JP2018036584A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】輝度を高められる表示装置を提供する。信頼性の高い表示装置を提供する。表示装置の表示品位を高める。使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示する。【解決手段】表示装置は、互いに重なる発光素子と、第1の領域と、第2の領域と、を有する。第1の領域は、光が入射する第1の部分、光の一部を反射し、第3の部分に供給する第2の部分、光が射出される第3の部分を有する。第2の領域は、第3の部分から射出される光が入射する第4の部分、光の一部を反射し、第6の部分に供給する第5の部分、光が射出される第6の部分を有する。第1の部分は、第3の部分の面積よりも小さく、且つ第4の部分は、第6の部分の面積よりも小さい。また第3の部分は、第4の部分の面積よりも小さく、且つ、平面視において第4の部分の内側に位置する。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、表示装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置(薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む)、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
有機EL(Electro Luminescence)素子や、液晶素子が適用された表示装置が知られている。また、そのほかにも、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子を備える発光装置、電気泳動方式などにより表示を行う電子ペーパなども、表示装置の一例として挙げることができる。
有機EL素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟持したものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の有機化合物から発光を得ることができる。このような有機EL素子が適用された表示装置は、薄型、軽量、高コントラストで且つ低消費電力な表示装置を実現できる。
アクティブマトリクス型液晶表示装置には大きく分けて透過型と反射型の二種類のタイプが知られている。
透過型の液晶表示装置は、冷陰極蛍光ランプやLED(Light Emitting Diode)などのバックライトを用い、液晶の光学変調作用を利用して、バックライトからの光が液晶を透過して液晶表示装置外部に出力される状態と、出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行うものである。
また、反射型の液晶表示装置は、液晶の光学変調作用を利用して、外光、即ち入射光が画素電極で反射して装置外部に出力される状態と、入射光が装置外部に出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行うものである。反射型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と比較して、バックライトを使用しないため、消費電力が少ないといった長所を有する。
例えば、画素電極の各々に接続するスイッチング素子として、金属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタを用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置が知られている(特許文献1及び特許文献2)。
特開2007−123861号公報 特開2007−96055号公報
表示装置が適用される電子機器において、使用環境に応じて最適な輝度で画像を表示することが求められている。特に、特に、携帯電話、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチ、ノート型パーソナルコンピュータ等の、バッテリを電源に用いる機器においては、設置型の機器と異なり、使用環境が変化することが多い。特に、外光の明るい場所などでは、高い輝度で表示することが求められている。
本発明の一態様は、輝度を高められる表示装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。または、表示装置の表示品位を高めることを課題の一とする。または、使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示することを課題の一とする。または、表示装置の消費電力を低減することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。また、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、発光素子と、第1の領域と、第2の領域と、を有する表示装置である。発光素子、第1の領域、及び第2の領域とは、互いに重なる部分を有する。発光素子は、光を射出する機能を有する。第1の領域は、第1の部分、第2の部分、及び第3の部分を有する。第1の部分は、光が入射する部分であり、第2の部分は、光の一部を反射し、第3の部分に供給する部分であり、第3の部分は、光が射出される部分である。第2の領域は、第4の部分、第5の部分、及び第6の部分を有する。第4の部分は、第3の部分から射出される光が入射する部分であり、第5の部分は、光の一部を反射し、第6の部分に供給する部分であり、第6の部分は、光が射出される部分である。また、第1の部分は、第3の部分の面積よりも小さく、第4の部分は、第6の部分の面積よりも小さい。また、第3の部分は、第4の部分の面積よりも小さく、且つ、平面視において第4の部分の内側に位置することを特徴とする。
また、上記において、発光素子は、第1の電極、発光性の物質を含む層、及び第2の電極を有することが好ましい。このとき、第1の電極は、可視光を透過する機能を有し、且つ第2の電極と第1の領域との間に位置し、第2の電極は、可視光を反射する機能を有することが好ましい。
また、上記において、第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタを覆う第1の絶縁層と、を有することが好ましい。このとき、第1のトランジスタは、発光素子と電気的に接続され、第1の絶縁層は、第1の開口を有し、第1の領域は、第1の開口の内側に位置することが好ましい。
また、上記において、液晶素子を有することが好ましい。このとき、液晶素子は、第3の電極と、第4の電極と、当該第3の電極と第4の電極の間に液晶と、を有する構成とする。また、第3の電極は、可視光を反射する機能を有し、且つ、第4の電極と第2の領域との間に第2の開口を有することが好ましい。また、第6の部分から射出される光は、第2の開口を介して射出されることが好ましい。
また、上記において、第2のトランジスタと、当該第2のトランジスタを覆う第2の絶縁層と、を有することが好ましい。このとき、第2のトランジスタは、液晶素子と電気的に接続され、第2の絶縁層は、第3の開口を有し、第2の領域は、第3の開口の内側に位置することが好ましい。
また、上記において、第1の領域と、第2の領域との間に、接着層を有することが好ましい。
また、上記において、第2の部分は、可視光を反射し、且つ、筒状の形状を有する第1の光反射層と、当該第1の光反射層の内側に第1の樹脂層と、を有することが好ましい。さらに、第1の光反射層の内側の面は、第1の部分側から第3の部分側にかけて、連続的に径が大きくなる凸曲面を有することが好ましい。
また、上記において、第5の部分は、可視光を反射し、且つ筒状の形状を有する第2の光反射層と、当該第2の光反射層の内側に第2の樹脂層と、を有することが好ましい。このとき、第2の光反射層の内側の面は、第4の部分側から第6の部分側にかけて、連続的に径が大きくなる凸曲面を有することが好ましい。
また、上記において、第1の領域と、第2の領域との間に位置する着色層を有することが好ましい。または、第1の部分と第3の部分の間、または、第4の部分と第6の部分の間に位置する着色層を有することが好ましい。
本発明の一態様によれば、輝度を高められる表示装置を提供できる。または、信頼性の高い表示装置を提供できる。または、表示装置の表示品位を高めることができる。または、使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示することができる。または、表示装置の消費電力を低減することができる。
なお、本発明の一態様は、必ずしもこれらの効果の全てを有する必要はない。なお、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の作製方法を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、トランジスタの構成例。 実施の形態に係る、表示装置の構成例。 実施の形態に係る、表示装置の回路図。 実施の形態に係る、表示装置の回路図。 実施の形態に係る、表示モジュールの構成例。 実施の形態に係る、電子機器。 実施例に係る、構造モデルを説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor)や薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を含む。
なお、以下では「上」、「下」などの向きを示す表現は、基本的には図面の向きと合わせて用いるものとする。しかしながら、説明を容易にするためなどの目的で、明細書中の「上」または「下」が意味する向きが、図面とは一致しない場合がある。一例としては、積層体等の積層順(または形成順)などを説明する場合に、図面において当該積層体が設けられる側の面(被形成面、支持面、接着面、平坦面など)が当該積層体よりも上側に位置していても、その向きを下、これとは反対の向きを上、などと表現する場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図面を参照して説明する。
[構成例1]
〔構成例1−1〕
図1(A)に、本発明の一態様の表示装置が有する構成を模式的に示した図を示す。
表示装置は、発光部20と、第1の領域11aと、第2の領域11bと、を有する。
発光部20は、可視光を発する部分である。
第1の領域11aは、受光部12aと、集光部13aと、光射出部14aと、を有する。受光部12aは発光部20が発する光20aが入射する部分であり、光射出部14aは集光部13aを透過した光20bを射出する部分である。受光部12aの面積は、光射出部14aよりも大きい。集光部13aは、受光部12aと光射出部14aとの間に位置する。集光部13aはその内部の側面(内壁ともいう)が可視光を反射する機能を有する。
また、集光部13aの内壁は、光射出部14aから受光部12aにかけて連続的に幅が大きくなるように湾曲した形状となっている。言い換えると、集光部13aの発光面に垂直な断面において、対向する一対の内壁の表面が双曲線の一部を切り取ったような形状を有する。
第2の領域11bは、第1の領域11aと概略同様の形状を有する。第2の領域11bは、受光部12bと、集光部13bと、光射出部14bと、を有する。受光部12bは、第1の領域11aの光射出部14aから射出された光20bが入射する部分であり、光射出部14bは、集光部13bを透過した光20cを射出する部分である。
ここで、発光部20の面積を面積S0、受光部12aの面積を面積S1a、光射出部14aの面積を面積S2a、受光部12bの面積を面積S1b、光射出部14bの面積を面積S2bとする。
受光部12bの面積S1bは、受光部12aの面積S1aよりも小さいことが好ましい。また、光射出部14bの面積S2bは、光射出部14aの面積S2aよりも小さいことが好ましい。
発光部20から発せられた光20aの一部は、まず第1の領域11aの受光部12aに入射し、集光部13aを透過して光射出部14aから光20bが射出される。このとき、発光部20から発せられる光20aの輝度(単位面積あたりの光束)よりも、光射出部14aから射出される光20bの輝度が高くなる。
さらに、第1の領域11aの光射出部14aから射出された光20bのほとんどは、受光部12bに入射し、集光部13bを透過して光射出部14bから光20cが射出される。このとき、受光部12bに入射される光20bの輝度よりも、光射出部14bから射出される光20cの輝度が高くなる。
このように、第1の領域11aと第2の領域11bの2つを介して射出される光20cは、発光部20が発する光20aよりも極めて高い輝度となる。また、第1の領域11a及び第2の領域11bを有さない場合(すなわち、光20aがそのまま射出される場合)と比較したとき、同じ輝度を得るために必要な発光部20が発する光20aの輝度を低くすることができる。例えば発光部20にエレクトロルミネセンス素子を用いた場合に、当該素子に流す電流密度を低くできるため、信頼性の低下を抑制することができる。
また、平面視(すなわち表示面側から見たとき)において、光射出部14aは、受光部12bよりも内側に位置することが好ましい。これにより、光射出部14aから射出される光20bのうち、受光部12bに到達する光の割合を高めることが可能で、表示装置の光取り出し効率を向上させることができる。
またこのとき、光射出部14aの面積S2aは、受光部12bの面積S1bよりも小さいことが好ましい。平面視において、受光部12bが光射出部14aを包含するように位置することで、光射出部14aから射出される光20bのうち、受光部12bに到達する光の割合を、より効果的に高めることが可能となる。
また、後述するように、表示装置は第1の領域11aを形成した基板と、第2の領域11bを形成した基板とを、接着層等により貼り合せることで作製することができる。このとき、光射出部14aの面積S2aを受光部12bの面積S1bよりも小さくすることで、貼り合せの際に位置ずれが生じうる場合であっても、許容されるずれ量を大きくとることができる。したがって、表示装置の作製工程における歩留りを高めることができる。
また、発光部20の面積S0は、受光部12aの面積S1aと等しい、または受光部12aの面積S1aよりも小さいことが好ましい。これにより、発光部20から射出される光20aのうち、受光部12aに到達する光の割合を高めることが可能で、表示装置の光取り出し効率を高めることができる。
〔構成例1−2〕
図1(B)には、光反射部30を有する構成を示している。光反射部30は、外光を反射した反射光である光30aを発する機能を有する。
また光反射部30は、第2の領域11bの光射出部14bと重なる開口を有し、当該開口から光20cが射出される。
ここで、光反射部30の面積をS3とする。
ここで、光反射部30が有する開口の面積は、発光部20の面積S0よりも小さいことが好ましい。表示装置は、発光部20が発し、第1の領域11a及び第2の領域11bにより輝度が高められた光20cと、光反射部30で反射される光30aと、により、階調を表現することができる。
