JP2014527321A - 画像を表示及び検知する装置 - Google Patents

Abstract

画像を表示及び検知する装置が、ディスプレイ基板１０と、複数のエレクトロルミネッセントピクセル３０とを備える。複数のピクセル制御チップレット２０、２０Ａ及び１つ又は複数のセンサーチップレット２０、２０Ａ、２０Ｂが、表示エリアにおいてディスプレイ基板１０のデバイス面９に取り付けられている。透明カバー４０が、ディスプレイ基板１０のデバイス面９から離間して、当該デバイス面９に取り付けられ、当該透明カバー上又は透明カバー内に形成された複数の撮像レンズ４２を有し、各撮像レンズ４２は、センサーチップレット２０、２０Ａ、２０Ｂにおける画像センサーアレイ２３、２３Ａ、２３Ｂから離間してこれらの画像センサーアレイに対応し、対応する画像センサーアレイ２３、２３Ａ、２３Ｂ上に撮像平面を形成する。

Description

本発明は、画像表示機能及び画像キャプチャ機能の双方を提供する統合されたキャプチャ及び表示の装置に関する。

［関連出願の相互参照］
Winters他によって２００８年８月１４日に出願された「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第１２／１９１，４７８号、及び２００９年１０月２９日に出願された「ACTIVE MATRIX ELECTROLUMINESCENT DISPLAY WITH SEGMENTED ELECTRODE」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１２／６０８，０４９号が参照される。これらの米国特許出願の開示内容は、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。ピクセル及びサブピクセルは、本明細書では区別されず、全ての発光素子はピクセルと呼ばれる。様々な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ディスプレイが知られている。

フラットパネルディスプレイデバイスは、ビデオ通信システムにおいて用いることができる。一般的な市販のシステムは、同様の遠隔のシステムと通信するデジタルカメラ等の撮像デバイスとともにディスプレイを用いる。この撮像デバイスは、ディスプレイの中心の上方又は下方に配置されている。各撮像デバイスは、ディスプレイの前に座っている人の画像を生成する。マイクが、発話を同時に記録する。これらの画像及び発話は、例えば、インターネット、コンピューターネットワーク、又は電話ネットワークを介して遠隔のシステムに送信され、この遠隔のシステムにおいて、画像は表示され、発話はスピーカーにおいてレンダリングされる。このように、２人（以上）の個人が、一対のディスプレイ上で互いを同時に見合って、互いから遠隔である別々のロケーションから視覚的及び聴覚的に互いに通信することができる。そのようなビデオインターラクションは、通信を高度化する。

ビデオ通信システムでは、撮像デバイスは、個人が見つめる点に配置され、したがって、アイコンタクトの印象を与えることが望ましい。しかしながら、これは困難である。なぜならば、通信している個人は、遠隔の個人に話しかけながらディスプレイを見る傾向があり、したがって、その個人が会話している相手の人を見ていないという外見を与えるからである。

この問題は、例えば、本発明の譲受人に譲渡された特許文献１及び特許文献２では、ディスプレイに透明な開口を設けて、１つ又は複数のデジタルカメラをディスプレイの背後に配置し、それによって、ディスプレイに視線を向けている個人が少なくとも１つのカメラの方も見つめることになり、遠隔の個人とのアイコンタクトの印象を与えるようにすることによって対処されている。

同様に、特許文献３は、散在したディスプレイ素子及びカメラ素子を有する組み合わせ型ディスプレイカメラ（combined display-camera）を記載している。特許文献４は、ＬＣＤパネル及びソリッドステート画像センサーを記載している。特許文献５は、ディスプレイ素子が画像検知素子と統合されている統合型検知ディスプレイ（integrated sensing display）を開示している。特許文献６は、表示部と、光放射部と、複数の光収束レンズと、複数の受光素子とを備えるディスプレイ装置を開示している。特許文献７は、ディスプレイピクセルと混在するマイクロレンズを開示している。

これらの様々な開示において、画像センサーは、通常、比較的複雑な構造体に組み立てなければならない複数の別々の素子を有する比較的厚い統合された構造体を形成するディスプレイの背後に配置される。場合によっては、用いられるデジタルカメラは、より高い品質の撮像を提供する適切な長さの光軸を設けるために、比較的厚くなっている。他の場合には、レンズ素子は、撮像素子の非常に近く又は撮像素子上に配置され、これは、キャプチャされる画像の品質を劣化させる可能性がある。他の場合には、比較的少ない画像検知素子が設けられ、形成される画像の解像度が低下する。したがって、従来技術の画像キャプチャ表示システムは、通常、画質（例えば、解像度及び鮮明度）の低下という欠点を有するか又は望ましいとすることができる厚さよりも厚くなっている。

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。例えば、有機ＬＥＤカラーディスプレイは有機ＬＥＤ発光素子のアレイを含む。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、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、例えば白色光エミッターを用いることができる。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既知である。デバイスの効率を改善するべく、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、フィルターを備えていない白色サブピクセルとを含む４色ピクセルとともに、パターニングされていない白色エミッターを用いる設計が提案されている。

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。アクティブマトリックスデバイスでは、制御素子がフラットパネル基板上に分散配置される。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共通電極を用いる。

従来技術のアクティブマトリックス制御素子は通常、フォトリソグラフィプロセスを通じてトランジスタ及びキャパシタに形成されるシリコン等の薄膜半導体材料を含む。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は、結晶シリコンウェハーから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、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において知覚可能な不均一性が生じる。製造プロセス及び材料プロセスにおける改良がなされているが、製造プロセスは高価であり、薄膜デバイスの性能は、結晶シリコンデバイスの性能よりも相変わらず低いままである。

Matsumura他は、特許文献８において、ＬＣＤディスプレイとともに用いられる結晶シリコン基板を考察している。Matsumura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へ選択的に移し、固定する方法を記載している。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る。非特許文献１は、単結晶シリコンに基づいた高性能半球状電子アイ（electronic eye：自動絞り）カメラを記載している。しかしながら、これらの開示内容は、統合型画像キャプチャ表示装置（integrated image capture and display apparatus）を提供していない。

特許文献９は、チップレットを用いる光センサーを記載している。

米国特許出願公開第２００８／０１０６６２８号明細書 米国特許出願公開第２００８／０１０６６２９号明細書 米国特許第７，０３４，８６６号明細書 米国特許第５，３４０，９７８号明細書 米国特許第７，５３５，４６８号明細書 米国特許出願公開第２００９／０１４６９６７号明細書 国際公開第２００４／１０７３０１号 米国特許出願公開第２００６／００５５８６４号明細書 国際公開第２０１０／０４６６４３号

論文「A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics」（「Nature」vol. 454 August 2008 p. 748）

したがって、改善された撮像性能を有するコンパクトでロバストな構造体にアクティブマトリックス発光性素子を組み込んだ統合型画像キャプチャ表示装置の性能を改善することが必要とされている。

