JP6965054B2 - 表示装置、表示モジュールおよび電子機器 - Google Patents

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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。
または、本発明の一態様は、表示品質が高く、製造歩留りの高い、生産性に優れた表示装置を提供することを課題の一とする。または、生産性の高い表示装置の作製方法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の画素と、第2の画素と、第3の画素とを有する表示装置であって、第1の画素と、第2の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素と、第3の画素とは、隣接して設けられ、第3の画素は、第1の画素と、第2の画素の配列方向と異なる方向に設けられ、第1の画素、第2の画素及び第3の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、第1の表示領域の上面方向から見て、第1の表示領域の画素配列面内の水平面内の外周部の内側に、第2の表示領域が設けられ、第2の表示領域が設けられる位置は、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とで異なり、第1の画素が有する第2の表示領域と、第3の画素が有する第2の表示領域とで同じであり、第2の表示領域は、平面形状が菱形であることを特徴とする表示装置である。
また、上記態様において、第1の画素と第2の画素の配列する方向と平行となる、直線方向をX軸とし、第1の画素と、第3の画素の配列する方向と平行となる、直線方向をY軸とし、第1の画素が有する第2の表示領域の中心位置と、第2の画素が有する第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線が、X軸およびY軸に対して平行とならないように、第2の画素が有する第2の表示領域の中心位置が、第2の画素中の領域に設けられ、第1の画素が有する第2の表示領域の中心位置と、第3の画素が有する第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線が、Y軸と平行となるように、第3の画素が有する第2の表示領域の中心位置が、第3の画素中の領域に設けられていることを特徴とする表示装置である。
また、上記態様において、第2の表示領域の形状となる菱形は、第1の頂点と、第2の頂点と、第3の頂点と、第4の頂点とをそれぞれ有し、画素配列面内の水平面内において、第1の頂点と、第3の頂点とは、それぞれX軸方向と平行な直線上に、菱形の中心位置を挟んで対向する位置に設けられ、第2の頂点と、第4の頂点とは、それぞれY軸方向と平行な直線上に、菱形の中心位置を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする表示装置である。
また、本発明の他の一態様は、第1の画素と、第2の画素と、第4の画素とを有する表示装置であって、第1の画素と、第2の画素の配列する方向と平行となる直線方向をX軸とし、第2の画素は、第1の画素に対して、X軸方向に隣接して設けられ、第4の画素は、第1の画素に対して、X軸方向に第2の画素とは逆側に隣接して設けられ、第4の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを有し、第1の表示領域の上面方向から見て、第1の表示領域の、画素配列面内の水平面内の外周部の内側に、第2の表示領域が設けられ、第2の表示領域が設けられる位置は、第1の画素が有する第2の表示領域と、第4の画素が有する第2の表示領域とで異なり、第2の画素が有する第2の表示領域と、第4の画素が有する第2の表示領域とで同じであり、第2の表示領域の平面形状である菱形は、2つの平行な辺を1組として2組の辺を有し、第1の画素が有する第2の表示領域の有する1組の平行な2つの辺は、第1の画素が有する第2の表示領域の中心位置と、第2の画素が有する第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線とそれぞれ平行であり、第1の画素が有する第2の表示領域の有する他の1組の平行な2つの辺は、第1の画素が有する第2の表示領域の中心位置と、第4の画素が有する第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線とそれぞれ平行であることを特徴とする表示装置である。
また、上記態様において、第2の画素と、第4の画素とは表記を互いに入れ替えて扱うことができる。
また、上記態様において、第2の表示領域の外周形状である菱形の、対角線の長軸は、菱形の対角線の短軸と比較して1.1倍乃至3倍の範囲、より望ましくは1.2倍乃至2倍の範囲にあるものとする。
また、本発明の他の一態様は、第1の表示素子と第2の表示素子を有する表示装置であって、第1の表示領域は、第1の表示素子を有し、第2の表示領域は、第2の表示素子を有し、第1の表示素子は、第1の表示領域と重なる位置に設けられ、第2の表示素子は、第2の表示領域と重なる位置に設けられている表示装置である。
上記態様において、第1の表示素子と第2の表示素子が設けられる、膜厚方向の位置が異なる場合、第2の表示素子の一部分が第1の表示領域、もしくは第1の表示素子の一部分と、表示領域もしくは表示素子上面方向から見て重なる領域を有していてもよい。
上記態様において、表示領域もしくは表示素子上面方向から見て、第2の表示素子は、必ずしも第2の表示領域全体と重なる位置に設けられているとは限らない。すなわち、第2の表示素子が第2の表示領域の一部分のみとしか重ならない位置に設けられていてもよい。従って、第2の表示領域の一部分に第2の表示素子と重ならない領域があってもよい。
上記態様において、第1の表示領域は、光を反射する機能を有し、第2の表示領域は、光を射出する機能を有すると好ましい。
上記態様において、第1の表示素子は、液晶層を有し、第2の表示素子は、発光層を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素が有する第2の表示素子と、第2の画素が有する第2の表示素子とは、発光色が異なると好ましい。また、上記態様において、第1の表示素子と、第2の表示素子とは、異なるトランジスタに接続され、それぞれ独立に制御されると好ましい。
また、上記態様において、トランジスタは、半導体層として金属酸化物膜を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とは、20μm以上の間隙を有すると好ましい。
本発明の一態様は、第1の画素と、第2の画素と、第3の画素とを有する表示装置であって、第1の画素と、第2の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素と、第3の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素及び第2の画素及び第3の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、第1の表示領域は、光を反射する機能を有し、第2の表示領域は、第1の表示領域の内側に設けられ、且つ光を射出する機能を有し、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とは、それぞれ第1の表示領域の内側に設けられる位置が同じであり、第1の画素が有する第2の表示領域と、第3の画素が有する第2の表示領域とは、それぞれ第1の表示領域の内側に設けられる位置が異なり、第2の表示領域は、少なくとも3組の平行な辺を有することを特徴とする、表示装置である。
また、本発明の他の一態様は、第1の画素と、第2の画素と、第3の画素とを有する表示装置であって、第1の画素と、第2の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素と、第3の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素、第2の画素及び第3の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域と、第1の表示素子と、第2の表示素子と、をそれぞれ有し、第1の表示領域は、光を反射する機能を有し、第2の表示領域は、第1の表示領域の内側に設けられ、且つ光を射出する機能を有し、第1の表示素子は、第1の表示領域と重なる位置に設けられ、第2の表示素子は、第2の表示領域と重なる位置に設けられ、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とは、第1の表示領域の内側に設けられる位置が同じであり、第1の画素が有する第2の表示領域と、第3の画素が有する第2の表示領域とは、それぞれ第1の表示領域の内側に設けられる位置が異なり、第2の表示領域が少なくとも3組の平行な辺を有する、表示装置である。
上記態様において、第1の表示素子は、液晶層を有し、第2の表示素子は、発光層を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素が有する第2の表示素子と、第2の画素が有する第2の表示素子とは、発光層の構造が同じであり、第1の画素が有する第2の表示素子と、第3の画素が有する第2の表示素子とは、発光層の構造が異なると好ましい。また、上記態様において、第1の表示素子と、第2の表示素子とは、異なるトランジスタに接続され、それぞれ独立に制御されると好ましい。
また、上記態様において、トランジスタは半導体層として金属酸化物膜を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とは、30μm以上の間隙を有すると好ましい。
また、上記態様において、第1の画素が有する第2の表示領域と、第3の画素が有する第2の表示領域とは、20μm以上の間隙を有すると好ましい。
本発明の別の一態様は第1の画素と、第2の画素とを有する表示装置であって、第1の画素と、第2の画素とは、隣接して設けられ、第1の画素及び第2の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、第1の表示領域は、入射する光を反射する機能を有し、第2の表示領域は、第1の表示領域の内側に設けられ、且つ光を射出する機能を有し、第2の表示領域は少なくとも3組以上の平行な辺を有し、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域とは、第1の表示領域の内側に設けられる位置が異なる表示装置である。
本発明の別の一態様は、第1の画素が有する第2の表示領域の輪郭を構成する、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と垂直な辺のうち、第2の画素が有する第2の表示領域に近い辺と、第2の画素が有する第2の表示領域の輪郭を構成する、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と垂直な辺のうち、第1の画素が有する第2の表示領域に近い辺の、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と平行な方向における間隙は10μm以上30μm以下である表示装置である。
本発明の別の一態様は、第1の画素が有する第2の表示領域の輪郭を構成する、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と平行な辺のうち、第2の画素が有する第2の表示領域に近い辺と、第2の画素が有する第2の表示領域の輪郭を構成する、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と平行な辺のうち、第1の画素が有する第2の表示領域に近い辺の、第1の画素と第2の画素が隣接する方向と垂直な方向における間隙は10μm以上30μm以下である表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第1の画素が有する第2の表示領域と、第2の画素が有する第2の表示領域は20μm以上の間隙を有する表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第1の表示素子と、第2の表示素子と、を有し、第1の表示素子は、第1の表示領域と重なる位置に設けられ、第2の表示素子は、第2の表示領域と重なる位置に設けられる表示装置である。
上記態様おいて、第1の表示素子は、液晶層を有し、第2の表示素子は、発光層を有する表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第1の画素が有する第2の表示素子と、第2の画素が有する第2の表示素子とは、発光色が異なる表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第1の表示素子は第1のトランジスタに電気的に接続され、第2の表示素子は、第2のトランジスタに電気的に接続され、第1の表示素子および第2の表示素子はそれぞれ独立に制御される表示装置である。
上記態様において、第2の表示領域は第1のトランジスタと接続される配線、および第2のトランジスタと接続される配線と重畳しない表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第2の表示素子は第2のトランジスタ側に向けて発光できる表示装置である。
上記態様のいずれかにおいて、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、半導体層に金属酸化物膜を有する表示装置である。
また本発明の別の一態様は上記態様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。
また本発明の別の一態様は上記態様のいずれか一つの表示装置、または上記態様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、本発明の一態様は、表示品質が高く、製造歩留りの高い、生産性に優れた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。
表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 表示素子の表示領域を説明する模式図。 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回路図。 画素を説明する回路図。 表示装置を説明する回路図。 画素を説明する回路図。 表示装置及び画素を説明する上面図。 表示装置及び画素を説明する上面図。 表示装置及び画素を説明する上面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置の作製工程を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示素子を説明する断面図。 表示素子の作製方法を説明する断面図。 表示素子の作製方法を説明する断面図。 半導体装置を説明する上面図及び断面図。 半導体装置を説明する上面図及び断面図。 半導体装置を説明する断面図。 半導体装置を説明する断面図。 半導体装置を説明する断面図。 半導体装置を説明する断面図。 半導体装置を説明する断面図。 バンド構造を説明する図。 トランジスタの一態様を示す上面図及び断面図。 トランジスタの一態様を示す上面図及び断面図。 トランジスタの一態様を示す上面図及び断面図。 トランジスタの一態様を示す上面図及び断面図。 トランジスタの一態様を示す断面図。 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。 表示装置を説明する斜視図。 情報処理装置の構成を説明する図。
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。
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。
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、ドレインとソース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、ゲート電圧で導電性をスイッチングできる領域をいう。
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、「平行」とは、二つの直線を含む平面内において二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、同じ平面内に限らず、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。
また、本明細書等において、「中心位置」とは、曲線、もしくは、線分、もしくはその両方が、互いの端部で連結して構成された、閉じた図形で構成される外周部を持つ、平面領域において、領域の内側にあり、外周部全域からおおむね均等に離れた距離にある点をいう。したがって、「中心位置」は外周部の特定の箇所に極端に接近しない点であり、かつ外周部の特定の箇所から極端に離れない点である。したがって、例えば、その平面領域の重心、もしくはその平面領域に内接する円の中心である内心、もしくはその平面領域が外接する円の中心である外心、などから「中心位置」を定義することができる。また、図形が凸四角形の場合、2本の対角線の交点によって定義してもよい。ただし、本明細書等における「中心位置」と定義できるのはこれらの点が図形の内部にある場合に限られる。これらの点が図形内部にない場合、もしくは外周部の一部と極端に接近している場合、その平面領域の外周からおおむね均等に離れた別の点によって、中心位置として扱う点の位置を定義してよい。ただし、平面領域の最長方向と最短方向の長さが大きく異なる場合、外周からおおむね均等に離れた点を中心位置とした場合においても、中心位置から図形の最短方向の外周部への距離が、中心位置から図形の最長方向の外周部への距離よりも極端に短くなっていてもよい。
また、本明細書等において、表示領域、または表示素子、または表示装置に対して、「平面」、もしくは「水平面」という用語を用いた場合、表示領域、または表示素子、または表示装置を上面方向から見たときに視覚的に「平面」、もしくは「水平面」であることをいう。したがって、特に断りがない場合、表示領域、または表示素子、または表示装置の実際の表面形状が「平面」、もしくは「水平面」であることを意味するものではない。すなわち、表示領域、または表示素子、または表示装置を上面方向から見たときに視覚的に「平面」、もしくは「水平面」に見える場合においても、実際の表示領域、または表示素子、または表示装置が凹凸を有する場合や、傾きを有する場合も含まれる。
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。
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
トランジスタのオフ電流は、Vgsに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、トランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のVgsにおけるオフ状態、所定の範囲内のVgsにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるVgsにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
一例として、しきい値電圧Vthが0.5Vであり、Vgsが0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−9Aであり、Vgsが0.1Vにおけるドレイン電流が1×10−13Aであり、Vgsが−0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19Aであり、Vgsが−0.8Vにおけるドレイン電流が1×10−22Aであるようなnチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Vgsが−0.5Vにおいて、または、Vgsが−0.5V乃至−0.8Vの範囲において、1×10−19A以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は1×10−19A以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が1×10−22A以下となるVgsが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は1×10−22A以下である、と言う場合がある。
また、本明細書等では、チャネル幅Wを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Wあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元を持つ単位(例えば、A/μm)で表される場合がある。
トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、または125℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。
トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Vdsに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、または20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるVds、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVds、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に低い場合は、「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別することが難しい場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「絶縁体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。または、本明細書等に記載の「絶縁体」を「半絶縁体」に言い換えることが可能な場合がある。
また、本明細書等において、「半導体」と表記した場合であっても、例えば、導電性が十分に高い場合は、「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」とは境界が曖昧であり、厳密に区別することが難しい場合がある。したがって、本明細書等に記載の「半導体」は、「導電体」に言い換えることが可能な場合がある。同様に、本明細書等に記載の「導電体」は、「半導体」に言い換えることが可能な場合がある。
また、本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、画素とは、画面を構成する点であり、明るさを制御できる色要素の最小単位である。一例として、RGB(R:赤色、G:緑色、B:青色)の色要素からなる表示装置の場合には、Rの画素、Gの画素、及びBの画素によって、画像の最小単位が得られる。なお、場合によっては、画素を副画素と呼ぶ場合もある。
また、本明細書等において、青色の波長領域とは、400nm以上490nm未満の波長領域であり、青色の発光とは該領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発光である。また、緑色の波長領域とは、490nm以上550nm未満の波長領域であり、緑色の発光とは該領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発光である。また、黄色の波長領域とは、550nm以上590nm未満の波長領域であり、黄色の発光とは該領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発光である。また、赤色の波長領域とは、590nm以上740nm以下の波長領域であり、赤色の発光とは該領域に少なくとも一つの発光スペクトルピークを有する発光である。
(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について、図1乃至図59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17及び図19を用いて説明する。図17及び図19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10(X,Y)を有する。また、画素10(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、光を射出する機能を有する。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(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(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、図17において走査線GE_1乃至GE_X、及び図19において走査線GE_1a乃至GE_Xa及び走査線GE_1b乃至GE_Xbという)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_1乃至GL_Xという)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。ただし、これに限定されず、ゲートドライバ回路部504a、504bは、別の信号を制御または供給することも可能である。
なお、図17及び図19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(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(以下、信号線SL_1乃至SL_Y及び信号線SE_1乃至SE_Yという)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。ただし、これに限定されず、ソースドライバ回路部506は、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17及び図19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_1乃至SL_Yを制御し、他方のソースドライバ回路部により信号線SE_1乃至SE_Yを制御してもよい。
[画素]
また、画素10(X,Y)は、図17において、走査線GL_m及び走査線GE_mを介してゲートドライバ回路部504a、504bからパルス信号が入力され、走査線GL_m及び走査線GE_mの電位に応じて信号線SL_n及び信号線SE_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、図19において、走査線GL_1乃至GL_Xのいずれか一つ、ならびに走査線GE_1a乃至GE_Xaのいずれか一つ及び走査線GE_1b乃至GE_Xbのいずれか一つを介してパルス信号が入力され、信号線SL_1乃至SL_Yのいずれか一つ及び信号線SE_1乃至SE_Yのいずれか一つを介してデータ信号が入力される。
例えば、図17において、m行n列目(mはX以下の自然数を表し、nはY以下の自然数を表す)の画素10(m,n)は、走査線GL_m及び走査線GE_mを介してゲートドライバ回路部504a、504bからパルス信号が入力され、走査線GL_m及び走査線GE_mの電位に応じて信号線SL_n及び信号線SE_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、図19において、m行n列目(mはX以下の自然数を表し、nはY以下の自然数を表す)の画素10(m,n)は、走査線GL_mと、走査線GE_maを介してゲートドライバ回路部504a、504bからパルス信号が入力され、走査線GL_m及び走査線GE_maの電位に応じて信号線SL_n及び信号線SE_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_1乃至GL_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、図17において走査線GE_1乃至GE_X、及び図19において走査線GE_1a乃至GE_Xa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_1乃至SL_Yは、2つの表示素子の一方に与えられるデータ信号の電位を制御する配線であり、信号線SE_1乃至SE_Yは、2つの表示素子の他方に与えられるデータ信号の電位を制御する配線である。
また、図19において、画素10(m,n+1)は、走査線GL_mと、走査線GE_mbを介してゲートドライバ回路部504a、504bからパルス信号が入力され、走査線GL_m及び走査線GE_mbの電位に応じて信号線SL_n及び信号線SE_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、図19において、画素10(m,n+1)も、画素10(m,n)と同様に、2つの表示素子を有する。走査線GL_1乃至GL_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GE_1b乃至GE_Xbは、2つの表示素子の他方の電位を制御する配線である。
なお、図19においては、走査線GE_Xa及び走査線GE_Xbを1つの配線として図示している。図20に詳細を例示する。
[外部回路]
表示装置500には、外部回路508a、508bが接続される。なお、外部回路508a、508bを、表示装置500に形成する構成としてもよい。
また、外部回路508aは、図17及び図19に示すように、アノード電位が与えられる配線(以下、図17においてアノード線ANO_1乃至ANO_xと、図19においてアノード線ANO_1a乃至ANO_xa及びアノード線ANO_1b乃至ANO_xbという)と電気的に接続されており、外部回路508bは、共通電位が与えられる配線(以下、コモン線COM_1乃至COM_Xという)と、電気的に接続されている。
なお、図19においては、アノード線ANO_1a乃至ANO_xa及びアノード線ANO_1b乃至ANO_xbを1つの配線として図示している。図20に詳細を例示する。
<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18及び図20を用いて説明する。
図18及び図20は、本発明の一態様の表示装置500が有する画素10(m,n)と、画素10(m,n)の列方向に隣接した画素10(m,n+1)と、を説明する回路図である。なお、本明細書等においては、列方向とは信号線SL_n(または信号線SE_n)のnの数値が増減する方向であり、行方向とは走査線GL_m(または走査線GE_m)のmの数値が増減する方向である。
また、本明細書等において、画素10(m,n)を第1の画素と、画素10(m,n+1)を第2の画素と、それぞれ呼称する場合がある。
また、本明細書等において、画素10(m,n)と画素10(m,n+1)が隣接する方向と平行な方向を列方向とし、画素10(m,n)と画素10(m,n+1)が隣接する方向と垂直な方向を行方向とする。
なお、本明細書等において、列方向をx方向、行方向をy方向として表す場合がある。
画素10(m,n)は、トランジスタTr1と、トランジスタTr2と、トランジスタTr3と、容量素子C1と、容量素子C2と、表示素子11と、表示素子12と、を有する。なお、画素10(m,n+1)も同様の構成を有する。なお、本明細書等において、表示素子11を第1の表示素子と、表示素子12を第2の表示素子と、それぞれ呼称する場合がある。
また、表示素子11はトランジスタTr1と電気的に接続され、表示素子12はトランジスタTr2およびトランジスタTr3と電気的に接続されている。なお、本明細書において、Tr1を第1のトランジスタと呼称する場合がある。また、Tr2またはTr3を第2のトランジスタと呼称する場合がある。
また、図18において、画素10(m,n)は、信号線SL_n、信号線SE_n、走査線GL_m、走査線GE_m、コモン線COM_m、コモン線VCOM1、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_mと、電気的に接続されている。また、画素10(m,n+1)は、信号線SL_n+1、信号線SE_n+1、走査線GL_m、走査線GE_m、コモン線COM_m、コモン線VCOM1、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_mと、電気的に接続されている。また、図20において、画素10(m,n)は、信号線SL_n、信号線SE_n、走査線GL_m、走査線GE_ma、コモン線COM_m、コモン線VCOM1、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_maと、電気的に接続されている。また、画素10(m,n+1)は、信号線SL_n+1、信号線SE_n+1、走査線GL_m、走査線GE_mb、コモン線COM_m、コモン線VCOM1、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_mbと、電気的に接続されている。
なお、図18において、信号線SL_n、信号線SL_n+1、走査線GL_m、コモン線COM_m、及びコモン線VCOM1は、それぞれ表示素子11を駆動するための配線であり、信号線SE_n、信号線SE_n+1、走査線GE_m、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_は、それぞれ表示素子12を駆動するための配線である。また、図20において、信号線SL_n、信号線SL_n+1、走査線GL_m、コモン線COM_m、及びコモン線VCOM1は、それぞれ表示素子11を駆動するための配線であり、信号線SE_n、信号線SE_n+1、走査線GE_ma及び走査線GE_mb、コモン線VCOM2、及びアノード線ANO_ma及びアノード線ANO_mbは、それぞれ表示素子12を駆動するための配線である。
また、信号線SE_n及び信号線SE_n+1に供給される電位と、信号線SL_n及び信号線SL_n+1に供給される電位と、が異なる場合、図20に示すように、信号線SE_nと信号線SL_n+1とを隔離して配置すると好ましい。別言すると、信号線SE_nと信号線SE_n+1とを隣接するように配置すると好ましい。このような配置とすることで、信号線SL_n及び信号線SL_n+1と、信号線SE_n及び信号線SE_n+1と、の間に生じる電位差の影響を低減することができる。
<1−3.第1の表示素子の構成例>
表示素子11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11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11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11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とすればよい。
また、表示素子11として、反射型の液晶素子以外の反射型の表示素子を用いることもできる。例えば、表示素子11として、シャッター方式のMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子、光干渉方式のMEMS素子、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、電子粉流体(登録商標)方式等を適用した表示素子などを用いる構成等とすることができる。
