JP5789113B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
1.第1の実施の形態(ボトムエミッション方式:画素電極(アノード)と同層にセンサ用駆動電極を設けた例)
2.変形例1(リーク防止用メタルを用いた場合の例)
3.変形例2(走査線(画素トランジスタ用のゲート線)をセンサ用駆動電極として利用した例)
4.変形例3(電源線をセンサ用駆動電極として利用した例)
5.変形例4(信号線をセンサ用駆動電極として利用した例)
6.第2の実施の形態(トップエミッション方式:上部電極(カソード)と同層にセンサ用駆動電極を設けた例)
7.変形例5(ブラックマトリクスをセンサ用駆動電極として利用した例)
8.変形例6(保護層間にセンサ用駆動電極を設けた例)
9.適用例(タッチセンサ付きの表示装置の電子機器への適用例)
[有機EL表示装置1の構成例]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る有機EL表示装置1の断面構造を表すものである。有機EL表示装置1は、表示画素としてボトムエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。この有機EL表示装置1は、透明基板11と、封止用基板24との間に、画素部10R,10G,10Bとセンサ部10Sとを有するものである。尚、本実施の形態における透明基板11が本発明の第1の表示装置における「第1基板」、封止用基板24がその「第2基板」の一具体例となっている。
画素部10R,10G,10Bでは、透明基板11上に絶縁膜13を介してトランジスタ部14が設けられている。トランジスタ部14は、後述の画素トランジスタ(Tr1,Tr2)に相当するものであり、例えば絶縁膜13上にゲート電極141を有し、このゲート電極141上にゲート絶縁膜142を介して半導体層143を有している。半導体層143は、例えば非結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンおよび酸化物半導体のうちのいずれかよりなり、チャネルを形成するものである。このトランジスタ部14の半導体層143上にはソース・ドレイン電極層16が配設され、これらを覆うように層間絶縁膜15が設けられている。
センサ部10Sでは、上述のように画素部10R,10G,10B間の領域に設けられるため、画素部10R,10G,10Bと大半の層を共有するが、透明基板11と封止用基板24との間の各層のうち、いずれかの層と同一の層に、検出電極12およびセンサ用駆動電極19Bを有している。これらの検出電極12およびセンサ用駆動電極19Bは、静電容量(容量素子C1)を形成するように積層されている。すなわち、検出電極12およびセンサ用駆動電極19Bは、電圧が供給されることにより容量を生じさせるものである。
図2は、検出電極12、画素電極19Aおよびセンサ用駆動電極19Bのレイアウトの一例(基板面に沿った面における配置構成例)を、検出電極12の側から模式的に示したものである。尚、図2のI−I線における矢視断面図が図1に対応している。このように、複数の画素電極19Aが、画素部10R,10G,10Bの配置に対応して、例えばマトリクス状に2次元配置されている。センサ用駆動電極19Bは、そのような画素電極19A同士の間隙において一方向に延在するように、ストライプ状にパターニングされている。これらの画素電極19Aおよびセンサ用駆動電極19Bは、例えば、平坦化膜18上の全面にわたって上述した導電膜材料を成膜した後、フォトリソグラフィ法により上記レイアウトパターンを一括形成すれば、同工程にて形成可能である。
図4は、有機EL表示装置1における周辺回路(各種ドライバ)の構成例を表したものである。有機EL表示装置1では、有効表示エリア100内において、上述したように複数の画素部10R,10G,10Bが例えばマトリクス状に2次元配置されており、それらの画素部10R,10G,10B同士の間の選択的な領域に、センサ部10Sが設けられている。この有効表示エリア100の周辺には、画素部10R,10G,10Bを表示駆動するための走査線・電源線駆動回路31および信号線駆動回路32が配設されると共に、センサ部10Sを駆動するためのセンサ用駆動回路19Dと、センサ部10Sからの出力に基づいて検出動作を行う検出回路8とがそれぞれ配設されている。尚、この他にも、外部から入力された映像信号に対して所定の補正処理を施す映像信号処理回路や、表示駆動およびセンサ駆動の各タイミングを制御するためのタイミング生成回路等(いずれも図示せず)が設けられている。尚、この周辺回路は、基板上に画素と同一プロセスで形成されたものであってもよいし、ドライバIC等を使用して外付けされたものであってもよい。
