JP2018116924A - 表示装置及びその作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】信頼性が高い表示装置もしくは電子機器を提供する。【解決手段】第1の電極と、第2の電極と、第1の電極および前記第2の電極の間の発光層と、第2の電極上の保護膜と、を有する表示装置であって、保護膜は、第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第2の絶縁膜とを有する。第1の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、第2の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有する。第1の絶縁膜と、第2の絶縁膜の組成が異なり、保護膜は、水蒸気透過率が1×10−2g/(m2・day)未満である。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、表示装置に関する。または、本発明の一態様は、表示装置の作製方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。例えば、本発明の一態様は、物、方法、もしくは製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、もしくは組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。または、本発明の一態様は、記憶装置、プロセッサそれらの駆動方法またはそれらの製造方法に関する。
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もの全般を指す。よって、トランジスタやダイオードなどの半導体素子や半導体回路は半導体装置である。また、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、および電子機器などは、半導体素子や半導体回路を含む場合がある。よって、表示装置、発光装置、照明装置、電気光学装置、および電子機器なども半導体装置を有する場合がある。
近年、表示装置の表示領域に用いる表示素子として、液晶素子の研究開発が盛んに行われている。また、エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence:EL)を利用した発光素子の研究開発も盛んに行われている。発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだものである。この発光素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。
特に、上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた表示装置は、視認性に優れバックライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、薄型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。
また、上述の表示素子を有する表示装置としては、可撓性が図れることから、可撓性を有する基板の採用が検討されている。
可撓性を有する基板を用いた表示装置の作製方法としては、ガラス基板や石英基板といった基板上に薄膜トランジスタなどの半導体素子を作製した後、例えば該半導体素子と基板の間に有機樹脂を充填し、ガラス基板や石英基板から他の基板(例えば可撓性を有する基板)へと半導体素子を転置する技術が開発されている(特許文献1)。
可撓性を有する基板上に形成された発光素子は、発光素子表面の保護や外部からの水分や不純物の浸入を防ぐため、発光素子上にさらに可撓性を有する基板を設けることがある。
また、表示装置は様々な用途への応用が期待されており、多様化が求められている。例えば、携帯情報端末として、タッチセンサを備えるスマートフォンやタブレット端末の開発が進められている。
特開2003−174153号公報
また、特に有機化合物を主体とする発光素子は、主に水によって劣化しやすい。この結果、表示装置において、部分的な輝度の低下が生じることがある。または、表示装置において、非発光領域が生じることがある。
本発明の一態様は、信頼性が高い表示装置もしくは電子機器を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、破損しにくい表示装置もしくは電子機器を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、薄型または軽量である表示装置もしくは電子機器を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力が低い表示装置若しくは電子機器を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、新規な表示装置もしくは電子機器を提供することを課題の一つとする。
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。なお、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。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら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、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極および第2の電極の間の発光層と、第2の電極上の保護膜と、を有する表示装置である。保護膜は、第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第2の絶縁膜とを有し、第1の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、第2の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、第1の絶縁膜と、第2の絶縁膜の組成が異なり、保護膜は、水蒸気透過率が1×10−2g/(m・day)未満である。
また、本発明の一態様は、第1の電極と、第1の電極の端部と重なる第3の絶縁膜と、第1の電極および第3の絶縁膜上の発光層と、発光層上の第2の電極と、第2の電極上の保護膜と、を有する表示装置である。保護膜は、第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜上の第2の絶縁膜とを有し、第1の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、第2の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、第1の絶縁膜は、発光層を介して第1の電極と重なる第1の領域と、発光層を介して第3の絶縁膜と重なる第2の領域とを有し、第2の領域は、第1の領域より膜密度が低い領域を有する。
また、本発明の一態様は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極および第2の電極の間の発光層とを有する発光素子を形成し、スパッタリング法を用いて、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有する第1の絶縁膜を発光素子上に形成し、ALD法を用いて、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有する第2の絶縁膜を第1の絶縁膜上に形成する表示装置の作製方法である。
なお、第2の絶縁膜は、第1の絶縁膜より、炭素の含有量が大きくてもよい。
また、第2の絶縁膜の一部は、第1の絶縁膜の一部を充填していてもよい。
また、第2の絶縁膜に接する着色膜を有してもよい。
また、本発明の一態様は、第1の表示素子及び第2の表示素子を有してもよい。第1の表示素子は、第1の電極と、第2の電極と、第1の電極および第2の電極の間の発光層とを有する発光素子であり、第2の表示素子は、液晶素子であってもよい。
本発明の一態様により、信頼性が高い表示装置若しくは電子機器を提供することができる。または、本発明の一態様により、破損しにくい表示装置もしくは電子機器などを提供することができる。または、本発明の一態様により、薄型または軽量である表示装置もしくは電子機器などを提供することができる。または、発明の一態様により、消費電力が低い表示装置もしくは電子機器などを提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な表示装置もしくは電子機器などを提供することを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、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、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 実施の形態に係る、表示装置を説明する図。 画素ユニットを説明する図。 画素ユニットを説明する図。 表示装置の回路を説明する図及び画素の上面図。 表示装置の回路を説明する図。 表示装置の回路を説明する図及び画素の上面図。 表示装置の構成を説明する図。 表示装置の構成を説明する図。 表示装置の構成を説明する図。 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。 実施の形態に係る、電子機器。 実施の形態に係る、電子機器。 試料の透過率、反射率、及び吸収率を説明する図。 STEM像を説明する図。 試料の作製工程を説明する図。 試料の光学顕微鏡写真を説明する図。 試料の発光特性を説明する図。 試料の発光特性を説明する図。
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。
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体膜に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。
また、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。
また、本明細書等において、CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの半導体膜に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、本明細書等において、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSまたはCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。
(実施の形態1)
本実施の形態では、表示装置の形態について、図1及び図2を用いて説明する。
図1(A)は、本実施の形態に示す表示装置の断面模式図である。基板40と基板42との間に、発光素子20、22を有する。発光素子20は、第1の電極10と、EL層16と、第2の電極18とを有する。発光素子22は、第1の電極12と、EL層16と、第2の電極18とを有する。また、第1の電極10、12の端部を覆う絶縁膜14が形成される。発光素子20上に保護膜28を有する。保護膜28と基板42とは、接着剤44で固着される。なお、基板40、42、接着剤44、第1の電極10、12、EL層16、第2の電極18、及び絶縁膜14の詳細については、別の実施の形態で説明する。
次に、発光素子20、22の近傍について、図1(B)の拡大断面図を用いて説明する。発光素子20は、第1の電極10、発光層を含むEL層16、及び第2の電極18を有する。発光素子22は、第1の電極12、EL層16、及び第2の電極18を有する。第1の電極10及び第1の電極12は分離されている。また、第1の電極10及び第1の電極12の端部を覆う絶縁膜14が形成される。即ち、絶縁膜14の開口部において、第1の電極10及び第1の電極12それぞれの表面の一部が露出される。また、発光素子20、22上には、絶縁膜24と、絶縁膜24上の絶縁膜26とを含む保護膜28が形成される。
絶縁膜24及び絶縁膜26はそれぞれ、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどの酸化物を、単層または多層で形成することができる。また、絶縁膜24及び絶縁膜26はそれぞれ、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどの窒化物を用いて形成することができる。
なお、絶縁膜24及び絶縁膜26をそれぞれ同じ酸化物または窒化物を用いて形成してもよい。または、絶縁膜24及び絶縁膜26を異なる酸化物または窒化物を用いて形成してもよい。例えば、絶縁膜24及び絶縁膜26をそれぞれ、酸化アルミニウムを用いて形成することができる。または、絶縁膜24及び絶縁膜26をそれぞれ、酸化ジルコニウムを用いて形成することができる。または、絶縁膜24及び絶縁膜26をそれぞれ、酸化アルミニウム及び窒化シリコンを用いて形成することができる。または、絶縁膜24及び絶縁膜26をそれぞれ、酸化ジルコニウム及び窒化シリコンを用いて形成することができる。
絶縁膜24の膜厚は、50nm以上1000nm以下、好ましくは100nm以上300nm以下とすることができる。また、絶縁膜26の膜厚は、1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下とすることができる。
なお、図1(C)に示す保護膜28_1のように、第2の電極18上に形成される絶縁膜24_1及び絶縁膜24_1上の絶縁膜26_1はそれぞれ、膜厚が薄いことでスループットが向上するため、表示装置の生産性を高めることが可能である。
絶縁膜24、24_1はスパッタリング法を用いて形成する。また、絶縁膜26、26_1は原子層堆積法(Atomic Layer Deposition法;ALD法)を用いて形成する。
ALD法は、成膜室内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガス(例えば酸化剤及び前駆体)を順次に成膜室に導入し、且つ原料ガスの導入を繰り返すことで、成膜を行う。第1の原料ガスが被形成面に吸着して第1の層を成膜し、第2の原料ガスを成膜室に導入することで、第1の層と第2の原料ガスが反応して、第2の層が第1の層上に積層されて薄膜が形成される。原料ガスの導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。