<1−4.第2の表示素子の構成例>
表示素子12は、光を射出する機能、すなわち発光する機能を有する。よって、表示素子12を、発光素子として読み替えてもよい。例えば、表示素子12としては、OLED(Organic Light Emitting Diode)、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)等の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、発光ダイオードを用いる構成、または半導体レーザ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11及び表示素子12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11及び表示素子12の駆動方法について説明する。なお、以下の説明においては、表示素子11に液晶素子を用い、表示素子12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Tr1のゲート電極は、走査線GL_mに電気的に接続される。また、トランジスタTr1のソース電極またはドレイン電極の一方は、信号線SL_nに電気的に接続され、他方は表示素子11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Tr1は、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11の一対の電極の他方は、コモン線VCOM1と電気的に接続される。
また、容量素子C1の一対の電極の一方は、コモン線COM_mに電気的に接続され、他方は、トランジスタTr1のソース電極またはドレイン電極の他方、及び表示素子11の一対の電極の一方に電気的に接続される。容量素子C1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19に示すゲートドライバ回路部504bにより、各行の画素10(1,1)乃至10(m,n)を順次選択し、トランジスタTr1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,n)は、トランジスタTr1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Tr2のゲート電極は、走査線GE_maに電気的に接続される。また、トランジスタTr2のソース電極またはドレイン電極の一方は、信号線SE_nに電気的に接続され、他方はトランジスタTr3のゲート電極に電気的に接続される。トランジスタTr2は、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Tr2は、バックゲート電極が設けられ、当該バックゲート電極はトランジスタTr2のゲート電極と、電気的に接続される。
容量素子C2の一対の電極の一方は、アノード線ANO_maに電気的に接続され、他方は、トランジスタTr2のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。容量素子C2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Tr3のゲート電極は、トランジスタTr2のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。また、トランジスタTr3のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線ANO_ma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。また、トランジスタTr3には、バックゲート電極が設けられ、当該バックゲート電極は、トランジスタTr3のゲート電極と、電気的に接続される。
また、表示素子12の一対の電極の他方は、コモン線VCOM2に電気的に接続される。
例えば、図19に示すゲートドライバ回路部504aにより、各行の画素10(1,1)乃至10(m,n)を順次選択し、トランジスタTr2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,n)は、トランジスタTr2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Tr3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12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。
また、画素10(m,n+1)においては、上述する画素10(m,n)の表示素子の駆動方法において、走査線GE_maを走査線GE_mbに、アノード線ANO_maをアノード線ANO_mbに読み替えることで、画素10(m,n)の表示素子と同様の駆動方法で駆動できる。
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、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Tr1、Tr2、Tr3)は、半導体層として金属酸化物膜を有する。金属酸化物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、金属酸化物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、本発明の一態様の表示装置に用いるトランジスタ(第1のトランジスタ、第2のトランジスタなど)は、同じ層に形成することが好ましい。同じ層に形成することで、表示装置全体の厚みを少なくすることができ、表示素子からの光取り出し効率の低下を抑制できる。
また、表示装置全体の厚みを少なくできるため、本発明の一態様の表示装置が可撓性を有する場合に有利である。
また、本発明の一態様の表示装置に用いるトランジスタ(第1のトランジスタ、第2のトランジスタなど)を同じ層に形成することで、トランジスタ作製工程を少なくすることができる。
さらに、本発明の一態様の表示装置に用いる表示素子12は、表示素子12と電気的に接続する第2のトランジスタ側に向けて発光する下方射出型(所謂ボトムエミッション型)であると好ましい。
また、本発明の一態様の表示装置において、表示素子12に電気的に接続する第2のトランジスタ側に向けて発光し、かつ、同一工程で同じ層にトランジスタ(第1のトランジスタ、第2のトランジスタなど)を作製することで、作製工程の削減と高い表示品質を両立することができるため、好ましい。
また、表示素子11及び表示素子12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、RGB(Rは赤、Gは緑、Bは青を表す)が挙げられる。ただし、色要素としては、RGBの三色に限定されない。例えば、RGBに、イエロー、シアン、マゼンタ、ホワイト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。
<1−6−1.表示素子の表示領域(1)>
本発明の一態様の表示装置において、表示素子11及び表示素子12の画素10(m,n)における表示領域について、図1乃至図8を用いて説明する。
図1は、画素10(m,n)と、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n−1)及び画素10(m,n+1)との表示領域を説明する模式図である。また、図1において、画素10(m,n)近傍に位置する、画素10(m+1,n−1)、画素10(m+1,n)、及び画素10(m+1,n+1)などを表示している。なお、本明細書等において、画素10(m,n)を第1の画素、画素10(m,n+1)を第2の画素、画素10(m+1,n)を第3の画素、画素10(m,n−1)を第4の画素とそれぞれ呼称する場合がある。
図1に示す画素10(m,n)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n)と、を有する。また、図1に示す画素10(m,n+1)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n+1)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n+1)と、を有する。
また、以下の説明において、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)とを、区別しない場合、まとめて表示領域11dとして説明する場合がある。同様に、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)とを、表示領域12dとして説明する場合がある。また、本明細書等において、表示領域11dを第1の表示領域と、表示領域12dを第2の表示領域と、それぞれ呼称する場合がある。
例えば、表示領域11dとしては、光を反射する機能を有し、表示領域12dとしては、光を射出する機能を有する。また、表示領域12dは、表示領域11dの内側に設けられる。また、表示素子11は、表示領域11dと重なる位置に設けられ、表示素子12は、表示領域12dと重なる位置に設けられる。
また、表示領域12dは、表示領域11dよりも面積が小さいと好ましい。このような構成とすることで、表示装置の消費電力を低減することができる。例えば、外光が明るい環境下においては、表示素子11が光を反射して表示領域11dに画像を表示させ、外光が暗い環境下においては、表示素子12が光を射出して表示領域12dに画像を表示させることで、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。
ここで、表示領域12dが設けられる位置について、以下説明を行う。
例えば、表示領域12dと重なる位置に設けられる表示素子12にEL素子を用いる場合、当該EL素子の形成方法としては、画素ごとで同じEL素子を用い、着色膜(所謂、カラーフィルタ)を用いて、画素ごとに発光色を変える方式(所謂、カラーフィルタ方式)と、画素ごとにEL素子を作り分けて発光色を変える方式(所謂、色塗り分け方式)と、が挙げられる。また、色純度を向上させるために、色塗り分け方式に着色膜を組み合わせた方式としてもよい。
色塗り分け方式の場合、画素ごとにEL素子を作り分ける必要があり、シャドウマスク(ファインメタルマスクともいう)の開口部を所望の位置に配置(アライメントともいう)する精度が高く要求される。表示装置の画素の密度が高くなる(所謂、高精細になる)と、高いアライメント精度が要求されるため、表示装置の作製における歩留りが低下してしまう。
しかしながら、例えば、表示領域12dの配置を、図1に示すように隣接する画素で異なる位置に配置する構成とすることで、隣接画素間で表示領域12dの間隙を広くすることができ、表示素子12を作り分ける場合の製造歩留りを高めることができる。
図1において、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙を間隙dとして示している。間隙dを20μm以上、好ましくは25μm以上、さらに好ましくは30μm以上とすることで、表示装置の製造歩留りを高くすることができる。なお、間隙dが20μm未満の場合、表示装置の作製歩留りが低下してしまう。
なお、第2の表示領域12dの配置を、隣接する画素で同じ位置に配置した場合の一例を図2に示す。図2において、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙を間隙dとして示している。
図1に示す間隙dと図2に示す間隙dとを比較した場合、d>dとの関係になることが分かる。このように、表示領域12dを隣接する画素で異なる位置に配置することで、表示領域12dを隣接する画素で同じ位置に配置する場合に比較し、概ね10%以上間隙を広くすることができる。
また、図1に示すような表示領域12dの配置とすることで、隣接する表示素子12から射出される光の干渉を抑制することができる。
なお、図1においては、表示領域12dが矩形状である場合を例示したが、これに限定されず、非矩形状であってもよい。当該非矩形状の場合の一例を図3に示す。
図3は画素配列の一例を示す模式図である。なお、図3は、表示領域12dが円形の場合を図示している。また、図3において、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙を間隙dとして示している。表示領域12dを矩形とした際の対角線の長さと、表示領域12dを円形とした際の直径の長さとが等しい場合においては、表示領域12dを円形とすることで、図1に示す表示領域12dよりも図3に示す表示領域12dの面積を広くすることができる。
このように、表示領域12dとしては、様々な形状(例えば、三角、四角などの多角形、または円、楕円などの円形、または多角形と円形との組み合わせなど)とすることが可能である。
また、表示領域12dの面積を広くすることができれば、より高開口率の素子を作製することが可能である。これにより、より輝度の高く、長寿命の表示装置を作製することが可能である。または、表示領域12dの面積を保つ場合、画素間隙を縮小することができれば、輝度を保ったままより高精細な表示素子を作製することが可能である。
図3では、表示領域12dが円形の場合を例示したが、間隙dを等しくして、より表示領域12dの面積を広くすることも可能である。本発明の一態様の表示装置においては、表示領域12dの形状を菱形とする。当該形状の場合の一例を図4に示す。
図4は、本発明の一態様の表示装置における画素配列の一例を示す模式図である。なお、図4は、表示領域12dが正方形の場合を図示している。また、図4において、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙を間隙dとして示している。図3において表示領域12dを円形とした際の直径の長さと、図4において表示領域12dを正方形とした際の1辺の長さとが等しくし、且つ、図4に示す間隙dを図3に示すdと等しくした場合、表示領域12dを正方形とすることで、図3に示す円形とした表示領域12dよりも図4に示す表示領域12dの面積を広くすることが可能である。
図4においては、表示領域12dが正方形である場合を例示したが、画素間隙を維持しつつ表示領域12dの面積を広くするための表示領域12dの形状は、正方形に限定されない。例えば、表示領域11d外周部より内部の表示領域12dの位置を変えた場合において、画素間隙を維持しつつ、12dの面積がより広くなるような形状とすることができる。当該形状の場合の一例を図5に示す。
図5は、本発明の一態様の表示装置における、図4に示す画素配列よりも好適である画素配列の一例を示す模式図である。なお、図5は、表示領域12dが菱形となっている場合を図示している。また、図5において、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙を間隙dとして示している。図5において、間隙dを取り囲む表示領域12d(m,n)の右上辺と、表示領域12d(m,n+1)の左下辺の両辺は、間隙dを隔てた平行線の一部から構成されている。ここで、間隙dを示す矢印方向は、この平行線に垂直な角度方向となっているとする。
図5においては、隣接する表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)の例えば左上辺、および右下辺の両方が同一の直線上に配置していない場合について例示したが、これに限定されない。たとえば、図6に示す構成としてもよい。
図6は、本発明の一態様の表示装置における、図5に示す画素配列よりも好適である、かつ最も好適である画素配列の一例を示す模式図である。なお、図6は、表示領域12dが菱形であり、かつ表示領域12d(m,n)の左上辺と、表示領域12d(m,n+1)の左上辺が同一の直線上に配置され、表示領域12d(m,n)の右下辺と表示領域12d(m,n+1)の右下辺が同一の直線上に配置され、かつ表示領域12d(m,n)の右上辺と、表示領域12d(m,n−1)の右上辺が同一の直線上に配置され、表示領域12d(m,n)の左下辺と表示領域12d(m,n−1)の左下辺が同一の直線上に配置されることで表される形状の菱形で表される形状となっている場合を図示している。このような形状にすることにより、図5における形状を用いた場合よりも、間隙dをdよりも狭くすることなく図6に示す表示領域12dの面積を広くすることが可能である。
また、図6に示す画素配列とすることによって、当該表示装置の製造に用いられるシャドウマスクの開口形状をより単純化することができ、当該シャドウマスクの設計精度、あるいは機械的強度を高めることができる。シャドウマスクの機械的強度を高めることで、シャドウマスクの変形(例えば、撓みによる変形、歪みによる変形、膨張による変形、収縮による変形など)を抑制することができるため、製造歩留りを高くすることができる。
また、図4乃至図6においては、図7(A)に示すように、表示領域12dの平面形状が菱形ないし正方形の場合において、表示領域12dの頂点に相当する部分の平面形状は鋭角、直角、あるいは鈍角となっているものについて例示したが、表示領域の作製時の精度などにより、菱形ないし正方形を概形として作製された、表示領域12dの平面形状の頂点部分の、対応する菱形ないし正方形の頂点に相当する部分の平面の形状が、これ以外の形状となってもよい。従って、表示領域12dの頂点に相当する部分の形状は鋭角、直角、あるいは鈍角に限定されない。例えば、図7(B)乃至(D)に示す形状としてもよい。
図7は、表示領域12dの頂点に相当する部分の模式図である。頂点に相当する部分は、図7(B)に示すように、端点を持たない曲線形状であってもよい。また、図7(C)または図7(D)に示すように、頂点部分から外側方向に突起状の形状を有していてもよい。また、突起の形状は図7(C)または図7(D)に示した形状に限定されない。
また、図4乃至図6においては、画素10(m,n−1)、画素10(m,n)、及び画素10(m,n+1)の配置を、列方向のストライプ配列について例示したが、これに限定されない。例えば、図8に示す構成としてもよい。
図8は、画素10(m,n)と、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n−1)及び画素10(m,n+1)との表示領域を説明する模式図である。また、図8において、画素10(m,n)近傍に位置する、画素10(m+1,n−1)、画素10(m’,n)、画素10(m+1,n)、画素10(m’+1,n)及び画素10(m+1,n+1)などを表示している。
図8では、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)との面積が異なる構成である。このように、表示領域11dの面積を隣接する画素で異ならせてもよい。また、図示しないが、表示領域12dにおいても同様である。
また、図8に示す構成とすることで、図1に示す画素10(m,n+1)は、図8に示す画素10(m’,n)の位置に配置される。
なお、図8において、画素10(m,n)と、画素10(m,n+1)との間隙を間隙dとして表し、画素10(m,n)と、画素10(m’,n)との間隙を間隙dとして表している。間隙dと間隙dとの長さを同じにする、別言すると、表示領域12dと、異なる表示領域12dとの間隙を等間隙とすると好ましい。このような構成とすることで、シャドウマスクの開口部を等間隙とすることができるため、シャドウマスクの機械的強度を高め、蒸着時にシャドウマスクが歪むことを抑制することができる。
図8に示すように、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n+1)及び画素10(m’,n)は、画素10(m,n)と異なる位置に表示領域12dを有する。別言すると、画素10(m,n)と、画素10(m,n+1)とは、隣接して設けられ、画素10(m,n)が有する表示領域12d(m,n)と、画素10(m,n+1)が有する表示領域12d(m,n+1)とは、表示領域11dの内側に設けられる位置が異なる。
図8に示すような表示領域12dの配置とすることで、表示素子12を作り分ける場合の製造歩留りを高めることができる。また、図8に示すような表示領域12dの配置とすることで、隣接する表示素子12から射出される光の干渉を抑制することができる。
また、図示しないが、本発明の一態様は、デルタ配列またはペンタイル配列の画素にも適用できる。
<1−6−2.表示素子の表示領域(2)>
本発明の一態様の表示装置において、表示素子11及び表示素子12の画素10(m,n)における表示領域について、図9乃至図13を用いて説明する。
図9は、画素10(m,n)と、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n−1)及び画素10(m,n+1)との表示領域を説明する模式図である。また、図9において、画素10(m,n)近傍に位置する、画素10(m+1,n−1)、画素10(m+1,n)、及び画素10(m+1,n+1)などを表示している。なお、本明細書等において、画素10(m,n)を第1の画素、画素10(m,n+1)を第2の画素、画素10(m+1,n)を第3の画素とそれぞれ呼称する場合がある。
図9に示す画素10(m,n)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n)と、を有する。また、図9に示す画素10(m,n+1)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n+1)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n+1)と、を有する。また、図9に示す画素10(m+1,n)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m+1,n)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m+1,n)と、を有する。
また、以下の説明において、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)と、表示領域11d(m+1,n)とを、区別しない場合、まとめて表示領域11dとして説明する場合がある。同様に、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)と、表示領域12d(m+1,n)とを、表示領域12dとして説明する場合がある。また、本明細書等において、表示領域11dを第1の表示領域と、表示領域12dを第2の表示領域と、それぞれ呼称する場合がある。
例えば、表示領域11dとしては、光を反射する機能を有し、表示領域12dとしては、光を射出する機能を有する。また、表示領域12dは、表示領域11dの内側に設けられる。また、表示素子11は、表示領域11dと重なる位置に設けられ、表示素子12は、表示領域12dと重なる位置に設けられる。
このように表示領域11dと、表示領域12dの両方を併せ持つ構成とすることで、表示装置の消費電力を低減することができる。例えば、外光が明るい環境下においては、表示素子11が光を反射して表示領域11dに画像を表示させ、外光が暗い環境下においては、表示素子12が光を射出して表示領域12dに画像を表示させることで、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。
ここで、表示領域12dが設けられる位置について、以下説明を行う。
例えば、表示領域12dと重なる位置に設けられる表示素子12にEL素子を用いる場合、当該EL素子の形成方法としては、画素ごとで同じEL素子を用い、着色膜(所謂、カラーフィルタ)を用いて、画素ごとに発光色を変える方式(所謂、カラーフィルタ方式)と、画素ごとにEL素子を作り分けて発光色を変える方式(所謂、色塗り分け方式)と、が挙げられる。また、色純度を向上させるために、色塗り分け方式に着色膜を組み合わせた方式としてもよい。
色塗り分け方式の場合、画素ごとにEL素子を作り分ける必要がある。各色の画素を作り分けるために、シャドウマスク(ファインメタルマスクともいう)の適切な位置に開口部を形成する必要がある。表示装置の画素の密度が高くなる(所謂、高精細になる)と、開口部同士の間隙が狭くなり当該シャドウマスクの強度が低下することで、蒸着時に当該シャドウマスクの変形(例えば、撓みによる変形、歪みによる変形、膨張による変形、収縮による変形など)が起こり、表示装置の作製における歩留りが低下してしまう。
しかしながら、本発明の一態様の表示装置においては、表示領域12dの形状を、図9に示すように少なくとも3組の辺が平行であるとする。なお、本明細書等では表示領域12dの形状の一例として六角形を図示するが、この形状に限定されない。さらに第1の画素と第3の画素における表示領域12dの位置を異なる位置に配置する。このような構成にすることで当該シャドウマスクの開口部の面積を大きくすることができ、また当該シャドウマスクの機械的強度を保ち表示素子12を作り分ける場合の製造歩留りを高めることができる。
なお、第2の表示領域12dの配置を、隣接する画素で同じ位置に配置した場合の一例を図10に示し、隣接する画素で異なる位置に配置した場合の一例を図11に示す。ここで、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)との間隙距離を図10の場合は間隙距離d10、図11の場合には間隙距離d11として示している。
図10に示す間隙距離d10と図11に示す間隙距離d11とを比較した場合、d11>d10との関係になることが分かる。このように、表示領域12dを隣接する画素で異なる位置に配置することで、表示領域12dを隣接する画素で同じ位置に配置する場合に比較し、概ね10%以上間隙を広くすることができる。
図12に表示領域12dの形状を六角形とした場合の画素配列の一例を示す。比較のために表示領域12dの形状を菱形にした場合についても一点鎖線で図示する。表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m,n+1)との間隙距離をd11とし、表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m+1,n)との間隙距離をd12aとする。表示領域12dをいずれの形状としてもd11を変えることなく、表示領域12dの面積を増大することができる。これにより表示品位の高い表示装置を提供することができる。
また、表示領域12dを菱形とした様態に比べて六角形とした様態では、表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m+1,n)との間隙距離d12aが長くなる。ここで第1の画素と第2の画素における第2の表示領域の間隙距離d12aを30μm以上、好ましくは40μm以上とすることで、当該シャドウマスクの機械的強度を高めることができる。当該シャドウマスクの機械的強度を高めることで、蒸着時における当該シャドウマスクの変形を抑制することができるため、表示装置の製造歩留りを高くすることができる。
また、図12に示すように表示領域12dの形状を菱形にした場合、隣り合う表示領域12dの間隙距離d12bが狭くなり、当該シャドウマスクの機械的強度が低下する。蒸着時の当該シャドウマスクの変形を防ぐために表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m+1,n)を2回に分けて作製する必要があるが、表示領域12dを六角形にした様態であれば当該シャドウマスクの開口部同士の間隙を保つことができ、当該シャドウマスクの機械的強度を保つことができる。そのため蒸着時に表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m+1,n)を1回で作製することができ、表示装置の作製コストを下げることができる。
また、色塗り分け方式の場合、同じ表示素子をもつ画素ごとに表示領域12dを作り分ける必要があり、当該シャドウマスクの開口部を所望の位置に配置(アライメントともいう)する精度が要求される。例えば図12における第1の画素と第3の画素における第2の表示領域の間隙d11を20μm以上、好ましくは25μm以上にすることで、表示装置の作製における歩留りを高くすることができる。
また、図12においては、画素10(m,n−1)、画素10(m,n)、及び画素10(m,n+1)の配置を、列方向のストライプ配列について例示したが、これに限定されない。例えば、図13に示す構成としてもよい。
図13は、画素10(m,n)と、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n−1)及び画素10(m,n+1)との表示領域を説明する模式図である。また、図13において、画素10(m,n)近傍に位置する、画素10(m+1,n−1)、画素10(m’,n)、画素10(m+1,n)、画素10(m’+1,n)及び画素10(m+1,n+1)などを表示している。
図13では、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)との面積が異なる構成である。このように、表示領域11dの面積を隣接する画素で異ならせてもよい。また、図示しないが、表示領域12dにおいても同様である。
また、図13に示す構成とすることで、図9に示す画素10(m,n+1)は、図13に示す画素10(m’,n)の位置に配置される。
なお、図13において、画素10(m,n)と、画素10(m,n+1)との間隙を間隙d13として表し、画素10(m,n)と、画素10(m’,n)との間隙を間隙d14として表している。間隙d13と間隙d14との長さを同じにする、別言すると、表示領域12dと、異なる表示領域12dとの間隙を等間隙とすると好ましい。このような構成とすることで、シャドウマスクの開口部を等間隙とすることができるため、シャドウマスクの機械的強度を高め、蒸着時にシャドウマスクが歪むことを抑制することができる。
図13に示すように、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n+1)及び画素10(m’,n)は、画素10(m,n)と異なる位置に表示領域12dを有する。別言すると、画素10(m,n)と、画素10(m,n+1)とは、隣接して設けられ、画素10(m,n)が有する表示領域12d(m,n)と、画素10(m,n+1)が有する表示領域12d(m,n+1)とは、表示領域11dの内側に設けられる位置が異なる。
図13に示すような表示領域12dの配置とすることで、表示素子12を作り分ける場合の製造歩留りを高めることができる。また、図13に示すような表示領域12dの配置とすることで、隣接する表示素子12から射出される光の干渉を抑制することができる。
また、図示しないが、本発明の一態様は、デルタ配列またはペンタイル配列の画素にも適用できる。
<1−6−3.表示素子の表示領域(3)>
本発明の一態様の表示装置において、表示素子11及び表示素子12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)と、画素10(m,n)の列方向に隣接する画素10(m,n−1)及び画素10(m,n+1)との表示領域を説明する模式図である。また、図14において、画素10(m,n)近傍に位置する、画素10(m+1、n−1)、画素10(m+1,n)、及び画素10(m+1,n+1)などを表示している。
図14に示す画素10(m,n)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n)と、を有する。また、図14に示す画素10(m,n+1)は、表示素子11の表示領域として機能する表示領域11d(m,n+1)と、表示素子12の表示領域として機能する表示領域12d(m,n+1)と、を有する。
また、以下の説明において、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)とを、区別しない場合、まとめて表示領域11dとして説明する場合がある。同様に、表示領域12d(m,n)と、表示領域12d(m,n+1)とを、表示領域12dとして説明する場合がある。また、本明細書等において、表示領域11dを第1の表示領域と、表示領域12dを第2の表示領域と、それぞれ呼称する場合がある。
例えば、表示領域11dとしては、入射する光を反射する機能を有し、表示領域12dとしては、光を射出する機能を有する。また、表示領域12dは、表示領域11dの内側に設けられる。また、表示素子11は、表示領域11dと重なる位置に設けられ、表示素子12は、表示領域12dと重なる位置に設けられる。
また、表示領域12dは、表示領域11dよりも面積が小さいと好ましい。このような構成とすることで、表示装置の消費電力を低減することができる。例えば、外光が明るい環境下においては、表示素子11が入射する光を反射して表示領域11dに画像を表示させ、外光が暗い環境下においては、表示素子12が光を射出して表示領域12dに画像を表示させることで、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。
ここで、表示領域12dが設けられる位置について、以下説明を行う。
例えば、表示領域12dと重なる位置に設けられる表示素子12にEL素子を用いる場合、当該EL素子の形成方法としては、画素ごとにEL素子を作り分けて発光色を変える方式(所謂、色塗り分け方式)が挙げられる。また、色純度を向上させるために、色塗り分け方式に着色膜を組み合わせた方式としてもよい。
色塗り分け方式の場合、画素ごとにEL素子を作り分ける必要があり、シャドウマスク(ファインメタルマスクともいう)の開口部を所望の位置に配置(アライメントともいう)する精度が高く要求される。表示装置の画素の密度が高くなる(所謂、高精細になる)と、高いアライメント精度が要求されるため、表示装置の作製における歩留りが低下してしまう。
しかしながら、本発明の一態様の表示装置においては、表示領域12dの配置を、図14に示すように隣接する画素で異なる位置に配置する。このような構成とすることで、表示素子12を作り分ける場合の製造歩留りを高めることができる。
次に、表示領域12dの形状について、以下説明を行う。
開口部の面積が大きいシャドウマスクを用いて表示素子12を作製しても、表示素子12が下方射出型(ボトムエミッション型)の素子の場合、表示領域12dの形状は、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線によって制限される。
表示領域12dを、少なくとも3組以上の平行な辺を有する形状とすることで、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線と重畳しない位置に、表示領域12dを配置できる。表示領域12dの形状を、少なくとも3組以上の平行な辺を有する形状とすることで、表示領域12dの表示を配線が阻害することがなく、高い表示品質を得ることができる。
また、表示領域12dを本発明の一態様の配置及び形状とすることで、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、及び表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線の形状を直線とし、表示領域12dの間に通すこともできる。簡便な形状の配線とすることで、表示装置の製造歩留りを高くすることができるため、好ましい。
また、表示領域12dを本発明の一態様の配置及び形状とすることで、高い表示品質と高い表示装置製造歩留りを両立することができる。
なお、本明細書等において、表示領域12dは八角形を例に説明する。
図14において、画素10(m,n)が有する表示領域12d(m,n)と、隣接する画素10(m,n+1)が有する表示領域12d(m,n+1)の、行方向の辺のうち、表示領域12d(m,n)の表示領域12d(m,n+1)に近い辺と、表示領域12d(m,n+1)の表示領域12d(m,n)に近い辺の、列方向の間隙をd15として示している。間隙d15を10μm以上30μm未満、好ましくは13μm以上30μm未満とすることで、表示装置の製造歩留りを高くすることができる。
