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特許7555517低電圧シリコンバックプレーンを有する積層型ＯＬＥＤマイクロディスプレイ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-12
(45)【発行日】2024-09-24
(54)【発明の名称】低電圧シリコンバックプレーンを有する積層型ＯＬＥＤマイクロディスプレイ
(51)【国際特許分類】
G09F 9/30 20060101AFI20240913BHJP
【ＦＩ】
G09F9/30 338
G09F9/30 365
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2024124276
(22)【出願日】2024-07-31
(62)【分割の表示】P 2021549818の分割
【原出願日】2021-01-26
【審査請求日】2024-07-31
(31)【優先権主張番号】62/966,757
(32)【優先日】2020-01-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/054,387
(32)【優先日】2020-07-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】315010824
【氏名又は名称】オーレッドワークス エルエルシー
(73)【特許権者】
【識別番号】598080163
【氏名又は名称】フラウンホッファー－ゲゼルシャフト ツァー フェーデルング デア アンゲバンテン フォルシュング エー ファー
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ヘイマー ジョン
(72)【発明者】
【氏名】スピンドラー ジェフリー
(72)【発明者】
【氏名】コンダコワ マリナ
(72)【発明者】
【氏名】リヒター ベルント
(72)【発明者】
【氏名】ワルテンベルク フィリップ
(72)【発明者】
【氏名】バンク ゲルド
(72)【発明者】
【氏名】ヴォーゲル ウーベ
【審査官】小野 博之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１６８８０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５０６５１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５１７３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２０６７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０８８４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３３２３２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３０２２８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－２００４３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５１１１００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５０６０９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－０３９６１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０２１１５９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１１／０６４８６６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３０４３８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４７５９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／３１７１０７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０８３３５６７２（ＣＮ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０１６２１１９８（ＣＮ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１３－００５１５４２（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｆ ９／００－９／４６
Ｇ０２Ｆ １／１３－１／１４１
１／１５－１／１９
Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８
４４／００
４５／６０
Ｈ１０Ｋ ５０／００－９９／００
Ｇ０９Ｇ １／００－５／４２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
個別にアドレス指定可能な画素および制御回路を有するシリコンベースのバックプレーンの上に発光ＯＬＥＤスタックを備えるマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックが、上部電極と下部電極との間に３つ以上のＯＬＥＤユニットを有し、
前記シリコンベースのバックプレーンの前記制御回路が、個別にアドレス指定可能な画素ごとに、外部電源ＶＤＤと前記発光ＯＬＥＤスタックの前記下部電極との間にチャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備え、
前記外部電源ＶＤＤに最も近いトランジスタは、駆動トランジスタであり、５Ｖ以下の定格であり、前記発光ＯＬＥＤスタックの前記下部電極に最も近いトランジスタは、スイッチトランジスタであり、５Ｖ超の定格であることを特徴とする、マイクロディスプレイ。
【請求項2】
請求項１に記載のマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックのＶｔｈが、少なくとも７．５Ｖ以上であることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項3】
請求項１に記載のマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックのＶｔｈが、少なくとも１０Ｖ以上であることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックが、４つ以上のＯＬＥＤユニットを備えることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項5】
請求項１～４のいずれか１項に記載のマイクロディスプレイであって、前記ＯＬＥＤユニットが各々、電荷発生層（ＣＧＬ）によって互いから分離されることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項6】
請求項５に記載のマイクロディスプレイであって、前記下部電極が、セグメント化され、各セグメントが、前記バックプレーン内の前記制御回路と電気接触状態にあることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項7】
請求項６に記載のマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックが、上面発光であることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項8】
請求項７に記載のマイクロディスプレイであって、前記発光ＯＬＥＤスタックは、セグメント化された前記下部電極と前記上部電極との間の物理的距離がすべての画素にわたって一定であるマイクロキャビティを形成することを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項9】
請求項１～３のいずれか１項に記載のマイクロディスプレイであって、チャネルが直列で接続されている前記２つのトランジスタが共に、ｐチャネルトランジスタであることを特徴とするマイクロディスプレイ。
【請求項10】
請求項９に記載のマイクロディスプレイであって、チャネルが直列で接続されている前記２つのトランジスタが各々、別個のウェル内に位置することを特徴とするマイクロディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、低電圧シリコンバックプレーンを有する積層型ＯＬＥＤマイクロディスプレイに関する。
【背景技術】
【0002】
関連出願への相互参照
本出願は、“ＳＴＡＣＫＥＤ ＯＬＥＤ ＭＩＣＲＯＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＬＯＷ－ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＢＡＣＫＰＬＡＮＥ”という表題のついた、代理人整理番号ＯＬＷＫ－００２１－ＵＳＰで２０２０年１月２８日に出願された米国仮出願第６２／９６６，７５７号、ならびに“ＳＴＡＣＫＥＤ ＯＬＥＤ ＭＩＣＲＯＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＬＯＷ－ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＢＡＣＫＰＬＡＮＥ”という表題のついた、代理人整理番号ＯＬＷＫ－００２１－ＵＳＰ２で２０２０年７月２１日に出願された米国仮出願第６３／０５４３８７号に対する優先権を主張するものである。
本出願は、“ＳＴＡＣＫＥＤ ＯＬＥＤ ＭＩＣＲＯＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＬＯＷ－ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＢＡＣＫＰＬＡＮＥ”という表題のついた、代理人整理番号ＯＬＷＫ－００２１－ＵＳＰで２０２０年１月２８日に出願された米国仮出願第６２／９６６，７５７号、ならびに“ＳＴＡＣＫＥＤ ＯＬＥＤ ＭＩＣＲＯＤＩＳＰＬＡＹ ＷＩＴＨ ＬＯＷ－ＶＯＬＴＡＧＥ ＳＩＬＩＣＯＮ ＢＡＣＫＰＬＡＮＥ”という表題のついた、代理人整理番号ＯＬＷＫ－００２１－ＵＳＰ２で２０２０年７月２１日に出願された米国仮出願第６３／０５４３８７号に対する優先権を主張するものである。
【0003】
典型的には、マイクロディスプレイは、対角線が０．２５インチ未満の超小型ディスプレイサイズに至るまで、対角線が２インチ（およそ５ｃｍ）未満である。大半の場合、マイクロディスプレイの解像度は高く、画素ピッチは、通常、５～１５ミクロンである。初めて市販されたのは１９９０年代後半であり、それらは、背面投影ＴＶ、ヘッドマウント式ディスプレイ、およびデジタルカメラファインダに一般に使用される。近年では、スマートウォッチなどのデバイスが、これらのディスプレイの高解像度および低電力消費を活用している。マイクロディスプレイは、世界市場が今後数年で２０％の複合年間成長率に上り、急速に成長することが予期される。この成長を推進する傾向のうちの１つは、ヘッドマウント式ディスプレイ（ＨＭＤ）、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、および電子ファインダ（ＥＶＦ）などの、ニアアイディスプレイ、拡張現実デバイス、および仮想現実デバイスの採用の増加である。
【0004】
マイクロディスプレイの主なカテゴリは２つある。１つ目は、表面上に投影される高度に拡大された画像を伴う、投影マイクロディスプレイである。投影マイクロディスプレイのタイプとしては、背面投影ＴＶおよび小型データプロジェクタが挙げられる。２つ目は、アイピース（仮想現実ヘッドセットまたはカムコーダファインダなど）を通して見られる高度に拡大された虚像からなる、ニアアイディスプレイ（ＮＥＤ）である。これらのディスプレイは、特に軍事および医療産業において、ＨＭＤおよびＨＵＤにますます使用されている。
【0005】
両方のタイプのマイクロディスプレイが、フラットパネルＬＣＤなどの従来の直視ディスプレイに勝る大きな利点を提供する。マイクロディスプレイの利点としては、超小型の軽量ソースディスプレイユニットから大きい画像を生成して、ウェアラブルなどのスペースに制限のある技術へそれらを容易に統合させる能力、高解像度および明瞭性をもたらす大画素容量、ならびに他のディスプレイタイプと比較してより大きい電力効率が挙げられる。解像度および明度が高いほど、ならびに電力消費が低いほど、マイクロディスプレイの品質は優れている。しかしながら、マイクロディスプレイ製造業者の課題は、高明度およびコントラストならびに長い稼働寿命の必要性と共に、比較的高い生産費用であった。
【0006】
マイクロディスプレイは、エルコス（ＬＣｏＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ－Ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、デジタルライトプロセッシング（ＤＬＰ）、ならびに、より最近では、マイクロＬＥＤ（発光ダイオード）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む、様々なディスプレイ技術から作製され得る。
【0007】
ＬＣＤは、近年、マイクロディスプレイ市場を占有してきた。ＬＣＤ技術は、高い明度、比較的低い費用、および比較的単純な製造プロセスを提供する。ＬＣＤを使用することにより、デバイス製造業者は、徐々にマイクロディスプレイ部品のサイズを低減することができている。ＬＣＤディスプレイは、現在、一部のＨＭＤ、ＨＵＤ、ＥＶＦ、ならびにサーマルイメージンググラスおよびウェアラブルに使用されている。しかしながら、ＬＣＤマイクロディスプレイは、光を変調するために液晶アレイと一緒に画像を作成するために、光源またはバックライトを必要とする。この技術は、偏光、色空間、最大輝度限界、ＬＣ温度感受性、視野角、ＬＣＤ透過および消光比、システム制限された寸法および他など、制限を有し、これにより、所望の性能特性のすべてを提供することができない。
【0008】
マイクロＬＥＤ技術に基づいたマイクロディスプレイは、自己発光、より大きい色域、広い視野角、より良好なコントラスト、より速いリフレッシュレート、より低い電力消費（画像依存）、および広い動作温度範囲など、ＬＣＤマイクロディスプレイに勝る利点を提供し得る。現在、マイクロＬＥＤマイクロディスプレイは、標準ＬＥＤから採用される標準窒化ガリウム（ＧａＮ）ウェハに基づく。この手法は、比較的低価格で、寿命問題なしに高輝度ディスプレイデバイスを提供する可能性を有する。一般に、標準ＧａＮウェハは、マイクロＬＥＤのアレイへとパターン化される。その後、マイクロＬＥＤディスプレイが、マイクロＬＥＤアレイおよびトランジスタの統合により生産される。しかしながら、この手法は、トランジスタ上でのマイクロＬＥＤのモノリシック形成、画素間隔、色生成、ならびに個々のマイクロＬＥＤ間の色および輝度の変動に起因する空間的均一性を含む、いくつかの製造上の懸念を有する。
【0009】
ＯＬＥＤ技術は、マイクロディスプレイのためのマイクロＬＥＤ技術の魅力的特徴の多くを共有する。それは、自己発光性であり、優れた画像品質を有し、ＬＣＤまたはＬＣｏＳと比較して非常に効率が良く、極めて高い色再現および広い色空間を有する。自己発光性ＯＬＥＤデバイスは、各画素が画像によって必要とされる強度だけをもたらすという点で、バックライトデバイス（ＬＣＤなど）に勝る重要な利点を有する一方、バックライト付きの画素は、最大強度をもたらし、望ましくない光の吸収がそれに続く。さらには、トランジスタの上へのＯＬＥＤの形成は、ＯＬＥＤ層が、真空蒸着され得るか、またはトランジスタバックプレーン上に直接被覆されることから、マイクロＬＥＤの形成よりもはるかに容易かつ低費用である。その一方で、ＯＬＥＤは、制限された輝度および寿命を有する。
【0010】
サンプルホールド型ディスプレイであるＯＬＥＤマイクロディスプレイ内の制御回路が、モーションブラーの問題に対処することも重要である（２０１８年１２月２８日付のｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｌｕｒｂｕｓｔｅｒｓ．ｃｏｍ／ｆａｑ／ｏｌｅｄ－ｍｏｔｉｏｎ－ｂｌｕｒ／、“Ｗｈｙ Ｄｏ Ｓｏｍｅ ＯＬＥＤｓ Ｈａｖｅ Ｍｏｔｉｏｎ Ｂｌｕｒ？”、および２０１５年１月１５日付の、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｏｕｎｄａｎｄｖｉｓｉｏｎ．ｃｏｍ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｍｏｔｉｏｎ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ－ｉｓｓｕｅ－ｏｌｅｄ－ｔｖｓ、“Ｉｓ Ｍｏｔｉｏｎ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎ Ｉｓｓｕｅ ｗｉｔｈ ＯＬＥＤ ＴＶｓ”を参照のこと）。
【0011】
サンプルホールドによって引き起こされるモーションブラーを低減する唯一の方法は、フレームが表示される時間量を短くすることである。これは、追加のリフレッシュ（より高いＨｚ）を使用することによって、またはリフレッシュ間の黒色期間（フリッカ）により達成され得る。ＯＬＥＤマイクロディスプレイの場合、最良のソリューションは、アクティブ領域全体を同時にオフにすること、または表示画像の一部のみが順番に一度にオフにされる「ローリング」技法のいずれかによって、表示画像を「シャッタ」することである。「ローリング」技法が好ましい。画素がオフにされる時間は、非常に短く、知覚できるフリッカを回避するために人間の眼による検出能の閾値をはるかに下回る。これは、選択線を通じて活性化されるとき、電流がＯＬＥＤに流れることを防ぎ、所望の時間期間の間ＯＬＥＤ画素による発光を「オフ」にするシャッタトランジスタの包含によって、制御回路内で達成される。言い換えると、シャッタトランジスタは、画素を「オン」または「オフ」にするだけであり、電圧または電流を規制しないという点で、スイッチトランジスタである。しかしながら、画像が表示される時間（通常、フレーム時間と称される）の一部にわたって画素がオフにされるというこのソリューションは、眼で知覚されるのは、フレームにわたる平均輝度であることから、画素が「オン」であるときにはいつでも、ＯＬＥＤによる増大した輝度の必要性を増加させるだけである。モーションブラーを低減するためのシャッタは、ＯＬＥＤスタックに電力を供給する任意の方法、例えば、電流制御またはＰＷＭ、に適用され得る。
【0012】
シリコンバックプレーンを利用したＯＬＥＤマイクロディスプレイは、費用および製造可能性の観点から非常に魅力的である。例えば、Ａｌｉら、“Ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｓｍａｌｌ ｍｏｌｅｃｕｌｅ ＯＬＥＤ－ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ”、Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＳＰＩＥ Ｖｏｌ．７４１５ ７４１５０Ｑ－１，２００６；Ｊａｎｇら、Ｊ．Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，２０（１），１－８（２０１９）；Ｆｕｊｉｉら、“４０３２ｐｐｉ Ｈｉｇｈ－Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＯＬＥＤ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ”、ＳＩＤ ２０１８ ＤＩＧＥＳＴ，ｐ．６１３；米国特許第２０１９／０２５９３３７号、Ｐｒａｃｈｅ、Ｄｉｓｐｌａｙｓ、２２（２），４９（２００１）；Ｖｏｇｅｌら、２０１８ ４８ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ Ｄｅｖｉｃｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｐ．９０，Ｓｅｐｔ．２０１８；およびＷａｒｔｅｎｂｅｒｇら、“Ｈｉｇｈ Ｆｒａｍｅ－Ｒａｔｅ １”ＷＵＸＧＡ ＯＬＥＤ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ ａｎｄ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｆｒｅｅ－Ｆｏｒｍ Ｏｐｔｉｃｓ ｆｏｒ Ｕｌｔｒａ－Ｃｏｍｐａｃｔ ＶＲ Ｈｅａｄｓｅｔｓ”、ＳＩＤ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，４９（１），Ｐａｐｅｒ ４０－５，５１４（２０１８）を参照されたい。
【0013】
マイクロディスプレイは、明るい陽射しの中の屋外など、すべての環境条件下で有用であるために、超高輝度を必要とする。ＶＲゴーグルなどの制御された環境条件下でさえ、超高輝度が、没入型の視覚体験を作り出すために必要とされる。ディスプレイからの超高輝度は、より小さく、より軽量で、低価格である、より効率性の低い光学素子の使用を可能にし、より競争力のあるヘッドセットをもたらす。現在、先行技術のＯＬＥＤマイクロディスプレイは、望むだけの輝度を提供しない。
