JP2012506567A - 光センサアレイ - Google Patents

Abstract

光センサアレイが、入射光に応じて信号または複数の信号を生成するように各素子が構成された個別の感光素子を有するチップレットのアレイによって形成された感光領域を備える。所定の位置からのチップレットの位置ずれが、チップレットに付随する素子または複数の素子の出力信号または複数の出力信号から導出可能である。本構成は、アクティブディスプレイにおける少なくとも１つのチップレットの位置ずれを測定する方法を提供する。
【選択図】 図２Ａ

Description

近年、ディスプレイの品質向上、コスト低下、用途範囲の拡大につれて、ディスプレイの市場に非常に大きな成長が見られる。これには、ＴＶ用またはコンピュータモニタ用のような大面積ディスプレイ、および携帯機器用の、より小さなディスプレイの両方が含まれる。

現在、市場で最も一般的な部類のディスプレイは液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイであるが、今、有機発光ダイオード（organic light-emitting diode、ＯＬＥＤ）に基づくディスプレイが、低い電力消費、軽量、広視野角、優れたコントラスト、フレキシブルディスプレイの可能性などといったその多くの利点のために、ますます注目を集めている。

ＯＬＥＤの基本構造は、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（「ＰＰＶ」）またはポリフルオレンの膜のような発光有機層が、有機層に負電荷担体（電子）を注入するためのカソードと正電荷担体（正孔）を注入するためのアノードとに挟まれたものである。電子と正孔は、有機層で結合して光子を生成する。国際公開第９０／１３１４８号では、有機発光材料は共役ポリマーである。米国特許第４，５３９，５０７号明細書では、有機発光材料は、（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（「Ａｌｑ３」）のような、小分子材料として知られる種類のものである。実際のデバイスでは、一方の電極が透明であり、光子がデバイスから出られるようになっている。

典型的な有機発光デバイス（organic light-emissive device、「ＯＬＥＤ」）は、酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ」）のような透明なアノードで被覆されたガラスまたはプラスチックの基板上に製造される。この第１の電極を、少なくとも１つのエレクトロルミネッセンス有機材料の薄膜の層が覆う。最後に、エレクトロルミネッセンス有機材料の層をカソードが覆う。カソードは、典型的には金属または合金であり、アルミニウムのような単一の層、またはカルシウムおよびアルミニウムのような複数の層で構成され得る。動作時は、正孔がアノードを通じてデバイスに注入され、電子がカソードを通じてデバイスに注入される。正孔と電子は有機エレクトロルミネッセンス層で結合して励起子を形成し、続いて励起子は放射性崩壊をして光を発する。フルカラーディスプレイを提供するため、デバイスは、赤色、緑色、および青色のエレクトロルミネッセンスサブ画素で構成されてよい（誤解を避けるために、本明細書で用いられる「画素」とは、単一色のみを放出する画素のことを言う場合もあれば、共同である範囲の色を画素が放出できるようにする個別アドレス指定可能な複数のサブ画素を備える画素のことを言う場合もある）。

フルカラー液晶ディスプレイは、典型的には白色発光バックライトを備え、デバイスから放出された光は、液晶層を通過した後に赤色、緑色、および青色のカラーフィルタによってフィルタリングされて、所望のカラー画像を与える。

フルカラーディスプレイは、白色または青色のＯＬＥＤをカラーフィルタと組み合わせて用いることにより同様に製造されてよい。さらに、カラーフィルタをＯＬＥＤと共に用いると、たとえデバイスの画素がすでに赤色、緑色、および青色のサブ画素を備える場合であっても、有益になり得ることが実証されている。特に、赤色のカラーフィルタの位置を赤色のエレクトロルミネッセンスサブ画素に合わせ、緑色および青色のサブ画素およびカラーフィルタについても同じことを行うと、ディスプレイの色純度を向上させることができる（誤解を避けるために、本明細書で用いられる「画素」とは、単一色のみを放出する画素のことを言う場合もあれば、共同である範囲の色を画素が放出できるようにする個別アドレス指定可能な複数のサブ画素を備える画素のことを言う場合もある）。

また、放出された光を吸収して所望のより長い波長または波長帯域で再放出する色変換媒体（color change media、ＣＣＭ）によるダウンコンバージョンが、カラーフィルタの代わりに、またはカラーフィルタに加えて用いられ得る。

