(57)【要約】  エレクトロルミネッセントディスプレイは、ディスプレイ基板１０と、ディスプレイ基板の上に形成された複数のパターニングされた第１の電極１２と、複数の第１の電極の上に形成された１つ又は複数の発光材料層１４と、１つ又は複数の発光材料層の上に形成された少なくとも１つの第２の電極１６と、複数のチップレット２２とを備える。各チップレットは、第１の電極に電気的に接続される。各チップレットは、チップレット回路部に接続された、光検出器４２と、１つ又は複数の発光材料層とは別個の発光器４０とを更に備える。チップレット回路部は、発光器によって放射された光を変調する変調回路５０と、光検出器によって検出された光を復調する復調回路５２とを備え、それにより、第１のチップレットの発光器によって放射された光は第２のチップレットの光検出器によって受光される。
2014511502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレクトロルミネッセントディスプレイであって、
（ａ）デバイス面及び表示エリアを有するディスプレイ基板と、
（ｂ）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の上に形成された複数のパターニングされた第１の電極、該複数の第１の電極の上に形成された１つ又は複数の発光材料層、及び該１つ又は複数の発光材料層の上に形成された少なくとも１つの第２の電極であって、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記発光材料が前記表示エリア内の発光エリアにおいて発光するように電流を提供する、第１の電極、１つ又は複数の発光材料層及び第２の電極と、
（ｃ）複数のチップレットであって、各チップレットは、前記表示エリアにおいて前記デバイス基板の前記デバイス面の上に配置されかつそれに付着している、前記ディスプレイ基板とは別個でありかつ独立しているチップレット基板と、１つ又は複数の接続パッドと、前記チップレットに形成されたチップレット回路とを有し、該チップレット回路は１つ又は複数の接続パッドに電気的に接続され、少なくとも１つの接続パッドは第１の電極に電気的に接続されている、複数のチップレットと、
を具備し、
（ｄ）各チップレットは、光検出器と、前記１つ又は複数の発光材料層とは別個である発光器とを更に備え、該光検出器及び該発光器は、第１のチップレットの前記発光器によって放射された光が第２のチップレットの前記光検出器によって受光されるように配置されて、前記チップレット回路部に接続されており、該チップレット回路部は、前記発光器によって放射される光を変調する変調回路と、前記光検出器によって検出された光を復調する復調回路とを備えている、
エレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項２】
前記チップレット回路は、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電流の流れを制御する回路部を含む、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項３】
前記チップレットの少なくとも一部の上に又はその周囲に延在している少なくとも１つの透明な層を更に具備し、前記発光器は前記透明な層内に光を放射する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項４】
前記ディスプレイ基板は透明であり、少なくとも１つのチップレットの前記発光器によって放射された光は、前記ディスプレイ基板を透過するか又は該ディスプレイ基板によって反射される、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項５】
少なくとも１つのチップレットの前記発光器によって放射された光を反射又は透過するカバーを更に具備する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項６】
前記第１のチップレットから前記第２のチップレットまで延在する光導波路構造体を更に具備し、該光導波路構造体は、前記第１のチップレットの前記発光器によって放射された光を該導波路構造体内に伝送する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項７】
前記ディスプレイ基板の外部のコントローラーを更に具備し、該コントローラーは、前記ディスプレイ基板又は前記導波路構造体内に光を放射するコントローラー光学発光器を含む、請求項６に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項８】
前記変調光は、画像情報に従って変調される、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項９】
前記変調回路は、前記発光器によって放射される前記光を時間的に変調する、請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイ。
