KR101243357B1 - 칩렛과 하이브리드 드라이브를 구비한 디스플레이 디바이스 - Google Patents

칩렛과 하이브리드 드라이브를 구비한 디스플레이 디바이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판; 기판상에 형성된 2차원 픽셀 어레이 및 픽셀 어레이 내 기판 위에 위치한 둘 이상의 칩렛을 포함하는 하이브리드 드라이브를 구비한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 그룹 열 전극과 그룹 행 전극의 개별 세트는 그룹에 있는 픽셀들에 연결되어, 단일 그룹 열 전극은 단일 그룹 행 전극과 함께 단일 픽셀을 구동한다. 둘 이상의 칩렛들은 픽셀 어레이 내 기판 위에 위치하고, 각 칩렛은 픽셀 그룹과 연결되고 연결된 그룹 열 전극들과 연결된 그룹 행 전극들의 각각에 연결을 가지며 저장 소자들을 가지며, 저장 소자는 한 픽셀에 대한 원하는 휘도를 나타내는 값을 저장하며 칩렛은 연결된 픽셀 그룹에 있는 각 픽셀의 원하는 휘도를 제어하기 위해 그 값을 사용한다.

Description

칩렛과 하이브리드 드라이브를 구비한 디스플레이 디바이스{Display device with chiplets and hybrid drive}
본 발명은 하이브리드 드라이브 메커니즘을 기판상에 형성된 디스플레이 픽셀 그룹들의 어레이에 제공하는 분산된 독립적인 제어 소자들을 구비한 하나의 연속된 기판을 가진 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
평판 디스플레이 디바이스들은 휴대용 장치 내의 컴퓨팅 장치와 연결하여 그리고 텔레비전과 같은 오락 장치들에 대하여 널리 사용되고 있다. 그러한 디스플레이들은 일반적으로 이미지를 디스플레이하기 위하여 기판상에 분산된 복수의 픽셀들을 사용하고 있다. 각 픽셀은 각 이미지 소자를 나타내기 위하여 적색, 녹색 및 청색광을 방출하는 일반적으로 서브-픽셀로 불리는 복수의 서로 다른 색의 발광 소자들을 포함한다. 예를 들어 플라즈마 디스플레이, 액정 디스플레이 및 발광 다이오드 디스플레이와 같은 다양한 평판 디스플레이 기술들이 공지되어 있다.
발광 소자들을 형성하는 발광 재료들의 박막을 포함하는 발광 다이오드들 (LEDs)은 평판 디스플레이 디바이스에서 많은 장점을 가지며 광학 시스템들에 유용하다. 2002년 5월 7일에 등록된 탕 등(Tang et al.)의 미국특허 제6,384,529호는 유기 LED 발광 소자들의 어레이를 포함하는 유기 LED(OLED) 컬러 디스플레이를 보여준다. 선택적으로, 무기 재료들이 사용될 수 있으며 다결정 반도체 매트릭스에 인광 결정들 또는 양자 도트들(quantum dots)을 포함할 수 있다. 유기 또는 무기 재료의 다른 박막들이 또한 발광 박막 재료로의 전하 주입, 이송 또는 차단을 제어하기 위하여 사용될 수 있으며 본 기술분야에 공지되어 있다. 재료들은 캡슐화된 커버층 또는 판을 구비하여 기판상의 전극들 사이에 위치한다. 전류가 발광 재료를 통과할 때 빛이 픽셀로부터 방출된다. 방출된 빛의 주파수는 사용된 재료의 성질에 의존한다. 그러한 디스플레이에서, 빛은 기판을 통하여 방출(바텀 이미터)되거나 캡슐화된 커버를 통하여 방출(탑 이미터)되거나, 또는 둘 다를 통하여 방출될 수 있다.
LED 디바이스들은 패터닝된 발광층을 포함할 수 있으며, 서로 다른 재료들이 전류가 재료를 통과할 때 서로 다른 색의 빛을 방출하기 위하여 그 패턴에 사용될 수 있다. 선택적으로, LED 디바이스는 예를 들어, 콕(Cok)에 의한 "향상된 효율을 갖는 적층 OLED 디스플레이(Stacked OLED Display Having Improved Efficiency)"란 명칭의 미국특허 제6,987,355호에 개시된 바와 같이, 풀-컬러 디스플레이를 형성하기 위한 컬러 필터들과 함께 단일 발광층, 예를 들어 백색광 이미터를 사용할 수 있다. 또한, 예를 들어 콕 등(Cok et al.)에 의한 "향상된 전력 효율을 갖는 컬러 OLED 디스플레이(Color OLED Display With Improved Power Efficiency)"란 명칭의 미국특허 제6,919,681호에 개시된 바와 같이, 컬러 필터를 포함하지 않는 백색 서브-픽셀을 사용하는 것도 공지되어 있다. 디바이스의 효율을 향상시키기 위하여, 적색, 녹색, 청색 컬러 필터들과 서브-픽셀들을 포함하는 네 가지 컬러 픽셀과 필터링되지 않는 백색 서브-픽셀을 함께 구비하는 패터닝되지 않은 백색 이미터를 사용하는 설계가 제안된다(예를 들어, 2007년 6월 12일 등록된 밀러 등(Miller et al.)의 미국특허 제7,230,594호 참조).