また、図14において、画素10(m+1,n)が有する表示領域12d(m+1,n)と、隣接する画素10(m+1,n+1)が有する表示領域12d(m+1,n+1)の、列方向の辺のうち、表示領域12d(m+1,n)の表示領域12d(m+1,n+1)に近い辺と、表示領域12d(m+1,n+1)の表示領域12d(m+1,n)に近い辺の行方向の間隙をd16として示している。間隙d16を10μm以上30μm未満、好ましくは15μm以上30μm未満とすることで、表示装置の製造歩留りを高くすることができる。
また図14において、表示領域12d(m,n)と表示領域12d(m+1,n+1)の間隙をd17として示している。間隙d17を20μm以上、好ましくは25μm以上、さらに好ましくは30μm以上とすることで、表示装置の製造歩留りを高くすることができる。なお、間隙d17が20μm未満の場合、表示装置の作製歩留りが低下してしまう。
なお、間隙d17の距離を図14と変えずに、第2の表示領域12dの面積を図14よりも大きくした場合の表示領域12dの形状の一例を図15に示す。図15において、画素10(m,n)が有する表示領域12d(m,n)と画素10(m,n+1)が有する表示領域12d(m,n+1)の列方向に最短の頂点の間隙をd18として示す。また、画素10(m+1,n)が有する表示領域12d(m+1,n)と画素10(m+1,n+1)が有する表示領域12d(m+1,n+1)の行方向に最短の頂点の間隙をd19として示す。
図14に示す間隙d15と図15に示す間隙d18とを比較した場合、d15>d18の関係になることが分かる。また、図14に示す間隙d16と図15に示す間隙d19をと比較した場合、d16>d19の関係になることが分かる。図15の間隙d18及び間隙d19は小さく、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線を、表示領域12dに重畳せず列方向または行方向に直線で配置することは困難である。
本発明の一態様において、表示領域12dの形状を八角形とすることで、表示領域12dの間隙d17を変えることなく、配線を直線で通すことができる。
図16にd17の距離を図14と変えずに、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線に重畳しない場合の第2の表示領域12dの形状の一例を示す。図16において、画素10(m,n)が有する表示領域12d(m,n)と隣接する画素10(m,n+1)が有する表示領域12d(m,n+1)の、行方向の辺のうち、表示領域12d(m,n)の表示領域12d(m,n+1)に近い辺と、表示領域12d(m,n+1)の表示領域12d(m,n)に近い辺の列方向の間隙をd20として示している。
また、図16において、画素10(m+1,n)が有する表示領域12d(m+1,n)と、隣接する画素10(m+1,n+1)が有する表示領域12d(m+1,n+1)の、列方向の辺のうち、表示領域12d(m+1,n)の表示領域12d(m+1,n+1)に近い辺と、表示領域12d(m+1,n+1)の表示領域12d(m+1,n)に近い辺の行方向の間隙をd21として示している。
図14に示す間隙d15と図16に示す間隙d20とを比較した場合、d20>d15の関係になることが分かる。また、図14に示す間隙d16と図16に示す間隙d21とを比較した場合、d21>d16の関係になることが分かる。図16の間隙d20及び間隙d21は、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線を、表示領域12dに重畳せず列方向または行方向に直線で配置することができる。
しかしながら、図16に示すように、本発明の一態様である表示領域12dの形状を八角形にした場合に比べ、表示領域12dの面積は小さくなることが分かる。
このように、表示領域12dの形状を八角形にすることで、表示領域11dに電気的に接続する第1のトランジスタに接続される配線、および表示領域12dに電気的に接続する第2のトランジスタに接続される配線に重畳しないことに加え、表示領域12dの面積を大きくすることができるため、高い表示品質を得ることができ、好ましい。
また、本発明の一態様の表示装置においては、表示領域11dよりも表示領域12dの面積が小さい。よって、塗り分け方式のEL素子の場合、シャドウマスクの開口部を小さくすることができる。よって、当該シャドウマスクの機械的強度を高めることができる。シャドウマスクの機械的強度を高めることで、シャドウマスクの変形(例えば、撓みによる変形、歪みによる変形、膨張による変形、収縮による変形など)を抑制することができるため、製造歩留りを高くすることができる。
また、図14に示すような表示領域12dの配置とすることで、隣接する表示素子12から射出される光の干渉を抑制することができる。
また、図14においては、画素10(m,n−1)、画素10(m,n)、及び画素10(m,n+1)の配置を、列方向のストライプ配列について例示したが、これに限定されない。
たとえば、表示領域11d(m,n)と、表示領域11d(m,n+1)との面積が異なる構成である。表示領域11dの面積を隣接する画素で異ならせてもよい。また、表示領域12dにおいても同様である。
また、図示しないが、本発明の一態様は、デルタ配列またはペンタイル配列の画素にも適用できる。
<1−7.表示装置の構成例(上面)>
次に、図19に示す表示装置500の具体的な構成例について、図21(A)(B)、図22(A)(B)及び図23を用いて説明を行う。
図21(A)(B)は、表示装置500の上面図である。先の説明の通り、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。また、図21(A)(B)では、画素部502が有する画素10(m,n)を模式的に表している。また、図21(A)(B)では、表示装置500には、FPC(Flexible Printed Circuit)が電気的に接続されている。
また、図22(A)は、図21(A)に示す画素10(m,n)と、画素10(m,n)に隣接して配置される、画素10(m,n+1)の一態様を模式的に表した上面図である。図22(A)に示す信号線SL_n、SL_n+1、SE_n、SE_n+1、走査線GL_m、GE_m、コモン線COM_m、及びトランジスタTr1、Tr2、Tr3は、図20に示す符号にそれぞれ対応する。また、図22(A)において、表示領域11dと、表示領域12dは、図1に示す符号にそれぞれ対応する。また、図22(A)に示すコモン線COM_m+1は、画素10(m,n)に隣接して配置される、画素10(m+1,n)が有するコモン線を表している。
また、図22(B)は、図21(A)に示す画素10(m,n)と、画素10(m,n)に隣接して配置される、画素10(m,n+1)の別の一態様を模式的に表した上面図である。図22(B)に示す信号線SL_n、SL_n+1、SE_n、SE_n+1、走査線GL_m、GE_m、コモン線COM_m、及びトランジスタTr1、Tr2、Tr3は、図20に示す符号にそれぞれ対応する。また、図22(B)において、表示領域11dと、表示領域12dは、図1に示す符号にそれぞれ対応する。また、図22(B)に示すコモン線COM_m+1は、画素10(m,n)に隣接して配置される、画素10(m+1,n)が有するコモン線を表している。
また、図23は、図21(B)に示す画素10(m,n)と、画素10(m,n)に隣接して配置される、画素10(m,n+1)の別の一態様を模式的に表した上面図である。図23に示す信号線SL_n、SL_n+1、SE_n、SE_n+1、走査線GL_m、GE_ma、GE_mb、コモン線COM_m及びトランジスタTr1、Tr2、Tr3は、図20に示す符号にそれぞれ対応する。また、図23において、表示領域11dと、表示領域12dは、図14に示す符号にそれぞれ対応する。
<1−8.表示装置の構成例(断面)>
次に、表示装置500の断面構造について、図24及び図25を用いて説明する。
図24は、図21(A)に示す、一点鎖線A1−A2、A3−A4、A5−A6、A7−A8、A9−A10、A11−A12の切断面に相当する断面図である。図25は、図21(B)及び図23に示す、一点鎖線A1−A2、A3−A4、A5−A6、A7−A8、A9−A10、A11−A12、A13−A14の切断面に相当する断面図である。
なお、図24において、一点鎖線A1−A2は、表示装置500にFPCが取り付けられた領域に、一点鎖線A3−A4は、ゲートドライバ回路部504aが設けられた領域に、一点鎖線A5−A6は、表示素子11及び表示素子12が設けられた領域に、一点鎖線A7−A8は、表示素子11が設けられた領域に、一点鎖線A9−A10は、表示装置500の接続領域に、一点鎖線A11−A12は、表示装置500の端部近傍の領域に、それぞれ相当する。また、図25において、一点鎖線A1−A2は、表示装置500にFPCが取り付けられた領域に、一点鎖線A3−A4は、ゲートドライバ回路部504aが設けられた領域に、一点鎖線A5−A6及び一点鎖線A9−A10は、表示素子11が設けられた領域に、一点鎖線A7−A8は、表示素子12が設けられた領域に、一点鎖線A11−A12は、表示装置500の接続領域に、一点鎖線A13−A14は、表示装置500の端部近傍の領域に、それぞれ相当する。
図24及び図25において、表示装置500は、基板452と、基板652との間に、表示素子11と、表示素子12と、トランジスタTr1と、トランジスタTr3と、トランジスタTr4と、を有する。また、基板652上には、機能膜626が設けられる。
なお、先の説明の通り、表示素子11は、入射する光を反射する機能を有し、表示素子12は、光を射出する機能を有する。図24及び図25において、表示素子11に入射する光が反射する光を破線の矢印で模式的に表している。また、表示素子12が射出する光を二点鎖線の矢印で模式的に表している。
[画素の断面]
まず、図24に示す一点鎖線A5−A6、及び一点鎖線A7−A8の詳細について、図26を用いて説明する。図26は、図24に示す一点鎖線A5−A6及び一点鎖線A7−A8の一部の構成要素を拡大し、且つ上下を反転した断面図に相当する。また、図25に示す一点鎖線A5−A6、一点鎖線A7−A8及び一点鎖線A9−A10の詳細について、図27を用いて説明する。図27は、図25に示す、一点鎖線A5−A6、一点鎖線A7−A8及び一点鎖線A9−A10の一部の構成要素を拡大した断面図に相当する。なお、図26及び図27において、図面の煩雑さを避けるため、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
表示素子11は、導電膜403bと、液晶層620と、導電膜608と、を有する。なお、導電膜403bは画素電極としての機能を有し、導電膜608は対向電極としての機能を有する。また、導電膜403bは、トランジスタTr1と、電気的に接続されている。
また、表示素子11は、導電膜403bと電気的に接続される導電膜405b、405cを有する。導電膜405b、405cは、入射する光を反射する機能を有する。すなわち、導電膜405b、405cは、反射膜として機能する。また、当該反射膜には、入射する光を透過する開口部450が設けられる。図26及び図27においては、開口部450によって、反射膜として機能する導電膜が島状に分離され、トランジスタTr1の下方には導電膜405cが、トランジスタTr3の下方には導電膜405bが配置される。なお、開口部450から表示素子12の光が射出されるため、開口部450が図22(A)(B)、または図23に示す表示領域12d(m,n)に相当する。
また、表示素子12は、開口部450に向けて光を射出する機能を有する。また、本発明の一態様において、表示素子12はトランジスタ側へ向けて発光するため、表示素子12は下方射出型(ボトムエミッション型)の発光素子となる。
また、表示素子12は、導電膜417と、EL層419と、導電膜420と、を有する。なお、導電膜417は、画素電極及びアノード電極としての機能を有し、導電膜420は対向電極及びカソード電極としての機能を有する。なお、本実施の形態においては、導電膜417がアノード電極として機能し、導電膜420がカソード電極としての機能を有する構成について説明するが、これに限定されない。例えば、導電膜417がカソード電極として機能し、導電膜420がアノード電極として機能してもよい。
また、導電膜421は、表示素子11と表示素子12の間に設けられ、表示素子11の保持容量を形成している。容量をトランジスタと重ねて設けることで、表示領域11d及び表示領域12dの面積を大きくすることができ、好ましい。
また、導電膜417は、トランジスタTr3と電気的に接続されている。
また、トランジスタTr1及びトランジスタTr3は、図26及び図27に示すように、スタガ型(トップゲート構造ともいう)であると好ましい。スタガ型構造のトランジスタとすることで、ゲート電極とソース電極及びドレイン電極との間に生じうる寄生容量を低減することができる。ただし、本発明の一態様は、これに限定されず、逆スタガ型(ボトムゲート構造ともいう)のトランジスタを用いてもよい。
また、図26において、トランジスタTr1は、絶縁膜406及び絶縁膜408上に形成され、絶縁膜408上の金属酸化物膜409cと、金属酸化物膜409c上の絶縁膜410cと、絶縁膜410c上の金属酸化物膜411cと、を有する。絶縁膜410cは、ゲート絶縁膜としての機能を有し、金属酸化物膜411cはゲート電極としての機能を有する。また、図27において、トランジスタTr1は、絶縁膜408上に形成され、絶縁膜408上の金属酸化物膜409cと、金属酸化物膜409c上の絶縁膜410cと、絶縁膜410c上の金属酸化物膜411cと、を有する。絶縁膜410cは、ゲート絶縁膜としての機能を有し、金属酸化物膜411cはゲート電極としての機能を有する。
また、金属酸化物膜409c及び金属酸化物膜411c上には、絶縁膜412、413が設けられる。また、絶縁膜412、413には、金属酸化物膜409cに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜414f、414gが金属酸化物膜409cに電気的に接続される。導電膜414f、414gは、それぞれトランジスタTr1のソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。
また、トランジスタTr1上には、絶縁膜416、418が設けられる。
また、図26において、トランジスタTr3は、絶縁膜406上に形成され、絶縁膜406上の導電膜407bと、導電膜407b上の絶縁膜408と、絶縁膜408上の金属酸化物膜409bと、金属酸化物膜409b上の絶縁膜410bと、絶縁膜410b上の金属酸化物膜411bと、を有する。また、図27において、トランジスタTr3は、絶縁膜422上に形成され、絶縁膜422上の導電膜407bと、導電膜407b上の絶縁膜408と、絶縁膜408上の金属酸化物膜409bと、金属酸化物膜409b上の絶縁膜410bと、絶縁膜410b上の金属酸化物膜411bと、を有する。図26及び図27において、導電膜407bは、第1のゲート電極としての機能を有し、絶縁膜408は、第1のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜410bは、第2のゲート絶縁膜としての機能を有し、金属酸化物膜411bは第2のゲート電極としての機能を有する。
また、金属酸化物膜409b及び金属酸化物膜411b上には、絶縁膜412、413が設けられる。また、絶縁膜412、413には、金属酸化物膜409bに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜414d、414eが金属酸化物膜409bに電気的に接続される。導電膜414d、414eは、それぞれトランジスタ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。
また、導電膜414eは、絶縁膜408、412、413に設けられた開口部を介して導電膜407fと電気的に接続される。なお、導電膜407fは、導電膜407bと同じ工程で作製され、接続電極としての機能を有する。
また、トランジスタTr3上には、絶縁膜416及び導電膜417が設けられる。なお、絶縁膜416には、導電膜414dに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜414dと導電膜417とが電気的に接続される。
また、導電膜417上には、絶縁膜418、EL層419、及び導電膜420が設けられる。なお、絶縁膜418には、導電膜417に達する開口部が設けられ、当該開口部を介して導電膜417と、EL層419とが電気的に接続される。
また、導電膜420は、封止材454を介して、基板452と接着されている。
また、基板452と対向する基板652上には、着色膜604、絶縁膜606、及び導電膜608が設けられる。また、基板652の下方には、機能膜626が設けられる。なお、表示素子11にて反射される光、及び表示素子12から射出される光は、着色膜604、機能膜626等を介して取り出される。
また、図26及び図27に示すように、表示素子11は、液晶層620に接する配向膜618a、618bを有する。なお、配向膜618a、618bを、設けない構成としてもよい。
また、図26及び図27に示すように、トランジスタTr1及びトランジスタTr3の構造とすることで、回路面積を縮小させることができる。具体的には、トランジスタTr1においては、ゲート電極として機能する金属酸化物膜411cが設けられたシングルゲートのトランジスタである。一方で、トランジスタTr3においては、第1のゲート電極として機能する導電膜407bと、第2のゲート電極として機能する金属酸化物膜411bが設けられたマルチゲートのトランジスタである。なお、本発明の一態様の表示装置に用いるトランジスタ構造としては、上記に限定されない。例えば、トランジスタTr1及びトランジスタTr3ともに、シングルゲート構造またはマルチゲート構造としてもよい。
[FPC領域及びゲートドライバ回路部の断面]
次に、図24に示す一点鎖線A1−A2、及び一点鎖線A3−A4の詳細について、図28を用いて説明する。図28は、図24に示す一点鎖線A1−A2及び一点鎖線A3−A4の構成要素を拡大し、且つ上下を反転した断面図に相当する。また、図25に示す一点鎖線A1−A2、及び一点鎖線A3−A4の詳細について、図29を用いて説明する。図29は、図25に示す一点鎖線A1−A2及び一点鎖線A3−A4の構成要素を拡大した断面図に相当する。なお、図28及び図29において、図面の煩雑さを避けるため、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
図28及び図29に示すFPCは、ACF(異方性導電フィルム(Anisotropic Conductive Film))を介して導電膜403aと電気的に接続されている。また、導電膜403a上には、絶縁膜404が設けられる。なお、絶縁膜404には、導電膜403aに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して導電膜403aと、導電膜405aとが電気的に接続されている。
また、図28において、導電膜405a上には絶縁膜406が設けられる。なお、絶縁膜406には、導電膜405aに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜405aと、導電膜407aとが電気的に接続されている。また、図29において、導電膜405a上には絶縁膜406が設けられる。さらに、導電膜405a及び絶縁膜406上に絶縁膜422が設けられる。なお、絶縁膜406及び絶縁膜422には、導電膜405aに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜405aと、導電膜407aとが電気的に接続されている。
また、図28及び図29において、導電膜407a上には、絶縁膜408、412、413が設けられる。なお、絶縁膜408、412、413には、導電膜407aに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して導電膜407aと導電膜414aとが電気的に接続されている。
また、絶縁膜413及び導電膜414a上には、絶縁膜416、418が設けられる。絶縁膜418は、封止材454を介して基板452と接着されている。
図28に示すトランジスタTr4は、ゲートドライバ回路部504aが有するトランジスタに相当する。
図29に示すトランジスタTr4は、ゲートドライバ回路部404aが有するトランジスタに相当する。
トランジスタTr4は、絶縁膜422上に形成され、絶縁膜422上の導電膜407eと、導電膜407e上の絶縁膜408と、絶縁膜408上の金属酸化物膜409aと、金属酸化物膜409a上の絶縁膜410aと、絶縁膜410a上の金属酸化物膜411aと、を有する。導電膜407eは、第1のゲート電極としての機能を有する。また、絶縁膜410aは、第2のゲート絶縁膜としての機能を有し、金属酸化物膜411aは第2のゲート電極としての機能を有する。
また、金属酸化物膜409a及び金属酸化物膜411a上には、絶縁膜412、413が設けられる。また、絶縁膜412、413には、金属酸化物膜409aに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜414b、414cが金属酸化物膜409aに電気的に接続される。導電膜414b、414cは、それぞれトランジスタTr4のソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。
また、トランジスタTr4は、先に説明したトランジスタTr3と同様にマルチゲート構造のトランジスタである。ゲートドライバ回路部404aにマルチゲート構造のトランジスタを用いることで、電流駆動能力を向上させることができるため好適である。また、マルチゲート構造のトランジスタを用いることで、電流駆動能力が向上するため、駆動回路の幅を狭くすることが可能となる。
また、トランジスタTr4上には、絶縁膜416、418が設けられる。また、絶縁膜418は、封止材454を介して、基板452と接着されている。
また、基板452と対向する、基板652上には、遮光膜602、絶縁膜606、及び導電膜608が設けられる。
また、導電膜608上のトランジスタTr4と重畳する位置に、構造体610aが形成されている。なお、構造体610aは、液晶層620の厚さを制御する機能を有する。また、図28及び図29においては、構造体610aと絶縁膜404との間に、配向膜618a、618bを有する。ただし、構造体610aと絶縁膜404との間に、配向膜618a、618bが形成されなくてもよい。
また、基板652の端部には、シール材622が設けられる。なお、シール材622は、基板652と、導電膜403aとの間に設けられる。
[接続領域及び端部近傍の領域の断面]
次に、図24に示す一点鎖線A9−A10、及び一点鎖線A11−A12の詳細について、図30を用いて説明する。図30は、図24に示す一点鎖線A9−A10及び一点鎖線A11−A12の構成要素を拡大し、且つ上下を反転した断面図に相当する。また、図25に示す一点鎖線A11−A12、及び一点鎖線A13−A14の詳細について、図31を用いて説明する。図31は、図25に示す一点鎖線A11−A12、及び一点鎖線A13−A14の構成要素を拡大した断面図に相当する。なお、図30及び図31において、図面の煩雑さを避けるため、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
図30及び図31において、導電膜608と、導電膜403cとは、導電体624を介して電気的に接続されている。なお、導電体624は、シール材622中に含まれる。また、導電膜608は、基板652、遮光膜602、及び絶縁膜606上に設けられる。
また、図30において、導電膜403c上には、絶縁膜404が設けられる。絶縁膜404には、導電膜403cに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜403cと導電膜405dとが電気的に接続されている。また、導電膜405d上には、絶縁膜406が設けられる。絶縁膜406には、導電膜405dに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜405dと導電膜407dとが電気的に接続されている。
また、図31において、導電膜403c上には、絶縁膜404が設けられる。絶縁膜404には、導電膜403cに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜403cと導電膜405dとが電気的に接続されている。また、導電膜405d上には、絶縁膜406が設けられる。さらに、絶縁膜406上に絶縁膜422が設けられる。絶縁膜406及び絶縁膜422には、導電膜405dに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜405dと導電膜407dとが電気的に接続されている。
また、導電膜407d上には、絶縁膜408、412、413が設けられる。絶縁膜408、412、413には、導電膜407dに達する開口部が設けられ、当該開口部を介して、導電膜407dと導電膜414hとが電気的に接続されている。また、導電膜414h上には、絶縁膜416、418が設けられる。また、絶縁膜418は、封止材454を介して基板452と接着される。
また、基板452、652の端部には、シール材622が設けられる。なお、シール材622は、基板652と、絶縁膜404との間に設けられる。
<1−9−1.表示装置の作製方法>
次に、図24に示す表示装置500の作製方法について、図32乃至図37を用いて説明する。なお、図32乃至図37は、表示装置500の作製方法を説明する断面図である。
まず、基板401上に導電膜402を形成する。その後、導電膜402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403a、403b、403cを形成する(図32(A)参照)。
導電膜402は、剥離層としての機能を有し、導電膜403a、403cは、接続電極としての機能を有し、導電膜403bは、画素電極としての機能を有する。
次に、導電膜402、及び導電膜403a、403b、403c上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜404を形成する。続いて、導電膜403a、403b、403c、及び絶縁膜404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405a、405b、405c、405dを形成する(図32(B)参照)。
絶縁膜404としては、導電膜403a、403b、403cが重なる位置に開口部を有する。また、当該開口部を介して、導電膜403a、403b、403cと、導電膜405a、405b、405c、405dとが、電気的に接続される。
次に、絶縁膜404、及び導電膜405a、405b、405c、405d上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜406を形成する。続いて、導電膜405a、405b、405c、405d及び絶縁膜406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407a、407b、407c、407d、407e、407f、407gを形成する(図32(C)参照)。
絶縁膜406としては、導電膜405a、405c、405dが重なる位置に開口部を有する。また、当該開口部を介して、導電膜405a、405c、405dと、導電膜407a、407c、407dとが、電気的に接続される。
次に、絶縁膜406、及び導電膜407a、407b、407c、407d、407e、407f、407g上に絶縁膜408を形成する。続いて、絶縁膜408上に金属酸化物膜を成膜し、当該金属酸化物膜を島状に加工することで、金属酸化物膜409a、409b、409cを形成する(図33(A)参照)。
次に、絶縁膜408、及び金属酸化物膜409a、409b、409c上に絶縁膜及び金属酸化物膜を成膜し、当該絶縁膜及び当該金属酸化物膜を所望の形状に加工することで、島状の絶縁膜410a、410b、410cと、島状の金属酸化物膜411a、411b、411cと、を形成する(図33(B)参照)。
次に、絶縁膜408、金属酸化物膜409a、409b、409c上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜412、413を形成する(図33(C)参照)。
なお、図33(C)においては、絶縁膜412と、絶縁膜413との2層の積層構造について例示したが、これに限定されない。例えば、絶縁膜412の単層構造、絶縁膜413の単層構造、または絶縁膜412、413と、他の絶縁膜が積層された3層以上の積層構造としてもよい。また、絶縁膜412、413に開口部を設ける際に、絶縁膜408の一部にも開口部が設けられる。なお、絶縁膜408、412、413に設けられる開口部は、導電膜407a、407c、407d、407fに達する。
次に、絶縁膜413上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414hを形成する(図34(A)参照)。
導電膜414b、414cは、トランジスタTr4のソース電極及びドレイン電極として機能する。また、導電膜414d、414e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機能する。また、導電膜414f、414gは、トランジスタTr1のソース電極及びドレイン電極として機能する。
なお、トランジスタTr1において、導電膜414gは、導電膜407c及び導電膜405cを介して、導電膜403bと電気的に接続される。トランジスタTr1により、導電膜403bの電位を制御することができる。
次に、トランジスタTr1、Tr3、Tr4を覆うように絶縁膜416を形成する。なお、絶縁膜416は、導電膜414dと重なる領域に開口部を有する。続いて、絶縁膜416及び導電膜414d上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜417を形成する。続いて、絶縁膜416及び導電膜417上の所望の領域に絶縁膜418を形成する。なお、絶縁膜418は、導電膜417と重なる領域に開口部を有する(図34(B)参照)。
次に、導電膜417、及び絶縁膜418上にEL層419を形成し、続けてEL層419上に導電膜420を形成する(図34(C)参照)。
導電膜417、EL層419、及び導電膜420により、表示素子12が形成される。なお、導電膜417が表示素子12の一対の電極の一方として機能し、導電膜420が表示素子12の一対の電極の他方として機能する。また、図示しないが、EL層419は、色要素(RGB)ごとに作り分ける。なお、表示素子12の作製方法については、実施の形態2で詳細を説明する。
以上の工程で、基板401上に形成される素子を作製することができる。
次に、基板452と対向して配置される基板652の作製方法について、図35(A)(B)(C)を用いて以下説明する。
まず、基板652上に遮光膜602を形成する。その後、基板652及び遮光膜602上に着色膜604を形成する(図35(A)参照)。
次に、遮光膜602及び着色膜604上に絶縁膜606を形成する。その後、絶縁膜606上に導電膜608を形成する(図35(B)参照)。
次に、導電膜608上の所望の領域に構造体610a、610bを形成する。その後、導電膜608及び構造体610a、610b上に配向膜618bを形成する(図35(C)参照)。
なお、配向膜618bは、設けない構成としてもよい。また、本実施の形態においては、構造体610a、610bを基板652上に形成する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、先に示す基板401上に形成される素子上に構造体610a、610bを形成してもよい。
以上の工程で、基板652上に形成する素子を作製することができる。
次に、基板401上に形成された素子を、基板401から剥離する。具体的には、基板401上に形成された導電膜402と、導電膜402上に形成された導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404との界面で剥離する。当該剥離の方法としては、基板401上に形成された素子上に封止材454を形成する。その後、封止材454上に基板452を貼り合わせ、導電膜402の界面から素子を剥離する(図36(A)参照)。
導電膜402の界面から素子を剥離した際に、導電膜403a、403b、403cの表面(図36(A)においては、導電膜403a、403b、403cの裏面)が露出する。なお、導電膜403a、403b、403cの表面に、絶縁膜または異物等が付着している場合においては、洗浄処理、アッシング処理、またはエッチング処理等を行い、当該絶縁膜及び当該異物等を除去すると好ましい。
また、導電膜402の界面から素子を剥離する際に、導電膜402と、導電膜402上に形成された導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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402の界面から素子を剥離する際に、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402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402としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、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、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402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402の表面状態を変えることにより、導電膜402と後に形成される導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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402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402を設けない構成としてもよい。この場合、導電膜402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。
また、導電膜402の代わりに上記有機樹脂膜を用いる場合、基板401上に形成される素子の剥離方法としては、基板401の下方側から、レーザ光を照射することで、当該有機樹脂膜が脆弱化し、基板401と有機樹脂膜との界面、または有機樹脂膜と導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404との界面で剥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401と導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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。
次に、素子を反転して、基板452を下方に配置し、絶縁膜404及び導電膜403b上に配向膜618aを形成する(図36(B)参照)。
次に、基板452上の素子と、基板652上の素子とを貼り合わせ、シール材622を用いて封止する。その後、基板452と、基板652との間に液晶層620を形成し、表示素子11を形成する(図37参照)。
なお、導電膜403c上のシール材622中には、導電体624が設けられる。導電体624としては、ディスペンサ法等を用いてシール材622中の所望の領域に、導電性の粒子を散布すればよい。なお、導電体624を介して、導電膜403cと導電膜608とが電気的に接続される。
