JP2014513313A - 電極コネクターを備えたチップレットディスプレイ - Google Patents

Abstract

透明基板１０と、透明電極１２と、発光層１４と、発光ピクセルを画定する反射電極１６とを備え、ピクセル駆動回路を備えたチップレット２０が、不透明電極コネクター３４によって透明電極に接続されるピクセル接続パッド２４に接続され、それにより、１つの不透明電極コネクターの少なくとも一部が、不透明電極コネクターが電気的に接続されていない透明電極の少なくとも一部に重なる、ディスプレイデバイス。このデバイスは、ピクセル駆動性能が向上し発光面積が増大したディスプレイを提供する。

Description

本発明は、ピクセルアレイを制御する分散した独立チップレットを備えた基板を有するディスプレイデバイスに関し、より詳細には電極及び接続信号バスワイヤの配置に関する。

［関連出願の相互参照］
２００８年８月１４日に出願されたWinters他による「OLED device with embedded chip driving」という発明の名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願公開第１２／１９１，４７８号と、２００８年８月１４日に出願されたCok他による「DISPLAY DEVICE WITH CHIPLETS」という発明の名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第１２／１９１，４６２号と、２００８年１１月１７日に出願されたCok他による「DISPLAY DEVICE WITH CHIPLETS AND HYBRID DRIVE」という発明の名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時出願の米国特許出願第１２／２７２，０４３号と、２００５年１２月１９日に出願されたCokによる「OLED DEVICE HAVING IMPROVED POWER DISTRIBUTION」という発明の名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第１１／３１１，７６３号と、２００９年２月１１日に出願されたCok他による「DISPLAY DECVICE WITH CHIPLETS AND LIGHT SHIELDS」という発明の名称の、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第１２／３６９，１６３号が参照される。これらの出願の開示内容は、引用することによって本明細書の一部をなすものとする。

フラットパネルディスプレイデバイスは、コンピューティングデバイスとともに、そしてポータブルデバイスにおいて、更にはテレビ等の娯楽デバイス用に広く用いられている。そのようなディスプレイは通常、基板上に分散配置される複数のピクセルを用いて画像を表示する。各ピクセルは、各画素を表すために、通常赤色光、緑色光、及び青色光を放射する、一般的にサブピクセルと呼ばれる幾つかの異なる色の発光素子を組み込んでいる。本明細書で用いられるとき、ピクセルとサブピクセルは区別されず、単一の光放射素子として参照される。種々のフラットパネルディスプレイ技術、例えば、プラズマディスプレイ、液晶ディスプレイ、及び発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイが知られている。

発光素子を形成する発光材料の薄膜を組み込んだ面発光ダイオード（ＬＥＤ）は、フラットパネルディスプレイデバイスにおいて数多くの利点を有し、光学システムにおいて有用である。Tang他に対して２００２年５月７日に発行された特許文献１は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）発光素子のアレイを含む有機ＬＥＤカラーディスプレイを示している。代替的には、無機材料を用いることができ、無機材料は多結晶半導体マトリックス内に燐光性結晶又は量子ドットを含むことができる。有機材料又は無機材料の他の薄膜を用いて、発光薄膜材料への電荷の注入、輸送、又は遮断を制御することもでき、そのような薄膜が当該技術分野において知られている。それらの材料は基板上において電極間に配置され、封入カバー層又はプレートを備える。発光材料に電流が通電するときに、ピクセルから光が放射される。放射される光の周波数は、用いられる材料の特性に依存する。そのようなディスプレイでは、基板を通じて（ボトムエミッター）、若しくは封入カバーを通じて（トップエミッター）、又はその両方を通じて光を放射することができる。

ＬＥＤデバイスは、パターニングされた発光層を備えることができ、材料に電流が通電するときに異なる色の光を放射させるために、そのパターンにおいて異なる材料が用いられる。代替的には、「Stacked OLED Display having Improved Efficiency」と題するCokによる特許文献２において教示されているように、フルカラーディスプレイを形成するために、カラーフィルターとともに単一の発光層、例えば、白色エミッターを用いることができる。例えば、「Color OLED Display with Improved Power Efficiency」と題するCok他による特許文献３において教示されているように、カラーフィルターを含まない白色サブピクセルを用いることも知られている。デバイスの効率を改善するために、赤色、緑色、及び青色のカラーフィルター及びサブピクセルと、フィルターを備えない白色サブピクセルとを含む４色ピクセルとともに、パターニングされない白色エミッターを用いる設計が提案されている（Miller他に対して２００７年６月１２日に発行された特許文献４を参照されたい）。

フラットパネルディスプレイデバイス内のピクセルを制御するための２つの異なる方法、すなわち、アクティブマトリックス制御及びパッシブマトリックス制御が一般的に知られている。パッシブマトリックスデバイスでは、基板はいかなる能動電子素子（例えば、トランジスタ）も含まない。行電極アレイ及び別の層内にある直交する列電極アレイが、行電極と列電極との間に形成された発光材料を有する基板上に形成される。行電極と列電極との間の重なり合う交差部は発光ダイオードの電極を形成する。その際、外部ドライバチップが、各行（又は列）に電流を順次に供給し、その間、直交する列（又は行）が、その行（又は列）内の各発光ダイオードを点灯させるのに適した電圧を供給する。それゆえ、パッシブマトリックス設計は、２ｎ個の接続を用いて、ｎ^２個の別々に制御可能な発光素子を作製する。しかしながら、異なる電流を用いて一度に起動することができるのはｎ個の発光素子のみである。パッシブマトリックス駆動デバイスにおいても、行（又は列）を順次に駆動する性質によってフリッカーが生じるので、デバイス内に含めることができる行（又は列）の数に制限がある。含める行の数が多すぎる場合には、フリッカーは知覚できるほどになる可能性がある。さらに、ディスプレイ内の１つの行全体（又は列全体）を駆動するために必要な電流は問題をはらむ可能性があり、これは、ＰＭ駆動の画像形成以外の予備充電ステップ及び放電ステップのために必要とされる電力が、ＰＭディスプレイの面積が大きくなると支配的になるためである。これらの問題が、パッシブマトリックスディスプレイの物理的なサイズを制限する。