【請求項１０】
エレクトロルミネッセントディスプレイを動作させる方法であって、
ａ）請求項１に記載のエレクトロルミネッセントディスプレイを準備することと、
ｂ）前記エレクトロルミネッセントディスプレイの外部のディスプレイコントローラーを準備することと、
ｃ）前記ディスプレイコントローラーからの情報を、前記エレクトロルミネッセントディスプレイの少なくとも前記第１のチップレットに通信することと、
ｄ）前記第１のチップレットの前記発光器から放射される光を変調し、前記第２のチップレットの前記光検出器を使用して前記変調光を検出し復調することにより、前記エレクトロルミネッセントディスプレイの前記第１のチップレットから前記第２のチップレットに情報を光通信することと、
ｅ）前記情報に従って各チップレットに接続された前記第１の電極を駆動することであって、それにより前記発光層の少なくとも一部を発光させることと、
を含む、エレクトロルミネッセントディスプレイを動作させる方法。
【請求項１１】
前記第１のチップレットの前記発光器によって放射される前記光は、前記チップレットの光検出器の全てによって検出される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のチップレットの前記発光器によって放射される前記光は、前記第２のチップレットの前記光検出器のみに伝送される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のチップレットの前記発光器によって放射された前記光は、前記ディスプレイ基板を透過し、又は該ディスプレイ基板から反射する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、前記第１のチップレット及び前記第２のチップレットの少なくとも一部の上に又は周囲に延在している少なくとも１つの透明な層を準備することを更に含み、前記第１のチップレットの前記発光器によって放射された光は、前記透明な層内に伝送される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記ディスプレイ基板に付着したカバーを準備することを更に含み、前記第１のチップレットによって放射された光は、前記カバーを透過するか又は該カバーから反射する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
変調光を前記ディスプレイ基板内に放射して１つ又は複数のチップレットに情報を通信する、前記ディスプレイ基板の外部のコントローラーを準備することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のチップレットによって放射された前記変調光は、ブロードキャストされ、複数の他のチップレットによって検出される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１のチップレットによって放射された前記変調光は、前記他のチップレットのうちの１つのみによって検出される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
前記光変調は時間変調である、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散した独立チップレット制御素子を有する基板を有するディスプレイデバイスに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
２００９年９月２８日に出願されて本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の「CHIPLET DISPLAY WITH OPTICAL CONTROL」と題する米国特許出願第１２／５４９，４１６号が参照される。この米国特許出願の開示は引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
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。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。
【０００４】
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。有機ＬＥＤ発光素子のアレイを含む有機ＬＥＤカラーディスプレイが知られている。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。
【０００５】
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。デバイスの効率を改善するために、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、又は赤色、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ことも知られている。
