JP2022174054A - タッチ検出機能付き表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
返しの説明を適宜省略することがある。さらに各要素に対する「第1」、「第2」と付記された文字は、各要素を区別するために用いられる便宜的な標識であり、特段の説明がない限りそれ以上の意味を有さない。
本実施形態は、画面へのタッチを検知するタッチセンサ機能と、画面に画像を表示する表示機能とを有する、タッチ検出機能付き表示装置について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置100の構成を示す。タッチ検出機能付き表示装置100は、透明樹脂基板124の第1面に、表示部102、駆動回路部104、端子部106、タッチセンサ108を有する。表示部102は複数の画素110を含む。複数の画素110は、第1方向(例えば、図1に示すX方向)と、第1方向と交差する第2方向(例えば、図1に示すY方向)に配列される。複数の画素110の配列は任意であり、例えば、ストライプ配列、デルタ配列、ベイヤー配列、ペンタイル配列、ダイヤモンドペンタイル配列等の各種配列が適用される。
検知する機能を有する。タッチセンサ108は、表示部102に表示されるアイコン、キー等のグラフィックユーザインターフェイス(GUI)に対する操作を検知する。
図3は、画素110aの等価回路の一例を示す。画素110aは、有機EL素子134、選択トランジスタ136、駆動トランジスタ138、容量素子140を含む。選択トラ
ンジスタ136及び駆動トランジスタ138は、半導体層(又は「活性層」とも呼ばれる。)が、2つのゲート電極で挟まれたデュアルゲート構造を有する。駆動トランジスタ138は、第1ゲート電極154及び第2ゲート電極166を有し、選択トランジスタ136は、第1ゲート電極156及び第2ゲート電極168を有する。
図4は、図3に示す等価回路に対応する画素110aの平面構造の一例を示す。図5(A)は、図4に示すA1-A2線に対応する画素110aの断面構造を示す。図5(B)は、図4に示すB1-B2線に対応する画素110aの断面構造を示す。図5(A)は選択トランジスタ136及び容量素子140の断面構造を示し、図5(B)は、駆動トランジスタ138及び有機EL素子134の断面構造を示す。以下の説明では、図4、図5(A)及び図5(B)を適宜参照して説明する。なお、図4で示す画素110aの平面図において、第1センサ電極114、第2センサ電極116、及び有機EL素子134の構造は省略されている。
スタ138、選択トランジスタ136、容量素子140、及び有機EL素子134との間には、シールド電極126が配置される。
透明樹脂基板124は、複数の透明樹脂層が積層された構造を有する。第1センサ電極114と第2センサ電極116とは、複数の透明樹脂層150に挟まれて設けられる。例えば、図5(A)及び図5(B)に示すように、第1透明樹脂層150aと第2透明樹脂層150bとの間に、第1センサ電極114が設けられる。また、第2透明樹脂層150bと第3透明樹脂層150cとの間に第2センサ電極116が設けられる。このように、透明樹脂基板124を、複数の透明樹脂層150で形成することで、第1センサ電極114及び第2センサ電極116を基板内に埋め込むことができる。
(SnO2)等の導電性を有する金属酸化物、窒化チタン(TiNx)窒酸化チタン(TiON)等の金属窒化物又は金属酸窒化物等の導電性透明導電膜、ポリアニリン、グラフェン等の導電性を有する有機物が用いられる。また、シールド電極126は、アルミニウ
ム、チタン、銅等の金属材料で形成され、画素の配置に合わせて光が透過するように開口部が設けられた構造を有していてもよい。
14と複数の第2センサ電極116とは第2透明樹脂層150bを挟んで交差して配置される。第1センサ電極114及び第2センサ電極116は、画素110aで発光する光の出射面側に配置されるため、透明導電膜で形成される。第1センサ電極114と第2センサ電極116とは、第2透明樹脂層150bを介して設けられる。第2透明樹脂層150bは誘電体膜として作用し、第1センサ電極114と第2センサ電極116との間に静電容量が形成される。
図5(A)及び図5(B)に示すように、透明樹脂基板124の上には、駆動トランジスタ138、選択トランジスタ136、容量素子140、及び有機EL素子134が設けられる。本実施形態において、駆動トランジスタ138、選択トランジスタ136は、デュアルゲート構造を有し、有機EL素子134は、陰極側から有機エレクトロルミネセンス層が積層された、所謂逆積み構造を有する。
駆動トランジスタ138は、第1ゲート電極154、第1絶縁層158、第1酸化物半導体層162a、第2絶縁層164、第2ゲート電極166が積層された構造を有する。第1ゲート電極154は第1絶縁層158を介して第1酸化物半導体層162aと重なるように配置され、第2ゲート電極166は第2絶縁層164を介して第1酸化物半導体層162aと重なるように配置される。第1ゲート電極154、第2ゲート電極166、及び第1酸化物半導体層162aは、相互に重畳する領域を有する。駆動トランジスタ138は、第1酸化物半導体層162aが、第1ゲート電極154及び第2ゲート電極166