【0014】
例えば、直列ＯＬＥＤマイクロディスプレイの１つの製造業者によるプレスリリースは、２．５ｋニト（ｎｉｔ）ほどを送達することが可能であり得るフルカラー製品について説明するが、５ｋニトがより望ましい目標であることを認めている（２０２０年１月７日付の、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｋｏｐｉｎ．ｃｏｍ／ｋｏｐｉｎ－ｔｏ－ｓｈｏｗｃａｓｅ－ｌａｔｅｓｔ－ａｄｖａｎｃｅｓ－ｉｎ－ｉｔｓ－ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ－ｏｌｅｄ－ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙ－ｌｉｎｅ－ｕｐ－ａｔ－ｃｅｓ－２０２０／を参照のこと）。一部の製造業者は、目標は１０ｋニト以上とすべきであることを提案している（２０１８年７月２６日付の、ｈｔｔｐｓ：／／ｈｄｇｕｒｕ．ｃｏｍ／ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ－ｅｘｐｅｒｔ－ｉｓ－１００００－ｎｉｔｓ－ｏｆ－ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ－ｅｎｏｕｇｈ／を参照のこと）。２０２０年６月２０日の最近のプレスリリース（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｂｕｓｉｎｅｓｓｗｉｒｅ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／ｈｏｍｅ／２０２００６３０００５２０５／ｅｎ／Ｋｏｐｉｎ－Ａｎｎｏｕｎｃｅｓ－Ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ－ＣｏｌｏｒＭａｘ％Ｅ２％８４％Ａ２－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ－Ｕｎｐａｒａｌｌｅｌｅｄ－Ｃｏｌｏｒ）は、＞１０００ニトを発光する直列（２スタック）ＯＬＥＤディスプレイについて説明する。それはまた、「明度（＞２０００ニト）および色忠実度のさらなる改善が、ＯＬＥＤ蒸着条件の最適化を通じて期待される。出力結合効率を強化するための構造体を組み込むことにより、ＯＬＥＤマイクロディスプレイの明度は、数年以内に＞５０００ニトまで増大され得る。」と公表している。
【0015】
ＯＬＥＤデバイスから放出される光の総量を増大させるための１つのソリューションは、複数のＯＬＥＤユニットを互いの上に積層することであるため、スタックから放出される合計の光は、各々個々のユニットによって放出される光の総和である。しかしながら、そのようなＯＬＥＤスタックから放出される合計の光が、個々のＯＬＥＤ発光ユニットの合計数に基づいて加算的である一方、ＯＬＥＤスタックを駆動するのに必要とされる電圧もまた、各々独立したＯＬＥＤユニットを駆動するための電圧に基づいて加算的である。例えば、発光ＯＬＥＤユニットが所与の電流で２５０ニトを生成するために３Ｖを必要とする場合、２つのそのようなユニットのスタックは、同じ電流で５００ニトを送達するために６Ｖを必要とし、３つのユニットのスタックは、７５０ニトを送達するために９Ｖを必要とする、というようになる。
【0016】
ＯＬＥＤスタックは、周知であり、例えば、米国特許第７２７３６６３号、米国特許第９３７９３４６号、米国特許第９７４１９５７号、米国特許第９２８１４８７号、および米国特許出願公開第２０２０／００１３９７８号はすべて、発光ＯＬＥＤユニットの複数のスタックを有するＯＬＥＤスタックであって、各々が中間接続層または電荷発生層によって分離される、ＯＬＥＤスタックについて説明する。Ｓｐｒｉｎｇｅｒら、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ，２４（２４），２８１３１（２０１６）は、２つおよび３つの発光ユニットを有するＯＬＥＤスタックであって、各ユニットが異なる色を有する、ＯＬＥＤスタックについて報告する。最大６つの発光ユニットのＯＬＥＤスタックが報告されている（Ｓｐｉｎｄｌｅｒら、“Ｈｉｇｈ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ ＯＬＥＤ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ”、ＳＩＤ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｗｅｅｋ ２０１６，Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ ＣＡ，Ｍａｙ２３－２７，２０１６）。
【0017】
しかしながら、より高い駆動電圧を必要とするマルチスタックＯＬＥＤのこの手法は、マイクロディスプレイ応用において適用するのが困難である。問題は、マイクロディスプレイも高解像度を有することを必要とすることであり、個々の画素のサイズができる限り小さくなければならないこと、およびマイクロディスプレイのアクティブ（発光）領域ができる限り多くの画素を含むことを要求する。これは、バックプレーンの制御回路内のトランジスタが小さく、しかし依然として、永久的な損傷または電流漏出なしに必要な電圧および電流を取り扱うのに十分なサイズのものであることを必要とする。
【0018】
通常、トランジスタは小さくなるほど、それらは、漏れ電流および他の故障機構が理由で高い電力を取り扱うことができないことに起因して、より低い定格電圧を有する。より小さく、より低い電圧のトランジスタは、ゲートにおいてより薄い絶縁層を有するため、それらは、より静的な漏れ電流も同様に有する。この理由のため、より高い電圧を取り扱うことができるより大きいトランジスタが、一般的に、より高い電圧を必要とするＯＬＥＤデバイスのために使用される。国際特許第ＷＯ２００８／０５７３７２号公報は、マイクロディスプレイにおける画素回路サイズの低減と関連付けられた問題および先行技術について論じる。また、例えば、Ｏ．Ｐｒａｃｈｅ、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，１０（２），１３３（２００２）、Ｏ． Ｐｒａｃｈｅ；“ＯＬＥＤ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ，Ｄｉｓｐｌａｙｓ，２２，４９－５６（２００１）を参照されたく、また、Ｈｏｗａｒｄら、“Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ ｂａｓｅｄ ｕｐｏｎ ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ”，ＩＢＭ Ｊ．ｏｆ Ｒｅｓ．＆ Ｄｅｖ．，４５（１），１５（２００１）は、低電圧において大きいコントラスト比で高輝度をもたらすシリコンバックプレーン上のマイクロディスプレイの必要性を論じる。
【0019】
さらには、ＶＤＤにおける電源からＶＣＡＴＨＯＤＥにおけるカソード電圧を有するＯＬＥＤへ定電流を提供するためにＭＯＳＦＥＴ ｐチャネルトランジスタを使用するとき、全電圧は、トランジスタに電力供給し、ＯＬＥＤを高明度へ「オン」にするために、大きくなければならない。しかしながら、低電圧ｐチャネルトランジスタが１２Ｖ ＯＬＥＤを制御するために使用された場合、黒色画素を作成するためにＯＬＥＤをオフにしようとするとき、トランジスタを通じた漏れ電流が高くなり、ＯＬＥＤは、（Ｖａｎｏｄｅ－Ｖｃａｔｈｏｄｅ）がＯＬＥＤ閾値電圧よりも高いままであるため、発光し続ける。ＯＬＥＤマイクロディスプレイにおいて、駆動トランジスタを通じた漏れ電流は、ＯＬＥＤマイクロディスプレイが暗いままでなければならないときにＯＬＥＤ画素が光を放出し続けるため、コントラストを低減することになる。この効果は、純粋な黒色（発光なし）をグレーにさせ、純粋な黒色と純粋な白色との間の階調の等級を減少させることになる。これは望ましくない。
【0020】
高輝度を有する、および発光のために高電圧要件を有するＯＬＥＤスタックを利用することによって、シリコンバックプレーン上のＯＬＥＤマイクロディスプレイの性能を増大させる必要性がある。しかしながら、シリコンバックプレーン上の制御回路は、ＯＬＥＤのアクティブ領域内の解像度および画素ピッチを維持するために、サイズを著しく増加させることなく、増大した電圧および電流需要を取り扱うことができなければならない。特に、制御回路は、ＴＦＴを通じた漏れ電流を防ぐまたは最小限にすることによって、コントラストを維持しなければならない。コントラストは、画素が「オフ」、「黒色」、または非発光（典型的には、画像信号コード値（ＣＶ：Ｃｏｄｅ Ｖａｌｕｅ）＝０）でなければならないときと、画素が完全に「オン」、「白色」、または最大発光（典型的には、画像信号ＣＶ＝２５５）でなければならないときとの、発光の差である。
【0021】
５Ｖ以下の動作範囲を有するアナログトランジスタが標準「低電圧」（ＬＶ）トランジスタと見なされるのは、バックプレーンを製造する半導体製造業界においては一般的である。通常、定格電圧に対して１０％安全性限界が存在することも一般的であり、最大５．５Ｖまで「５Ｖトランジスタ」の寿命の劣化なしに信頼性の高い動作を可能にし、これは、ＯＬＥＤ動的電圧範囲内のある程度の過電圧および駆動回路オーバーヘッド電圧を可能にするほど十分に高い。電圧限界は、通常、トランジスタ（ゲート、ソース、ドレイン、ボディ（バルクまたはウェルとも呼ばれる））に対する任意の接点対の間に適用するが、それは特に、トランジスタの性能がこれらの条件下で典型的には４３，０００動作時間にわたって指定の範囲内に留まるように、最大ゲート－ドレイン電圧に適用する。時として、トランジスタの設計に応じて、別の接点対のための電圧限界は、より高い（例えば、７Ｖ）ことがあるが、このトランジスタは、依然としてＬＶまたは５Ｖトランジスタと称される。５Ｖアナログトランジスタは、集積回路（ＩＣ）チップ間の通信のためのレガシーＴＴＬ論理電圧レベルとのその互換性が理由で、業界にわたって広く提供されている。入力－出力通信のための電圧（例えば、３．３Ｖおよび１．８Ｖ規格）における下降傾向に伴って、これらの５Ｖトランジスタは、場合によっては、中電圧（ＭＶ）トランジスタとも称され、ＬＶラベルをより新しい「より低い電圧」アナログトランジスタへと移行する。ＬＶおよびＭＶのような相対的なラベルは、時間と共に変化し得るが、この特許出願においては、用語ＬＶまたは「低電圧」は、５Ｖ以下の定格トランジスタを指し、用語ＭＶまたは「中電圧」は、５Ｖを上回る定格電圧を有するトランジスタを指す。より高電圧のアナログトランジスタも一般的には利用可能であるが、正確な電圧が、５ＶトランジスタとしてＩＣ製作業界にわたって規格化されているわけではない。例えば、より高電圧のトランジスタは、多くの場合、自動車などの業界に必要とされる。
【0022】
現在、発光のために直列（１つのＣＧＬによって分離される２つの発光ＯＬＥＤユニット）ＯＬＥＤスタックを使用する、低電圧５Ｖ駆動トランジスタを有するシリコンバックプレーンが利用可能である。例えば、Ｃｈｏら、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，２０（４），２４９－２５５，２０１９；２０１８年に公開された、ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｒａｖｅｐｕｂｓ．ｃｏｍ／ｏｌｅｄ－ｓｉｌｉｃｏｎ－ｃｏｍｅ－ｎｅｗ－ｊｏｉｎｔ－ｖｅｎｔｕｒｅ／；Ｘｉａｏ、“Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｔａｎｄｅｍ Ｗｈｉｔｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ－Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ”、Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２４，１５１（２０１９）を参照されたい。そのような例は、技術の要求に対して、輝度が不十分である。
【0023】
Ｈａｎら、“Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｌａｒｇｅ－Ｓｉｚｅｄ ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｃｈａｐｔｅｒ ３，１０．５７７２／ｉｎｔｅｃｈｏｐｅｎ．７４８６９（２０１８）。このレビュー記事は、３スタック白色ＯＬＥＤ配合組成の進歩、ならびに、２つの直列接続されたトランジスタを有するものを含むバックプレーン技術について説明するが、別々であり組み合わせではない。この参考文献はまた、そのような２つのトランジスタバックプレーンが、「大きい回線負荷および短い充電時間が理由で、大型の高解像度パネルにおいて採用するのは困難である」と記しており、そのため、それらのデバイスのために異なる種類のバックプレーン回路を採用する。
【0024】
Ｌｉｕら、Ｊ．Ｃｅｎｔ．Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖ．，１９，１２７６－１２８２（２０１２）は、Ｓｉチップマイクロディスプレイ上のＯＬＥＤ内の２つの直列接続されたｐチャネルトランジスタを有する３Ｔ１Ｃ回路を開示する。
Ｚｅｎｇら、“Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｐｉｘｅｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＡＭＯＬＥＤ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｐ－２７，ＳＩＤ ２０１９ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ．１３１３は、シリコンバックプレーン上のＡＭＯＬＥＤディスプレイを駆動するための４Ｔ１Ｃ画素回路について説明する。それは、電源とＯＬＥＤとの間に直列で接続される２つのｐチャネル低電圧トランジスタの使用を開示する。第１のトランジスタは、ＯＬＥＤを駆動するためのものであり、ＯＬＥＤに供給される電流を制御する。第２のトランジスタは、プログラム動作中にＯＬＥＤをオフにするためのスイッチトランジスタである。上記回路は、Ｖｔｈ変動を決定および補償するために追加のトランジスタも含む。
Ｚｅｎｇら、“Ａ Ｎｏｖｅｌ Ｐｉｘｅｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｗｉｔｈ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ－Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ＡＭＯＬＥＤ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｐ－２７，ＳＩＤ ２０１９ Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ．１３１３は、シリコンバックプレーン上のＡＭＯＬＥＤディスプレイを駆動するための４Ｔ１Ｃ画素回路について説明する。それは、電源とＯＬＥＤとの間に直列で接続される２つのｐチャネル低電圧トランジスタの使用を開示する。第１のトランジスタは、ＯＬＥＤを駆動するためのものであり、ＯＬＥＤに供給される電流を制御する。第２のトランジスタは、プログラム動作中にＯＬＥＤをオフにするためのスイッチトランジスタである。上記回路は、Ｖｔｈ変動を決定および補償するために追加のトランジスタも含む。
【0025】
米国特許第９，０６６，３７９号は、ＯＬＥＤマイクロディスプレイに好適な制御回路について説明する。それは、電源とＯＬＥＤとの間に直列で接続される２つのｐチャネル低電圧トランジスタの使用を開示する。第１のトランジスタは、ＯＬＥＤを駆動するためのものであり、ＯＬＥＤに供給される電流を制御する。第２のトランジスタは、ＯＬＥＤをシャッタする（オフにする）ためのスイッチトランジスタである。この回路はまた、スイッチトランジスタとＯＬＥＤとの間に、中または高電圧ｐチャネルトランジスタである第３のトランジスタを必要とする。この第３のトランジスタの目的は、（Ｖｓｓ－Ｖｃａｔｈｏｄｅ）がＯＬＥＤの「オフ」期間中にＯＬＥＤ閾値電圧よりも大きいときにはいつでもＯＬＥＤへの電流を防止することであると思われる。
【0026】
Ｐａｓｈｍｉｎｅｈら、“Ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔａｇｅ ｃｉｒｃｕｉｔｓ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｎ ６５ｎｍ ＣＭＯＳ”，Ａｄｖ．Ｒａｄｉｏ Ｓｃｉ．，１３，１０９－１２０，２０１５は、直列接続された（一般的には「積層」トランジスタとも呼ばれる）積層型低電圧ＣＭＯＳトランジスタに基づく高電圧回路について説明する。
【0027】
Ｄａｗｓｏｎら、“Ｔｈｅ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ａｃｔｉｖｅ Ｍａｔｒｉｘ ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｔｇ １９９８，８７５－８７８は、２つの直列接続されたｐチャネルトランジスタを有する画素回路について説明する。
【0028】
Ｋｗａｋら、“Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ－ｏｎ－Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｉｘｅｌ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｏｕｒｃｅ Ｆｏｌｌｏｗｅｒ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｉｔｈ Ａｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｄｉｓｐｌａｙｓ”，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，５０，０３ＣＣ０５（２０１１）は、３つの直列接続されたｐチャネルトランジスタを有する画素回路、および過電圧保護回路について説明する。この参考文献は、「過電圧保護回路」が金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の故障を防ぐために必要とされ、これは、ＯＬＥＤの動作電圧がＭＯＳＦＥＴのものよりも高いためであると記載する。Ｕ５７６０４７７および米国特許第９０６６３７９号もまた、保護回路の使用について説明する。
【0029】
Ｖｏｇｅｌら、ＳＩＤ ２０１７ ＤＩＧＥＳＴ，Ａｒｔｉｃｌｅ ７７－１，ｐｐ １１２５－１１２８は、ＯＬＥＤ電圧動作範囲を延長するための低電圧ＯＬＥＤ Ｓｉマイクロディスプレイ内の保護回路の使用を開示する。
【0030】
ＯＬＥＤＳのための過電圧保護を含む他の参考文献は、米国特許第６５８０６５７号、国際特許第ＷＯ２００９０７２２０５号公報、および中国特許第２００４８８９６０号に開示される。米国特許第９０５９１２３号、米国特許第９２９９８１７号、米国特許第９４８９８８６号、米国特許第２００８０３１６６５９号、および米国特許第２０２００２０２７９３号は、ＯＬＥＤディスプレイの画素制御回路内のバイポーラ接合トランジスタなどのｎ－ｐ接合ダイオードの使用を開示する。
【0031】
２つの直列接続されたトランジスタを開示する追加の特許参考文献としては、中国特許第１０９１６６５２５号、米国特許第２０１４０１２５７１７号、米国特許第７１９６６８２号、米国特許第６２２９５０６号、米国特許第９２６２９６０号、米国特許第７４４３３６７号、米国特許第６９３０６８０号、米国特許第１０６１４７５８号、国際特許第ＷＯ２０１９０１９５９０号公報、米国特許第６９４６８０１号、米国特許第７７５５５８５号、米国特許第８５４７３７２号、米国特許第８７８６５９１号、米国特許第８７９７３１４号、米国特許第９８１８３４４号、米国特許第２０１８／０２１１５９２号、および米国特許第１０２６９２９６号が挙げられる。以下の参考文献は、３つの直列接続されたトランジスタを有する画素回路を開示する：米国特許第９３２４２６６号、米国特許第９３８４６９２号、米国特許第１０６００３６６号、米国特許第７１８０４８６号、米国特許第９８５８８６３号、および米国特許第２０１９０２７９５６７号。
【0032】
米国特許第９０５９１２３および米国特許第９４８９８８６は、ＯＬＥＤディスプレイの画素制御回路内のバイポーラ接合トランジスタなどのｎ－ｐ接合ダイオードの使用を開示する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0033】
個別にアドレス指定可能な画素および制御回路を有するシリコンベースのバックプレーンの上に発光ＯＬＥＤスタックを備えるマイクロディスプレイであって、発光ＯＬＥＤスタックが、上部電極と下部電極との間に３つ以上のＯＬＥＤユニットを有し、シリコンベースのバックプレーンの制御回路が、個別にアドレス指定可能な画素ごとに、外部電源ＶＤＤとＯＬＥＤスタックの下部電極との間にチャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備える、マイクロディスプレイについて説明される。
