実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の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。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、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、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例について説明する。
本発明の一態様の表示装置は、複数の画素(副画素)を有する。各画素は画素電極を含む表示素子を有する。画素電極は第1の絶縁層上に設けられ、第2の絶縁層は画素電極及び第1の絶縁層上に設けられる。また、第1の絶縁層、画素電極及び第2の絶縁層上には接着層が設けられる。
また、隣接する画素間において、第1の絶縁層及び第2の絶縁層は、それぞれ開口部を有する。第1の絶縁層に設けられた開口部(第1の開口部とする。)は、その底面が第1の絶縁層の底面よりも上部に位置する。また第2の絶縁層に設けられた開口部(第2の開口部とする。)は、第2の絶縁層を貫通することで第1の開口部と一体となっている。
表示装置は、例えば、一対の基板の間に表示素子、各絶縁層、及び接着層が挟持された構成とすることができる。例えば、一方の基板には表示素子の画素電極等が設けられ、他方の基板とこれらが接着層により貼り合わされた構成とすることができる。
上面視において、第2の開口部は、その外周が第1の開口部の外周より内側に位置する。また、接着層は、第2の絶縁層より下部において第2の絶縁層と重畳する領域を有する。好ましくは、第1の開口部及び第2の開口部の内部は接着層で満たされている。この場合、隣接する画素間の断面視において、第1の開口部及び第2の開口部が一体となった開口部に楔状(又はアンカー状又は両口ハンマー状)の接着層が嵌合する構成となる。
このような構成とすることで、第1の絶縁層及び第2の絶縁層と、接着層との密着性を高めることができる。例えば、表示装置が表示素子としてEL素子を有する場合、画素電極、第1の絶縁層及び第2の絶縁層と、接着層の間にはEL層及び導電膜が設けられる。EL層と導電膜の界面の密着性が低いため、EL層と導電膜のそれぞれに両者が対向する方向と逆向きの力がかかると、該界面を起点とする膜剥がれが生じる場合がある。該膜剥がれは、特に、表示装置が可撓性を有する場合の表示装置の作製時に発生し得るが、表示装置が上記の構成を有することで、該膜剥がれを抑制することができる。よって、信頼性の高い表示装置とすることができる。
また、このような構成とすることで、第1の開口部及び第2の開口部においてEL層が切断される又は極めて薄くなるため、隣接するEL素子間のリーク電流を抑制することができる。すなわち、第1の開口部又は/及び第2の開口部は、隣接画素間の混色を抑制する機能を有するといえる。よって、色再現性の高い表示を行える表示装置とすることができる。
表示素子としては、LEDやOLED(Organic Light Emitting Diode)、又はQLED(Quantum-dot Light Emitting Diode)等の、電流又は電圧によって素子が発する光の輝度を制御できる素子を用いることができる。
以下では、より具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
[構成例1]
図1(A)は、本発明の一態様の表示装置10の斜視概略図である。表示装置10は、基板21と基板31とが貼り合わされた構成を有する。図1(A)では、基板31を破線で明示している。
表示装置10は、表示部32、回路34、配線35等を有する。基板21には、例えば、回路34、配線35、及び表示部32、画素電極23(図1(B)参照。)等が設けられる。また、図1(A)では、基板21上にIC43とFPC42が実装されている例を示している。
回路34は、例えば、走査線駆動回路として機能する回路を用いることができる。
配線35は、表示部32や回路34に信号や電力を供給する機能を有する。当該信号や電力は、FPC42を介して外部、又はIC43から配線35に入力される。
また、図1(A)では、COG(Chip On Glass)方式等により、基板21にIC43が設けられている例を示している。IC43は、例えば、走査線駆動回路、又は信号線駆動回路などとしての機能を有するICを適用できる。なお、表示装置10が走査線駆動回路及び信号線駆動回路として機能する回路を備える場合や、走査線駆動回路や信号線駆動回路として機能する回路を外部に設け、FPC42を介して表示装置10を駆動するための信号を入力する場合などでは、IC43を設けない構成としてもよい。また、IC43を、COF(Chip On Film)方式等により、FPC42に実装してもよい。
[画素の構成例1]
〔画素の構成例1-1〕
図1(B)は、図1(A)中に破線の丸で囲った表示部32の一部である領域32Aを拡大した上面図である。図1(B)には、表示部32のうち説明に要する構成のみを示している。
表示部32には、複数の表示素子が有する画素電極23がマトリクス状に配置されている。また、隣接する2つの画素電極23の間に、開口部11及び開口部12が配置されている。開口部12の外周は、開口部11の外周よりも内側に位置する。図1(B)では、絶縁層82(図示しない。)に覆われている開口部11の外周を破線で示し、開口部12の外周を実線で示している。また、絶縁層82に覆われている画素電極23の外周を破線で示し、画素電極23の絶縁層82に覆われていない領域をハッチングで示している。
なお、本明細書において「開口部の外周」とは、該開口部を、上面視における面積が最大となる平面で切り取った輪郭を指す。例えば、上面から底面に向かって空洞が末広がりとなる形状の開口部における外周とは、該開口部の底面の輪郭である。
開口部11及び開口部12は、異なる色に対応する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に配置されていることが好ましい。また、開口部11及び開口部12は同じ色に対応する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に配置されていてもよい。
図2(A)に、図1(B)中の切断線A1-A2に対応する断面の一例を示す。図2(A)には、隣接する2つの画素を含む領域の断面を示している。またここでは、表示素子として、トップエミッション型の発光素子40を適用した場合の例を示している。したがって、基板31側が表示面側となる。
表示装置10は、基板21と基板31とが接着層39で貼り合わされた構成を有している。発光素子40は、接着層39によって封止されているともいえる。基板21及び基板31は、可撓性を有していてもよい。この場合、表示装置10は、可撓性を有する表示装置である。
基板21上には、トランジスタ70、発光素子40等が設けられている。また、基板21上には、絶縁層73、絶縁層81、絶縁層82等が設けられている。一方、基板31の基板21と対向する面側には、着色層51a、着色層51b、及び遮光層52等が設けられている。着色層51aと着色層51bは、それぞれ透過する光の波長域が異なる。
トランジスタ70は、ゲートとして機能する導電層71、半導体層72、ゲート絶縁層として機能する絶縁層73、ソース又はドレインの一方として機能する導電層74a、ソース又はドレインの他方として機能する導電層74b等を有する。
トランジスタ70を覆って絶縁層81が設けられている。また、絶縁層81上に画素電極23が設けられている。画素電極23と導電層74bとは、絶縁層81に設けられた開口部を介して電気的に接続している。
画素電極23の端部を覆って絶縁層82が設けられている。絶縁層82はテーパ形状を有していることが好ましい。
画素電極23上には、EL層24、及び導電層25が設けられ、発光素子40を構成している。導電層25の一部は、発光素子40の共通電極として機能する。発光素子40は、画素電極23と導電層25に電位差を生じさせ、EL層24に電流を流すことにより発光する。
絶縁層81には開口部11が設けられ、絶縁層82には開口部12が設けられている。開口部11は、その底面が絶縁層81の底面よりも上部に位置する。開口部12は絶縁層82を貫通しており、開口部11と一体になっている。
上面視において、開口部12の外周が開口部11の外周より内側にあるため(図1(B)参照。)、断面視において、絶縁層82は絶縁層81上で庇状に突出する形状となっている(図2(A)参照。)。また、開口部11の内部が接着層39で満たされているため、接着層39は、絶縁層82より下部において絶縁層82と重畳する領域を有する。よって、図2(A)に示す通り、接着層39は断面視において、開口部11及び開口部12が一体となった開口部に嵌合する楔状の領域15を有する。
接着層39が領域15を有することで、絶縁層81及び絶縁層82と、接着層39との密着性を高めることができる。なお、開口部11の内部が接着層39で満たされていることが好ましいが、接着層39が絶縁層82より下部において絶縁層82と重畳する領域を有していればこれに限られず、開口部11の一部が空洞になっていてもよい。
ここで、可撓性を有する表示装置10の作製方法の一例について説明する。該作製方法は、例えば、以下の工程を有する。まず、一方の支持基板上にトランジスタ70等を設け、他方の支持基板に着色層(例えば、着色層51a、着色層51b)等を設ける。次に、一方の支持基板と他方の支持基板とを接着層39を介して貼り合わせて加工部材を作製する。そして、支持基板を加工部材から剥離した後に可撓性を有する基板を貼り合わせる工程を、一方の支持基板及び他方の支持基板の双方に対して行う。
支持基板を加工部材から剥離する工程において、互いに密着性の弱い2つの膜が接して設けられた積層構造を加工部材が有すると、該2つの膜の界面が剥がれてしまう現象(以下、膜剥がれとも表記する。)が起こる場合がある。例えば、EL層24及び導電層25は互いに密着性が弱いため、発光素子40を有する表示装置10を上記の作製方法で作製すると、EL層24及び導電層25の間で膜剥がれが起こる場合があり、作製歩留りの低下が懸念される。
本発明の一態様の表示装置10は、隣接する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に領域15を有する。このため、EL層24及び導電層25を上下から挟み込んでいる絶縁層81、絶縁層82及び接着層39の密着性が高く、上記の可撓性を有する表示装置10の作製方法において、EL層24と導電層25のそれぞれに両者が対向する方向と逆向きの力がかかった場合に起こる膜剥がれを抑制することができる。すなわち、本発明の一態様によって、作製歩留りの高い表示装置10を提供できる。
上記の膜剥がれを抑制する効果の大きさは、絶縁層82が絶縁層81上で庇状に突出する長さd1によって規定することができる(図1(B)、図2(A)参照。)。d1が大きいほど該効果は大きくなるが、表示装置10を精細度の高い表示装置とする場合には、d1を小さくすることが好ましい。
よって、例えば、長さd1を0.05μm以上5.0μm以下、好ましくは0.1μm以上1.0μm以下とすることで、上記の膜剥がれを効果的に抑制することができる。
また、上記の膜剥がれを抑制する効果の大きさは、上面視における開口部12の短辺の幅d2によって規定することができる(図1(B)、図2(A)参照。)。表示装置10を精細度の高い表示装置とする場合には、d2を小さくすることが好ましい。一方で、d2が小さすぎると、上記の表示装置10の作製方法における支持基板を加工部材から剥離する工程において、領域15が開口部12より上部の接着層39から剥がれることで、該効果が失われてしまう場合がある。
よって、例えば、幅d2を0.5μm以上20μm以下、好ましくは2.0μm以上10μm以下とすることで、上記の膜剥がれを効果的に抑制することができる。
なお、図1(B)では、開口部11及び開口部12が、異なる色に対応する2つの隣接する画素、すなわち、図1(B)のX方向に隣接する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に設けられた例を示すが、これに限られない。開口部11及び開口部12が、図1(B)のY方向に隣接する2つの画素電極23の間に設けられていてもよい(図3(A)参照。)。また、開口部11及び開口部12が、X方向に隣接する2つと、そのそれぞれに対してY方向の同じ側に隣接する2つの、計4つの画素電極23の間に設けられていてもよい(図3(B)参照。)。
また、開口部11及び開口部12の上面形状は、矩形に限定されない。開口部11及び開口部12は、多角形でもよく、ジグザグ形状やミアンダ形状、円や楕円などの任意の閉曲線であってもよい。図4(A)、図4(B)には、X方向に隣接する2つと、そのそれぞれに対してY方向の同じ側に隣接する2つの、計4つの画素電極23の間に設けられた開口部11及び開口部12の上面形状がそれぞれ十字状、円である例を示す。なお、図4(A)、図4(B)に示した構成におけるd1、d2の規定方法の一例を、それぞれ図に示している。
図5(A)には、X方向に隣接する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に、それぞれ横に並んだ2つの矩形の開口部11及び開口部12が設けられる例を示す。また、図5(B)には、X方向に隣接する2つの画素が有する2つの画素電極23の間に設けられた開口部11及び開口部12の上面形状がミアンダ形状である例を示す。このような構成とすることで、図1(B)と比較して、開口部11及び開口部12に要する面積を増やさずに、絶縁層82の庇部の面積(図1(B)等における開口部11の外周及び開口部12の外周に囲まれた面積)を増やすことができる。よって、膜剥がれを抑制する効果をさらに大きくすることができる。
図2(A)では、EL層24と導電層25を、複数の画素にわたって形成した場合の例を示している。EL層24は、画素電極23の露出した部分以外に、絶縁層82、及び絶縁層81上に設けられている。また、導電層25は、EL層24を覆って設けられている。
ここで、EL層を含む発光素子を有する表示装置において、EL層を複数の画素にわたって形成した場合、EL層が導電性の高い層を有すると、当該導電性の高い層を介して隣接画素の発光素子に電流が流れてしまう場合がある。又は、EL層がドナー性の物質とアクセプタ性の物質の両方を含む層を有する場合も同様である。その結果、本来発光しない隣接の画素の発光素子が発光することにより、隣接画素間において混色が起き、表示装置の色再現性が低下してしまうといった問題がある。このような現象をクロストークとも呼ぶことができる。
本発明の一態様の表示装置10は、隣接する2つの画素の間に開口部(開口部11及び開口部12)を有し、該開口において(具体的には、開口部11の、絶縁層82の庇状に突出した部分の下面及び絶縁層81の側面において)、2つの画素電極23にわたって設けられたEL層24が不連続となっている。よって、隣接画素間の混色を抑制することができるため、表示装置10は色再現性の高い表示を行うことができる。
なお、図2(A)に示すように、発光素子40の近傍でEL層24又は/及び導電層25が不連続となる部分があると、その部分から水分等がEL層24へ侵入することで、表示装置10の信頼性が低下する場合がある。よって、EL層24への水分等の浸入を抑制する絶縁層83を、上記の不連続となる部分を覆うように導電層25上に設けることが好ましい(図2(B)参照。)。絶縁層83は、例えば、開口部11及び開口部12が構成するような奥行きのある凹凸を有する加工部材に対しても、成膜材料を回り込ませて成膜できる原子層堆積法(ALD法)を用いて形成することが好ましい。
隣接画素間の混色を抑制する効果の大きさは、例えば、隣接する2つの画素の間に設ける開口部の大きさによって調節することができる。図1(B)では、開口部12の長辺の長さL1が、画素電極23の絶縁層82に覆われていない領域(図1(B)において、ハッチングで示す領域)の長辺の長さL2よりも小さい例を示しているが、これに限られない。例えば、L1がL2より大きくてもよい(図6(A)参照。)。また、図1(B)に示す複数の開口部11、開口部12が、それぞれ長軸方向(図1(B)のY方向)に繋がっていてもよい(図6(B)参照。)。
また、開口部11を図3(B)のように設け、開口部12を図6(B)のように設けてもよい。すなわち、開口部11をX方向に隣接する2つと、そのそれぞれに対してY方向の同じ側に隣接する2つの、計4つの画素電極23の間に設け、開口部12をY方向に延伸するように設けてもよい(図7(A)参照。)。
図7(B)に、図7(A)中の切断線B1-B2に対応する断面の一例を示す。図7(B)は、開口部11を有さない点で図2(A)と異なる。図7(A)、図7(B)に示す構成では、X方向に隣接する2つの画素電極23の間において、EL層24及び導電層25のそれぞれが繋がっている。よって、図2(A)に示す構成と比較して、表示装置10の信頼性を高めることができる。
なお、ここでは、表示装置10が、能動素子としてトランジスタ70等を有するアクティブマトリクス型の表示装置の場合について説明するが、能動素子を有さないパッシブマトリクス型の表示装置とすることもできる。その場合、トランジスタ70を設けずに、例えば、画素電極23と基板21の間に位置する要素を省略した構成とすることができる。
〔画素の構成例1-2〕
図8(A)に、図1(B)と一部が異なる構成の表示部32の一部である領域32Bの拡大図を示す。また、図8(B)に、図8(A)中の切断線C1-C2に対応する断面の一例を示す。図8(A)に示す構成は、絶縁層81に設けられる開口部の大きさが異なる点、及び絶縁層82に開口部が設けられない点において、図1(B)に示す構成と異なる。図8(A)に示す構成のうち、図1(B)と同様の構成については、図1(B)の説明を参照できる。
なお、図8(A)において、絶縁層82をハッチングで示し、絶縁層82が段差を有する部分は実線で示している。また、絶縁層82に覆われている画素電極23の外周は図に示していない。
表示部32には、複数の表示素子が有する画素電極23がマトリクス状に配置されている。隣接する2つの画素電極23の間に、開口部11Aが配置されている。開口部11Aは、絶縁層81に設けられた開口部を絶縁層82が覆うことで形成される。また、絶縁層82は画素電極23の端部を覆って設けられる(図8(B)参照。)。図8(A)では、開口部11Aの外周を破線で示している。
絶縁層81に設けられる開口部の外周の一部は、上面視において、画素電極23の端部よりも内側に設けられる。よって、図8(A)、図8(B)に示す表示装置10は、画素電極23の端部を覆う絶縁層82が、開口部11Aにおける絶縁層82の側面の上部で庇状に突出した部分(図8(B)に示す突出部82A)を有する。
開口部11Aの内部が接着層39で満たされているため、接着層39は突出部82Aより下部において、絶縁層82と重畳する領域を有する。よって、図8(B)に示す通り、接着層39は断面視において、開口部11Aに嵌合する楔状の領域15Aを有する。接着層39が領域15Aを有することで、絶縁層82と接着層39との密着性を高めることができる。
また、EL層24及び導電層25を上下から挟み込んでいる絶縁層82及び接着層39の密着性が高いことから、上述の可撓性を有する表示装置の作製方法における膜剥がれを抑制することができる。すなわち、本発明の一態様によって、作製歩留りの高い表示装置を提供できる。
