KR20210055699A - 표시 장치, 표시 모듈, 및 전자 기기 - Google Patents

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타이스케 가마다
료 하츠미
다이스케 구보타
다이키 나카무라
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

광 검출 기능을 가지는 표시 장치를 제공한다. 편의성이 높은 표시 장치를 제공한다. 표시부에 수광 소자 및 발광 소자를 가지는 표시 장치이다. 수광 소자는 제 1 화소 전극, 활성층, 및 공통 전극을 가진다. 발광 소자는 제 2 화소 전극, 발광층, 및 공통 전극을 가진다. 활성층은 제 1 화소 전극 위에 위치한다. 활성층은 제 1 유기 화합물을 가진다. 발광층은 제 2 화소 전극 위에 위치한다. 발광층은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다. 공통 전극은 활성층을 개재(介在)하여 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 발광층을 개재하여 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분을 가진다. 표시 장치는 제 1 화소 전극 위 및 제 2 화소 전극 위에 위치하는 공통층을 더 가지는 것이 바람직하다. 공통층은 활성층과 중첩되는 부분과, 발광층과 중첩되는 부분을 가진다.

Description

표시 장치, 표시 모듈, 및 전자 기기
본 발명의 일 형태는 표시 장치, 표시 모듈, 및 전자 기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 수광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서 등), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널 등), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
근년에, 표시 장치는 다양한 용도로 응용이 기대되고 있다. 예를 들어, 대형의 표시 장치의 용도로서는, 가정용 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 디지털 사이니지(Digital Signage: 전자 간판), PID(Public Information Display) 등을 들 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기로서, 터치 패널을 가지는 스마트폰이나 태블릿 단말기의 개발이 진행되고 있다.
표시 장치로서는, 예를 들어 발광 소자를 가지는 발광 장치가 개발되어 있다. 일렉트로루미네선스(Electroluminescence, 이하 EL이라고 나타냄) 현상을 이용한 발광 소자(EL 소자라고도 나타냄)는 박형 경량화가 용이하고, 입력 신호에 대하여 고속 응답이 가능하고, 직류 저전압 전원을 사용한 구동이 가능하다는 등의 특징을 가지고, 표시 장치에 응용되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에 유기 EL 소자가 적용된 가요성을 가지는 발광 장치가 개시(開示)되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2014-197522호
본 발명의 일 형태는 광 검출 기능을 가지는 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 편의성이 높은 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 다기능 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 표시부에 수광 소자 및 제 1 발광 소자를 가지는 표시 장치이다. 수광 소자는 제 1 화소 전극, 활성층, 및 공통 전극을 가진다. 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 발광층, 및 공통 전극을 가진다. 활성층은 제 1 화소 전극 위에 위치한다. 활성층은 제 1 유기 화합물을 가진다. 발광층은 제 2 화소 전극 위에 위치한다. 발광층은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다. 공통 전극은 활성층을 개재(介在)하여 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 발광층을 개재하여 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분을 가진다.
본 발명의 일 형태는 표시부에 수광 소자 및 제 1 발광 소자를 가지는 표시 장치이다. 수광 소자는 제 1 화소 전극, 공통층, 활성층, 및 공통 전극을 가진다. 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 공통층, 발광층, 및 공통 전극을 가진다. 활성층은 제 1 화소 전극 위에 위치한다. 활성층은 제 1 유기 화합물을 가진다. 발광층은 제 2 화소 전극 위에 위치한다. 발광층은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다. 공통층은 제 1 화소 전극 위 및 제 2 화소 전극 위에 위치한다. 공통층은 활성층과 중첩되는 부분과, 발광층과 중첩되는 부분을 가진다. 공통 전극은 공통층 및 활성층을 개재하여 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 공통층 및 발광층을 개재하여 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분을 가진다.
본 발명의 일 형태는 표시부에 수광 소자, 제 1 발광 소자, 및 제 2 발광 소자를 가지는 표시 장치이다. 수광 소자는 제 1 화소 전극, 공통층, 활성층, 및 공통 전극을 가진다. 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 공통층, 제 1 발광층, 및 공통 전극을 가진다. 제 2 발광 소자는 제 3 화소 전극, 공통층, 제 2 발광층, 및 공통 전극을 가진다. 활성층은 제 1 화소 전극 위에 위치한다. 활성층은 제 1 유기 화합물을 가진다. 제 1 발광층은 제 2 화소 전극 위에 위치한다. 제 1 발광층은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다. 제 2 발광층은 제 3 화소 전극 위에 위치한다. 제 2 발광층은 제 1 유기 화합물 및 제 2 유기 화합물과 상이한 제 3 유기 화합물을 가진다. 공통층은 제 1 화소 전극 위, 제 2 화소 전극 위, 및 제 3 화소 전극 위에 위치한다. 공통층은 활성층과 중첩되는 부분과, 제 1 발광층과 중첩되는 부분과, 제 2 발광층과 중첩되는 부분을 가진다. 공통 전극은 공통층 및 활성층을 개재하여 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 공통층 및 제 1 발광층을 개재하여 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분과, 공통층 및 제 2 발광층을 개재하여 제 3 화소 전극과 중첩되는 부분을 가진다.
표시부는 렌즈를 더 가지는 것이 바람직하다. 렌즈는 수광 소자와 중첩되는 부분을 가지는 것이 바람직하다. 렌즈를 투과한 광이 수광 소자에 입사된다.
표시부는 격벽을 더 가지는 것이 바람직하다. 격벽은 제 1 화소 전극의 단부 및 제 2 화소 전극의 단부를 덮는 것이 바람직하다. 격벽은 제 1 화소 전극과 제 2 화소 전극을 전기적으로 절연하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 격벽은 제 1 발광 소자가 발한 광의 적어도 일부를 흡수하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
표시부는 유색층을 더 가지는 것이 바람직하다. 유색층은 제 1 화소 전극의 상면에 접하는 부분과, 격벽의 측면에 접하는 부분을 가지는 것이 바람직하다.
또한 표시부는 절연층 및 유색층을 더 가지는 것이 바람직하다.
유색층, 제 1 화소 전극, 및 제 2 화소 전극은 각각 절연층의 상면에 접하는 부분을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 격벽은 유색층의 상면 및 측면을 덮는 것이 바람직하다.
또는, 격벽, 제 1 화소 전극, 및 제 2 화소 전극은 각각 절연층의 상면에 접하는 부분을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 격벽은 절연층에 도달하는 개구를 가지는 것이 바람직하고, 유색층은 개구를 통하여 절연층과 접하는 부분과, 격벽의 상면에 접하는 부분을 가지는 것이 바람직하다.
유색층은 컬러 필터 또는 블랙 매트릭스를 가지는 것이 바람직하다.
표시부는 차광층을 더 가지는 것이 바람직하다. 차광층의 단부는 렌즈의 단부와 중첩되는 것이 바람직하다. 차광층은 격벽과 중첩되는 것이 바람직하다.
표시부는 가요성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 상술한 구성 중 어느 것을 가지는 표시 장치를 가지고, 플렉시블 프린트 회로 기판(Flexible printed circuit, 이하 FPC라고 나타냄) 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터가 제공된 모듈, 또는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 집적 회로(IC)가 실장된 모듈 등의 모듈이다.
본 발명의 일 형태는 상기 모듈과, 안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다.
본 발명의 일 형태에 의하여 광 검출 기능을 가지는 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 편의성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 다기능 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한, 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터, 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A), (B), (C), (D)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다. 도 1의 (E), (F), (G), (H)는 화소의 일례를 도시한 상면도이다.