アクティブマトリックスデバイスでは、フラットパネル基板上にコーティングされた半導体材料、例えば、アモルファスシリコン又は多結晶シリコンの薄膜から能動制御素子が形成される。通常、各サブピクセルは１つの制御素子によって制御され、各制御素子は少なくとも１つのトランジスタを含む。例えば、簡単なアクティブマトリックス有機発光（ＯＬＥＤ）ディスプレイでは、各制御素子は２つのトランジスタ（選択トランジスタ及びパワートランジスタ）と、サブピクセルの輝度を指定する電荷を蓄えるための１つのキャパシタとを含む。各発光素子は通常、独立した制御電極及び電気的に共通に接続された電極を用いる。発光素子の制御は通常、データ信号線、選択信号線、電源接続、及びグラウンド接続を通して提供される。アクティブマトリックス素子は、必ずしもディスプレイには限定されず、基板上に分散配置することができ、空間的な分散制御を必要とする他の用途において用いることができる。アクティブマトリックスデバイスでは、パッシブマトリックスデバイスと同じ数の外部制御線（電源及びグラウンドを除く）を用いることができる。しかしながら、アクティブマトリックスデバイスでは、各発光素子は、制御回路とは別の駆動接続を有し、データ設定（data deposition）のために選択されないときでも、フリッカーが除去されるようにアクティブである。

アクティブマトリックス制御素子を形成する１つの一般的な従来技術の方法は通常、シリコン等の半導体材料の薄膜をガラス基板上に堆積させ、次いでフォトリソグラフィ工程を通じて半導体材料をトランジスタ及びキャパシタに形成する。薄膜シリコンは、アモルファス又は多結晶のいずれかとすることができる。アモルファスシリコン又は多結晶シリコンから作製される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、結晶シリコンウェハーにおいて作製される従来のトランジスタと比較して相対的に大きく、かつ性能が低い。さらに、そのような薄膜デバイスは通常、ガラス基板にわたって局所的な又は広域の不均一性を示し、結果として、そのような材料を用いるディスプレイの電気性能及び外観に不均一性が生じる。そのようなアクティブマトリックス設計では、各発光素子は駆動回路への別々の接続を必要とする。

代替的な制御技法を用いるものとして、Matsumura他は、特許文献５において、ＬＣＤディスプレイの駆動に用いられる結晶シリコン基板を記述している。その出願は、第１の半導体基板から作製されるピクセル制御デバイスを第２の平坦なディスプレイ基板上に選択的に移送し、固定するための方法を記述している。ピクセル制御デバイス内の配線相互接続、並びにバス及び制御電極からピクセル制御デバイスへの接続が示されている。

ボトムエミッター発光ダイオードディスプレイに対してアクティブマトリックス制御方法を採用する場合、基板にわたる発光面積は、薄膜素子又は結晶シリコン基板に必要な面積によって制限される。しかしながら、特にＯＬＥＤデバイスの場合の発光面積はディスプレイの寿命を制限する可能性があるため、発光面積を可能な限り大きくすることが好ましい。

薄膜素子、結晶シリコン基板、並びにフォトリソグラフィで形成された制御ワイヤ、電源ワイヤ及び接地ワイヤは、通常、アルミニウム等の不透明金属を含むため、ボトムエミッターディスプレイ用の従来のディスプレイレイアウト設計は、ワイヤ及び薄膜素子を発光エリアの間に配置し、放射光が、本来光を吸収しデバイス効率を低下させる可能性があるワイヤ及び薄膜素子によって遮られないようにする。従来技術には、こうした設計レイアウトの多くの例、例えば特許文献６、特許文献７、特許文献８、特許文献９及び特許文献１０がある。特許文献１１は、透明電極の反対側の層に形成された導電性バスを記載している。これらの設計では、発光面積は、基板の上に形成されるワイヤ又は薄膜素子によって制限され、それにより有機ＬＥＤディスプレイの寿命が短縮する。

特許文献１２は、論理チェーンを形成するためにチップレットを使用するアクティブマトリックスディスプレイを開示している。

米国特許第６，３８４，５２９号明細書 米国特許第６，９８７，３５５号明細書 米国特許第６，９１９，６８１号明細書 米国特許第７，２３０，５９４号明細書 米国特許出願第２００６／００５５８６４号明細書 米国特許第６，９３０，４４８号明細書 米国特許第７，２６２，５５６号明細書 米国特許第７，３０１，１６８号明細書 米国特許第７，４４６，３３８号明細書 米国特許出願第２００５／０２３６９７９号明細書 米国特許出願第２００７／０１３８９４６号明細書 国際公開第２０１０／０４６６３８号パンフレット

したがって、発光面積が増大したより高性能のピクセルドライバーを有するディスプレイデバイスが必要とされている。

ディスプレイデバイスが、
ａ）表示エリアを有する透明基板と、
ｂ）前記表示エリアにおいて前記透明基板の上に形成された複数の透明電極、該透明電極の上に形成された１つ又は複数の発光層、及び該１つ又は複数の発光層の上に形成された１つ又は複数の反射電極であって、前記複数の透明電極と前記１つ又は複数の反射電極との重なりが、対応する複数の発光ピクセルを画定する、複数の透明電極、１つ又は複数の発光層及び１つ又は複数の反射電極と、
ｃ）ピクセル接続パッドに接続されたピクセル駆動回路を含む１つ又は複数のチップレットであって、各ピクセル接続パッドは、導電性不透明電極コネクターによって透明電極に電気的に接続され、前記ピクセル駆動回路は、前記接続パッド及び前記導電性不透明電極コネクターを介して前記透明電極に電流を提供して、前記ピクセルを発光させる、１つ又は複数のチップレットと、
を具備し、
ｄ）前記不透明電極コネクターは、前記表示エリアにおいて前記透明基板の上に形成され、前記透明電極は、前記不透明電極コネクターの上に形成されかつ透明絶縁体によりそこから分離され、１つの不透明電極コネクターの少なくとも一部は、該不透明電極コネクターが電気的に接続されていない透明電極の少なくとも一部に重なる。