上記の膜剥がれを抑制する効果の大きさは、突出部82Aの長さd3によって規定することができる(図8(A)、図8(B)参照。)。例えば、長さd3を0.05μm以上5.0μm以下、好ましくは0.1μm以上1.0μm以下とすることで、上記の膜剥がれを効果的に抑制することができる。
また、開口部11Aにおいて(具体的には、開口部11Aの内部の、突出部82Aの下面及び側面において)2つの画素電極23に設けられたEL層24が不連続となっている。よって、隣接画素間の混色を抑制することができるため、表示装置10は色再現性の高い表示を行うことができる。
なお、開口部11Aの外周の一部が、上面視において画素電極23の端部と概ね一致していてもよい。又は、開口部11Aの外周が、画素電極23の端部より外側に設けられていてもよい。図9(A)に、画素電極23の端部と外周の一部が概ね一致する開口部11Bが設けられた上面図の例を示す。また図9(B)に、図9(A)中の切断線D1-D2に対応する断面の一例を示す。図9(A)では、画素電極23の外周及び開口部11Bの外周をそれぞれ異なる破線で示している。
このような構成とすることで、2つの画素電極23の間に設けられた開口部11Bにおいて、EL層24が不連続な部分をなくすことができるため、表示装置10を信頼性の高い表示装置とすることができる。
また、開口部をX方向に隣接する2つの画素電極間、又は/及びY方向に隣接する2つの画素電極間に設ける例について上述したが、これに限られない。図10(A)に、表示部32において、絶縁層81の画素電極23が設けられていない領域に開口部11Aが設けられた上面図の例を示す。また図10(B)に、表示部32において、絶縁層81の画素電極23が設けられていない領域に開口部11Bが設けられた上面図の例を示す。
図10(A)、図10(B)に示す構成において、開口部11A及び開口部11Bは、画素電極23をマスクとしてエッチングすることで形成できる。よって、これらのような構成とすることで、表示装置10の作製における工程数を削減することができる。なお、図10(A)、図10(B)に示す切断線(切断線C1-C2、切断線D1-D2)に対応する断面図は、それぞれ図8(B)、図9(B)と共通である。
[画素の構成例2]
以下では、本発明の一態様の表示装置10のより詳細な断面構成の例について説明する。ここでは特に、表示素子にトップエミッション型の発光素子を適用した場合について説明する。
〔画素の構成例2-1〕
図11は、表示装置10の断面概略図である。図11では、図1(A)におけるFPC42を含む領域、回路34を含む領域、表示部32を含む領域、表示装置10の外周部を含む領域などの断面の一例を示している。
基板21と基板31とは、接着層141によって貼り合わされている。また、接着層141の一部は、発光素子40を封止する機能を有する。また、基板31の外側の面には、偏光板130を有することが好ましい。
基板21には、発光素子40、トランジスタ201、トランジスタ202、トランジスタ205、容量素子203、端子部204、配線35等が設けられている。また基板31側には、着色層131a、遮光層132等が設けられている。発光素子40は、導電層111、EL層112及び導電層113が積層された構造を有している。導電層111の一部は画素電極として機能し、導電層113の一部は共通電極として機能する。発光素子40は、基板31側に光を発するトップエミッション型の発光素子である。
図11では、表示部32の例として、1つの副画素を含む断面を示している。例えば、副画素は、トランジスタ202と、容量素子203と、トランジスタ205と、発光素子40と、着色層131aを有する。例えば、トランジスタ202は、スイッチング用のトランジスタ(選択トランジスタ)であり、トランジスタ205は、発光素子40に流れる電流を制御するためのトランジスタ(駆動トランジスタ)である。
また、図11では、回路34の例として、トランジスタ201を含む断面を示している。
表示装置10が有する着色層(着色層131aを含む。)として、それぞれ異なる色の光を透過する複数の材料を用いることができる。例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、青色を呈する副画素を配列することで、フルカラーの表示を行うことができる。
基板21上には、絶縁層211、絶縁層212、絶縁層213、絶縁層214、絶縁層81、絶縁層82等の絶縁層が設けられている。絶縁層211は、その一部が各トランジスタ(トランジスタ201、トランジスタ202、トランジスタ205等)のゲート絶縁層として機能し、他の一部が容量素子203の誘電体として機能する。絶縁層212、絶縁層213、及び絶縁層214は、各トランジスタや容量素子203等を覆って設けられている。絶縁層214は、平坦化層としての機能を有する。なお、ここではトランジスタ等を覆う絶縁層として、絶縁層212、絶縁層213、絶縁層214の3層を有する場合を示しているが、これに限られず4層以上であってもよいし、単層、又は2層であってもよい。また、平坦化層として機能する絶縁層214は、不要であれば設けなくてもよい。絶縁層81は、導電層224を覆って設けられている。絶縁層81は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層82は、導電層111の端部や、導電層111と導電層224とを電気的に接続するコンタクト部等を覆って設けられている。
また、絶縁層81及び絶縁層82には、それぞれ開口部11及び開口部12が設けられている。上面視において、開口部12の外周は開口部11の外周より内側にある。開口部11及び開口部12は一体となり、断面視において、楔状の開口部を形成している。該開口部の内部は、接着層141で満たされている。
絶縁層81及び絶縁層82としては、それぞれ異なる絶縁性材料を用いることが好ましい。具体的には、絶縁層81及び絶縁層82として、エッチングの選択比(時間当たりの膜減り量)が異なる絶縁性材料の組み合わせを選ぶことが好ましい。より具体的には、例えば、絶縁層81はアクリルやポリイミド等の有機樹脂材料を含み、絶縁層82は酸化窒化シリコンや窒化シリコン等の無機絶縁性材料を含む。
絶縁層82に開口部12を形成した後、エッチングが深さ方向だけでなく面方向にも進行し、かつ無機材料に対する有機樹脂材料の選択比の高いエッチングを行うことで、開口部12よりも外周が大きい開口部11を絶縁層81に形成できる。該エッチングの一例としては、酸素プラズマを用いたアッシングが挙げられる。
なお、該エッチングは等方性を有することが好ましい。該エッチングが等方性を有することで、開口部12より外周が大きい開口部11を、より小さい深さで形成することができる。よって、絶縁層81の膜厚を薄くすることができる。
また、トランジスタ201、トランジスタ202、及びトランジスタ205は、一部がゲート電極として機能する導電層221、一部がソース電極又はドレイン電極として機能する導電層222、半導体層231を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に同じハッチングパターンを付している。
図11では、容量素子203が、トランジスタ205のゲート電極として機能する導電層221の一部と、絶縁層211の一部と、トランジスタ205のソース電極又はドレイン電極として機能する導電層222の一部により構成されている例を示している。
トランジスタ202の一対の導電層222のうち、容量素子203と電気的に接続されていない方の導電層222は、信号線の一部として機能する。また、トランジスタ202のゲート電極として機能する導電層221は、走査線の一部として機能する。
図11では、トランジスタ202の例として、1つのゲート電極を有するトランジスタを示している。また、トランジスタ201及びトランジスタ205には、チャネル領域が形成される半導体層231を2つのゲート電極(導電層221及び導電層223)で挟持したトランジスタを示している。このように、2つのゲート電極を有するトランジスタは、その閾値電圧をより確実に制御することができる。また、2つのゲート電極を接続するなどし、これらに同一の信号を供給することにより、トランジスタを駆動してもよい。このようなトランジスタは、他のトランジスタと比較してオン電流を増大させることができ、電界効果移動度を高めることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには、回路の占有面積を縮小することができる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、又は高精細化したときに、配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能である。これにより、例えば、表示ムラを改善することができる。
なお、回路34が有するトランジスタ(トランジスタ201等)と、表示部32が有するトランジスタ(トランジスタ202、トランジスタ205等)は、同じ構造であってもよい。また、回路34が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。また、表示部32が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよいし、異なる構造のトランジスタを組み合わせて用いてもよい。
各トランジスタを覆う絶縁層212及び絶縁層213のうち、少なくとも一方は、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。このような絶縁層は、バリア膜として機能させることができる。これにより、各トランジスタに対して、外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することができ、信頼性の高い表示装置10を実現できる。
絶縁層214上に設けられた導電層224は、配線としての機能を有する。導電層224は、絶縁層214、絶縁層213、及び絶縁層212に設けられた開口を介してトランジスタ205のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。また、絶縁層81上に、画素電極として機能する導電層111が設けられている。導電層111は、絶縁層81に設けられた開口を介して、導電層224の一つと電気的に接続されている。図11では、導電層111が、導電層224を介してトランジスタ205のソース又はドレインの一方と電気的に接続されている。
導電層111の端部を覆って、絶縁層82が設けられている。EL層112は、導電層111、絶縁層81及び絶縁層82上に設けられている。また、導電層113は、EL層112を覆って設けられている。また、2つの導電層111にわたって設けられたEL層112及び導電層113のそれぞれは、開口部11において不連続となっている。
発光素子40において、導電層111には可視光を反射する材料を用い、導電層113には可視光を透過する材料を用いる。このような構成により、基板31側に光を発するトップエミッション型の発光素子とすることができる。トップエミッション型の発光素子は、その下側にトランジスタや容量素子などの素子を配置することが可能であるため、開口率を高めることができる。なお、導電層111及び導電層113の両方に可視光を透過する材料を用いることで、基板31側と基板21側の両方に光を発するデュアルエミッション型の発光素子としてもよい。
また、発光素子40として、白色を呈する発光素子を好適に用いることができる。こうすることで、異なる色に対応する副画素間で発光素子40を作り分ける必要がないため、極めて高精細な表示装置10を実現できる。このとき、発光素子40からの光は、着色層131a等を透過する際に、特定の波長領域以外の光が吸収される。これにより、取り出される光は、例えば、赤色を呈する光となる。
また、導電層111に可視光を反射する材料を用い、導電層113に可視光に対して半透過、半反射性を有する材料を用い、さらに導電層111と導電層113の間に、可視光を透過する光学調整層を設けることで、マイクロキャビティ構造を有する発光素子40としてもよい。このとき、異なる色に対応する複数の副画素のそれぞれに対して、光学調整層の厚さを調整すればよい。また、光学調整層を有する副画素と、光学調整層を有さない副画素を混在させてもよい。
基板31の基板21側の面には遮光層132が設けられ、遮光層132の端部及び遮光層132の開口を覆って着色層131a等が設けられている。着色層131a等は、それぞれ発光素子40と重ねて配置されている。また、遮光層132は、その一部が領域15と重ねて配置されている。
図11では、基板31の基板21側とは反対側の面に、偏光板130を設ける例を示している。偏光板130としては、円偏光板を用いることが好ましい。円偏光板としては、例えば、直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、表示部32に設けられる反射性の部材(例えば、導電層111等)の外光の反射を抑制することができる。
図11では、発光素子40を接着層141で封止する例を示している。接着層141に空気よりも屈折率の大きい材料を用いることにより、発光素子40と基板31の間に空間を有する場合に比べて、発光素子40からの光の取り出し効率を高めることができる。
なお、接着層141を表示部32の周囲に配置する、いわゆる中空封止構造としてもよい。このとき、基板21、基板31、及び接着層141により形成される空間は、空気が充填されていてもよいが、希ガスや窒素ガスなどの不活性ガスが充填されていることが好ましい。また、定常状態において空間が大気圧に対して減圧であると、使用環境(例えば、気圧や温度)により空間が膨張し、基板21又は基板31が膨らんでしまうことを抑制できる。一方、空間が大気圧に対して陽圧であると、水分などの不純物が基板21、基板31、接着層141、又はこれらの隙間から当該空間に拡散することを抑制できる。
基板21の端部に近い領域には、端子部204が設けられている。端子部204は、接続層242を介してFPC42と電気的に接続されている。図11に示す構成では、配線35の一部と、導電層111を積層することで端子部204を構成する例を示している。
また、図11には、表示装置10の外周部を含む領域の断面の一例を示している。表示装置10の外周部において、絶縁層214及び絶縁層81に開口部219が設けられる。開口部219は、上面視において、表示部32を囲うように設けられる。
アクリル、ポリイミドなどの有機樹脂はコーターなどで基板上に塗布することで形成できるため、平坦性の高い膜を得ることができる。そのため、該有機樹脂を絶縁層214及び絶縁層81に好適に用いることができる。一方で、該有機樹脂は無機絶縁性材料と比べて透水性が高い。よって、表示部32を囲うように開口部219を設けることで、表示部32の内部に水などの不純物が混入するのを抑制することができ、表示装置10を信頼性の高い表示装置とすることができる。
なお、絶縁層82として上記の有機樹脂材料を用いる場合は、絶縁層82にも開口部219と重畳する領域に開口部を設けることが好ましい。また、例えば、絶縁層214、絶縁層81として透水性の低い材料を用いる場合は、開口部219を設けなくてもよい。
以上が、画素の構成例2-1についての説明である。
〔画素の構成例2-2〕
図12に、一対の基板として、可撓性を有する基板171、基板181を用いた表示装置10の断面構成例を示す。図12に示す表示装置10は、表示面の一部を曲げることができる。
図12で示す表示装置10は、図11における基板21に代えて基板171、接着層172、及び絶縁層173を有する。また、基板31に代えて基板181、接着層182、及び絶縁層183を有する。
絶縁層173及び絶縁層183は、水などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。
図12に示す表示装置10は、絶縁層173及び絶縁層183によって、各トランジスタ(トランジスタ201、トランジスタ202、トランジスタ205等)や発光素子40が挟まれた構成を有している。これにより、基板171、基板181、接着層172、接着層182等に水や水素などの不純物を拡散しやすい材料を用いた場合であっても、これらより内側(各トランジスタや発光素子40側)に位置する絶縁層173や絶縁層183により、これらの不純物が、絶縁層173や絶縁層183の内側に拡散することが抑制されるため、表示装置10の信頼性を高めることができる。また、基板171、基板181、接着層172、接着層182等の材料を選択する際に、不純物の拡散性を考慮する必要がないため、様々な材料を用いることができる。
また、図12では、表示装置10が外周部に開口部219を有さない例を示している。
〔作製方法例〕
ここで、可撓性を有する表示装置を作製する方法について説明する。
ここでは、便宜上、画素や回路を含む積層構造、着色層(カラーフィルタ)等の光学部材を含む積層構造、及びタッチセンサを構成する電極や配線を含む積層構造等を、まとめて素子層と呼ぶこととする。素子層は、例えば、表示素子を含み、表示素子の他に表示素子と電気的に接続する配線、画素や回路に用いるトランジスタなどの素子を備えていてもよい。
また、ここでは、最終的に素子層を支持し、可撓性を有する部材(例えば、図12における基板171、基板181等)のことを、基板と呼ぶこととする。例えば、基板には、厚さが10nm以上200μm以下の、極めて薄いフィルムも含まれる。
可撓性を有する絶縁表面を備える基板上に素子層を形成する方法としては、代表的には、以下に挙げる2つの方法がある。一つは、基板上に直接、素子層を形成する方法である。もう一つは、基板とは異なる支持基板上に素子層を形成した後、素子層と支持基板を剥離し、剥離した素子層を基板に転置する方法である。
基板を構成する材料が、素子層の形成工程にかかる熱に対して耐熱性を有する場合には、基板上に直接、素子層を形成すると、工程が簡略化されるため好ましい。このとき、基板を支持基板に固定した状態で素子層を形成すると、装置内、及び装置間における搬送が容易になるため好ましい。
また、素子層を支持基板上に形成した後に、基板に転置する方法を用いる場合、まず、支持基板上に剥離層と絶縁層を積層し、当該絶縁層上に素子層を形成する。続いて、支持基板と素子層を剥離し、基板に転置する。このとき、支持基板と剥離層の界面、剥離層と絶縁層の界面、又は剥離層中で剥離が生じるような材料を選択すればよい。この方法では、支持基板や剥離層に耐熱性の高い材料を用いることで、素子層を形成する際にかかる温度の上限を高めることができ、より信頼性の高い素子を有する素子層を形成できるため好ましい。
例えば、剥離層として、タングステンなどの高融点金属材料を含む層と、当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁層として、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを複数積層した層を用いることが好ましい。なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。
素子層と支持基板とを剥離する方法としては、機械的な力を加えることや、剥離層をエッチングすること、又は剥離界面に液体を浸透させることなどが、一例として挙げられる。又は、剥離界面を形成する2層の熱膨張の違いを利用し、加熱又は冷却することにより剥離を行ってもよい。
また、支持基板と絶縁層の界面で剥離が可能な場合には、剥離層を設けなくてもよい。
