專利名稱：光學傳感器陣列的制作方法
光學傳感器陣列
背景技術：
近年來隨著顯示器質量的改進、其成本的下降和顯示器的應用范圍的增加，顯示器的市場已經顯著增長。這包括諸如TV或計算機監視器的大面積顯示器和用于便攜式設備的較小顯示器。目前在市場上最常見的顯示器種類是液晶顯示器和等離子體顯示器，雖然基于有機發光二極管(OLED)的顯示器現在正在由于包括低功耗、輕重量、寬視角、優良的對比度和用于柔性顯示器的潛力的其許多優點而越來越有吸引力。OLED的基本結構是發光有機層，例如聚對苯撐乙烯(“PPV”)或聚芴膜，其被加在用于注入負電荷載流子(電子)的陰極與用于向有機層中注入正電荷載流子(空穴)的陽極。電子和空穴在有機層中組合產生光子。在W090/13148中，有機發光材料是共軛聚合物。在US 4，539，507中，有機發光材料是稱為小分子材料的種類，諸如(8-羥基喹啉)鋁 (“Alq3”)。在實際器件中，電極中的一個是透明的，以允許光子逸出器件。典型的有機發光器件(“0LED”)在涂敷有諸如氧化銦錫(“ΙΤ0”)的透明陽極的玻璃或塑料襯底上制造。至少一個電致發光有機材料的一層薄膜覆蓋第一電極。最后， 陰極覆蓋電致發光有機材料層。陰極通常是金屬或合金，并且可以包括諸如鋁的單層或諸如鈣和鋁的多個層。在操作中，通過陽極將空穴注入器件中并通過陰極將電子注入器件中。 空穴和電子在有機電致發光層中組合以形成激子，激子然后經歷輻射衰變以提供光。可以用紅色、綠色和藍色電致發光子像素將器件像素化以便提供全色顯示器(為了避免引起疑惑，本文所示使用的“像素”可以指的是僅發射單個色彩的像素或包括一起使得像素能夠發射一定范圍的色彩的多個單獨可尋址子像素的像素)。全色液晶顯示器通常包括發白光的背光，并且從器件發射的光在通過LC層之后被通過紅色、綠色和藍色濾色器過濾以提供期望的色彩圖像。可以通過與濾色器相組合地使用白色或藍色OLED以相同的方式實現全色顯示。 此外，已經證明具有OLED的濾色器的使用即使在器件的像素已經包括紅色、綠色和藍色子像素時也可以是有益的。特別地，使紅色濾色器與紅色電致發光子像素對準并對綠色和藍色子像素和濾色器也這樣做能夠改善顯示器的色彩純度(為了避免引起疑惑，本文所示使用的“像素”可以指的是僅發射單個色彩的像素或包括一起使得像素能夠發射一定范圍的色彩的多個單獨可尋址子像素的像素)。作為濾色器的替換或除此之外的選擇，可以使用借助于用于吸收發射的光并以期望的較長波長或波長帶再發射的變色介質(CCM)進行的下變換(downconversion)。對諸如LCD和OLED的顯示器進行尋址的一種方式是使用其中用相關薄膜晶體管來激活顯示器的單獨像素元素的“有源矩陣”布置。可以用非晶硅(a-Si)或低溫多晶硅 (LTPS)來實現用于此類顯示器的有源矩陣背板(backplane)。LTPS具有高遷移率，但是可能是不均勻的，并且要求高處理溫度，這限制其能夠與之一起使用的襯底的范圍。非晶硅不要求此類高處理溫度，然而，其遷移率是相對低的，并且可能由于老化效應而在使用期間遭受不均勻性。此外，由LTPS或a-Si兩者形成的背板要求諸如光刻、清潔和退火的可能損壞底層襯底的處理步驟。特別地，在LTPS的情況下，必須選擇對這些高能量過程具有抵抗力的襯底。在例如 Rogers 等人的 Appl. Phys. Lett. 2004，84 (26)，5398-5400 ；Rogers 等人的 Appl. Phys. Lett. 2006，88，213101 ；和 Benkendorfer 等人的 2007 年 6 月的 Compound kmiconductor中公開了對圖案化的可替換方案，其中，使用諸如光刻法的常規方法將絕緣體上硅圖案化成隨后被轉移到器件襯底的多個元件(在下文中稱為“小芯片 (chiplets) ”)。轉印過程通過使所述多個小芯片與合成彈性模板(其具有促使小芯片結合到模板的表面化學功能)接觸并隨后將小芯片轉移到器件襯底而發生。這樣，能夠用良好的配準將承載諸如顯示器驅動電路的微米和納米級結構的小芯片轉移到末端襯底(end substrate)上，而該末端襯底不必容忍在硅圖案化中涉及的過分要求的工藝處理。