일반적으로 평판 디스플레이 디바이스에서 픽셀을 제어하기 위한 두 가지 다른 방법, 즉 능동 매트릭스 및 수동 매트릭스 제어가 공지되어 있다. 수동-매트릭스 디바이스에서, 기판은 어떠한 능동 전자 소자(예를 들어, 트랜지스터)를 포함하지 않는다. 개별층에 있는 열 전극들의 어레이와 행 전극들의 직각 어레이가 기판 위에 형성되고; 열과 행 전극들 사이의 교차점이 발광 다이오드의 전극들을 형성한다. 그런 후에 외부 드라이버 칩들이 각 열(또는 행)에 전류를 연속적으로 공급하면서 직각 행(또는 열)이 열(또는 행)에 있는 각 발광 다이오드를 조명하기 위해 적절한 전압을 공급한다. 따라서, 수동-매트리스 디자인은 n2의 개별적으로 제어가능한 발광 소자들을 만들기 위해 2n 연결을 사용한다. 그러나, 수동-매트릭스 구동 디바이스는 디바이스에 포함될 수 있는 열(또는 행)의 수가 제한되는데 이는 열(또는 행) 구동의 결과로서 일어나는 특성이 플리커를 형성하기 때문이다. 열이 너무 많이 포함되는 경우, 플리커는 인식할 수 있게 될 수 있다. 게다가, 원하는 프레임 속도로 디스플레이에서 전체 열(또는 행)을 구동하는데 필요한 전류들은 문제를 일으킬 수 있고 수동-매트릭스 디스플레이의 물리적 크기를 제한한다.
능동 매트릭스 디바이스에서, 능동 제어 소자들은, 예를 들어, 비결정 또는 다결정 실리콘과 같은 반도체 재료의 박막으로 형성되고 평판 기판 위에 분산되어 있다. 전형적으로, 각 서브-픽셀은 하나의 제어 소자에 의해 제어되며, 각 제어 소자는 적어도 하나의 트랜지스터를 포함한다. 예를 들어, 간단한 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이에서, 각 제어 소자는 두 개의 트랜지스터(선택 트랜지스터 및 전원 트랜지스터) 및 서브-픽셀의 휘도를 특정하는 전하를 저장하기 위한 하나의 커패시터를 포함한다. 각 발광 소자는 일반적으로 독립 제어 전극 및 공통 전극을 사용한다. 발광 소자들의 제어는 통상적으로 데이터 신호 라인, 선택 신호 라인, 공통 전원 연결 및 공통 접지를 통해 제공된다. 능동-매트릭스 소자들은 반드시 디스플레이들에 한정되지 않고 공간적으로 분배된 제어를 필요로 하는 다른 응용분야에 사용될 수 있다. 동일한 수의 외부 제어 라인(전원 및 접지 제외)이 수동-매트릭스 디바이스에서와 같이 능동-매트릭스 디바이스에 사용될 수 있다. 그러나, 능동-매트릭스 디바이스에서, 각 발광 소자는 제어 회로로부터 개개의 구동 연결부를 가지며 데이터 등록을 위해 선택되지 않을 때에도 활동을 하여서 플리커가 제거된다.
능동 매트릭스 제어 소자를 형성하기 위한 하나의 공통된 종래 기술의 방법은 일반적으로 유리 기판상에 실리콘과 같은 반도체 재료의 박막을 적층한 다음 포토리소그래피 공정을 통하여 그 반도체 재료를 트랜지스터들과 커패시터들로 형성하는 것이다. 박막 실리콘은 비결정 또는 다결정 실리콘 중 하나일 수 있다. 비결정 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 박막 트랜지스터들(TFTs)은 결정 실리콘 웨이퍼로 이루어진 종래 트랜지스터들에 비하여 상대적으로 크고 낮은 성능을 갖는다. 게다가, 그러한 박막 디바이스들은 일반적으로 유리 기판을 가로지르는 국지적이거나 큰 영역의 불균일성을 나타내며, 이는 전기적 성능 또는 그러한 재료를 사용하는 디스플레이의 시각적 형태의 불균일성을 가져온다.
다른 제어 기술을 사용하여, 마츠무라 등(Matsumura et al.)은 미국특허공개공보 제2006/0055864호에서 LCD 디스플레이를 구동하기 위하여 사용된 결정질 실리콘 기판들을 기술한다. 상기 공개공보는 제 1 반도체 기판들로 이루어진 픽셀 제어 디바이스들을 선택적으로 제 2 평판 디스플레이 기판상으로 이송하고 부착하는 방법을 설명한다. 픽셀 제어 디바이스 내의 배선 상호연결 및 픽셀 제어 디바이스에 대한 버스들 및 제어 전극들로부터의 연결들이 도시된다.