【0034】
上記のようなマイクロディスプレイであって、発光ＯＬＥＤスタックの閾値電圧Ｖｔｈが、少なくとも７．５Ｖ以上、または好ましくは、少なくとも１０Ｖ以上である。
【0035】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、ＯＬＥＤスタックが、４つ以上のＯＬＥＤ発光ユニットを備える。
【0036】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、ＯＬＥＤ発光ユニットが各々、電荷発生層（ＣＧＬ）によって互いから分離されるか、または、下部電極がセグメント化され、各セグメントがバックプレーン内の制御回路と電気接触状態にあるか、または、ＯＬＥＤスタックが上面発光である。
【0037】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、ＯＬＥＤスタックは、セグメント化された下部電極と上部電極との間の物理的距離がすべての画素にわたって一定であるマイクロキャビティを形成する。
【0038】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、チャネルが直列で接続されているトランジスタが共に、５Ｖ以下で定格されるか、または、電源に最も近いトランジスタが、駆動トランジスタであり、５Ｖ以下で定格され、ＯＬＥＤの下部電極に最も近いトランジスタが、スイッチトランジスタであり、５Ｖ超で定格される。
【0039】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、チャネルが直列で接続されている２つのトランジスタが共に、ｐチャネルトランジスタであるか、または、チャネルが直列で接続されている２つのトランジスタが各々、別個のウェルに位置する。
【0040】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、制御回路が、追加的に、ｐチャネルトランジスタまたはダイオードを有する保護回路を備える。保護回路は、ｐ－ｎダイオードを備え得、ｐ－ｎ接合ダイオードの陰極が、ＯＬＥＤスタックの下部電極のノードに接続され、陽極が、電圧基準ＶＲＥＦまたは電流基準ＩＲＥＦに接続される。
【0041】
上記の保護回路であって、ダイオードがバイポーラ接合トランジスタである。バイポーラ接合トランジスタは、ベースが電圧源ＶＰＲＯＴＥＣＴまたは電流源ＩＰＲＯＴＥＣＴのいずれかに接続され、エミッタがＯＬＥＤスタックの下部電極に接続されるノードに接続され、コレクタが電圧源ＶＤＤに接続される、ＮＰＮトランジスタであり得る。ＢＪＴのベースは、絶縁され得る。
【0042】
上記の保護回路であって、バイポーラ接合トランジスタは、チャネルが直列で接続される２つのトランジスタとは別個のウェルに位置するか、または、チャネルが直列で接続される２つのトランジスタは共に、ｐチャネルトランジスタであり、各々が別個のｎウェルに位置し、バイポーラ接合トランジスタは、別個のｐウェルに位置するＮＰＮトランジスタである。
【0043】
上記のマイクロディスプレイのいずれかであって、ＯＬＥＤスタックの上に位置するＲＧＢ色フィルタアレイ（ＣＦＡ）を追加的に備え、個々のＲ、Ｇ、Ｂ色フィルタが、Ｒ、Ｇ、Ｂ画素を作成するために、セグメント化された下部電極と一致するか、または、ＯＬＥＤスタックの上に位置するＲＧＢＷ色フィルタアレイ（ＣＦＡ）を追加的に備え、個々のＲ、Ｇ、Ｂ、および透明もしくは欠損色フィルタが、Ｒ、Ｇ、Ｂ、およびＷ画素を作成するために、セグメント化された下部電極と一致する。
【発明の効果】
【0044】
本マイクロディスプレイは、小さい画素ピッチ寸法で非常に高い輝度およびコントラストを提供する。
【図面の簡単な説明】
【0045】
【図1】ＯＬＥＤのための単純な先行技術制御回路を示す図である。
【図2】少なくとも３つのＯＬＥＤユニットを有するＯＬＥＤスタックに好適である、チャネルが直列で接続されている２つのトランジスタを有する基本的な制御回路を示す図である。
【図5A】少なくとも３つのＯＬＥＤユニットを有するＯＬＥＤスタックに好適である、チャネルが直列で接続されている３つのトランジスタを有する基本的な制御回路を示す図である。
【図6】ダイオード接続されたｐチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタを備える追加の保護回路を伴う、少なくとも３つのＯＬＥＤユニットを有するＯＬＥＤスタックに好適な基本的な制御回路を示す図である。
【図7】ダイオードを備える類似の保護回路を示す図である。
【図8】バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ）を有する保護回路を伴う、少なくとも３つのＯＬＥＤユニットを有するＯＬＥＤスタックに好適な基本的な制御回路を示す図である。
【図10】各々個々のスタックが３つのＯＬＥＤ発光ユニットを有する、３つの隣接する単色ＲＧＢ ＯＬＥＤスタックを伴うＲＧＢ マイクロディスプレイ１００の断面図である。
【図11】３つのＯＬＥＤ発光ユニットを有するマルチモーダルマイクロキャビティＯＬＥＤスタックおよびＲＧＢ色フィルタアレイを有するマイクロディスプレイ２００の断面図である。
【図12】追加の青色発光層を伴う３つのＯＬＥＤ発光ユニットを有するマルチモーダルマイクロキャビティＯＬＥＤスタックおよびＲＧＢ色フィルタアレイを有するマイクロディスプレイ３００の断面図である。
【図13】５つのＯＬＥＤ発光ユニットを有するマルチモーダルマイクロキャビティＯＬＥＤスタックおよびＲＧＢ色フィルタアレイを有するマイクロディスプレイ４００の断面図である。
【図14】いくつかの比較用および発明ＯＬＥＤデバイスについての電圧に対する電流密度のプロットである。
【図15】いくつかの比較用および発明ＯＬＥＤデバイスについてのスペクトル（波長に対する強度としてプロットされる）を示す図である。
【図16】Ｄ６５白色点を生成するために色フィルタを有する比較用および発明ＯＬＥＤデバイスについての、各色に必要なピーク電流密度のグラフである。
【図17】いくつかの比較用および発明ＯＬＥＤデバイスについての、デバイスが黒色を生成し、再びピーク白色輝度にあるように駆動されるときの、電圧に対する輝度のプロットである。
【図18】いくつかの発明ＯＬＥＤデバイスについての電圧に対する電流密度のプロットである。
【図19】いくつかの発明ＯＬＥＤデバイスについてのスペクトル（波長に対する強度としてプロットされる）を示す図である。
【図20】Ｄ６５白色点を生成するために色フィルタを有するいくつかの発明ＯＬＥＤデバイスについての、各色に必要なピーク電流密度のグラフである。
【図21】いくつかの発明ＯＬＥＤデバイスについての、デバイスが黒色を生成し、再びピーク白色輝度にあるように駆動されるときの、電圧に対する輝度のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【0046】
本開示の目的のため、用語「の上（ｏｖｅｒ）」または「より上（ａｂｏｖｅ）」は、関連した構造体が、別の構造体より上に、すなわち、基板とは反対の側面に、位置することを意味する。「上部」、「最上部」、「または上方」は、基板から離れた側面または表面を指す一方、「下部」又は「最下部」は、基板に最も近い側面または表面を指す。別途記載の内科医切り、「の上（ｏｖｅｒ）」は、２つの構造体が直接接触状態にあり得るか、またはそれらの間に中間層が存在し得るかのいずれかとして解釈されるべきである。「層」とは、単一層が２つの側面または表面（最上部および最下部）を有すると理解されるべきであり、場合によっては、「層」は、まとめて考えられる複数の層を表し得、単一層に限定されない。
【0047】
発光ユニットまたは層について、Ｒは、赤色光（＞６００ｎｍ、望ましくは６２０～６６０ｎｍの範囲内）を主に放出する層を示し、Ｇは、緑色光（５００～６００ｎｍ、望ましくは、５４０～５６５ｎｍの範囲内）を主に放出する層を示し、Ｂは、青色光（＜５００ｎｍ、望ましくは、４４０～４８５ｎｍの範囲内）を主に放出する層を示す。Ｒ、Ｇ、およびＢ層は、示された範囲外の光をある程度生成し得るが、その量は常に原色未満であるということに留意することが重要である。Ｙ（黄色）は、大量のＲ光およびＧ光の両方を放出し、Ｂ光の量がはるかに少ない層を示す。「ＬＥＬ」は、発光層を意味する。別途記載のない限り、波長は、真空値で表現され、インシチュ値で表現されない。
【0048】
個々のＯＬＥＤ発光ユニットは、単「色」の光（すなわち、Ｒ、Ｇ、Ｂ、または、Ｙ、Ｃ（シアン）、もしくはＷ（白色）などの２つ以上の原色の組み合わせ、）を生成し得る。単色の光は、同じ色の１つ以上のエミッタを有する単一の層、または一次放出が同じ色に入る同じもしくは異なるエミッタを各々が有する複数の層によって、ＯＬＥＤユニット内で生成され得る。単一のＯＬＥＤユニットはまた、２色の光を放出する単一のエミッタを有する１つの層、２つの異なるエミッタを有する１つの層、または単一であるが異なる色を各々が放出する複数の別個の層の組み合わせを有することによって、単一のＯＬＥＤユニット内に２つの色の組み合わせ（すなわち、Ｒ＋Ｇ、Ｒ＋Ｂ、Ｇ＋Ｂ）を提供し得る。単一のＯＬＥＤユニットはまた、３つすべての色の光を放出する１つの層、または、単一の（しかし異なる）色を各々が放出し、その総和が白色である、複数の別個の層の組み合わせを有することによって、白色光（Ｒ、Ｇ、およびＢの組み合わせ）を提供し得る。個々のＯＬＥＤ発光ユニットは、単一の発光層を有し得るか、または２つ以上の発光層（互いに直接隣接するか、もしくは中間層によって互いから分離されるかのいずれか）を有し得る。個々の発光ユニットはまた、発光を促進すること、および発光ユニットにわたる電荷輸送を管理することなどの望ましい効果を提供するために、正孔輸送層、電子輸送層、阻止層、および先行技術において知られているその他のものなど、様々な種類の非発光層を含み得る。
【0049】
ＯＬＥＤ発光ユニットは複数の層を備え得るため、個々のユニットは、時として、複数のユニットを有するＯＬＥＤデバイスと混同され得る「スタック」と称される。本出願においては、「積層型」ＯＬＥＤは、基板の上で互いの上に積層された少なくとも２つのＯＬＥＤ発光ユニットを有するため、デバイス内には複数の光源が存在する。本発明の積層型ＯＬＥＤにおいて、個々のＯＬＥＤ発光ユニットは、電荷発生層（ＣＧＬ）によって互いから分離され、別個におよび独立して制御される中間電極によって分離されない。ＯＬＥＤ発光ユニットと考えられるためには、ＣＧＬによって別の光発生ユニットから分離されなければならない。故に、ＯＬＥＤ発光ユニットのうちの１つに隣接するが、ＣＧＬによってそれから分離されない発光層は、別個のユニットと考えられない。スタック内で、個々のＯＬＥＤ発光ユニットのすべてまたは一部は、同じであり得るか、またはそれらはすべてお互いに異なり得る。ＯＬＥＤスタック内で、個々のＯＬＥＤ発光ユニットは、上部陰極と下部陰極との間に任意の順で配置され得る。積層型ＯＬＥＤは、単色であり得るか（ＯＬＥＤスタックの全画素が同じ色の光、例えば、緑色光、を主に放出する）、または、マルチモーダル発光を有し得る（全画素が２つ以上の色の光（例えば、黄色または白色）を放出するか、もしくは異なる画素が、発光全体が２つ以上の色の光を含むように、異なる色の光を放出するか、のいずれか）。
【0050】
いくつかの場合において、ＯＬＥＤスタックの閾値電圧（Ｖｔｈ）は、著しい発光が電圧軸へ戻り始めた後のＩ－Ｖ曲線の線形外挿法によって推測され得る。この方法は、ＯＬＥＤについてのＩ－Ｖ応答曲線がそれらの応答範囲にわたって完全に線形ではない場合があることから正確ではないため、この様式で計算される値は正確ではない。このメトリックの一般的範囲は、＋／－１０％である。より正確には、閾値電圧は、陽極層における電流密度が０．２ｍＡ／ｃｍ２を超えない電圧として規定され、少なくともいくらか信頼できる検出可能な輝度すなわち少なくとも５ｃｄ／Ａ、が存在する。これが本出願で使用される方法である。
【0051】
以下において、トランジスタは、「オン」または「オフ」であると称され得る。「オフ」のトランジスタにおいて、ゲートに送信される信号は、電流が端子を通過しないように意図され、言い換えると、この信号（典型的には、ＣＶ＝０）は、トランジスタが、「オフ」に切り替えられるのではなく、「オフ」へと規制されるように、電流がトランジスタを通過しないことを信号が要求することを指し示すものである。そのような場合、トランジスタが「オフ」であり得るとしても、依然としていくらかの漏れ電流が存在し得る。同様に、「オン」のトランジスタにおいて、ゲートに送信される信号は、少なくともいくらかの電流が端子を通過することになるように意図され、言い換えると、この信号（典型的には、ＣＶ＝０より大きいが２５５より小さい）は、トランジスタが、「オン」に切り替えられるのではなく、「オン」へと規制されるように、画素からのある程度の発光を画像が要求することを指し示すものである。同様の方式で、画素またはＯＬＥＤは、画像の要件に従って「オン」または「オン」であると称され得、そのため、適切な信号が、画素またはＯＬＥＤに送信される。
【0052】
シリコンバックプレーンは、シリコンウェハ（スライスまたは基板とも呼ばれる）から得られる。それらは、集積回路の製作に使用される、結晶シリコン（ｃ－Ｓｉ）などの半導体の薄いスライスである。ウェハは、ウェハ内またはウェハ上に構築されるマイクロ電子デバイスのための基板としての役割を果たす。それは、ドーピング、イオン注入、エッチング、様々な材料の薄膜蒸着、およびフォトリソグラフィパターニングなどの多くの微細加工プロセスを経る。最終的に、個々の超小型回路は、ウェハダイシングによって分離され、集積回路としてパッケージングされる。シリコンは格子間隔を伴うダイヤモンド立方体構造を有しており、ウェハは、規則的な結晶構造を有する結晶から成長する。ウェハへと切断されるとき、表面は、結晶方位として知られるいくつかの相対的方向のうちの１つにおいて整列される。シリコンウェハは、通常、純度１００％のシリコンではなく、それどころか、初期の不純物ドーピング濃度のボロン、リン、ヒ素、またはアンチモンで形成され、これが溶解物に追加されて、ウェハをバルクｎ型またはｐ型と規定する。背景については、“Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”，Ｓｏｕｋ，Ｌ．，Ｅｄ．，２０１８の７章を参照されたい。シリコンバックプレーンは、単結晶Ｓｉウェハであることが望ましい。
【0053】
積層型ＯＬＥＤの動作のための制御回路を提供するために、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が、コンデンサ、抵抗器、接続ワイヤまたはバスバー、および同様のものなどの他の構成要素と一緒に、シリコンウェハの表面上に提供される。例えば、Ｔ．Ａｒａｉ、“Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＴＦＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ＡＭ－ＯＬＥＤ Ｄｉｓｐｌａｙ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ”，Ｔｈｅｓｉｓ，Ｎａｒａ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１６；Ｍ．Ｋ． Ｈａｎ，Ｐｒｏｃ．ｏｆ ＡＳＩＤ’０６，８－１２ Ｏｃｔ，Ｎｅｗ Ｄｅｌｈｉ；米国特許第９０６６３７９号；および米国特許第１０１６３９９８号を参照されたい。ＴＦＴは、ＴＦＴ構造の部分としてシリコンウェハを組み込む場合とそうでない場合があるか、または、表面に蒸着される別個の材料から調製され得るということを理解されたい。
【0054】
ＴＦＴは、多種多様の半導体材料を使用して作製され得る。シリコンベースのＴＦＴの特性は、シリコンの結晶状態に依存し、すなわち、半導体層は、アモルファスシリコン、微結晶シリコンのいずれかであり得るか、またはそれは、ポリシリコンへとアニーリングされ得る（低温度ポリシリコン（ＬＴＰＳ）およびレーザアニーリングを含む）。
【0055】
好適な制御回路を有するシリコンバックプレーンの製造は、非常によく知られ、また理解されている、予測可能な技術である。しかしながら、製造プロセスおよび設備の費用および複雑性が理由で、多くの場合、特定のバックプレーンを製造するために施設を建築することは実用的ではない。代わりに、業界においては、マイクロ電子デバイスの機能特性がより標準化されるようになったファウンドリーモデルが広く採用されてきた。この標準化は、設計が製造から分けられることを可能にした。適切な設計規則に従った設計は、互換性のある製造方法を有する異なる企業によって、より容易および安価に製造され得る。この理由のため、シリコンバックプレーン上の制御回路は、通常、バックプレーンの製造業者によって提供される様々なオプションから選択される標準部品の使用に限定される。例えば、シリコンバックプレーンの製造業者は、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ、８Ｖ、および１２Ｖで定格されるトランジスタの様々な標準設計を顧客の設計へと組み込むというオプションを提供し得るが、提供された設計に含まれないトランジスタを（多大な費用なしに）提供することはできない。
【0056】
本出願の目的のため、「低電圧」（ＬＶ）は、５Ｖ以下で安全かつ確実に動作するようにサイズ決定、設計、および定格されるアナログマイクロ電子部品と定義される。「高電圧」（ＨＶ）マイクロ電子デバイスは、通常、１８～２５Ｖの範囲内にあると考えられる。「中電圧」（ＭＶ）マイクロ電子デバイスは、通常、ＬＶとＨＶとの間にあるものと考えられる。これらの定格電圧は、製造業者によって設定され、製造業者は、各トランジスタの設定最大電圧を超えることを推奨しないということに留意されたい。
【0057】
相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）技術は、複雑な集積回路を実現するために、ｐ型およびｎ型金属酸化物電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を使用する。製造プロセスに応じて、利用可能な異なる電圧領域（すなわち、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３．３Ｖ、５Ｖ、１２Ｖなど）が存在する。すべての電圧領域において、ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、ドレイン、ソース、ゲート、およびバルク／ウェルを有する。ＭＯＳＦＥＴのベースは基板であり、ｎチャネルＦＥＴの場合、基板は、低ドーピング率を有するｐ型ドープ基板またはウェルであり、ｐチャネルＦＥＴの場合、基板は、低ドーピング率を有するｎ型ドープウェルである。ソース領域およびドレイン領域は、ｎチャネルまたはｐチャネルＦＥＴの場合、ｎまたはｐ型を有する高度にドープされた領域から形成される。制御されたチャネルが、ソースとドレインとの間に形成され、薄い酸化物により絶縁され、典型的には、ゲートとして作用するポリシリコンの層で被覆される。ＦＥＴの４つすべての端子（ソース、ドレイン、ゲート、基板／ウェル）は、最終的にＯＬＥＤに接続する金属相互接続層に、金属接触によって接続される。
【0058】
マイクロディスプレイの発光面積は小さく、必要な画素ピッチを達成するために、画素ごとの制御回路に利用可能な空間は限られる。フルカラーマイクロディスプレイの場合、個々の画素ごとの制御回路によって占有される空間は、１００平方ミクロンを超えるべきではなく、好ましくは、５０平方ミクロンを超えるべきではない。すべての画素が同じ色を放出するモノクロマイクロディスプレイの場合、制御回路のための空間は、より少ない画素が必要とされるために、３～４倍大きくなり得る。
【0059】
好適な低電圧５Ｖトランジスタにおいて、すべての端子の任意の対の間の最大電圧は、デバイスに損傷を与えることなく５Ｖを超えることはできない。１０％過電圧の典型的な安全マージンが、短期間は許容される。５Ｖ超で定格される中電圧トランジスタ（例えば、７．５Ｖで定格されるもの）は、一般に、５Ｖトランジスタと同じセットアップを有するが、より高い電圧に耐えるために、より厚いゲート酸化物およびより大きい幾何形状（チャネル幅および長さ）を有する。故に、ＭＶトランジスタは、通常、対応するＬＶトランジスタよりも大きく、またより多くの空間を占有することになる。
【0060】
トランジスタは、それらの定格電圧に関係なく任意のサイズ範囲で作製され得るが、マイクロディスプレイ応用に好適な５Ｖで定格される低電圧ＭＯＳトランジスタは、２０平方ミクロンを超えない、および好ましくは１０平方ミクロンを超えない総面積を有する。マイクロディスプレイ応用のための５Ｖトランジスタの好適なチャネル面積（チャネル長さ×チャネル幅）は、１平方ミクロンを超えない、および好ましくは、０．３０平方ミクロンを超えないものとする。２つのトランジスタ接点は各々、１平方ミクロンを超えない、および好ましくは、０．３０平方ミクロンを超えないものとする。
【0061】
本出願の目的のため、保護回路のための好適なＢＪＴは、一般的なセットアップがＮＰＮ型およびＰＮＰ型の両方において垂直であることである。ＮＰＮ ＢＪＴの場合、コレクタは、低ｐドーピングを有する共通のシリコン基板（バルク）の内側の低ドープディープｎウェルとして形成される。ベースは、ディープｎウェルの内側のｐウェルとして形成され、高度にドープされたｐ領域によって接続される。ＢＪＴのエミッタは、ｐウェルの内側の高度にドープされたｎ領域で形成される。エミッタ領域の典型的なサイズは、約５００ｎｍ×５００ｎｍであり、および好ましくは、小さい画素サイズを可能にするために、０．３０平方ミクロンを超えない。ＢＪＴのすべての端子（バルク、ベース、エミッタ、コレクタ）の任意の対の間の最大電圧は、デバイスに損傷を与えることなく５Ｖを超えることはできない。１０％過電圧の典型的な安全マージンが、短期間は許容される。
