KR101202308B1 - 칩렛과 광차폐물을 갖춘 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

발광 다이오드 디스플레이 디바이스는 투명기판(10)과, 투명전극(12)과 상기 투명기판 사이에서 상기 투명기판 위에 위치되고, 광을 방출하도록 픽셀을 구동하며 전하를 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함하는 구동회로(26)를 각각 포함하는 복수의 칩렛들(20)과, 구동회로 위에 배치된 각 칩렛의 표면에 위치된 구동회로로부터 이격되어 있는 제 1 광차폐물(30A)을 형성하고 실질적으로 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하는 연결패드(24)와, 구동회로와 기판 사이에서 구동회로 아래에 배치되고 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하는 제 2 광차폐물(30B)을 구비하고, 상기 구동회로의 적어도 일부분의 광조명으로 커패시터가 전하를 누출한다.

Description

칩렛과 광차폐물을 갖춘 디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE WITH CHIPLETS AND LIGHT SHIELDS}

본 발명은 픽셀 어레이를 제어하기 위해 분포된 별개의 칩렛을 갖는 기판을 구비한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

평판 디스플레이 디바이스는 컴퓨팅 디바이스와 결합해서, 휴대용 디바이스에서, 그리고 텔레비전과 같은 오락 디바이스용으로 널리 사용된다. 이런 디스플레이는 일반적으로 기판 위에 분포된 복수의 픽셀들을 이용해 이미지를 디스플레이한다. 각 픽셀은 통상적으로 서브픽셀이라고 하는 다수의 다른 컬러, 일반적으로 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 발광소자들을 포함해 각 이미지 요소를 나타낸다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 픽셀 및 서브-픽셀을 구별하지 않으며 하나의 발광소자라 한다. 다양한 평판 패널 디스플레이 기술들, 예컨대, 플라즈마 디스플레이, 액정 디스플레이, 및 발광 다이오드(LED) 디스플레이가 알려져 있다.

발광소자를 형성하는 발광재료로 된 박막을 포함한 발광 다이오드(LED)는 평판 디스플레이 디바이스에 많은 이점이 있고 광학 시스템에서 사용된다. 탕(Tang) 등에 의해 2002년 5월 7일자로 간행된 미국특허 No. 6,384,529는 유기 LED 발광소자 어레이를 포함한 유기 LED(OLED) 컬러 디스플레이를 나타내고 있다. 대안으로, 무기재료가 사용될 수 있고 다결정 반도체 매트릭스에 인광결정 또는 양자도트를 포함할 수 있다. 유기 또는 무기 재료의 다른 박막들도 또한 발광 박막재료에 전하 주입, 수송, 또는 차단을 제어하도록 사용될 수 있으며 해당기술분야에 알려져 있다. 재료들은 캡슐화 커버층 또는 플레이트와 함께 전극들 사이 기판에 배치된다. 일반적으로 전극 중 하나는 투명이고 다른 하나는 반사적이다. 전류가 발광재료를 지나고 투명 전극을 지나 디바이스를 나갈 경우 픽셀로부터 광이 방출된다. 하단 전극과 기판이 투명하면, 디바이스는 하단 이미터이다. 상단 전극과 커버가 투명하면, 디바이스는 상단 이미터이다. 방출된 광의 주파수는 사용된 재료의 성질에 의존한다. 이런 디스플레이에서, 광은 기판(하단 이미터)이나 캡슐화 커버(상단 이미터) 또는 모두를 통해 방출될 수 있다. 고굴절률 유기층으로부터 방출된 광은 공기에 비해 이들 재료의 상대적으로 높은 굴절률로 인해 유기층, 투명 전극 및 (하단 이미터 구성에서)투명 기판에 갇히는 것이 잘 알려져 있다.

액트브 매트릭스 디바이스에서, 액티브 컨트롤 소자들이 반도체 재료, 예컨대, 평판 기판 위에 코팅된 비정질 또는 다결정 실리콘의 박막으로 형성된다. 일반적으로, 각 서브픽셀은 하나의 컨트롤 소자에 의해 제어되고, 각 컨트롤 소자는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 예컨대, 간단한 액티브 매트릭스 유기발광(OLED) 디스플레이에서, 각 컨트롤 소자는 2개의 트랜지스터(셀렉트 트랜지스터와 파워 트랜지스터) 및 서브픽셀의 휘도를 특정하는 전하를 저장하기 위한 하나의 커패시터를 포함한다. 각 발광소자는 일반적으로 별개의 컨트롤 전극과 공통으로 전기연결된 전극을 이용한다. 발광소자의 제어는 일반적으로 데이터 신호라인, 셀렉트 신호라인, 전원연결 및 접지연결을 통해 이루어진다.