능동-매트릭스 또는 수동-매트릭스 제어가 사용되든, 대형-포맷 디스플레이를 형성하는 것은 어렵다. 능동 매트릭스 디자인인 사용되는 경우, 대형 기판 위에 반도체 재료의 균일한 필름을 형성하는 것은 어렵고 비용이 든다. 수동-매트릭스 디자인이 사용되는 경우, 큰 면적 위의 임피던스에 의한 신호 라인 크기에 대한 제한뿐만 아니라 플리커에 의한 열 또는 행의 수에 대한 제한이 있다. 대형 포맷 디스플레이를 디자인하는 한 방법은 대형 포맷 디스플레이보다 훨씬 더 적은 타일을 사용하는 것이다. 각 타일은 수동 또는 능동인 개개의 제어 소자를 가질 수 있다. 예를 들어, 국제특허공개공보 WO99/41732는 수동으로 제어된 타일의 어레이를 개시한다. 그러나, 타일들 사이의 모서리들은 이미지 품질을 떨어뜨리고 관찰자에게 불만족스러운 눈에 띄는 이음매를 형성한다.
이런 요구는 a) 기판; b) 기판상에 형성된 2차원 픽셀 어레이(픽셀들은 복수의 픽셀 그룹으로 연결되고, 각 픽셀 그룹은 적어도 4개의 픽셀을 포함하고 상응하는 그룹에 있는 픽셀들에만 연결되고 구동하는 그룹 열 전극들과 그룹 행 전극들의 개별 세트를 포함하며, 그룹 열 전극들의 각각은 둘 이상의 픽셀과 연결되고 그룹 행 전극들의 각각은 둘 이상의 픽셀과 연결되어, 단일 그룹 열 전극은 단일 그룹 행 전극과 함께 단일 픽셀을 구동한다); 및 c) 픽셀 어레이 내에서 기판 위에 위치한 둘 이상의 칩렛(각 칩렛은 픽셀 그룹과 연결되고 연결된 그룹 열 전극들과 연결된 그룹 행 전극들의 각각에 연결을 가지며 적어도 각 픽셀 그룹 내의 픽셀들과 같은 수의 여러 저장 소자들을 가지며, 저장 소자는 한 픽셀에 대한 원하는 휘도를 나타내는 값을 저장하며 칩렛은 연결된 픽셀 그룹에 있는 각 픽셀의 원하는 휘도를 제어하기 위해 그 값을 사용한다)을 포함하는 하이브리드 드라이브를 구비한 디스플레이 디바이스에 의해 본 발명의 한 실시예에서 충족된다.
본 발명은 개별 그룹들 속에 연결된 픽셀들을 구동하기 위해 열 및 행 전극 연결을 가진 칩렛 드라이버들을 구비한 디스플레이 디바이스를 제공함으로써, 연결 패드들의 수, 칩렛들의 수와 크기 및 칩렛들의 비용이 모두 감소하는 장점을 가진다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 복수의 칩렛들과 연결된 픽셀 그룹들을 구비한 디스플레이 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 칩렛 회로의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열과 행 전극을 가진 한 픽셀 그룹의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 열과 행 전극을 가진 한 픽셀 그룹에서 한 열의 발광 소자들의 부분 단면도이다.
도면들에서 다양한 층들과 소자들이 여러 실시예들에서 매우 다른 크기를 갖기 때문에, 도면은 축소나 확대하지 않는다.
한 실시예에서, 본 발명은 하이드리브 드라이브를 구비한 이미징 디바이스를 포함한다. 이미징 디바이스는, 예를 들어, 이미지 디스플레이 디바이스(예를 들어, 발광 디바이스) 또는 이미지 캡처 디바이스(예를 들어, 광민감성 디바이스)일 수 있다. 본 발명에서 개시한 대로 하이브리드 드라이브는 수동-매트릭스와 능동-매트릭스 제어의 특질들을 결합한 발광 소자들의 어레이의 휘도를 제어하는 수단이다. 도 1을 참조하면, 이미징 디바이스(5)는 하나의 연속된 기판(10)을 포함한다. 2차원 픽셀 어레이는 기판(10)상에 형성되고, 픽셀들(30)은 복수의 픽셀 그룹(32)으로 연결되고, 각 픽셀 그룹(32)은 적어도 4개의 픽셀(30)을 포함하고 상응하는 픽셀 그룹(32)에 있는 픽셀들(30)에만 연결되고 구동하는 그룹 열 전극들(40)과 그룹 행 전극들(42)의 개별 세트를 포함하며, 그룹 열 전극들(40)의 각각은 둘 이상의 픽셀(30)과 연결되고 그룹 행 전극들(42)의 각각은 둘 이상의 픽셀(30)과 연결되어, 단일 그룹 열 전극(40)은 단일 그룹 행 전극(42)과 함께 단일 픽셀(30)을 구동한다. 둘 이상의 칩렛(20)은 픽셀 어레이 내에서 기판(10) 위에 위치하고, 각 칩렛(20)은 픽셀 그룹(32)과 연결된다. 칩렛들(20)은 통상적으로, 예를 들어, 결정성 실리콘인 배어 반도체 다이이고, 핀 연결과, 예를 들어, 플라스틱, 세라믹인 추가 패키징을 갖지 않는다.