例えば、支持基板としてガラスを用い、絶縁層としてポリイミドなどの有機樹脂を用いることができる。このとき、レーザ光等を用いて有機樹脂の一部を局所的に加熱する、又は鋭利な部材により物理的に有機樹脂の一部を切断、又は貫通すること等により剥離の起点を形成し、ガラスと有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。
又は、支持基板と有機樹脂からなる絶縁層の間に発熱層を設け、当該発熱層を加熱することにより、当該発熱層と絶縁層の界面で剥離を行ってもよい。発熱層としては、電流を流すことにより発熱する材料、光を吸収することにより発熱する材料、磁場を印加することにより発熱する材料など、様々な材料を用いることができる。例えば、発熱層としては、半導体、金属、絶縁体から選択して用いることができる。
なお、上述した方法において、有機樹脂からなる絶縁層は、剥離後に基板として用いることができる。
例えば、図12に示す構成の場合、第1の支持基板上に第1の剥離層、絶縁層173を順に形成した後に、それよりも上層の構造物を形成する。また、これとは別に、第2の支持基板上に第2の剥離層、絶縁層183を順に形成した後に、それよりも上層の構造物を形成する。続いて、第1の支持基板上の構造物と第2の支持基板上の構造物を接着層141により貼り合せる。その後、第2の支持基板及び第2の剥離層を、第2の剥離層と絶縁層183の界面で剥離することによって除去し、絶縁層183と基板181を接着層182により貼り合せる。また、第1の支持基板及び第1の剥離層を、第1の剥離層と絶縁層173の界面で剥離することによって除去し、絶縁層173と基板171を接着層172により貼り合せる。なお、剥離及び貼り合せは、第1の支持基板側と第2の支持基板側のどちら側を先に行ってもよい。
以上が、可撓性を有する表示装置を作製する方法についての説明である。
〔画素の構成例2-3〕
図13に、図11と一部が異なる構成を有する表示装置10の断面構成例を示す。図13に示す表示装置10は、一対の基板として可撓性を有する基板171、基板181を用いている点、偏光板130を有さない点、及び構造体135を有する点で、図11に示す表示装置10と異なる。
表示装置10の作製方法は、図13における接着層141と基板21の間に素子層が設けられた第1の支持基板と、接着層141と基板31側の間に素子層が設けられた第2の支持基板とを、接着層141を介して貼り合わせる工程を含む。該貼り合わせは、硬化して接着層141となる接着剤を、第1の支持基板に設けられた素子層表面又は第2の支持基板に設けられた素子層表面に塗布し、双方の素子層表面を重ね合わせることで、該接着剤を第1の支持基板と第2の支持基板の間に充填させた後、該接着剤を硬化させることで行う。
該接着剤を第1の支持基板と第2の支持基板の間に充填させる際に、第1の支持基板に設けられた素子層表面又は第2の支持基板に設けられた素子層表面が、例えば、開口部219のような段差の大きな凹凸形状を有していると、該凹凸形状がなす空間を該接着剤が万遍なく充填しきれず、該凹凸形状と該接着剤の間に空隙が生じる場合がある。該空隙があると、上記の作製方法例で説明した支持基板の剥離を行う際に、該空隙を起点とした膜剥がれが生じる場合がある。
図13に示す表示装置10において、構造体135は、基板171上の開口部219と重畳する位置に設けられる。構造体135は、上面視において、その外周が開口部219の外周よりも内側になるように設けられることが好ましい。また、構造体135の高さt1は、開口部219の深さt2の半分より大きく、t2より小さいことが好ましい。
このような構成とすることで、開口部219付近における表示装置10のセルギャップ(基板171と基板181の対向する表面間の距離)が急激に変化することを抑制できるため、開口部219に接着剤を充填させることができる。よって、表示装置10を作製歩留りの高い表示装置とすることができる。
構造体135の材料は特に限定されないが、例えば、アクリル、ポリイミド、エポキシなどの樹脂を用いることができる。
なお、構造体135を透水性の低い材料で被覆する、又は構造体135を透水性の低い材料で形成することで、接着層141を介してEL層112へ浸入する水分量を減らすことができる。よって、信頼性の高い表示装置10とすることができる。図14に、構造体135が絶縁層136で被覆された表示装置10の断面図の一例を示す。絶縁層136としては、絶縁層212又は絶縁層213と同様の材料を用いることができる。
また、構造体135の代わりに、開口部219と重畳する位置に着色層を設けてもよい。図15には、開口部219と重畳する位置に着色層131a、着色層131bを設ける例を示す。このような構成とすることで、表示部32に着色層を形成する工程において、開口部219と重畳する位置に構造体135と同等の機能を有する構造物を形成できるため、表示装置10の作製工程を減らすことができる。なお、着色層131bは、表示部32において、着色層131aを有する副画素と異なる色を呈する副画素に用いられる着色層である。
[各構成要素について]
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
〔基板〕
表示装置10が有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
厚さの薄い基板を用いることで、表示装置10の軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置10を実現できる。
また、発光を取り出さない側の基板は、透光性を有していなくてもよいため、上記に挙げた基板材料の他に、金属基板等を用いることもできる。金属基板は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示装置10の局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。可撓性や曲げ性を得るためには、金属基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル等の金属、又はアルミニウム合金若しくはステンレス等の合金などを好適に用いることができる。
また、金属基板の表面を酸化する、又は表面に絶縁層を形成するなどにより、絶縁処理が施された基板を用いてもよい。例えば、酸素雰囲気で放置する又は加熱する他、陽極酸化法などによって、基板の表面に酸化膜を形成してもよいし、スピンコート法やディップ法などの塗布法、電着法、蒸着法、又はスパッタリング法などを用いて絶縁層を形成してもよい。
可撓性及び可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、可撓性を有する程度の厚さのガラスや、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が30×10-6/K以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、PET等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示装置も軽量にすることができる。
上記材料中に繊維体が含まれている場合、該繊維体としては、有機化合物又は無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には、引張弾性率又はヤング率の高い繊維のことをいい、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、又は炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Eガラス、Sガラス、Dガラス、Qガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布又は不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させて樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。
又は、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。又は、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
可撓性を有する基板に、タッチパネルの表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂など)等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁層が積層されていてもよい。例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁性材料を用いることができる。
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示装置10とすることができる。
〔トランジスタ〕
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
なお、本発明の一態様に係るタッチパネルが有するトランジスタの構造は、特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。又は、チャネル形成領域の上下にゲート電極が設けられていてもよい。
〔半導体層〕
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタの電気特性の劣化を抑制できるため好ましい。
また、トランジスタの半導体層には、例えば、第14族の元素(シリコン、ゲルマニウム等)、化合物半導体又は酸化物半導体等の半導体材料を用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む酸化物半導体などを適用できる。
特に、シリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが大きく、かつキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
特に、トランジスタの半導体層として、複数の結晶部を有し、当該結晶部はそのc軸が半導体層の被形成面、又は半導体層の上面に対して略垂直に配向し、かつ隣接する結晶部間では粒界を確認することが難しい酸化物半導体を用いることが好ましい。
このような酸化物半導体は、結晶粒界を有さないために、表示パネルを湾曲させたときの応力によって酸化物半導体膜にクラックが生じてしまうことが抑制される。したがって、可撓性を有し、湾曲させて用いるタッチパネルなどに、このような酸化物半導体を好適に用いることができる。
また、トランジスタの半導体層として、このような結晶性を有する酸化物半導体を用いることで、トランジスタの電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、シリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間にわたって保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、各表示領域に表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置10を実現できる。
トランジスタの半導体層は、例えば、少なくとも、インジウム、亜鉛及びM(アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジム又はハフニウム等の金属)を含むIn-M-Zn系酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
スタビライザーとしては、上記Mで記載の金属に含まれる、例えば、ガリウム、スズ、ハフニウム、アルミニウム、又はジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
トランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体として、例えば、In-Ga-Zn系酸化物、In-Al-Zn系酸化物、In-Sn-Zn系酸化物、In-Hf-Zn系酸化物、In-La-Zn系酸化物、In-Ce-Zn系酸化物、In-Pr-Zn系酸化物、In-Nd-Zn系酸化物、In-Sm-Zn系酸化物、In-Eu-Zn系酸化物、In-Gd-Zn系酸化物、In-Tb-Zn系酸化物、In-Dy-Zn系酸化物、In-Ho-Zn系酸化物、In-Er-Zn系酸化物、In-Tm-Zn系酸化物、In-Yb-Zn系酸化物、In-Lu-Zn系酸化物、In-Sn-Ga-Zn系酸化物、In-Hf-Ga-Zn系酸化物、In-Al-Ga-Zn系酸化物、In-Sn-Al-Zn系酸化物、In-Sn-Hf-Zn系酸化物、In-Hf-Al-Zn系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、In-Ga-Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
また、トランジスタの半導体層と導電層は、上記酸化物のうち、同一の金属元素を有していてもよい。当該半導体層と導電層が同一の金属元素を有することで、製造コストを低減させることができる。例えば、当該半導体層と導電層の成膜に同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで、製造コストを低減させることができる。また、当該半導体層と導電層を加工する際の、エッチングガス又はエッチング液を共通して用いることができる。ただし、当該半導体層と導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、トランジスタ及び容量素子の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
トランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体は、バンドギャップが2eV以上であり、2.5eV以上が好ましく、3eV以上であることがより好ましい。このように、バンドギャップの大きい酸化物半導体をトランジスタの半導体層に用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
トランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体が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が含む金属元素の原子数比は、In≧M、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=3:1:2、4:2:4.1等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比は、それぞれ、誤差として、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
トランジスタの半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体膜を用いる。例えば、当該半導体層は、キャリア密度が1×1017/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以下、さらに好ましくは1×1013/cm3以下、より好ましくは1×1011/cm3以下、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定なトランジスタの電気特性を提供する酸化物半導体であるといえる。
なお、トランジスタの半導体層として用いることができる酸化物半導体はこれらに限られず、必要とするトランジスタの電気特性(電界効果移動度、閾値電圧等)に応じて、適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの電気特性を得るために、トランジスタの半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
トランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、当該半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、当該半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、当該酸化物半導体を半導体層に用いた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、トランジスタの半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下にする。
また、トランジスタの半導体層を構成する酸化物半導体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型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。このため、当該半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。
また、トランジスタの半導体層は、例えば、非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor、又は、C-Axis Aligned and A-B-plane Anchored Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、微結晶構造、又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。
非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。又は、非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
なお、トランジスタの半導体層が、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、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、又は積層構造を有する場合がある。
又は、トランジスタのチャネル領域が形成される半導体層に、シリコンを用いることが好ましい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に、結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、かつアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。このような多結晶半導体を、例えば、画素に適用することで、画素の開口率を向上させることができる。また、極めて密に画素を有する場合であっても、ゲート駆動回路とソース駆動回路を画素と同一基板上に形成することが可能となり、電子機器を構成する部品数を低減することができる。