本発明によれば、画像を表示及び検知する装置であって、
ａ）ディスプレイ基板のデバイス面に表示エリアを有する該ディスプレイ基板と、
ｂ）前記ディスプレイ基板の前記デバイス面において前記表示エリアに配置された複数のピクセルであって、各ピクセルは、制御電極と、該制御電極から離間した透明電極と、前記制御電極と前記透明電極との間に配置された少なくとも１つの発光材料層とを備える、複数のピクセルと、
ｃ）複数のピクセル制御チップレットであって、各ピクセル制御チップレットは、少なくとも１つのピクセルに関連付けられ、前記表示エリアにおいて前記ディスプレイ基板の前記デバイス面上にわたって配置されるとともに該デバイス面に取り付けられた、前記ディスプレイ基板から独立したチップレット基板を有し、各ピクセル制御チップレットは、少なくとも１つの接続パッド及び少なくとも１つのピクセル制御回路を有する、複数のピクセル制御チップレットと、
ｄ）なお、各ピクセル制御回路は、前記制御電極を駆動して前記発光材料に前記透明電極を通して光を放出させる前記接続パッドのうちの１つを通じて、前記関連付けられたピクセル（複数の場合もある）の前記制御電極に電気的に接続され、
ｅ）１つ又は複数のセンサーチップレットであって、各センサーチップレットは、前記表示エリアにおいて前記ディスプレイ基板の前記デバイス面上にわたって配置されるとともに該デバイス面に取り付けられた、前記ディスプレイ基板から独立したチップレット基板を有し、各センサーチップレットは、少なくとも１つの接続パッドと、画像を検知するとともに検知された画像信号を形成する画像センサーアレイとを有する、１つ又は複数のセンサーチップレットと、
ｆ）前記ディスプレイ基板の前記デバイス面から離間して該デバイス面に取り付けられた透明カバーであって、複数の撮像レンズが該透明カバー上又は該透明カバー内に形成され、各撮像レンズは、画像センサーアレイから離間して該画像センサーアレイに対応し、該対応する画像センサーアレイ上に撮像平面を形成する、透明カバーと、
を備える、画像を表示及び検知する装置が提供される。

本発明の利点は、統合型表示画像検知装置（integrated display image sensing apparatus）の透明カバー内又は透明カバー上にレンズを配置することによって、当該装置の全体の厚さを低減すると同時に、改善された撮像品質を提供するように十分に長い光軸を維持することができるということである。必要とされる個別の素子はより少なくなり、複雑度及びコストが削減される。チップレット内の高レベルの回路集積化によって、改善された表示画質及び高解像度画像センサーアレイの便益、並びに異なる属性を有する様々な画像及びビデオシーケンスのキャプチャを可能にする多数の撮像センサーアレイが提供される。例えば、シーンの重要なエリアのみの高解像度のキャプチャと、シーンの残りの部分の低解像度のキャプチャとを実行することによって帯域幅を低減することができる。３次元情報キャプチャ、又は幾つかの実施形態では立体キャプチャを、複雑なレンズ構造体もミラー構造体も必要とすることなく容易に実行することができる。

本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の概略断面図である。 本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の上面図である。 本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の別の上面図である。 本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置に有用なレンズ素子を組み込んだカバーの断面図である。 本発明の一実施形態によるピクセル及びチップレットのレイアウトの部分概略説明図である。 本発明の代替の実施形態による統合型キャプチャ表示装置の断面図である。 視認者及び本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の断面説明図である。 本発明の一実施形態による統合型キャプチャ表示装置の単純化された断面図である。 本発明の一実施形態によるピクセルのアレイ、ピクセル制御チップレットのアレイ、及び２つのオフセットされたセンサーチップレットマトリックスの上面図である。 本発明の代替の実施形態によるピクセルのアレイ、ピクセル制御チップレットのアレイ、及び２つのオフセットされたセンサーチップレットマトリックスの上面図である。 本発明の一実施形態による２つのセンサーチップレットを有する基板及び撮像レンズを有するカバーの断面図である。 本発明の更に別の代替の実施形態によるピクセルのアレイ、ピクセル制御チップレットのアレイ、及び２つのオフセットされたセンサーチップレットマトリックスの上面図である。

図面内の層厚の範囲は大きいので、図面は一律の縮尺ではない。

図１〜図３を参照すると、画像を表示及び検知する装置が、ディスプレイ基板１０を備え、このディスプレイ基板１０は、当該ディスプレイ基板１０のデバイス面９上に表示エリア１１を有する。複数のピクセル３０（図３）が、ディスプレイ基板１０のデバイス面９上の表示エリア１１に配置され、各ピクセル３０（図３）は、透明電極１６から離間した制御電極１２Ａ、１２Ｂと、制御電極１２Ａ、１２Ｂと透明電極１６との間に配置された少なくとも１つの発光材料層１４とを備える。それぞれがピクセル制御を少なくとも１つのピクセルに提供するとともにディスプレイ基板１０から独立したチップレット基板２８を有する複数のチップレット２０が、表示エリア１１においてディスプレイ基板１０のデバイス面９上にわたって配置されるとともに、デバイス面９に取り付けられている。各チップレット２０は、少なくとも１つの接続パッド２６と少なくとも１つのピクセル制御回路５０とを有するピクセル制御部を提供する。ピクセル制御回路５０（図２）が、制御電極１２Ａ、１２Ｂを駆動するように接続パッド２６を通じて、関連付けられたピクセル（複数の場合もある）の制御電極１２Ａ、１２Ｂに電気的に接続され、発光材料層１４に透明電極１６を通して光６Ａ、６Ｂを放出させる。１つ又は複数のセンサーアレイ２３は、チップレット２０内に形成することができる（図１及び図２）。代替的に、センサーアレイを有する別個のセンサーチップレット２０Ｂを用いることができ（図３）、各センサーチップレット２０Ｂは、ディスプレイ基板１０から独立したチップレット基板２８を有し、ピクセル制御チップレットは、表示エリア１１においてディスプレイ基板１０のデバイス面９上にわたって配置されるとともに、デバイス面９に取り付けられている。各センサーチップレット２０Ｂは、少なくとも１つの接続パッド２６と、画像を検知するとともに検知された画像信号を形成する画像センサーアレイ２３とを備える。検知された画像又は検知された画像信号に対して画像処理操作を実行するように、画像センサー回路５２を含めることができる。

頂面４１Ａと、この頂面よりもセンサーに近い反対側の底面４１Ｂとを有する透明カバー４０（図１）が、ディスプレイ基板１０のデバイス面９から離間して、デバイス面９に取り付けられている。複数の撮像レンズ４２が、透明カバー４０上又は透明カバー４０内に形成され、各撮像レンズ４２は、画像センサーアレイ２３から離間して画像センサーアレイ２３に対応しており、対応する画像センサーアレイ２３上に撮像平面を形成している。平坦化絶縁層１８が、チップレット２０を埋め込み、電極（１２Ａ、１２Ｂ、１６）及び発光層１４を形成する平滑な表面を提供することができる。電極１２Ａ、１２Ｂは、反射性とすることができ、例えば金属から形成することができる一方、共通電極１６は、透明とすることができ、例えばインジウムスズ酸化物又はアルミニウム亜鉛酸化物等の金属酸化物から形成することができる。

本発明の実施形態では、平坦化絶縁層１８は、２未満、好ましくは１．６未満の屈折率を有する材料から形成される。センサーチップレットは、通常、３よりも大きな屈折率を有する結晶シリコンから形成される。本発明の実施形態では、平坦化絶縁層の屈折率は、画像センサーアレイ２３のエリア内のセンサーチップレットの前面の屈折率よりも小さく、好ましくは大幅に小さい。これらの実施形態では、光は、発光層によって放出され、ディスプレイデバイスの基板、発光層、及び他の層を通って横方向に進むようにこのデバイス内に閉じ込められる。平坦化絶縁層の屈折率とチップレットの屈折率との間の大きな相違によって、通常は小さな入射角でチップレットに衝突するこの光がセンサーチップレットによって吸収されること及び画像センサーアレイ２３に入ることが防止される。しかしながら、平坦化絶縁層１８の屈折率が、センサーチップレットの屈折率にほぼ等しい場合、平坦化絶縁層内に閉じ込められている光は、センサーチップレット内の画像センサーアレイ２３に入り、多数の光子を画像センサーアレイ２３に提供し、ノイズフロアを引き上げ、したがって、画像センサーアレイ２３の信号対雑音比を減少させる。しかしながら、センサーチップレットの表面に屈折率の大きな変化を有することによって、この閉じ込められた光のほとんどはセンサーチップレットに入らない。レンズは、周囲環境からの光をセンサーチップレット上に合焦させるので、この光の多くが、大きな入射角でセンサーチップレットに衝突し、センサーチップレットの表面における屈折率のこの大きな変化にもかかわらず、検知されるようにセンサーチップレットに入る。