なお、ALD法は、原料ガスの一部または全部を活性化させるための手段として熱反応を利用する熱ALD法と、プラズマ反応を利用するPEALD(Plasma Enhanced ALD)法またはPAALD(Plasma−Assisted ALD)法とがある。PEALD法は熱ALD法と比較して、成膜温度をより低くすることが可能であり、室温程度の温度での成膜が可能である。また、成膜速度を速くする効果、膜を緻密にする効果等がある。
異なる成膜方法を用いて絶縁膜を積層することで、不純物の拡散、例えば水、酸素等の拡散を低減することが可能な保護膜を形成することができる。また、スパッタリング法及びALD法は、低温での成膜が可能である。発光素子に含まれるEL層は、耐熱性が低い。このため、保護膜として機能する絶縁膜24、24_1、絶縁膜26、26_1は、比較的低温、代表的には100℃以下で形成することが好ましく、スパッタリング法及びALD法は適している。
絶縁膜24、24_1及び絶縁膜26、26_1が酸化アルミニウム膜の場合、絶縁膜24、24_1及び絶縁膜26、26_1の膜密度はそれぞれ、2.5g/cm以上3.95g/cm未満であることが好ましい。なお、膜密度は、X線反射率測定法(XRR:X−Ray Reflectometry)を用いて測定することができる。
絶縁膜24、24_1は、絶縁膜26、26_1と比較して、炭素等の不純物の量が少ない。言い換えると、絶縁膜26、26_1は、絶縁膜24、24_1と比較して、炭素等の不純物の量が多い。なお、不純物の定量は、X線光電子分光法(XPS:X−ray Photoelectron Spectroscopy)を用いて行うことができる。
ALD法の成膜温度が低いと、前駆体の一部が反応せず、不純物として残存してしまう。一方、スパッタリング法は、物理的にターゲットの一部を堆積することで膜を形成する。このため、膜に不純物が混入しにくい。
以上のことから、スパッタリング法を用いて絶縁膜24、24_1を形成し、ALD法を用いて絶縁膜26、26_1を形成することで、絶縁膜24、24_1は、絶縁膜26、26_1と比較して不純物の量が少ない。
保護膜28、28_1の水蒸気透過率は、1×10−2g/(m・day)未満、好ましくは、5×10−3g/(m・day)以下、より好ましくは1×10−4g/(m・day)以下、さらに好ましくは1×10−5g/(m・day)以下、さらに好ましくは1×10−6g/(m・day)以下である。水蒸気透過率が低ければ低いほど、保護膜28、28_1は、防湿膜として機能する。この結果、外部から発光素子への水の拡散を低減することができる。
なお、図1(B)においては、保護膜28は、絶縁膜24及び絶縁膜26の積層構造だが、一組の絶縁膜24及び絶縁膜26が複数組積層されてもよい。例えば、絶縁膜24、絶縁膜26、絶縁膜24、及び絶縁膜26が順に積層されていてもよい。
ここで、本発明の一態様である保護膜28及びその作製方法における効果を説明する。図2(A)は、スパッタリング法を用いて形成した絶縁膜24の拡大断面図である。スパッタリング法で形成される絶縁膜24は、スパッタリングターゲットにスパッタガスをスパッタリングして、被形成面にスパッタリングターゲットの成分を堆積する。このため、堆積された膜は、不純物量が低い。
しかしながら、スパッタリング法は、スパッタリングターゲットの成分が物理的に被形成面に堆積するため、堆積膜は被形成面の形状の影響を受けやすい。絶縁膜24の被形成面を有する第2の電極18は、絶縁膜14と重なる領域18aと、絶縁膜14と重ならない領域18bとを有する。絶縁膜14と重なる領域18aの表面は基板に対して斜めである。一方、絶縁膜14と重ならない領域18bの表面は基板に対して平行である。このため、絶縁膜24において、領域18a上に形成される領域は、低密度領域24aが形成されやすい。一方、絶縁膜24において、領域18b上に形成される領域24bは、低密度領域24aがほとんど含まれない。
低密度領域24aにおいて、水、酸素等が拡散しやすい。このため、スパッタリング法を用いて形成した絶縁膜24の単層で保護膜を構成しても、外部から発光素子への水、酸素等の拡散を防ぐのが困難である。
絶縁膜24上にALD法を用いて絶縁膜26を形成すると、図2(B)に示すように、絶縁膜24における低密度領域24aの割合を低減することが可能である。これは、ALD法が、単原子層成膜法であり、被覆性が高いため、スパッタリング法で形成された絶縁膜24の低密度領域24aの隙間を埋めながら絶縁膜26が堆積されるためであると考えられる。また、絶縁膜24に低密度領域24aが含まれていたとしても、該低密度領域24aを覆うように絶縁膜26が形成されることで、絶縁膜26が不純物の拡散の保護膜として機能し、外部から発光素子への水、酸素等の拡散を防ぐことができる。
以上のことから、発光素子上にスパッタリング法を用いて絶縁膜を形成した後、ALD法を用いて絶縁膜を形成することで、水、酸素等の拡散が低減された保護膜を形成することができる。また、該保護膜を発光素子上に形成することで、外部から発光素子への水、酸素等の拡散を防ぐことが可能であり、発光素子の劣化を低減することが可能である。また、信頼性の高い発光素子を有する表示装置を作製することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、表示装置の別の形態について、図3を用いて説明する。図3(A)は、本実施の形態に示す表示装置の断面模式図である。図3に示す表示装置は、保護膜28と接着剤44の間に着色膜30、32を有することを特徴とする。
発光素子20、22の近傍について、図3(B)の拡大断面図を用いて説明する。保護膜28上に着色膜30、32が設けられる。着色膜30は保護膜28を介して発光素子20と重なる。着色膜32は保護膜28を介して発光素子22と重なる。
着色膜30、32の詳細については、後の実施の形態で説明する。
着色膜30、32は、保護膜28上に組成物を塗布し、露光及び現像を行ったのち加熱処理を行うフォトリソグラフィ工程により形成することができる。または、着色膜30、32は、組成物をインクジェット法により吐出した後、加熱処理を行うことで形成することができる。
着色膜30、32は、組成物を用いて形成するため、組成物中に水等が含まれる場合、該水が発光素子に拡散すると、発光素子が劣化してしまう。
しかしながら、保護膜28は、外部からの水、酸素等の拡散を低減することが可能である。このため、保護膜28上に着色膜を直接形成しても、材料に含まれる水等が発光素子に拡散されにくく、発光素子の劣化を低減することが可能である。
表示装置において、着色膜を発光素子上に形成することで、表示装置の厚さを薄くすることができる。特に、1000ppi以上の高精細な表示装置において、対向基板に着色膜等を設ける場合、発光素子と着色膜との位置合わせが必要である。高精細な表示装置であればあるほど、発光素子と着色膜の位置合わせが困難となり、歩留まり低下の原因となる。一方、発光素子上に着色膜を形成することで、発光素子と着色膜の位置合わせが不要となるため、歩留まりを高めることが可能である。
また、高精細な表示装置において、発光素子と着色膜との間隔が大きいと、隣接する画素に設けられた着色膜へ光漏れが生じてしまい、視野角特性に悪影響をもたらす。このため、視野角特性を高めるためには、発光素子と着色膜との間隔を小さくすることが好ましい。本実施の形態に示す表示装置は、保護膜を介して発光素子上に着色膜を形成できるため、発光素子と着色膜の間隔を小さくすることが可能であり、視野角特性を向上させることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の例について説明する。
以下では、本発明の一態様の表示装置の、より具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
<表示装置>
図4は、表示装置710の斜視図である。
表示装置710は、基板751a及び基板752aを有する。図4では、基板752aを破線で輪郭のみ示している。
表示装置710は、基板751aと基板752aの間に、表示部761a、回路部762a、配線765a等を有する。また、基板751a上にIC764aとFPC763aが実装されている例を示している。そのため、表示装置710は、表示モジュールと呼ぶこともできる。
回路部762a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765aは、それぞれ表示部761aまたは回路部762a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、FPC763aを介して外部から入力されるか、IC764aから入力される。
また、図4では、COG(Chip On Glass)方式等により、基板751aにIC764aが設けられている例を示している。IC764a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IC764aは必要でなければ設けなくてもよい。またIC764aは、COF(Chip On Film)方式等により、FPC763aに実装してもよい。
図4には、表示部761aの一部の拡大図を示している。表示部761aには、複数の表示素子が有する導電膜121がマトリクス状に配置されている。
図5(A)に、表示装置710の表示部における断面概略図を示す。
表示装置710は、基板751aと基板752aとの間に、トランジスタ741a、トランジスタ741b、表示素子721R、表示素子721G、表示素子721B(図示しない)等を有する。基板751aと基板752aとは接着層151aにより接着されている。トランジスタ741a、トランジスタ741b及び表示素子721R等は、絶縁膜731上に設けられている。
表示装置710が有する表示素子721R、表示素子721G、及び表示素子721B(図示しない)は、それぞれ異なる色を呈する発光素子を有し、基板752a側(表示面側)に光を射出する。
図5(B)は、図5(A)におけるトランジスタ741a及びトランジスタ741b、表示素子721R、及びその近傍の拡大図を示す。なお、表示素子721B等は、ここで示す表示素子721Rと同様の構成を用いることができるため、ここでは説明は省略し、以下の記載を援用できる。
トランジスタ741a及びトランジスタ741bは、絶縁膜731上に設けられている。トランジスタ741aは、トランジスタ741bと接続され、画素の選択トランジスタとして機能する。また、トランジスタ741bは、表示素子721Rと接続され、表示素子721Rに流れる電流を制御するための駆動トランジスタとして機能する。
トランジスタ741aは、ゲートとして機能する導電膜111と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜132と、半導体膜112aと、ソースまたはドレインの一方として機能する導電膜113aと、ソースまたはドレインの他方として機能する導電膜113bと、を有する。図5(B)等に示すトランジスタ741aは、ボトムゲート型のチャネルエッチ構造のトランジスタである。
また、トランジスタ741aを覆って絶縁膜133が設けられている。絶縁膜133は、トランジスタ741aを保護するための保護膜として機能する。
トランジスタ741bは、導電膜113b上に、絶縁膜133を介して半導体膜112bが設けられ、半導体膜112bと接する導電膜113c及び導電膜113dを有する。導電膜113bの一部は、トランジスタ741bのゲートとして機能する。絶縁膜133の一部は、トランジスタ741bのゲート絶縁膜として機能する。導電膜113cと導電膜113dは、それぞれトランジスタ741bのソースまたはドレインとして機能する。
このように、トランジスタ741bはトランジスタ741aよりも上部に設けられている。また、導電膜113bがトランジスタ741aのソースまたはドレインの他方と、トランジスタ741bのゲートを兼ねる。このような構成とすることで、トランジスタ741aとトランジスタ741bを、それぞれ同一面上に並べて配置した場合に比べて、これらの占有面積を縮小することができる。
また、導電膜113dと絶縁膜133の一部と、導電膜113bの一部が積層して設けられ、容量素子130を構成している。容量素子130は、画素の保持容量として機能する。
トランジスタ741bを覆って、絶縁膜136及び絶縁膜134が設けられている。絶縁膜136は、トランジスタ741bを保護する保護膜として機能する。絶縁膜134は、平坦化膜として機能することが好ましい。なお、絶縁膜136及び絶縁膜134のいずれか一方は、不要であれば設けなくてもよい。
絶縁膜134上に、導電膜121が設けられている。導電膜121は、絶縁膜134及び絶縁膜136に設けられた開口を介して、導電膜113dと電気的に接続されている。また、導電膜121の端部及び上記開口部を覆って絶縁膜135が設けられている。絶縁膜135及び導電膜121上に、EL層122Rと、導電膜123が積層して設けられている。導電膜123上に保護膜125が設けられる。保護膜125として実施の形態1に示す保護膜を用いることで、表示素子721R、721G、721Bの劣化の進行を抑制することができる。
導電膜121は、表示素子721Rの画素電極として機能する。導電膜123は、共通電極として機能する。EL層122Rは、少なくとも発光層を有する。
表示素子721Rは、被形成面側とは反対側に光を射出する、上面射出型(トップエミッション型)の発光素子である。導電膜121には可視光を反射する導電膜を用い、導電膜123には、可視光を透過する導電膜を用いることができる。
図5(A)、(B)では、異なる色を呈する表示素子間で、EL層を作り分けている例を示している。各表示素子が有するEL層は、それぞれ異なる色を呈する発光層を有する。
表示素子721Rが有するEL層122Rは、例えば赤色を呈する発光層を有する。このように、異なる色を呈する表示素子間でEL層を作り分けることで、それぞれの表示素子が射出する光の色純度を高めることができる。また、着色膜(カラーフィルタ)等を用いる場合に比べて、光取り出し効率を高めることができる。また、例えば複数の発光層を積層して白色光を呈する発光素子を適用した場合に比べて、駆動電圧を低くできる。
ここで、表示素子721R、表示素子721G、表示素子721B等に用いることのできる発光素子の構成について説明する。