【０００６】
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。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共通電極を用いる。
【０００７】
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、また、製造プロセスは高価である。
【０００８】
Matsumura他は、特許文献１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。
【０００９】
フラットパネルディスプレイの制御方法論に関らず、アクティブマトリックスディスプレイデバイスは、個々のピクセルを制御するためにフラットパネル内に制御素子を組み込んでいる。これらの制御素子は、ディスプレイの外部のディスプレイコントローラーからデータを受け取る。データは、フラットパネルディスプレイ基板に形成されたワイヤを通して伝送される電気信号を介して通信される。こうした制御信号は、ワイヤの長さ、ワイヤの導電率及びワイヤの構成のために、帯域幅が制限される。高解像度の大型ディスプレイの場合、こうした通信帯域幅制約は、ディスプレイのリフレッシュレート、解像度、又は表示信号の正確さ及び精度を制限する可能性がある。
【００１０】
特許文献２及び特許文献３には、回路基板における光通信が記載されている。特許文献４には、フォトニック相互接続システムが記載されている。特許文献５には、光バスアーキテクチャを備えたコンピューターシステムが記載されている。しかしながら、これらの開示は、フラットパネルディスプレイにおけるピクセル制御素子間の通信の改善をもたらさない。
【００１１】
特許文献６は、積み重ねられた基板、例えばバックプレーンに差し込まれた回路基板上のチップ間の通信について記載している。特許文献７は、同様の方式を、マルチチップシステムインパッケージにおける垂直に積み重ねられたダイスに対してのみ記載している。これらの方式は、使用者が見る基板を積み重ねられた基板又は他の構成要素によって覆い隠すことができないディスプレイデバイスには適用できない。
【００１２】
特許文献８は、ＯＬＥＤを使用する光学タッチスクリーンについて記載している。ＯＬＥＤによって放射される光は、スクリーンに押し付けられた物体から反射し、オンパネルフォトセンサーによって検出される。この方式は、アクティブマトリックス制御素子間の通信を提供せず、光を反射するためにディスプレイの外部の物体に依存する。
【００１３】
特許文献９は、チップレット及びＯＬＥＤの互いに対する位置を検出する光センサーを含むチップレットについて記載している。特許文献９は、アクティブマトリックス制御素子間の通信を改善する必要について対処していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／００５５８６４号明細書
【特許文献２】米国特許第７，０９５，６２０号明細書
【特許文献３】米国特許第７，１２０，３２７号明細書
【特許文献４】米国特許第７，５４６，００４号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００２／０１７８３１９号明細書
【特許文献６】米国特許第５，２００，６３１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００９／０２８９２６５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１０／０００１６３９号明細書
【特許文献９】国際公開第２０１０／０４６６４３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
したがって、フラットパネルディスプレイにおけるアクティブマトリックス素子にかつアクティブマトリックス素子間で信号を通信する改善された方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、エレクトロルミネッセントディスプレイであって、
（ａ）デバイス面及び表示エリアを有するディスプレイ基板と、
（ｂ）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の上に形成された複数のパターニングされた第１の電極、該複数の第１の電極の上に形成された１つ又は複数の発光材料層、及び該１つ又は複数の発光材料層の上に形成された少なくとも１つの第２の電極であって、前記第１の電極及び前記第２の電極は、前記発光材料が前記表示エリア内の発光エリアにおいて発光するように電流を提供する、第１の電極、１つ又は複数の発光材料層及び第２の電極と、
（ｃ）複数のチップレットであって、各チップレットは、前記表示エリアにおいて前記デバイス基板の前記デバイス面の上に配置されかつそれに付着している、前記ディスプレイ基板とは別個でありかつ独立しているチップレット基板と、１つ又は複数の接続パッドと、前記チップレットに形成されたチップレット回路とを有し、該チップレット回路は１つ又は複数の接続パッドに電気的に接続され、少なくとも１つの接続パッドは第１の電極に電気的に接続されている、複数のチップレットと、