本実施の形態で例示したボトムゲート構造のトランジスタは、作製工程を削減できるため好ましい。また、トランジスタの半導体層にアモルファスシリコンを用いることで、多結晶シリコンよりも低温で形成できるため、当該半導体層よりも下層の配線や電極の材料、基板の材料として、耐熱性の低い材料を用いることが可能であり、材料の選択の幅を広げることができる。例えば、極めて大面積のガラス基板などを好適に用いることができる。一方、トップゲート構造のトランジスタは、自己整合的に不純物領域を形成しやすく、電気特性のばらつきなどを低減することができるため好ましい。このため、特に、トランジスタの半導体層に多結晶シリコンや単結晶シリコンなどを用いる場合に適している。
〔導電層〕
トランジスタのゲート、ソース及びドレインの他、表示装置10を構成する各種配線及び電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステンなどの金属、又はこれを主成分とする合金などが挙げられる。また、これらの材料を含む膜を単層で、又は積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅-マグネシウム-アルミニウム合金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する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜又は窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫又は酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物又はグラフェンを用いることができる。又は、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。又は、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料(又はそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置10を構成する各種配線及び電極などの導電層や、表示素子が有する導電層(画素電極や共通電極として機能する導電層)にも用いることができる。
〔絶縁層〕
各絶縁層に用いることのできる絶縁性材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シリコーンなどのシロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁性材料を用いることもできる。
また、発光素子は、一対の透水性の低い絶縁層の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、表示装置10の信頼性の低下を抑制できる。
透水性の低い絶縁層としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素とシリコンを含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
例えば、透水性の低い絶縁層の水蒸気透過量は、1×10-5[g/(m2・day)]以下、好ましくは1×10-6[g/(m2・day)]以下、より好ましくは1×10-7[g/(m2・day)]以下、さらに好ましくは1×10-8[g/(m2・day)]以下とする。
〔発光素子〕
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、発光ダイオード(LED)、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型のいずれであってもよい。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
EL層は、少なくとも、発光層を有する。EL層は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。
EL層には、低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。EL層を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む。)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
陰極と陽極の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔は、EL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質が発光する。
発光素子として、白色発光の発光素子を適用する場合には、EL層に2種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。例えば、2以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより、白色発光を得ることができる。例えば、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質、又はR、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質のうち、2以上を含むことが好ましい。また、発光素子からの発光のスペクトルが、可視光領域の波長(例えば、350nm以上750nm以下)の範囲内に2以上のピークを有する発光素子を適用することが好ましい。また、黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色及び赤色の波長領域にもスペクトル成分を有する材料であることが好ましい。
EL層は、一の色を発光する発光材料を含む発光層と、他の色を発光する発光材料を含む発光層とが積層された構成とすることが好ましい。例えば、EL層における複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、いずれの発光材料も含まない領域を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と燐光発光層との間に、当該蛍光発光層又は燐光発光層と同一の材料(例えば、ホスト材料、アシスト材料)を含み、かついずれの発光材料も含まない領域を設ける構成としてもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。
また、発光素子は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、複数のEL層が電荷発生層を介して積層されたタンデム素子であってもよい。
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、若しくはこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
可視光を反射する導電膜としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料、若しくはこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、チタン、ニッケル、又はネオジムと、アルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)を用いてもよい。また、銅、パラジウム、マグネシウムと、銀を含む合金を用いてもよい。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム膜又はアルミニウム合金膜に接して金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、酸化を抑制することができる。このような金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタンや酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いることができる。
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。その他、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成することができる。
なお、上述した、発光層、及び正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、並びに電子注入性の高い物質、バイポーラ性の物質等を含む層は、それぞれ量子ドットなどの無機化合物や、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。また、12族と16族、13族と15族、又は14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。又は、カドミウム、セレン、亜鉛、硫黄、リン、インジウム、テルル、鉛、ガリウム、ヒ素、アルミニウム等の元素を含む量子ドット材料を用いてもよい。
〔液晶素子〕
液晶素子としては、例えば、垂直配向(VA:Vertical Alignment)モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、MVA(Multi-Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
また、液晶素子には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、VAモードの他に、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In-Plane-Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)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)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
なお、液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む。)によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては、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(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、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。
また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、又はネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
また、液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性を有する。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また、配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
また、液晶素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、又は半透過型の液晶素子などを用いることができる。
透過型又は半透過型の液晶素子を用いる場合、一対の基板を挟むように、2つの偏光板を設ける。また、偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。LED(Light Emitting Diode)を備える直下型のバックライトを用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたタッチパネルモジュールの厚さを低減できるため好ましい。
反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板を設ける。また、これとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。
〔接着層〕
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。又は、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
〔接続層〕
接続層としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
〔着色層〕
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
〔遮光層〕
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できる他、工程を簡略化できるため好ましい。
以上が、各構成要素についての説明である。
[構成例2]
以下では、本発明の一態様の表示装置10の例として、入出力装置(タッチパネル)、入力装置(タッチセンサ)等の構成例について説明する。
ここで、本明細書等において、表示装置10の一態様である表示パネルは、表示面に画像等を表示(出力)する機能を有するものである。したがって、表示パネルは出力装置の一態様である。
また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えば、FPC(Flexible Printed Circuit)若しくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたもの、又は基板にCOG(Chip On Glass)方式等によりIC(集積回路)が実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、又は単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
また、本明細書等において、タッチセンサは指やスタイラスなどの被検知体が触れる、又は近接することを検知する機能を有するものである。したがって、タッチセンサは入力装置の一態様である。
また、本明細書等では、タッチセンサを有する基板を、タッチセンサパネル、又は単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。また、本明細書等では、タッチセンサパネルの基板に、例えば、FPC若しくはTCPなどのコネクターが取り付けられたもの、又は基板にCOG方式等によりICが実装されたものを、タッチセンサパネルモジュール、タッチセンサモジュール、センサモジュール、又は単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。
なお、本明細書等において、表示装置10の一態様であるタッチパネルは、表示面に画像等を表示(出力)する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、又は近接することを検知するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがって、タッチパネルは入出力装置の一態様である。
タッチパネルは、例えば、タッチセンサ付き表示パネル(又は表示装置)、タッチセンサ機能つき表示パネル(又は表示装置)とも呼ぶことができる。
タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。又は、表示パネルの内部にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。
また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、例えば、TCPなどのコネクターが取り付けられたもの、又は基板にCOG方式等によりICが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、又は単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。
〔タッチセンサの構成例〕
以下では、入力装置(タッチセンサ)の構成例について、図面を参照して説明する。
図16(A)に、入力装置150の上面概略図を示す。入力装置150は、基板160上に複数の電極151、複数の電極152、複数の配線155、複数の配線156を有する。また、基板160には、複数の電極151及び複数の電極152の各々と電気的に接続するFPC(Flexible Printed Circuit)157が設けられている。また、図16(A)では、FPC157にIC158が設けられている例を示している。
図16(B)に、図16(A)中の一点鎖線で囲った領域の拡大図を示す。電極151は、複数の菱形の電極パターンが、紙面横方向に連なった形状を有している。一列に並んだ菱形の電極パターンは、それぞれ電気的に接続されている。また、電極152も同様に、複数の菱形の電極パターンが、紙面縦方向に連なった形状を有し、一列に並んだ菱形の電極パターンは、それぞれ電気的に接続されている。また、電極151と、電極152とはこれらの一部が重畳し、互いに交差している。この交差部分では、電極151と電極152とが電気的に短絡(ショート)しないように、絶縁体が挟持されている。
また、図16(C)に示すように、菱形の形状を有する複数の電極152が、ブリッジ電極153によって接続された構成としてもよい。島状の電極152は、縦方向に並べて配置され、ブリッジ電極153により、隣接する2つの電極152が電気的に接続されている。このような構成とすることで、電極151と、電極152を、同一の導電膜の加工によって同時に形成することができる。そのため、これらの膜厚のばらつきを抑制することができ、それぞれの電極の抵抗値や光透過率が場所によってばらつくことを抑制できる。なお、ここでは、電極152がブリッジ電極153を有する構成としたが、電極151がこのような構成であってもよい。
また、図16(D)に示すように、図16(B)で示した電極151及び電極152の菱形の電極パターンの内側をくりぬいて、輪郭部のみを残したような形状としてもよい。このとき、電極151及び電極152の幅が、使用者から視認されない程度に細い場合には、後述するように、電極151及び電極152に金属や合金などの遮光性の材料を用いてもよい。また、図16(D)に示す電極151又は電極152が、上記ブリッジ電極153を有する構成としてもよい。
1つの電極151は、1つの配線155と電気的に接続している。また、1つの電極152は、1つの配線156と電気的に接続している。ここで、配線155と配線156のいずれか一方が、行配線に相当し、いずれか他方が、列配線に相当する。
IC158は、タッチセンサを駆動する機能を有する。IC158から出力された信号は、配線155又は配線156を介して、電極151又は電極152のいずれかに供給される。また、電極151又は電極152のいずれかに流れる電流(又は電位)が、配線155又は配線156を介して、IC158に入力される。
ここで、入力装置150を表示パネルの表示面に重ねて、タッチパネルを構成する場合には、電極151及び電極152に透光性を有する導電性材料を用いることが好ましい。また、電極151及び電極152に透光性の導電性材料を用い、表示パネルからの光を電極151又は電極152を介して取り出す場合には、電極151と電極152との間に、これらと同一の導電性材料を含む導電膜をダミーパターンとして配置することが好ましい。このように、電極151と電極152との間の隙間の一部をダミーパターンにより埋めることにより、入力装置150面内における光透過率のばらつきを低減できる。その結果、入力装置150を透過する光の輝度ムラを低減することができる。