次に、基板652上に機能膜626を形成する(図37参照)。なお、機能膜626は、形成しなくてもよい。
その後、導電膜403aにACFを介してFPCを接着する。なお、ACFの代わりにACP(異方性導電ペースト(Anisotropic Conductive Paste))を用いてもよい。
以上の工程で、図24に示す表示装置500を作製することができる。
<1−9−2.表示装置の作製方法>
次に、図23に示す表示装置500の作製方法について、図38乃至図43を用いて説明する。なお、図38乃至図43は、表示装置500の作製方法を説明する断面図である。
まず、基板401上に導電膜402を形成する。その後、導電膜402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403a、403b、403cを形成する(図38(A)参照)。
導電膜402は、剥離層としての機能を有し、導電膜403a、403cは、接続電極としての機能を有し、導電膜403bは、画素電極としての機能を有する。
次に、導電膜402、及び導電膜403a、403b、403c上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜404を形成する。続いて、導電膜403a、403b、403c、及び絶縁膜404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405a、405b、405c、405dを形成する(図38(B)参照)。
絶縁膜404としては、導電膜403a、403b、403cが重なる位置に開口部を有する。また、当該開口部を介して、導電膜403a、403b、403cと、導電膜405a、405b、405c、405dとが、電気的に接続される。
次に、絶縁膜404、及び導電膜405a、405b、405c、405d上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜406を形成する。
続いて、絶縁膜406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421を形成する。
さらに、導電膜421上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜422を形成する。
その後、導電膜421及び絶縁膜422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407a、407b、407c、407d、407e、407fを形成する(図38(C)参照)。
絶縁膜406及び絶縁膜422としては、導電膜405a、405c、405dが重なる位置に開口部を有する。また、当該開口部を介して、導電膜405a、405c、405dと、導電膜407a、407c、407dとが、電気的に接続される。
次に、絶縁膜422及び導電膜407a、407b、407c、407d、407e、407f上に絶縁膜408を形成する。続いて、絶縁膜408上に金属酸化物膜を成膜し、当該金属酸化物膜を島状に加工することで、金属酸化物膜409a、409b、409cを形成する(図39(A)参照)。
次に、絶縁膜408、及び金属酸化物膜409a、409b、409c上に絶縁膜及び金属酸化物膜を成膜し、当該絶縁膜及び当該金属酸化物膜を所望の形状に加工することで、島状の絶縁膜410a、410b、410cと、島状の金属酸化物膜411a、411b、411cと、を形成する(図39(B)参照)。
次に、絶縁膜408、金属酸化物膜409a、409b、409c上に絶縁膜を成膜し、当該絶縁膜の所望の領域に開口部を形成することで、絶縁膜412、413を形成する(図39(C)参照)。
なお、図39(C)においては、絶縁膜412と、絶縁膜413との2層の積層構造について例示したが、これに限定されない。例えば、絶縁膜412の単層構造、絶縁膜413の単層構造、または絶縁膜412、413と、他の絶縁膜が積層された3層以上の積層構造としてもよい。また、絶縁膜412、413に開口部を設ける際に、絶縁膜408の一部にも開口部が設けられる。なお、絶縁膜408、412、413に設けられる開口部は、導電膜407a、407c、407d、407fに達する。
次に、絶縁膜413上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414hを形成する(図40(A)参照)。
導電膜414b、414cは、トランジスタTr4のソース電極及びドレイン電極として機能する。また、導電膜414d、414e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機能する。また、導電膜414f、414gは、トランジスタTr1のソース電極及びドレイン電極として機能する。
なお、トランジスタTr1において、導電膜414gは、導電膜407c及び導電膜405cを介して、導電膜403bと電気的に接続される。トランジスタTr1により、導電膜403bの電位を制御することができる。
次に、トランジスタTr1、Tr3、Tr4を覆うように絶縁膜416を形成する。なお、絶縁膜416は、導電膜414dと重なる領域に開口部を有する。続いて、絶縁膜416及び導電膜414d上に導電膜を成膜し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜417を形成する。続いて、絶縁膜416及び導電膜417上の所望の領域に絶縁膜418を形成する。なお、絶縁膜418は、導電膜417と重なる領域に開口部を有する(図40(B)参照)。
次に、導電膜417、及び絶縁膜418上にEL層419を形成し、続けてEL層419上に導電膜420を形成する(図40(C)参照)。
導電膜417、EL層419、及び導電膜420により、表示素子12が形成される。なお、導電膜417が表示素子12の一対の電極の一方として機能し、導電膜420が表示素子12の一対の電極の他方として機能する。また、図示しないが、EL層419は、色要素(RGB)ごとに作り分ける。なお、表示素子12の作製方法については、実施の形態2で詳細を説明する。
以上の工程で、基板401上に形成される素子を作製することができる。
次に、基板452と対向して配置される基板652の作製方法について、図41(A)(B)(C)を用いて以下説明する。
まず、基板652上に遮光膜602を形成する。その後、基板652及び遮光膜602上に着色膜604を形成する(図41(A)参照)。
次に、遮光膜602及び着色膜604上に絶縁膜606を形成する。その後、絶縁膜606上に導電膜608を形成する(図41(B)参照)。
次に、導電膜608上の所望の領域に構造体610a、610bを形成する。その後、導電膜608及び構造体610a、610b上に配向膜618bを形成する(図41(C)参照)。
なお、配向膜618bは、設けない構成としてもよい。また、本実施の形態においては、構造体610a、610bを基板652上に形成する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、先に示す基板401上に形成される素子上に構造体610a、610bを形成してもよい。
以上の工程で、基板652上に形成する素子を作製することができる。
次に、基板401上に形成された素子を、基板401から剥離する。具体的には、基板401上に形成された導電膜402と、導電膜402上に形成された導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404との界面で剥離する。当該剥離の方法としては、基板401上に形成された素子上に封止材454を形成する。その後、封止材454上に基板452を貼り合わせ、導電膜402の界面から素子を剥離する(図42(A)参照)。
導電膜402の界面から素子を剥離した際に、導電膜403a、403b、403cの表面(図42(A)においては、導電膜403a、403b、403cの裏面)が露出する。なお、導電膜403a、403b、403cの表面に、絶縁膜または異物等が付着している場合においては、洗浄処理、アッシング処理、またはエッチング処理等を行い、当該絶縁膜及び当該異物等を除去すると好ましい。
また、導電膜402の界面から素子を剥離する際に、導電膜402と、導電膜402上に形成された導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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402の界面から素子を剥離する際に、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402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402としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、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、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402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402の表面状態を変えることにより、導電膜402と後に形成される導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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402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402を設けない構成としてもよい。この場合、導電膜402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。
また、導電膜402の代わりに上記有機樹脂膜を用いる場合、基板401上に形成される素子の剥離方法としては、基板401の下方側から、レーザ光を照射することで、当該有機樹脂膜が脆弱化し、基板401と有機樹脂膜との界面、または有機樹脂膜と導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404との界面で剥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401と導電膜403a、403b、403c及び絶縁膜404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。
次に、素子を反転して、基板452を下方に配置し、絶縁膜404及び導電膜403b上に配向膜618aを形成する(図42(B)参照)。
次に、基板452上の素子と、基板652上の素子とを貼り合わせ、シール材622を用いて封止する。その後、基板452と、基板652との間に液晶層620を形成し、表示素子11を形成する(図43参照)。
なお、導電膜403c上のシール材622中には、導電体624が設けられる。導電体624としては、ディスペンサ法等を用いてシール材622中の所望の領域に、導電性の粒子を散布すればよい。なお、導電体624を介して、導電膜403cと導電膜608とが電気的に接続される。
次に、基板652上に機能膜626を形成する(図43参照)。なお、機能膜626は、形成しなくてもよい。
その後、導電膜403aにACFを介してFPCを接着する。なお、ACFの代わりにACP(異方性導電ペースト(Anisotropic Conductive Paste))を用いてもよい。
以上の工程で、図25に示す表示装置500を作製することができる。
<1−10−1.表示装置の変形例1(1)>
また、図24に示す表示装置500に、タッチパネルを設ける構成としてもよい。当該タッチパネルとしては、静電容量方式(表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等)を好適に用いることができる。
表示装置500にタッチパネルを設ける構成について、図44乃至図46を用いて説明する。
図44は表示装置500にタッチパネル691を設ける構成の断面図であり、図45は表示装置500にタッチパネル692を設ける構成の断面図であり、図46は表示装置500にタッチパネル693を設ける構成の断面図である。
まず、図44に示すタッチパネル691について、以下説明を行う。
図44に示すタッチパネル691は、基板652と着色膜604との間に設けられる、所謂インセル型である。タッチパネル691は、遮光膜602、及び着色膜604を形成する前に、基板652上に形成すればよい。
なお、タッチパネル691は、遮光膜662と、絶縁膜663と、電極664と、電極665と、絶縁膜666と、電極667と、絶縁膜668と、を有する。例えば、指やスタイラスなどの被検知体が近接することで、電極664と、電極665との相互容量の変化を検知することができる。
また、図44に示すトランジスタTr4の上方においては、電極664と、電極665との交差部を明示している。電極667は、絶縁膜666に設けられた開口部を介して、電極665を挟む2つの電極664と電気的に接続されている。なお、図44においては、電極667が設けられる領域をゲートドライバ回路部504aに相当する領域に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、画素10(m,n)が設けられる領域に形成してもよい。
電極664及び電極665は、遮光膜662と重なる領域に設けられる。また、図44に示すように、電極664は、表示素子12と重ならないように設けられると好ましい。別言すると、電極664は、表示素子12と重なる領域に開口部を有する。すなわち、電極664はメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、電極664は、表示素子12が射出する光を遮らない構成とすることができる。したがって、タッチパネル691を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示装置を実現できる。なお、電極665も同様の構成とすればよい。
また、電極664及び電極665が表示素子12と重ならないため、電極664及び電極665には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。そのため、可視光の透過率が高い酸化物材料を用いた電極と比較して、電極664及び電極665の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネルのセンサ感度を向上させることができる。
次に、図45に示すタッチパネル692及び図46に示すタッチパネル693について、以下説明を行う。
図45に示すタッチパネル692は、基板652の上方に設けられる、所謂オンセル型である。タッチパネル692は、タッチパネル691と同様の構成を有する。
図46に示すタッチパネル693は、基板672上に設けられ、接着材674を介して基板652と接着されている。タッチパネル693は、所謂アウトセル型(外付け型ともいう)である。タッチパネル693は、タッチパネル691と同様の構成を有する。また、タッチパネル693は、タッチパネル691の構成に加え、基板670を有する。基板670は、タッチパネル693を保護するための機能を有する。ただし、基板670を設けない構成としてもよい。
このように、本発明の一態様の表示装置は、様々な形態のタッチパネルと組み合わせて用いることができる。
<1−10−2.表示装置の変形例1(2)>
また、図25に示す表示装置500に、タッチパネルを設ける構成としてもよい。当該タッチパネルとしては、静電容量方式(表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等)を好適に用いることができる。
表示装置500にタッチパネルを設ける構成について、図47乃至図49を用いて説明する。
図47は表示装置500にタッチパネル691を設ける構成の断面図であり、図48は表示装置500にタッチパネル692を設ける構成の断面図であり、図49は表示装置500にタッチパネル693を設ける構成の断面図である。
まず、図47に示すタッチパネル691について、以下説明を行う。
図47に示すタッチパネル691は、基板652と着色膜604との間に設けられる、所謂インセル型である。タッチパネル691は、遮光膜602、及び着色膜604を形成する前に、基板652上に形成すればよい。
なお、タッチパネル691は、遮光膜662と、絶縁膜663と、電極664と、電極665と、絶縁膜666と、電極667と、絶縁膜668と、を有する。例えば、指やスタイラスなどの被検知体が近接することで、電極664と、電極665との相互容量の変化を検知することができる。
また、図47に示すトランジスタTr4の上方においては、電極664と、電極665との交差部を明示している。電極667は、絶縁膜666に設けられた開口部を介して、電極665を挟む2つの電極664と電気的に接続されている。なお、図47においては、電極667が設けられる領域をゲートドライバ回路部404aに相当する領域に設ける構成を例示したが、これに限定されず、例えば、画素10(m,n)が設けられる領域に形成してもよい。
電極664及び電極665は、遮光膜662と重なる領域に設けられる。また、図47に示すように、電極664は、表示素子12と重ならないように設けられると好ましい。別言すると、電極664は、表示素子12と重なる領域に開口部を有する。すなわち、電極664はメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、電極664は、表示素子12が射出する光を遮らない構成とすることができる。したがって、タッチパネル691を配置することによる輝度の低下が極めて少ないため、視認性が高く、且つ消費電力が低減された表示装置を実現できる。なお、電極665も同様の構成とすればよい。
また、電極664及び電極665が表示素子12と重ならないため、電極664及び電極665には、可視光の透過率が低い金属材料を用いることができる。そのため、可視光の透過率が高い酸化物材料を用いた電極と比較して、電極664及び電極665の抵抗を低くすることが可能となり、タッチパネルのセンサ感度を向上させることができる。
次に、図48に示すタッチパネル692及び図49に示すタッチパネル693について、以下説明を行う。
図48に示すタッチパネル692は、基板652の上方に設けられる、所謂オンセル型である。タッチパネル692は、タッチパネル691と同様の構成を有する。
図49に示すタッチパネル693は、基板672上に設けられ、接着材674を介して基板652と接着されている。タッチパネル693は、所謂アウトセル型(外付け型ともいう)である。タッチパネル693は、タッチパネル691と同様の構成を有する。また、タッチパネル693は、タッチパネル691の構成に加え、基板670を有する。基板670は、タッチパネル693を保護するための機能を有する。ただし、基板670を設けない構成としてもよい。
このように、本発明の一態様の表示装置は、様々な形態のタッチパネルと組み合わせて用いることができる。
<1−11−1.表示装置の変形例2(1)>
また、図24及び図44乃至図46においては、機能膜626が、基板652の外側に位置する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、基板652を設けない構成としてもよい。この場合の一例を図50乃至図53に示す。
図50は、図24に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626によって封止されている。この場合、機能膜626には、円偏光板に用いることができる材料を好適に用いることができる。
図51は、図44に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626がタッチパネル691の一部として機能する構成である。
図52は、図45に示す表示装置500の変形例であり、機能膜626がタッチパネル692よりも内側に設けられる構成である。
図53は、図46に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626が接着材674を介して、タッチパネル693と接着されている構成である。
図50乃至図53に示すように、基板652を設けない構成とすることで、表示装置500の厚さを薄くできるため好適である。
<1−11−2.表示装置の変形例2(2)>
また、図25及び図47乃至図49においては、機能膜626が、基板652の外側に位置する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、基板652を設けない構成としてもよい。この場合の一例を図54乃至図57に示す。
図54は、図25に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626によって封止されている。この場合、機能膜626には、円偏光板に用いることができる材料を好適に用いることができる。
図55は、図47に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626がタッチパネル691の一部として機能する構成である。
図56は、図48に示す表示装置500の変形例であり、機能膜626がタッチパネル692よりも内側に設けられる構成である。
図57は、図49に示す表示装置500の変形例であり、基板652が設けられておらず、機能膜626が接着材674を介して、タッチパネル693と接着されている構成である。
図54乃至図57に示すように、基板652を設けない構成とすることで、表示装置500の厚さを薄くできるため好適である。
<1−12.表示装置の変形例3>
また、図24に示す表示装置500の液晶素子を、横電界方式、ここではFFS(Fringe Field Switching)モードの液晶素子とする構成の一例を図58に示す。また、図25に示す表示装置500の液晶素子を、横電界方式、ここではFFS(Fringe Field Switching)モードの液晶素子とする構成の一例を図59に示す。
図58及び図59に示す表示装置500は、先の説明の構成に加え、導電膜403b、403c上の絶縁膜681と、絶縁膜681上の導電膜682と、を有する。
また、図24において一点鎖線A9−10、及び図25において一点鎖線A11−A12に示す接続領域において、絶縁膜681は開口部を有し、当該開口部を介して、導電膜682と、導電膜403cとが電気的に接続されている。また、図58及び図59においては、シール材622中に含まれる導電体624が、設けられない構成である。
導電膜682は、共通電極としての機能を有する。また、導電膜682は、上面形状において、スリットを有する形状または櫛歯形状とすればよい。また、図58及び図59に示す表示装置500においては、導電膜682を設ける構成のため、基板652側に設けられる導電膜608が設けられない構成である。なお、導電膜682を設け、さらに基板652側に導電膜608を設ける構成としてもよい。
なお、導電膜682を、透光性を有する材料にて形成することで、透光性を有する容量素子を形成することができる。当該透光性を有する容量素子は、導電膜682と、導電膜682と重なる絶縁膜681と、導電膜403cと、により構成される。このような構成とすることで、容量素子に蓄積される電荷量を大きくすることができるため好適である。
<1−13.表示装置の構成要素>
次に、図24乃至図59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401、452、652、670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、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401、452、652、670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401、452、652、670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401、452、652、670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)、またはシリコーンなどのシロキサン結合を有する樹脂等が挙げられる。
また、基板401、452、652、670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。
[導電膜]
図26において、導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、608、682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。図27において、導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、420、421、608、682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。
図27において、導電膜417としては、可視光を透過する機能を有する導電膜を用いる。
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、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導電膜として、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。
なお、画素電極としての機能を有する、導電膜403c及び導電膜417は、金属酸化物膜409a、409b、409cが有する金属元素を、少なくとも1以上有する。例えば、金属酸化物膜409a、409b、409cが、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、またはSn)の金属酸化物で構成される場合、導電膜403c及び導電膜417は、In、M(MはAl、Ga、Y、またはSn)、Znのいずれか一つを有する。
[絶縁膜]
図26において、絶縁膜404、406、408、410a、410b、410c、412、413、416、418、606、663、666、668、681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。図27において、絶縁膜404、406、408、410a、410b、410c、412、413、416、418、422、606、663、666、668、681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、もしくはシリコーンなどの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。
[金属酸化物膜]
金属酸化物膜409a、409b、409cは、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、またはSn)等の金属酸化物で形成される。また、金属酸化物膜409a、409b、409cとして、In−Ga酸化物、In−Zn酸化物を用いてもよい。
なお、金属酸化物膜409a、409b、409cがIn−M−Zn酸化物の場合、InとMの原子数比率は、In及びMの和を100atomic%としたときInが25atomic%より高く、Mが75atomic%未満、またはInが34atomic%より高く、Mが66atomic%未満とする。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cは、エネルギーギャップが2eV以上、または2.5eV以上、または3eV以上であると好ましい。
金属酸化物膜409a、409b、409cの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下、さらに好ましくは3nm以上60nm以下である。
金属酸化物膜409a、409b、409cがIn−M−Zn酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、及び/またはZn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:1.5、In:M:Zn=2:1:2.3、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:7等が好ましい。なお、成膜される金属酸化物膜409a、409b、409cの原子数比はそれぞれ、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%程度変動することがある。例えば、スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:4.1を用いる場合、成膜される金属酸化物膜の原子数比は、In:Ga:Zn=4:2:3近傍となる場合がある。また、スパッタリングターゲットとして、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:7を用いる場合、成膜される金属酸化物膜の原子数比は、In:Ga:Zn=5:1:6近傍となる場合がある。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cにおいて、炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、n型となる場合がある。このため、金属酸化物膜409a、409b、409c、特にチャネル領域において、炭素の濃度を、2×1018atoms/cm以下、または2×1017atoms/cm以下とすることができる。この結果、トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)を有する。なお、上述の炭素の濃度としては、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により測定することができる。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cにおいて、SIMSにより得られるアルカリ金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、または2×1016atoms/cm以下とすることができる。アルカリ金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、金属酸化物膜409a、409b、409cのアルカリ金属の濃度を低減することが好ましい。この結果、トランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)を有する。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cに窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型となる場合がある。この結果、窒素が含まれている金属酸化物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。従って、金属酸化物膜409a、409b、409c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、SIMSにより得られる窒素濃度を、5×1018atoms/cm以下とすればよい。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cにおいて、不純物元素を低減することで、金属酸化物膜のキャリア密度を低減することができる。このため、金属酸化物膜409a、409b、409cにおいては、キャリア密度を1×1017cm−3以下、または1×1015cm−3以下、または1×1013cm−3以下、または1×1011cm−3以下とすることができる。
金属酸化物膜409a、409b、409cとして、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い金属酸化物膜を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い(酸素欠損の少ない)ことを高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。あるいは、真性、または実質的に真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該金属酸化物膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、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、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、オフ電流が著しく小さい特性を得ることができる。従って、当該金属酸化物膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。
また、金属酸化物膜409a、409b、409cは、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、後述するCAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、後述する微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、CAAC−OSは最も欠陥準位密度が低い。
なお、金属酸化物膜409a、409b、409cが、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC−OSの領域、及び単結晶構造の領域の二種以上を有する単層膜、あるいはこの膜が積層された構造であってもよい。
なお、金属酸化物膜409a、409b、409cには後述するCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSを用いてもよい。
[液晶層]
液晶層620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620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419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よい。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よいが、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618a、618bとしては、ポリイミド等を含む材料を用いることができる。例えば、ポリイミド等を含む材料が、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。
[遮光膜]
遮光膜602、662は、所謂ブラックマトリクスとしての機能を有する。遮光膜602、662としては、光の透過を妨げる材料を用いればよい。当該光の透過を妨げる材料としては、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。
[着色膜]
着色膜604は、所謂カラーフィルタとしての機能を有する。着色膜604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610a、610bは、構造体610a、610bを挟む構成の間に所定の間隙を設ける機能を有する。構造体610a、610b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用いることができる。当該無機材料及び当該有機材料としては、絶縁膜404、406、408、410a、410b、410c、412、413、416、418、422、606に列挙した材料を用いることができる。
