JP4359540B2 - ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は包括的に電気デバイスの分野に関し、より詳細には、透明な電気デバイスのための光学特性の正規化に関する。

ディスプレイ装置は現代生活の数多くの局面において利用される。自動車からテレビまで、ディスプレイ装置は消費者に付加機能を提供するために設置される。たとえば、ディスプレイ装置は消費者がコンピュータ装置と対話できるように構成されることができ、自動車のブレーキライトとして構成されることができ、また腕時計として時刻の表示を提供することもできる。ディスプレイ装置は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、タッチスクリーン、発光ポリマーなどの多種多様な装置を含むことができる。

ディスプレイ装置は、ゲートアレイ、トランジスタ、コンデンサ、ダイオードなどを含むことができる回路のような、ディスプレイ装置を動作させるための電気的な機能を提供する電気部品を含む。ディスプレイ装置のいくつかの実施態様では、電気部品は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）モニタの場合のように、視認表面上に配置され、ディスプレイの動作を可能にする。そのようなディスプレイ装置では、ディスプレイ装置の視認表面の基板上に、ピクセルのマトリクスを画定する行および列からなるパターンが含まれる場合がある。トランジスタの薄膜層が、各回路が制御するピクセル上にその回路が配置されるように、基板に直に被着される。しかしながら、電気部品は、ディスプレイ装置によって放射される光を妨害する可能性もある。その妨害を小さくするために、電気部品のうちの１つまたは複数の部品が透明な材料から形成される場合もある。透明な材料から電気部品を形成することにより、ディスプレイ装置によって生成される光のより多くの部分が透過することになり、それによりディスプレイ装置の輝度を高め、かつディスプレイ装置によって消費される電力を削減することができる。しかしながら、電気部品が透明な材料から形成される場合であっても、その電気部品の光学特性の差に起因して、ディスプレイ装置の視認者が電気部品を見分けることができるかもしれない。透明な電気部品を見分けることができることによって、ディスプレイ装置によって提供される表示内容から注意がそれて、視認することそのものが妨げられるかもしれない。

それゆえ、透明な電気部品のための光学特性を正規化できれば、当分野における進歩になるであろう。すなわち、本発明はＬＣＤ等の透明電子部品が、場所ごとの透過率等の光学的性質が違うことで内部構造が見えてしまうことを補償するようにした電気デバイスを提供することを目的とする。

本発明では、透明な電気デバイスのための光学特性の正規化を行っている。
本発明の一実施形態では、電気デバイスは、ある光学特性に対して概ね一様な値を示し、可視光に対して概ね透過性の露出された表面を含む。複数の薄膜スタックは互いに横方向に変位する。複数の薄膜スタックの各スタックは、少なくとも１つの他の上側表面の光学特性に対する値とは異なる、その光学特性に対する値を示す上側表面を有する。

本発明の別の実施形態では、集積回路が、概ね透明である横方向に変位した複数の領域を含む。複数の領域の各領域は、互いに対して概ね同じである正規化された値の光学特性を有する、正規化された表面を含む。

それらの領域のうちの１つは電気部品の一部を含む。さらに、それらの領域のうちの少なくとも１つは、その正規化された表面の下に、さらに別の表面およびスペクトル正規化構造を含む。そのさらに別の表面は、正規化された値と概ね同じではない光学特性に対する値を有する。スペクトル正規化構造は、少なくとも１つの領域の正規化された表面が正規化された値を示すように、そのさらに別の表面とともに配置される。

図面全体を通して、類似の特徴部および構成要素を参照するために同じ参照番号が用いられる。

図１〜図３は透明な電気デバイスのための光学特性の正規化の例示的な実施形態を示す。本発明の各実施形態における電気デバイスは、ディスプレイ装置において用いられるように構成されることができる。以下の説明は、ディスプレイ装置への応用形態における透明な電気デバイスのための光学特性の正規化について述べる。

図１は、可視光に対して概ね透過性である材料から形成される、横方向に変位した（laterally displaced）第１および第２の領域１０２、１０４を含む電気デバイス１００の断面図を示す本発明の１つの例示的な実施形態の図である。材料が概ね透明であるなら、その材料の中を透過する光は、ほとんどまたは全く拡散されない。たとえば、概ね透明な材料の中を透過する画像は人の目で見ることができる。

第１の領域１０２は電気部品１０６の少なくとも一部を含む。たとえば、その電気部品はトランジスタのような半導体デバイスとして構成されることができる。その電気部品１０６の一部は、配線、ソース／ドレイン領域などの、トランジスタの一部として構成されることができる。