本発明は、ピクセル駆動性能が向上し発光面積が増大したディスプレイを提供する。

本発明の一実施形態によるチップレットを採用するディスプレイデバイスの平面図である。 、チップレットを有し、従来技術によって提案された設計での配線された電気コネクターを採用するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 本発明の一実施形態による行電極及び列電極を備えたチップレットを採用するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 本発明の一実施形態による行電極及び列電極を備えたチップレットを採用するディスプレイデバイスの一部の代替平面図である。 本発明の一実施形態によるＯＬＥＤ構造体の真下で基板に付着したチップレットの断面図である。 本発明の一実施形態による拡散及び反射下部電極を備えたＯＬＥＤ構造体の真下で基板に付着したチップレットの断面図である。 本発明の一実施形態による接続パッドの２つの列を備えたチップレットを採用するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 本発明の一実施形態による、接続パッドの２つの列と長軸及び短軸とを備えるチップレットの平面図である。 本発明の代替実施形態による行電極及び列電極を備えたチップレットを採用するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 チップレットを採用し、従来技術によって提案された設計での配線された電気コネクターを採用するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 本発明の代替実施形態による、チップレットを採用し、発光エリアのサイズが等しいピクセルを有するディスプレイデバイスの一部の平面図である。 本発明を理解するために有用な穴を有するマスクを備えたＯＬＥＤデバイスの画像である。 図１１Ａに示す線に沿って取り出されたＯＬＥＤ輝度のグラフである。

図面における様々な層及び要素は大幅にサイズが異なっているため、図面は比例尺で描かれていない。

本発明は、発光面積が増大した放射ディスプレイでピクセルを駆動する、より高性能のピクセル駆動回路を提供する。より高性能のピクセル駆動回路は、ディスプレイ基板とは別個の結晶シリコン基板を有するチップレットに形成される。結晶シリコン基板に形成されたトランジスタは、従来技術によるアクティブマトリックスディスプレイで見られる従来の薄膜トランジスタより小さく、かつ高性能である。トランジスタがより小さくかつチップレット内に位置するため、ピクセル駆動回路部からピクセル電極への電気的接続が必要であり、それら電気的接続は通常ＴＦＴアクティブマトリックス回路で使用されるビアよりも小さいエリアに、より集中する。図１Ａ及び図９を参照すると、従来技術によって提案される配線解決法を用いるチップレット設計を示す一例では、チップレットへの電気的接続に対する従来の配線方式では、電気的接続に対して著しいディスプレイ基板面積と、実際的な製造プロセスにおける短絡を回避するために必要な電気的接続間の分離とが必要である。図１Ａに示すように、ピクセル３０及び３０Ａは、接続パッド２４及び電気的接続３４及びビア８０を介してチップレット２０に接続されている。信号バス３２が、外部コントローラー（図示せず）をチップレット２０に接続する。電気的接続をピクセル３０に配線するための空間を提供するために必要な距離Ｄが、チップレット２０からピクセル３０Ａを分離している。図９に示すように、距離Ｄにより、電極１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃがチップレット２０から分離している。距離Ｄは、電気的接続３４を８つの接続パッド２４から、ビア８０を介して接続されている透明電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃまで、かつ残りの透明電極（図示せず）まで配線するために、表示エリアに適切な空間を提供するために必要であり、基板上の発光面積を縮小する。チップレット２０を制御するのに必要な他のバス信号３２は、接続パッド２４を介してチップレット２０に接続し、かつ発光に利用可能な基板上の面積を縮小する。

概略的な図１及び断面図の図４を参照すると、本発明の一実施形態では、ディスプレイデバイスは、表示エリア１１（図１）を有する透明基板１０を備えている。表示エリア１１において透明基板１０上には複数の透明電極１２が形成され、透明電極１２の上には１つ又は複数の発光層１４が形成され、１つ又は複数の発光層１４の上には１つ又は複数の反射電極１６が形成されている（図４）。複数の透明電極１２と１つ又は複数の反射電極１６との重なりにより、対応する複数の発光ピクセル３０が画定される。

ピクセル駆動回路２２を含む１つ又は複数のチップレット２０は、ピクセル接続パッド２４に接続され、各ピクセル接続パッド２４は、導電性不透明電極コネクター３４によって透明電極１２に電気的に接続されており、ピクセル駆動回路２２は、接続パッド２４及び導電性不透明電極コネクター３４を介して透明電極１２に電流を提供し、ピクセル３０を発光させる。不透明電極コネクター３４は、表示エリア１１において透明基板１０の上に形成され、透明電極１２は、不透明電気コネクターの上に形成されかつ透明絶縁体１８Ｃによってそこから分離されている。図１を参照すると、１つの不透明電極コネクター３４Ａの少なくとも一部が、ビア８０Ａを介してピクセル３０Ｂに対応する透明電極に電気的に接続されている。不透明電極コネクター３４Ａは、不透明電極コネクター３４Ａが電気的に接続されていない透明電極、例えばピクセル３０Ａに対応する透明電極の少なくとも一部に重なっている。発光ピクセルエリアの一部に重なることにより、不透明電極コネクター３４は重なったエリアにおける発光ピクセルを覆い隠し、例えば暗線を形成するが、ピクセルの総発光面積を増大させることもできる。ピクセル電極コネクター３４を、金属、例えばアルミニウム、銀、マグネシウム又はこれらの金属若しくは他の金属の合金から作製し、従来のフォトリソグラフィプロセスを使用して形成することができる。