[機能膜]
機能膜626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626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など用いてもよい。
[封止材]
封止材454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硬化性の樹脂を含む有機材料が挙げられる。また、封止材454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。
[シール材]
シール材622としては、封止材454に列挙した材料を用いることができる。また、シール材622としては、上述の材料に加え、ガラスフリット等の材料を用いてもよい。シール材622に用いる材料としては、水分や酸素を透過しない材料を用いると好適である。
[電極]
図26において、電極664、665、667としては、先に記載の導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、608に列挙した材料を用いることができる。図27において、電極664、665、667としては、先に記載の導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、421、608に列挙した材料を用いることができる。また、電極664、665、667には、導電性のナノワイヤを用いてもよい。当該ナノワイヤは、直径の平均値が1nm以上100nm以下、好ましくは5nm以上50nm以下、より好ましくは5nm以上25nm以下の大きさとすればよい。また、上記ナノワイヤとしては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、またはAlナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、あるいは、カーボンナノチューブなどを用いればよい。例えば、電極664、665、667のいずれか一つあるいは全部にAgナノワイヤを用いる場合、可視光における光透過率を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。
以上の説明のように、本発明の一態様の表示装置は、第1の表示領域と第2の表示領域と、第1の表示素子と第2の表示素子を有し、第1の表示素子は第1の表示領域に重なる位置に設けられ、第2の表示素子は第2の表示領域に重なる位置に設けられている。また、本発明の一態様は、当該2つの表示素子を駆動するための2つのトランジスタを有する。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素子とすることで、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、隣接する画素で透過型のEL素子を異なる位置に配置することで、EL素子を作り分ける場合の製造歩留りを高め、生産性が優れた表示装置を提供することができる。また、本発明の一態様において、第2の表示領域の形状を八角形とすることで、当該トランジスタに接続される配線に阻害されることなく表示ができ、配線を簡便な形状とすることができるため、製造歩留りと高い表示品質を両立することができる。
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)
本実施の形態では、光を射出する機能、すなわち発光機能を有する表示素子について、詳細に説明を行う。
<2−1.表示素子の構成例1>
図60は、実施の形態1に示す表示素子12を詳細に説明する断面図である。
図60に示す表示素子12は、発光素子12Rと、発光素子12Gと、発光素子12Bと、を有する。
発光素子12Rは、導電膜417Rと、導電膜417R上のEL層419と、EL層419上の導電膜420と、を有する。発光素子12Gは、導電膜417Gと、導電膜417G上のEL層419と、EL層419上の導電膜420と、を有する。発光素子12Bは、導電膜417Bと、導電膜417B上のEL層419と、EL層419上の導電膜420と、を有する。また、各発光素子の導電膜(導電膜417R、417G、417B)は、絶縁膜418によって分離されている。
また、発光素子12Rは、基板401上の導電膜417Rと、導電膜417R上の正孔注入層419HILと、正孔注入層419HIL上の正孔輸送層419HTLと、正孔輸送層419HTL上の発光層419EML(R)と、発光層419EML(R)上の発光層419EML(B)と、発光層419EML(B)上の電子輸送層419ETLと、電子輸送層419ETL上の電子注入層419EILと、を有する。
また、発光素子12Gは、基板401上の導電膜417Gと、導電膜417G上の正孔注入層419HILと、正孔注入層419HIL上の正孔輸送層419HTLと、正孔輸送層419HTL上の発光層419EML(G)と、発光層419EML(G)上の発光層419EML(B)と、発光層419EML(B)上の電子輸送層419ETLと、電子輸送層419ETL上の電子注入層419EILと、を有する。
また、発光素子12Bは、基板401上の導電膜417Bと、導電膜417B上の正孔注入層419HILと、正孔注入層419HIL上の正孔輸送層419HTLと、正孔輸送層419HTL上の発光層419EML(B)と、発光層419EML(B)上の電子輸送層419ETLと、電子輸送層419ETL上の電子注入層419EILと、を有する。
図60に示す、表示素子12は、正孔注入層419HIL、及び正孔輸送層419HTL、発光層419EML(B)、電子輸送層419ETL、及び電子注入層419EILを発光素子12R、発光素子12G、及び発光素子12Bで共通して用いる構成である。
このような構成とすることで、表示素子12の製造歩留りを高めることができる。具体的には、表示素子12の各発光素子の作製時の作り分け工程(所謂、塗り分け工程)を、発光層419EML(R)と、発光層419EML(G)との2回とすることができる。
なお、発光層419EML(B)は、発光素子12R及び発光素子12Gにおいては、発光には寄与しない。例えば、発光層419EML(B)として、電子輸送性に優れ、正孔輸送性に劣る材料、またはHOMO(最高被占軌道(Highest Occupied Molecular Orbital))準位が発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)に用いる材料よりも低い材料を用いる構成とすればよい。すなわち、発光素子12R及び発光素子12Gにおいては、発光層419EML(B)は、電子輸送層として機能する。
例えば、発光層419EML(B)をホスト材料とゲスト材料(発光材料)で構成する場合、該ホスト材料は電子輸送性を有することが好ましく、該ゲスト材料はホールトラップ性を有することが好ましい。このような構成とすることで、発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)で効率よくキャリアを再結合させることができる。
また、発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)をホスト材料とゲスト材料(発光材料)で構成する場合、該ホスト材料は、正孔輸送性と電子輸送性とを有する構成が好適である。このような構成とすることで、発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)はバイポーラ性を有する。
また、発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)は、ゲスト材料として燐光材料を有する。また、発光層419EML(B)は、ゲスト材料として蛍光材料を有する。このような構成とすることで、高い発光効率と、高い信頼性とを有する表示素子とすることができる。例えば、発光層419EML(R)に、赤色を呈する波長の光を発する燐光材料を用い、発光層419EML(G)に、緑色を呈する波長の光を発する燐光材料を用い、発光層419EML(B)に、青色を呈する波長の光を発する蛍光材料を用いることができる。ただし、発光層419EML(R)、発光層419EML(G)、及び発光層419EML(B)に用いることのできる材料は、上記に限定されない。例えば、発光層419EML(B)に燐光材料を適用してもよい。
以上のような構成とすることで、各発光素子の作製時の塗り分け工程が少なく、生産性が高めたられた表示素子を提供できる。また、当該表示素子が有する各発光素子は、発光効率が高いため消費電力が低減されている。また、当該発光素子は、信頼性が高い。したがって、生産性が高く、消費電力が低減された新規な表示素子を提供できる。
次に、図60に示す表示素子12が有する各構成について、以下説明を行う。
[導電膜]
導電膜417R、導電膜417G、導電膜417B、及び導電膜420としては、それぞれ、実施の形態1に示す、導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、608、682に列挙した材料を用いればよい。特に、導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417Bとしては、ITO、またはITSOを用いると好適である。また、導電膜420としては、AlまたはAgを含む反射率の高い金属膜を用いると好適である。
[絶縁膜]
絶縁膜418としては、それぞれ、実施の形態1に示す、絶縁膜404、406、408、410a、410b、410c、412、413、416、418、421、606、663、666、668、681に列挙した材料を用いればよい。
[発光層]
発光層419EML(R)の発光は、赤色の波長領域にピークを有する。また、発光層419EML(G)の発光は、緑色の波長領域にピークを有する。また、発光層419EML(B)の発光は、青色の波長領域にピークを有する。例えば、発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)には燐光材料を用い、発光層419EML(B)には蛍光材料を用いると好適である。また発光層419EML(R)及び発光層419EML(G)は、燐光材料に加えて、電子輸送性材料または正孔輸送性材料の一方または双方を含んで構成される。また発光層419EML(B)は、蛍光材料に加えて、電子輸送性材料または正孔輸送性材料の一方または双方を含んで構成される。
[燐光材料]
燐光材料としては、イリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体が挙げられ、中でも有機イリジウム錯体、例えばイリジウム系オルトメタル錯体が好ましい。オルトメタル化する配位子としては4H−トリアゾール配位子、1H−トリアゾール配位子、イミダゾール配位子、ピリジン配位子、ピリミジン配位子、ピラジン配位子、あるいはイソキノリン配位子などが挙げられる。金属錯体としては、ポルフィリン配位子を有する白金錯体などが挙げられる。
また、青色または緑色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス{2−[5−(2−メチルフェニル)−4−(2,6−ジメチルフェニル)−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル−κN2]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:Ir(mpptz−dmp))、トリス(5−メチル−3,4−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Mptz))、トリス[4−(3−ビフェニル)−5−イソプロピル−3−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir(iPrptz−3b))、トリス[3−(5−ビフェニル)−5−イソプロピル−4−フェニル−4H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir(iPr5btz))、のような4H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス[3−メチル−1−(2−メチルフェニル)−5−フェニル−1H−1,2,4−トリアゾラト]イリジウム(III)(略称:Ir(Mptz1−mp))、トリス(1−メチル−5−フェニル−3−プロピル−1H−1,2,4−トリアゾラト)イリジウム(III)(略称:Ir(Prptz1−Me))のような1H−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、fac−トリス[1−(2,6−ジイソプロピルフェニル)−2−フェニル−1H−イミダゾール]イリジウム(III)(略称:Ir(iPrpmi))、トリス[3−(2,6−ジメチルフェニル)−7−メチルイミダゾ[1,2−f]フェナントリジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(dmpimpt−Me))のようなイミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)テトラキス(1−ピラゾリル)ボラート(略称:FIr6)、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)ピコリナート(略称:FIrpic)、ビス{2−[3’,5’−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)ピコリナート(略称:Ir(CFppy)(pic))、ビス[2−(4’,6’−ジフルオロフェニル)ピリジナト−N,C2’]イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:FIr(acac))のような電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。
緑色または黄色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス(4−メチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppm))、トリス(4−t−ブチル−6−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tBuppm))、(アセチルアセトナト)ビス(6−メチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(6−tert−ブチル−4−フェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tBuppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[4−(2−ノルボルニル)−6−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(nbppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス[5−メチル−6−(2−メチルフェニル)−4−フェニルピリミジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(mpmppm)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス{4,6−ジメチル−2−[6−(2,6−ジメチルフェニル)−4−ピリミジニル−κN3]フェニル−κC}イリジウム(III)(略称:Ir(dmppm−dmp)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(4,6−ジフェニルピリミジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(dppm)(acac))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(3,5−ジメチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppr−Me)(acac))、(アセチルアセトナト)ビス(5−イソプロピル−3−メチル−2−フェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(mppr−iPr)(acac))のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(ppy))、ビス(2−フェニルピリジナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(ppy)(acac))、ビス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bzq)(acac))、トリス(ベンゾ[h]キノリナト)イリジウム(III)(略称:Ir(bzq))、トリス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(pq))、ビス(2−フェニルキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(pq)(acac))のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス(2,4−ジフェニル−1,3−オキサゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(dpo)(acac))、ビス{2−[4’−(パーフルオロフェニル)フェニル]ピリジナト−N,C2’}イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(p−PF−ph)(acac))、ビス(2−フェニルベンゾチアゾラト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(bt)(acac))など有機金属イリジウム錯体の他、トリス(アセチルアセトナト)(モノフェナントロリン)テルビウム(III)(略称:Tb(acac)(Phen))のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。
また、黄色または赤色に発光ピークを有する物質としては、例えば、(ジイソブチリルメタナト)ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト]イリジウム(III)(略称:Ir(5mdppm)(dibm))、ビス[4,6−ビス(3−メチルフェニル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir(5mdppm)(dpm))、ビス[4,6−ジ(ナフタレン−1−イル)ピリミジナト](ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir(d1npm)(dpm))のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、(アセチルアセトナト)ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(acac))、ビス(2,3,5−トリフェニルピラジナト)(ジピバロイルメタナト)イリジウム(III)(略称:Ir(tppr)(dpm))、(アセチルアセトナト)ビス[2,3−ビス(4−フルオロフェニル)キノキサリナト]イリジウム(III)(略称:Ir(Fdpq)(acac))のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)(略称:Ir(piq))、ビス(1−フェニルイソキノリナト−N,C2’)イリジウム(III)アセチルアセトナート(略称:Ir(piq)(acac))のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−ポルフィリン白金(II)(略称:PtOEP)のような白金錯体や、トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオナト)(モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(DBM)(Phen))、トリス[1−(2−テノイル)−3,3,3−トリフルオロアセトナト](モノフェナントロリン)ユーロピウム(III)(略称:Eu(TTA)(Phen))のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度のよい赤色発光が得られる。
また、発光層に含まれる材料としては、三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料であればよい。該三重項励起エネルギーを発光に変換できる材料としては、燐光材料の他に、熱活性化遅延蛍光材料が挙げられる。したがって、燐光材料と記載した部分に関しては、熱活性化遅延蛍光材料と読み替えても構わない。なお、熱活性化遅延蛍光材料は、一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位のエネルギー差が小さく、三重項励起エネルギーを逆項間交差によって一重項励起エネルギーに変換することができる機能を有する材料である。そのため、三重項励起状態をわずかな熱エネルギーによって一重項励起状態に逆項間交差が可能で、一重項励起状態からの発光(蛍光)を効率よく呈することができる。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる条件としては、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位のエネルギー差が、好ましくは0eVより大きく0.2eV以下、さらに好ましくは0eVより大きく0.1eV以下であることが挙げられる。
熱活性化遅延蛍光材料としては、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム(Mg)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、スズ(Sn)、白金(Pt)、インジウム(In)、もしくはパラジウム(Pd)等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。
また、一種の材料から構成される熱活性化遅延蛍光材料としては、π電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物も用いることができる。具体的には、2−(ビフェニル−4−イル)−4,6−ビス(12−フェニルインドロ[2,3−a]カルバゾール−11−イル)−1,3,5−トリアジン(略称:PIC−TRZ)、2−{4−[3−(N−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール−9−イル]フェニル}−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PCCzPTzn)、2−[4−(10H−フェノキサジン−10−イル)フェニル]−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PXZ−TRZ)、3−[4−(5−フェニル−5,10−ジヒドロフェナジン−10−イル)フェニル]−4,5−ジフェニル−1,2,4−トリアゾール(略称:PPZ−3TPT)、3−(9,9−ジメチル−9H−アクリジン−10−イル)−9H−キサンテン−9−オン(略称:ACRXTN)、ビス[4−(9,9−ジメチル−9,10−ジヒドロアクリジン)フェニル]スルホン(略称:DMAC−DPS)、10−フェニル−10H,10’H−スピロ[アクリジン−9,9’−アントラセン]−10’−オン(略称:ACRSA)等が挙げられる。該複素環化合物は、π電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有するため、電子輸送性及び正孔輸送性が高く、好ましい。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセプター性が共に強く、一重項励起状態の準位と三重項励起状態の準位の差が小さくなるため、特に好ましい。
[蛍光材料]
蛍光材料としては、特に限定はないが、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などが好ましく、例えば以下の材料を用いることができる。
5,6−ビス[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAP2BPy)、5,6−ビス[4’−(10−フェニル−9−アントリル)ビフェニル−4−イル]−2,2’−ビピリジン(略称:PAPP2BPy)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6FLPAPrn)、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6mMemFLPAPrn)、N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−N,N’−ビス(4−tert−ブチルフェニル)ピレン−1,6−ジアミン(略称:1,6tBu−FLPAPrn)、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−3,8−ジシクロヘキシルピレン−1,6−ジアミン(略称:ch−1,6FLPAPrn)、N,N’−ビス[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニルスチルベン−4,4’−ジアミン(略称:YGA2S)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(10−フェニル−9−アントリル)トリフェニルアミン(略称:YGAPA)、4−(9H−カルバゾール−9−イル)−4’−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)トリフェニルアミン(略称:2YGAPPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCAPA)、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン(略称:TBP)、4−(10−フェニル−9−アントリル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBAPA)、N,N’’−(2−tert−ブチルアントラセン−9,10−ジイルジ−4,1−フェニレン)ビス[N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン](略称:DPABPA)、N,9−ジフェニル−N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPPA)、N−[4−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)フェニル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPPA)、N,N,N’,N’,N’’,N’’,N’’’,N’’’−オクタフェニルジベンゾ[g,p]クリセン−2,7,10,15−テトラアミン(略称:DBC1)、クマリン30、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,9−ジフェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:2PCABPhA)、N−(9,10−ジフェニル−2−アントリル)−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPAPA)、N−[9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−2−アントリル]−N,N’,N’−トリフェニル−1,4−フェニレンジアミン(略称:2DPABPhA)、9,10−ビス(1,1’−ビフェニル−2−イル)−N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−フェニルアントラセン−2−アミン(略称:2YGABPhA)、N,N,9−トリフェニルアントラセン−9−アミン(略称:DPhAPhA)、クマリン6、クマリン545T、N,N’−ジフェニルキナクリドン(略称:DPQd)、ルブレン、2,8−ジ−tert−ブチル−5,11−ビス(4−tert−ブチルフェニル)−6,12−ジフェニルテトラセン(略称:TBRb)、ナイルレッド、5,12−ビス(1,1’−ビフェニル−4−イル)−6,11−ジフェニルテトラセン(略称:BPT)、2−(2−{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−6−メチル−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:DCM1)、2−{2−メチル−6−[2−(2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCM2)、N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)テトラセン−5,11−ジアミン(略称:p−mPhTD)、7,14−ジフェニル−N,N,N’,N’−テトラキス(4−メチルフェニル)アセナフト[1,2−a]フルオランテン−3,10−ジアミン(略称:p−mPhAFD)、2−{2−イソプロピル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTI)、2−{2−tert−ブチル−6−[2−(1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:DCJTB)、2−(2,6−ビス{2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル}−4H−ピラン−4−イリデン)プロパンジニトリル(略称:BisDCM)、2−{2,6−ビス[2−(8−メトキシ−1,1,7,7−テトラメチル−2,3,6,7−テトラヒドロ−1H,5H−ベンゾ[ij]キノリジン−9−イル)エテニル]−4H−ピラン−4−イリデン}プロパンジニトリル(略称:BisDCJTM)、5,10,15,20−テトラフェニルビスベンゾ[5,6]インデノ[1,2,3−cd:1’,2’,3’−lm]ペリレン、などが挙げられる。
[ホスト材料]
発光層では、発光材料をホスト材料に分散して用いると好ましい。この場合、ホスト材料は発光材料より重量比で多く存在する。ホスト材料としては、様々な材料を用いることができる。例えば、正孔を輸送する機能を有する材料(正孔輸送性材料)や電子を輸送する機能を有する材料(電子輸送性材料)などを用いることができる。また、正孔輸送性および電子輸送性を有するバイポーラ性材料も用いることができる。
ホスト材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、この場合、1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電子を受け取りやすい材料(電子輸送性を有する材料)としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香環骨格を有する化合物、及び亜鉛やアルミニウム系金属錯体などを用いることができる。具体的には、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子を有する金属錯体や、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体などの化合物が挙げられる。
例えば、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Alq)、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(III)(略称:Almq)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリナト)ベリリウム(II)(略称:BeBq)、ビス(2−メチル−8−キノリノラト)(4−フェニルフェノラト)アルミニウム(III)(略称:BAlq)、ビス(8−キノリノラト)亜鉛(II)(略称:Znq)など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等が挙げられる。また、この他ビス[2−(2−ベンゾオキサゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnPBO)、ビス[2−(2−ベンゾチアゾリル)フェノラト]亜鉛(II)(略称:ZnBTZ)などのオキサゾール系、またはチアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(略称:PBD)や、1,3−ビス[5−(p−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]ベンゼン(略称:OXD−7)、9−[4−(5−フェニル−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CO11)、3−(4−ビフェニリル)−4−フェニル−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,2,4−トリアゾール(略称:TAZ)、9−[4−(4,5−ジフェニル−4H−1,2,4−トリアゾール−3−イル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzTAZ1)、2,2’,2’’−(1,3,5−ベンゼントリイル)トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(略称:TPBI)、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]−1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール(略称:mDBTBIm−II)、バソフェナントロリン(略称:BPhen)、バソキュプロイン(略称:BCP)などの複素環化合物や、2−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTPDBq−II)、2−[3’−(ジベンゾチオフェン−4−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mDBTBPDBq−II)、2−[3’−(9H−カルバゾール−9−イル)ビフェニル−3−イル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzBPDBq)、2−[4−(3,6−ジフェニル−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2CzPDBq−III)、7−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:7mDBTPDBq−II)、及び、6−[3−(ジベンゾチオフェン−4−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:6mDBTPDBq−II)、2−[3−(3,9’−ビ−9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ジベンゾ[f,h]キノキサリン(略称:2mCzCzPDBq)、4,6−ビス[3−(フェナントレン−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mPnP2Pm)、4,6−ビス[3−(4−ジベンゾチエニル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mDBTP2Pm−II)、4,6−ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリミジン(略称:4,6mCzP2Pm)などのジアジン骨格を有する複素環化合物や、2−{4−[3−(N−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)−9H−カルバゾール−9−イル]フェニル}−4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン(略称:PCCzPTzn)などのトリアジン骨格を有する複素環化合物や、3,5−ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]ピリジン(略称:35DCzPPy)、1,3,5−トリ[3−(3−ピリジル)フェニル]ベンゼン(略称:TmPyPB)などのピリジン骨格を有する複素環化合物、4,4’−ビス(5−メチルベンゾオキサゾール−2−イル)スチルベン(略称:BzOs)などの複素芳香族化合物も用いることができる。上述した複素環化合物の中でも、トリアジン骨格、ジアジン(ピリミジン、ピラジン、ピリダジン)骨格、またはピリジン骨格を有する複素環化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。また、ポリ(2,5−ピリジンジイル)(略称:PPy)、ポリ[(9,9−ジヘキシルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(ピリジン−3,5−ジイル)](略称:PF−Py)、ポリ[(9,9−ジオクチルフルオレン−2,7−ジイル)−co−(2,2’−ビピリジン−6,6’−ジイル)](略称:PF−BPy)のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べた物質は、主に1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、ホスト材料としては、以下の正孔輸送性材料を用いることができる。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用いることができる。また、該正孔輸送性材料は高分子化合物であってもよい。