図6(A)は、異なる色を呈する表示素子間において、EL層を構成する層を全て作り分けた場合の例を示している。
表示素子721Rは、導電膜121と導電膜123との間に、EL層122Rを有する。図6(A)において、EL層122Rは、導電膜121側からキャリア注入層141R、キャリア輸送層142R、発光層143R、キャリア輸送層144R、及びキャリア注入層145Rを有する。
例えば、導電膜121を陽極、導電膜123を陰極とした場合には、キャリア注入層141Rに正孔注入性の高い材料を用い、キャリア輸送層142Rに正孔輸送性の高い材料を用い、キャリア輸送層144Rに電子輸送性の高い材料を用い、キャリア注入層145Rに電子注入性の高い材料を用いる。なお、陽極と負極を入れ替える場合には、各層を入れ替えることができる。
同様に、表示素子721BのEL層122Bは、キャリア注入層141B、キャリア輸送層142B、発光層143B、キャリア輸送層144B、及びキャリア注入層145Bを有する。また、表示素子721GのEL層122Gは、キャリア注入層141G、キャリア輸送層142G、発光層143G、キャリア輸送層144G、及びキャリア注入層145Gを有する。
このように、EL層122R、EL層122B、及びEL層122Gのそれぞれを独立して形成することで、それぞれが最適化された素子構造をとることができる。例えば、EL層122R、EL層122B、及びEL層122Gの各層には、それぞれ異なる材料を用いた層を適用することもできる。これにより、色純度や発光効率、光取り出し効率等を極めて高いものとすることができる。
なお、ここでは各EL層が有する各層の厚さが同程度であるように図示しているが、それぞれの層の厚さは各表示素子で異なっていてもよい。
図6(B)は、各表示素子間で、発光層のみを作り分け、他の層は共通に用いている場合の例を示している。
各表示素子に亘って、キャリア注入層141、キャリア輸送層142、キャリア輸送層144、及びキャリア注入層145が設けられている。
このような構成とすることで、作製工程を簡略化することができる。
なお、キャリア注入層141、キャリア輸送層142、キャリア輸送層144、及びキャリア注入層145のうち、1以上を作り分けてもよい。
また、発光層に燐光発光材料が適用された表示素子と、発光層に蛍光発光材料が適用された表示素子とが混在する場合には、共通して用いない層を作り分け、それ以外の層を共通して用いることが好ましい。
図6(C)には、異なる色を呈する表示素子間で、同じ構成のEL層を用いる例を示している。具体的には、白色光を呈するEL層122Wと、各表示素子が有する着色膜を組み合わせて異なる色の光を射出する構成の例を示している。
表示素子721R、表示素子721B、及び表示素子721Gは、それぞれ着色膜152R、着色膜152B、または着色膜152Gを有する。
表示素子721R、表示素子721B及び表示素子721Gがそれぞれ有するEL層122Wは、異なる表示素子間に亘って設けられている。そのためEL層122Wを作り分ける場合に比べて形成工程を簡略化できる。また、異なる色を呈する表示素子間でEL層を作り分ける場合に比べて、EL層の形成時の最小加工寸法や位置合わせ精度などのデザインルールを考慮する必要がないため、より隣接画素間の距離を小さくでき、精細度を高めることができる。
なお、導電膜123に半透過・半反射性を有する導電膜を用いることで、マイクロキャビティ(微小共振器)構造が実現されていてもよい。このとき、導電膜121と導電膜123との間の光学距離を調整するために、可視光を透過する光学調整層が設けられていてもよい。光学調整層は、異なる色の表示素子間でそれぞれ異なる厚さとすることが好ましい。
白色光を呈するEL層122と、マイクロキャビティ構造と、着色膜との組み合わせにより、極めて色純度の高い光を表示面側に射出することができる。
図6(D)には、被形成面側に光を射出する、下面射出型(ボトムエミッション型)の表示素子を適用した場合の例を示している。ここでは、図6(B)と同様に、各表示素子間で発光層のみを作り分けた場合の例を示している。
図6(D)において、導電膜121には可視光を透過する導電膜を用い、導電膜123には可視光を反射する導電膜を用いる。これにより、表示素子721R、表示素子721B、及び表示素子721Gは、それぞれ導電膜121側に光を射出する。
図6(E)は、異なる色を呈する表示素子間で、同じ構成のEL層を用いる例を示している。具体的には、白色光を呈するEL層122Wと、各表示素子が有する着色膜を組み合わせて異なる色の光を射出する構成の例を示している。
図6(E)は、図6(C)の変形例であり、表示素子721R、表示素子721B、及び表示素子721Gはそれぞれ、着色膜152R、着色膜152B、及び着色膜152Gを保護膜125上に有する。
以上が、発光素子の構成例についての説明である。
図5(C)に、図5(B)に示す構成に対応する回路図を示す。図5(C)は、一つの画素(副画素)の回路図に相当する。
例えば、トランジスタ741aのゲート(導電膜111)は、ゲート信号VGが与えられる配線と電気的に接続され、トランジスタ741aのソース又はドレインの一方(導電膜113a)は、ソース信号VSが与えられる配線と電気的に接続される。また、トランジスタ741bのソース又はドレインの一方(導電膜113c)は、電位VHが与えられる配線と電気的に接続される。また、表示素子721Rの共通電極(導電膜123)は、電位VLが与えられる配線と電気的に接続される。
なお、画素の構成はこれに限られず、様々な回路構成を用いることができる。
<トランジスタの積層構造>
以下では、2つのトランジスタを積層した構造の他の構成例について説明する。以下で例示する各構成例は、上記表示装置の断面構成例で例示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
<構成例1>
図7(A)に、トランジスタ741cとトランジスタ741dとを積層した場合の例である。
トランジスタ741cは、図5(B)で例示したトランジスタ741aに、第2のゲートとして機能する導電膜111bが設けられたトランジスタである。導電膜111bは、半導体膜112aと重なる位置に設けられ、絶縁膜133と絶縁膜136の間に設けられている。
トランジスタ741dは、図5(B)で例示したトランジスタ741bに、第2のゲートとして機能する導電膜111cが設けられたトランジスタである。導電膜111cは、半導体膜112bと重なる位置に設けられ、絶縁膜136上に設けられている。
トランジスタが半導体膜を挟んで2つのゲートを有する場合、2つのゲートに同じ電位を与えることで、トランジスタのオン電流を高めることができる。また、一方のゲート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、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。
<構成例2>
図7(B)は、トランジスタ741eとトランジスタ741bとを積層した場合の例である。
トランジスタ741eは、半導体膜112aよりも上部にゲートを有する、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。
トランジスタ741eは、絶縁膜731上に半導体膜112aと、半導体膜112a上に絶縁膜132と、絶縁膜132上に導電膜111と、半導体膜112a及び導電膜111を覆う絶縁膜137と、絶縁膜137上に導電膜113a及び導電膜113bと、を有する。
トランジスタ741eは、半導体膜112aと導電膜113aまたは導電膜113bの間の寄生容量、及び導電膜111と導電膜113aまたは導電膜113bの間の寄生容量を低減できるため好ましい。
図7(B)では、絶縁膜132が導電膜111と重なる部分にのみ形成されている例を示しているが、図7(D)に示すように、絶縁膜132が半導体膜112aの端部を覆う構成としてもよい。
<構成例3>
図7(C)は、トランジスタ741fとトランジスタ741bとを積層した場合の例である。
トランジスタ741fは、トランジスタ741eに加えて第2のゲートとして機能する導電膜111bを有する。導電膜111bは、絶縁膜138を介して半導体膜112aと重ねて配置されている。
図7(C)では、絶縁膜132が導電膜111と重なる部分にのみ形成されている例を示しているが、図7(E)に示すように、絶縁膜132が半導体膜112aの端部を覆う構成としてもよい。
<構成例4>
図8(A)は、トランジスタ741aとトランジスタ741gとを積層した場合の例である。
トランジスタ741gは、半導体膜112bよりも上部にゲートを有する、いわゆるトップゲート型のトランジスタである。
トランジスタ741gは、絶縁膜133上に半導体膜112bと、半導体膜112a上にゲート絶縁膜として機能する絶縁膜139と、絶縁膜139上に導電膜111bと、半導体膜112a及び導電膜111bを覆う絶縁膜136と、絶縁膜136上に導電膜113c及び導電膜113dと、を有する。
導電膜113b及び導電膜111bは、それぞれトランジスタ741gのゲートとして機能する。
図8(A)に示す例では、半導体膜112bと、導電膜113bと、絶縁膜133の一部により容量が形成される。そのため、当該容量を保持容量として用いてもよく、その場合には、容量素子を別途設けなくてもよい。
なお、図8(A)では絶縁膜139が導電膜111bと重なる部分にのみ形成されている例を示しているが、図7(E)等の絶縁膜132と同様に、半導体膜112bの端部を覆って設けられていてもよい。
<構成例5>
図8(B)は、トランジスタ741eとトランジスタ741gとを積層した場合の例である。トランジスタ741eとトランジスタ741gの説明は上記を援用できる。
このような構成とすることで、寄生容量が極めて低減された表示装置を実現できる。
<構成例6>
図8(C)は、トランジスタ741fとトランジスタ741gとを積層した場合の例である。トランジスタ741fとトランジスタ741gの説明は上記を援用できる。
このような構成とすることで、寄生容量が極めて低減された表示装置を実現できる。
<構成例7>
図8(D)は、トランジスタ741fとトランジスタ741hとを積層しない場合の例である。トランジスタ741fの説明は上記を援用できる。
トランジスタ741hは、絶縁膜138上に半導体膜112bと、半導体膜112b上に絶縁膜139と、絶縁膜139上に導電膜111bと、半導体膜112b及び導電膜111bを覆う絶縁膜137と、絶縁膜137上に導電膜113c及び導電膜113dと、を有する。
以上が、トランジスタの積層構造の例についての説明である。
<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。
<基板>
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剤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膜(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膜(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、複数の膜を積層して用いることもできる。特に、基板として、ガラス基板を用いると、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膜と、半導体膜と、ソース電極として機能する導電膜と、ドレイン電極として機能する導電膜と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と、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)、化合物半導体又は酸化物半導体を半導体膜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酸化物半導体などを適用できる。
特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体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、半導体膜として、複数の結晶部を有し、当該結晶部はc軸が半導体膜の被形成面、または半導体膜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酸化物半導体を用いることが好ましい。
このような酸化物半導体は、結晶粒界を有さないために表示装置を湾曲させたときの応力によって酸化物半導体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、このような酸化物半導体を好適に用いることができる。
また、半導体膜としてこのような結晶性を有する酸化物半導体を用いることで、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酸化物半導体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、各表示領域に表示した画像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。
半導体膜は、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、該酸化物半導体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。
半導体膜を構成する酸化物半導体として、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、半導体膜と導電膜は、上記酸化物のうち同一の金属元素を有していてもよい。半導体膜と導電膜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、半導体膜と導電膜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、半導体膜と導電膜は、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。
半導体膜を構成する酸化物半導体は、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酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