【0062】
ＯＬＥＤマイクロディスプレイ（多くの場合、「ＡＭＯＬＥＤ」と呼ばれる）は、電気的活性化の際に光（発光）を発生させるＯＬＥＤ画素のアクティブマトリックスからなり、これは、シリコンチップに位置するトランジスタアレイ上に蒸着または統合されており、このアレイが、各々個々の画素に流れる電流を制御するために一連のスイッチとして機能する。典型的には、この連続した電流は、（発光をトリガするために）各画素における少なくとも２つのトランジスタによって制御され、一方のトランジスタが、他方のトランジスタを制御することに加えて、貯蔵コンデンサの充電を開始および停止し、この他方のトランジスタが、画素への定電流を作成するために必要とされるレベルで電圧源を提供する。いくつかの実施形態において、他方のトランジスタ（通常、駆動トランジスタと称される）によって提供される電流を制御するトランジスタ（通常、スキャンまたは選択トランジスタと称される）は、行に沿ったすべての画素にわたって共通である選択線によって制御される。スキャントランジスタによって渡される信号は、列内のすべての画素にわたって共通であるデータ線によって供給される。
【0063】
これは、先行技術のＡＭＯＬＥＤ画素設計の最も単純な形式を表す図１に例証される。画素メモリを有する最も単純なＡＭＯＬＥＤ画素は、２つのトランジスタおよび１つのコンデンサを使用する。電流駆動トランジスタＭＰ２は、従来、供給電圧ＶＤＤからＯＬＥＤの陽極へ接続される。１つのトランジスタ（ＭＰ２）は、ＯＬＥＤのための電流を駆動し、別のトランジスタＭＰ１（スキャントランジスタとしても知られる）は、示されるように貯蔵コンデンサＣ１上への電圧をサンプリングして保持するためにスイッチとして作用する。駆動トランジスタＭＰ２を通過する電流を制御するデータ線（ＶＤＡＴＡを供給する）が存在する。ＭＰ１、および故に、コンデンサＣ１の充電、を制御する選択線が存在する。一般に、トランジスタは、固有キャパシタンスを有するため、トランジスタの固有キャパシタンスおよびトランジスタを通じた漏れ電流に応じて、追加のキャパシタンスが必要とされない場合がある。
【0064】
図１の後の図においては、存在するいかなるコンデンサも、明瞭性のために図面から省略されている。コンデンサの存在は任意選択であり、回路は、所望の通りに、コンデンサを有さなくてもよく、または任意の数のコンデンサを有してもよい。コンデンサの参照電圧は、ＶＤＤまたは何らかの他の電圧であり得る。
【0065】
閾値電圧（Ｖｔｈ）、キャリア移動度、または直列抵抗における変動は、ＯＬＥＤ駆動ＴＦＴの電流の均一性、および結果的にディスプレイの明度に直接的に影響を及ぼすことになるということに留意されたい。不均一電流に影響を与える１つの主な因子は、ＯＬＥＤ駆動トランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）変動である。制御回路による他のタイプの補償が画素に対して必要とされ得る；例えば、経時的なＯＬＥＤ材料の経年劣化（ａｇｉｎｇ）、劣化（ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ）、もしくはバーンイン、アクティブ領域にわたるムラ（ｍｕｒａ）もしくは不均一性、または金属接続線内の電圧低下の場合である。加えて、ＴＦＴによって提供される制御回路は、例えばＰＷＭによって画素に送達される電流のタイミングを制御することを必要とし得る。様々なタイプの補償および駆動スキームを含むＯＬＥＤのための制御回路の設計が強い関心の対象となっており、多くの手法が提案されてきた。そのような補償回路は、追加的に、３つ以上のスタックを有する積層型ＯＬＥＤのための制御回路に存在し得る。
【0066】
３つ以上のスタックを有するＯＬＥＤスタックによって必要とされる高電圧／電流は、チャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備える制御回路によって取り扱われ得るということが予想外に分かっている。これは、時として、「積層型トランジスタ」と称される。望ましくは、直列接続されたトランジスタのうちの一方は、低電圧駆動トランジスタであり、他方は、スイッチトランジスタである。この配置は、ＴＦＴを通じた著しい漏れ電流なしにＯＬＥＤ画素を駆動することを可能にし、その結果として、コントラストの損失なしに高明度が得られる。
【0067】
特に、駆動ＴＦＴおよびスイッチトランジスタは、駆動トランジスタの第１の端子が外部電源に電気的に接続され（およびこれにより近く）、駆動トランジスタの第２の端子がスイッチトランジスタの第１の端子に電気的に接続され、スイッチトランジスタの第２の端子がＯＬＥＤスタックの下部電極に電気的に接続される（およびこれにより近い）ように、直列で接続される。そのような配置は、ＯＬＥＤスタックが、大量の漏れ電流または低電圧トランジスタへの物理的損傷なしに、個々のトランジスタが設計されるものよりも高い電圧で動作されることを可能にする。
【0068】
この基本的な制御回路配置は、図２に示され、ｐチャネル駆動トランジスタＴ１は、第１の端子（ｐチャネルトランジスタでは、ソース）においてＶＤＤ（外部電源）に接続され、第２の端子（ｐチャネルトランジスタにおいては、ドレイン）においてスイッチトランジスタＴ２に接続される。駆動トランジスタＴ１のゲートは、データ線およびインライン選択トランジスタＴ３を介して制御され、インライン選択トランジスタＴ３のゲートが選択線ＳＥＬＥＣＴ１によって制御される。スイッチトランジスタＴ２は、第１の端子（ソース）においてＴ１の第２の端子から電流を受信し（Ｔ１が「オン」のとき）、第２の端子（ドレイン）においてＯＬＥＤの下部電極に接続される。スイッチトランジスタＴ２のゲートは、選択線ＳＥＬＥＣＴ２によって直接制御される。駆動トランジスタＴ１およびスイッチトランジスタＴ２の両方が直列で制御される。Ｔ１およびＴ２の両方が「オン」であることが選択されるとき、電流がＯＬＥＤスタックの下部電極へ流れ、それが光を放出する。Ｔ２が「オフ」であることが選択される場合、Ｔ１が「オン」または「オフ」であるかに関係なく、ＯＬＥＤスタックに電流は流れない。いくつかの実施形態において、スイッチトランジスタＴ２は、モーションブラーを防ぐためにシャッタ機能を提供することができる。Ｔ１が「オフ」である場合、Ｔ２が「オン」または「オフ」であるかは問題ではなく、ＯＬＥＤは発光しない。
【0069】
図２では、ＶＤＤとＯＬＥＤ電極の下部電極との間に少なくとも２つの直列接続されたトランジスタを有するバックプレーンの制御回路は、駆動トランジスタおよびスイッチトランジスタである。この応用では、駆動トランジスタは、表示されている画像に従う適切なレベルでＯＬＥＤ画素へ流れる電圧および電流を規制するための機能を有し、スイッチトランジスタは、シャッタ機能を提供するために、ＯＬＥＤ画素に流れる電流をオンおよびオフに切り替える目的を有する。例えば、マイクロディスプレイの動作中、スイッチトランジスタＴ２が、駆動トランジスタＴ１からＯＬＥＤスタックの下部電極へ流れる電力を遮断するため、フレーム時間の一部においては発光がない（黒色）。これは、貯蔵コンデンサ（図２では示されない）を充電するためにフレーム時間のごく一部（例えば、１２００行を有するディスプレイの場合１／１２００）においてのみオンであるスキャントランジスタＴ３とは異なる。多くの場合、同じ最大動作電圧では、スイッチトランジスタは、駆動トランジスタよりもサイズが小さくてもよい。しかしながら、スイッチトランジスタが、３つ以上のスタックを有するＯＬＥＤのための制御回路の場合のように、より高い電圧を取り扱うことが必要とされる場合、それは、駆動トランジスタよりも大きく、より高い電圧で定格され得る。
【0070】
望ましくは、駆動トランジスタ（Ｔ１）は、ＯＬＥＤの下部電極のより近くに位置するスイッチトランジスタ（Ｔ２）よりも、電源ＶＤＤの近くに位置する。少なくとも駆動トランジスタがｐチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであること、およびより好ましくは、駆動およびスイッチトランジスタの両方がｐチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタであることが好ましい。２つの直列接続されたトランジスタは、両方ともＬＶ、両方ともＭＶ、または一方がＬＶおよび一方がＭＶトランジスタであり得る。好ましくは、それらは、画素回路のオーバーサイズを低減するために、両方ともＬＶトランジスタである。しかしながら、いくつかの実施形態において、駆動トランジスタがＬＶである一方、スイッチトランジスタはＭＶである。
【0071】
ｐチャネルトランジスタのみが図２に例証されるが、ｎチャネルトランジスタ、またはｎチャネルおよびｐチャネルトランジスタの混合が使用され得る。そのような場合、ｎチャネルトランジスタとｐチャネルトランジスタとの間の極性の違いを考慮して、回路を適切に再配置する必要がある。さらには、トランジスタ、コンデンサ、および抵抗器などの他のマイクロ電子部品が、必要に応じてこの制御回路に含まれ得る。
【0072】
先行技術において知られているように、ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、所望の通りに実施するために真性ボディダイオード接続を必要とする。ＭＯＳＦＥＴトランジスタの構造に起因して、寄生ダイオードが本質的に存在し、それがトランジスタの動作に影響を及ぼし得る。一般的に、真性ボディダイオードは、バイアスを適用するために、内部的または外部的のいずれかで、電源に接続される。これらのボディ接続は、「バルク接続」または「トランジスタウェル」、ならびに他の用語で、称される。これは、図３に示され、ＩＢＤ１、ＩＢＤ２、およびＩＢＤ３が、別個の電圧源ＶＤＤ２への真性ボディダイオード接続（Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３のための）である。これらのトランジスタは、真性ボディダイオード接続のための同じウェルを共有することができる。しかしながら、Ｔ１およびＴ２に電力を供給するために使用される同じ電源ＶＤＤが、ＩＢＤのためにも同様に使用され得、すなわち、ＶＤＤおよびＶＤＤ２は共通ソースである。
【0073】
しかしながら、構成要素のうちのいずれかの動作電圧範囲の外側に出ることを回避するために、トランジスタのうちの１つ以上がＳｉバックプレーン上の独自の別個のウェル中に浮遊していることが望ましい場合がある。特に、第１の駆動トランジスタおよびスイッチトランジスタの両方がｐチャネルトランジスタであるとき、各トランジスタは、独自の別個のｎウェルに位置し得る。これは、同じｎウェル内にある両方のトランジスタにより達成され得るものより大きい、ＯＬＥＤの制御のための動的電圧範囲を許す。直列接続されたトランジスタのための、絶縁された、浮遊または異なるウェルの使用は、先行技術において知られており、例えば、米国特許第９０６６３７９号、米国特許第５７６４０７７号、米国特許第７７６８２９９号、米国特許第９７２８５２８号、および特開ＪＰ２０１６２００８２８を参照されたい。
【0074】
これは図４に例証され、Ｔ１は、点線によって示されるように独自のウェルを占有し、接続を通じてＩＢＤ１を介してＶＤＤ２へバイアスされ、Ｔ２は、点線によって示されるように異なるウェルを占有し、これは、異なる別個の接続ＩＢＤ２によってトランジスタソース（ＶＤＤ）へバイアスされる。図４の実施形態において、各ＩＢＤに適用されるバイアスは異なるため、各ｎウェルは、互いと独立している。
【0075】
図２～図４に示される実施形態は、３つ以上のスタックを有するＯＬＥＤを駆動するためのその設計および動作においていくつかの利点を有する。設計においては、この回路は、すべてのトランジスタが、大半のファウンドリーにおいて一般的に見られる比較的小さいＬＶトランジスタであることから、非常に小型であり得る。すべてのトランジスタは、すべてのｎウェルがＶＤＤにバイアスされているｐチャネルトランジスタであり得、これにより、絶縁されたまたは浮遊しているウェルの必要性を除外する。これらの特徴は、小さいサイズで非常に高い解像度を有するマイクロディスプレイ設計のための超小型画素回路設計を可能にし得る。
【0076】
図５Ａは、直列の３つのトランジスタを有する制御回路を示す。図５Ａに示される回路は、電源ＶＤＤと駆動トランジスタＴ１のソースとの間に直列で接続される第３のトランジスタＴ４が存在することを除いて、図２に示されるものに類似する。示されるように、Ｔ４のゲートは、データ線およびインライン選択トランジスタＴ５を介して制御され、インライン選択トランジスタＴ３のゲートは、選択線ＳＥＬＥＣＴ３によって制御される。図５Ａ内の線ＳＥＬＥＣＴ２およびＳＥＬＥＣＴ３は、同じもしくは異なる電圧で信号を供給し得るか、同時に、もしくは異なる時間に、切り替えられ得るか、または動作条件に応じて切り替えられないままにされ得る。
【0077】
望ましくは、追加されたトランジスタＴ４は、第２の駆動トランジスタであり得、その結果として、電源ＶＤＤとＯＬＥＤの下部電極との間には、すべての直列の、２つの駆動トランジスタ（Ｔ４およびＴ１）ならびに１つのスイッチトランジスタ（Ｔ２）がある。この場合、Ｔ４のゲートに供給される信号もまた、Ｔ１に供給されるものと同じであり得、Ｔ３／ＳＥＬＥＣＴ１を介して供給され得る。図５Ａは、データ制御のための１つのデータ線および２つの選択線を有する設計を示すが、同様の設計が２つのデータ線および１つの選択線により可能である。
【0078】
３つ以上の直列のトランジスタが存在する実施形態において、それらは、ＬＶおよびＭＶトランジスタ両方の組み合わせであり得る。好ましくは、それらは、画素回路のサイズを低減するために、すべてＬＶトランジスタである。これらの複数のトランジスタは、ｐチャネル、ｎチャネル、または混合であり得る。すべてがｐチャネルであることが好ましい。ｎチャネルおよびｐチャネルトランジスタの混合が存在する場合、好ましくは、ｐチャネルトランジスタである少なくとも１つの駆動トランジスタが存在し、およびより好ましくは、それはＬＶトランジスタである。スイッチトランジスタは、好ましいＬＶトランジスタであるが、個々のトランジスタの電圧制限を観察しながらバックプレーン回路の動作範囲を拡大する必要があるとき、１つまたは複数のＭＶスイッチトランジスタを使用することが望ましい場合がある。
【0079】
複数の直列のトランジスタのうちのいずれかが１つのタイプのものである場合、同じタイプの複数の共通トランジスタは、設計のサイズを低減するために同じウェルを共有し得る。しかしながら、個々のトランジスタの電圧制限を観察しながらバックプレーン回路の動作範囲を拡大するには、同じタイプのトランジスタを別個のウェル領域に入れる必要があり得る。
【0080】
図５Ｂは、２つの駆動トランジスタがレベルシフト回路（ＬＳＣ）によって制御される図５Ａに示されるものと類似した２つの駆動トランジスタを有する制御回路の概略を示す。レベルシフト回路は、信号を１つの論理レベルまたは電圧領域から別のものへ変換するために使用される回路であり、多くの場合、システムの様々な部分の間の電圧不適合性を解決するために使用される。明瞭性のため、内部構成要素も、ＬＳＣへの接続のすべて（例えば、ＶＤＤ、接地、および他の可能性のある入力接続）も示されない。この実施形態において、ＬＳＣは、信号ＳＥＬＥＣＴ１およびデータ線からの信号に基づいて駆動トランジスタＴ４およびＴ１のためのゲート電圧を、Ｔ４およびＴ１にわたる全電圧が常に２つの駆動トランジスタ間でほぼ均等に分けられるように設定する。知られているように、小さい論理トランジスタがこの機能のために使用され得る。
【0081】
ＯＬＥＤベースのマイクロディスプレイは、多くの場合、トランジスタを通って流れる電力の量を制限して損傷を防ぐために、バックプレーンのＭＯＳＦＥＴベースの制御回路内に保護回路を含む。そのようなデバイスからの発光を引き起こすために必要とされる高い電力が理由で、本目的のための３つ以上の積層ユニットを有するＯＬＥＤを用いたマイクロディスプレイのバックプレーンの制御回路内に保護回路を含むことが望ましい。保護回路は、ＯＬＥＤが発光していないときＯＬＥＤの下部電極が所望の電圧レベルを下回らないように、ＯＬＥＤの下部電極において電圧を維持または「クランプ」しなければならない。そのような保護回路は、「電圧維持」回路とも呼ばれ得る。
【0082】
制御回路内に存在する低電圧トランジスタを保護し、ファウンドリーによって設定されるようなトランジスタの指定の動作範囲内に留まるために、保護回路が、４μＡ／ｃｍ２未満、またはより好ましくは、およそ７．５ＶのＶｔｈを有する３ユニット積層型ＯＬＥＤの場合、２μＡ／ｃｍ２以下の画素について、積層型ＯＬＥＤの下部電極において黒色レベル電流（ＣＶ＝０、または画素が「オフ」である）を維持することが望ましい。４ユニット積層型ＯＬＥＤデバイスの場合、同様の黒色レベル電流が所望され、典型的なＶｔｈは、およそ１０Ｖである。
【0083】
図６は、保護回路の追加を伴った、図２に示されるものに類似した概略制御回路を示す。この特定の実施形態において、保護回路は、一方の端においてＴ２のドレインとＯＬＥＤの下部電極との間に位置するノードに接続され、他方の端において電源（この例では、参照電圧ＶＲＥＦ（すべての画素にわたって共通））に接続されるｐチャネルトランジスタを備える。Ｔ６のゲートもノードに接続される。故に、ダイオード接続されたトランジスタＴ６が、Ｔ２の最低ドレイン電圧を制限して、その故障を防ぐ。図示されないこの回路の部分として他の電子部品が存在し得る。この配置は、ｐチャネルトランジスタの一方の端がＶＲＥＦの代わりに接地に接続されることを除き、Ｋｗａｋらによって説明されるものに類似する。
【0084】
しかしながら、３つ以上のユニットを有するＯＬＥＤを使用するより高い電圧要件によって引き起こされる問題は、図６に示されるものなどのＭＯＳＦＥＴトランジスタを使用した保護回路の使用にも依然として当てはまる。この実施形態において、ＬＶ駆動およびスイッチトランジスタの保護を達成するためにＬＶまたはＭＶ ＭＯＳＦＥＴ トランジスタ（すなわち、Ｔ６）を使用することは、ＭＶ駆動およびスイッチトランジスタを使用することおよび保護回路を除外することと比較して、著しくより小さい画素設計を結果としてもたらさない。
【0085】
図７は、ｐチャネルトランジスタＴ６がダイオードＤ４で置き換えられることを除いて、図６に示されるものに類似した保護回路を示す。望ましくは、保護回路内のダイオードＤ４は、ｐ－ｎ接合ダイオードである。ｐ－ｎダイオードは、１つの方向において電気の流れを可能にするが、他の（反対の）方向においては可能にしない回路素子である。Ｐ－ｎダイオードは、容易な電流の方向における順方向バイアス、または電流がほとんどあるいは全くない逆バイアスを有し得る。そのようなｐ－ｎダイオードは、様々な方式で、例えば、ｎウェル内の高度にドープされたｐ領域を有する垂直ダイオードとして、ＣＭＯＳプロジェクトの内側に形成され得る。一方の端において、Ｄ４は、Ｔ２のドレインとＯＬＥＤの下部電極との間に位置するノードに接続され、他方の端において、参照電圧ＶＲＥＦまたは参照電流ＩＲＥＦのいずれかである電源４５に接続される。
【0086】
図８は、図７に示されるものに類似した保護回路を示す。図８では、保護回路のダイオード Ｄ４は、具体的にはＢＪＴ１であり、ＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）は、コレクタ（Ｃ）が、ＶＤＤに接続され、エミッタ（Ｅ）が、Ｔ２とＯＬＥＤスタックの下部電極との間のノードに接続され、ベース（Ｂ）が、電圧源ＶＰＲＯＴＥＣＴまたは電流源ＩＰＲＯＴＥＣＴのいずれかである電源５０に接続される。保護回路内でＢＪＴを使用する１つの利益は、ベース電流からコレクタ電流への電流増幅である。所望の場合、ＢＪＴのコレクタは、ＶＤＤとは異なる別個の電源に接続され得る。電源ＶＰＲＯＴＥＣＴまたはＩＰＲＯＴＥＣＴは、すべての画素に共通であり得る。ＶＰＲＯＴＥＣＴまたはＩＰＲＯＴＥＣＴは一定である場合とそうでない場合とがあるが、ＯＬＥＤが発光している、または発光していないことが意図されるかどうかに応じて変化し得るということに留意されたい。これは、シャッタを通じてディスプレイの持続性を低減するためにスイッチトランジスタと共に使用されるときに有利になり得る。図８では、ＢＪＴ１は、「ＮＰＮ」タイプのＢＪＴトランジスタ（好ましい）であるが、設計において適切な変更を伴って「ＰＮＰ」トランジスタであってもよい。
【0087】
ＮＰＮタイプのＢＪＴの場合、ＯＬＥＤの下部電極におけるエミッタ電圧ＶＥがベース電圧ＶＢよりも大きく、ＶＢがコレクタ電圧ＶＣよりも小さいときはいつも（ＶＥ＞ＶＢ＜ＶＣ）、ＢＪＴは停止モードにあり、電流は通されない。しかしながら、ＯＬＥＤの下部電極における電圧ＶＥが電圧ＶＢよりも小さく、ＶＢがＶＣよりも小さいときはいつも（ＶＥ＜ＶＢ＜ＶＣ）、ＢＪＴは、順方向アクティブモードにある。このモードでは、ベース－エミッタ接合は順方向バイアスされ、ベース－コレクタ接合は逆バイアスされるため、コレクタ－エミッタ電流は、ベース電流にほぼ比例することになる。
【0088】