發明內容
在一方面，本發明提供了包括用于感測入射在小芯片上的光的一個或多個小芯片傳感器的顯示器。在一個實施例中，傳感器被配置為生成對外部光源的響應。該響應可以針對環境光條件來補償像素亮度的調整。替換地或另外地，傳感器被配置為產生對由顯示器發射的光的響應。所述顯示器可以是觸摸屏顯示器，并且所述顯示器可以能夠接收數字通信，諸如源自于紅外控制器或指示器的紅外信號。在第二方面，本發明提供了用于包括多個小芯片的電路的光學位移傳感器，所述傳感器包括由單獨光敏元件的陣列形成的光敏區域，每個元件被配置為響應于入射光產生一個或多個信號，并且其中，從所述一個或多個輸出信號導出小芯片從預定位置的位移。傳感器優選地包括用于補償從小芯片的位移導出的位置變化的控制電路。多個單獨的光敏元件可以是光電二極管和/或光敏晶體管。入射光子可以源自于有機發光二極管(OLED)。可以將傳感器與小芯片集成。單個小芯片傳感器可以為多個子像素提供服務。在另一方面中，本發明提供了一種測量有源顯示器中的至少一個小芯片的位移的方法，該方法包括檢測來自一個或多個光源的光子并基于該檢測產生輸出信號；比較相關輸出信號以確定所述一個或多個光源相對于小芯片的位置。在另一方面，本發明提供了一種補償像素發射亮度隨時間的變化的方法，其中，由小芯片來檢測來自像素或子像素的發射，并調整所檢測的像素發射亮度的任何變化。優選地，一個小芯片傳感器檢測從多個像素或子像素發射的光。小芯片可以驅動顯示器的一個或多個像素或子像素并感測來自這些像素或子像素的發射。根據本發明的任何上述方面，從顯示器發射的光可以經由選自波導或光柵結構中的一個的光學結構耦合到小芯片。在另一方面，本發明提供了一種補償顯示器的制造期間產生的小芯片驅動電路的位置變化的方法，顯示器包括多個小芯片和由小芯片驅動的光源，該方法包括提供被定位為檢測來自光源的光中的位置輸出并基于該檢測來產生輸出信號的光子檢測陣列；將輸出信號與表示光源的預期位置的預定值相比較以計算位置偏差；控制驅動電路，從而以補償所檢測的偏差的方式來驅動光源。根據本發明的一個實施例，在至少某些小芯片中包括光學傳感器。根據一個實施例，使用光電二極管陣列作為光學傳感器以通過光電二極管上的相關信號的檢查來檢測發光OLED相對于小芯片的位置。根據一個實施例，光電二極管被一起使用以檢測來自光電二極管的發射，正確地補償由于像素至小芯片不對準而落在傳感器上的相對光量，并使用經修正的信號來針對特定光輸出對OLED編程。在所附權利要求書中可以找到其它優點和新穎特征。
為了更好地理解本發明并關于如何可以使其實施，現在將僅以示例的方式對附圖進行參考，在附圖中圖1圖示其中通過首先在襯底上形成陽極、接著是電致發光層和陰極的沉積來形成器件的器件。圖2A示出根據本發明的實施例的小芯片集成光學傳感器；以及圖2B圖示圖2A所示的布置的替換視圖。
具體實施例方式小芯片材料小芯片可以由半導體晶片源形成，包括塊體半導體晶片，諸如單晶硅晶片、多晶硅晶片、鍺晶片；超薄型半導體晶片，諸如超薄型硅晶片；摻雜半導體晶片，諸如P型或η型摻雜晶片以及具有選擇的摻雜劑空間分布的晶片(諸如絕緣體上硅的絕緣體上半導體晶片 (例如Si_Si02、SiGe))；以及襯底上半導體晶片，諸如襯底上硅晶片和絕緣體上硅。另外，可以由多種非晶片源來制造本發明的可印刷半導體元件，諸如被沉積在犧牲層或襯底上(例如SiN或Si02)并隨后進行退火的非晶、多晶和單晶半導體材料(例如，多晶硅、非晶硅、多晶GaAs和非晶GaAs)的薄膜、以及其它塊狀晶體，包括但不限于石墨、MoSe2及其它過渡金屬硫族化物和釔鋇銅氧化物。可以用技術人員已知的常規處理手段來形成小芯片。優選地，每個驅動器或LED小芯片在長度上可達500微米，優選地在15 250微米之間，并優選地在寬度上約為5 50微米，更優選地為5 10微米。轉移處理在轉印中使用的模板(stamp)優選地是PDMS模板。模板的表面可以具有促使小芯片可逆地結合(bind)到模板并從供體(donor)襯底剝離的化學功能，并且可以借助于例如范德瓦耳斯力來結合。類似地，在轉移到末端襯底時，小芯片通過范德瓦耳斯力和/或通過與末端襯底的表面上的化學功能的交互作用粘附于末端襯底，并且作為結果，可以將模板從小芯片層離。