ＬＣＤやＯＬＥＤのようなディスプレイをアドレス指定する方法の１つは、ディスプレイの個々の画素素子を関係づけられた薄膜トランジスタによって作動させる「アクティブマトリクス」構成を用いることによるものである。そのようなディスプレイのためのアクティブマトリクスバックプレーンは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）で製造され得る。ＬＴＰＳは、高い移動度を有するが、不均一になる場合があり、また高い処理温度が必要なため、使用できる基板の範囲が制限されてしまう。アモルファスシリコンはそのような高い処理温度を必要としないが、その移動度は比較的低く、また経時変化の影響で、使用中に不均一になる場合がある。さらに、ＬＴＰＳまたはａ−Ｓｉから形成されるバックプレーンは両方とも、フォトリソグラフィ、洗浄、およびアニーリングのような、下位の基板を損傷する恐れのある処理ステップを必要とする。特にＬＴＰＳの場合は、これらの高エネルギー処理に耐える基板を選択しなければならない。

パターン形成の代替手法が、例えば、Rogers et al., Appl. Phys. Lett. 2004, 84(26), 5398-5400、Rogers et al., Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 213101、およびBenkendorfer et al., Compound Semiconductor, June 2007に開示されており、これらでは、フォトリソグラフィのような従来の方法を用いて絶縁体上のシリコンが複数の素子（以下、「チップレット」という）へとパターン形成され、次にそれらがデバイス基板に転写される。この転写印刷工程は、チップレットをスタンプに結合させる表面化学官能性を有するエラストマースタンプに複数のチップレットを接触させ、次にチップレットをデバイス基板に転写することによって行われる。こうして、ディスプレイ駆動回路のようなマイクロスケールおよびナノスケールの構造物を担持するチップレットを良好な位置合わせで最終基板に転写することができ、最終基板は、シリコンパターン形成にかかわる要求の厳しい処理に耐える必要がない。

本発明は、ある態様において、チップレットへの光の入射を検知する１つ以上のチップレットセンサを備えたディスプレイを提供する。

ある実施の形態では、センサが、外部光源に対して応答を生成するように構成される。応答は、画素の輝度を周囲光条件に対して補償するための調整であってよい。

あるいは、またはさらに、センサは、ディスプレイから放出された光に対して応答を生成するように構成される。

ディスプレイはタッチスクリーンディスプレイであってよく、またディスプレイは、赤外線制御器または赤外線ポインタから生じた赤外線信号のようなデジタル通信を受信可能であってよい。

本発明は、第２の態様において、複数のチップレットを備える回路のための光位置ずれセンサであって、入射光に応じて１つの信号または複数の信号を生成するように各素子が構成された個別の感光素子のアレイによって形成された感光領域を備え、所定の位置からのチップレットの位置ずれが出力信号または複数の出力信号から導出可能であるセンサを提供する。

センサは、好ましくは、チップレットの位置ずれから導出された位置変動を補償する制御回路を備えている。

複数の個別の感光素子はフォトダイオードおよび／またはフォトトランジスタであってよい。

入射光子は有機発光ダイオード（organic light emitting diode、ＯＬＥＤ）から生じてよい。

センサはチップレットと一体化してよい。

単一のチップレットセンサが多数のサブ画素を担当してよい。

本発明は、別の態様において、アクティブディスプレイにおける少なくとも１つのチップレットの位置ずれを測定する方法であって、
１つ以上の光源からの光子を検出し、検出に基づいて出力信号を生成し、
相対出力信号を比較してチップレットに対する１つ以上の光源の位置を決定する
ことを含む方法を提供する。

本発明は、さらなる態様において、画素発光輝度の経時的な変動を補償する方法であって、画素またはサブ画素からの放射がチップレットによって検出され、検出された画素発光輝度の任意の変動が調整される方法を提供する。

好ましくは、複数の画素またはサブ画素から放出された光を１つのチップレットセンサが検出する。

チップレットは、ディスプレイの１つ以上の画素またはサブ画素の駆動も、これらの画素またはサブ画素からの放射の検知も行ってよい。

本発明の上記態様のいずれかによるディスプレイから放出された光は、導波管または格子構造のうちの１つから選択された光学構造を介してチップレットに結合されてよい。

本発明は、さらなる態様において、複数のチップレットとチップレットによって駆動される光源とを備えるディスプレイの製造中に生じる、チップレット駆動回路における位置変動を補償する方法であって、
光源からの光における位置出力を検出し、検出に基づいて出力信号を生成するように配置された光子検出アレイを設け、
位置偏差を算出するために出力信号を光源のしかるべき位置を表す所定値と比較し、
検出された偏差を補償する方法で光源を駆動するように駆動回路を制御する
ことを含む方法を提供する。