故に、図８において、ＢＪＴ１のＶＣがＶＤＤであり、ＶＰＲＯＴＥＣＴ（ＶＢである）がＯＬＥＤのＶｔｈ未満であるように設定される場合、下部電極における電圧ＶＥがＶｔｈ＋ＶＣＡＴＨＯＤＥよりも高いときはいつも、ＢＪＴ１は「オフ」であるが、ＶＥがＶｔｈ＋ＶＣＡＴＨＯＤＥを下回るときはいつも（すなわち、Ｔ１またはＴ２が「オフ」であるときはいつも）、下部電極における電圧はＶｔｈ近くに維持される。故に、保護回路は、カソード電圧が特定の値を下回って減少する（より負の電圧）ときにはいつも、駆動およびスイッチトランジスタが、それらの定格を超えるそれらの端子にわたる電圧を有することを防ぐために、必要とされるときにいつでも十分な電流を提供するように設計される。さらには、ベース電圧Ｂ（ＶＰＲＯＴＥＣＴ）をＯＬＥＤのターンオン電圧より下に設定することによって（Ｖｃａｔｈｏｄｅを上回るＶｔｈ）、ＯＬＥＤの下部電極に送達される電圧がＶｔｈより大きいか、またはそれに等しいときはいつも、電力損失が最小限にされる。
【0089】
図８に示される保護回路を利用するいくつかの実施形態において、ＢＪＴのベース電圧（ＶＢ）は、いかなる外部電源からも絶縁される。すなわち、電源ＶＰＲＯＴＥＣＴまたはＩＰＲＯＴＥＣＴとＢＪＴのベースとの間に電気接続は存在しない。ＢＪＴは、図８に示されるような既存のコレクタおよびエミッタ接続と共に物理的に存在するが、ベース接続は、依然として存在するものの、いかなる外部ソースにも接続されない。そのような場合、ＶＢが、任意の特定の値に意図的に維持されることも、任意の電圧または電流がそれに意図的に印加されることもない。ＶＢは、ＯＬＥＤを動作させるアクティブ制御回路の一部として留まる電圧ＶＣおよびＶＥとは独立して「浮遊」することが許される。それにもかかわらず、高インピーダンスで内部的にベースをバイアスするバックプレーン内の寄生電流経路が存在し得る。このタイプの実施形態において、ＶＢは、回路内での寄生電流の発生が理由で、ＯＬＥＤの動作中に変化し得るということに留意されたい。
【0090】
他の実施形態において、ＢＪＴのＶＢは、自己バイアスされ得る（時として、「ベースバイアス」を有すると称される）。ＢＪＴが自己バイアスされるとき、ＢＪＴのベースに印加される外部制御された入力信号は存在しないが、むしろ、ＢＪＴのベースに印加される信号は、一定供給電圧（すなわち、ＶＤＤ）の値、およびトランジスタを接続した任意のバイアス抵抗器の値によって設定される。ＢＪＴのベースの自己バイアスを達成するための１つの方法は、「固定ベースバイアス回路」を形成することである。この配置では、ＢＪＴのベースは、単一の電流制限抵抗器により定電源（すなわち、ＶＤＤ）に接続される。これは、ＢＪＴのベース電流（ＩＢ）がＶＤＤの所与の値に対して一定のままであり、したがって、ＢＪＴの動作点も固定されたままであることを可能にする。代替的に、単純な電圧分配器ネットワークが、必要とされるバイアス電圧を提供することができる。このタイプの実施形態において、バイアス電圧および結果として生じる各画素内の寄生電流は、ＯＬＥＤの動作に応答することになるということに留意されたい。そのような応答は、トランジスタのための効果的な保護を提供することができる。
【0091】
図９は、図８に示される回路のためのトランジスタウェルの概略断面図である。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は各々、ＶＤＤに接続される別個であるが絶縁されていないまたは浮遊していないｎウェル内に位置し得、すべてＢＪＴ１（ＮＰＮ ＢＪＴ）のｐウェルから分離されるということに留意されたい。簡便性のため、ソース（ｓ）、ゲート（ｇ）、およびドレイン（ｄ）領域が、Ｔ１、Ｔ２、およびＴ３に対してマークされる。同様に、エミッタ（ｅ）、ベース（ｂ）、およびコレクタ（ｃ）領域が、ＢＪＴ１に対してマークされる。ＢＪＴ１のコレクタ（ｃ）領域は、ディープｎウェルを通じてＶＤＤに接続されるものとして示されるが、いくつかの実施形態において、それは、代替的に、ＶＤＤに直接的に接続され得る。
【0092】
図９はまた、トランジスタのすべてが存在するＳｉ基板のディープｎウェルのＶＤＤへの真性ボディダイオード接続であるＩＢＤ５、ならびにＳｉ基板全体のための接地への真性ボディダイオード接続であるＩＢＤ６を示す。保護回路内のＢＪＴは、ＮＰＮまたはＰＮＰトランジスタのいずれかであり得るということに留意されたい。ＢＪＴがＮＰＮトランジスタである場合、トランジスタはｐウェル内にある一方、ＢＪＴがＰＮＰトランジスタである場合、それはｎウェル内にある。
【0093】
ＢＪＴを備える保護回路の使用が好ましい。チャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備える制御回路の一部として使用されるとき、ＢＪＴトランジスタ設計は、画素サイズがより小さい。加えて、順方向アクティブモードＢＪＴのための固有増幅因子は、比較的小さい寄生電流がはるかに大きい保護電流を発生させることができることを意味する。したがって、参照／保護電圧源からの電流は、はるかに小さく、参照電圧相互接続における電圧低下は劇的に低減される。
【0094】
保護回路はまた、他の適切な回路構成要素を含むことによって下部電極における最小電圧をＯＬＥＤの閾値電圧より下に維持することに加えて、短絡保護、過渡スパイクなどの他の望ましくない効果を防ぐように設計され得る。しかしながら、場合によっては、本発明の積層型ＯＬＥＤを使用するときに、そのような知られているタイプの保護回路を画素回路内に含むことが依然として有用であり得る。
【0095】
多くのＯＬＥＤスタック、特に、３つの発光ユニットを備えるものの場合、図２～図５に示されるように制御回路内にスイッチトランジスタの第２の端子とＯＬＥＤの下部電極との間の電気接続に介在トランジスタが存在しないことが望ましい。介在とは、スイッチトランジスタとＯＬＥＤとの間の電気接続において、電流が別のトランジスタを直接通過しないことを意味する（すなわち、トランジスタの一方の端子がスイッチトランジスタに接続される一方、他方の端子がＯＬＥＤに接続され、その結果として、電流がＯＬＥＤの動作中の何らかの点において介在トランジスタを通過する）。スイッチトランジスタとＯＬＥＤとの間でインラインである他の（非トランジスタ）マイクロ電子部品が存在してもよい。
【0096】
スイッチトランジスタ－ＯＬＥＤ接続とマイクロ電子部品（すなわち、非介在トランジスタまたはダイオード）の第１の端子と間の分岐（直接的にインラインではないことを意味する）接続が存在してもよく、ＯＬＥＤ動作電流は、非介在トランジスタまたはダイオードを直接的に通過しない。例えば、この配置は、図４～図６に例証され、非介在構成要素の一方の側がＴ２－ＯＬＥＤ接続に接続され、他方の側が電源に接続される。
【0097】
望ましくは、駆動トランジスタは、低電圧（ＬＶ）トランジスタである。すなわち、それは、回路内の実際の負荷に関係なく、またはこれを考慮することなく、５Ｖ以下での安全かつ効果的な動作のために設計およびサイズ決定される。これは、マイクロディスプレイ解像度を最大限にするために画素サイズを最小限にするのを助けるために必要である。駆動トランジスタによって駆動される３つ以上のＯＬＥＤユニットを有するＯＬＥＤスタックは、通常、７．５Ｖを超える電圧を必要とするということに留意されたい。必要な場合、別個のウェル内の２つ以上の直列接続された低電圧駆動トランジスタ（図２に示されるような）が、より高い電圧の効果をさらに緩和するために使用され得る。
【0098】
駆動トランジスタはｐチャネル薄膜トランジスタ（ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）とも称される）であることが望ましい。ｐチャネルトランジスタの構造、特性、および調製は周知である。駆動トランジスタがｐチャネルトランジスタであるとき、そのソースは、外部電源に電気的に接続され、そのドレインは、スイッチトランジスタの第１の端子に電気的に接続される。駆動電極のゲートは、電源から離れた別のデータ線によって制御される。
【0099】
ＯＬＥＤスタックが３つのＯＬＥＤ発光ユニットを備えるとき、スイッチトランジスタは低電圧トランジスタであることが望ましい。すなわち、それは、回路内の実際の負荷に関係なく、またはこれを考慮することなく、５Ｖ以下での安全かつ効果的な動作のために設計およびサイズ決定される。ＯＬＥＤの動作に必要な電流は、このトランジスタならびに駆動トランジスタを通って流れる。
【0100】
しかしながら、ＯＬＥＤスタックが４つ以上のＯＬＥＤ発光ユニットを備える場合、動作電圧は、７．５Ｖをはるかに超える場合があり、スイッチトランジスタは、必要に応じて中電圧（例えば、７．５Ｖ～１２Ｖのために設計される）または高電圧（１８～２５Ｖのために設計される）であり得る。代替的に、共通して選択されるかまたは独立して選択されるかのいずれかである、２つ以上の直列接続されたスイッチトランジスタが、より高い電圧の効果を緩和するために使用され得る。直列接続された複数のスイッチトランジスタは、すべてＬＶ、またはＬＶおよびＭＶトランジスタの混合であり得る。
【0101】
スイッチトランジスタはｐチャネルトランジスタであることが望ましい。スイッチトランジスタがｐチャネルトランジスタであるとき、そのソースは、駆動トランジスタのドレインに接続され、そのドレインは、ＯＬＥＤの下部電極に電気的に接続される。スイッチ電極のゲートは、電源ならびに駆動トランジスタを制御するデータおよび選択線から離れた選択線によって制御される。
【0102】
いくつかの実施形態において、駆動およびスイッチトランジスタの両方がｐチャネルトランジスタであることが望ましく、両方が低電圧トランジスタであるか、または駆動トランジスタが低電圧であり、スイッチトランジスタが中電圧もしくは高電圧である。いくつかの実施形態において、制御回路内のすべてのトランジスタがｐチャネルトランジスタであることも望ましい。
【0103】
駆動トランジスタおよびスイッチトランジスタは直列で電気的に接続されるが、２つのトランジスタの間に他の介在マイクロ電子部品が存在してもよい。介在部品は、インラインであり得、駆動トランジスタとスイッチトランジスタとの間の電流がインライン部品を直接通過する。駆動トランジスタとスイッチトランジスタとの間の接続に電気的に接続される他のマイクロ電子部品も存在してもよく、その結果として、駆動トランジスタから流れる電流は、この追加の部品ならびにスイッチトランジスタにも流れる。
【0104】
動作の最も基本的な形式において、電圧は、外部電源から駆動トランジスタに供給される。選択線は、データ線からの正しいデータ電圧が駆動トランジスタのゲートに印加されることを可能にするように設定されて、電源からの電流が駆動トランジスタを通ってスイッチトランジスタへ流れることを可能にする。スイッチトランジスタのための選択線は、正しい電荷がスイッチトランジスタに印加することを可能にするように設定されて、電流がスイッチトランジスタを通って各々個々の画素内のＯＬＥＤスタックの下部陽極へ流れることを可能にする。これが画素を「オン」にし、画素は、受信した電流に応じて光を放出する。表示された画像が、個々の画素からの発光がないこと、または低減された発光を要求するとき、駆動トランジスタのためのデータ電圧は、電流が駆動画素を通って流れることを防ぐか、またはこれを制限するように変更され得る。
【0105】
制御回路内の他の構成要素が、「オン」であるときにＯＬＥＤに電力供給することを意図とする電流、またはＯＬＥＤが「オフ」であることが意図されるとき駆動トランジスタを通じた漏れ電流のいずれかである、駆動トランジスタによって供給されている電流の制御に貢献し得る。
【0106】
シャッタ機能を提供することによってモーションブラーを防ぐか、または最小限にするために、スイッチトランジスタは、駆動トランジスタ（その画素に供給される電力を制御する）の動作に関係なく、特に、駆動トランジスタが「オン」である（電流を通す）とき、電流がＯＬＥＤに流れるのを防ぐことができる。画素にとって適時に、スイッチトランジスタは、ＯＬＥＤ画素が、表示されるべき画像がその画素が「オン」であることを必要とする場合にさえ、「オフ」のままであるように選択され得る。これは、ディスプレイ内の画素のすべての区域または交代区域が「オフ」（非発光）であることを可能にし、これによりマイクロディスプレイ内のモーションブラーの知覚を最小限にする。
【0107】
マイクロディスプレイにおいて、外部電源からの電力は、ＯＬＥＤスタックを駆動して所望のレベルの輝度を送達するために、可変電流または電圧として駆動トランジスタに送達され得る。これは、多くの場合、貯蔵コンデンサを充電することによって書き込み動作中に貯蔵される。電力レベルは、外部電源において制御され得るか、または送達される電力が一定である場合、電力は、バックプレーン内の他のマイクロ電子回路によって適切なレベルに設定され得る。これは、「電流制御」と呼ばれ、典型的には、大半のＯＬＥＤデバイスに電力供給するために使用される。代替的に、ＯＬＥＤスタックに供給される電力は、一定であり得、設定された時間期間（フレーム）にわたる発光の合計量は、ＯＬＥＤ画素が「オフ」である時間と比較してＯＬＥＤ画素が完全に「オン」である時間によって制御される。これは、パルス幅変調またはＰＷＭ制御と呼ばれる。
【0108】
説明されるような制御回路は、著しい漏出または損傷なしに、少なくとも駆動トランジスタの設計または定格電圧よりも高い電圧および電流需要を取り扱うことができるため、増大した発光量（およびより高い電圧）を有するＯＬＥＤスタックの使用が可能にされる。比較的より低いＶｔｈ要件を有する、２つの発光ユニットを伴う直列ＯＬＥＤデバイスは、比較的より高いＶｔｈ要件を有する、３つ以上の発光ユニットを伴うＯＬＥＤスタックほど多くの光を放出しない。説明されるような回路は、７．５Ｖよりも大きい閾値電圧（Ｖｔｈ）を有する積層型発光ＯＬＥＤと共に使用され得、より望ましくは、発光ＯＬＥＤスタックのＶｔｈは、少なくとも１０Ｖ以上である。代替的に、回路は、少なくとも２５００ニト、または好ましくは少なくとも５０００ニトの発光を有するフルカラーマイクロディスプレイを提供する積層型ＯＬＥＤと共に使用され得る。
【0109】
バックプレーン上の制御回路を介して画素電極のうちの１つに電力を供給することによって各々個々の画素の明度を制御することが必要である画素化ＯＬＥＤマイクロディスプレイを作製するための２つの基本的手法が存在する。第１の手法は、各画素に個々に赤色、緑色、もしくは青色光（それぞれＲ、Ｇ、Ｂ）、またはモノクロディスプレイの場合は同じ色を生成させることを伴う。この場合、発光ＯＬＥＤスタックは、個々の下部電極セグメントより上の積層型発光ユニットのすべてが、Ｒ、Ｇ、およびＢ画素を作製するために同じ色の光（Ｒ、Ｇ、またはＢ光から選択される）を放出するように配置され得る。この特徴を有するいくつかの実施形態において、各色画素は、セグメント下部電極と上部電極との間の距離が放出される光の色に依存するマイクロキャビティを形成する。この場合、マイクロキャビティの長さは、発光される色に依存し、赤色、緑色、および青色画素によって異なる。
【0110】
第２の手法は、個々のＲＧＢ画素を生成するために、色フィルタアレイ（ＣＦＡ）を有するすべての画素にわたって共通のマルチモーダル（白色）発光ＯＬＥＤ層を有することである。第２の手法は、異なる配合組成の個々のＯＬＥＤ画素を作成する必要がないため、製造コストが低減されることになるという点で第１の手法に勝る利点を有する。
【0111】
積層型ＯＬＥＤ内の個々のＯＬＥＤ発光ユニットの数は、ＯＬＥＤの全体の厚さ、およびＯＬＥＤを動作させるために必要な電力を取り扱う制御回路の能力によってのみ制限される。ＯＬＥＤユニットの数が増大するにつれて、発光の合計量は増大するが、パッケージの厚さ、製造プロセスの複雑さ、および閾値電圧もすべて同様に増大する。少なくとも３つの積層型発光ユニットを有するＯＬＥＤは、直列（２つのＯＬＥＤユニット）ＯＬＥＤに勝る増大した輝度を提供する。しかしながら、少なくとも４つの積層型ＯＬＥＤ発光ユニットを有するＯＬＥＤ、より好ましくは、少なくとも５つの積層型ＯＬＥＤ発光ユニットを有するＯＬＥＤが好ましい。６～１０以上もの積層型ＯＬＥＤ発光ユニットを有するＯＬＥＤが企図され得る。
【0112】
ＯＬＥＤスタックを駆動するための必要な電圧の増大を最小限にするために、電荷発生層（ＣＧＬ；時として、コネクタまたは中間層とも称される）が、個々のＯＬＥＤ発光ユニットの間に位置する。これは、ＣＧＬが、電子および正孔が電圧印加の際に生成されるように構造化され、隣接する有機放射層に注入されるためである。故に、ＣＧＬの使用は、おそらくは１つの注入電子を複数の光子に変換することができ、より高い輝度を可能にする。特に、ＣＧＬは、スタック内の各発光ユニットの間に位置するのが望ましい。しかしながら、光発生ユニットが両側に隣接ＣＧＬを有する必要はない。スタックの上部および下部におけるＯＬＥＤ光発生ユニットは、通常、１つのみの隣接ＣＧＬを有する。典型的には、発光ユニットと上部電極または下部電極のうちの一方との間にＣＧＬを使用する必要はないが、所望の場合はＣＧＬが使用されてもよい。
【0113】
多くの異なる種類のＣＧＬが提案されており、ＯＬＥＤスタックにおいて使用され得る。例えば、米国特許第７７２８５１７号および米国特許出願公開第２００７／００４６１８９号を参照されたい。ＣＧＬの形成には、ｎ型およびｐ型層の界面に位置するｎ－ｐ半導体ヘテロ接合が、典型的には、電荷発生のために必要とされる。故に、ＣＧＬは、２つ以上の層を有することになる。例えば、ｎドープ有機層／透明導電層、ｎドープ有機層／絶縁材料、ｎドープ有機材料層／金属酸化物層、およびｎドープ有機材料層／ｐドープ有機材料層がすべて報告されている。ＣＧＬのための望ましい金属酸化物は、ＭｏＯ３である。場合によっては、ｎ層およびｐ層は、薄い中間層によって分離され得る。多くの場合、ＣＧＬは、ｎ層が陽極により近く、ｐ層が陰極により近いように配置される。
【0114】
ＣＧＬのための１つの望ましい配合組成は、ｎドーパント（例えば、Ｌｉ）でドープされる電子輸送材料、同じ（しかしドープされない）電子輸送材料の薄い中間層、およびｐドーパントでドープされる正孔輸送材料という３つの層を有する。好適な電子輸送および正孔輸送材料は、ＣＧＬにおける使用に好適なｎドーパントおよびｐドーパントと一緒に、周知であり、一般的に使用される。材料は、有機または無機であり得る。適切な材料の選択は、重大ではなく、どれもそれらの性能に基づいて選択され得る。ＣＧＬの厚さは、望ましくは、２００～４５０Åの範囲になければならない。多くの場合において、ＣＧＬは、電荷輸送を改善することを助けるため、および電荷発生ドーパント（存在する場合）を発光ユニット内のＬＥＬから分けるのを助けるために、陽極側にＥＴＬ、およびその陰極側にＨＴＬを有する。
【0115】
ＣＧＬの使用は、ＯＬＥＤ発光ユニットが互いの上に積層されるとき電圧増加を最小限にすることを助けるが、スタックによって必要とされる全電圧は、依然として、もっぱら各々個々のユニットによって必要とされるおよその電圧だけ増加する。少なくとも３つの積層型ＯＬＥＤ発光ユニットを有するＯＬＥＤは、５Ｖ駆動トランジスタの推奨動作範囲を超える電圧を必要とすることが予期される。
【0116】
１つの実施形態において、個々の下部電極セグメントより上のＯＬＥＤスタック内のＯＬＥＤ発光ユニットのすべてが、同じ色、例えば、赤色、緑色、または青色を発光する。これは、画素化ＲＧＢマイクロディスプレイを結果としてもたらす。図１０は、Ｒ、Ｇ、およびＢ画素を作成するために３つの異なるＯＬＥＤ副画素スタックを使用するマイクロディスプレイ１００を例証する。各ＯＬＥＤ副画素スタックは、同じ色を発光する３つのＯＬＥＤ発光ユニットを含み、各ユニットが、ＣＧＬによって別のユニットから垂直に分離される。
【0117】
マイクロディスプレイ１００内には、図２～図８に示されるものなどの制御回路のアレイ、ならびに入力信号に従って副画素に電力を供給する他の必要な構成要素を備えるシリコンバックプレーン３が存在する。トランジスタおよび制御回路を有する層３の上には、任意選択の平坦化層５が存在し得る。層５（存在する場合）の上には、個々の下部電極セグメント９と層３内の制御回路との間に電気接触を作るために任意選択の平坦化層を通って延びる電気接点７によって接続される個々の第１の電極セグメント９がある。個々の下部電極セグメント９は、画素定義層１によって横方向に互いから電気的に絶縁される。セグメント化された下部電極セグメント９の上には、電子もしくは正孔注入（ＥＩＬまたはＨＩＬ）または電子もしくは正孔輸送（ＥＴＬまたはＨＴＬ）層などの非発光ＯＬＥＤ層１１がある。第１の発光ＯＬＥＤユニット１３は、ＯＬＥＤ層１１の上にある。層１５は、第１の発光層１３と第２の発光ＯＬＥＤユニット１７との間にあり、これらを分離する、電荷発生層である。第２の発光ＯＬＥＤユニット１７の上には、第２の発光ＯＬＥＤユニット１７と第３の発光ＯＬＥＤユニット２１との間にあり、これらを分離する、第２の電荷発生層１９が存在する。第３の発光層２１の上には、電子もしくは正孔輸送層または電子もしくは正孔注入層などの非発光ＯＬＥＤ層２３、および光が透過され得る透明上部電極２５がある。ＯＬＥＤマイクロキャビティは、カプセル化層２７によって環境から保護される。示される実施形態において、単一のＯＬＥＤスタック内のすべての有機層は、画素定義層１によって隣接するスタックから水平に分離されるが、上部電極２５およびカプセル化層２７は、共通しており、アクティブ領域全体にわたって延びる。しかしながら、上部電極２５は、連続的である必要はなく、所望の場合はセグメント化されてもよい。マイクロディスプレイ１００において、同じ下部電極セグメント９より上のＯＬＥＤ発光ユニット１３、１７、２１のすべてが、Ｂ、Ｇ、またはＲのいずれかの同じ色の光を放出する。この特定のマイクロディスプレイは、マイクロキャビティデバイスではないが、マイクロキャビティ効果を使用した同様の画素化ＲＧＢ設計が使用され得る。