액티브 매트릭스 컨트롤 소자를 형성하는 한가지 공통적인 종래기술의 방법은 일반적으로 실리콘과 같은 반도체 재료의 박막을 유리 기판에 증착하고, 그런 후, 포토리소그래피 공정을 통해 트랜지스터와 커패시터에 반도체 재료를 형성한다. 박막 실리콘은 비정질 또는 다결정일 수 있다. 비정질 또는 다결정 실리콘을 제조된 박막 트랜지스터(TFTs)는 상대적으로 크고 결정 실리콘 웨이퍼로 제조된 종래 트랜지스터들에 비해 낮은 성능을 갖는다. 더욱이, 이런 박막 디바이스는 일반적으로 유리 기판에 걸쳐 로컬적 또는 대형 불균일성을 나타내어 이런 재료를 이용한 디스플레이의 전기적 성능 및 시각적 외관이 불균일해진다. 이런 액티브 매트릭스 설계에서, 각 발광소자는 구동회로에 별도의 연결을 필요로 한다. 박막 또는 결정 실리콘으로 제조된 실리콘 트랜지스터의 행동은 가시광을 포함한 전자기 복사의 출현이 변경된다. 일반적으로, 박막 트랜지스터를 광에 노출시킴으로써 트랜지스터에 캐리어 밀도가 증가해 더 많은 전류가 트랜지스터를 지나게 한다. 이는 차례로 예컨대 유기 발광 다이오드 디스플레이에서 발광 다이오드를 지나는 전류량을 늘릴 수 있다. 전류의 이런 변화로 디스플레이가 불균일해지고, 휘도가 증가 또는 줄어들거나, 다른 허용될 수 없는 디스플레이 행동이 유발된다.

이 문제는 쑤지무라 등(Tsujimura et al.)의 2003년 2월 25일자로 간행된 미국특허 6,525,341에 개시된 LCD에서 트랜지스터를 광으로부터 차폐하기 위해 기판에 광차폐물을 형성함으로 인한 박막 트랜지스터 회로로 해결될 수 있다. 광으로부터 트랜지스터 정션을 가리는데 사용될 수 있는 금속 게이트 전극도 또한 개시되어 있다. 후쿠다(Fukuda)의 2004년 6월 8일자로 간행된 미국특허 6,746,905는 박막 트랜지스터 아래에 위치된 비정질 실리콘 카바이드층을 포함한 광차폐층을 개시하고 있다. 그러나, 이들 구조는 기판상의 박막회로 설계에 제한될 수 있다. 사토(Sato)의 2003년 10월 21일자로 간행된 미국특허 6,636,284는 LCD용 상부 광차폐물층과 하부 광차폐물을 포함한 TFT를 갖는 전기광학 디바이스를 기술하고 있다. 상부 광차폐물은 TFT 위에 격자형 구성으로 형성되고 데이터 라인 또는 커패시터 라인과 같은 커패시터층과 도전성 트레이스들을 포함할 수 있다. 하부 광차례물은 TFT 아래 기판에 형성된다. 이 배열은 도전성 라인 또는 회로 커패시터가 TFT 위에 직접 위치되는 것을 필요로 하므로, 따라서 회로 레이아웃을 제한하고 필요한 것보다 더 많은 공정층을 필요로 하고 다른 회로설계와 회로 제조공정에 유용하지 않을 수 있다.

다른 제어기술을 이용한 마쓰무라 등(Matsumura et al.)의 미국특허출원 No. 2006/0055864에서는 LCD 디스플레이를 구동하는데 사용된 결정 실리콘 기판을 기술하고 있다. 상기 출원은 제 1 반도체 기판에서 제조된 픽셀 컨트롤 디바이스를 제 2 평면 디스플레이 기판에 선택적으로 이송 및 부착하는 방법을 기술하고 있다. 픽셀 컨트롤 디바이스내 와이어링 상호연결과 버스 및 컨트롤 전극들로부터 픽셀 컨트롤 디바이스로의 연결이 도시되어 있다. 그러나, 이런 픽셀 컨트롤 디바이스에서 회로에 광노출을 방지하는 구조나 방법이 전혀 개시되어 있지 않다.

따라서, 광노출에 응답해 회로성능 변화들에 따른 임의의 문제들을 극복하는 LED 및 고성능 회로를 이용한 디스플레이 디바이스용의 향상된 구조에 대한 요구가 있다.

본 발명에 따르면,

a) 투명기판과,

b) 상기 투명기판 위에 형성된 투명전극과 상기 투명전극 위에 형성된 하나 이상의 발광재료층들 그 위에 형성된 전극을 각각 포함하는 상기 투명기판상에 형성된 복수의 픽셀들과,

c) 상기 투명전극과 상기 투명기판 사이에서 상기 투명기판 위에 위치되고, 광을 방출하도록 픽셀을 구동하며 전하를 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함하는 구동회로를 각각 포함하는 복수의 칩렛들과,

d) 구동회로 위에 배치된 각 칩렛의 표면에 위치된 구동회로로부터 이격되어 있는 제 1 광차폐물을 형성하고 실질적으로 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하고 상기 구동회로와 전기 연결된 연결패드와,

e) 구동회로와 기판 사이에서 구동회로 아래에 배치되어 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하는 제 2 광차폐물을 구비하고,

상기 구동회로의 적어도 일부분의 광조명으로 커패시터가 전하를 누출하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스가 제공된다.

