光データ伝送を用いるディスプレイデバイス
ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路１１を画定するディスプレイ基板と、ディスプレイ基板上に配置されるチップレットであって、ディスプレイ基板とは別個のチップレット２２基板、選択された制御波長における光導波路からの光に応答してピクセル情報を与える光センサー１９２、ピクセル情報に応答して制御信号を与える選択回路１６及び制御信号に応答する駆動回路１７を有し移送される光を受信するように構成される、チップレットと、コントローラーからのピクセル情報を、選択された制御波長における光として光導波路の中に送信する光送信機と、表示エリア内、又は表示エリア上に位置し、駆動回路に応答して光を与える表示光学素子１８とを有する、ディスプレイデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はピクセルアレイの並列制御を採用した、分散配置された、独立したチップレットを備えた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］
同じ譲受人に譲渡された、Cok他に対する２００９年６月９日に出願された「Display Device with Parallel Data Distribution」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／４８０，８０４号が参照され、この開示は本明細書に援用される。
【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、そしてテレビのような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。基板は通常、連続した板ガラスであるが、プラスチック又は他の材料とすることができ、複数の隣接したタイルに分割することができる。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いく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、本明細書で用いられるとき区別されず、単一の発光素子を指す。種々の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（ＬＥＤ）ディスプレイ等のエレクトロルミネッセント（ＥＬ）ディスプレイが知られている。
【０００４】
発光素子を形成する発光材料の薄膜を組み込んだＥＬディスプレイは、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。Tang他に対する特許文献１は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）発光素子のアレイを含む有機ＬＥＤカラーディスプレイを示している。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。当該技術分野で既知の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注入、電荷輸送、又は電荷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】
サブピクセルの制御は通常、当該技術分野において既知であるようなアクティブマトリックス構成又はパッシブマトリックス構成において、行電極及び直交する列電極を用いて成し遂げられる。しかしながら、これらの構成はディスプレイのタイミングの自由度を制限する。さらに、アクティブマトリックスディスプレイでは、各サブピクセルが１つ又は複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含み、そのようなトランジスタは望ましくない不均一性（例えば、低温ポリシリコン、ＬＴＰＳ、ＴＦＴ）又は経時変化（例えば、アモルファスシリコン、ａ−Ｓｉ、ＴＦＴ）を有する。
【０００６】
代替的な制御技法を用いるものとして、Matsumura他は、特許文献２において、ＬＣＤディスプレイの駆動に用いられる結晶シリコン基板を記述している。その出願は、半導体基板から作製されるピクセル制御デバイス（「チップレット」）を別個の平坦なディスプレイ基板上に選択的に移送し、固定するための方法を記述している。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ている。マトリックスアドレス指定ピクセル制御技術が教示される。
【０００７】
Matsumuraの技法は従来技術のＴＦＴの限界を克服する。しかしながら、高解像度又は高フレームレートディスプレイでは、この技法は、ピクセル情報、すなわち、サブピクセルを制御する情報をチップレットに送信するために用いられる行電極及び列電極の電気的特性によって制限される。これらの電極は、クロストークと、抵抗性、誘導性及び容量性遅延とを有し、それらは克服するのが非常に難しい。
【０００８】
他の分野において、光学的シグナリングを用いて、電気的シグナリングの限界を克服することが知られている。例えば、Heflingerに対する特許文献３は自由空間光インターコネクト（ＦＳＯＩ）を教示しており、積分チャンバーのような伝送ボリューム（transmission volume：伝送空間）を通って伝搬する光を用いて、送受信機が情報を送信及び受信する。Dress他に対する特許文献４は、送信機あたり１つのレンズ、及び受信機あたり１つのレンズを用いて、１つの送信機が多数の受信機に対して同時に光を効率的に送信できるようにする光ブロードキャストインターコネクト（optical broadcast interconnect）を教示している。これら２つの出願は、例えば、１つのコントローラーから多数の受信機に効果的に光通信できるようにするが、大きな光学ボリューム（optcial volume）の場合に限られる。それゆえ、これらの方式は、空間、特に厚みに関して大きな制約を有するフラットパネルディスプレイの場合に適していない。
【０００９】
Bischel他に対する特許文献５は、光導波路及び有極電気光学構造を用いて、フラットディスプレイのエッジから外部の視認者まで光を誘導するディスプレイデバイスを教示している。この方式によれば、ディスプレイの基板を通じて光を伝送し、所望の点において抽出できるようになる。しかしながら、有極電気光学構造は複雑であり、費用のかかる製造プロセスを必要とする。さらに、この方式は、チップレットのための制御信号分配とは全く異なる問題であるピクセルのための光出力を対象としている。
【００１０】
Singh他に対する特許文献６は、光ファイバーのような発光ファイバーの長さに沿って配置される複数の発光素子を利用するディスプレイデバイスを教示している。この方式は、ＯＬＥＤディスプレイ素子の光制御を提供する。しかしながら、高解像度のディスプレイでは、この方式は、多数のファイバー、例えば、行あたり１つのファイバーを正確に位置決めする必要がある。位置決め誤差があると、目に見える不均一性が生じ、歩留まりが低下する可能性がある。さらに、ファイバー内にいくつかの断線があると、断線以降の全てのピクセル、又はそのファイバーに取り付けられる全てのピクセルが動作しなくなる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３８４，５２９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００５５８６４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７２６，７８６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０００８４７２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１４１，４６５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２５９，８３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それゆえ、ディスプレイデバイス上のチップレットへのピクセル制御情報の分配を改善することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、コントローラーに応答するディスプレイデバイスであって、
（ａ）ディスプレイ基板であって、ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定するとともに、選択された制御波長における屈折率と、長い寸法と、表示エリアと、該長い寸法に沿って、該選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰とを有する、ディスプレイ基板と、
（ｂ）前記ディスプレイ基板上に配置されるチップレットであって、前記ディスプレイ基板とは別個のチップレット基板と、前記選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して前記ピクセル情報を与える光センサーと、前記ピクセル情報に応答して制御信号を与える選択回路と、前記制御信号に応答する駆動回路とを有し、前記移送された光を受信するように構成される、チップレットと、
（ｃ）前記ピクセル情報を前記選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する光送信機であって、該光送信機は前記コントローラーによって与えられるピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記光センサーに移送される、光送信機と、
（ｄ）前記表示エリア内、又は前記表示エリア上に位置し、前記駆動回路に応答して光を与える表示光学素子と、
を備える、コントローラーに応答するディスプレイデバイスが提供される。
【００１４】
本発明の利点は、従来技術に比べて、チップレットのサイズが小さくなり、コストが削減されることである。これは、従来技術に比べて薄いディスプレイ厚を提供することができる。ピクセル情報に応答する選択回路の使用は、ディスプレイデバイスの複雑さを緩和するより効率的な設計である。さらに、本発明のディスプレイデバイスは、信号ワイヤの破損が起こり得ないので、従来技術よりも配線及び相互接続の欠陥に耐える。更なる利点は、パネルに接合される電気ドライバーの数が削減されるので、従来技術に比べて、ドライバー回路及びディスプレイの製造コストを削減できることである。
【００１５】
本発明は、フラットパネルディスプレイ上のチップレットにピクセル情報を光学的に分配し、それらのチップレットに取り付けられるサブピクセルを制御する効果的な方法を提供する。光学的な分配は、伝送線路及びＲＬＣ遅延を含む、電気的な通信方法によって受ける遅延を除去する。ディスプレイバックプレーンを通じて光を伝送することによって別個の導波路が不要になり、ディスプレイによって占有される体積の増加は好ましくないほどではない。チップレット上に光センサーを形成することによって、チップレット上に効果的な受信機回路を形成するために、高密度リソグラフィを使用できるようになる。本発明によれば、基板光伝送(light piping)の従来技術の方法を実施する場合のように、基板の製造コストは増加しない。本発明は、チップレットとのロバストな通信を提供し、基板が破損することによってのみ通信が中断される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるディスプレイデバイスのブロック図である。
【図１Ｂ】本発明によるディスプレイデバイスの一実施形態のブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の場合に有用なエレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセルの概略図である。
【図１Ｄ】本発明による、ディスプレイデバイスの一実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による基板及びチップレットの等角図である。
【図３】本発明の一実施形態による基板及び支持体の断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【００１７】
図面における種々の層及び素子は大きく異なるサイズを有するので、図面は縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるディスプレイデバイス１０はディスプレイ基板１１を含み、ディスプレイ基板上に複数のサブピクセル１２が形成される。各サブピクセル１２は選択回路１６及び駆動回路１７を有する。各サブピクセル１２は表示光学素子１８、例えば、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）エミッター（発光素子）も含む。各表示光学素子１８は、表示エリア１４内、又は表示エリア１４上に位置し、光を与えるために駆動回路に応答する。サブピクセル１２内の接続は、電気的に、光学的に、又は当該技術分野において既知である他の方法によって行なうことができる。コントローラー１９が各選択回路１６にピクセル情報を与え、各サブピクセル１２によって、どの程度の光が与えられるかを決定する。
【００１９】
ディスプレイ基板１１は、ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定する。本出願において、「光（light）」は、ピクセル情報を参照する際に、電磁スペクトルの可視領域内の放射だけでなく、全ての電磁放射（一般的に「電波」と呼ばれる）を含む。したがって、「光」は、電波（３ｋＨｚ〜３００ＧＨｚ）、赤外線、可視光（約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚ）、紫外線及び他の電磁波を含む。同様に、「光学（光：optical）」及び「フォト（光：photo）」は任意の電磁波を指しており、例えば、「光送信機」及び「光センサー」は、可視光領域内だけでなく、電磁スペクトル内のどの部分においても動作できるようになる。光送信機は、「電磁波送信機」と呼ぶことができ、光センサーは「電磁波センサー」又は「電磁波受信機」と呼ぶことができる。
【００２０】
コントローラー１９は、この図及び他の図において、左端が平坦であるブロック矢印として示される光送信機１９１にピクセル情報を送信する。ピクセル情報は、全体を通じて、左端に切り込みがついているブロック矢印として示される光センサー１９２によって各サブピクセルに供給される。光送信機１９１は、ピクセル情報信号としてコントローラー１９によって光学的に与えられるピクセル情報を、ディスプレイ基板１１によって画定される光導波路を通じて、１つ又は複数の光センサー１９２に送信する。ピクセル情報信号は、ＩｒＤＡ標準規格によって用いられる選択された制御波長、例えば、８７５ｎｍの光として送信される。光送信機１９１からの光はディスプレイ基板１１を通って進み、必ずしも全て同時にではないが、全ての光センサー１９２を通る。光センサー１９２は、フォトダイオード若しくはフォトトランジスタ、又は当該技術分野において既知である他の光学センサータイプとすることができる。
【００２１】
光センサー１９２は、ピクセル情報信号、すなわち、選択された制御波長において光送信機１９１からディスプレイ基板１１の光導波路を通って到来する光に応答して、選択回路１６にピクセル情報を与える。以下で更に検討されるように、選択回路１６は、ピクセル情報に応答して、駆動回路１７に制御信号を与える。駆動回路１７は、表示光学素子１８がピクセル情報に対応する光を生成するか、又は与えるようにすることによって制御信号に応答する。表示光学素子１８は、選択された制御波長に等しいか、又は等しくない１つ又は複数の放射波長において光を与えることができる。
【００２２】
図１Ｂを参照すると、一実施形態において、図１Ａと同様のディスプレイ基板１１、１つ又は複数の表示光学素子１８、コントローラー１９及び光送信機１９１を有するディスプレイデバイス１０が、サブピクセル１２のうちの１つ又は複数を制御するためにディスプレイ基板１１上に配置されるチップレット２１を更に含む。チップレット２１は、コントローラー１９からピクセル情報を受信する光センサー１９２及び選択回路１６を含む。また、チップレット２１は、各表示光学素子１８に対応する駆動回路１７も含む。サブピクセル１２は、この実施形態では、図１Ａの実施形態のように完全には独立していないが、サブピクセル１２の全ての構成要素が存在しており、同様の機能を実行する。受信機及び選択回路は種々の方法において結合又は分割することができ、それらの方法はエレクトロニクス技術分野の当業者には明らかになることに留意されたい。
【００２３】
図１Ｃは、本発明の場合に有用なエレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセルを示す。上記のように、サブピクセル１２は、選択回路１６及び駆動回路１７を有する。各サブピクセル１２は表示光学素子１８を含み、その素子はＥＬエミッター、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。表示光学素子１８はカラーフィルターを更に含むことができる。駆動回路１７は、電圧／電流変換器として動作する駆動トランジスタ１７１を含み、駆動トランジスタ１７１のゲートに印加される電圧を蓄積するためのオプションのストレージキャパシタ１７２を含む。選択回路１６は駆動回路１７に制御信号を供給し、その信号は、表示光学素子１８から出力される所望の光に対応する電圧である。制御信号は、オプションで、ストレージキャパシタ１７２に蓄積される。制御信号は駆動トランジスタ１７１のゲートに印加され、制御信号により、駆動トランジスタ１７１は、印加されたゲート電圧に対応する電流を流す。その電流はＯＬＥＤ表示光学素子１８を通って流れ、ＯＬＥＤ表示光学素子が対応する量の光を放射する。
【００２４】
選択回路１６が、接続１７５を介して、光センサー１９２からピクセル情報を受信し、その接続は電気的接続とすることができる。選択回路１６又は駆動回路１７は、当該技術分野において既知であるような他の電気的接続を含むことができる。駆動トランジスタ１７１が第１の電源ライン１７３に接続され、電源（図示せず）から電流を受信する。表示光学素子１８は第２の電源ライン１７４に接続され、その電流を電源に戻して回路を完成する。同様に、選択回路１６は、光センサー１９２に接続されることに加えて、電気的接続１７６を通じて（例えば、ソースライン及びゲートラインを通じて）、当該技術分野において既知であるようなコントローラー１９に電気的に接続することができる。
【００２５】
図１Ｂを再び参照すると、チップレット実施形態において、チップレット２１は、電気的接続１７６を通じて、コントローラー１９に電気的に接続することができる。この電気的接続１７６は、光学的接続の代わりに存在するのではなく、光送信機１９１及び光センサー１９２を通る光学的接続の他に存在する。コントローラー１９は、電気的接続１７６を通じて、選択回路１６に補助ピクセル情報を与え、選択回路１６は補助ピクセル情報に更に応答して、制御信号を与える。一実施形態では、表示光学素子１８は、当該技術分野において既知であるようなデジタルドライブを用いて駆動される。ピクセル情報は、全てのチップレットに対して光学的に与えられるクロック信号であり、１０ＭＨｚよりも高い周波数を有することが好ましい（例えば、６０Ｈｚ×７２０行×８ビット時分割デジタルドライブ＝１１．０６ＭＨｚ）。補助ピクセル情報は、チップレット２１によって制御される表示光学素子１８毎のデジタル値であり、表示光学素子１８が駆動されるべきであるデューティサイクルを示す。ピクセル情報信号は、ディスプレイデバイス１０にわたって高速クロックを電気的に分配することに関連するスキュー及び雑音を伴うことなく、光学的にクロックを送信するのに好都合であり、補助ピクセル情報は、ピクセル情報信号の高い情報密度を必要とすることなく、チップレットあたり、又はサブピクセルあたりの情報を分配するのに好都合である。一実施形態では、そのディスプレイを用いて３Ｄ画像、例えば、マルチビューワーポジション（multi-viewer-position）裸眼立体画像を形成する。この実施形態では、クロック信号は少なくとも５０ＭＨｚの周波数を有することができ、ディスプレイデバイス１０が少なくとも３００Ｈｚのフレームレートにおいて動作できるようにする。
