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Abstract
【課題】高精細化が容易な表示装置を提供する。撮像機能を有する表示装置を提供する。【解決手段】表示装置は、画素、第1の配線、第2の配線を有する。画素は、第1乃至第4のトランジスタ、第1の容量素子、発光素子を有する。第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第1の配線と接続し、他方が第2のトランジスタのゲート及び第1の容量素子の一方の電極と接続する。発光素子は、一方の電極が第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と接続する。第1の配線には、第1のデータ電位が与えられる。第2の配線には、第2のデータ電位とリセット電位が異なる期間に与えられる。第3のトランジスタは、自身がオン状態のときに第2のデータ電位を第1の容量素子の他方の電極に供給する。第4のトランジスタは、自身がオン状態のときにリセット電位を発光素子の一方の電極に供給する。【選択図】図1
Description
本発明の一態様は、表示装置に関する。本発明の一態様は、撮像機能を備える表示装置に関する。
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。半導体装置は、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。
近年、表示装置は、高解像度の画像を表示するために高精細化が求められている。また、スマートフォンやタブレット型端末、ノート型PC(パーソナルコンピュータ)などの情報端末機器においては、表示装置は、高精細化に加えて、低消費電力化が求められている。さらに、タッチパネルとしての機能や、認証のために指紋を撮像する機能など、画像を表示するだけでなく、様々な機能が付加された表示装置が求められている。
表示装置としては、例えば、発光素子を有する発光装置が開発されている。エレクトロルミネッセンス(Electroluminescence、以下ELと記す)現象を利用した発光素子(EL素子とも記す)は、薄型軽量化が容易である、入力信号に対し高速に応答可能である、直流低電圧電源を用いて駆動可能である等の特徴を有し、表示装置に応用されている。例えば、特許文献1に、有機EL素子が適用された、可撓性を有する発光装置が開示されている。
本発明の一態様は、高精細化が容易な表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、消費電力を低減できる表示装置を提供することを課題の一とする。
また、本発明の一態様は、タッチパネルとして機能することのできる表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置を提供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。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抽出することが可能である。
本発明の一態様は、画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有する表示装置である。画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有する。第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第1の配線と電気的に接続され、他方が第2のトランジスタのゲート及び第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続される。発光素子は、一方の電極が第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有する。第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有する。第3のトランジスタは、自身がオン状態のときに、第2の配線に与えられる第2のデータ電位を、第1の容量素子の他方の電極に供給する機能を有する。第4のトランジスタは、自身がオン状態のときに、第2の配線に与えられるリセット電位を、発光素子の一方の電極に供給する機能を有する。
また、本発明の他の一態様は、画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有する表示装置である。画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有する。第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第1の配線と電気的に接続され、他方が第2のトランジスタのゲート及び第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続される。発光素子は、一方の電極が第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有する。第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有する。第3のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第2の配線と電気的に接続され、他方が第1の容量素子の他方の電極と電気的に接続される。第4のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第2の配線と電気的に接続され、他方が発光素子の一方の電極と電気的に接続される。
また、本発明の他の一態様は、画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有する表示装置である。画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有する。第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第1の配線と電気的に接続され、他方が第2のトランジスタのゲート及び第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続される。発光素子は、一方の電極が第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有する。第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有する。第3のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が第2の配線と電気的に接続され、他方が第1の容量素子の他方の電極及び第4のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続される。第4のトランジスタは、ソース及びドレインの他方が、発光素子の一方の電極と電気的に接続される。
また、上記において、さらに第3の配線及び第4の配線を有することが好ましい。第3の配線は、第1のトランジスタのゲート、及び第4のトランジスタのゲートと電気的に接続される。第4の配線は、第3のトランジスタのゲートと電気的に接続される。
また、上記において、さらに第2の容量素子を有することが好ましい。第2の容量素子は、一方の電極が第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方が発光素子の一方の電極と電気的に接続される。
また、上記において、画素を複数有することが好ましい。このとき、複数の画素は、行方向及び列方向にマトリクス状に配置される。また、第2の配線は、行方向に配列する2以上の画素の各々における、第3のトランジスタ及び第4のトランジスタと電気的に接続されることが好ましい。
または、第2の配線は、行方向に配列する複数の画素のうち、隣接する3つの画素の各々における、第3のトランジスタ及び第4のトランジスタと電気的に接続される構成とすることが好ましい。このとき、当該隣接する3つの画素は、それぞれ異なる色の光を呈することが好ましい。
また、上記において、さらに受光素子を有することが好ましい。このとき、受光素子は、発光素子が発する光を受光する機能を有する。また、発光素子と、受光素子とは、同一面上に設けられることが好ましい。
また、上記において、発光素子は、第1の電極と、発光層と、共通電極と、が積層されることが好ましい。また受光素子は、第2の電極と、活性層と、共通電極と、が積層されることが好ましい。このとき、発光層と、活性層とは、異なる有機化合物を含み、第1の電極と、第2の電極とは、同一面上に離間して設けられ、共通電極は、発光層及び活性層を覆って設けられることが好ましい。
または、上記において、発光素子は、第1の電極と、共通層と、発光層と、共通電極と、が積層されることが好ましい。また受光素子は、第2の電極と、共通層と、活性層と、共通層と、が積層されることが好ましい。このとき、発光層と、活性層とは、異なる有機化合物を含み、第1の電極と、第2の電極とは、同一面上に離間して設けられ、共通電極は、発光層及び活性層を覆って設けられ、共通層は、第1の電極及び第2の電極を覆って設けられることが好ましい。
本発明の一態様によれば、高精細化が容易な表示装置を提供できる。または、消費電力を低減できる表示装置を提供できる。
また、本発明の一態様によれば、タッチパネルとして機能することのできる表示装置を提供できる。または、撮像機能を有する表示装置を提供できる。
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、必ずしも、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抽出することが可能である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、以下の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、各構成要素の大きさ、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。
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
なお、本明細書において、EL層とは発光素子の一対の電極間に設けられ、少なくとも発光性の物質を含む層(発光層とも呼ぶ)、または発光層を含む積層体を示すものとする。
本明細書等において、表示装置の一態様である表示パネルは表示面に画像等を表示(出力)する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Glass)方式等によりICが実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
なお、本明細書等において、表示装置の一態様であるタッチパネルは表示面に画像等を表示する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、押圧する、または近づくことなどを検出するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。
タッチパネルは、例えばタッチセンサ付き表示パネル(または表示装置)、タッチセンサ機能つき表示パネル(または表示装置)とも呼ぶことができる。タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。または、表示パネルの内部または表面にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。
また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、コネクターやICが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。
(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の構成例、及び駆動方法例について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例、及び駆動方法例について説明する。
本発明の一態様は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する表示装置である。画素は、第1乃至第4のトランジスタと、容量素子と、発光素子と、を有する。また表示装置は、画素と電気的に接続する第1の配線及び第2の配線を有する。
第2のトランジスタは、発光素子に流れる電流を制御する機能を有し、駆動トランジスタとして機能する。第1のトランジスタは、第1の配線と第2のトランジスタのゲートの導通、非導通を制御するスイッチとして機能する。第1の配線には第1のデータ電位が供給され、第1のトランジスタをオン状態(導通状態)とすることで、第1のトランジスタを介して第2のトランジスタのゲートに第1のデータ電位を与えることができる。
第2の配線には、第2のデータ電位と、リセット電位とが異なる期間に与えられる。
容量素子は、一方の電極(第1の電極ともいう)が第2のトランジスタのゲートと電気的に接続される。第3のトランジスタは、容量素子の他方の電極(第2の電極ともいう)と、第2の配線との導通、非導通を制御するスイッチとして機能する。第3のトランジスタをオン状態とすることで、第3のトランジスタを介して容量素子の第2の電極に、第2のデータ電位を与えることができる。
第2のトランジスタのゲートに第1のデータ電位を与えたのち、第1のトランジスタをオフ状態(非導通状態)にして第2のトランジスタのゲートをフローティング状態とし、容量素子の第2の電極に第3のトランジスタを介して第2のデータ電位を与える。こうすることで、容量素子を介した容量結合により、第2のデータ電位に応じて、第2のトランジスタのゲートの電位を第1のデータ電位から変化させることができる。
このように、画素は、2種類のデータ電位を組み合わせて、発光素子の駆動トランジスタ(第2のトランジスタ)のゲートに供給する電位を生成することができる。例えば、第2のデータ電位により、階調補正を行うことができる。また、表示装置は、第1のデータ電位及び第2のデータ電位を供給する駆動回路(ソースドライバ回路)が供給可能な最大電位を超える電位を、画素の内部で生成することができる。これにより、駆動回路の電源電圧を低電圧化することが可能なため、駆動回路の消費電力を低減することができる。
第4のトランジスタは、発光素子の一方の電極(第1の電極)に、第2の配線に供給されるリセット電位を供給するためのスイッチとして機能する。第2の配線にリセット電位が与えられたときに第4のトランジスタをオン状態とすることで、発光素子の第1の電極にリセット電位が与えられる。第1のデータ電位の供給と、リセット電位の供給を同じ期間に行うことで、発光素子の電気特性に寄らず、第2のトランジスタのゲート−ソース間の電圧を確定することができる。これにより、品質の高い表示を実現することができる。
本発明の一態様の表示装置は、第2の配線が、第2のデータ電位を供給する配線と、リセット電位を供給する配線とを兼ねることができる。そのため、多機能な表示装置であっても、配線の本数を削減することができ、高精細化を図ることができる。
さらに第2の配線は、2つ以上の画素に第2のデータ電位とリセット電位を供給する配線としてもよい。これにより、表示装置が有する配線の本数をさらに削減することができるため好ましい。
ここで、第2の配線と、第4のトランジスタとの間に、第3のトランジスタを設け、第3のトランジスタと第4のトランジスタの双方がオン状態であるときに、第2の配線から発光素子の第1の電極にリセット電位を供給する構成としてもよい。これにより、画素内に設けられる配線を減らすことができ、より高精細化が容易となる。
または、第2の配線と第4のトランジスタのソース及びドレインの一方とを電気的に接続し、これらの間に第3のトランジスタを設けない構成としてもよい。これにより、2つのトランジスタを介してリセット電位を供給する場合に比べて、第2の配線に与えられるリセット電位と、発光素子の第1の電極に与えられる電位の差を小さくできるため好ましい。
以下では、より具体的な例について、図面を参照して説明する。
[構成例1]
図1(A)に、表示装置10のブロック図を示す。表示装置10は、表示部11、駆動回路部12、駆動回路部13を有する。
図1(A)に、表示装置10のブロック図を示す。表示装置10は、表示部11、駆動回路部12、駆動回路部13を有する。
表示部11は、複数の画素21がマトリクス状に配置されている。画素21は、配線SL、配線VL、配線GL1、及び配線GL2と電気的に接続されている。配線SLと配線VLとは、駆動回路部12と電気的に接続される。配線GL1と配線GL2とは、駆動回路部13と電気的に接続されている。駆動回路部12は、ソース線駆動回路(ソースドライバともいう)として機能する。駆動回路部13は、ゲート線駆動回路(ゲートドライバともいう)として機能する。
〔画素の構成例1−1〕
図1(B)に、画素21の回路図の一例を示す。画素21は、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM3、トランジスタM4、容量素子C1、容量素子C2、及び発光素子ELを有する。
図1(B)に、画素21の回路図の一例を示す。画素21は、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM3、トランジスタM4、容量素子C1、容量素子C2、及び発光素子ELを有する。
トランジスタM1は、ゲートが配線GL1と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が配線SLと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が容量素子C1の一方の電極(第1の電極)、容量素子C2の一方の電極(第1の電極)、及びトランジスタM2のゲートと電気的に接続されている。トランジスタM2は、ソース及びドレインの一方が配線ALと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が発光素子ELの一方の電極(アノード電極、第1の電極)と電気的に接続されている。トランジスタM3は、ゲートが配線GL2と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が配線VLと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が容量素子C1の他方の電極(第2の電極)と電気的に接続されている。トランジスタM4は、ゲートが配線GL1と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が配線VLと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が発光素子ELの一方の電極、容量素子C2の他方の電極(第2の電極)、及びトランジスタM3のソース及びドレインの一方と電気的に接続されている。発光素子ELは、他方の電極(カソード電極、第2の電極)が配線CLと電気的に接続されている。