図１は、本発明の一実施形態のより詳細な断面図である一方、図２は、ピクセル制御回路５０及び画像センサー回路５２の双方を有するチップレット２０の単純化された断面図を提供する。図２は、画像センサーアレイ２３上にわたって形成されたオプションのレンズレット（lenslet：小型レンズ）４３も示している。図３の上面図は、ピクセル３０、ピクセル制御チップレット２０Ａ、センサーチップレット２０Ｂを取り囲む表示エリア１１を有するとともにコントローラー６０及び制御回路６２を備える、本発明の一実施形態による画像キャプチャ表示装置全体を示している。

接続パッド２６は、チップレットを互いに電気的に接続することができるとともに接続ワイヤ３２（図１）を通じて外部コントローラー６０（図３）に電気的に接続することができる。これらの接続パッドは、例えば、赤色ピクセルを駆動させる接続パッド２６Ｒと、緑色ピクセルを駆動させる接続パッド２６Ｇと、青色ピクセルを駆動させる接続パッド２６Ｂと、白色ピクセルを駆動させる接続パッド２６Ｗとを通じてピクセル制御回路５０もピクセル電極（１２Ａ、１２Ｂ）に接続する。そのようなピクセルのアレイは、フルカラーディスプレイを形成する。カラーフィルター２４（図１及び図７）を各ピクセル３０の発光エリア上にわたって配置して、例えば、発光層から放出される光が白色である場合、発光層１４から放出される光をフィルタリングすることができる。

チップレット２０は、センサーを備えることができる。そのような実施形態では、チップレット２０内のピクセル制御回路５０及び画像センサー回路５２は、共通の基板２８上において共通のチップレット２０内に形成される。代替的に（図３及び図７に示すように）、ピクセル制御チップレット２０Ａは、センサーチップレット２０Ｂとは別個のチップレットとすることができる。図４に示すように、別個のセンサーチップレット２０Ｂは、撮像レンズ４２を通ったシーンからの画像光８Ａ、８Ｂに露光されると（図８）、デジタル画像を形成することができる画像センサーアレイ２３を形成する画像センサー素子２２のアレイを備える。図３に示すように、センサーチップレット２０Ｂは、行及び列に配列することができる。センサーチップレット２０Ｂが表示エリア１１においてピクセル制御チップレット２０Ａと交じり合うように、センサーチップレット２０Ｂのうちの１つは、２つ以上のピクセル制御チップレット２０Ａ間に横方向に配置することができる。複数のピクセル制御チップレット２０Ａは、表示エリア１１内に第１のアレイを形成することができ、複数のセンサーチップレット２０Ｂは、この第１のアレイが散在した表示エリア１１内にセンサーチップレットマトリックスを形成する。ピクセル制御チップレット２０Ａの数は、センサーチップレット２０Ｂの数と異なることができ、例えば、センサーチップレット２０Ｂは、ピクセル制御チップレット２０Ａよりも少なくすることができる。代替的に、ピクセル制御チップレットは、センサーチップレットと同じチップレット２０とすることができる。

画像レンズ４２は、頂面４１Ａ若しくは底面４１Ｂのいずれか又は頂面４１Ａ及び底面４１Ｂの双方においてカバー４０に直接成形することができる。代替的に、画像レンズ４２は、図５に示すように、別個のレンズフィルム４４内に形成することができる。レンズフィルム４４は、カバー４０の外側面（発光層１４の反対側のカバーの頂面４１Ａ）又はカバー４０の内側面（発光層１４に隣接したカバー４０の底面４１Ｂ）のいずれかに画像センサーアレイ２３と整列して配置することもできるし、カバー４０の外側面及びカバー４０の内側面の双方に配置することもできる。

チップレット２０、特に画像センサーアレイ２３は、チップレット２０及び画像センサーアレイ２３の可視性が低減されるような方法で表示エリア１１においてピクセル３０とともに配列することができる。これらのチップレットは、ピクセル間に横方向に配置することができ、例えば、制御電極１２Ａ、１２Ｂは、共通の層内で分離することができ、センサーチップレット２０は、（図７に示すように）２つの制御電極１２Ａ、１２Ｂ間に横方向に配置することができる。横方向に配置されるということは、基板１０上にわたって異なるロケーションにあることを意味する。センサーチップレット２０Ｂは、２つの制御電極１２Ａ、１２Ｂの基板１０とは反対側の面にある層又は２つの制御電極１２Ａ、１２Ｂと基板１０との間の層において、２つの制御電極１２Ａ、１２Ｂと同じ平面内とすることができる。したがって、センサーチップレット２０Ｂは、２つの制御電極１２Ａ、１２Ｂと同一平面上とすることができるが、必ずしもそうである必要はない。これらの実施形態のいずれにおいても、電極層内の制御電極１２Ａ、１２Ｂ間に光がセンサーチップレット２０Ｂ内を通る空間が設けられ、そのため、有機材料層１４によって放出された光は、センサーチップレット２０Ｂによって覆い隠されない。代替的に、制御電極１２Ａ、１２Ｂの少なくとも一部は、半透明とすることができ、センサーチップレットは、基板１０と制御電極１２Ａ、１２Ｂとの間のこの半透明部分の真下に配置することができる。

本発明の統合型表示画像キャプチャ装置の別の実施形態では、表示エリア内の制御電極が、センサーチップレットの少なくとも２つの側に隣接して横方向に位置決めされる。例えば、図６に示すように、ピクセル３０のエリアは、画像センサー２３の３つの側に隣接することができ、チップレット接続パッド２６を備えることができる。そのような構成は、画像センサーアレイ２３上にわたってカラーフィルター２４の配置を可能にするという有用な効果を有することもでき、したがって、シーン画像光及び放出された光を共通のフィルターを用いてフィルタリングすることができる。代替的に、カラーフィルターが用いられないように、画像センサー２３は、白色光エミッターを有するＲＧＢＷ実施態様では白色ピクセルによって部分的に取り囲むことができる。したがって、画像センサーによって形成された画像は、カラー画像とすることができ、画像センサーアレイ２３自体の上に直接カラーフィルターを形成する必要がなく、それによって、画像センサーアレイ２３のコストが削減される。１つ又は複数のチップレット２０上の複数の画像センサーアレイ２３は、フルカラーデジタル画像を形成するように異なるカラーフィルター２４の下に配置することができる。

画像センサー及びピクセル制御回路は、ピクセルが光を出力しないときに画像が検知されように制御することができ、それによって、周囲の光のみが画像を形成するのに用いられることが確保される。代替的に、画像センサー及びピクセル制御回路は、ピクセルが光を出力するときに画像が検知されるように制御することができ、キャプチャされた画像は、放出された光を調整するように補償することができる。

図７に示すように、撮像レンズ４２を有するレンズフィルム４４を、チップレット２０が配置されているデバイス面９の反対側の基板１０の面に配置することも可能である。チップレット２０は、ピクセル電極１２Ａ、１２Ｂを駆動して、例えば、発光層１４を通して共通電極１６に電流を通電するのに用いられる接続パッド２６、２６Ｒ、２６Ｗ等を備える。この場合、共通電極１６は、反射性を有することができる。カラーフィルター２４は、（図示するように）基板１０の外側面に配置することもできるし、チップレット２０とともに共通のデバイス面９上に配置することもできる。