도 2의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 4의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 5의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 6의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 7은 표시 장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 8은 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 9의 (A), (B)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 10의 (A), (B), (C)는 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 11은 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 12의 (A), (B)는 화소 회로의 일례를 도시한 회로도이다.
도 13의 (A), (B)는 전자 기기의 일례를 도시한 도면이다.
도 14의 (A), (B), (C), (D)는 전자 기기의 일례를 도시한 도면이다.
도 15의 (A), (B), (C), (D), (E), (F)는 전자 기기의 일례를 도시한 도면이다.
도 16의 (A), (B)는 실시예 1에 있어서의 계산에 사용한 요소의 위치 관계를 도시한 단면도이다.
도 17은 실시예 1에 있어서의 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 18은 실시예 1에 있어서의 계산 결과를 도시한 도면이다.
도 19는 실시예 2에 있어서의 수광 소자의 특성을 나타낸 도면이다.
도 20의 (A), (B), (C), (D)는 실시예 2에 있어서의 촬상 결과이다.
도 21은 실시예 3에 있어서의 표시 장치의 화소를 구성하는 디바이스 구조를 도시한 도면이다.
도 22는 실시예 3에 있어서의 분광 감도의 파장 의존성과 정공 수송층의 막 두께의 관계를 도시한 도면이다.
도 23은 실시예 3에 있어서의 입사광 강도와 광전류의 관계를 도시한 도면이다.
도 24는 실시예 3에 있어서의 표시 장치의 표시 결과이다.
도 25는 실시예 3에 있어서의 표시 장치의 촬상 결과이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정되어 해석되는 것은 아니다.
또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 사이에서 공통적으로 사용하고, 이의 반복적인 설명은 생략한다. 또한, 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한 도면에 도시된 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여, 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로, 개시된 발명은 반드시 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
또한, '막'이라는 용어와 '층'이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 '도전층'이라는 용어를 '도전막'이라는 용어로 바꿀 수 있다. 또는 예를 들어 '절연막'이라는 용어를 '절연층'이라는 용어로 바꿀 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 11을 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 표시부에 수광 소자와 발광 소자를 가진다. 구체적으로는, 표시부에 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에서 화상을 표시할 수 있다. 또한, 상기 표시부에는 수광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부는 수광부로서의 기능도 가진다. 수광부는 이미지 센서나 터치 센서에 사용할 수 있다. 즉, 수광부에서 광을 검출함으로써, 화상을 촬상하거나 대상물(손가락이나 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치에서는 표시부가 가지는 발광 소자의 발광을 대상물이 반사하였을 때, 수광 소자가 그 반사광을 검출할 수 있기 때문에, 어두운 장소에서도 촬상이나 터치(니어 터치(near touch)를 포함함)를 검출할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉, 발광 소자는 표시 소자로서 기능한다.
발광 소자로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode)나 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다. EL 소자가 가지는 발광 물질로서는 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 발광 소자로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 사용할 수도 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
수광 소자를 이미지 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서를 사용하여 지문, 장문, 또는 홍채 등의 데이터를 취득할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 표시 장치에 생체 인증용 센서를 내장시킬 수 있다. 표시 장치가 생체 인증용 센서를 내장함으로써, 표시 장치와 별도로 생체 인증용 센서를 제공하는 경우에 비하여 전자 기기의 부품 점수를 적게 할 수 있어, 전자 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한, 이미지 센서를 사용하여 사용자의 표정, 눈의 움직임, 또는 동공 직경의 변화 등의 데이터를 취득할 수 있다. 상기 데이터를 해석함으로써 사용자의 신체적 및 정신적 정보를 취득할 수 있다. 상기 정보에 따라 표시 및 음성 중 한쪽 또는 양쪽의 출력 내용을 변화시킴으로써, 예를 들어 VR(Virtual Reality)용 기기, AR(Augmented Reality)용 기기, 또는 MR(Mixed Reality)용 기기에 있어서, 사용자가 기기를 안전하게 사용할 수 있게 된다.
또한, 수광 소자를 터치 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 대상물의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
수광 소자로서는, 예를 들어 pn형 또는 pin형의 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 소자는 수광 소자에 입사되는 광을 검출하여 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 입사되는 광량에 따라 발생되는 전하량이 결정된다.
특히 수광 소자로서, 유기 화합물을 포함하는 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용하고, 수광 소자로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 포토다이오드는 유기 EL 소자와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많다. 그러므로, 제작 공정을 대폭 증가시키지 않고, 표시 장치에 수광 소자를 내장시킬 수 있다. 예를 들어, 수광 소자의 활성층과 발광 소자의 발광층을 따로따로 형성하고, 그 이외의 층은 발광 소자와 수광 소자에서 같은 구성으로 할 수 있다. 또한, 수광 소자와 발광 소자가 공통적으로 가지는 층은 발광 소자에 있어서의 기능과 수광 소자에 있어서의 기능이 상이한 경우가 있다. 본 명세서 중에서는 발광 소자에 있어서의 기능에 기초하여 구성 요소를 호칭한다. 예를 들어 정공 주입층은 발광 소자에 있어서 정공 주입층으로서 기능하고, 수광 소자에 있어서 정공 수송층으로서 기능한다. 마찬가지로, 전자 주입층은 발광 소자에 있어서 전자 주입층으로서 기능하고, 수광 소자에 있어서 전자 수송층으로서 기능한다.
도 1의 (A) 내지 (D)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 단면도를 도시하였다.
도 1의 (A)에 도시된 표시 장치(50A)는 기판(51)과 기판(59) 사이에 수광 소자를 가지는 층(53)과, 발광 소자를 가지는 층(57)을 가진다.
도 1의 (B)에 도시된 표시 장치(50B)는 기판(51)과 기판(59) 사이에 수광 소자를 가지는 층(53), 트랜지스터를 가지는 층(55), 및 발광 소자를 가지는 층(57)을 가진다.
표시 장치(50A) 및 표시 장치(50B)는 발광 소자를 가지는 층(57)으로부터 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 광이 사출되는 구성이다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 매트릭스상으로 배치된 복수의 화소를 가진다. 하나의 화소는 하나 이상의 부화소를 가진다. 하나의 부화소는 하나의 발광 소자를 가진다. 예를 들어 화소에는 부화소를 3개 가지는 구성(R, G, B의 3색, 또는 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색 등), 또는 부화소를 4개 가지는 구성(R, G, B, 백색(W)의 4색, 또는 R, G, B, Y의 4색 등)을 적용할 수 있다. 또한, 화소는 수광 소자를 가진다. 수광 소자는 모든 화소에 제공되어 있어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어 있어도 좋다. 또한, 하나의 화소가 복수의 수광 소자를 가져도 좋다.
트랜지스터를 가지는 층(55)은 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 트랜지스터는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 2 트랜지스터는 발광 소자와 전기적으로 접속된다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 장치에 접촉하는 손가락 등의 대상물을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 도 1의 (C)에 도시된 바와 같이, 발광 소자를 가지는 층(57)에 있어서 발광 소자가 발한 광을 표시 장치(50B)에 접촉한 손가락(52)이 반사함으로써, 수광 소자를 가지는 층(53)에 있어서의 수광 소자가 그 반사광을 검출한다. 이로써, 표시 장치(50B)에 손가락(52)이 접촉한 것을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 도 1의 (D)에 도시된 바와 같이, 표시 장치(50B)에 근접하고 있는(접촉하고 있지 않는) 대상물을 검출 또는 촬상하는 기능을 가져도 좋다.
도 1의 (E) 내지 (H)에 화소의 일례를 도시하였다.