透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば、膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
又は、透光性を有する程度に薄い金属又は合金を用いることができる。例えば、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、又はチタンなどの金属や、該金属を含む合金を用いることができる。又は、該金属又は合金の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。また、上述した材料を含む導電膜のうち、2以上を積層した積層膜を用いてもよい。
また、電極151及び電極152には、使用者から視認されない程度に細く加工された導電膜を用いてもよい。例えば、このような導電膜を格子状(メッシュ状)に加工することで、高い導電性と表示装置の高い視認性を得ることができる。このとき、導電膜は30nm以上100μm以下、好ましくは50nm以上50μm以下、さらには50nm以上20μm以下の幅である部分を有することがより好ましい。特に、10μm以下のパターン幅を有する導電膜は、使用者が視認することが極めて困難となるため好ましい。
一例として、図17(A)乃至図17(D)に、電極151又は電極152の一部を拡大した概略図を示している。図17(A)は、格子状の導電膜146を用いた場合の例を示している。このとき、導電膜146を、表示装置が有する表示素子と重ならないように配置すると、表示装置からの光を遮光することがないため好ましい。その場合、格子の向きを表示素子の配列と同じ向きとし、また、格子の周期を表示素子の配列の周期の整数倍とすることが好ましい。
また、図17(B)には、三角形の開口が形成されるように加工された格子状の導電膜147の例を示している。このような構成とすることで、図17(A)に示した導電膜146に比べて、抵抗をより低くすることが可能となる。
また、図17(C)に示すように、周期性を有さないパターン形状を有する導電膜148としてもよい。このような構成とすることで、表示装置の表示部と重ねたときに、モアレが生じることを抑制できる。
また、電極151及び電極152に、導電性のナノワイヤを用いてもよい。図17(D)には、ナノワイヤ149を用いた場合の例を示している。隣接するナノワイヤ149同士が接触するように、適当な密度で分散することにより、2次元的なネットワークが形成され、極めて透光性の高い導電膜として機能させることができる。例えば、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以下のナノワイヤを用いることができる。ナノワイヤ149としては、Agナノワイヤや、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ等の金属ナノワイヤ、又は、カーボンナノチューブなどを用いることができる。例えば、Agナノワイヤの場合、光透過率は89%以上、シート抵抗値は40Ω/□以上100Ω/□以下を実現することができる。
以上が、タッチセンサの構成例についての説明である。
〔タッチパネルの構成例〕
以下では、本発明の一態様の表示装置10の例として、タッチパネルの構成例について、図面を参照して説明する。
図18(A)は、タッチパネル100の斜視概略図である。また、図18(B)は、図18(A)を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。また、図18(B)では、基板31を破線で輪郭のみ明示している。
タッチパネル100は、入力装置150が設けられた基板31と基板21を有し、これらが重ねて設けられている。基板21側の構成については、上記構成例1等を援用することができる。
入力装置150の構成は、上記タッチセンサの構成例を援用できる。図18(A)、図18(B)では、入力装置150が、複数の電極151、複数の電極152、複数の配線155、複数の配線156を有する場合を示している。
入力装置150としては、例えば、静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検出が可能となるため好ましい。以下では、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用する場合について説明する。
なお、これに限られず、指やスタイラスなどの被検知体の近接、又は接触を検知することのできる様々なセンサを、入力装置150に適用することもできる。
図18(A)、図18(B)に示すタッチパネル100は、基板31に入力装置150が設けられている。また、入力装置150の配線155及び配線156等は、接続部169を介して、基板21側に接続されたFPC42と電気的に接続する。
このような構成とすることで、タッチパネル100に接続するFPCを1つの基板側(ここでは、基板21側)にのみ配置することができる。また、タッチパネル100に2以上のFPCを取り付ける構成としてもよいが、図18(A)、図18(B)に示すように、タッチパネル100には1つのFPC42を設け、当該FPC42が、基板21側と基板31側の両方に信号を供給する構成とすると、より部品点数を削減でき、構成を簡略化できるため好ましい。
接続部169には、例えば、異方性の導電性を有する接続体が設けられている構成とすることができる。接続体としては、例えば、導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂又はシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると、接触抵抗を低減できるため好ましい。また、ニッケルをさらに金で被覆するなど、2種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また、接続体として、弾性変形、又は塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき、導電性の粒子は、上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できる他、接続不良などの不具合の発生を抑制できる。
また、接続体は、基板21と基板31を接着する接着層141(図示しない。)に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層141に、接続体を分散させておけばよい。接着層141が設けられる部分に接続部169を配置することで、当該接続部169を、接着層141を表示部32上にも配置する構成(固体封止構造とも言う。)に対してだけでなく、例えば、中空封止構造の発光装置や、液晶表示装置等、接着層141を周辺に用いる構成に対しても適用することができる。
また、図18(A)、図18(B)では、図1と異なり、IC168をFPC42に実装した場合の例を示している。このとき、IC168は、入力装置150を駆動する機能を有していてもよいし、入力装置150を駆動するICを基板21、基板31、又はFPC42等に、別途設けてもよい。
〔断面構成例〕
続いて、タッチパネル100の断面構成の例について説明する。図19は、タッチパネル100の断面概略図である。図19は、図11と比較して、接着層141よりも基板31側の構成が、主に相違している。
基板31の基板21側の面上に、絶縁層161、絶縁層162、絶縁層163、絶縁層164等が積層して設けられている。絶縁層161と絶縁層162の間に、遮光層133が設けられている。絶縁層162と絶縁層163の間に、電極151、電極152等が設けられている。絶縁層163と絶縁層164の間に、ブリッジ電極153が設けられている。絶縁層164の接着層141側の面には、着色層131a、遮光層132等が設けられている。
図19では、電極151と電極152の交差部を明示している。ブリッジ電極153は、絶縁層163に設けられた開口を介して、電極152を挟む2つの電極151と電気的に接続されている。
電極151や電極152は、遮光層132と重なる位置に設けられている。また、図19では、電極151が発光素子40と重ならないように配置されている例を示している。言い換えると、電極151は、発光素子40と重なる開口を有するメッシュ形状を有する。このような構成とすることで、発光素子40が発する光の経路上に電極151が配置されないため、電極151を配置することによる輝度の低下は実質的に生じず、視認性が高く、かつ消費電力が低減されたタッチパネル100を実現できる。なお、電極152も同様の構成とすることができる。
また、電極151や電極152が発光素子40と重ならないため、これらに透光性の導電性材料を用いる必要がなく、該導電性材料よりも低抵抗な金属材料を用いることができる。そのため、電極151や電極152に透光性の導電性材料を用いた場合に比べて、タッチセンサの感度を向上させることができる。
また、図19では、電極151と電極152(及びブリッジ電極153)よりも基板31側に、これらと重ねて遮光層133が設けられている例を示している。遮光層133により、電極151等に金属材料を用いた場合であっても、これらの外光反射を抑制できるため、より視認性の高いタッチパネル100を実現できる。なお、ここでは遮光層132と遮光層133の2つの遮光層を設ける例を示したが、いずれか一方のみを配置する構成としてもよい。
また、基板31上の偏光板130を設けず、基板31を指又はスタイラスなどの被検知体が直接触れる基板として用いてもよい。このとき、基板31上に保護層(セラミックコート等)を設けることが好ましい。保護層は、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)などの無機絶縁性材料を用いることができる。また、基板31に強化ガラスを用いてもよい。強化ガラスは、イオン交換法や風冷強化法等により物理的、又は化学的な処理が施され、その表面に圧縮応力を加えたものを用いることができる。タッチセンサを強化ガラスの一面に設け、その反対側の面を、例えば、電子機器の最表面に設けてタッチ面として用いることにより、機器全体の厚さを低減することができる。
図19に示すように、発光素子40、複数のトランジスタ、及びタッチセンサを構成する電極等を、基板21と基板31の間に配置することで、部品点数が削減されたタッチパネル100を実現することができる。
なお、タッチパネル100の構成はこれに限られず、例えば、入力装置150が設けられた基板を、例えば、図1等に示す表示装置10と重ねてタッチパネル100を構成してもよい。
図20に、タッチセンサを構成する電極151及び電極152等を、基板31の基板21側とは反対側に形成した例を示している。このような構成を、オンセル型のタッチパネルと呼ぶことができる。
基板31上には、電極151、電極152が形成され、これらを覆って絶縁層163が設けられている。また、絶縁層163上にブリッジ電極153が設けられている。
基板170は、タッチ面として機能する基板であり、例えば、タッチパネル100を電子機器に組み込んだ際の筐体の一部、又は保護ガラスなどとして機能する。基板170と基板31とは、接着層165によって貼り合わされている。
ここで、図20では、電極151が遮光層132と重なる領域だけでなく、発光素子40、着色層131a等と重なる領域にも配置されている例を示している。このとき、電極151には、可視光を透過する材料を用いることができる。例えば、金属酸化物を含む膜や、グラフェンを含む膜、又は金属や合金を含み、可視光を透過する程度に薄い膜などを、電極151に用いることができる。なお、電極152についても同様である。また、ブリッジ電極153にも、同様の可視光を透過する材料を用いてよいが、ブリッジ電極153が遮光層132と重ねて配置される場合や、ブリッジ電極153の面積が極めて小さい場合には、金属や合金など、可視光を遮光する材料を用いてもよい。
以上が、タッチパネル100の断面構成例についての説明である。
[構成例3]
以下では、本発明の一態様の表示装置10の例として、反射型の液晶素子と、発光素子の両方を有し、透過モードと反射モードの両方の表示を行うことのできる、表示装置(表示パネル)の例を説明する。このような表示パネルを、TR-hybrid display(Transmissive OLED and Reflective LC Hybrid display)とも呼ぶことができる。
このような表示パネルの一例としては、可視光を反射する電極を備える液晶素子と、発光素子とを積層して配置した構成が挙げられる。このとき、可視光を反射する電極が開口を有し、当該開口と発光素子とが重ねて配置されていることが好ましい。これにより、透過モードでは、当該開口を介して発光素子からの光が射出されるように駆動することができる。また、液晶素子を駆動するトランジスタと、発光素子を構成するトランジスタとが、同一平面上に配置されていることが好ましい。また、発光素子と液晶素子とは、絶縁層を介して積層されていることが好ましい。
このような表示パネルは、屋外など外光の明るい場所では、反射モードで表示することにより、極めて低い消費電力で駆動を行うことができる。また、夜間や室内など外光が暗い場所では、透過モードで表示することにより、最適な輝度で画像を表示することができる。さらに、透過モードと反射モードの両方のモードで表示することにより、極めて外光が明るい場所であっても、従来の表示パネルに比べて、低い消費電力で、かつコントラストの高い表示を行うことができる。
〔構成例〕
図21(A)は、表示装置200の構成の一例を示すブロック図である。表示装置200は、表示部32にマトリクス状に配列した複数の画素210を有する。また、表示装置200は、回路GDと、回路SDを有する。また、方向Rに配列した複数の画素210、及び回路GDと電気的に接続する複数の配線G1、複数の配線G2、複数の配線ANO、及び複数の配線CSCOMを有する。また、方向Cに配列した複数の画素210、及び回路SDと電気的に接続する複数の配線S1及び複数の配線S2を有する。
画素210は、反射型の液晶素子と、発光素子を有する。画素210において、液晶素子と発光素子とは、互いに重なる部分を有する。
図21(B1)は、画素210が有する導電層191の構成例を示す。導電層191は、画素210における液晶素子の反射電極として機能する。また、導電層191には、開口部251が設けられている。
図21(B1)には、導電層191と重なる領域に位置する発光素子40を破線で示している。発光素子40は、導電層191が有する開口部251と重ねて配置されている。これにより、発光素子40が発する光は、開口部251を介して表示面側に射出される。
図21(B1)では、方向Rに隣接する画素210が、異なる色に対応する画素である。このとき、図21(B1)に示すように、方向Rに隣接する2つの画素において、開口部251が一列に配列されないように、導電層191の異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、2つの発光素子40を離すことが可能で、発光素子40が発する光が、隣接する画素210が有する着色層に入射してしまう現象(クロストークとも言う。)を抑制することができる。また、隣接する2つの発光素子40を離して配置することができるため、発光素子40のEL層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置200を実現できる。
また、画素210は、図21(B2)に示すような配列としてもよい。
画素210が有する導電層191において、非開口部の総面積に対する開口部251の総面積の比の値が大きすぎると、液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口部251の総面積の比の値が小さすぎると、発光素子40を用いた表示が暗くなってしまう。
また、反射電極として機能する導電層191に設ける開口部251の面積が小さすぎると、発光素子40が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
開口部251の形状は、例えば、多角形、四角形、楕円形、円形又は十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口部251を、隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口部251を、同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
〔回路構成例〕
図22は、画素210の構成例を示す回路図である。図22では、隣接する2つの画素210を示している。
画素210は、スイッチSW1、容量素子C1、液晶素子60、スイッチSW2、トランジスタM、容量素子C2、及び発光素子40等を有する。また、画素210には、配線G1、配線G2、配線ANO、配線CSCOM、配線S1、及び配線S2が電気的に接続されている。また、図22では、液晶素子60と電気的に接続する配線VCOM1、及び発光素子40と電気的に接続する配線VCOM2を示している。
図22では、スイッチSW1及びスイッチSW2に、トランジスタを用いた場合の例を示している。
スイッチSW1は、ゲートが配線G1と接続され、ソース又はドレインの一方が配線S1と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子C1の一方の電極、及び液晶素子60の一方の電極と接続されている。容量素子C1は、他方の電極が配線CSCOMと接続されている。液晶素子60は、他方の電極が配線VCOM1と接続されている。
また、スイッチSW2は、ゲートが配線G2と接続され、ソース又はドレインの一方が配線S2と接続され、ソース又はドレインの他方が、容量素子C2の一方の電極、トランジスタMのゲートと接続されている。容量素子C2は、他方の電極がトランジスタMのソース又はドレインの一方、及び配線ANOと接続されている。トランジスタMは、ソース又はドレインの他方が発光素子40の一方の電極と接続されている。発光素子40は、他方の電極が配線VCOM2と接続されている。
図22では、トランジスタMが、チャネル領域を形成する半導体を挟む2つのゲートを有し、これらが接続されている例を示している。これにより、トランジスタMが流すことのできる電流を増大させることができる。
配線G1には、スイッチSW1を導通状態又は非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM1には、所定の電位を与えることができる。配線S1には、液晶素子60が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線CSCOMには、所定の電位を与えることができる。
配線G2には、スイッチSW2を導通状態又は非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線VCOM2及び配線ANOには、発光素子40が発光する電位差が生じる電位をそれぞれ与えることができる。配線S2には、トランジスタMの導通状態を制御する信号を与えることができる。