小芯片和顯示器集成可以將以用于尋址顯示器的像素或子像素的驅動電路來圖形化的小芯片轉移印刷到載有跡線(tracking)的襯底之上，跡線用于使小芯片與電源以及(如果需要的話)與在顯示區域外部的用于編程小芯片的驅動器連接。為了保證到制備的末端襯底上的準確轉移，可以用技術人員已知的手段來將模板和末端襯底配準，例如通過在襯底上提供對準標記。可替換地，可以在已經轉印小芯片之后施加用于小芯片連接的跡線。在其中小芯片驅動顯示器(諸如IXD或OLED顯示器)的情況下，優選地用絕緣材料層來涂敷包括小芯片的背板以形成在上面構造顯示器的平面化層。顯示器件的電極借助于在平面化層中形成的導電過孔連接到小芯片的輸出端。有機LED在其中顯示器是OLED的情況下，根據本發明的器件包括已經向其上面形成背板 (未示出)的玻璃或塑料襯底、陽極2和陰極4。在陽極2與陰極4之間提供電致發光層3。在實際器件中，電極中的至少一個是半透明的，以便可以發射光。在陽極透明的情況下，其通常包括氧化銦錫。優選地，陰極是透明的以便在其中通過陽極發射光的情況下避免從電致發光層3發射的光被小芯片及其它相關驅動電路吸收的問題。透明陰極通常包括薄到足以透明的電子注入材料層。通常，此層的橫向導電率將由于其薄而是低的。在這種情況下，與諸如氧化銦錫的較厚層的透明導電材料相組合地使用電子注入材料層。應認識到透明陰極器件不必具有透明陽極(當然，除非期望完全透明器件)，因此可以用諸如鋁層的反射材料層來替換或補充用于底部發射器件的透明陽極。在例如GB 2348316中公開了透明陰極器件的示例。在層3中使用的適合的材料包括小分子、聚合物以及樹枝狀大分子材料，以及它們的組合。在層3中使用的適合的電致發光聚合物包括諸如聚(對苯撐亞乙烯)那樣的聚 (亞芳基亞乙烯)以及聚芳撐例如聚芴，特別是2，7-鏈9，9 二烷基聚芴或者2，7-鏈9， 9 二芳基聚芴；聚螺旋芴，特別是2，7-鏈聚-9，9-螺旋芴；聚茚并芴，特別是2，7-鏈聚茚并芴；聚苯撐，特別是烷基或烷氧基取代的聚-1，4-苯撐。此類聚合物被公開于例如Adv. Mater. 200012 03) 1737-1750及其參考文獻中。在層3中使用的適合的電致發光樹枝狀聚合物包括在例如WO 02/066552中所公開的帶有樹枝狀聚合物基團的電致發光金屬絡合物。其它層可以位于陽極2與陰極3之間，諸如電荷運輸層、電荷注入層或電荷阻擋層。優選地用密封物(未示出)來密封器件以防止濕氣和氧氣進入。適當的密封物 (encapsulant)包括玻璃板，具有適當阻擋層性質的膜，諸如在例如WO 01/81649中公開的聚合物和電介質的交替堆疊或如在例如W001/19142中公開的氣密容器。可以在襯底與密封物之間設置用于吸收可能通過襯底或密封物滲透的任何大氣濕氣和/或氧氣的消氣材料。圖1圖示其中通過首先在襯底上形成陽極、隨后是沉積電致發光層和陰極來形成器件的器件，然而，應認識到還可以通過首先在襯底上形成陰極、隨后是沉積電致發光層和陽極來形成本發明的器件。