より詳細に図４を参照すると、ディスプレイ基板１０と別個のチップレット基板２８を有するチップレット２０が、接着層１８Ａによって基板１０に付着し、接着層１８Ｂにより埋め込まれている。チップレット２０は、１つ又は複数のピクセル３０を駆動する回路部２２を含む。透明電極１２が、平坦化、接着及び絶縁層１８Ｃにおけるビア８０を介して、チップレット２０上に形成された不透明電極コネクター３４及び接続パッド２４に電気的に接続されている。透明電極１２は、層１８Ｃによって不透明電気コネクター３４から分離されかつ電気的に絶縁されている。透明電極１２の上に、１つ又は複数の発光材料層１４が位置し、発光材料層１４の上に反射電極１６が形成されている。発光材料層１４（複数の場合もある）は、有機発光ダイオード及び無機発光ダイオードの技術分野において既知であるように様々な電荷制御層とともに、複数の発光材料層を含むことができる。電極１２、１６及び発光材料層１４（複数の場合もある）は、発光ダイオード１５を形成している。別個の発光ダイオード１５は、絶縁体４０によって分離されている。

チップレット２０を、表示エリアにおいて透明電極１２と基板１０との間に配置することができる。さらに、透明電極１２は、チップレット２０と同じ表示エリアの一部において基板１０の上に延在することができ、それにより、透明電極１２はチップレット２０の上に重なり、チップレット２０はピクセル３０によって放射される光を遮る。

本発明は、チップレット上の接続パッドをピクセルの透明電極に電気的に接続する電気コネクターの上にピクセルを延在させることにより、ピクセルによる発光に利用可能な面積を増大させる。これは、チップレット接続パッドが小さいエリアに集中し、それにより接続パッドへの電気的接続が従来の配線設計によって著しい表示エリアを占有する場合に最も有用であるため、本発明は、チップレットが多数のピクセルを駆動し、したがって多数の接続パッドを有する場合に、著しい利点を提供する。したがって、本発明の一実施形態によれば、チップレットは、５つ以上のピクセル（例えば図１に示すように８つのピクセル）を駆動することができる。

図１Ａを参照すると、本発明と同様であるが、従来技術によるディスプレイ設計によって提案されるような従来のレイアウトを備えたチップレットを採用する代替レイアウトは、発光エリア内で不透明電極コネクター３４の上に重ならない。図１Ａを図１の対応する部分と注意深く比較すると、図１の本発明におけるピクセル３０Ａの実際の発光面積は、図１Ａのピクセル３０Ａの発光面積よりほぼ２０％大きいことが分かる。さらに、図１１Ａ及び図１１Ｂを参照すると、本出願人による研究により、不透明電極コネクター３４に向かって放射される光を、まず、不透明電極コネクターから反射電極１６に向かって、次いでデバイスから出るように反射させることができることが分かる。図１１Ａにおいて、ＯＬＥＤデバイスは、金属マスクの後方に位置し、金属マスクは、光吸収面とは反対側にＯＬＥＤデバイスに向けられた反射面を有し、マスクには０．５ｍｍの穴がある。穴の周辺にわたって光のハローが見られ、マスクの後方から放射される光の幾分かを、穴を通して放射することができることを視覚的に論証する。図１１Ｂは、図１１ＡにおいてＹが記されている線に沿って穴を横切って取り出された輝度のグラフであり、穴の周囲にわたって輝度が上昇することを示す。このため、これは、覆い隠された発光エリアの少なくとも幾分かの光がデバイスから放射されることを論証する。したがって、本発明の更なる実施形態では、透明電極に面している不透明電極コネクターの面を反射性とすることができる。

ＯＬＥＤ技術分野において既知であるように、比較的光学指数の高い発光層１４から放射された光を、その層において又は隣接する層（例えば接着層１８）において閉じ込めることができる。デバイスから閉じ込められた光を抽出するために、図５に示すように、透明電極に面している不透明電極コネクターの面を光散乱性とすることができる。ディスプレイが周囲光を吸収することもまた有用であり、それにより、例えば図１１Ａにおいて論証するようにディスプレイの周囲コントラストが向上する。したがって、ディスプレイ周囲コントラストを向上させるために、本発明の一実施形態では、不透明電極コネクターの透明電極とは反対側の面を光吸収性とすることができる。例えば、不透明電極コネクターを、本技術分野において既知であるように表面が黒色であるように処理された金属から作製することができる。

本発明の別の実施形態では、チップレット接続パッドは、チップレットの長軸に沿って１つ又は複数の列で配置されている。この構成は、チップレット内の回路部に対してチップレット内の接続パッドの数を増大させるという有用な特徴を有している。結晶シリコン内の回路を、接続パッドに対して非常に小さくすることができるため、チップレットのサイズは、回路の品質ではなくパッドのサイズ及び数によって制限されこととなる可能性があり、したがって、チップレットの面積に対してチップレットの周辺長を増大させることを有用とすることができる。図７を参照すると、長軸６０及び短軸６２を備えたチップレット２０は接続パッド２４の２つの列を有している。こうした構成により、図６に示すように、チップレット２０の接続性が向上するが、従来技術による配線設計（例えば図１Ａ、図９）の問題も増大させる。図６に示すように、信号バス３２は、チップレット２０の両端においてかつ中心において接続パッド２４に接続されている。信号バスを、ディスプレイを操作するためのクロック信号、データ信号、選択信号、電力信号、接地信号又は他の所望の信号とすることができる。電極接続３４は、端部と中心接続パッドとの間で接続パッド２４に接続されている。このため、本発明の有用な実施形態では、長軸の方向における接続パッド２４の広がりは、同じ接続パッド２４が長軸方向において接続されているピクセルの広がりより小さい。再び図１を参照すると、長さＬ１は、チップレット２０の長軸方向においてピクセル３０Ａ及び３０Ｂを駆動する接続パッド２４の広がりである。長さＬ２は、ピクセル３０Ａ及び３０Ｂの広がりである。Ｌ１はＬ２よりも小さい。