図22に示す画素210は、例えば、反射モードの表示を行う場合には、配線G1及び配線S1に与える信号により駆動し、液晶素子60による光学変調を利用して表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線G2及び配線S2に与える信号により駆動し、発光素子40を発光させて表示することができる。また、両方のモードで表示を行う場合には、配線G1、配線G2、配線S1及び配線S2のそれぞれに与える信号により駆動し、液晶素子60と発光素子40の双方を用いて表示することができる。
〔表示装置の断面構成例〕
図23に、表示装置200の断面概略図を示す。
表示装置200は、基板21と基板31の間に、絶縁層220を有する。また、基板21と絶縁層220の間に、発光素子40、トランジスタ205、トランジスタ206、着色層134等を有する。また、絶縁層220と基板31の間に、液晶素子60、着色層131、構造体244等を有する。
基板21と絶縁層82等とは、接着層141で貼り合わされている。また、基板31と絶縁層220は、液晶を封止する接着層142で貼り合わされている。
液晶素子60は、反射型の液晶素子である。液晶素子60は、導電層192、液晶193、及び導電層194の積層構造を有する。また、導電層192の基板21側に接して、導電層191が設けられている。導電層191は、液晶素子60の反射電極として機能する。また、導電層191は、開口部251を有する。また、導電層192は、可視光を透過する材料を含む。
発光素子40は、ボトムエミッション型の発光素子である。発光素子40は、絶縁層220側から導電層111、EL層112、及び導電層113の順に積層された構造を有する。導電層113は可視光を反射する材料を含み、導電層111は可視光を透過する材料を含む。発光素子40が発する光は、着色層134、絶縁層220、開口部251、導電層192等を介して、基板31側に射出される。
また、絶縁層81及び絶縁層82には、それぞれ開口部11及び開口部12が設けられている。上面視において、開口部12の外周は、開口部11の外周より内側にある。開口部11及び開口部12は一体となり、断面視において、楔状の開口部を形成している。該開口部の内部は、接着層141で満たされている。
トランジスタ205のソース又はドレインの一方は、発光素子40の導電層111と電気的に接続されている。例えば、トランジスタ205は、図22におけるトランジスタMに対応する。
トランジスタ206のソース又はドレインの一方は、端子部207を介して導電層191及び導電層192と電気的に接続されている。端子部207は、表示部32内において、絶縁層220に設けられた開口を介して、絶縁層220の両面に設けられる導電層同士を電気的に接続する機能を有する。例えば、トランジスタ206は、図22におけるスイッチSW1に対応する。
基板21の基板31と重ならない領域には、端子部204が設けられている。端子部204は、端子部207と同様に、絶縁層220の両面に設けられる導電層同士を電気的に接続する。端子部204の上面は、導電層192と同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、端子部204とFPC42とを、接続層242を介して電気的に接続することができる。
基板31の基板21側には、着色層131、遮光層132が設けられている。また、着色層131及び遮光層132を覆う絶縁層195が設けられている。絶縁層195は、オーバーコートとしての機能を有する。また、絶縁層195の基板21側に、導電層194が設けられている。
また、接着層142が設けられる一部の領域には、接続部252が設けられている。接続部252において、導電層192と同一の導電膜を加工して得られた導電層と、導電層194の一部が、接続体243によって電気的に接続されている。したがって、基板31側に形成された導電層194に、基板21側に接続されたFPC42から入力される信号又は電位を、接続部252を介して供給することができる。
導電層192と導電層194の間に、構造体244が設けられている。構造体244は、液晶素子60のセルギャップを保持する機能を有する。
なお、ここでは図示しないが、導電層194と液晶193の間、及び導電層192と液晶193の間には、液晶193の配向を制御する配向膜が設けられていてもよい。このとき、配向膜の一部は、構造体244の表面を覆って設けられていてもよい。
表示装置200を作製する方法の一例について説明する。例えば、剥離層を有する支持基板上に、導電層192、導電層191、絶縁層220を順に形成し、その後、トランジスタ205や発光素子40等を形成した後、接着層141を用いて、基板21と支持基板の各素子を形成した側とを貼り合せる。その後、剥離層と絶縁層220、及び剥離層と導電層192のそれぞれの界面で剥離することにより、支持基板及び剥離層を除去する。また、これとは別に、着色層131、遮光層132、構造体244等をあらかじめ形成した基板31を準備する。そして、基板21又は基板31の各素子を形成した側に液晶193を滴下し、接着層142により、基板21と基板31のそれぞれ各素子を形成した側を貼り合せることで、表示装置200を作製することができる。
剥離層としては、絶縁層220及び導電層192との界面で剥離が生じる材料を適宜選択することができる。特に、剥離層として、タングステンなどの高融点金属材料を含む層と当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用い、剥離層上の絶縁層220として、窒化シリコンや酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を複数積層した層を用いることが好ましい。剥離層に高融点金属材料を用いると、これよりも後に形成する層の形成温度を高めることが可能で、当該層中の不純物の濃度が低減され、信頼性の高い表示装置200を実現できる。
導電層192としては、金属酸化物、金属窒化物、又は低抵抗化された酸化物半導体等の酸化物を用いることが好ましい。酸化物半導体を用いる場合には、水素、ボロン、リン、窒素、及びその他の不純物の濃度、並びに酸素欠損量の少なくとも一が、トランジスタに用いる半導体層に比べて高められた材料を、導電層192に用いればよい。
以上が、構成例3についての説明である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置10又は表示装置200に適用可能な入力装置(タッチセンサ)の駆動方法の例について説明する。
図24(A)は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図24(A)では、パルス電圧出力回路601、電流検出回路602を示している。なお、図24(A)では、パルスが与えられる電極621、電流の変化を検知する電極622をそれぞれ配線X1乃至配線X6、配線Y1乃至配線Y6の6本の配線として示している。なお、電極の数は、これに限られない。また、図24(A)は、電極621及び電極622が重畳すること、又は電極621及び電極622が近接して配置されることで形成される容量603を図示している。なお、電極621と電極622とは、その機能を互いに置き換えてもよい。
例えば、実施の形態1で例示した電極151は、電極621及び電極622の一方に対応し、電極152が、電極621及び電極622の他方に対応する。
パルス電圧出力回路601は、例えば、配線X1乃至配線X6に順にパルス電圧を入力するための回路である。電流検出回路602は、例えば、配線Y1乃至配線Y6のそれぞれに流れる電流を検出するための回路である。
配線X1乃至配線X6のうち、1つにパルス電圧が印加されることで、容量603を形成する電極621及び電極622の間には電界が生じ、電極622に電流が流れる。この電極間に生じる電界の一部は、指やペンなど被検知体が近接又は接触することにより遮蔽され、電極間に生じる電界の強さが変化する。その結果、電極622に流れる電流の大きさが変化する。
例えば、被検知体の近接、又は接触がない場合、配線Y1乃至配線Y6に流れる電流の大きさは、容量603の大きさに応じた値となる。一方、被検知体の近接、又は接触により電界の一部が遮蔽された場合には、配線Y1乃至配線Y6に流れる電流の大きさが減少し、電流検出回路602は、その変化を検出する。これにより、図24(A)に示すタッチセンサは、被検知体の近接、又は接触を検出することができる。
なお、電流検出回路602は、1本の配線に流れる電流の(時間的な)積分値を検出してもよい。その場合には、例えば、積分回路等を用いて検出を行えばよい。又は、電流のピーク値を検出してもよい。その場合には、例えば、電流を電圧に変換して、電圧値のピーク値として検出してもよい。
図24(B)には、図24(A)に示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートの例を示す。図24(B)では、1センシング期間で各行列の検出を行うものとする。また、図24(B)では、被検知体の接触又は近接を検出しない場合(非タッチ時)と、被検知体の接触又は近接を検出した場合(タッチ時)の2つの場合を並べて示している。ここで、配線Y1乃至配線Y6については、検出される電流の大きさに対応する電圧の波形を示している。
図24(B)に示すように、配線X1乃至配線X6には、順次、パルス電圧が与えられる。これに応じて、配線Y1乃至配線Y6に電流が流れる。非タッチ時には、配線X1乃至配線X6に与えられるパルス電圧に応じて、配線Y1乃至配線Y6に同様の電流が流れるため、配線Y1乃至配線Y6は、いずれも同様の出力波形を示す。一方、タッチ時には、配線Y1乃至配線Y6のうち、被検知体が接触、又は近接する箇所に位置する配線に流れる電流が減少するため、図24(B)に示すように、当該箇所における出力波形が変化する。
図24(B)では、配線X3と配線Y3とが交差する箇所又はその近傍に、被検知体が接触又は近接した場合の例を示している。
このように、相互容量方式では、一対の電極間に生じる電界が遮蔽されることに起因する電流の変化を検出することにより、被検知体の位置情報を取得することができる。なお、検出感度が高い場合には、被検知体が検知面(例えば、タッチパネルの表面)から離れていても、その座標を検出することができる。
また、タッチパネルにおいては、表示部の表示期間と、タッチセンサのセンシング期間とをずらした駆動方法を用いることにより、タッチセンサの検出感度を高めることができる。例えば、表示の1フレーム期間の間に、表示期間と、センシング期間を分けて行えばよい。また、このとき、1フレーム期間中に2以上のセンシング期間を設けることが好ましい。センシングの頻度を増やすことで、検出感度をより高めることができる。
また、パルス電圧出力回路601及び電流検出回路602は、例えば、1個のICチップの中に形成されていることが好ましい。当該ICは、例えば、タッチパネルに実装されること、又は電子機器の筐体内の基板に実装されることが好ましい。また、可撓性を有するタッチパネルとする場合には、曲げた部分では寄生容量が増大し、ノイズの影響が大きくなってしまう恐れがあるため、ノイズの影響を受けにくい駆動方法が適用されたICを用いることが好ましい。例えば、シグナル-ノイズ比(S/N比)を高める駆動方法が適用されたICを用いることが好ましい。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
本発明の一態様の表示装置10又は表示装置200は、ボトムゲート型トランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図25(A1)は、ボトムゲート型のトランジスタの一種である、チャネル保護型のトランジスタ810の断面図である。図25(A1)において、トランジスタ810は、基板771上に形成されている。また、トランジスタ810は、基板771上に絶縁層772を介して電極746を有する。また、電極746上に絶縁層726を介して半導体層742を有する。電極746はゲート電極として機能できる。絶縁層726はゲート絶縁層として機能できる。
また、半導体層742のチャネル形成領域上に絶縁層741を有する。また、半導体層742の一部と接して、絶縁層726上に電極744a及び電極744bを有する。電極744aは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能できる。電極744bは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能できる。電極744aの一部、及び電極744bの一部は、絶縁層741上に形成される。
絶縁層741は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層741を設けることで、電極744a及び電極744bの形成時に生じる半導体層742の露出を防ぐことができる。よって、電極744a及び電極744bの形成時に、半導体層742のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。これにより、本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
また、トランジスタ810は、電極744a、電極744b及び絶縁層741上に絶縁層728を有し、絶縁層728の上に絶縁層729を有する。
例えば、絶縁層772は、絶縁層173や絶縁層220と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層772は、複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、半導体層742は、半導体層231と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、半導体層742は、複数の半導体層の積層であってもよい。また、例えば、電極746は、導電層221と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、電極746は、複数の導電層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層726は、絶縁層211と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層726は、複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、電極744a及び電極744bは、配線35又は導電層222と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、電極744a及び電極744bは、複数の導電層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層741は、絶縁層726と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層741は、複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層728は、絶縁層212と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層728は、複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層729は、絶縁層213と同様の材料及び方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層729は、複数の絶縁層の積層であってもよい。
本実施の形態で開示するトランジスタを構成する電極、半導体層、絶縁層などは、他の実施の形態に開示した材料及び方法を用いて形成することができる。
半導体層742に酸化物半導体を用いる場合、電極744a及び電極744bの、少なくとも半導体層742と接する部分に、半導体層742の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層742中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はn型化し、n型領域(n+層)となる。したがって、当該領域はソース領域又はドレイン領域として機能することができる。半導体層742に酸化物半導体を用いる場合、半導体層742から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
半導体層742にソース領域及びドレイン領域が形成されることにより、電極744a及び電極744bと、半導体層742と、の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、閾値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
半導体層742にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層742と電極744aの間、及び半導体層742と電極744bの間に、n型半導体又はp型半導体として機能する層を設けることが好ましい。n型半導体又はp型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能することができる。
絶縁層729は、外部からトランジスタへの不純物の混入を防ぐ、又は低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて、絶縁層729を省略することもできる。
なお、半導体層742に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層729の形成前又は形成後、若しくは絶縁層729の形成前後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層729や他の絶縁層中に含まれる酸素を半導体層742中に拡散させ、半導体層742中の酸素欠損を補填することができる。又は、絶縁層729を加熱しながら成膜することで、半導体層742中の酸素欠損を補填することができる。
なお、一般に、CVD法は、プラズマを利用するプラズマCVD(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、熱を利用する熱CVD(TCVD:Thermal CVD)法などに分類できる。さらに、用いる原料ガスによって、金属CVD(MCVD:Metal CVD)法、有機金属CVD(MOCVD:Metal Organic CVD)法などに分類できる。
また、一般に、蒸着法は、抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、IBAD(Ion Beam Assisted Deposition)法、ALD(Atomic Layer Deposition)法などに分類できる。
プラズマCVD法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、MOCVD法や蒸着法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。
また、一般に、スパッタリング法は、DCスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、RFスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ECR(Electron Cyclotron Resonance)スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法などに分類できる。