본 발명은 칩렛 컨트롤 발광 다이오드 디스플레이를 제 1 및 제 2 광차폐물에 제공함으로써 전자기 간섭이 줄어들고 디스플레이의 성능 및 안정성이 향상되는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2개의 광차폐물을 갖는 칩렛의 부분 횡단면도이다.
도 2는 본 발명을 이해하는데 유용한 광 조명을 도시한 OLED 구동회로의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 칩렛의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩렛의 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2개의 광차폐물과 조명 광선을 갖는 칩렛의 부분 횡단면도이다.
도 6은 본 발명을 이해하는데 유용한 결정 실리콘의 투명성을 도시한 그래프이다.
도 7은 본 발명을 이해하는데 유용한 결정 실리콘의 투명성을 도시한 또 다른 그래프이다.
도 8은 액티브 매트릭스 하단 이미터 OLED 디바이스에서 칩렛 구동회로상에 방출된 광의 효과를 나타낸 그래프이다.
도면에서 다양한 층들과 소자들은 매우 크기가 다르기 때문에, 도면은 비율에 따르지 않는다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 도 1을 참조하면, 발광 다이오드 디스플레이 디바이스는 하단 이미터 설계로 다이오드(15)를 형성하기 위해 투명기판(10)과, 투명기판(10)에 형성된 복수의 픽셀들(5)과, 투명전극(12) 위에 형성된 하나 이상의 발광재료층들(14)과, 상기 하나 이상의 층들 위에 형성된 반사전극(16)을 구비하고, 각 픽셀(5)은 투명기판(10) 위에 형성된 투명전극(12)을 포함한다. 본 발명은 다른 실시예에서, 상단 이미터를 제공하도록 전극(16)은 투명하고 기판(10)은 불투명할 수 있다. 디스플레이의 양 측면으로부터 광을 방출하는 설계에서, 전극(16)과 기판(10) 모두는 투명할 수 있다.

복수의 칩렛들(20)이 투명전극(12)과 투명기판(10) 사이의 투명기판(10) 위에 위치되고, 각 칩렛(20)은 광(1)을 방출하도록 픽셀(5)을 구동하기 위한 구동회로(26)를 포함한다. 도 2를 참조하면, 일실시예로, 구동회로(26)는 커패시터(40)에서 전하를 쌓기 위한 셀렉트 트랜지스터(42)를 포함할 수 있다. 커패시터(40) 양단의 전압은 구동 트랜지스터(44)를 제어해 OLED(46)를 구동한다. 구동회로(26)의 적어도 일부에 대한 주변광 조명(49) 또는 OLED 광 조명(48)으로 전하를 누출하고, 이로써 구동 트랜지스터(44)의 구동전압이 줄어들고 이에 따라 OLED(46)를 지나는 전류가 줄어든다. 다른 구동회로가 해당기술분야에 알려져 있으며 본 발명에 포함된다.

각 칩렛(20)의 표면에 위치된 구동회로(26)로부터 떨어져 있는 제 1 광차폐물(30A)을 형성하는 연결패드(24)가 구동회로(26) 위에 배치되고 실질적으로 조명으로부터 구동회로(26)의 적어도 일부를 가린다. 연결패드(25)는 구동회로(26)에 전기연결되어 있다. 제 2 광차폐물(30B)은 구동회로(26)와 투명기판(10) 사이 구동회로(26) 아래에 배치되어 조명으로부터 구동회로(26)의 적어도 일부를 가린다. 구동회로(26)의 조명은 주변광 조명(49) 또는 하나 이상의 발광재료층들(14)에 의해 방출된 광으로부터 OLED 광 조명(48) 중 어느 하나 또는 모두를 포함한다.

다양한 회로소자들의 성능이 광 조명에 의해 영향받을 수 있고 따라서 구동회로(26)의 다양한 구성요소들 또는 구동회로(26) 모두에 유용하다. 추가 회로(22)가 칩렛 및 픽셀(5)을 제어하는데 이용될 수 있다. 연결패드(24)가 구동회로(26)를 투명전극(12)에 연결하도록 칩렛(20)의 표면에 형성될 수 있고 추가 연결패드(도 1에 미도시됨)가 와이어를 외부 컨트롤러, 예컨대, 신호 와이어, 전원라인 및 접지라인로부터 칩렛에 연결하는데 사용될 수 있다. 칩렛 표면은 평탄화될 수 있고 칩렛(20)은 접착성 평탄화층(18)으로 기판(10)에 부착될 수 있다. 칩렛(20)을 덮기 위한 제 2 단계에서, 더 많은 평탄화 재료가 증착될 수 있다. 접착성 평탄화층(18)을 통해 투명전극(12)에 연결패드(24)에 대한 접속을 제공하기 위해 공도(19)가 연결패드(24) 위에 포토리소그래피적으로 형성될 수 있다. 반사전극(16)은 복수의 픽셀들에 전기적으로 공통일 수 있다.

다양한 드라이브 회로들(26)이 본 발명의 다양한 실시예에서 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 한 종래기술의 설계에서, 각 픽셀은 2개의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 이용한다. 제 1 트랜지스터(42)는 신호라인(예컨대, 셀렉트 및 데이터 신호)에 응답하여 커패시터(40)에 전하를 쌓는다. 제 2 트랜지스터(44)는 LED 디바이스(46)를 구동시켜 커패시터(40)에 저장된 전하에 응답해 광을 방출한다. 다른 회로는 예컨대 2 이상의 트랜지스터와 하나 이상의 커패시터를 이용할 수 있다. 구동회로의 물리적 전기적 모델링은 액트브 매트릭스 설계에서 LED 전류의 일시적 불균일성에 대한 주요 메카니즘이 구동회로(26)의 주변 및 OLED 조명으로 인한 칩렛(20)의 실리콘 기판에 구성된 저장 커패시터(예컨대, 40)에 저장된 전하의 방전임을 입증하였다. 따라서, 전체 구동회로(26), 특히, 커패시터(40)를 방전하는 임의의 회로소자들을 차폐하는 것이 이점적이다. 성능이 조명의 결과로 변하는 임의의 소자들을 차폐하는 것이 또한 유용하다.