本発明の別の実施形態によれば、複数の画像センサーアレイ２３が用いられるとき、画像センサーアレイ２３若しくは画像レンズ、又は双方は、異なることができる。例えば、図８及び図９に示すように、基板１０上に配置された２つの異なるチップレット２０は、異なる画像センサーアレイ２３Ａ、２３Ｂ及びレンズ４２Ａ、４２Ｂを有することができる。画像センサー２３Ａ、２３Ｂは、或る範囲の異なる撮像属性又は属性の組み合わせに及ぶことができ、サイズ、解像度、焦点距離、画像センサー素子サイズ、アレイサイズ、ビット深度、露光時間、スペクトル感度、光軸、焦平面、キャプチャ視野、倍率、光感度、又は他の任意の撮像特性が異なることができる。例えば、画像センサーアレイ２３Ａ、２３Ｂのスペクトル感度は、可視光スペクトルの内外双方に分布することができる。種々の技術、例えば、当該技術分野において知られているようなＣＭＯＳ技術又はＣＣＤ技術を画像キャプチャデバイスに用いることができる。レンズ４２Ａ、４２Ｂも、サイズ、焦点距離、視野角、及び他の任意のレンズ特性が異なることができる。レンズフィルム４４内に形成されるか又は基板１０のいずれかの側において基板１０に成形される画像レンズ４２Ａ、４２Ｂも、１つ又は多くの異なるセンサーチップレットの所望の撮像特性を有する種々の所望の光路を提供するように異なることができる。したがって、本発明の一実施形態では、第１の撮像レンズ及び第１のセンサーチップレットが、第１の光路を規定することができ、第２のセンサーチップレット及び第２の撮像レンズが、第１の光路と異なる第２の光路を規定することができる。幾つかの実施形態では、光学素子が異なり、他の実施形態では、光路内の光学素子の数が異なるか、又は光学素子のタイプ及び数の双方が、異なるセンサーチップレットに連動した異なる光路において異なる。

図８及び図９に示すような本発明の一実施形態によれば、第１のセンサーチップレット２０Ｂは、シーンの第１の画像を第１のセンサーチップレット２０Ｂの画像センサーアレイ２３Ａ上に形成することができ、第２のセンサーチップレット２０Ｃに対応する撮像レンズは、同じシーンの第１の画像と異なる第２の画像を第２のセンサーチップレット２０Ｃの画像センサーアレイ２３Ｂ上に形成することができるか、又は同じシーンの第１の画像の一部の第２の画像を第２のセンサーチップレット２０Ｃの光センサー上に形成する。したがって、共通のシーンの、異なるが関係した画像を生成することができる。代替的に、例えば、ディスプレイ基板上の画像センサーの視野角、ロケーションを制御することによるか又は異なる光軸を用いることによるかのいずれかで重なり合わない視野を用いることによって、異なる画像センサーが、異なるシーンの画像を形成することができる。

複数の画像センサーの使用は利点を有する。２つの画像センサーから形成されるデジタル画像を結合して、より高い解像度のデジタル画像若しくはノイズがより少ないデジタル画像、又は互いにつなぎ合わされたパノラマシーンを形成することができる。加えて、異なる光学系を用いることによって、異なるタイプのデジタル画像を形成することができ、合成画像を形成することができる。同じエリアの異なるビュー（視点）又はシーン内の物体を、共通のディスプレイ内又は異なる光軸上の異なる点に配置された画像センサーから形成することができる。これによって、例えば、チップレット内又は外部の計算デバイス内に設けられた画像処理回路部によって、異なる視点画像からの３次元画像の形成が可能になる。シーン内の異なる点に合焦した画像を結合して、背景及び前景の双方において鮮明なデジタル画像を形成することができ、各画像の鮮明度は、シーン内の点までの距離に関する情報を提供することができる。広角画像又は狭角画像を形成し、必要に応じて用いることができる。例えば、シーン内の中央ロケーションの高解像度画像と、それよりも大きなシーンの低解像度画像とを結合することによって、可変解像度を有する画像を形成することができる。これは、より高い解像度を必要とする画像部分に解像を限定することによって、帯域幅又は画像サイズの削減に有用であり得る。

動作中、コントローラーが、ディスプレイデバイスの要求に応じて、情報信号を受信して処理し、処理された信号及び制御情報を装置内の各チップレット及びピクセル制御回路に送信する。処理された信号は、各発光ピクセル素子用の輝度情報を含む。この輝度情報は、各発光ピクセル素子に対応するアナログ記憶素子又はデジタル記憶素子に記憶することができる。チップレットは、その後、それらのチップレットが接続されているピクセル電極を活性化する。同時に又は信号に応答して、画像センサーを活性化して、表示前にシーンのデジタル画像を形成することができる。このデジタル画像は、表示画像を供給したのと同じ信号ワイヤを通じてコントローラーに通信することができる。２つ以上の画像が形成される場合、それぞれをコントローラーに通信することができる。コントローラーは、それらの画像を結合又は別の方法で処理することもできるし、それらの画像を遠隔の計算デバイスに転送することもできる。

本発明は、高性能ピクセル駆動回路及び高性能画像検知デバイスの双方を提供するという利点を有する。例えば、結晶シリコン基板を有するチップレットを用いることによって、例えば、制御、処理、又は通信用の非常に高速で小さな回路を構築することができる。これとは対照的に、薄膜回路は、過度に大きくかつ低速であるので、そのような利点を提供することができない。さらに、発光ピクセルが形成される基板のデバイス面にチップレットを統合することによって、共通のチップレットを用いて、ピクセルを制御するとともに画像信号を形成することができ、デバイス複雑度が低減され、統合化が大幅に改善され、装置の厚さが削減される。これによって、より高い性能及び改善されたロバスト性の双方がもたらされる。本発明の特に重要な特徴は、システム内への画像レンズの統合化である。レンズをカバー内又はカバー上に統合することによって、機械的にロバストで非常に薄い構造体が形成される。同時に、画像レンズが画像センサーから離間し、より長い光軸が提供され、画像センサーアレイ２３上でのより高い品質の画像の形成が可能になる。これは、レンズを画像センサー上に直接配置して画質を下げるレンズシステム、又はセンサーをディスプレイ装置の外側に配置して厚さを増大させるとともに機械的ロバスト性を減少させるレンズシステムとは対照的である。

さらに、高性能画像検知デバイスと統合された非常に大きなディスプレイ内に高性能ピクセル駆動回路を有することによって、他の利点及び便益がもたらされる。幾つかの実施形態では、画像検知デバイスの照明条件が制御されるように、制御信号を画像検知デバイスに提供するのと同時に、制御信号をピクセル駆動回路に提供することができる。例えば、高性能ピクセル駆動回路は、画像検知デバイスがアクティブである時間期間中にディスプレイの発光素子への電流の流れを遮断することができ、そのため、発光素子から放出された光に起因するフレアが、画像キャプチャ中、低減される。代替的に、高性能ピクセル駆動回路は、画像検知デバイスがアクティブである時間期間中に非常に高い照明レベルを提供して、その環境内により明るい照明を提供しセンサーを照明することができる。これらの条件又は他の条件のいずれかは、ディスプレイ全体について同時に実行することもできるし、ディスプレイの異なるエリアごとに実行することもできる。例えば、幾つかの実施形態では、ピクセル駆動回路は、ディスプレイの一方の側の画像検知デバイスがアクティブである間、ディスプレイの他方の側に非常に高レベルの照明を提供して、特定の陰影パターンを提供するか又は赤目現象等の或る特定の撮像アーティファクトを除去することができる。

本発明の画像表示キャプチャ装置は、基板、例えば、ディスプレイデバイスに商用に用いられるようなガラス基板を設けることによって作製することができる。例えば、同時係属中の本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願第１２／１９１，４７８号に教示されているプロセスを用いて、接着層を基板上に形成し、チップレットをこの接着層上に印刷することができる。この接着層は、その後硬化し、その後の埋設層がチップレット上にわたって形成される。従来のフォトリソグラフィプロセスを用いて、ビアを通ってチップレット上の接続パッドに接続されるワイヤを形成することができる。ＩＴＯ又は金属を用いて、例えば、スパッタリング又は蒸着によって電極を形成するとともに、フォトリソグラフィプロセスを用いることによってチップレットに電気的に接続することができる。その後、気相成長プロセスによって有機層を堆積させることができる。例えば、金属又は金属酸化物の上部電極を、この有機層上にわたって堆積させて、有機発光ダイオードを形成することができる。