を具備し、
（ｄ）各チップレットは、光検出器と前記１つ又は複数の発光材料層とは別個である発光器とを更に備え、該光検出器及び該発光器は、前記チップレット回路部に接続されており、該チップレット回路部は、前記発光器によって放射される光を変調する変調回路と、前記光検出器によって検出された光を復調する復調回路とを備えている、
エレクトロルミネッセントディスプレイが提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、フラットパネル基板における複数の制御素子間の通信を改善するという利点を有している。光分配により、伝送路遅延及びＲＬＣ遅延を含む、電気通信方法が受ける遅延が取り除かれる。したがって、本発明は、帯域幅が増大しレイテンシーが短縮された通信を提供する。波長分割多重方式を使用して、帯域幅を更に増大させることができる。ディスプレイバックプレーン又は導波路を通して光を伝送することにより、ディスプレイによって占有される体積は好ましくないほど増大はしない。チップレットに光検出器及び発光器を形成することにより、高密度リソグラフィを使用してチップレット上に有効な光回路を形成することができる。本発明は、従来技術による基板ライトパイプ方法のように、基板の製造コストを増大させない。本発明は、チップレット間のロバストな通信を可能にし、その通信は、基板を破断することによってしか遮断することができない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態によるチップレットを有するディスプレイデバイスの部分断面図である。
【図２】本発明の一実施形態によるチップレットの部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の様々な実施形態のうちの１つによる、ディスプレイデバイスを通って進む光線を示すディスプレイデバイスの部分断面図である。
【図３Ｂ】本発明の様々な実施形態のうちの１つによる、ディスプレイデバイスを通って進む光線を示すディスプレイデバイスの部分断面図である。
【図３Ｃ】本発明の様々な実施形態のうちの１つによる、ディスプレイデバイスを通って進む光線を示すディスプレイデバイスの部分断面図である。
【図３Ｄ】本発明の様々な実施形態のうちの１つによる、ディスプレイデバイスを通って進む光線を示すディスプレイデバイスの部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による導波路を示すディスプレイデバイスの上面図である。
【図５】本発明の一実施形態によるディスプレイデバイス内の導波路の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態による導波路を示すディスプレイデバイスの上面図である。
【００１９】
図面における層厚さの範囲は非常に大きいが、図面は比例尺で描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び図２を参照すると、エレクトロルミネッセントディスプレイは、デバイス面９及び表示エリア１１（図４に示す）を有するディスプレイ基板１０を有している。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の上に、複数のパターニングされた第１の電極１２が形成され、複数の第１の電極１２の上に、１つ又は複数の発光材料層１４が形成され、１つ又は複数の発光材料層１４の上に、少なくとも１つの第２の電極１６が形成されており、第１の電極１２及び第２の電極１６は、発光材料層１４が表示エリア内の発光エリアにおいて発光するように電流を提供する。基板１０には複数のチップレット２０が付着し、各チップレット２０は、表示エリアにおいてデバイス基板１０のデバイス面９の上に位置しかつそれに付着している、ディスプレイ基板１０から別個であり独立しているチップレット基板２８と、１つ又は複数の接続パッド２４と、チップレット２０に形成されたチップレット回路２２とを有し、チップレット回路２２は、１つ又は複数の接続パッド２４に電気的に接続され、少なくとも１つの接続パッド２４は第１の電極１２に電気的に接続されている。各チップレット２０は、チップレット回路部２２に接続された、光検出器４２と１つ又は複数の発光材料層１４とは別個の発光器４０とを更に備えている。チップレット回路部２２は、発光器４０によって放射される光を変調する変調回路５０と、光検出器４２によって検出された光を復調する復調回路５２とを備えている。
【００２１】