도 2에 도시된 바와 같은 액티브 매트릭스 구동회로(26)가 조명에 일시적으로 응답하는 것이 입증되었다. 특히, 전하가 커패시터(40)에 쌓이고 셀렉트 신호가 불활성이면, 컨트롤 트랜지스터(42)가 비춰질 때 컨트롤 트랜지스터(42)는 상당한 비율로 전류를 누출한다. 물리적 모델링은 디바이스가 비춰질 때 전하 누출은 디바이스가 비춰지지 않을 때 전하 누출에 비해 100 밀리온(million)의 인수만큼 증가할 수 있음이 입증되었다. 모델은 5W/cm의 623㎚의 광을 이용했다. 최대 3V 구동신호를 갖는 투-트랜지스터 단일 커패시터 회로에서 54fF 저장 커패시터를 이용한 한 회로 설계에 있어, 저장 커패시터는 약 32 마이크로초로 방전될 수 있다. 저장 커패시터(40)는 전하 누출에 대한 더 적은 시간이 이용가능하도록 증가된 주파수로 리프레시할 경우, LED(46) 방출의 변화가 줄어들며 커패시터(40)에서의 전하손실도 마찬가지로 줄어드는 것으로 나타난다. 구동 트랜지스터(44)의 조명도 또한 게이트 전압(또는 커패시터 전하)의 임의의 변화에 무관하게 OLED 소자(46)를 지나는 전류를 증가시키도록 나타난다. 따라서, 도 2의 실시예에서, 컨트롤 트랜지스터(42) 또는 드라이브 트랜지스터(46)를 차단함으로써, 구동회로 조명으로 인한 디바이스 성능에 있어 원치않는 변화들이 줄어든다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 칩렛 액티브 매트릭스 회로는 예컨대 균일성, 응답, 주파수, 전류 및 크기에 있어 크게 향상된 성능을 제공한다. 따라서, 이는 또한 제조단계 및 비용을 줄이기 위해 평탄화층(18)에 걸쳐 칩렛(20) 위에 단일 와이어링층을 이용하는 것이 바람직하다. 따라서, 표면이 연결패드(24)로 주로 덮이는 칩렛(20)에 대해, 상기 언급한 미국특허 6,636,284에 제안된 바와 같이, 와이어링으로 칩렛(20)을 가릴 수 없다. 더욱이, 또한 미국특허 6,636,284에 제안된 바와 같이, 금속 커패시터층을 이용하는 것은 복잡도, 공정단계 및 비용이 증가한 다층 멀티소자 회로를 필요로 한다. 게다가, 칩렛은 박막 트랜지스터보다 훨씬 더 두껍고 작은 금속 커패시터층 또는 금속 트랜지스터 게이트의 사용은 측면, 바닥 또는 칩렛 표면에 비스듬하게 입사할 수 있는 광에 대한 충분한 차단을 제공하지 못한다. 본 발명은 공정단계를 늘리지 않고도 매우 큰 정도의 광차폐를 제공하는 칩렛 액티브 매트릭스 회로에 적합한 향상된 차폐를 제공한다. 따라서, 본 발명은 더 큰 전기성능, 광조명에 대한 민감성 저하, 회로 레이아웃 복잡도 및 비용 저하, 및 디바이스 레이아웃에서 융통성 증가를 동시에 제공함으로써 종래 기술에 대해 향상된다.

본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 구동회로(26)와 제 1 및 제 2 광 차폐물(30A, 30B)은 약간 다른 위치에 있거나 다른 표면에 형성될 수 있고 다른 재료로 구성될 수 있다. 제 2 광차폐물(30B)은 예컨대 기판(10)에 포토리소그래픽적으로 패턴화된 금속층을 구비할 수 있다. 대안으로, 제 2 광차폐물(30B)은 예컨대 기판(10)에 패턴화된 흑색수지층을 구비할 수 있다. 흑색수지층은 입사한 주변광을 흡수하기 위한 흑색 매트릭스로서 유용한 역할을 할 수 있고, 이로써 디스플레이 디바이스의 콘트라스트 비를 향상시킨다. 흑색수지층은 또한 접착제일 수 있고 기판(10)에 칩렛(20)을 부착시킨다. 본 발명의 다른 실시예로 도 3을 참조하면, 제 2 광차폐물(30B)은 기판에 인접한 칩렛(20)의 측면에 형성될 수 있다. 금속층은 예컨대 칩렛(20), 또는 (수지와 같은) 광흡수재료 또는 광흡수 접착제에 형성될 수 있다. 대안으로, 금속층은 구동회로(26)와 기판(10) 사이의 칩렛에 형성될 수 있다. 제 2 광차폐물(30B)은 (도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이) 칩렛(20)의 전체 면 또는 (도 1에 도시된 바와 같이) 칩렛(20)의 일부만 덮을 수 있다. 제 2 광차폐물(30B)은 칩렛(20)의 측면 중 어느 하나 또는 모두에서 (도 1에 도시된 바와 같이) 기판(10) 위의 적어도 일측에서 칩렛(20) 너머로 뻗을 수 있으며, 이로써 구동회로(26)를 더 효과적으로 차폐할 수 있다.