と重なる領域にチャネルが形成される。第1ゲート電極154は、第1開口部152aの内側に配置され、第4透明樹脂層150dで埋め込まれている。第2ゲート電極166は、第2絶縁層164の上層(透明樹脂基板124と反対側の面)に配置される。
能力が向上し、有機EL素子134を駆動するために十分な電流を供給することができる。例えば、駆動トランジスタ138は、有機EL素子134の動作点が変動したとしても、動作点の変動に応じて定電流駆動をすることができる。
選択トランジスタ136は、第1ゲート電極156、第1絶縁層158、第2酸化物半導体層162b、第2絶縁層164、第2ゲート電極168が積層された構造を有する。選択トランジスタ136は、第2酸化物半導体層162bが、第1ゲート電極156及び第2ゲート電極168と重畳する領域にチャネルが形成される。第1ゲート電極156は、シールド電極126の第2開口部152bの内側に配置される。第1ゲート電極156は、第2開口部152bの内側において、シールド電極126と同じ透明導電膜で形成される第1ゲート電極層156aと金属膜で形成される第1ゲート電極層156bとが積層された構造を有していてもよい。第1絶縁層158と第2酸化物半導体層162bとの間に、第3透明導電層160c及び第4透明導電層160dが設けられる。第3透明導電層160c及び第4透明導電層160dは、第2酸化物半導体層162bと接して設けられることで、ソース領域、ドレイン領域として機能する。第3透明導電層160cと第4透明導電層160dとは、平面視において第1ゲート電極156及び第2ゲート電極168を両側から挟むように設けられる。
図5(B)に示すように、容量素子140は、第1容量電極170a、第1絶縁層158、第2容量電極170bが積層された構造を有する。第1容量電極170aは、第4透明導電層160d及び第2酸化物半導体層162bが、ドレイン電極169の外側に延長された領域に形成される。第1容量電極170aは、第4透明導電層160d及び第2酸化物半導体層162bが積層された構造を有する。第1容量電極170aは、選択トランジスタ136のドレインと電気的に接続される。第2容量電極170bは、第2ゲート電極168と同じ層に形成され、第1絶縁層158及び第4透明樹脂層150dに設けられたコンタクトホール153bを介して第1コモン配線146aと電気的に接続される。
図5(A)に示すように、有機EL素子134は、透明樹脂基板124の側から、陰極に相当する第1電極180、電子輸送層182、電子注入層184、発光層186、正孔輸送層188、正孔注入層190、陽極に相当する第2電極192が積層された構造を有
する。
陰極に相当する第1電極180は透明導電膜で形成される。具体的には、第1透明導電層160aが有機EL素子134の領域まで延長され、第1電極180が形成される。第1透明導電層160aと第1電極180とが連続する透明導電膜で形成されることによって、駆動トランジスタ138と有機EL素子134との電気的な接続が形成される。有機EL素子134と駆動トランジスタ138とはコンタクトホールを介さずに直接的に接続される。このような構造によって、画素110aの構造が簡略化される。
電子輸送層182は、金属酸化物材料を用いて形成される。金属酸化物材料としては、酸化物半導体層162と同様の、四元系酸化物材料、三元系酸化物材料、二元系酸化物材料、および一元系酸化物材料を適用することができる。これらの金属酸化物材料は、アモルファスの形態であっても良く、結晶質の形態であっても良く、あるいはアモルファスと結晶質相の混合相の形態であっても良い。
有機EL素子において、電子注入層は、陰極から電子輸送層へ電子を注入するためのエネルギー障壁を小さくするために用いられる。電子注入層184は、酸化物半導体で形成される電子輸送層182から発光層186へ電子が注入されやすくするために設けられていることが好ましい。このため、有機EL素子134において、電子注入層184は、電子輸送層182と発光層186との間に設けられる。
発光層186としては種々の材料が適用可能である。例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物、燐光を発光する燐光性化合物が、発光層186を形成する材料として用いられる。例えば、赤色に対応する発光層及び緑色に対応する発光層が燐光性化合物で形成され、青色に対応する発光層が蛍光性化合物で形成されてもよい。発光層186を白色発光層とするには、青色発光層と黄色発光層が積層された構造を有していてもよい。発光層186は、蒸着法、転写法、スピンコート法、スプレーコート法、グラビア印刷法等により作製することができる。発光層186の膜厚は適宜選択されればよいが、例えば、10nm~100nmの範囲で設けられる。
