JP6895794B2 - 表示装置、表示モジュールおよび電子機器 - Google Patents

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泰靖 保坂
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Description

本発明の一態様は、表示装置およびそ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。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書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、それらの駆動方法、または、それらの製造方法を一例として挙げることができる。
バックライトとして面発光を行う光源を用い、透過型の液晶表示装置を組み合わせることで、消費電力の低減と表示品質の低下の抑制を両立する液晶表示装置が知られている(特許文献1参照)。
特開2011−248351号公報
本発明の一態様は、利便性または信頼性に優れた新規な表示装置を提供することを課題の一とする。
または、本発明の一態様は、消費電力が低く、表示品質が高い表示装置を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な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、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の表示素子と、第2の表示素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、を有する表示装置であって、第1の表示素子は、液晶層を有し、第2の表示素子は、発光層を有し、第1のトランジスタは、第1の表示素子を選択する機能を有し、第2のトランジスタは、第2の表示素子を選択する機能を有し、第3のトランジスタは、第2の表示素子の駆動を制御する機能を有し、第1のトランジスタと、第2のトランジスタとは、同一表面上に形成され、第3のトランジスタは、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタよりも上方に形成され、且つ第2のトランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する、表示装置である。
また、本発明の他の一態様は、第1の表示素子と、第2の表示素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、容量素子と、を有する表示装置であって、第1の表示素子は、第1の画素電極と、液晶層と、を有し、第2の表示素子は、第2の画素電極と、発光層と、を有し、第1のトランジスタは、第1の画素電極と電気的に接続され、第2のトランジスタは、第2の画素電極と電気的に接続され、第3のトランジスタは、第2の表示素子と電気的に接続され、容量素子は、一対の電極を有し、一対の電極の一方は、容量電極を有し、一対の電極の他方は、第1の画素電極を有し、第1のトランジスタと、第2のトランジスタとは、同一表面上に形成され、第3のトランジスタは、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタよりも上方に形成され、且つ第2のトランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する、表示装置である。
また、上記態様において、容量電極は、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのいずれか一方または双方の下方に配置されると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素電極は、光を反射する機能を有し、第2の画素電極は、光を透過する機能を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素電極は、銀及びアルミニウムのいずれか一方または双方を有し、第2の画素電極は、インジウム、亜鉛、錫、及びシリコンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好ましい。
また、上記態様において、第3のトランジスタは、複数のゲート電極を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1のトランジスタ、第2のトランジスタ、及び第3のトランジスタのいずれか一つまたは複数は、半導体層に酸化物半導体を有すると好ましい。
また、上記態様において、発光層は、液晶層側に向けて光を発する機能を有すると好ましい。
また、本発明の他の一態様は、上記態様に記載のいずれか一つの表示装置と、タッチセンサと、を有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記態様に記載のいずれか一つの表示装置、または上記態様に記載の表示モジュールと、バッテリと、を有する電子機器である。
本発明の一態様により、利便性または信頼性に優れた新規な表示装置を提供できる。または、本発明の一態様により、消費電力が低く、表示品質が高い表示装置を提供できる。または、本発明の一態様により、新規な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、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。
表示装置が有する画素の上面及び断面を説明する図。 表示装置が有する画素の断面を説明する図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示装置が有する画素の作製方法を説明する上面図及び断面図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示装置を説明するブロック図。 画素を説明する回路図。 タッチパネルの一例を示す斜視図。 タッチセンサの一例を示す断面図。 タッチパネルの一例を示す断面図。 タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。 酸化物半導体膜の原子数比の範囲を説明する図。 酸化物半導体膜の積層構造のバンド図。 表示モジュールを説明する図。 電子機器を説明する図。 表示装置を説明する斜視図。 実施例における表示装置の表示結果を説明する図。
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。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、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。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチャネル領域を有しており、チャネル領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
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、本明細書等においては、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。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
(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及び当該表示装置の作製方法について、図1乃至図16を用いて説明を行う。
<1−1.表示装置の構成>
まず、表示装置の構成について、図15を用いて説明する。図15に示す表示装置500は、画素部502と、画素部502の外側に配置されるゲートドライバ回路部504a、504bと、画素部502の外側に配置されるソースドライバ回路部506と、を有する。
[画素部]
画素部502は、X行(Xは2以上の自然数)、Y列(Yは2以上の自然数)に配置される画素10(1,1)乃至(X,Y)を有する。また、画素10(1,1)乃至(X,Y)は、2つの表示素子を有し、当該2つの表示素子は、それぞれ異なる機能を有する。2つの表示素子の一方は、入射する光を反射する機能を有し、2つの表示素子の他方は、光を発する機能を有する。なお、当該2つの表示素子の詳細については、後述する。
[ゲートドライバ回路部]
ゲートドライバ回路部504a、504b及びソースドライバ回路部506の一部または全部は、画素部502と同一基板上に形成されていることが望ましい。これにより、部品数や端子数を減らすことが出来る。ゲートドライバ回路部504a、504b及びソースドライバ回路部506の一部または全部が画素部502と同一基板上に形成されない場合には、COG(Chip On Glass)またはTAB(Tape Automated Bonding)によって、別途用意された駆動回路基板(例えば、単結晶半導体膜または多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板)を、表示装置500に形成してもよい。
また、ゲートドライバ回路部504a、504bは、画素10(1,1)乃至(X,Y)を選択する信号(走査信号)を出力する機能を有し、ソースドライバ回路部506は、画素10(1,1)乃至(X,Y)が有する表示素子を駆動するための信号(データ信号)を供給する機能を有する。
また、ゲートドライバ回路部504aは、走査信号が与えられる配線(以下、走査線GL_L[m]、走査線GL_L[m+1]、及び走査線GL_L[X])の電位を制御する機能、または初期化信号を供給する機能を有する。また、ゲートドライバ回路部504bは、走査信号が与えられる配線(以下、走査線GL_E1[m]、走査線GL_E1[m+1]、走査線GL_E2[m]、走査線GL_E2[m+1]、走査線GL_E1[X]、及び走査線GL_E2[X])の電位を制御する機能、または初期化信号を供給する機能を有する。なお、上記において、mはX以下の自然数を表す。
ただし、ゲートドライバ回路部504a、504bは、上記の機能に限定されず、別の信号を制御または供給する機能を有していてもよい。
なお、図15においては、ゲートドライバ回路部として、ゲートドライバ回路部504aと、ゲートドライバ回路部504bと、2つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、1つのゲートドライバ回路部、または3つ以上のゲートドライバ回路部を設ける構成としてもよい。
[ソースドライバ回路部]
ソースドライバ回路部506は、画像信号を元に画素10(1,1)乃至(X,Y)に書き込むデータ信号を生成する機能、データ信号が与えられる配線(信号線SL_L[n]、信号線SL_L[n+1]、信号線SL_L[Y]、信号線SL_E1[n]、信号線SL_E1[n+1]、信号線SL_E1[Y]、信号線SL_E2[n]、信号線SL_E2[n+1]、及び信号線SL_E2[Y])の電位を制御する機能、または初期化信号を供給する機能を有する。なお、上記において、nはY以下の自然数を表す。
ただし、ソースドライバ回路部506は、上記の機能に限定されず、別の信号を生成、制御または供給する機能を有していてもよい。
また、ソースドライバ回路部506は、複数のアナログスイッチなどを用いて構成される。ソースドライバ回路部506は、複数のアナログスイッチを順次オン状態にすることにより、画像信号を時分割した信号をデータ信号として出力できる。
なお、図15においては、ソースドライバ回路部506を1つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、表示装置500には、複数のソースドライバ回路部を設けてもよい。例えば、2つのソースドライバ回路部を設け、一方のソースドライバ回路部により信号線SL_L[n]、信号線SL_L[n+1]、及び信号線SL_L[Y]を制御し、他方のソースドライバ回路部により信号線SL_E1[n]、信号線SL_E1[n+1]、信号線SL_E1[Y]、信号線SL_E2[n]、信号線SL_E2[n+1]、及び信号線SL_E2[Y]を制御してもよい。
[画素]
また、画素10(1,1)乃至(X,Y)は、走査線GL_L[m]、走査線GL_L[m+1]、及び走査線GL_L[X]の一つを介してパルス信号が入力され、信号線SL_L[n]、信号線SL_L[n+1]、信号線SL_L[Y]、信号線SL_E1[n]、信号線SL_E1[n+1]、信号線SL_E1[Y]、信号線SL_E2[n]、信号線SL_E2[n+1]、及び信号線SL_E2[Y])の一つを介してデータ信号が入力される。
例えば、m行n列目の画素10(m,n)は、走査線GL_L[m]を介してゲートドライバ回路部504aからパルス信号が入力され、走査線GL_L[m]の電位に応じて信号線SL_L[n]を介してソースドライバ回路部506からデータ信号が入力される。
また、m行n列目の画素10(m,n)は、走査線GL_E1[m]及び走査線GL_E2[m]を介してゲートドライバ回路部504bからパルス信号が入力され、走査線GL_E1[m]及び走査線GL_E2[m]の電位に応じて信号線SL_E1[n]及び信号線SL_E2[n]を介してソースドライバ回路部506からデータ信号が入力される。
また、画素10(m,n)は、先の説明の通り、2つの表示素子を有する。走査線GL_L[m]、走査線GL_L[m+1]、及び走査線GL_L[X]は、2つの表示素子の一方の電位を制御する配線であり、走査線GL_E1[m]、走査線GL_E1[m+1]、走査線GL_E1[X]、走査線GL_E2[m]、走査線GL_E2[m+1]、及び走査線GL_E2[X]は、2つの表示素子の他方の電位を制御する配線である。