発光器４０によって放射される光を、オンオフ変調（ＯＯＫ）、振幅変調（ＡＭ）、位相変調（ＰＭ）又は周波数変調（ＦＭ）を含む様々な方法によって変調することができる。この光を使用してチップレット２０間で伝送されるデータの形態を、デジタル又はアナログとすることができる。データを、例えばＬＺＷ符号化又はハフマン符号化を使用して、送信時に圧縮し受信時に圧縮解除することができる。データを、様々な方法で、例えば４Ｂ５Ｂ、８Ｂ１０Ｂ、マンチェスター符号化若しくは別のセルフクロッキング符号化、ブロック符号化、畳込み符号化又はトレリス符号化によって符号化することができる。ＣＲＣ又はチェックサムを、変調回路５０によって追加して、復調回路５２によって検証して、データ完全性を維持することができる。エラーとともに受信されたメッセージを破棄することができ、又は再送信を要求することができる。変調回路５０及び復調回路５２は、これらの変調方法及び符号化方法を実施するために、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）又はアナログデジタル変換器（ＡＤＣ）を含む適切なデジタル又はアナログ回路部を含むことができる。様々な実施形態において有用な変調回路及び復調回路は、米国特許第５７８７１１７号及び米国特許第７７６９１１４号（ＡＭ、ＦＭ、ＰＭ及びＯＯＫを含む）、米国特許第５２３１４８５号（ハフマン符号化を含む）、米国特許第６０８８３６９号（４Ｂ５Ｂ及び８Ｂ１０Ｂを含む）及び米国特許第４９９５０５７号（ブロック符号化及び畳込み符号化を含む）に記載されており、それらの全ての開示内容を、引用することにより本明細書の一部をなすものとする。
【００２２】
一実施形態では、伝送されるデータはデジタルである。変調回路５０は、データの各８ビットバイトに偶数パリティビットを加えて、偶数の１ビットを有する９ビットメッセージを得る。変調回路５０は、データクロックと、データクロックによって各データビットの排他的ＯＲを順にとるＸＯＲ回路とを含み、各データビットは、データクロックの連続したサイクルでＸＯＲ回路に提示される（サイクルは、クロックの立上りエッジで開始する）。これにより、データの１ビットが、データクロックサイクルの中間において０から１の遷移によって表され、０ビットが、１から０の遷移によって表される、マンチェスター符号化出力がもたらされる。発光器４０は、ＸＯＲ回路の出力が１であるときに発光し、出力が０であるときは発光しない。復調回路５２は、光検出器４２からマンチェスターパルス列を（ノイズも加わって）受け取る。復調回路５２は、データクロックサイクルの中間において遷移を特定しデータクロックを回復する位相ロックループを含む。復調回路５２は、各中間サイクル遷移の直後に、例えば、回復されたデータクロックの立上りエッジにおいてクロックが与えられる直列入力並列出力型シフトレジスタのＤ入力にパルス列を提供することにより、パルス列の値を格納する。メッセージの９ビット全てが受信されると、復調回路５２は１ビットの数を数えて、それが偶数であることを確認する。偶数である場合、データの８ビットバイトが、処理するために受信側チップレットのチップレット回路２２の他の素子に提供される。
【００２３】
チップレット２０は、基板１０に付着しており、チップレット２０の一部を覆う透明な絶縁層１８を有し、接続パッド２４を露出させることによって接続パッド２４が第１の電極１２又は他の相互接続導体３２に接続されるのを可能にする。チップレット回路２２は、第１の電極１２と第２の電極１６との間の電流の流れを制御しかつ発光器４０及び光検出器４２を制御する回路部を含む。絶縁層１８を平坦化層とすることができ、又は絶縁層１８は平坦化層を含むことができる。絶縁層１８又はその構成要素は、光を反射又は透過することができる。
【００２４】
本発明では、発光器４０によって放射される光のうち、光検出器４２によって受光される前に媒体によって吸収又は拡散される光が、最小量であることが重要である。したがって、本明細書で用いられるとき、「透明な」とは、光の少なくとも５０％が発光器と光検出器との間の媒体を透過し、好ましくは少なくとも８０％又は最も好ましくは少なくとも９０％の透過率であることを意味する。
【００２５】
絶縁層１８を、１つ又は複数の発光材料層１４によって放射される光、又は発光器４０によって放射される光を透過するように、透明とすることができる。透明な絶縁層１８は、チップレット２０の少なくとも一部の上に又は周囲に延在することができ、チップレット２０の発光器４０は、透明とすることができる絶縁層１８内に発光することができる。導体３２は、チップレットを互いに電気的に相互接続することができ、又はチップレット２０を外部コントローラーに電気的に相互接続することができる。
【００２６】
本発明によれば、表示エリアにおけるチップレット２０は、発光器４０によって放射される光を使用してメッセージを他のチップレット２０に送信することにより、かつ光検出器４２から受け取られた光を使用してメッセージを他のチップレット２０から受信することにより通信する。メッセージは、接続パッド２４を介して第１の電極１２又は第２の電極１６（ピクセル電極）を駆動するように使用される画像情報及びピクセルデータを含むことができる。光の輝度を、信号、例えば１つのチップレットから別のチップレットに光伝送されるデジタル信号を搬送するように、時間的に変調することができる。光信号を、少なくとも部分的に可視範囲若しくは赤外線範囲とすることができ、又は光信号は、１つ若しくは複数の発光層によって放射される光の周波数と同じ周波数若しくは異なる周波数を有することができる。チップレットは、画像情報を格納するメモリを含むことができる。