半導体膜を構成する酸化物半導体が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、In:M:Zn=5:1:7等が好ましい。なお、成膜される半導体膜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。
半導体膜としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、半導体膜は、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以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。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酸化物半導体であるといえる。
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、半導体膜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。
半導体膜を構成する酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体膜において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、半導体膜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、酸化物半導体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。このため半導体膜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、半導体膜を構成する酸化物半導体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酸化物半導体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。このため半導体膜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、半導体膜は、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。
非晶質構造の酸化物半導体膜は、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、半導体膜が、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。
また、半導体膜は、上述したCAC−OSまたはCAC−metal oxideを用いて形成することができる。
CAC−OSを用いたトランジスタは、信頼性が高い。また、CAC−OSを用いたトランジスタは、オン電流及び電界効果移動度が高く、オフ電流が低いため、トランジスタ特性に優れている。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、半導体膜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が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。
<導電膜>
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膜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膜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膜や、表示素子が有する導電膜(画素電極や共通電極として機能する導電膜)にも用いることができる。
<絶縁膜>
各絶縁膜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(例えば、シリコーン樹脂)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。
また、実施の形態1に示す保護膜を表示装置に含まれる絶縁膜に適宜用いることができる。
<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、LED(Light Emitting Diode)、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。
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乃至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膜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。
<接着剤>
接着剤としては、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、表示装置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。
<接続部材>
接続部材としては、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。
<着色膜>
着色膜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。
<遮光膜>
遮光膜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。遮光膜は、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、遮光膜に、着色膜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膜に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色膜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。着色膜と遮光膜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。
<作製方法>
ここでは、可撓性を有する基板を用いた表示装置の作製方法の例について説明する。
ここでは、表示素子、回路、配線、電極、着色膜や遮光膜などの光学部材、及び絶縁膜等が含まれる層をまとめて素子層と呼ぶこととする。例えば、素子層は表示素子を含み、表示素子の他に表示素子と電気的に接続する配線、画素や回路に用いるトランジスタなどの素子を備えていてもよい。
また、ここでは、表示素子が完成した(作製工程が終了した)段階において、素子層を支持し、可撓性を有する部材のことを、基板と呼ぶこととする。例えば、基板には、厚さが10nm以上300μm以下の、極めて薄いフィルム等も含まれる。
可撓性を有し、絶縁表面を備える基板上に素子層を形成する方法としては、代表的には以下に挙げる2つの方法がある。一つは、基板上に直接、素子層を形成する方法である。もう一つは、基板とは異なる支持基材上に素子層を形成した後、素子層と支持基材を剥離し、素子層を基板に転置する方法である。なお、ここでは詳細に説明しないが、上記2つの方法に加え、可撓性を有さない基板上に素子層を形成し、当該基板を研磨等により薄くすることで可撓性を持たせる方法もある。
基板を構成する材料が、素子層の形成工程にかかる熱に対して耐熱性を有する場合には、基板上に直接、素子層を形成すると、工程が簡略化されるため好ましい。このとき、基板を支持基材に固定した状態で素子層を形成すると、装置内、及び装置間における搬送が容易になるため好ましい。
また、素子層を支持基材上に形成した後に、基板に転置する方法を用いる場合、まず支持基材上に剥離膜と絶縁膜を積層し、当該絶縁膜上に素子層を形成する。続いて、支持基材と素子層の間で剥離し、素子層を基板に転置する。このとき、支持基材と剥離膜の界面、剥離膜と絶縁膜の界面、または剥離膜中で剥離が生じるような材料を選択すればよい。この方法では、支持基材や剥離膜に耐熱性の高い材料を用いることで、素子層を形成する際にかかる温度の上限を高めることができ、より信頼性の高い素子を有する素子層を形成できるため、好ましい。
例えば剥離膜として、タングステンなどの高融点金属材料を含む膜と、当該金属材料の酸化物を含む膜を積層して用い、剥離膜上の絶縁膜として、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを複数積層した膜を用いることが好ましい。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。
素子層と支持基材とを剥離する方法としては、機械的な力を加えることや、剥離膜をエッチングすること、または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層の熱膨張係数の違いを利用し、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、支持基材と絶縁膜の界面で剥離が可能な場合には、剥離膜を設けなくてもよい。
例えば、支持基材としてガラスを用い、絶縁膜としてポリイミドなどの有機樹脂を用いることができる。このとき、レーザ光等を用いて有機樹脂の一部を局所的に加熱する、または鋭利な部材により物理的に有機樹脂の一部を切断、または貫通すること等により剥離の起点を形成し、ガラスと有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。
または、支持基材と有機樹脂からなる絶縁膜の間に発熱部材を設け、当該発熱部材を加熱することにより、当該発熱部材と絶縁膜の界面で剥離を行ってもよい。発熱部材としては、電流を流すことにより発熱する材料、光を吸収することにより発熱する材料、磁場を印加することにより発熱する材料など、様々な材料を用いることができる。例えば発熱部材としては、半導体、金属、絶縁体から選択して用いることができる。
なお、上述した方法において、有機樹脂からなる絶縁膜は、剥離後に基板として用いることができる。
以上が可撓性を有する表示装置を作製する方法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4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の一例であるハイブリッドディスプレイについて説明する。
また、ハイブリッド表示方法とは、同一画素又は同一副画素において複数の光を表示し、文字又は/及び画像を表示する方法である。また、ハイブリッドディスプレイとは、表示部に含まれる同一画素又は同一副画素において複数の光を表示し、文字又は/及び画像を表示する集合体である。
ハイブリッド表示方法の一例としては、同一画素又は同一副画素において、第1の光と、第2の光の表示タイミングを異ならせて表示する方法がある。このとき、同一画素又は同一副画素において、同一色調(赤、緑、又は青、もしくはシアン、マゼンタ、又はイエローのいずれかの一)の第1の光及び第2の光を同時に表示し、表示部において文字又は/及び画像を表示させることができる。
また、ハイブリッド表示方法の一例としては、反射光と自発光とを同一画素又は同一副画素で表示する方法がある。同一色調の反射光及び自発光(例えば、OLED(Organic Light Emitting Diode)光、LED光等)を、同一画素又は同一副画素で、同時に表示させることができる。
なお、ハイブリッド表示方法において、同一画素又は同一副画素ではなく、隣接する画素又は隣接する副画素において、複数の光を表示してもよい。また、第1の光及び第2の光を同時に表示するとは、人の目の感覚でちらつきを感知しない程度に第1の光及び第2の光を同じ期間表示することをいい、人の目の感覚でちらつきを感知しなければ、第1の光の表示期間と第2の光の表示期間がずれていてもよい。
また、ハイブリッドディスプレイは、同一の画素又は同一の副画素において、複数の表示素子を有し、同じ期間に複数の表示素子それぞれが表示する集合体である。また、ハイブリッドディスプレイは、同一の画素又は同一の副画素において、複数の表示素子と、表示素子を駆動する能動素子とを有する。能動素子として、スイッチ、トランジスタ、薄膜トランジスタ等がある。複数の表示素子それぞれに能動素子が接続されているため、複数の表示素子それぞれの表示を個別に制御することができる。
なお、本明細書等において、上記構成のいずれか1つ又は複数の表現を満たすものを、ハイブリッド表示という。
また、ハイブリッドディスプレイは、同一画素又は同一副画素に複数の表示素子を有する。なお、複数の表示素子としては、例えば、光を反射する反射型素子と、光を射出する自発光素子とが挙げられる。なお、反射型素子と、自発光素子とは、それぞれ独立に制御することができる。ハイブリッドディスプレイは、表示部において、反射光、及び自発光のいずれか一方又は双方を用いて、文字及び/又は画像を表示する機能を有する。
本発明の一態様の表示装置は、可視光を反射する第1の表示素子が設けられた画素を有することができる。又は、可視光を発する第2の表示素子が設けられた画素を有することができる。又は、第1の表示素子及び第2の表示素子が設けられた画素を有することができる。
本実施の形態では、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の表示素子とを有する表示装置について説明する。
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、又は両方により、画像を表示する機能を有する。又は、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、同数且つ同ピッチで、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。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、ならびに複数の第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。又は、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。
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、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。又は、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、又は例えば赤色(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、又は例えば赤色(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。