また、信号線SL_L[n]、SL_L[n+1]、及びSL_L[Y]は、2つの表示素子の一方の電位を制御する配線であり、信号線SL_E1[n]、SL_E1[n+1]、SL_E1[Y]、信号線SL_E2[n]、SL_E2[n+1]、及びSL_E2[Y]は、2つの表示素子の他方の電位を制御する配線である。
[外部回路]
表示装置500には、外部回路508が接続される。なお、表示装置500が外部回路508を有する構成としてもよい。
外部回路508は、図15に示すように、アノード電位が与えられる配線(以下、配線ANODE)と電気的に接続されている。
<1−2.画素の回路構成>
次に、画素10(m,n)の回路構成について、図16を用いて説明する。
図16は、本発明の一態様の表示装置500が有する画素10(m,n)を説明する回路図である。
画素10(m,n)は、走査線GL_L[m]、走査線GL_E1[m]、走査線GL_E2[m]、信号線SL_E1[n]、信号線SL_L[n]、及び信号線SL_E2[n]を有する。また、画素10(m,n)は、トランジスタMA1乃至MA4と、トランジスタMA5と、トランジスタMB1乃至MB4と、容量素子Cs_Lと、表示素子12と、表示素子14と、を有する。なお、図16において、表示素子14は、表示素子14B、表示素子14G、表示素子14R、及び表示素子14Wを有する。表示素子14Bは青色の光を発する機能を有し、表示素子14Gは緑色の光を発する機能を有し、表示素子14Rは赤色の光を発する機能を有し、表示素子14Wは白色の光を発する機能を有する。
また、画素10(m,n)は、表示素子12及び表示素子14と電気的に接続される配線TCOMと、表示素子12と電気的に接続される配線CSCOMと、表示素子14と電気的に接続される配線ANODE及び配線CATHODEと、を有する。
なお、走査線GL_L[m]、信号線SL_L[n]、配線CSCOM、及び配線TCOMは、それぞれ表示素子12を駆動するための配線であり、走査線GL_E1[m]、走査線GL_E2[m]、信号線SL_E1[n]、信号線SL_E2[n]、配線ANODE、配線CATHODE、及び配線TCOMは、それぞれ表示素子14を駆動するための配線である。
<1−3.第1の表示素子の構成例>
表示素子12は、光の反射または光の透過を制御する機能を有する。特に、表示素子12を光の反射を制御する、所謂反射型の表示素子とすると好適である。表示素子12を反射型の表示素子とすることで、外光を用いて表示を行うことが可能となるため、表示装置の消費電力を抑制することができる。例えば、表示素子12としては、反射膜と液晶素子と偏光板とを組み合わせた構成、またはマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)を用いる構成等とすればよい。
<1−4.第2の表示素子の構成例>
表示素子14は、光を発する機能、すなわち発光する機能を有する。よって、表示素子14を、発光素子として読み替えてもよい。例えば、表示素子14としては、エレクトロルミネッセンス素子(EL素子ともいう)を用いる構成、または発光ダイオードを用いる構成等とすればよい。
このように、本発明の一態様の表示装置では、表示素子12及び表示素子14に示すように、異なる機能を有する表示素子を用いる。例えば、表示素子の一方を反射型の液晶素子とし、他方を透過型のEL素子を用いることで、利便性または信頼性に優れた新規な表示装置を提供することができる。また、外光が明るい環境下においては、反射型の液晶素子を利用し、外光が暗い環境下においては、透過型のEL素子を用いることで、消費電力が低く、表示品位の高い表示装置を提供することができる。
<1−5.表示素子の駆動方法>
次に、表示素子12及び表示素子14の駆動方法について、図16を用いて説明する。なお、以下の説明においては、表示素子12に液晶素子を用い、表示素子14(表示素子14B、表示素子14G、表示素子14R、及び表示素子14W)に発光素子を用いる構成とする。
[第1の表示素子の駆動方法]
画素10(m,n)において、トランジスタMA5のゲート電極は、走査線GL_L[m]に電気的に接続される。また、トランジスタMA5のソース電極またはドレイン電極の一方は信号線SL_L[n]に電気的に接続され、他方は表示素子12の一対の電極の一方に電気的に接続される。トランジスタMA5は、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
また、表示素子12の一対の電極の他方は、配線TCOMと電気的に接続される。
また、容量素子Cs_Lの一対の電極の一方は、トランジスタMA5のソース電極またはドレイン電極の他方、及び表示素子12の一対の電極の一方に電気的に接続され、容量素子Cs_Lの一対の電極の他方は、配線CSCOMに電気的に接続される。容量素子Cs_Lは、画素10(m,n)に書き込まれたデータを保持する機能を有する。
例えば、図15に示すゲートドライバ回路部504aにより、各行の画素10(m,1)乃至(m,Y)を順次選択し、トランジスタMA5がオン状態になることで、データ信号のデータを書き込む。データが書き込まれた画素10(m,1)乃至(m,Y)は、トランジスタMA5がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
[第2の表示素子の駆動方法]
画素10(m,n)において、トランジスタMA1のゲート電極は、走査線GL_E1[m]に電気的に接続される。また、トランジスタMA1のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線SL_E1[n]に電気的に接続され、他方はトランジスタMB1のゲート電極及び配線TCOMに電気的に接続される。トランジスタMA1は、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
また、トランジスタMB1のソース電極及びドレイン電極の一方は、表示素子14Bの一対の電極の一方に電気的に接続され、トランジスタMB1のソース電極及びドレイン電極の他方は、配線ANODEに電気的に接続される。また、表示素子14Bの一対の電極の他方は、配線CATHODEに電気的に接続される。トランジスタMB1は、表示素子14Bに与えられる電流を制御する、所謂駆動トランジスタとしての機能を有する。
また、トランジスタMA1のソース電極及びドレイン電極の他方と、配線ANODEとの間には、容量素子が形成される。当該容量素子は、画素10(m,n)に書き込まれたデータを保持する機能を有する。また、トランジスタMB1は、バックゲート電極を有し、当該バックゲート電極は、トランジスタMB1のソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続される。
また、画素10(m,n)において、トランジスタMA2のゲート電極は、走査線GL_E1[m]に電気的に接続される。また、トランジスタMA2のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線SL_E2[n]に電気的に接続され、他方はトランジスタMB2のゲート電極及び配線TCOMに電気的に接続される。トランジスタMA2は、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
また、トランジスタMB2のソース電極及びドレイン電極の一方は、表示素子14Gの一対の電極の一方に電気的に接続され、トランジスタMB2のソース電極及びドレイン電極の他方は、配線ANODEに電気的に接続される。トランジスタMB2は、表示素子14Gに与えられる電流を制御する、所謂駆動トランジスタとしての機能を有する。
また、トランジスタMA2のソース電極及びドレイン電極の他方と、配線ANODEとの間には、容量素子が形成される。当該容量素子は、画素10(m,n)に書き込まれたデータを保持する機能を有する。また、トランジスタMB2は、バックゲート電極を有し、当該バックゲート電極は、トランジスタMB2のソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続される。
また、画素10(m,n)において、トランジスタMA3のゲート電極は、走査線GL_E2[m]に電気的に接続される。また、トランジスタMA3のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線SL_E1[n]に電気的に接続され、他方はトランジスタMB3のゲート電極及び配線TCOMに電気的に接続される。トランジスタMA3は、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
また、トランジスタMB3のソース電極及びドレイン電極の一方は、表示素子14Rの一対の電極の一方に電気的に接続され、トランジスタMB3のソース電極及びドレイン電極の他方は、配線ANODEに電気的に接続される。トランジスタMB3は、表示素子14Rに与えられる電流を制御する、所謂駆動トランジスタとしての機能を有する。
また、トランジスタMA3のソース電極及びドレイン電極の他方と、配線ANODEとの間には、容量素子が形成される。当該容量素子は、画素10(m,n)に書き込まれたデータを保持する機能を有する。また、トランジスタMB3は、バックゲート電極を有し、当該バックゲート電極は、トランジスタMB3のソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続される。
また、画素10(m,n)において、トランジスタMA4のゲート電極は、走査線GL_E2[m]に電気的に接続される。また、トランジスタMA4のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線SL_E2[n]に電気的に接続され、他方はトランジスタMB4のゲート電極及び配線TCOMに電気的に接続される。トランジスタMA4は、オン状態とオフ状態とを切り替えることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
また、トランジスタMB4のソース電極及びドレイン電極の一方は、表示素子14Wの一対の電極の一方に電気的に接続され、トランジスタMB4のソース電極及びドレイン電極の他方は、配線ANODEに電気的に接続される。トランジスタMB4は、表示素子14Wに与えられる電流を制御する、所謂駆動トランジスタとしての機能を有する。
また、トランジスタMA4のソース電極及びドレイン電極の他方と、配線ANODEとの間には、容量素子が形成される。当該容量素子は、画素10(m,n)に書き込まれたデータを保持する機能を有する。また、トランジスタMB3は、バックゲート電極を有し、当該バックゲート電極は、トランジスタMB4のソース電極及びドレイン電極の一方と電気的に接続される。
例えば、図15に示すゲートドライバ回路部504bにより、各行の画素10(m,1)乃至(m,Y)を順次選択し、トランジスタMA1乃至MA4をオン状態にしてデータ信号のデータを書き込む。データが書き込まれた画素10(m,1)乃至(m,Y)は、トランジスタMA1乃至MA4がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、書き込まれたデータ信号の電位に応じてトランジスタMB1のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、表示素子14は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
このように、本発明の一態様の表示装置においては、2つの表示素子を、異なるトランジスタを用いて、それぞれ独立に制御することができる。よって、表示品位の高い表示装置を提供することができる。
また、図16に示すように、表示素子14の駆動用トランジスタ(トランジスタMB1乃至MB4)がバックゲート電極を有する構成、すなわち、トランジスタが複数のゲート電極を有する構成とすることで、トランジスタの信頼性または駆動能力を向上させることができる。例えば、図16に示すように、バックゲート電極がソース電極またはドレイン電極のいずれか一方に接続されることで、トランジスタのバックチャネル側の電位を固定することができる。また、図面においては、図示しないが、バックゲート電極をゲート電極(第1のゲート電極またはフロントゲート電極ともいう)に接続することで、トランジスタの電流駆動能力を向上させることができる。
また、本発明の一態様の表示装置に用いるトランジスタ(トランジスタMA1乃至MA5、及びトランジスタMB1乃至MB4)は、酸化物半導体膜を有すると好ましい。酸化物半導体膜を有するトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能となる。また、酸化物半導体膜を有するトランジスタのオフ電流は、極めて小さい。したがって、表示装置のリフレッシュレートを下げても、表示装置の輝度の維持が可能となり、消費電力を抑制することができる。
また、表示素子12及び表示素子14の表示方式としては、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、上記構成に限定されない。例えば、上記構成に加えて、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。また、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、本発明の一態様の表示装置は、カラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
なお、表示装置500は、表示素子12及び表示素子14の少なくともいずれか一方を用いて階調表示を行うことができる。例えば、表示素子12は、所謂反射型の液晶素子のため、外光の強度が強い環境下において視認性を向上させることができる。また、表示素子12を用いて階調表示を行う場合、透過型の液晶表示装置と比べてバックライト等を制御する必要がないため、低消費電力化を図ることが可能となる。