【0118】
ＯＬＥＤ発光の輝度および色純度を増大させる１つの周知の方法は、光学マイクロキャビティ効果を利用することによる。この効果は、反射面と、一部の光を通過させる半反射面との間に光共振器を作成することに基づく。２つの表面間の複数の反射は、２つの表面間の光学距離に応じて、定在波を作り出し、これにより、発光が、定在波の腹（ａｎｔｉ－ｎｏｄｅ）または節（ｎｏｄｅ）で発生するかどうかに応じて、それぞれ、強め合う干渉効果および弱め合う干渉効果が理由で、一部の波長の光を強め、他を減少させる。腹は、反射体の間の合計空間に応じて、および最適化される波長に応じて、異なる場所で発生する。しかしながら、マイクロキャビティから放出される光は、視野角が視野面に対する垂直から逸脱すると色シフトおよび輝度の損失が存在し得るという極端な角度依存を示し得る。これは、多くの場合、投影光学系の限られた入射角に起因して、ＮＥＤ応用では問題ではない。
【0119】
マイクロキャビティ効果を使用することによって、ＯＬＥＤスタックの輝度をさらに増大させることが望ましい。例えば、図１０に示されるようなマイクロディスプレイ１００は、下部電極の下に反射下部電極または反射層を使用し、上部電極がある程度の反射性を有するように上部電極を半透明にし、反射素子（下部電極９または下層の反射層）の最上面と上部電極の最下面との間の距離を調節してその特定の色の光に好適なマイクロキャビティを作成することによって、マイクロキャビティ効果を作成するように再設計され得る。
【0120】
図１１は、Ｒ、Ｇ、およびＢ画素を作成するために色フィルタアレイ（ＣＦＡ）と一緒に、すべての画素にわたって共通であるマルチモーダル（白色）ＯＬＥＤマイクロキャビティを使用するマイクロディスプレイ２００を例証する。マルチモーダルＯＬＥＤは、２つ以上の色の光を生成する。理想的には、マルチモーダルＯＬＥＤは、ほぼ等しい量のＲ、Ｇ、およびＢ光を有する白色光を生成する。典型的には、これは、およそ０．３３、０．３３のＣＩＥｘ、ＣＩＥｙ値に対応する。しかしながら、これらの値からのいくらかの変動が、依然として許容であり、あるいは、ＲＧＢ画素を作成するために使用される色フィルタの特性によっては望ましい。マイクロディスプレイ２００もまた、マイクロキャビティ効果を組み込む。この実施形態において、マルチモーダルＯＬＥＤスタックは、異なる色を放出する３つのＯＬＥＤ発光ユニットを含み、各ユニットが、ＣＧＬによって別のユニットから垂直に分離され、反射面と上部電極との間の距離は、アクティブ領域にわたって一定である。
【0121】
マイクロディスプレイ２００内には、図２～図８に示されるものなどの制御回路のアレイ、ならびに入力信号に従って副画素に電力を供給する必要な構成要素を備えるシリコンバックプレーン３が存在する。トランジスタおよび制御回路を有する層３の上には、任意選択の平坦化層５が存在し得る。層５（存在する場合）の上には、個々の下部電極セグメント９と層３内の制御回路との間に電気接触を作るために任意選択の平坦化層を通って延びる電気接点７によって接続される個々の第１の電極セグメント９がある。この実施形態において、下部電極セグメント９は、基板１のより近くにある反射層９ｂ、およびＯＬＥＤ層のより近くにある電極層９ａという２つの層を有する。個々の下部電極セグメント９は、横方向に互いに電気的に絶縁される。セグメント化された下部電極セグメント９の上には、電子もしくは正孔注入または電子もしくは正孔輸送層などの非発光ＯＬＥＤ層１１がある。赤色ＯＬＥＤ発光ユニット１３Ａは、ＯＬＥＤ層１１の上にある。層１５は、赤色ＯＬＥＤ光生成ユニット１３Ａと緑色ＯＬＥＤ光生成ユニット１７Ａとの間にあり、これらを分離する、第１の電荷発生層である。緑色発光層１７Ａの上には、緑色ＯＬＥＤ光生成ユニット１７Ａと青色ＯＬＥＤ光生成ユニット２１Ａとの間にあり、これらを分離する、第２の電荷発生層１９が存在する。青色ＯＬＥＤ光生成ユニット２１Ａの上には、電子もしくは正孔輸送層または電子もしくは正孔注入層などの非発光ＯＬＥＤ層２３、および半透明上部電極２５がある。これは、反射面９Ｂの最上面から、半反射電極でもある半透明上部電極２５の最下面まで延びるＯＬＥＤマイクロキャビティ３０を形成する。ＯＬＥＤマイクロキャビティは、カプセル化層２７によって環境から保護される。この実施形態においては、Ｂ、Ｇ、およびＲ光が下層の電極セグメント９に供給される電力に従って放出されるように、ＯＬＥＤマイクロキャビティ３０によって生成されるマルチモーダル発光をフィルタする色フィルタ２９Ｂ、２９Ｇ、および２９Ｒを有する色フィルタアレイが存在する。
【0122】
図１２は、青色ＯＬＥＤ発光ユニット２１ＡとＯＬＥＤ層２３との間に位置する追加の青色ＯＬＥＤ発光層２２を有する、マイクロディスプレイ２００の変異形、マイクロディスプレイ３００を示す。この実施形態においては、青色ＯＬＥＤユニット２１Ａと追加の青色発光層２２との間にＣＧＬは存在しない。マイクロディスプレイ２００のように、マイクロディスプレイ３００は、青色ユニット２１Ａおよび青色層２２がＣＧＬによって分離されない（そのため、層２２は、別個の発光ＯＬＥＤユニットとして数えられず、青色発光ユニット２１Ａの一部と考えられるべきである）ため、３つの（４つではない）ＯＬＥＤ光生成ユニットを有する。青色ユニット２１Ａおよび青色ＬＥＬ２２が非電荷発生中間層によって分離されたとしても、依然としてスタック内には３つのＬＥＤユニットのみが存在する。しかしながら、青色発光ユニット２１Ａと追加の青色発光層２２との間に位置する中間ＣＧＬが存在していた場合、ＯＬＥＤスタックは、４つのＯＬＥＤユニットを含むことになる。
【0123】
図１３は、５つのＯＬＥＤ発光ユニットが存在することを除き、マイクロディスプレイ２００に類似したマイクロキャビティ効果を有するマルチモーダルＯＬＥＤマイクロディスプレイ４００の別の実施形態を示す。この場合、ＯＬＥＤユニットのうちのいくつかは同じ色の光を放出し、他のユニットは、異なる色の光を放出する。特に、マルチモーダルマイクロディスプレイ４００は、２つの青色ＯＬＥＤ光生成ユニット、１つの緑色ＯＬＥＤ光生成ユニット、１つの黄色ＯＬＥＤ光生成ユニット、および１つの赤色ＯＬＥＤ光生成ユニットを有し、それらのすべてがＣＧＬによって分離される。
【0124】
マイクロディスプレイ４００において、ＯＬＥＤユニット１３Ａは、赤色発光である。それは、ＣＧＬ１５によって黄色発光ＯＬＥＤユニット１６から分離される。黄色発光ＯＬＥＤユニット１６は、ＣＧＬ１４によって緑色発光ＯＬＥＤユニット１７Ａから分離される。緑色発光ＯＬＥＤユニット１７Ａは、ＣＧＬ１９によって第１の青色発光ＯＬＥＤユニット２１Ａから分離される。第２の青色発光ユニット３２は、ＣＧＬ２４によって第１の青色発光ＯＬＥＤユニット２１Ａから分離される。他の層のすべては、図１２と同じである。
【0125】
先に述べたように、ＯＬＥＤマイクロディスプレイは、基板としての役割を果たすシリコンバックプレーン上に構築される。一般的に言うと、バックプレーンは、均一の厚さで平坦である。シリコンバックプレーンは、通常、不透明であるため、ＯＬＥＤスタックは、好ましくは上面発光である。しかしながら、透明バックプレーンが知られており、そのような場合、ＯＬＥＤスタックは、上面または下面発光であり得る。基板の上面は、ＯＬＥＤに面するものである。シリコンバックプレーンは、様々なタイプの下塗り層（すなわち、平坦化層、光管理層、遮光層など）を有し得、この下塗り層は、パターン化または非パターン化され得、上面または下面のいずれかにあり得る。
【0126】
下部電極セグメント（９または９ａ）は、陽極または陰極であり得、透明、反射性、不透明、または半透明であり得る。ＯＬＥＤが上面発光である場合、下部電極は、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、もしくはＭｇ、またはそれらの合金などの、少なくとも３０ｎｍ、および望ましくは少なくとも６０ｎｍの厚さを有する、透明の金属酸化物または反射性金属で作製され得る。
【0127】
第１の電極が反射層の上にあるマイクロキャビティ応用において、第１の電極は透明でなければならない。しかしながら、他の応用において、第１の電極層９ａおよび９ｂは、単一の反射電極にまとめられ得、その結果として、その最上反射面が、光学マイクロキャビティ（すなわち、図１１内の３０）の片側を形成する。
【0128】
ＯＬＥＤスタックが上面発光マイクロキャビティであり、下部電極が透明であるとき、マイクロキャビティ３０の第１の側面を定義する、下部電極の下の反射層が存在しなければならない。透明陽極が反射面の上に位置するとき、それは光学キャビティの一部である。反射層９ｂは、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｃｕ、もしくはＲｈ、またはそれらの合金などの反射性金属、誘電体鏡、または高反射コーティングであり得る。誘電体鏡は、基板上に蒸着される、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、および様々な金属酸化物などの材料の複数の薄層から構築される。高反射コーティングは、一方は高屈折率（硫化亜鉛（ｎ＝２．３２）または二酸化チタン（ｎ＝２．４）など）、および一方は低屈折率（フッ化マグネシウム（ｎ＝１．３８）または二酸化ケイ素（ｎ＝１．４９））の２つの材料の複数の層からなる。層の厚さは、通常、反射されている光に対する波長に関して１／４波長である。反射層は、入射光の少なくとも８０％、および最も好ましくは、少なくとも９０％を反射することが望ましい。好ましい反射層は、３００～２０００Å、最も好ましくは８００～１５００Åの厚さを有するＡｌまたはＡｇである。
【0129】
望ましくは、ＯＬＥＤスタックが下面発光であるとき、下部電極は、透明陽極であり、好ましくは、少なくとも７０％、またはより望ましくは少なくとも８０％の透過率を有して、可視光をできる限り透過しなければならない。下部透明電極は、任意の導電材料で作製され得るが、ＩＴＯもしくはＡＺＯなどの金属酸化物、またはＡｇなどの金属の薄層が好ましい。導電性の乏しい材料（例えば、ＴｉＮ）は、それらが薄くされることを前提に使用されてもよい。
【0130】
正孔注入層、正孔輸送層、または電子注入層、もしくは電子輸送層など、非発光層（すなわち、図１０内の１１および２３）における使用に好適な電子輸送および正孔輸送材料は、周知であり、一般的に使用される。これらの層は、そのような材料の混合であってもよく、それらの性質を修正するためにドーパントを含んでもよい。それらは非発光であるため、それらは、発光材料を含まず、透明である。適切な材料の選択は、重大ではなく、どれもそれらの性能に基づいて選択され得る。
【0131】
マイクロキャビティ効果を利用する実施形態においては、マイクロキャビティ内の様々なＯＬＥＤユニット間の間隔ならびにマイクロキャビティのサイズが、効率を最大限にするために重要であることから、典型的には、所望の間隔を提供するために様々な非発光層の厚さを選択することが必要である。望ましくは、ＯＬＥＤユニット間の間隔ならびにマイクロキャビティのサイズの調節は、適切な厚さの、正孔輸送層などの有機非発光層を使用することによってもたらされる。
【0132】
発光層は、典型的には、層の主成分であるホスト材料（またはホスト材料の混合物）、および発光化合物を有する。望ましくは、発光化合物は、燐光性であり、それは、これらがより高い効率を有するためである。しかしながら、場合によっては、一部のＬＥＬは、発光のための材料として蛍光またはＴＡＤＦ（熱活性型遅延蛍光）化合物を使用するが、他は燐光材料を使用する。特に、青色光ＯＬＥＤ層は、蛍光もしくはＴＡＤＦ化合物またはそれらの組み合わせを使用し得る一方、非青色発光層は、緑色、黄色、橙色、もしくは赤色燐光化合物、またはそれらの組み合わせを使用し得る。発光層は、発光材料の組み合わせを使用し得る。ＬＥＬのための適切な材料の選択は、周知であり、重大ではなく、どれもそれらの性能および発光特性に基づいて選択され得る。燐光エミッタを使用しているとき、時として、燐光エミッタによって生成される励起子を層内に閉じ込める必要がある。故に、燐光ＬＥＬの片側または両側において、励起子阻止層が必要に応じて使用され得る。そのような材料およびそれらの適用は、周知である。加えて、寿命および輝度効率を向上させるために、発光層、特に青色発光層の周りにＨＢＬ（正孔阻止層）およびＥＢＬ層（電子阻止層）を追加することが望ましい場合がある。
【0133】
上部電極（すなわち、図１０内の２５）は、ＯＬＥＤスタックが上面発光である場合は透明、ＯＬＥＤスタックが下面発光である場合は反射性でなければならず、ＯＬＥＤスタックがマイクロキャビティである場合、半透明ならびに半反射性でなければならず、すなわち、光の一部を反射し、残りを透過する。マイクロキャビティの場合、上部電極の最も下の内表面が、マイクロキャビティ３０の第２の側面を規定する。望ましくは、半透明上部電極は、マイクロキャビティ効果を確立するために、ＬＥＬによって放出される光の少なくとも５％、およびより望ましくは少なくとも１０％を反射する。半透明の第２の電極の厚さは、それが反射光の量およびどれくらい透過されるかを制御することから、重要である。しかしながら、それは、電荷を効率的にＯＬＥＤに渡すことができない、またはピンホールもしくは他の欠陥を被る可能性があるため、過度に薄くすることはできない。上方電極層の厚さは、望ましくは、１００～２００Å、およびより望ましくは、１２５～１７５Åである。
【0134】
上部電極は、望ましくは、金属または金属合金の薄層である。好適な金属は、Ａｇ、Ｍｇ、Ａｌ、およびＣａ、またはそれらの合金である。これらのうち、Ａｇが好ましいが、それは、Ａｇが比較的低い青色吸収を有するためである。電子輸送ならびに安定化を手伝うため、ＩＴＯ、ＩｎＺｎＯ、またはＭｏＯ３など、電極表面上に透明金属酸化物の隣接層が存在し得る。代替的に、ＬｉＣｌなどの金属ハロゲン化物、キノリン酸リチウムなどの有機金属酸化物、または他の有機材料が使用されてもよい。
【0135】
【0136】
上部電極２５、および存在する場合、任意選択の保護層の上には、カプセル化２７が蒸着または配置される。最低限、カプセル化は、上面および側面において発光領域を完全に被覆しなければならず、基板と直接接触状態にある。カプセル化は、空気および水の浸透に対して耐性がなければならない。それは、透明または不透明であり得る。それは、導電性であってはならない。それは、インシチュで形成され得るか、または側縁を密閉するための対策と一緒に別個の予め形成されたシートとして追加され得る。インシチュ形成の例は、薄膜カプセル化である。薄膜カプセル化は、所望の度合いの保護が達成されるまで無機材料の代替層および高分子層を用いた複数の層の蒸着を伴う。薄膜カプセル化を形成するための配合組成および方法は周知であり、いずれも所望の通りに使用され得る。代替的に、カプセル化は、少なくとも密閉領域および封入領域の上に装着される予め形成されたシートまたはカバースリップを使用してもたらされ得る。予め形成されたシートは、剛性が高い、または可撓性が高い場合がある。それは、ガラス（可撓性の高いガラス）、金属、または有機／無機バリア層で作製され得る。それは、より堅固な接続を達成するために、基板により近い熱膨張係数を有さなければならない。予め形成されたカプセル化シートは、シリコンもしくはエポキシ接着剤などの気密および防水接着剤を使用して、または、はんだもしくはガラスフリットなどの追加の密閉剤を必要とし得る超音波溶接もしくはガラスフリット溶接などの熱的手段によって、密閉領域に装着される必要があり得る。カバースリップの側縁および下縁は、特に、密閉領域に対するより良好な適合を有する、またはより良好な密閉を促進するように設計され得る。カバースリップおよび密閉領域は、密閉が形成される前にそれらが適所に部分的に適合または係止するように、一緒に設計され得る。さらには、カバースリップは、密閉領域へのより良好な接着を促進するために前処理され得る。
【0137】
本出願は、マイクロディスプレイ内の発光素子としてＯＬＥＤを使用することについて説明するが、同じ制御回路が、発光のために比較的高い電圧を必要とする任意の自己発光ディスプレイ技術において使用され得る。本発明は、ＯＬＥＤだけでなく、少なくとも１０００ニト、または好ましくは少なくとも５０００ニトの発光を提供するために、５Ｖ超、好ましくは７．５Ｖ超、あるいは１０Ｖ超を必要とする任意の他のディスプレイ技術にも限定されない。
【0138】
ディスプレイ内のクロストークは、１つの画素によって提供される発光輝度が、意図せず別の画素による影響を受ける場所である。これは、影響を受けた画素がもはや画像信号に従って正確な輝度を提供しないため、画像の品質が劣化され得ることから望ましくない。クロストークの量および性質によっては、色再現、コントラスト（最大輝度と最小輝度との差）、グレースケール、解像度、およびディスプレイ内の「ゴースト発生」などの重要な因子がすべて悪影響を受け得る。一般に、マイクロディスプレイ内のクロストークは、画素ピッチが小さい場合に特に問題となる。画素間のクロストークの量が１５％以下、または好ましくは５％以下、および最も好ましくは３％以下であることが望ましい。
【0139】
説明される積層型マイクロキャビティＯＬＥＤデバイスは、必ず、内部発光ユニット間に規定の間隔を伴った厚さである。これは、マイクロキャビティ効果を提供して単一のマイクロキャビティ内のＲ、Ｇ、およびＢ発光を強化するために必須である。これは、光学機構および化学／電気機構の両方による増大されたクロストークをもたらし得る。クロストークの量を増大させ得るいくつかの光学プロセスとしては、ＯＬＥＤデバイス内の光散乱および導波が挙げられる。クロストークを増大させ得るいくつかの化学／電気プロセスとしては、アクティブ画素領域から同じ層内の近傍非アクティブ画素領域への横方向のキャリア移動が挙げられる。
【0140】
クロストークを結果としてもたらすモードは複数存在すると考えられる。短距離（０．２～０．７μｍ）は、横方向の電荷キャリアおよび光学機構の組み合わせであるように思われる。中距離（３～７μｍ）相互作用は、横方向の電荷キャリア移動に主に起因するように思われるが、部分的には光学機構に起因し得る。長距離（５０～２００μｍ）相互作用は、アクティブ画素領域から非アクティブ領域への光散乱に主に起因するように思われる。画素ピッチに従った導波に基づいたクロストークへのさらに長距離の光学寄与が存在することも考えられる。
【0141】
ＯＬＥＤデバイス内のキャリア移動に起因するクロストークの問題を最小限にするためのいくつかの有用な方法としては、以下が挙げられる。
－高いキャリア移動度を有する層（例えば、ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＣＧＬ、ＥＴＬ、およびＥＩＬ）における層厚および組成を（「シート抵抗」を増大させるように）変化させることによって低減される横方向の電荷キャリア移動。特に、電荷キャリア（正孔または電子のいずれか）は、アクティブ領域内で生成され、点灯領域と非点灯領域との間の間隙にわたって横方向に移動することができる。この問題は、電極のうちの１つの隣または近くの層内で主に発生するように思われる。陽極の上の共通のＨＩＬおよびＨＴＬ層が、この問題の最大原因であり得ると考えられる。正孔が１つの陽極パッド上のＨＩＬの点灯領域内に生成されると、それらは近傍陽極パッドの非点灯領域へ移動することができ、正孔に起因する結果として生じる電圧が、ＯＬＥＤのＶｔｈを超過し得るため、（名目上は非点灯の）画素が、いずれにせよ光を放出すると思われる。加えて、正孔は、導電性陽極パッドへ入り、非常に小さい水平抵抗で横方向に陽極を通って流れることができる。非点灯陽極パッドの反対側では、電流は、次の非点灯陽極パッドへのジャンプのためにＨＩＬ内へ（正孔として）戻ることができる。故に、キャリア移動の問題は、隣接する陽極パッド間のより短い距離だけに限定されない場合があり、より長い距離成分も有し得る。この理由のため、両方の電極、および時に陽極の、厚さおよび組成に対して細心の注意が払われなければならない。キャリア移動度の小さいより薄い有機層は、これらの望ましくないキャリア移動プロセスを最小限にすることを助けることができる。
－高いキャリア移動性を有する有機層のための材料選択。特に、材料は、クロストークへのそれらの貢献を最小限にするように選択され得る。ＨＩＬに追加されるｐドーパント（例えば、Ｆ４－ＴＣＮＱ、Ｆ６－ＴＣＮＮＱ、またはＨＡＴ－ＣＮ）のタイプおよびレベルは、この点に関して、ＨＩＬまたはＨＴＬにおけるＨＴＭ（例えば、ＮＰＢまたはＳｐｉｒｏ－ＴＴＢなどの芳香族アミン化合物）の選択と同様に重要であり得る。Ｐドーパントのみ、または非ドープＨＩＬもまた効果的であり得る。いくつかの場合において、非ドープＨＩＬおよびｐドープＨＴＬが使用され得る。ＭｏＯ３などの無機ＨＩＬ材料（有機材料と混合され得る）も利点を有し得る。
－高いキャリア移動度を有する層（例えば、ＨＩＬ、ＨＴＬ、ＣＧＬ、ＥＴＬ、およびＥＩＬ）における層厚および組成を（「シート抵抗」を増大させるように）変化させることによって低減される横方向の電荷キャリア移動。特に、電荷キャリア（正孔または電子のいずれか）は、アクティブ領域内で生成され、点灯領域と非点灯領域との間の間隙にわたって横方向に移動することができる。この問題は、電極のうちの１つの隣または近くの層内で主に発生するように思われる。陽極の上の共通のＨＩＬおよびＨＴＬ層が、この問題の最大原因であり得ると考えられる。正孔が１つの陽極パッド上のＨＩＬの点灯領域内に生成されると、それらは近傍陽極パッドの非点灯領域へ移動することができ、正孔に起因する結果として生じる電圧が、ＯＬＥＤのＶｔｈを超過し得るため、（名目上は非点灯の）画素が、いずれにせよ光を放出すると思われる。加えて、正孔は、導電性陽極パッドへ入り、非常に小さい水平抵抗で横方向に陽極を通って流れることができる。非点灯陽極パッドの反対側では、電流は、次の非点灯陽極パッドへのジャンプのためにＨＩＬ内へ（正孔として）戻ることができる。故に、キャリア移動の問題は、隣接する陽極パッド間のより短い距離だけに限定されない場合があり、より長い距離成分も有し得る。この理由のため、両方の電極、および時に陽極の、厚さおよび組成に対して細心の注意が払われなければならない。キャリア移動度の小さいより薄い有機層は、これらの望ましくないキャリア移動プロセスを最小限にすることを助けることができる。