(예컨대, 금속을 구비하거나 금속층을 갖는) 연결패드(24)는 불투명이다. 제 1 광차폐물(30A)은 연결패드(24)의 아래에 위치된 구동회로(26)의 적어도 일부를 차폐한다. 대안으로, 제 1 광차폐물(30A)은 전체 구동회로(26)를 차폐할 수 있다. 일반적인 집적회로는 이 용도로 이용될 수 있는 회로 구성부품들(예컨대, 트랜지스터, 커패시터)를 연결하기 위한 금속을 포함한다. 칩렛(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 외부 버스라인들에 연결하기 위한 멀티 연결패드(24)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판(10)과 평탄화 및 접착 재료(18)는 투명하다. 칩렛(20)은 전극(12,16)에 다른 전압을 제공하여 전류가 하나 이상의 유기층(14)을 통해 흐르게 해 광을 방출한다. 광은 투명전극(12), 평탄화층(18) 및 기판(10)을 지나고 디바이스로부터 방출된다. 대안으로, 광은 하나 이상의 유기층들(14)로부터 반사전극(16)을 향해 방출될 수 있고, 반사전극(16)으로부터 반사되며, 투명전극(12), 평탄화층(18) 및 기판(10)을 통해 하나 이상의 유기층들(14)을 지나고, 디바이스로부터 방출된다. 하나 이상의 유기층들은 상대적으로 높은 굴절률(예컨대, 1.6에서 1.7)을 갖고 (예컨대, 1.8 내지 2.2의 굴절률을 갖는 ITO를 구비한) 투명전극은 높은 굴절률을 갖기 때문에, 광은 이들 층에서 전반사에 의해 갇히게 된다. 더욱이, 하나 이상의 층들(14)로부터 방출각도에 따라, 광이 평탄화층(18) 및 기판(10)에 갇힌다. 평탄화층은 일반적으로 약 1.5의 광학 굴절률을 갖는 투명한 수지재료를 포함하고 기판(10)은 일반적으로 유리를 포함하며 약 1.5의 동일한 광학 굴절률을 갖는다. 따라서, 갇힌 광은 OLED층(12,14)을 통해 평탄화층(18)과 심지어 기판(10)을 지날 수 있고, 본 발명의 광차폐물(30A,30B)이 없는 상태에서 구동회로(26)에 부딪혀 회로 성능에 악영향을 준다.

본 발명은 주변광과 방출광 모두가 있는 상태에서 안정적이고 일정한 구동회로 성능을 제공한다. 도 5를 참조하면, 주변광은 기판(10)과 칩렛(20)을 지날 수 있다. 제 2 광차폐물(30B)이 없는 상태에서, 주변광이 구동회로(26)에 입사될 수 있어, 구동회로(26)가 기능적으로 입사한 주변광의 레벨에 의존되게 한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 입사한 주변광(3A)은 제 2 광차폐물(30B)에 의해 흡수 또는 반사된다. OLED 디바이스의 특별한 구성 때문에, 입사한 주변광(3B)도 또한 반사전극(16)으로부터 반사에 의해 구동회로(26)를 비춘다. 제 1 광차폐물(30A)은 반사된 주변광(3B)을 흡수한다.

LED 디바이스로부터 방출된 광은 또한 구동회로(26)를 유해하게 비출수 있다. 본 발명에 따르면, 구동회로(26)를 비추는 하나 이상의 유기층들(14)로부터 방출된 광(2A)이 대신 제 1 광차폐물(30A)에 의해 흡수된다. 그러나, 기판(10), 투명전극(12) 및 구동회로(26)를 또한 비추는 하나 이상의 유기층들(14)에서 전반사로 인해 갇힌 하나 이상의 유기층들(14)로부터 방출된 광(2B)은 대신 제 2 광차폐물(30B)에 의해 흡수된다. 반사전극(16)을 향해 방출된 광이 반사되고 광경로(1, 2A, 또는 2B) 중 하나를 따를 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 광차폐물(30A,30B) 모두가 필요하다. 후술된 바와 같이, 칩렛은 두께가 50 마이크론 미만, 25 마이크론 미만, 15 마이크론 미만, 12 마이크론 미만, 및 심지어 10 마이크론 미만인 결정 실리콘 기판을 이용할 수 있다. 두께가 약 8 마이크론인 칩렛이 액트브 매트릭스 OLED 디스플레이에 구성되고 이용되었다. 이들 두께에서, 결정 두께는 실제로 투명하다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 결정 실리콘의 투과율 스펙트럼이 기판 두께 10 마이크론 및 2 마이크론에 대해 각각 그래프로 나타나 있다. 칩렛(20)에 형성된 회로는 더 공정, 회로 및 회로(22)에 필요한 층의 개수에 따라 8 마이크론까지 또는 그 이상 기판에 확장되어 있다. 따라서, 구동회로(26)는 물리적으로 기판(10)에 인접한 칩렛(20) 측에 가까이 있을 수 있고, (제 2 광차폐물(30B)이 없는 상태에서) 입사 주변광은 구동회로(26)를 비추고 구동회로(26)의 행동에 영향을 주는 충분한 거리를 결정 실리콘에서 지날 수 있다. 마찬가지로, 평탄화층(18)은 광(1)이 장치로부터 방출될 수 있도록 투명하다. 칩렛(20)을 구비한 결정 실리콘은 기판(10) 또는 평탄화층(18)의 광학 굴절률보다 더 큰 광학 굴절률을 갖기 때문에, 칩렛(20)에 입사한 기판(10)에 갇힌 광(2B)은 칩렛(20)에 들어와 (제 2 광차폐물(30B)이 없는 상태에서) 대시 화살표로 도시된 바와 같이 구동회로(26)를 비춘다.