本発明のある実施の形態によれば、光センサが、少なくともいくつかのチップレットに含まれる。ある実施の形態によれば、フォトダイオードのアレイを光センサとして用いて、フォトダイオードにおける相対信号の検査により、チップレットに対する放射ＯＬＥＤの位置を検出する。ある実施の形態によれば、複数のフォトダイオードを一緒に用いることにより、フォトダイオードから放射を検出して、画素とチップレットとの位置合わせ不良に起因する、センサに当たる光の相対量を正しく補償し、補正された信号を用いて、特定の光出力になるようにＯＬＥＤをプログラムする。

さらなる利点および新しい特徴は、添付の請求の範囲に見られる。

次に、本発明と、本発明の可能な実施方法とについて理解を深めるために、単に例として、添付の図面を参照する。
図１は、最初にアノードを基板上に形成し、続けてエレクトロルミネッセンス層およびカソードを堆積させることによってデバイスが形成される、というデバイスを説明する図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態によるチップレット一体型光センサを示す図である。 図２Ｂは、図２Ａに示す構成を別の視点から説明する図である。

チップレット材料
チップレットは、半導体ウェハー供給源から形成されてよく、半導体ウェハー供給源は、単結晶シリコンウェハー、多結晶シリコンウェハー、ゲルマニウムウェハーのようなバルク半導体ウェハーと、極薄シリコンウェハーのような極薄半導体ウェハーと、ｐ型またはｎ型のドープウェハー、および選択されたドーパント空間分布をもつウェハー（絶縁体上シリコン（例えばＳｉ−ＳｉＯ２、ＳｉＧｅ）のような絶縁体上半導体ウェハー）のようなドープ半導体ウェハーと、基板上シリコンウェハー（silicon on substrate wafer）および絶縁体上シリコン（silicon on insulator）のような基板上半導体ウェハー（semiconductor on substrate wafer）とを含む。さらに、本発明の印刷可能な半導体素子は、さまざまな非ウェハー供給源から製造されてよく、非ウェハー供給源としては、例えば、犠牲層または犠牲基板（例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２）上に堆積させられてからアニールされた、アモルファス、多結晶、および単結晶の半導体材料（例えば多結晶シリコン、アモルファスシリコン、多結晶ＧａＡｓ、およびアモルファスＧａＡｓ）の薄膜や、他のバルク結晶などがあり、他のバルク結晶は、黒鉛、ＭｏＳｅ２などの遷移金属カルコゲニド、およびイットリウムバリウム銅酸化物を含むがこれらに限定されない。

チップレットは、当業者に知られた従来の処理手段によって形成されてよい。

好ましくは、各駆動チップレットまたは各ＬＥＤチップレットは、長さが最大５００マイクロメートルまで、好ましくはおよそ１５ないし２５０マイクロメートルであり、また好ましくは幅がおよそ５ないし５０マイクロメートル、さらに好ましくは５ないし１０マイクロメートルである。

転写工程
転写印刷で用いられるスタンプは、好ましくはＰＤＭＳスタンプである。

スタンプの表面は、チップレットをスタンプに可逆的に結合させてドナー基板から離れさせる化学官能性を有してもよいし、例えばファンデルワールス力によって結合してもよい。最終基板への転写においても同様に、チップレットが、ファンデルワールス力によって、および／または最終基板の表面の化学官能性との相互作用によって、最終基板に付着し、その結果、スタンプがチップレットから離層されてよい。

チップレットとディスプレイの集積
ディスプレイの画素またはサブ画素をアドレス指定する駆動回路をパターン形成されたチップレットが、電源と、必要であればチップレットをプログラムするための表示領域外の駆動部と、にチップレットを接続する経路（tracking）を担持する基板に転写印刷されてよい。

用意された最終基板への正確な転写を確実にするため、スタンプと最終基板とが、当業者に知られた手段によって、例えば基板に位置合わせマークを設けることによって、位置合わせされてよい。