図１に示す本発明の実施形態は、従来のアクティブマトリックス制御回路を採用することができ、そこでは、透明電極の各々は別個の回路によって制御される。本発明の代替的なパッシブマトリックス実施形態では、透明電極は列になるように形成され、反射電極は行になるように形成され（又はその逆も可）、列電極及び行電極の重なりがピクセルを形成する。図２に示すように、透明電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄは、電気的接続３４によってチップレット２０上の接続パッド２４に接続された列になるように形成される。この図では、電気的接続３４Ａ〜３４Ｄは、不透明電極コネクターが電気的に接続されていない透明電極の少なくとも一部に重なる。例えば、電気コネクター３４Ｂは、透明電極１２Ａの一部に重なり、ビア８０を介して透明電極１２Ｂに電気的に接続されるが透明電極１２Ａには接続されない。電気コネクター３４Ｃは、透明電極１２Ａの一部及び電極１２Ｂの一部に重なり、ビア８０を介して透明電極１２Ｃに電気的に接続されるが、透明電極１２Ａ、１２Ｂには接続されない。同様に、電気コネクター３４Ｄは、透明電極１２Ａ、１２Ｂ及び１２Ｃの一部に重なり、ビア８０を介して透明電極１２Ｄに電気的に接続されるが、透明電極１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃには接続されない。この実施形態では、長さＬ４は、透明列電極をチップレット２０の長軸の方向に駆動する接続パッド２４の広がりである。長さＬ３は、透明列電極（透明列電極１２Ａ〜１２Ｄのみを示す）の広がりである。Ｌ４はＬ３より小さい。

チップレット２０の接続パッドに接続された信号バス３２は、制御信号、電力信号及び接地信号を提供する。明確にするために、図２には行電極１６は示していない。

図３を参照すると、行電極１６Ａ及び１６Ｂが上面図で示されている。この実施形態では、反射行電極１６は、透明列電極１２に対して直交している。ビア８０が、電気的接続３４をチップレット２０上の接続パッド２４に接続する。第１のチップレット２０が独立した列信号を提供して列電極１２を駆動することができ、一方で、第２のチップレット２０（図示せず）が行信号を提供して行電極１６を駆動することができる。代替的に、単一のチップレットが、反射行電極１６及び透明列電極１２の両方を駆動する信号を提供することができる。「行」及び「列」という指定は任意であり、入れ替えることができる。同様に、透明電極１２が反射電極１６と電気的接続３４との間にある限り、透明電極又は反射電極の選択を入れ替えることができる。

本発明は、チップレットベースのディスプレイデバイスにおける基板の上の表示エリアにわたる電気的接続及び透明電極の相対位置を対象とする。図２及び図８に示す、行電極及び列電極を有する本発明の更なる実施形態では、少なくとも１つのチップレット２０を、第１の不透明電極コネクター３４によって少なくとも１つのチップレット２０上の第１の接続パッド２４に接続された第１の列電極１２Ａの下に（基板により近く）又は第１の列電極１２Ａに隣接して配置することができ、第２の不透明電極３４Ｂを、少なくとも１つのチップレット２０上の第２の接続パッド２４に、かつ第１の列電極１２Ａとは異なる第２の列電極１２Ｂに接続することができる。この実施形態では、第２の不透明電極コネクター３４Ｂは、第１の列電極１２Ａの下を通過する。図３に示す更なる実施形態では、第２の不透明電極コネクター３４Ｂは、第１の列電極１２Ａの下、第１の行電極１６Ａの下、及び第１の行電極１６Ａに隣接する第２の行電極１６Ｂの少なくとも一部の下を通過する。この位置では、第２の不透明電極コネクター３４Ｂを、第２の行電極１６Ｂの下で第２の列電極１２Ｂに接続することができる。図３に示すように、この構造を、他の電極コネクターまで拡張することができ、例えば、第３の不透明電極３４Ｃを、少なくとも１つのチップレット２０上の第３の接続パッド２４に、かつ第１の列電極１２Ａ及び第２の列電極１２Ｂとは異なる第３の列電極１２Ｃに接続することができる。さらに、第３の不透明電極コネクター３４Ｃは、第１の列電極１２Ａの下及び第２の列電極１２Ｂの下を通過する。第３の不透明電極コネクター３４Ｃはまた、第１の行電極１６Ａの下及び第１の行電極１６Ａに隣接する第２の行電極１６Ｂの下を通過する。

本発明は、ディスプレイデバイスに利用可能な発光面積を増大させることができる。しかしながら、発光エリアの下で電極コネクターを配線することにより、ピクセルの発光エリアの一部が覆い隠される。一般に、覆い隠されるエリアは、人間の眼が解像することができないほど小さくなり、それは、ピクセル自体が（特にピクセルが多色ピクセル群の一部である場合）通常、所望の視認距離で見る人によって解像されないためである。それにも関らず、ピクセル内の覆い隠されたエリアは、ピクセル間の間隔、例えばチップレットを配置するか又は信号バスを配線するために必要な空間と組み合わされると、見る人が集合的なより暗いエリアを知覚する可能性があるように、暗くなったエリア全体を増大させる可能性がある。このため、本発明の一実施形態によれば、図８に示すように、図２に比較してより大きい距離が電極接続３４を分離することができる。図８の例では、接続パッド２４に接続された電極接続３４Ｂ〜３４Ｄは、列電極１２Ａ〜１２Ｄの長さに沿ってより長い距離を延在し、それにより、チップレット２０により近くにより多くの放射するエリアを提供し、チップレット２０及び信号バス３２の近くに覆い隠されたピクセルエリアが集中するのを低減する。