一方で表示素子14は、所謂発光素子のため、外光の強度が弱い環境下において視認性を向上させることができる。また、表示素子14を用いて階調表示を行う場合、透過型の液晶表示装置と比べてバックライト等を用いず、画素レベルで発光を制御できるためコントラスト等の画質を高めることができる。
なお、表示装置500は、表示素子12及び表示素子14の双方を用いて階調表示を行ってもよい。表示素子12及び表示素子14の双方を用いて階調表示を行うことで、表示素子12及び表示素子14のいずれか一方を用いて階調表示を行う場合に比べ、視認性を向上させることができる。
<1−6.表示素子の表示領域>
次に、表示素子12及び表示素子14の画素10(m,n)における表示領域について、図14を用いて説明する。
図14は、画素10(m,n)の表示領域を説明する模式図である。
図14に示す、画素10(m,n)の表示領域は、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12dと、表示素子14Bの表示領域として機能する表示領域14Bdと、表示素子14Gの表示領域として機能する表示領域14Gdと、表示素子14Rの表示領域として機能する表示領域14Rdと、表示素子14Wの表示領域として機能する表示領域14Wdと、を有する。
表示領域12dは光を反射する領域を有し、表示領域14Bdは青色の光を透過する領域を有し、表示領域14Gdは緑色の光を透過する領域を有し、表示領域14Rdは赤色の光を透過する領域を有し、表示領域14Wdは白色の光を透過する領域を有する。
例えば、図14に示す画素10(m,n)の表示領域とすることで、表示領域12dを用いて、白黒の画像を表示させ、表示領域14Bd、表示領域14Gd、表示領域14Rd、及び表示領域14Wdを用いてフルカラーの画像を表示させることができる。
<1−7.表示装置の構成例(断面)>
次に、表示装置500が有する画素10の断面構造の一例について、図1を用いて説明する。
なお、図1(A)は、画素10の上面図の一例を表しており、図1(B)は、図1(A)に示す、一点鎖線A1−A2、A3−A4、及びA5−A6の切断面の断面図に相当する。なお、図1(A)に示す画素10の上面図において、煩雑になることを避けるため構成要素の一部を省略して示している。また、図1(A)においては、隣接する画素の表示領域(表示領域14Rd、14Gd、14Bd、14Wdに相当する領域)を明示してある。なお、画素10の上面図においては、以降の図面も同様である。
図1(A)(B)に示す画素10は、基板80と、基板90との間に表示素子12と、表示素子14と、トランジスタTr1と、トランジスタTr2と、トランジスタTr3と、を有する。
なお、トランジスタTr1は、先に示すトランジスタMA5に相当する。また、トランジスタTr2は、先に示すトランジスタMA1乃至MA4のいずれか一つに相当する。また、トランジスタTr3は、先に示すトランジスタMB1乃至MB4のいずれか一つに相当する。
また、表示素子12は、液晶層96を有し、表示素子14は、EL層76を有する。また、トランジスタTr1は、表示素子12を選択する機能を有し、トランジスタTr2は、表示素子14を選択する機能を有し、トランジスタTr3は、表示素子14の駆動を制御する機能を有する。また、トランジスタTr1と、トランジスタTr2とは、同一表面上に形成され、トランジスタTr3は、トランジスタTr1及びトランジスタTr2よりも上方に形成され、且つトランジスタTr2が有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する。
なお、表示素子12は、第1の画素電極として機能する導電膜36を有する。また、トランジスタTr1は、導電膜36と電気的に接続され、表示素子12を選択する機能を有する。また、トランジスタTr3は、導電膜70と電気的に接続され、表示素子14を選択する機能を有する。
また、画素10は、容量素子16を有する。容量素子16は、一対の電極を有し、一対の電極の一方は、容量電極として機能する導電膜42を有し、一対の電極の他方は、導電膜36を有する。なお、導電膜42は、トランジスタTr1及びトランジスタTr2のいずれか一方または双方の下方に配置される。
なお、容量素子16は、先に説明の容量素子Cs_Lに相当する。
容量電極として機能する導電膜42を、トランジスタTr1及びトランジスタTr2のいずれか一方または双方の下方に配置することで、表示素子12の書き換えに伴うノイズ、別言すると液晶素子の画素の書き換えに伴うノイズを低減することができる。
また、図1に示すように、トランジスタTr1と、トランジスタTr2とは、同一表面上に形成され、トランジスタTr3が、トランジスタTr1及びトランジスタTr2よりも上方に形成されることで、回路面積を縮小させることができる。また、トランジスタTr3は、トランジスタTr2が有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する構成であるため、製造工程を短縮することができる。
また、図1に示すように、トランジスタTr1、トランジスタTr2、及びトランジスタTr3は、それぞれ逆スタガ型構造(ボトムゲート構造ともいう)のトランジスタであると好ましい。ボトムゲート構造のトランジスタとすることで、比較的簡単なプロセスでトランジスタを作製することができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されず、トップゲート構造のトランジスタを用いてもよい。
また、表示素子12は、入射する光を反射する機能を有する。なお、表示素子12は、所謂液晶素子であり、一対の電極間に液晶層96を有する。当該一対の電極の一方は導電膜36を有し、一対の電極の他方は導電膜92を有する。また、図1に示すように、表示素子12は、液晶層96に接する配向膜94、98を有していてもよい。また、導電膜36は、反射電極としての機能を有する。図1の破線の矢印のように外部から入射する光を導電膜36によって反射させることで、視認側に光を反射させることができる。
表示素子14は、光を発する機能を有する。なお、表示素子14は、所謂発光素子であり、一対の電極間にEL層76を有する。当該一対の電極の一方は導電膜70を有し、一対の電極の他方は導電膜78を有する。また、導電膜78は、反射電極としての機能を有する。図1の二点鎖線の矢印のようにEL層76が発する光は、導電膜78によって反射され、導電膜70を通過して液晶層96側に取り出される。また、表示素子14から発せられる光は、導電膜36に設けられた開口部を通り基板90側に取り出される。なお、図1(B)においては、当該開口部を表示領域14dとして明示している。
表示素子14としては、FMM(Fine Metal Mask)を用いてR(Red)、G(Green)、B(Blue)等の光をそれぞれ発するEL層76が形成された発光素子とすればよい。ただし、表示素子14としては、これに限定されず、W(White)の光を発する素子を設け、当該素子からの光が着色膜を通過することでR、G、B等の光をそれぞれ発する構成としてもよい。
上記構成の一例を図2に示す。図2は、図1(B)に示す画素10の変形例の断面図である。図2に示すように、表示素子14からの光は、着色膜69を通過して外部に取り出される。また、図2に示すように着色膜69は、トランジスタTr1の一部を覆う構成とすると好ましい。特に、トランジスタTr1のチャネル領域を覆う構成とすることで、チャネル領域に入り込む光の量を低減することができる。チャネル領域に入り込む光の量を低減することで、トランジスタTr1の耐光性を高めることが可能となる。
<1−8.表示装置の作製方法>
次に、図1に示す表示装置500が有する画素10の作製方法について、図3乃至図13を用いて説明を行う。
まず、基板30上に導電膜31、絶縁膜32、及び絶縁膜34を順に形成する。その後、絶縁膜34上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで導電膜36を形成する(図3(A)(B)参照)。
導電膜31は、第1の剥離層としての機能を有し、絶縁膜32及び絶縁膜34は、第2の剥離層としての機能を有し、導電膜36は反射膜としての機能を有する。なお、導電膜36を第1の画素電極と呼称する場合がある。当該第1の画素電極としては、銀及びアルミニウムのいずれか一方または双方を有すると好適である。第1の画素電極を銀及びアルミニウムを含む構成とすることで、反射率を高めることが可能となる。なお、第1の画素電極が銀を含む構成とは、具体的には、銀と、パラジウムと、銅とを含む合金などが挙げられる。
次に、絶縁膜34及び導電膜36上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで導電膜38を形成する。その後、導電膜36及び導電膜38上に絶縁膜40を形成する(図4(A)(B)参照)。
導電膜38は、透光性を有する導電性材料を用いて形成され、表示素子12の一対の電極の一方の一部としての機能を有する。なお、導電膜38は、以下の機能を有する。導電膜38は、表示素子12が有する液晶層96の配向状態を制御する機能を有する。例えば、導電膜38を設けない構成の場合、導電膜36の開口部(図1(B)における表示領域14dに相当)と重なる液晶層96の配向状態が制御できない場合がある。一方で、導電膜38を設ける構成の場合、導電膜36及び導電膜38に印加される電位によって、液晶層96の配向状態を好適に制御することができる。
次に、絶縁膜40上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで導電膜42を形成する。その後、導電膜42上に絶縁膜44を形成する。その後、絶縁膜44上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜46a、導電膜46b、及び導電膜46cを形成する。その後、絶縁膜44、導電膜46a、導電膜46b、及び導電膜46c上に絶縁膜48を形成する。その後、絶縁膜48上に酸化物半導体膜を成膜し、当該酸化物半導体膜を島状に加工することで、酸化物半導体膜50a、及び酸化物半導体膜50bを形成する。その後、絶縁膜40、絶縁膜44、及び絶縁膜48の所望の領域に開口部51を形成する。なお、開口部51は、導電膜36の一部が露出するように形成される。(図5(A)(B)参照)。
また、導電膜42は、容量素子16の一対の電極の他方の電極としての機能を有する。すなわち、容量素子16は、導電膜36と、導電膜38、絶縁膜40、及び導電膜42を有し、導電膜36及び導電膜38が容量素子16の一対の電極の一方として機能し、導電膜42が容量素子16の一対の電極の他方として機能し、絶縁膜40が容量素子16の誘電体膜としての機能を有する。
また、導電膜46aは、トランジスタTr1のゲート電極としての機能を有する。また、導電膜46cは、トランジスタTr2のゲート電極としての機能を有する。
次に、絶縁膜48、酸化物半導体膜50a、酸化物半導体膜50b、及び開口部51上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで導電膜52a、導電膜52b、導電膜52c、導電膜52d、及び導電膜52eを形成する(図6(A)(B)参照)。
導電膜52aは、トランジスタTr1のソース電極またはドレイン電極としての機能を有する。また、導電膜52bは、トランジスタTr1のソース電極またはドレイン電極としての機能を有する。また、導電膜52cは、トランジスタTr3のゲート電極としての機能を有する。また、導電膜52dは、トランジスタTr2のソース電極またはドレイン電極としての機能を有する。また、導電膜52eは、トランジスタTr2のソース電極またはドレイン電極としての機能を有する。
次に、絶縁膜48、酸化物半導体膜50a、50b、及び導電膜52a、52b、52c、52d、52e上に絶縁膜54を形成する。その後、絶縁膜54上に酸化物半導体膜を成膜し、当該酸化物半導体膜を加工することで島状の酸化物半導体膜56を形成する。その後、島状の酸化物半導体膜56上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜58a、58bを形成する(図7(A)(B)参照)。
導電膜58a、58bは、トランジスタTr3のソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。
次に、絶縁膜54、及び導電膜58a、58b上に絶縁膜60、62を形成する。その後、絶縁膜60、62の所望の領域に導電膜58bに達する開口部63を形成する。その後、開口部63を覆うように、絶縁膜62上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで導電膜64を形成する。(図8(A)(B)参照)。
導電膜64はトランジスタTr3のバックゲート電極としての機能を有する。また、導電膜64は、導電膜58bと電気的に接続される。
次に、絶縁膜62、及び導電膜64上に開口部を有する絶縁膜68を形成する。その後、絶縁膜68上に導電膜を成膜し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜70を形成する。その後、絶縁膜68及び導電膜70上に開口部を有する絶縁膜72を形成する(図9(A)(B)参照)。
絶縁膜68は、平坦化絶縁膜としての機能を有する。導電膜70は、表示素子14の一対の電極の一方としての機能、及び第2の画素電極としての機能を有する。なお、導電膜70は、導電膜58b及び導電膜64と電気的に接続される。絶縁膜72は、隣接する画素間で、表示素子14の一部を分離する機能を有する。なお、第2の画素電極としての機能を有する導電膜70は、インジウム、亜鉛、錫、及びシリコンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。例えば、導電膜70としては、インジウムと、錫と、シリコンとを有する導電膜を用いることができる。また、図9(A)において、導電膜70の下側の構成を明示するために、導電膜70のハッチングを透過して図示している。