도 1의 (E), (F)에 도시된 화소는 R, G, B의 3개의 부화소(3개의 발광 소자)와 수광 소자(PD)를 가진다. 도 1의 (E)는 2Х2의 매트릭스상으로 3개의 부화소와 수광 소자(PD)가 배치되어 있는 예이고, 도 1의 (F)는 좌우 1열로 3개의 부화소와 수광 소자(PD)가 배치되어 있는 예이다.
도 1의 (G)에 도시된 화소는 R, G, B, W의 4개의 부화소(4개의 발광 소자)와 수광 소자(PD)를 가진다.
도 1의 (H)에 도시된 화소는 R, G, B의 3개의 부화소와, 적외광을 발하는 발광 소자(IR)와, 수광 소자(PD)를 가진다. 이때, 수광 소자(PD)는 적외광을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 수광 소자(PD)는 가시광 및 적외광 양쪽을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 센서의 용도에 따라 수광 소자(PD)가 검출하는 광의 파장을 결정할 수 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 사용하여 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[표시 장치(10A)]
도 2의 (A)에 표시 장치(10A)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10A)는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 가진다.
수광 소자(110)는 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
화소 전극(111), 화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(113), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
공통층(112)은 화소 전극(111) 위 및 화소 전극(191) 위에 위치한다. 공통층(112)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
활성층(113)은 공통층(112)을 개재하여 화소 전극(111)과 중첩된다. 발광층(193)은 공통층(112)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩된다. 활성층(113)은 제 1 유기 화합물을 가지고, 발광층(193)은 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가진다.
공통층(114)은 공통층(112) 위, 활성층(113) 위, 및 발광층(193) 위에 위치한다. 공통층(114)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
공통 전극(115)은 공통층(112), 활성층(113), 및 공통층(114)을 개재하여 화소 전극(111)과 중첩되는 부분을 가진다. 또한, 공통 전극(115)은 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)을 개재하여 화소 전극(191)과 중첩되는 부분을 가진다. 공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
본 실시형태의 표시 장치에서는 수광 소자(110)의 활성층(113)에 유기 화합물을 가진다. 수광 소자(110)는 활성층(113) 이외의 층을 수광 소자(190)(EL 소자)와 공통된 구성으로 할 수 있다. 그러므로, 발광 소자(190)의 제작 공정에 활성층(113)을 성막하는 공정만 추가하면 발광 소자(190)의 형성과 병행하여 수광 소자(110)를 형성할 수 있다. 또한, 발광 소자(190)와 수광 소자(110)를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 제작 공정을 대폭 늘리지 않고 표시 장치에 수광 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
표시 장치(10A)에 대해서는 수광 소자(110)의 활성층(113)과 발광 소자(190)의 발광층(193)을 따로따로 형성하는 것 이외는 수광 소자(110)와 발광 소자(190)가 공통된 구성인 예를 나타낸다. 다만, 수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193) 이외에도 서로 따로따로 형성되는 층을 가져도 좋다(후술하는 표시 장치(10K, 10L, 10M) 참조). 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 공통적으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 제작 공정을 대폭 늘리지 않고 표시 장치에 수광 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
표시 장치(10A)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 수광 소자(110), 발광 소자(190), 트랜지스터(41), 및 트랜지스터(42) 등을 가진다.
수광 소자(110)에 있어서, 각각 화소 전극(111) 및 공통 전극(115) 사이에 위치하는 공통층(112), 활성층(113), 및 공통층(114)은 유기층(유기 화합물을 포함하는 층)이라고 할 수도 있다. 화소 전극(111)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다.
수광 소자(110)는 광을 검지하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 수광 소자(110)는 표시 장치(10A)의 외부로부터 입사되는 광(22)을 수광하고 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(22)은 발광 소자(190)의 발광을 대상물이 반사한 광이라고 할 수도 있다. 또한, 광(22)은 후술하는 렌즈를 통하여 수광 소자(110)에 입사되어도 좋다. 본 실시형태에서는 발광 소자(190)와 마찬가지로 화소 전극(111)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(115)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 수광 소자(110)는 화소 전극(111)과 공통 전극(115) 사이에 역바이어스를 인가하여 구동함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 광을 검출하여 전하를 발생시킬 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 수광 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다.
차광층(BM)으로서는, 발광 소자로부터의 발광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(BM)은 가시광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(BM)으로서는, 예를 들어 금속 재료, 혹은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 차광층(BM)은 적색의 컬러 필터, 녹색의 컬러 필터, 및 청색의 컬러 필터의 적층 구조이어도 좋다.
여기서 수광 소자(110)는 발광 소자(190)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 검지한다. 그러나, 발광 소자(190)의 발광이 표시 장치(10A) 내에서 반사되고, 대상물을 거치지 않고 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 차광층(BM)은 이와 같은 미광의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어, 차광층(BM)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(190)가 발한 광(23a)은 기판(152)에 의하여 반사되고, 반사광(23b)이 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 반사광(23b)이 수광 소자(110)에 입사되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
발광 소자(190)에 있어서, 각각 화소 전극(191) 및 공통 전극(115) 사이에 위치하는 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)은 EL층이라고 할 수도 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다. 화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다.
발광 소자(190)는 가시광을 발하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 발광 소자(190)는 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 전압을 인가함으로써, 기판(152) 측으로 광을 사출하는 전계 발광 소자이다(발광(21) 참조).
발광층(193)은 수광 소자(110)의 수광 영역과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광층(193)이 광(22)을 흡수하는 것을 억제할 수 있고, 수광 소자(110)에 조사되는 광량을 늘릴 수 있다.
화소 전극(111)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(41)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다.
화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(42)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다. 트랜지스터(42)는 발광 소자(190)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
트랜지스터(41)와 트랜지스터(42)는 동일한 층(도 2의 (A)에서는 기판(151)) 위에 접한다.
수광 소자(110)와 전기적으로 접속되는 회로 중 적어도 일부는 발광 소자(190)와 전기적으로 접속되는 회로와 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 2개의 회로를 따로따로 형성하는 경우에 비하여 표시 장치의 두께를 얇게 할 수 있고, 또한 제작 공정을 간략화할 수 있다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)는 각각 보호층(195)에 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 2의 (A)에서는 보호층(195)이 공통 전극(115) 위에 접하여 제공되어 있다. 보호층(195)을 제공함으로써, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하고, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 접착층(142)에 의하여 보호층(195)과 기판(152)이 접합되어 있다.
또한, 도 3의 (A)에 도시된 바와 같이, 수광 소자(110) 위 및 발광 소자(190) 위에 보호층을 가지지 않아도 된다. 도 3의 (A)에서는 접착층(142)에 의하여 공통 전극(115)과 기판(152)이 접합되어 있다.
[표시 장치(10B)]
도 2의 (B)에 표시 장치(10B)의 단면도를 도시하였다. 또한, 이후의 표시 장치의 설명에 있어서, 앞에서 설명한 표시 장치와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 2의 (B)에 도시된 표시 장치(10B)는 표시 장치(10A)의 구성에 더하여 렌즈(149)를 가진다.
본 실시형태의 표시 장치는 렌즈(149)를 가져도 좋다. 렌즈(149)는 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 제공되어 있다. 표시 장치(10B)에서는 렌즈(149)가 기판(152)에 접하여 제공되어 있다. 표시 장치(10B)가 가지는 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 또는, 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가져도 좋다.
기판(152)의 동일 면 위에 차광층(BM)과 렌즈(149) 양쪽을 형성하는 경우, 형성 순서는 불문한다. 도 2의 (B)에서는 렌즈(149)를 먼저 형성하는 예를 도시하였지만, 차광층(BM)을 먼저 형성하여도 좋다. 도 2의 (B)에서는 렌즈(149)의 단부가 차광층(BM)에 의하여 덮여 있다.