第１および第２の領域１０２、１０４は、種々の透明な材料から形成されることができる。たとえば、透明な材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）およびアルミニウム、インジウムなどをドープされたＺｎＯなどの導体を含むことができる。その透明な材料は、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂およびＩｎ₂Ｏ₃のような半導体を含むこともできる。さらに、その透明な材料は、Ｓｉ₂Ｏ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ａｌ₂Ｏ₃およびＨｆＯ₂のような誘電体を含むこともできる。透明な材料の例は例示的なものにすぎず、余すところなく述べられてはいない。

しかしながら、透明な材料から形成される場合であっても、その透明な材料の光学特性が多様であることから生じる空間的なパターンに起因して、その電気部品１０６の一部および第２の領域１０４は人の目で見分けることができる場合がある。たとえば、電気部品１０６の一部および第２の領域１０４の中を透過する可視光は、電気部品１０６の一部および第２の領域１０４をそれぞれ形成するために用いられる透明な材料の差に起因して異なる色を有する場合がある。したがって、電気部品１０６の一部および第２の領域１０４が可視光に対して概ね透過性を有する場合であっても、電気部品１０６の一部が第２の領域１０４に対して見分けることができる場合があり、その逆も同様である。

第１および第２の電気的な領域１０２、１０４の光学特性が、空間パターンが人の目で見分けることができないように正規化されることができる。このようにして、互いに対して人の目では見分けることができない第１および第２の領域１０２、１０４を含む透明な電気デバイス１００が得られる。第１および第２の領域１０２、１０４の光学特性は、スペクトル正規化構造（normalization structure）１０８を用いることにより正規化される（normalized）ことができる。スペクトル正規化構造１０８は、１つまたは複数のスペクトル正規化材料から形成されることができる。スペクトル正規化材料は、ＳｉＯ₂、ＳｉＯ、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＦ、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＣｅＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＴｈＦ₄、ＹＦ₃、Ｙ₂Ｏ₃およびＡｌＦ₃のような、異なる光学特性を有する広範な材料から選択されることができる。例示的なスペクトル正規化材料のリストは例示的なものにすぎず、余すところなく述べられてはいない。

図示される実施形態では、スペクトル正規化構造１０８は電気部品１０６の一部とともに配置され、第１の領域１０２の光学特性の値が第２の領域１０４の光学特性に対する値と概ね同等になるようにする。たとえば、電気部品１０６の一部は、第１の値の光学特性を有する第１の表面１１０、たとえば上側表面を含む。第２の領域１０４は、第１の表面１１０の第１の値とは異なる第２の値の光学特性を有する第２の表面１１２を含む。スペクトル正規化構造１０８は、第１の領域１０２内の電気部品１０６の一部とともに配置される。スペクトル正規化構造１０８は、電気部品１０６の一部とともに、第２の表面１１２に対する第２の値と概ね同じ値の光学特性を有する第３の表面１１４を提供する。このようにして、第１および第２の領域１０２、１０４はそれぞれ、光学特性に対して個々に正規化された値を有する個々の正規化された表面、たとえば第２および第３の表面１１２、１１４を含む。

吸収、反射および透過のような種々の光学特性が正規化されることができる。また光学特性は、たとえば約４００〜７００ナノメートル（ｎｍ）の波長を有する光のような、可視スペクトルにわたる光の波長など、種々の範囲の波長にわたって正規化されることもできる。以下の説明はこれらの光学特性をそれぞれ順に扱い、各光学特性の正規化の例を提供する。

吸収は、媒体による光子の吸収を通して失われる光の部分を記述する光学特性である。吸収は媒体を通る経路長「Ｌ」および媒体の吸収係数「α」の関数であり、媒体に進入する光の量「Ｉ_O−Ｒ」に対する、媒体を通り抜ける光の量「Ｉ」の割合によって表され（Ｉ_Oは媒体表面に入射する光の量であり、Ｒはその表面から反射される光の量である）、以下の式によって表される。
１／（Ｉ_O−Ｒ）＝ｅ^-α^L
先に述べられたように、第１の領域１０２は電気部品１０６の一部を含む。電気部品１０６の一部は第１の値の光学特性（この実施形態では吸収である）を有する第１の表面１１０を有する。第１の値は第２の領域の第２の表面１１２の吸収に対する第２の値とは異なる。吸収が異なる結果として、第１および第２の領域１０２、１０４が互いに対して見分けることができるようになる。第１の領域１０２の第１の表面１１０の吸収を第２の領域１０４の第２の表面１１２の吸収と正規化するために、スペクトル正規化構造１０８が用いられる。スペクトル正規化構造１０８は、電気部品１０６の一部とともに配置される。スペクトル正規化構造１０８は電気部品１０６の一部の上に配置されるように示されるが、スペクトル正規化構造１０８は電気部品１０６の一部の下や、電気部品１０６の一部の層間（ここには図示せず）などに配置されることもできる。