ここで、表示に寄与する部分の面積は、発光部20の面積S0(発光面積ともいう)と、光反射部30の面積S3(反射面積ともいう)の和となる。したがって、表示装置の表示領域の面積に対する、表示に寄与する部分の面積の割合を開口率としたとき、開口率を100%より大きく、200%未満とすることができる。すなわち、第1の領域11a及び第2の領域11bを有さない場合に比べて、開口率を極めて大きいものとすることができる。
開口率の好ましい値としては、例えば100%より大きく200%未満、好ましくは120%より大きく200%未満、より好ましくは140%より大きく200%未満である。開口率が高いほど、表示部が表示可能な最大輝度を高めることができる。さらに、開口率が高いほど、発光部に設けられる発光素子の劣化が抑制され、表示装置の信頼性を高めることができる。
また、光反射部30の面積S3は、第2の領域11bの光射出部14bの面積S2bよりも大きいことが好ましい。本発明の一態様では、第1の領域11a及び第2の領域11bにより、発光部20が射出する光20aを集光し、極めて輝度の高い光20cを射出することができるため、光反射部30の面積S3を大きくするほど、表示部が表示可能な最大輝度を高めることが可能となる。
例えば光射出部14bの面積S2bは、光反射部30の面積S3の0.1%以上100%未満、好ましくは0.5%以上50%以下、より好ましくは1%以上20%以下、代表的には2%以上15%以下の範囲とすることが好ましい。
以上が構成例1についての説明である。
[構成例2]
以下では、本発明の一態様のより具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
図2は、本発明の一態様の表示装置10を表示面側からみたときの斜視図である。表示装置10は、基板21と基板31を有する。図2では、基板31を破線で示している。
表示装置10は、基板21と基板31との間に、表示部32、回路部34、配線35等を有する。また、図2では、基板31にIC37とFPC36が実装されている例を示している。そのため、図2に示す表示装置10は、表示モジュールとも呼ぶことができる。
回路部34は、例えば走査線駆動回路として機能する回路を用いることができる。
配線35は、表示部32または回路部34に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、FPC36を介して外部から入力されるか、IC37から入力される。
また、図2では、COG(Chip On Glass)方式等により、基板31にIC37が設けられている例を示している。IC37は、例えば走査線駆動回路、または信号線駆動回路などとしての機能を有するICを適用できる。なおIC37は必要でなければ設けなくてもよい。またIC37は、COF(Chip On Film)方式等により、FPC36に実装してもよい。
〔断面構成例2−1〕
以下では、本発明の一態様の表示装置の断面構成例について説明する。
図3に、以下で例示する断面構成例を示す。図3は、図2で示した表示装置10の表示部32の一部の断面構成の一例である。また、図3に示す構成は、図1(A)で例示した構成に対応した、より具体的な断面構成例である。
表示装置10は、基板21と基板31の間に、発光素子60、トランジスタ70、第1の領域11a、及び第2の領域11bを有する。また第1の領域11aと第2の領域11bとの間に、接着層99を有する。
トランジスタ70は、ゲートとして機能する導電層71と、半導体層72と、一部がゲート絶縁層として機能する絶縁層82と、ソース又はドレインの一方として機能する導電層73aと、ソース又はドレインの他方として機能する導電層73bと、を有する。また、トランジスタ70は、一部が第2のゲート絶縁層として機能する絶縁層83と、第2のゲートとして機能する導電層74と、を有する。
トランジスタ70は、絶縁層81の基板21側の面上に設けられている。絶縁層81の基板21側には、それぞれトランジスタ70のゲート絶縁層として機能する絶縁層82及び絶縁層83と、トランジスタ70を覆う絶縁層84、絶縁層85、絶縁層86、絶縁層87等が設けられている。
発光素子60は、導電層61と、導電層63と、これらの間に位置するEL層62と、を有する。また導電層63を覆って絶縁層64が設けられている。導電層61は可視光を透過する機能を有し、導電層63は可視光を反射する機能を有する。すなわち、発光素子60は、被形成面側に光を射出する、いわゆるボトムエミッション型の発光素子である。
導電層61は、絶縁層86の基板21側に設けられている。導電層61は、絶縁層86、絶縁層85、絶縁層84、及び絶縁層83に設けられた開口を介して、導電層73bと電気的に接続され、これにより、発光素子60とトランジスタ70とが電気的に接続されている。
また、絶縁層64と基板21とは、接着層89により貼り合わされている。
基板31の基板21側の面には、絶縁層96と絶縁層97とが積層して設けられている。また、絶縁層97と絶縁層81とは、接着層99により貼り合わされている。
絶縁層85、絶縁層86、及び絶縁層87は、それぞれ平坦化膜として機能することが好ましく、有機樹脂を含むことが好ましい。また、絶縁層81、絶縁層82、絶縁層83、絶縁層84は、それぞれ無機絶縁性材料を含むことが好ましい。
第1の領域11a及び第2の領域11bは、発光素子60と重なる位置に設けられている。以下、第1の領域11aの構成について説明する。図4に、第1の領域11a、第2の領域11b、及びその近傍の拡大図を示す。
絶縁層82と絶縁層83に開口部が設けられ、当該開口部を覆って絶縁層84が設けられている。また、絶縁層84を覆う絶縁層85には、絶縁層82と絶縁層83に設けられた開口部と重なる位置に、開口部が設けられている。さらに、絶縁層85の開口部の側面に沿って、光反射層15aが設けられている。そして、絶縁層85の開口部を埋めるように、絶縁層86が設けられている。
絶縁層85の開口部は、被形成面側(基板31側)から基板21側にかけて、連続的に径が広がる凸曲面形状を有する。言い換えると、絶縁層85は、側面と被形成面の成す角の角度が、被形成面側から連続的に小さくなる、いわゆるテーパ形状を有する。したがって、絶縁層85の開口部の側面に沿って設けられる光反射層15aの表面も同様の形状となる。すなわち、光反射層15aの表面は、基板31側から基板21側にかけて、連続的に径が広がる凸曲面を有する。
受光部12aは、光反射層15aの湾曲した表面に囲まれた領域のうち、基板21側の端部に相当する。より具体的には、光反射層15aの表面に接する平面と、表示面に平行な面との成す角(以下、傾斜角ともいう)が角度θである光反射層15aの表面上の点を結ぶ閉曲線に囲まれた領域を、受光部12aとすることができる。ここで、上述した表示面に平行な面に代えて、基板21の表面、基板31の表面、絶縁層81の表面、導電層61の表面を、光反射層15aの表面の傾斜角を推し量るための基準面としてもよい。また、上記角度θは、45度よりも大きく、90度以下とすることができる。
また、光反射層15aは、その表面の傾斜角が50度以上、好ましくは60度以上、より好ましくは70度以上、さらに好ましくは80度以上であって、90度以下である部分を有することが好ましい。傾斜角が90度に近いほど、集光部13aにおける光の反射頻度が低減するため好ましい。
または、単に光反射層15aの基板21側の端部を結ぶ閉曲線に囲まれた領域を、受光部12aとしてもよい。
光射出部14aは、光反射層15aの基板31側の端部を結ぶ閉曲線に囲まれた領域に相当する。
集光部13aは、受光部12aと、光射出部14aの間の領域に相当する。
光射出部14aの面積と受光部12aの面積の差が大きいほど、光射出部14aから射出される光の強度を高めることができる。例えば、受光部12aの面積は、光射出部14aの面積の1倍よりも大きく100倍以下、好ましくは1.5倍以上50倍以下、より好ましくは2倍以上25倍以下とすることが好ましい。
また、第1の領域11aの高さが高いほど好ましい。言い換えると、受光部12aと光射出部14aの間の距離、または集光部13aの高さが大きいほど好ましい。例えば、第1の領域11aは、断面において、光射出部14aの幅に対する、第1の領域11aの高さの比が、0.5以上10以下、好ましくは0.6以上5以下、より好ましくは、0.7以上3以下である部分を有することが好ましい。
また、集光部13aに位置する絶縁層86は、屈折率が高いことが好ましい。より具体的には、絶縁層86は、絶縁層85、絶縁層83、絶縁層82、絶縁層81、接着層99の少なくとも一よりも屈折率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、絶対屈折率が1よりも大きく2.5以下、好ましくは1.2以上2.0以下、より好ましくは、1.3以上1.9以下である材料を用いることが好ましい。
光反射層15aとしては、可視光領域の光に対する反射率の高い材料を用いることが好ましい。例えば、アルミニウムまたは銀を含む材料を用いることが好ましい。
以上が、第1の領域11aについての説明である。
図4に示すように、第2の領域11bは、絶縁層96に設けられた開口部と、絶縁層96の開口部の側面に沿って設けられた光反射層15bと、絶縁層96の開口部を埋めるように設けられた絶縁層97の一部と、により形成されている。
第2の領域11bは、受光部12b、集光部13b、及び光射出部14bを有する。第2の領域11bの好ましい形状や、構成については、上記第1の領域11aの説明を援用できる。
図4では、光反射層15bの表面の傾斜角が十分に大きい例を示している。図4に示す第2の領域11bは、光反射層15bの基板21側の端部を結ぶ閉曲線に囲まれた領域を、受光部12bとしている。
ここで、第1の領域11aの光射出部14aから、第2の領域11bの受光部12bまでの距離を距離Lとする。このとき、距離Lが小さいほど、光射出部14aから射出される光のうち、受光部12bに到達する光の割合を高めることができる。
距離Lの好ましい値は、光射出部14a及び受光部12bの形状や大きさによって異なるが、例えば10nm以上20μm以下、好ましくは20nm以上10μm以下、より好ましくは50nm以上5μm以下、さらに好ましくは100nm以上2μm以下とすることができる。なお、光取り出し効率の観点から距離Lは短いほど好ましく、実現可能であれば10nm未満とすることがより好ましい。
図3に示す構成では、絶縁層82及び絶縁層83の一部が開口され、発光素子60の光路上に位置しない例を示している。このように、発光素子60の光路上に存在する界面の数を出来るだけ減らすことで、界面散乱の影響を低減し、光取り出し効率を高めることができる。
また、絶縁層84が絶縁層82及び絶縁層83の開口部における側面を覆って設けられている。これにより、絶縁層82及び絶縁層83の側面が露出しないため、絶縁層81と絶縁層82の界面、または絶縁層82と絶縁層83の界面を経由し、不純物がトランジスタ70へ拡散することを防ぐことができる。
ここで、第1の領域11aの受光部12aは、発光素子60の発光領域の面積よりも大きく、且つ平面視において発光素子60の発光領域を包含するように位置している。また、第2の領域11bの受光部12bは、第1の領域11aの光射出部14aの面積よりも大きく、且つ平面視において光射出部14aを包含するように位置している。
以上が、断面構成例2−1についての説明である。
〔断面構成例2−2〕
以下では、本発明の一態様の表示装置の例として、反射型の液晶素子と、発光素子の両方を有し、発光モード、反射モード、およびハイブリッドモードの表示を行うことのできる、表示装置(表示パネル)の例を説明する。このような表示パネルを、ER−Hybrid Display(Emission and Reflection Hybrid Display、または、Emission/Reflection Hybrid Display)とも呼ぶことができる。
このような表示パネルの一例としては、可視光を反射する電極を備える液晶素子と、発光素子とを積層して配置した構成が挙げられる。このとき、可視光を反射する電極が開口を有し、当該開口と発光素子とが重ねて配置されていることが好ましい。これにより、発光モードでは当該開口を介して発光素子からの光が射出されるように駆動することができる。また、平面視において、液晶素子と発光素子を並べて配置した場合と比べて、これらを積層して配置することで、液晶素子と発光素子の両方を有する画素の大きさを小さくすることができるため、より高精細な表示装置を実現できる。
このような表示パネルは、屋外など外光の明るい場所では反射モードで表示することにより、極めて電力消費が低い駆動を行うことができる。また夜間や室内など外光が暗い場所では、発光モードで表示することにより、最適な輝度で画像を表示することができる。さらに、発光モードと反射モードの両方のモードで表示することにより、極めて外光が明るい場所であっても従来の表示パネルに比べて、低い消費電力で、且つコントラストの高い表示を行うことができる。
図5に、以下で例示する断面構成例を示す。図5に示す構成は、図1(B)で示した構成に対応した、より具体的な断面構成例である。また、図5に示す構成は、図3で例示した構成と比較して、接着層99と基板31の間の構成が主に相違している。なお、図5では、図3で示したトランジスタ70に代えて、トランジスタ70aを有する。
表示装置は、接着層99と基板31との間に、液晶素子40、接続部80、トランジスタ70b、第2の領域11b、着色層54等を有する。トランジスタ70bと液晶素子40の間には、絶縁層91及び絶縁層92が設けられている。
トランジスタ70bは、絶縁層92の基板21側の面に設けられている。絶縁層92の基板21側には、絶縁層93、絶縁層94、絶縁層95、絶縁層96、絶縁層97等が積層して設けられている。絶縁層93および絶縁層94は、それぞれ一部がトランジスタ70bのゲート絶縁層として機能する。絶縁層96及び絶縁層97は、それぞれ平坦化層として機能することが好ましい。
絶縁層92の基板31側には、導電層23aと導電層23bが積層して設けられている。また導電層23aと導電層23bを覆って、絶縁層91が設けられている。また、導電層23aの基板31側には、配向膜26aが設けられている。一方、基板31の基板21側の面には、導電層25と配向膜26bが積層して設けられている。配向膜26aと配向膜26bの間に、液晶24が挟持されている。導電層23a、液晶24、及び導電層25により液晶素子40が構成されている。
また表示装置は、絶縁層91の両面に設けられる導電層同士を電気的に接続する接続部80を有する。図5では、接続部80が、絶縁層91及び絶縁層92に設けられた開口と、当該開口に位置し、トランジスタ70b等のゲートと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、を有する構成を示している。トランジスタ70bのソース又はドレインの一方と導電層23bは、接続部80を介して電気的に接続されている。
図5に示すように、接続部80と重なる領域において、導電層23aの表面が平坦であるため、接続部80が設けられる部分も液晶素子40の表示領域として機能させることができる。特に高精細な表示装置においては、一つの画素の占有面積に対する接続部80の面積の割合が高くなるため、この領域を表示領域として使用できることで、高い開口率を実現することができる。
