(57)【要約】  表示デバイスが、複数のエレクトロルミネッセンス表示画素と、複数の半導体素子（「チップレット」）と、複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを備え、複数の表示画素をアドレス指定するために、各画素が電気絶縁層のビアホールを介して１つ以上の半導体素子の出力に電気的に接続される。カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータと半導体素子とは、デバイスの同じ表面に設けられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表示画素と、
前記複数の表示画素をアドレス指定する複数の半導体素子と、
複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータと
を備えた表示デバイスであって、前記カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータと前記半導体素子とが前記デバイスの同じ表面に設けられている表示デバイス。
【請求項２】
前記表示画素が発光デバイスを備えた請求項１に記載の表示デバイス。
【請求項３】
前記複数の半導体素子とカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとが絶縁材料の層によって覆われている請求項１または２に記載の表示デバイス。
【請求項４】
前記複数の表示画素が前記絶縁材料の層の上に設けられ、各画素が１つ以上の前記半導体素子に電気的に接続されている請求項２に記載の表示デバイス。
【請求項５】
前記絶縁層が、前記表示画素と前記半導体素子の出力との間に電気的接続を提供するための複数の導電ビアを備えた請求項４に記載の表示デバイス。
【請求項６】
前記カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータが、赤色、緑色、および青色のカラーフィルタを備えた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の表示デバイス。
【請求項７】
前記表示画素が、アノード、カソード、および前記アノードと前記カソードとの間の有機エレクトロルミネッセンス材料をそれぞれに備えた有機エレクトロルミネッセンス画素である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示デバイス。
【請求項８】
前記表示画素が青色の有機エレクトロルミネッセンス画素を含む請求項７に記載の表示デバイス。
【請求項９】
前記表示画素が、赤色、緑色、および青色の有機エレクトロルミネッセンスサブ画素を含む請求項７に記載の表示デバイス。
【請求項１０】
前記表示画素が、２つの電極の間の液晶材料の層と、前記表示画素を照明する光源とを備えた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の表示デバイス。
【請求項１１】
表示デバイスを形成する方法であって、
複数の半導体素子と複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを表示基板の同じ表面に備える表示基板、を設けるステップと、
複数の表示画素を前記複数の半導体素子に電気的に接続するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記半導体素子と前記カラーフィルタとを絶縁材料で覆い、前記複数の表示画素を前記絶縁材料の上に設けるステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記カラーフィルタがインクジェット印刷によって形成される請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数の半導体素子が、前記素子をドナー基板から前記表示基板に転写印刷することによって形成される請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ドナー基板上の前記複数の半導体素子が、エラストマースタンプに可逆的に接着され、前記表示基板に転写される請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の表示デバイスで使用されるバックプレーンであって、複数の半導体素子と複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを同じ表面に備えた表面を有する基板を備えるバックプレーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイと、ディスプレイで使用されるアクティブバックプレーンとに関する。本発明は、特に、エレクトロルミネッセンス有機画素またはエレクトロルミネッセンス無機画素を有するデバイスに関するが、これらに限らない。また、本発明は、そのようなデバイスを製造する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディスプレイの品質向上、コスト低下、用途範囲の拡大につれて、ディスプレイの市場に非常に大きな成長が見られる。これには、ＴＶ用またはコンピュータモニタ用のような大面積ディスプレイ、および携帯機器用の、より小さなディスプレイの両方が含まれる。