スペクトル正規化構造１０８は、電気部品１０６の一部とともに配置されるときに、第２の領域１０４の第２の表面１１２における吸収に対する第２の値と概ね同等である、吸収に対する第３の値を示す第３の表面１１４を提供する。このようにして、第１の領域１０２の吸収（すなわち、電気部品１０６の一部の吸収とスペクトル正規化構造１０８の吸収との組み合わせ）は、第２の領域１０４の吸収と概ね同等になる。

カラー化（colorization）は、可視スペクトル内の光の波長の吸収および／または反射のために、人の目によって観察可能になる光学特性である。吸収および反射はいずれも、媒体と光との間の相互作用に起因して生じる。吸収および／または反射される光の波長が可視スペクトル内にある場合には、色が視認されるであろう。スペクトル正規化構造は、色が第１の領域１０２と第２の領域１０４との間で正規化されるように供給されることができる。色は、吸収および反射の一方または両方の組み合わせ、吸収のみ、あるいは反射のみを通して正規化されることができる。たとえば、スペクトル正規化構造１０８および電気部品１０６の一部は、第２の領域１０４と同じ個々の光の波長において、概ね同等の光の量を吸収することができる。

反射は、表面からの光の「跳ね返り」を記述する光学特性である。反射の法則によれば、入射角は反射角に等しい。反射角は、反射される光波と、反射面への入射点において描かれた垂線との間の角度である。図１では、反射は、第１および第２の光波１１６、１１８がそれぞれ第１および第２の反射される光波１２０、１２２を有するものとして示される。また反射は、内部反射を含むこともある。内部反射は、異なる光学密度の媒体間を光が通り抜ける結果として、界面において光の一部が反射されることを表す。図１において、この内部反射は、第１および第２の内部反射される光波１２４、１２６として示される。内部反射の結果として「縞」が生じ、たとえば光の明るい帯と暗い帯が交互に並ぶようになり、これを人の目で見分けることができる場合もある。反射は、ある表面に衝当するときに反射される光の量のパーセンテージのように、種々の態様で定量化されることができる。

電気部品１０６の一部および第２の領域１０４は、反射に対して異なる値を有するかもしれない。反射を正規化するために、スペクトル正規化構造１０８と電気部品１０６の一部を組み合わせた時の反射が、第２の領域１０４の反射と概ね同じになるように、スペクトル正規化構造１０８が設けられる。言い換えると、第３の表面１１４において測定される第１の領域１０２の全反射（表面反射と内部反射）は、第２の表面１１２において測定される際の第２の領域１０４の全反射に概ね等しい。このようにして、第１の領域１０２に対する反射が第２の領域１０４と概ね同等になる。

透過は、媒体による光の吸収および／または反射によって失われることなく、媒体の中を透過する光波の割合を記述する光学特性である。第１および第２の領域１０２、１０４の透過も、スペクトル正規化構造１０８を用いることにより、第３および第２の表面１１４、１１２のそれぞれにおいて、電気部品１０６の一部とスペクトル正規化構造１０８とを組み合わせた時の透過が第２の領域１０４の透過と概ね同等になるように、互いに正規化されることができる。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明の例示的な実施形態の図であり、図１の電気デバイス１００が、人の目２０２によって視認されるディスプレイ装置２００に組み込まれる。ディスプレイ装置２００は図２Ａに等角図で示される。またディスプレイ装置２００は図２Ｂにおいて、光源２０４から人の目２０２まで透過する光の軸に対して垂直に見た断面図で示される。ディスプレイ装置２００は、光源２０４および透明なデバイス２０８を有するハウジング２０６を備える。光源２０４はハウジング２０６内に配置される。光源２０４から放射される光２１０、２１２は、ハウジング２０６に取り付けられる透明なデバイス２０８の中を透過して、人の目２０２によって視認されるようになる。ディスプレイ装置２００は、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイス、発光ポリマーデバイスなどの種々の装置として構成されることができる。

スペクトル正規化構造１０８を用いることにより、第１および第２の領域１０２、１０４のそれぞれの中を透過する光２１０、２１２は、概ね同等の光学特性に出会う。たとえば、光２１０、２１２は、概ね同じ量だけ吸収、屈折および／反射されることができる。このようにして、第１および第２の領域１０２、１０４は、人の目２０２によって、互いに対して見分けることができなくなる。