【００２６】
制御信号は、電流、パルス列、又は当該技術分野において既知である他の信号タイプとすることができる。表示光学素子１８は、液晶光変調器のような、光制御素子とすることができる。光制御素子は、ピクセル駆動回路によって光制御素子に与えられる電圧に従ってバックライトからの光の通過を制限するために液晶を包囲する交差偏光子を含むことができる。
【００２７】
図２Ａを参照すると、チップレット２１は、ディスプレイ基板１１とは別個のチップレット基板２２を有する。チップレット基板２２は、好ましくは、２０μｍ未満の厚みを有することができる。チップレット２１は、ピクセル情報信号、すなわち、光送信機１９１からの光路２３ａによって示されるような、光導波路を通って移送される光を受信するように構成される。以下で更に説明されるように、光はディスプレイ基板１１から出て、チップレット基板２２に入ることができる。ディスプレイ基板１１は長い寸法２０１を有する。この例では、ピクセル情報信号の光は、長い寸法２０１に沿って、光路２３ａ内を進む。光は光路２３ａを進むにつれて、当該技術分野において既知であるように減衰する。減衰は、単位長あたりの特定の方向における光出力減衰としてｄＢ単位で測定される。例えば、通信のために用いられる通常の光ファイバーは、８５０ｎｍにおいて、３ｄＢ／ｋｍの光出力減衰を有する。
【００２８】
本発明によれば、ディスプレイ基板１１では、長い寸法２０１においてディスプレイ基板１１の長さに沿った光出力減衰は、選択された制御波長において２０ｄＢ未満である。すなわち、長い寸法２０１に沿って進むときに、選択された制御波長においてディスプレイ基板１１の一端において注入される光出力の少なくとも１％が、ディスプレイ基板１１の他端に達する。このことから、本発明の構成要素（例えば、ディスプレイ基板１１、チップレット基板２２）の軸又は寸法を参照する際の用語「〜に沿って」は、その軸又は寸法の方向において、或る長さから、最長で、その対応する構成要素の長さまでを意味するように当業者によって理解されるであろう。例えば、「ディスプレイ基板１１の長軸に沿って」は、長い寸法２０１の方向においてディスプレイ基板１１の長さにわたって進むが、それより先には進まないことを意味する。
【００２９】
当該技術分野において既知であるような光導波路は、一般的に、隣接する材料よりも高い屈折率を有する材料であり、その中では光が内部全反射によって移送される。ディスプレイ基板１１は、選択された制御波長において、ディスプレイ基板１１を包囲する空気よりも高い屈折率を有し、それゆえ、光導波路を形成する。例えば、ガラスディスプレイ基板は通常、１．５の屈折率を有し、空気は通常、１．０の屈折率を有する。光導波路を形成するディスプレイ基板１１は、ディスプレイ基板１１の法線に対する臨界角を有する。光路２３ａが、この臨界角よりも大きな（法線から離れた）角度においてディスプレイ基板１１の上面１１ａに突き当たるとき、その光路は反射してディスプレイ基板１１の中に戻される。それゆえ、ディスプレイ基板１１の上面１１ａの臨界角よりも大きな入射角を有する光線は、ディスプレイ基板１１の中に閉じ込められることになる。図２Ａに示されるように、これらの光線をチップレット基板２２に取り込むために、チップレット基板２２は、ディスプレイ基板１１の屈折率に実質的に等しい屈折率を有することができ、かつディスプレイ基板１１に直接接触して配置することができ、それにより、光がほとんど屈折することなく、ディスプレイ基板１１からチップレット基板２２内にそのまま通り抜けられるようにする。用語「上面」は、ディスプレイ基板１１の任意の特定の向きを要求しないことに留意されたい。
【００３０】
図２Ｂを参照すると、別の実施形態では、チップレット基板２２は、ディスプレイ基板とチップレット基板２２との間に配置される接着剤２４を用いて、ディスプレイ基板１１に接着される。接着剤２４は、エポキシ（例えば、ＲＴＶ、室温加硫）、フォトレジスト（例えば、Rohm & Haas MEGAPOSIT SPR 955-CM汎用フォトレジスト）、又は当該技術分野において既知である別の接着剤とすることができる。接着剤２４は、ディスプレイ基板１１の全体にわたって均一に配置することができるか、又はこの図に示されるように、その対応するチップレット基板２２とディスプレイ基板１１との間にのみ配置することができる。
【００３１】
接着剤２４は、厚み軸２４１Ｔによって規定される厚み２４Ｔを有する。或る軸によって「規定される」量、例えば、厚み軸２４１Ｔによって規定される厚み２４Ｔは、その量（例えば、厚み２４Ｔ）がその軸（例えば、厚み軸２４１Ｔ）に沿って測定されることを意味する。その軸は、一般的に、その軸に沿った場合に量が最も小さい軸である。例えば、或る部屋の床と天井との間の距離は、対角線方向ではなく、垂直方向において測定されるので（対角線方向は、垂直方向よりも大きな測定値を与えることになる）、その部屋の高さは垂直軸によって規定される。
【００３２】
その厚みは、１ミクロン以上であり、かつ１０ミクロン以下であることが好ましい。厚み軸２４１Ｔは、ディスプレイ基板１０の厚みを規定する厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行である。「実質的に平行」は、厚み軸２４１Ｔと厚み軸１０１Ｔとの間の角度が±１０°であることを意味する。
【００３３】
光が接着剤２４を通じてチップレット基板２２まで進めるようにするために、接着剤２４は、接着剤２４の厚み軸２４１Ｔに沿って、選択された制御波長において１０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。本発明の一実施形態において、接着剤２４は、光学フィルター、例えば、カラーフィルターとしての役割を果たし、選択された制御波長における光と他の光とを弁別することができる。例えば、接着剤２４は、顔料（例えば、緑色カラーフィルターにおいて有用な黄色透過性顔料の場合、Clariant PY74若しくはBASF Palitol(R) Yellow L 0962 HD PY138、又はToppan顔料）を混ぜた上記のようなフォトレジスト、又は着色フォトレジスト（例えば、Fuji-Hunt Color Mosaic CBV青色レジスト）から形成されるカラーフィルターとすることができる。接着剤２４は、接着剤２４の厚み軸２４１Ｔに沿って、選択された制御波長とは異なる選択された波長において１０ｄＢ以上の光出力減衰を更に有することができる。例えば、接着剤２４は、可視光を遮断しながら、赤外線を通すことができる。
【００３４】
チップレット基板２２は、選択された制御波長において或る屈折率を有する。例えば、室温におけるバルクシリコンは、１０００μｍにおいて約３．５の屈折率を有する。接着剤２４も選択された制御波長において或る屈折率を有する。例えば、Intertronics DYMAX OP-4-20658光ファイバーＵＶ硬化可能カチオンエポキシ接着剤は、赤外線波長において、１．５８５の屈折率を有する。チップレット基板２２は、選択された制御波長において、好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率よりも大きい屈折率を有することができる。これにより、光線がディスプレイ基板１１からチップレット基板２２に進むときに、法線から離れるのではなく、法線に向かって曲がり、それにより、任意の所与の光が光センサー１９２に突き当たることになる確率が高くなる。接着剤２４は、選択された制御波長において、好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率の８０％よりも大きく、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率の１２０％よりも小さい屈折率を有することができる。これは、ディスプレイ基板１１内の内部全反射による光損失を最小限に抑える。接着剤２４は、選択された制御波長において、より好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率以上であり、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率以下である屈折率を有することができ、選択された制御波長において、更により好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率よりも大きく、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。これは最終的に、光線がディスプレイ基板１１の上面１１ａにおいてディスプレイ基板１１から接着剤２４の中に進むときに法線２５ａに向かって曲げられ、光線が接着剤２４の上面２４ａにおいて接着剤２４からチップレット基板２２の中に進むときに法線２５ｂに向かってさらに曲げられる光路２３ｂを与える。法線２５ａ及び２５ｂは、上面２４ａが平坦であるときに平行であるが、これは必要ないことに留意されたい。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂは、長い寸法２０１に沿った光路２３ａ及び２３ｂを示す。しかしながら、光は、任意の方向における直線、又は球状の波面のような、数多くの経路においてディスプレイ基板１１の中を進むことができる。
【００３６】
図２Ｄを参照すると、ディスプレイ基板１１及びチップレット基板２２が等角図において示される。ディスプレイ基板１１は長さ１１Ｌ、幅１１Ｗ及び厚み１１Ｔを有する。これらの寸法は、３つの実質的に直交する軸：長さ軸１０１Ｌ、幅軸１０１Ｗ及び厚み軸１０１Ｔによってそれぞれ規定される。「実質的に直交する」は、それらの軸間の角度が９０±１０°であることを意味する。ディスプレイ基板１１の長い寸法２０１は、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗのうちの長い方として測定することができる。代替的には、長い寸法は、ディスプレイ基板の長さ−幅（１０１Ｌ−１０１Ｗ）面内の対角線に沿って測定することができる。厚み１１Ｔは、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗの短い方よりも小さく、２０ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗは１６：９の比、及び１０”より大きな値を有することができ、厚み１１Ｔは２ｍｍ以下とすることができる。
【００３７】
チップレット基板２２は厚み２２Ｔを有し、その厚みは２０μｍ未満とすることができる。厚み２２Ｔは厚み軸２２１Ｔによって規定され、その軸はディスプレイ基板２２の厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行である。厚み軸２２１Ｔと長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗを含む面との間の角度は、厚み軸１０１Ｔと長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗを含む面との間の角度の±１０°以内とすることができる。すなわち、ｐnを長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗのベクトルクロス乗積、すなわち、両方の軸に対して垂直なベクトルと定義すると、厚み軸２２１Ｔとｐnとの間の角度は、厚み軸１０１Ｔとｐnとの間の角度の±１０°以内である。
【００３８】
光がチップレット基板２２を通じてその上に配置される光センサーまで進めるようにするために、チップレット基板２２は、チップレット基板２２の厚み軸２２１Ｔに沿って、選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。
【００３９】
光送信機１９１によって送信されるピクセル情報信号は、光路２３ｃによって示されるように、ディスプレイ基板１１の厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行な１つ又は複数の方向において、光導波路内を進む。ピクセル情報信号が、チップレット基板２２下のエリアに達するとき、その信号は、上記のように光導波路から取り込まれ、光センサー１９２によって受信される。ピクセル情報信号は各チップレット２１に達するが、チップレット２１は、異なる時点において、又は異なる経路によってピクセル情報信号を受信することができる。光はディスプレイ基板１１のエリア全体を通り抜ける必要はない。光送信機１９１は、レーザー又はレーザーダイオードのようなナロービーム源、ランプ又は等方性エミッターのようなブロードビーム源、又はＬＥＤのような、その中間にあるビーム源とすることができる。光送信機１９１は、基板上に構成することができるか（例えば、エレクトロルミネッセントエミッター）、基板上に実装することができるか（例えば、表面実装ＬＥＤ）、基板に取り付けることができるか（例えば、基板に隣接して機械的に保持されるディスクリートＬＥＤ）、又は基板の近くに位置することができるか（例えば、そのビームが基板の中に誘導されるレーザー）、又は当業者に明らかである他のオプションとすることができる。光送信機１９１は、ディスプレイ基板１１の上面、底面又はエッジの上又は近くに配置することができる。
【００４０】
当該技術分野において既知であるように、長方形導波路の厚みＴ（ｍ）は、式１によって、その導波路が通常搬送する周波数ｆ（Ｈｚ）に関連付けられる。
ｆ＝ｋｃ／Ｔ （式１）
ただし、ｋは約０．３〜０．５の範囲にある無次元定数であり、ｃは光の速さである（〜３×１０8ｍ／ｓ）。特定の厚みの導波路が或る帯域の周波数を搬送することができるので、ｋ値には範囲がある。０．４のｋの場合の代表値を用いるとき、１５００オングストローム厚〜３０００オングストローム厚の導波路において、可視光範囲（約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ、又は約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚ）を搬送できることが好ましい。この厚みの層は従来の装置によって堆積することができる。例えば、従来のスパッタリングされる金属層は２０００オングストローム厚である。それゆえ、そのような導波路は、上記のように、支持体３２上にある透明な導波性ディスプレイ基板層とすることができる。選択された制御波長における光をユーザーから見えないようにするために、約６０００オングストローム厚のディスプレイ基板１１と共に約１．５μｍの目に安全な赤外線波長を使用できるか、又は約８０００オングストローム厚のディスプレイ基板と共に２μｍの波長を使用できることが好ましい。
【００４１】
代替的には、マイクロ波周波数範囲内の光の場合に、従来のガラスディスプレイ基板１１を導波路として使用することができる。ガラスディスプレイ基板１１は、０．３ｍｍ〜２ｍｍ（２ｍｍを含む）とすることができ、好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ（１ｍｍを含む）とすることができる。２ｍｍガラスは、６１．２５ＧＨｚにおけるＩＳＭ（産業科学医療用）免許不要帯域、及び合衆国における５９ＧＨｚ〜６４ＧＨｚからの免許不要帯域を含む、約５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。１．１ｍｍガラスは、１２２．５ＧＨｚにおけるＩＳＭ帯域を含む、８５ＧＨｚ〜１３０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。０．５ｍｍガラスは、２４５ＧＨｚにおけるＩＳＭ帯域を含む、１９０ＧＨｚ〜２８０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。０．３ｍｍガラスは、３００ＧＨｚよりも高い周波数のような大部分の管轄において免許不要である、約３１５ＧＨｚ〜４７０ＧＨｚ（約６５０μｍ〜９５０μｍ）のサブミリメートル範囲内の光を搬送できることが好ましい。
【００４２】
ディスプレイ基板１１によって画定される光導波路は、好ましい範囲よりも高い周波数の光を搬送することができる。例えば、地球の表面及び電離層は、非常に低い周波数（例えば、４０Ｈｚ未満のシューマン共振）に対して、誘電体として大気を有する導波路を画定するが、はるかに高い周波数（例えば、３０ｋＨｚ〜３ＰＨｚ）の電波も大気中を伝搬する。同様に、ガラスディスプレイ基板１１は、例えば、約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚの可視光周波数を含む、上記の好ましい範囲（例えば、０．５ｍｍガラスの場合に２８０ＧＨｚ）よりも高い周波数を搬送することができる。ディスプレイ基板１１の好ましい範囲よりも高い周波数では、光は導波路内に完全には閉じ込められず、或る量の光が脱出する。本発明が必要とするのは、ピクセル情報信号の十分な量の光が光センサー１９２に達し、それにより、光センサー１９２が選択回路に制御情報を与えられるようにすることだけである。当該技術分野において既知の光センサーは検出しきい値を有するので、選択された制御波長において光センサーに達する光は、好ましくは、検出しきい値よりも高い振幅を有することができる。
【００４３】
ディスプレイ基板１１が２つ以上の波長において光を搬送することができるとき、ピクセル情報を２つ以上の波長において同時に送信することができる（波長分割多重、「ＷＤＭ」）。図１Ｂを再び参照すると、コントローラー１９が、ピクセル情報及び第２のピクセル情報を与えることができる。光送信機１９１が、２つの波長を同時に送信することができるか、又は異なる波長において送信する２つの送信機を含むことができる。２つの波長は、選択された制御波長及び第２の選択された制御波長である。ピクセル情報は選択された制御波長において送信され、第２のピクセル情報は、第２の選択された制御波長において同時に送信される。ディスプレイ基板１１は、第２の選択された制御波長において第２のピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、長い寸法２０１に沿って、第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。チップレット２１は、第２の選択された制御波長において移送された光を受信するように構成される。光センサー１９２は、両方の波長において光を受信できるような、選択的な周波数応答を有することができるか、又は２つの波長における２つの受信機を含むことができる。
【００４４】