次に、絶縁膜72上に構造体74を形成する。その後、絶縁膜72及び構造体74上にEL層76及び導電膜78を形成する(図10(A)(B)参照)。
構造体74は、表示素子14と基板80との間隔を制御する機能を有する。また、EL層76は、発光する機能を有する。また、導電膜78は、表示素子14の一対の電極の他方としての機能を有する。
次に、導電膜78上に封止材82を塗布し、トランジスタ、表示素子等が形成された基板30と、基板80とを貼り合わせる(図11(A)(B)参照)。
次に、基板30と、基板80とを分離する。本実施の形態においては、基板30と、基板80とは、導電膜31と絶縁膜32との界面近傍で分離される(図12(A)(B)参照)。
なお、導電膜31の界面から素子を分離する際に、導電膜31と、絶縁膜32との界面に極性溶媒(代表的には水)または非極性溶媒等を添加すると好ましい。例えば、導電膜31の界面から素子を分離する際に、水を用いることで、剥離帯電に伴うダメージを軽減できるため好適である。
なお、導電膜31としては、例えば、以下の材料を用いることができる。導電膜31としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、ガリウム、シリコンから選択された元素、該元素を含む合金材料、または該元素を含む化合物材料を含み、単層または積層された構造を用いることができる。また、シリコンを含む層の場合、該シリコンを含む層の結晶構造としては、非晶質、微結晶、多結晶、単結晶のいずれでもよい。
また、導電膜31として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁層を形成することで、タングステン層と絶縁層との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。また、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、一酸化二窒素(NO)プラズマ処理、またはオゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。またプラズマ処理や加熱処理は、酸素、窒素、一酸化二窒素単独、あるいは当該ガスとその他のガスとの混合気体雰囲気下で行ってもよい。上記プラズマ処理や加熱処理により、導電膜31の表面状態を変えることにより、導電膜31と後に形成される絶縁膜32との密着性を制御することが可能である。
なお、本実施の形態においては、導電膜31を設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、導電膜31を設けない構成としてもよい。この場合、導電膜31が形成される位置に、有機樹脂膜を形成すればよい。当該有機樹脂膜としては、例えば、ポリイミド系樹脂膜、ポリアミド系樹脂膜、アクリル系樹脂膜、エポキシ系樹脂膜、またはフェノール系樹脂膜等が挙げられる。なお、ポリイミド系の樹脂膜を用いる場合、感光性及び熱硬化性の有機樹脂材料を用いると好適である。感光性及び熱硬化性の有機樹脂材料を用いることで、当該有機樹脂材料に形状等を付与することが可能となる。
また、導電膜31の代わりに上記有機樹脂膜を用いる場合、基板30上に形成される素子の分離方法としては、基板30の下方側から、レーザ光(例えば、波長308nmのエキシマレーザ、YAGレーザの第三高調波である波長355nmのUVレーザなど)を照射することで、上記有機樹脂膜が脆弱化し、基板30と有機樹脂膜との界面、有機樹脂膜の内部、または有機樹脂膜と絶縁膜32との界面で分離することができる。
また、上記レーザ光を照射する場合、レーザ光の照射エネルギー密度を調整することで、基板30と絶縁膜32との間に、密着性が高い領域と、密着性が弱い領域とを作り分けてから剥離してもよい。また、上記レーザ光としては、線状のレーザを用いてもよい。
次に、基板80の下方に形成された絶縁膜32及び絶縁膜34を除去し、導電膜36及び導電膜38の裏面を露出させる(図13(A)(B)参照)。
絶縁膜32及び絶縁膜34の除去方法としては、ドライエッチング法及びウエットエッチング法のいずれか一方または双方を用いることができる。
次に、導電膜36及び導電膜38に接して配向膜98を形成する。その後、導電膜92及び配向膜94が形成された基板90を準備し、基板80の配向膜98が形成された側と、基板90の配向膜94が形成された側との間に液晶層96を充填することで、図1(A)(B)に示す画素10を有する表示装置500を作製することができる。
<1−9.表示装置の構成要素>
次に、図1乃至図13、図15、及び図16に例示した表示装置500及び表示装置500の作製方法に記載の各構成要素について、以下説明を行う。
[基板]
基板30、80、90として、作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いることができる。
具体的には、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、アルカリガラス、クリスタルガラス、石英またはサファイア等を用いることができる。また、無機絶縁膜を用いてもよい。当該無機絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等が挙げられる。
また、上記無アルカリガラスとしては、例えば、0.2mm以上0.7mm以下の厚さとすればよい。または、無アルカリガラスを研磨することで、上記の厚さとしてもよい。
また、無アルカリガラスとして、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の面積が大きなガラス基板を用いることができる。これにより、大型の表示装置を作製することができる。
また、基板30、80、90として、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を用いてもよい。
また、基板30、80、90として、金属等の無機材料を用いてもよい。金属等の無機材料としては、ステンレススチールまたはアルミニウム等が挙げられる。
また、基板30、80、90として、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチック等の有機材料を用いてもよい。当該樹脂フィルムとしては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、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)、ポリエーテルサルフォン(PES)、またはシロキサン結合を有する樹脂等が挙げられる。
また、基板30、80、90として、無機材料と有機材料とを組み合わせた複合材料を用いてもよい。当該複合材料としては、金属板または薄板状のガラス板と、樹脂フィルムとを貼り合わせた材料、繊維状の金属、粒子状の金属、繊維状のガラス、または粒子状のガラスを樹脂フィルムに分散した材料、もしくは繊維状の樹脂、粒子状の樹脂を無機材料に分散した材料等が挙げられる。
また、基板30、80、90としては、少なくとも上または下に形成される膜または層を支持できるものであればよく、絶縁膜、半導体膜、導電膜のいずれか一つまたは複数であってもよい。
[導電膜]
導電膜31、36、38、42、46a、46b、46c、52a、52b、52c、52d、52e、58a、58b、64、70、78、92としては、導電性を有する金属膜、可視光を反射する機能を有する導電膜、または可視光を透過する機能を有する導電膜を用いればよい。
導電性を有する金属膜として、アルミニウム、金、白金、銀、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウムまたはマンガンから選ばれた金属元素を含む材料を用いることができる。または、上述した金属元素を含む合金を用いてもよい。
上述の導電性を有する金属膜として、具体的には、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、窒化タンタル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し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等を用いればよい。特に、銅元素を含む導電膜を用いることで、抵抗を低くすることが出来るため好適である。また、銅元素を含む導電膜としては、または、銅とマンガンとを含む合金膜が挙げられる。当該合金膜は、ウエットエッチング法を用いて加工できるため好適である。
また、上述の導電性を有する金属膜として、導電性高分子または導電性ポリマーを用いてもよい。
また、上述の可視光を反射する機能を有する導電膜としては、金、銀、銅、またはパラジウムから選ばれた金属元素を含む材料を用いることができる。特に、銀元素を含む導電膜を用いることで、可視光における反射率を高めることができるため好適である。
また、上述の可視光を透過する機能を有する導電膜としては、インジウム、錫、亜鉛、ガリウム、またはシリコンから選ばれた元素を含む材料を用いることができる。具体的には、In酸化物、Zn酸化物、In−Sn酸化物(ITOともいう)、In−Sn−Si酸化物(ITSOともいう)、In−Zn酸化物、In−Ga−Zn酸化物等が挙げられる。
また、上述の可視光を透過する機能を有する導電膜としては、グラフェンまたはグラファイトを含む膜を用いてもよい。グラフェンを含む膜としては、酸化グラフェンを含む膜を形成し、酸化グラフェンを含む膜を還元することにより、グラフェンを含む膜を形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等が挙げられる。
また、導電膜31、36、38、42、46a、46b、46c、52a、52b、52c、52d、52e、58a、58b、64、70、78、92を、無電解めっき法により形成することができる。当該無電解めっき法により形成できる材料としては、例えば、Cu、Ni、Al、Au、Sn、Co、Ag、及びPdの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を用いることが可能である。特に、CuまたはAgを用いると、導電膜の抵抗を低くすることができるため、好適である。
また、無電解めっき法により導電膜を形成した場合、当該導電膜の構成元素が外部に拡散しないように、当該導電膜の下に、拡散防止膜を形成してもよい。また、当該拡散防止膜と、当該導電膜との間に、導電膜を成長させることが出来るシード膜を形成してもよい。上記拡散防止膜としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。また、当該拡散防止膜としては、例えば、窒化タンタル膜または窒化チタン膜を用いることができる。また、上記シード膜としては、無電解めっき法により形成することができる。また、当該シード膜としては、無電解めっき法により形成することができる導電膜の材料と同様の材料を用いることができる。
また、上述の可視光を反射する機能を有する導電膜と、可視光を透過する機能を有する導電膜とを組み合わせて、反射する機能と透過する機能とを有する導電膜としてもよい。例えば、表示素子14が有する一対の電極の一方を反射する機能を有する導電膜とし、他方を反射する機能と透過する機能とを有する導電膜とする構成が挙げられる。当該構成とすることで、一対の電極間で光の共振効果を利用した微小光共振器(マイクロキャビティ)構造となるため、特定波長における光強度を増加させることができる。
なお、表示素子14が有する一対の電極の他方(例えば導電膜70)をIn−Sn−Si酸化物と、銀を含む合金との積層構造とすることができる。当該銀を含む合金としては、可視光を透過させるために、薄膜(例えば、50nm以下、さらに好ましくは30nm以下)とすればよい。
[絶縁膜]
絶縁膜32、34、40、44、48、54、60、62、68、72としては、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料、または絶縁性の無機材料と絶縁性の有機材料とを含む絶縁性の複合材料を用いることができる。
上述の絶縁性の無機材料としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等が挙げられる。また、上述の無機材料を複数積層してもよい。
また、上述の絶縁性の有機材料としては、例えば、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、もしくはシロキサン結合を有する樹脂を含む材料が挙げられる。また、上述の絶縁性の有機材料としては、感光性を有する材料を用いてもよい。
[酸化物半導体膜]
酸化物半導体膜50a、50b、56は、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、またはSn)等の酸化物で形成される。また、酸化物半導体膜50a、50b、56として、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物を用いてもよい。なお、酸化物半導体膜50a、50b、56に用いることのできる酸化物半導体膜については、実施の形態3にて詳細に説明を行う。
[液晶層]
液晶層96としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等が挙げられる。または、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す液晶材料を用いてもよい。または、ブルー相を示す液晶材料を用いてもよい。