本発明の例示的な実施形態では、第１および第２の領域１０２、１０４を含む透明なデバイス２０８は、概ね透明ではあるが、光学特性を有する結果として、全体としてはある程度見分けることができるようになる。たとえば、第１および第２の領域１０２、１０４が互いに対して見分けることができないように、第１および第２の領域１０２、１０４の光学特性が互いに対して正規化される。しかしながら、透明なデバイス２０８の中を透過する光２１０、２１２は、青みを帯びた薄い色のような、ある特定の色を有することができる。光２１０、２１２がある特定の色を有する場合であっても、第１および第２の領域１０２、１０４はいずれも同じ青みを帯びた薄い色を有し、それゆえ互いに対して見分けることはできない。

光学特性の全般的な値が説明されてきたが、その光学特性は、人の目２０２によって視認することができる電磁スペクトルの一部のような、可視光のある範囲の波長にわたって正規化されることができる。たとえば、種々の領域が可視スペクトルにわたって同様の透過スペクトルを共有するように、透過が正規化されることができる。本発明の以下に記載される例示的な実施形態は、可視光のある範囲の波長にわたる正規化の１つのそのような例を提供する。

図３は、本発明の１つの例示的な実施形態における手順７００を示す流れ図であり、光学的に正規化される透明な電気デバイスを形成する方法が示される。ブロック７０２では、それぞれ可視光に対して概ね透過性である複数の横方向に変位した領域を含む電気デバイスが解析される。その領域のうちの１つは、電気部品の少なくとも一部を含む。複数の領域は、第１の領域および第２の領域を含む。第１の領域は、第２の領域の上側表面の光学特性の値と概ね同じではない値を有する光学特性を有する上側表面を有する。第１および第２の領域は、第１および第２の領域を有する形成済みの電気デバイスから得られる測定値、第１および第２の領域の材料および厚みのコンピュータシミュレーションなどの種々の方法で解析されることができる。

第１および第２の領域は、第２の領域の光学特性に対する値とは異なる第１の領域の光学特性に対する値を見いだすために解析される。たとえば、第１の領域の上側表面は、第１の領域に衝当する光の９０％が第１の領域の中を透過することを規定する「透過」光学特性に対して値「９０％」を有することができる。第２の領域の上側表面は、「透過」光学特性に対して「値８０％」を有する。他の光学特性には、吸収、色、放射、反射および屈折が含まれる。

ブロック７０４では、ブロック７０２において実行される解析に基づいて、スペクトル正規化構造が形成される。そのスペクトル正規化構造は、複数の領域のうちの各領域が互いに対して概ね同じである光学特性に対する値を有するように、第１および第２の領域のうちの少なくとも一方とともに配置される。たとえば、一実施形態では、スペクトル正規化構造は、「透過」光学特性に対して９０％の値を有する上側表面を有する第１の領域とともに配置される。スペクトル正規化構造は、第１の領域とスペクトル正規化構造とを組み合わせた時の値が第２の領域のための「透過」光学特性に対する８０％の値と概ね同等になるように、第１の領域の値９０％を正規化する。言い換えると、この実施形態では、スペクトル正規化構造は、第１の領域の透過を減らして、第２の領域の透過と一致させる。それにより、スペクトル正規化構造は、第２の領域の光学特性に対する第２の値と概ね同じである光学特性に対する値を有する露出された表面を提供する。

別の実施形態では、スペクトル正規化構造は、「透過」光学特性に対して８０％の値を有する上側表面を有する第２の領域と組み合わせられる。スペクトル正規化構造は、第２の領域とスペクトル正規化構造とを組み合わせた時の値が第１の領域のための「透過」光学特性に対する９０％の値と概ね同等になるように、第２の領域の値を正規化する。この実施形態では、スペクトル正規化構造は第２の領域の透過を増やして、第１の領域の透過と一致させる。したがって、この実施形態では、スペクトル正規化構造は、第１の領域の光学特性に対する値と概ね同じである第２の領域の露出された表面を提供する。