－高いキャリア移動性を有する有機層のための材料選択。特に、材料は、クロストークへのそれらの貢献を最小限にするように選択され得る。ＨＩＬに追加されるｐドーパント（例えば、Ｆ４－ＴＣＮＱ、Ｆ６－ＴＣＮＮＱ、またはＨＡＴ－ＣＮ）のタイプおよびレベルは、この点に関して、ＨＩＬまたはＨＴＬにおけるＨＴＭ（例えば、ＮＰＢまたはＳｐｉｒｏ－ＴＴＢなどの芳香族アミン化合物）の選択と同様に重要であり得る。Ｐドーパントのみ、または非ドープＨＩＬもまた効果的であり得る。いくつかの場合において、非ドープＨＩＬおよびｐドープＨＴＬが使用され得る。ＭｏＯ３などの無機ＨＩＬ材料（有機材料と混合され得る）も利点を有し得る。
【0142】
ＯＬＥＤデバイス内の光学プロセスに起因するクロストークの問題を最小限にするためのいくつかの有用な方法としては、以下が挙げられる。
－基板法線方向から高角度で進行する光を吸収するように特に設計される光学フィルタリング層の使用を含む、空気／ガラス界面と反射陽極との間の光導波を低減するための最適化色フィルタ。
－散乱部位の減少によって低減される光散乱。特に、陽極上またはその近くの小粒子デブリの量は、最小限にされなければならない。散乱はまた、蒸着に使用される組成およびプロセスに依存し得る陰極におけるラフネスから発生し得る。（例えば、Ｓｈｅｎら、“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｐｐｅｒ－Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ”，Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．２０１８，１８，３，１６９３－１６９８を参照のこと）
－陽極表面全体が、アクティブ画素領域および画素間の両方にわたってできる限り平坦および平滑でなければならない。特に、画素間のＰＤＬ（画素定義層）を形成し、画素領域内で陽極の表面の上に延びる突出、隆起、または他の構造物は、光を散乱させて画素領域内へ戻すのに有用であり、光が近傍（非点灯）画素に入るのを防ぎ得ることが知られている。しかしながら、この手法は、構造物を覆うより厚いＯＬＥＤ層が存在する場合はそれほど効果的でない。より厚い層内にトラップされた光は、層内で内側に反射される可能性が高く、その結果として、光は、構造物の上を反対側へと進行することができる。陽極および上を覆うＯＬＥＤ層が均一に平坦である場合、ディスプレイの層内で導波している光は、それが吸収されるか、またはディスプレイの縁に達するまで、不断であり続ける可能性が高い。
－導波光のための吸収体の使用。
－バックプレーンの絶縁体による光吸収。
－ＨＩＬからの電荷が陽極に入る障壁を作成するためのＨＩＬおよび陽極の設計。
－基板法線方向から高角度で進行する光を吸収するように特に設計される光学フィルタリング層の使用を含む、空気／ガラス界面と反射陽極との間の光導波を低減するための最適化色フィルタ。
－散乱部位の減少によって低減される光散乱。特に、陽極上またはその近くの小粒子デブリの量は、最小限にされなければならない。散乱はまた、蒸着に使用される組成およびプロセスに依存し得る陰極におけるラフネスから発生し得る。（例えば、Ｓｈｅｎら、“Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｕｐｐｅｒ－Ｅｘｃｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｉｎ ａｎ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｈｙｐｅｒｂｏｌｉｃ Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ”，Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ．２０１８，１８，３，１６９３－１６９８を参照のこと）
－陽極表面全体が、アクティブ画素領域および画素間の両方にわたってできる限り平坦および平滑でなければならない。特に、画素間のＰＤＬ（画素定義層）を形成し、画素領域内で陽極の表面の上に延びる突出、隆起、または他の構造物は、光を散乱させて画素領域内へ戻すのに有用であり、光が近傍（非点灯）画素に入るのを防ぎ得ることが知られている。しかしながら、この手法は、構造物を覆うより厚いＯＬＥＤ層が存在する場合はそれほど効果的でない。より厚い層内にトラップされた光は、層内で内側に反射される可能性が高く、その結果として、光は、構造物の上を反対側へと進行することができる。陽極および上を覆うＯＬＥＤ層が均一に平坦である場合、ディスプレイの層内で導波している光は、それが吸収されるか、またはディスプレイの縁に達するまで、不断であり続ける可能性が高い。
－導波光のための吸収体の使用。
－バックプレーンの絶縁体による光吸収。
－ＨＩＬからの電荷が陽極に入る障壁を作成するためのＨＩＬおよび陽極の設計。
【0143】
クロストークを制御するために、名目上「オフ」（電源が入っておらず、そのため非発光）であるように、ＯＬＥＤが駆動されるときにはいつも陽極における電圧を制御する、第２のスイッチトランジスタとＯＬＥＤの陽極との間に位置するノードに、さらなる別個の画素制御回路を追加することが有用であり得る。特に、画素制御回路は、駆動回路が、その画素が発光を有さない、または非常にわずかしか有さないことを要求するときにのみ、電圧をＯＬＥＤのＶｔｈより下に減少させなければならない。このやり方では、横方向のキャリア移動によって形成されるいかなる電圧も最小限にされ得る。
実験結果
実験結果
【0144】
以下の実施例では、各材料の前の数字（例えば、２００ＨＩＬ）は、別途記載のない限り、オングストロームでの物理的な層厚である。すべての％は、重量である。すべてのデバイスは、同じ手順を使用して陰極の蒸着の後にカプセル化された。すべての材料は、市販のものを購入した。
【0145】
以下の実験デバイスに使用されるバックプレーンは、単一の結晶シリコンベースのバックプレーンであり、図６ａおよび図６ｂに示される概略制御回路と共に受容されるように使用された。バックプレーンは、直列接続された低電圧（５Ｖで定格される）ｐチャネルトランジスタである駆動トランジスタ（Ｔ１）およびスイッチトランジスタ（Ｔ２）、ならびに画素ごとにＮＰＮ型バイポーラ接合トランジスタ（ＢＪＴ１）を有する保護回路を含む。実験例のすべてにおいて、ＢＪＴ１のベースは絶縁され、すなわち、ベースは、ＢＪＴのベース電圧が意図せず制御される、または任意の特定の電圧へと設定されることがないように、外部電源に接続されていなかった。バックプレーンは、下部電極／陽極として反射金属層を含んでいた。
【0146】
比較用２ユニット積層型ＯＬＥＤデバイスＡ－１は、以下のように調製した。
層１（反射下部電極／陽極）：供給通り
層２（正孔注入層ＨＩＬ）：２００正孔輸送材料ＨＴＭ１＋６％ｐドーパントＰＤ１
層３（正孔輸送層ＨＴＬ１）：４１０正孔輸送材料ＨＴＭ１
層４（ＨＴＬ２）：５０正孔輸送材料ＨＴＭ２
層５（緑色ＬＥＬ）：１００緑色ホストＧＨ１および３％緑色燐光ドーパントＧＰＤ１
層６（黄色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％赤色燐光ドーパントＲＰＤ１
層７（電子輸送層ＥＴＬ１）：２００電子輸送材料ＥＴＭ１
層８～１０（電荷発生層ＣＧＬ１）：２７０三層
層１１Ａ（ＨＴＬ３）：３００ＨＴＭ１
層１１Ｂ（ＨＴＬ４）：２８０ＨＴＭ１
層１２（青色ＬＥＬ２）：２００青色ホストＢＨ１＋４％蛍光性青色ドーパントＢＦＤ１
層１３（ＥＴＬ２）：１５０ＥＴＭ２
層１４（電子注入層ＥＩＬ）：１５０ＥＴＭ１＋２％Ｌｉ
層１５（半透明陰極）：１０５ ７５％Ａｇ／２５％Ｍｇ
層１（反射下部電極／陽極）：供給通り
層２（正孔注入層ＨＩＬ）：２００正孔輸送材料ＨＴＭ１＋６％ｐドーパントＰＤ１
層３（正孔輸送層ＨＴＬ１）：４１０正孔輸送材料ＨＴＭ１
層４（ＨＴＬ２）：５０正孔輸送材料ＨＴＭ２
層５（緑色ＬＥＬ）：１００緑色ホストＧＨ１および３％緑色燐光ドーパントＧＰＤ１
層６（黄色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％赤色燐光ドーパントＲＰＤ１
層７（電子輸送層ＥＴＬ１）：２００電子輸送材料ＥＴＭ１
層８～１０（電荷発生層ＣＧＬ１）：２７０三層
層１１Ａ（ＨＴＬ３）：３００ＨＴＭ１
層１１Ｂ（ＨＴＬ４）：２８０ＨＴＭ１
層１２（青色ＬＥＬ２）：２００青色ホストＢＨ１＋４％蛍光性青色ドーパントＢＦＤ１
層１３（ＥＴＬ２）：１５０ＥＴＭ２
層１４（電子注入層ＥＩＬ）：１５０ＥＴＭ１＋２％Ｌｉ
層１５（半透明陰極）：１０５ ７５％Ａｇ／２５％Ｍｇ
【0147】
第２の比較用ＯＬＥＤデバイスＡ－２は、層１１Ａおよび１１Ｂの厚さがそれぞれ１０９０および４０９０へ増加されたことを除き、同様の様式で調製した。Ａ１およびＡ－２の両方は、層５（Ｇ ＬＥＬ）および層６（赤色ＬＥＬ）が一緒に１つのユニット（Ｇ－Ｙスタック）を表し、層１１（青色ＬＥＬ）がＣＧＬによって第１のユニットから分離される第２のユニット（Ｂスタック）を表す、２ユニット積層型ＯＬＥＤである。層５および６は、それらがＣＧＬ（層８および９）によって互いから分離されない隣接するＬＥＬであることから、単一のユニットである。Ａ－１およびＡ－２の両方は、マイクロキャビティデバイスであり、Ａ－１のマイクロキャビティ厚が２３２０Ａであり、Ａ－２においては、マイクロキャビティは６９２０Ａである。これらの２ユニット積層型ＯＬＥＤデバイスは、現行の先行技術を表す。
【0148】
発明の３ユニット積層型ＯＬＥＤＢ－１は、以下の追加の層が、層１１Ａ（その厚さは４７０へ調節された）と１１Ｂ（４０９０で）との間に挿入されたことを除き、同様の様式で調製された。
層１６（ＢＬＥＬ１）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１７（ＥＴＬ３）：１５０ＥＴＭ２
層１８－２０（ＣＧＬ２）：２７０三層（ＣＧＬ１と同じ配合組成）
層１６（ＢＬＥＬ１）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１７（ＥＴＬ３）：１５０ＥＴＭ２
層１８－２０（ＣＧＬ２）：２７０三層（ＣＧＬ１と同じ配合組成）
【0149】
ＯＬＥＤデバイスＢ－１は、３ユニット積層型ＯＬＥＤであり、層５および６が、第１のＧ－Ｙユニット（Ａ－１のものと同じ）であり、層１６が、追加された第２のＢユニットであり、層１２（Ａ－１にあるように）が、第３のＢユニットである。第２のユニット（層１６）は、ＣＧＬによって第１のユニット（層５および６）および第３のユニット（層１２）から分離される。すなわち、Ｂ－１は、Ａ－１と比較してさらなるＢユニットを含み、そのため、より高い輝度を有するが、増大された電圧要件を有することになる。ＯＬＥＤ Ｂ－１は、デバイスＡ－２と同じマイクロキャビティ厚（６９２０Ａ）を有するマイクロキャビティデバイスである。図１４は、ＯＬＥＤＡ－１、Ａ－２（比較用２ユニットデバイス）およびＢ－１（発明の３ユニットデバイス）についての特徴的なＩ－Ｖ曲線（電圧に対する、ｍＡ／ｃｍ２での電流密度）を示すものであり、表１にも表集計される。
【表1】
【0150】
図１４および表１において、ＯＬＥＤＡ－１およびＡ－２は、ほぼ同じＶｔｈを有する。しかしながら、さらなるＢユニットを伴うＯＬＥＤ Ｂ－１は、著しくより高いＶｔｈを有し、Ａ－２と同じ電流密度を生成するためには、さらにより高い電圧（約２．５Ｖ高い）を必要とする。
【0151】
２ユニット積層型ＯＬＥＤに勝る、マイクロキャビティ３ユニット積層型ＯＬＥＤを有する利点は、Ａ－１、Ａ－２、およびＢ－１の色フィルタなしのスペクトル出力を比較する（ｎｍでの波長に対する強度）、図１５において見ることができる。より薄いマイクロキャビティを有するＯＬＥＤ Ａ－１は、Ｇ発光と比較して比較的小さいＢおよびＲ発光を有する。３色すべてに適切なマイクロキャビティを伴うＯＬＥＤ Ａ－２は、Ｇと比較してより多くのＢおよびＲ発光を有するが、依然としてＢ発光について制限される。追加のＢユニットを伴うＯＬＥＤ Ｂ－２は、Ａ－２と比較して大いに増大された青色発光を有する。
【0152】
上の結果は、マイクロディスプレイのためのＲ、Ｇ、およびＢ画素を作成する色フィルタの追加前の白色光ＯＬＥＤデバイスについて言及する。先行技術において一般的に知られているように、Ｗ ＯＬＥＤによって生成されるＲ、Ｇ、およびＢ光の相対量に対するいかなる固有の不均衡にも関係なく、ディスプレイ内の所望のＲ、Ｇ、およびＢ均衡（通常、Ｄ６５白色点などの白色輝度に関して言及される）は、個々の色画素をその色の適切な輝度に駆動させることによって達成され得る。例えば、Ｗ ＯＬＥＤが、緑色光と比較して不十分な青色光および余剰な赤色光を生成する場合、Ｂ画素は、より多くの青色光を生成するためにより高い電圧で駆動され得る一方、Ｒ画素は、より少ない赤色光が生成されるように、より低い電圧で駆動され得る。
【0153】
図１６は、Ｒ、Ｇ、およびＢ副画素のための等しい面積を仮定して、Ｄ６５白色点を生成するために色フィルタを使用したＯＬＥＤ デバイスＡ－１、Ａ－２、およびＢ－１について各色に必要なピーク電流密度のプロットを示す。２ユニットデバイス（Ａ－１およびＡ－２）によって必要とされるＢ内の電流密度は、３ユニットデバイスＢ－１よりもはるかに大きい。ＲおよびＧ内の電流密度は、３つすべてのデバイスにおいてほぼ同じである。３ユニットデバイスＢ－１は、同じ白色点において同じ標的輝度を達成するために、小さい電流密度、故に、小さい電力を必要とする。ディスプレイの寿命は、主に電流密度および温度の関数である、継続動作によるＯＬＥＤの効率低下の速度によって決定される。したがって、ディスプレイＢ－１は、Ａ－１またはＡ－２の寿命よりも２倍超である寿命を有することになる。
【0154】
マイクロディスプレイのより小さいサイズを考えると比較的高い輝度を生成することを必要とするマイクロディスプレイにおいて、最大表示輝度で白色を表示しながら全電流（および電流密度）を各色についてほぼ同じ（またはできる限り近く）することが望ましい。これは、ニュートラルフェード（副画素の各色が、デバイス寿命にわたってほぼ同じ速度で輝度効率において劣化する）、高輝度（各画素が、その最大明度で駆動されて、増大した効率をもたらす）、高コントラスト（各画素のフルダイナミックレンジが利用可能である）、および増大した寿命（電流負荷が、画素の各色によって等しく共有される）に関して、いくつかの利点を結果としてもたらす。
【0155】
しかしながら、増大した輝度を提供するために３つ以上のユニットを伴うＯＬＥＤを使用することの利点は、必要とされる電圧の増加がある場合、相殺され得る。ディスプレイにおいて、各画素への電力は、バックプレーン内の制御回路によって供給および制御される。しかしながら、低減した面積内に大量の画素を必要とするマイクロディスプレイにおいては、トランジスタおよび他の回路部品のために限られた物理的空間しか存在しない。一般的に言うと、より高い電圧および電流要件は、より大きく、より厚く、またはより堅固な電子回路によって取り扱われなければならない。現在、ＯＬＥＤマイクロディスプレイのサイズは、電子回路が、所望の画素サイズおよび密度（画素ピッチ）を達成するために５Ｖ以下を取り扱うように定格されることを決定づける。
【0156】
トランジスタなどの電子回路は、トランジスタのゲートに供給される電力があまりに長い間過度である場合、破局的に故障し得る。しかしながら、過電圧のすべてのレベルまたは時間が、トランジスタを永久に故障させるのではなく、多くの場合、トランジスタは、漏出により故障する。増大した漏出は、接合またはゲート酸化物が破局的故障を引き起こすには十分でない永久的損傷を被るとき、半導体デバイスの非破局的な過大応力から生じる共通の故障モードである。ゲートへの過大応力は、応力誘発性の漏れ電流をもたらし得る。
【0157】
仮想現実および同様の製品に使用されるマイクロディスプレイにおけるモーションブラーを解決することは、ＯＬＥＤが、非常に短い時間期間にわたって非常に高い輝度を提供し、次いで別の時間期間の間オフにされる（オン／オフの合計期間は、フリッカを回避するために、人間の知覚範囲よりも小さい）ことを必要とする。これは、バックプレーン内の制御回路が、１つの期間において高輝度を生成するように電圧／電流を供給し、次いで別の期間の間はＯＬＥＤへの電力を遮断しなければならないことを意味する。制御回路内のトランジスタに供給される電力が、ＯＬＥＤがオンにされる期間に高すぎる場合、電流は、トランジスタが「オフ」でなければならず、ＯＬＥＤが完全にオフにならないとき、トランジスタを通じて漏れ出し得る。ＯＬＥＤが「オン」になっているときのＯＬＥＤ輝度と「オフ」になっているはずであるときの輝度との差が、通常、「コントラスト」と称される。高コントラストは、画像を鮮鋭かつ鮮明に見せることから、マイクロディスプレイにとって望ましく、低コントラストは、画像をぼんやりかつ平坦に見せる。
【0158】
図１７は、２ユニット比較用デバイスおよび発明の３ユニットデバイスについての曲線（カソード電圧に対する輝度）のセットを示す。上方の曲線セットは、デバイスがフル輝度（白色＝ＣＶ２５５）で駆動され、駆動トランジスタが「オン」であるときである。下方の曲線セットは、デバイスが輝度なし（黒色＝ＣＶ０）で駆動され、駆動トランジスタが名目上「オフ」であるときである。しかしながら、駆動トランジスタを通じた電流の漏出が、いくらかの少量の輝度を生成させ、陰極における電圧は非ゼロである。２つの曲線セットの差は、デバイスの「コントラスト」を表し、望ましくは、駆動トランジスタを通じた漏れ電流によって引き起こされる輝度を最小限にすることによって、できる限り高い。図１７から分かるように、３つすべてのデバイスのコントラストは、ほぼ同じであり（１０５よりわずかに小さい）、カソード電圧の範囲にわたって比較的一定である。
【0159】
発明の３ユニットデバイスは、駆動トランジスタの設計限界を超えるより高い動作電圧を必要とするにもかかわらず、比較用２ユニットデバイスとほぼ同じ全体的コントラストを維持する。図１６に示されるようにＡ－１またはＡ－２よりもＢ－１では、完全な白色を達成するために小さい電流密度が必要とされるが、Ｂ－１は、依然として、より多く（約２．５Ｖ、図１４を参照のこと）の電圧を必要とする。本発明で使用されるバックプレーンを用いたより高い電圧ＯＬＥＤでの増大された漏出の証拠はない。さらには、Ｂ－１における、より高い電圧要件（表１を参照のこと）に起因するいかなる破局的トランジスタ故障の証拠もなく、制御回路に関するデバイス寿命も影響を受けないように思われる。これらの結果は、Ａ－１、Ａ－２、およびＢ－１のためのバックプレーン内のトランジスタが、低電圧トランジスタが許容であり、かつ一般的に使用される１または２ユニットＯＬＥＤを駆動するのに好適なトランジスタを用いて設計されていたことから、予想外である。
【0160】
Ａ－１、Ａ－２、およびＢ－１と同じ低電圧バックプレーンを使用して、別の発明の３ユニットＯＬＥＤデバイスＢ－２を、以下のように調製した。
層１（下部電極／陽極）：
層２（ＨＩＬ）：２００ＨＴＭ１＋６％ＰＤ１
層３（ＨＴＬ１）：４１０ＨＴＭ１
層４（ＨＴＬ２）：５０ＨＴＭ２
層５（緑色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１および３％ＧＰＤ１
層６（黄色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％ＲＰＤ１
層７（ＥＴＬ１）：２００ＥＴＭ１
層８～１０（ＣＧＬ１）：２７０三層
層１１（ＨＴＬ３）：５７０ＨＴＭ１
層１２（青色ＬＥＬ２）：２５０ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１３（ＥＴＬ２）：１５０ＥＴＭ２
層１４～１６（ＣＧＬ２）：２７０三層（ＣＧＬ１と同じ配合組成）
層１７（ＨＴＬ４）：３８４０ＨＴＭ１
層１８（ＢＬＥＬ１）：２５０ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１９（ＥＴＬ３）：１５０ＥＴＭ２
層２０（ＥＩＬ）：１００ＥＴＭ２＋２％Ｌｉ
層２１（半透明陰極）：１０５ ７５％Ａｇ／２５％Ｍｇ
層１（下部電極／陽極）：
層２（ＨＩＬ）：２００ＨＴＭ１＋６％ＰＤ１
層３（ＨＴＬ１）：４１０ＨＴＭ１
層４（ＨＴＬ２）：５０ＨＴＭ２
層５（緑色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１および３％ＧＰＤ１
層６（黄色ＬＥＬ）：１００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％ＲＰＤ１
層７（ＥＴＬ１）：２００ＥＴＭ１
層８～１０（ＣＧＬ１）：２７０三層
層１１（ＨＴＬ３）：５７０ＨＴＭ１
層１２（青色ＬＥＬ２）：２５０ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１３（ＥＴＬ２）：１５０ＥＴＭ２
層１４～１６（ＣＧＬ２）：２７０三層（ＣＧＬ１と同じ配合組成）