도 1에 도시된 대로, 9개 칩렛들(20)은 픽셀 어레이 내에서 기판(10) 위로 3x3 어레이로 도시된다. 그러나, 칩렛들(20)은 1차원 어레이로 배열될 수 있고 픽셀 그룹들(32)도 마찬가지로 1차원 어레이로 배열된다. "픽셀 어레이(32) 내에서"라는 문장은 칩렛들(20)이 픽셀 어레이(32)의 주변 근처에 위치하지 않고 픽셀 어레이의 기판 영역 내에서 발견되는 것을 의미하는 것으로 정의된다. 칩렛들(20)은 픽셀 어레이에 있는 픽셀들(30)을 가진 공통층일 수 있거나 기판(10)과 픽셀층 사이의 다른 층일 수 있고 또는 픽셀층은 기판(10)과 칩렛들(20) 사이일 수 있다. 이미징 디바이스는 단일의 연속된 기판(10) 상에 형성되며 개개의 독립적으로 제조된 타일을 포함하지 않는다.
픽셀들(30)의 2차원 어레이는 이미징 디바이스(5)에 있는 픽셀들(30)의 전부를 포함할 수 있거나 디바이스에 있는 픽셀들의 서브세트, 예를 들어, 픽셀들(30)의 x x y 어레이를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이 내에서 각 픽셀 그룹(32)은 m x n 픽셀들(30)을 가질 수 있으며, m<x 및 n<y이다. 통상적으로, m = x/a 및 n = y/b이고 a x b는 칩렛들(20)의 수이다. a 또는 b는 1일 수 있거나 둘 다 아닐 수 있다. x가 a로 정확히 나눠지고 y가 b로 정확히 나눠져서 각 칩렛이 m x n 픽셀의 동일한 수를 갖는 경우 도움이 된다. 또한 각 칩렛이 모든 다른 칩렛들과 각 열과 행에서 동일한 수의 픽셀들을 갖는 경우(즉, m과 n은 각 칩렛의 대해 동일한 값을 가진다) 도움이 된다. 픽셀 그룹들은 픽셀 그룹 치수가 픽셀 어레이의 상응하는 치수보다 작은 한(바람직하게는 짝수로 나눠지는 한), 예를 들어, 64, 128, 256, 512 또는 1024와 같은 2의 배수인 치수를 가질 수 있다. 한 예시적 디자인에서, 칩렛 컨트롤러를 가진 16열 x 16행 어레이를 사용하는 것이 도움이 되는 것이 발견되었다.
도 2를 참조하면, 각 칩렛(20)은 관련 그룹 열 전극(40)과 관련 그룹 행 전극(42)의 각각에 연결을 가지며 적어도 각 픽셀 그룹(32) 내의 픽셀들과 같은 수의 여러 픽셀들을 위한 저장 소자(70)를 가지며, 저장 소자(70)는 한 픽셀을 위한 바람직한 휘도를 나타내는 값을 저장하며 및 칩렛(20)은 관련 그룹(32)에서 각 픽셀(30)의 원하는 휘도를 제어하기 위해 이런 값을 사용한다. 연결 패드(80)는 각각 그룹 행과 열 전극(40, 42)에 칩렛(20) 회로를 연결하는데 사용될 수 있다. 칩렛 상호연결 버스(52)는 신호들을 칩렛들(20)에 전달하기 위해 사용될 수 있고 칩렛 컨트롤러(72)는 상호연결 버스(52), 저장 소자(70) 및 그룹 열 및 그룹 행 전극(40, 42)을 통과하는 상응하는 발광 소자를 제어한다. 상호연결 버스(52)는 직렬로 또는 병렬로 통신할 수 있고 연결 패드(80)를 통해 칩렛(20)에 연결된다. 상호연결 버스(52)는 한 칩렛(20)으로부터 다른 칩렛(20) 까지 데이지 화환처럼 연결될 수 있거나 모든 칩렛(20)에 공통으로 개별적으로 연결될 수 있다.
도 2에 도시된 대로, 칩렛(20)은 픽셀 그룹(32)에 있는 각 픽셀(30)을 위한 저장 소자(70)를 가진다. 그러나, 본 발명의 한 실시예에 따라, 픽셀 그룹(32)은 두 치수(two dimensions)를 가지며 저장 소자(70)의 수는 적어도 픽셀 그룹(32)의 두 치수 중 더 작은 치수와 같이 커야한다. 도 1의 실시예에서, 픽셀 그룹(32)은 두 열과 두 행을 가져서 칩렛(20)은 적어도 2개의 저장 소자(70)를 가져야 한다. 이미지 정보와 같은 정보는 활성화될 열(또는 행)을 위한 픽셀(30)에 상응하는 저장 소자(70)에 저장된다. 적어도 한 열(또는 행)의 정보는 하나의 통신 단계에서 저장되고 디스플레이될 수 있다. 선택적으로, 전체 픽셀 그룹(32)의 정보가 저장될 수 있다. 본 발명의 한 예시적 실시예에서, 칩렛(20)은 각 픽셀(30)이 한 통신 단계에서 디스플레이되는 적어도 두 저장 소자(70)를 가져서 정보가 두 저장 소자(70)의 하나에 저장되는 반면 두 저장 소자(70의 두 번째에 저장된 정보는 픽셀 그룹(32)의 열 또는 행 위에 디스플레이된다.