さらに別の実施形態では、スペクトル正規化構造は、第１の領域および第２の領域の両方に組み込まれ、互いに対して光学特性を正規化する。たとえば、異なる厚みのスペクトル正規化材料が第１の領域および第２の領域それぞれに供給され、透過率を正規化することができる。たとえば、第１の領域の透過率を減少させる第１の厚みのスペクトル正規化材料が第１の領域に供給されることができる。第２の領域の透過率を増加させる第２の厚みのスペクトル正規化材料が第２の領域に供給されることができる。このようにして、第１の領域および第２の領域がいずれも、光学特性を正規化するスペクトル正規化構造を含むことができる。それゆえ、この実施形態では、スペクトル正規化構造は、第１および第２の領域において、互いに対して概ね同じ光学特性に対する値を有する露出された表面を提供する。

スペクトル正規化構造を形成するために種々の製造技法を用いることができる。たとえば、その製造技法は、堆積、エッチング、フォトリソグラフィ、マイクロマシニングおよび他の半導体製造工程を含むことができる。一実施形態では、スペクトル正規化構造は、電気デバイスの電気部品の一部の上に空間的なパターンとして配置される。その空間的なパターンは、下側にある電気デバイスの光学特性に基づく種々の厚みおよび材料を有することができる。スペクトル正規化構造は、堆積されることができ、堆積およびエッチバックされることができ、堆積および光学的に切除される（photoablated back）ことができ、他の半導体製造工程を用いて形成されることができる。

スペクトル正規化構造を用いることにより、電気デバイスの領域における光学特性の偏差が低減される。さらに、スペクトル正規化構造は、反射および吸収を減少させる結果として、平均的な透過を増加させることができる。可視領域の中の透過および反射スペクトルを平坦にして、干渉の影響を低減することもできる。

本発明は、構造的な特徴および方法のステップに特有の言葉で記載されてきたが、添付の特許請求の範囲に規定される発明は、必ずしも記載される特定の特徴あるいはステップに限定されないことは理解されたい。むしろ、その特定の特徴およびステップは、特許請求の範囲に記載される本発明を実施する好ましい形態として開示される。

透明な材料から形成される第１および第２の領域を含む電気デバイスの断面図を示す本発明の１つの例示的な実施形態の図である。 図１の電気デバイスを含むディスプレイ装置の等角図を示す本発明の１つの例示的な実施形態の図である。 図２Ａのディスプレイ装置の断面図を示す本発明の１つの例示的な実施形態の図である。 図３は、光学的に正規化された透明な電気デバイスを形成する方法を示す本発明の１つの例示的な実施形態における手順を示す流れ図である。

１００ 電気デバイス
１０２ 領域
１０４ 領域
１０６ 電気部品
１０８ スペクトル正規化構造
１１０ 表面
１１２ 正規化された表面
１１４ 正規化された表面
２００ ディスプレイ装置
２０４ 光源
２０６ ハウジング
２０８ デバイス
２１０ 光
２１２ 光

Claims (5)

1. それぞれ可視光に対して概ね透過性である横方向に変位した複数の領域を含むディスプレイ装置であって、
   前記領域はそれぞれ、互いに対して概ね同じである正規化された値の反射及び透過特性を有する正規化された表面を含み、
   前記ディスプレイ装置は、透明な電気部品の一部を含む一方の前記領域と、前記透明な電気部品を含まない他の前記領域とを有し、
   少なくとも一方の前記領域は該少なくとも一方の領域の前記正規化された表面の下に、
   前記正規化された値と概ね同じではない反射及び透過特性に対する値を有する、前記透明な電気部品の表面と、
   該少なくとも一方の領域の前記正規化された表面が前記正規化された値を示すスペクトル正規化構造であって、該スペクトル正規化構造が形成される領域におけるスペクトル正規化構造と前記透明な電気部品との界面における反射及び透過特性とスペクトル正規化構造の表面における反射及び透過特性とを合わせた光学特性が、前記スペクトル正規化構造が形成されない領域の表面における反射及び透過特性と等しくなるよう設けられたスペクトル正規化構造とを有し、
   前記透明な電気部品は半導体デバイスであり、前記横方向に変位した複数の領域は基板上に配置されるディスプレイ装置。
2. 前記可視光は約４００ｎｍないし約７００ｎｍの波長範囲に含まれる請求項１に記載のディスプレイ装置。
3. 前記複数の領域は人の目によって視認される際に概ね一様な色を有する請求項１に記載のディスプレイ装置。
4. 前記領域のそれぞれの前記正規化された値が、前記反射又は透過特性の値を示す第１の軸と、可視光の波長を示す第２の軸とを有するグラフ上にプロットされるとき、前記領域のそれぞれの前記正規化された値は、可視光の波長の大部分にわたって概ね同じである請求項１に記載のディスプレイ装置。
5. 前記複数の領域は人の目によって、互いに対して概ね見分けることができない請求項１に記載のディスプレイ装置。

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