層１７（ＨＴＬ４）：３８４０ＨＴＭ１
層１８（ＢＬＥＬ１）：２５０ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層１９（ＥＴＬ３）：１５０ＥＴＭ２
層２０（ＥＩＬ）：１００ＥＴＭ２＋２％Ｌｉ
層２１（半透明陰極）：１０５ ７５％Ａｇ／２５％Ｍｇ
【0161】
ＯＬＥＤ Ｂ－２は、それが、第２のＣＧＬ（層１４～１６）によって第１の青色ユニット（層１８）から分離される、第２の青色ユニット（層１２）からＣＧＬ（層８～１０）によって分離されるＧ－Ｙユニット（層５および６）を、Ｙ－Ｇ／Ｂ／Ｂの順に（バックプレーンから）含むことから、Ｂ－１のような３ユニットデバイスである。Ｂ－１のように、Ｂ－２は、６９１０Åのマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ白色光生成ＯＬＥＤである。
【0162】
同様の様式で、発明の４ユニットＯＬＥＤデバイスＣ－１を以下のように調製した。
層１～１１：Ｂ－２における層１～１１と同じ
層１２（青色ＬＥＬ２）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１（５０Åの減少）
層１３（ＥＴＬ２）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層１４～１６：Ｂ－２における層１４～１６と同じ
層１７（ＨＴＬ４）：４２０ＨＴＭ１（３４２０Åの減少）
層１８（ＢＬＥＬ１）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１（５０Åの減少）
層１９（ＥＴＬ３）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層２０～２２（ＣＧＬ３）：２７０三層（ＣＧＬ１およびＣＧＬ２と同じ配合組成）
層２３（ＨＴＬ５）：２６２０ＨＴＭ１
層２４（ＨＴＬ６）：５０ＨＴＭ２
層２５（黄色ＬＥＬ）：２００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％ＲＰＤ１
層２６（ＥＴＬ４）：４８０ＥＴＭ１
層２７～２８：Ｂ－２における層２０～２１と同じ
層１～１１：Ｂ－２における層１～１１と同じ
層１２（青色ＬＥＬ２）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１（５０Åの減少）
層１３（ＥＴＬ２）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層１４～１６：Ｂ－２における層１４～１６と同じ
層１７（ＨＴＬ４）：４２０ＨＴＭ１（３４２０Åの減少）
層１８（ＢＬＥＬ１）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１（５０Åの減少）
層１９（ＥＴＬ３）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層２０～２２（ＣＧＬ３）：２７０三層（ＣＧＬ１およびＣＧＬ２と同じ配合組成）
層２３（ＨＴＬ５）：２６２０ＨＴＭ１
層２４（ＨＴＬ６）：５０ＨＴＭ２
層２５（黄色ＬＥＬ）：２００ＧＨ１＋１０％ＧＰＤ１＋３％ＲＰＤ１
層２６（ＥＴＬ４）：４８０ＥＴＭ１
層２７～２８：Ｂ－２における層２０～２１と同じ
【0163】
ＯＬＥＤ Ｃ－１は、それが、Ｂ－２における同じＧ－Ｙおよび２つのＢユニットと一緒に追加のＹユニット（層２５）を、Ｙ－Ｇ／Ｂ／Ｂ／Ｙの順で（バックプレーンから）含むことから、４ユニットデバイスである。Ｃ－１において、追加のＹユニットは、ＣＧＬ３（層２０～２２）によって第１のＢユニット（層１８）から分離される。Ｃ－１は、６９１０Åのマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ白色光生成ＯＬＥＤである。
【0164】
同様の様式で、発明の５ユニットＯＬＥＤデバイスＤ－１を以下のように調製した。
層１～１０：Ｃ－１における層１～１１と同じ
層１１（ＨＴＬ３）：３７０ＨＴＭ１（２００Åだけ減少）
層１２～１６：Ｃ－１における層１２～１７と同じ
層１８（ＥＴＬ２）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層１４～１６：Ｃ－１における層１４～１６と同じ
層１７（ＨＴＬ４）：６２０ＨＴＭ１（２００Åの増加）
層１８～２２：Ｃ－１における層１８～２２と同じ
層２３（ＨＴＬ５）：６１０ＨＴＭ１（２０１０Åの減少）
層２４（ＢＬＥＬ３）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層２５（ＥＴＬ３）：１００ＥＴＭ２
層２６～２８（ＣＧＬ４）：２７０三層（ＣＧＬ１、ＣＧＬ２、およびＣＧＬ３と同じ配合組成）
層２９（ＨＴＬ６）：１４４０ＨＴＭ１
層３０～３４：Ｃ－１における層２４～２８と同じ
層１～１０：Ｃ－１における層１～１１と同じ
層１１（ＨＴＬ３）：３７０ＨＴＭ１（２００Åだけ減少）
層１２～１６：Ｃ－１における層１２～１７と同じ
層１８（ＥＴＬ２）：１００ＥＴＭ２（５０Åの減少）
層１４～１６：Ｃ－１における層１４～１６と同じ
層１７（ＨＴＬ４）：６２０ＨＴＭ１（２００Åの増加）
層１８～２２：Ｃ－１における層１８～２２と同じ
層２３（ＨＴＬ５）：６１０ＨＴＭ１（２０１０Åの減少）
層２４（ＢＬＥＬ３）：２００ＢＨ１＋４％ＢＦＤ１
層２５（ＥＴＬ３）：１００ＥＴＭ２
層２６～２８（ＣＧＬ４）：２７０三層（ＣＧＬ１、ＣＧＬ２、およびＣＧＬ３と同じ配合組成）
層２９（ＨＴＬ６）：１４４０ＨＴＭ１
層３０～３４：Ｃ－１における層２４～２８と同じ
【0165】
ＯＬＥＤ Ｄ－１は、それが、Ｃ－１における、同じＹ、Ｇ－Ｙ、および２つのＢユニットと一緒に追加のＢユニット（層２４）を含むことから、５ユニットデバイスである。それは、合計で３つのＢユニット、１つのＹユニット、および１つのＧ－Ｙユニットを、Ｙ－Ｇ／Ｂ／Ｂ／Ｂ／Ｙの順（バックプレーンから）で、すべてがＣＧＬによって分離されて有する。Ｃ－１は、６９１０Åのマイクロキャビティを有するマイクロキャビティ白色光生成ＯＬＥＤである。
【0166】
【0167】
図１８および表２に示されるように、ＯＬＥＤ内の各ユニットの追加は、より大きい輝度を提供するが、Ｖｔｈおよび動作電圧も約２．５Ｖ増大させる。
【0168】
追加のユニットをマイクロキャビティ３ユニットＯＬＥＤに追加する利点は、Ｂ－２（３ユニット）、Ｃ－１（４ユニット）、およびＤ－１（５ユニット）のスペクトル出力（色フィルタなし）を比較する図１９において見ることができる。ＯＬＥＤ Ｂ－２は、Ｇ／Ｙユニットに加えて２つのＢユニットを有する。Ｃ－１にあるように別のＹユニットを追加することは、Ｂ－２に対してＧおよびＲ発光の量を増大させるが、Ｂ発光の点ではそれほどでもない。Ｄ－１にあるように第３のＢユニットを追加することは、より高いＧおよびＲ発光を保持したまま青色発光をさらに増大させる。
【0169】
図１６に示される結果と同様に、図２０は、ＯＬＥＤ Ｂ－２、Ｃ－１、およびＤ－１を用いて、１５００ｃｄ／ｍ２で均衡した白色輝度を（色フィルタを使用して）作成するために必要な各色画素についてのピーク電流密度の相対量を示す。Ｃ－１におけるさらなるＹユニットの追加は、Ｂ－２と比較してＲおよびＧ輝度の必要量を生成するのに必要とされる電流を減少させる。Ｄ－１におけるさらなるＢユニットの追加は、Ｃ－１と比較してＢ光の必要量を生成するために必要とされる電圧をさらに減少させる。３つ以上のユニットを有するこれらのＯＬＥＤは、同じ輝度を達成するのにより小さい電流密度を必要とすることから、それらの稼働寿命は、より少ないユニットを有するＯＬＥＤよりも著しく長くなる。これらのデバイスのＬＴ７０（発光出力が７０％だけ劣化する時間）寿命は、平均的な動画コンテンツの場合、少なくとも１８，０００時間であると予測される。
【0170】
図２１（図１７と同様）は、ＯＬＥＤ Ｂ－２、Ｃ－１、およびＤ－１についての曲線セット（カソード電圧に対する輝度）を示す。これらの例の３つすべてにおいて、コントラストは、ほぼ同じであり（１０５よりわずかに小さい）、カソード電圧の範囲にわたって比較的一定である。これらのデバイスの動作電圧が駆動トランジスタの設計制限の２または３倍であるときにさえコントラストが保持されるということは注目に値する。
【0171】
なぜ比較的高いＶｔｈを必要とする積層型ＯＬＥＤは、高コントラストを維持するが、低電圧トランジスタを有するバックプレーンを使用するときバーンアウトまたは破壊を引き起こさないのかに関するいかなる特定の理論または推論にも限定されず、それは、直列接続されたトランジスタの使用に関連し得る。トランジスタ内の漏れ電流は、周知の問題であり、一般的に言うと、より高い電圧および電流が関与するほど、漏出の量が大きい。先に論じたように、この漏出は、それがＶｔｈよりも大きい場合にＯＬＥＤからの発光を引き起こし得る。直列接続されたトランジスタを通じた全漏出は、（第１のトランジスタの漏出）×（第２のトランジスタの漏出）であるため、この倍数的効果は、ＯＬＥＤが、漏れ電流に起因して発光せず、そのため、コントラストが維持されるように、ＯＬＥＤの下部電極における漏出を著しく十分に低減するのに十分であるということであり得る。
【0172】
動作中、実験用マイクロディスプレイのバックプレーン内の、チャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備える制御回路は、３つ以上のスタックを有するＯＬＥＤを、ＬＶトランジスタの指定の動作範囲よりも大きいオン－オフ電圧範囲で駆動させるときにさえ、駆動トランジスタＴ１が指定の範囲外の条件下で動作しないようにする小型回路の例である。ＯＬＥＤのオン－オフ電圧範囲がＬＶ動作範囲を超える場合、スイッチトランジスタのみがこれらの条件にさらされる。これは、駆動トランジスタが指定の動作範囲外で動作しなければならない他の画素回路設計よりも画像品質に及ぼす害が小さい。
【0173】
動作により、ＭＯＳＦＥＴデバイスは経年劣化し、これが、閾値電圧、閾値下の勾配、および飽和における相互コンダクタンスのようなそれらの特性のうちのいくつかにおいて、緩徐なシフトを結果としてもたらす。これらはすべて、ｐチャネルトランジスタにおいて見られる負バイアス温度不安定性（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉａｓ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ：ＮＢＴＩ）およびホットキャリア注入（Ｈｏｔ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ：ＨＣＩ）の症状である。トランジスタの動作をトランジスタのための指定の電圧範囲内に制限することによって、トランジスタ特性が５年などの長期間にわたって狭く指定された範囲内に留まることを保証する。トランジスタを指定の電圧範囲外で動作させることは、トランジスタ特性の変化の速度を増大させ、それにより、その特性が指定の範囲内である期間を低減する。
【0174】
駆動トランジスタの特性が指定限界以内に留まることが重要であり、さもなければ、画像劣化（しばしばムラと呼ばれる）という結果になり得る。スイッチトランジスタの動作は、性能特性におけるその変化に対してより堅固であり、トランジスタ特性が指定の範囲外へシフトされたときにさえ満足のいく動作を保証する十分に幅広いゲート電圧で駆動され得る。故に、本発明の実験用積層型ＯＬＥＤマイクロディスプレイのためのバックプレーン内で使用されるものを含む、図２～図６に示される回路は、トランジスタの指定の動作範囲を超えることに起因して予期されるディスプレイ品質における予期される下落なしに、３つ以上のＯＬＥＤユニットと関連付けられたより高いオン－オフ電圧を取り扱うように設計される小型回路の例である。
【0175】
図２～図６内の回路は、発光「オン」および発光「オフ」のためのＳＥＬＥＣＴ２電圧の選択によってこれを達成すると考えられる。発光「オフ」の場合、ＳＥＬＥＣＴ２電圧の正当な選択は、ＶＤＤであり、これにより、Ｔ２を動作のサブスレッショルド領域内に置いて、電流を効果的に停止する。発光「オン」の場合、ＳＥＬＥＣＴ２電圧は、ＶＤＤを下回る５Ｖの低さで選択され得る。
【0176】
ＯＬＥＤのオン－オフ電圧振幅が約４Ｖよりも小さい場合、画素が「黒色」を表示しているとき、黒色レベル電流が駆動トランジスタによって通常方式で設定されることになり、Ｔ１のドレインは、ＳＥＬＥＣＴ２「オン」電圧を上回ることになり、スイッチトランジスタＴ２は、導電性のままである。しかしながら、５つ以上のユニットを有するマルチユニット積層型ＯＬＥＤの場合のように、ＯＬＥＤのオン－オフ電圧振幅が約４Ｖよりも大きい場合、黒色レベル電流を作成するとき、Ｔ１のドレイン電圧（Ｔ２のソース電圧でもある）は、ＳＥＬＥＣＴ２「オン」電圧に近づき、スイッチトランジスタＴ２は、Ｔ１の低ドレイン電圧がＴ２の過電圧（Ｖｇｓ－Ｖｔｈ）をゼロまたはわずかにマイナスへ減少させると、停止する。これが、Ｔ２をサブスレッショルド型に入れ、黒色レベルを作成する。マルチユニット積層型ＯＬＥＤによって作成されるこれらの条件下で、駆動トランジスタＴ１は、黒色レベル電流を作成するようにＴ２を制御している。
【0177】
これらの理由のため、図２～図６に示される単純な直列接続されたトランジスタ設計は、例えば図１に示される単一のトランジスタ駆動回路よりも経年劣化に関連したムラが少なく、低電圧トランジスタの電圧範囲を超過したオン－オフ電圧範囲でマルチユニット積層型ＯＬＥＤを駆動させることができると考えられる。
【0178】
保護回路は、ＯＬＥＤが「オフ」または非発光であることが意図されるときにはいつもＯＬＥＤの陽極における電圧をある特定のレベルより下に維持するように設計され、高コントラストを維持することを助け得る。カソード電圧が減少すると（より負の電圧）、保護回路は、駆動およびスイッチトランジスタをデバイスの最大定格に反する電圧レベルから保護するために、追加の電流を提供するように設計される。
【0179】
しかしながら、保護効果は、ベース電圧が意図的に制御されないように、ＢＪＴのベースが絶縁され、外部電源に接続されない実験的な例において、依然として観察される。積層型ＯＬＥＤを欠くデバイスにおいて、ＯＬＥＤディスプレイについての電圧に対する黒色電流の指数関数的なスロープ（０．７５ディケード／ボルト）が、ＯＬＥＤが存在している例に類似するということが観察されている。これは、保護回路が、ＢＪＴのベースが絶縁されるときにさえ、ＯＬＥＤの陽極において何らかの電流および電圧制御を依然として提供していることを示唆する。いかなる特定の理論または推論に限定されることなく、近傍ｎウェル（例えば、スイッチトランジスタＴ２のｎウェル）は、ＢＪＴ ＢＪＴ１のｐウェル（ベース）へ移動する正孔のソースであり得る。これらの正孔がベース内にあると、それらは、空乏領域を越えてｎ型エミッタコンタクト（ＯＬＥＤ陽極パッド）へ拡散し、順方向にベースエミッタダイオードを通って進行する。これは、エミッタからベース内への熱的に励起された電子の拡散、ならびに、ベースとコレクタとの間の大きい電場電位によって促進される、ベースおよび空乏領域を通じたコレクタ内への電子の輸送によって補完される。このシナリオでは、（駆動またはスイッチトランジスタの）近傍ｎウェルからの正孔は、通常は外部ベース接続に由来するベース内へ電荷（正孔）を提供する。ＯＬＥＤ陽極電圧が非常に低レベルまで低下すると（例えば、３つ以上のＯＬＥＤユニットで黒色を示す）、駆動回路トランジスタのうちの１つの近傍ｎウェル（ＶＤＤにある）とＢＪＴベース（ＯＬＥＤ陽極電圧にある）との間の電位差は、非常に大きく、駆動－トランジスタウェルからＢＪＴベース内への正孔の流れを増加させる。ベース電流におけるこの増加は、ＢＪＴによる増幅に起因するエミッタ電流を増加させる。
【0180】
しかしながら、保護回路によって提供される保護効果は、フレームごとに異なり、画像の新規フレームごとに適切にリセットされなければならない。ＢＪＴのベースが外部電源に接続され、フレームごとにアクティブ制御されているとき、これは問題ではない。ＢＪＴのベースが絶縁され、意図的に接続されない実施形態の場合、フレームごとのリセットは、画素がスイッチトランジスタによって「オフ」にされるとき、それがシャッタ効果を提供することから、提供され得る。故に、保護効果制御運動のこのような態様は、リセットを有するためにデータロード中に（またはフレーム時間の何らかの部分において）発光をオフにすることが必要であるため、直列接続された駆動およびスイッチトランジスタを有することに依存する。
【0181】
３つ以上のユニットを用いたＯＬＥＤ配合組成は、黒色レベル（Ｖｔｈ未満、例えば、２ｕＡ／ｃｍ２）から白色レベル（２０ｍＡ／ｃｍ２）までの電圧範囲が比較的一定であり、約６Ｖ未満であるように設計され得る。図１７および図２１に示されるように、これは、約１０，０００：１のコントラストを結果としてもたらし得、また、電流密度の上限における電流効率低下に起因してわずかに小さくてもよい。この電圧範囲はおおよそ、ＬＶトランジスタの許容動作範囲内にあり、保護回路は、駆動トランジスタおよび／またはスイッチトランジスタが電流を停止するとき、電流範囲の下限においてのみアクティブになる。故に、範囲の低電流端において、保護回路は、追加的に、ＯＬＥＤを通る電流密度が約２ｕＡ／ｃｍ２より低くなることを防ぐ。この効果は、上で論じられるように少なくとも２つの直列接続されたトランジスタを有することによって提供される保護であることに加えて、より高いコントラストを達成する能力も制限する。このわずかに上昇した黒色レベルおよび減少したコントラストと引き換えに、保護回路は、カソード電圧を下げることによって画素駆動回路に、より高いピーク明度を達成すること、または、ＬＶトランジスタがそれらの指定の電圧範囲内で動作しているという保証を伴って、ＯＬＥＤ経年劣化に起因する効率損失を補償することを強いることを可能にする。
【0182】
上の説明は、異なる個々の特徴の異なる組み合わせを伴い得るいくつかの異なる実施形態を説明する。実施形態のうちのいずれかからの個々の特徴は、適合しないときを除き、所望の通りに制限なく、任意の順序または程度で組み合わせあれ得る。
【0183】
上の説明において、説明の一部を形成する添付の図面に対して言及がなされ、またこれは、実践され得る例証的な特定の実施形態として示される。これらの実施形態は、当業者が本発明を実践することを可能にするために詳細に説明されるものであり、他の実施形態が利用され得ること、ならびに構造的、論理的、および電気的変更が、本発明の範囲から逸脱することなくなされ得るということを理解されたい。したがって、任意の例となる実施形態の説明は、限定的意味に取られるべきではない。本発明は例証の目的のために説明されているが、そのような詳細はその目的のためだけのものであること、ならびに、変異形が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者によって作製され得るということを理解されたい。
【符号の説明】
【0184】
ＭＰ１ スイッチトランジスタ、 ＭＰ２ 駆動トランジスタ、 Ｃ１ コンデンサ、 ＶＤＤ 外部電源、 ＳＥＬＥＣＴ１～ＳＥＬＥＣＴ３ 選択線、 Ｔ１ 第１のｐチャネル駆動トランジスタ、 Ｔ２ スイッチトランジスタ、 Ｔ３ インライン選択トランジスタ、 ＶＣＡＴＨＯＤＥ カソード電圧、 ＩＢＤ１～ＩＢＤ６ 真性ボディダイオード、 ＶＤＤ２ 外部電源、 Ｔ４ 第２のｐチャネルスイッチトランジスタ、 Ｔ６ 保護回路ｐチャネルトランジスタ、 Ｄ４ ダイオード、 ＶＲＥＦ 参照電圧、 ＢＪＴ１ バイポーラ接合トランジスタ、 ＬＳＣ レベルシフト回路、 １ 画素定義層、 ３ シリコンバックプレーン、 ５ 任意選択の平坦化層、 ７ 電気接点、 ９ 第１の電極セグメント、 ９Ａ 第１の電極層、 ９Ｂ 反射層、 １１，２３ 非発光ＯＬＥＤ層、 １３ 第１の発光ＯＬＥＤユニット、 １３Ａ 赤色発光ＯＬＥＤユニット、 １５，１９，２４ 電荷発生層、 １６ 黄色発光ユニット、 １７ 第２の発光ＯＬＥＤユニット、 １７Ａ 緑色発光ＯＬＥＤユニット、 ２１ 第３の発光ＯＬＥＤユニット、 ２１Ａ 青色発光ＯＬＥＤユニット、 ２２ 青色発光層、 ２５ 上部電極、 ２７ カプセル化、 ２９ 色フィルタアレイ、 ２９Ｂ 青色フィルタ、 ２９Ｇ 緑色フィルタ、 ２９Ｒ 赤色フィルタ、 ３０ マイクロキャビティ、 ３２ 第２の青色発光ユニット、 ４５，５０ 電源、 ＧＮＤ 接地、 １００ ＲＧＢ画素化ＯＬＥＤ、 ２００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス、 ３００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス、 ４００ マルチモーダルＯＬＥＤマイクロキャビティデバイス。
【要約】
個別にアドレス指定可能な画素および制御回路を有するシリコンベースのバックプレーンの上に発光ＯＬＥＤスタックを備えるマイクロディスプレイであって、発光ＯＬＥＤスタックが、上部電極と下部電極との間に３つ以上のＯＬＥＤユニットを有し、シリコンベースのバックプレーンの制御回路が、外部電源ＶＤＤとＯＬＥＤスタックの下部電極との間にチャネルが直列で接続されている少なくとも２つのトランジスタを備える、マイクロディスプレイ。発光ＯＬＥＤスタックは、好ましくは、少なくとも７．５Ｖ以上のＶｔｈを有する。制御回路は、ｐ－ｎダイオード、好ましくは、バイポーラ接合トランジスタからなる保護回路を含み得る。
【選択図】図１１
【選択図】図１１
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】