追加のバスが、例えば接続ワイヤ３２を用いて、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、電荷又は電圧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。

本発明の一実施形態では、ディスプレイデバイスは有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイである。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。画像データをチップレットに提供するコントローラーと、キャプチャされた画像を取得して合成するコントローラーとを別々に設けることができることにも留意されたい。キャプチャされた画像を合成するコントローラーは、複数のセンサーチップレット２０から画像データを受信し、この画像データから１つ又は複数の画像を構成する。このコントローラーは、このデータを用いて他の有用な動作を更に実行することができる。これらの他の有用な動作には、ディスプレイの前に位置してディスプレイとインターラクションしている１人又は複数人のユーザーの顔識別又は他のバイオメトリック識別、顔検出、姿勢又は視野の判定、手及び指の追跡、並びにジェスチャー識別を実行することが含まれる。

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、デバイス基板上での様々な堆積方法を用いることができる。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、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、マグネシウム、又は銀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回路を提供する。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号において見いだすことができる。

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又はカーテ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）に基づかなければならない。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。

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。

対応する画像センサーアレイ２３について選択された光路と併せて、センサーチップレットマトリックスを適切に編成することによって、本発明を用いて多種多様の有用な用途に対処することができる。

図１０を参照すると、本発明の１つの実施形態では、センサーチップレットは、センサーチップレット（例えば、２０Ｂ、２０Ｃ）の２つのセンサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂに編成される。各センサーチップレットは、画像センサーアレイ（例えば、図９の２３Ａ、２３Ｂ）を有する。図１０、図１１、及び図１３におけるセンサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂには、破線の長方形内のチップレットのみが含まれる。これらの２つのセンサーチップレットマトリックスのうちの一方（例えば、２５Ａ）は、他方のセンサーチップレットマトリックス（例えば、２５Ｂ）から行方向又は列方向側方にオフセットされ、共通のシーンの僅かに異なる視点を有する異なる画像を検知することを可能にしている。これらの関連した画像は立体視対を含む。

ディスプレイ基板１０上のセンサーチップレット２０Ｂは、第１のセンサーチップレットマトリックスを形成する第１の水平行及び第１の垂直列に配列することができ、第２のセンサーチップレットマトリックスを形成するセンサーチップレット２０Ｃの第２の水平行及び第２の垂直列は、上記第１の垂直列及びこの第２の垂直列が互いに水平にオフセットされるように配列することができる。一般に、第１の列及び第２の列は、第１の列又は第２の列に対して平行でない方向、例えば、第１の列及び第２の列が平行である場合の第１の列及び第２の列に対して垂直又は４５度に互いにオフセットされている。行及び列の位置は、行が列になるとともに列が行になるように容易に交換することができる。行及び列は、直交させることもできるし、直交させないこともできる。センサーチップレット２０Ｂ及び２０Ｃは、ピクセル制御チップレット２０Ａ間に散在させることができる。

図１１を参照すると、別の実施形態では、センサーチップレット２０Ｂを全て、センサーチップレット２０Ｃの一方の側へ横方向に配列することができる。この配列では、センサーチップレット２０Ｂ及び２０Ｃは、人間の頭部の左眼及び右眼を模倣することができる。

センサーチップレット２０Ｂは、ディスプレイ基板１０上でセンサーチップレット２０Ｃと僅かに異なる物理ロケーションを有するので、それぞれのセンサーチップレットマトリックスによって検知された画像は、立体画像対を形成することができる。

別の有用な用途では、それぞれのセンサーチップレットマトリックスによって検知された画像を互いにつなぎ合わせてパノラマ画像を形成することができる。検知された画像は、部分的に重なり合ったシーン情報を含むことができる。この重なり合いによって、重なり合った画像を正しく接合することが可能になり、重なり合っていないシーンの部分は、結合された画像のサイズを増大させるように働く。

シーンの画像をキャプチャしながら画像を表示する統合型撮像装置は、通信リンクによって接続された２つの統合型撮像装置を用いることによって、従来の２次元ビデオ会議システムに用いることができる。一方の装置における第１の視認者のキャプチャされた画像は、他方の装置のディスプレイに通信され、この他方の装置では、第２の視認者によって、第１の視認者のキャプチャされた画像が視認され、上記一方の装置では、第１の視認者によって、第２の視認者のキャプチャされた画像が視認される。

図１２を参照すると、撮像装置のそのような構成の一実施形態では、視認者の立体画像対を形成する２つの異なる視点画像は、各ディスプレイにおける画像センサーによってキャプチャすることができる。これらの２つの画像は、遠隔の撮像ディスプレイ装置に通信され、交互に提示される。視認者は、立体画像対の２つの画像のうちの一方を一方の眼によって知覚するとともに２つの画像うちの他方を他方の眼によって知覚することを可能にする能動的スイッチング眼鏡（actively-switching glasses）を装着する。別の代替形態では、立体画像対の各画像が、ディスプレイによって、光を別々の眼に放出するように微小凸レンズ（lenticules）に対して提示されるとき、眼鏡なしで３Ｄビューを提供するように、レンチキュラーレンズを撮像装置のピクセル上にわたって配置することができる。したがって、本発明は、３Ｄディスプレイビデオ会議システムに有効に用いることができる。

本発明の別の実施形態では、画像表示検知装置は、選択された設計視認距離７４を含む。第１のセンサーチップレットマトリックス２５Ａに関連付けられた第１の撮像レンズアレイ４５Ａは、複数の撮像レンズ４２Ｃを有し、各撮像レンズ４２Ｃは、第１の光軸４６Ａを有する。第２のセンサーチップレットマトリックス２５Ｂに関連付けられた第２の撮像レンズアレイ４５Ｂは、複数の撮像レンズ４２Ｄを有し、各撮像レンズ４２Ｄは、第２の光軸４６Ｂを有する。各撮像レンズのそれぞれの光軸は、好ましくは、対応するセンサーチップレットマトリックス内の１つの画像センサーアレイに正確に対応するように位置合わせされている。例えば、各センサーチップレットは、それ自体の撮像レンズを有する。これによって、有利には、散在したセンサーチップレットマトリックス間のクロストークが低減される。

第１の光軸４６Ａ及び第２の光軸４６Ｂは、ディスプレイの前の視認距離７４において交差する。この視認距離は、好ましくは２フィート〜２０フィート（０．６０９６ｍ〜６．０９６ｍ）である。この交差距離は、このディスプレイの設計視認距離７４である。生成される立体画像対は、この構成を通じて、ディスプレイの設計視認距離にある物体平面においてユーザーの眼の輻輳をシミュレートする。異なるレンズを異なる画像センサーアレイとともに用いて、複数の立体視対を形成することができる。

戻って図１１を参照すると、別の実施形態では、第１のセンサーチップレットマトリックス２５Ａ内の第１のセンサーチップレット２０Ｂの画像センサーアレイ（図示せず）に対応する撮像レンズは、第２のセンサーチップレットマトリックス２５Ｂ内の第２のセンサーチップレット２０Ｃの画像センサーアレイ（図示せず）に対応する撮像レンズと異なる焦点距離を有することができる。焦点距離のそのような相違によって、一方のセンサーチップレットマトリックス２５Ａを用いた相対的に近い方のシーンの合焦検知と、別のセンサーチップレットマトリックス２５Ｂを用いた相対的に遠い方のシーンの合焦検知とが可能になる。