도 3을 참조하면, 픽셀 그룹(32)은 발광 소자 또는 픽셀(30)의 어레이, 예를 들어, 직사각형 어레이를 형성할 수 있다. 각 픽셀(30)은 그룹 열 전극(40)과 그룹 행 전극(42)의 겹치는 교차점에 의해 형성된다. 도 4를 참조하면, 픽셀 그룹(32)의 한 열의 부분 단면에서, 그룹 행 전극(42)이 기판(10) 위에 형성된다. 그룹 행 전극(42)은 재료의 하나 이상의 층으로 코팅되고, 층들 중 적어도 하나는 발광층이고 유기 재료, 무기 재료 또는 유기와 무기 재료의 조합을 포함할 수 있다. 재료(90)의 층들은 그룹 열 전극(40)으로 코팅되어 점선으로 그려진 발광 픽셀 소자(30)의 열을 형성한다.
도 1에 도시된 대로, 각 칩렛(20)은, 칩렛(20)과 연결된 픽셀들(30)에 제어 신호들을 제공하기 위해서, 하나 이상의 직렬 또는 하나 이상의 병렬 버스(52) 또는 둘 다에 의해 연결될 수 있다. 버스(52)는 병렬로 또는 데이지 체인(daisy-chained)으로 점 대 점으로 연결될 수 있다. 적어도 하나의 버스(52)는 칩렛 어레이(22)의 한 행에 있는 칩렛들(20)의 전부에 연결될 수 있거나 적어도 하나의 버스(22)가 칩렛 어레이(22)의 한 열에 있는 칩렛들(20)의 전부에 연결될 수 있다.
버스(52)는 타이밍(예를 들어, 시계) 신호, 데이터 신호, 선택 신호, 전원 연결 또는 접지 연결을 포함하는 다양한 신호를 제공할 수 있다. 신호들은 예를 들어, 디지털 어드레스 또는 데이터 값과 같은 아날로그 또는 디지털일 수 있다. 저장 소자(70)는 디지털(예를 들어, 플립-플랍을 포함) 또는 아날로그(예를 들어, 전하를 저장하기 위한 커패시터를 포함)일 수 있다. 버스(52)는 다양한 방법, 예를 들어, 포토리소그래피, 레이저 마스크리스 기술 또는 잉크젯과 같은 첨가 기술들에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들에서, 기판(10) 위에 분산된 칩렛들(20)은 동일할 수 있다. 그러나, 고유의 식별 값, 즉, ID는 각 칩렛(20)과 연결될 수 있다. ID는 칩렛(20)이 기판(10) 위에 위치하기 전 또는 바람직하게는 후에 배정될 수 있고 ID는 기판(10)상의 칩렛(20)의 상대 위치를 반영할 수 있는데, 즉, ID는 주소가 될 수 있다.
본 발명의 다른 한 실시예에서, 하나 이상의 추가 제어 칩렛(50)(도 1)은 이미징 디바이스(5)를 제어하는데 사용될 수 있다. 이런 추가 제어 칩렛(50)은 픽셀(30)과 칩렛(20)과 동일한 기판(10) 상에, 예를 들어, 기판(10)의 주변 상에 위치할 수 있거나 기판(10)의 외부에 위치할 수 있다. 추가 제어 칩렛(20)은 이미징 디바이스(5)에 추가 제어를 제공할 수 있고 칩렛(20)과 픽셀(30)과 통신하고 제어하기 위해 추가 제어 버스(62)를 사용할 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따라, 각 칩렛(20)의 크기는 칩렛(20)에 대한 연결의 수에 의해 결정되는데, 특히, 각 칩렛(20) 상의 연결 패드(80)의 수에 의해 결정된다. 상기 참조출원(US 미국특허출원 12/191,462)에 개시된 것과 같이, 예를 들어, 개별 제어 전극을 통해 각 픽셀(30)을 직접 제어하는 칩렛(20)은 각 픽셀(30)을 위한 개개의 전극(및 연결 패드)을 필요로 한다. 각 다소자 픽셀이 적색, 녹색, 청색, 백색 구조로 4개 발광 픽셀 소자(30)를 가지는 4개의 다소자 픽셀을 제어하는 칩렛(20)은 발광 픽셀 소자(30)를 제어하기 위해 16개 연결 패드를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 한 실시예에 따라, 칩렛(20)은, 8개 연결 패드(80)를 절약하여 칩렛(20)의 크기와 비용을 결과적으로 줄이기 위해, 단지 8개 연결 패드, 4개 그룹 행 전극(42) 및 4개 그룹 열 전극(40)을 사용할 수 있다. 제 2 실시예에서, 본 발명의 한 실시예에 따라, 픽셀(30)의 8 x 8 어레이를 가진 64개 픽셀을 가진 픽셀 그룹(32)은 픽셀 그룹(32)에 있는 픽셀(30)을 제어하기 위해 전체 16개 연결 패드(80)를 위한 단지 8개 그룹 행 전극(42)과 8개 그룹 열 전극(40)을 사용할 수 있다. 비교를 하면, 상기 참조한 특허출원(US 특허출원 12/191,462)은 64개 연결 패드(80)를 필요로 할 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 세 번째 실시예에서, 픽셀(30)의 16 x 16 어레이를 가진 256개 픽셀(30)을 가진 픽셀 그룹(32)은 픽셀 그룹(32)에 있는 픽셀(30)을 제어하기 위해 전체 32개 연결 패드(80)를 위한 16개 그룹 행 전극(42)과 16개 그룹 열 전극(40)을 사용할 수 있다. 비교를 하면, 상기 참조한 공개공보는 256개 연결 패드(80)를 필요로 할 것이다. 일반적으로, 본 발명은 n2 연결 패드(80)가 아닌 n2 픽셀(30)의 각 픽셀 그룹(32)을 위해 단지 2n 연결 패드(80)를 필요로 한다.