図5は、画素部10R,10G,10Bの回路構成の一例である。画素部10R,10G,10Bはそれぞれ、有機EL素子(OLED)、書き込み(サンプリング用)トランジスタTr1、駆動トランジスタTr2および保持容量素子Csを含むものである。書き込みトランジスタTr1および駆動トランジスタTr2はそれぞれ、例えばnチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTである。TFTの種類は特に限定されるものではなく、例えば、逆スタガー構造(いわゆるボトムゲート型)であってもよいし、スタガー構造(いわゆるトップゲート型)であってもよい。
図6は、物体検出動作を行う検出回路8およびタイミング・ジェネレータとしてのタイミング制御部9の機能ブロック構成を表したものである。尚、容量素子Cn1〜Cnpは、センサ用駆動電極19B(1)〜19B(n)と、検出電極12(1)〜(p)との各交差部に形成される(静電)容量素子に対応するものである。これらの容量素子Cn1〜Cnpは、駆動信号Vsを供給するための駆動信号源Sにそれぞれ接続されている。
(画像表示動作)
まず、図1および図4を参照して、有機EL表示装置1における画像表示動作について説明する。この有機EL表示装置1では、走査線・電源線駆動回路31および信号線駆動回路32が、有効表示領域100内の各画素部10R,10G,10Bを表示駆動する。これにより、各画素部10R,10G,10B内の有機層(ここでは白色発光層)へ駆動電流が注入され、正孔と電子とが再結合して白色発光が起こる。各画素部10R,10G,10Bから発せられた白色光は、画素電極19Aを透過した後、対応するカラーフィルタ層(赤色フィルタ層17R,緑色フィルタ層17G,青色フィルタ層17B)を通過することにより、それぞれ赤色光,緑色光,青色光として透明基板11の下方より出射する。このようにして、画素部10R,10G,10Bでは、カラーの画像が表示される。
一方、有機EL表示装置1では、センサ用駆動回路19Dが、センサ用駆動電極19B(センサ用駆動電極19B(1)〜19(n))に対して、駆動信号Vsを線順次で供給する。このとき、検出電極12とセンサ用駆動回路19Dとの間に容量素子C1を有するセンサ部10Sでは、物体の接触または近接を、次のようにして検出する。
図7〜図9は、物体検出動作の基本的な原理について説明するための模式図である。図7(A)に示したように、誘電体D(平坦化膜18等に相当)を挟んで互いに対向配置されたセンサ用駆動電極19Bおよび検出電極12により、容量素子C1を形成するが、この構造は、図7(B)のような等価回路として表される。容量素子C1は、その一端が交流信号源(駆動信号源)Sに接続され、他端Pは抵抗器Rを介して接地されると共に、電圧検出器(検出回路)DETに接続される。交流信号源Sからセンサ用駆動電極19B(容量素子C1の一端)に所定の周波数(例えば数kHz〜十数kHz程度)の交流矩形波Sg(図9(B))を印加すると、検出電極12(容量素子C1の他端P)に、図9(A)に示したような出力波形(検出信号Vdet)が現れる。尚、この交流矩形波Sgは、本実施の形態では、後述する駆動信号Vsに相当するものである。
図11は、変形例1に係る有機EL表示装置(有機EL表示装置1A)の断面構造を表すものである。有機EL表示装置1Aは、上記第1の実施の形態の有機EL表示装置1と同様、表示画素としてボトムエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。具体的には、透明基板11上の画素部10R,10G,10B同士の間の選択的な領域にセンサ部10Sを有している。また、センサ用駆動電極19Bは、画素電極19Aと同一の層に設けられている。
図12は、変形例2に係る有機EL表示装置(有機EL表示装置1B)の断面構造を表すものである。有機EL表示装置1Bは、上記第1の実施の形態の有機EL表示装置1と同様、表示画素としてボトムエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。具体的には、透明基板11上の画素部10R,10G,10B同士の間の選択的な領域にセンサ部10Sを有している。尚、ここでは、上記変形例1において説明したリーク防止メタル25が配設された構成を例に挙げる。