図１Ｄを参照すると、別の実施形態では、ピクセル情報は、選択された制御波長における第１のピクセル情報信号及び第２の選択された制御波長における第２のピクセル情報信号に分割され、そのような信号として送信される。図１Ｂと同様に、ディスプレイデバイス１０は、ディスプレイ基板１１と、１つ又は複数の表示光学素子１８と、コントローラー１９と、光送信機１９１と、光センサー１９２、選択回路１６及び駆動回路１７を有するチップレット２１とを含む。光送信機１９１が第１のピクセル情報信号を送信する間に、第２のピクセル情報信号を第２の選択された制御波長における光として送信するために、コントローラー１９は第２の光送信機１９１ａにも接続される。チップレット２１は、第２の選択された制御波長において移送される光を受信するように構成される。光センサー１９２が第１のピクセル情報信号及び第２のピクセル情報信号に応答することもできるし、光センサー１９２が第１のピクセル情報信号に応答する間に、第２のピクセル情報信号（第２の選択された制御波長において光導波路によって移送される光）に応答する第２の光センサー１９２ａを含めることもできる。選択回路１６は、第１のピクセル情報信号において搬送される第１のピクセル情報、及び第２のピクセル情報信号において搬送される第２のピクセル情報に応答し、各駆動回路１７にそれぞれの制御信号を与える。この実施形態では、ディスプレイ基板１１は、第２の選択された制御波長においてピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、長い寸法に沿って、第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。
【００４５】
図３を参照すると、光路２３ｄに沿ってディスプレイ基板１１の中を進む光は、ディスプレイ基板１１のエッジ２２ｅに達するとき、ディスプレイ基板１１から外部に屈折することができる。エッジ２２ｅは、長さ軸１０１Ｌ（ここで図示される）又は幅軸１０１Ｗ（図２Ｄ）に対して実質的に垂直である。「実質的に垂直」は、エッジ２２ｅの面内のベクトルが、長さ軸１０１Ｌに対して、９０±１０°の角度を形成することを意味する。選択された制御波長が可視光波長（例えば、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）である場合には、ディスプレイ基板１１から到来する光が不快なほどにユーザーから見える可能性がある。この問題を緩和するために、一実施形態では、ディスプレイデバイス１０は、エッジに隣接し、かつ実質的に平行に位置する吸収素子３１を含む。吸収素子３１は、選択された制御波長において光を吸収することになる任意の材料、例えば、つや消し仕上げの黒いプラスチックの棒とすることができる。吸収素子３１は、選択された制御波長において０よりも大きな吸収パーセンテージを有し、選択された制御波長において７５％よりも大きな吸収パーセンテージを有することが好ましい。吸収パーセンテージが高いほど、ユーザーから見える光が少ない。吸収素子３１は、ディスプレイ基板１１と直接接触することもできるし、ディスプレイ基板１１に近いが、空気、接着剤又は当該技術分野において既知である別のセパレーターによってディスプレイ基板１１から分離させることもできる。
【００４６】
一実施形態では、ディスプレイ基板１１は支持体３２上に実装される。例えば、不透明なプラスチック支持体３２上に透明なガラスディスプレイ基板１１を実装して、機械的な安定性を付加することができる。代替的には、ディスプレイ基板１１は、スピンコーティング又は他の薄膜堆積法によって箔支持体上に堆積される透明な導波性ディスプレイ基板層とすることができる。支持体は、選択された制御波長において光を反射するか、又はディスプレイ基板１１の屈折率よりも低い屈折率を有し、ディスプレイ基板２２と支持体３２との間の界面における光損失を低減できることが好ましい。支持体３２は長い寸法３０１を有し、その寸法はディスプレイ基板１１の長い寸法２０１に対して平行にすることができる。選択された制御波長における長い寸法３０１に沿った支持体３２の光出力減衰は、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の長い寸法２０１に沿った光出力減衰よりも大きい。吸収素子３１及び支持体３２は同じ図において示されるが、その２つは独立して、又は組み合わせて用いることができることに留意されたい。吸収素子３１は、支持体３２上に配置することができるが、そのように配置される必要はない。支持体３２を含む実施形態では、ディスプレイ基板１１は非長方形とすることができる。例えば、ディスプレイ基板１１は、上記のような光導波路を形成する、パターニングされた層とすることができる。ディスプレイ基板１１が完全に接続されるので、ディスプレイ基板１１内に、光送信機１９１からの光がディスプレイ基板１１、例えば、上面１１ａと光学的に接触して配置される各光センサー１９２に達するための１つの経路が存在する。
【００４７】
当該技術分野において既知であるような変調方式が、到来する信号を正確に受信することができる雑音フロア、すなわち、最低限許容できる信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を有する。或る選択された変調方式の場合に、選択された制御波長において光センサーに達する光は、光送信機からディスプレイ基板の光導波路を通って、他の光源から光導波路を通って、又は他の光源から光導波路以外の媒体（例えば、ディスプレイ周囲の空気）を通って到来することができる。光送信機からの光（ピクセル情報信号）以外の、選択された制御波長において光センサーに達する光が雑音である。
【００４８】
図４Ａを参照すると、選択回路１６が、光センサー１９２からの制御信号に応答してピクセル情報を駆動回路１７に与える雑音除去回路４２を含むことができる。一実施形態において、表示光学素子１８からの光は光センサー１９２に対する雑音である。したがって、雑音除去回路４２は、１つ又は複数の受信制御信号を格納するメモリ４２１と、格納された制御信号（複数の場合もあり）に応答して、受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長において表示光学素子１８によって放射された光を補償するプロセッサ４２２とを含む。表示光学素子１８によって放射された光は既知であり、格納された制御信号（複数の場合もあり）に対応するので、その光を光センサー１９２によって受信された光から減じて、雑音を低減できるようになる。
【００４９】
図４Ｂを参照すると、表示光学素子１８からの光が光センサー１９２に対する雑音である別の実施形態では、表示光学素子１８はエレクトロルミネッセントエミッターである。雑音除去回路４２が、選択された制御波長に等しくない選択された非制御波長においてＥＬエミッター（表示光学素子１８）によって放射された光を検出する第２の光センサー１９２ｂを含む。プロセッサ４２２が、光センサー１９２ｂからの信号に基づいて、光センサー１９２からの受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長においてＯＬＥＤ ＥＬエミッターによって放射された光を補償し、雑音を低減する。当該技術分野において既知であるような広帯域ＥＬエミッターは一般的に２つ以上の波長における光を生成し、各波長における光の量は相関がある（例えば、一定の比である）。それゆえ、非制御波長におけるＥＬエミッターの光出力を測定し、非制御波長における光と制御波長における光との間の測定された相関、又は既知の相関を用いて、制御波長における光の量を求めることができ、その量を光センサー１９２によって受信される光から減じて、雑音を低減することができる。
【００５０】
図４Ｃを参照すると、別の実施形態では、ディスプレイデバイス１０内の第２のサブピクセル１２ｂからの光が、サブピクセル１２ａ内の光センサー１９２に対する雑音である。サブピクセル１２ｂは、上記のように、駆動回路１７及び表示光学素子１８を含む。サブピクセル１２ａ内の雑音除去回路４２は、サブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８によって放射された光を検出する第２の光センサー１９２ｂを含む。プロセッサ４２２が、光センサー１９２ｂからの信号に基づいて、光センサー１９２からの受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長においてサブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８によって放射された光を補償し、雑音を低減する。光センサー１９２ｂは、サブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８からの光のみを受信するように、オプションでシールドすることができる。
【００５１】
図２Ｃを参照すると、ピクセル情報信号は、ディスプレイ基板１１内でバウンスし、１つの光センサー１９２によって何度も受信される可能性がある。光センサー１９２は、上面１１ａを有するディスプレイ基板１１の上方（例えば、上記のようにチップレット基板２２上）に配置される。光路２３ｂは、ディスプレイ基板１１の中を進み、光センサー１９２に突き当たる、光送信機１９１からの光を示す。光は、上面１１ａにおいて反射し、かつ屈折することができる。光路２３ｄは、ディスプレイ基板１１の中を更に進み、光センサー１９２に戻る反射光を示す。光路２３ｄからの光は、光路２３ｂからの光よりも遅れて光センサー１９２に達する。それゆえ、光センサー１９２は、同じピクセル情報を２度受信する（「エコー」）。したがって、選択回路１６は、エコーに起因する誤差を低減するために、雑音除去回路４２、例えば、エコーキャンセレーションユニットを含む。例えば、ピクセル情報を、送信するための複数のパケットにフォーマットすることができ、各パケットは、タイムスタンプ、シリアル番号、又は光センサー１９２によって２度目に受信されたときに、そのパケットを破棄できるようにする他の固有識別子を含むことができる。図４Ａを再び参照すると、メモリ４２１が、ピクセル情報の１つ又は複数の受信パケットの固有識別子（複数の場合もあり）を格納することができ、受信されていない（すなわち、その固有識別子（複数の場合もあり）が格納されていない）パケットのみをプロセッサ４２２に与えることができる。雑音除去回路４２が、メモリ４２１及びプロセッサ４２２を含むことができる。当該技術分野において既知である他のエコーキャンセレーション技法を本発明と共に利用することができる。
【００５２】
ピクセル情報はピクセル情報信号において搬送され、ピクセル情報信号は、トレリス変調、ノンリターンツーゼロ（ＮＲＺ）、オン・オフキーイング（ＯＯＫ）、強度変調（ＩＭ）若しくはサブキャリア多重（ＳＣＭ）のような、当該技術分野において既知である種々の技法に従って変調することができるか、ハフマン符号化若しくはＤＣＴのような当該技術分野において既知である技法を用いて圧縮することができるか、又はマンチェスター符号化若しくは８ｂ１０ｂ符号化のような当該技術分野において既知である技法を用いて符号化することができる。光通信及びインターネットワーキング技術分野において既知であるように、ピクセル情報のパケットを必要に応じて結合又は分割して、それらのパケットを、ディスプレイ基板１１を通じてロバストに移送することができる。
【００５３】
図１Ａを参照すると、ピクセル情報信号は全てのサブピクセル１２に進む。しかしながら、その情報のうちの異なるサブセットのみが、各駆動回路１７によって必要とされる。したがって、各選択回路１６は、その選択回路１６に接続される駆動回路１７（複数の場合もあり）に関連するピクセル情報のみを選択する。従来技術とは異なり、選択回路１６は、ピクセル情報信号に応答して、その対応するサブピクセル１２に関連するピクセル情報の部分を選択する。種々の方法を利用して、その情報をサブピクセル１２（又は図１Ｂのチップレット２１）に分配することができ、かつ選択回路１６が関連するピクセル情報を選択できるようになる。
【００５４】
本発明の一実施形態では、ピクセル情報（それゆえ、ピクセル情報信号）はコントローラー１９によって複数のパケットに分割される。それらのパケットは時間的に順次に配列され、サブピクセル１２又はチップレット２１に送信される。このことから、用語「受信者」は、図１Ｂに示されるような、チップレット２１が複数のサブピクセル１２を駆動する実施形態ではチップレットを、図１Ａに示されるような実施形態では、サブピクセル１２を含むように当業者によって理解されるであろう。
【００５５】
各受信者は固有のカウント値、例えば、２値を指定する１組のスイッチ又はパッド接続を有する。各選択回路１６はカウンターを含み、カウンターは、特定の受信者に関連付けられたピクセル情報が受信されるまで、すなわち、カウント値ｉを有する受信者の場合に、ピクセル情報の第ｉのパケットが受信されるまで、ピクセル情報の受信パケットをカウントする。ピクセル情報の関連するパケットが受信されたとき、そのパケットは、受信者によって、例えば、フリップフロップ若しくはメモリのようなデジタル記憶素子内に、又はキャパシタ（例えば、１７２）のようなアナログ記憶素子内に格納される。サブピクセル１２のためのカウント値は、左から右、上から下のような、ディスプレイ上でサブピクセル１２のラスタライズ順におけるサブピクセル１２の番号を表すことができる。複数のサブピクセル１２が１つのチップレット２１によって制御されるとき、各チップレット２１は、好ましくは、固有のカウント値を有することができ、ピクセル情報の各パケットは、対応するチップレットによって制御されるサブピクセル１２毎のピクセル情報を含むことができる。
【００５６】
本発明の代替の実施形態では、ピクセル情報はパケットにフォーマットされ、各パケットはそれぞれのアドレス値を含む。アドレス値は以下で更に検討される。複数のサブピクセル１２又はチップレット２１のそれぞれは１つの対応するアドレスを有する。このことから、用語「宛先アドレス」は、パケットのアドレス値を指しており、図１Ａにおいて示されるような実施形態における個々のサブピクセル１２に対応するパケットアドレス値に加えて、図１Ｂにおいて示されるような、チップレット２１が複数のサブピクセル１２を駆動する実施形態では、チップレットに対応するパケットアドレス値を含むように当業者によって理解されるであろう。
【００５７】
具体的には、複数の受信者（サブピクセル１２又はチップレット２１）のそれぞれの選択回路１６は、それぞれのアドレス値を有する。各選択回路１６は照合回路（例えば、コンパレーター）を含み、照合回路は受信した各パケットの宛先アドレスと、受信者のそれぞれのアドレス値とを比較する。照合回路が、宛先アドレスが受信者のアドレス値と一致することを示すとき、一致する宛先アドレスを有するパケット内のピクセル情報が、制御信号として格納されるか、又は対応する駆動回路１７に与えられる。
【００５８】
本発明の種々の実施形態において、種々の駆動回路１７、例えば、定電流又は定電圧及びアクティブ又はパッシブマトリックスを利用することができる。種々の技術、例えば、チップレット又は薄膜シリコン回路を用いて、選択回路１６及び駆動回路１７を構成することができる。
【００５９】
表示光学素子１８としてＯＬＥＤを用いる実施形態では、トップエミッター、ボトムエミッターのいずれかのアーキテクチャーを利用することができる。トップエミッターキテクチャーを利用して、デバイスのアパーチャ比を改善し、かつディスプレイ基板１１上に付加的な空間を与えて、電力バス及び任意の他のバスを配線できることが好ましい
【００６０】
チップレット２１のためのアドレス値は、例えば、コンピューター科学分野において既知である１２８ビットグローバル一意識別子（ＧＵＩＤ）標準規格に従って、任意に選択することができる。各サブピクセル１２（又はチップレット２１）は、固有のアドレス値、すなわち、他の全てのサブピクセル１２のアドレスとは異なるアドレスを有することができる。複数のサブピクセル１２が単一のチップレット２１によって制御されるとき、各チップレット２１は、固有のアドレスを有することができることが好ましく、ピクセル情報の各パケットは、そのパケットのアドレスに対応するアドレスを有するチップレット２１内に実装されるサブピクセル１２ごとのピクセル情報を含むことができる。すなわち、各パケットは、特定のチップレットを識別する対応するアドレスを有することができる。
【００６１】
アドレス値は、エレクトロニクス技術分野において既知であるような、レーザートリミング又は接続パッドストラッピングによって、チップレットに割り当てることができる。チップレットのシリコンウェハーのためのマスクを調整し、ウェハー上のチップレットごとに固有のウェハー符号化アドレスを与えることによって、アドレス値をチップレットに割り当てることもできる。ウェハー符号化アドレスを用いるとき、ウェハーごとに同じ１組のアドレスを用いることができる。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、チップレット２１を用いてディスプレイデバイス１０を作製するために、以下のステップが実行される。それぞれ固有アドレスを有する複数のチップレットからなる１つ又は複数のウェハー、及びディスプレイ基板１１が上記のように準備される。ウェハー（複数の場合もあり）から複数のチップレット２１が選択される。その後、選択されたチップレット２１ごとに、固有の基板位置が選択される。各チップレット２１のアドレス及び基板位置が記録される。チップレット２１は、対応する基板位置においてディスプレイ基板１１に接着される。その後、記録されたアドレス及び基板位置は不揮発性メモリに格納される。このメモリは、当該技術分野において既知であるようなフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気ディスク又は他の記憶媒体とすることができる。その後、不揮発性メモリはディスプレイ基板１１に関連付けられる。例えば、不揮発性メモリが、メモリチップレットに格納されるＥＥＰＲＯＭであるとき、メモリチップレットは、ディスプレイ基板１１に接着され、コントローラー１９に配線接続される。不揮発性メモリが磁気ディスクであるとき、ディスクにディスプレイ基板１１に対応する固有コードを付けることができる。
【００６３】
ディスプレイデバイス１０が使用中であるとき、コントローラー１９はチップレット２１の格納されたアドレス及び基板位置を読み出す。コントローラー１９は、受信した画像信号を、基板位置あたり１パケット、それゆえ、チップレット２１あたり１パケットの、基板位置に対応するピクセル情報の複数のパケットに分割する。コントローラー１９は、各パケットに、そのパケットの基板位置に対応するチップレットアドレスを割り当てる。これにより、各チップレット２１は、上記のように、対応するピクセル情報を検索できるようになる。
【００６４】
各チップレット２１は、ディスプレイ基板１１から独立した別個の基板を有する。本明細書において用いられるとき、ディスプレイ基板１１上に「分散配置される」は、チップレット２１が表示エリア１４の周辺部にわたって配置されるだけはなく、サブピクセルのアレイ内、すなわち、表示エリア１４のサブピクセル１２の下方、上方、又は間にも配置されることを意味する。
【００６５】
動作時に、ディスプレイコントローラー１９は、ディスプレイデバイス１０の要求に応じて、画像信号を受信し、処理して、ピクセル情報を生成する。その後、コントローラー１９は、ピクセル情報及び任意選択で追加の制御信号をデバイス内の各チップレット２１に光学的に送信する。ピクセル情報は、表示光学素子１８ごとの輝度情報を含み、各輝度情報は、ボルト、アンペア、又はピクセル輝度と相関がある他の指標で表すことができる。その後、選択回路１６及び駆動回路１７は、サブピクセル１２内の表示光学素子１８を制御し、表示光学素子は、関連付けられたデータ値に従って光を提供する。ピクセル情報信号は、タイミング信号（例えば、クロック）、データ信号、選択信号、又は他の信号を含むことができる。
【００６６】
一実施形態では、ピクセル情報はパケットに分割され、各パケットは、選択されたビット数ｎの２値情報を有する。パケット毎のピクセル情報信号は、ＩＥＥＥ８０２．３イーサネット（登録商標）標準規格に従って、そのパケットをマンチェスター符号化したものであり（ビット０が１から０への遷移であり；ビット１が０から１への遷移である）、１つの光パルスがマンチェスター符号化されたデータにおけるビット１を表し、光パルスの不在がビット０を表すようにオン・オフキーイングによって変調される。ピクセル情報の各パケットは、上記のように、アドレス又はカウント、タイムスタンプ、及び輝度情報を有する。