【０００３】
現在、市場で最も一般的な部類のディスプレイは液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイであるが、今、有機発光ダイオード（organic light-emitting diode、ＯＬＥＤ）に基づくディスプレイが、低い電力消費、軽量、広視野角、優れたコントラスト、フレキシブルディスプレイの可能性などといったその多くの利点のために、ますます注目を集めている。
【０００４】
ＯＬＥＤの基本構造は、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）（「ＰＰＶ」）またはポリフルオレンの膜のような発光有機層が、有機層に負電荷担体（電子）を注入するためのカソードと正電荷担体（正孔）を注入するためのアノードとに挟まれたものである。電子と正孔は、有機層で結合して光子を生成する。国際公開第９０／１３１４８号では、有機発光材料は共役ポリマーである。米国特許第４，５３９，５０７号明細書では、有機発光材料は、（８−ヒドロキシキノリン）アルミニウム（「Ａｌｑ３」）のような、小分子材料として知られる種類のものである。実際のデバイスでは、一方の電極が透明であり、光子がデバイスから出られるようになっている。
【０００５】
典型的な有機発光デバイス（organic light-emissive device、「ＯＬＥＤ」）は、酸化インジウムスズ（「ＩＴＯ」）のような透明なアノードで被覆されたガラスまたはプラスチックの基板上に製造される。この第１の電極を、少なくとも１つのエレクトロルミネッセンス有機材料の薄膜の層が覆う。最後に、エレクトロルミネッセンス有機材料の層をカソードが覆う。カソードは、典型的には金属または合金であり、アルミニウムのような単一の層、またはカルシウムおよびアルミニウムのような複数の層で構成され得る。動作時は、正孔がアノードを通じてデバイスに注入され、電子がカソードを通じてデバイスに注入される。正孔と電子は有機エレクトロルミネッセンス層で結合して励起子を形成し、続いて励起子は放射性崩壊をして光を発する。フルカラーディスプレイを提供するため、デバイスは、赤色、緑色、および青色のエレクトロルミネッセンスサブ画素で構成されてよい。
【０００６】
フルカラー液晶ディスプレイは、典型的には白色発光バックライトを備え、デバイスから放出された光は、液晶層を通過した後に赤色、緑色、および青色のカラーフィルタによってフィルタリングされて、所望のカラー画像を与える。
【０００７】
フルカラーディスプレイは、白色または青色のＯＬＥＤをカラーフィルタと組み合わせて用いることにより同様に製造されてよい。さらに、カラーフィルタをＯＬＥＤと共に用いると、たとえデバイスの画素がすでに赤色、緑色、および青色のサブ画素を備える場合であっても、有益になり得ることが実証されている。特に、赤色のカラーフィルタの位置を赤色のエレクトロルミネッセンスサブ画素に合わせ、緑色および青色のサブ画素およびカラーフィルタについても同じことを行うと、ディスプレイの色純度を向上させることができる（誤解を避けるために、本明細書で用いられる「画素」とは、単一色のみを放出する画素のことを言う場合もあれば、共同である範囲の色を画素が放出できるようにする個別アドレス指定可能な複数のサブ画素を備える画素のことを言う場合もある）。
【０００８】
また、放出された光を吸収して所望のより長い波長または波長帯域で再放出する色変換媒体（color change media、ＣＣＭ）によるダウンコンバージョンが、カラーフィルタの代わりに、またはカラーフィルタに加えて用いられ得る。
【０００９】
ＬＣＤやＯＬＥＤのようなディスプレイをアドレス指定する方法の１つは、ディスプレイの個々の画素素子を関係づけられた薄膜トランジスタによって作動させる「アクティブマトリクス」構成を用いることによるものである。そのようなディスプレイのためのアクティブマトリクスバックプレーンは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）または低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）で製造され得る。ＬＴＰＳは、高い移動度を有するが、不均一になる場合があり、また高い処理温度が必要なため、使用できる基板の範囲が制限されてしまう。アモルファスシリコンはそのような高い処理温度を必要としないが、その移動度は比較的低く、また経時変化の影響で、使用中に不均一になる場合がある。さらに、ＬＴＰＳまたはａ−Ｓｉから形成されるバックプレーンは両方とも、フォトリソグラフィ、洗浄、およびアニーリングのような、下位の基板を損傷する恐れのある処理ステップを必要とする。特にＬＴＰＳの場合は、これらの高エネルギー処理に耐える基板を選択しなければならない。