上記変形例2では、センサ用駆動電極として走査線WSLを利用したが、電源線DSLを利用することもできる。即ち、電源線DSLを構成するメタル層がセンサ用駆動電極(センサ用駆動電極26C)を兼ねていてもよく、このような場合にも上記第1の実施の形態および変形例2と同等の効果を得ることができる。図15に、電源線DSL(センサ用駆動電極26C)と、検出電極12とのレイアウト例を示す。この場合も、上記変形例2と同様、電源線DSL(26C)が画素部10R,10G,10B同士の間の領域に、一方向に延在して配設され、この電源線DSL(26C)に交差する方向に沿って検出電極12(12(1)〜12(p))が設けられている。これにより、電源線DSL(26C)と検出電極12との交差部に容量素子C1が形成され、この交差部がセンサ部10Sとなる。尚、この電源線DSL(26C)も、上述した走査線WSL(26A,26B)と同様、ゲート電極141と同層、または層間絶縁膜15上に配設され、検出電極12と共に容量素子C1を形成するようになっている。
上記変形例2,3では、センサ用駆動電極として、走査線WSLまたは電源線DSLを利用した例について説明したが、センサ用駆動電極として信号線DTLを利用してもよい。即ち、信号線DTLを構成するメタル層がセンサ用駆動電極(センサ用駆動電極26D)を兼ねていてもよく、このような場合にも上記第1の実施の形態および変形例2,3と同等の効果を得ることができる。図16(A)に、信号線DTL(センサ用駆動電極26D)と、検出電極12とのレイアウト例を示す。この場合、上記変形例2,3とほぼ同様で、信号線DTL(26D)が画素部10R,10G,10B同士の間の領域に、一方向に延在して配設され、この信号線DTL(26D)に交差する方向に沿って検出電極12(12(1)〜12(p))が設けられている。これにより、信号線DTL(26D)と検出電極12との交差部に容量素子C1が形成され、この交差部がセンサ部10Sとなる。尚、この信号線DTL(26D)も、上述した走査線WSL(26A,26B)と同様、ゲート電極141と同層、または層間絶縁膜15上に配設され、検出電極12と共に容量素子C1を形成するようになっている。
[有機EL表示装置2の構成例]
図17は、有機EL表示装置2の断面構造を表すものである。有機EL表示装置2は、表示画素としてトップエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。この有機EL表示装置2は、基板41上に、画素部20R,20G,20Bとセンサ部20Sとを有するものである。画素部20R,20G,20Bは、R(赤),G(緑),B(青)の有機EL素子を含むものである。センサ部20Sは、それらの画素部20R,20G,20B同士の間の選択的な領域に設けられている。即ち、有機EL表示装置2では、表示領域面内において、画素部20R,20G,20Bとセンサ部20Sとが混在して配置されている。尚、本実施の形態における基板41が本発明の第2の表示装置における「第1基板」、封止用基板50がその「第2基板」の一具体例となっている。また、後述の画素電極44および表示用コモン電極46Aが、本発明の第2の表示装置における「第1電極」,「第2電極」の一具体例である。
以下、各部の断面構造例等について説明する。画素部20R,20G,20Bの回路構成および周辺回路(走査線・電源線駆動回路31,信号線駆動回路32,センサ用駆動回路19D,検出回路8)については、上記第1の実施の形態と同様となっている。
画素部20R,20G,20Bでは、基板41上に、トランジスタ部および配線層等(図17は図示せず、上述のトランジスタ部14,層間絶縁膜15およびソース・ドレイン電極層16に相当)を介して平坦化膜42が設けられている。この平坦化膜42上には、複数の画素電極44が配設されており、これらの画素電極44に対応する各領域が画素部20R,20G,20Bとなっている。
センサ部20Sは、上述のように画素部20R,20G,20B間の領域に設けられるため、画素部20R,20G,20Bと大半の層を共有するが、基板41と封止用基板50との間のいずれかの層にセンサ用駆動電極46Bを有している。また、封止用基板50上に検出電極51が配設されている。センサ部20Sでは、これらの検出電極51およびセンサ用駆動電極46Bが、静電容量(容量素子C1)を形成するように積層されている。