【００６７】
例えば、各チップレットが、８ビット輝度分解能を有する４つのピクセル（１６のサブピクセル）を制御する１９２０×１２８０ＲＧＢＷクワッドパターンディスプレイでは、ディスプレイ上に５１８，４００個のチップレットが存在する。各チップレットは、ディスプレイがその標準的な視認方向にあるときに、左から右、その後、上から下のラスター順にカウント（０〜５１８，３９９）を割り当てられる。このカウントは、１９ビット２進整数として表される。１ビットタイムスタンプが用いられ、フレーム毎に値をトグルする。各チップレットは単にフレームあたり１パケットを受信するように意図されるので、タイムスタンプによって、チップレットは、先行する受信パケットと同じタイムスタンプビットを有する任意の受信パケットを破棄できるようになる。チップレットに取り付けられるサブピクセルは（ｘ，ｙ）で番号を付される。ただし、ｘは列０．．３であり、ｙは行０．．３である。輝度情報は、左から右、その後、上から下のラスター順において、ピクセル情報のパケット内に配列される（ｘを増加させ、その後、ｙを増加させる）。
【００６８】
ピクセル情報の各パケットは表１（下記）に従ってフォーマットされ、ｎビットパケット（ここでは、ｎ＝１４８）に対して、ビットは０、すなわち、最初に送信されるビットからｎ−１まで番号を付され、整数は、最上位バイト及び最上位ビットが最初に送信される（ネットワークバイト順）。
【００６９】
【表１】
【００７０】
ピクセル情報のパケットは次々に送信される。全ての１ビットのカウント（５２４，２８７）及び５５16（０１０１０１０１2）に等しく設定される全１６輝度データ値を有するパケットが各フレームの最初に送信され、チップレットがフレームの開始を検出し、送信されたビットストリームに同期できるようにするので、選択回路は、どの送信ビットが各パケットのビット０であるかを判断することができる。同期すると、選択回路は、受信ビットモジュロ１４８（＝ｎ）をカウントし、そのピクセル情報パケットのどのビットが受信されているかを判断する。各選択回路は、その対応する駆動回路に、その選択回路に対応するカウントに等しいカウントを有し、かつ先行して受信されたパケットのタイムスタンプの論理ＮＯＴに等しいタイムスタンプを有する各受信パケット内の１６輝度データ値に対応する制御信号を与える。
【００７１】
コントローラー１９は、チップレット２１として実装してディスプレイ基板１１に固定することができる。コントローラー１９は、ディスプレイ基板１１の周辺部に配置することができるか、又はディスプレイ基板１１の外部に存在することができ、従来の集積回路を含むことができる。
【００７２】
本発明の種々の実施形態によれば、チップレット２１は、種々の方法において構成することができ、例えば、チップレット２１の長い寸法に沿って、接続パッドの１つ又は２つの行を有する。
【００７３】
本発明は、大きなデバイス基板、例えば、ガラス、プラスチック又は箔を利用し、デバイス基板１１上に複数のチップレット２１が規則的な配列で配置されるマルチサブ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２１は、そのチップレット２１内の回路部に従うとともに制御信号に応答して、デバイス基板１０上に形成された複数のサブピクセル１２を制御することができる。個々のサブピクセルグループ又は複数のサブピクセルグループをタイル状の構成要素上に配置することができ、それらの構成要素を組み立てて、ディスプレイ全体を形成することができる。
【００７４】
本発明によれば、チップレット２１は、ディスプレイ基板１１上に分散配置されるサブピクセル１２を提供する。チップレット２１は、ディスプレイ基板１１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のような受動構成要素、又はトランジスタ若しくはダイオードのような能動構成要素を含む。チップレット２１は、ディスプレイ基板１１とは別に作製され、その後、ディスプレイ基板１１に取り付けられる。チップレット２１は、半導体デバイスを製造するための既知のプロセスを用いて、シリコンウェハー又はシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェハーを用いて作製されることが好ましい。各チップレット２１は、その後、デバイス基板１１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２１の結晶性基部は、１つ又は複数の選択回路（複数の場合もあり）１６又は駆動回路（複数の場合もあり）１７がその上に配置される、ディスプレイ基板１１とは別の基板とみなすことができる。それゆえ、複数のチップレット２１は、ディスプレイ基板１１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、その上にサブピクセル１２が形成されるディスプレイ基板１１とは別であり、独立したチップレット基板２２の面積は、合わせても、ディスプレイ基板１１よりも小さい。チップレット２１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ものよりも、高い性能でより小さな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。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２１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ィスプレイ基板１１に接着される。チップレット２１の表面上の接続パッドを用いて、各チップレット２１を信号ワイヤ、電力バス及び行電極又は列電極に接続し、表示光学素子１８を駆動する。チップレット２１は少なくとも４つの表示光学素子１８を制御することができる。チップレット２１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以下であることが更に好ましい。これは、従来のスピンコーティング技法を用いてチップレット２１上に接着剤及び平坦化材料を形成するのを容易にする。
【００７５】
チップレット２１は半導体基板内に形成されるので、チップレット２１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が容易に利用可能である。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２１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２１は、ディスプレイ基板１１上に組み付けられると、チップレット２１上に設けられる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１１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。それゆえ、パッドは一般的には、チップレット２１内に形成されるトランジスタ回路部よりも著しく大きくなる。接続パッドは、チップレット２１上の回路部を覆う、チップレット２１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２１を作製することが望ましい。
【００７６】
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）において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。
【００７７】
ディスプレイ基板１１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。
【００７８】
本発明は、有機又は無機いずれかのＬＥＤデバイスで実施することができる。好ましい実施形態では、本発明は、限定はしないが、Tang他に対する米国特許第４，７６９，２９２号及びVan Slyke他に対する米国特許第５，０６１，５６９号において開示されているような小分子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た量子ドットを用いる無機デバイス（例えば、Kahenによる米国特許出願公開第２００７／００５７２６３号において教示される）、及び有機電荷制御層若しくは無機電荷制御層を用いるデバイス、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。有機又は無機の発光材料及び構造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又はボトムエミッターアーキテクチャのいずれか及び反転駆動構成又は非反転駆動構成のいずれかを有するそのようなデバイスを製造することができる。
【００７９】
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よう。
【符号の説明】
【００８０】
１０ ディスプレイデバイス
１１ ディスプレイ基板
１１ａ 上面
１１Ｌ 長さ
１１Ｔ 厚み
１１Ｗ 幅
１２ サブピクセル
１２ａ サブピクセル
１２ｂ サブピクセル
１４ 表示エリア
１６ 選択回路
１７ 駆動回路
１８ 表示光学素子
１９ コントローラー
２１ チップレット
２２ チップレット基板
２２ｅ エッジ
２２Ｔ 厚み
２３ａ 光路
２３ｂ 光路
２３ｃ 光路
２３ｄ 光路
２３ｅ 光路
２４ 接着剤
２４ａ 上面
２４Ｔ 厚み
２５ａ 法線
２５ｂ 法線
３１ 吸収素子
３２ 支持体
４２ 雑音除去回路
１０１Ｌ 長さ軸
１０１Ｔ 厚み軸
１０１Ｗ 幅軸
１７１ 駆動トランジスタ
１７２ ストレージキャパシタ
１７３ 電源ライン
１７４ 電源ライン
１７５ 接続
１７６ 電気的接続
１９１ 光送信機
１９１ａ 光送信機
１９２ 光センサー
１９２ａ 光センサー
１９２ｂ 光センサー
２０１ 長い寸法
２２１Ｔ 厚み軸
２４１Ｔ 厚み軸
３０１ 長い寸法
４２１ メモリ
４２２ プロセッサ
【技術分野】
【０００１】
本発明はピクセルアレイの並列制御を採用した、分散配置された、独立したチップレットを備えた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］
同じ譲受人に譲渡された、Cok他に対する２００９年６月９日に出願された「Display Device with Parallel Data Distribution」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／４８０，８０４号が参照され、この開示は本明細書に援用される。
【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、そしてテレビのような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。基板は通常、連続した板ガラスであるが、プラスチック又は他の材料とすることができ、複数の隣接したタイルに分割することができる。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いく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、本明細書で用いられるとき区別されず、単一の発光素子を指す。種々の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（ＬＥＤ）ディスプレイ等のエレクトロルミネッセント（ＥＬ）ディスプレイが知られている。
【０００４】
発光素子を形成する発光材料の薄膜を組み込んだＥＬディスプレイは、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。Tang他に対する特許文献１は、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）発光素子のアレイを含む有機ＬＥＤカラーディスプレイを示している。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。当該技術分野で既知の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注入、電荷輸送、又は電荷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】
サブピクセルの制御は通常、当該技術分野において既知であるようなアクティブマトリックス構成又はパッシブマトリックス構成において、行電極及び直交する列電極を用いて成し遂げられる。しかしながら、これらの構成はディスプレイのタイミングの自由度を制限する。さらに、アクティブマトリックスディスプレイでは、各サブピクセルが１つ又は複数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含み、そのようなトランジスタは望ましくない不均一性（例えば、低温ポリシリコン、ＬＴＰＳ、ＴＦＴ）又は経時変化（例えば、アモルファスシリコン、ａ−Ｓｉ、ＴＦＴ）を有する。
【０００６】
代替的な制御技法を用いるものとして、Matsumura他は、特許文献２において、ＬＣＤディスプレイの駆動に用いられる結晶シリコン基板を記述している。その出願は、半導体基板から作製されるピクセル制御デバイス（「チップレット」）を別個の平坦なディスプレイ基板上に選択的に移送し、固定するための方法を記述している。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ている。マトリックスアドレス指定ピクセル制御技術が教示される。
【０００７】
Matsumuraの技法は従来技術のＴＦＴの限界を克服する。しかしながら、高解像度又は高フレームレートディスプレイでは、この技法は、ピクセル情報、すなわち、サブピクセルを制御する情報をチップレットに送信するために用いられる行電極及び列電極の電気的特性によって制限される。これらの電極は、クロストークと、抵抗性、誘導性及び容量性遅延とを有し、それらは克服するのが非常に難しい。
【０００８】
他の分野において、光学的シグナリングを用いて、電気的シグナリングの限界を克服することが知られている。例えば、Heflingerに対する特許文献３は自由空間光インターコネクト（ＦＳＯＩ）を教示しており、積分チャンバーのような伝送ボリューム（transmission volume：伝送空間）を通って伝搬する光を用いて、送受信機が情報を送信及び受信する。Dress他に対する特許文献４は、送信機あたり１つのレンズ、及び受信機あたり１つのレンズを用いて、１つの送信機が多数の受信機に対して同時に光を効率的に送信できるようにする光ブロードキャストインターコネクト（optical broadcast interconnect）を教示している。これら２つの出願は、例えば、１つのコントローラーから多数の受信機に効果的に光通信できるようにするが、大きな光学ボリューム（optcial volume）の場合に限られる。それゆえ、これらの方式は、空間、特に厚みに関して大きな制約を有するフラットパネルディスプレイの場合に適していない。
【０００９】
Bischel他に対する特許文献５は、光導波路及び有極電気光学構造を用いて、フラットディスプレイのエッジから外部の視認者まで光を誘導するディスプレイデバイスを教示している。この方式によれば、ディスプレイの基板を通じて光を伝送し、所望の点において抽出できるようになる。しかしながら、有極電気光学構造は複雑であり、費用のかかる製造プロセスを必要とする。さらに、この方式は、チップレットのための制御信号分配とは全く異なる問題であるピクセルのための光出力を対象としている。
【００１０】
Singh他に対する特許文献６は、光ファイバーのような発光ファイバーの長さに沿って配置される複数の発光素子を利用するディスプレイデバイスを教示している。この方式は、ＯＬＥＤディスプレイ素子の光制御を提供する。しかしながら、高解像度のディスプレイでは、この方式は、多数のファイバー、例えば、行あたり１つのファイバーを正確に位置決めする必要がある。位置決め誤差があると、目に見える不均一性が生じ、歩留まりが低下する可能性がある。さらに、ファイバー内にいくつかの断線があると、断線以降の全てのピクセル、又はそのファイバーに取り付けられる全てのピクセルが動作しなくなる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第６，３８４，５２９号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００５５８６４号明細書
【特許文献３】米国特許第５，７２６，７８６号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／０００８４７２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１４１，４６５号明細書
【特許文献６】米国特許第６，２５９，８３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それゆえ、ディスプレイデバイス上のチップレットへのピクセル制御情報の分配を改善することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、コントローラーに応答するディスプレイデバイスであって、
（ａ）ディスプレイ基板であって、ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定するとともに、選択された制御波長における屈折率と、長い寸法と、表示エリアと、該長い寸法に沿って、該選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰とを有する、ディスプレイ基板と、
（ｂ）前記ディスプレイ基板上に配置されるチップレットであって、前記ディスプレイ基板とは別個のチップレット基板と、前記選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して前記ピクセル情報を与える光センサーと、前記ピクセル情報に応答して制御信号を与える選択回路と、前記制御信号に応答する駆動回路とを有し、前記移送された光を受信するように構成される、チップレットと、
（ｃ）前記ピクセル情報を前記選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する光送信機であって、該光送信機は前記コントローラーによって与えられるピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記光センサーに移送される、光送信機と、
（ｄ）前記表示エリア内、又は前記表示エリア上に位置し、前記駆動回路に応答して光を与える表示光学素子と、
を備える、コントローラーに応答するディスプレイデバイスが提供される。
【００１４】
本発明の利点は、従来技術に比べて、チップレットのサイズが小さくなり、コストが削減されることである。これは、従来技術に比べて薄いディスプレイ厚を提供することができる。ピクセル情報に応答する選択回路の使用は、ディスプレイデバイスの複雑さを緩和するより効率的な設計である。さらに、本発明のディスプレイデバイスは、信号ワイヤの破損が起こり得ないので、従来技術よりも配線及び相互接続の欠陥に耐える。更なる利点は、パネルに接合される電気ドライバーの数が削減されるので、従来技術に比べて、ドライバー回路及びディスプレイの製造コストを削減できることである。
【００１５】