本発明の一態様は、第1の画素で画像を表示する第1のモード、第2の画素で画像を表示する第2のモード、及び第1の画素及び第2の画素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。また、第1の画素及び第2の画素のそれぞれに異なる画像信号を入力し、合成画像を表示することもできる。
第1のモードは、第1の表示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、且つ外光が白色光又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、第2の表示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、第1の表示素子による反射光と、第2の表示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、第1の画素が呈する光と、第1の画素と隣接する第2の画素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。
以下では、本発明の一態様のより具体的な例について、図面を参照して説明する。
[表示装置の構成例]
図9は、本発明の一態様の表示装置が有する表示領域70を説明する図である。表示領域70は、マトリクス状に配置された複数の画素ユニット75を有する。画素ユニット75は、画素76と、画素77を有する。
図9では、画素76及び画素77が、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色に対応する表示素子を有する場合の例を示している。
画素76は、赤色(R)に対応する表示素子76R、緑色(G)に対応する表示素子76G、青色(B)に対応する表示素子76Bを有する。表示素子76R、76G、76Bはそれぞれ、光源の光を利用した第2の表示素子である。
画素77は、赤色(R)に対応する表示素子77R、緑色(G)に対応する表示素子77G、青色(B)に対応する表示素子77Bを有する。表示素子77R、77G、77Bはそれぞれ、外光の反射を利用した第1の表示素子である。
以上が表示装置の構成例についての説明である。
[画素ユニットの構成例]
続いて、図10(A)、(B)、(C)を用いて画素ユニット75について説明する。図10(A)、(B)、(C)は、画素ユニット75の構成例を示す模式図である。
画素76は、表示素子76R、表示素子76G、表示素子76Bを有する。表示素子76Rは、光源を有し、画素76に入力される第2の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光R2を、表示面側に射出する。表示素子76G、表示素子76Bも同様に、それぞれ緑色の光G2又は青色の光B2を、表示面側に射出する。
画素77は、表示素子77R、表示素子77G、表示素子77Bを有する。表示素子77Rは、外光を反射し、画素77に入力される第1の階調値に含まれる赤色に対応する階調値に応じた輝度の赤色の光R1を、表示面側に射出する。表示素子77G、表示素子77Bも同様に、それぞれ緑色の光G1又は青色の光B1を、表示面側に射出する。
〔第1のモード〕
図10(A)は、外光を反射する表示素子77R、表示素子77G、表示素子77Bを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図10(A)に示すように、画素ユニット75は、例えば外光の照度が十分に高い場合などでは、画素76を駆動させずに、画素77からの光(光R1、光G1、および光B1)のみを混色させることにより、所定の色の光79を表示面側に射出することもできる。これにより、極めて低消費電力な駆動を行うことができる。
〔第2のモード〕
図10(B)は、表示素子76R、表示素子76G、表示素子76Bを駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図10(B)に示すように、画素ユニット75は、例えば外光の照度が極めて小さい場合などでは、画素77を駆動させずに、画素76からの光(光R2、光G2、および光B2)のみを混色させることにより、所定の色の光79を表示面側に射出することもできる。これにより鮮やかな表示を行うことができる。また、外光の照度が小さい場合に輝度を低くすることで、使用者が感じる眩しさを抑えると共に消費電力を低減できる。
〔第3のモード〕
図10(C)は、外光を反射する表示素子77R、表示素子77G、表示素子77Bと、光を発する表示素子76R、表示素子76G、表示素子76Bの両方を駆動して画像を表示する動作モードの例を示している。図10(C)に示すように、画素ユニット75は、光R1、光G1、光B1、光R2、光G2、及び光B2の6つの光を混色させることにより、所定の色の光79を表示面側に射出することができる。
したがって、本実施の形態に示す表示装置は、発光型の表示素子と、反射型の表示素子とを有しているため、選択領域を表示するのに好適である。例えば、反射型の表示素子で表示領域70の表示を行っているときに、発光型の表示素子で、選択領域を表示することができる。また、発光型の表示素子で表示領域70の表示を行っているときに、反射型の表示素子で、選択領域を表示してもよい。もしくは、反射型の表示素子の階調データを変更することで選択領域を表示してもよいし、発光型の表示素子の階調データを変更することで選択領域を表示してもよい。
以上が画素ユニット75の構成例についての説明である。
次に、ハイブリッドディスプレイの構成の具体例について説明する。以下で例示する表示装置は、反射型の液晶素子と、発光素子の両方を有し、透過モードと反射モードの両方の表示を行うことのできる、表示装置である。
[構成例]
図11(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761b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、回路GDと電気的に接続する複数の配線GD1、複数の配線GD2、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、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11(B1)は、画素410が有する導電膜311bの構成例を示す。導電膜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、導電膜311bには、開口451が設けられている。
図11(B1)には、導電膜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、導電膜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11(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11(B1)に示すように、方向Rに隣接する2つの画素において、開口451が一列に配列されないように、導電膜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、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が有する着色膜に入射してしまう現象(光漏れともいう)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層を遮蔽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11(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膜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、円形又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、光漏れを抑制できる。
[回路構成例]
図12は、画素410の構成例を示す回路図である。図12では、隣接する2つの画素410を示している。図9と異なる点は、画素回路が有する容量素子へ画像データを書き込む配線S1及び配線S2を有している例を示している。
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GD1、配線GD3、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12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12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GD3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GD1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、他方の電極が配線CSCOM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12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GD3には、スイッチSW1を導通状態又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GD1には、スイッチSW2を導通状態又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12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GD3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、透過モードで表示を行う場合には、配線GD1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GD1、配線GD3、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12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13(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13(A)では図12の例に加えて、画素410に配線GD4及び配線S3が接続されている。
図13(A)に示す例では、例えば4つの発光素子360r、発光素子360g、発光素子360b、及び発光素子360w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、透過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13(B)には、画素410の構成例を示している。画素410は、電極311が有する開口部と重なる発光素子360wと、電極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。
[表示パネルの構成例]
図14は、本発明の一態様の表示装置300の斜視概略図である。表示装置300の外観は、図4に示す表示装置710と同じ構成である。
図14には、表示部761bの一部の拡大図を示している。表示部761bには、複数の表示素子が有する導電膜311bがマトリクス状に配置されている。導電膜311bは、可視光を反射する機能を有し、後述する液晶素子340の反射電極として機能する。
また、図14に示すように、導電膜311bは開口を有する。さらに導電膜311bよりも基板751a側に、発光素子360を有する。発光素子360からの光は、導電膜311bの開口を介して基板752a側に射出される。
また、基板752a上には入力装置366を設けることができる。例えば、シート状の静電容量方式のタッチセンサを表示部761bに重ねて設ける構成とすればよい。又は、基板752aと基板751aとの間にタッチセンサを設けてもよい。基板752aと基板751aとの間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
[断面構成例1]
図15に、図14で例示した表示装置の、FPC763aを含む領域の一部、回路部762aを含む領域の一部及び表示部761bを含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
表示装置は、基板751aと基板752aの間に、絶縁膜220を有する。また、基板751aと絶縁膜220の間に、発光素子360、トランジスタ201、トランジスタ205、トランジスタ206、着色膜174等を有する。また、絶縁膜220と基板752aの間に、液晶素子340、着色膜175等を有する。また、基板752aと絶縁膜220は接着剤183を介して接着され、基板751aと絶縁膜220は接着剤182を介して接着されている。
トランジスタ206は、液晶素子340と電気的に接続し、トランジスタ205は、発光素子360と電気的に接続する。トランジスタ205とトランジスタ206は、いずれも絶縁膜220の基板751a側の面上に形成されているため、これらを同一の工程を用いて作製することができる。
基板752aには、着色膜175、遮光膜176、絶縁膜165、及び液晶素子340の共通電極として機能する導電膜313、配向膜173b、絶縁膜167等が設けられている。絶縁膜167は、液晶素子340のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。
絶縁膜220の基板751a側には、絶縁膜211、絶縁膜212、絶縁膜213、絶縁膜214、絶縁膜215等の絶縁膜が設けられている。絶縁膜211は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜212、絶縁膜213、及び絶縁膜214は、各トランジスタを覆って設けられている。また、絶縁膜214を覆って絶縁膜215が設けられている。絶縁膜214及び絶縁膜215は、平坦化膜としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁膜として、絶縁膜212、絶縁膜213、絶縁膜214の3層を有する場合について示しているが、これに限られず4層以上であってもよいし、単層、又は2層であってもよい。また、平坦化膜として機能する絶縁膜214は、不要であれば設けなくてもよい。