【００２７】
本発明の一実施形態では、コントローラーは、画像情報をチップレット２０に分配する。コントローラーは、ディスプレイ基板の外部にあり、ディスプレイ基板又は導波路構造体内に光を放射するコントローラー光学発光器を含むことができる。画像情報を、ディスプレイと同じ解像度とすることができ、又はディスプレイより高いか若しくは低い解像度とすることができる。各チップレット２０は、チップレット２０によって制御されるピクセルに関連する画像情報を表示することができる。チップレット２０はまた、例えばディスプレイにおける画像のパン、ディスプレイにおける（ピクセルを補間することによる）画像に対するズームイン、又はディスプレイにおける（ピクセルをサンプリングすることによる）画像からのズームアウトを可能にするために、画像情報を他のチップレット２０によって表示されるように他のチップレット２０に光通信することもできる。画像が非常に大きい可能性があるため、光通信で利用可能な高い帯域幅及び低いノイズにより、１つのチップレット２０から別のチップレット２０に画像データを送信する有効な方法が提供され、ディスプレイにおける有効な画像の操作及びオペレーションが可能になる。
【００２８】
本発明の様々な実施形態による図３Ａ〜図３Ｄを参照すると、種々の方法で光相互通信を可能にすることができる。図３Ａに示すように、光線を、１つのチップレット２０の発光器４０から放射し、別のチップレット２０の光検出器４２が受信することができる。図３Ａに示すように、光信号８は、完全に又は部分的に透明とすることができる絶縁層１８を伝播することができる。図３Ａに示す実施形態では、層１８は、チップレット２０の上に、特に各チップレット２０の発光器４０及び光検出器４２の上に形成された絶縁平坦化材料の透明な層１８Ａを含む。透明な層１８Ａの上に形成された反射層１８Ｂは、放射光を反射するとともに、周囲光又は１つ若しくは複数の発光層１４によって放射された光から光検出器４２を保護し、したがって光通信信号におけるノイズを低減する。反射層１８Ｂを、例えば、アルミニウム又は銀等の蒸着金属から形成することができ、連続的とするか又はパターニングすることができる。そして、反射層１８Ｂを作製するために使用された材料との化学的相互作用又は電気的相互作用を回避するために、反射層１８Ｂの上に、絶縁層又は平坦化層であるか又はそれを含むことができる保護層１８Ｃを配置することができる。
【００２９】
図３Ｂに示す本発明の代替実施形態では、１つのチップレット２０の発光器４０によって放射され別のチップレット２０の光検出器４２によって受信された光信号８はまた、基板１０が放射光信号８を透過する場合、基板１０を通って伝播することができる。図３Ｂに示すように、放射光は、透明な層１８Ａ及び基板１０を通って進み、反射層１８Ｂによって反射される。保護層１８Ｃは、反射層１８Ｂから他のディスプレイ素子を保護することができる。したがって、ディスプレイ基板１０は、光信号８を透過又は反射することができる。
【００３０】
図３Ｃに示す本発明の第３の実施形態では、１つのチップレット２０の発光器４０によって放射され別のチップレット２０の光検出器４２によって受信された光信号は、透明な層１８Ａを通って伝播し、基板１０の上に形成された反射層１８Ｂ及び反対側の第２の反射層１８Ｄによって反射される。この実施形態では、光信号８は、透明な層１８Ａによって形成された光チャネルの両側の反射層１８Ｂ及び１８Ｄによって保護され、それにより、デバイスの上側における発光及び周囲光からと、デバイスの底部の基板面からの周囲光からとの両方の光干渉を低減する。この実施形態では、反射層１８Ｄ及び１８Ｂは、透明な層１８Ａとともに、光導波路構造体を有効に形成し、その光導波路構造体は、１つのチップレット２０から別のチップレット２０まで延在し、発光器４０によって導波路構造体内に放射される光信号８を伝送する。導波路構造体は、１つの特定のチップレット発光器４０から別の特定のチップレット光検出器４２まで光を誘導するポイントツーポイントライトパイプを形成することができる。代替的に、導波路構造体は、１つ若しくは複数の発光器４０から１つ若しくは複数の光検出器４２まで放射光を有効に伝送することができ、又は発光器４０及び光検出器４２の両方を含むことにより、放射光を単一のチップレット２０にかつ単一のチップレット２０から伝送することができる。
【００３１】
図３Ｄに示す本発明の更に別の代替実施形態では、１つのチップレット２０の発光器４０によって放射され別のチップレット２０の発光器４２によって受信された光信号８はまた、透明な層１８Ａとカバー３０との間の間隙を通って伝播することもできる。図３Ｄに示すように、放射光は、透明な層１８Ａ及び間隙を通って進む。基板１０の上に形成された反射層１８Ｄは、光信号８を反射することができる。光信号８は、カバー３０を通って進むこともできる（図示せず）。このため、カバー３０は、光信号８を透過又は反射することができる。