図２、図３及び図８に示す本発明の実施形態では、透明列電極が異なる量の覆い隠されたエリアを有するということは依然として事実である。通常、チップレットの端部から最も遠い電極は、電極接続によって覆い隠される最大量のエリアを有することになる。このため、これらの透明電極を採用するピクセルは、比較的薄暗くなるように見える可能性がある。補償するために、相対的に薄暗いピクセルを、より多くの電流で駆動することができるが、この解決法によって相対的に薄暗いピクセルの寿命が短縮する。本発明の代替実施形態では、少なくとも２つの透明電極が異なる面積を有することができる。電極エリアを、同じ信号によって駆動された場合に、発光面積が同じであるように、又はピクセルから放射される光の量が同じであるように調整することができる。例えば、図１０は、信号バス３２を備えたチップレット２０上の接続パッド２４から電極コネクター３４によって駆動されるピクセル３０及び３０Ａの覆い隠されていない発光面積は等しいが、透明電極面積は異なる、本発明の一実施形態を示す。この構造を、行電極及び列電極の配置において、覆い隠される面積が相対的に広い列電極若しくは行電極又は両方をより大きくすることにより、採用することもでき、それにより、同じ行の他のピクセルのいずれとも面積が異なる少なくとも１つのピクセルか、又は同じ列の他のピクセルのいずれとも面積が異なる少なくとも１つのピクセルを生成する。少なくとも１つのピクセルの面積を、ピクセルの寿命又は輝度のいずれかを一致させるために、不透明電極によって覆い隠されるピクセルのうちのいずれの面積に対しても調整することができ、そのためそれらピクセルの寿命及び輝度は等価である。

本発明の利点は、信号バスをより単純に配線し、単一の共通層に形成することができる、ということである。こうした共通層により製造ステップが減少する。本発明の様々な実施形態によれば、表示エリアに他のバスを形成することができる。貫通バスは、チップレット上の第１の接続パッドに接続し、チップレットを通って第２の接続パッドに至り、その後、基板の上に形成されたバスラインに再度接続される、基板の上に形成されたバスである。このため、貫通バスは、一連のバスセグメントと、接続パッドと、異なるセグメントを有する電気的に連続したバスを形成するチップレット接続とを含む。貫通バスにより、バスは、他のバスに対して直交する方向において表示エリアを横切って延在することができる。貫通バスはまた、チップレットの全てに対する電気的接続も可能にし、すなわち、貫通バスは、全てのチップレットを共通信号に電気的に接続することができる。

外部コントローラー（図示せず）が、チップレットへの信号バスに信号を提供する。チップレットは、透明電極に電流を提供する回路部を含み、望ましい場合は（例えば行／列電極構成において）反射電極（複数の場合もある）に電流を提供することができる。電流は、行電極と列電極との間に形成された発光材料を通って流れ、発光材料を発光させる。本発明の一実施形態では、行電極及び列電極を別個の層に形成することができ、ピクセルは、行ドライバーチップレット及び列ドライバーチップレットによって制御されるパッシブマトリックス制御を有することができる。行電極及び列電極の重なりによって形成されるピクセルを、別個の列ドライバーチップレットによって制御されるピクセル群に分割することができる。行電極で可能であるように、行ドライバーチップレットをピクセル群の間で共有することができる。代替的に、各ピクセルを、透明電極への電気的接続を備えた単一のチップレットによって制御することができ、一方で、反射電極は、ピクセルの全てに共通して電気的に接続されている。

チップレットは、単数又は複数のバスを通じて外部コントローラーに接続することができる。バスは、シリアルバス、パラレルバス、又はポイントツーポイントバスとすることができ、デジタル又はアナログとすることができる。バスは、チップレットに接続されて、電力信号、接地信号、クロック信号、データ信号、又は選択信号等の信号を提供する。１つ又は複数のコントローラーに別個に接続された２つ以上のバスを用いることができる。バスは、タイミング（例えば、クロック）信号、データ信号、選択信号、電力接続、又は接地接続を含む様々な信号を供給することができる。信号は、アナログ又はデジタルとすることができ、例えば、デジタルアドレス又はデータ値とすることができる。アナログデータ値は、電荷として供給することができる。記憶レジスタは、デジタル（例えば、フリップフロップを含む）又はアナログ（例えば、電荷を蓄積するキャパシタを含む）とすることができる。

動作時、コントローラーは、ディスプレイデバイスの必要に従って情報信号を受信しかつ処理し、処理済み信号及び制御情報を、１つ又は複数のバスを介してデバイスの各チップレットに送信する。処理済み信号は、ピクセルごとの関連するチップレットに対応する発光ピクセル素子ごとの輝度情報を含む。輝度情報を、各発光ピクセル素子に対応するアナログ又はデジタル記憶素子に格納することができる。そして、チップレットは、輝度情報に対応する電流を、ピクセルを通して駆動して発光する。

コントローラーは、チップレットとして実装し、基板に固定することができる。コントローラーは、基板の周辺に配置することができるか、又は基板の外部にあることができ、従来の集積回路を含むことができる。

本発明の様々な実施形態によれば、チップレットは様々な方法で構成することができ、例えば、チップレットの長い寸法に沿って１行又は２行の接続パッドを用いて構成することができる。相互接続バス及びワイヤは、様々な材料から形成することができ、様々な方法を用いてデバイス基板上に堆積することができる。例えば、相互接続バス及びワイヤは、蒸着又はスパッタリングされる金属、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金とすることができる。代替的には、相互接続バス及びワイヤは、硬化した導電性インク又は金属酸化物から作製することができる。コストに関して有利な１つの実施形態では、相互接続バス及びワイヤは、単層内に形成される。