トランジスタM1、トランジスタM3、及びトランジスタM4はスイッチとして機能する。トランジスタM2は、発光素子ELに流れる電流を制御するためのトランジスタとして機能する。
配線SLには、データ電位D(第1のデータ電位ともいう)が与えられる。配線VLには、データ電位DW(第2のデータ電位ともいう)及びリセット電位VRが、異なる期間に与えられる。配線GL1及び配線GL2には、それぞれ異なる選択信号が与えられる。当該選択信号には、それぞれトランジスタを導通状態とする電位と、非導通状態とする電位が含まれる。
配線ALは、アノード電位が与えられる配線である。配線CLは、カソード電位が与えられる配線である。画素21において、アノード電位はカソード電位よりも高い電位とする。
ここで、図1(B)に示すように、トランジスタM2のゲートが接続されるノードを、ノードN1とする。
なお、本明細書等においてノードとは、回路を構成する素子の電気的な接続を可能とする素子(例えば、配線など)のことをいう。したがって、”Aが接続されたノード”とは、Aと電気的に接続され、且つAと同電位と見なせる配線のことをいう。なお、配線の途中に電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオードなど)が1個以上配置されていても、Aと同電位と見なせれば、その配線はAが接続されたノードと見なせる。
ここで、スイッチとして機能するトランジスタM1、トランジスタM3、及びトランジスタM4には、非導通状態におけるリーク電流が極めて小さいトランジスタを適用することが好ましい。特に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタを好適に用いることができる。また、トランジスタM2にも酸化物半導体を適用したトランジスタを適用することで、共通の作製工程を経て全てのトランジスタを形成できるため好ましい。なお、トランジスタM2には、チャネルが形成される半導体層にシリコン(アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンを含む)を適用してもよい。また、全てのトランジスタに、シリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。
〔駆動方法例1〕
図1(B)に示す画素21の駆動方法の一例について、図2に示すタイミングチャートを用いて説明する。図2には、配線GL1、配線GL2、配線SL及び配線VLに入力される信号と、ノードN1の電位の推移の例とを、合わせて示している。
図1(B)に示す画素21の駆動方法の一例について、図2に示すタイミングチャートを用いて説明する。図2には、配線GL1、配線GL2、配線SL及び配線VLに入力される信号と、ノードN1の電位の推移の例とを、合わせて示している。
なお以下では説明を容易にするため、トランジスタのしきい値電圧、トランジスタのオン状態における抵抗、トランジスタのゲート容量、配線抵抗、寄生容量などの影響を考慮しない。
〈時刻T1以前〉
時刻T1以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SL及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。また、ノードN1の電位は、一つ前のフレームにおいて書き込まれた電位VXが与えられた状態である。
時刻T1以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SL及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。また、ノードN1の電位は、一つ前のフレームにおいて書き込まれた電位VXが与えられた状態である。
〈期間T1−T2〉
時刻T1において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられ、配線SLにはデータ電位Dが与えられ、配線VLにはリセット電位VRが与えられる。
時刻T1において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられ、配線SLにはデータ電位Dが与えられ、配線VLにはリセット電位VRが与えられる。
期間T1−T2において、トランジスタM1、トランジスタM3、及びトランジスタM4がそれぞれ導通状態となる。発光素子ELの第1の電極、及び容量素子C2の第2の電極には、トランジスタM4を介してリセット電位VRが供給される。また容量素子C1の第2の電極には、トランジスタM3を介してリセット電位VRが供給される。またノードN1には、トランジスタM1を介してデータ電位Dが供給される。
このように、ノードN1にデータ電位Dを書き込むときに、発光素子ELのアノード電極が接続されるノードにリセット電位VRを書き込むことで、発光素子ELの電気的な状態によらず、当該ノードとノードN1との電位差、すなわちトランジスタM2のゲート−ソース間の電圧を確定することができる。具体的には、トランジスタM2のゲート−ソース間の電圧はリセット電位VRを基準として、D−VRとなる。
また、容量素子C1は、データ電位Dとリセット電位VRの電位差に応じて充電された状態となる。
なお、このとき、発光素子ELのアノード電極には、リセット電位VRが与えられた状態となる。発光素子ELの一対の電極間の電圧が、発光素子ELのしきい値電圧を超えないように、リセット電位VRを設定することで、発光素子ELの発光は生じない。
〈期間T2−T3〉
続いて、時刻T2において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLには、データ電位DWが与えられる。
続いて、時刻T2において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLには、データ電位DWが与えられる。
配線GL1がローレベル電位となることで、トランジスタM1とトランジスタM4は非導通状態となる。これにより、ノードN1はフローティング状態となる。
また、容量素子C1の第2の電極には、トランジスタM3を介してデータ電位DWが与えられる。容量素子C1には電圧D−VRが充電された状態であるため、第2の電極の電位がリセット電位VRからデータ電位DWに変化することに伴って、容量結合により、ノードN1の電位がデータ電位Dから電位VD+Wに変化する。ここで、ノードN1の電位の変化分(すなわち、電位VD+Wとデータ電位Dとの差)は、容量素子C1の容量値と、容量素子C2の容量値によって概ね決定される。容量素子C1の容量値が容量素子C2の容量値よりも十分に大きい場合、ノードN1の電位の変化分は、データ電位DWとリセット電位VRとの差に近い値となる。
これにより、トランジスタM2のゲートには、電位VD+Wが与えられた状態となる。当該電位に応じた電流がトランジスタM2を介して発光素子ELに流れることで、発光素子ELを発光させることができる。
例えば、データ電位DWとして、ハイレベル電位を与えることで、発光素子ELの発光輝度を高めることができる。一方、データ電位DWとして、ローレベル電位を与えることで、発光素子ELの発光輝度を低くすることができる。
このような駆動方法により、画素21毎に発光輝度を調整することができるため、いわゆるピクセルディミングを実現することができる。表示する画像に合わせて輝度の最適な補正を行うことにより、表示品位の高い表示を実現することができる。また、従来の表示装置では、表示のためのデータと、補正のためのデータを足し合わせたビデオデータを生成し、画素に供給する必要があったが、本発明の一態様では、表示のためのデータと補正のためのデータとを個別に画素に供給するできるため、駆動回路等の構成を簡略化することができる。
〈時刻T3以降〉
時刻T3において、配線GL2にはローレベル電位が与えられる。これにより、画素21へのデータの書き込み動作が完了する。時刻T3以降は、次の行の書き込み動作に移行する。
時刻T3において、配線GL2にはローレベル電位が与えられる。これにより、画素21へのデータの書き込み動作が完了する。時刻T3以降は、次の行の書き込み動作に移行する。
以上が、画素21の駆動方法の例についての説明である。
〔変形例1〕
図3に、図1(B)で示した画素21の変形例である画素21aの回路図を示す。
図3に、図1(B)で示した画素21の変形例である画素21aの回路図を示す。
画素21aでは、トランジスタM1乃至トランジスタM4が、バックゲートを有する例である。各トランジスタは、一対のゲートが電気的に接続されている。これにより、トランジスタのオン電流が高まり、また飽和特性を向上させることができるため、より信頼性の高い表示装置を実現できる。
なお、ここでは全てのトランジスタが、一対のゲートが電気的に接続される構成としたがこれに限れない。画素21aは、一方のゲートを、他の配線に接続するトランジスタを有していてもよい。例えば、一対のゲートのうち、一方のゲートを定電位が与えられる配線に接続することで、電気特性の安定性を向上させることができる。また、一対のゲートのうち、一方のゲートを、トランジスタのしきい値電圧を制御する電位が与えられる配線に接続してもよい。
また、ここでは4つのトランジスタ全てが、バックゲートを有する例を示したが、これに限られず、バックゲートを有するトランジスタとバックゲートを有さないトランジスタを混在させてもよい。
〔画素の構成例1−2〕
以下では、図1(B)で例示した画素とは一部の構成が異なる画素の構成例について説明する。
以下では、図1(B)で例示した画素とは一部の構成が異なる画素の構成例について説明する。
図4(A)に、画素21bの回路図を示す。画素21bは、上記画素21と比較して、トランジスタM3、トランジスタM4、及び容量素子C1の接続が主に相違している。
トランジスタM3は、ゲートが配線GL2と電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が、配線VLと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が容量素子C1の第2の電極、及びトランジスタM4のソース及びドレインの一方と電気的に接続されている。その他の接続関係は、図1(B)の画素21を援用できる。
画素21bは、容量素子C1の第2の電極と、トランジスタM3のソース及びドレインの他方と、トランジスタM4のソース及びドレインの一方が、それぞれ電気的に接続される構成である。これにより、画素21b内の配線を簡略化できるため、高精細化に適している。
画素21bは、配線VLと、発光素子ELのアノード電極との間に、2つのトランジスタ(トランジスタM3及びトランジスタM4)が設けられる構成である。
〔変形例2〕
図4(B)に、図4(A)で示した画素21bの変形例である画素21cの回路図を示す。
図4(B)に、図4(A)で示した画素21bの変形例である画素21cの回路図を示す。
画素21cでは、トランジスタM1乃至トランジスタM4が、バックゲートを有する例である。各トランジスタは、上記画素21a(図3参照)と同様に、一対のゲートが電気的に接続されている。
なお、画素21aと同様に、必ずしも全てのトランジスタが、一対のゲートが電気的に接続される構成とする必要はなく、他の配線に接続されるトランジスタを有していてもよい。また、必ずしも全てのトランジスタがバックゲートを有する必要はなく、バックゲートを有さないトランジスタとバックゲートを有するトランジスタとが混在していてもよい。
上記画素21b及び画素21cの駆動方法の例については、上記駆動方法例1を援用できる。
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、上記構成例1とは一部の構成が異なる表示装置の構成例について説明する。なお以下では、上記と重複する部分については説明を省略する場合がある。
以下では、上記構成例1とは一部の構成が異なる表示装置の構成例について説明する。なお以下では、上記と重複する部分については説明を省略する場合がある。
図5に、表示装置10aのブロック図を示す。表示装置10aは、表示部11a、駆動回路部12、及び駆動回路部13を有する。表示部11aは、マトリクス状に配置された複数の画素20を有する。
画素20は、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bを有する。例えば、副画素21Rは赤色を呈する副画素であり、副画素21Gは緑色を呈する副画素であり、副画素21Bは青色を呈する副画素である。これにより、表示装置10aはフルカラーの表示を行うことができる。なお、ここでは画素20が3色の副画素を有する例を示したが、4色以上の副画素を有していてもよい。
配線GL1及び配線GL2は、行方向(配線GL1等の延伸方向)に配列する副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bと電気的に接続されている。配線SLR、配線SLG、及び配線SLBは、それぞれ、列方向(配線VL等の延伸方向)に配列する副画素21R、副画素21G、または副画素21Bと電気的に接続されている。配線VLは、列方向に配列する画素20と電気的に接続される。また配線VLは、画素20が有する副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bと電気的に接続されている。
〔画素の構成例2−1〕
図6に、画素20の回路図の一例を示す。画素20は、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bを有する。
図6に、画素20の回路図の一例を示す。画素20は、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bを有する。
図6に示す画素20は、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bに、それぞれ図3で例示した画素21aの構成を適用した例である。なお、各副画素が有する各トランジスタは、必ずしもバックゲートを有さなくてもよい。また、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bに、それぞれ図1(B)で例示した画素21を適用した構成としてもよい。
副画素21Rは、赤色の光を呈する発光素子ELRを有する。副画素21Gは、緑色の光を呈する発光素子ELGを有する。副画素21Bは、青色の光を呈する発光素子ELBを有する。なお、画素20は、他の色の光を呈する発光素子を有する副画素を有していてもよい。例えば画素20は、上記3つの副画素に加えて、白色の光を呈する発光素子を有する副画素、または黄色の光を呈する発光素子を有する副画素などを有していてもよい。
配線VLは、副画素21R、副画素21G、及び副画素21BのそれぞれのトランジスタM3のソース及びドレインの一方と電気的に接続されている。このような構成とすることで、構成例1で例示した構成と比較して、配線VLの本数を3分の1に削減することができるため、より高精細な表示装置を実現することが可能となる。
〔画素の構成例2−2〕
図7に、画素20aの回路図の一例を示す。画素20aは、副画素21aR、副画素21aG、及び副画素21aBを有する。
図7に、画素20aの回路図の一例を示す。画素20aは、副画素21aR、副画素21aG、及び副画素21aBを有する。
図7に示す画素20aは、副画素21aR、副画素21aG、及び副画素21aBに、それぞれ図4(B)で例示した画素21cの構成を適用した例である。なお、各副画素が有する各トランジスタは、必ずしもバックゲートを有さなくてもよい。また、副画素21aR、副画素21aG、及び副画素21aBに、それぞれ図4(A)で例示した画素21bを適用した構成としてもよい。
図7に示す画素20aも、画素20と同様に、配線VLの数を低減できるため、高精細化に適した画素といえる。
〔駆動方法例2−1〕
以下では、図6に示す画素20の駆動方法の一例について、図8(A)に示すタイミングチャートを用いて説明する。図8(A)には、配線GL1、配線GL2、配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLに入力される信号を示している。
以下では、図6に示す画素20の駆動方法の一例について、図8(A)に示すタイミングチャートを用いて説明する。図8(A)には、配線GL1、配線GL2、配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLに入力される信号を示している。
〈時刻T11以前〉
時刻T11以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。
時刻T11以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。
〈期間T11−T12〉
時刻T11において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また、配線SLR、配線SLG、配線SLBには、それぞれデータ電位DR、データ電位DG、データ電位DBが与えられる。また、配線VLには、リセット電位VRが与えられる。
時刻T11において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また、配線SLR、配線SLG、配線SLBには、それぞれデータ電位DR、データ電位DG、データ電位DBが与えられる。また、配線VLには、リセット電位VRが与えられる。
期間T11−T12において、各副画素におけるトランジスタM1、トランジスタM3、及びトランジスタM4が導通状態となり、各発光素子のアノード電極にトランジスタM4を介してリセット電位VRが供給される。また、容量素子C1の第2の電極には、トランジスタM3を介してリセット電位VRが供給される。また、トランジスタM2のゲートには、トランジスタM1を介してデータ電位DR、データ電位DG、またはデータ電位DBが供給される。