導電層23aは、可視光を透過する機能を有する。また導電層23bは、可視光を反射する機能を有する。したがって液晶素子40は、反射型の液晶素子として機能する。
また、可視光を反射する導電層23bには、発光素子60、第1の領域11a、及び第2の領域11bと重なる領域において、開口部が設けられている。発光素子60から射出された光は、当該開口部、及び可視光を透過する導電層23a等を介して、基板31側に射出される。
第2の領域11bの構成について説明する。上述した導電層23bの開口部を覆って絶縁層91が設けられている。また当該開口部と重なる位置に、絶縁層92、絶縁層93、及び絶縁層94に開口部が形成され、当該開口部における側面を覆って絶縁層95が設けられている。また、絶縁層96には、絶縁層92、絶縁層93、及び絶縁層94の開口部と重なる位置に、開口部が設けられている。さらに、絶縁層96の開口部の側面、及び絶縁層95の側面に沿って、光反射層15bが設けられている。そして、絶縁層96の開口部を埋めるように、絶縁層87が設けられている。
第2の領域11bは、受光部12b、集光部13b、及び光射出部14bを有する。第2の領域11bの好ましい形状や、構成については、上記の説明を援用できる。
第1の領域11aと第2の領域11bとの間には、着色層54が設けられている。着色層54は、絶縁層97の基板21側の面に設けられている。
図5に示す表示装置は、発光素子60と電気的に接続するトランジスタ70aと、液晶素子40と電気的に接続するトランジスタ70bを有するため、液晶素子40と発光素子60をそれぞれ独立に制御することが可能である。
図5では、液晶素子40と基板31との間に着色層を有さない構成としたが、図6に示すように、着色層54aを有する構成としてもよい。またこのとき、着色層54aと導電層25との間に、平坦化層として機能する絶縁層98を有することが好ましい。またこのとき、着色層54を有さない構成としてもよく、その場合には第1の領域11aと第2の領域11bの間の距離を縮小することが可能となる。
[作製方法例]
以下では、本発明の一態様の表示装置の作製方法の一例について、図面を参照して説明する。ここでは、上記断面構成例2−2及び図5で例示した表示装置の作製方法について説明する。
図7〜13に示す各図は、以下で説明する作製方法に係る、工程の各段階における断面概略図である。
なお、表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulse Laser Deposition)法、原子層成膜(ALD:Atomic Layer Deposition)法等を用いて形成することができる。CVD法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD)法や、熱CVD法でもよい。熱CVD法の例として、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法を使ってもよい。
また、表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
また、表示装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。
フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線やKrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外光(EUV:Extreme Ultra−violet)やX線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
〔剥離層43a、絶縁層81の形成〕
まず、支持基板44a上に、剥離層43aと絶縁層81を形成する(図7(A))。
支持基板44aとしては、装置内または装置間における搬送が容易な程度に剛性を有する基板を用いることができる。また、作製工程にかかる熱に対して耐熱性を有する基板を用いる。例えば、厚さ0.3mm以上1mm以下のガラス基板を用いることができる。
剥離層43a及び絶縁層81に用いる材料としては、剥離層43aと絶縁層81の界面、または剥離層43a中で剥離が生じるような材料を選択することができる。
例えば、剥離層43aとしてタングステンなどの高融点金属材料を含む層と、当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、絶縁層82として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの無機絶縁材料の層を積層して用いることができる。なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。剥離層43aに高融点金属材料を用いると、その後の工程において、高い温度での処理が可能となるため、材料や形成方法の選択の自由度が高まるため好ましい。
剥離層43aとして、タングステンと酸化タングステンの積層構造を用いた場合では、タングステンと酸化タングステンの界面、酸化タングステン中、または酸化タングステンと絶縁層82の界面で剥離することができる。
または剥離層43aとして、有機樹脂を用い、支持基板44aと剥離層43aとの界面、または剥離層43a中、または剥離層43aと絶縁層81の界面で剥離する構成としてもよい。
剥離層43aとしては、代表的にはポリイミド樹脂を用いることができる。ポリイミド樹脂は、耐熱性に優れるため好ましい。なお、剥離層43aとしては、このほかにアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。
有機樹脂を含む剥離層43aは、まずスピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により、樹脂前駆体と溶媒の混合材料を支持基板44a上に形成する。その後、加熱処理を行うことにより、溶媒等が除去しつつ、材料を硬化させ、有機樹脂を含む剥離層43aを形成することができる。
例えば、剥離層43aにポリイミドを用いる場合には、脱水によりイミド結合が生じる樹脂前駆体を用いることができる。または、可溶性のポリイミド樹脂を含む材料を用いてもよい。
剥離層43aに有機樹脂を用いる場合、感光性、または非感光性のいずれの樹脂を用いてもよい。感光性のポリイミドは、表示パネルの平坦化膜等に好適に用いられる材料であるため、形成装置や材料を共有することができる。そのため本発明の一態様の構成を実現するために新たな装置や材料を必要としない。また、感光性の樹脂材料を用いることにより、露光及び現像処理を施すことで、剥離層43aを加工することが可能となる。例えば、開口部を形成することや、不要な部分を除去することができる。さらに露光方法や露光条件を最適化することで、表面に凹凸形状を形成することも可能となる。例えばハーフトーンマスクやグレートーンマスクを用いた露光技術や、多重露光技術などを用いればよい。
剥離層43aに有機樹脂を用いた場合、剥離層43aを局所的に加熱することにより、剥離性を向上させることができる場合がある。例えば、加熱方法としてレーザ光を照射することが挙げられる。このとき、レーザ光に線状のレーザを用い、これを走査することにより、レーザ光を照射することが好ましい。これにより、支持基板の面積を大きくした際の工程時間を短縮することができる。レーザ光としては、波長308nmのエキシマレーザを好適に用いることができる。
または、剥離層43aに接して、酸素、水素、または水などを含む層を設け、加熱処理により剥離層43a中、または剥離層43aと当該層との界面に酸素、水素、または水などを供給することにより、剥離性を向上させてもよい。これにより、レーザ装置等を用いる必要が無いため、より低コストで表示装置を作製することができる。
また、剥離後に、発光素子60や液晶素子40の光の経路上に剥離層43aが残存する場合がある。剥離層43aが可視光の一部を吸収する場合には、剥離層43aを透過した光が着色してしまう場合があるため、剥離を行った後に、これを除去することが好ましい。例えば、酸素を含む雰囲気下におけるプラズマ処理(アッシング処理ともいう)等で、残存した剥離層43aを除去することができる。
〔トランジスタ70aの形成〕
続いて、絶縁層81上に導電層71を形成する。導電層71は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
続いて、絶縁層81及び導電層71を覆って絶縁層82を形成する。
続いて、半導体層72を形成する。半導体層72は、半導体膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該半導体膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
続いて、導電層73a及び導電層73bを形成する。導電層73a及び導電層73bは、導電層71と同様の方法により形成できる。
続いて、絶縁層82、導電層73a、導電層73b、及び半導体層72を覆って絶縁層83を形成する。
続いて、絶縁層83上に半導体層72と重なる導電層74を形成する。導電層74は、導電層71と同様の方法により形成できる。
以上の工程により、トランジスタ70aを形成することができる(図7(B))。
〔開口部の形成〕
続いて、絶縁層83及び絶縁層82に開口部を形成する。開口部は、絶縁層83上にレジストマスクを形成し、絶縁層83及び絶縁層82を順にエッチングすることにより形成できる。このとき、絶縁層81がエッチングにより消失しない条件でエッチングを行うことが好ましい。なお、後に形成する絶縁層84と剥離層43aとの間で剥離が可能な場合や、剥離層43aと支持基板44aとの間で剥離を行う場合には、絶縁層81もエッチングにより除去してもよい。
〔絶縁層84の形成〕
続いて、トランジスタ70aを覆う絶縁層84を形成する(図7(C))。絶縁層84は、上記絶縁層83及び絶縁層82の開口部における側面を覆って設ける。
絶縁層84には、水や水素などが拡散しにくい材料を用いることが好ましい。例えば、絶縁層84として、無機絶縁膜を用いることができる。絶縁層84として、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、または窒化酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料の層を、単層で、または積層して用いることができる。これにより、絶縁層84はトランジスタ70aの保護層として機能する。
なお、図7(C)に示すように、絶縁層82及び絶縁層83の開口部における側面がテーパ形状を有するように、絶縁層82及び絶縁層83が加工されていることが好ましい。これにより、絶縁層82及び絶縁層83の側面を覆う絶縁層84の一部を、図7(C)に示すように傾斜させることができる。
〔絶縁層85、光反射層15aの形成〕
続いて、絶縁層84を覆って、開口部を有する絶縁層85を形成する。絶縁層85に感光性の材料を用いることで、フォトリソグラフィ法等により開口部を形成することができる。なお絶縁層85として、絶縁膜を成膜した後に、レジストマスクを用いて当該絶縁膜の一部をエッチングして開口部を形成してもよい。絶縁層85に有機絶縁材料を用いると、その上面の平坦性を高めることができるため好ましい。
このように、トランジスタ70aを覆う絶縁層として、無機絶縁材料を含む絶縁層84と、有機絶縁材料を含む絶縁層85の積層構造を有する構成とすることで、バリア性と平坦性を両立できるため好ましい。
また、絶縁層85に有機絶縁材料を用いることで、絶縁層84の開口部近傍の形状を、なだらかな曲面形状にすることが容易となる。
続いて、光反射層15aを形成する(図7(D))。光反射層15aは、光反射性の膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該光反射性の膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
光反射層15aに用いる光反射性の膜としては、例えば金属膜または合金膜を用いることができる。
〔絶縁層86の形成〕
続いて、絶縁層85、光反射層15aを覆って絶縁層86を形成する(図7(E))。絶縁層86は、絶縁層82、絶縁層83、及び絶縁層85に形成された開口部と重なる部分において、凹部を埋めるように形成する。絶縁層86として、有機絶縁材料を用いると、凹部の埋め込み性と、表面の平坦性を高めることができるため好ましい。
絶縁層86を形成することにより、第1の領域11aが形成される。
〔導電層61、絶縁層87の形成〕
続いて、絶縁層86、絶縁層85、絶縁層84、及び絶縁層83に、導電層73b等に達する開口を形成する。
続いて、絶縁層86上に導電層73bと電気的に接続する導電層61を形成する。導電層61は、導電層71等と同様の方法により形成できる。
続いて、導電層61の端部を覆う絶縁層87を形成する(図8(A))。絶縁層87は、絶縁層85等と同様の方法により形成できる。
〔発光素子60の形成〕
続いて、導電層61の上面が露出した部分、及び絶縁層87上に、EL層62、導電層63を積層して形成する。これにより、発光素子60が形成される。
EL層62は、代表的には蒸着法により形成できる。EL層62のうち、少なくとも一つの層を、画素間で作り分ける場合には、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた蒸着法を用いて形成することができる。また、EL層62は、インクジェット法等を用いて形成してもよい。
〔絶縁層64の形成〕
続いて、導電層63上に絶縁層64を形成することが好ましい。絶縁層64は、スパッタリング法やALD法などの、形成温度を低くしても緻密な膜を形成できる成膜方法を用いることが好ましい。また、無機絶縁材料を含む膜と、有機絶縁材料を含む膜の積層構造としてもよい。
例えば、導電層63上にスパッタリング法により絶縁膜を成膜し、この上にALD法によりさらに絶縁膜を成膜することで、積層構造を有する絶縁層64とすることが好ましい。スパッタリング法は、成膜速度を高めることが容易であるため、十分なバリア性能が得られる程度に厚い絶縁膜を形成するのに適している。さらに、ALD法は、極めて段差被覆性が高い成膜方法であるため、スパッタリング法により形成した絶縁膜のピンホールや欠陥を埋めることができる。このような方法により、極めてバリア性に優れた絶縁層64を形成することができる。
〔基板21の貼り合せ〕
続いて、絶縁層64と基板21とを、接着層89を用いて貼り合せる(図8(C))。接着層89としては、硬化性の樹脂等を用いることができる。
〔支持基板44aの剥離〕
続いて、絶縁層81と剥離層43aとの間で剥離することにより、支持基板44a及び剥離層43aを除去する(図9(A))。
絶縁層81と支持基板44aとを剥離する方法としては、機械的な力を加えることや、剥離層をエッチングすること、または支持基板44aの端部に液体を滴下する、または支持基板44aを液体に含浸させるなどし、剥離界面に液体を浸透させることなどが、一例として挙げられる。または、剥離界面を形成する2層の熱膨張率の違いを利用し、支持基板44aを加熱または冷却することにより剥離を行ってもよい。