また、トランジスタ201、トランジスタ205、及びトランジスタ206は、一部がゲートとして機能する導電膜221、一部がソース又はドレインとして機能する導電膜222、半導体膜231を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
液晶素子340は反射型の液晶素子である。液晶素子340は、導電膜370、液晶312、導電膜313が積層された積層構造を有する。また、導電膜370の基板751a側に接して、可視光を反射する導電膜311bが設けられている。導電膜311bは開口251を有する。また、導電膜370及び導電膜313は可視光を透過する材料を含む。また、液晶312と導電膜370の間に配向膜173aが設けられ、液晶312と導電膜313の間に配向膜173bが設けられている。
基板752aの外側の面には、光拡散板129及び偏光板140を配置する。偏光板140としては直線偏光板を用いてもよいが、円偏光板を用いることもできる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。また、外光反射を抑制するために光拡散板129が設けられる。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子340に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。
液晶素子340において、導電膜311bは可視光を反射する機能を有し、導電膜313は可視光を透過する機能を有する。基板752a側から入射した光は、偏光板140により偏光され、導電膜313、液晶312を透過し、導電膜311bで反射する。そして、液晶312及び導電膜313を再度透過して、偏光板140に達する。このとき、導電膜311bと導電膜313の間に与える電圧によって液晶312の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板140を介して射出される光の強度を制御することができる。また、光は着色膜175によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
発光素子360は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子360は、絶縁膜220側から導電膜191、EL層192、及び導電膜193bの順に積層された積層構造を有する。また、導電膜193bを覆って導電膜193aが設けられている。導電膜193bは可視光を反射する材料を含み、導電膜191及び導電膜193aは可視光を透過する材料を含む。発光素子360が発する光は、着色膜174、絶縁膜220、開口251、導電膜313等を介して、基板752a側に射出される。
発光素子360に含まれる導電膜193a及び絶縁膜216上に、保護膜228が設けられている。保護膜228は、実施の形態1に示す保護膜28を用いることができる。発光素子360上に保護膜228が設けられることで、外部から発光素子360への水、酸素等の拡散を防ぐことが可能であり、発光素子360の劣化を低減することが可能である。また、信頼性の高い発光素子を有する表示装置を作製することができる。
また、図15に示す表示装置は、絶縁膜213及び保護膜228が、領域209で接している。領域209が表示装置の周辺部において環状に設けられることで、絶縁膜213及び保護膜228で囲まれた領域の内部に発光素子360が設けられる。この結果、表示装置の上面、底面及び側面からの水、酸素等が発光素子360に拡散することを防ぐことが可能であり好ましい。
なお、図15においては、保護膜228が絶縁膜213と接する構造を示すが、保護膜228は、絶縁膜211または絶縁膜212と接してもよい。
ここで、図15に示すように、開口251には可視光を透過する導電膜370が設けられていることが好ましい。これにより、開口251と重なる領域においてもそれ以外の領域と同様に液晶312が配向するため、これらの領域の境界部で液晶の配向不良が生じ、意図しない光が漏れてしまうことを抑制できる。
導電膜191の端部を覆う絶縁膜216上には、絶縁膜217が設けられている。絶縁膜217は、絶縁膜220と基板751aが必要以上に接近することを抑制するスペーサとしての機能を有する。また、EL層192や導電膜193aを遮蔽マスク(メタルマスク)を用いて形成する場合には、当該遮蔽マスクが被形成面に接触することを抑制するための機能を有していてもよい。なお、絶縁膜217は不要であれば設けなくてもよい。
トランジスタ205のソース又はドレインの一方は、導電膜224を介して発光素子360の導電膜191と電気的に接続されている。
トランジスタ206のソース又はドレインの一方は、接続部207を介して導電膜311bと電気的に接続されている。導電膜311bと導電膜370は接して設けられ、これらは電気的に接続されている。ここで、接続部207は、絶縁膜220に設けられた開口を介して、絶縁膜220の両面に設けられる導電膜同士を接続する部分である。
基板751aと基板752aが重ならない領域には、接続部204が設けられている。接続部204は、接続体242を介してFPC763aと電気的に接続されている。接続部204は接続部207と同様の構成を有している。接続部204の上面は、導電膜370と同一の導電膜を加工して得られた導電膜が露出している。これにより、接続部204とFPC763aとを接続体242を介して電気的に接続することができる。
接着剤183が設けられる一部の領域には、接続部252が設けられている。接続部252において、導電膜370と同一の導電膜を加工して得られた導電膜と、導電膜313の一部が、接続体243により電気的に接続されている。したがって、基板752a側に形成された導電膜313に、基板751a側に接続されたFPC763aから入力される信号又は電位を、接続部252を介して供給することができる。
接続体243としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂又はシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。また、ニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また、接続体243として、弾性変形、又は塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体243は、図15に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体243と、これと電気的に接続する導電膜との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。
接続体243は、接着剤183に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着剤183に接続体243を分散させておけばよい。
図15では、回路部762aの例としてトランジスタ201が設けられている例を示している。
図15では、トランジスタ201及びトランジスタ205の例として、チャネルが形成される半導体膜231を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。一方のゲートは導電膜221により、他方のゲートは絶縁膜212を介して半導体膜231と重なる導電膜223により構成されている。このような構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。このとき、2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速駆動が可能な回路を作製することができる。さらには、回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、又は高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
なお、回路部762aが有するトランジスタと、表示部761bが有するトランジスタは、同じ構造であってもよい。また、回路部762aが有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部761bが有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
各トランジスタを覆う絶縁膜212、絶縁膜213のうち少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。すなわち、絶縁膜212又は絶縁膜213はバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。
基板752a側において、着色膜175、遮光膜176を覆って絶縁膜165が設けられている。絶縁膜165は、平坦化膜としての機能を有していてもよい。絶縁膜165により、導電膜313の表面を概略平坦にできるため、液晶312の配向状態を均一にできる。
〔断面構成例2〕
図16に示す表示装置は、図15に示す構成において各トランジスタにトップゲート型のトランジスタを適用した場合の例である。このように、トップゲート型のトランジスタを適用することにより、寄生容量が低減できるため、表示のフレーム周波数を高めることができる。
本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタは、ゲート電極として機能する導電膜と、半導体膜と、ソース電極として機能する導電膜と、ドレイン電極として機能する導電膜と、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜と、を有する。
なお、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。又は、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
発光素子360に含まれる導電膜193a及び絶縁膜216上に、保護膜228が設けられている。保護膜228は、領域230において、絶縁膜213と接している。領域230が表示装置の周辺部において環状に設けられることで、絶縁膜213及び保護膜228で囲まれた領域の内部に発光素子360が設けられる。この結果、表示装置の上面、底面及び側面からの水、酸素等が発光素子360に拡散することを防ぐことが可能であり好ましい。
なお、図16においては、保護膜228が絶縁膜213と接する構造を示すが、保護膜228は、絶縁膜211または絶縁膜212と接してもよい。
なお、本実施の形態に示す表示装置の各構成要素は、適宜実施の形態3に示す表示装置の構成要素を用いることができる。
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5)
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17に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、フレーム8009、プリント基板8010、及びバッテリ8011を有する。
本発明の一態様を用いて作製された表示装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、例えば表示パネル8006に用いることで、高精細な表示モジュール8000を作製することが可能である。また、表示モジュールの信頼性を高めることができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006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。
タッチパネル8004としては、抵抗膜方式又は静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、タッチパネル8004を設けず、表示パネル8006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8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010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8009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8010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8011による電源であってもよい。バッテリ8011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8000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。
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6)
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を、電子機器の表示部に適用することができる。したがって、表示品位の高い電子機器を実現できる。または、極めて高精細な電子機器を実現できる。または、信頼性の高い電子機器を実現できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器または照明装置は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画または動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部または電子機器に内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能等を有することができる。なお、本発明の一態様の電子機器が有する機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