正孔輸送層188は、正孔輸送性を有する材料を用いて形成される。正孔輸送層188は、例えば、アリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物、およびフルオレン誘導体を含むアミン化合物等であっても良い。正孔輸送層188は、真空蒸着法、塗布法等によって作製される。正孔輸送層188は、このような成膜方法により、10nm~500nmの膜厚で作製される。なお、正孔輸送層188は省略されてもよい。
正孔注入層190は、有機層に対して正孔注入性の高い物質を含む。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物等の金属酸化物を用いることができる。また、フタロシアニン(H2Pc)、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)、ヘキサアザトリフェニレンヘキサカルボンニトリル(HAT-(CN)6)等の材料を用いることもできる。このような正孔注入層190は、真空蒸着法、塗布法等の成膜方法によって作製される。正孔注入層190は、このような成膜方法により、1nm~100nmの膜厚で作製される。
陽極に相当する第2電極192としては、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、導電性化合物で作製される。第2電極192は、例えば、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム(IWZO)等が用いられる。これらの導電性金属酸化物材料が用いられる陽極に相当する第2電極192は、真空蒸着法、スパッタリング法により作製される。有機EL素子134はボトムエミッション型であるため、陽極に相当する第2電極192は光反射性を有しているか、光反射面を有していることが好ましい。酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)等の導電性金属酸化物の被膜は透光性を有するので、正孔注入層190と反対側の面に、アルミニウム(Al)、銀(Ag)等の金属膜が積層されていてもよい。なお、図4、図5(A)及び図5(B)では省略され
ているが、第2電極192の上層には、酸素(O2)や水分(H2O)の透過を遮断するパッシベーション層が設けられていてもよい。
図6を参照して説明したように、第1センサ電極114及び第2センサ電極116はマトリクスを形成するように交差して配置される。図7は、表示部102に重ねて配置されるタッチセンサ108と駆動回路112の構成を示す。
回路ブロック117c、及び映像信号線駆動回路ブロック117dが、一つの半導体チップ(集積回路)に統合されている。これにより、各回路ブロックを個別の半導体チップ(集積回路)で実装する場合に比べ、半導体チップ(集積回路)のフレキシブルプリント配線基板122への実装工程を削減することができる。
本発明の一実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の製造方法の一例を、図面を参照して説明する。以下においては、図5に示す画素110aに対応する構造を参照して、本実施形態に係る製造方法を説明する。
熱処理によりイミド化することにより第1透明樹脂層150aが作製される。透明パラ系ポリアミド樹脂を用いる場合には、共重合により有機溶剤への溶解性を改良したものを支持基板200の第1面に塗布し、熱処理により溶剤を蒸発させて硬化することで第1透明樹脂層150aが作製される。第1透明樹脂層150aは、3μm~30μmの厚みで形成される。
154は、シールド電極126と同じ透明導電膜で形成される第1ゲート電極層154aと、コモン配線146と同じ金属膜で形成される第1ゲート電極層154bとが積層された構造で形成される。第2開口部152bの内側には、第1ゲート電極156が形成される。第1ゲート電極156の構造は、第1ゲート電極154と同様である。第1ゲート電極154、156を、シールド電極126及びコモン配線146と同じ導電層で作製することで、構造及び工程の簡略化を図ることができる。なお、シールド電極126における開口部152、コモン配線146、及び第1ゲート電極154、156の作製は、多階調露光法を用いて行われる。この工程の詳細を、図12(A)~(E)を参照して説明する。
30上で、金属膜132を選択的にエッチングすることができる。このように、選択エッチングが可能な金属膜132と透明導電膜130を積層させることで、1枚の多階調マスク300によって複合的な形状を作製することができる。
46cは、透明導電膜と金属膜を第1絶縁層158の上に形成した後、図12で説明する例と同様に、多階調露光法を用いパターニングされる。この工程により、第2コモン配線146bと第3コモン配線146cとが、コンタクトホール153aが形成された領域で、第4透明樹脂層150dを介して電気的に接続される。また、第3透明導電層160cの上にデータ信号線144が形成され、第4透明導電層160dの上にドレイン電極169が形成される。
光を吸収しなくなり、信頼性を向上させることができる。また、酸化物半導体層162の膜厚は10nm~100nmとすることが好ましく、電子輸送層182の膜厚は50nm~500nmの膜厚であることが好ましい。酸化物半導体層162と電子輸送層182の膜厚をこのような範囲とすることで、透明導電性酸化物で形成される第1電極180にプラズモンが生じることを抑制することができ、有機EL素子134の発光効率を向上させることができる。