표시 장치(10B)는 광(22)이 렌즈(149)를 통하여 수광 소자(110)에 입사되는 구성이다. 렌즈(149)를 가지면 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여 수광 소자(110)의 촬상 범위를 좁게 할 수 있고, 인접한 수광 소자(110)와 촬상 범위가 중첩되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 흐려짐이 적고 선명한 화상을 촬상할 수 있다. 또한, 수광 소자(110)의 촬상 범위가 같은 경우, 렌즈(149)를 가지면 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여 핀홀의 크기(도 2의 (B)에서는 수광 소자(110)와 중첩되는 BM의 개구의 크기에 상당함)를 크게 할 수 있다. 따라서, 렌즈(149)를 가짐으로써 수광 소자(110)에 입사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 3의 (B), (C)에 도시된 표시 장치도 각각 도 2의 (B)에 도시된 표시 장치(10B)와 마찬가지로, 광(22)이 렌즈(149)를 통하여 수광 소자(110)에 입사되는 구성이다.
도 3의 (B)에서는 렌즈(149)가 보호층(195)의 상면에 접하여 제공되어 있다. 도 3의 (B)에 도시된 표시 장치가 가지는 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가진다.
도 3의 (C)에 도시된 표시 장치는 기판(152)의 표시면 측에 렌즈 어레이(146)가 제공되어 있다. 렌즈 어레이(146)가 가지는 렌즈는 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 제공되어 있다. 기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치에 사용하는 렌즈의 형성 방법으로서는, 기판 위 또는 수광 소자 위에 마이크로 렌즈 등의 렌즈를 직접 형성하여도 좋고, 별도로 제작된 마이크로 렌즈 어레이 등의 렌즈 어레이를 기판에 접합하여도 좋다.
[표시 장치(10C)]
도 2의 (C)에 표시 장치(10C)의 단면도를 도시하였다.
도 2의 (C)에 도시된 표시 장치(10C)는 기판(151), 기판(152), 및 격벽(216)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 절연층(212), 및 격벽(217)을 가진다는 점에서 표시 장치(10A)와 상이하다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(10C)는 제작 기판 위에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(41), 트랜지스터(42), 수광 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 위로 전치함으로써 제작되는 구성이다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(10C)의 가요성을 높일 수 있다. 예를 들어, 기판(153) 및 기판(154)에는 각각 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
기판(153) 및 기판(154)으로서는, 각각 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록산 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화바이닐 수지, 폴리염화바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(153) 및 기판(154) 중 한쪽 또는 양쪽에 가요성을 가질 정도의 두께의 유리를 사용하여도 좋다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 필름을 사용하여도 좋다. 광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀 폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 공중합체(COC) 필름, 및 아크릴 필름 등을 들 수 있다.
격벽(217)은 발광 소자가 발한 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 격벽(217)으로서, 예를 들어 안료 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 또한, 갈색 레지스트 재료를 사용함으로써, 착색된 절연층으로 격벽(217)을 구성할 수 있다.
발광 소자(190)가 발한 광(23c)은 기판(154) 및 격벽(217)에 의하여 반사되고, 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 또한, 광(23c)이 격벽(217)을 투과하여 트랜지스터 또는 배선 등에 의하여 반사됨으로써, 반사광이 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 격벽(217)에 의하여 광(23c)이 흡수됨으로써, 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
격벽(217)은 적어도 수광 소자(110)가 검지하는 광의 파장을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 소자(190)가 발하는 녹색의 광을 수광 소자(110)가 검지하는 경우, 격벽(217)은 적어도 녹색의 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 격벽(217)이 적색의 컬러 필터를 가지면 녹색의 광(23c)을 흡수할 수 있고, 반사광(23d)이 수광 소자(110)에 입사되는 것을 억제할 수 있다.
[표시 장치(10D)]
도 4의 (A)에 표시 장치(10D)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10D)는 표시 장치(10B)의 구성에 더하여 유색층(148a)을 가진다.
유색층(148a)은 수광 소자(110)가 가지는 화소 전극(111)의 상면에 접하는 부분과, 격벽(216)의 측면에 접하는 부분을 가진다.
유색층(148a)은 발광 소자가 발한 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 유색층(148a)으로서, 예를 들어 안료 또는 염료를 포함하는 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 또한, 갈색 레지스트 재료를 사용함으로써, 착색된 절연층으로 유색층(148a)을 구성할 수 있다.
유색층(148a)은 적어도 수광 소자(110)가 검지하는 광의 파장을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 발광 소자(190)가 발하는 녹색의 광을 수광 소자(110)가 검지하는 경우, 유색층(148a)은 적어도 녹색의 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 유색층(148a)이 적색의 컬러 필터를 가지면 녹색의 광을 흡수할 수 있고, 반사광이 수광 소자(110)에 입사되는 것을 억제할 수 있다.
유색층(148a)이 표시 장치(10D) 내에서 생긴 미광을 흡수함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치에 있어서, 유색층은 수광 소자(110)와 발광 소자(190) 사이에 배치된다. 이에 의하여, 발광 소자(190)로부터 수광 소자(110)에 입사되는 미광을 억제할 수 있다.
[표시 장치(10E)]
도 4의 (B)에 표시 장치(10E)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10E)는 표시 장치(10D)의 구성에 더하여 유색층(148b)을 가진다. 유색층(148b)에 사용할 수 있는 재료는 유색층(148a)과 마찬가지이다.
유색층(148b)은 발광 소자(190)가 가지는 화소 전극(191)의 상면에 접하는 부분과, 격벽(216)의 측면에 접하는 부분을 가진다.
본 실시형태의 표시 장치는 유색층(148a) 및 유색층(148b) 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다.
유색층(148a) 및 유색층(148b) 양쪽을 가짐으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 더 저감할 수 있다.
또한, 표시 장치(10E)에서는 유색층(148b)이 화소 전극(191)의 상면에 접하기 때문에, 발광 소자(190)의 발광(21) 중 표시 장치(10E)의 외부로 추출되는 광의 양이 표시 장치(10D)(도 4의 (A))보다 적게 되는 경우가 있다. 그러므로, 유색층(148a) 및 유색층(148b) 중 한쪽만을 제공하는 경우에는, 표시 장치(10D)와 같이 수광 소자(110) 측의 유색층(148a)만을 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 소자(190)의 광 추출 효율을 높게 할 수 있고, 또한 수광 소자(110)에 대한 미광의 입사를 억제할 수 있다. 그리고, 표시 품위가 높은 표시 장치에 감도가 높은 센서를 내장시킬 수 있다.
[표시 장치(10F)]
도 4의 (C)에 표시 장치(10F)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10F)는 표시 장치(10B)의 구성에 더하여 유색층(148)을 가진다. 유색층(148)에 사용할 수 있는 재료는 유색층(148a)과 마찬가지이다.
유색층(148)은 격벽(216)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되어 있다. 유색층(148)은 수광 소자(110)가 가지는 화소 전극(111)의 상면에 접하는 부분과, 발광 소자(190)가 가지는 화소 전극(191)의 상면에 접하는 부분을 가진다.
도 4의 (B)에 도시된 유색층(148a) 및 유색층(148b)은 서로 분리되어 있지 않아도 되고, 도 4의 (C)에 도시된 유색층(148)과 같이 하나의 막이어도 좋다. 유색층(148)이 표시 장치(10F) 내에서 생긴 미광을 흡수함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
[표시 장치(10G)]
도 5의 (A)에 표시 장치(10G)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10G)는 표시 장치(10B)의 구성에 더하여 유색층(147)을 가진다.
유색층(147)은 절연층(214) 위에 위치하고, 격벽(216)이 유색층(147)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되어 있다. 유색층(147)과 수광 소자(110)는 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다. 마찬가지로, 유색층(147)과 발광 소자(190)는 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다.