これら正孔輸送性の高い材料として、具体的には、芳香族アミン化合物としては、N,N’−ジ(p−トリル)−N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン(略称:DTDPPA)、4,4’−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:DPAB)、N,N’−ビス{4−[ビス(3−メチルフェニル)アミノ]フェニル}−N,N’−ジフェニル−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(略称:DNTPD)、1,3,5−トリス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]ベンゼン(略称:DPA3B)等を挙げることができる。
また、カルバゾール誘導体としては、具体的には、3−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA1)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzDPA2)、3,6−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−(1−ナフチル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzTPN2)、3−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA1)、3,6−ビス[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCA2)、3−[N−(1−ナフチル)−N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)アミノ]−9−フェニルカルバゾール(略称:PCzPCN1)等を挙げることができる。
また、カルバゾール誘導体としては、他に、4,4’−ジ(N−カルバゾリル)ビフェニル(略称:CBP)、1,3,5−トリス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]ベンゼン(略称:TCPB)、9−[4−(10−フェニル−9−アントリル)フェニル]−9H−カルバゾール(略称:CzPA)、1,4−ビス[4−(N−カルバゾリル)フェニル]−2,3,5,6−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、芳香族炭化水素としては、例えば、2−tert−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:t−BuDNA)、2−tert−ブチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、9,10−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)アントラセン(略称:DPPA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス(4−フェニルフェニル)アントラセン(略称:t−BuDBA)、9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(略称:DNA)、9,10−ジフェニルアントラセン(略称:DPAnth)、2−tert−ブチルアントラセン(略称:t−BuAnth)、9,10−ビス(4−メチル−1−ナフチル)アントラセン(略称:DMNA)、2−tert−ブチル−9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、9,10−ビス[2−(1−ナフチル)フェニル]アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(1−ナフチル)アントラセン、2,3,6,7−テトラメチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、9,9’−ビアントリル、10,10’−ジフェニル−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス(2−フェニルフェニル)−9,9’−ビアントリル、10,10’−ビス[(2,3,4,5,6−ペンタフェニル)フェニル]−9,9’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、2,5,8,11−テトラ(tert−ブチル)ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有し、炭素数14乃至炭素数42である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(略称:DPVBi)、9,10−ビス[4−(2,2−ジフェニルビニル)フェニル]アントラセン(略称:DPVPA)等が挙げられる。
また、ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)、ポリ[N−(4−{N’−[4−(4−ジフェニルアミノ)フェニル]フェニル−N’−フェニルアミノ}フェニル)メタクリルアミド](略称:PTPDMA)、ポリ[N,N’−ビス(4−ブチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)ベンジジン](略称:Poly−TPD)等の高分子化合物を用いることもできる。
さらに、正孔輸送性の高い材料としては、例えば、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]ビフェニル(略称:NPBまたはα−NPD)やN,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ジフェニル−[1,1’−ビフェニル]−4,4’−ジアミン(略称:TPD)、4,4’,4’’−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(略称:TCTA)、4,4’,4’’−トリス[N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:1’−TNATA)、4,4’,4’’−トリス(N,N−ジフェニルアミノ)トリフェニルアミン(略称:TDATA)、4,4’,4’’−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ]トリフェニルアミン(略称:MTDATA)、4,4’−ビス[N−(スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−イル)−N―フェニルアミノ]ビフェニル(略称:BSPB)、4−フェニル−4’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:BPAFLP)、4−フェニル−3’−(9−フェニルフルオレン−9−イル)トリフェニルアミン(略称:mBPAFLP)、N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−N−{9,9−ジメチル−2−[N’−フェニル−N’−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)アミノ]−9H−フルオレン−7−イル}フェニルアミン(略称:DFLADFL)、N−(9,9−ジメチル−2−ジフェニルアミノ−9H−フルオレン−7−イル)ジフェニルアミン(略称:DPNF)、2−[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPASF)、4−フェニル−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBA1BP)、4,4’−ジフェニル−4’’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBBi1BP)、4−(1−ナフチル)−4’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBANB)、4,4’−ジ(1−ナフチル)−4’’−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)トリフェニルアミン(略称:PCBNBB)、4−フェニルジフェニル−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)アミン(略称:PCA1BP)、N,N’−ビス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N,N’−ジフェニルベンゼン−1,3−ジアミン(略称:PCA2B)、N,N’,N’’−トリフェニル−N,N’,N’’−トリス(9−フェニルカルバゾール−3−イル)ベンゼン−1,3,5−トリアミン(略称:PCA3B)、N−(4−ビフェニル)−N−(9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−イル)−9−フェニル−9H−カルバゾール−3−アミン(略称:PCBiF)、N−(1,1’−ビフェニル−4−イル)−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−9,9−ジメチル−9H−フルオレン−2−アミン(略称:PCBBiF)、9,9−ジメチル−N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]−フルオレン−2−アミン(略称:PCBAF)、N−フェニル−N−[4−(9−フェニル−9H−カルバゾール−3−イル)フェニル]スピロ−9,9’−ビフルオレン−2−アミン(略称:PCBASF)、2−[N−(9−フェニルカルバゾール−3−イル)−N−フェニルアミノ]スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:PCASF)、2,7−ビス[N−(4−ジフェニルアミノフェニル)−N−フェニルアミノ]−スピロ−9,9’−ビフルオレン(略称:DPA2SF)、N−[4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル]−N−(4−フェニル)フェニルアニリン(略称:YGA1BP)、N,N’−ビス[4−(カルバゾール−9−イル)フェニル]−N,N’−ジフェニル−9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジアミン(略称:YGA2F)などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。また、3−[4−(1−ナフチル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPN)、3−[4−(9−フェナントリル)−フェニル]−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PCPPn)、3,3’−ビス(9−フェニル−9H−カルバゾール)(略称:PCCP)、1,3−ビス(N−カルバゾリル)ベンゼン(略称:mCP)、3,6−ビス(3,5−ジフェニルフェニル)−9−フェニルカルバゾール(略称:CzTP)、3,6−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)−9−フェニル−9H−カルバゾール(略称:PhCzGI)、2,8−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)−ジベンゾチオフェン(略称:Cz2DBT)、4−{3−[3−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]フェニル}ジベンゾフラン(略称:mmDBFFLBi−II)、4,4’,4’’−(ベンゼン−1,3,5−トリイル)トリ(ジベンゾフラン)(略称:DBF3P−II)、1,3,5−トリ(ジベンゾチオフェン−4−イル)−ベンゼン(略称:DBT3P−II)、2,8−ジフェニル−4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−III)、4−[4−(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)フェニル]−6−フェニルジベンゾチオフェン(略称:DBTFLP−IV)、4−[3−(トリフェニレン−2−イル)フェニル]ジベンゾチオフェン(略称:mDBTPTp−II)等のアミン化合物、カルバゾール化合物、チオフェン化合物、フラン化合物、フルオレン化合物、トリフェニレン化合物、フェナントレン化合物等を用いることができる。上述した化合物の中でも、ピロール骨格、フラン骨格、チオフェン骨格、または芳香族アミン骨格を有する化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格を有する化合物は、正孔輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。
なお、ホスト材料が呈する発光ピークが、燐光材料の三重項MLCT(Metal to Ligand Charge Transfer)遷移の吸収帯、より具体的には、最も長波長側の吸収帯と重なるように、ホスト材料および燐光材料を選択することが好ましい。これにより、発光効率が飛躍的に向上した発光素子とすることができる。ただし、燐光材料に替えて熱活性化遅延蛍光材料を用いる場合においては、最も長波長側の吸収帯は一重項の吸収帯であることが好ましい。
また、ホスト材料は、複数の物質を混合した材料であっても良く、混合したホスト材料を用いる場合は、電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料とを混合することが好ましい。電子輸送性を有する材料と、正孔輸送性を有する材料とを混合することによって、発光層のキャリア輸送性を容易に調整することができ、再結合領域の制御も簡便に行うことができる。電子輸送性を有する材料と正孔輸送性を有する材料との含有量は、重量比で、電子輸送性を有する材料:正孔輸送性を有する材料=1:9から9:1が好ましい。
また、これらの混合された材料同士で励起錯体を形成してもよい。当該励起錯体は、発光材料の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、励起錯体から発光材料へ励起エネルギーが移動しやすくなり、効率よく発光材料から発光を得ることができるため好ましい。また、駆動電圧も低減することができるため好ましい。
また、発光層において、ホスト材料および発光材料以外の材料を有していてもよい。また、上述した材料の他、無機化合物または高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を用いてもよい。
発光層の発光材料に量子ドットを用いる場合、当該発光層の膜厚は3nm乃至100nm、好ましくは10nm乃至100nmとし、発光層中の量子ドットの含有率は1乃至100体積%とする。ただし、量子ドットのみで発光層を形成することが好ましい。なお、当該量子ドットを発光材料としてホストに分散した発光層を形成する場合は、ホスト材料に量子ドットを分散させる、またはホスト材料と量子ドットとを適当な液媒体に溶解または分散させてウエットプロセス(スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法、ラングミュア・ブロジェット法など)により形成すればよい。燐光性の発光材料を用いた発光層については、上記ウエットプロセスの他、真空蒸着法も好適に利用することができる。
ウエットプロセスに用いる液媒体としては、たとえば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の有機溶媒を用いることができる。
[正孔注入層、正孔輸送層]
正孔注入層419HILは、正孔輸送性の高い正孔輸送層419HTLを介して発光層419EML(R)、発光層419EML(G)、及び発光層419EML(B)に正孔を注入する層であり、正孔輸送性材料とアクセプター性物質を含む層である。正孔輸送性材料とアクセプター性物質を含むことで、アクセプター性物質により正孔輸送性材料から電子が引き抜かれて正孔が発生し、正孔輸送層419HTLを介して発光層419EML(R)、発光層419EML(G)、及び発光層419EML(B)に正孔が注入される。なお、正孔輸送層419HTLは、正孔輸送性材料を用いて形成される。
正孔注入層419HIL及び正孔輸送層419HTLに用いる正孔輸送性材料としては、先に示す発光層419EML(R)、発光層419EML(G)、及び発光層419EML(B)に用いることのできる正孔輸送性材料と同様の材料を用いればよい。
また、正孔注入層419HILに用いるアクセプター性物質としては、元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を挙げることができる。具体的には、酸化モリブデンが特に好ましい。
また、正孔注入層419HIL及び正孔輸送層419HTLとしては、場合によっては各発光層で異なる材料、または異なる膜厚としてもよい。
[電子輸送層]
電子輸送層419ETLとしては、先に示す発光層419EML(R)、発光層419EML(G)、及び発光層419EML(B)に用いることのできる電子輸送性材料と同様の材料を用いればよい。
[電子注入層]
電子注入層419EILは、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層419EILには、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiO)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム(ErF)のような希土類金属化合物を用いることができる。また、電子注入層419EILにエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。
また、電子注入層419EILに、有機化合物と電子供与体(ドナー)とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた材料であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層419ETLを構成する物質(金属錯体や複素芳香族化合物等)を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化バリウム等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン(略称:TTF)等の有機化合物を用いることもできる。
また、電子注入層419EIL及び電子輸送層419ETLとしては、場合によっては各発光層で異なる材料、または異なる膜厚としてもよい。
<2−2.表示素子の作製方法>
次に、本発明の一態様の表示素子12の作製方法について、図61及び図62を用いて以下説明を行う。
図61及び図62は、本発明の一態様の表示素子12の作製方法を説明するための断面図である。また、以下で説明する表示素子12の作製方法は、第1乃至第5のステップを有する。
[第1のステップ]
第1のステップは、各発光素子の下部電極として機能する導電膜(導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417B)と、各発光素子の導電膜の端部を覆う絶縁膜418と、を形成する工程である(図61(A)参照)。
第1のステップにおいては、有機化合物を含む発光層を損傷するおそれがないため、さまざまな微細加工技術を適用できる。本実施の形態では、スパッタリング法を用いて、基板401上に透光性の導電膜を形成し、該導電膜をパターニングし、その後、該導電膜を島状に加工して導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417Bを形成する。
次に、導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417Bの端部を覆うように絶縁膜418を形成する。なお、絶縁膜418は、各導電膜(導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417B)と重なるように開口部を有する。該開口部によって露出する導電膜が発光素子の下部電極として機能する。
本実施の形態においては、第1のステップにおいて、導電膜417R、417G、417Bとして、ITOを用い、絶縁膜418としてアクリル樹脂を用いる。
なお、第1のステップの前に、基板401上にトランジスタ等を形成してもよい。また、該トランジスタと、導電膜(導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417B)とを電気的に接続させてもよい。
[第2のステップ]
第2のステップは、導電膜(導電膜417R、導電膜417G、及び導電膜417B)、及び絶縁膜418上に正孔注入層419HIL及び正孔輸送層419HTLを形成する工程である(図61(B)参照)。
第2のステップにおいて、有機化合物を蒸着することにより、正孔注入層419HIL及び正孔輸送層419HTLを形成する。なお、正孔注入層419HIL及び正孔輸送層419HTLを各発光素子で共通して用いることができるため、製造コストが抑えられ、生産性を高められる。
[第3のステップ]
第3のステップは、シャドウマスク481を用いて、発光層419EML(R)を形成する工程である(図61(C)参照)。
なお、シャドウマスク481は、開口部482が設けられた、厚さが数十μm以上の金属等の箔または厚さが数百μm以上の金属等の板で形成された遮蔽板である。
第3のステップにおいて、基板401を蒸着装置に導入し、シャドウマスク481を蒸着源(図示しない)側に配置する。その後、シャドウマスク481の開口部482を所望の位置に配置するためのアライメントを行う。ここでは、開口部482を導電膜417Rに重なるように配置して、シャドウマスク481が配置された上方から、有機化合物を蒸着することにより、発光層419EML(R)を形成する。
[第4のステップ]
第4のステップは、正孔輸送層419HTL上に発光層419EML(G)を形成する工程である(図62(A)参照)。
第4のステップにおいて、基板401を蒸着装置に導入し、シャドウマスク481を蒸着源(図示しない)側に配置する。その後、シャドウマスク481の開口部482を所望の位置に配置するためのアライメントを行う。ここでは、開口部482を導電膜417Gに重なるように配置して、シャドウマスク481が配置された上方から、有機化合物を蒸着することにより、発光層419EML(G)を形成する。
また、本発明の一態様においては、実施の形態1で説明したように、隣接する画素間の間隙が広いため、塗り分けのマージンが広い。よって、製造歩留りが高い表示素子とすることができる。
[第5のステップ]
第5のステップは、正孔輸送層419HTL、発光層419EML(R)、及び419EML(G)上に、発光層419EML(B)、電子輸送層419ETL、電子注入層419EIL、及び導電膜420を形成する工程である(図62(B)参照)。
なお、発光層419EML(B)、電子輸送層419ETL、電子注入層419EIL、及び導電膜420を各発光素子で共通して用いることができるため、製造コストが抑えられ、生産性を高められる。
以上の工程にて、図60に示す表示素子12を作製することができる。なお、本実施の形態においては、発光素子の塗り分け工程を、発光層419EML(R)と、発光層419EML(G)との2回とすることができる。よって、生産性の高い表示素子の作製方法を提供できる。その結果、高精細化に伴う開口率の低下が抑制された、新規な表示素子の作製方法を提供できる。または、生産が容易な、新規な表示素子を提供できる。
以上、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に用いることのできるトランジスタについて、詳細に説明する。
なお、本実施の形態では、スタガ型(トップゲート構造)のトランジスタについて、図63乃至図70を用いて説明する。
<3−1.トランジスタの構成例1>
図63(A)は、トランジスタ100の上面図であり、図63(B)は図63(A)の一点鎖線X1−X2間の断面図であり、図63(C)は図63(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断面図である。なお、図63(A)では、明瞭化のため、絶縁膜110などの構成要素を省略して図示している。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図63(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。また、一点鎖線X1−X2方向をチャネル長(L)方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅(W)方向と呼称する場合がある。
図63(A)(B)(C)に示すトランジスタ100は、基板102上の絶縁膜104と、絶縁膜104上の金属酸化物膜108と、金属酸化物膜108上の絶縁膜110と、絶縁膜110上の導電膜112と、絶縁膜104、金属酸化物膜108、及び導電膜112上の絶縁膜116と、を有する。なお、金属酸化物膜108は、導電膜112と重なるチャネル領域108iと、絶縁膜116と接するソース領域108sと、絶縁膜116と接するドレイン領域108dと、を有する。
また、絶縁膜116は、窒素または水素を有する。絶縁膜116と、ソース領域108s及びドレイン領域108dと、が接することで、絶縁膜116中の窒素または水素がソース領域108s及びドレイン領域108d中に添加される。ソース領域108s及びドレイン領域108dは、窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高くなる。
また、トランジスタ100は、絶縁膜116上の絶縁膜118と、絶縁膜116、118に設けられた開口部141aを介して、ソース領域108sに電気的に接続される導電膜120aと、絶縁膜116、118に設けられた開口部141bを介して、ドレイン領域108dに電気的に接続される導電膜120bと、を有していてもよい。
なお、本明細書等において、絶縁膜104を第1の絶縁膜と、絶縁膜110を第2の絶縁膜と、絶縁膜116を第3の絶縁膜と、絶縁膜118を第4の絶縁膜と、それぞれ呼称する場合がある。また、導電膜112は、ゲート電極としての機能を有し、導電膜120aは、ソース電極としての機能を有し、導電膜120bは、ドレイン電極としての機能を有する。
また、絶縁膜110は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁膜110は、過剰酸素領域を有する。絶縁膜110が過剰酸素領域を有することで、金属酸化物膜108が有するチャネル領域108i中に過剰酸素を供給することができる。よって、チャネル領域108iに形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補填することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
なお、金属酸化物膜108中に過剰酸素を供給させるためには、金属酸化物膜108の下方に形成される絶縁膜104に過剰酸素を供給してもよい。ただし、この場合、絶縁膜104中に含まれる過剰酸素は、金属酸化物膜108が有するソース領域108s、及びドレイン領域108dにも供給されうる。ソース領域108s、及びドレイン領域108d中に過剰酸素が供給されると、ソース領域108s、及びドレイン領域108dの抵抗が高くなる場合がある。
一方で、金属酸化物膜108の上方に形成される絶縁膜110に過剰酸素を有する構成とすることで、チャネル領域108iにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。あるいは、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域108s及びドレイン領域108dのキャリア密度を選択的に高めることで、ソース領域108s、及びドレイン領域108dの抵抗が高くなることを抑制することができる。
また、金属酸化物膜108が有するソース領域108s及びドレイン領域108dは、それぞれ、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を有すると好ましい。当該酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。上記酸素欠損を形成する元素が、絶縁膜116中に1種類または複数種類含まれる場合、絶縁膜116からソース領域108s、及びドレイン領域108dに拡散する。および/または、上記酸素欠損を形成する元素は、不純物添加処理によりソース領域108s、及びドレイン領域108d中に添加される。
不純物元素が金属酸化物膜に添加されると、金属酸化物膜中の金属元素と酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が金属酸化物膜に添加されると、金属酸化物膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、金属酸化物膜においてキャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
次に、図63(A)(B)(C)に示す半導体装置の構成要素の詳細について説明する。
[基板]
基板102としては、様々な基板を用いることができ、特定のものに限定されることはない。基板102の材料としては、実施の形態1に示す基板401、452、652、670と同様の材料を用いることができる。
[第1の絶縁膜]
絶縁膜104としては、スパッタリング法、CVD法、蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、印刷法、塗布法等を適宜用いて形成することができる。また、絶縁膜104としては、例えば、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、金属酸化物膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜104において少なくとも金属酸化物膜108と接する領域は酸化物絶縁膜で形成することが好ましい。また、絶縁膜104として加熱により酸素を放出する酸化物絶縁膜を用いることで、加熱処理により絶縁膜104に含まれる酸素を、金属酸化物膜108に移動させることが可能である。
絶縁膜104の厚さは、50nm以上、または100nm以上3000nm以下、または200nm以上1000nm以下とすることができる。絶縁膜104を厚くすることで、絶縁膜104の酸素放出量を増加させることができると共に、絶縁膜104と金属酸化物膜108との界面における界面準位、並びに金属酸化物膜108のチャネル領域108iに含まれる酸素欠損を低減することが可能である。
絶縁膜104として、例えば酸化シリコン、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、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn酸化物などを用いればよく、単層または積層で設けることができる。本実施の形態では、絶縁膜104として、窒化シリコン膜と、酸化窒化シリコン膜との積層構造を用いる。このように、絶縁膜104を積層構造として、下層側に窒化シリコン膜を用い、上層側に酸化窒化シリコン膜を用いることで、金属酸化物膜108中に効率よく酸素を導入することができる。
[金属酸化物膜]
金属酸化物膜108としては、実施の形態1に示す金属酸化物膜409a、409b、409cと同様の材料を用いることができる。
[第2の絶縁膜]
絶縁膜110は、トランジスタ100のゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁膜110は、金属酸化物膜108、特にチャネル領域108iに酸素を供給する機能を有する。例えば、絶縁膜110としては、酸化物絶縁膜または窒化物絶縁膜を単層または積層して形成することができる。なお、金属酸化物膜108との界面特性を向上させるため、絶縁膜110において、金属酸化物膜108と接する領域は、少なくとも酸化物絶縁膜を用いて形成することが好ましい。絶縁膜110として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコンなどを用いればよい。
また、絶縁膜110の厚さは、5nm以上400nm以下、または5nm以上300nm以下、または10nm以上250nm以下とすることができる。
また、絶縁膜110は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、電子スピン共鳴法(ESR:Electron Spin Resonance)で観察されるシグナルが少ない方が好ましい。例えば、上述のシグナルとしては、g値が2.001に観察されるE’センターが挙げられる。なお、E’センターに起因するシグナルは、シリコンのダングリングボンドに起因する。絶縁膜110としては、E’センター起因のスピン密度が、3×1017spins/cm以下、好ましくは5×1016spins/cm以下である酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜を用いればよい。