図１３を参照すると、１つの実施形態では、一方のシーンを他方のシーンよりも高い解像度で検知するために、第１のセンサーチップレットマトリックス２５Ａは、第２のセンサーチップレットマトリックス２５Ｂよりも多くのセンサーチップレットを有する。ピクセル３０を制御するピクセル制御チップレット２０Ａ間における基板１０上のセンサーチップレット２０Ｃの数は、センサーチップレット２０Ｂの数よりも多い。

図９を参照すると、１つの実施形態では、第１のセンサーチップレットマトリックス（例えば、図１０の２５Ａ）に対応する撮像レンズ４２Ａは、第２のセンサーチップレットマトリックス（例えば、図１０の２５Ｂ）に対応する撮像レンズ４２Ｂよりも狭い視野角を有する。

別の実施形態では、センサーチップレットは、例えば、異なる周波数で画像センサーアレイを用いてシーンの画像を取得することによって、第１のセンサーチップレットマトリックスが第１の画像サンプリングレートを有するとともに、第２のセンサーチップレットマトリックスが第１の画像サンプリングレートと異なる第２の画像サンプリングレートを有するように、異なる時間レートでシーンをサンプリングすることができる。これは、例えば、高速に変化する部分（すなわち、空間的に分散したエリア）と、比較的静的な部分とを有するシーンにおいて有用であり得る。例えば、高い度合いのジェスチャー情報、例えば手話解説を有するシーンでは、シーン内の人の手、指及び顔は高速に変化し、背景は低速に変化する。シーンの高速に変化する部分を、それよりも低速に変化する部分よりも高速の画像サンプリングレートでキャプチャすることによって、帯域幅は、シーン全体をより高速の画像サンプリングレートでサンプリングすることと比較して削減されるが、シーン内の重要な情報の忠実度は保持される。

本発明の他の実施形態では、例えば、図１０に示すように、数グループのセンサーチップレットが設けられる。水平行及び垂直列に配列された各グループ内のセンサーチップレットは、センサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂを形成する。ここで、各画像センサーアレイ（図示せず）は、異なる周波数の光を検知して、マルチカラー画像の異なる色のフレームを生成する。この構成では、可能な範囲で、センサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂが同様のシーンの視点を提供するように、センサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂを水平方向又は垂直方向のいずれかで互いに散在させることが有用であり得る。図１０は、２つの散在したセンサーチップレットマトリックス２５Ａ、２５Ｂを示している。ただし、３つ以上のセンサーチップレットマトリックスを用いて、フルカラー画像（図示せず）用の色平面を取得することができる。例えば、それぞれ、赤色センサーチップレットマトリックスは、緑色センサーチップレットマトリックス及び青色センサーチップレットマトリックスよりも赤色光に高い感度を有することができ、緑色センサーチップレットマトリックスは、赤色センサーチップレットマトリックス及び青色センサーチップレットマトリックスよりも緑色光に高い感度を有することができ、青色センサーチップレットマトリックスは、赤色センサーチップレットマトリックス及び緑色センサーチップレットマトリックスよりも青色光に高い感度を有することができる。「赤色」、「緑色」、及び「青色」は、当該技術分野において知られているような様々な方法で定義することができる。例えば、「赤色」は、その最も高い（すなわち、そのＹ又はＺよりも大きな）ＣＩＥ１９３１三刺激値としてＸを有する光を指すことができ、「緑色」は、その最も高いＣＩＥ１９３１三刺激値としてＹを有する光を指すことができ、「青色」は、その最も高いＣＩＥ１９３１三刺激値としてＺを有する光を指すことができる。代替的に、「赤色」は、主波長が５７０ｎｍよりも大きな光を指すことができ、「青色」は、主波長が４９０ｎｍよりも小さな光を指すことができ、「緑色」は、赤色と青色との間の光を指すことができる。

緑色センサーチップレットマトリックスの撮像レンズは、赤色センサーチップレットマトリックス若しくは青色センサーチップレットマトリックスのいずれかの撮像レンズよりも狭い視野角を有することができるか、又は緑色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、赤色センサーチップレットマトリックス内又は青色センサーチップレットマトリックス内のいずれかのチップレットの数よりも多くすることができる。１つの実施形態では、これらの特徴はともに用いられる。緑色センサーチップレットマトリックス内の各画像センサーアレイは、小さなシーンエリアの高解像度の緑色フレームを提供する一方、赤色センサーチップレットマトリックス内及び青色センサーチップレットマトリックス内の各画像センサーアレイは、大きなシーンエリアの低解像度の赤色フレーム又は青色フレームを提供する。

様々な実施形態では、これらの２つの特徴は単独で用いることができる。１つの実施形態では、緑色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、赤色センサーチップレットマトリックス内及び青色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数とそれぞれ同じであるが、緑色センサーチップレットマトリックス内の各画像センサーアレイは、小さなシーンエリアの高解像度の緑色フレームを提供する一方、赤色センサーチップレットマトリックス内及び青色センサーチップレットマトリックス内の各画像センサーアレイは、大きなシーンエリアの低解像度の赤色フレーム又は青色フレームを提供する。別の実施形態では、緑色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、赤色センサーチップレットマトリックス内及び青色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数よりもそれぞれ多く、赤色センサーチップレットマトリックス内、緑色センサーチップレットマトリックス内、及び青色センサーチップレットマトリックス内の各画像センサーアレイは、他の各画像センサーアレイと同じサイズのシーンエリアのそれぞれのフレームを提供する。これらの特徴のいずれか又は双方をともに用いることによって、３色の全てのアレイ内の同じ数及び視野角のセンサーチップレットを用いることと比較して低減された帯域幅コストで、改善された解像度の輝度の詳細（緑色光と最も密接に相関している）がもたらされる。

別の実施形態では、センサーチップレットの第４の水平行及び第４の垂直列が、広帯域センサーチップレットマトリックスを形成することができる。この広帯域センサーチップレットマトリックスのセンサーチップレットは、赤色センサーチップレットマトリックス、緑色センサーチップレットマトリックス、及び青色センサーチップレットマトリックスのセンサーチップレットとともに散在させることができ、広帯域（２つ以上のスペクトルピークを有する）光又は白色光に高い感度を有することができる。そのような場合、広帯域センサーチップレットマトリックスの撮像レンズは、赤色センサーチップレットマトリックス、緑色センサーチップレットマトリックス、又は青色センサーチップレットマトリックスの撮像レンズと異なる視野角を有することができ、広帯域センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、赤色センサーチップレットマトリックス内、緑色センサーチップレットマトリックス内、又は青色センサーチップレットマトリックス内のチップレットの数と異なることができる。

別の実施形態では、例えば、図８及び図９に示すように、第１の焦点距離７Ａを有する第１の撮像レンズ４２Ａが、第１のセンサーチップレット２０Ｂ内の第１の画像センサーアレイ２３Ａ上にわたって設けられ、第２の焦点距離７Ｂを有する第２の撮像レンズ４２Ｂが、第２のセンサーチップレット２０Ｃ内の第２の画像センサーアレイ２３Ｂ上にわたって設けられる。これらのセンサーチップレット、撮像レンズ、及び画像センサーアレイは、それら自体をアレイに形成ることができる。この実施形態では、第１の画像センサーアレイ２３Ａによってキャプチャされた画像データ及び第２の画像センサーアレイ２３Ｂによってキャプチャされた画像データの相対的な鮮明度をピクセルごとに求め、次いで、この相対的な鮮明度を用いて、各センサーチップレットマトリックスによってキャプチャされた１つ又は複数の物体までの相対距離を求める回路部が設けられる。