対向ターゲットスパッタリング法では、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッタリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めることができる。
図25(A2)に示すトランジスタ811は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ810と異なる。電極723は、電極746と同様の材料及び方法で形成することができる。
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極とで、半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位(GND電位)や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位を、ゲート電極と連動させずに独立して変化させることで、トランジスタの閾値電圧を変化させることができる。
電極746及び電極723は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層726と、絶縁層728及び絶縁層729とは、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極723は、絶縁層728と絶縁層729の間に設けてもよい。
なお、電極746又は電極723の一方を、「ゲート電極」と言う場合、他方を「バックゲート電極」と言う。例えば、トランジスタ811において、電極723を「ゲート電極」と言う場合、電極746を「バックゲート電極」と言う。また、電極723を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ811をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極746及び電極723のどちらか一方を、「第1のゲート電極」と言い、他方を「第2のゲート電極」と言う場合がある。
半導体層742を挟んで電極746及び電極723を設けることで、さらには、電極746及び電極723を同電位とすることで、半導体層742におけるキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ811のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
したがって、トランジスタ811は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ811の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
また、ゲート電極とバックゲート電極は、導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネル領域が形成される半導体層に作用しないようにする機能(特に、静電気などに対する電界遮蔽機能)を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
また、電極746及び電極723は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、絶縁層772側又は電極723上方に生じる荷電粒子等の電荷が、半導体層742のチャネル形成領域に影響を及ぼすことがない。この結果、ストレス試験(例えば、ゲートに負の電位を印加する-GBT(Gate Bias-Temperature)ストレス試験)による劣化が抑制される。また、ドレイン電圧の大きさにより、オン電流が流れ始めるゲート電圧(立ち上がり電圧)が変化する現象を軽減することができる。なお、この効果は、電極746及び電極723が、同電位、又は異なる電位の場合において生じる。
なお、BTストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化(経年変化)を短時間で評価することができる。特に、BTストレス試験前後におけるトランジスタの閾値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。閾値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであると言える。
また、電極746及び電極723を有し、かつ電極746及び電極723を同電位とすることで、トランジスタの閾値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電位を印加する+GBTストレス試験前後における閾値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。
また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタの閾値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
図25(B1)に、ボトムゲート型のトランジスタの1つである、チャネル保護型のトランジスタ820の断面図を示す。トランジスタ820は、トランジスタ810とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層741が半導体層742の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層742と重なる絶縁層741の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層742と電極744aとが電気的に接続している。また、半導体層742と重なる絶縁層741の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層742と電極744bとが電気的に接続している。絶縁層741の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
図25(B2)に示すトランジスタ821は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ820と異なる。
絶縁層741を設けることで、電極744a及び電極744bの形成時に生じる半導体層742の露出を防ぐことができる。よって、電極744a及び電極744bの形成時に半導体層742のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。
また、トランジスタ820及びトランジスタ821は、トランジスタ810及びトランジスタ811よりも、電極744aと電極746の間の距離と、電極744bと電極746の間の距離が長くなる。よって、その分だけ、電極744aと電極746の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極744bと電極746の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
図25(C1)に示すトランジスタ825は、ボトムゲート型のトランジスタの1つである、チャネルエッチング型のトランジスタである。トランジスタ825は、絶縁層741を用いずに、電極744a及び電極744bを形成する。このため、電極744a及び電極744bの形成時に露出する半導体層742の一部が、エッチングされる場合がある。一方、絶縁層741を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
図25(C2)に示すトランジスタ826は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ825と異なる。
〔トップゲート型トランジスタ〕
図26(A1)に、トップゲート型のトランジスタの一種であるトランジスタ830の断面図を示す。トランジスタ830は、絶縁層772の上に半導体層742を有し、半導体層742及び絶縁層772上に、半導体層742の一部に接する電極744a、及び半導体層742の一部に接する電極744bを有し、半導体層742、電極744a、及び電極744b上に絶縁層726を有し、絶縁層726上に電極746を有する。
トランジスタ830は、電極746と電極744a、及び、電極746と電極744bと、が重ならないため、電極746と電極744aとの間に生じる寄生容量、及び、電極746と電極744bとの間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極746を形成した後に、電極746をマスクとして用いて、不純物755を半導体層742に導入することで、半導体層742中に自己整合(セルフアライメント)的に不純物領域を形成することができる(図26(A3)参照。)。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
なお、不純物755の導入は、イオン注入装置、イオンドーピング装置又はプラズマ処理装置を用いて行うことができる。
不純物755としては、例えば、第13族元素又は第15族元素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層742に酸化物半導体を用いる場合は、不純物755として、希ガス、水素、及び窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。
図26(A2)に示すトランジスタ831は、電極723及び絶縁層727を有する点がトランジスタ830と異なる。トランジスタ831は、絶縁層772の上に形成された電極723を有し、電極723上に形成された絶縁層727を有する。電極723は、バックゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層727は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層727は、絶縁層726と同様の材料及び方法により形成することができる。
トランジスタ811と同様に、トランジスタ831は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ831の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
図26(B1)に例示するトランジスタ840は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ840は、電極744a及び電極744bを形成した後に半導体層742を形成する点が、トランジスタ830と異なる。また、図26(B2)に例示するトランジスタ841は、電極723及び絶縁層727を有する点が、トランジスタ840と異なる。トランジスタ840及びトランジスタ841において、半導体層742の一部は電極744a上に形成され、半導体層742の他の一部は電極744b上に形成される。
トランジスタ811と同様に、トランジスタ841は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ841の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
図27(A1)に例示するトランジスタ842は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ842は、絶縁層729を形成した後に電極744a及び電極744bを形成する点が、トランジスタ830やトランジスタ840と異なる。電極744a及び電極744bは、絶縁層728及び絶縁層729に形成した開口部において、半導体層742と電気的に接続する。
また、電極746と重ならない絶縁層726の一部を除去し、電極746と残りの絶縁層726をマスクとして用いて、不純物755を半導体層742に導入することで、半導体層742中に自己整合(セルフアライメント)的に不純物領域を形成することができる(図27(A3)参照。)。トランジスタ842は、絶縁層726が電極746の端部を越えて延伸する領域を有する。不純物755を半導体層742に導入する際に、半導体層742の絶縁層726を介して不純物755が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層726を介さずに不純物755が導入された領域よりも低くなる。よって、半導体層742は、電極746と重ならない領域にLDD(Lightly Doped Drain)領域が形成される。
図27(A2)に示すトランジスタ843は、電極723を有する点が、トランジスタ842と異なる。トランジスタ843は、基板771の上に形成された電極723を有し、絶縁層772を介して半導体層742と重なる。電極723は、バックゲート電極として機能することができる。
また、図27(B1)に示すトランジスタ844及び図27(B2)に示すトランジスタ845のように、電極746と重ならない領域の絶縁層726を全て除去してもよい。また、図27(C1)に示すトランジスタ846及び図27(C2)に示すトランジスタ847のように、絶縁層726を残してもよい。
トランジスタ842乃至トランジスタ847も、電極746を形成した後に、電極746をマスクとして用いて、不純物755を半導体層742に導入することで、半導体層742中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(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10又は表示装置200を有する表示モジュール及び電子機器について、図面を用いて説明する。
図28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に接続されたタッチパネル8004、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パネル、タッチパネル、又はタッチパネルモジュールは、例えば、タッチパネル8004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、抵抗膜方式又は静電容量方式のタッチパネルを、表示パネルに重畳して用いることができる。また、タッチパネル8004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、タッチパネル8004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。
また、透過型、又は半透過型の液晶素子を用いた場合には、タッチパネル8004とフレーム8009の間にバックライトを設けてもよい。バックライトは、光源を有する。なお、バックライト上に光源を配置する構成としてもよいし、バックライトの端部に光源を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、又は反射型パネル等の場合においては、バックライトを設けない構成としてもよい。
フレーム8009は、タッチパネル8004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、タッチパネル8004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。
本発明の一態様の表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、タッチパネルモジュール、入力装置、表示装置、又は入出力装置を用いて、電子機器や照明装置を作製できる。本発明の一態様の入力装置、表示装置、又は入出力装置を用いて、曲面を有し、信頼性の高い電子機器や照明装置を作製できる。また、本発明の一態様の入力装置、表示装置、又は入出力装置を用いて、可撓性を有し、信頼性の高い電子機器や照明装置を作製できる。また、本発明の一態様の入力装置、又は入出力装置を用いて、タッチセンサの検出感度が向上した電子機器や照明装置を作製できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機とも言う。)、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置とも言う。)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
また、本発明の一態様の電子機器又は照明装置が可撓性を有する場合、家屋やビルの内壁若しくは外壁、又は、自動車の内装若しくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
また、本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器が二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
図29(A)乃至図29(H)、及び図30(A)、図30(B)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む。)、接続端子5006、センサ5007(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5008、等を有することができる。
図29(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。
図29(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(例えば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。
図29(C)はテレビジョン装置であり、上述したものの他に、スタンド5012等を有することができる。また、テレビジョン装置の操作は、筐体5000が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機5013により行うことができる。リモコン操作機5013が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部5001に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機5013に、当該リモコン操作機5013から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
図29(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。
図29(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。
図29(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。
図29(G)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。
図29(H)は腕時計型情報端末であり、上述したものの他に、バンド5018、留め金5019、等を有することができる。ベゼル部分を兼ねる筐体5000に搭載された表示部5001は、非矩形状の表示領域を有している。表示部5001は、時刻を表すアイコン5020、その他のアイコン5021等を表示することができる。