パターン形成の代替手法が、例えば、Rogers et al., Appl. Phys. Lett. 2004, 84(26), 5398-5400、Rogers et al., Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 213101-、およびBenkendorfer et al., Compound Semiconductor, June 2007に開示されており、これらでは、フォトリソグラフィのような従来の方法を用いて絶縁体上のシリコンが複数の素子（以下、「チップレット」という）へとパターン形成され、次にそれらがデバイス基板に転写される。この転写印刷工程は、チップレットをスタンプに結合させる表面化学官能性を有するエラストマースタンプに複数のチップレットを接触させ、次にチップレットをデバイス基板に転写することによって行われる。こうして、ディスプレイ駆動回路のようなマイクロスケールおよびナノスケールの構造物を担持するチップレットを良好な位置合わせで最終基板に転写することができ、最終基板は、シリコンパターン形成にかかわる要求の厳しい処理に耐える必要がない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ディスプレイの場合、これでも依然として平坦化後のバックプレーンが比較的厚いという問題が残る。さらに、カラーフィルタ層を用いる場合は、さらなる層とさらなる厚みがデバイスに加わってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、請求の範囲に特定された表示デバイスが提供される。
【００１２】
本発明者らは、カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとチップレットとが共通の層に組み込まれ得ることを見いだした。これにより、デバイスの厚みと層の数が減る。
【００１３】
従って本発明は、第１の態様において、複数の表示画素と、複数の表示画素をアドレス指定する複数の半導体素子と、複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを備えた表示デバイスであって、カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータと半導体素子とがデバイスの同じ表面に設けられている表示デバイスを提供する。
【００１４】
各半導体素子は、トランジスタのような単一のデバイスまたは複数のデバイスで構成されてもよいし、実際に、所与の画素をアドレス指定する駆動回路全体で構成されてもよい。
【００１５】
好ましくは、複数の半導体素子とカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとが絶縁材料の層によって覆われる。
【００１６】
好適な絶縁材料としては、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）のような透明な絶縁材料などがある。好ましくは、絶縁材料が紫外波長範囲および可視波長範囲の光に対して少なくとも８０％の透明度を有する。
【００１７】
好ましくは、複数の表示画素が絶縁材料の層の上に設けられ、各画素が１つ以上の半導体素子に電気的に接続される。
【００１８】
好ましくは、絶縁層が、表示画素と半導体素子の出力との間に電気的接続を提供するための複数の導電ビアを備えている。
【００１９】
好ましくは、カラーフィルタが、赤色、緑色、および青色のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータを備えている。
【００２０】
ある好ましい実施の形態において、表示画素は、アノード、カソード、およびアノードとカソードとの間の有機エレクトロルミネッセンス材料をそれぞれに備える有機エレクトロルミネッセンス画素である。
【００２１】
好ましくは、表示画素が青色の有機エレクトロルミネッセンス画素を含む。好ましくは、表示画素が、赤色、緑色、および青色の有機エレクトロルミネッセンスサブ画素を含む。
【００２２】
別の好ましい実施の形態において、表示画素は、２つの電極の間の液晶材料の層と、表示画素を照明する光源とを備えている。好ましくは、この実施の形態の光源は、白色光源である。
【００２３】
本発明は、第２の態様において、表示デバイスを形成する方法であって、複数の半導体素子と複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを表示基板の同じ表面に備えた表示基板、を設けるステップと、複数の表示画素を複数の半導体素子に電気的に接続するステップとを含む方法を提供する。
【００２４】
好ましくは、本方法は、半導体素子とカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを絶縁材料で覆い、複数の表示画素を絶縁材料の上に設けるステップをさらに含む。
【００２５】
好ましくは、カラーフィルタがインクジェット印刷によって形成される。
【００２６】
好ましくは、複数の半導体素子が、素子をドナー基板から表示基板に転写印刷することによって形成される。
【００２７】
当然のことながら、カラーフィルタおよび／またはダウンコンバータは、半導体素子の印刷後に残っている基板上の空き場所に印刷される（または、半導体素子が最初に印刷される場合はこの逆である）。
【００２８】
好ましくは、ドナー基板上の複数の半導体素子が、エラストマースタンプに可逆的に接着され、表示基板に転写される。