、電子注入層184は、複数の画素間で共通して用いられるので、画素110aが配置される領域の略全面に形成される。発光層186は、赤色画素、緑色画素、青色画素に対応して、異なる発光材料を用いて形成される。発光層186から出射される光が白色発光スペクトルを有する場合には、各画素共通の層として画素110aが配置される領域の略全面に形成される。正孔輸送層188、正孔注入層190は、各画素に共通の層として、画素110aが配置される領域の略全面に形成される。また、第2電極192は画素間の共通電極として用いられるため、画素110aが配置される領域の略全面に形成される。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と画面に画像を表示する表示機能とを有するタッチ検出機能付き表示装置において、第1実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第1実施形態と相違する部分について説明する。
ート電極154とが、第1コモン配線146aと電気的に接続されている点にある。他の回路構成は、図3に示す等価回路と同様である。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と画面に画像を表示する表示機能とを有するタッチ検出機能付き表示装置において、第1実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第1実施形態と相違する部分について説明する。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と画面に画像を表示する表示機能とを有するタッチ検出機能付き表示装置において、第1実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第1実施形態と相違する部分について説明する。
電圧の変動を抑制される。
本実施形態は、駆動トランジスタ及び選択トランジスタの構造が、第1実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置と異なる態様を例示する。具体的には、駆動トランジスタ及び選択トランジスタが多結晶シリコン膜を用いて作製された例を示す。以下の説明においては、第1実施形態と同じ部分については説明を省略し、相違する部分を中心に説明をする。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と、画面に画像を表示する表示機能とを有する、タッチ検出機能付き表示装置において、第5実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第5実施形態と相違する部分について説明する。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と画面に画像を表示する表示機能とを有するタッチ検出機能付き表示装置において、第5実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第5実施形態と相違する部分について説明する。
けられている。駆動トランジスタ138は、第2ゲート電極166と重なる領域に、光遮断電極155が設けられている。光遮断電極155は、シールド電極126と第4透明樹脂層150dとの間に配置され、シールド電極126と接して設けられている。このような構造により、透明樹脂基板124側から入射する光が、駆動トランジスタ138のチャネル領域に入射することが防止される。
本実施形態は、画面のタッチを検知するタッチセンサ機能と画面に画像を表示する表示機能とを有するタッチ検出機能付き表示装置において、第5実施形態と異なる画素の構造について例示する。以下の説明においては、第5実施形態と相違する部分について説明する。
本実施形態は、透明樹脂基板に埋め込まれたセンサ電極が、ダイヤモンド型電極の形状
を有しているタッチ検出機能付き表示装置の一例を示す。以下の説明においては、第1実施形態及び第2実施形態と同じ部分については説明を省略し、相違する部分を中心に説明をする。
形成される容量を大きくすることができる。これにより、タッチセンサ108の感度を高めることができる。このように、本実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置は、第1実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置が奏する作用効果に加え、耐湿性を高め、タッチセンサの感度を高めることができる。
本実施形態は、透明樹脂基板に埋め込まれたセンサ電極が、ダイヤモンド型電極の形状を有しているタッチ検出機能付き表示装置の一例を示す。以下の説明においては、第5実施形態及び第6実施形態と同じ部分については説明を省略し、相違する部分を中心に説明をする。