また、剥離を行う前に、剥離界面の一部を露出させる処理を行ってもよい。例えばレーザや鋭利な部材などにより、剥離層43a上の絶縁層81の一部を除去する。これにより、絶縁層81が除去された部分を出発点(起点)として、剥離を進行させることができる。
また、上述したように、剥離層43aにレーザ光を照射することで、剥離性を高めてもよい。または、剥離層43aの形成後から、剥離工程まで間の工程で、加熱処理を行うことで、剥離性を向上させてもよい。
剥離を終えた後、絶縁層81の表面に剥離層43aの一部が残存している場合がある。その場合、残存した剥離層43aを洗浄、エッチング、プラズマ処理、または拭き取りなどを行うことにより除去してもよい。また、残存した剥離層43aが表示装置10の動作や、表示品位に影響のない場合には、除去しなくてもよい。その場合には、絶縁層81と後述する接着層99との間に、剥離層43aに含まれる元素を含む層が残存する。
この段階における断面概略図が、図9(B)に相当する。
〔剥離層43b、絶縁層45の形成〕
支持基板44b上に、剥離層43bと、絶縁層45を積層して形成する。
支持基板44bは、上記支持基板44aと同様の基板を用いることができる。また、剥離層43b及び絶縁層45は、上記剥離層43aまたは絶縁層81と同様の方法により形成することができる。
〔導電層23a及び導電層23bの形成〕
続いて、絶縁層45上に導電層23aを形成する。導電層23aとしては、酸化物導電性材料を用いることが好ましい。導電層23aとして酸化物導電性材料を用いることで、後述する第2の領域11bと重なる領域に導電層23aが位置していても、光を透過させることができる。導電層23aとしては、例えば金属酸化物や、低抵抗化された酸化物半導体材料を用いることができる。
導電層23aに酸化物半導体材料を用いる場合には、プラズマ処理や熱処理等により、酸化物半導体材料中に酸素欠損を生じさせることによりキャリア密度を高めてもよい。また酸化物半導体材料中に、水素や窒素の他、アルゴンなどの希ガス等の不純物を導入することによりキャリア密度を高めてもよい。また導電層23a上に形成する導電層23bとして、酸素が拡散しやすい材料を用いることで、酸化物半導体中の酸素を低減させてもよい。なお、上述した方法を二以上適用してもよい。
続いて、導電層23a上に開口部を有する導電層23bを形成する(図10(A))。導電層23bとしては、金属、または合金材料含む単層構造、または積層構造を用いることができる。導電層23bとして積層構造を用いる場合には、導電層23aと接する層に、それ以外の層よりも反射率の高い材料を用いることが好ましい。
〔絶縁層91、絶縁層92の形成〕
続いて、導電層23a及び導電層23bを覆って絶縁層91及び絶縁層92を積層して形成する(図10(B))。絶縁層91及び絶縁層92には、それぞれ無機絶縁材料を用いることが好ましい。
なお、図10(B)等では、絶縁層92の上面が平坦であるように示したが、実際には下側に設けられる層の上面形状を反映した凹凸形状を有していてもよい。
〔接続部80の形成〕
続いて、絶縁層92及び絶縁層91に、導電層23bに達する開口部を形成する。
続いて、絶縁層92上に導電層71を形成する。このとき同時に、絶縁層92及び絶縁層91に設けられた開口部と重なる部分に、導電層23bと電気的に接続される導電層を形成する。これにより、接続部80を形成することができる(図10(C))。
〔トランジスタ70bの形成〕
続いて、絶縁層93、半導体層72、導電層73a、導電層73b、絶縁層94、及び導電層74を形成することにより、トランジスタ70bを形成する(図10(D))。
絶縁層93及び絶縁層94は、上記絶縁層82または絶縁層83と同様の方法により形成することができる。
〔開口部の形成〕
続いて、絶縁層94、絶縁層93、及び絶縁層92に開口部を形成する。開口部は、絶縁層94上にレジストマスクを形成し、絶縁層94、絶縁層93及び絶縁層92を順にエッチングすることにより形成できる。このとき、絶縁層91がエッチングにより消失しない条件でエッチングを行うことが好ましい。
〔絶縁層95の形成〕
続いて、トランジスタ70bを覆う絶縁層95を形成する(図10(E))。絶縁層95は、絶縁層94、絶縁層93、及び絶縁層92の開口部における側面を覆って設ける。絶縁層95としては、上記絶縁層84と同様の方法により形成することができる。
〔絶縁層96、光反射層15bの形成〕
続いて、絶縁層95を覆って、開口部を有する絶縁層96を形成する。絶縁層96は、上記絶縁層85と同様の方法により形成することができる。
続いて、絶縁層96の開口部に位置する光反射層15bを形成する(図11(A))。光反射層15bは、上記光反射層15aと同様の方法により形成することができる。
〔絶縁層97の形成〕
続いて、絶縁層96、光反射層15bを覆って絶縁層97を形成する。絶縁層97は、絶縁層92、絶縁層93、絶縁層94、及び絶縁層96に形成された開口部と重なる部分において、凹部を埋めるように形成する。絶縁層97は、絶縁層86と同様の方法により形成することができる。
絶縁層96を形成することにより、第2の領域11bが形成される。
続いて、絶縁層96上に着色層54を形成する(図11(B))。着色層54は、絶縁層85等と同様の方法により形成できる。
〔支持基板44cの貼り合せ〕
続いて、接着層46aを用いて、支持基板44cと絶縁層97とを貼り合せる。支持基板44cは、上記支持基板44a等と同様の材料を用いることができる。また、接着層46aは、後に容易に剥がすことのできる材料を用いることが好ましい。たとえば、接着層46aとして粘着性の材料、両面テープ、シリコーンシート、または水溶性の接着剤などを用いることができる。
〔支持基板44bの剥離〕
続いて、剥離層43bと絶縁層45との間で剥離し、支持基板44b及び剥離層43bを除去する(図11(C))。
〔絶縁層45の除去〕
続いて、絶縁層45を除去する。絶縁層45は、例えばドライエッチング法またはウェットエッチング法により、除去することができる。絶縁層45を除去することで、導電層23bの表面が露出する。
なお、絶縁層45が透光性を有する場合には、これを除去しなくてもよい。その場合、絶縁層45が厚すぎると、液晶素子40の駆動電圧が上昇してしまう恐れがあるため、上記エッチング法により薄膜化してもよい。
〔配向膜26aの形成〕
続いて、導電層23a上に配向膜26aを形成する(図12(A))。配向膜26aは、薄膜を成膜した後に、ラビング処理を行うことによりすることができる。
なお、絶縁層45として有機樹脂を用いた場合には、これを除去せずにラビング処理することで、配向膜26aとしてもよい。または、剥離層43bに有機樹脂を用い、剥離層43bと支持基板44bとの間で剥離した場合には、剥離層43bを除去せずにラビング処理することで、配向膜26aとしてもよい。このとき、絶縁層45はあらかじめ薄く形成しておくか、絶縁層45を設けないことが好ましい。
〔基板31の準備〕
続いて、あらかじめ基板31上に導電層25、及び配向膜26b等を形成した基板を準備する。導電層25及び配向膜26bは、それぞれ導電層23aまたは配向膜26aと同様の方法により形成すればよい。
〔支持基板44cと基板31の貼り合せ〕
続いて、支持基板44cと基板31のいずれか一方、または両方に、これらを接着する接着層(図示しない)を形成する。接着層は、画素が配置されている領域を囲むように形成する。接着層は、例えばスクリーン印刷法や、ディスペンス法等により形成することができる。接着層としては、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂等を用いることができる。また、紫外線により仮硬化した後に、熱を加えることにより硬化する樹脂などを用いてもよい。または、接着層として、紫外線硬化性と熱硬化性の両方を有する樹脂などを用いてもよい。
続いて、液晶24を含む組成物をディスペンス法等により接着層に囲まれた領域に滴下する。また、当該組成物にカイラル剤等が含まれていてもよい。
続いて、液晶24を挟むように支持基板44cと基板31とを貼り合せ、接着層を硬化する。貼り合せは、減圧雰囲気下で行うと支持基板44cと基板31の間に気泡等が混入することを防ぐことができるため好ましい。
なお、液晶24を含む組成物は、支持基板44cと基板31を貼り合せた後に、減圧雰囲気下において、接着層に設けた隙間から注入する方法を用いてもよい。また、液晶24を含む組成物の滴下後に粒状のギャップスペーサを画素が配置されている領域や、当該領域の外側に配置してもよいし、当該ギャップスペーサを含む組成物を滴下してもよい。
基板31と支持基板44cとを貼り合せることにより、液晶素子40が形成される。この段階における断面概略図が図12(B)に相当する。
〔支持基板44cの除去〕
続いて、接着層46aと支持基板44cを除去する。
この段階における断面概略図が、図12(C)に相当する。
〔基板21と基板31の貼り合せ〕
最後に、図13に示すように、接着層99を挟んで基板21と基板31とを貼り合せた後、接着層99を硬化させる。
接着層99は、基板21と基板31のいずれか一方、または両方に塗布することで形成すればよい。例えば、スクリーン印刷法や、ディスペンス法等により形成することができる。または、接着層99として、例えば、シート状もしくはフィルム状の接着剤を用いてもよい。例えば、OCA(optical clear adhesive)フィルムを好適に用いることができる。
以上の工程により、図5に示す表示装置を作製することができる。
[変形例]
以下では、上記断面構成例2と、一部の構成の異なる断面構成の一例について説明する。
〔変形例1〕
図14(A)は、表示装置の接着層99と液晶24の間の部分を抜き出した断面構成を示している。図14(A)に示す構成は、図5で例示した構成と比較して、絶縁層96を有さない点で主に相違している。
図14(A)において、光反射層15bは、開口部に位置する絶縁層95の一部を覆って設けられている。このような構成とすることで、絶縁層96を省略できるため、作製コストを低減することができ、また厚さの薄い表示装置を実現できる。
〔変形例2〕
図14(B)に示す構成は、図5に示す構成と比較して、着色層54の位置が異なる点で主に相違している。
着色層54は、絶縁層97と絶縁層95の間に位置している。さらに、着色層54は、絶縁層92、絶縁層93、絶縁層94、及び絶縁層96により形成された開口部を埋めるように形成されている。着色層54の一部は、光反射層15bと接して設けられている。
このような構成により、着色層54を絶縁層97の表面から突出して形成する必要がないため、厚さの薄い表示装置を実現できる。
また、光反射層15bにより繰り返し反射する光は、着色層54の内部を透過するため、より色純度の高い光を射出することが可能となる。
〔変形例3〕
図14(C)に示す構成は、図5に示す構成と比較して、絶縁層96を有さない点、及び着色層54の位置が異なる点で、主に相違している。
図14(C)では、着色層54が絶縁層97と絶縁層95の間に位置している。さらに、着色層54は、絶縁層92、絶縁層93、及び絶縁層94により形成された開口部を埋めるように形成されている。着色層54の一部は、光反射層15bと接して設けられている。これにより、厚さの薄い表示装置を実現できる。
また、光反射層15bにより繰り返し反射する光は、着色層54の内部を透過するため、より色純度の高い光を射出することが可能となる。
〔変形例4〕
図15(A)には、基板21と接着層99の間の部分を抜き出した断面構成を示している。図15(A)に示す構成は、図5で例示した構成と比較して、着色層54を有する点で主に相違している。
着色層54は、絶縁層84と絶縁層86の間に位置している。さらに、着色層54は、絶縁層82、絶縁層83、及び絶縁層85により形成された開口部を埋めるように形成されている。着色層54の一部は、光反射層15aと接して設けられている。
このような構成とすることで、第1の領域11aから射出される光が、着色された状態で射出される。また、着色層54と発光素子60との間の距離を近づけることが可能なため、隣接画素間における混色を効果的に抑制することができる。
〔変形例5〕
図15(B)に示す構成は、図5に示す構成と比較して、絶縁層86の形状が異なる点で主に相違している。
図15(B)では、絶縁層86が絶縁層82、絶縁層83、及び絶縁層85により形成される開口部及びその近傍に形成されている。また絶縁層85と絶縁層87は、一部が接して設けられている。
また、絶縁層86は、基板21側に突出した曲面を有する形状を有している。これにより、絶縁層86の基板21側の面に沿って形成される導電層61、EL層62、及び導電層63の一部も同様に、曲面形状を有する。このような構成により、EL層62から発せられる光は、第1の領域11aの中央部に向かって射出されやすくなるため、図5等で例示した構成に比べて、より取り出し効率を高めることができる。
〔変形例6〕
図16に示す構成は、図5に示す構成と比較して、スペーサ51を有する点で主に相違している。
スペーサ51は、導電層23aと配向膜26aとの間に設けられている。配向膜26aは、スペーサ51を覆って設けられている。
スペーサ51は、平面視において、第2の領域11bの光射出部14bを包含するように設けられている。またスペーサ51は、可視光を透過する機能を有する。したがって、図16に示すように発光素子60から射出された光は、スペーサ51を透過して基板31側に射出される。
ここで、図16に示すように、スペーサ51と配向膜26aの界面に到達した光の一部はそのまま透過するが、他の一部は当該界面で反射され、異なる向きに射出される場合がある。このように、発光素子60が射出する光の光路上に、凸形状を有するスペーサ51を配置することで、スペーサ51を散乱体として機能させることができる。その結果、視野角によって輝度や色度が変化してしまう現象を抑制することができ、より効果的に表示品位を向上させることができる。
なお、ここではスペーサ51の表面が、凸曲面形状を有する例を示したが、凹曲面形状を有する構成としてもよい。このとき、スペーサ51の側面に光反射層を形成し、第1の領域11aや第2の領域11bのように、光を集光して射出する機能を付加してもよい。
以上が、変形例についての説明である。
[トランジスタについて]
以下では、本発明の一態様の表示装置に用いることのできる、トランジスタの構成例について説明する。
以下で例示するトランジスタは、上記トランジスタ70、トランジスタ70a、またはトランジスタ70b等に置き換えて用いることができる。
図17(A)に示すトランジスタ110は、ボトムゲート構造のトランジスタである。
トランジスタ110は、絶縁層131上に設けられている。トランジスタ110は、ゲート電極として機能する導電層111と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層132の一部と、半導体層112と、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能する導電層113aと、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能する導電層113bと、を有する。
また、図17(A)では、トランジスタ110を覆う絶縁層133と、平坦化層として機能する絶縁層134と、導電層113bと電気的に接続され、画素電極として機能する導電層121と、導電層121の端部を覆う絶縁層135を示している。