【００２９】
本発明は、第３の態様において、ディスプレイのためのバックプレーンであって、複数の半導体素子と複数のカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとを基板の同じ表面に有する基板を備えたバックプレーンを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
次に、本発明について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
【図１】図１は、ＯＬＥＤを説明する図である。
【図２】図２は、本発明の発光表示デバイスの部分断面図を説明する図である。
【図３】図３は、本発明のバックプレーンの平面図を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
チップレット材料
半導体素子（「チップレット」）は、半導体ウェハー供給源から形成されてよく、半導体ウェハー供給源は、単結晶シリコンウェハー、多結晶シリコンウェハーのようなバルク半導体ウェハーと、極薄シリコンウェハーのような極薄半導体ウェハーと、ｐ型またはｎ型のドープウェハー、および選択されたドーパント空間分布をもつウェハー（絶縁体上シリコン（例えばＳｉ−ＳｉＯ２、ＳｉＧｅ）のような絶縁体上半導体ウェハー）のようなドープ半導体ウェハーと、基板上シリコンウェハー（silicon on substrate wafer）および絶縁体上シリコン（silicon on insulator）のような基板上半導体ウェハー（semiconductor on substrate wafer）とを含む。さらに、本発明の印刷可能な半導体素子は、さまざまな非ウェハー供給源から製造されてよく、非ウェハー供給源としては、例えば、犠牲層または犠牲基板（例えばＳｉＮまたはＳｉＯ２）上に堆積させられてからアニールされた、アモルファス、多結晶、および単結晶の半導体材料（例えば多結晶シリコン、アモルファスシリコン）の薄膜などがある。
【００３２】
チップレットは、当業者に知られた従来の処理手段によって形成されてよい。
【００３３】
好ましくは、各駆動チップレットまたは各ＬＥＤチップレットは、長さが最大５００マイクロメートルまで、好ましくはおよそ１５ないし２５０マイクロメートルであり、また好ましくは幅がおよそ５ないし５０マイクロメートル、さらに好ましくは５ないし１０マイクロメートルである。
【００３４】
転写工程
転写印刷で用いられるスタンプは、好ましくはＰＤＭＳスタンプである。
【００３５】
スタンプの表面は、チップレットをスタンプに可逆的に結合させてドナー基板から離れさせる化学官能性を有してもよいし、例えばファンデルワールス力によって結合してもよい。最終基板への転写においても同様に、チップレットが、ファンデルワールス力によって、および／または最終基板の表面の化学官能性との相互作用によって、最終基板に付着し、その結果、スタンプがチップレットから離層されてよい。
【００３６】
用意された最終基板への正確な転写を確実にするため、スタンプと最終基板とが位置合わせされてよい。
【００３７】
チップレットとディスプレイの集積
ディスプレイの画素またはサブ画素をアドレス指定する駆動回路をパターン形成されたチップレットが、電源と、必要であればチップレットをプログラムするための表示領域外の駆動部と、にチップレットを接続する経路（tracking）を担持する基板に転写印刷されてよい。
【００３８】
用意された最終基板への正確な転写を確実にするため、スタンプと最終基板とが、当業者に知られた手段によって、例えば基板に位置合わせマークを設けることによって、位置合わせされてよい。
【００３９】
あるいは、チップレットを接続する経路は、チップレットが転写印刷された後に付けられてもよい。
【００４０】
チップレットがＬＣＤディスプレイまたはＯＬＥＤディスプレイのようなディスプレイを駆動する場合は、チップレットを備えるバックプレーンを絶縁材料の層でコーティングして平坦化層を形成し、その上にディスプレイを構成するようにすると好ましい。表示デバイスの電極は、平坦化層に形成された導電貫通ビアによってチップレットの出力に接続される。
【００４１】
図２は、この構成を説明する図である。ガラスまたは透明プラスチックから形成された基板２０１の上に、赤色、緑色、および青色のダウンコンバータ２０２と、チップレット２０３とが設けられる。チップレットおよびダウンコンバータは、ＢＣＢのような平坦化材料２０４の層で覆われて表面を形成し、その上に青色発光有機ＬＥＤ画素２０５が設けられる。チップレットは、導電貫通ビア（図示しない）によってＯＬＥＤ画素のアノードに接続される。ＯＬＥＤからの放射２０６は、吸収され、光出力２０７として再放出される。
【００４２】
青色ＯＬＥＤ画素の放射２０６の色がディスプレイに適している場合は、青色ダウンコンバータを省いてよい。
【００４３】
別の実施の形態では、赤色、緑色、および青色のＯＬＥＤサブ画素が設けられ、これらの画素からの放射が、それぞれの赤色、緑色、および青色のダウンコンバータまたはカラーフィルタによって、ダウンコンバートまたはフィルタリングされる。
【００４４】