本実施形態は、タッチセンサ108を構成する、第1センサ電極114及び第2センサ電極116の一態様を示す。
第1センサ電極114及び第2センサ電極116は、透明樹脂基板124の中に埋め込まれる。そのため、例えば、第1センサ電極114及び第2センサ電極116を作製するときに使用される金属膜でアライメントマーカーを形成しておいてもよい。後の工程で、データ信号線144を形成するときに使用するフォトマスクのアライメントを、当該アライメントマーカーを用いて行うことで、第1センサ電極114とデータ信号線144の位置を精密に合わせることができる。
本実施形態は、タッチセンサ108を構成する、第1センサ電極114及び第2センサ電極116の一態様を示す。
ゲート信号線142の線幅と略同じ線幅を有し、ゲート信号線142と略同じ間隔(又はピッチ)で設けられる。
本実施形態は、タッチセンサ108を構成する第1センサ電極114及び第2センサ電極116の一態様であって、ダイヤモンドペンタイルの画素配列に対応する構成を示す。
る。接続部127は金属膜のベタ状のパターン(全面金属)で形成される。図46(B)は、第2センサ電極116の電極部125がダイヤモンド型の電極パターンを有し、かつダイヤモンドペンタイル配列された画素に合わせたメッシュパターンを有している。
本実施形態は、第1センサ電極114、第2センサ電極116と引き出し配線との接続構造の一態様を示す。
る領域において、端子電極118と連続するように形成されていてもよい。
Claims (12)
- 基板上に配置された、走査信号線、映像信号線、及び画素を含む表示部と、
第1センサ電極及び前記第1センサ電極と交差する第2センサ電極を有し、前記基板上で前記表示部に重ねて配置されるタッチセンサと、
前記基板上に配置され、前記走査信号線に走査信号を出力する第1駆動回路と、
前記映像信号線に映像信号を出力する第2駆動回路と、
前記基板上に配置され、前記第2センサ電極にコモン信号を出力する第3駆動回路と、を有するタッチ検出機能付き表示装置。 - 前記第1駆動回路が前記表示部に沿って配置され、前記第3駆動回路が前記第1駆動回路の外側に配置されている、請求項1に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記第1駆動回路及び前記第3駆動回路が、前記表示部を挟んで両側に配置されている、請求項2に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 第1方向に延びる第1センサ電極と、前記第1方向と交差する第2方向に延びる第2センサ電極と、を含むタッチセンサと、
前記タッチセンサと重なり、前記第1方向に延びる映像信号線、前記第2方向へ延びる走査信号線、及び画素を含む表示部と、
前記第1方向に沿って配置され、前記走査信号線に走査信号を出力する第1駆動回路と、
前記映像信号線に映像信号を出力する第2駆動回路と、
前記第2方向に沿って配置され、前記第2センサ電極にコモン信号を出力する第3駆動回路と、
を有するタッチ検出機能付き表示装置。 - 前記第1駆動回路が前記表示部に隣接して配置され、前記第3駆動回路が前記第1駆動回路の外側に配置されている、請求項4に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記第1駆動回路及び前記第3駆動回路が、前記表示部を挟んで両側に配置されている、請求項5に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記画素がエレクトロルミネセンス素子を含む、請求項1又は4に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記第2駆動回路が、映像信号線駆動回路ブロック、前記第1センサ電極と接続されるタッチセンサセンシング回路ブロック、前記第3駆動回路と接続されるタッチセンサスキャン回路ブロックと、を含む、請求項1又は4に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記映像信号線駆動回路ブロック、前記タッチセンサセンシング回路ブロック、及び前記タッチセンサスキャン回路ブロックが、1つの半導体チップに集積されている、請求項8に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記第2駆動回路がフレキシブルプリント配線基板に実装されている、請求項8に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記基板が透明樹脂基板であり、前記タッチセンサが前記透明樹脂基板に埋め込まれている、請求項1に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記表示部と前記タッチセンサとの間に透明シールド電極を有する、請求項11に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
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