このとき、発光素子ELR、発光素子ELG及び発光素子ELBのそれぞれのアノード電極には、リセット電位VRが与えられた状態となる。各発光素子の一対の電極間の電圧が、しきい値電圧を超えないように、リセット電位VRを設定することで、各発光素子の意図しない発光は生じない。
〈期間T12−T13〉
続いて、時刻T12において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLにはデータ電位DWが与えられる。
続いて、時刻T12において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLにはデータ電位DWが与えられる。
トランジスタM1が非導通状態となることで、トランジスタM2のゲートがフローティング状態となる。この状態で容量素子C1の第2の電極にトランジスタM3を介してデータ電位DWが与えられることで、容量結合を利用して、トランジスタM2のゲートの電位を変化させることができる。
ここで、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bには、同じデータ電位DWが与えられる。これにより、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bの各発光素子の発光輝度を、同様に補正することができる。例えば、データ電位DWとして、ハイレベル電位を与えることで、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bの各発光素子の発光輝度を一律に高めることができる。
このような駆動方法により、画素20毎に発光輝度を調整することができるため、いわゆるピクセルディミングを実現することができる。表示する画像に合わせて輝度の最適な補正を行うことにより、表示品位の高い表示を実現することができる。また、従来の表示装置では、表示のためのデータと、補正のためのデータを足し合わせたビデオデータを生成し、画素に供給する必要があったが、本発明の一態様では、表示のためのデータと補正のためのデータとを個別に画素に供給できるため、駆動回路等の構成を簡略化することができる。
また、配線VLが複数の副画素で共通化されているため、配線VLに供給する補正のためのデータのデータ量を削減することができる。これにより、フレーム周波数を高めることや、消費電力を削減することができる。
〈時刻T13以降〉
時刻T13において、配線GL2には、ローレベル電位が与えられる。これにより、画素20へのデータの書き込み動作が完了する。時刻T13以降は、次の行の書き込み動作に移行する。
時刻T13において、配線GL2には、ローレベル電位が与えられる。これにより、画素20へのデータの書き込み動作が完了する。時刻T13以降は、次の行の書き込み動作に移行する。
〔駆動方法例2−2〕
以下では、上記駆動方法例2−1とは異なる駆動方法の一例について、図8(B)に示すタイミングチャートを用いて説明する。ここでは特に、配線SLR、配線SLG、配線SLBにデータ電位を供給する駆動回路部12が、デマルチプレクサ回路を有する場合の例について説明する。
以下では、上記駆動方法例2−1とは異なる駆動方法の一例について、図8(B)に示すタイミングチャートを用いて説明する。ここでは特に、配線SLR、配線SLG、配線SLBにデータ電位を供給する駆動回路部12が、デマルチプレクサ回路を有する場合の例について説明する。
デマルチプレクサ回路は、入力される一つのデータ信号を時分割して、複数の配線に出力する機能を有する回路である。ここでは、一つのデマルチプレクサ回路により、配線SLR、配線SLG、配線SLBに順次データ電位が供給される場合の例を説明する。
〈時刻T21以前〉
時刻T21以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。
時刻T21以前において、配線GL1、配線GL2には、トランジスタを非導通状態にする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。配線SLR、配線SLG、配線SLB、及び配線VLには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。
〈期間T21−T22〉
時刻T21において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また、配線SLRには、データ電位DRが与えられる。配線SLG及び配線SLBには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。また配線VLには、リセット電位VRが与えられる。
時刻T21において、配線GL1及び配線GL2にトランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また、配線SLRには、データ電位DRが与えられる。配線SLG及び配線SLBには、それぞれ一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられている。また配線VLには、リセット電位VRが与えられる。
このとき、副画素21Gと副画素21Bには、一つ前の行の画素に書き込むためのデータが与えられることになるが、発光素子ELG及び発光素子ELBのアノード電極には、リセット電位VRが与えられた状態であるため、各発光素子の一対の電極間の電圧が、しきい値電圧を超えないように、リセット電位VRを設定することで、各発光素子の意図しない発光は生じない。また、副画素21Rには、データ電位DRが書き込まれるが、同様に発光素子ELRの発光は生じない。これにより、データ電位DWが各副画素に書き込まれるまで各発光素子の発光は生じないため、意図しない画像が表示され、表示品位が低下することを防ぐことができる。
〈期間T22−T23〉
時刻T22において、配線GL1及び配線GL2には引き続きトランジスタを導通状態とする電位が与えられた状態で、配線SLGにデータ電位DGが与えられ、副画素21Gに書き込まれる。このとき、配線SLRにはデータ電位DRが、配線SLBには一つ前の行の画素に書き込むためのデータがそれぞれ与えられている。なお、このときも、発光素子ELR、発光素子ELG、発光素子ELBの発光は生じない。
時刻T22において、配線GL1及び配線GL2には引き続きトランジスタを導通状態とする電位が与えられた状態で、配線SLGにデータ電位DGが与えられ、副画素21Gに書き込まれる。このとき、配線SLRにはデータ電位DRが、配線SLBには一つ前の行の画素に書き込むためのデータがそれぞれ与えられている。なお、このときも、発光素子ELR、発光素子ELG、発光素子ELBの発光は生じない。
〈期間T23−T24〉
時刻T23において、配線GL1及び配線GL2には引き続きトランジスタを導通状態とする電位が与えられた状態で、配線SLBにデータ電位DBが与えられ、副画素21B書き込まれる。このとき、配線SLRにはデータ電位DRが、配線SLGにはデータ電位DGが、それぞれ与えられている。なお、このときも、発光素子ELR、発光素子ELG、発光素子ELBの発光は生じない。
時刻T23において、配線GL1及び配線GL2には引き続きトランジスタを導通状態とする電位が与えられた状態で、配線SLBにデータ電位DBが与えられ、副画素21B書き込まれる。このとき、配線SLRにはデータ電位DRが、配線SLGにはデータ電位DGが、それぞれ与えられている。なお、このときも、発光素子ELR、発光素子ELG、発光素子ELBの発光は生じない。
〈期間T24−T25〉
続いて、時刻T24において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLにはデータ電位DWが与えられる。これにより、データ電位DWによって補正された輝度で、各副画素の発光素子が発光することができる。
続いて、時刻T24において、配線GL1にローレベル電位が与えられ、配線GL2にはハイレベル電位が与えられ、配線VLにはデータ電位DWが与えられる。これにより、データ電位DWによって補正された輝度で、各副画素の発光素子が発光することができる。
以上が駆動方法例についての説明である。
なお、ここでは画素20の駆動方法として説明したが、画素20aについても同様の駆動方法を適用することができる。
〔変形例2−1〕
図5で例示した表示装置10aでは、1つの画素20につき1本の配線VLを設ける構成としたが、1本の配線VLが、複数の画素20と接続する構成としてもよい。
図5で例示した表示装置10aでは、1つの画素20につき1本の配線VLを設ける構成としたが、1本の配線VLが、複数の画素20と接続する構成としてもよい。
図9(A)に、表示装置10bのブロック図を示す。
表示装置10bは、1本の配線VLが、全ての画素20と電気的に接続する例を示している。行方向に配列する複数の画素20の、副画素21R、副画素21G、及び副画素21Bには、同じリセット電位VRと、データ電位DWが与えられる。これにより、行ごとに補正データを書き込むことができる。
表示装置10bは、リセット電位VR及びデータ電位DWが供給される配線VLの数を、大幅に削減することができる。これにより、極めて高精細な表示装置を実現することができる。
また、表示部11aの面積が大きい場合や、行方向に配列する画素20の数が多い場合には、配線VLの電気抵抗の影響により、配線VLから近い画素20に与えられる電位と、遠い画素20に与えられる電位とに差が生じる場合がある。そこで、図9(B)に示す表示装置10cの構成とすることで、このような不具合を抑制することができる。
表示装置10cは、表示部11aの両端に、配線VL1と配線VL2を有する。配線VL1と配線VL2には、同じ信号が駆動回路部12から出力される。このように、表示部11aの両側から各画素20に対して、同じ信号(リセット電位VR、及びデータ電位DW)を入力することで、上述した不具合を好適に抑制することができる。
なお、ここでは1本の配線VL(または一対の配線VL1及び配線VL2)が、全ての画素20に接続する構成を示したが、これに限られない。例えば、複数の画素20につき1本の割合で、配線VLを配置する構成としてもよい。これにより、複数の画素単位で発光輝度調整する、いわゆるローカルディミングを実現することができる。
以上が構成例2についての説明である。
[構成例3]
本発明の一態様の表示装置は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機能を有していてもよい。より具体的には、表示装置が有する画素に、発光素子と、受光素子とを有する構成とすることができる。マトリクス状に配置された受光素子により、被対象物を撮像することができる。また、発光素子は、受光素子で撮像する際の光源として用いることもでき、発光素子から発せられた光が対象物に反射した反射光を受光素子で撮像することができる。
本発明の一態様の表示装置は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機能を有していてもよい。より具体的には、表示装置が有する画素に、発光素子と、受光素子とを有する構成とすることができる。マトリクス状に配置された受光素子により、被対象物を撮像することができる。また、発光素子は、受光素子で撮像する際の光源として用いることもでき、発光素子から発せられた光が対象物に反射した反射光を受光素子で撮像することができる。
本発明の一態様の表示装置は、第2のデータ電位(データ電位DW)によって各画素の階調を調整することができる。例えば、発光素子を撮像の際の光源として用いるときは、第2のデータ電位として、画素の階調を高める電位を用いることで、各発光素子の発光輝度を高めることができる。また、本発明の一態様の表示装置は、画素単位、または複数の画素単位で階調を補正することもできるため、光源として用いたい範囲の画素のみの輝度を高めることもできる。
例えば、表示装置は、受光素子によって指紋や掌紋などの生体情報を撮像することで、個人認証に応用することができる。また表示装置は、表示部に触れる対象物の位置情報を検知することで、タッチセンサに応用することができる。また表示装置は、物品や印刷物などを撮像することで、イメージスキャナに応用することができる。
以下では、より具体的な例について、図面を参照して説明する。
図10(A)に、表示装置10dのブロック図を示す。表示装置10dは、表示部11b、駆動回路部12、駆動回路部13、駆動回路部14、及び回路部15等を有する。
表示部11bは、マトリクス状に配置された複数の画素30を有する。画素30は、副画素21R、副画素21G、副画素21B、及び撮像画素22を有する。撮像画素22は、光電変換素子として機能する受光素子を有する。
撮像画素22は、配線TX、配線SE、配線RS、及び配線WXが電気的に接続されている。配線TX、配線SE、配線RSは、それぞれ駆動回路部14に電気的に接続され、配線WXは、回路部15に電気的に接続される。
駆動回路部14は、撮像画素22を駆動させるための信号を生成し、配線SE、配線TX、及び配線RSを介して撮像画素22に出力する機能を有する。回路部15は、撮像画素22から配線WXを介して出力される信号を受信し、画像データとして外部に出力する機能を有する。回路部15は、読み出し回路として機能する。
表示装置10dでは、副画素21Rに接続する配線VLR、副画素21Gに接続する配線VLG、副画素21Bに接続する配線VLBを有する例を示している。配線VLR、配線VLG、及び配線VLBは、それぞれ駆動回路部12と電気的に接続され、駆動回路部12から、リセット電位と、データ電位とが異なる期間に供給される配線である。
なお、図10(B)に示す表示装置10eのように、1つの画素30につき1本の配線VLを設ける構成としてもよい。また、上記変形例2−1(図9(A)、図9(B))と同様に、1本の配線VLが複数の画素30に接続される構成としてもよい。
〔画素の構成例3−1〕
図11(A)に、撮像画素22に適用可能な回路の一例を示している。撮像画素22は、トランジスタM5、トランジスタM6、トランジスタM7、トランジスタM8、容量素子C3、及び受光素子PDを有する。
図11(A)に、撮像画素22に適用可能な回路の一例を示している。撮像画素22は、トランジスタM5、トランジスタM6、トランジスタM7、トランジスタM8、容量素子C3、及び受光素子PDを有する。
トランジスタM5は、ゲートが配線TXと電気的に接続され、ソース及びドレインの一方が、受光素子PDのアノード電極と電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が、トランジスタM6のソース及びドレインの一方、容量素子C3の第1の電極、及びトランジスタM7のゲートと電気的に接続されている。トランジスタM6は、ゲートが配線RSと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が、配線V1と電気的に接続されている。トランジスタM7は、ソース及びドレインの一方が、配線V3と電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が、トランジスタM8のソース及びドレインの一方と電気的に接続されている。トランジスタM8は、ゲートが配線SEと電気的に接続され、ソース及びドレインの他方が配線WXに電気的に接続されている。受光素子PDは、カソード電極が配線CLと電気的に接続されている。容量素子C3は、第2の電極が配線V2と電気的に接続されている。
トランジスタM5、トランジスタM6、及びトランジスタM8は、スイッチとして機能する。トランジスタM7は、増幅素子(アンプ)として機能する。
配線TX、配線SE、及び配線RSには、それぞれが接続されるトランジスタの導通、非導通状態を制御する信号が与えられる。配線WXには、撮像画素22からデータ電位DSが出力される。
配線V1及び配線V3には、固定電位が与えられる。配線V1に与える電位と、配線V3に与える電位とは、回路部15が有する読み出し回路の構成に応じて選択することができる。配線V2には、固定電位が与えられてもよいし、2以上の異なる電位が与えられてもよい。配線CLは、カソード電位が与えられる配線である。ここでは、受光素子PDに逆バイアスが印加されるように、配線CLには、配線V1よりも高い電位が与えられる。
なお、図12に示すように、各トランジスタが、バックゲートを有する構成としてもよい。図12では、各トランジスタは、一対のゲートが電気的に接続されている。
なお、図12では全てのトランジスタが、一対のゲートが電気的に接続される構成としたがこれに限れない。撮像画素22は、一方のゲートを、他の配線に接続するトランジスタを有していてもよい。例えば、一対のゲートのうち、一方のゲートを定電位が与えられる配線に接続することで、電気特性の安定性を向上させることができる。また、一対のゲートのうち、一方のゲートを、トランジスタのしきい値電圧を制御する電位が与えられる配線に接続してもよい。
また、ここでは4つのトランジスタ全てが、バックゲートを有する例を示したが、これに限られず、バックゲートを有するトランジスタとバックゲートを有さないトランジスタを混在させてもよい。
〔駆動方法例3−1〕
以下では、撮像画素22の駆動方法の一例について、図11(B)に示すタイミングチャートを用いて説明する。図11(B)には、配線TX、配線SE、配線RS、及び配線WXに入力される信号を示している。
以下では、撮像画素22の駆動方法の一例について、図11(B)に示すタイミングチャートを用いて説明する。図11(B)には、配線TX、配線SE、配線RS、及び配線WXに入力される信号を示している。
〈時刻T31以前〉
時刻T31以前において、配線TX、配線SE、及び配線RSにはローレベル電位が与えられる。また、配線WXはデータが出力されていない状態であり、ここではローレベル電位として示している。なお、配線WXに所定の電位が与えられていてもよい。
時刻T31以前において、配線TX、配線SE、及び配線RSにはローレベル電位が与えられる。また、配線WXはデータが出力されていない状態であり、ここではローレベル電位として示している。なお、配線WXに所定の電位が与えられていてもよい。
〈期間T31−T32〉
時刻T31において、配線TXと配線RSに、トランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また配線SEには、トランジスタを非導通状態とする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。
時刻T31において、配線TXと配線RSに、トランジスタを導通状態とする電位(ここではハイレベル電位)が与えられる。また配線SEには、トランジスタを非導通状態とする電位(ここではローレベル電位)が与えられる。