유색층(147)에 사용할 수 있는 재료는 유색층(148a)과 마찬가지이다. 상술한 유색층(148), 유색층(148a), 유색층(148b)과 마찬가지로, 유색층(147)이 표시 장치(10G) 내에서 생긴 미광을 흡수함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
상술한 유색층(148), 유색층(148a), 유색층(148b)은 광을 흡수하도록 구성되기 때문에, 재료에 따라서는 격벽(216)에 비하여 저항률이 낮게 되는 경우가 있다. 예를 들어, 카본 블랙 등의 안료가 포함되는 수지는 상기 안료가 포함되지 않는 수지에 비하여 저항률이 낮게 된다. 그러므로, 재료에 따라서는, 유색층(148), 유색층(148a), 유색층(148b) 중 어느 것을 제공함으로써, 인접되는 발광 소자 또는 수광 소자에 전류가 누설될 우려가 있다. 예를 들어, 인접한 발광 소자에 전류가 누설됨으로써, 원하는 발광 소자 이외가 발광하는 문제(크로스토크라고도 함)가 생긴다.
한편, 유색층(147)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 이격되어 제공된다. 또한, 유색층(147)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190) 각각과, 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 유색층(147)이 저항률이 낮은 층이어도, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 영향을 미치기 어렵다. 그러므로, 유색층(147)에 사용되는 재료의 선택의 폭이 넓어지므로 바람직하다. 예를 들어 유색층(147)으로서 금속 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성하여도 좋다.
[표시 장치(10H)]
도 5의 (B)에 표시 장치(10H)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10H)는 표시 장치(10B)의 구성에 더하여 유색층(148c)을 가진다.
표시 장치(10H)에서는 격벽(216)이 절연층(214)에 도달하는 개구를 가진다. 유색층(148c)은 상기 개구를 통하여 절연층(214)과 접하는 부분과, 상기 개구의 내측에서 격벽(216)의 측면과 접하는 부분과, 격벽(216)의 상면과 접하는 부분을 가진다. 유색층(148c)과 수광 소자(110)는 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다. 마찬가지로, 유색층(148c)과 발광 소자(190)는 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다.
유색층(148c)에 사용할 수 있는 재료는 유색층(147)과 마찬가지이다. 유색층(148c)이 표시 장치(10H) 내에서 생긴 미광을 흡수함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
유색층(148c)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 이격되어 제공된다. 또한, 유색층(148c)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190) 각각과, 격벽(216)에 의하여 전기적으로 절연되어 있다. 따라서, 유색층(148c)이 저항률이 낮은 층이어도, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 영향을 미치기 어렵다. 그러므로, 유색층(148c)에 사용되는 재료의 선택의 폭이 넓어지므로 바람직하다.
[표시 장치(10J)]
도 5의 (C)에 표시 장치(10J)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10J)는 표시 장치(10D)의 구성에 더하여 유색층(148c)을 가진다.
도 4의 (A) 내지 (C), 및 도 5의 (A) 내지 (C)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 유색층(148), 유색층(148a), 유색층(148b), 유색층(148c), 유색층(147) 중 하나 또는 복수를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치 내에서 생긴 미광을 흡수할 수 있어, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 따라서, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
[표시 장치(10K, 10L, 10M)]
도 6의 (A)에 표시 장치(10K)의 단면도를 도시하고, 도 6의 (B)에 표시 장치(10L)의 단면도를 도시하고, 도 6의 (C)에 표시 장치(10M)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(10K)는 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)을 가진다는 점에서 표시 장치(10A)와 상이하다. 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
표시 장치(10K)에 있어서, 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한, 표시 장치(10K)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
표시 장치(10L)는 공통층(112)을 가지지 않고, 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)을 가진다는 점에서 표시 장치(10A)와 상이하다. 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
표시 장치(10L)에 있어서, 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한, 표시 장치(10L)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
표시 장치(10M)는 공통층(112) 및 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(182), 버퍼층(184), 버퍼층(192), 및 버퍼층(194)을 가진다는 점에서, 표시 장치(10A)와 상이하다.
표시 장치(10M)에 있어서, 수광 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한, 표시 장치(10M)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 제작에 있어서, 활성층(113)과 발광층(193)을 따로따로 형성할 뿐만 아니라, 다른 층도 따로따로 형성할 수 있다.
표시 장치(10K)에 대해서는 공통 전극(115)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(184)과, 공통 전극(115)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(194)을 따로따로 형성하는 예를 나타낸다. 버퍼층(184)으로서는, 예를 들어 전자 수송층을 형성할 수 있다. 버퍼층(194)으로서는, 예를 들어 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
표시 장치(10L)에 대해서는 화소 전극(111)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(182)과, 화소 전극(191)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(192)을 따로따로 형성하는 예를 나타낸다. 버퍼층(182)으로서는, 예를 들어 정공 수송층을 형성할 수 있다. 버퍼층(192)으로서는, 예를 들어 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
표시 장치(10M)에 대해서는, 수광 소자(110)와 발광 소자(190)가 한 쌍의 전극(화소 전극(111) 또는 화소 전극(191)과 공통 전극(115)) 사이에 공통의 층을 가지지 않는 예를 나타낸다. 표시 장치(10M)가 가지는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)는 절연층(214) 위에 화소 전극(111)과 화소 전극(191)을 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성하고, 화소 전극(111) 위에 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 형성하고, 화소 전극(191) 위에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 형성한 후, 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 버퍼층(184), 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 덮도록 공통 전극(115)을 형성함으로써 제작할 수 있다. 또한, 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)의 적층 구조와, 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)의 적층 구조의 제작 순서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 성막한 후에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 반대로, 버퍼층(182), 활성층(113), 및 버퍼층(184)을 성막하기 전에 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)을 제작하여도 좋다. 또한, 버퍼층(182), 버퍼층(192), 활성층(113), 발광층(193) 등의 순서로 번갈아 성막하여도 좋다.
이하에서는, 도 7 내지 도 11을 사용하여 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 더 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[표시 장치(100A)]
도 7에 표시 장치(100A)의 사시도를 도시하고, 도 8에 표시 장치(100A)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100A)는 기판(152)과 기판(151)이 접합된 구성을 가진다. 도 7에서는 기판(152)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(100A)는 표시부(162), 회로(164), 배선(165) 등을 가진다. 도 7에서는 표시 장치(100A)에 IC(집적 회로)(173) 및 FPC(172)가 실장되어 있는 예를 도시하였다. 그러므로, 도 7에 도시된 구성은 표시 장치(100A), IC, 및 FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
회로(164)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(165)은 표시부(162) 및 회로(164)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(172)를 통하여 외부로부터 또는 IC(173)로부터 배선(165)에 입력된다.
도 7에는, COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여 기판(151)에 IC(173)가 제공되어 있는 예를 도시하였다. IC(173)에는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한, 표시 장치(100A) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한, IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 8에, 도 7에 도시된 표시 장치(100A)의, FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(164)를 포함하는 영역의 일부, 표시부(162)를 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 도시하였다.
도 8에 도시된 표시 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 발광 소자(190), 수광 소자(110) 등을 가진다.
기판(152)과 절연층(214)은 접착층(142)을 개재하여 접착되어 있다. 발광 소자(190) 및 수광 소자(110)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 8에서는, 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)이 불활성 가스(질소나 아르곤 등)로 충전되어 있고, 중공 밀봉 구조가 적용되어 있다. 접착층(142)은 발광 소자(190)와 중첩하여 제공되어 있어도 좋다. 또한, 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)을, 접착층(142)과 상이한 수지로 충전하여도 좋다.