本発明は、フラットパネルディスプレイ上のチップレットにピクセル情報を光学的に分配し、それらのチップレットに取り付けられるサブピクセルを制御する効果的な方法を提供する。光学的な分配は、伝送線路及びＲＬＣ遅延を含む、電気的な通信方法によって受ける遅延を除去する。ディスプレイバックプレーンを通じて光を伝送することによって別個の導波路が不要になり、ディスプレイによって占有される体積の増加は好ましくないほどではない。チップレット上に光センサーを形成することによって、チップレット上に効果的な受信機回路を形成するために、高密度リソグラフィを使用できるようになる。本発明によれば、基板光伝送(light piping)の従来技術の方法を実施する場合のように、基板の製造コストは増加しない。本発明は、チップレットとのロバストな通信を提供し、基板が破損することによってのみ通信が中断される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明の一実施形態によるディスプレイデバイスのブロック図である。
【図１Ｂ】本発明によるディスプレイデバイスの一実施形態のブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の場合に有用なエレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセルの概略図である。
【図１Ｄ】本発明による、ディスプレイデバイスの一実施形態のブロック図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によるディスプレイ基板及びチップレットの断面図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による基板及びチップレットの等角図である。
【図３】本発明の一実施形態による基板及び支持体の断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態による雑音除去回路及び関連する構成要素の概略図である。
【００１７】
図面における種々の層及び素子は大きく異なるサイズを有するので、図面は縮尺通りではない。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１Ａを参照すると、本発明の一実施形態によるディスプレイデバイス１０はディスプレイ基板１１を含み、ディスプレイ基板上に複数のサブピクセル１２が形成される。各サブピクセル１２は選択回路１６及び駆動回路１７を有する。各サブピクセル１２は表示光学素子１８、例えば、エレクトロルミネッセント（ＥＬ）エミッター（発光素子）も含む。各表示光学素子１８は、表示エリア１４内、又は表示エリア１４上に位置し、光を与えるために駆動回路に応答する。サブピクセル１２内の接続は、電気的に、光学的に、又は当該技術分野において既知である他の方法によって行なうことができる。コントローラー１９が各選択回路１６にピクセル情報を与え、各サブピクセル１２によって、どの程度の光が与えられるかを決定する。
【００１９】
ディスプレイ基板１１は、ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定する。本出願において、「光（light）」は、ピクセル情報を参照する際に、電磁スペクトルの可視領域内の放射だけでなく、全ての電磁放射（一般的に「電波」と呼ばれる）を含む。したがって、「光」は、電波（３ｋＨｚ〜３００ＧＨｚ）、赤外線、可視光（約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚ）、紫外線及び他の電磁波を含む。同様に、「光学（光：optical）」及び「フォト（光：photo）」は任意の電磁波を指しており、例えば、「光送信機」及び「光センサー」は、可視光領域内だけでなく、電磁スペクトル内のどの部分においても動作できるようになる。光送信機は、「電磁波送信機」と呼ぶことができ、光センサーは「電磁波センサー」又は「電磁波受信機」と呼ぶことができる。
【００２０】
コントローラー１９は、この図及び他の図において、左端が平坦であるブロック矢印として示される光送信機１９１にピクセル情報を送信する。ピクセル情報は、全体を通じて、左端に切り込みがついているブロック矢印として示される光センサー１９２によって各サブピクセルに供給される。光送信機１９１は、ピクセル情報信号としてコントローラー１９によって光学的に与えられるピクセル情報を、ディスプレイ基板１１によって画定される光導波路を通じて、１つ又は複数の光センサー１９２に送信する。ピクセル情報信号は、ＩｒＤＡ標準規格によって用いられる選択された制御波長、例えば、８７５ｎｍの光として送信される。光送信機１９１からの光はディスプレイ基板１１を通って進み、必ずしも全て同時にではないが、全ての光センサー１９２を通る。光センサー１９２は、フォトダイオード若しくはフォトトランジスタ、又は当該技術分野において既知である他の光学センサータイプとすることができる。
【００２１】
光センサー１９２は、ピクセル情報信号、すなわち、選択された制御波長において光送信機１９１からディスプレイ基板１１の光導波路を通って到来する光に応答して、選択回路１６にピクセル情報を与える。以下で更に検討されるように、選択回路１６は、ピクセル情報に応答して、駆動回路１７に制御信号を与える。駆動回路１７は、表示光学素子１８がピクセル情報に対応する光を生成するか、又は与えるようにすることによって制御信号に応答する。表示光学素子１８は、選択された制御波長に等しいか、又は等しくない１つ又は複数の放射波長において光を与えることができる。
【００２２】
図１Ｂを参照すると、一実施形態において、図１Ａと同様のディスプレイ基板１１、１つ又は複数の表示光学素子１８、コントローラー１９及び光送信機１９１を有するディスプレイデバイス１０が、サブピクセル１２のうちの１つ又は複数を制御するためにディスプレイ基板１１上に配置されるチップレット２１を更に含む。チップレット２１は、コントローラー１９からピクセル情報を受信する光センサー１９２及び選択回路１６を含む。また、チップレット２１は、各表示光学素子１８に対応する駆動回路１７も含む。サブピクセル１２は、この実施形態では、図１Ａの実施形態のように完全には独立していないが、サブピクセル１２の全ての構成要素が存在しており、同様の機能を実行する。受信機及び選択回路は種々の方法において結合又は分割することができ、それらの方法はエレクトロニクス技術分野の当業者には明らかになることに留意されたい。
【００２３】
図１Ｃは、本発明の場合に有用なエレクトロルミネッセント（ＥＬ）サブピクセルを示す。上記のように、サブピクセル１２は、選択回路１６及び駆動回路１７を有する。各サブピクセル１２は表示光学素子１８を含み、その素子はＥＬエミッター、例えば、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。表示光学素子１８はカラーフィルターを更に含むことができる。駆動回路１７は、電圧／電流変換器として動作する駆動トランジスタ１７１を含み、駆動トランジスタ１７１のゲートに印加される電圧を蓄積するためのオプションのストレージキャパシタ１７２を含む。選択回路１６は駆動回路１７に制御信号を供給し、その信号は、表示光学素子１８から出力される所望の光に対応する電圧である。制御信号は、オプションで、ストレージキャパシタ１７２に蓄積される。制御信号は駆動トランジスタ１７１のゲートに印加され、制御信号により、駆動トランジスタ１７１は、印加されたゲート電圧に対応する電流を流す。その電流はＯＬＥＤ表示光学素子１８を通って流れ、ＯＬＥＤ表示光学素子が対応する量の光を放射する。
【００２４】
選択回路１６が、接続１７５を介して、光センサー１９２からピクセル情報を受信し、その接続は電気的接続とすることができる。選択回路１６又は駆動回路１７は、当該技術分野において既知であるような他の電気的接続を含むことができる。駆動トランジスタ１７１が第１の電源ライン１７３に接続され、電源（図示せず）から電流を受信する。表示光学素子１８は第２の電源ライン１７４に接続され、その電流を電源に戻して回路を完成する。同様に、選択回路１６は、光センサー１９２に接続されることに加えて、電気的接続１７６を通じて（例えば、ソースライン及びゲートラインを通じて）、当該技術分野において既知であるようなコントローラー１９に電気的に接続することができる。
【００２５】
図１Ｂを再び参照すると、チップレット実施形態において、チップレット２１は、電気的接続１７６を通じて、コントローラー１９に電気的に接続することができる。この電気的接続１７６は、光学的接続の代わりに存在するのではなく、光送信機１９１及び光センサー１９２を通る光学的接続の他に存在する。コントローラー１９は、電気的接続１７６を通じて、選択回路１６に補助ピクセル情報を与え、選択回路１６は補助ピクセル情報に更に応答して、制御信号を与える。一実施形態では、表示光学素子１８は、当該技術分野において既知であるようなデジタルドライブを用いて駆動される。ピクセル情報は、全てのチップレットに対して光学的に与えられるクロック信号であり、１０ＭＨｚよりも高い周波数を有することが好ましい（例えば、６０Ｈｚ×７２０行×８ビット時分割デジタルドライブ＝１１．０６ＭＨｚ）。補助ピクセル情報は、チップレット２１によって制御される表示光学素子１８毎のデジタル値であり、表示光学素子１８が駆動されるべきであるデューティサイクルを示す。ピクセル情報信号は、ディスプレイデバイス１０にわたって高速クロックを電気的に分配することに関連するスキュー及び雑音を伴うことなく、光学的にクロックを送信するのに好都合であり、補助ピクセル情報は、ピクセル情報信号の高い情報密度を必要とすることなく、チップレットあたり、又はサブピクセルあたりの情報を分配するのに好都合である。一実施形態では、そのディスプレイを用いて３Ｄ画像、例えば、マルチビューワーポジション（multi-viewer-position）裸眼立体画像を形成する。この実施形態では、クロック信号は少なくとも５０ＭＨｚの周波数を有することができ、ディスプレイデバイス１０が少なくとも３００Ｈｚのフレームレートにおいて動作できるようにする。
【００２６】
制御信号は、電流、パルス列、又は当該技術分野において既知である他の信号タイプとすることができる。表示光学素子１８は、液晶光変調器のような、光制御素子とすることができる。光制御素子は、ピクセル駆動回路によって光制御素子に与えられる電圧に従ってバックライトからの光の通過を制限するために液晶を包囲する交差偏光子を含むことができる。
【００２７】
図２Ａを参照すると、チップレット２１は、ディスプレイ基板１１とは別個のチップレット基板２２を有する。チップレット基板２２は、好ましくは、２０μｍ未満の厚みを有することができる。チップレット２１は、ピクセル情報信号、すなわち、光送信機１９１からの光路２３ａによって示されるような、光導波路を通って移送される光を受信するように構成される。以下で更に説明されるように、光はディスプレイ基板１１から出て、チップレット基板２２に入ることができる。ディスプレイ基板１１は長い寸法２０１を有する。この例では、ピクセル情報信号の光は、長い寸法２０１に沿って、光路２３ａ内を進む。光は光路２３ａを進むにつれて、当該技術分野において既知であるように減衰する。減衰は、単位長あたりの特定の方向における光出力減衰としてｄＢ単位で測定される。例えば、通信のために用いられる通常の光ファイバーは、８５０ｎｍにおいて、３ｄＢ／ｋｍの光出力減衰を有する。
【００２８】
本発明によれば、ディスプレイ基板１１では、長い寸法２０１においてディスプレイ基板１１の長さに沿った光出力減衰は、選択された制御波長において２０ｄＢ未満である。すなわち、長い寸法２０１に沿って進むときに、選択された制御波長においてディスプレイ基板１１の一端において注入される光出力の少なくとも１％が、ディスプレイ基板１１の他端に達する。このことから、本発明の構成要素（例えば、ディスプレイ基板１１、チップレット基板２２）の軸又は寸法を参照する際の用語「〜に沿って」は、その軸又は寸法の方向において、或る長さから、最長で、その対応する構成要素の長さまでを意味するように当業者によって理解されるであろう。例えば、「ディスプレイ基板１１の長軸に沿って」は、長い寸法２０１の方向においてディスプレイ基板１１の長さにわたって進むが、それより先には進まないことを意味する。
【００２９】
当該技術分野において既知であるような光導波路は、一般的に、隣接する材料よりも高い屈折率を有する材料であり、その中では光が内部全反射によって移送される。ディスプレイ基板１１は、選択された制御波長において、ディスプレイ基板１１を包囲する空気よりも高い屈折率を有し、それゆえ、光導波路を形成する。例えば、ガラスディスプレイ基板は通常、１．５の屈折率を有し、空気は通常、１．０の屈折率を有する。光導波路を形成するディスプレイ基板１１は、ディスプレイ基板１１の法線に対する臨界角を有する。光路２３ａが、この臨界角よりも大きな（法線から離れた）角度においてディスプレイ基板１１の上面１１ａに突き当たるとき、その光路は反射してディスプレイ基板１１の中に戻される。それゆえ、ディスプレイ基板１１の上面１１ａの臨界角よりも大きな入射角を有する光線は、ディスプレイ基板１１の中に閉じ込められることになる。図２Ａに示されるように、これらの光線をチップレット基板２２に取り込むために、チップレット基板２２は、ディスプレイ基板１１の屈折率に実質的に等しい屈折率を有することができ、かつディスプレイ基板１１に直接接触して配置することができ、それにより、光がほとんど屈折することなく、ディスプレイ基板１１からチップレット基板２２内にそのまま通り抜けられるようにする。用語「上面」は、ディスプレイ基板１１の任意の特定の向きを要求しないことに留意されたい。
【００３０】
図２Ｂを参照すると、別の実施形態では、チップレット基板２２は、ディスプレイ基板とチップレット基板２２との間に配置される接着剤２４を用いて、ディスプレイ基板１１に接着される。接着剤２４は、エポキシ（例えば、ＲＴＶ、室温加硫）、フォトレジスト（例えば、Rohm & Haas MEGAPOSIT SPR 955-CM汎用フォトレジスト）、又は当該技術分野において既知である別の接着剤とすることができる。接着剤２４は、ディスプレイ基板１１の全体にわたって均一に配置することができるか、又はこの図に示されるように、その対応するチップレット基板２２とディスプレイ基板１１との間にのみ配置することができる。
【００３１】
接着剤２４は、厚み軸２４１Ｔによって規定される厚み２４Ｔを有する。或る軸によって「規定される」量、例えば、厚み軸２４１Ｔによって規定される厚み２４Ｔは、その量（例えば、厚み２４Ｔ）がその軸（例えば、厚み軸２４１Ｔ）に沿って測定されることを意味する。その軸は、一般的に、その軸に沿った場合に量が最も小さい軸である。例えば、或る部屋の床と天井との間の距離は、対角線方向ではなく、垂直方向において測定されるので（対角線方向は、垂直方向よりも大きな測定値を与えることになる）、その部屋の高さは垂直軸によって規定される。
【００３２】
その厚みは、１ミクロン以上であり、かつ１０ミクロン以下であることが好ましい。厚み軸２４１Ｔは、ディスプレイ基板１０の厚みを規定する厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行である。「実質的に平行」は、厚み軸２４１Ｔと厚み軸１０１Ｔとの間の角度が±１０°であることを意味する。
【００３３】
光が接着剤２４を通じてチップレット基板２２まで進めるようにするために、接着剤２４は、接着剤２４の厚み軸２４１Ｔに沿って、選択された制御波長において１０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。本発明の一実施形態において、接着剤２４は、光学フィルター、例えば、カラーフィルターとしての役割を果たし、選択された制御波長における光と他の光とを弁別することができる。例えば、接着剤２４は、顔料（例えば、緑色カラーフィルターにおいて有用な黄色透過性顔料の場合、Clariant PY74若しくはBASF Palitol(R) Yellow L 0962 HD PY138、又はToppan顔料）を混ぜた上記のようなフォトレジスト、又は着色フォトレジスト（例えば、Fuji-Hunt Color Mosaic CBV青色レジスト）から形成されるカラーフィルターとすることができる。接着剤２４は、接着剤２４の厚み軸２４１Ｔに沿って、選択された制御波長とは異なる選択された波長において１０ｄＢ以上の光出力減衰を更に有することができる。例えば、接着剤２４は、可視光を遮断しながら、赤外線を通すことができる。
【００３４】
チップレット基板２２は、選択された制御波長において或る屈折率を有する。例えば、室温におけるバルクシリコンは、１０００μｍにおいて約３．５の屈折率を有する。接着剤２４も選択された制御波長において或る屈折率を有する。例えば、Intertronics DYMAX OP-4-20658光ファイバーＵＶ硬化可能カチオンエポキシ接着剤は、赤外線波長において、１．５８５の屈折率を有する。チップレット基板２２は、選択された制御波長において、好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率よりも大きい屈折率を有することができる。これにより、光線がディスプレイ基板１１からチップレット基板２２に進むときに、法線から離れるのではなく、法線に向かって曲がり、それにより、任意の所与の光が光センサー１９２に突き当たることになる確率が高くなる。接着剤２４は、選択された制御波長において、好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率の８０％よりも大きく、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率の１２０％よりも小さい屈折率を有することができる。これは、ディスプレイ基板１１内の内部全反射による光損失を最小限に抑える。接着剤２４は、選択された制御波長において、より好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率以上であり、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率以下である屈折率を有することができ、選択された制御波長において、更により好ましくは、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の屈折率よりも大きく、かつ選択された制御波長におけるチップレット基板２２の屈折率よりも小さい屈折率を有することができる。これは最終的に、光線がディスプレイ基板１１の上面１１ａにおいてディスプレイ基板１１から接着剤２４の中に進むときに法線２５ａに向かって曲げられ、光線が接着剤２４の上面２４ａにおいて接着剤２４からチップレット基板２２の中に進むときに法線２５ｂに向かってさらに曲げられる光路２３ｂを与える。法線２５ａ及び２５ｂは、上面２４ａが平坦であるときに平行であるが、これは必要ないことに留意されたい。
【００３５】
図２Ａ及び図２Ｂは、長い寸法２０１に沿った光路２３ａ及び２３ｂを示す。しかしながら、光は、任意の方向における直線、又は球状の波面のような、数多くの経路においてディスプレイ基板１１の中を進むことができる。
【００３６】