このとき、トランジスタM5とトランジスタM6とが導通状態となることで、配線V1からトランジスタM6及びトランジスタM5を介して、受光素子PDのアノード電極に、カソード電極の電位よりも低い電位が与えられる。すなわち、受光素子PDに逆バイアス電圧が印加された状態となる。
また、容量素子C3の第1の電極にも、配線V1の電位が供給され、容量素子C3が充電された状態となる。
期間T31−T32は、リセット(初期化)期間とも呼ぶことができる。
〈期間T32−T33〉
時刻T32において、配線TX及び配線RSに、ローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5とトランジスタM6とが互いに非導通状態となる。
時刻T32において、配線TX及び配線RSに、ローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5とトランジスタM6とが互いに非導通状態となる。
トランジスタM5が非導通状態となるため、受光素子PDには逆バイアス電圧が印加された状態で保持される。ここで、受光素子PDに入射される光によって光電変換が起こり、受光素子PDのアノード電極に電荷が蓄積される。
期間T32−T33は、露光期間とも呼ぶことができる。露光期間は、受光素子PDの感度、入射光の光量などに応じて設定すればよいが、少なくともリセット期間と比較して十分に長い期間を設定することが好ましい。
また、期間T32−T33において、トランジスタM5及びトランジスタM6が非導通状態となるため、容量素子C3の第1の電極の電位は、配線V1から供給されるローレベル電位に保持された状態となる。
〈期間T33−T34〉
時刻T33において、配線TXにハイレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5が導通状態となり、受光素子PDに蓄積された電荷が、トランジスタM5を介して容量素子C3の第1の電極に転送される。これにより、容量素子C3の第1の電極が接続されるノードの電位は、受光素子PDに蓄積された電荷量に応じて上昇する。その結果、トランジスタM7のゲートには、受光素子PDの露光量に応じた電位が与えられた状態となる。
時刻T33において、配線TXにハイレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5が導通状態となり、受光素子PDに蓄積された電荷が、トランジスタM5を介して容量素子C3の第1の電極に転送される。これにより、容量素子C3の第1の電極が接続されるノードの電位は、受光素子PDに蓄積された電荷量に応じて上昇する。その結果、トランジスタM7のゲートには、受光素子PDの露光量に応じた電位が与えられた状態となる。
〈期間T34−T35〉
時刻T34において、配線TXにローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5が非導通状態となり、トランジスタM7のゲートが接続されるノードがフローティング状態となる。受光素子PDの露光は常に生じているため、期間T33−T34における転送動作が完了した後に、トランジスタM5を非導通状態とすることで、トランジスタM7のゲートが接続されるノードの電位が変化することを防ぐことができる。
時刻T34において、配線TXにローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM5が非導通状態となり、トランジスタM7のゲートが接続されるノードがフローティング状態となる。受光素子PDの露光は常に生じているため、期間T33−T34における転送動作が完了した後に、トランジスタM5を非導通状態とすることで、トランジスタM7のゲートが接続されるノードの電位が変化することを防ぐことができる。
〈期間T35−T36〉
時刻T35において、配線SEにハイレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM8が導通状態となる。期間T35−T36は、読み出し期間ともいうことができる。
時刻T35において、配線SEにハイレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM8が導通状態となる。期間T35−T36は、読み出し期間ともいうことができる。
例えば、トランジスタM7と回路部15が有するトランジスタとでソースフォロワ回路を構成し、データを読み出すことができる。この場合、配線WXに出力されるデータ電位DSは、トランジスタM7のゲート電位に応じて決定される。具体的には、トランジスタM7のゲート電位から、トランジスタM7のしきい値電圧を差し引いた電位が、データ電位DSとして配線WXに出力され、当該電位を回路部15が有する読み出し回路により読み出す。
なお、トランジスタM7と回路部15が有するトランジスタとでソース接地回路を構成し、回路部15が有する読み出し回路により、データを読み出すこともできる。
〈時刻T36以降〉
時刻T36において、配線SEにローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM8が非導通状態となる。これにより、撮像画素22のデータの読み出しが完了する。時刻T36以降は、次の行以降のデータの読み出し動作が順次行われる。
時刻T36において、配線SEにローレベル電位が与えられる。これにより、トランジスタM8が非導通状態となる。これにより、撮像画素22のデータの読み出しが完了する。時刻T36以降は、次の行以降のデータの読み出し動作が順次行われる。
以上が駆動方法例3−1についての説明である。
なお、図13に示すように、露光期間である期間T32−T33において、配線TXにハイレベル電位を与えてもよい。このとき、露光期間中はトランジスタM5が導通状態であるため、露光と転送を同時に実行することができる。これにより、露光期間を長く設定することができる、または、駆動周波数を高めることができる。
図11(B)及び図13で例示した駆動方法を用いることで、露光期間と読み出し期間を別々に設定することができるため、表示部11bに設けられた全ての撮像画素22で同時に露光し、その後、データを順次読み出すことができる。これにより、いわゆるグローバルシャッター駆動を実現できる。グローバルシャッター駆動を実行する場合には、撮像画素22内のスイッチとして機能するトランジスタ(特にトランジスタM5及びトランジスタM6)に、非導通状態におけるリーク電流が極めて低い、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。
以上が構成例3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、撮像機能を有する表示装置について説明する。以下で例示する表示装置は、発光素子と、受光素子を備える。表示装置は、画像を表示する機能と、被検出体からの反射光を用いて位置検出を行う機能と、被検出体からの反射光を用いて指紋等の撮像を行う機能と、を有する。以下で例示する表示装置は、タッチパネルとしての機能と、指紋センサとしての機能と、を有するともいうことができる。
本実施の形態では、撮像機能を有する表示装置について説明する。以下で例示する表示装置は、発光素子と、受光素子を備える。表示装置は、画像を表示する機能と、被検出体からの反射光を用いて位置検出を行う機能と、被検出体からの反射光を用いて指紋等の撮像を行う機能と、を有する。以下で例示する表示装置は、タッチパネルとしての機能と、指紋センサとしての機能と、を有するともいうことができる。
本発明の一態様の表示装置は、第1の光を呈する発光素子(発光デバイス)と、当該第1の光を受光する受光素子(受光デバイス)とを有する。すなわち、受光素子は、その受光波長域が、発光素子の発光波長を包含する素子とする。受光素子は、光電変換素子であることが好ましい。第1の光としては、可視光、または赤外光を用いることができる。第1の光として赤外光を用いる場合には、第1の光を呈する発光素子のほかに、可視光を呈する発光素子を有する構成とすることができる。
また、表示装置は、一対の基板(第1の基板と第2の基板ともいう)を有する。発光素子及び受光素子は、第1の基板と第2の基板との間に配置される。第1の基板は、表示面側に位置し、第2の基板は、表示面側とは反対側に位置する。
発光素子から発せられた可視光は、第1の基板を介して外部に射出される。表示装置が、マトリクス状に配列した複数の当該発光素子を有することで、画像を表示することができる。
また、発光素子から発せられた第1の光は、第1の基板の表面に到達する。ここで、第1の基板の表面に物体が触れると、第1の基板と物体の界面で第1の光が散乱され、その散乱光の一部が、受光素子に入射される。受光素子は第1の光を受光すると、その強度に応じた電気信号に変換して出力することができる。表示装置が、マトリクス状に配列した複数の受光素子を有することで、第1の基板に触れる物体の位置情報、形状などを検出することができる。すなわち、表示装置は、イメージセンサパネル、タッチセンサパネルなどとして機能させることができる。
なお、物体が第1の基板の表面に触れない場合であっても、第1の基板を透過した第1の光が物体表面で反射または散乱され、その反射光または散乱光が、第1の基板を介して受光素子に入射される。そのため、表示装置は、非接触型のタッチセンサパネル(ニアタッチパネルともいう)として用いることもできる。
第1の光として可視光を用いる場合には、画像の表示に用いた第1の光を、タッチセンサの光源として用いることができる。このとき、発光素子が表示素子としての機能と、光源としての機能とを兼ねるため、表示装置の構成を簡略化できる。一方、第1の光として赤外光を用いる場合には、使用者に視認されないため、表示画像に対する視認性を低下させることなく、受光素子による撮像またはセンシングを行うことができる。
第1の光として赤外光を用いる場合には、赤外光、好ましくは近赤外光を含むことが好ましい。特に、波長700nm以上2500nm以下の範囲に一以上のピークを有する近赤外光を好適に用いることができる。特に、波長750nm以上1000nm以下の範囲に一以上のピークを有する光を用いることで、受光素子の活性層に用いる材料の選択の幅が広がるため好ましい。
表示装置の表面に、指先が触れることで、指紋の形状を撮像することができる。指紋は凹部と凸部があり、第1の基板表面に触れる指紋の凸部では第1の光が散乱されやすい。そのため、指紋の凸部と重畳する受光素子に入射される散乱光の強度は大きく、凹部と重畳する受光素子に入射される散乱光の強度は小さくなる。これにより、指紋を撮像することができる。本発明の一態様の表示装置を有するデバイスは、撮像された指紋の画像を利用して、生体認証のひとつである指紋認証を行うことができる。
また、表示装置は、指や手などの血管、特に静脈を撮像することもできる。例えば、波長760nm及びその近傍の光は、静脈中の還元ヘモグロビンに吸収されないため、手のひらや指などからの反射光を受光素子で受光して画像化することで、静脈の位置を検出することができる。本発明の一態様の表示装置を有するデバイスは、撮像された静脈の画像を利用して、生体認証のひとつである静脈認証を行うことができる。
また、本発明の一態様の表示装置を有するデバイスは、タッチセンシングと、指紋認証と、静脈認証とを同時に行うこともできる。これにより、部品点数を増やすことなく、低コストで、セキュリティレベルの高い生体認証を実行できる。
受光素子は、可視光と赤外光の両方を受光可能な素子であることが好ましい。このとき、発光素子として、赤外光を発する発光素子と、可視光を発する発光素子の両方を有する構成とすることが好ましい。これにより、可視光を用いてユーザーの指で反射した反射光を受光素子で受光することにより、指紋の形状を撮像することができる。さらに、赤外光を用いて静脈の形状を撮像することができる。これにより、指紋認証と静脈認証の両方を、一つの表示装置で実行することが可能となる。また、指紋の撮像と、静脈の撮像は、それぞれ異なるタイミングで実行してもよいし、同時に実行してもよい。指紋の撮像と、静脈の撮像とを同時に行うことで、指紋の形状の情報と、静脈の形状の情報の両方が含まれる画像データを取得することが可能となり、より精度の高い生体認証を実現できる。
また、本発明の一態様の表示装置は、ユーザーの健康状態を検出する機能を有していてもよい。例えば、血中の酸素飽和度の変化に応じて、可視光及び赤外光に対する反射率及び透過率が変化することを利用し、当該酸素飽和度の時間変調を取得することにより、心拍数を測定することが可能となる。また、真皮中のグルコース濃度や、血液中の中性脂肪濃度なども、赤外光または可視光により測定することもできる。本発明の一態様の表示装置を有するデバイスは、ユーザーの健康状態の指標となる情報を取得することのできる、ヘルスケア機器として用いることができる。
また、第1の基板は、発光素子を封止するための封止基板、または保護フィルムなどを用いることができる。また、第1の基板と第2の基板との間に、これらを接着する樹脂層を有していてもよい。
ここで、発光素子には、OLED(Organic Light Emitting Diode)やQLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)などのEL素子を用いることが好ましい。EL素子が有する発光物質としては、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料)、無機化合物(量子ドット材料など)などが挙げられる。また、発光素子として、マイクロLED(Light Emitting Diode)などのLEDを用いることもできる。
受光素子としては、例えば、pn型またはpin型のフォトダイオードを用いることができる。受光素子は、受光素子に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子として機能する。光電変換素子は、入射する光量に応じて、発生する電荷量が決まる。特に、受光素子として、有機化合物を含む層を有する有機フォトダイオードを用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。
発光素子は、例えば一対の電極間に発光層を備える積層構造とすることができる。また、受光素子は、一対の電極間に活性層を備える積層構造とすることができる。受光素子の活性層には、半導体材料を用いることができる。例えば、シリコンなどの無機半導体材料を用いることができる。
また、受光素子の活性層に、有機化合物を用いることが好ましい。このとき、発光素子と受光素子の一方の電極(画素電極ともいう)を、同一面上に設けることが好ましい。さらに、発光素子と受光素子の他方の電極を、連続した一の導電層により形成される電極(共通電極ともいう)とすることがより好ましい。さらに、発光素子と受光素子とが、共通層を有することがより好ましい。これにより、発光素子と受光素子とを作製する際の作製工程を簡略化でき、製造コストを低減すること、及び、製造歩留りを向上させることができる。
以下では、より具体的な例について、図面を参照して説明する。
[表示パネルの構成例1]
〔構成例1−1〕
図14(A)に、表示パネル50の模式図を示す。表示パネル50は、基板51、基板52、受光素子53、発光素子57R、発光素子57G、発光素子57B、機能層55等を有する。
〔構成例1−1〕
図14(A)に、表示パネル50の模式図を示す。表示パネル50は、基板51、基板52、受光素子53、発光素子57R、発光素子57G、発光素子57B、機能層55等を有する。
発光素子57R、発光素子57G、発光素子57B、及び受光素子53は、基板51と基板52の間に設けられている。
発光素子57R、発光素子57G、発光素子57Bは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、または青色(B)の光を発する。
表示パネル50は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。1つの画素は、1つ以上の副画素を有する。1つの副画素は、1つの発光素子を有する。例えば、画素には、副画素を3つ有する構成(R、G、Bの3色、または、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色など)、または、副画素を4つ有する構成(R、G、B、白色(W)の4色、または、R、G、B、Yの4色など)を適用できる。さらに、画素は、受光素子53を有する。受光素子53は、全ての画素に設けられていてもよく、一部の画素に設けられていてもよい。また、1つの画素が複数の受光素子53を有していてもよい。
図14(A)には、基板52の表面に指60が触れる様子を示している。発光素子57Gが発する光の一部は、基板52と指60との接触部で反射または散乱される。そして、反射光または散乱光の一部が、受光素子53に入射されることにより、指60が基板52に接触したことを検出することができる。すなわち、表示パネル50はタッチパネルとして機能することができる。
機能層55は、発光素子57R、発光素子57G、発光素子57Bを駆動する回路、及び、受光素子53を駆動する回路を有する。機能層55には、スイッチ、トランジスタ、容量、配線などが設けられる。なお、発光素子57R、発光素子57G、発光素子57B、及び受光素子53をパッシブマトリクス方式で駆動させる場合には、スイッチやトランジスタを設けない構成としてもよい。
表示パネル50は、指60の指紋を検出する機能を有していてもよい。図14(B)には、基板52に指60が触れている状態における接触部の拡大図を模式的に示している。また、図14(B)には、交互に配列した発光素子57と受光素子53を示している。
指60は凹部及び凸部により指紋が形成されている。そのため、図14(B)に示すように指紋の凸部が、基板52に触れ、これらの接触面において、散乱光(破線矢印で示す)が生じる。
図14(B)に示すように、指60と基板52の接触面で散乱される散乱光の強度分布は、概ね接触面に垂直な向きの強度が最も高く、これよりも斜め方向に角度が大きくなるほど低い強度分布となる。したがって、接触面の直下に位置する(接触面と重なる)受光素子53が受光する光の強度が最も高くなる。また、散乱光のうち、散乱角が所定の角度以上の光は、基板52の他方の面(接触面とは反対側の面)で全反射し、受光素子53側には透過しなくなる。そのため、明瞭な指紋形状を撮像することができる。
受光素子53の配列間隔は、指紋の2つの凸部間の距離、好ましくは隣接する凹部と凸部間の距離よりも小さい間隔とすることで、鮮明な指紋の画像を取得することができる。人の指紋の凹部と凸部の間隔は概ね200μmであることから、例えば受光素子53の配列間隔は、400μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以下であって、1μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上とする。