図18は、検出電極51、表示用コモン電極46Aおよびセンサ用駆動電極46Bのレイアウトの一例(基板面に沿った面における配置構成例)を、検出電極51の側から模式的に示したものである。このように、表示用コモン電極46Aが、櫛歯状電極となっており、画素部20R,20G,20Bが配置された行または列に重畳するように設けられている。センサ用駆動電極46Bは、そのような表示用コモン電極46Aの櫛歯形状の間隙において一方向に延在するように、ストライプ状にパターニングされている。これらの表示用コモン電極46Aおよびセンサ用駆動電極46Bは、例えば、有機層45上の全面にわたって上述した導電膜材料を成膜した後、フォトリソグラフィ法により上記レイアウトパターンを一括形成すれば、同工程にて形成可能である。
(画像表示動作)
有機EL表示装置2では、上記第1の実施の形態と同様、走査線・電源線駆動回路31および信号線駆動回路32が、各画素部20R,20G,20Bを表示駆動する。これにより、各画素部20R,20G,20B内の有機層45(ここでは白色発光層)へ駆動電流が注入され、白色発光が起こる。各画素部20R,20G,20Bから発せられた白色光は、表示用コモン電極46Aを透過した後、対応するカラーフィルタ層(赤色フィルタ層49R,緑色フィルタ層49G,青色フィルタ層49B)を通過する。この後、封止用基板50および前面板52を順に透過することにより、それぞれ赤色光,緑色光,青色光として前面板52の上方より出射する。このようにして、画素部20R,20G,20Bでは、トップエミッション方式によるカラーの画像表示がなされる。
一方、有機EL表示装置2では、センサ用駆動回路19Dが、センサ用駆動電極46B(センサ用駆動電極46B(1)〜46B(n))に対して、駆動信号Vsを線順次で供給する
。このとき、検出電極51とセンサ用駆動電極46Bとにより容量素子C1を有するセンサ部20Sでは、物体の接触または近接を、次のようにして検出する。
図20は、変形例5に係る有機EL表示装置(有機EL表示装置2A)の断面構造を表すものである。有機EL表示装置2Aは、上記第2の実施の形態の有機EL表示装置2と同様、表示画素としてトップエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。具体的には、基板41上の画素部20R,20G,20B同士の間の選択的な領域にセンサ部20Sを有している。また、検出電極51は、封止用基板50上のセンサ部20Sに対応する領域に設けられている。画素部20R,20G,20Bは、上記第2の実施の形態と同様、画素電極44上に有機層45、上部電極46、保護層47、カラーフィルタ層(赤色フィルタ層49R,緑色フィルタ層49G,青色フィルタ層49B)および封止用基板50を有している。
図22は、変形例6に係る有機EL表示装置(有機EL表示装置2B)の断面構造を表すものである。有機EL表示装置2Bは、上記第2の実施の形態の有機EL表示装置2と同様、表示画素としてトップエミッション方式の有機EL素子を複数備えると共に、静電容量型のタッチセンサ機能を有するものである。具体的には、基板41上に、画素部20R,20G,20Bおよびセンサ部20Sを有している。画素部20R,20G,20Bは、上記第2の実施の形態および変形例5と同様、画素電極44上に有機層45、上部電極46、保護層47(47a,47b)、カラーフィルタ層(赤色フィルタ層49R,緑色フィルタ層49G,青色フィルタ層49B)および封止用基板50を有している。
次に、図23〜図27を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチセンサ付きの有機EL表示装置の適用例(適用例1〜5)について説明する。上記実施の形態等の有機EL表示装置は、テレビジョン装置,デジタルカメラ,ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記実施の形態等の表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
図23は、適用例1に係るテレビジョン装置の外観を表したものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511およびフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有しており、この映像表示画面部510が、上記実施の形態等に係る有機EL表示装置に相当する。
図24は、適用例2に係るデジタルカメラの外観を表したものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523およびシャッターボタン524を有しており、その表示部522が、上記実施の形態等に係る有機EL表示装置に相当する。