図２Ｄを参照すると、ディスプレイ基板１１及びチップレット基板２２が等角図において示される。ディスプレイ基板１１は長さ１１Ｌ、幅１１Ｗ及び厚み１１Ｔを有する。これらの寸法は、３つの実質的に直交する軸：長さ軸１０１Ｌ、幅軸１０１Ｗ及び厚み軸１０１Ｔによってそれぞれ規定される。「実質的に直交する」は、それらの軸間の角度が９０±１０°であることを意味する。ディスプレイ基板１１の長い寸法２０１は、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗのうちの長い方として測定することができる。代替的には、長い寸法は、ディスプレイ基板の長さ−幅（１０１Ｌ−１０１Ｗ）面内の対角線に沿って測定することができる。厚み１１Ｔは、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗの短い方よりも小さく、２０ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、長さ１１Ｌ及び幅１１Ｗは１６：９の比、及び１０”より大きな値を有することができ、厚み１１Ｔは２ｍｍ以下とすることができる。
【００３７】
チップレット基板２２は厚み２２Ｔを有し、その厚みは２０μｍ未満とすることができる。厚み２２Ｔは厚み軸２２１Ｔによって規定され、その軸はディスプレイ基板２２の厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行である。厚み軸２２１Ｔと長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗを含む面との間の角度は、厚み軸１０１Ｔと長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗを含む面との間の角度の±１０°以内とすることができる。すなわち、ｐnを長さ軸１０１Ｌ及び幅軸１０１Ｗのベクトルクロス乗積、すなわち、両方の軸に対して垂直なベクトルと定義すると、厚み軸２２１Ｔとｐnとの間の角度は、厚み軸１０１Ｔとｐnとの間の角度の±１０°以内である。
【００３８】
光がチップレット基板２２を通じてその上に配置される光センサーまで進めるようにするために、チップレット基板２２は、チップレット基板２２の厚み軸２２１Ｔに沿って、選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。
【００３９】
光送信機１９１によって送信されるピクセル情報信号は、光路２３ｃによって示されるように、ディスプレイ基板１１の厚み軸１０１Ｔに対して実質的に平行な１つ又は複数の方向において、光導波路内を進む。ピクセル情報信号が、チップレット基板２２下のエリアに達するとき、その信号は、上記のように光導波路から取り込まれ、光センサー１９２によって受信される。ピクセル情報信号は各チップレット２１に達するが、チップレット２１は、異なる時点において、又は異なる経路によってピクセル情報信号を受信することができる。光はディスプレイ基板１１のエリア全体を通り抜ける必要はない。光送信機１９１は、レーザー又はレーザーダイオードのようなナロービーム源、ランプ又は等方性エミッターのようなブロードビーム源、又はＬＥＤのような、その中間にあるビーム源とすることができる。光送信機１９１は、基板上に構成することができるか（例えば、エレクトロルミネッセントエミッター）、基板上に実装することができるか（例えば、表面実装ＬＥＤ）、基板に取り付けることができるか（例えば、基板に隣接して機械的に保持されるディスクリートＬＥＤ）、又は基板の近くに位置することができるか（例えば、そのビームが基板の中に誘導されるレーザー）、又は当業者に明らかである他のオプションとすることができる。光送信機１９１は、ディスプレイ基板１１の上面、底面又はエッジの上又は近くに配置することができる。
【００４０】
当該技術分野において既知であるように、長方形導波路の厚みＴ（ｍ）は、式１によって、その導波路が通常搬送する周波数ｆ（Ｈｚ）に関連付けられる。
ｆ＝ｋｃ／Ｔ （式１）
ただし、ｋは約０．３〜０．５の範囲にある無次元定数であり、ｃは光の速さである（〜３×１０8ｍ／ｓ）。特定の厚みの導波路が或る帯域の周波数を搬送することができるので、ｋ値には範囲がある。０．４のｋの場合の代表値を用いるとき、１５００オングストローム厚〜３０００オングストローム厚の導波路において、可視光範囲（約３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ、又は約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚ）を搬送できることが好ましい。この厚みの層は従来の装置によって堆積することができる。例えば、従来のスパッタリングされる金属層は２０００オングストローム厚である。それゆえ、そのような導波路は、上記のように、支持体３２上にある透明な導波性ディスプレイ基板層とすることができる。選択された制御波長における光をユーザーから見えないようにするために、約６０００オングストローム厚のディスプレイ基板１１と共に約１．５μｍの目に安全な赤外線波長を使用できるか、又は約８０００オングストローム厚のディスプレイ基板と共に２μｍの波長を使用できることが好ましい。
【００４１】
代替的には、マイクロ波周波数範囲内の光の場合に、従来のガラスディスプレイ基板１１を導波路として使用することができる。ガラスディスプレイ基板１１は、０．３ｍｍ〜２ｍｍ（２ｍｍを含む）とすることができ、好ましくは、０．５ｍｍ〜１ｍｍ（１ｍｍを含む）とすることができる。２ｍｍガラスは、６１．２５ＧＨｚにおけるＩＳＭ（産業科学医療用）免許不要帯域、及び合衆国における５９ＧＨｚ〜６４ＧＨｚからの免許不要帯域を含む、約５０ＧＨｚ〜７０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。１．１ｍｍガラスは、１２２．５ＧＨｚにおけるＩＳＭ帯域を含む、８５ＧＨｚ〜１３０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。０．５ｍｍガラスは、２４５ＧＨｚにおけるＩＳＭ帯域を含む、１９０ＧＨｚ〜２８０ＧＨｚの周波数を搬送できることが好ましい。０．３ｍｍガラスは、３００ＧＨｚよりも高い周波数のような大部分の管轄において免許不要である、約３１５ＧＨｚ〜４７０ＧＨｚ（約６５０μｍ〜９５０μｍ）のサブミリメートル範囲内の光を搬送できることが好ましい。
【００４２】
ディスプレイ基板１１によって画定される光導波路は、好ましい範囲よりも高い周波数の光を搬送することができる。例えば、地球の表面及び電離層は、非常に低い周波数（例えば、４０Ｈｚ未満のシューマン共振）に対して、誘電体として大気を有する導波路を画定するが、はるかに高い周波数（例えば、３０ｋＨｚ〜３ＰＨｚ）の電波も大気中を伝搬する。同様に、ガラスディスプレイ基板１１は、例えば、約４００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚの可視光周波数を含む、上記の好ましい範囲（例えば、０．５ｍｍガラスの場合に２８０ＧＨｚ）よりも高い周波数を搬送することができる。ディスプレイ基板１１の好ましい範囲よりも高い周波数では、光は導波路内に完全には閉じ込められず、或る量の光が脱出する。本発明が必要とするのは、ピクセル情報信号の十分な量の光が光センサー１９２に達し、それにより、光センサー１９２が選択回路に制御情報を与えられるようにすることだけである。当該技術分野において既知の光センサーは検出しきい値を有するので、選択された制御波長において光センサーに達する光は、好ましくは、検出しきい値よりも高い振幅を有することができる。
【００４３】
ディスプレイ基板１１が２つ以上の波長において光を搬送することができるとき、ピクセル情報を２つ以上の波長において同時に送信することができる（波長分割多重、「ＷＤＭ」）。図１Ｂを再び参照すると、コントローラー１９が、ピクセル情報及び第２のピクセル情報を与えることができる。光送信機１９１が、２つの波長を同時に送信することができるか、又は異なる波長において送信する２つの送信機を含むことができる。２つの波長は、選択された制御波長及び第２の選択された制御波長である。ピクセル情報は選択された制御波長において送信され、第２のピクセル情報は、第２の選択された制御波長において同時に送信される。ディスプレイ基板１１は、第２の選択された制御波長において第２のピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、長い寸法２０１に沿って、第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。チップレット２１は、第２の選択された制御波長において移送された光を受信するように構成される。光センサー１９２は、両方の波長において光を受信できるような、選択的な周波数応答を有することができるか、又は２つの波長における２つの受信機を含むことができる。
【００４４】
図１Ｄを参照すると、別の実施形態では、ピクセル情報は、選択された制御波長における第１のピクセル情報信号及び第２の選択された制御波長における第２のピクセル情報信号に分割され、そのような信号として送信される。図１Ｂと同様に、ディスプレイデバイス１０は、ディスプレイ基板１１と、１つ又は複数の表示光学素子１８と、コントローラー１９と、光送信機１９１と、光センサー１９２、選択回路１６及び駆動回路１７を有するチップレット２１とを含む。光送信機１９１が第１のピクセル情報信号を送信する間に、第２のピクセル情報信号を第２の選択された制御波長における光として送信するために、コントローラー１９は第２の光送信機１９１ａにも接続される。チップレット２１は、第２の選択された制御波長において移送される光を受信するように構成される。光センサー１９２が第１のピクセル情報信号及び第２のピクセル情報信号に応答することもできるし、光センサー１９２が第１のピクセル情報信号に応答する間に、第２のピクセル情報信号（第２の選択された制御波長において光導波路によって移送される光）に応答する第２の光センサー１９２ａを含めることもできる。選択回路１６は、第１のピクセル情報信号において搬送される第１のピクセル情報、及び第２のピクセル情報信号において搬送される第２のピクセル情報に応答し、各駆動回路１７にそれぞれの制御信号を与える。この実施形態では、ディスプレイ基板１１は、第２の選択された制御波長においてピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、長い寸法に沿って、第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する。
【００４５】
図３を参照すると、光路２３ｄに沿ってディスプレイ基板１１の中を進む光は、ディスプレイ基板１１のエッジ２２ｅに達するとき、ディスプレイ基板１１から外部に屈折することができる。エッジ２２ｅは、長さ軸１０１Ｌ（ここで図示される）又は幅軸１０１Ｗ（図２Ｄ）に対して実質的に垂直である。「実質的に垂直」は、エッジ２２ｅの面内のベクトルが、長さ軸１０１Ｌに対して、９０±１０°の角度を形成することを意味する。選択された制御波長が可視光波長（例えば、３８０ｎｍ〜７５０ｎｍ）である場合には、ディスプレイ基板１１から到来する光が不快なほどにユーザーから見える可能性がある。この問題を緩和するために、一実施形態では、ディスプレイデバイス１０は、エッジに隣接し、かつ実質的に平行に位置する吸収素子３１を含む。吸収素子３１は、選択された制御波長において光を吸収することになる任意の材料、例えば、つや消し仕上げの黒いプラスチックの棒とすることができる。吸収素子３１は、選択された制御波長において０よりも大きな吸収パーセンテージを有し、選択された制御波長において７５％よりも大きな吸収パーセンテージを有することが好ましい。吸収パーセンテージが高いほど、ユーザーから見える光が少ない。吸収素子３１は、ディスプレイ基板１１と直接接触することもできるし、ディスプレイ基板１１に近いが、空気、接着剤又は当該技術分野において既知である別のセパレーターによってディスプレイ基板１１から分離させることもできる。
【００４６】
一実施形態では、ディスプレイ基板１１は支持体３２上に実装される。例えば、不透明なプラスチック支持体３２上に透明なガラスディスプレイ基板１１を実装して、機械的な安定性を付加することができる。代替的には、ディスプレイ基板１１は、スピンコーティング又は他の薄膜堆積法によって箔支持体上に堆積される透明な導波性ディスプレイ基板層とすることができる。支持体は、選択された制御波長において光を反射するか、又はディスプレイ基板１１の屈折率よりも低い屈折率を有し、ディスプレイ基板２２と支持体３２との間の界面における光損失を低減できることが好ましい。支持体３２は長い寸法３０１を有し、その寸法はディスプレイ基板１１の長い寸法２０１に対して平行にすることができる。選択された制御波長における長い寸法３０１に沿った支持体３２の光出力減衰は、選択された制御波長におけるディスプレイ基板１１の長い寸法２０１に沿った光出力減衰よりも大きい。吸収素子３１及び支持体３２は同じ図において示されるが、その２つは独立して、又は組み合わせて用いることができることに留意されたい。吸収素子３１は、支持体３２上に配置することができるが、そのように配置される必要はない。支持体３２を含む実施形態では、ディスプレイ基板１１は非長方形とすることができる。例えば、ディスプレイ基板１１は、上記のような光導波路を形成する、パターニングされた層とすることができる。ディスプレイ基板１１が完全に接続されるので、ディスプレイ基板１１内に、光送信機１９１からの光がディスプレイ基板１１、例えば、上面１１ａと光学的に接触して配置される各光センサー１９２に達するための１つの経路が存在する。
【００４７】
当該技術分野において既知であるような変調方式が、到来する信号を正確に受信することができる雑音フロア、すなわち、最低限許容できる信号対雑音（Ｓ／Ｎ）比を有する。或る選択された変調方式の場合に、選択された制御波長において光センサーに達する光は、光送信機からディスプレイ基板の光導波路を通って、他の光源から光導波路を通って、又は他の光源から光導波路以外の媒体（例えば、ディスプレイ周囲の空気）を通って到来することができる。光送信機からの光（ピクセル情報信号）以外の、選択された制御波長において光センサーに達する光が雑音である。
【００４８】
図４Ａを参照すると、選択回路１６が、光センサー１９２からの制御信号に応答してピクセル情報を駆動回路１７に与える雑音除去回路４２を含むことができる。一実施形態において、表示光学素子１８からの光は光センサー１９２に対する雑音である。したがって、雑音除去回路４２は、１つ又は複数の受信制御信号を格納するメモリ４２１と、格納された制御信号（複数の場合もあり）に応答して、受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長において表示光学素子１８によって放射された光を補償するプロセッサ４２２とを含む。表示光学素子１８によって放射された光は既知であり、格納された制御信号（複数の場合もあり）に対応するので、その光を光センサー１９２によって受信された光から減じて、雑音を低減できるようになる。
【００４９】
図４Ｂを参照すると、表示光学素子１８からの光が光センサー１９２に対する雑音である別の実施形態では、表示光学素子１８はエレクトロルミネッセントエミッターである。雑音除去回路４２が、選択された制御波長に等しくない選択された非制御波長においてＥＬエミッター（表示光学素子１８）によって放射された光を検出する第２の光センサー１９２ｂを含む。プロセッサ４２２が、光センサー１９２ｂからの信号に基づいて、光センサー１９２からの受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長においてＯＬＥＤ ＥＬエミッターによって放射された光を補償し、雑音を低減する。当該技術分野において既知であるような広帯域ＥＬエミッターは一般的に２つ以上の波長における光を生成し、各波長における光の量は相関がある（例えば、一定の比である）。それゆえ、非制御波長におけるＥＬエミッターの光出力を測定し、非制御波長における光と制御波長における光との間の測定された相関、又は既知の相関を用いて、制御波長における光の量を求めることができ、その量を光センサー１９２によって受信される光から減じて、雑音を低減することができる。
【００５０】
図４Ｃを参照すると、別の実施形態では、ディスプレイデバイス１０内の第２のサブピクセル１２ｂからの光が、サブピクセル１２ａ内の光センサー１９２に対する雑音である。サブピクセル１２ｂは、上記のように、駆動回路１７及び表示光学素子１８を含む。サブピクセル１２ａ内の雑音除去回路４２は、サブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８によって放射された光を検出する第２の光センサー１９２ｂを含む。プロセッサ４２２が、光センサー１９２ｂからの信号に基づいて、光センサー１９２からの受信制御信号（複数の場合もあり）を調整し、選択された制御波長においてサブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８によって放射された光を補償し、雑音を低減する。光センサー１９２ｂは、サブピクセル１２ｂ内の表示光学素子１８からの光のみを受信するように、オプションでシールドすることができる。
【００５１】
図２Ｃを参照すると、ピクセル情報信号は、ディスプレイ基板１１内でバウンスし、１つの光センサー１９２によって何度も受信される可能性がある。光センサー１９２は、上面１１ａを有するディスプレイ基板１１の上方（例えば、上記のようにチップレット基板２２上）に配置される。光路２３ｂは、ディスプレイ基板１１の中を進み、光センサー１９２に突き当たる、光送信機１９１からの光を示す。光は、上面１１ａにおいて反射し、かつ屈折することができる。光路２３ｄは、ディスプレイ基板１１の中を更に進み、光センサー１９２に戻る反射光を示す。光路２３ｄからの光は、光路２３ｂからの光よりも遅れて光センサー１９２に達する。それゆえ、光センサー１９２は、同じピクセル情報を２度受信する（「エコー」）。したがって、選択回路１６は、エコーに起因する誤差を低減するために、雑音除去回路４２、例えば、エコーキャンセレーションユニットを含む。例えば、ピクセル情報を、送信するための複数のパケットにフォーマットすることができ、各パケットは、タイムスタンプ、シリアル番号、又は光センサー１９２によって２度目に受信されたときに、そのパケットを破棄できるようにする他の固有識別子を含むことができる。図４Ａを再び参照すると、メモリ４２１が、ピクセル情報の１つ又は複数の受信パケットの固有識別子（複数の場合もあり）を格納することができ、受信されていない（すなわち、その固有識別子（複数の場合もあり）が格納されていない）パケットのみをプロセッサ４２２に与えることができる。雑音除去回路４２が、メモリ４２１及びプロセッサ４２２を含むことができる。当該技術分野において既知である他のエコーキャンセレーション技法を本発明と共に利用することができる。
【００５２】
ピクセル情報はピクセル情報信号において搬送され、ピクセル情報信号は、トレリス変調、ノンリターンツーゼロ（ＮＲＺ）、オン・オフキーイング（ＯＯＫ）、強度変調（ＩＭ）若しくはサブキャリア多重（ＳＣＭ）のような、当該技術分野において既知である種々の技法に従って変調することができるか、ハフマン符号化若しくはＤＣＴのような当該技術分野において既知である技法を用いて圧縮することができるか、又はマンチェスター符号化若しくは８ｂ１０ｂ符号化のような当該技術分野において既知である技法を用いて符号化することができる。光通信及びインターネットワーキング技術分野において既知であるように、ピクセル情報のパケットを必要に応じて結合又は分割して、それらのパケットを、ディスプレイ基板１１を通じてロバストに移送することができる。
【００５３】
図１Ａを参照すると、ピクセル情報信号は全てのサブピクセル１２に進む。しかしながら、その情報のうちの異なるサブセットのみが、各駆動回路１７によって必要とされる。したがって、各選択回路１６は、その選択回路１６に接続される駆動回路１７（複数の場合もあり）に関連するピクセル情報のみを選択する。従来技術とは異なり、選択回路１６は、ピクセル情報信号に応答して、その対応するサブピクセル１２に関連するピクセル情報の部分を選択する。種々の方法を利用して、その情報をサブピクセル１２（又は図１Ｂのチップレット２１）に分配することができ、かつ選択回路１６が関連するピクセル情報を選択できるようになる。