本発明は、大きなデバイス基板、例えば、ガラス、プラスチック又はフォイルを用い、デバイス基板上に複数のチップレットが規則的な配列で配置されるマルチピクセルデバイスの実施形態に特に有用である。各チップレットは、そのチップレット内の回路部に従って、かつ外部コントローラーからの制御信号に応答して、デバイス基板上に形成された複数のピクセルを制御することができる。個々のピクセルグループ又は複数のピクセルグループをタイル状の素子上に配置することができ、それらの素子を組み立てて、ディスプレイ全体を形成することができる。

本発明によれば、チップレットは、基板上に分散配置されるピクセル制御素子を提供する。チップレットは、デバイス基板に比べて相対的に小さな集積回路であり、独立した基板上に形成される、ワイヤ、接続パッド、抵抗器若しくはキャパシタ等の受動構成要素、又はトランジスタ若しくはダイオード等の能動構成要素を含む回路を備える。チップレットは、ディスプレイ基板とは別に製造され、その後、ディスプレイ基板に付着される。これらのプロセスの詳細は、例えば米国特許第６，８７９，０９８号、同第７，５５７，３６７号、同第７，６２２，３６７号、米国特許出願公開第２００７／００３２０８９号、同第２００９／０１９９９６０号、同第２０１０／０１２３２６８号において見いだせる。

チップレットは、半導体デバイスを製造する既知のプロセスを用いて、シリコン又はシリコンオンインシュレーター（ＳＯＩ）ウェハーを用いて製造されることが好ましい。各チップレットは、その後、デバイス基板に取り付けられる前に分離される。それゆえ、各チップレットの結晶性基部は、デバイス基板とは別の基板とみなすことができ、チップレットの回路部がその上に配置される。それゆえ、複数のチップレットは、デバイス基板とは別であり、かつ互いに別である対応する複数の基板を有する。詳細には、独立した基板は、その上にピクセルが形成される基板とは別であり、独立したチップレット基板の面積は、合わせても、デバイス基板の面積よりも小さい。チップレットは、例えば、薄膜アモルファスシリコンデバイス又は多結晶シリコンデバイスにおいて見られる能動構成要素よりも、高い性能の能動構成要素を提供する結晶基板を有することができる。チップレットは１００μｍ以下の厚みを有することができることが好ましく、２０μｍ以下であることがより好ましい。これは、チップレット上に接着剤及び平坦化材料を形成するのを容易にし、その際、それらの材料は、従来のスピンコーティング技法を用いて付着することができる。本発明の一実施形態によれば、結晶シリコン基板上に形成されるチップレットは、幾何学的なアレイに配列され、接着剤又は平坦化材料を用いてデバイス基板に接着される。チップレットの表面上の接続パッドを用いて、各チップレットを信号ワイヤ、電力バス及び行電極又は列電極に接続し、ピクセルを駆動する。チップレットは少なくとも４つのピクセルを制御することができる。

チップレットは半導体基板内に形成されるので、チップレットの回路部は、最新のリソグラフィツールを用いて形成することができる。そのようなツールによれば、０．５ミクロン以下の機構サイズを容易に手に入れることができる。例えば、最新の半導体製造ラインは、９０ｎｍ又は４５ｎｍの線幅を達成することができ、本発明のチップレットを作製する際に用いることができる。しかしながら、チップレットは、ディスプレイ基板上に組み付けられると、チップレット上に設けられた配線層への電気的接続を作製するための接続パッドも必要とする。接続パッドのサイズは、ディスプレイ基板上で用いられるリソグラフィツールの機構サイズ（例えば、５μｍ）、及び配線層に対するチップレットの位置合わせ（例えば、±５μｍ）に基づいて決められなくてはならない。それゆえ、接続パッドは、例えば、１５μｍ幅にすることができ、パッド間に５μｍの間隔をあけることができる。これは、パッドが一般的には、チップレット内に形成されるトランジスタ回路部よりも著しく大きいことを示す。

接続パッドは一般的に、トランジスタを覆う、チップレット上のメタライゼーション層内に形成することができる。製造コストを下げることができるように、できる限り小さな表面積を有するチップレットを作製することが望ましい。

基板（例えば、アモルファスシリコン又は多結晶シリコン）上に直接形成される回路よりも高い性能を持った回路部を有する独立した基板（例えば、結晶シリコンを含む）を備えるチップレットを用いることによって、より高い性能を有するデバイスが提供される。結晶シリコンは、より高い性能を有するだけでなく、はるかに小さな能動素子（例えば、トランジスタ）も有するので、回路部サイズは非常に小さくなる。例えば、Yoon、Lee、Yang及びJang著「A novel use of MEMS switches in driving AMOLED」（Digest of Technical Papers of the Society for Information Display, 2008, 3.4, p.13）に記述されているように、微小電気機械（ＭＥＭＳ）構造を用いて有用なチップレットを形成することもできる。

デバイス基板はガラスを含むことができ、蒸着又はスパッタリングされる金属又は金属合金、例えば、アルミニウム又は銀から作製される配線層が、平坦化層（例えば、樹脂）上に形成され、当該技術分野において知られているフォトリソグラフィ技法を用いてパターニングされる。チップレットは、集積回路業界において十分に確立されている従来の技法を用いて形成することができる。

