料具有一高折射率(例如硫化鋅(n=2.32)或二氧化鈦(n=2.4))且一種材料具有一低折射率(例如，氟化鎂(n=1.38)或二氧化矽(n=1.49))。自所反射之光之波長角度看，層之厚度通常係四分之一波。期望反射層反射至少80%之入射光且最佳地反射至少90%。較佳反射層係Al或Ag，一厚度係300Å至2000Å，最佳地係800Å至1500Å。

期望，當OLED堆疊係底部發射式時，底部電極係一透明陽極且應透射儘可能多的可見光，較佳地具有至少70%或更期望至少80%之一透射率。雖然底部透明電極可由任何導電材料製成，但金屬氧化物(例如ITO或AZO)或薄金屬(例如Ag)層係較佳的。鑒於弱傳導材料(例如，TiN)能變得很薄，可使用弱傳導材料。

適合用於非發射層(即，圖12中之11及23)(例如電洞注入層、電洞傳輸層或電子注入層或電子傳輸層)之電子傳輸及電洞傳輸材料係眾所周知且常用的。此等層可係此等材料之混合物且可含有用於修改其性質之摻雜劑。由於其係不發光的，因此其不含有發射材料且係透明的。適當材料之選擇並不重要且可基於其效能選擇任何材料。

在利用微腔效應之實施例中，由於微腔內之各種OLED單元之間的間隔以及微腔之大小對於將效率最大化而言很重要，因此通常需要選擇各種不發光層之厚度以提供所期望間隔。期望，藉由使用有機非發射層(例如電洞傳輸層)之適當厚度來調整OLED單元之間的間隔以及微腔之大小。

發光層通常具有一主材料(或主材料之一混合物)及一發光化合物，該主材料係層之主要組分。期望，由於發光化合物具有較高效率，因此發光化合物係磷光的。然而，在某些例項中，某些LEL可使用螢光或TADF(熱啟動延遲螢光)化合物作為發光材料，而其他LEL使用磷光材料。確切而言，藍色光OLED層可使用螢光或TADF化合物或其組合，而非藍色發光層可使用綠色、黃色、橙色或紅色磷光化合物或其組合。發光層可使用發光材料之組合。LEL之適當材料之選擇係眾所周知的，並不重要，且可基於其效能及發射特性選擇任何材料。當使用磷光射極時，有時需要由磷光射極產生之激子侷限於層內。因此，可視需要使用磷光LEL之任一側或兩側上之激子阻擋層。此等材料及其應用係眾所周知的。另外，可期望在發光層(尤其是藍色發光層)周圍添加HBL(電洞阻擋層)及EBL層(電子阻擋層)以提高壽命及照度效率。

若OLED堆疊係頂部發射式的，則頂部電極(即，圖12中之25)應係透明的；若OLED堆疊係底部發射式的，則係反射的；且在OLED堆疊係一微腔之情形中，則係半透明以及半反射：即，其反射光之一部分且透射其餘部分。在一微腔中，頂部電極之最底部內部表面界定微腔30之一第二側。期望，半透明頂部電極反射由LEL發射之光之至少5%且更期望至少10%以建立微腔效應。半透明第二電極之厚度係重要的，此乃因其控制反射光及透射光之量。然而，其不能太薄，此乃因不能夠高效地將電荷傳遞至OLED中或經受住釘紮電洞或其他缺陷。上部電極層之一厚度期望係100Å至200Å，且更期望係125Å至175Å。

期望頂部電極係一薄金屬層或一薄金屬合金層。適合的金屬包含Ag、Mg、Al及Ca或其合金。當然，Ag係較佳的，此乃因其具有相對低藍色吸收率。為有助於電子傳輸以及穩定化，電極表面上可存在一毗鄰透明金屬氧化物(例如ITO、InZnO或MoO₃)層。另一選擇為，可使用金屬鹵化物(例如LiCl)、有機金屬氧化物(例如，喹啉鋰)或其他有機材料。

上部電極之上可存在保護層或間隔層(圖8至圖11中未展示)以防止在囊封期間發生損壞。

在頂部電極25及任何選用的保護層(若存在)之上沈積或放置囊封體27。在一最小值下，囊封應完全覆蓋頂部及側面上之發光區域且直接接觸基板。囊封應不被空氣及水穿透。其可係透明或不透明的。其不應導電。其可在原位形成或添加為一單獨預先形成薄片以及提供側邊緣之密封。原位形成之一實例將係薄膜囊封。薄膜囊封涉及沈積具有交替的無機材料層與聚合層之多個層，直至達成所期望程度之保護。形成薄膜囊封之方案及方法係眾所周知的且可視需要使用任一者。另一選擇為，可使用附接於至少密封區域及封圍區域之上的一預先形成薄片或蓋片提供囊封。預先形成薄片可係剛性或撓性的。其可由玻璃(包含撓性玻璃)、金屬或有機/無機障壁層製成。其應具有接近基板之一熱膨脹係數以達成一更穩健連接。可需要使用防空氣及防水黏合劑(例如，矽或環氧黏合劑)或藉由熱構件(例如，超音波焊接或玻璃熔塊焊接)將預先形成囊封薄片附接於密封區域之上，此可需要額外密封劑，例如焊料或玻璃熔塊。蓋片之側邊緣及底部邊緣可經特殊設計以與密封區域更好地配合或促進一更好密封。蓋片及密封區域可一起設計以使得其配合或在形成密封之前部分地鎖定在適當位置處。此外，蓋片可經預處置以促進與密封區域之更好黏合。

儘管本申請案闡述在顯示器中使用OLED作為發光元件，但相同控制電路可用於將需要相對高電壓來發光之任何自發光顯示器技術中。本發明並不僅限於OLED，而是使用將需要大於5V、較佳地大於7.5 V、或甚至大於10V以提供至少1000尼特或較佳地至少5000尼特之發光的任何其他顯示器技術。

在矽背板中具有控制電路之顯示器可具有任何大小且可用於諸多不同應用中，例如廣告板及廣告顯示器、電視、例如蜂巢式電話等行動應用或車輛內飾。

以上說明闡述若干個不同實施例，該若干個不同實施例可涉及不同個別特徵之不同組合。任何實施例之個別特徵可視需要不受限制地以任何次序或程度組合，但惟當不相容時時除外。

在以上說明中，參考附圖，附圖形成以上說明之一部分且在附圖中藉由圖解說明展示可實踐之特定實施例。詳細地闡述此等實施例以使熟習此項技術者能夠實踐本發明，且應理解，可利用其他實施例且可做出結構改變、邏輯改變及電改變，此並不背離本發明之範疇。因此，不應在限制意義上理解對任何實例性實施例之說明。儘管已出於圖解說明目的闡述本發明，但應理解，此細節僅出於圖解說明目的且熟習此項技術者可做出變化，而此並不背離本發明之精神及範疇。

50:電源