칩렛 픽셀 컨트롤을 갖는 액티브 매트릭스 OLED 디스플레이 디바이스를 구성하였다. 칩렛은 결정 실리콘 기판을 갖고 두께는 약 8 마이크론이었다. 도 1에 기술된 OLED 구조를 구성하였으나, 제 1 및 제 2 광차폐물은 없다. 방출층의 광출력은 디스플레이에 입사한 주변광에 따라 변하는 것이 입증되었다. 도 8을 참조하면, OLED 소자들로부터 방출로 인해 시간에 걸쳐 OLED 구조에 대한 (조도에 따르는) 디스플레이 전류의 변화가 나타나 있다. 도 8의 테스트에서는 전혀 광차폐물이 없다. 도 8에 도시된 바와 같이, OLED 디바이스 전류는 리프레시될 때까지 시간에 걸쳐 20% 보다 크게 줄었다. 60Hz의 재충전, 1.3mA의 최대 디스플레이 전류, 및 도 1의 OLED 디바이스에서 3.2mA/㎠로 테스트를 수행했다. 더 자주 리프레시함으로써, 커패시터가 방전하는 시간이 덜 걸리고 시간에 걸쳐 더 일정한 광출력에 해당하는 더 큰 전류 사용된다. 하기의 표는 하강 프레임(fall frame)에 사용된 총 디바이스 전류를 나타낸 것이다.

60Hz 리프레시	3.62mA
800Hz 리프레시	4.78mA

제 2 실험에서, 디바이스 위로 광차폐물을 위치시킴으로써, 주변 조명이 변할 때 디스플레이 전류에 있어 변화가 전혀 보이지 않는다.

각 칩렛(20)은 상기 칩렛(20)이 연결패드(24)를 통해 연결되는 픽셀(5)을 제어하기 위한 회로(22)를 포함할 수 있다. 회로(22)는 칩렛(20)이 연결된 각 픽셀(5)에 대한 소정의 조도(照度)를 나타내는 값을 저장하는 저장소자를 포함할 수 있고, 칩렛(20)은 광을 방출하도록 픽셀(5)을 조절하기 위한 그러한 값을 이용한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 하나 또는 2개의 저장 소자들이 칩렛(20)이 연결된 각각의 광방출 소자에 이용될 수 있다. 디스플레이 디바이스용 컨트롤러가 이미지와 같은 광을 방출하도록 픽셀을 구동하기 위해 칩렛 연결패드에 연결된 버스 라인을 통해 컨트롤 및 데이터 신호를 제공할 수 있다. 컨트롤러는 칩렛으로 구현될 수 있고 기판(10)에 부착될 수 있다. 컨트롤러는 기판(10)의 외주에 위치될 수 있거나, 기판(10)의 외부에 있을 수 있고 종래 집적회로를 구비할 수 있다.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 칩렛(20)은 다양한 방식으로, 예컨대, 칩렛(20)의 긴 치수를 따라 연결패드(20)의 하나 또는 2개의 열들로 구성될 수 있다. 상호연결 버스가 다양한 재료로 형성될 수 있고 디바이스 기판상에 증착을 위한 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예컨대, 상호연결 버스는 기화되거나 스퍼터링되는 금속, 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 대안으로, 상호연결 버스는 경화성 도전 잉크 또는 금속 산화물로 제조될 수 있다. 한가지 비용 이점적인 실시예에서, 상호연결 버스는 단일층에 형성된다.

본 발명은 특히 큰 디바이스 기판, 예컨대, 유리, 플라스틱, 또는 호일를 이용한 멀티픽셀 디바이스 실시예에 유용하며, 복수의 칩렛들(20)이 디바이스 기판(10) 위에 규칙적인 배열로 배열되어 있다. 각 칩렛(20)은 상기 칩렛(20)의 회로에 따라 그리고 컨트롤 신호에 응답해 디바이스 기판(10)위에 형성된 복수의 픽셀들(5)을 제어할 수 있다. 각각의 픽셀 그룹들 또는 멀티픽셀 그룹들은 전체 디스플레이를 형성하도록 조립될 수 있는 타일 소자들에 위치될 수 있다.