本発明はマルチピクセルインフラストラクチャを有するデバイスにおいて用いることができる。詳細には、本発明は、有機又は無機のいずれかのＬＥＤデバイスで実施することができ、情報表示デバイスにおいて特に有用である。好ましい実施形態では、本発明は、限定はしないが、米国特許第４，７６９，２９２号及び米国特許第５，０６１，５６９号に開示されるような小分子ＯＬＥＤ又はポリマーＯＬＥＤから構成されるフラットパネルＯＬＥＤデバイスにおいて用いられる。例えば、多結晶半導体マトリックス内に形成される量子ドットを用い（例えば、米国特許出願公開第２００７／００５７２６３号において教示される）、有機電荷制御層若しくは無機電荷制御層を用いる無機デバイス、又はハイブリッド有機／無機デバイスを用いることができる。有機発光ディスプレイ又は無機発光ディスプレイの数多くの組み合わせ及び変形を用いて、トップエミッターアーキテクチャを有するか又はボトムエミッターアーキテクチャを有するアクティブマトリックスディスプレイを含む、そのようなデバイスを製造することができる。

本発明は、或る特定の好ましい実施形態を特に参照しながら詳細に説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲内で変形及び変更を実施できることが理解されるべきである。

Ｄ 距離
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４ 長さ
Ｙ 線
１０ 基板
１１ 表示エリア
１２ 電極
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ 列電極
１４ 発光材料層
１５ 発光ダイオード
１６ 電極
１６Ａ、１６Ｂ 行電極
１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ 接着層
２０ チップレット
２２ 回路部
２４ 接続パッド
２８ チップレット基板
３０、３０Ａ、３０Ｂ ピクセル
３２ 信号バス
３４、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ 電気コネクター
４０ 絶縁体
６０ 長軸
６２ 短軸
８０、８０Ａ ビア

Claims (20)

1. ディスプレイデバイスであって、
   ａ）表示エリアを有する透明基板と、
   ｂ）前記表示エリアにおいて前記透明基板の上に形成された複数の透明電極、該透明電極の上に形成された１つ又は複数の発光層、及び該１つ又は複数の発光層の上に形成された１つ又は複数の反射電極であって、前記複数の透明電極と前記１つ又は複数の反射電極との重なりが、対応する複数の発光ピクセルを画定する、複数の透明電極、１つ又は複数の発光層及び１つ又は複数の反射電極と、
   ｃ）ピクセル接続パッドに接続されたピクセル駆動回路を含む１つ又は複数のチップレットであって、各ピクセル接続パッドは、導電性不透明電極コネクターによって透明電極に電気的に接続され、前記ピクセル駆動回路は、前記接続パッド及び前記導電性不透明電極コネクターを介して前記透明電極に電流を提供して、前記ピクセルを発光させる、１つ又は複数のチップレットと、
   を具備し、
   ｄ）前記不透明電極コネクターは、前記表示エリアにおいて前記透明基板の上に形成され、前記透明電極は、前記不透明電極コネクターの上に形成されかつ透明絶縁体によりそこから分離され、１つの不透明電極コネクターの少なくとも一部は、該不透明電極コネクターが電気的に接続されていない透明電極の少なくとも一部に重なる、ディスプレイデバイス。
2. １つのチップレットは、５つ以上のピクセルを駆動する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
3. 前記チップレットは、前記表示エリアにおいて前記透明電極と前記基板との間に位置し、前記透明電極は、前記チップレットと同じ表示エリアの一部において前記基板の上に延在している、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
4. 前記不透明電極コネクターの前記透明電極に面している面は反射性である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
5. 前記不透明電極コネクターの前記透明電極に面している面は光散乱性である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
6. 前記不透明電極コネクターの前記透明電極とは反対側の面は光吸収性である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
7. 前記接続パッドは、前記チップレットの長軸に沿って１つ又は複数の行で配置されている、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
8. 前記長軸の方向における前記接続パッドの広がりは、前記チップレットが前記軸方向に接続されている前記ピクセルの広がりよりも小さい、請求項７に記載のディスプレイデバイス。
9. 前記透明電極は、列方向において列で形成された列電極であり、前記反射電極は、前記列方向とは異なる行方向において行で形成された複数の行電極を含み、前記ピクセルは、前記列電極及び前記行電極の重なりによって画定される、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
10. 少なくとも１つのチップレットが、第１の不透明電極コネクターによって該少なくとも１つのチップレット上の第１の接続パッドに接続された第１の列電極の下に又はそれに隣接して位置し、第２の不透明電極が、前記少なくとも１つのチップレット上の第２の接続パッドに、かつ前記第１の列電極とは異なる第２の列電極に接続される、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
11. 前記第２の不透明電極コネクターは、前記第１の列電極の下を通過する、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
12. 前記第２の不透明電極コネクターは、前記第１の列電極の下、第１の行電極の下、及び前記第１の行電極に隣接する第２の行電極の少なくとも一部の下を通過する、請求項１１に記載のディスプレイデバイス。
13. 前記第２の不透明電極コネクターは、前記第２の行電極の下で前記第２の列電極に接続される、請求項１２に記載のディスプレイデバイス。
14. 前記少なくとも１つのチップレット上の第３の接続パッドに、かつ前記第１の列電極及び前記第２の列電極とは異なる第３の列電極に接続された第３の不透明電極を更に具備する、請求項１０に記載のディスプレイデバイス。
15. 前記第３の不透明電極コネクターは、前記第１の列電極の下及び前記第２の列電極の下を通過する、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
16. 前記第３の不透明電極コネクターは、第１の行電極の下、及び該第１の行電極に隣接する第２の行電極の下を通過する、請求項１５に記載のディスプレイデバイス。
17. 少なくとも２つの透明電極が異なる面積を有している、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
18. 少なくとも２つの行電極又は２つの列電極は異なる面積を有している、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
19. 少なくとも１つのピクセルは、前記不透明電極によって覆い隠されかつ同じ行に位置する他のピクセルのいずれとも面積が異なり、又は少なくとも１つのピクセルは、前記不透明電極によって覆い隠されかつ同じ列に位置する他のピクセルのいずれとも面積が異なる、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
20. 少なくとも１つのピクセル及び前記不透明電極によって覆い隠された前記ピクセルの寿命又は輝度のいずれかが等価である、請求項１９に記載のディスプレイデバイス。

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