본 발명은 다음과 같이 작동할 수 있다. 컨트롤러는 비디오 신호를 수신한다. 컨트롤러는 이미징 디바이스의 요구에 따라 신호를 처리하고 처리된 신호를 하나 이상의 제어 버스를 통해 칩렛 어레이에 있는 각 칩렛에 전송한다. 처리된 신호는 칩렛에 상응하는 픽셀 그룹에 있는 각 발광 픽셀 소자를 위한 휘도 정보를 포함한다. 칩렛 컨트롤러는 각 발광 픽셀 소자에 상응하는 저장 소자에 있는 휘도 정보를 저장한다. 그런 후에 컨트롤러는 연결 패드와 그룹 행 전극을 통해 일렬로 있는 픽셀에 상응하는 각 저장 소자로부터 그 열에 있는 발광 소자 픽셀 소자에 휘도 정보를 보낸다. 동시에 그룹 열 전극에 전원이 공급되어 그 열에 있는 각 발광 픽셀 소자는 상응하는 저장 소자에 저장된 휘도 정보에 따라 빛을 방출한다. 칩렛의 전부는 동시에 이의 상응하는 픽셀 그룹의 열을 구동시킬 수 있다. 뒤이어, 픽셀 그룹에 있는 제 2 열이 구동될 수 있고, 뒤이어 픽셀 그룹에 있는 발광 픽셀 소자들의 다른 나머지 열이 구동될 수 있다. 본 출원에서, "열"과 "행"의 지정은 임의적이며 바뀔 수 있다는 것을 알아야 한다.
비록 한 픽셀 그룹에 있는 개개의 열의 연속적인 활성화가 플리커를 유발할 수 있지만, 픽셀 그룹들은 (칩렛 어레이에 있는 칩렛들의 수와 각 픽셀 그룹에 있는 픽셀들의 수에 따라) 전체 이미징 디바이스에 있는 픽셀들의 수에 비교해서 비교적 적고 픽셀 그룹들도 동시에 활성화되기 때문에, 플리커는 크게 감소할 수 있다. 또한, 그룹 열 전극 및 그룹 행 전극은 픽셀 그룹 내에서만 연결되기 때문에, 그룹 열 전극과 그룹 행 전극은 짧고, 칩렛에서 전극 커패시턴스와 저항 및 고 전력 구동 회로를 위한 필요를 감소시킨다. 따라서, 원하는 휘도에서 각 픽셀 열이 발광하는 시간의 몫이 증가하고, 플리커가 감소하고 전류 밀도가 감소한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라, 칩렛들은 다양한 방식으로 제조될 수 있는데, 예를 들어, 한 또는 두 열의 연결 패드가 칩렛의 긴 치수를 따라간다. 상호연결 버스는 다양한 재료들로 형성될 수 있고 디바이스 기판상에 증착을 위해 다양한 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 상호연결 버스들은, 예를 들어, 알루미늄, 은 또는 마그네슘 은과 같은 다양한 금속 합금과 같이 증착되거나 스퍼터링된 금속일 수 있다. 선택적으로, 상호연결 버스들은 경화된 도전성 잉크 또는 금속 산화물로 제조될 수 있다. 비용이 장점인 한 실시예에서, 상호연결 버스들은 단일층으로 형성된다.
본 발명은, 단단하거나 유연한 예를 들어, 유리, 플라스틱 또는 호일과 같은 대형 디바이스 기판을 사용하고, 복수의 칩렛들이 디바이스 기판상에 규칙적인 형식으로 배열되는 멀티-픽셀 디바이스 실시예들에 특히 유용하다. 각 칩렛은 칩렛에 있는 회로에 따라 및 제어 신호들에 응답하여 디바이스 기판 위에 형성된 복수의 픽셀들을 제어할 수 있다.