トランジスタ110は、ゲート電極として機能する導電層111が、半導体層112よりも被形成面側(絶縁層131側)に位置する。また、絶縁層132が導電層111を覆って設けられている。また半導体層112は、導電層111を覆って設けられている。半導体層112の導電層111と重なる領域が、チャネル形成領域に相当する。また、導電層113a及び導電層113bは、それぞれ半導体層112の上面及び側端部に接して設けられている。
なお、トランジスタ110は、導電層111よりも半導体層112の幅が大きい場合の例を示している。このような構成により、導電層111と導電層113aまたは導電層113bの間に半導体層112が配置されるため、導電層111と導電層113aまたは導電層113bとの間の寄生容量を小さくすることができる。
トランジスタ110は、チャネルエッチ型のトランジスタであり、トランジスタの占有面積を縮小することが比較的容易であるため、高精細な表示装置に好適に用いることができる。
図17(B)に示したトランジスタ110aは、トランジスタ110と比較して、導電層114及び絶縁層136を有する点で相違している。導電層114は、絶縁層133上に設けられ、半導体層112と重なる領域を有する。また絶縁層136は、導電層114及び絶縁層133を覆って設けられている。
導電層114は、半導体層112を挟んで導電層111とは反対側に位置している。導電層111を第1のゲート電極とした場合、導電層114は、第2のゲート電極として機能することができる。導電層111と導電層114に同じ電位を与えることで、トランジスタ110aのオン電流を高めることができる。また導電層111及び導電層114の一方にしきい値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタ110aのしきい値電圧を制御することができる。
ここで、導電層114として、酸化物を含む導電性材料を用いることが好ましい。これにより、導電層114を構成する導電膜の成膜時に、酸素を含む雰囲気下で成膜することで、絶縁層133に酸素を供給することができる。好適には、成膜ガス中の酸素ガスの割合を90%以上100%以下の範囲とすることが好ましい。絶縁層133に供給された酸素は、後の熱処理により半導体層112に供給され、半導体層112中の酸素欠損の低減を図ることができる。
特に、導電層114には低抵抗化された酸化物半導体を用いることが好ましい。このとき、絶縁層136に水素を放出する絶縁膜、例えば窒化シリコン膜等を用いることが好ましい。絶縁層136の成膜中、またはその後の熱処理によって導電層114中に水素が供給され、導電層114の電気抵抗を効果的に低減することができる。
図17(C)に示すトランジスタ110bは、トップゲート構造のトランジスタである。
トランジスタ110bは、ゲート電極として機能する導電層111が、半導体層112よりも上側(被形成面側とは反対側)に設けられている。また、絶縁層131上に半導体層112が形成されている。また半導体層112上には、絶縁層132及び導電層111が積層して形成されている。また、絶縁層133は、半導体層112の上面及び側端部、絶縁層133の側面、及び導電層111を覆って設けられている。導電層113a及び導電層113bは、絶縁層133上に設けられている。導電層113a及び導電層113bは、絶縁層133に設けられた開口を介して、半導体層112の上面と電気的に接続されている。
なお、ここでは絶縁層132が、導電層111と重ならない部分に存在しない場合の例を示しているが、絶縁層132が半導体層112の上面及び側端部を覆って設けられていてもよい。
トランジスタ110bは、導電層111と導電層113aまたは導電層113bとの物理的な距離を離すことが容易なため、これらの間の寄生容量を低減することが可能である。
図17(D)に示すトランジスタ110cは、トランジスタ110bと比較して、導電層115及び絶縁層137を有している点で相違している。導電層115は絶縁層131上に設けられ、半導体層112と重なる領域を有する。また絶縁層137は、導電層115及び絶縁層131を覆って設けられている。
導電層115は、上記導電層114と同様に第2のゲート電極として機能する。そのため、オン電流を高めることや、しきい値電圧を制御することなどが可能である。
図17(E)には、トランジスタ110とトランジスタ110dとを積層した構成を示している。トランジスタ110dは、一対のゲート電極を有するトランジスタである。
トランジスタ110dは、第1のゲート電極として機能する導電層113bの一部と、第1のゲート絶縁層として機能する絶縁層133の一部と、半導体層112aと、ソース電極及びドレイン電極の一方として機能する導電層113cと、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する導電層113dと、第2のゲート絶縁層として機能する絶縁層136の一部と、第2のゲート電極として機能する導電層114aと、を有する。
このような構成は、特に発光素子を駆動する回路に好適に適用することができる。すなわち、トランジスタ110を、画素の選択、非選択状態を制御するトランジスタ(スイッチングトランジスタ、または選択トランジスタともいう)に用い、トランジスタ110dを発光素子120に流れる電流を制御するトランジスタ(駆動トランジスタともいう)に用いることが好ましい。
図17(E)に示す構成では、導電層114aと同一の導電膜を加工して形成された導電層114bが、絶縁層136に設けられた開口を介して導電層113cと電気的に接続されている。また、導電層121は、絶縁層134に設けられた開口を介して、導電層114bと電気的に接続されている。
[各構成要素について]
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
表示装置が有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板の他に、金属基板等を用いることもできる。金属基板は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示装置の局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、もしくはアルミニウム合金またはステンレス等の合金などを好適に用いることができる。
また、金属基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁膜を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁膜を形成してもよいし、酸素雰囲気で放置する又は加熱するほか、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよい。
可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が30×10−6/K以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示装置も軽量にすることができる。
上記材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維のことを言い、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布または不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。
または、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。または、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
可撓性を有する基板に、表示装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂など)等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁膜が積層されていてもよい。例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いることができる。
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示装置とすることができる。
〔トランジスタ〕
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
なお、本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
また、トランジスタに用いる半導体材料としては、例えば、第14族の元素(シリコン、ゲルマニウム等)、化合物半導体又は金属酸化物を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む金属酸化物などを適用できる。
特にシリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
特に、半導体層として、複数の結晶部を有し、当該結晶部はc軸が半導体層の被形成面、または半導体層の上面に対し概略垂直に配向し、且つ隣接する結晶部間には粒界が確認できない金属酸化物を用いることが好ましい。
このような金属酸化物は、結晶粒界を有さないために表示パネルを湾曲させたときの応力によって金属酸化物膜にクラックが生じてしまうことが抑制される。したがって、可撓性を有し、湾曲させて用いる表示装置などに、このような金属酸化物を好適に用いることができる。
また半導体層としてこのような結晶性を有する金属酸化物を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、シリコンよりもバンドギャップの大きな金属酸化物を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各画素の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。
半導体層は、例えば少なくともインジウム、亜鉛及びM(アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属)を含むIn−M−Zn系酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。また、該金属酸化物を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
スタビライザーとしては、上記Mで記載の金属を含め、例えば、ガリウム、スズ、ハフニウム、アルミニウム、またはジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
半導体層を構成する金属酸化物として、例えば、In−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
また、半導体層と導電層は、上記酸化物のうち同一の金属元素を有していてもよい。半導体層と導電層を同一の金属元素とすることで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで、製造コストを低減させることができる。また半導体層と導電層を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、半導体層と導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
半導体層を構成する金属酸化物は、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上であることが好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
半導体層を構成する金属酸化物がIn−M−Zn酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、4:2:4.1等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
半導体層としては、キャリア密度の低い金属酸化物膜を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が1×1017/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下、さらに好ましくは1×1013/cm以下、より好ましくは1×1011/cm以下、さらに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×10−9/cm以上の金属酸化物を用いることができる。そのような金属酸化物を、高純度真性または実質的に高純度真性な金属酸化物と呼ぶ。これにより不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する金属酸化物であるといえる。
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
半導体層を構成する金属酸化物において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とする。
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。
また、半導体層を構成する金属酸化物に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm以下にすることが好ましい。
また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、CAAC−OS(C−Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor、または、C−Axis Aligned and A−B−plane Anchored Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、CAAC−OSは最も欠陥準位密度が低い。
非晶質構造の金属酸化物膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
<CAC−OSの構成>
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud Aligned Complementary)−OSの構成について説明する。
CAC−OSとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OS(CAC−OSの中でもIn−Ga−Zn酸化物を、特にCAC−IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2Z2(X2、Y2、およびZ2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4Z4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2Z2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。