あるいは、チップレットを接続する経路は、チップレットが転写印刷された後に付けられてもよい。

チップレットがＬＣＤディスプレイまたはＯＬＥＤディスプレイのようなディスプレイを駆動する場合は、チップレットを備えるバックプレーンを絶縁材料の層でコーティングして平坦化層を形成し、その上にディスプレイを構成するようにすると好ましい。表示デバイスの電極は、平坦化層に形成された導電貫通バイアによってチップレットの出力に接続される。

有機ＬＥＤ
ディスプレイがＯＬＥＤである場合、本発明によるデバイスは、バックプレーン（図示しない）が形成されたガラスまたはプラスチックの基板１と、アノード２と、カソード４とを備える。アノード２とカソード４との間にはエレクトロルミネッセンス層３が設けられる。

実際のデバイスでは、光が放出され得るように、少なくとも１つの電極が半透明である。アノードが透明な場合、アノードは、典型的には酸化インジウムスズで構成される。光がカソードを通して放出される場合、エレクトロルミネッセンス層３から放出された光がチップレットおよび他の付随する駆動回路に吸収される問題を回避するため、カソードは透明であることが好ましい。透明なカソードは、典型的には、透明になるほどに十分に薄い電子注入材料の層で構成される。典型的には、この層の横方向の導電率は、層の薄さのために低くなる。この場合、電子注入材料の層は、酸化インジウムスズのような透明な導電材料の、より厚い層と組み合わせて用いられる。

透明カソードデバイスが透明なアノードを有する必要のないこと（もちろん、完全に透明なデバイスが所望されない限り、である）、従ってボトムエミッション型デバイスで用いられる透明アノードがアルミニウムの層のような反射材料の層で置き換えられ、または補われてよいことは、理解されるであろう。透明カソードデバイスの例は、例えば英国特許出願公開第２３４８３１６号明細書に開示されている。

層３で用いるのに好適な材料としては、小分子材料、ポリマー材料、およびデンドリマー材料、ならびにそれらの合成物などがある。層３で用いるのに好適なエレクトロルミネッセンス・ポリマーとしては、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）のようなポリ（アリーレンビニレン）や、例えばポリフルオレン、特に２，７−結合９，９ジアルキルポリフルオレンまたは２，７−結合９，９ジアリールポリフルオレン、ポリスピロフルオレン、特に２，７−結合ポリ−９，９−スピロフルオレン、ポリインデノフルオレン、特に２，７−結合ポリインデノフルオレン、ポリフェニレン、特にアルキル置換またはアルコキシ置換されたポリ−１，４−フェニレンのようなポリアリーレンなどがある。そのようなポリマーは、例えばAdv. Mater. 2000 12(23) 1737-1750およびその引用文献に開示されている。層３で用いるのに好適なエレクトロルミネッセンスデンドリマーとしては、例えば国際公開第０２／０６６５５２号に開示されたようなデンドリマー基を持つエレクトロルミネッセンス金属錯体などがある。

アノード２とカソード４との間には、電荷輸送層、電荷注入層、または電荷阻止層のような、さらなる層が配置されてよい。

デバイスは、水分および酸素の侵入を防ぐために封止材（図示せず）で封止されることが好ましい。好適な封止材としては、ガラス板や、例えば国際公開第０１／８１６４９号に開示されているようなポリマーと誘電体との交互の積み重ねなどの好適な障壁特性を有する膜、または、例えば国際公開第０１／１９１４２号に開示されているような気密容器などがある。基板または封止材を透過する恐れのある雰囲気中の水分および／または酸素を吸収するゲッター材料が、基板と封止材との間に配置されてもよい。

図１は、最初にアノードを基板上に形成し、続けてエレクトロルミネッセンス層およびカソードを堆積させることによってデバイスが形成される、というデバイスを説明する図である。しかし、当然のことながら、本発明のデバイスは、最初にカソードを基板上に形成し、続けてエレクトロルミネッセンス層およびアノードを堆積させることによっても形成され得る。

図２Ａは、本発明の実施の形態によるチップレット一体型光センサを示す図である。チップレット１０１は、画素１０２から検出された光の入射光子に応じて１つの信号または複数の信号を生成するように各素子が構成された個別の感光素子のアレイによって形成された感光領域を備える。ある例によれば、感光領域は、複数のフォトダイオードによって形成される。いくつかの画素１０２からこのような１つの信号または複数の信号を検出することにより、所定の位置１０３からのチップレット１０１の位置ずれを決定することが可能である。ある実施の形態によれば、フォトダイオードに到達する相対信号の検査により、チップレットに対する放射ＯＬＥＤの位置を検出するように回路が構成される。