【００３２】
図４は、発光器４０及び光検出器４２を有するチップレット２０を備えた基板１０を有するディスプレイの上面図である。ライトパイプ１９が、１つの特定のチップレット発光器４０から別の特定のチップレット光検出器４２まで光を誘導することができる。こうしたポイントツーポイント導波路構造体により、複数の光信号を別個のライトパイプ１９を通して別個のチップレット２０にかつ別個のチップレット２０から同時に送信することができるため、利用可能な通信帯域幅が増大する。図４に示すように、各チップレット２０は、２つのライトパイプ１９を介して隣接するチップレット２０と通信することができ、一方のライトパイプ１９は、１つのチップレットへの送信専用であり、他方は、同じチップレットからの受信専用である。代替的に、単一のライトパイプを、単一のチップレットに対する光信号の送信及び受信両方に使用することができる。
【００３３】
図５は、基板１０の上に形成された反射層１８Ｄと、透明な層１８Ａと、透明な層１８Ａの上のかつそれを包囲する第２の反射層１８Ｂとを示すライトパイプ１９の断面図である。任意選択的な保護層１８Ｃを用いて、ライトパイプの材料及び構造体が保護される。
【００３４】
図６は、コントローラー６０から光送受信器６２を介してライトパイプ１９まで利用可能な通信路を示す、本発明の一実施形態によるディスプレイデバイスの上面図である。２次元アレイで配置されているチップレット２０の各々は、単方向ライトパイプ１９を介して、アレイの各次元のその隣接するチップレット２０と、その発光器４０から隣接するチップレット２０へのライトパイプ１９内に光信号を放射し、光検出器４２により隣接するチップレット２０からライトパイプ１９を介して光信号を受信することにより、通信する。
【００３５】
本発明のデバイスは、本発明の一実施形態では、まず、上述したようなエレクトロルミネッセントディスプレイを、エレクトロルミネッセントディスプレイの外部にあるディスプレイコントローラーとともに提供することによって操作される。情報、例えば画像情報は、ディスプレイコントローラーからエレクトロルミネッセントディスプレイの少なくとも第１のチップレットに通信される。第１のチップレットの発光器から放射される光を変調し、変調光を第２のチップレットの光検出器によって検出することにより、エレクトロルミネッセントディスプレイの第１のチップレットは、エレクトロルミネッセントディスプレイの第２のチップレットに情報を光通信することができる。そして、各チップレットは、発光層の少なくとも一部が発光するように、そのチップレットが接続されている第１の電極を上記情報に従って駆動することができる。
【００３６】
本発明の一実施形態では、第１のチップレットの発光器によって放射された変調光は、チップレット及びそれらの光検出器のうちの多数、より好ましくは全てによって検出される。こうした実施形態では、通信はブロードキャストである。別の実施形態では、第１のチップレットの発光器によって放射された変調光は、第２のチップレットのみに伝送され、第２のチップレットの光検出器によって検出される。こうした実施形態では、通信はポイントツーポイントである。光信号を、時間的に変調することができる。
【００３７】
基板又はカバーを設けることができ、第１のチップレットの発光器によって放射された光を、ディスプレイの基板又はカバーを通して透過させるか、そこから反射させることができる。
【００３８】
チップレットの少なくとも一部の上に又はその周囲に延在している少なくとも１つの透明な層を設けることにより、光信号を伝播させるように基板にわたって導波路を形成することができ、第１のチップレットの発光器によって放射される光を、透明な層内に伝送することができる。
【００３９】
１つ又は複数のチップレットに情報を通信するようにディスプレイ基板内に変調光を放射する、ディスプレイ基板の外部のコントローラーを設けることができる。伝送される情報を画像情報とすることができ、第１のチップレットは別のチップレットに画像情報を通信することができる。
【００４０】
本発明の発光ピクセルは面発光体であり、基板の上にコーティングされた材料の層を採用し、材料の層の上及び下にコーティングされた電極によって駆動される。発光材料層は、結晶質ではなく、すなわちシリコンで形成されていない。対照的に、発光器４０を、小型の点光源から発光する、シリコン等の結晶質材料で形成された従来の無機発光ダイオードとすることができる。特に、発光器４０は、例えば図１に示すように、１つ又は複数の発光材料層１４とは別個である。発光器４０は、チップレット２０内に形成され、１つ又は複数の発光層１４のように、第１の電極１２と第２の電極１６との間の基板にわたってコーティングされてはいない。
【００４１】