본 발명에 따라, 칩렛들은 기판 위에 분산된 픽셀 제어 소자들을 제공한다. 칩렛은 디바이스 기판에 비하여 상대적으로 소형의 집적 회로로서 독립된 기판상에 형성된, 배선, 연결 패드들, 저항 또는 커패시터와 같은 수동 구성요소들, 또는 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 능동 구성요소들을 포함하는 회로를 포함한다. 칩렛들은 디스플레이 기판과 분리 제조된 후 디스플레이 기판에 사용된다. 칩렛들은 바람직하게는 반도체 디바이스를 제조하기 위한 공지된 공정들을 사용하는 실리콘 또는 실리콘 온 인슐레이터(SOI)를 사용하여 제조된다. 각 칩렛은 디스플레이 기판에 부착하기 전에 분리한다. 따라서 각 칩렛의 결정질 기재(base)는 디바이스 기판과 분리되고 그 위에 칩렛 회로 소자들이 배치된 기판으로 생각될 수 있다. 특히, 독립 기판들은 픽셀들이 형성된 기판(10)과 구별되며, 멀티-칩렛 디바이스를 위한 독립 칩렛 기판들의 영역은 모두 합쳐도 디바이스 기판(10)보다 작다. 칩렛들은 예를 들어, 박막 비결정 또는 다결정 실리콘 디바이스들에 발견된 것보다 고성능의 능동 구성요소들을 제공하기 위해 결정 기판을 가질 수 있다. 칩렛들은 바람직하게는 100㎛ 이하의 두께, 좀 더 바람직하게는 20㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 이는 칩렛 위에 종래 스핀-코팅 기술을 사용하여 도포될 수 있는 접착제 및 평탄화 재료의 형성을 용이하게 한다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 결정질 실리콘 기판 상에 형성된 칩렛들은 기하학적 어레이로 배열되며, 접착 또는 평탄화 재료와 함께 장치 기판에 부착된다. 칩렛 표면상의 연결 패드들이 기판 위에 형성된 제어 라인 배선을 통하여 픽셀들을 구동하기 위하여 각 칩렛을 신호 배선, 전력 버스 및 제어 전극에 연결하기 위하여 사용된다. 칩렛들은 하나, 복수 또는 다수의 픽셀들을 제어할 수 있다. 그러나, 각 칩렛이 적어도 두 개의 픽셀을 제어하는 것이 바람직하다.
칩렛들(20)은 반도체 기판에 형성되기 때문에, 칩렛의 회로 소자들은 최신 리소그래피 공구들을 사용하여 형성될 수 있다. 그러한 공구들로, 0.5 미크론 이하의 피처 크기(feature size)가 쉽게 달성될 수 있다. 예를 들어, 최신 반도체 제조 라인은 90nm 또는 45nm의 선폭(line width)을 달성할 수 있으며 본 발명의 칩렛들을 제조하는데 사용될 수 있다. 그러나, 칩렛은 또한 디스플레이 기판상에 조립된 후 칩렛 위에 제공된 배선층에 전기적 연결을 형성하기 위한 연결 패드들을 필요로 한다. 연결 패드들은 디스플레이 기판에 사용된 리소그래피 공구들의 피처 크기(예를 들어 5㎛) 및 배선층에 대한 칩렛의 배열(예를 들어, +/- 5㎛)에 기초하여 크기가 결정되어야 한다. 따라서, 연결 패드는 예를 들어 패드들 사이에 5㎛의 공간을 갖는 15㎛ 폭을 가질 수 있다. 이는 일반적으로 패드들이 칩렛이 형성된 트랜지스터 회로 소자들보다 상당히 클 것임을 의미한다.
패드들은 일반적으로 트랜지스터들 위의 칩렛 상에 금속층으로 형성될 수 있다. 낮은 제조 비용을 가능하게 하기 위하여 가능한 작은 표면 영역을 갖는 칩렛을 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 일반적으로 트랜지스터가 아닌 연결 패드들의 크기와 개수가 칩렛의 크기를 제한할 것이다.
기판(예를 들어, 비정질 또는 다결정 실리콘) 상에 직접 형성된 회로보다 높은 성능을 구비한 회로 소자를 갖는 (예를 들어, 결정질 실리콘을 포함하는) 독립된 기판을 구비한 칩렛들을 사용함으로써, 더 높은 성능의 장치가 제공된다. 결정질 실리콘은 더 높은 성능뿐 아니라 훨씬 작은 능동 소자들(예를 들어, 트랜지스터들)을 갖기 때문외 회로 크기가 훨씬 감소되며 따라서 칩렛의 크기가 장치를 제어하고 전력을 공급하기 위해 필요한 연결 패드의 개수와 공간에 의해 결정된다. 유용한 칩렛이 또한 예를 들어, 2008년 3.4의 13페이지 Digest of Technical Papers of the Society for Imformation Display에, 윤, 리, 양 및 장(Yoon, Lee, Yang 및 Jang)에 의한 "아모레드 구동에서 MEMs 스위치들의 새로운 사용(A novel use of MEMs switches in driving AMOLED)"에 개시된 바와 같이, 미소 전자 기계(MEMS) 구조를 사용하여 형성될 수 있다.
디바이스 기판은 유리 및 예를 들어 본 기술분야에서 공지된 포토리소그래피 기술들로 패터닝된 평탄화층(예를 들어, 수지) 위에 형성된 알루미늄 또는 은과 같이 증착 또는 스퍼터링된 금속으로 이루어진 배선층을 포함할 수 있다. 칩렛은 집적회로 산업에서 널리 인정받는 공지된 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
본 발명은 멀티 픽셀 인프라 구조를 갖는 디바이스들에 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 유기 또는 무기 LED 디바이스로 사용될 수 있으며, 특히 정보 디스플레이 디바이스에 유용하다. 바람직한 실시예에서, 본 발명은 탕 외(Tang et al.)의 1988년 9월 6일 등록된 미국특허번호 제4,769,292호 및 반 슬리크 외(Val Slyke et al.)의 1991년 10월 29일에 등록된 미국특허번호 제5,061,569에 개시된, 그러나 이에 제한되지 않는 소분자 또는 중합체 OLED로 구성된 평판 OLED 디바이스에 사용될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어 카렌(Kahen)의 미국공개특허공보 제2007/0057263호에 개시된 바와 같이) 다결정 반도체 매트릭스에 형성된 양자 도트를 사용하는 무기 디바이스들 및 유기 또는 무기 전하 제어층을 사용하는 무기 디바이스들 또는 하이브리드 유기/무기 디바이스들이 사용될 수 있다. 유기 또는 무기 발광 디스플레이의 많은 조합 및 변형들이 탑 또는 바텀 이미터 구조 중 하나를 갖는 능동 매트릭스 디스플레이를 포함하는 이런 디바이스를 제조하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명은 특정한 바람직한 실시예들을 구체적으로 참조하여 상세하게 기술되었으나, 변형과 변화가 본 발명의 취지와 범위 내에서 가능하다는 것을 이해해야 한다.