表示パネル50で撮像した指紋の画像の例を図14(C)に示す。図14(C)には、撮像範囲63内に、指60の輪郭を破線で、接触部61の輪郭を一点鎖線で示している。接触部61内において、受光素子53に入射する光量の違いによって、コントラストの高い指紋62を撮像することができる。
表示パネル50は、タッチパネルや、ペンタブレットとしても機能させることができる。図14(D)には、スタイラス65の先端を基板52に接触させた状態で、破線矢印の方向に滑らせている様子を示している。
図14(D)に示すように、スタイラス65の先端と、基板52の接触面で散乱される散乱光が、当該接触面と重なる部分に位置する受光素子53に入射することで、スタイラス65の先端の位置を高精度に検出することができる。
図14(E)には、表示パネル50で検出したスタイラス65の軌跡66の例を示している。表示パネル50は、高い位置精度でスタイラス65等の被検出体の位置検出が可能であるため、描画アプリケーション等において、高精細な描画を行うことも可能である。また、静電容量式のタッチセンサや、電磁誘導型のタッチペン等を用いた場合とは異なり、絶縁性の高い被検出体であっても位置検出が可能であるため、スタイラス65の先端部の材料は問われず、様々な筆記用具(例えば筆、ガラスペン、羽ペンなど)を用いることもできる。
ここで、図14(F)乃至図14(H)に、表示パネル50に適用可能な画素の一例を示す。
図14(F)、及び図14(G)に示す画素は、それぞれ赤色(R)の発光素子57R、緑色(G)の発光素子57G、青色(B)の発光素子57Bと、受光素子53を有する。画素は、それぞれ発光素子57R、発光素子57G、発光素子57B、及び受光素子53を駆動するための画素回路を有する。
図14(F)は、2×2のマトリクス状に、3つの発光素子と1つの受光素子が配置されている例である。図14(G)は、一列に、3つの発光素子が配列し、その下側に、横長の1つの受光素子53が配置されている例である。
図14(H)に示す画素は、白色(W)の発光素子57Wを有する例である。ここでは、4つの発光素子が一列に配置され、その下側に受光素子53が配置されている。
なお、画素の構成は上記に限られず、様々な配置方法を採用することができる。
〔構成例1−2〕
以下では、可視光を呈する発光素子と、赤外光を呈する発光素子と、受光素子と、を備える構成の例について説明する。
以下では、可視光を呈する発光素子と、赤外光を呈する発光素子と、受光素子と、を備える構成の例について説明する。
図15(A)に示す表示パネル50Aは、図14(A)で例示した構成に加えて、発光素子57IRを有する。発光素子57IRは、赤外光IRを発する発光素子である。またこのとき、受光素子53には、少なくとも発光素子57IRが発する赤外光IRを受光することのできる素子を用いることが好ましい。また、受光素子53として、可視光と赤外光の両方を受光することのできる素子を用いることがより好ましい。
図15(A)に示すように、基板52に指60が触れると、発光素子57IRから発せられた赤外光IRが指60により反射または散乱され、当該反射光または散乱光の一部が受光素子53に入射されることにより、指60の位置情報を取得することができる。
図15(B)乃至図15(D)に、表示パネル50Aに適用可能な画素の一例を示す。
図15(B)は、一列に3つの発光素子が配列し、その下側に、発光素子57IRと、受光素子53とが横に並んで配置されている例である。また、図15(C)は、発光素子57IRを含む4つの発光素子が一列に配列し、その下側に、受光素子53が配置されている例である。
また、図15(D)は、発光素子57IRを中心にして、四方に3つの発光素子と、受光素子53が配置されている例である。
なお、図15(B)乃至図15(D)に示す画素において、発光素子同士、及び発光素子と受光素子とは、それぞれの位置を交換可能である。
以上が表示パネルの構成例1についての説明である。
[表示パネルの構成例2]
〔構成例2−1〕
図16(A)に、表示パネル100Aの断面概略図を示す。
〔構成例2−1〕
図16(A)に、表示パネル100Aの断面概略図を示す。
表示パネル100Aは、受光素子110及び発光素子190を有する。受光素子110は、画素電極111、共通層112、活性層113、共通層114、及び共通電極115を有する。発光素子190は、画素電極191、共通層112、発光層193、共通層114、及び共通電極115を有する。
画素電極111、画素電極191、共通層112、活性層113、発光層193、共通層114、及び共通電極115は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
画素電極111及び画素電極191は、絶縁層214上に位置する。画素電極111と画素電極191は、同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
共通層112は、画素電極111上及び画素電極191上に位置する。共通層112は、受光素子110と発光素子190に共通で用いられる層である。
活性層113は、共通層112を介して、画素電極111と重なる。発光層193は、共通層112を介して、画素電極191と重なる。活性層113は、第1の有機化合物を有し、発光層193は、第1の有機化合物とは異なる第2の有機化合物を有する。
共通層114は、共通層112上、活性層113上、及び発光層193上に位置する。共通層114は、受光素子110と発光素子190に共通で用いられる層である。
共通電極115は、共通層112、活性層113、及び共通層114を介して、画素電極111と重なる部分を有する。また、共通電極115は、共通層112、発光層193、及び共通層114を介して、画素電極191と重なる部分を有する。共通電極115は、受光素子110と発光素子190に共通で用いられる層である。
本実施の形態の表示パネルでは、受光素子110の活性層113に有機化合物を用いる。受光素子110は、活性層113以外の層を、発光素子190(EL素子)と共通の構成にすることができる。そのため、発光素子190の作製工程に、活性層113を成膜する工程を追加するのみで、発光素子190の形成と並行して受光素子110を形成することができる。また、発光素子190と受光素子110とを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、表示パネルに受光素子110を内蔵することができる。
表示パネル100Aでは、受光素子110の活性層113と、発光素子190の発光層193と、を作り分ける以外は、受光素子110と発光素子190が共通の構成である例を示す。ただし、受光素子110と発光素子190の構成はこれに限定されない。受光素子110と発光素子190は、活性層113と発光層193のほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい(後述の表示パネル100D、100E、100F参照)。受光素子110と発光素子190は、共通で用いられる層(共通層)を1層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示パネルに受光素子110を内蔵することができる。
表示パネル100Aは、一対の基板(基板151及び基板152)間に、受光素子110、発光素子190、トランジスタ131、及びトランジスタ132等を有する。
受光素子110において、それぞれ画素電極111及び共通電極115の間に位置する共通層112、活性層113、及び共通層114は、有機層(有機化合物を含む層)ということもできる。画素電極111は可視光を反射する機能を有することが好ましい。画素電極111の端部は隔壁216によって覆われている。共通電極115は可視光を透過する機能を有する。
受光素子110は、光を検出する機能を有する。具体的には、受光素子110は、基板152を介して外部から入射される光122を受光し、電気信号に変換する、光電変換素子である。
基板152の基板151側の面には、遮光層BMが設けられている。遮光層BMは、受光素子110と重なる位置及び発光素子190と重なる位置に開口を有する。遮光層BMを設けることで、受光素子110が光を検出する範囲を制御することができる。
遮光層BMとしては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができる。遮光層BMは、可視光を吸収することが好ましい。遮光層BMとして、例えば、金属材料、又は、顔料(カーボンブラックなど)もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。遮光層BMは、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタ、及び青色のカラーフィルタの積層構造であってもよい。
ここで、発光素子190の発光の一部が、表示パネル100A内で反射され、受光素子110に入射されてしまう場合がある。遮光層BMは、このような迷光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層BMが設けられていない場合、発光素子190が発した光123aは、基板152で反射され、反射光123bが受光素子110に入射することがある。遮光層BMを設けることで、反射光123bが受光素子110に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光素子110を用いたセンサの感度を高めることができる。
発光素子190において、それぞれ画素電極191及び共通電極115の間に位置する共通層112、発光層193、及び共通層114は、EL層ということもできる。画素電極191は可視光を反射する機能を有することが好ましい。画素電極191の端部は隔壁216によって覆われている。画素電極111と画素電極191とは隔壁216によって互いに電気的に絶縁されている。共通電極115は可視光を透過する機能を有する。
発光素子190は、可視光を発する機能を有する。具体的には、発光素子190は、画素電極191と共通電極115との間に電圧を印加することで、基板152側に光121を射出する電界発光素子である。
発光層193は、受光素子110の受光領域と重ならないように形成されることが好ましい。これにより、発光層193が光122を吸収することを抑制でき、受光素子110に照射される光量を多くすることができる。
画素電極111は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ131が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極111の端部は、隔壁216によって覆われている。
画素電極191は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ132が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極191の端部は、隔壁216によって覆われている。トランジスタ132は、発光素子190の駆動を制御する機能を有する。
トランジスタ131とトランジスタ132とは、同一の層(図16(A)では基板151)の上面に接している。
受光素子110と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光素子190と電気的に接続される回路と同一の材料及び同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、2つの回路を別々に形成する場合に比べて、表示パネルの厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
受光素子110及び発光素子190は、それぞれ、保護層195に覆われていることが好ましい。図16(A)では、保護層195が、共通電極115上に接して設けられている。保護層195を設けることで、受光素子110及び発光素子190に水などの不純物が入り込むことを抑制し、受光素子110及び発光素子190の信頼性を高めることができる。また、接着層142によって、保護層195と基板152とが貼り合わされている。
なお、図17(A)に示すように、受光素子110上及び発光素子190上に保護層を有していなくてもよい。図17(A)では、接着層142によって、共通電極115と基板152とが貼り合わされている。
また、図17(B)に示すように、遮光層BMを有さない構成としてもよい。これにより、受光素子110の受光面積を大きくできるため、よりセンサの感度を高めることができる。
〔構成例2−2〕
図16(B)に表示パネル100Bの断面図を示す。なお、以降の表示パネルの説明において、先に説明した表示パネルと同様の構成については、説明を省略することがある。
図16(B)に表示パネル100Bの断面図を示す。なお、以降の表示パネルの説明において、先に説明した表示パネルと同様の構成については、説明を省略することがある。
図16(B)に示す表示パネル100Bは、表示パネル100Aの構成に加え、レンズ149を有する。
レンズ149は、受光素子110と重なる位置に設けられている。表示パネル100Bでは、レンズ149が基板152に接して設けられている。表示パネル100Bが有するレンズ149は、基板151側に凸面を有する凸レンズである。なお、基板152側に凸面を有する凸レンズを、受光素子110と重なる領域に配置してもよい。
基板152の同一面上に遮光層BMとレンズ149との双方を形成する場合、その形成順は問わない。図16(B)では、レンズ149を先に形成する例を示すが、遮光層BMを先に形成してもよい。図16(B)では、レンズ149の端部が遮光層BMによって覆われている。
表示パネル100Bは、光122がレンズ149を介して受光素子110に入射する構成である。レンズ149を有すると、レンズ149を有さない場合に比べて、受光素子110に入射される光122の光量を増やすことができる。これにより、受光素子110の感度を高めることができる。
本実施の形態の表示パネルに用いるレンズの形成方法としては、基板上または受光素子上にマイクロレンズなどのレンズを直接形成してもよいし、別途作製されたマイクロレンズアレイなどのレンズアレイを基板に貼り合わせてもよい。
〔構成例2−3〕
図16(C)に、表示パネル100Cの断面概略図を示す。表示パネル100Cは、基板151、基板152、及び隔壁216を有さず、基板153、基板154、接着層155、絶縁層212、及び隔壁217を有する点で、表示パネル100Aと異なる。
図16(C)に、表示パネル100Cの断面概略図を示す。表示パネル100Cは、基板151、基板152、及び隔壁216を有さず、基板153、基板154、接着層155、絶縁層212、及び隔壁217を有する点で、表示パネル100Aと異なる。
基板153と絶縁層212とは接着層155によって貼り合わされている。基板154と保護層195とは接着層142によって貼り合わされている。
表示パネル100Cは、作製基板上に形成された絶縁層212、トランジスタ131、トランジスタ132、受光素子110、及び発光素子190等を、基板153上に転置することで作製される構成である。基板153及び基板154は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示パネル100Cの可撓性を高めることができる。例えば、基板153及び基板154には、それぞれ、樹脂を用いることが好ましい。
基板153及び基板154としては、それぞれ、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、アクリル樹脂、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(ナイロン、アラミド等)、ポリシロキサン樹脂、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、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ABS樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板153及び基板154の一方または双方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
本実施の形態の表示パネルが有する基板には、光学等方性が高いフィルムを用いてもよい。光学等方性が高いフィルムとしては、トリアセチルセルロース(TAC、セルローストリアセテートともいう)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルム、及びアクリルフィルム等が挙げられる。
隔壁217は、発光素子が発した光を吸収することが好ましい。隔壁217として、例えば、顔料もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。また、茶色レジスト材料を用いることで、着色された絶縁層で隔壁217を構成することができる。
隔壁217に、発光素子190が発した光を透過する材料を用いた場合、発光素子190が発した光123cは、基板154及び隔壁217で反射され、反射光123dが受光素子110に入射することがある。また、光123cが隔壁217を透過し、トランジスタまたは配線等で反射されることで、反射光が受光素子110に入射することがある。隔壁217によって光123cが吸収されることで、反射光123dが受光素子110に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光素子110を用いたセンサの感度を高めることができる。
隔壁217は、少なくとも、受光素子110が検出する光の波長を吸収することが好ましい。例えば、発光素子190が発する赤色の光を受光素子110が検出する場合、隔壁217は、少なくとも赤色の光を吸収することが好ましい。例えば、隔壁217が、青色のカラーフィルタを有すると、赤色の光123cを吸収することができ、反射光123dが受光素子110に入射することを抑制できる。
〔構成例2−4〕
上記では、発光素子と受光素子が、2つの共通層を有する例を示したが、これに限られない。以下では、共通層の構成が異なる例について説明する。
上記では、発光素子と受光素子が、2つの共通層を有する例を示したが、これに限られない。以下では、共通層の構成が異なる例について説明する。