つまり、CAC−OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1+x0)Ga(1−x0)(ZnO)m0(−1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa−b面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、CAC−OSは、金属酸化物の材料構成に関する。CAC−OSとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC−OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、CAC−OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC−OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
CAC−OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC−OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。
CAC−OSは、X線回折(XRD:X−ray diffraction)測定法のひとつであるOut−of−plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa−b面方向、およびc軸方向の配向は見られないことが分かる。
またCAC−OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC−OSの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano−crystal)構造を有することがわかる。
また例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
CAC−OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC−OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
従って、CAC−OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。
また、CAC−OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC−OSは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
または、トランジスタのチャネルが形成される半導体に、シリコンを用いることが好ましい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。このような多結晶半導体を画素に適用することで画素の開口率を向上させることができる。また極めて高精細な表示部とする場合であっても、ゲート駆動回路とソース駆動回路を画素と同一基板上に形成することが可能となり、電子機器を構成する部品数を低減することができる。
本実施の形態で例示したボトムゲート構造のトランジスタは、作製工程を削減できるため好ましい。またこのときアモルファスシリコンを用いることで、多結晶シリコンよりも低温で形成できるため、半導体層よりも下層の配線や電極の材料、基板の材料として、耐熱性の低い材料を用いることが可能なため、材料の選択の幅を広げることができる。例えば、極めて大面積のガラス基板などを好適に用いることができる。一方、トップゲート型のトランジスタは、自己整合的に不純物領域を形成しやすいため、特性のばらつきなどを低減することできるため好ましい。このとき特に、多結晶シリコンや単結晶シリコンなどを用いる場合に適している。
〔導電層〕
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料(またはそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層(画素電極や共通電極として機能する導電層)にも用いることができる。
〔絶縁層〕
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
また発光素子は、一対の透水性の低い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、装置の信頼性の低下を抑制できる。
透水性の低い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
例えば、透水性の低い絶縁膜の水蒸気透過量は、1×10−5[g/(m・day)]以下、好ましくは1×10−6[g/(m・day)]以下、より好ましくは1×10−7[g/(m・day)]以下、さらに好ましくは1×10−8[g/(m・day)]以下とする。
〔液晶素子〕
液晶素子としては、例えば垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
また、液晶素子には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えばVAモードのほかに、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
なお、液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
また、液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
また、液晶素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、または半透過型の液晶素子などを用いることができる。
本発明の一態様では、特に反射型の液晶素子を用いることができる。
透過型または半透過型の液晶素子を用いる場合、一対の基板を挟むように、2つの偏光板を設ける。また偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。LED(Light Emitting Diode)を備える直下型のバックライトを用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュールの厚さを低減できるため好ましい。
反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板を設ける。またこれとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。
〔発光素子〕
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、発光ダイオード(LED)、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
本発明の一態様では、特にボトムエミッション型の発光素子を用いることができる。
EL層は少なくとも発光層を有する。EL層は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。
EL層には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。EL層を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
陰極と陽極の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質が発光する。
発光素子として、白色発光の発光素子を適用する場合には、EL層に2種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。例えば2以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより白色発光を得ることができる。例えば、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質、またはR、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質のうち、2以上を含むことが好ましい。また、発光素子からの発光のスペクトルが、可視光領域の波長(例えば350nm〜750nm)の範囲内に2以上のピークを有する発光素子を適用することが好ましい。また、黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色及び赤色の波長領域にもスペクトル成分を有する材料であることが好ましい。
EL層は、一の色を発光する発光材料を含む発光層と、他の色を発光する発光材料を含む発光層とが積層された構成とすることが好ましい。例えば、EL層における複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、いずれの発光材料も含まない領域を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と燐光発光層との間に、当該蛍光発光層または燐光発光層と同一の材料(例えばホスト材料、アシスト材料)を含み、且ついずれの発光材料も含まない領域を設ける構成としてもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。
また、発光素子は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、複数のEL層が電荷発生層を介して積層されたタンデム素子であってもよい。
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、又はこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、チタン、ニッケル、またはネオジムと、アルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)を用いてもよい。また銅、パラジウム、マグネシウムと、銀を含む合金を用いてもよい。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜に接して金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、酸化を抑制することができる。このような金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタンや酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いることができる。
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成することができる。
なお、上述した、発光層、ならびに正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、及び電子注入性の高い物質、バイポーラ性の物質等を含む層は、それぞれ量子ドットなどの無機化合物や、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。また、12族と16族、13族と15族、または14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム、セレン、亜鉛、硫黄、リン、インジウム、テルル、鉛、ガリウム、ヒ素、アルミニウム等の元素を含む量子ドット材料を用いてもよい。
〔接着層〕
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
〔接続層〕
接続層としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
〔着色層〕
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
〔遮光層〕
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
以上が各構成要素についての説明である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の例として、反射型の液晶素子と、発光素子の両方を有し、発光モード、反射モード、及びこれらを同時に行うハイブリッドモードの表示を行うことのできる、表示装置(表示パネル)の例を説明する。このような表示パネルを、ER−Hybrid Display(Emission and Reflection Hybrid Display、または、Emission/Reflection Hybrid Display)とも呼ぶことができる。
本発明の一態様の表示装置は、可視光を反射する第1の表示素子と、可視光を発する第2の表示素子とが混在した表示装置である。
表示装置は、第1の表示素子が反射する第1の光と、第2の表示素子が発する第2の光のうち、いずれか一方、または両方により、画像を表示する機能を有する。または、表示装置は、第1の表示素子が反射する第1の光の光量と、第2の表示素子が発する第2の光の光量と、をそれぞれ制御することにより、階調を表現する機能を有する。
また、表示装置は、第1の表示素子の反射光の光量を制御することにより階調を表現する第1の画素と、第2の表示素子からの発光の光量を制御することにより階調を表現する第2の画素を有する構成とすることが好ましい。第1の画素及び第2の画素は、例えばそれぞれマトリクス状に複数配置され、表示部を構成する。
また、第1の画素と第2の画素は、同ピッチで、表示領域内に配置されていることが好ましい。このとき、隣接する第1の画素と第2の画素を合わせて、画素ユニットと呼ぶことができる。
さらに、第1の画素及び第2の画素は表示装置の表示領域に混在して配置されていることが好ましい。これにより、後述するように複数の第1の画素のみで表示された画像と、複数の第2の画素のみで表示された画像、及び複数の第1の画素及び複数の第2の画素の両方で表示された画像のそれぞれは、同じ表示領域に表示することができる。
第1の画素が有する第1の表示素子には、外光を反射して表示する素子を用いることができる。このような素子は、光源を持たないため、表示の際の消費電力を極めて小さくすることが可能となる。
第1の表示素子には、代表的には反射型の液晶素子を用いることができる。または、第1の表示素子として、シャッター方式のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、光干渉方式のMEMS素子の他、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体(登録商標)方式等を適用した素子などを用いることができる。