本発明の一態様の表示装置は、極めて高精細な画像を表示することができる。そのため、特に携帯型の電子機器、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。また、VR(Virtual Reality)機器やAR(Augmented Reality)機器などにも好適に用いることができる。
図18(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18(A)に示すように折り畳んだ状態から、図18(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もよい。
図18(C)に携帯情報端末の一例を示す。図18(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。本発明の一態様を用いて作製された表示装置を表示部812に用いることで、表示部812の面積が小さくとも、撮影した画像の細部の確認が可能である。
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18(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。
図19(A)に、ファインダー850を取り付けた状態の、カメラ840の外観を示す。
カメラ840は、筐体841、表示部842、操作ボタン843、シャッターボタン844等を有する。また、カメラ840には、着脱可能なレンズ846が取り付けられている。
ここではカメラ840として、レンズ846を筐体841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846と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ840は、シャッターボタン844を押すことにより、撮像することができる。また、表示部842はタッチパネルとしての機能を有し、表示部842をタッチすることにより撮像することも可能である。
カメラ840の筐体841は、電極を有するマウントを有し、ファインダー850のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー850は、筐体851、表示部852、ボタン853等を有する。
筐体851は、カメラ840のマウントと係合するマウントを有しており、ファインダー850をカメラ840に取り付けることができる。また、当該マウントには電極を有し、当該電極を介してカメラ840から受信した映像等を表示部852に表示させることができる。
ボタン853は、電源ボタンとしての機能を有する。ボタン853により、表示部852の表示のオン・オフを切り替えることができる。
カメラ840の表示部842及びファインダー850の表示部852に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様を用いて作製された表示装置を表示部842、852に用いることで、表示部842、852の面積が小さくとも、撮像画像や撮影した画像の細部の確認が可能である。
なお、図19(A)では、カメラ840とファインダー850とを別の電子機器とし、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ840の筐体841に、本発明の一態様の表示装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
図19(B)には、ヘッドマウントディスプレイ860の外観を示している。
ヘッドマウントディスプレイ860は、装着部861、レンズ862、本体863、表示部864、ケーブル865等を有している。また、装着部861には、バッテリ866が内蔵されている。
ケーブル865は、バッテリ866から本体863に電力を供給する。本体863は無線受信機等を備え、受信した画像データ等の映像情報を表示部864に表示させることができる。また、本体863に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動きを捉え、その情報をもとに使用者の視点の座標を算出することにより、使用者の視点を入力手段として用いることができる。
また、装着部861には、使用者に触れる位置に複数の電極が設けられていてもよい。本体863は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使用者の視点を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知することにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部861には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部864に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部の動きなどを検出し、表示部864に表示する映像をその動きに合わせて変化させてもよい。
表示部864に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様を用いて作製された表示装置を表示部864に用いることで、臨場感のある画像を表示することが可能である。
図19(C)、(D)には、ヘッドマウントディスプレイ870の外観を示している。
ヘッドマウントディスプレイ870は、筐体871、2つの表示部872、操作ボタン873、及びバンド状の固定具874を有する。
ヘッドマウントディスプレイ870は、上記ヘッドマウントディスプレイ860が有する機能に加え、2つの表示部を備える。
2つの表示部872を有することで、使用者は片方の目につき1つの表示部を見ることができる。これにより、視差を用いた3次元表示等を行う際であっても、高い解像度の映像を表示することができる。また、表示部872は使用者の目を概略中心とした円弧状に湾曲している。これにより、使用者の目から表示部の表示面までの距離が一定となるため、使用者はより自然な映像を見ることができる。また、表示部からの光の輝度や色度が見る角度によって変化してしまうような場合であっても、表示部の表示面の法線方向に使用者の目が位置するため、実質的にその影響を無視することができるため、より現実感のある映像を表示することができる。
操作ボタン873は、電源ボタンなどの機能を有する。また、操作ボタン873の他にボタンを有していてもよい。
また、図19(E)に示すように、表示部872と使用者の目の位置との間に、レンズ875を有していてもよい。レンズ875により、使用者は表示部872を拡大してみることができるため、より臨場感が高まる。このとき、図19(E)に示すように、視度調節のためにレンズの位置を変化させるダイヤル876を有していてもよい。
表示部872に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様の表示装置は、極めて精細度が高いため、図19(E)のようにレンズ875を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
図20(A)、(B)には、1枚の表示部872を有する場合の例を示している。このような構成とすることで、部品点数を削減することができる。
表示部872は、左右2つの領域にそれぞれ右目用の画像と、左目用の画像の2つの画像を並べて表示することができる。これにより、両眼視差を用いた立体映像を表示することができる。
また、表示部872の全域に亘って、両方の目で視認可能な一つの画像を表示してもよい。これにより、視野の両端に亘ってパノラマ映像を表示することが可能となるため、現実感が高まる。
また、上述したレンズ875設けてもよい。表示部872には、2つの画像を並べて表示させてもよいし、表示部872に一つの画像を表示させ、レンズ875を介して両目で同じ画像を見ることのできる構成としてもよい。
また、表示部872は湾曲していなくてもよく、表示面が平面であってもよい。例えば、図20(C)、(D)には、曲面を有さない1枚の表示部872を有する場合の例を示している。
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。
本実施例では、スパッタリング法またはALD法を用いて形成した酸化アルミウム膜それぞれの膜密度について説明する。
<試料S1及び試料S2>
ガラス基板上にスパッタリング法を用いて厚さ500nmの酸化アルミニウム膜を形成した。成膜条件を表1に示す。なお、スパッタリングターゲットとしてアルミニウムを用い、スパッタリングガスとして酸素を含む混合ガスを用いる反応性スパッタリング法により、酸化アルミニウム膜を形成した。
<試料A1乃至試料A3>
ガラス基板上にALD法を用いて厚さ100nmまたは50nmの酸化アルミニウム膜を形成した。試料A1の酸化アルミニウム膜の厚さは100nmである。試料A2及び試料A3の酸化アルミニウム膜の厚さは50nmである。試料A1及び試料A2は、試料A3と1サイクル時間が異なる。また、試料A1、試料A3、及び試料A3はそれぞれ、成膜時間が異なる。成膜条件を表2に示す。なお、1サイクルとは、前駆体及び酸化剤それぞれのガスの入れ替えにかかる時間である。1サイクルあたりの時間が長い方が、成膜室における未反応の前駆体の残留を低減できる。
試料S1、試料S2、及び試料A1乃至試料A3に含まれる酸化アルミニウム膜の膜密度を測定した結果を表3に示す。ここでは、株式会社テクノス製のTRXV−SMXを用い、X線反射率測定法によって、膜密度を測定した。なお、膜密度の導出は、下面、上面における界面層を除いて行った。
表3より、ALD法を用いて形成される酸化アルミニウム膜は、1サイクルあたりの成膜時間を長くすることで、膜中に含まれる不純物を低減できるため、膜密度を高めることが可能であることがわかる。また、スパッタリング法を用いることで、膜に含まれる不純物を低減できる。
本実施例では、実施例1で形成した酸化アルミニウム膜に含まれる元素の定量値について測定した結果を説明する。
試料S1、試料S2、試料A1、及び試料A2の膜中において含まれるアルミニウム、酸素、及び炭素の定量値をX線光電子分光法を用いて測定した。測定結果を表4に示す。本実施例のXPSでは、測定装置としてPHI社製QuanteraSXMを、X線源としては単色化AlKα線(1.486keV)を用いた。
表4から、スパッタリング法を用いて形成される酸化アルミニウム膜には、アルミニウム及び酸素が含まれることが分かった。また、ALD法を用いて形成される酸化アルミニウム膜には、アルミニウム及び酸素と、微量の炭素が含まれることが分かった。酸化アルミニウム膜を形成するための原料である前駆体として、トリメチルアルミニウムを用いており、メチル基の炭素が酸化されず、酸化アルミニウム膜中に残存したため、炭素が含まれると考えられる。
また、表4から、ALD法を用いて形成される酸化アルミニウム膜は、スパッタリング法を用いて形成される酸化アルミニウム膜と比較して、アルミニウムに対する酸素の原子数比(O/Al)が大きいことがわかった。すなわち、スパッタリング法を用いて形成される酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて形成される酸化アルミニウム膜とは組成が異なることが分かった。
このことから、スパッタリング法を用いて酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて酸化アルミニウム膜を順に積層して保護膜を形成すると、保護膜は、下層の酸化アルミニウム膜に対して、上層の酸化アルミニウム膜の方が炭素の含有量が多い。また、スパッタリング法を用いて酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて酸化アルミニウム膜を順に積層して保護膜を形成すると、保護膜は、下層の酸化アルミニウム膜に対して、上層の酸化アルミニウム膜の方が、アルミニウムに対する酸素の原子数比(O/Al)が大きい。スパッタリング法で形成された酸化アルミニウム膜のアルミニウムと酸素の比は、化学量論的組成(Al)に近いことがわかる。
本実施例では、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜の光学特性について説明する。
はじめに、試料の作製方法を説明する。ここでは、実施例1に示す試料S1と同様の条件、即ちスパッタリング法を用いて500nmの酸化アルミニウム膜を形成した。
図21(A)に、試料の透過率、反射率、及び吸収率を示す。図21(A)において、横軸は波長、縦軸は各波長の光の透過率、反射率、及び吸収率を示し、実線は透過率、破線は反射率、点線は吸収率を示す。図21(A)に示すように、試料における透過率が高いことがわかる。
なお、参考までに、ガラス基板上にスパッタリング法を用いて形成した厚さ70nmのITO膜の光学特性を図21(B)に示す。
図21(A)に示す酸化アルミニウム膜の透過率は、図21(B)に示すITOの透過率以上である。このため、発光素子上に、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜を形成しても、発光素子から射出される光の取り出し効率の妨げとならない。
本実施例では、保護膜の断面形状をSTEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)を用いて観察した。
はじめに、試料の作製方法を説明する。
図1(A)及び図1(B)に示すように、基板40上に第1の電極10を形成した。ここでは基板40としてガラス基板を用いた。また、第1の電極10として、厚さ100nmのAg−Pd−Cu合金膜と、厚さ95nmのITO膜とを積層して形成した。
次に、第1の電極10上に絶縁膜14を形成した。ここでは、絶縁膜14として、厚さ1000nmのポリイミド膜を形成した。
次に、第1の電極10及び絶縁膜14上に、厚さ200nmのEL層16を形成した。
次に、EL層16上に第2の電極18を形成した。ここでは、第2の電極18として、厚さ15nmのAg−Mg合金膜と、厚さ70nmのITO膜とを積層して形成した。
次に、第2の電極18上に絶縁膜24を形成し、絶縁膜24上に絶縁膜26を形成した。ここでは、絶縁膜24として、スパッタリング法を用いて厚さ300nmの酸化アルミニウム膜を形成した後、絶縁膜26として、ALD法を用いて厚さ50nmの酸化アルミニウム膜を形成した。
次に、絶縁膜26上に、STEM観察用の保護膜として、炭素膜C及び白金膜Ptを積層形成した。
該試料の断面をSTEMを用いて観察した。観察結果を図22(A)に示す。