5 이미징 디바이스
10 디바이스 기판
20 칩렛
22 칩렛 어레이
30 픽셀
32 픽셀 그룹
40 열 전극
42 행 전극
50 제어 칩렛
52 버스
60 컨트롤러
62 컨트롤 버스
70 전극 부분
72 칩렛 컨트롤러
80 연결 패드
90 재료의 층들

Claims (20)

  1. a) 단일의 연속된 기판;
    b) 기판상에 형성된 2차원 픽셀 어레이; 및
    c) 픽셀 어레이 내에서 기판 위에 위치한 둘 이상의 칩렛을 포함하는 하이브리드 드라이브를 구비한 이미징 디바이스로서,
    픽셀들은 복수의 픽셀 그룹으로 연결되며, 각 픽셀 그룹은 적어도 4개의 픽셀을 포함하고 상응하는 그룹에 있는 픽셀들에만 연결되고 구동하는 그룹 열 전극들과 그룹 행 전극들의 개별 세트를 포함하고, 그룹 열 전극들의 각각은 둘 이상의 픽셀과 연결되고 그룹 행 전극들의 각각은 둘 이상의 픽셀과 연결되어, 단일 그룹 열 전극은 단일 그룹 행 전극과 함께 단일 픽셀을 구동하며,
    각 칩렛은 픽셀 그룹과 연결되고 연결된 그룹 열 전극들과 연결된 그룹 행 전극들의 각각에 연결을 가지며 적어도 각각의 픽셀 그룹 내의 픽셀들과 같은 수의 저장 소자들을 가지고, 저장 소자는 한 픽셀에 대한 원하는 휘도를 나타내는 값을 저장하며 칩렛은 연결된 픽셀 그룹에 있는 각 픽셀의 원하는 휘도를 제어하기 위해 그 값을 사용하는 이미징 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 칩렛에 전기적으로 연결된 하나 이상의 버스들을 포함하는 이미징 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 버스의 적어도 하나는 적어도 둘 이상의 칩렛을 통해 직렬로 연결된 직렬 버스인 이미징 디바이스.
  4. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 버스들 중 적어도 하나는 칩렛들에 공통으로 연결된 병렬 버스인 이미징 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    병렬 버스는 전원 또는 접지 전기적 연결을 제공하는 이미징 디바이스.
  6. 제 2 항에 있어서,
    버스는 데이터 신호를 전송하는 이미징 디바이스.
  7. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 버스 연결들 중 적어도 하나는 병렬 버스이고 하나 이상의 버스 연결들 중 적어도 하나는 직렬 버스인 이미징 디바이스.
  8. 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 버스들 중 적어도 하나가 칩렛 어레이의 한 행에 있는 칩렛들의 전부에 연결되거나, 적어도 하나의 버스가 둘 이상의 칩렛들의 한 열에 있는 칩렛들의 전부에 연결되는 이미징 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    픽셀 그룹들의 각각은 픽셀들의 직사각형 어레이를 형성하는 이미징 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    저장 소자는 아날로그 저장 소자, 전하를 저장하는 커패시터 또는 디지털 저장 소자인 이미징 디바이스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    디바이스는 비 발광성 디스플레이 디바이스인 이미징 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    디바이스는 이미지 캡쳐 디바이스인 이미징 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    칩렛들은 동일한 이미징 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    각 칩렛은 고유의 식별자를 가지는 이미징 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각 칩렛의 고유의 식별자는 칩렛들이 기판 위에 위치한 후 만들어지고 각 칩렛의 고유의 식별자는 2차원 칩렛 어레이에서 각 칩렛의 상대 위치에 상응하는 이미징 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    칩렛들을 구동하기 위해 둘 이상의 칩렛들의 둘레 근처에 위치한 제어 칩렛들을 더 포함하는 이미징 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    각 칩렛의 크기는 칩렛에 대한 연결의 수에 의해 결정되는 이미징 디바이스.
  18. 제 1 항에 있어서,
    디바이스는 디스플레이 디바이스인 이미징 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서,
    디바이스는 유기 LED 디스플레이 디바이스 또는 무기 LED 디스플레이 디바이스인 이미징 디바이스.
  20. 제 1 항에 있어서,
    각 칩렛은 적어도 두 그룹 열 전극과 두 그룹 행 전극에 연결되는 이미징 디바이스.
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