また、絶縁膜110には、上述のシグナル以外に二酸化窒素(NO)に起因するシグナルが観察される場合がある。当該シグナルは、Nの核スピンにより3つのシグナルに分裂しており、それぞれのg値が2.037以上2.039以下(第1のシグナルとする)、g値が2.001以上2.003以下(第2のシグナルとする)、及びg値が1.964以上1.966以下(第3のシグナルとする)に観察される。
例えば、絶縁膜110として、二酸化窒素(NO)に起因するシグナルのスピン密度が、1×1017spins/cm以上1×1018spins/cm未満である絶縁膜を用いると好適である。
なお、二酸化窒素(NO)などの窒素酸化物(NO)は、絶縁膜110中に準位を形成する。当該準位は、金属酸化物膜108のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物(NOx)が、絶縁膜110及び金属酸化物膜108の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜110側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜110及び金属酸化物膜108界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。したがって、絶縁膜110としては、窒素酸化物の含有量が少ない膜を用いると、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することができる。
窒素酸化物(NO)の放出量が少ない絶縁膜としては、例えば、酸化窒化シリコン膜を用いることができる。当該酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)において、窒素酸化物(NO)の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が1×1018/cm以上5×1019/cm以下である。なお、上記のアンモニアの放出量は、TDSにおける加熱処理の温度が50℃以上650℃以下、または50℃以上550℃以下の範囲での総量である。
窒素酸化物(NO)は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応するため、アンモニアの放出量が多い絶縁膜を用いることで窒素酸化物(NO)が低減される。
なお、絶縁膜110をSIMSで分析した場合、膜中の窒素濃度が6×1020atoms/cm以下であると好ましい。
また、絶縁膜110として、ハフニウムシリケート(HfSiO)、窒素が添加されたハフニウムシリケート(HfSi)、窒素が添加されたハフニウムアルミネート(HfAl)、酸化ハフニウムなどのhigh−k材料を用いてもよい。当該high−k材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
[第3の絶縁膜]
絶縁膜116は、窒素または水素を有する。また、絶縁膜116は、フッ素を有していてもよい。絶縁膜116としては、例えば、窒化物絶縁膜が挙げられる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化フッ化シリコン、フッ化窒化シリコン等を用いて形成することができる。絶縁膜116に含まれる水素濃度は、1×1022atoms/cm以上であると好ましい。また、絶縁膜116は、金属酸化物膜108のソース領域108s、及びドレイン領域108dと接する。したがって、絶縁膜116と接するソース領域108s、及びドレイン領域108d中の不純物(窒素または水素)濃度が高くなり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dのキャリア密度を高めることができる。
[第4の絶縁膜]
絶縁膜118としては、酸化物絶縁膜を用いることができる。また、絶縁膜118としては、酸化物絶縁膜と、窒化物絶縁膜との積層膜を用いることができる。絶縁膜118として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはGa−Zn酸化物などを用いればよい。
また、絶縁膜118としては、外部からの水素、水等のバリア膜として機能する膜であることが好ましい。
絶縁膜118の厚さは、30nm以上500nm以下、または100nm以上400nm以下とすることができる。
[導電膜]
導電膜112、120a、120bとしては、スパッタリング法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、熱CVD法等を用いて形成することができる。また、導電膜112、120a、120bとしては、実施の形態1に示す、図26における導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、608、及び図27における導電膜402、403a、403b、403c、405a、405b、405c、405d、407a、407b、407c、407d、407e、411a、411b、411c、414a、414b、414c、414d、414e、414f、414g、414h、417、420、422、608と同様の材料を用いることができる。
また、導電膜112、120a、120bは、ITO、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、ITSO等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。
なお、導電膜112として、In−Ga−Zn酸化物に代表される金属酸化物を用いてよい。当該金属酸化物は、絶縁膜116から窒素または水素が供給されることで、キャリア密度が高くなる。別言すると、金属酸化物は、酸化物導電体(OC:Oxide Conductor)として機能する。したがって、金属酸化物は、ゲート電極として用いることができる。
例えば、導電膜112としては、酸化物導電体(OC)の単層構造、金属膜の単層構造、または酸化物導電体(OC)と、金属膜との積層構造等が挙げられる。
なお、導電膜112として、遮光性を有する金属膜の単層構造、または酸化物導電体(OC)と遮光性を有する金属膜との積層構造を用いる場合、導電膜112の下方に形成されるチャネル領域108iを遮光することができるため、好適である。また、導電膜112として、酸化物半導体または酸化物導電体(OC)と、遮光性を有する金属膜との積層構造を用いる場合、酸化物半導体または酸化物導電体(OC)上に、金属膜(例えば、チタン膜、タングステン膜など)を形成することで、金属膜中の構成元素が酸化物半導体または酸化物導電体(OC)側に拡散し低抵抗化する、金属膜の成膜時のダメージ(例えば、スパッタリングダメージなど)により低抵抗化する、あるいは金属膜中に酸化物半導体または酸化物導電体(OC)中の酸素が拡散することで、酸素欠損が形成され低抵抗化する。
導電膜112、120a、120bの厚さとしては、30nm以上500nm以下、または100nm以上400nm以下とすることができる。
<3−2.トランジスタの構成例2>
次に、図63(A)(B)(C)に示すトランジスタと異なる構成について、図64(A)(B)(C)を用いて説明する。
図64(A)は、トランジスタ100Aの上面図であり、図64(B)は図64(A)の一点鎖線X1−X2間の断面図であり、図64(C)は図64(A)の一点鎖線Y1−Y2間の断面図である。
図64(A)(B)(C)に示すトランジスタ100Aは、基板102上の導電膜106と、導電膜106上の絶縁膜104と、絶縁膜104上の金属酸化物膜108と、金属酸化物膜108上の絶縁膜110と、絶縁膜110上の導電膜112と、絶縁膜104、金属酸化物膜108、及び導電膜112上の絶縁膜116と、を有する。なお、金属酸化物膜108は、導電膜112と重なるチャネル領域108iと、絶縁膜116と接するソース領域108sと、絶縁膜116と接するドレイン領域108dと、を有する。
トランジスタ100Aは、先に示すトランジスタ100の構成に加え、導電膜106と、開口部143と、を有する。
なお、開口部143は、絶縁膜104、110に設けられる。また、導電膜106は、開口部143を介して、導電膜112と、電気的に接続される。よって、導電膜106と導電膜112には、同じ電位が与えられる。なお、開口部143を設けずに、導電膜106と、導電膜112と、に異なる電位を与えてもよい。または、開口部143を設けずに、導電膜106を遮光膜として用いてもよい。例えば、導電膜106を遮光性の材料により形成することで、チャネル領域108iに照射される下方からの光を抑制することができる。
また、トランジスタ100Aの構成とする場合、導電膜106は、第1のゲート電極(ボトムゲート電極ともいう)としての機能を有し、導電膜112は、第2のゲート電極(トップゲート電極ともいう)としての機能を有する。また、絶縁膜104は、第1のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁膜110は、第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。
導電膜106としては、先に記載の導電膜112、120a、120bと同様の材料を用いることができる。特に導電膜106として、銅を含む材料により形成することで抵抗を低くすることができるため好適である。例えば、導電膜106を窒化チタン膜、窒化タンタル膜、またはタングステン膜上に銅膜を設ける積層構造とし、導電膜120a、120bを窒化チタン膜、窒化タンタル膜、またはタングステン膜上に銅膜を設ける積層構造とすると好適である。この場合、トランジスタ100Aを表示装置の画素トランジスタ及び駆動トランジスタのいずれか一方または双方に用いることで、導電膜106と導電膜120aとの間に生じる寄生容量、及び導電膜106と導電膜120bとの間に生じる寄生容量を低くすることができる。したがって、導電膜106、導電膜120a、及び導電膜120bを、トランジスタ100Aの第1のゲート電極、ソース電極、及びドレイン電極として用いるのみならず、表示装置の電源供給用の配線、信号供給用の配線、または接続用の配線等に用いる事も可能となる。
このように、図64(A)(B)(C)に示すトランジスタ100Aは、先に説明したトランジスタ100と異なり、金属酸化物膜108の上下にゲート電極として機能する導電膜を有する構造である。トランジスタ100Aに示すように、本発明の一態様の半導体装置には、複数のゲート電極を設けてもよい。
また、図64(C)に示すように、金属酸化物膜108は、第1のゲート電極として機能する導電膜106と、第2のゲート電極として機能する導電膜112のそれぞれと対向するように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。
また、導電膜112のチャネル幅方向の長さは、金属酸化物膜108のチャネル幅方向の長さよりも長く、金属酸化物膜108のチャネル幅方向全体は、絶縁膜110を介して導電膜112に覆われている。また、導電膜112と導電膜106とは、絶縁膜104、及び絶縁膜110に設けられる開口部143において接続されるため、金属酸化物膜108のチャネル幅方向の側面の一方は、絶縁膜110を介して導電膜112と対向している。
別言すると、トランジスタ100Aのチャネル幅方向において、導電膜106及び導電膜112は、絶縁膜104、及び絶縁膜110に設けられる開口部143において接続すると共に、絶縁膜104、及び絶縁膜110を介して金属酸化物膜108を取り囲む構成である。
このような構成を有することで、トランジスタ100Aに含まれる金属酸化物膜108を、第1のゲート電極として機能する導電膜106及び第2のゲート電極として機能する導電膜112の電界によって電気的に取り囲むことができる。トランジスタ100Aのように、第1のゲート電極及び第2のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される金属酸化物膜108を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をSurrounded channel(S−channel)構造と呼ぶことができる。
トランジスタ100Aは、S−channel構造を有するため、導電膜106または導電膜112によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に金属酸化物膜108に印加することができるため、トランジスタ100Aの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ100Aを微細化することが可能となる。また、トランジスタ100Aは、酸化物半導体膜108が導電膜106、及び導電膜112によって取り囲まれた構造を有するため、トランジスタ100Aの機械的強度を高めることができる。
なお、トランジスタ100Aのチャネル幅方向において、金属酸化物膜108の開口部143が形成されていない側に開口部143と異なる開口部を形成してもよい。
なお、トランジスタ100Aのチャネル幅方向において、金属酸化物膜108に対して開口部143の反対側に、開口部143と異なる開口部を絶縁膜104、110に形成し、導電膜106を、導電膜112と、電気的に接続してもよい。もう一つの開口部を絶縁膜104、110に設けることで、開口部143の逆側の側面からも、チャネルを誘起させるための電界を金属酸化物膜108に印加することができる。
また、トランジスタ100Aに示すように、トランジスタが、半導体膜を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には信号Aが、他方のゲート電極には固定電位Vbが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には信号Aが、他方のゲート電極には信号Bが与えられてもよい。また、一方のゲート電極には固定電位Vaが、他方のゲート電極には固定電位Vbが与えられてもよい。
信号Aは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Aは、電位V1、または電位V2(V1>V2とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V1を高電源電位とし、電位V2を低電源電位とすることができる。信号Aは、アナログ信号であってもよい。
固定電位Vbは、例えば、トランジスタのしきい値電圧VthAを制御するための電位である。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2であってもよい。この場合、固定電位Vbを生成するための電位発生回路を、別途設ける必要がなく好ましい。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2と異なる電位であってもよい。固定電位Vbを低くすることで、しきい値電圧VthAを高くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧Vgsが0Vのときのドレイン電流を低減し、トランジスタを有する回路のリーク電流を低減できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも低くしてもよい。一方で、固定電位Vbを高くすることで、しきい値電圧VthAを低くできる場合がある。その結果、ゲート−ソース間電圧Vgsが高電源電位のときのドレイン電流を向上させ、トランジスタを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも高くしてもよい。
信号Bは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Bは、電位V3、または電位V4(V3>V4とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V3を高電源電位とし、電位V4を低電源電位とすることができる。信号Bは、アナログ信号であってもよい。
信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと同じデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタのオン電流を向上し、トランジスタを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。このとき、信号Aにおける電位V1及び電位V2は、信号Bにおける電位V3及び電位V4と、異なっていてもよい。例えば、信号Bが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜が、信号Aが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜よりも厚い場合、信号Bの電位振幅(V3−V4)を、信号Aの電位振幅(V1−V2)より大きくしてもよい。そうすることで、トランジスタの導通状態または非導通状態に対して、信号Aが与える影響と、信号Bが与える影響と、を同程度とすることができる場合がある。
信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと異なるデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。例えば、トランジスタがnチャネル型である場合、信号Aが電位V1であり、かつ、信号Bが電位V3である場合のみ導通状態となる場合や、信号Aが電位V2であり、かつ、信号Bが電位V4である場合のみ非導通状態となる場合には、一つのトランジスタでNAND回路やNOR回路等の機能を実現できる場合がある。また、信号Bは、しきい値電圧VthAを制御するための信号であってもよい。例えば、信号Bは、トランジスタを有する回路が動作している期間と、当該回路が動作していない期間と、で電位が異なる信号であってもよい。信号Bは、回路の動作モードに合わせて電位が異なる信号であってもよい。この場合、信号Bは信号Aほど頻繁には電位が切り替わらない場合がある。
信号Aと信号Bが共にアナログ信号である場合、信号Bは、信号Aと同じ電位のアナログ信号、信号Aの電位を定数倍したアナログ信号、または、信号Aの電位を定数だけ加算もしくは減算したアナログ信号等であってもよい。この場合、トランジスタのオン電流が向上し、トランジスタを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。信号Bは、信号Aと異なるアナログ信号であってもよい。この場合、トランジスタの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。
信号Aがデジタル信号であり、信号Bがアナログ信号であってもよい。または信号Aがアナログ信号であり、信号Bがデジタル信号であってもよい。
トランジスタの両方のゲート電極に固定電位を与える場合、トランジスタを、抵抗素子と同等の素子として機能させることができる場合がある。例えば、トランジスタがnチャネル型である場合、固定電位Vaまたは固定電位Vbを高く(低く)することで、トランジスタの実効抵抗を低く(高く)することができる場合がある。固定電位Va及び固定電位Vbを共に高く(低く)することで、一つのゲートしか有さないトランジスタによって得られる実効抵抗よりも低い(高い)実効抵抗が得られる場合がある。
なお、トランジスタ100Aのその他の構成は、先に示すトランジスタ100と同様であり、同様の効果を奏する。
<3−3.トランジスタの構成例3>
次に、図64(A)(B)(C)に示すトランジスタと異なる構成について、図65乃至図70を用いて説明する。
図65(A)(B)は、トランジスタ100Fの断面図であり、図66(A)(B)は、トランジスタ100Gの断面図であり、図67(A)(B)は、トランジスタ100Hの断面図であり、図68(A)(B)は、トランジスタ100Jの断面図であり、図69(A)(B)は、トランジスタ100Kの断面図である。なお、トランジスタ100F、トランジスタ100G、トランジスタ100H、トランジスタ100J、及びトランジスタ100Kの上面図としては、図64(A)に示すトランジスタ100Aと同様であるため、ここでの説明は省略する。
トランジスタ100F、トランジスタ100G、トランジスタ100H、トランジスタ100J、及びトランジスタ100Kは、先に示すトランジスタ100Aと金属酸化物膜108の構造が異なる。それ以外の構成については、先に示すトランジスタ100Aと同様の構成であり、同様の効果を奏する。
図65(A)(B)に示すトランジスタ100Fが有する金属酸化物膜108は、絶縁膜104上の金属酸化物膜108_1と、金属酸化物膜108_1上の金属酸化物膜108_2と、金属酸化物膜108_2上の金属酸化物膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、金属酸化物膜108_1、金属酸化物膜108_2、及び金属酸化物膜108_3の3層の積層構造である。
図66(A)(B)に示すトランジスタ100Gが有する金属酸化物膜108は、絶縁膜104上の金属酸化物膜108_2と、金属酸化物膜108_2上の金属酸化物膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、金属酸化物膜108_2、及び金属酸化物膜108_3の2層の積層構造である。
図67(A)(B)に示すトランジスタ100Hが有する金属酸化物膜108は、絶縁膜104上の金属酸化物膜108_1と、金属酸化物膜108_1上の金属酸化物膜108_2と、を有する。また、チャネル領域108i、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、金属酸化物膜108_1、及び金属酸化物膜108_2の2層の積層構造である。
図68(A)(B)に示すトランジスタ100Jが有する金属酸化物膜108は、絶縁膜104上の金属酸化物膜108_1と、金属酸化物膜108_1上の金属酸化物膜108_2と、金属酸化物膜108_2上の金属酸化物膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108iは、金属酸化物膜108_1、金属酸化物膜108_2、及び金属酸化物膜108_3の3層の積層構造であり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、金属酸化物膜108_1、及び金属酸化物膜108_2の2層の積層構造である。なお、トランジスタ100Jのチャネル幅(W)方向の断面において、金属酸化物膜108_3が、金属酸化物膜108_1及び金属酸化物膜108_2の側面を覆う。
図69(A)(B)に示すトランジスタ100Kが有する金属酸化物膜108は、絶縁膜104上の金属酸化物膜108_2と、金属酸化物膜108_2上の金属酸化物膜108_3と、を有する。また、チャネル領域108iは、金属酸化物膜108_2、及び金属酸化物膜108_3の2層の積層構造であり、ソース領域108s、及びドレイン領域108dは、それぞれ、金属酸化物膜108_2の単層構造である。なお、トランジスタ100Kのチャネル幅(W)方向の断面において、金属酸化物膜108_3が、金属酸化物膜108_2の側面を覆う。
チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面またはその近傍においては、加工におけるダメージにより欠陥(例えば、酸素欠損)が形成されやすい、あるいは不純物の付着により汚染されやすい。そのため、チャネル領域108iが実質的に真性であっても、電界などのストレスが印加されることによって、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面またはその近傍が活性化され、低抵抗(n型)領域となりやすい。また、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面またはその近傍がn型領域の場合、当該n型領域がキャリアのパスとなるため、寄生チャネルが形成される場合がある。
そこで、トランジスタ100J、及びトランジスタ100Kにおいては、チャネル領域108iを積層構造とし、チャネル領域108iのチャネル幅(W)方向の側面を、積層構造の一方の層で覆う構成とする。当該構成とすることで、チャネル領域108iの側面またはその近傍の欠陥を抑制する、あるいはチャネル領域108iの側面またはその近傍への不純物の付着を低減することが可能となる。
<3−4.バンド構造>
ここで、絶縁膜104、金属酸化物膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110のバンド構造、絶縁膜104、金属酸化物膜108_2、108_3、及び絶縁膜110のバンド構造、並びに絶縁膜104、金属酸化物膜108_1、108_2のバンド構造について、図70(A)(B)(C)を用いて説明する。なお、図70(A)(B)(C)は、チャネル領域108iにおけるバンド構造である。
図70(A)は、絶縁膜104、金属酸化物膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図70(B)は、絶縁膜104、金属酸化物膜108_2、108_3、及び絶縁膜110を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図70(C)は、絶縁膜104、金属酸化物膜108_1、108_2、及び絶縁膜110を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜104、金属酸化物膜108_1、108_2、108_3、及び絶縁膜110の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を示す。
また、図70(A)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、金属酸化物膜108_1として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用い、金属酸化物膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用い、金属酸化物膜108_3として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いる構成のバンド図である。
また、図70(B)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、金属酸化物膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用い、金属酸化物膜108_3として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いる構成のバンド図である。
また、図70(C)は、絶縁膜104、110として酸化シリコン膜を用い、金属酸化物膜108_1として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用い、金属酸化物膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いる構成のバンド図である。
図70(A)に示すように、金属酸化物膜108_1、108_2、108_3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。また、図70(B)に示すように、金属酸化物膜108_2、108_3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。また、図70(C)に示すように、金属酸化物膜108_1、108_2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。このようなバンド構造を有するためには、金属酸化物膜108_1と金属酸化物膜108_2との界面、または金属酸化物膜108_2と金属酸化物膜108_3との界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないとする。
金属酸化物膜108_1、108_2、108_3に連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
図70(A)(B)(C)に示す構成とすることで金属酸化物膜108_2がウェル(井戸)となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が金属酸化物膜108_2に形成されることがわかる。このような構成を有することで、金属酸化物膜108_2が主な電流経路となる。すなわち、金属酸化物膜108_2は、チャネル領域としての機能を有し、金属酸化物膜108_1、108_3は、酸化物絶縁膜としての機能を有する。ここで、金属酸化物膜108_1、108_3は、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、金属酸化物膜108_1、108_3を、膜の物性の面からも機能の面からも、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。
なお、金属酸化物膜108_1、108_3を設けることにより、トラップ準位を金属酸化物膜108_2より遠ざけることができる。
なお、このような構成を有しない場合、トラップ準位がチャネル領域として機能する金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、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。
したがって、トラップ準位が金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。例えば図70(A)(B)(C)に示す構成にすることで、トラップ準位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。
また、金属酸化物膜108_1、108_3は、金属酸化物膜108_2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、金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と、金属酸化物膜108_1、108_3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。すなわち、金属酸化物膜108_1、108_3の電子親和力と、金属酸化物膜108_2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。
このような構成を有することで、金属酸化物膜108_2が主な電流経路となる。すなわち、金属酸化物膜108_2は、チャネル領域としての機能を有し、金属酸化物膜108_1、108_3は、酸化物絶縁膜としての機能を有する。また、金属酸化物膜108_1、108_3を設けることにより、金属酸化物膜108_2に形成されうるトラップ準位を金属酸化物膜108_2より遠ざけることができる。
ここで、金属酸化物膜108_1、108_3は、チャネル領域が形成される金属酸化物膜108_2を構成する金属元素の一種以上から構成される金属酸化物膜を用いると好ましい。このような構成とすることで、金属酸化物膜108_1と金属酸化物膜108_2との界面、または金属酸化物膜108_2と金属酸化物膜108_3との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、金属酸化物膜108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位が、金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位よりも真空準位に近い材料を用いると好適である。また、金属酸化物膜108_1、108_3は、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。そのため、金属酸化物膜108_1、108_3を、その物性及び/または機能から、それぞれ酸化物絶縁膜とも呼べる。または、金属酸化物膜108_1、108_3には、電子親和力(真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差)が金属酸化物膜108_2よりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が金属酸化物膜108_2の伝導帯下端エネルギー準位と差分(バンドオフセット)を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、金属酸化物膜108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位が、金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位よりも真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と、金属酸化物膜108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以上、好ましくは0.5eV以上、かつ2eV以下、好ましくは1eV以下とすることが好ましい。すなわち、金属酸化物膜108_1、108_3の電子親和力と、金属酸化物膜108_2の電子親和力との差が、0.15eV以上、好ましくは0.5eV以上、かつ2eV以下、好ましくは1eV以下であることが好ましい。
また、金属酸化物膜108_1、108_3は、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。金属酸化物膜108_1、108_3の膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜120a、120bの構成元素が金属酸化物膜108_2へ拡散してしまう場合がある。なお、金属酸化物膜108_1、108_3が後述するCAAC−OSである場合、導電膜120a、120bの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
また、本実施の形態においては、金属酸化物膜108_1、108_3として、金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いる構成について例示したが、これに限定されない。例えば、金属酸化物膜108_1、108_3として、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、In:Ga:Zn=1:1:1.2[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]、In:Ga:Zn=1:4:5[原子数比]、In:Ga:Zn=1:5:6[原子数比]、またはIn:Ga:Zn=1:10:1[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いてもよい。あるいは、金属酸化物膜108_1、108_3として、金属元素の原子数比をGa:Zn=10:1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いてもよい。この場合、金属酸化物膜108_2として金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:1:1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用い、金属酸化物膜108_1、108_3として金属元素の原子数比をGa:Zn=10:1の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化物膜を用いると、金属酸化物膜108_2の伝導帯下端のエネルギー準位と、金属酸化物膜108_1、108_3の伝導帯下端のエネルギー準位との差を0.6eV以上とすることができるため好適である。