図18(A)に、表示パネル100Dの断面概略図を示す。表示パネル100Dは、共通層114を有さず、バッファ層184及びバッファ層194を有する点で、表示パネル100Aと異なる。バッファ層184及びバッファ層194は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
表示パネル100Dにおいて、受光素子110は、画素電極111、共通層112、活性層113、バッファ層184、及び共通電極115を有する。また、表示パネル100Dにおいて、発光素子190は、画素電極191、共通層112、発光層193、バッファ層194、及び共通電極115を有する。
表示パネル100Dでは、共通電極115と活性層113との間のバッファ層184と、共通電極115と発光層193との間のバッファ層194とを作り分ける例を示す。バッファ層184及びバッファ層194としては、例えば、電子注入層及び電子輸送層の一方または双方を形成することができる。
図18(B)に、表示パネル100Eの断面概略図を示す。表示パネル100Eは、共通層112を有さず、バッファ層182及びバッファ層192を有する点で、表示パネル100Aと異なる。バッファ層182及びバッファ層192は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
表示パネル100Eにおいて、受光素子110は、画素電極111、バッファ層182、活性層113、共通層114、及び共通電極115を有する。また、表示パネル100Eにおいて、発光素子190は、画素電極191、バッファ層192、発光層193、共通層114、及び共通電極115を有する。
表示パネル100Eでは、画素電極111と活性層113との間のバッファ層182と、画素電極191と発光層193との間のバッファ層192とを作り分ける例を示す。バッファ層182及びバッファ層192としては、例えば、正孔注入層及び正孔輸送層の一方または双方を形成することができる。
図18(C)に、表示パネル100Fの断面概略図を示す。表示パネル100Fは、共通層112及び共通層114を有さず、バッファ層182、バッファ層184、バッファ層192、及びバッファ層194を有する点で、表示パネル100Aと異なる。
表示パネル100Fにおいて、受光素子110は、画素電極111、バッファ層182、活性層113、バッファ層184、及び共通電極115を有する。また、表示パネル100Fにおいて、発光素子190は、画素電極191、バッファ層192、発光層193、バッファ層194、及び共通電極115を有する。
受光素子110と発光素子190の作製において、活性層113と発光層193を作り分けるだけでなく、他の層も作り分けることができる。
表示パネル100Fでは、受光素子110と発光素子190とで、一対の電極(画素電極111または画素電極191と共通電極115)間に、共通の層を有さない例を示す。表示パネル100Fが有する受光素子110及び発光素子190は、絶縁層214上に画素電極111と画素電極191とを同一の材料及び同一の工程で形成し、画素電極111上にバッファ層182、活性層113、及びバッファ層184を、画素電極191上にバッファ層192、発光層193、及びバッファ層194を、それぞれ形成した後に、バッファ層184及びバッファ層194等を覆うように共通電極115を形成することで作製できる。
なお、バッファ層182、活性層113、及びバッファ層184の積層構造と、バッファ層192、発光層193、及びバッファ層194の積層構造の作製順は特に限定されない。例えば、バッファ層182、活性層113、及びバッファ層184を成膜した後に、バッファ層192、発光層193、及びバッファ層194を成膜してもよい。逆に、バッファ層182、活性層113、及びバッファ層184を成膜する前に、バッファ層192、発光層193、及びバッファ層194を成膜してもよい。また、バッファ層182、バッファ層192、活性層113、発光層193、などの順に交互に成膜してもよい。
[表示パネルの構成例3]
以下では、表示パネルのより具体的な構成例について説明する。
以下では、表示パネルのより具体的な構成例について説明する。
〔構成例3−1〕
図19に、表示パネル200Aの斜視図を示す。
図19に、表示パネル200Aの斜視図を示す。
表示パネル200Aは、基板151と基板152とが貼り合された構成を有する。図19では、基板152を破線で示している。
表示パネル200Aは、表示部162、回路164、配線165等を有する。図19では、表示パネル200AにIC(集積回路)173及びFPC172が実装されている例を示している。そのため、図19に示す構成は、表示パネル200A、IC、及びFPCを有する表示モジュールということもできる。
回路164としては、走査線駆動回路を用いることができる。
配線165は、表示部162及び回路164に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC172を介して外部から入力されるか、またはIC173から配線165に入力される。
図19では、COG(Chip On Glass)方式またはCOF(Chip On Film)方式などにより、基板151にIC173が設けられている例を示す。IC173は、例えば走査線駆動回路及び信号線駆動回路等を有するICを適用できる。なお、表示パネル200A及び表示モジュールは、ICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。
図20に、図19で示した表示パネル200Aの、FPC172を含む領域の一部、回路164を含む領域の一部、表示部162を含む領域の一部、及び、端部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。
図20に示す表示パネル200Aは、基板151と基板152の間に、トランジスタ201、トランジスタ205、トランジスタ206、発光素子190、受光素子110等を有する。
基板152と絶縁層214は接着層142を介して接着されている。発光素子190及び受光素子110の封止には、固体封止構造または中空封止構造などが適用できる。図20では、基板152、接着層142、及び絶縁層214に囲まれた空間143が、不活性ガス(窒素やアルゴンなど)で充填されており、中空封止構造が適用されている。接着層142は、発光素子190と重ねて設けられていてもよい。また、基板152、接着層142、及び絶縁層214に囲まれた空間143を、接着層142とは異なる樹脂で充填してもよい。
発光素子190は、絶縁層214側から画素電極191、共通層112、発光層193、共通層114、及び共通電極115の順に積層された積層構造を有する。画素電極191は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ206が有する導電層222bと接続されている。トランジスタ206は、発光素子190の駆動を制御する機能を有する。画素電極191の端部は、隔壁216によって覆われている。画素電極191は可視光を反射する材料を含み、共通電極115は可視光を透過する材料を含む。
受光素子110は、絶縁層214側から画素電極111、共通層112、活性層113、共通層114、及び共通電極115の順に積層された積層構造を有する。画素電極111は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ205が有する導電層222bと電気的に接続されている。画素電極111の端部は、隔壁216によって覆われている。画素電極111は可視光を反射する材料を含み、共通電極115は可視光を透過する材料を含む。
発光素子190が発する光は、基板152側に射出される。また、受光素子110には、基板152及び空間143を介して、光が入射する。基板152には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
画素電極111及び画素電極191は同一の材料及び同一の工程で作製することができる。共通層112、共通層114、及び共通電極115は、受光素子110と発光素子190との双方に用いられる。受光素子110と発光素子190とは、活性層113と発光層193の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示パネル200Aに受光素子110を内蔵することができる。
基板152の基板151側の面には、遮光層BMが設けられている。遮光層BMは、受光素子110と重なる位置及び発光素子190と重なる位置に開口を有する。遮光層BMを設けることで、受光素子110が光を検出する範囲を制御することができる。また、遮光層BMを有することで、発光素子190から受光素子110に光が直接入射することを抑制できる。したがって、ノイズが少なく感度の高いセンサを実現できる。
トランジスタ201、トランジスタ205、及びトランジスタ206は、いずれも基板151上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料及び同一の工程により作製することができる。
基板151上には、絶縁層211、絶縁層213、絶縁層215、及び絶縁層214がこの順で設けられている。絶縁層211は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層213は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層215は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁層214は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数及びトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても2層以上であってもよい。
トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、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。これにより、絶縁層をバリア層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、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、表示装置の信頼性を高めることができる。
絶縁層211、絶縁層213、及び絶縁層215としては、それぞれ、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などを用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。
ここで、有機絶縁膜は、無機絶縁膜に比べてバリア性が低いことが多い。そのため、有機絶縁膜は、表示パネル200Aの端部近傍に開口を有することが好ましい。これにより、表示パネル200Aの端部から有機絶縁膜を介して不純物が拡散することを抑制することができる。または、有機絶縁膜の端部が表示パネル200Aの端部よりも内側に位置するように有機絶縁膜を形成し、表示パネル200Aの端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
平坦化層として機能する絶縁層214には、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、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、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
図20に示す領域228では、絶縁層214に開口が形成されている。これにより、絶縁層214に有機絶縁膜を用いる場合であっても、絶縁層214を介して外部から表示部162に不純物が拡散することを抑制できる。したがって、表示パネル200Aの信頼性を高めることができる。
トランジスタ201、トランジスタ205、及びトランジスタ206は、ゲートとして機能する導電層221、ゲート絶縁層として機能する絶縁層211、ソース及びドレインとして機能する導電層222a及び導電層222b、半導体層231、ゲート絶縁層として機能する絶縁層213、並びに、ゲートとして機能する導電層223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。絶縁層211は、導電層221と半導体層231との間に位置する。絶縁層213は、導電層223と半導体層231との間に位置する。
本実施の形態の表示パネル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、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型また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、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
トランジスタ201、トランジスタ205、及びトランジスタ206には、チャネルが形成される半導体層を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。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。または、2つのゲートのうち、一方に閾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、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
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、単結晶半導体、または単結晶以外の結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、また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。単結晶半導体または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。
トランジスタの半導体層は、金属酸化物(酸化物半導体ともいう)を有することが好ましい。または、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン(低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど)などが挙げられる。
半導体層は、例えば、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、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、及びマグネシウムから選ばれた一種または複数種)と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
特に、半導体層として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。
半導体層が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は、Mに対するInの原子数比が1以上であることが好ましい。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=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:3、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=5:2:5等が挙げられる。
スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比は、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。例えば、半導体層に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]の場合、成膜される半導体層の組成は、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]の近傍となる場合がある。
なお、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍と記載する場合、Inを4としたとき、Gaが1以上3以下であり、Znが2以上4以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:6またはその近傍であると記載する場合、Inを5としたときに、Gaが0.1より大きく2以下であり、Znが5以上7以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍であると記載する場合、Inを1としたときに、Gaが0.1より大きく2以下であり、Znが0.1より大きく2以下である場合を含む。
回路164が有するトランジスタと、表示部162が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路164が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。同様に、表示部162が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。
基板151の、基板152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では、配線165が導電層166及び接続層242を介してFPC172と電気的に接続されている。接続部204の上面は、画素電極191と同一の導電膜を加工して得られた導電層166が露出している。これにより、接続部204とFPC172とを接続層242を介して電気的に接続することができる。
基板152の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層(拡散フィルムなど)、反射防止層、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板152の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等を配置してもよい。
基板151及び基板152には、それぞれ、ガラス、石英、セラミック、サファイア、樹脂などを用いることができる。基板151及び基板152に可撓性を有する材料を用いると、表示パネルの可撓性を高めることができる。
