[发明专利]具有多个无源矩阵控制器的芯片显示器

说明书

相关申请的交叉引用

Ronald S.Cok等人于2009年2月17日提交的名为“用于二维显示器的芯片（chiplet）驱动器对”的共同受让的美国专利申请号No.12/372,132被引用，其内容被合并于此。

技术领域

本发明涉及具有基板的显示设备，该基板具有用于控制像素阵列的分布式独立芯片。

背景技术

在便携式设备中且对于诸如电视这样的娱乐设备，平板显示设备广泛地与计算设备结合使用。这种显示器典型地采用在基板上分布的多个像素来显示图像。每个像素包含典型地发射红光、绿光和蓝光以呈现每个图像元素的若干不同颜色的发光元件（统称为子像素）。当在此使用时，像素和子像素并不被区分且被称为单个发光元件。例如等离子体显示器、液晶显示器以及发光二极管（LED）显示器之类的各种平板显示技术是已知的。

包含形成发光元件的发光材料薄膜的发光二极管（LED）在平板显示器中具有很多优点且在光学系统中是有用的。Tang等人于2002年5月7日提交的美国专利No.6,384,529揭示了包括有机LED发光元件阵列的有机LED（OLED）彩色显示器。可选地，无机材料可以被采用且可以包括磷光晶体或多晶硅半导体基质中的量子点。有机或无机材料的其它薄膜也可以被采用以控制电荷注入、传输或针对发光薄膜材料的阻挡，且在本领域是已知的。材料在基板上被布置电极之间，具有封装覆盖层或板。当电流经过发光材料时光从像素发射。发射的光的频率依赖于使用的材料的性质。在这种显示器中，光可以通过基板（底部发射器）或通过封装覆盖（或顶部发射器）或二者发射。

LED设备可以包含经构图的发光层，其中不同材料用在构图中以在电流经过材料时发射不同颜色的光。可选地，如Cok在名为“具有改善效率的堆叠OLED显示器”的美国专利6,987,355中教导，可以一同采用单个发射层（例如，白光发射器）和滤色器以用于形成全色显示器。例如，如Cok等人在名为“具有改善功率效率的彩色OLED显示器”的美国专利6,919,681中教导，还已知采用不包括滤色器的白色子像素。建议采用非构图白光发射器的设计与包含红色、绿色和蓝色滤色器和子像素的4色像素以及非过滤白色像素一起使用以改善设备的效率（例如见Miller等人于2007年6月12日提交的美国专利7,230,594）。

用于控制平板显示器中的像素的两个不同方法是已知的：有源矩阵控制和无源矩阵控制。在无源矩阵设备中，基板不包括任何有源电子元件（例如晶体管）。分离层中行电极阵列和列电极的正交阵列；行和列电极之间的交叠形成发光二极管的电极。外部驱动器芯片然后顺序地向每一行（或列）提供电流，而正交列（或行）提供合适的电压以照射行（或列）中的每个发光二极管。因此，无源阵列设计采用2n个连接以产生n2个单独可控发光元件。然而，无源阵列驱动设备在可以包括在设备中的行（或列）的数目方面受限，因为行（或）列驱动的顺序属性产生闪烁。如果包括太多的行，闪烁可能变得易察觉。此外，驱动显示器中整行（或列）所必要的电流可能是有问题的，因为在PM显示面积增长时，PM驱动的非成像预充电和放电步骤所需的功率可能变为占主导的。这些问题限制了无源矩阵显示器的物理尺寸。

在有源矩阵设备中，有源控制元件由覆盖在平板基板上的薄膜半导体材料（例如，非晶或多晶硅）形成。典型地，每个子像素通过一个控制元件控制且每个控制元件包括至少一个晶体管。例如，在简单的有源矩阵有机发光（OLED）显示器中，每个控制元件包括两个晶体管（选择晶体管和功率晶体管）和用于存储指定子像素的亮度的电荷的一个电容器。每个发光元件典型地采用独立控制电极和公共电连接的电极。发光元件的控制典型地通过数据信号线、选择信号线、电源连接和接地连接提供。有源矩阵元件不必限制于显示器且可以在基板上分布且在需要空间分布控制的其它应用中使用。和无源矩阵设备相同数目的外部控制线（除了电源和接地）可以在有源矩阵设备中使用。然而，在有源矩阵设备中，每个发光元件具有来自控制电路的单独的驱动连接且即使当不被选择用于数据存储时也是有效的，从而消除闪烁。

用于形成有源矩阵控制元件的一个常用的现有技术方法典型地沉积诸如硅的半导体材料的薄膜到玻璃基板上且然后通过光刻工艺使得半导体材料形成为晶体管和电容器。薄膜硅可以是非晶或多晶的。与晶体硅晶片中制备的常规晶体管相比，由非晶或多晶硅制成的薄膜晶体（TFT）相对大且具有较低的性能。此外，这种薄膜器件在玻璃基板上典型地呈现局部或大面积的不均匀性，导致电学性能和采用这种材料的显示器的视觉外观中的不均匀性。在这种有源矩阵设计中，每个发光元件需要到驱动电路的单独的连接。