図30(A)はデジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)である。図30(B)は円柱状の柱に取り付けられたデジタルサイネージである。
図29(A)乃至図29(H)、及び図30(A)、図30(B)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、日付又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又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又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。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を、主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を、主として文字情報を表示する機能、又は、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで、立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動又は手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵。)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図29(A)乃至図29(H)、及び図30(A)、図30(B)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
図31(A)乃至図31(E)に、湾曲した表示部7000を有する電子機器の一例を示す。表示部7000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。なお、表示部7000は可撓性を有していてもよい。
表示部7000は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、又は入出力装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、かつ信頼性の高い電子機器を提供できる。
図31(A)に携帯電話機の一例を示す。携帯電話機7100は、筐体7101、表示部7000、操作ボタン7103、外部接続ポート7104、スピーカ7105、マイク7106等を有する。
図31(A)に示す携帯電話機7100は、表示部7000にタッチセンサを備える。電話をかける、あるいは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部7000に触れることで行うことができる。
また、操作ボタン7103の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部7000に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
図31(B)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7200は、筐体7201に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7203により、筐体7201を支持した構成を示している。
図31(B)に示すテレビジョン装置7200の操作は、筐体7201が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7211により行うことができる。又は、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることで操作してもよい。リモコン操作機7211は、当該リモコン操作機7211から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7211が備える操作キー又はタッチパネルにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置7200は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により、一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)又は双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など。)の情報通信を行うことも可能である。
図31(C1)乃至図31(E)に、携帯情報端末の一例を示す。各携帯情報端末は、筐体7301及び表示部7000を有する。さらに、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク、アンテナ、又はバッテリ等を有していてもよい。表示部7000には、タッチセンサを備える。携帯情報端末の操作は、指やスタイラスなどで表示部7000に触れることで行うことができる。
図31(C1)は、携帯情報端末7300の斜視図であり、図31(C2)は携帯情報端末7300の上面図である。図31(D)は、携帯情報端末7310の斜視図である。図31(E)は、携帯情報端末7320の斜視図である。
本実施の形態で例示する携帯情報端末は、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それぞれ用いることができる。本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、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。
携帯情報端末7300、携帯情報端末7310及び携帯情報端末7320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、図31(C1)、図31(D)に示すように、3つの操作ボタン7302を一の面に表示し、矩形で示す情報7303を他の面に表示することができる。図31(C1)、図31(C2)では、携帯情報端末の上側に情報が表示される例を示し、図31(D)では、携帯情報端末の横側に情報が表示される例を示す。また、携帯情報端末の3面以上に情報を表示してもよく、図31(E)では、情報7304、情報7305、情報7306が、それぞれ異なる面に表示されている例を示す。
なお、情報の例としては、SNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名又は送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。又は、情報が表示されている位置に、情報の代わりに、操作ボタン、アイコンなどを表示してもよい。
例えば、携帯情報端末7300の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末7300を収納した状態で、その表示(ここでは、情報7303)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7300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7300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。
図31(F)乃至図31(H)に、湾曲した発光部を有する照明装置の一例を示している。
図31(F)乃至図31(H)に示す各照明装置が有する発光部は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、又は入出力装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した発光部を備え、かつ信頼性の高い照明装置を提供できる。
図31(F)に示す照明装置7400は、波状の発光面を有する発光部7402を備える。したがってデザイン性の高い照明装置となっている。
図31(G)に示す照明装置7410の備える発光部7412は、凸状に湾曲した2つの発光部が対称的に配置された構成となっている。したがって照明装置7410を中心に全方位を照らすことができる。
図31(H)に示す照明装置7420は、凹状に湾曲した発光部7422を備える。したがって、発光部7422からの発光を、照明装置7420の前面に集光するため、特定の範囲を明るく照らす場合に適している。また、このような形態とすることで、影ができにくいという効果を奏する。
また、照明装置7400、照明装置7410及び照明装置7420の備える各々の発光部は、可撓性を有していてもよい。発光部を、可塑性の部材や可動なフレームなどの部材で固定し、用途に合わせて、発光部の発光面を、自在に湾曲可能な構成としてもよい。
照明装置7400、照明装置7410及び照明装置7420は、それぞれ、操作スイッチ7403を備える台部7401と、台部7401に支持される発光部を有する。
なお、ここでは、台部によって発光部が支持された照明装置について例示したが、発光部を備える筐体を天井に固定する、又は天井からつり下げるように用いることもできる。発光面を湾曲させて用いることができるため、発光面を凹状に湾曲させて特定の領域を明るく照らす、又は発光面を凸状に湾曲させて部屋全体を明るく照らすこともできる。
図32(A1)乃至図32(I)に、可撓性を有する表示部7001を有する携帯情報端末の一例を示す。
表示部7001は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、又は入出力装置等を用いて作製される。例えば、曲率半径0.01mm以上150mm以下で曲げることができる表示装置、又は入出力装置等を適用できる。また、表示部7001はタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7001に触れることで、携帯情報端末を操作することができる。本発明の一態様により、可撓性を有する表示部を備え、かつ信頼性の高い電子機器を提供できる。
図32(A1)は、携帯情報端末の一例を示す斜視図であり、図32(A2)は、携帯情報端末の一例を示す側面図である。携帯情報端末7500は、筐体7501、表示部7001、引き出し部材7502、操作ボタン7503等を有する。
携帯情報端末7500は、筐体7501内にロール状に巻かれた可撓性を有する表示部7001を有する。
また、携帯情報端末7500は、内蔵された制御部によって映像信号を受信可能で、受信した映像を表示部7001に表示することができる。また、携帯情報端末7500には、バッテリが内蔵されている。また、筐体7501に、コネクターを接続する端子部を備え、映像信号や電力を、有線により外部から直接供給する構成としてもよい。
また、操作ボタン7503によって、電源のON、OFF動作や、表示する映像の切り替え等を行うことができる。なお、図32(A1)乃至図32(B)では、携帯情報端末7500の側面に操作ボタン7503を配置する例を示すが、これに限られず、携帯情報端末7500の表示面と同じ面(おもて面)や、裏面に配置してもよい。
図32(B)には、表示部7001を引き出し部材7502により引き出した状態の携帯情報端末7500を示す。この状態で、表示部7001に映像を表示することができる。また、表示部7001の一部がロール状に巻かれた図32(A1)の状態と、表示部7001を引き出し部材7502により引き出した図32(B)の状態とで、携帯情報端末7500が異なる表示を行う構成としてもよい。例えば、図32(A1)の状態のときに、表示部7001のロール状に巻かれた部分を非表示とすることで、携帯情報端末7500の消費電力を下げることができる。
なお、表示部7001を引き出した際に、表示部7001の表示面が平面状となるように固定するため、表示部7001の側部に補強のためのフレームを設けていてもよい。
なお、この構成以外に、筐体にスピーカを設け、映像信号と共に受信した音声信号によって、音声を出力する構成としてもよい。
図32(C)乃至図32(E)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図32(C)では、展開した状態、図32(D)では、展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態、図32(E)では、折りたたんだ状態の携帯情報端末7600を示す。携帯情報端末7600は、折りたた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一覧性に優れる。
表示部7001は、ヒンジ7602によって連結された3つの筐体7601に支持されている。ヒンジ7602を介して2つの筐体7601間を屈曲させることにより、携帯情報端末7600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。
図32(F)、図32(G)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図32(F)では、表示部7001が内側になるように折りたたんだ状態、図32(G)では、表示部7001が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末7650を示す。携帯情報端末7650は、表示部7001及び非表示部7651を有する。携帯情報端末7650を使用しない際に、表示部7001が内側になるように折りたたむことで、表示部7001の汚れや傷つきを抑制できる。
図32(H)に、可撓性を有する携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末7700は、筐体7701及び表示部7001を有する。さらに、入力手段であるボタン7703a、ボタン7703b、音声出力手段であるスピーカ7704a、スピーカ7704b、外部接続ポート7705、マイク7706等を有していてもよい。また、携帯情報端末7700は、可撓性を有するバッテリ7709を搭載することができる。バッテリ7709は、例えば、表示部7001と重ねて配置してもよい。
筐体7701、表示部7001、及びバッテリ7709は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末7700を所望の形状に湾曲させることや、携帯情報端末7700に捻りを加えることが容易である。例えば、携帯情報端末7700は、表示部7001が内側又は外側になるように折り曲げて使用することができる。又は、携帯情報端末7700をロール状に巻いた状態で使用することもできる。このように、筐体7701及び表示部7001を自由に変形することが可能であるため、携帯情報端末7700は、落下した場合、又は意図しない外力が加わった場合であっても、破損しにくいという利点がある。
また、携帯情報端末7700は軽量であるため、筐体7701の上部をクリップ等で把持してぶら下げて使用する、又は、筐体7701を磁石等で壁面に固定して使用するなど、様々な状況において利便性良く使用することができる。
図32(I)に腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末7800は、バンド7801、表示部7001、入出力端子7802、操作ボタン7803等を有する。バンド7801は、筐体としての機能を有する。また、携帯情報端末7800は、可撓性を有するバッテリ7805を搭載することができる。バッテリ7805は、例えば、表示部7001やバンド7801と重ねて配置してもよい。
バンド7801、表示部7001、及びバッテリ7805は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末7800を、所望の形状に湾曲させることが容易である。
操作ボタン7803は、時刻設定の他、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末7800に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン7803の機能を自由に設定することもできる。
また、表示部7001に表示されたアイコン7804に指等で触れることで、アプリケーションを起動することができる。
また、携帯情報端末7800は、通信規格に準拠し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7800は、入出力端子7802を有していてもよい。入出力端子7802を有する場合、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、入出力端子7802を介して充電を行うこともできる。なお、本実施の形態で例示する携帯情報端末の充電動作は、入出力端子を介さずに非接触電力伝送により行ってもよい。
図33(A)乃至図33(C)に、折り畳み可能な腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末7900は、表示部7901、筐体7902、筐体7903、バンド7904、操作ボタン7905等を有する。
携帯情報端末7900は、図33(A)に示すように、筐体7902が筐体7903上に重ねられた状態から、図33(B)に示すように、筐体7902を持ち上げることにより、図33(C)に示すように、表示部7901が展開された状態に可逆的に変形させることができる。そのため、携帯情報端末7900は、例えば、通常は表示部7901を折り畳んだ状態で使用することが可能で、また、表示部7901を展開することにより、表示領域を広げて使用することができる。
また、表示部7901がタッチパネルとしての機能を有することで、表示部7901に触れることで携帯情報端末7900を操作することができる。また、操作ボタン7905を押す、回す、又は上下方向、手前方向、又は奥行方向にずらすなどの操作により、携帯情報端末7900を操作することができる。
図33(A)に示すように、筐体7902と筐体7903とが重なった状態のとき、筐体7902と筐体7903とが意図せず離れないように、ロック機構を有することが好ましい。このとき、例えば、操作ボタン7905を押すなどの操作により、ロック状態を解除できる構成とすることが好ましい。また、バネなどの復元力を利用して、ロック状態を解除したときに、図33(A)に示す状態から図33(C)に示す状態に自動的に変形する機構を有していてもよい。又は、ロック機構に代えて磁石を用い、筐体7902と筐体7903の相対的な位置を固定してもよい。磁石を用いることで、容易に筐体7902と、筐体7903と、を脱着させることができる。
図33(A)乃至図33(C)では、バンド7904の曲がる向きに対して略垂直な方向に表示部7901が展開できる構成を示したが、図33(D)、図33(E)に示すように、バンド7904の曲がる向きに略平行な方向に表示部7901を展開できる構成としてもよい。また、このとき、バンド7904に巻きつけるように、表示部7901を湾曲させて用いてもよい。
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。該表示部に、本発明の一態様の表示パネル、タッチパネル、又はタッチパネルモジュール等の表示装置を適用することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。