발광 소자(190)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(206)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 트랜지스터(206)는 발광 소자(190)의 구동을 제어하는 기능을 가진다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
수광 소자(110)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(111)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)에 의하여 덮여 있다. 화소 전극(111)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(190)가 발하는 광은 기판(152) 측으로 사출된다. 또한, 수광 소자(110)에는 기판(152) 및 공간(143)을 통하여 광이 입사된다. 기판(152)에는, 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)의 양쪽에 사용된다. 수광 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193)의 구성이 상이한 것 이외는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여, 제작 공정을 대폭 증가시키지 않고 표시 장치(100A)에 수광 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 수광 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한, 차광층(BM)을 가짐으로써, 대상물을 거치지 않고 발광 소자(190)로부터 수광 소자(110)에 광이 직접 입사되는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 모두 기판(151) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(151) 위에는 절연층(211), 절연층(213), 절연층(215), 및 절연층(214)이 이 순서대로 제공되어 있다. 절연층(211)은, 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(213)은, 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(214)은 트랜지스터를 덮어 제공되고, 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한, 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에, 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있고, 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)으로서는, 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 또한, 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한, 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막에 비하여 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로, 유기 절연막은 표시 장치(100A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(100A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는, 유기 절연막의 단부가 표시 장치(100A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 표시 장치(100A)의 단부에 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다.
도 8에 도시된 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이에 의하여, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도 절연층(214)을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 장치(100A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 소스 및 드레인으로서 기능하는 도전층(222a) 및 도전층(222b), 반도체층(231), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 그리고 게이트로서 기능하는 도전층(223)을 가진다. 여기서는, 동일한 도전막을 가공하여 얻어지는 복수의 층에 같은 해치 패턴을 부여하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 플레이너형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한, 톱 게이트형 또는 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는, 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어 있어도 좋다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 협지하는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는, 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는, 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리 실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용하는 스퍼터링 타깃은 In의 원자수비가 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비로서는 In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, In:M:Zn=2:1:3, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:3, In:M:Zn=4:2:4.1, In:M:Zn=5:1:6, In:M:Zn=5:1:7, In:M:Zn=5:1:8, In:M:Zn=6:1:6, In:M:Zn=5:2:5 등을 들 수 있다.
스퍼터링 타깃으로서는 다결정 산화물을 포함하는 타깃을 사용하면, 결정성을 가지는 반도체층을 형성하기 쉬워지기 때문에 바람직하다. 또한, 성막되는 반도체층의 원자수비는 상기 스퍼터링 타깃에 포함되는 금속 원소의 원자수비의 ±40%의 변동을 포함한다. 예를 들어 반도체층에 사용하는 스퍼터링 타깃의 조성이 In:Ga:Zn=4:2:4.1[원자수비]인 경우, 성막되는 반도체층의 조성은 In:Ga:Zn=4:2:3[원자수비] 근방인 경우가 있다.
또한 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 4로 하였을 때, Ga의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, Zn의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 5로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방이라고 기재된 경우, In의 원자수비를 1로 하였을 때, Ga의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(164)가 가지는 트랜지스터와 표시부(162)가 가지는 트랜지스터는, 같은 구조이어도 좋고 상이한 구조이어도 좋다. 회로(164)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(162)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
기판(151)과 기판(152)이 중첩되지 않는 영역에는, 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(165)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(172)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(204)의 상면은 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속부(204)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(152)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는, 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한, 기판(152)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성의 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드 코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
기판(151) 및 기판(152)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지 등을 사용할 수 있다. 기판(151) 및 기판(152)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다.
접착층으로서는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 이들 접착제로서는, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, 및 EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성(透濕性)이 낮은 재료가 바람직하다. 또한, 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
접속층(242)으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
발광 소자(190)는 톱 이미션형, 보텀 이미션형, 및 듀얼 이미션형 등이 있다. 광을 추출하는 측의 전극에는, 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한, 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(190)는 적어도 발광층(193)을 가진다. 발광 소자(190)는 발광층(193) 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 블록 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 또는 양극성의 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다. 예를 들어, 공통층(112)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 공통층(114)은 전자 수송층 및 전자 주입층 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다.
공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 것을 사용할 수도 있고, 무기 화합물을 포함하여도 좋다. 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)을 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
발광층(193)은 발광 재료로서 퀀텀닷 등의 무기 화합물을 가져도 좋다.
수광 소자(110)의 활성층(113)은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는, 실리콘 등의 무기 반도체, 및 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 활성층이 가지는 반도체로서 유기 반도체를 사용하는 예를 나타낸다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광 소자(190)의 발광층(193)과 수광 소자(110)의 활성층(113)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있고, 제조 장치를 공통화할 수 있기 때문에 바람직하다.
활성층(113)이 가지는 n형 반도체의 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등) 또는 그 유도체 등의 전자 수용성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 또한, 활성층(113)이 가지는 p형 반도체의 재료로서는, 구리(II)프탈로사이아닌(Copper(II)phthalocyanine; CuPc)이나 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP) 등의 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
예를 들어, 활성층(113)은 n형 반도체와 p형 반도체를 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 외에, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등, 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는, 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 및 텅스텐 등의 금속, 그리고 상기 금속을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로서 사용할 수 있다.
또한, 투광성을 가지는 도전 재료로서는, 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등의 도전성 산화물 또는 그래핀을 사용할 수 있다. 또는, 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 및 타이타늄 등의 금속 재료나, 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는, 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한, 금속 재료, 합금 재료(또는 이들의 질화물)를 사용하는 경우에는, 투광성을 가질 정도로 얇게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 재료의 적층막을 도전층으로 사용할 수 있다. 예를 들어, 은과 마그네슘의 합금과, 인듐 주석 산화물의 적층막 등을 사용하면, 도전성을 높일 수 있기 때문에 바람직하다. 이들은, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층이나, 표시 소자가 가지는 도전층(화소 전극이나 공통 전극으로서 기능하는 도전층)에도 사용할 수 있다.
각 절연층에 사용할 수 있는 절연 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료를 들 수 있다.
[표시 장치(100B)]
도 9의 (A)에 표시 장치(100B)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100B)는 렌즈(149) 및 보호층(195)을 가진다는 점에서, 주로 표시 장치(100A)와 상이하다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 덮는 보호층(195)을 제공함으로써, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하고, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
표시 장치(100B)의 단부 근방의 영역(228)에 있어서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(195)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(215)이 가지는 무기 절연막과 보호층(195)이 가지는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 장치(100B)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 9의 (B)에, 보호층(195)이 3층 구조인 예를 도시하였다. 도 9의 (B)에 있어서, 보호층(195)은 공통 전극(115) 위의 무기 절연층(195a)과, 무기 절연층(195a) 위의 유기 절연층(195b)과, 유기 절연층(195b) 위의 무기 절연층(195c)을 가진다.
무기 절연층(195a)의 단부와 무기 절연층(195c)의 단부는, 유기 절연층(195b)의 단부보다 외측으로 연장되고 서로 접한다. 그리고, 무기 절연층(195a)은 절연층(214)(유기 절연층)의 개구를 통하여 절연층(215)(무기 절연층)과 접한다. 이에 의하여, 절연층(215)과 보호층(195)으로 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 둘러쌀 수 있기 때문에, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같이, 보호층(195)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장하게 하는 것이 바람직하다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에 렌즈(149)가 제공되어 있다. 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 수광 소자(110)의 수광 영역은 렌즈(149)와 중첩되고, 또한 발광층(193)과 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 이로써, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도 및 정밀도를 높일 수 있다.
렌즈(149)는 1.3 이상 2.5 이하의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 렌즈(149)는 무기 재료 및 유기 재료 중 적어도 한쪽을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지를 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또한, 산화물 및 황화물 중 적어도 한쪽을 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다.