また、液晶層96の駆動方法としては、IPS(In−Plane−Switching)モード、TN(Twisted Nematic)モード、FFSモード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モードなどが挙げられる。また、垂直配向(VA)モード、具体的には、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、CPA(Continuous Pinwheel Alignment)モード、ASV(Advanced Super−View)モードなどの駆動方法を用いてもよい。
[EL層]
EL層76としては、少なくとも発光材料を有する。当該発光材料としては、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物が挙げられる。
上述の有機化合物、及び無機化合物としては、例えば、蒸着法(真空蒸着法を含む)、インクジェット法、塗布法、グラビア印刷法等の方法を用いて形成することができる。
有機化合物に用いることのできる材料としては、蛍光材料または燐光材料が挙げられる。寿命の観点からは、蛍光材料を用いればよく、効率の観点からは燐光材料を用いればよい。または、蛍光材料及び燐光材料の双方を有する構成としてもよい。
また、量子ドットは、数nmサイズの半導体ナノ結晶であり、1×10個から1×10個程度の原子から構成されている。量子ドットはサイズに依存してエネルギーシフトするため、同じ物質から構成される量子ドットであっても、サイズによって発光波長が異なり、用いる量子ドットのサイズを変更することによって容易に発光波長を調整することができる。
また、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭いため、色純度のよい発光を得ることができる。さらに、量子ドットの理論的な内部量子効率はほぼ100%であると言われており、蛍光発光を呈する有機化合物の25%を大きく上回り、燐光発光を呈する有機化合物と同等となっている。このことから、量子ドットを発光材料として用いることによって発光効率の高い発光素子を得ることができる。その上、無機化合物である量子ドットはその本質的な安定性にも優れているため、寿命の観点からも好ましい発光素子を得ることができる。
量子ドットを構成する材料としては、周期表第14族元素、周期表第15族元素、周期表第16族元素、複数の周期表第14族元素からなる化合物、周期表第4族から周期表第14族に属する元素と周期表第16族元素との化合物、周期表第2族元素と周期表第16族元素との化合物、周期表第13族元素と周期表第15族元素との化合物、周期表第13族元素と周期表第17族元素との化合物、周期表第14族元素と周期表第15族元素との化合物、周期表第11族元素と周期表第17族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスターなどを挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、四酸化三鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物およびこれらの組合せなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても良い。例えば、カドミウムとセレンと硫黄の合金型量子ドットは、元素の含有比率を変化させることで発光波長を変えることができるため、青色発光を得るには有効な手段の一つである。
量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型などがあり、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ別の無機材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボンドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコア−シェル型やコア−マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの材料の例としては、硫化亜鉛や酸化亜鉛が挙げられる。
また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。保護剤(又は保護基)としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンn−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンn−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、トリ(n−ヘキシル)アミン、トリ(n−オクチル)アミン、トリ(n−デシル)アミン等の第3級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、また、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、3級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイミン類等が挙げられる。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるようにそのサイズを適宜調節する。結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へとシフトするため、量子ドットのサイズを変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調節することができる。量子ドットのサイズ(直径)は0.5nm乃至20nm、好ましくは1nm乃至10nmの範囲のものが通常良く用いられる。なお、量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、より発光スペクトルが狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。なお、棒状の量子ドットである量子ロッドはc軸方向に偏光した指向性を有する光を呈するため、量子ロッドを発光材料として用いることにより、より外部量子効率が良好な発光素子を得ることができる。
また、EL素子では多くの場合、発光材料をホスト材料に分散することによって発光効率を高めるが、ホスト材料は発光材料以上の一重項励起エネルギー又は三重項励起エネルギーを有する物質であることが必要である。特に青色の燐光材料を用いる場合においては、それ以上の三重項励起エネルギーを有する材料であり、且つ、寿命の観点で優れたホスト材料の開発は困難を極めている。一方で、量子ドットはホスト材料を用いずに量子ドットのみで発光層を構成しても発光効率を保つことができるため、この点でも寿命という観点から好ましい発光素子を得ることができる。量子ドットのみで発光層を形成する場合には、量子ドットはコア−シェル構造(コア−マルチシェル構造を含む)であることが好ましい。
[配向膜]
配向膜94、98としては、ポリイミド樹脂等を含む材料を用いることができる。例えば、ポリイミド樹脂等を含む材料が、所定の方向に配向するようにラビング処理または光配向処理を行えばよい。
[着色膜]
着色膜69は、所謂カラーフィルタとしての機能を有する。着色膜69としては、所定の色の光を透過する材料(例えば、青色の光を透過する材料、緑色の光を透過する材料、赤色の光を透過する材料、黄色の光を透過する材料または白色の光を透過する材料など)を用いればよい。
[構造体]
構造体74としては、有機材料、無機材料、または有機材料と無機材料との複合材料を含む絶縁性材料を用いることができる。当該絶縁性材料としては、絶縁膜32、34、40、44、48、54、60、62、68、72に列挙した材料を用いることができる。
[封止材]
封止材82としては、無機材料、有機材料、または無機材料と有機材料との複合材料等を用いることができる。上述の有機材料としては、例えば、熱溶融性の樹脂または熱硬化性の樹脂を含む有機材料が挙げられる。また、封止材82としては、樹脂材料を含む接着剤(反応硬化型の接着剤、光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等)を用いてもよい。また、上述の樹脂材料としては、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂、イミド系樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)系樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)系樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)系樹脂等が挙げられる。
また、図1乃至図13、図15、及び図16には明示しないが、表示装置500は、下記の構成要素を有していてもよい。
[機能膜]
表示装置500は、基板80及び基板90のいずれか一方または双方に接して機能膜を有していてもよい。当該機能膜としては、偏光板、位相差板、拡散フィルム、反射防止フィルムまたは集光フィルム等を用いることができる。また、機能膜として、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等を用いることができる。
[遮光膜]
表示装置500は、隣接する画素間に光の透過を抑制する遮光膜を有していてもよい。当該遮光膜の材料としては、金属材料、または黒色顔料を含んだ有機樹脂材料等が挙げられる。
このように、本発明の一態様の表示装置においては、2つの表示素子を、異なるトランジスタを用いて、それぞれ独立に制御することができる。よって、表示品位の高い表示装置を提供することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、本発明の一態様の表示装置に入力装置を取り付ける構成について、図17乃至図20を用いて説明を行う。
<2−1.入力装置に関する説明>
なお、本実施の形態において、表示装置500と、入力装置とを合わせたタッチパネル2000について説明する。また、入力装置の一例として、タッチセンサを用いる場合について説明する。
図17(A)(B)は、タッチパネル2000の斜視図である。なお、図17(A)(B)において、明瞭化のため、タッチパネル2000の代表的な構成要素を示す。
タッチパネル2000は、表示装置500とタッチセンサ2595とを有する(図17(B)参照)。また、タッチパネル2000は、基板80、基板90、及び基板2590を有する。
表示装置500は、基板80上に複数の画素及び該画素に信号を供給することができる複数の配線2511を有する。複数の配線2511は、基板80の外周部にまで引き回され、その一部が端子2519を構成している。端子2519はFPC2509(1)と電気的に接続する。
基板2590は、タッチセンサ2595と、タッチセンサ2595と電気的に接続する複数の配線2598とを有する。複数の配線2598は、基板2590の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、該端子はFPC2509(2)と電気的に接続される。なお、図17(B)では明瞭化のため、基板2590の裏面側(基板80と対向する面側)に設けられるタッチセンサ2595の電極や配線等を実線で示している。
タッチセンサ2595として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。なお、図17(B)に示すタッチセンサ2595は、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用した構成である。
また、タッチセンサ2595には、指等の検知対象の近接または接触を検知することができる、様々なセンサを適用することができる。
投影型静電容量方式のタッチセンサ2595は、電極2591と電極2592とを有する。電極2591は、複数の配線2598のいずれかと電気的に接続し、電極2592は複数の配線2598の他のいずれかと電気的に接続する。
電極2592は、図17(A)(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続される形状を有する。
電極2591は四辺形であり、電極2592が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。
配線2594は、電極2592を挟む二つの電極2591と電気的に接続する。このとき、電極2592と配線2594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のバラツキを低減できる。その結果、タッチセンサ2595を透過する光の輝度のバラツキを低減することができる。
なお、電極2591及び電極2592の形状はこれに限定されず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極2591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極2592を、電極2591と重ならない領域ができるように隔離して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極2592の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