例えば、第１の焦点距離７Ａが、第２の焦点距離７Ｂよりも短く、かつ第１の画像センサーアレイ２３Ａによってキャプチャされた画像データが、その画像の第１のシーンエリア７２Ａ内で第２の画像センサーアレイ２３Ｂによってキャプチャされた画像データよりも鮮明であると判断された場合、その画像のシーンエリア７２Ａ内の物体は、第２の焦点距離７Ｂよりも第１の焦点距離７Ａに近い距離にある。同じ画像の第２のシーンエリア７２Ｂにおいて、第２の画像センサーアレイ２３Ｂによってキャプチャされた画像データが、第１の画像センサーアレイ２３Ａによってキャプチャされた対応する画像データよりも鮮明である場合、その画像の第２のシーンエリア７２Ｂ内の物体は、第１の焦点距離７Ａよりも第２の焦点距離７Ｂに近い距離にあり、したがって、その画像の第１のシーンエリア７２Ａ内の物体よりも遠く離れている。

追加の焦点距離を有する追加のレンズを用いて、シーン内の距離を更に区別することができる。図９に示すように、各センサーチップレットマトリックス（図示せず）内の各センサーチップレット２０Ｂ、２０Ｃにおける画像センサーアレイ２３Ａ、２３Ｂのそれぞれに異なるレンズ４２Ａ、４２Ｂを用いることもできるし、図１に示すように、特定のセンサーチップレットマトリックス内の複数のチップレット２０における画像センサーアレイ２３に単一のレンズ４２を用いることもできる。

戻って図８を参照すると、別の例では、相対的な鮮明度の度合いを用いて、画像の或るエリア内の物体までの距離を概算することができる。すなわち、第１の画像センサーアレイ２３Ａ及び第２の画像センサーアレイ２３Ｂによってキャプチャされたエッジの相対幅を用いて、焦点距離７Ａ、７Ｂ間の距離を概算することができる。例えば、第２のセンサーチップレット２０Ｃにおける画像センサーアレイ２３Ｂを用いてキャプチャされたときの幅が、第１のセンサーチップレット２０Ｂにおける画像センサーアレイ２３Ａを用いてキャプチャされたときの幅の３分の１であるエッジを有する、画像の或るエリア内の物体は、第１の焦点距離７Ａと第２の焦点距離７Ｂとの間の行程の３／４であると判断される。

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。

さらに、ディスプレイデバイスは、従来の２次元ディスプレイとすることもできるし、例えば、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の、出願番号（docket）米国特許出願第１２／６０８，０４９号において論述されているように、空間内の種々のロケーションに発光素子を撮像するレンズを備える立体ディスプレイとすることもできる。そのような実施形態では、発光素子を撮像するレンズは、撮像レンズ４２の形成と同様に形成することができる。発光素子に対して撮像を行うこれらのレンズは、撮像レンズ４２と同じ基板内に形成することができ、ディスプレイ基板１０のデバイス面９から離間してデバイス面９に取り付けられる。

本発明は、本発明の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。

６Ａ、６Ｂ 放出光
７Ａ、７Ｂ 焦点距離
８、８Ａ、８Ｂ 画像光
９ ディスプレイ基板のデバイス面
１０ ディスプレイ基板
１１ 表示エリア
１２Ａ、１２Ｂ ピクセル制御電極
１４ 発光層
１６ 共通透明電極
１８ 平坦化絶縁層
２０ チップレット
２０Ａ ピクセル制御チップレット
２０Ｂ センサーチップレット
２０Ｃ センサーチップレット
２２ 画像センサー素子
２３ 画像センサーアレイ
２３Ａ、２３Ｂ 画像センサーアレイ
２４ カラーフィルター
２５Ａ、２５Ｂ センサーチップレットマトリックス
２６ チップレット接続パッド
２６Ｒ 赤色ピクセル接続パッド
２６Ｇ 緑色ピクセル接続パッド
２６Ｂ 青色ピクセル接続パッド
２６Ｗ 白色ピクセル接続パッド
２８ チップレット基板
３０ ピクセル
３２ 接続ワイヤ
４０ カバー
４１Ａ カバー面
４１Ｂ カバー面
４２、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ 撮像レンズ
４３ レンズレット
４４ レンズフィルム
４５Ａ、４５Ｂ 撮像レンズアレイ
４６Ａ，４６Ｂ 光軸
５０ ピクセル制御回路
５２ 画像センサー回路
６０ コントローラー
６２ 制御回路
７０ 個人
７２ シーン
７２Ａ、７２Ｂ シーンエリア
７４ 視認距離

Claims (37)