구체적으로는, 염소, 브로민, 또는 아이오딘을 포함하는 수지, 중금속 원자를 포함하는 수지, 방향족 고리를 포함하는 수지, 황을 포함하는 수지 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또는, 수지와, 상기 수지보다 굴절률이 높은 재료의 나노 입자를 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 산화 타이타늄 또는 산화 지르코늄 등을 나노 입자로서 사용할 수 있다.
또한, 산화 세륨, 산화 하프늄, 산화 란타넘, 산화 마그네슘, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 이트륨, 산화 아연, 인듐과 주석을 포함하는 산화물, 또는 인듐과 갈륨과 아연을 포함하는 산화물 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또는, 황화 아연 등을 렌즈(149)에 사용할 수 있다.
또한, 표시 장치(100B)에서는 보호층(195)과 기판(152)이 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 접착층(142)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 표시 장치(100B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
[표시 장치(100C)]
도 10의 (A)에, 표시 장치(100C)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100C)는 트랜지스터의 구조가 표시 장치(100B)와 상이하다.
표시 장치(100C)는 기판(151) 위에 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)를 가진다.
트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(231n)의 한쪽과 접속하는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n)의 다른 쪽과 접속하는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 가진다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
발광 소자(190)의 화소 전극(191)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(208)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
수광 소자(110)의 화소 전극(111)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(209)의 한 쌍의 저저항 영역(231n)의 다른 쪽과 전기적으로 접속된다.
도 10의 (A)에서는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 도시하였다. 한편, 도 10의 (B)에서는 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도전층(223)을 마스크로 하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 10의 (B)에 도시된 구조를 제작할 수 있다. 도 10의 (B)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)과 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
또한, 표시 장치(100C)는 유색층(147)을 가진다는 점에서, 표시 장치(100B)와 상이하다.
유색층(147)은 절연층(214) 위에 위치하고, 격벽(216)이 유색층(147)의 상면 및 측면을 덮도록 제공되어 있다.
도 10의 (A)에서는 유색층(147)과 수광 소자(110)가 서로 이격되어 제공되어 있다. 마찬가지로, 유색층(147)과 발광 소자(190)는 서로 이격되어 제공되어 있다. 유색층(147)은 도 10의 (A)의 배치에 한정되지 않는다. 도 10의 (C)에 도시된 바와 같이, 유색층(147)이 화소 전극(111)의 단부 및 화소 전극(191)의 단부 중 한쪽 또는 양쪽을 덮어도 좋다.
도 10의 (A)에 있어서, 유색층(147)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 이격되어 제공되기 때문에, 유색층(147)이 저항률이 낮은 층이어도, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 영향을 미치기 어렵다. 따라서, 유색층(147)에 사용되는 재료의 선택의 폭이 넓어지므로 바람직하다.
도 10의 (C)에 있어서, 유색층(147)은 화소 전극(111)의 단부 및 화소 전극(191)의 단부를 덮기 때문에, 유색층(147)이 제공되는 면적을 넓게 할 수 있다. 유색층(147)이 제공되는 면적이 넓을수록 표시 장치 내에서 생긴 미광을 유색층(147)으로 흡수할 수 있고, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있어 바람직하다. 이에 의하여 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
[표시 장치(100D)]
도 11에 표시 장치(100D)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100D)는 유색층(147)을 가지지 않고, 유색층(148a)을 가진다는 점에서, 표시 장치(100C)와 상이하다.
유색층(148a)은 수광 소자(110)가 가지는 화소 전극(111)의 상면에 접하는 부분과, 격벽(216)의 측면에 접하는 부분을 가진다.
유색층(148a)이 표시 장치(100D) 내에서 생긴 미광을 흡수함으로써, 수광 소자(110)에 입사되는 미광의 양을 저감할 수 있다. 이에 의하여 노이즈를 저감하고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
또한, 표시 장치(100D)는 기판(151) 및 기판(152)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 및 절연층(212)을 가진다는 점에서, 표시 장치(100C)와 상이하다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(100D)는 제작 기판 위에서 형성된 절연층(212), 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 수광 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 위로 전치함으로써 제작되는 구성이다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(100D)의 가요성을 높일 수 있다.
절연층(212)에는 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
또한, 표시 장치(100C)에 대해서는 렌즈(149)를 가지지 않는 예를 나타내고, 표시 장치(100D)에 대해서는 렌즈(149)를 가지는 예를 나타내었다. 렌즈(149)는 센서의 용도 등에 따라 적절히 제공할 수 있다.
[금속 산화물]
이하에서는 반도체층에 적용할 수 있는 금속 산화물에 대하여 설명한다.
또한 본 명세서 등에서 질소를 가지는 금속 산화물도 금속 산화물(metal oxide)이라고 총칭하는 경우가 있다. 또한 질소를 가지는 금속 산화물을 금속 산질화물(metal oxynitride)이라고 불러도 좋다. 예를 들어, 아연 산질화물(ZnON) 등 질소를 가지는 금속 산화물을 반도체층에 사용하여도 좋다.
또한 본 명세서 등에서, CAAC(c-axis aligned crystal) 및 CAC(Cloud-Aligned Composite)라고 기재하는 경우가 있다. CAAC는 결정 구조의 일례를 나타내고, CAC는 기능 또는 재료의 구성의 일례를 나타낸다.
예를 들어 반도체층에는 CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS(Oxide Semiconductor)를 사용할 수 있다.
CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지며, 재료 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 트랜지스터의 반도체층에 사용하는 경우, 도전성의 기능은 캐리어가 되는 전자(또는 홀)를 흘리는 기능이고, 절연성의 기능은 캐리어가 되는 전자를 흘리지 않는 기능이다. 도전성의 기능과 절연성의 기능의 상보적인 작용에 의하여, CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 스위칭 기능(On/Off시키는 기능)을 가질 수 있다. CAC-OS 또는 CAC-metal oxide에서 각각의 기능을 분리시킴으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 도전성 영역 및 절연성 영역을 가진다. 도전성 영역은 상술한 도전성의 기능을 가지고, 절연성 영역은 상술한 절연성의 기능을 가진다. 또한 재료 내에서, 도전성 영역과 절연성 영역은 나노 입자 레벨로 분리되는 경우가 있다. 또한 도전성 영역과 절연성 영역은 각각 재료 내에 편재(偏在)하는 경우가 있다. 또한 도전성 영역은 그 주변이 흐릿해져 클라우드상(cloud-like)으로 연결되어 관찰되는 경우가 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide에서 도전성 영역과 절연성 영역은 각각 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 0.5nm 이상 3nm 이하의 크기로 재료 내에 분산되어 있는 경우가 있다.
또한 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 상이한 밴드 갭을 가지는 성분으로 구성된다. 예를 들어 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide는 절연성 영역에 기인하는 와이드 갭을 가지는 성분과 도전성 영역에 기인하는 내로 갭을 가지는 성분으로 구성된다. 이 구성의 경우, 캐리어를 흘릴 때 내로 갭을 가지는 성분에서 주로 캐리어가 흐른다. 또한 내로 갭을 가지는 성분이 와이드 갭을 가지는 성분에 상보적으로 작용함으로써 내로 갭을 가지는 성분에 연동되어 와이드 갭을 가지는 성분에도 캐리어가 흐른다. 따라서 상기 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용하는 경우, 트랜지스터의 온 상태에서 높은 전류 구동력, 즉 큰 온 전류 및 높은 전계 효과 이동도를 얻을 수 있다.
즉 CAC-OS 또는 CAC-metal oxide를 매트릭스 복합재(matrix composite) 또는 금속 매트릭스 복합재(metal matrix composite)라고 부를 수도 있다.