【００５４】
本発明の一実施形態では、ピクセル情報（それゆえ、ピクセル情報信号）はコントローラー１９によって複数のパケットに分割される。それらのパケットは時間的に順次に配列され、サブピクセル１２又はチップレット２１に送信される。このことから、用語「受信者」は、図１Ｂに示されるような、チップレット２１が複数のサブピクセル１２を駆動する実施形態ではチップレットを、図１Ａに示されるような実施形態では、サブピクセル１２を含むように当業者によって理解されるであろう。
【００５５】
各受信者は固有のカウント値、例えば、２値を指定する１組のスイッチ又はパッド接続を有する。各選択回路１６はカウンターを含み、カウンターは、特定の受信者に関連付けられたピクセル情報が受信されるまで、すなわち、カウント値ｉを有する受信者の場合に、ピクセル情報の第ｉのパケットが受信されるまで、ピクセル情報の受信パケットをカウントする。ピクセル情報の関連するパケットが受信されたとき、そのパケットは、受信者によって、例えば、フリップフロップ若しくはメモリのようなデジタル記憶素子内に、又はキャパシタ（例えば、１７２）のようなアナログ記憶素子内に格納される。サブピクセル１２のためのカウント値は、左から右、上から下のような、ディスプレイ上でサブピクセル１２のラスタライズ順におけるサブピクセル１２の番号を表すことができる。複数のサブピクセル１２が１つのチップレット２１によって制御されるとき、各チップレット２１は、好ましくは、固有のカウント値を有することができ、ピクセル情報の各パケットは、対応するチップレットによって制御されるサブピクセル１２毎のピクセル情報を含むことができる。
【００５６】
本発明の代替の実施形態では、ピクセル情報はパケットにフォーマットされ、各パケットはそれぞれのアドレス値を含む。アドレス値は以下で更に検討される。複数のサブピクセル１２又はチップレット２１のそれぞれは１つの対応するアドレスを有する。このことから、用語「宛先アドレス」は、パケットのアドレス値を指しており、図１Ａにおいて示されるような実施形態における個々のサブピクセル１２に対応するパケットアドレス値に加えて、図１Ｂにおいて示されるような、チップレット２１が複数のサブピクセル１２を駆動する実施形態では、チップレットに対応するパケットアドレス値を含むように当業者によって理解されるであろう。
【００５７】
具体的には、複数の受信者（サブピクセル１２又はチップレット２１）のそれぞれの選択回路１６は、それぞれのアドレス値を有する。各選択回路１６は照合回路（例えば、コンパレーター）を含み、照合回路は受信した各パケットの宛先アドレスと、受信者のそれぞれのアドレス値とを比較する。照合回路が、宛先アドレスが受信者のアドレス値と一致することを示すとき、一致する宛先アドレスを有するパケット内のピクセル情報が、制御信号として格納されるか、又は対応する駆動回路１７に与えられる。
【００５８】
本発明の種々の実施形態において、種々の駆動回路１７、例えば、定電流又は定電圧及びアクティブ又はパッシブマトリックスを利用することができる。種々の技術、例えば、チップレット又は薄膜シリコン回路を用いて、選択回路１６及び駆動回路１７を構成することができる。
【００５９】
表示光学素子１８としてＯＬＥＤを用いる実施形態では、トップエミッター、ボトムエミッターのいずれかのアーキテクチャーを利用することができる。トップエミッターキテクチャーを利用して、デバイスのアパーチャ比を改善し、かつディスプレイ基板１１上に付加的な空間を与えて、電力バス及び任意の他のバスを配線できることが好ましい
【００６０】
チップレット２１のためのアドレス値は、例えば、コンピューター科学分野において既知である１２８ビットグローバル一意識別子（ＧＵＩＤ）標準規格に従って、任意に選択することができる。各サブピクセル１２（又はチップレット２１）は、固有のアドレス値、すなわち、他の全てのサブピクセル１２のアドレスとは異なるアドレスを有することができる。複数のサブピクセル１２が単一のチップレット２１によって制御されるとき、各チップレット２１は、固有のアドレスを有することができることが好ましく、ピクセル情報の各パケットは、そのパケットのアドレスに対応するアドレスを有するチップレット２１内に実装されるサブピクセル１２ごとのピクセル情報を含むことができる。すなわち、各パケットは、特定のチップレットを識別する対応するアドレスを有することができる。
【００６１】
アドレス値は、エレクトロニクス技術分野において既知であるような、レーザートリミング又は接続パッドストラッピングによって、チップレットに割り当てることができる。チップレットのシリコンウェハーのためのマスクを調整し、ウェハー上のチップレットごとに固有のウェハー符号化アドレスを与えることによって、アドレス値をチップレットに割り当てることもできる。ウェハー符号化アドレスを用いるとき、ウェハーごとに同じ１組のアドレスを用いることができる。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、チップレット２１を用いてディスプレイデバイス１０を作製するために、以下のステップが実行される。それぞれ固有アドレスを有する複数のチップレットからなる１つ又は複数のウェハー、及びディスプレイ基板１１が上記のように準備される。ウェハー（複数の場合もあり）から複数のチップレット２１が選択される。その後、選択されたチップレット２１ごとに、固有の基板位置が選択される。各チップレット２１のアドレス及び基板位置が記録される。チップレット２１は、対応する基板位置においてディスプレイ基板１１に接着される。その後、記録されたアドレス及び基板位置は不揮発性メモリに格納される。このメモリは、当該技術分野において既知であるようなフラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気ディスク又は他の記憶媒体とすることができる。その後、不揮発性メモリはディスプレイ基板１１に関連付けられる。例えば、不揮発性メモリが、メモリチップレットに格納されるＥＥＰＲＯＭであるとき、メモリチップレットは、ディスプレイ基板１１に接着され、コントローラー１９に配線接続される。不揮発性メモリが磁気ディスクであるとき、ディスクにディスプレイ基板１１に対応する固有コードを付けることができる。
【００６３】
ディスプレイデバイス１０が使用中であるとき、コントローラー１９はチップレット２１の格納されたアドレス及び基板位置を読み出す。コントローラー１９は、受信した画像信号を、基板位置あたり１パケット、それゆえ、チップレット２１あたり１パケットの、基板位置に対応するピクセル情報の複数のパケットに分割する。コントローラー１９は、各パケットに、そのパケットの基板位置に対応するチップレットアドレスを割り当てる。これにより、各チップレット２１は、上記のように、対応するピクセル情報を検索できるようになる。
【００６４】
各チップレット２１は、ディスプレイ基板１１から独立した別個の基板を有する。本明細書において用いられるとき、ディスプレイ基板１１上に「分散配置される」は、チップレット２１が表示エリア１４の周辺部にわたって配置されるだけはなく、サブピクセルのアレイ内、すなわち、表示エリア１４のサブピクセル１２の下方、上方、又は間にも配置されることを意味する。
【００６５】
動作時に、ディスプレイコントローラー１９は、ディスプレイデバイス１０の要求に応じて、画像信号を受信し、処理して、ピクセル情報を生成する。その後、コントローラー１９は、ピクセル情報及び任意選択で追加の制御信号をデバイス内の各チップレット２１に光学的に送信する。ピクセル情報は、表示光学素子１８ごとの輝度情報を含み、各輝度情報は、ボルト、アンペア、又はピクセル輝度と相関がある他の指標で表すことができる。その後、選択回路１６及び駆動回路１７は、サブピクセル１２内の表示光学素子１８を制御し、表示光学素子は、関連付けられたデータ値に従って光を提供する。ピクセル情報信号は、タイミング信号（例えば、クロック）、データ信号、選択信号、又は他の信号を含むことができる。
【００６６】
一実施形態では、ピクセル情報はパケットに分割され、各パケットは、選択されたビット数ｎの２値情報を有する。パケット毎のピクセル情報信号は、ＩＥＥＥ８０２．３イーサネット（登録商標）標準規格に従って、そのパケットをマンチェスター符号化したものであり（ビット０が１から０への遷移であり；ビット１が０から１への遷移である）、１つの光パルスがマンチェスター符号化されたデータにおけるビット１を表し、光パルスの不在がビット０を表すようにオン・オフキーイングによって変調される。ピクセル情報の各パケットは、上記のように、アドレス又はカウント、タイムスタンプ、及び輝度情報を有する。
【００６７】
例えば、各チップレットが、８ビット輝度分解能を有する４つのピクセル（１６のサブピクセル）を制御する１９２０×１２８０ＲＧＢＷクワッドパターンディスプレイでは、ディスプレイ上に５１８，４００個のチップレットが存在する。各チップレットは、ディスプレイがその標準的な視認方向にあるときに、左から右、その後、上から下のラスター順にカウント（０〜５１８，３９９）を割り当てられる。このカウントは、１９ビット２進整数として表される。１ビットタイムスタンプが用いられ、フレーム毎に値をトグルする。各チップレットは単にフレームあたり１パケットを受信するように意図されるので、タイムスタンプによって、チップレットは、先行する受信パケットと同じタイムスタンプビットを有する任意の受信パケットを破棄できるようになる。チップレットに取り付けられるサブピクセルは（ｘ，ｙ）で番号を付される。ただし、ｘは列０．．３であり、ｙは行０．．３である。輝度情報は、左から右、その後、上から下のラスター順において、ピクセル情報のパケット内に配列される（ｘを増加させ、その後、ｙを増加させる）。
【００６８】
ピクセル情報の各パケットは表１（下記）に従ってフォーマットされ、ｎビットパケット（ここでは、ｎ＝１４８）に対して、ビットは０、すなわち、最初に送信されるビットからｎ−１まで番号を付され、整数は、最上位バイト及び最上位ビットが最初に送信される（ネットワークバイト順）。
【００６９】
【表１】
【００７０】
ピクセル情報のパケットは次々に送信される。全ての１ビットのカウント（５２４，２８７）及び５５16（０１０１０１０１2）に等しく設定される全１６輝度データ値を有するパケットが各フレームの最初に送信され、チップレットがフレームの開始を検出し、送信されたビットストリームに同期できるようにするので、選択回路は、どの送信ビットが各パケットのビット０であるかを判断することができる。同期すると、選択回路は、受信ビットモジュロ１４８（＝ｎ）をカウントし、そのピクセル情報パケットのどのビットが受信されているかを判断する。各選択回路は、その対応する駆動回路に、その選択回路に対応するカウントに等しいカウントを有し、かつ先行して受信されたパケットのタイムスタンプの論理ＮＯＴに等しいタイムスタンプを有する各受信パケット内の１６輝度データ値に対応する制御信号を与える。
【００７１】
コントローラー１９は、チップレット２１として実装してディスプレイ基板１１に固定することができる。コントローラー１９は、ディスプレイ基板１１の周辺部に配置することができるか、又はディスプレイ基板１１の外部に存在することができ、従来の集積回路を含むことができる。
【００７２】
本発明の種々の実施形態によれば、チップレット２１は、種々の方法において構成することができ、例えば、チップレット２１の長い寸法に沿って、接続パッドの１つ又は２つの行を有する。
【００７３】
本発明は、大きなデバイス基板、例えば、ガラス、プラスチック又は箔を利用し、デバイス基板１１上に複数のチップレット２１が規則的な配列で配置されるマルチサブ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２１は、そのチップレット２１内の回路部に従うとともに制御信号に応答して、デバイス基板１０上に形成された複数のサブピクセル１２を制御することができる。個々のサブピクセルグループ又は複数のサブピクセルグループをタイル状の構成要素上に配置することができ、それらの構成要素を組み立てて、ディスプレイ全体を形成することができる。
【００７４】
本発明によれば、チップレット２１は、ディスプレイ基板１１上に分散配置されるサブピクセル１２を提供する。チップレット２１は、ディスプレイ基板１１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のような受動構成要素、又はトランジスタ若しくはダイオードのような能動構成要素を含む。チップレット２１は、ディスプレイ基板１１とは別に作製され、その後、ディスプレイ基板１１に取り付けられる。チップレット２１は、半導体デバイスを製造するための既知のプロセスを用いて、シリコンウェハー又はシリコン・オン・インシュレーター（ＳＯＩ）ウェハーを用いて作製されることが好ましい。各チップレット２１は、その後、デバイス基板１１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２１の結晶性基部は、１つ又は複数の選択回路（複数の場合もあり）１６又は駆動回路（複数の場合もあり）１７がその上に配置される、ディスプレイ基板１１とは別の基板とみなすことができる。それゆえ、複数のチップレット２１は、ディスプレイ基板１１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、その上にサブピクセル１２が形成されるディスプレイ基板１１とは別であり、独立したチップレット基板２２の面積は、合わせても、ディスプレイ基板１１よりも小さい。チップレット２１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ものよりも、高い性能でより小さな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。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２１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ィスプレイ基板１１に接着される。チップレット２１の表面上の接続パッドを用いて、各チップレット２１を信号ワイヤ、電力バス及び行電極又は列電極に接続し、表示光学素子１８を駆動する。チップレット２１は少なくとも４つの表示光学素子１８を制御することができる。チップレット２１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以下であることが更に好ましい。これは、従来のスピンコーティング技法を用いてチップレット２１上に接着剤及び平坦化材料を形成するのを容易にする。
【００７５】
チップレット２１は半導体基板内に形成されるので、チップレット２１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が容易に利用可能である。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２１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２１は、ディスプレイ基板１１上に組み付けられると、チップレット２１上に設けられる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１１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。それゆえ、パッドは一般的には、チップレット２１内に形成されるトランジスタ回路部よりも著しく大きくなる。接続パッドは、チップレット２１上の回路部を覆う、チップレット２１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２１を作製することが望ましい。
【００７６】
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）において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。
【００７７】
ディスプレイ基板１１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。
【００７８】
本発明は、有機又は無機いずれかのＬＥＤデバイスで実施することができる。好ましい実施形態では、本発明は、限定はしないが、Tang他に対する米国特許第４，７６９，２９２号及びVan Slyke他に対する米国特許第５，０６１，５６９号において開示されているような小分子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た量子ドットを用いる無機デバイス（例えば、Kahenによる米国特許出願公開第２００７／００５７２６３号において教示される）、及び有機電荷制御層若しくは無機電荷制御層を用いるデバイス、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。有機又は無機の発光材料及び構造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又はボトムエミッターアーキテクチャのいずれか及び反転駆動構成又は非反転駆動構成のいずれかを有するそのようなデバイスを製造することができる。
【００７９】
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よう。
【符号の説明】
【００８０】
１０ ディスプレイデバイス
１１ ディスプレイ基板
１１ａ 上面
１１Ｌ 長さ
１１Ｔ 厚み
１１Ｗ 幅
１２ サブピクセル
１２ａ サブピクセル
１２ｂ サブピクセル
１４ 表示エリア
１６ 選択回路
１７ 駆動回路
１８ 表示光学素子
１９ コントローラー
２１ チップレット
２２ チップレット基板
２２ｅ エッジ
２２Ｔ 厚み
２３ａ 光路
２３ｂ 光路
２３ｃ 光路
２３ｄ 光路
２３ｅ 光路
２４ 接着剤
２４ａ 上面
２４Ｔ 厚み
２５ａ 法線
２５ｂ 法線
３１ 吸収素子
３２ 支持体
４２ 雑音除去回路
１０１Ｌ 長さ軸
１０１Ｔ 厚み軸
１０１Ｗ 幅軸
１７１ 駆動トランジスタ
１７２ ストレージキャパシタ
１７３ 電源ライン
１７４ 電源ライン
１７５ 接続
１７６ 電気的接続
１９１ 光送信機
１９１ａ 光送信機
１９２ 光センサー
１９２ａ 光センサー
１９２ｂ 光センサー
２０１ 長い寸法
２２１Ｔ 厚み軸
２４１Ｔ 厚み軸
３０１ 長い寸法
４２１ メモリ
４２２ プロセッサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラーに応答するディスプレイデバイスであって、
（ａ）ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定するとともに、選択された制御波長における屈折率と、長い寸法と、表示エリアと、該長い寸法に沿って、該選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰とを有する、ディスプレイ基板と、
（ｂ）前記ディスプレイ基板上に配置され、前記ディスプレイ基板とは別個のチップレット基板と、前記選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して前記ピクセル情報を与える光センサーと、前記ピクセル情報に応答して制御信号を与える選択回路と、前記制御信号に応答する駆動回路とを有し、前記移送された光を受信するように構成される、チップレットと、