なお、電極2591、電極2592、配線2598などの導電膜、つまり、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛等を有する透明導電膜(例えば、ITOなど)が挙げられる。また、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、例えば、抵抗値が低い方が好ましい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲン化金属(ハロゲン化銀など)などを用いてもよい。さらに、非常に細くした(例えば、直径が数ナノメール)複数の導電体を用いて構成されるような金属ナノワイヤを用いてもよい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ、Agメッシュ、Cuメッシュ、Alメッシュなどを用いてもよい。例えば、タッチパネルを構成する配線や電極にAgナノワイヤを用いる場合、可視光において透過率を89%以上、シート抵抗値を40Ω/□以上100Ω/□以下とすることができる。また、上述したタッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料の一例である、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどは、可視光において透過率が高いため、表示素子に用いる電極(例えば、画素電極または共通電極など)として用いてもよい。
<2−2.タッチセンサに関する説明>
次に、図18を用いて、タッチセンサ2595の詳細について説明する。図18は、図17(B)に示す一点鎖線X1−X2間の断面図に相当する。
タッチセンサ2595は、基板2590上に千鳥状に配置された電極2591及び電極2592と、電極2591及び電極2592を覆う絶縁層2593と、隣り合う電極2591を電気的に接続する配線2594とを有する。
電極2591及び電極2592は、透光性を有する導電材料を用いて形成する。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を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
例えば、透光性を有する導電性材料を基板2590上にスパッタリング法により成膜した後、フォトリソグラフィ法等の様々なパターニング技術により、不要な部分を除去して、電極2591及び電極2592を形成することができる。
また、絶縁層2593に用いる材料としては、例えば、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン結合を有する樹脂材料、あるいは酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることができる。
また、電極2591に達する開口が絶縁層2593に設けられ、配線2594が隣接する電極2591と電気的に接続する。透光性の導電性材料は、タッチパネルの開口率を高めることができるため、配線2594に好適に用いることができる。また、電極2591及び電極2592より導電性の高い材料は、電気抵抗を低減できるため配線2594に好適に用いることができる。
電極2592は、一方向に延在し、複数の電極2592がストライプ状に設けられている。また、配線2594は電極2592と交差して設けられている。
一対の電極2591が1つの電極2592を挟んで設けられる。また、配線2594は一対の電極2591を電気的に接続している。
なお、複数の電極2591は、1つの電極2592と必ずしも直交する方向に配置される必要はなく、0度を超えて90度未満の角度をなすように配置されてもよい。
また、配線2598は、電極2591または電極2592と電気的に接続される。また、配線2598の一部は、端子として機能する。配線2598としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。
なお、絶縁層2593及び配線2594を覆う絶縁層を設けて、タッチセンサ2595を保護してもよい。
また、接続層2599は、配線2598とFPC2509(2)を電気的に接続させる。
接続層2599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。
<2−3.タッチパネルに関する説明>
次に、図19を用いて、タッチパネル2000の詳細について説明する。図19は、図17(A)に示す一点鎖線X3−X4間の断面図に相当する。
図19に示すタッチパネル2000は、図1(A)(B)で説明した画素10を有する表示装置500と、図18で説明したタッチセンサ2595と、を貼り合わせた構成である。
また、図19に示すタッチパネル2000は、図1で説明した画素10を有する表示装置500及び図18で説明したタッチセンサ2595の他に、接着層2597と、反射防止層2569と、を有する。
接着層2597は、配線2594と接して設けられる。なお、接着層2597は、タッチセンサ2595が表示装置500に重なるように、基板2590を基板90に貼り合わせている。また、接着層2597は、透光性を有すると好ましい。また、接着層2597としては、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、またはシロキサン系樹脂を用いることができる。
反射防止層2569は、画素10に重なる位置に設けられる。反射防止層2569として、例えば円偏光板を用いることができる。
また、タッチパネル2000は、所謂アウトセル型のタッチパネルである。ただし、本発明の一態様は、上記構成に限定されず、インセル型のタッチパネル、またはオンセル型のタッチパネルとしてもよい。
<2−4.タッチパネルの駆動方法に関する説明>
次に、タッチパネルの駆動方法の一例について、図20を用いて説明を行う。
図20(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図20(A)では、パルス電圧出力回路2601、電流検出回路2602を示している。なお、図20(A)では、パルス電圧が与えられる電極2621をX1−X6として、電流の変化を検知する電極2622をY1−Y6として、それぞれ6本の配線で例示している。また、図20(A)は、電極2621と、電極2622とが重畳することで形成される容量2603を示している。なお、電極2621と電極2622とはその機能を互いに置き換えてもよい。
パルス電圧出力回路2601は、X1−X6の配線に順にパルス電圧を印加するための回路である。X1−X6の配線にパルス電圧が印加されることで、容量2603を形成する電極2621と電極2622との間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容量2603の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。
電流検出回路2602は、容量2603での相互容量の変化による、Y1−Y6の配線での電流の変化を検出するための回路である。Y1−Y6の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
次に、図20(B)には、図20(A)で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図20(B)では、1フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図20(B)では、被検知体を検出しない場合(非タッチ)と被検知体を検出する場合(タッチ)との2つの場合について示している。なおY1−Y6の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
X1−X6の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってY1−Y6の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、X1−X6の配線の電圧の変化に応じてY1−Y6の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態においては、本発明の一態様の酸化物半導体膜について、図21及び図22を用いて説明を行う。
<3−1.酸化物半導体膜>
以下に、本発明の一態様に係る酸化物半導体膜について説明する。
酸化物半導体膜は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
ここでは、酸化物半導体膜が、インジウム、元素M及び亜鉛を有するInMZnOである場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどとする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
<3−2.酸化物半導体膜の構造>
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と、それ以外の非単結晶酸化物半導体膜と、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)およ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、およ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)を確認することはできない。即ち、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と考えられる。
また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(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。
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。
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酸化物半導体膜である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。即ち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。
酸化物半導体は、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。
<3−3.酸化物半導体膜の原子数比>
次に、図21(A)、図21(B)、および図21(C)を用いて、本発明の一態様に係る酸化物半導体膜が有するインジウム、元素M及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲について説明する。なお、図21(A)、図21(B)、および図21(C)には、酸素の原子数比については記載しない。また、酸化物半導体膜が有するインジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比のそれぞれの項を[In]、[M]、および[Zn]とする。
図21(A)、図21(B)、および図21(C)において、破線は、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):1の原子数比(−1≦α≦1)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):2の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):3の原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):4の原子数比となるライン、および[In]:[M]:[Zn]=(1+α):(1−α):5の原子数比となるラインを表す。
また、一点鎖線は、[In]:[M]:[Zn]=5:1:βの原子数比(β≧0)となるライン、[In]:[M]:[Zn]=2:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:1:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:2:βの原子数比となるライン、[In]:[M]:[Zn]=1:3:βの原子数比となるライン、及び[In]:[M]:[Zn]=1:4:βの原子数比となるラインを表す。
また、二点鎖線は、[In]:[M]:[Zn]=(1+γ):2:(1−γ)の原子数比(−1≦γ≦1)となるラインを表す。また、図21(A)、図21(B)、および図21(C)に示す、[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の原子数比、およびその近傍値の酸化物半導体膜は、スピネル型の結晶構造をとりやすい。
また、酸化物半導体膜中に複数の相が共存する場合がある(二相共存、三相共存など)。例えば、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:2:1の近傍値である場合、スピネル型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。また、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=1:0:0の近傍値である場合、ビックスバイト型の結晶構造と層状の結晶構造との二相が共存しやすい。酸化物半導体膜中に複数の相が共存する場合、異なる結晶構造の間において、結晶粒界が形成される場合がある。
図21(A)に示す領域Aは、酸化物半導体膜が有する、インジウム、元素M、及び亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。