また、第2の画素が有する第2の表示素子は光源を有し、その光源からの光を利用して表示する素子を用いることができる。特に、電界を印加することにより発光性の物質から発光を取り出すことのできる、電界発光素子を用いることが好ましい。このような画素が射出する光は、その輝度や色度が外光に左右されることがないため、色再現性が高く(色域が広く)、且つコントラストの高い、つまり鮮やかな表示を行うことができる。
第2の表示素子には、例えばOLED(Organic Light Emitting Diode)、LED(Light Emitting Diode)、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)、半導体レーザなどの自発光性の発光素子を用いることができる。または、第2の画素が有する表示素子として、光源であるバックライトと、バックライトからの光の透過光の光量を制御する透過型の液晶素子とを組み合わせたものを用いてもよい。
第1の画素は、例えば白色(W)を呈する副画素、または例えば赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。また、第2の画素も同様に、例えば白色(W)を呈する副画素、または例えば赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の光をそれぞれ呈する副画素を有する構成とすることができる。なお、第1の画素及び第2の画素がそれぞれ有する副画素は、4色以上であってもよい。副画素の種類が多いほど、消費電力を低減することが可能で、また色再現性を高めることができる。
このような表示パネルの一例としては、可視光を反射する電極を備える液晶素子と、発光素子とを積層して配置した構成が挙げられる。このとき、可視光を反射する電極が開口を有し、当該開口と発光素子とが重ねて配置されていることが好ましい。これにより、発光モードでは当該開口を介して発光素子からの光が射出されるように駆動することができる。また、平面視において、液晶素子と発光素子を並べて配置した場合と比べて、これらを積層して配置することで、液晶素子と発光素子の両方を有する画素の大きさを小さくすることができるため、より高精細な表示装置を実現できる。
さらに、液晶素子を駆動するトランジスタと、発光素子を構成するトランジスタとをそれぞれ個別に有することが好ましい。これにより、液晶素子と発光素子とを、それぞれ独立して駆動することができる。
ここで、液晶素子を駆動する画素回路に、酸化物半導体が適用され、オフ電流が極めて低いトランジスタを適用することが好ましい。または、当該画素回路に記憶素子を適用してもよい。これにより、液晶素子を用いて静止画を表示する際に画素への書き込み動作を停止しても、階調を維持させることが可能となる。すなわち、フレームレートを極めて小さくしても表示を保つことができる。これにより、極めて低消費電力な表示を行うことができる。
本発明の一態様は、反射型の素子で画像を表示する第1のモード、発光素子で画像を表示する第2のモード、及び反射型の素子及び発光素子で画像を表示する第3のモードを切り替えることができる。特に第3のモードは、ハイブリッドモードとも呼ぶことができる。
第1のモードは、反射型の素子による反射光を用いて画像を表示するモードである。第1のモードは光源が不要であるため、極めて低消費電力な駆動モードである。例えば、外光の照度が十分高く、且つ外光が白色光またはその近傍の光である場合に有効である。第1のモードは、例えば本や書類などの文字情報を表示することに適した表示モードである。また、反射光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。
第2のモードでは、発光素子による発光を利用して画像を表示するモードである。そのため、外光の照度や色度によらず、極めて鮮やかな(コントラストが高く、且つ色再現性の高い)表示を行うことができる。例えば、夜間や暗い室内など、外光の照度が極めて小さい場合などに有効である。また外光が暗い場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第2のモードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。またこれにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第2のモードは、鮮やかな画像や滑らかな動画などを表示することに適したモードである。
第3のモードでは、反射型の素子による反射光と、発光素子による発光の両方を利用して表示を行うモードである。具体的には、反射型の素子が呈する光と、発光素子が呈する光を混色させることにより、1つの色を表現するように駆動する。第1のモードよりも鮮やかな表示をしつつ、第2のモードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、外光の照度が比較的低い場合や、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。また、反射光と発光とを混色させた光を用いることで、まるで絵画を見ているかのように感じさせる画像を表示することが可能となる。
[構成例]
図18(A)は、表示装置400の構成の一例を示すブロック図である。表示装置400は、表示部362にマトリクス状に配列した複数の画素410を有する。また表示装置400は、回路GDと、回路SDを有する。また方向Rに配列した複数の画素410、及び回路GDと電気的に接続する複数の配線G1、複数の配線G2、複数の配線ANO、及び複数の配線CSCOMを有する。また方向Cに配列した複数の画素410、及び回路SDと電気的に接続する複数の配線S1及び複数の配線S2を有する。
なお、ここでは簡単のために回路GDと回路SDを1つずつ有する構成を示したが、液晶素子を駆動する回路GD及び回路SDと、発光素子を駆動する回路GD及び回路SDとを、別々に設けてもよい。
画素410は、反射型の液晶素子と、発光素子を有する。画素410において、液晶素子と発光素子とは、互いに重なる部分を有する。
図18(B1)は、画素410が有する導電層311bの構成例を示す。導電層311bは、画素410における液晶素子の反射電極として機能する。また導電層311bには、開口451が設けられている。
図18(B1)には、導電層311bと重なる領域に位置する発光素子360を破線で示している。発光素子360は、導電層311bが有する開口451と重ねて配置されている。これにより、発光素子360が発する光は、開口451を介して表示面側に射出される。
図18(B1)では、方向Rに隣接する画素410が異なる色に対応する画素である。このとき、図18(B1)に示すように、方向Rに配列する複数の画素において、開口451が一直線上に配列されないように、それぞれ導電層311bの異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、隣接する2つの発光素子360を離すことが可能で、発光素子360が発する光が隣接する画素410が有する着色層に入射してしまう現象(クロストークともいう)を抑制することができる。また、隣接する2つの発光素子360を離して配置することができるため、発光素子360のEL層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。
また、図18(B2)に示すような配列としてもよい。
非開口部の総面積に対する開口451の総面積の比の値が大きすぎると、液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口451の総面積の比の値が小さすぎると、発光素子360を用いた表示が暗くなってしまう。
また、反射電極として機能する導電層311bに設ける開口451の面積が小さすぎると、発光素子360が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
開口451の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口451を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口451を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
[回路構成例]
図19は、画素410の構成例を示す回路図である。図19では、隣接する2つの画素410を示している。
画素410は、スイッチSW1、容量素子C1、液晶素子340、スイッチSW2、トランジスタM、容量素子C2、及び発光素子360等を有する。また、画素410には、配線G1、配線G2、配線ANO、配線CSCOM、配線S1、及び配線S2が電気的に接続されている。また、図19では、液晶素子340と電気的に接続する配線VCOM1、及び発光素子360と電気的に接続する配線VCOM2を示している。
図19では、スイッチSW1及びスイッチSW2に、トランジスタを用いた場合の例を示している。
スイッチSW1は、ゲートが配線G1と接続され、ソース又はドレインの一方が配線S1と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子C1の一方の電極、及び液晶素子340の一方の電極と接続されている。容量素子C1は、他方の電極が配線CSCOMと接続されている。液晶素子340は、他方の電極が配線VCOM1と接続されている。
またスイッチSW2は、ゲートが配線G2と接続され、ソース又はドレインの一方が配線S2と接続され、ソース又はドレインの他方が、容量素子C2の一方の電極、トランジスタMのゲートと接続されている。容量素子C2は、他方の電極がトランジスタMのソース又はドレインの一方、及び配線ANOと接続されている。トランジスタMは、ソース又はドレインの他方が発光素子360の一方の電極と接続されている。発光素子360は、他方の電極が配線VCOM2と接続されている。
図19では、トランジスタMが半導体を挟む2つのゲートを有し、これらが接続されている例を示している。これにより、トランジスタMが流すことのできる電流を増大させることができる。
配線G1には、スイッチSW1を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM1には、所定の電位を与えることができる。配線S1には、液晶素子340が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線CSCOMには、所定の電位を与えることができる。
配線G2には、スイッチSW2を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM2及び配線ANOには、発光素子360が発光する電位差が生じる電位をそれぞれ与えることができる。配線S2には、トランジスタMの導通状態を制御する信号を与えることができる。
図19に示す画素410は、例えば反射モードの表示を行う場合には、配線G1及び配線S1に与える信号により駆動し、液晶素子340による光学変調を利用して表示することができる。また、発光モードで表示を行う場合には、配線G2及び配線S2に与える信号により駆動し、発光素子360を発光させて表示することができる。また両方のモードで駆動する場合には、配線G1、配線G2、配線S1及び配線S2のそれぞれに与える信号により駆動することができる。
なお、図19では一つの画素410に、一つの液晶素子340と一つの発光素子360とを有する例を示したが、これに限られない。図20(A)は、一つの画素410に一つの液晶素子340と4つの発光素子360(発光素子360r、360g、360b、360w)を有する例を示している。図20(A)に示す画素410は、図19とは異なり、1つの画素でフルカラーの表示が可能な画素である。
図20(A)では図19の例に加えて、画素410に配線G3及び配線S3が接続されている。
図20(A)に示す例では、例えば4つの発光素子360を、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)を呈する発光素子を用いることができる。また液晶素子340として、白色を呈する反射型の液晶素子を用いることができる。これにより、反射モードの表示を行う場合には、反射率の高い白色の表示を行うことができる。また発光モードで表示を行う場合には、演色性の高い表示を低い電力で行うことができる。
また、図20(B)には、画素410の構成例を示している。画素410は、導電層311が有する開口部と重なる発光素子360wと、導電層311の周囲に配置された発光素子360r、発光素子360g、及び発光素子360bとを有する。発光素子360r、発光素子360g、及び発光素子360bは、発光面積がほぼ同等であることが好ましい。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
図21(A)に示す表示モジュール6000は、上部カバー6001と下部カバー6002との間に、FPC6005に接続された表示パネル6006、フレーム6009、プリント基板6010、及びバッテリ6011を有する。
例えば、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、表示パネル6006に用いることができる。これにより、高い歩留まりで表示モジュールを作製することができる。
上部カバー6001及び下部カバー6002は、表示パネル6006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
また、表示パネル6006に重ねてタッチパネルを設けてもよい。タッチパネルとしては、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル6006に重畳して用いることができる。また、タッチパネルを設けず、表示パネル6006に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。
フレーム6009は、表示パネル6006の保護機能の他、プリント基板6010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム6009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板6010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ6011による電源であってもよい。バッテリ6011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール6000は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
図21(B)は、光学式のタッチセンサを備える表示モジュール6000の断面概略図である。
表示モジュール6000は、プリント基板6010に設けられた発光部6015及び受光部6016を有する。また、上部カバー6001と下部カバー6002により囲まれた領域に一対の導光部(導光部6017a、導光部6017b)を有する。
表示パネル6006は、フレーム6009を間に介してプリント基板6010やバッテリ6011と重ねて設けられている。表示パネル6006とフレーム6009は、導光部6017a、導光部6017bに固定されている。