また、比較例として、絶縁膜24上に絶縁膜26を形成しない比較試料を形成した。ここでは、絶縁膜24として、スパッタリング法を用いて厚さ1000nmの酸化アルミニウム膜を形成した。
該比較試料の断面をSTEMで観察した。観察結果を図22(B)に示す。
図22(A)及び(B)は、STEM像である。なお、図22(A)及び(B)において、欠陥領域及び低密度領域は、高密度領域と比較してコントラストが低く観察される。図22(B)に示すように、基板に対して表面が斜めである絶縁膜14の領域と重なる絶縁膜24の領域(破線四角で示す。)で、線状の低密度な領域が多数観察された。
一方、図22(A)において、絶縁膜24上に絶縁膜26が形成されることで、絶縁膜24は、基板に対して表面が斜めである絶縁膜14の領域と重なっても、線状の低密度な領域が観察されない。
図22より、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜上に、ALD法を用いて酸化アルミニウム膜を積層形成することで、スパッタリング法で形成された酸化アルミニウム膜の低密度領域が低減されることが分かる。これは、低密度領域に、ALD法で形成した酸化アルミニウムが充填されることが原因の一つと考えられる。
本実施例では、実施例1で形成した試料に含まれる酸化アルミニウム膜において、水蒸気透過率測定機により水分の透過率を評価した結果を説明する。また、発光素子上に実施例1で形成した試料に含まれる酸化アルミニウム膜を形成して、高温高湿雰囲気での保存試験を行った結果を説明する。
<水蒸気透過率>
はじめに、試料の作製工程について、図23を用いて説明する。
図23(A)に示すように、ガラス基板901上にEL層903を形成した。次に、EL層903上に、スパッタリング法により絶縁膜905を形成した。次に、絶縁膜905上に、ALD法により絶縁膜907を形成した。なお、絶縁膜905及び絶縁膜907は保護膜908として機能する。絶縁膜907とフィルム911とを接着剤909を用いて固着させた。
次に、図23(B)に示すように、ナイフのような鋭利な切断部材を用いて、EL層903、絶縁膜905、絶縁膜907、接着剤909、及びフィルム911に切り込みを入れた。図23(B)において、破線矢印は切り込みを示す。
次に、図23(C)に示すように、EL層903とガラス基板901とを剥離した。
次に、図23(D)に示すように、EL層903とフィルム915とを接着剤913を用いて固着させた。
以上の工程により、試料を作製した。
ここで、保護膜908として実施例1に示す各試料の酸化アルミニウム膜をそれぞれ用いて試料を作製した。
次に、各試料の水蒸気透過率を測定した。水蒸気透過率の測定は、MORESCO社のガス・水蒸気透過率測定装置(Super−Detect WG−7S)を用いて行った。40℃湿度90%の雰囲気を各試料のフィルム911またはフィルム915に数時間曝した。このとき、接着剤913、EL層903、保護膜908、及び接着剤909を介して、フィルム911及びフィルム915の一方から他方へ水分が透過する割合を測定した。保護膜908における水分のブロッキング性が高いほど、水蒸気透過率が低くなる。
各試料における保護膜908の構成及び各試料の水蒸気透過率を表5に示す。
表5より、試料S11と比較して、試料M11及び試料M12の方が水蒸気透過率が低い。すなわち、保護膜908として、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜の単層を用いるより、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて形成した酸化アルミニウム膜とを積層することで、水蒸気透過率が低下することが分かった。すなわち、スパッタリング法を用いて形成した酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて形成した酸化アルミニウム膜の積層膜を発光素子の保護膜として用いることで、外部から発光素子への水分の拡散を低減することが可能であることが分かった。
<高温高湿保存試験>
次に、発光素子上に、試料S11、試料M11、及び試料M12に含まれる保護膜908をそれぞれ形成することで、試料S21、試料M21及び試料M22を作製した。試料S21、試料M21、及び試料M22の保護膜の構成を表6に示す。なお、試料の平面形状は一辺が2mmの正方形とした。
次に、試料S21、試料M21、及び試料M22を、65℃湿度95%の雰囲気に保存した。試料S21の保存時間を0時間とし、試料M21及び試料M22の保存時間を500時間とした。
図24(A)、(B)、及び(C)はそれぞれ、保存試験後において、試料S21、試料M21、及び試料M22の発光素子を発光させた状態を観察した光学顕微鏡写真である。
図24(A)に示すように、スパッタリング法で形成した酸化アルミニウム膜単層で保護膜908を形成した試料S21は、黒点が観察される。一方、図24(B)及び図24(C)に示すように、スパッタリング法で形成した酸化アルミニウム膜と、ALD法を用いて形成した酸化アルミニウム膜とを積層して保護膜908を形成した試料M21及び試料M22は、黒点が観察されない。以上のことから、発光素子上に本発明の一態様である保護膜を形成することで、発光素子の劣化を防ぐことが可能であることが分かった。
<発光特性>
次に、試料M21及び試料M22において、高温高湿保存試験後、発光特性を評価した。図25及び図26はそれぞれ、試料M21及び試料M22の発光特性を示す。図25及び図26において、(A)は保存試験前後の発光素子の電圧電流特性を示し、(B)は保存試験前後の発光素子の輝度電流効率特性を示す。
図25及び図26より、保存試験(500時間)後においても、初期状態(0時間)と同様の光学特性が得られたことが分かった。即ち、試料M21及び試料M22に含まれる保護膜により、外部から発光素子への水分拡散が低減されており、発光素子が劣化していないことが分かった。
10 電極
12 電極
14 絶縁膜
16 EL層
18 電極
18a 領域
18b 領域
20 発光素子
22 発光素子
24 絶縁膜
24_1 絶縁膜
24a 低密度領域
24b 領域
26 絶縁膜
26_1 絶縁膜
28 保護膜
28_1 保護膜
30 着色膜
32 着色膜
40 基板
42 基板
44 接着剤
70 表示領域
75 画素ユニット
76 画素
76B 表示素子
76G 表示素子
76R 表示素子
77 画素
77B 表示素子
77G 表示素子
77R 表示素子
79 光
111 導電膜
111b 導電膜
111c 導電膜
112a 半導体膜
112b 半導体膜
113a 導電膜
113b 導電膜
113c 導電膜
113d 導電膜
121 導電膜
122 EL層
122B EL層
122G EL層
122R EL層
123 導電膜
125 保護膜
129 光拡散板
130 容量素子
132 絶縁膜
133 絶縁膜
134 絶縁膜
135 絶縁膜
136 絶縁膜
137 絶縁膜
138 絶縁膜
139 絶縁膜
140 偏光板
141 キャリア注入層
141B キャリア注入層
141G キャリア注入層
141R キャリア注入層
142 キャリア輸送層
142B キャリア輸送層
142G キャリア輸送層
142R キャリア輸送層
143B 発光層
143G 発光層
143R 発光層
144 キャリア輸送層
144B キャリア輸送層
144G キャリア輸送層
144R キャリア輸送層
145 キャリア注入層
145B キャリア注入層
145G キャリア注入層
145R キャリア注入層
151a 接着層
152B 着色膜
152G 着色膜
152R 着色膜
165 絶縁膜
167 絶縁膜
173a 配向膜
173b 配向膜
174 着色膜
175 着色膜
176 遮光膜
182 接着剤
183 接着剤
191 導電膜
192 EL層
193a 導電膜
193b 導電膜
201 トランジスタ
204 接続部
205 トランジスタ
206 トランジスタ
207 接続部
209 領域
211 絶縁膜
212 絶縁膜
213 絶縁膜
214 絶縁膜
215 絶縁膜
216 絶縁膜
217 絶縁膜
220 絶縁膜
221 導電膜
222 導電膜
223 導電膜
224 導電膜
228 保護膜
230 領域
231 半導体膜
242 接続体
243 接続体
251 開口
252 接続部
300 表示装置
311 電極
311b 導電膜
312 液晶
313 導電膜
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
366 入力装置
370 導電膜
400 表示装置
410 画素
451 開口
710 表示装置
720a 表示素子
720b 表示素子
721B 表示素子
721G 表示素子
721R 表示素子
722B 表示素子
722G 表示素子
722R 表示素子
731 絶縁膜
741a トランジスタ
741b トランジスタ
741c トランジスタ
741d トランジスタ
741e トランジスタ
741f トランジスタ
741g トランジスタ
741h トランジスタ
742a トランジスタ
742b トランジスタ
751a 基板
751b 基板
752a 基板
752b 基板
761a 表示部
761b 表示部
762a 回路部
763a FPC
764a IC
765a 配線
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
840 カメラ
841 筐体
842 表示部
843 操作ボタン
844 シャッターボタン
846 レンズ
850 ファインダー
851 筐体
852 表示部
853 ボタン
860 ヘッドマウントディスプレイ
861 装着部
862 レンズ
863 本体
864 表示部
865 ケーブル
866 バッテリ
870 ヘッドマウントディスプレイ
871 筐体
872 表示部
873 操作ボタン
874 固定具
875 レンズ
876 ダイヤル
901 ガラス基板
903 EL層
905 絶縁膜
907 絶縁膜
908 保護膜
909 接着剤
911 フィルム
913 接着剤
915 フィルム
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリ

Claims (10)

  1. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間の発光層と、
    前記第2の電極上の保護膜と、を有し、
    前記保護膜は、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上の第2の絶縁膜とを有し、
    前記第1の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、
    前記第2の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、
    前記第1の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の組成が異なり、
    前記保護膜は、水蒸気透過率が1×10−2g/(m・day)未満であることを特徴とする表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜より、炭素の含有量が大きいことを特徴とする表示装置。
  3. 第1の電極と、
    前記第1の電極の端部と重なる第3の絶縁膜と、
    前記第1の電極および前記第3の絶縁膜上の発光層と、
    前記発光層上の第2の電極と、
    前記第2の電極上の保護膜と、を有し、
    前記保護膜は、第1の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上の第2の絶縁膜とを有し、
    前記第1の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、
    前記第2の絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有し、
    前記第1の絶縁膜は、前記発光層を介して前記第1の電極と重なる第1の領域と、前記発光層を介して前記第3の絶縁膜と重なる第2の領域とを有し、
    前記第2の領域は、前記第1の領域より膜密度が低い領域を有することを特徴とする表示装置。
  4. 請求項3において、前記第2の絶縁膜の一部は、前記第1の絶縁膜の一部を充填していることを特徴とする表示装置。
  5. 請求項3または請求項4において、
    前記第1の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜の組成が異なり、
    前記保護膜は、水蒸気透過率が1×10−2g/(m・day)未満であることを特徴とする表示装置。
  6. 請求項3乃至請求項5のいずれか一項において、
    前記第2の絶縁膜は、前記第1の絶縁膜より、炭素の含有量が大きいことを特徴とする表示装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれ一項において、前記第2の絶縁膜に接する着色膜を有することを特徴とする表示装置。
  8. 請求項1乃至請求項6のいずれ一項において、
    第1の表示素子及び第2の表示素子を有し、
    前記第1の表示素子は、前記第1の電極と、前記第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間の前記発光層とを有する発光素子であり、
    前記第2の表示素子は、液晶素子であることを特徴とする表示装置。
  9. 第1の電極と、第2の電極と、前記第1の電極および前記第2の電極の間の発光層とを有する発光素子を形成し、
    スパッタリング法を用いて、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有する第1の絶縁膜を前記発光素子上に形成し、
    ALD法を用いて、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、および酸化ジルコニウムの一以上を有する第2の絶縁膜を前記第1の絶縁膜上に形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  10. 請求項9において、前記第2の絶縁膜上に着色膜を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
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