1. 画像を表示及び検知する装置であって、
   ａ）ディスプレイ基板のデバイス面に表示エリアを有する該ディスプレイ基板と、
   ｂ）前記ディスプレイ基板の前記デバイス面において前記表示エリアに配置された複数のピクセルであって、各ピクセルは、制御電極と、該制御電極から離間した透明電極と、前記制御電極と前記透明電極との間に配置された少なくとも１つの発光材料層とを備える、複数のピクセルと、
   ｃ）複数のピクセル制御チップレットであって、各ピクセル制御チップレットは、少なくとも１つのピクセルに関連付けられ、前記表示エリアにおいて前記ディスプレイ基板の前記デバイス面上にわたって配置されるとともに該デバイス面に取り付けられた、前記ディスプレイ基板から独立したチップレット基板を有し、各ピクセル制御チップレットは、少なくとも１つの接続パッド及び少なくとも１つのピクセル制御回路を有する、複数のピクセル制御チップレットと、
   ｄ）なお、各ピクセル制御回路は、前記制御電極を駆動して前記発光材料に前記透明電極を通して光を放出させる前記接続パッドのうちの１つを通じて、前記関連付けられたピクセル（複数の場合もある）の前記制御電極に電気的に接続され、
   ｅ）１つ又は複数のセンサーチップレットであって、各センサーチップレットは、前記表示エリアにおいて前記ディスプレイ基板の前記デバイス面上にわたって配置されるとともに該デバイス面に取り付けられた、前記ディスプレイ基板から独立したチップレット基板を有し、各センサーチップレットは、少なくとも１つの接続パッドと、画像を検知するとともに検知された画像信号を形成する画像センサーアレイとを有する、１つ又は複数のセンサーチップレットと、
   ｆ）前記ディスプレイ基板の前記デバイス面から離間して該デバイス面に取り付けられた透明カバーであって、複数の撮像レンズが該透明カバー上又は該透明カバー内に形成され、各撮像レンズは、画像センサーアレイから離間して該画像センサーアレイに対応し、該対応する画像センサーアレイ上に撮像平面を形成する、透明カバーと、
   を備える、画像を表示及び検知する装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、少なくとも１つのピクセル制御チップレットは、センサーチップレットを更に含む、装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、前記センサーチップレットセンサーチップレットのうちの少なくとも１つは、前記ピクセル制御チップレットのうちの２つ以上のものの間に横方向に配置される、装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、少なくとも１つのピクセルによって放出された前記光をフィルタリングするとともに少なくとも１つの画像センサーによって検知された前記光をフィルタリングする少なくとも１つのカラーフィルターを更に備える、装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、複数のセンサーチップレットが、前記表示エリアにおいて行及び列に配列される、装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、前記透明カバーは、頂面と、該頂面よりも前記センサーチップレットに近い反対側の底面とを有し、該装置は、前記透明カバーの前記頂面又は前記底面に形成された少なくとも１つの撮像レンズを更に備える、装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、前記透明カバーは、頂面と、該頂面よりも前記センサーチップレットに近い反対側の底面とを有し、該装置は、前記透明カバーの前記頂面又は前記透明カバーの前記底面に配置された、撮像レンズが内部に形成されている第１のフィルムを更に備える、装置。
8. 請求項５に記載の装置であって、前記透明カバーは、頂面と、該頂面よりも前記センサーチップレットに近い反対側の底面とを有し、該装置は、前記カバーの前記第１のフィルムとは反対側の面に配置された、撮像レンズが内部に形成されている第２のフィルムを更に備える、装置。
9. 請求項１に記載の装置であって、ピクセル制御チップレットの数は、センサーチップレットの数と異なる、装置。
10. 請求項１に記載の装置であって、前記センサーチップレットは、２つの制御電極間に横方向に配置されている、装置。
11. 請求項１に記載の装置であって、制御電極の少なくとも一部は半透明であり、センサーチップレットは該半透明の部分の真下に配置されている、装置。
12. 前記表示エリア内の制御電極は、センサーチップレットの少なくとも２つの側に隣接して横方向に位置決めされている、請求項１に記載の装置。
13. 請求項１に記載の装置であって、第１の撮像レンズ及び第２の撮像レンズを更に備え、第１のセンサーチップレットに対応する前記第１の撮像レンズは、第２のセンサーチップレットに対応する前記第２の撮像レンズと異なる、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、前記第１の撮像レンズは、前記第２の撮像レンズよりも広い視野角を有する、装置。
15. 請求項１に記載の装置であって、第１のセンサーチップレット内の前記画像センサーアレイは、第２のセンサーチップレット内の前記画像センサーアレイと異なる、装置。
16. 請求項１に記載の装置であって、第１の撮像レンズと、第２の撮像レンズと、第１のセンサーチップレットと、第２のセンサーチップレットとを更に備え、前記第１の撮像レンズ及び前記第１のセンサーチップレットは、第１の光路を規定し、前記第２の撮像レンズ及び前記第２のセンサーチップレットは、前記第１の光路と異なる第２の光路を規定する、装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、前記第１の画像センサーアレイは、前記第２の画像センサーアレイと異なる解像度、サイズ、スペクトル感度、光軸、焦平面、又は感度を有する、装置。
18. 請求項１に記載の装置であって、第１のセンサーチップレットに対応する前記撮像レンズは、該第１のセンサーチップレットの前記画像センサーアレイ上にシーンの第１の画像を形成し、第２のセンサーチップレットに対応する前記撮像レンズは、該第２のセンサーチップレットの前記画像センサーアレイ上に同じシーンの前記第１の画像と異なる第２の画像を形成するか、又は該第２のセンサーチップレットの前記光センサー上に同じシーンの前記第１の画像の一部の第２の画像を形成する、装置。
19. 請求項１８に記載の装置であって、前記第１の画像及び前記第２の画像は、共通の物体の画像を含み、該装置は、前記共通の物体の３次元画像を計算する画像処理回路部を更に備える、装置。
20. 請求項１に記載の装置であって、第１のセンサーチップレットに対応する前記撮像レンズは、該第１のセンサーチップレットの前記画像センサーアレイ上に第１のシーンの第１の画像を形成し、第２のセンサーチップレットに対応する前記撮像レンズは、該第２のセンサーチップレットの前記画像センサーアレイ上に前記第１のシーンと異なる第２のシーンの第２の画像を形成する、装置。
21. 請求項１に記載の装置であって、前記基板上にわたって配置された平坦化層を更に備え、前記センサーチップレットは前記平坦化層に埋め込まれ、前記平坦化層は第１の屈折率を有し、前記センサーチップレットの前面は第２の屈折率を有し、該第２の屈折率は、前記第１の屈折率よりも高い、装置。
22. 請求項１に記載の装置であって、複数のセンサーチップレットが、第１のセンサーチップレットマトリックスを形成する第１の行及び第１の列と、第２のセンサーチップレットマトリックスを形成するセンサーチップレットの第２の行及び第２の列とに配列され、前記第１のセンサーチップレットマトリックス及び前記第２のセンサーチップレットマトリックスは、前記第１の列又は前記第２の列に対して平行でない方向に互いからオフセットされている、装置。
23. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイは、シーン情報の第１の画像を検知し、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイは、シーン情報の第２の画像を検知し、前記第１の画像及び前記第２の画像は併せて、立体画像対を形成する、装置。
24. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイは、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイによって検知された前記画像の前記シーン情報に部分的に重なり合うシーン情報の画像を検知する、装置。
25. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレットは、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレット間に横方向に散在している、装置。
26. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレットの全ては、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレットの一方の側へ横方向に配置されている、装置。
27. 請求項２２に記載の装置であって、該装置は、前記ディスプレイの前に２フィート〜２０フィートの選択された設計視認距離を有し、
    ｇ）複数の撮像レンズを含む第１の撮像レンズアレイであって、各撮像レンズは、前記第１のセンサーチップレットマトリックス内の前記画像センサーアレイのうちの１つに正確に対応する第１の光軸を有する、第１の撮像レンズアレイと、
    ｈ）複数の撮像レンズを含む第２の撮像レンズアレイであって、各撮像レンズは、前記第２のセンサーチップレットマトリックス内の前記画像センサーアレイのうちの１つに正確に対応する第２の光軸を有する、第２の撮像レンズアレイと、
    を更に備え、
    ｉ）前記第１の光軸及び第２の光軸は、前記ディスプレイの前記設計視認距離において交差する、装置。
28. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイに対応する前記撮像レンズは、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイに対応する前記撮像レンズと異なる焦点距離を有する、装置。
29. 請求項２２に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスは、前記第２のセンサーチップレットマトリックスよりも多くのセンサーチップレットを有する、装置。
30. 請求項２９に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズは、前記第２のセンサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズよりも狭い視野角を有する、装置。
31. 請求項２９に記載の装置であって、前記第１のセンサーチップレットマトリックスは、第１の画像サンプリングレートを有し、前記第２のセンサーチップレットマトリックスは、前記第１の画像サンプリングレートと異なる第２の画像サンプリングレートを有する、装置。
32. 請求項１に記載の装置であって、
    ａ）複数のセンサーチップレットが、赤色センサーチップレットマトリックスを形成する第１の水平行及び第１の垂直列と、緑色センサーチップレットマトリックスを形成するセンサーチップレットの第２の水平行及び第２の垂直列と、青色センサーチップレットマトリックスを形成するセンサーチップレットの第３の水平行及び第３の垂直列とに配列され、前記赤色センサーチップレットマトリックス、前記緑色センサーチップレットマトリックス、及び前記青色センサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレットは、水平方向又は垂直方向のいずれかに互いに散在し、
    
    ｂ）前記赤色センサーチップレットマトリックス内、前記緑色センサーチップレットマトリックス内、及び前記青色センサーチップレットマトリックス内の前記画像センサーアレイは、それぞれ、他の２つの前記センサーチップレットマトリックス内の前記画像センサーアレイよりも赤色光、緑色光、及び青色光に高い感度を有する、装置。
33. 請求項３２に記載の装置であって、前記緑色センサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズは、前記赤色センサーチップレットマトリックス又は前記青色のセンサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズよりも狭い視野角を有する、装置。
34. 請求項３２に記載の装置であって、前記緑色センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、前記赤色センサーチップレットマトリックス内又は前記青色センサーチップレットマトリックス内のチップレットの数よりも多い、装置。
35. 請求項３２に記載の装置であって、広帯域センサーチップレットマトリックスを形成するセンサーチップレットの第４の水平行及び第４の垂直列を更に備え、前記広帯域センサーチップレットマトリックスの前記センサーチップレットは、前記センサーチップレットの前記第１のセンサーチップレットマトリックス、前記第２のセンサーチップレットマトリックス、及び前記第３のセンサーチップレットマトリックスとともに散在し、前記広帯域センサーチップレットマトリックスの前記画像センサーアレイは、広帯域光又は白色光に高い感度を有する、装置。
36. 請求項３５に記載の装置であって、前記広帯域センサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズは、前記赤色センサーチップレットマトリックス、前記緑色センサーチップレットマトリックス、又は前記青色センサーチップレットマトリックスの前記撮像レンズと異なる視野角を有する、装置。
37. 請求項３２に記載の装置であって、前記広帯域センサーチップレットマトリックス内のセンサーチップレットの数は、前記赤色センサーチップレットマトリックス内、前記緑色センサーチップレットマトリックス内、又は前記青色センサーチップレットマトリックス内のチップレットの数と異なる、装置。

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