（ｃ）前記ピクセル情報を前記選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する光送信機であって、該光送信機は前記コントローラーによって与えられるピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記光センサーに移送される、光送信機と、
（ｄ）前記表示エリア内、又は前記表示エリア上に位置し、前記駆動回路に応答して光を与える表示光学素子と、
を備える、コントローラーに応答するディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記チップレットは前記コントローラーに電気的に接続され、該コントローラーは補助ピクセル情報を更に与え、前記選択回路は該補助ピクセル情報に更に応答して、前記制御信号を与える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３】
前記コントローラーはパケットに分割されたピクセル情報を与えるように構成され、各パケットは特定のチップレットを識別する対応するアドレスを有し、前記ディスプレイデバイスは第２のチップレットを更に備え、各チップレット内の前記選択回路はそれぞれのアドレスを有し、該アドレスは異なり、各選択回路は該選択回路の前記アドレスに一致する、対応するアドレスを有するピクセル情報の前記パケットに応答して、対応する制御信号を対応する駆動回路に与える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４】
前記選択回路は、前記制御信号に応答して前記ピクセル情報を前記駆動回路に与える雑音除去回路を更に備える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記雑音除去回路は、１つ又は複数の受信制御信号を格納する手段を更に備え、該格納された制御信号（複数の場合もあり）に更に応答し、前記選択された制御波長において前記表示光学素子によって放射される光を補償して雑音を低減する手段を更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記表示光学素子はエレクトロルミネッセント（ＥＬ）エミッターであり、前記雑音除去回路は、前記選択された制御波長に等しくない波長において前記ＥＬエミッターによって放射される光を検出する第２の光センサーと、前記選択された制御波長において前記ＥＬエミッターによって放射される光を補償して雑音を低減する手段とを更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記ディスプレイデバイスは、第２の駆動回路、及び該第２の駆動回路に応答して光を表示する第２の表示光学素子を更に備え、前記雑音除去回路は前記第２の表示光学素子によって表示される光を検出する第３の光センサーと、前記選択された制御波長において前記第２の表示光学素子によって放射される光を補償して雑音を低減する手段とを更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記チップレット基板は２０μｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記ディスプレイ基板は、３つの実質的に直交する軸によって規定される長さ、幅及び厚みを有し、前記長い寸法は該長さ又は該幅のいずれかであり、該厚みは該長さ及び該幅の小さい方よりも小さい、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０】
前記チップレット基板は、厚み軸によって規定される厚みを有し、該厚み軸は前記ディスプレイ基板の前記厚み軸に対して実質的に平行であり、前記チップレット基板は、該チップレット基板の前記厚み軸に沿って、前記選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１】
前記送信された光は、前記基板の前記厚みを規定する前記軸に対して実質的に垂直な１つ又は複数の方向に進む、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記ディスプレイ基板は、前記長さ軸又は前記幅軸に対して実質的に垂直なエッジを有し、該エッジに隣接し、かつ実質的に平行に位置する吸収素子を更に備え、該吸収素子は、前記選択された制御波長において０よりも大きな吸収パーセンテージを有する、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記ディスプレイデバイスは、前記ディスプレイ基板が実装される支持体を更に備え、該支持体は長い寸法と、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記長い寸法に沿った前記光出力減衰よりも大きな、前記選択された制御波長における前記長い寸法に沿った光出力減衰とを有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記ディスプレイデバイスは、前記ディスプレイ基板と前記チップレットとの間に配置されて前記チップレット基板を前記ディスプレイ基板に接着する接着剤を更に備え、前記チップレット基板は、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記屈折率よりも大きな、前記選択された制御波長における屈折率を有し、前記接着剤は、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記屈折率の８０％よりも大きく、かつ前記選択された制御波長における前記チップレット基板の前記屈折率の１２０％よりも小さい、前記選択された制御波長における屈折率を有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１５】
前記接着剤はフォトレジストであり、前記ディスプレイ基板の前記厚みを規定する前記軸に対して実質的に平行である厚み軸によって規定される厚みを有し、前記接着剤の該厚み軸に沿って、前記選択された制御波長において１０ｄＢ未満の光出力減衰を有する、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１６】
前記接着剤は、前記接着剤の前記厚み軸に沿って、前記選択された制御波長とは異なる選択された波長において１０ｄＢ以上の光出力減衰を有する光学フィルターである、請求項１５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１７】
前記接着剤は、その対応するチップレットと前記ディスプレイ基板との間にのみ配置される、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記表示光学素子はエレクトロルミネッセントエミッター又は液晶光変調器である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記表示光学素子は有機発光ダイオードである、請求項１９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
前記ディスプレイ基板は第２の選択された制御波長において第２のピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、前記長い寸法に沿って、前記第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有し、前記チップレットは、前記第２の選択された制御波長において前記移送された光を受信するように構成され、前記第２の選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して、前記第２のピクセル情報を与える第２の光センサーを更に備え、前記選択回路は、前記第２のピクセル情報に更に応答して前記制御信号を与え、前記第２のピクセル情報を前記第２の選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する第２の光送信機を更に備え、該第２の光送信機は前記コントローラーによって与えられる前記第２のピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記第２の光センサーに移送される、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１】
コントローラーに応答するディスプレイデバイスであって、
（ａ）ピクセル情報を搬送する光を移送するための光導波路を画定するとともに、選択された制御波長における屈折率と、長い寸法と、表示エリアと、該長い寸法に沿って、該選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰とを有する、ディスプレイ基板と、
（ｂ）前記ディスプレイ基板上に配置され、前記ディスプレイ基板とは別個のチップレット基板と、前記選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して前記ピクセル情報を与える光センサーと、前記ピクセル情報に応答して制御信号を与える選択回路と、前記制御信号に応答する駆動回路とを有し、前記移送された光を受信するように構成される、チップレットと、
（ｃ）前記ピクセル情報を前記選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する光送信機であって、該光送信機は前記コントローラーによって与えられるピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記光センサーに移送される、光送信機と、
（ｄ）前記表示エリア内、又は前記表示エリア上に位置し、前記駆動回路に応答して光を与える表示光学素子と、
を備える、コントローラーに応答するディスプレイデバイス。
【請求項２】
前記チップレットは前記コントローラーに電気的に接続され、該コントローラーは補助ピクセル情報を更に与え、前記選択回路は該補助ピクセル情報に更に応答して、前記制御信号を与える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項３】
前記コントローラーはパケットに分割されたピクセル情報を与えるように構成され、各パケットは特定のチップレットを識別する対応するアドレスを有し、前記ディスプレイデバイスは第２のチップレットを更に備え、各チップレット内の前記選択回路はそれぞれのアドレスを有し、該アドレスは異なり、各選択回路は該選択回路の前記アドレスに一致する、対応するアドレスを有するピクセル情報の前記パケットに応答して、対応する制御信号を対応する駆動回路に与える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項４】
前記選択回路は、前記制御信号に応答して前記ピクセル情報を前記駆動回路に与える雑音除去回路を更に備える、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項５】
前記雑音除去回路は、１つ又は複数の受信制御信号を格納する手段を更に備え、該格納された制御信号（複数の場合もあり）に更に応答し、前記選択された制御波長において前記表示光学素子によって放射される光を補償して雑音を低減する手段を更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項６】
前記表示光学素子はエレクトロルミネッセント（ＥＬ）エミッターであり、前記雑音除去回路は、前記選択された制御波長に等しくない波長において前記ＥＬエミッターによって放射される光を検出する第２の光センサーと、前記選択された制御波長において前記ＥＬエミッターによって放射される光を補償して雑音を低減する手段とを更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項７】
前記ディスプレイデバイスは、第２の駆動回路、及び該第２の駆動回路に応答して光を表示する第２の表示光学素子を更に備え、前記雑音除去回路は前記第２の表示光学素子によって表示される光を検出する第３の光センサーと、前記選択された制御波長において前記第２の表示光学素子によって放射される光を補償して雑音を低減する手段とを更に備える、請求項４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項８】
前記チップレット基板は２０μｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項９】
前記ディスプレイ基板は、３つの実質的に直交する軸によって規定される長さ、幅及び厚みを有し、前記長い寸法は該長さ又は該幅のいずれかであり、該厚みは該長さ及び該幅の小さい方よりも小さい、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１０】
前記チップレット基板は、厚み軸によって規定される厚みを有し、該厚み軸は前記ディスプレイ基板の前記厚み軸に対して実質的に平行であり、前記チップレット基板は、該チップレット基板の前記厚み軸に沿って、前記選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有する、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１１】
前記送信された光は、前記基板の前記厚みを規定する前記軸に対して実質的に垂直な１つ又は複数の方向に進む、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１２】
前記ディスプレイ基板は、前記長さ軸又は前記幅軸に対して実質的に垂直なエッジを有し、該エッジに隣接し、かつ実質的に平行に位置する吸収素子を更に備え、該吸収素子は、前記選択された制御波長において０よりも大きな吸収パーセンテージを有する、請求項９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１３】
前記ディスプレイデバイスは、前記ディスプレイ基板が実装される支持体を更に備え、該支持体は長い寸法と、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記長い寸法に沿った前記光出力減衰よりも大きな、前記選択された制御波長における前記長い寸法に沿った光出力減衰とを有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１４】
前記ディスプレイデバイスは、前記ディスプレイ基板と前記チップレットとの間に配置されて前記チップレット基板を前記ディスプレイ基板に接着する接着剤を更に備え、前記チップレット基板は、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記屈折率よりも大きな、前記選択された制御波長における屈折率を有し、前記接着剤は、前記選択された制御波長における前記ディスプレイ基板の前記屈折率の８０％よりも大きく、かつ前記選択された制御波長における前記チップレット基板の前記屈折率の１２０％よりも小さい、前記選択された制御波長における屈折率を有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１５】
前記接着剤はフォトレジストであり、前記ディスプレイ基板の前記厚みを規定する前記軸に対して実質的に平行である厚み軸によって規定される厚みを有し、前記接着剤の該厚み軸に沿って、前記選択された制御波長において１０ｄＢ未満の光出力減衰を有する、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１６】
前記接着剤は、前記接着剤の前記厚み軸に沿って、前記選択された制御波長とは異なる選択された波長において１０ｄＢ以上の光出力減衰を有する光学フィルターである、請求項１５に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１７】
前記接着剤は、その対応するチップレットと前記ディスプレイ基板との間にのみ配置される、請求項１４に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１８】
前記表示光学素子はエレクトロルミネッセントエミッター又は液晶光変調器である、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【請求項１９】
前記表示光学素子は有機発光ダイオードである、請求項１９に記載のディスプレイデバイス。
【請求項２０】
前記ディスプレイ基板は第２の選択された制御波長において第２のピクセル情報を搬送する光を移送するように構成され、前記長い寸法に沿って、前記第２の選択された制御波長において２０ｄＢ未満の光出力減衰を有し、前記チップレットは、前記第２の選択された制御波長において前記移送された光を受信するように構成され、前記第２の選択された制御波長における前記光導波路からの光に応答して、前記第２のピクセル情報を与える第２の光センサーを更に備え、前記選択回路は、前記第２のピクセル情報に更に応答して前記制御信号を与え、前記第２のピクセル情報を前記第２の選択された制御波長における光として前記光導波路の中に送信する第２の光送信機を更に備え、該第２の光送信機は前記コントローラーによって与えられる前記第２のピクセル情報に応答して光を送信し、該送信された光は、前記光導波路によって前記第２の光センサーに移送される、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【公表番号】特表２０１３−５０３３６３（Ｐ２０１３−５０３３６３Ａ）
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２６８０９（Ｐ２０１２−５２６８０９）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４６４５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２５６４４
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５１００４８４１７）グローバル・オーエルイーディー・テクノロジー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (95)
【氏名又は名称原語表記】ＧＬＯＢＡＬ ＯＬＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＬＣ．
【住所又は居所原語表記】１３８７３ Ｐａｒｋ Ｃｅｎｔｅｒ Ｒｏａｄ， Ｓｕｉｔｅ ３３０， Ｈｅｒｎｄｏｎ， ＶＡ ２０１７１， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４４６４５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０２５６４４
【国際公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（５１００４８４１７）グローバル・オーエルイーディー・テクノロジー・リミテッド・ライアビリティ・カンパニー (95)
【氏名又は名称原語表記】ＧＬＯＢＡＬ ＯＬＥＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＬＣ．
【住所又は居所原語表記】１３８７３ Ｐａｒｋ Ｃｅｎｔｅｒ Ｒｏａｄ， Ｓｕｉｔｅ ３３０， Ｈｅｒｎｄｏｎ， ＶＡ ２０１７１， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
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