酸化物半導体膜は、インジウムの含有率を高くすることで、酸化物半導体膜のキャリア移動度(電子移動度)を高くすることができる。これは、インジウム、元素M及び亜鉛を有する酸化物半導体膜では、主として重金属のs軌道がキャリア伝導に寄与しており、インジウムの含有率を高くすることにより、s軌道が重なる領域がより大きくなるためである。従って、インジウムの含有率が高い酸化物半導体膜はインジウムの含有率が低い酸化物半導体膜と比較してキャリア移動度が高くなる。
一方、酸化物半導体膜中のインジウムおよび亜鉛の含有率が低くなると、キャリア移動度が低くなる。従って、原子数比が[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、およびその近傍値である場合(例えば図21(C)に示す領域C)は、絶縁性が高くなる。
従って、本発明の一態様の酸化物半導体膜は、キャリア移動度が高く、かつ、結晶粒界が少ない層状構造となりやすい、図21(A)の領域Aで示される原子数比を有することが好ましい。
特に、図21(B)に示す領域Bでは、領域Aの中でも、CAAC−OSとなりやすく、キャリア移動度も高い優れた酸化物半導体膜が得られる。
CAAC−OSは結晶性の高い酸化物半導体である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することはできないため、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、酸化物半導体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(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、CAAC−OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。
なお、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=4:2:3から4.1、およびその近傍値を含む。近傍値には、例えば、[In]:[M]:[Zn]=5:3:4が含まれる。また、領域Bは、[In]:[M]:[Zn]=5:1:6、およびその近傍値、および[In]:[M]:[Zn]=5:1:7、およびその近傍値を含む。
なお、酸化物半導体膜が有する性質は、原子数比によって一義的に定まらない。同じ原子数比であっても、形成条件により、酸化物半導体膜の性質が異なる場合がある。例えば、酸化物半導体膜をスパッタリング装置にて成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される。また、成膜時の基板温度によっては、ターゲットの[Zn]よりも、膜の[Zn]が小さくなる場合がある。従って、図示する領域は、酸化物半導体膜が特定の特性を有する傾向がある原子数比を示す領域であり、領域A乃至領域Cの境界は厳密ではない。
<3−4.酸化物半導体膜を有するトランジスタ>
続いて、上記酸化物半導体膜をトランジスタに用いる場合について説明する。
なお、上記酸化物半導体膜をトランジスタに用いることで、結晶粒界におけるキャリア散乱等を減少させることができるため、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
また、トランジスタには、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いることが好ましい。酸化物半導体膜のキャリア密度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。例えば、酸化物半導体膜は、キャリア密度が8×1011/cm未満、好ましくは1×1011/cm未満、さらに好ましくは1×1010/cm未満であり、1×10−9/cm以上とすればよい。
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
また、酸化物半導体膜のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
<3−5.酸化物半導体膜中における不純物>
次に、酸化物半導体膜中における各不純物の影響について説明する。
酸化物半導体膜において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体膜において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体膜におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体膜との界面近傍のシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)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、酸化物半導体膜にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体膜中の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、酸化物半導体膜において、窒素が含まれると、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膜を半導体に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。従って、該酸化物半導体膜において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、酸化物半導体膜中の窒素濃度は、SIMSにおいて、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下とする。
また、酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体膜において、SIMSにより得られる水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満とする。
不純物が十分に低減された酸化物半導体膜をトランジスタのチャネル領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
<3−6.バンド図>
続いて、上記説明した酸化物半導体膜を2層の積層構造、または3層の積層構造とした場合について説明する。
酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S2、および酸化物半導体膜S3の積層構造、および積層構造に接する絶縁膜のバンド図と、酸化物半導体膜S2および酸化物半導体膜S3の積層構造、および積層構造に接する絶縁膜のバンド図と、酸化物半導体膜S1および酸化物半導体膜S2の積層構造、および積層構造に接する絶縁膜のバンド図と、について図22を用いて説明する。
図22(A)は、絶縁膜I1、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S3、及び絶縁膜I2を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図22(B)は、絶縁膜I1、酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S3、及び絶縁膜I2を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。また、図22(C)は、絶縁膜I1、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S2、及び絶縁膜I2を有する積層構造の膜厚方向のバンド図の一例である。なお、バンド図は、理解を容易にするため絶縁膜I1、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S3、及び絶縁膜I2の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3は、酸化物半導体膜S2よりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜S2の伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下であることが好ましい。すなわち、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3の電子親和力と、酸化物半導体膜S2の電子親和力との差が、0.15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下であることが好ましい。
図22(A)、図22(B)、および図22(C)に示すように、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S3において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド図を有するためには、酸化物半導体膜S1と酸化物半導体膜S2との界面、または酸化物半導体膜S2と酸化物半導体膜S3との界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、酸化物半導体膜S1と酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S2と酸化物半導体膜S3が、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物半導体膜S2がIn−Ga−Zn酸化物半導体膜の場合、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3として、In−Ga−Zn酸化物半導体膜、Ga−Zn酸化物半導体膜、酸化ガリウムなどを用いるとよい。
このとき、キャリアの主たる経路は酸化物半導体膜S2となる。酸化物半導体膜S1と酸化物半導体膜S2との界面、および酸化物半導体膜S2と酸化物半導体膜S3との界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
トラップ準位に電子が捕獲されることで、捕獲された電子は固定電荷のように振る舞うため、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3を設けることにより、トラップ準位を酸化物半導体膜S2より遠ざけることができる。当該構成とすることで、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向にシフトすることを防止することができる。
酸化物半導体膜S1及び酸化物半導体膜S3は、酸化物半導体膜S2と比較して、導電率が十分に低い材料を用いる。このとき、酸化物半導体膜S2、酸化物半導体膜S2と酸化物半導体膜S1との界面、および酸化物半導体膜S2と酸化物半導体膜S3との界面が、主にチャネル領域として機能する。例えば、酸化物半導体膜S1、酸化物半導体膜S3には、図21(C)において、絶縁性が高くなる領域Cで示す原子数比の酸化物半導体膜を用いればよい。なお、図21(C)に示す領域Cは、[In]:[M]:[Zn]=0:1:0、およびその近傍値、[In]:[M]:[Zn]=1:3:2およびその近傍値、および[In]:[M]:[Zn]=1:3:4、およびその近傍値である原子数比を示している。
特に、酸化物半導体膜S2に領域Aで示される原子数比の酸化物半導体膜を用いる場合、酸化物半導体膜S1および酸化物半導体膜S3には、[M]/[In]が1以上、好ましくは2以上である酸化物半導体膜を用いることが好ましい。また、酸化物半導体膜S3として、十分に高い絶縁性を得ることができる[M]/([Zn]+[In])が1以上である酸化物半導体膜を用いることが好適である。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図23乃至図25を用いて説明を行う。
<4−1.表示モジュール>
図23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が接続されたタッチパネル8004、FPC8005が接続された表示パネル8006、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリ8011を有する。
本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。
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は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)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。また、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルと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。
<4−2.電子機器>
図24(A)乃至図24(E)、及び図25(A)乃至図25(E)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体9000、表示部9001、カメラ9002、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又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、におい又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24(A)乃至図24(E)、及び図25(A)乃至図25(E)に示す電子機器は、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)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、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表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図24(A)乃至図24(E)、及び図25(A)乃至図25(E)に示す電子機器が有する機能はこれらに限定されず、その他の機能を有していてもよい。