본 발명에 따르면, 칩렛(20)은 기판(10) 위에 분포된 픽셀 컨트롤 소자들을 제공한다. 칩렛(20)은 디바이스 구조(10)에 비해 상대적으로 작은 집적회로이고, 각각의 기판에 형성된 와이어, 연결패드(24), 저항기 또는 커패시터와 같은 수동 구성부품 또는 트랜지스터나 다이오드와 같은 능동 구성부품을 포함하는 회로(22)를 구비한다. 칩렛(20)은 디스플레이 기판(10)과 별도로 제조되고 그런 후 디스플레이 기판(10)에 적용된다. 칩렛(20)은 바람직하게는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공지의 공정을 이용해 실리콘 또는 절연체 상의 실리콘(SOI) 웨이퍼를 이용해 제조된다. 각 칩렛(20)은 디바이스 기판(10)에 부착하기 전에 분리된다. 따라서, 각 칩렛(20)의 결정 베이스는 디바이스 기판(10)과 별개이며 칩렛 회로(22)가 위에 및 내에 배치되는 기판인 것으로 고려될 수 있다. 따라서, 복수의 칩렛들(20)은 디바이스 기판(10)과 서로 별개인 해당하는 복수의 기판들을 갖는다. 특히, 별개의 기판들은 픽셀(5)이 형성되는 기판(10)과 별개이고 함께 취합되는 각각의 칩렛 기판들의 면적은 디바이스 기판(10)보다 더 작다. 칩렛(20)은 예컨대 박막 비정질 또는 다결정 실리콘 디바이스에서 발견되는 것보다 더 큰 성능의 능동 구성부품들을 제공하는 결정 기판을 가질 수 있다. 칩렛(20)은 바람직하게는 두께가 100㎛ 이하, 더 바람직하게는 20㎛이하일 수 있다. 이는 종래 스핀코팅 기술을 이용해 도포될 수 있는 칩렛(20) 위에 접착 및 평탄화 재료(18)의 형성을 용이하게 한다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 결정 실리콘 기판에 형성된 칩렛(20)은 기하학적 어레이로 배열되고 접착 재료 또는 평탄화 재료로 디바이스 기판(예컨대, 10)에 부착된다. 칩렛(20)의 표면상의 연결패드(24)는 신호 와이어, 전원 버스 및 픽셀 전극(16,12)에 각 칩렛(20)을 연결시켜 픽셀(5)을 구동하게 이용된다. 칩렛(20)은 적어도 4개의 픽셀(5)을 제어할 수 있다.

칩렛(20)은 반도체 기판에 형성되기 때문에, 칩렛의 회로는 현대적 리소그래픽 도구를 이용해 형성될 수 있다. 이런 도구들로, 0.5 마이크론 이하의 형태 크기가 쉽게 가용해질 수 있다. 예컨대, 현대적인 반도체 제조라인들은 90㎚ 또는 45㎚의 선폭을 달성할 수 있고, 본 발명의 칩렛을 제조하는데 이용될 수 있다. 그러나, 칩렛(20)은 또한 디스플레이 기판(10)에 조립된 후 칩렛 위에 제공된 와이어링층에 전기연결을 하기 위한 연결패드(24)를 필요로 한다. 연결패드(24)는 디스플레이 기판(10)에 사용된 리소그래피 도구의 형태 크기(예컨대, 5㎛)와 와이어링층에 대한 칩렛(20)의 정렬(예컨대, ±5㎛)를 기초로 한 크기로 만들어진다. 따라서, 연결패드(24)는 예컨대 패드들 사이에서 5㎛ 이격된 15㎛ 폭이 될 수 있다. 이는 패드가 일반적으로 칩렛(20)에 형성된 트랜지스터 회로보다 상당히 더 큰 것을 의미한다.

패드는 일반적으로 트랜지스터 위의 칩렛 상의 평탄화층에 형성될 수 있다. 낮은 제조비용을 가능하게 하기 위해 표면적이 가능한 한 작은 칩렛을 제조하는 것이 바람직하다.

기판(예컨대, 비정질 또는 다결정 실리콘)상에 직접 형성된 회로보다 더 큰 성능을 갖는 회로를 구비한 별개의 기판들을 갖는 (예컨대, 결정 실리콘을 구비한) 칩렛을 이용함으로써, 고성능을 갖는 디바이스가 제공된다. 결정 실리콘은 고성능을 가질 뿐만 아니라 훨씬 더 작은 능동소자(예컨대, 트랜지스터)를 갖기 때문에, 회로 크기가 훨씬 줄어든다. 예컨대, 윤(Yoon), 이(Lee), 양(Yang), 및 장(Jang)의논문 "A novel use of MEMS switches in driving AMOLED", Digest of Technical Papers of the Society for Information Display, 2008, 3.4, p. 13에 기술된 바와 같이, MEMS 구조를 이용해 유용한 칩렛이 또한 형성될 수 있다.

디바이스 기판(10)은 해당기술분야에 공지된 포토리소그래피 기술로 평탄화층(예컨대, 수지) 위에 형성된 기화되거나 스퍼터링된 금속 또는 금속합금(예컨대, 알루미늄 또는 은)으로 된 와이어링층들과 유리를 구비할 수 있다. 칩렛(20)은 집적회로 산업에 잘 확립된 종래 기술을 이용해 형성될 수 있다.

본 발명은 멀티픽셀 기반을 갖는 디바이스에 이용될 수 있다. 특히, 본 발명은 유기 또는 무기 LED 디바이스로 실행될 수 있고, 특히 정보디스플레이 디바이스에 유용하다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 1998년 9월 6일자로 출원된 탕 등(Tang et al.)의 미국특허 No. 4,769,292 및 1991년 10월 29일자로 출원된 반슬리케 등(VanSlyke et al.) 등의 미국특허 No. 5,061,569에 개시되어 있으나 이에 국한되지 않는 작은 분자 또는 폴리머 OLEDs로 구성된 플랫패널 OLED 디바이스에 이용된다. 예컨대, (예컨대, 카헨(Kahen)의 미국 공개공보 2007/0057263에 개시된) 다결정 반도체 매트릭스에 형성된 양자도트를 이용하고 유기 또는 무기 전하제어층을 이용한 무기 디바이스들 또는 하이브리드 유기/무기 디바이스들이 이용될 수 있다. 유기 또는 무기 발광 디스플레이의 많은 조합과 변형들이 상단 또는 하단 이미터 구조를 갖는 액티브 매트릭스 디스플레이를 포함한 이런 디바이스를 제조하는데 사용될 수 있다.