圖2A示出根據本發明的實施例的小芯片集成光學傳感器。小芯片101包括由單獨光敏元件的陣列形成的光敏區域，每個元件被配置為響應于從像素102檢測的光的入射光子產生有一個或多個信號。根據一個示例，所述光敏區域由多個光電二極管形成。通過檢測來自許多像素102的此類一個或多個信號，可以確定小芯片101從預定位置103的位移。 根據一個實施例，電路被布置為通過檢查到達光電二極管處的相關信號來檢測發光OLED 相對于小芯片的位置。圖2B圖示圖2A所示的布置的替換視圖。如可以看到的，以依照圖2A描述的方式由芯片集成光學傳感器101來檢測從像素102發射通過玻璃襯底104的光子。本說明書中，使用術語“控制電路”來表示用于將驅動電路編程的電路；使用“驅動電路”來表示用于直接驅動顯示器的像素的電路；以及使用“顯示區域”來表示由顯示器的像素和相關驅動電路限定的區域。本領域的技術人員將認識到雖然本公開描述了被認為是執行本發明的最佳模式和(在適當時)其它模式的內容，但本發明不應局限于在優選實施例的此描述中公開的特定配置和方法。
權利要求
1.一種顯示器，包括用于感測入射到小芯片上的光的一個或更多個小芯片傳感器。
2.根據權利要求1所述的顯示器，其中，所述傳感器被配置為產生對外光源的響應。
3.根據權利要求1所述的顯示器，其中，所述傳感器被配置為產生對由所述顯示器發出的光的響應。
4.根據權利要求2所述的顯示器，其中，所述顯示器是觸摸屏顯示器。
5.根據權利要求2所述的顯示器，其中，所述響應是針對環境光條件來補償像素亮度的調整。
6.根據權利要求2所述的顯示器，其中，所述顯示器能夠接收數字通信。
7.根據權利要求6所述的顯示器，其中，所述數字通信來自于紅外信號，所述紅外信號源自于紅外控制器或指示器。
8.一種用于包括多個小芯片的電路的光學位移傳感器，所述傳感器包括由單獨的光敏元件的陣列形成的光敏區域，每個元件被配置為響應于入射光產生一個或更多個信號，并且其中，從輸出的一個或更多個信號能導出小芯片從預定位置的位移。
9.根據權利要求8所述的傳感器，還包括用于補償從所述小芯片的位移導出的位置變化的控制電路。
10.根據權利要求8或9所述的傳感器，其中，所述多個單獨的光敏元件是光電二極管和/或光敏晶體管。
11.根據權利要求8 10中的任一項所述的傳感器，其中，所述入射光子源自于有機發光二極管(OLED)。
12.根據權利要求8 11中的任一項所述的傳感器，其中，所述傳感器與所述小芯片集成。
13.根據權利要求8 12所述的傳感器，其中，單個小芯片傳感器服務于多個子像素。
14.一種測量有源顯示器中的至少一個小芯片的位移的方法，該方法包括 檢測來自一個或更多個光源的光子并基于該檢測產生輸出信號；比較相關的輸出信號以確定所述一個或更多個光源相對于所述小芯片的位置。
15.一種補償像素發射亮度隨時間的變化的方法，其中，由小芯片來檢測來自像素或子像素的發射，并調整所檢測的像素發射亮度的任何變化。
16.根據權利要求14或15所述的方法，其中，一個小芯片傳感器檢測從多個像素或子像素發射的光。
17.根據權利要求15或16所述的方法，其中，所述小芯片驅動并感測來自一個或更多個像素或子像素的發射。
18.根據任何前述權利要求所述的傳感器，其中，光經由選自波導或光柵結構中的一個的光學結構被耦合到所述小芯片。
19.一種補償在顯示器的制造期間產生的小芯片驅動電路的位置變化的方法，所述顯示器包括多個小芯片和由所述小芯片驅動的光源，該方法包括提供被放置為檢測來自所述光源的光中的位置輸出并基于該檢測來產生輸出信號的光子檢測陣列；將所述輸出信號與表示所述光源的預期位置的預定值相比較以計算位置偏差； 控制驅動電路，從而以補償所檢測的偏差的方式來驅動所述光源。
全文摘要
光學傳感器陣列包括由具有單獨光敏元件的小芯片陣列形成的光敏區域，每個元件被配置為響應于入射光產生信號。可從與小芯片相關聯的元件的輸出信號導出小芯片從預定位置的位移。該布置提供測量有源顯示器中的至少一個小芯片的位移的方法。
文檔編號H01L27/32GK102239561SQ200980148269
公開日2011年11月9日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月23日
發明者E·史密斯, H·格利高利, J·卡特, J·波羅格斯, S·考茨 申請人:劍橋顯示技術有限公司