発光部6015から発せられた光6018は、導光部6017aにより表示パネル6006の上部を経由し、導光部6017bを通って受光部6016に達する。例えば指やスタイラスなどの被検知体により、光6018が遮られることにより、タッチ操作を検出することができる。
発光部6015は、例えば表示パネル6006の隣接する2辺に沿って複数設けられる。受光部6016は、発光部6015と表示パネル6006を挟んで対向する位置に複数設けられる。これにより、タッチ操作がなされた位置の情報を取得することができる。
発光部6015は、例えばLED素子などの光源を用いることができる。特に、発光部6015として、使用者に視認されず、且つ使用者にとって無害である赤外線を発する光源を用いることが好ましい。
受光部6016は、発光部6015が発する光を受光し、電気信号に変換する光電素子を用いることができる。好適には、赤外線を受光可能なフォトダイオードを用いることができる。
導光部6017a、導光部6017bとしては、少なくとも光6018を透過する部材を用いることができる。導光部6017a及び導光部6017bを用いることで、発光部6015と受光部6016とを表示パネル6006の下側に配置することができ、外光が受光部6016に到達してタッチセンサが誤動作することを抑制できる。特に、可視光を吸収し、赤外線を透過する樹脂を用いることが好ましい。これにより、タッチセンサの誤動作をより効果的に抑制できる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な電子機器について説明する。
本発明の一態様の表示装置は、外光の強さによらず、高い視認性を実現することができる。そのため、携帯型の電子機器、装着型の電子機器(ウェアラブル機器)、及び電子書籍端末などに好適に用いることができる。
図22(A)、(B)に、携帯情報端末800の一例を示す。携帯情報端末800は、筐体801、筐体802、表示部803、表示部804、及びヒンジ部805等を有する。
筐体801と筐体802は、ヒンジ部805で連結されている。携帯情報端末800は、図22(A)に示すように折り畳んだ状態から、図22(B)に示すように筐体801と筐体802を開くことができる。
例えば表示部803及び表示部804に、文書情報を表示することが可能であり、電子書籍端末としても用いることができる。また、表示部803及び表示部804に静止画像や動画像を表示することもできる。
このように、携帯情報端末800は、持ち運ぶ際には折り畳んだ状態にできるため、汎用性に優れる。
なお、筐体801及び筐体802には、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していていもよい。
図22(C)に携帯情報端末の一例を示す。図22(C)に示す携帯情報端末810は、筐体811、表示部812、操作ボタン813、外部接続ポート814、スピーカ815、マイク816、カメラ817等を有する。
表示部812に、本発明の一態様の表示装置を備える。
携帯情報端末810は、表示部812にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部812に触れることで行うことができる。
また、操作ボタン813の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部812に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
また、携帯情報端末810の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末810の向き(縦か横か)を判断して、表示部812の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部812を触れること、操作ボタン813の操作、またはマイク816を用いた音声入力等により行うこともできる。
携帯情報端末810は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯情報端末810は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
図22(D)に、カメラの一例を示す。カメラ820は、筐体821、表示部822、操作ボタン823、シャッターボタン824等を有する。またカメラ820には、着脱可能なレンズ826が取り付けられている。
表示部822に、本発明の一態様の表示装置を備える。
ここではカメラ820として、レンズ826を筐体821から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ826と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ820は、シャッターボタン824を押すことにより、静止画、または動画を撮像することができる。また、表示部822はタッチパネルとしての機能を有し、表示部822をタッチすることにより撮像することも可能である。
なお、カメラ820は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。または、これらが筐体821に組み込まれていてもよい。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
本実施例では、本発明の一態様の表示装置について、光取り出し効率を計算した。
図23(A1)、(A2)に、計算に用いた構造モデルを示す。図23(A2)は、図23(A1)に対して、上下方向を軸に90度回転させた図である。
構造モデルは、2つの構造体が離間して上下に重なった構成を有する。上側の構造体の上面側に発光面を有し、下側の構造体の下面側に受光面を有する。また、上側の構造体及び下側の構造体は、それぞれ側面が反射面となっている。
上側の構造体は、上面(すなわち発光面)の面積よりも下面の面積が小さい。下側の構造体は、上面の面積よりも下面(すなわち受光面)の面積が小さい。また、上側の構造体の下面、および下側の構造体の上面は、それぞれ開口されている。
2つの構造体はそれぞれ、側面がくびれた形状を有している。2つの構造体の側面の曲面形状は、それぞれ上面の端部と下面の端部とを3次元スプライン補間することにより構築した。
上側の構造体及び下側の構造体の各領域のサイズ、ならびに受光面と発光面との間の距離は、それぞれ図23(A1)、(A2)に示すとおりである。
ここで、図23(A1)、(A2)の上側に位置する構造体は、実施の形態1及び図1(A)等で例示した構成における第1の領域11aに対応し、下側に位置する構造体は、第2の領域11bに対応する。また発光面は、図1(A)等における発光部20に対応し、受光面は光射出部14bに対応する。
本実施例では、発光面の各点から立体角40度の範囲に射出される一様な光線を仮定し、発光面が発する全光線のうち、受光面に到達する光線の割合(以下、光取り出し効率という)を計算した。また、発光面と受光面の間は、屈折率が1.55である媒質に満たされているとした。また、2つの構造体の内部の反射率を90%とした。
また、比較として、図23(B)に示すような構造モデルについても計算を行った。図23(B)では、同一の形状及び面積を有する発光面と受光面を平行に配置したモデルである。また図23(B)に示すモデルでの発光面と受光面の面積は、図23(A1)等に示すモデルにおける発光面の面積と等しい。
まず、図23(B)に示す構造モデルにおける光取り出し効率は、約64.2%であった。一方、図23(A1)、(A2)に示す構造モデルにおける取り出し効率は、約81.9%であった。すなわち、図23(A1)(A2)に示す構造モデルでは、図23(B)に示す構造モデルに対して、約28%もの光取り出し効率の向上が見られたことになる。
以上の結果から、本発明の一態様の表示装置は、光取り出し効率が高められていることが確認できた。したがって本発明の一態様は、輝度の高い表示が可能であり、信頼性の高い表示装置を実現可能であることが確認できた。
10 表示装置
11a 第1の領域
11b 第2の領域
12a 受光部
12b 受光部
13a 集光部
13b 集光部
14a 光射出部
14b 光射出部
15a 光反射層
15b 光反射層
20 発光部
20a 光
20b 光
20c 光
21 基板
23a 導電層
23b 導電層
24 液晶
25 導電層
26a 配向膜
26b 配向膜
30 光反射部
30a 光
31 基板
32 表示部
34 回路部
35 配線
36 FPC
37 IC
40 液晶素子
43a 剥離層
43b 剥離層
44a 支持基板
44b 支持基板
44c 支持基板
45 絶縁層
46a 接着層
51 スペーサ
54 着色層
54a 着色層
60 発光素子
61 導電層
62 EL層
63 導電層
64 絶縁層
70 トランジスタ
70a トランジスタ
70b トランジスタ
71 導電層
72 半導体層
73a 導電層
73b 導電層
74 導電層
80 接続部
81 絶縁層
82 絶縁層
83 絶縁層
84 絶縁層
85 絶縁層
86 絶縁層
87 絶縁層
89 接着層
91 絶縁層
92 絶縁層
93 絶縁層
94 絶縁層
95 絶縁層
96 絶縁層
97 絶縁層
98 絶縁層
99 接着層
110 トランジスタ
110a トランジスタ
110b トランジスタ
110c トランジスタ
110d トランジスタ
111 導電層
112 半導体層
112a 半導体層
113a 導電層
113b 導電層
113c 導電層
113d 導電層
114 導電層
114a 導電層
114b 導電層
115 導電層
120 発光素子
121 導電層
131 絶縁層
132 絶縁層
133 絶縁層
134 絶縁層
135 絶縁層
136 絶縁層
137 絶縁層
311 導電層
311b 導電層
340 液晶素子
360 発光素子
360b 発光素子
360g 発光素子
360r 発光素子
360w 発光素子
362 表示部
400 表示装置
410 画素
451 開口
800 携帯情報端末
801 筐体
802 筐体
803 表示部
804 表示部
805 ヒンジ部
810 携帯情報端末
811 筐体
812 表示部
813 操作ボタン
814 外部接続ポート
815 スピーカ
816 マイク
817 カメラ
820 カメラ
821 筐体
822 表示部
823 操作ボタン
824 シャッターボタン
826 レンズ
6000 表示モジュール
6001 上部カバー
6002 下部カバー
6005 FPC
6006 表示パネル
6009 フレーム
6010 プリント基板
6011 バッテリ
6015 発光部
6016 受光部
6017a 導光部
6017b 導光部
6018 光

Claims (10)

  1. 発光素子と、第1の領域と、第2の領域と、を有し、
    前記発光素子、前記第1の領域、及び前記第2の領域とは、互いに重なる部分を有し、
    前記発光素子は、光を射出する機能を有し、
    前記第1の領域は、第1の部分、第2の部分、及び第3の部分を有し、
    前記第1の部分は、前記光が入射する部分であり、
    前記第2の部分は、前記光の一部を反射し、前記第3の部分に供給する部分であり、
    前記第3の部分は、前記光が射出される部分であり、
    前記第2の領域は、第4の部分、第5の部分、及び第6の部分を有し、
    前記第4の部分は、前記第3の部分から射出される前記光が入射する部分であり、
    前記第5の部分は、前記光の一部を反射し、前記第6の部分に供給する部分であり、
    前記第6の部分は、前記光が射出される部分であり、
    前記第1の部分は、前記第3の部分の面積よりも小さく、
    前記第4の部分は、前記第6の部分の面積よりも小さく、
    前記第3の部分は、前記第4の部分の面積よりも小さく、且つ、平面視において前記第4の部分の内側に位置する、
    表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記発光素子は、第1の電極、発光性の物質を含む層、及び第2の電極を有し、
    前記第1の電極は、可視光を透過する機能を有し、且つ前記第2の電極と前記第1の領域との間に位置し、
    前記第2の電極は、可視光を反射する機能を有する、
    表示装置。
  3. 請求項1または請求項2において、
    第1のトランジスタと、当該第1のトランジスタを覆う第1の絶縁層と、を有し、
    前記第1のトランジスタは、前記発光素子と電気的に接続され、
    前記第1の絶縁層は、第1の開口を有し、
    前記第1の領域は、前記第1の開口の内側に位置する、
    表示装置。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
    液晶素子を有し、
    前記液晶素子は、第3の電極と、第4の電極と、当該第3の電極と第4の電極の間に液晶と、を有し、
    前記第3の電極は、可視光を反射する機能を有し、且つ、前記第4の電極と前記第2の領域との間に第2の開口を有し、
    前記第6の部分から射出される前記光は、前記第2の開口を介して射出される、
    表示装置。
  5. 請求項4において、
    第2のトランジスタと、当該第2のトランジスタを覆う第2の絶縁層と、を有し、
    前記第2のトランジスタは、前記液晶素子と電気的に接続され、
    前記第2の絶縁層は、第3の開口を有し、
    前記第2の領域は、前記第3の開口の内側に位置する、
    表示装置。
  6. 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
    前記第1の領域と、前記第2の領域との間に、接着層を有する、
    表示装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
    前記第2の部分は、可視光を反射し、且つ、筒状の形状を有する第1の光反射層と、当該第1の光反射層の内側に第1の樹脂層と、を有し、
    前記第1の光反射層の内側の面は、前記第1の部分側から前記第3の部分側にかけて、連続的に径が大きくなる凸曲面を有する、
    表示装置。
  8. 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
    前記第5の部分は、可視光を反射し、且つ筒状の形状を有する第2の光反射層と、当該第2の光反射層の内側に第2の樹脂層と、を有し、
    前記第2の光反射層の内側の面は、前記第4の部分側から前記第6の部分側にかけて、連続的に径が大きくなる凸曲面を有する、
    表示装置。
  9. 請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
    着色層を有し、
    前記着色層は、前記第1の領域と、前記第2の領域との間に位置する、
    表示装置。
  10. 請求項1乃至請求項8のいずれか一において、
    着色層を有し、
    前記着色層は、前記第1の部分と前記第3の部分の間、または、前記第4の部分と前記第6の部分の間に位置する、
    表示装置。
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