接着層142、接着層155等としては、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。
接続層242としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、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。
発光素子190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。
発光素子190は少なくとも発光層193を有する。発光素子190は、発光層193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、また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。例えば、共通層112は、正孔注入層及び正孔輸送層の一方又は双方を有することが好ましい。例えば、共通層114は、電子輸送層及び電子注入層の一方または双方を有することが好ましい。
共通層112、発光層193、及び共通層114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。共通層112、発光層193、及び共通層114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。
発光層193は、発光材料として、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。
受光素子110の活性層113は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコンなどの無機半導体、及び、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光素子190の発光層193と、受光素子110の活性層113と、を同じ方法(例えば、真空蒸着法)で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
活性層113が有するn型半導体の材料としては、フラーレン(例えばC60、C70等)、フラーレン誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。フラーレンは、サッカーボールのような形状を有し、当該形状はエネルギー的に安定である。フラーレンは、HOMO準位及びLUMO準位の双方が深い(低い)。フラーレンは、LUMO準位が深いため、電子受容性(アクセプター性)が極めて高い。通常、ベンゼンのように、平面にπ電子共役(共鳴)が広がると、電子供与性(ドナー性)が高くなるが、フラーレンは球体形状であるため、π電子が大きく広がっているにも関わらず、電子受容性が高くなる。電子受容性が高いと、電荷分離を高速に効率よく起こすため、受光デバイスとして有益である。C60、C70ともに可視光領域に広い吸収帯を有しており、特にC70はC60に比べてπ電子共役系が大きく、長波長領域にも広い吸収帯を有するため好ましい。
また、活性層113が有するn型半導体の材料としては、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、クマリン誘導体、ローダミン誘導体、トリアジン誘導体、キノン誘導体等が挙げられる。
活性層113が有するp型半導体の材料としては、銅(II)フタロシアニン(Copper(II) phthalocyanine;CuPc)、テトラフェニルジベンゾペリフランテン(Tetraphenyldibenzoperiflanthene;DBP)、亜鉛フタロシアニン(Zinc Phthalocyanine;ZnPc)、スズフタロシアニン(SnPc)、キナクリドン等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
また、p型半導体の材料としては、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体、芳香族アミン骨格を有する化合物等が挙げられる。さらに、p型半導体の材料としては、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、インドール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
例えば、活性層113は、n型半導体とp型半導体とを共蒸着して形成することが好ましい。または、活性層113は、n型半導体とp型半導体とを積層して形成してもよい。
トランジスタのゲート、ソース及びドレインのほか、表示パネルを構成する各種配線及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、及びタングステンなどの金属、並びに、当該金属を主成分とする合金などが挙げられる。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。
また、透光性を有する導電材料としては、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、ガリウムを含む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、及び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ることが好ましい。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、表示パネルを構成する各種配線及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。
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、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂、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が挙げられる。
〔構成例3−2〕
図21(A)に、表示パネル200Bの断面図を示す。表示パネル200Bは、レンズ149及び保護層195を有する点で、主に表示パネル200Aと相違している。
図21(A)に、表示パネル200Bの断面図を示す。表示パネル200Bは、レンズ149及び保護層195を有する点で、主に表示パネル200Aと相違している。
受光素子110及び発光素子190を覆う保護層195を設けることで、受光素子110及び発光素子190に水などの不純物が拡散することを抑制し、受光素子110及び発光素子190の信頼性を高めることができる。
表示パネル200Bの端部近傍の領域228において、絶縁層214の開口を介して、絶縁層215と保護層195とが互いに接することが好ましい。特に、絶縁層215が有する無機絶縁膜と保護層195が有する無機絶縁膜とが互いに接することが好ましい。これにより、有機絶縁膜を介して外部から表示部162に不純物が拡散することを抑制することができる。したがって、表示パネル200Bの信頼性を高めることができる。
図21(B)に、保護層195が3層構造である例を示す。図21(B)において、保護層195は、共通電極115上の無機絶縁層195aと、無機絶縁層195a上の有機絶縁層195bと、有機絶縁層195b上の無機絶縁層195cと、を有する。
無機絶縁層195aの端部と無機絶縁層195cの端部は、有機絶縁層195bの端部よりも外側に延在し、互いに接している。そして、無機絶縁層195aは、絶縁層214(有機絶縁層)の開口を介して、絶縁層215(無機絶縁層)と接する。これにより、絶縁層215と保護層195とで、受光素子110及び発光素子190を囲うことができるため、受光素子110及び発光素子190の信頼性を高めることができる。
このように、保護層195は、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造であってもよい。このとき、有機絶縁膜の端部よりも無機絶縁膜の端部を外側に延在させることが好ましい。
基板152の基板151側の面に、レンズ149が設けられている。レンズ149は、基板151側に凸面を有する。受光素子110の受光領域は、レンズ149と重なり、かつ、発光層193と重ならないことが好ましい。これにより、受光素子110を用いたセンサの感度及び精度を高めることができる。
レンズ149は、受光素子110が受光する光の波長に対する屈折率が1.3以上2.5以下であることが好ましい。レンズ149は、無機材料及び有機材料の少なくとも一方を用いて形成することができる。例えば、樹脂を含む材料をレンズ149に用いることができる。また、酸化物及び硫化物の少なくとも一方を含む材料をレンズ149に用いることができる。
具体的には、塩素、臭素、またはヨウ素を含む樹脂、重金属原子を含む樹脂、芳香環を含む樹脂、硫黄を含む樹脂などをレンズ149に用いることができる。または、樹脂と当該樹脂より屈折率の高い材料のナノ粒子を含む材料をレンズ149に用いることができる。酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどをナノ粒子に用いることができる。
また、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、インジウムとスズを含む酸化物、またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物などを、レンズ149に用いることができる。または、硫化亜鉛などを、レンズ149に用いることができる。
また、表示パネル200Bでは、保護層195と基板152とが接着層142によって貼り合わされている。接着層142は、受光素子110及び発光素子190とそれぞれ重ねて設けられており、表示パネル200Bには、固体封止構造が適用されている。
〔構成例3−3〕
図22(A)に、表示パネル200Cの断面図を示す。表示パネル200Cは、トランジスタの構造が異なる点、遮光層BM及びレンズ149を有さない点で、主に表示パネル200Bと相違している。
図22(A)に、表示パネル200Cの断面図を示す。表示パネル200Cは、トランジスタの構造が異なる点、遮光層BM及びレンズ149を有さない点で、主に表示パネル200Bと相違している。
表示パネル200Cは、基板151上に、トランジスタ208、トランジスタ209、及びトランジスタ210を有する。
トランジスタ208、トランジスタ209、及びトランジスタ210は、ゲートとして機能する導電層221、ゲート絶縁層として機能する絶縁層211、チャネル形成領域231i及び一対の低抵抗領域231nを有する半導体層、一対の低抵抗領域231nの一方と接続する導電層222a、一対の低抵抗領域231nの他方と接続する導電層222b、ゲート絶縁層として機能する絶縁層225、ゲートとして機能する導電層223、並びに、導電層223を覆う絶縁層215を有する。絶縁層211は、導電層221とチャネル形成領域231iとの間に位置する。絶縁層225は、導電層223とチャネル形成領域231iとの間に位置する。
導電層222a及び導電層222bは、それぞれ、絶縁層225及び絶縁層215に設けられた開口を介して低抵抗領域231nと接続される。導電層222a及び導電層222bのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
発光素子190の画素電極191は、導電層222bを介してトランジスタ208の一対の低抵抗領域231nの一方と電気的に接続される。
受光素子110の画素電極111は、導電層222bを介してトランジスタ209の一対の低抵抗領域231nの他方と電気的に接続される。
図22(A)には、絶縁層225が半導体層の上面及び側面を覆う例を示している。一方、図22(B)には、絶縁層225は、半導体層231のチャネル形成領域231iと重なり、低抵抗領域231nとは重ならない例を示している。例えば、導電層223をマスクとして用いて絶縁層225を加工することで、図22(B)に示す構造を作製できる。図22(B)では、絶縁層225及び導電層223を覆って絶縁層215が設けられ、絶縁層215の開口を介して、導電層222a及び導電層222bがそれぞれ低抵抗領域231nと接続されている。さらに、トランジスタを覆う絶縁層218を設けてもよい。
〔構成例3−4〕
図23に、表示パネル200Dの断面図を示す。表示パネル200Dは、基板の構成が異なる点で、表示パネル200Cと主に相違している。
図23に、表示パネル200Dの断面図を示す。表示パネル200Dは、基板の構成が異なる点で、表示パネル200Cと主に相違している。
表示パネル200Dは、基板151及び基板152を有さず、基板153、基板154、接着層155、及び絶縁層212を有する。
基板153と絶縁層212とは接着層155によって貼り合わされている。基板154と保護層195とは接着層142によって貼り合わされている。
表示パネル200Dは、作製基板上で形成された絶縁層212、トランジスタ208、トランジスタ209、受光素子110、及び発光素子190等を、基板153上に転置することで作製される構成である。基板153及び基板154は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示パネル200Dの可撓性を高めることができる。
絶縁層212には、絶縁層211、絶縁層213、及び絶縁層215に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。または、絶縁層212として、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜としてもよい。このとき、トランジスタ209側の膜を、無機絶縁膜とすることが好ましい。
以上が、表示パネルの構成例についての説明である。
[金属酸化物について]
以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
なお、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。例えば、亜鉛酸窒化物(ZnON)などの窒素を有する金属酸化物を、半導体層に用いてもよい。
なお、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。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。
例えば、半導体層にはCAC(Cloud−Aligned Composite)−OS(Oxide Semiconductor)を用いることができる。
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層に用いる場合、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、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形成領域に用いる場合、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。
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、及び非晶質酸化物半導体などがある。
CAAC−OSは、c軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形及び七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
また、CAAC−OSは、インジウム、及び酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、及び酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。
CAAC−OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損(VO:oxygen vacancyともいう。)など)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC−OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(以下、IGZO)は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、IGZOは、大気中では結晶成長し難い傾向があるため、大きな結晶(ここでは、数mmの結晶、または数cmの結晶)よりも小さな結晶(例えば、上述のナノ結晶)とする方が、構造的に安定となる場合がある。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a−like OSは、nc−OS及びCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。
酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。
半導体層として機能する金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方または双方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)は、0%以上30%以下が好ましく、5%以上30%以下がより好ましく、7%以上15%以下がさらに好ましい。
金属酸化物は、エネルギーギャップが2eV以上であることが好ましく、2.5eV以上であることがより好ましく、3eV以上であることがさらに好ましい。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。
金属酸化物膜の成膜時の基板温度は、350℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上130℃以下がさらに好ましい。金属酸化物膜の成膜時の基板温度が室温であると、生産性を高めることができ、好ましい。
金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。そのほか、例えばPLD法、PECVD法、熱CVD法、ALD法、真空蒸着法などを用いてもよい。
以上が、金属酸化物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3)