図２Ｂは、図２Ａに示す構成を別の視点から説明する図である。見て分かるように、画素１０２から放出された光子が、ガラス基板１０４を通り、図２Ａに従って記載されたようにチップレット一体型光センサ１０１によって検出される。

本明細書全体を通して、「制御回路」という用語は、駆動回路をプログラムする回路を指して用いられ、「駆動回路」は、ディスプレイの画素を直接駆動する回路を指して用いられ、「表示領域」は、ディスプレイの画素と付随する駆動回路とによって画定される領域を指して用いられる。

当業者は以下のことを理解するであろう。すなわち、この開示は、本発明を実行するための最良の形態であると考えられているものと、適宜、他の形態とについて説明しているが、本発明は、好ましい実施の形態についてのこの説明に開示された特定の構成および方法に限定されるべきでない、ということである。

Claims (19)

1. チップレットへの光の入射を検知する１つ以上のチップレットセンサを備えたディスプレイ。
2. 前記センサが、外部光源に対して応答を生成するように構成された請求項１に記載のディスプレイ。
3. 前記センサが、前記ディスプレイから放出された光に対して応答を生成するように構成された請求項１に記載のディスプレイ。
4. 前記ディスプレイがタッチスクリーンディスプレイである請求項２に記載のディスプレイ。
5. 前記応答が、画素の輝度を周囲光条件に対して補償するための調整である請求項２に記載のディスプレイ。
6. 前記ディスプレイがデジタル通信を受信可能である請求項２に記載のディスプレイ。
7. 前記デジタル通信が、赤外線制御器または赤外線ポインタから生じた赤外線信号からのものである請求項６に記載のディスプレイ。
8. 複数のチップレットを備える回路のための光位置ずれセンサであって、
   入射光に応じて１つの信号または複数の信号を生成するように各素子が構成された個別の感光素子のアレイによって形成された感光領域を備え、
   所定の位置からのチップレットの位置ずれが前記出力信号または複数の出力信号から導出可能であるセンサ。
9. 前記チップレットの前記位置ずれから導出された位置変動を補償する制御回路をさらに備えた請求項８に記載のセンサ。
10. 前記複数の個別の感光素子がフォトダイオードおよび／またはフォトトランジスタである請求項８または９に記載のセンサ。
11. 前記入射光子が有機発光ダイオード（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ、ＯＬＥＤ）から生じる請求項８ないし１０のいずれかに記載のセンサ。
12. 前記センサが前記チップレットと一体化した請求項８ないし１１のいずれかに記載のセンサ。
13. 単一のチップレットセンサが多数のサブ画素を担当する請求項８ないし１２のいずれかに記載のセンサ。
14. アクティブディスプレイにおける少なくとも１つのチップレットの位置ずれを測定する方法であって、
    １つ以上の光源からの光子を検出し、前記検出に基づいて出力信号を生成し、
    前記相対出力信号を比較して前記チップレットに対する前記１つ以上の光源の位置を決定する
    ことを含む方法。
15. 画素発光輝度の経時的な変動を補償する方法であって、画素またはサブ画素からの放射がチップレットによって検出され、検出された画素発光輝度の任意の変動が調整される方法。
16. 複数の画素またはサブ画素から放出された光を１つのチップレットセンサが検出する請求項１４または１５に記載の方法。
17. 前記チップレットが、１つ以上の画素またはサブ画素の駆動も、前記１つ以上の画素またはサブ画素からの放射の検知も行う請求項１５または１６に記載の方法。
18. 導波管または格子構造のうちの１つから選択された光学構造を介して光が前記チップレットに結合される請求項８ないし１３のいずれかに記載のセンサ。
19. 複数のチップレットと前記チップレットによって駆動される光源とを備えるディスプレイの製造中に生じる、チップレット駆動回路における位置変動を補償する方法であって、
    前記光源からの光における位置出力を検出し、前記検出に基づいて出力信号を生成するように配置された光子検出アレイを設け、
    位置偏差を算出するために前記出力信号を前記光源のしかるべき位置を表す所定値と比較し、
    前記検出された偏差を補償する方法で前記光源を駆動するように駆動回路を制御する
    ことを含む方法。

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