なお、金属酸化物膜108_1、108_3として、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、金属酸化物膜108_1、108_3は、In:Ga:Zn=1:β1(0<β1≦2):β2(0<β2≦2)となる場合がある。また、金属酸化物膜108_1、108_3として、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、金属酸化物膜108_1、108_3は、In:Ga:Zn=1:β3(1≦β3≦5):β4(2≦β4≦6)となる場合がある。また、金属酸化物膜108_1、108_3として、In:Ga:Zn=1:3:6[原子数比]の金属酸化物ターゲットを用いる場合、金属酸化物膜108_1、108_3は、In:Ga:Zn=1:β5(1≦β5≦5):β6(4≦β6≦8)となる場合がある。
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法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に用いることのできるトランジスタについて、詳細に説明する。
なお、本実施の形態では、逆スタガ型のトランジスタについて、図71乃至図75を用いて説明する。
<4−1.トランジスタの構成例1>
図71(A)は、トランジスタ300Aの上面図であり、図71(B)は、図71(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当し、図71(C)は、図71(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当する。なお、図71(A)において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ300Aの構成要素の一部(ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜等)を省略して図示している。また、一点鎖線X1−X2方向をチャネル長方向、一点鎖線Y1−Y2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図71(A)と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
トランジスタ300Aは、基板302上のゲート電極として機能する導電膜304と、基板302及び導電膜304上の絶縁膜306と、絶縁膜306上の絶縁膜307と、絶縁膜307上の金属酸化物膜308と、金属酸化物膜308に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜312aと、金属酸化物膜308に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜312bと、を有する。また、トランジスタ300A上、より詳しくは、導電膜312a、312b及び金属酸化物膜308上には絶縁膜314、316、及び絶縁膜318が設けられる。絶縁膜314、316、318は、トランジスタ300Aの保護絶縁膜としての機能を有する。
<4−2.トランジスタの構成例2>
図72(A)は、トランジスタ300Bの上面図であり、図72(B)は、図72(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当し、図72(C)は、図72(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当する。
トランジスタ300Bは、基板302上のゲート電極として機能する導電膜304と、基板302及び導電膜304上の絶縁膜306と、絶縁膜306上の絶縁膜307と、絶縁膜307上の金属酸化物膜308と、金属酸化物膜308上の絶縁膜314と、絶縁膜314上の絶縁膜316と、絶縁膜314及び絶縁膜316に設けられる開口部341aを介して金属酸化物膜308に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜312aと、絶縁膜314及び絶縁膜316に設けられる開口部341bを介して金属酸化物膜308に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜312bと、を有する。また、トランジスタ300B上、より詳しくは、導電膜312a、312b、及び絶縁膜316上には絶縁膜318が設けられる。絶縁膜314及び絶縁膜316は、金属酸化物膜308の保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜318は、トランジスタ300Bの保護絶縁膜としての機能を有する。
トランジスタ300Aにおいては、チャネルエッチ型の構造であったのに対し、図72(A)(B)(C)に示すトランジスタ300Bは、チャネル保護型の構造である。
<4−3.トランジスタの構成例3>
図73(A)は、トランジスタ300Cの上面図であり、図73(B)は、図73(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当し、図73(C)は、図73(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当する。
トランジスタ300Cは、図72(A)(B)(C)に示すトランジスタ300Bと絶縁膜314、316の形状が相違する。具体的には、トランジスタ300Cの絶縁膜314、316は、絶縁膜307上の島状に加工された金属酸化物膜308のチャネル領域上に島状に設けられる。なお図73(A)(C)に示すように、絶縁膜314,316は前述の金属酸化物膜308におけるチャネル幅方向のチャネル領域の端部のうち少なくとも一方を覆う形状でもよい。その他の構成は、トランジスタ300Bと同様である。
<4−4.トランジスタの構成例4>
図74(A)は、トランジスタ300Dの上面図であり、図74(B)は、図74(A)に示す一点鎖線X1−X2間における切断面の断面図に相当し、図74(C)は、図74(A)に示す一点鎖線Y1−Y2間における切断面の断面図に相当する。
トランジスタ300Dは、基板302上の第1のゲート電極として機能する導電膜304と、基板302及び導電膜304上の絶縁膜306と、絶縁膜306上の絶縁膜307と、絶縁膜307上の金属酸化物膜308と、金属酸化物膜308上の絶縁膜314と、絶縁膜314上の絶縁膜316と、金属酸化物膜308に電気的に接続されるソース電極として機能する導電膜312aと、金属酸化物膜308に電気的に接続されるドレイン電極として機能する導電膜312bと、導電膜312a、312b及び絶縁膜316上の絶縁膜318と、絶縁膜318上の導電膜320a、320bと、を有する。
また、トランジスタ300Dにおいて、絶縁膜314、316、318は、トランジスタ300Dの第2のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、トランジスタ300Dにおいて、導電膜320aは、表示装置に用いる画素電極としての機能を有する。また、導電膜320aは、絶縁膜314、316、318に設けられる開口部342cを介して、導電膜312bと接続される。また、トランジスタ300Dにおいて、導電膜320bは、第2のゲート電極(バックゲート電極ともいう)として機能する。
また、図74(C)に示すように導電膜320bは、絶縁膜306、307、314、316、318に設けられる開口部342a、342bにおいて、第1のゲート電極として機能する導電膜304に接続される。よって、導電膜320bと導電膜304とは、同じ電位が与えられる。
なお、トランジスタ300Dにおいては、開口部342a、342bを設け、導電膜320bと導電膜304を接続する構成について例示したが、これに限定されない。例えば、開口部342aまたは開口部342bのいずれか一方の開口部のみを形成し、導電膜320bと導電膜304を接続する構成、または開口部342a及び開口部342bを設けずに、導電膜320bと導電膜304を接続しない構成としてもよい。なお、導電膜320bと導電膜304とを接続しない構成の場合、導電膜320bと導電膜304には、それぞれ異なる電位を与えることができる。
なお、トランジスタ300Dは、先に説明のS−channel構造を有する。
<4−5.トランジスタの構成例5>
また、図71(A)(B)(C)に示すトランジスタ300Aが有する金属酸化物膜308を複数の積層構造としてもよい。その場合の一例を図75(A)(B)(C)(D)に示す。
図75(A)(B)は、トランジスタ300Eの断面図であり、図75(C)(D)は、トランジスタ300Fの断面図である。なお、トランジスタ300E、300Fの上面図としては、図71(A)に示すトランジスタ300Aと同様である。
図75(A)(B)に示すトランジスタ300Eが有する金属酸化物膜308は、金属酸化物膜308_1と、金属酸化物膜308_2と、金属酸化物膜308_3と、を有する。また、図75(C)(D)に示すトランジスタ300Fが有する金属酸化物膜308は、金属酸化物膜308_2と、金属酸化物膜308_3と、を有する。
なお、導電膜304、絶縁膜306、絶縁膜307、金属酸化物膜308、金属酸化物膜308_1、金属酸化物膜308_2、金属酸化物膜308_3、導電膜312a、312b、絶縁膜314、絶縁膜316、絶縁膜318、及び導電膜320a、320bとしては、それぞれ先の実施の形態3に記載の導電膜106、絶縁膜116、絶縁膜314、金属酸化物膜108、金属酸化物膜108_1、金属酸化物膜108_2、金属酸化物膜108_3、導電膜120a、120b、絶縁膜104、絶縁膜118、絶縁膜116、導電膜112に記載の材料及び形成方法を用いることで、形成することができる。
また、トランジスタ300A乃至トランジスタ300Fの構造を、それぞれ自由に組み合わせて用いてもよい。
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5)
<CAC−OSの構成>
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
CAC−OSとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウム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、銅、バナジウム、ベリリウム、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。
例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OS(CAC−OSの中でもIn−Ga−Zn酸化物を、特にCAC−IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2Z2(X2、Y2、およびZ2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4Z4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2Z2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。
つまり、CAC−OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1+x0)Ga(1−x0)(ZnO)m0(−1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa−b面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、CAC−OSは、酸化物半導体の材料構成に関する。CAC−OSとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC−OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、CAC−OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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る場合、CAC−OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
CAC−OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC−OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。ここで基板を「意図的に加熱しない」とは、基板を保持する機構等に取り付けられた電熱線等で基板裏面側(成膜面の反対側)から熱を与える方法や、赤外線レーザー等を使用することで真空装置の外側から基板ないしは基板に接触する機構を加熱する方法を用いないということである。
CAC−OSは、X線回折(XRD:X−ray diffraction)測定法のひとつであるOut−of−plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa−b面方向、およびc軸方向の配向は見られないことが分かる。
またCAC−OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC−OSの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano−crystal)構造を有することがわかる。
また例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
CAC−OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC−OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
従って、CAC−OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。
また、CAC−OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC−OSは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図76乃至図79を用いて説明を行う。
<6−1.表示モジュール>
図76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よいし、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。
<6−2.電子機器>
図77(A)乃至図77(E)、及び図78(A)乃至図78(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77(A)乃至図77(E)、及び図78(A)乃至図78(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77(A)乃至図77(E)、及び図78(A)乃至図78(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77(A)乃至図77(E)、及び図78(A)乃至図78(E)に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図77(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77(B)は携帯情報端末9101を、図77(C)は携帯情報端末9102を、図77(D)は携帯情報端末9103を、図77(E)は携帯情報端末9104を、それぞれ示す斜視図である。
図77(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77(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77(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77(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77(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78(A)は腕時計型の携帯情報端末9200を、図78(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78(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78(B)に示す携帯情報端末9201は、図78(A)に示す携帯情報端末9200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78(B)においては円形状)である。
図78(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78(C)が携帯情報端末9202を展開した状態の斜視図であり、図78(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78(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。
また、図79(A)(B)は、複数の表示パネルを有する表示装置9500の斜視図である。なお、図79(A)は、複数の表示パネルが巻き取られた形態の斜視図であり、図79(B)は、複数の表示パネルが展開された状態の斜視図である。
図79(A)(B)に示す表示装置9500は、複数の表示パネル9501と、軸部9511と、軸受部9512と、を有する。また、複数の表示パネル9501は、表示領域9502と、透光性を有する領域9503と、を有する。
また、複数の表示パネル9501は、可撓性を有する。また、隣接する2つの表示パネル9501は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する2つの表示パネル9501の透光性を有する領域9503を重ね合わせることができる。複数の表示パネル9501を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用状況に応じて、表示パネル9501を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表示装置とすることができる。
また、図79(A)(B)においては、表示領域9502が隣接する表示パネル9501で隔離する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル9501の表示領域9502を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域9502としてもよい。
なお、本発明の一態様である表示装置は、表示パネル9501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。
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7)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を有する情報処理装置の構成について、図80(A)(B)を参照して説明する。
図80(A)は本発明の一態様の表示装置を有する情報処理装置9600の構成を説明するブロック図であり、図80(B)は操作されている情報処理装置9600の状態を説明する模式図である。
以下に、情報処理装置9600を構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。
<7.情報処理装置の構成例>
情報処理装置9600は、演算装置9610と、入出力装置9620とを有する。
[演算装置]
演算装置9610は、演算部9611と、記憶部9612と、伝送路9614と、入出力インターフェース9615と、を有する。
[演算部]
演算部9611は、プログラムを実行する機能を有する。
[記憶部]
記憶部9612は、演算部9611が実行するプログラム、初期情報、設定情報または画像等を記憶する機能を有する。具体的には、ハードディスク、フラッシュメモリまたは酸化物半導体を含むトランジスタを用いたメモリ等を用いることができる。
[プログラム]
演算部9611が実行するプログラムは、例えば、以下の3つのステップを有する。図80(B)を用いて、3つのステップについて説明する。
第1のステップにおいて、位置情報P1を取得する。
第2のステップにおいて、位置情報P1に基づいて、第1の領域9681を決定する。
第3のステップにおいて、第1の領域9681に表示する画像として、他の領域に表示する画像よりも輝度が高められた画像(画像情報Q1)を生成する。
例えば、演算装置9610は、位置情報P1に基づいて、第1の領域9681を決定する。具体的には、第1の領域9681の形状を楕円状、円形状、多角形状または矩形状等にすることができる。例えば、位置情報P1を含む半径60cm以下好ましくは5cm以上30cm以下の範囲を第1の領域9681に決定する。
なお、第1の領域9681に表示する画像として、他の領域に表示する画像よりも輝度が高められた画像を生成する方法としては、第1の領域9681に表示する画像の輝度を、他の領域に表示する画像の輝度の110%以上好ましくは120%以上200%以下に高める。または、第1の領域9681に表示する画像の輝度の平均を、他の領域に表示する画像の輝度の平均の110%以上好ましくは120%以上200%以下に高める。
上述のプログラムを実行することにより、情報処理装置9600は、位置情報P1に基づいて第1の領域9681に表示する画像として、他の領域に表示する画像よりも輝度が高められた画像情報Q1を生成することができる。その結果、操作者は操作を快適に行うことが可能となり、利便性に優れた情報処理装置9600を提供することができる。
[入出力インターフェース]
入出力インターフェース9615は、端子または配線を有する。また、入出力インターフェース9615は、情報を供給する機能と、情報を供給される機能とを有する。例えば、入出力インターフェース9615は、伝送路9614及び入出力装置9620のいずれか一方または双方と電気的に接続することができる。
[伝送路]
伝送路9614は配線を有する。また、伝送路9614は、情報を供給する機能と、情報を供給される機能とを有する。例えば、伝送路9614は、演算部9611、記憶部9612または入出力インターフェース9615と電気的に接続することができる。
[入出力装置]
入出力装置9620は、表示部9630と、入力部9640と、検知部9650と、通信部9690と、を有する。
[表示部]
表示部9630は表示パネルを有する。当該表示パネルは、画素を有し、画素は反射型の表示素子と、透過型の発光素子とを有する構成とすればよい。また、画像情報を用いて反射型の表示素子の反射率を高め、表示する画像の輝度を高めることができる。または、画像情報を用いて発光素子の輝度を高め、表示する画像の輝度を高めることができる。すなわち、表示部9630に、本発明の一態様の表示装置を好適に用いることができる。
[入力部]
入力部9640は入力パネルを有する。例えば、入力パネルは、近接センサを有する。当該近接センサは、ポインタ9682を検知する機能を有する。なお、ポインタ9682は、指やスタイラスペン等を用いればよい。また、当該スタイラスペンとしては、発光ダイオード等の発光素子、金属片またはコイル等用いればよい。
また、近接センサとしては、静電容量型の近接センサ、電磁誘導型の近接センサ、赤外線検知型の近接センサ、光電変換素子を用いた近接センサ等を用いればよい。
静電容量型の近接センサは、導電膜を有し、当該導電膜に対する近接を、検知する機能を有する。例えば、入力パネルの互いに異なる領域に複数の導電膜を配設し、ポインタ9682に用いられる指等が近接する領域を、導電膜に寄生する容量の変化に基づいて特定し、位置情報を決定できる。
電磁誘導型の近接センサは、金属片やコイル等の検知回路に対する近接を検知する機能を有する。例えば、入力パネルの互いに異なる領域に複数の発振回路を配設し、ポインタ9682に用いるスタイラスペン等に配設された金属片やコイル等が近接する領域を、発振回路の回路定数の変化に基づいて特定し、位置情報を決定できる。
光検知型の近接センサは、発光素子の近接を、検知する機能を有する。例えば、入力パネルの互いに異なる領域に複数の光電変換素子を配設し、ポインタ9682に用いるスタイラスペン等に配設された発光素子が近接する領域を、光電変換素子の起電力の変化に基づいて特定し、位置情報を決定できる。
[検知部]
検知部9650としては、環境の明るさを検知する照度センサや人感センサ等を用いればよい。
[通信部]
通信部9690は、ネットワークに情報を供給し、ネットワークから情報を取得する機能を有する。
上記説明した情報処理装置9600としては、例えば、教育、デジタルサイネージまたはスマートテレビジョンシステム等に用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
10 画素
11 表示素子
11d 表示領域
12 表示素子
12d 表示領域
12B 発光素子
12G 発光素子
12R 発光素子
100 トランジスタ
100A トランジスタ
100F トランジスタ
100G トランジスタ
100H トランジスタ
100J トランジスタ
100K トランジスタ
102 基板
104 絶縁膜
106 導電膜
108 金属酸化物膜
108_1 金属酸化物膜
108_2 金属酸化物膜
108_3 金属酸化物膜
108d ドレイン領域
108i チャネル領域
108s ソース領域
110 絶縁膜
112 導電膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
120a 導電膜
120b 導電膜
141a 開口部
141b 開口部
143 開口部
300A トランジスタ
300B トランジスタ
300C トランジスタ
300D トランジスタ
300E トランジスタ
300F トランジスタ
302 基板
304 導電膜
306 絶縁膜
307 絶縁膜
308 金属酸化物膜
308_1 金属酸化物膜
308_2 金属酸化物膜
308_3 金属酸化物膜
312a 導電膜
312b 導電膜
314 絶縁膜
316 絶縁膜
318 絶縁膜
320a 導電膜
320b 導電膜
341a 開口部
341b 開口部
342a 開口部
342b 開口部
342c 開口部
401 基板
402 導電膜
403a 導電膜
403b 導電膜
403c 導電膜
404 絶縁膜
404a ゲートドライバ回路部
405a 導電膜
405b 導電膜
405c 導電膜
405d 導電膜
406 絶縁膜
407a 導電膜
407b 導電膜
407c 導電膜
407d 導電膜
407e 導電膜
407f 導電膜
407g 導電膜
408 絶縁膜
409a 金属酸化物膜
409b 金属酸化物膜
409c 金属酸化物膜
410a 絶縁膜
410b 絶縁膜
410c 絶縁膜
411a 金属酸化物膜
411b 金属酸化物膜
411c 金属酸化物膜
412 絶縁膜
413 絶縁膜
414a 導電膜
414b 導電膜
414c 導電膜
414d 導電膜
414e 導電膜
414f 導電膜
414g 導電膜
414h 導電膜
416 絶縁膜
417 導電膜
417B 導電膜
417G 導電膜
417R 導電膜
418 絶縁膜
419 EL層
420 導電膜
421 導電膜
422 絶縁膜
450 開口部
452 基板
454 封止材
481 シャドウマスク
482 開口部
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
508a 外部回路
508b 外部回路
602 遮光膜
604 着色膜
606 絶縁膜
608 導電膜
610a 構造体
610b 構造体
618a 配向膜
618b 配向膜
620 液晶層
622 シール材
624 導電体
626 機能膜
652 基板
662 遮光膜
663 絶縁膜
664 電極
665 電極
666 絶縁膜
667 電極
668 絶縁膜
670 基板
672 基板
674 接着材
681 絶縁膜
682 導電膜
691 タッチパネル
692 タッチパネル
693 タッチパネル
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
9500 表示装置
9501 表示パネル
9502 表示領域
9503 領域
9511 軸部
9512 軸受部
9600 情報処理装置
9610 演算装置
9611 演算部
9612 記憶部
9614 伝送路
9615 入出力インターフェース
9620 入出力装置
9630 表示部
9640 入力部
9650 検知部
9681 領域
9682 ポインタ
9690 通信部

Claims (15)

  1. 第1の画素と、第2の画素とを有する表示装置であって、
    前記第1の画素と、前記第2の画素とは、隣接して設けられ、
    前記第1の画素及び前記第2の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、
    前記第1の表示領域は、入射する光を反射する機能を有し、
    前記第2の表示領域は、前記第1の表示領域の内側に設けられ、且つ光を射出する機能を有し、
    前記第2の表示領域は少なくとも3組以上の平行な辺を有し、
    前記第1の画素が有する第2の表示領域と、前記第2の画素が有する第2の表示領域とは、前記第1の表示領域の内側に設けられる位置が異なる表示装置。
  2. 第1の画素と、第2の画素と、第3の画素とを有する表示装置であって、
    前記第1の画素と、前記第2の画素とは、隣接して設けられ、
    前記第1の画素と、前記第3の画素とは、隣接して設けられ、
    前記第1の画素、前記第2の画素及び前記第3の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、
    前記第1の表示領域は、光を反射する機能を有し、
    前記第2の表示領域は、前記第1の表示領域の内側に設けられ、且つ光を射出する機能を有し、
    前記第1の画素が有する第2の表示領域と、前記第2の画素が有する第2の表示領域とは、それぞれ前記第1の表示領域の内側に設けられる位置が同じであり、
    前記第1の画素が有する第2の表示領域と、前記第3の画素が有する第2の表示領域とは、それぞれ前記第1の表示領域の内側に設けられる位置が異なり、
    前記第2の表示領域は少なくとも3組の平行な辺を有する表示装置。
  3. 第1の画素と、第2の画素と、第3の画素とを有する表示装置であって、
    前記第1の画素と、前記第2の画素とは、隣接して設けられ、
    前記第1の画素と、前記第3の画素とは、隣接して設けられ、
    前記第1の画素、前記第2の画素及び前記第3の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを、それぞれ有し、
    前記第1の表示領域の上面方向から見て、前記第1の表示領域の、外周部の内側に、前記第2の表示領域が設けられ、
    前記第2の表示領域が設けられる位置は、
    前記第1の画素が有する前記第2の表示領域と、前記第2の画素が有する前記第2の表示領域とで異なり、
    前記第1の画素が有する前記第2の表示領域と、前記第3の画素が有する前記第2の表示領域とで同じであり、
    前記第2の表示領域は、平面形状が菱形である表示装置。
  4. 第1の画素と、第2の画素と、第4の画素とを有する表示装置であって、前記第1の画素と、前記第2の画素の配列する方向と平行となる直線方向をX軸とし、
    前記第2の画素は、前記第1の画素に対して、前記X軸方向に隣接して設けられ、
    前記第4の画素は、前記第1の画素に対して、前記X軸方向に第2の画素とは逆側に隣接して設けられ、
    前記第4の画素は、第1の表示領域と、第2の表示領域とを有し、
    前記第1の表示領域の上面方向から見て、前記第1の表示領域の、画素配列面内の水平面内の外周部の内側に、前記第2の表示領域が設けられ、
    前記第2の表示領域が設けられる位置は、前記第1の画素が有する前記第2の表示領域と、前記第4の画素が有する前記第2の表示領域とで異なり、
    前記第2の画素が有する前記第2の表示領域と、前記第4の画素が有する前記第2の表示領域とで同じであり、
    前記第2の表示領域の平面形状である菱形は、2つの平行な辺を1組として2組の辺を有し、
    前記第1の画素が有する前記第2の表示領域の有する1組の平行な2つの辺は、前記第1の画素が有する前記第2の表示領域の中心位置と、前記第2の画素が有する前記第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線とそれぞれ平行であり、
    前記第1の画素が有する前記第2の表示領域の有する他の1組の平行な2つの辺は、前記第1の画素が有する前記第2の表示領域の中心位置と、前記第4の画素が有する前記第2の表示領域の中心位置とを結ぶ直線とそれぞれ平行である表示装置。
  5. 請求項3または請求項において、
    前記第1の表示領域は、光を反射する機能を有し、
    前記第2の表示領域は、光を射出する機能を有する表示装置。
  6. 請求項1乃至請求項のいずれか一項において、
    前記表示装置は、第1の表示素子と、第2の表示素子と、を有し、
    前記第1の表示素子は、前記第1の表示領域と重なる位置に設けられ、
    前記第2の表示素子は、前記第2の表示領域と重なる位置に設けられる表示装置。
  7. 請求項において、
    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、発光層を有する表示装置。
  8. 請求項6または請求項において、
    前記第1の画素が有する第2の表示素子と、前記第2の画素が有する第2の表示素子とは、発光色が異なる表示装置。
  9. 請求項または請求項において、
    前記第1の画素が有する第2の表示素子と、前記第2の画素が有する第2の表示素子とは、発光層の構造が同じであり、
    前記第1の画素が有する第2の表示素子と、前記第3の画素が有する第2の表示素子とは、発光層の構造が異なる表示装置。
  10. 請求項乃至請求項のいずれか一項において、
    前記第1の表示素子は第1のトランジスタに電気的に接続され、
    前記第2の表示素子は、第2のトランジスタに電気的に接続され、
    前記第1の表示素子および前記第2の表示素子はそれぞれ独立に制御される表示装置。
  11. 請求項10において、
    前記第2の表示領域は前記第1のトランジスタと接続される配線、および前記第2のトランジスタと接続される配線と重畳しない表示装置。
  12. 請求項10または請求項11において、
    前記第2の表示素子は前記第2のトランジスタ側に向けて発光できる表示装置。
  13. 請求項10乃至請求項12のいずれか一項において、
    前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、半導体層に金属酸化物膜を有する表示装置。
  14. 請求項乃至請求項13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。
  15. 請求項乃至請求項13のいずれか一項に記載の表示装置、または請求項14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。
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