本実施の形態では、本発明の一態様の複合デバイスの一態様である電子機器について、図24〜図26を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の複合デバイスの一態様である電子機器について、図24〜図26を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、本発明の一態様の表示装置を有する。表示装置は、光を検出する機能を有するため、表示部で生体認証を行うこと、及び、タッチもしくはニアタッチを検出することができる。本発明の一態様の電子機器は、不正使用が困難で、セキュリティレベルの極めて高い電子機器である。また、電子機器の機能性や利便性などを高めることができる。
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、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、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、などが挙げられる。
本実施の形態の電子機器は、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。
本実施の形態の電子機器は、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。
図24(A)に示す電子機器6500は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
電子機器6500は、筐体6501、表示部6502、電源ボタン6503、ボタン6504、スピーカ6505、マイク6506、カメラ6507、及び光源6508等を有する。表示部6502はタッチパネル機能を備える。
表示部6502に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図24(B)は、筐体6501のマイク6506側の端部を含む断面概略図である。
筐体6501の表示面側には透光性を有する保護部材6510が設けられ、筐体6501と保護部材6510に囲まれた空間内に、表示パネル6511、光学部材6512、タッチセンサパネル6513、プリント基板6517、バッテリ6518等が配置されている。
保護部材6510には、表示パネル6511、光学部材6512、及びタッチセンサパネル6513が接着層(図示しない)により固定されている。
表示部6502よりも外側の領域において、表示パネル6511の一部が折り返されており、当該折り返された部分にFPC6515が接続されている。FPC6515には、IC6516が実装されている。FPC6515は、プリント基板6517に設けられた端子に接続されている。
表示パネル6511には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル6511が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ6518を搭載することもできる。また、表示パネル6511の一部を折り返して、画素部の裏側にFPC6515との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
図25(A)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図25(A)に示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることでテレビジョン装置7100を操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置7100は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図25(B)に、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み込まれている。
表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図25(C)、及び図25(D)に、デジタルサイネージの一例を示す。
図25(C)に示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7000、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
図25(D)は円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7000を有する。
図25(C)及び図25(D)において、表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
表示部7000が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部7000にタッチパネルを適用することで、表示部7000に画像または動画を表示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
また、図25(C)、及び図25(D)に示すように、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機7311または情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
図26(A)乃至図26(F)に示す電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(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)、マイクロフォン9008、等を有する。
図26(A)乃至図26(F)に示す電子機器は、様々な機能を有する。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)によって処理を制御する機能、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して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体(外部またはカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図26(A)乃至図26(F)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図26(A)は、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を設けてもよい。また、携帯情報端末9101は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図26(A)では3つのアイコン9050を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することもできる。情報9051の一例としては、電子メール、SNS、電話などの着信の通知、電子メールやSNSなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置にはアイコン9050などを表示してもよい。
図26(B)は、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示された情報9053を確認することもできる。ユーザーは、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
図26(C)は、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
図26(D)、図26(E)、及び図26(F)は、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図26(D)は携帯情報端末9201を展開した状態、図26(F)は折り畳んだ状態、図26(E)は図26(D)と図26(F)の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。例えば、表示部9001は、曲率半径0.1mm以上150mm以下で曲げることができる。
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。
本実施例では、本発明の一態様の表示装置を作製し、当該表示装置を用いて撮像を行った結果について示す。
[表示装置]
表示装置は、ガラス基板上にトランジスタと、トランジスタ上に発光素子及び受光素子を形成することで作製した。また発光素子及び受光素子を保護する保護層として、発光素子及び受光素子上に、接着層を介して有機樹脂を含むフィルムを貼り付けた。
表示装置は、ガラス基板上にトランジスタと、トランジスタ上に発光素子及び受光素子を形成することで作製した。また発光素子及び受光素子を保護する保護層として、発光素子及び受光素子上に、接着層を介して有機樹脂を含むフィルムを貼り付けた。
トランジスタには、チャネルが形成される半導体層にIn−Ga−Zn系酸化物を用いたトップゲート型のトランジスタを用いた。該トランジスタは、ガラス基板上で500℃未満のプロセスで作製した。
発光素子には、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の有機EL素子を用いた。発光素子はトップエミッション型である。受光素子には、有機フォトダイオードを用いた。有機EL素子と、有機フォトダイオードとで、バッファ層及び共通電極を共通とした。各発光層と、活性層とは、メタルマスクを用いた真空蒸着法により、作り分けて形成した。
発光素子を駆動する回路としては、図4(B)及び図7に示す回路を用いた。受光素子を駆動する回路としては、図12に示す回路を用いた。
作製した表示装置は、表示部のサイズが対角7.99インチ、画素数が1080×2160、画素サイズが84μm×84μm、精細度が302ppiである。表示装置は、表示用のゲートドライバ、デマルチプレクサ、センサ用のスキャンドライバ、読み出し回路等を内蔵し、表示用のソースドライバ、AD変換回路等は外付けとした。
[撮像]
作製した表示装置の表示面に手のひらを載せた状態で、撮像を行った。撮像は、緑の発光素子を光源として用い、これを発光させた状態で行った。その後、得られた画像データに対して、ノイズ除去のために平滑化処理と、見やすさ向上のためにコントラスト調整とを、それぞれ行った。
作製した表示装置の表示面に手のひらを載せた状態で、撮像を行った。撮像は、緑の発光素子を光源として用い、これを発光させた状態で行った。その後、得られた画像データに対して、ノイズ除去のために平滑化処理と、見やすさ向上のためにコントラスト調整とを、それぞれ行った。
図27(A)に、撮像した画像を示す。また、図27(B)には、図27(A)に示す領域Pを拡大した画像を示し、図27(C)には、図27(A)に示す領域Qを拡大した画像を示す。
なお、図27(A)、図27(B)、及び図27(C)では、個人情報の保護のため、一部にモザイク処理を施している。
本発明の一態様は、撮像領域の大面積化が可能で、表示領域全域を、撮像領域とすることが可能なため、図27(A)に示すように、一度の撮像で手のひらと、各指の指先まで明瞭に撮像することができている。
また本発明の一態様は、撮像領域(表示領域)全域に亘って画素密度を高くできる。そのため、撮像領域の中央部に近い領域Qであっても、端部に近い領域Pであっても、図27(C)及び図27(B)に示すように、指紋や掌紋を明瞭に撮像することができる。
このように、本発明の一態様の表示装置は、画像を表示するだけでなく、表示面に接する対象物を明瞭に撮像できることが確認された。そのため、表示装置は、指紋認証、掌紋認証などの生体認証に好適に用いることができる。また、表示装置は、別途光源が不要な、極めて薄いイメージスキャナとしても用いることができる。
M1〜M8:トランジスタ、C1〜C3:容量素子、SL、VL、GL1、GL2、VL1、VL2、TX、SE、RS、WX:配線、PD:受光素子、EL:発光素子、N1:ノード、10、10a〜10e:表示装置、11、11a、11b:表示部、12〜14:駆動回路部、15:回路部、20、20a、21、21a、21b、21c、30:画素、21R、21G、21B、21aR、21aB、21aG:副画素、22:撮像画素
Claims (10)
- 画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第1の配線と電気的に接続され、他方が前記第2のトランジスタのゲート及び前記第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記発光素子は、一方の電極が前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有し、
前記第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有し、
前記第3のトランジスタは、自身がオン状態のときに、前記第2の配線に与えられる前記第2のデータ電位を、前記第1の容量素子の他方の電極に供給する機能を有し、
前記第4のトランジスタは、自身がオン状態のときに、前記第2の配線に与えられる前記リセット電位を、前記発光素子の一方の電極に供給する機能を有する、
表示装置。 - 画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第1の配線と電気的に接続され、他方が前記第2のトランジスタのゲート及び前記第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記発光素子は、一方の電極が前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有し、
前記第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有し、
前記第3のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第2の配線と電気的に接続され、他方が前記第1の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第2の配線と電気的に接続され、他方が前記発光素子の一方の電極と電気的に接続される、
表示装置。 - 画素と、第1の配線と、第2の配線と、を有し、
前記画素は、第1乃至第4のトランジスタと、第1の容量素子と、発光素子と、を有し、
前記第1のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第1の配線と電気的に接続され、他方が前記第2のトランジスタのゲート及び前記第1の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記発光素子は、一方の電極が前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続され、
前記第1の配線は、第1のデータ電位が与えられる機能を有し、
前記第2の配線は、第2のデータ電位と、リセット電位とが、異なる期間に与えられる機能を有し、
前記第3のトランジスタは、ソース及びドレインの一方が前記第2の配線と電気的に接続され、他方が前記第1の容量素子の他方の電極及び前記第4のトランジスタのソース及びドレインの一方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタは、ソース及びドレインの他方が、前記発光素子の一方の電極と電気的に接続される、
表示装置。 - 請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
第3の配線及び第4の配線を有し、
前記第3の配線は、前記第1のトランジスタのゲート、及び前記第4のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記第4の配線は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続される、
表示装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
第2の容量素子を有し、
前記第2の容量素子は、一方の電極が前記第2のトランジスタのゲートと電気的に接続され、他方が前記発光素子の一方の電極と電気的に接続される、
表示装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記画素を複数有し、
複数の前記画素は、行方向及び列方向にマトリクス状に配置され、
前記第2の配線は、前記行方向に配列する2以上の前記画素の各々における、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタと電気的に接続される、
表示装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記画素を複数有し、
複数の前記画素は、行方向及び列方向にマトリクス状に配置され、
前記第2の配線は、前記行方向に配列する複数の前記画素のうち、隣接する3つの前記画素の各々における、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタと電気的に接続され、
当該隣接する3つの前記画素は、それぞれ異なる色の光を呈する、
表示装置。 - 請求項1乃至請求項7のいずれか一において、
受光素子を有し、
前記受光素子は、受光波長域が前記発光素子の発光波長を包含し、
前記発光素子と、前記受光素子とは、同一面上に設けられる、
表示装置。 - 請求項8において、
前記発光素子は、第1の電極と、発光層と、共通電極と、が積層され、
前記受光素子は、第2の電極と、活性層と、前記共通電極と、が積層され、
前記発光層と、前記活性層とは、異なる有機化合物を含み、
前記第1の電極と、前記第2の電極とは、同一面上に離間して設けられ、
前記共通電極は、前記発光層及び前記活性層を覆って設けられる、
表示装置。 - 請求項8において、
前記発光素子は、第1の電極と、共通層と、発光層と、共通電極と、が積層され、
前記受光素子は、第2の電極と、前記共通層と、活性層と、前記共通層と、が積層され、
前記発光層と、前記活性層とは、異なる有機化合物を含み、
前記第1の電極と、前記第2の電極とは、同一面上に離間して設けられ、
前記共通電極は、前記発光層及び前記活性層を覆って設けられ、
前記共通層は、前記第1の電極及び前記第2の電極を覆って設けられる、
表示装置。
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