平坦化材料の層は、チップレット上に堆積させられるほか、基板にも堆積させられてよく、この場合は、チップレットとカラーフィルタおよび／またはダウンコンバータとがこの平坦化材料の層上に形成される。
【００４５】
各駆動チップレットは、好ましくは少なくとも４画素、さらに好ましくは少なくとも６画素の、複数の表示画素（または、多色型ディスプレイの場合はサブ画素）をアドレス指定することが好ましい。ある実施の形態では、ディスプレイはフルカラーディスプレイであり、少なくともいくつかのチップレットがそれぞれに赤色、緑色、および青色のサブ画素をアドレス指定する。ディスプレイから放出された光はチップレットおよびカラーフィルタ（またはダウンコンバータ）の層を透過するので、チップレットが占める空間をできるだけ小さくして、放出された光が観察者に達する前に吸収される量を、最小化することが好ましい。これを行う方法の１つは、１つの所与のチップレットによって駆動される画素またはサブ画素の数を最大化することであるが、この場合、１チップレット当たりの画素数の増加につれて増えるチップレットからの接続経路決定の複雑さに対して、バランスを取らなければならない。
【００４６】
図３は、バックプレーンを説明する図であり、このバックプレーンでは、赤色、緑色、および青色のＯＬＥＤサブ画素３０２を駆動するチップレット３０３を基板３０１が担持する。サブ画素３０２は接続３０８によってチップレット３０３に接続され、チップレットはプログラム手段３０９（図示しない）に接続される。画素からの放射は、下位にあるダウンコンバータを透過してからデバイスを出る。
【００４７】
有機ＬＥＤ
ディスプレイがＯＬＥＤである場合、図１を参照すると、本発明によるデバイスは、バックプレーン（図示しない）が形成されたガラスまたはプラスチックの基板１と、アノード２と、カソード４とを備える。アノード２とカソード４との間にはエレクトロルミネッセンス層３が設けられる。
【００４８】
実際のデバイスでは、光が放出され得るように、少なくとも１つの電極が半透明である。アノードが透明な場合、アノードは、典型的には酸化インジウムスズで構成される。
【００４９】
層３で用いるのに好適な材料としては、小分子材料、ポリマー材料、およびデンドリマー材料、ならびにそれらの合成物などがある。層３で用いるのに好適なエレクトロルミネッセンス・ポリマーとしては、例えばポリ（ｐ−フェニレンビニレン）のようなポリ（アリーレンビニレン）や、例えばポリフルオレン、特に２，７−結合９，９ジアルキルポリフルオレンまたは２，７−結合９，９ジアリールポリフルオレン、ポリスピロフルオレン、特に２，７−結合ポリ−９，９−スピロフルオレン、ポリインデノフルオレン、特に２，７−結合ポリインデノフルオレン、ポリフェニレン、特にアルキル置換またはアルコキシ置換されたポリ−１，４−フェニレンのようなポリアリーレンなどがある。そのようなポリマーは、例えばAdv. Mater. 2000 12(23) 1737-1750およびその引用文献に開示されている。層３で用いるのに好適なエレクトロルミネッセンスデンドリマーとしては、例えば国際公開第０２／０６６５５２号に開示されたようなデンドリマー基を持つエレクトロルミネッセンス金属錯体などがある。
【００５０】
アノード２とカソード４との間には、電荷輸送層、電荷注入層、または電荷阻止層のような、さらなる層が配置されてよい。
【００５１】
デバイスは、水分および酸素の侵入を防ぐために封止材（図示せず）で封止されることが好ましい。好適な封止材としては、ガラス板や、例えば国際公開第０１／８１６４９号に開示されているようなポリマーと誘電体との交互の積み重ねなどの好適な障壁特性を有する膜、または、例えば国際公開第０１／１９１４２号に開示されているような気密容器などがある。基板または封止材を透過する恐れのある雰囲気中の水分および／または酸素を吸収するゲッター材料が、基板と封止材との間に配置されてもよい。
【００５２】
図１の実施の形態は、最初にアノードを基板上に形成し、続けてエレクトロルミネッセンス層およびカソードを堆積させることによってデバイスが形成される、というデバイスを説明するものである。しかし、当然のことながら、本発明のデバイスは、最初にカソードを基板上に形成し、続けてエレクトロルミネッセンス層およびアノードを堆積させることによっても形成され得る。
【００５３】
有機エレクトロルミネッセンス画素を有するアクティブバックプレーンデバイスに関して本発明を説明したが、デバイスは無機材料からも形成され得る。そのようなデバイスおよび材料は、研究論文"Light-emitting Diodes” by A. A. Bergh and P.J Dean, Clarendon Press, Oxford (1976) (ISBN 0198593171)に記載され、当業者によく知られている。また、本発明は、例えば液晶ディスプレイのような、エレクトロルミネッセンス画素を持たないディスプレイにも使用できる。
【図１】
2012506566.tif 000003
【図２】
2012506566.tif 000004
【図３】
2012506566.tif 000005
【国際調査報告】
2012506566.tif 000006
2012506566.tif 000007
2012506566.tif 000008