図24(A)乃至図24(E)、及び図25(A)乃至図25(E)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図24(A)は、テレビジョン装置9100を示す斜視図である。テレビジョン装置9100は、表示部9001を大画面、例えば、50インチ以上、80インチ以上、または100インチ以上の表示部9001を組み込むことが可能である。
図24(B)は携帯情報端末9101を、図24(C)は携帯情報端末9102を、図24(D)は携帯情報端末9103を、図24(E)は携帯情報端末9104を、それぞれ示す斜視図である。
図24(B)に示す携帯情報端末9101は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又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。なお、図示していないが、携帯情報端末9101には、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。例えば、3つの操作ボタン9050(操作アイコンまたは単にアイコンともいう)を表示部9001の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面(例えば、側面)に表示することができる。なお、情報9051の一例としては、電子メールやSNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやSNSなどの題名、電子メールやSNSなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、受信信号の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置に、情報9051の代わりに、操作ボタン9050などを表示してもよい。また、携帯情報端末9101が有する表示部9001は、一部に曲面を有する。
図24(C)に示す携帯情報端末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、携帯情報端末9102の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、その表示(ここでは情報9053)を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、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、電話を受けるか否かを判断できる。また、携帯情報端末9102が有する表示部9001は、一部に曲面を有する。
図24(D)に示す携帯情報端末9103は、先に示す携帯情報端末9101、9102と異なり、表示部9001が曲面を有さない構成である。
また、図24(E)に示す携帯情報端末9104は、表示部9001が湾曲している。また、図24(E)に図示するように、携帯情報端末9104にカメラ9002を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体(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9001に表示する機能等を有すると好ましい。
図25(A)は腕時計型の携帯情報端末9200を、図25(B)は腕時計型の携帯情報端末9201を、それぞれ示す斜視図である。
図25(A)に示す携帯情報端末9200は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータ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。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、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。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を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子9006を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子9006を介さずに無線給電により行ってもよい。
また、図25(B)に示す携帯情報端末9201は、図25(A)に示す携帯情報端末と異なり、表示部9001の表示面が湾曲していない。また、携帯情報端末9201の表示部の外形が非矩形状(図25(B)においては円形状)である。
図25(C)(D)(E)は、折り畳み可能な携帯情報端末9202を示す斜視図である。なお、図25(C)が携帯情報端末9202を展開した状態の斜視図であり、図25(D)が携帯情報端末9202を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図25(E)が携帯情報端末9202を折り畳んだ状態の斜視図である。
携帯情報端末9202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9202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。ヒンジ9055を介して2つの筐体9000間を屈曲させることにより、携帯情報端末9202を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末9202は、曲率半径1mm以上150mm以下で曲げることができる。
なお、本発明の一態様である表示装置は、表示部9001に好適に用いることができる。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
本実施例においては、実施の形態1の図1(A)(B)に示す構成の画素10を有する表示装置を作製し、当該表示装置の表示結果について評価を行った。
まず、本実施例で作製した表示装置の仕様を表1及び表2に示す。
Figure 0006895794
Figure 0006895794
なお、表1は、LCD素子における表示装置の仕様であり、表2は、OLED素子における表示装置の仕様である。
<表示装置の表示結果>
次に、本実施例で作製した表示装置の表示結果を図26(A)(B)に示す。なお、図26(A)が、発光素子であるOLED素子を用いた場合の表示モード(カラー)における表示結果であり、図26(B)が、反射型LCD素子を用いた場合の表示モード(白黒)における表示結果である。
図26(A)(B)に示すように、本発明の一態様の表示装置は、良好な表示品位であることが確認された。
なお、本実施例に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
GL_E1 走査線
GL_E2 走査線
I1 絶縁膜
I2 絶縁膜
MA1 トランジスタ
MA2 トランジスタ
MA3 トランジスタ
MA4 トランジスタ
MA5 トランジスタ
MB1 トランジスタ
MB2 トランジスタ
MB3 トランジスタ
MB4 トランジスタ
S1 酸化物半導体膜
S2 酸化物半導体膜
S3 酸化物半導体膜
SL_E1 信号線
SL_E2 信号線
Tr1 トランジスタ
Tr2 トランジスタ
Tr3 トランジスタ
10 画素
12 表示素子
12d 表示領域
14 表示素子
14B 表示素子
14Bd 表示領域
14d 表示領域
14G 表示素子
14Gd 表示領域
14R 表示素子
14Rd 表示領域
14Wd 表示領域
16 容量素子
30 基板
31 導電膜
32 絶縁膜
34 絶縁膜
36 導電膜
38 導電膜
40 絶縁膜
42 導電膜
44 絶縁膜
46a 導電膜
46b 導電膜
46c 導電膜
48 絶縁膜
50a 酸化物半導体膜
50b 酸化物半導体膜
51 開口部
52a 導電膜
52b 導電膜
52c 導電膜
52d 導電膜
52e 導電膜
54 絶縁膜
56 酸化物半導体膜
58a 導電膜
58b 導電膜
60 絶縁膜
62 絶縁膜
63 開口部
64 導電膜
68 絶縁膜
69 着色膜
70 導電膜
72 絶縁膜
74 構造体
76 EL層
78 導電膜
80 基板
82 封止材
90 基板
92 導電膜
94 配向膜
96 液晶層
98 配向膜
500 表示装置
502 画素部
504a ゲートドライバ回路部
504b ゲートドライバ回路部
506 ソースドライバ回路部
508 外部回路
2000 タッチパネル
2509 FPC
2511 配線
2519 端子
2569 反射防止層
2590 基板
2591 電極
2592 電極
2593 絶縁層
2594 配線
2595 タッチセンサ
2597 接着層
2598 配線
2599 接続層
2601 パルス電圧出力回路
2602 電流検出回路
2603 容量
2621 電極
2622 電極
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
9000 筐体
9001 表示部
9002 カメラ
9003 スピーカ
9005 操作キー
9006 接続端子
9007 センサ
9008 マイクロフォン
9050 操作ボタン
9051 情報
9052 情報
9053 情報
9054 情報
9055 ヒンジ
9100 テレビジョン装置
9101 携帯情報端末
9102 携帯情報端末
9103 携帯情報端末
9104 携帯情報端末
9200 携帯情報端末
9201 携帯情報端末
9202 携帯情報端末

Claims (9)

  1. 第1の表示素子と、第2の表示素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、を有し、
    前記第1の表示素子は、液晶層を有し、
    前記第2の表示素子は、発光層を有し、
    前記第1のトランジスタは、前記第1の表示素子を選択する機能を有し、
    前記第2のトランジスタは、前記第2の表示素子を選択する機能を有し、
    前記第3のトランジスタは、前記第2の表示素子の駆動を制御する機能を有し、
    前記第1のトランジスタと、前記第2のトランジスタとは、同一表面上に形成され、
    前記第3のトランジスタは、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタよりも上方に形成され、且つ前記第2のトランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する、表示装置。
  2. 第1の表示素子と、第2の表示素子と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、容量素子と、を有し、
    前記第1の表示素子は、第1の画素電極と、液晶層と、を有し、
    前記第2の表示素子は、第2の画素電極と、発光層と、を有し、
    前記第1のトランジスタは、前記第1の画素電極と電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタは、前記第2の画素電極と電気的に接続され、
    前記第3のトランジスタは、前記第2の表示素子と電気的に接続され、
    前記容量素子は、一対の電極を有し、
    前記一対の電極の一方は、容量電極を有し、
    前記一対の電極の他方は、前記第1の画素電極を有し、
    前記第1のトランジスタと、前記第2のトランジスタとは、同一表面上に形成され、
    前記第3のトランジスタは、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタよりも上方に形成され、且つ前記第2のトランジスタが有するソース電極またはドレイン電極のいずれか一方をゲート電極として有する、表示装置。
  3. 請求項2において、
    前記容量電極は、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのいずれか一方または双方の下方に配置される、表示装置。
  4. 請求項2において、
    前記第1の画素電極は、光を反射する機能を有し、
    前記第2の画素電極は、光を透過する機能を有する、表示装置。
  5. 請求項2または請求項4において、
    前記第1の画素電極は、銀及びアルミニウムのいずれか一方または双方を有し、
    前記第2の画素電極は、インジウム、亜鉛、錫、及びシリコンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有する、表示装置。
  6. 請求項1または請求項2において、
    前記第1のトランジスタ、前記第2のトランジスタ、及び前記第3のトランジスタのいずれか一つまたは複数は、半導体層に酸化物半導体を有する、表示装置。
  7. 請求項1または請求項2において、
    前記発光層は、前記液晶層側に向けて光を発する機能を有する、表示装置。
  8. 請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の表示装置と、
    タッチセンサと、を有する、表示モジュール。
  9. 請求項1乃至請求項のいずれか一項に記載の表示装置、または請求項に記載の表示モジュールと、
    操作キーまたはバッテリと、を有する、電子機器。
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