チップレット２０を有する本発明の１つのアクティブマトリックス実施形態によれば、各ピクセルは、独立して制御される第１の電極１２（制御電極）を有し、第２の電極１６は複数のピクセルに共通であり、チップレット回路２２は、ピクセルにアクティブマトリックス制御を提供することができる。図２にも示すように、チップレット回路２２は、複数の接続パッド２４を介して２つ以上のピクセルを駆動する。チップレット２０の接続パッド２４は、（図１に示すように）第１の電極１２に直接接続することができ、又は導体３２を介して第１の電極１２に接続することができる。本発明の代替実施形態では、１つ又は複数のチップレット回路２２は、複数のピクセル群にパッシブマトリックス制御を提供する。こうしたパッシブマトリックス制御型のピクセル群は、第１の電極１２及び第２の電極１６に対応することができる独立した直交する列電極及び行電極の重なりによって形成される。例えばチップレット２０におけるチップレット回路２２は、第１の電極１２及び第２の電極１６（列電極及び行電極）を活性化するように駆動電流を提供し、ピクセルに電流を流す。接続パッド２４は、チップレット２０を第１の電極１２及び第２の電極１６に接続することができる。
【００４２】
本発明の一実施形態では、ドープエリア又は非ドープエリアを備えたシリコン基板を有するチップレットに発光器が形成されている。したがって、発光器は、無機点光源発光器を提供する無機発光ダイオード、例えば、シリコン等の結晶半導体材料で形成された従来の発光ダイオードとして構成されている。発光器を、発光ＮＰＮバイポーラトランジスタとすることができる。ＮＰＮバイポーラトランジスタは、エミッター−ベース接合を含むことができ、回路は、エミッター−ベース接合を横切って非破壊逆方向降伏電圧を提供してトランジスタに発光させる構造体を含むことができる。トランジスタがチップレットの表面上及び表面内に形成されているため、トランジスタによって放射される光は、チップレットから目に見えて漏出することができる。発光器によって放射される光は、フォトセンサー、例えば電荷を蓄積するか又は電流を検知する本技術分野において既知である回路とともに、感光ダイオード又は感光トランジスタによって検出される。
【００４３】
チップレットは、比較的短い隣り合った辺よりも長いチップレットの比較的長い辺に沿って単一又は複数の行になった接続パッドを有することができる。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、光バス又は電気バス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つ又は複数のバスを１つ又は複数のコントローラー又はチップレットに別個に接続することができる。追加のバスが、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。
【００４４】
本発明の一実施形態では、ディスプレイデバイスは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。
【００４５】
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、ワイヤ及び反射層は、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、ワイヤ及び反射層は、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。感光性樹脂又はポリマーを使用して、透明な層１８Ａ又は保護層１８Ｃを形成することができる。こうした材料をパターニングし上述した構造体を形成する方法は、フォトリソグラフィ技術において既知である。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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）に基づく。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
８  光信号
９  デバイス面
１０  ディスプレイ基板
１１  表示エリア
１２  第１の電極
１４  発光材料層
１６  第２の電極
１８  絶縁分極層
１８Ａ  透明な絶縁分極層
１８Ｂ  反射層
１８Ｃ  保護層
１８Ｄ  反射層
１９  ライトパイプ
２０  チップレット
２２  チップレット回路
２４  接続パッド
２８  チップレット基板
３０  カバー
３２  導体
４０  発光器
４２  光検出器
５０  変調回路
５２  復調回路
６０  コントローラー
６２  光送受信器
【図１】
2014511502.tif 000003
【図２】
2014511502.tif 000004
【図３Ａ】
2014511502.tif 000005
【図３Ｂ】
2014511502.tif 000006
【図３Ｃ】
2014511502.tif 000007
【図３Ｄ】
2014511502.tif 000008
【図４】
2014511502.tif 000009
【図５】
2014511502.tif 000010
【図６】
2014511502.tif 000011
【国際調査報告】
2014511502.tif 000012
2014511502.tif 000013