図25は、適用例3に係るノート型パーソナルコンピュータの外観を表したものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体531,文字等の入力操作のためのキーボード532および画像を表示する表示部533を有しており、その表示部533は、上記実施の形態等に係る有機EL表示装置に相当する。
図26は、適用例4に係るビデオカメラの外観を表したものである。このビデオカメラは、例えば、本体部541,この本体部541の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ542,撮影時のスタート/ストップスイッチ543および表示部544を有している。そして、その表示部544は、上記実施の形態等に係る有機EL表示装置に相当する。
図27は、適用例5に係る携帯電話機の外観を表したものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740,サブディスプレイ750,ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。そのディスプレイ740またはサブディスプレイ750は、上記実施の形態等に係る有機EL表示装置に相当する。
Claims (11)
- 光取り出し面を有する第1基板上に、複数の第1電極と、有機電界発光層と、第2電極と、第2基板とをこの順に備え、かつ
前記第1基板と前記第2基板との間に、前記第1基板の側から順に、物体検出用の検出電極と、この検出電極と共に容量素子を形成する物体検出用の駆動電極とを備え、
前記複数の第1電極はマトリクス状に2次元配置され、
前記駆動電極は、前記複数の第1電極と同一の層に設けられると共に、前記複数の第1電極同士の間隙において一方向に沿って複数延在し、
前記検出電極は、前記駆動電極と交差するように複数延在して設けられている
表示装置。 - 表示領域内に、
前記複数の第1電極に対応して設けられた複数の画素部と、
前記駆動電極と前記検出電極とを含む1または複数のセンサ部とを有する
請求項1に記載の表示装置。 - 前記第1基板上に、絶縁膜を介してトランジスタ部が配設され、
前記検出電極は、前記第1基板と前記絶縁膜との間に設けられている
請求項2に記載の表示装置。 - 前記検出電極と同一の層で、かつ前記画素部に対応する領域に、リーク防止用メタル層が配設されている
請求項3に記載の表示装置。 - 前記駆動電極に対して駆動信号を印加することにより前記検出電極から得られる検出信号に基づき、前記第1基板側の物体の有無を検出する検出回路を備えた
請求項1に記載の表示装置。 - 第1基板上に、複数の第1電極と、有機電界発光層と、第2電極と、光取り出し面を有する第2基板とをこの順に備え、かつ
前記第2電極と同一の層に設けられた物体検出用の駆動電極と、
前記駆動電極の前記第2基板側に設けられると共に、前記駆動電極と共に容量素子を形成する物体検出用の検出電極と
を備えた表示装置。 - 前記第2電極は櫛歯形状を有し、
前記駆動電極は、前記第2電極の櫛歯形状の間隙において一方向に延在して複数設けられ、
前記検出電極は、前記駆動電極と交差するように複数延在して設けられている
請求項6に記載の表示装置。 - 表示領域内に、
前記複数の第1電極に対応して設けられた複数の画素部と、
前記駆動電極と前記検出電極とを含む1または複数のセンサ部とを有する
請求項6に記載の表示装置。 - 前記検出電極は、前記第2基板上に配設されている
請求項7に記載の表示装置。 - 光取り出し面を有する第1基板上に、複数の第1電極と、有機電界発光層と、第2電極と、第2基板とをこの順に備え、かつ
前記第1基板と前記第2基板との間に、前記第1基板の側から順に、物体検出用の検出電極と、この検出電極と共に容量素子を形成する物体検出用の駆動電極とを備え、
前記複数の第1電極はマトリクス状に2次元配置され、
前記駆動電極は、前記複数の第1電極と同一の層に設けられると共に、前記複数の第1電極同士の間隙において一方向に沿って複数延在し、
前記検出電極は、前記駆動電極と交差するように複数延在して設けられている
表示装置を有する電子機器。 - 第1基板上に、複数の第1電極と、有機電界発光層と、第2電極と、光取り出し面を有する第2基板とをこの順に備え、かつ
前記第2電極と同一の層に設けられた物体検出用の駆動電極と、
前記駆動電極の前記第2基板側に設けられると共に、前記駆動電極と共に容量素子を形成する物体検出用の検出電極とを備えた
表示装置を有する電子機器。
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