1. 방출광
2A. 입사 방출광
2B. 갇힌 입사 방출광
3A. 주변 입사광
3B. 반사된 주변 입사광
5. 픽셀
10. 기판
12. 투명전극
14. 발광 재료층
15. 발광 다이오드
16. 반사전극
18. 평탄화층
19. 공도
20. 칩렛
22. 회로
24. 연결패드
26. 구동회로
30A. 제 1 광차폐물
30B. 제 2 광차폐물
40. 커패시터
42. 컨트롤 트랜지스터
44. 구동 트랜지스터
46. OLED
48. OLED 광조명
49. 주변 광조명

Claims (19)

1. a) 투명기판;
   b) 투명기판상에 형성된 복수의 픽셀들로, 각 픽셀은 투명기판 위에 형성된 투명전극, 투명전극 위에 형성된 하나 이상의 발광재료층들, 및 하나 이상의 발광재료층들 위에 형성된 전극을 포함하는 것인 복수의 픽셀들;
   c) 투명전극과 투명기판 사이에서 투명기판 위에 위치되고, 광을 방출하도록 픽셀을 구동하며 전하를 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함하는 구동회로를 각각 포함하는 복수의 칩렛들;
   d) 구동회로 위에 배치된 각 칩렛의 표면에 위치된 구동회로로부터 이격되어 있는 제 1 광차폐물을 형성하고 실질적으로 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하고 구동회로와 전기 연결된 연결패드; 및
   e) 구동회로와 기판 사이에서 구동회로 아래에 배치되어 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하며 구동회로와 기판 사이에서 칩렛들의 측면에 도포된 흑색재료층을 함유하는 제 2 광차폐물을 포함하며,
   상기 구동회로의 적어도 일부분의 광조명으로 커패시터가 전하를 누출하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   조명은 발광 다이오드 디스플레이 디바이스 외부에 발생한 주변 조명인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
3. 제 1 항에 있어서,
   조명은 하나 이상의 발광재료층들에 의해 방출되는 광인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
4. 제 1 항에 있어서,
   제 1 및 제 2 광차폐물이 조명으로부터 커패시터를 가리는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
5. 제 1 항에 있어서,
   흑색재료층은 패턴화된 금속층을 포함하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
6. 제 1 항에 있어서,
   흑색재료층은 패턴화된 흑색수지층을 포함하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
7. 제 6 항에 있어서,
   패턴화된 흑색수지층은 접착제를 포함하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
8. 제 1 항에 있어서,
   연결패드는 금속층을 포함하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
9. 제 1 항에 있어서,
   칩렛은 실리콘을 포함하고 두께가 50 마이크론 미만인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
10. 제 1 항에 있어서,
    칩렛은 실리콘을 포함하고 두께가 25 마이크론 미만인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
11. 제 1 항에 있어서,
    칩렛은 실리콘을 포함하고 두께가 15 마이크론 미만인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
12. 제 1 항에 있어서,
    발광 다이오드 디스플레이는 유기 발광 다이오드 디스플레이인 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
13. 제 1 항에 있어서,
    구동회로는 컨트롤 트랜지스터를 더 포함하고, 컨트롤 트랜지스터는 제 1 또는 제 2 광차폐물에 의해 조명으로부터 가려지는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
14. 제 1 항에 있어서,
    구동회로는 구동 트랜지스터를 더 포함하고, 구동 트랜지스터는 제 1 또는 제 2 광차폐물에 의해 조명으로부터 가려지는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
15. 제 1 항에 있어서,
    전극은 반사되고 기판은 투명한 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
16. a) 투명기판;
    b) 투명기판상에 형성된 복수의 픽셀들로, 각 픽셀은 투명기판 위에 형성된 투명전극, 투명전극 위에 형성된 하나 이상의 발광재료층들, 및 하나 이상의 발광재료층들 위에 형성된 전극을 포함하는 것인 복수의 픽셀들;
    c) 투명전극과 투명기판 사이에서 투명기판 위에 위치되고, 광을 방출하도록 픽셀을 구동하며 전하를 저장하기 위한 저장 커패시터를 포함하는 구동회로를 각각 포함하는 복수의 칩렛들;
    d) 구동회로 위에 배치된 각 칩렛의 표면에 위치된 구동회로로부터 이격되어 있는 제 1 광차폐물을 형성하고 실질적으로 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하고 구동회로와 전기 연결된 연결패드; 및
    e) 구동회로와 기판 사이에서 구동회로 아래에 배치되어 조명으로부터 구동회로의 적어도 일부를 차폐하며 칩렛 내에 금속층을 함유하는 제 2 광차폐물을 포함하며,
    상기 구동회로의 적어도 일부분의 광조명으로 커패시터가 전하를 누출하는 발광 다이오드 디스플레이 디바이스.
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