산화물 반도체(금속 산화물)는 단결정 산화물 반도체와 그 외의 비단결정 산화물 반도체로 나누어진다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor), 다결정 산화물 반도체, nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor), a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 및 비정질 산화물 반도체 등이 있다.
CAAC-OS는 c축 배향성을 가지며 a-b면 방향에서 복수의 나노 결정이 연결되어 변형을 가지는 결정 구조를 가진다. 또한 변형이란 복수의 나노 결정이 연결되는 영역에서 격자 배열이 정렬된 영역과 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되어 있는 부분을 가리킨다.
나노 결정은 기본적으로 육각형이지만 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한, 왜곡에서 오각형 및 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서, 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리라고도 함)를 확인하기는 어렵다. 즉 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원소가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여, 변형을 허용할 수 있기 때문이다.
또한, CAAC-OS는 인듐 및 산소를 가지는 층(이하, In층)과, 원소 M, 아연, 및 산소를 가지는 층(이하, (M, Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환할 수 있고, (M, Zn)층의 원소 M이 인듐과 치환된 경우, (In, M, Zn)층이라고 나타낼 수도 있다. 또한 In층의 인듐이 원소 M과 치환된 경우, (In, M)층이라고 나타낼 수도 있다.
CAAC-OS는 결정성이 높은 금속 산화물이다. 한편 CAAC-OS에서는 명확한 결정립계를 확인하기 어렵기 때문에, 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 금속 산화물의 결정성은 불순물의 혼입이나 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에 CAAC-OS는 불순물이나 결함(산소 결손(VO: oxygen vacancy라고도 함) 등)이 적은 금속 산화물이라고도 할 수 있다. 따라서 CAAC-OS를 가지는 금속 산화물은 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 금속 산화물은 열에 강하고 신뢰성이 높다.
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 또한 nc-OS는 상이한 나노 결정 사이에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서 nc-OS는 분석 방법에 따라서 a-like OS나 비정질 산화물 반도체와 구별이 되지 않는 경우가 있다.
또한 인듐과, 갈륨과, 아연을 가지는 금속 산화물의 1종인 인듐-갈륨-아연 산화물(이하 IGZO)은 상술한 나노 결정으로 함으로써 안정적인 구조를 가지는 경우가 있다. 특히 IGZO는 대기 중에서는 결정 성장이 어려운 경향이 있기 때문에 큰 결정(여기서는, 수mm의 결정 또는 수cm의 결정)보다 작은 결정(예를 들어 상술한 나노 결정)으로 하는 것이 구조적으로 더 안정되는 경우가 있다.
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 금속 산화물이다. a-like OS는, 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다.
산화물 반도체(금속 산화물)는 다양한 구조를 가지며, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 좋다.
반도체층으로서 기능하는 금속 산화물막은 불활성 가스 및 산소 가스 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 성막할 수 있다. 또한, 금속 산화물막의 성막 시에서의 산소의 유량비(산소 분압)에 특별히 한정은 없다. 다만, 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 얻는 경우에는 금속 산화물막의 성막 시에서의 산소 유량비(산소 분압)는, 0% 이상 30% 이하가 바람직하고, 5% 이상 30% 이하가 더 바람직하고, 7% 이상 15% 이하가 더욱 바람직하다.
금속 산화물은 에너지 갭이 2eV 이상인 것이 바람직하고, 2.5eV 이상인 것이 더 바람직하고, 3eV 이상인 것이 더욱 바람직하다. 이와 같이, 에너지 갭이 넓은 금속 산화물을 사용함으로써, 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
금속 산화물막의 성막 시의 기판 온도는 350℃ 이하가 바람직하고, 실온 이상 200℃ 이하가 더 바람직하고, 실온 이상 130℃ 이하가 더욱 바람직하다. 금속 산화물막의 성막 시의 기판 온도가 실온이면 생산성을 높일 수 있어 바람직하다.
금속 산화물막은 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 그 외에, 예를 들어 PLD법, PECVD법, 열 CVD법, ALD법, 진공 증착법 등을 사용하여도 좋다.
이상과 같이, 본 실시형태의 표시 장치는 표시부에 수광 소자와 발광 소자를 가지고, 표시부는 화상을 표시하는 기능과 광을 검출하는 기능 양쪽을 가진다. 이에 의하여, 표시부의 외부 또는 표시 장치의 외부에 센서를 제공하는 경우에 비하여, 전자 기기의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 표시부의 외부 또는 표시 장치의 외부에 제공되는 센서와 조합하여 더 다기능의 전자 기기를 실현할 수도 있다.
수광 소자는 활성층 이외의 적어도 하나의 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통의 구성으로 할 수 있다. 또한, 수광 소자는 활성층 이외의 모든 층을 발광 소자(EL 소자)와 공통의 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자의 제작 공정에 활성층을 성막하는 공정만 추가하면, 발광 소자와 수광 소자를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 또한, 수광 소자와 발광 소자는 화소 전극과 공통 전극을 각각 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 수광 소자와 전기적으로 접속되는 회로와, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 회로를 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작함으로써, 표시 장치의 제작 공정을 간략화할 수 있다. 이와 같이, 복잡한 공정을 가지지 않아도 수광 소자를 내장하며 편의성이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표시 장치는 수광 소자와 발광 소자 사이에 유색층을 가진다. 수광 소자와 발광 소자를 전기적으로 절연하는 격벽이 상기 유색층을 겸하여도 좋다. 유색층은 표시 장치 내의 미광을 흡수할 수 있기 때문에, 수광 소자를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 하나의 실시형태 중에 복수의 구성예가 나타내어지는 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 수광 소자를 가지는 제 1 화소 회로와, 발광 소자를 가지는 제 2 화소 회로를 가진다. 제 1 화소 회로와 제 2 화소 회로는 각각 매트릭스상으로 배치된다.
도 12의 (A)에 수광 소자를 가지는 제 1 화소 회로의 일례를 도시하고, 도 12의 (B)에 발광 소자를 가지는 제 2 화소 회로의 일례를 도시하였다.
도 12의 (A)에 도시된 화소 회로(PIX1)는 수광 소자(PD), 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 트랜지스터(M4), 및 용량 소자(C1)를 가진다. 여기서는 수광 소자(PD)로서 포토다이오드를 사용한 예를 나타내었다.
수광 소자(PD)는 캐소드가 배선(V1)과 전기적으로 접속되고, 애노드가 트랜지스터(M1)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M1)는 게이트가 배선(TX)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C1)의 한쪽 전극, 트랜지스터(M2)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(M3)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 또한 트랜지스터(M2)는 게이트가 배선(RES)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(V2)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M3)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(V3)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M4)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M4)는 게이트가 배선(SE)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT1)과 전기적으로 접속된다.
배선(V1), 배선(V2), 및 배선(V3)에는 각각 정전위가 공급된다. 수광 소자(PD)를 역바이어스로 구동시키는 경우에는, 배선(V2)에 배선(V1)의 전위보다 낮은 전위를 공급한다. 트랜지스터(M2)는 배선(RES)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M3)의 게이트에 접속되는 노드의 전위를 배선(V2)에 공급되는 전위로 리셋하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M1)는 배선(TX)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 수광 소자(PD)를 흐르는 전류에 따라 상기 노드의 전위가 변화되는 타이밍을 제어하는 기능을 가진다. 트랜지스터(M3)는 상기 노드의 전위에 따른 출력을 수행하는 증폭 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M4)는 배선(SE)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 상기 노드의 전위에 따른 출력을 배선(OUT1)에 접속하는 외부 회로에서 판독하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다.
도 12의 (B)에 도시된 화소 회로(PIX2)는 발광 소자(EL), 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 트랜지스터(M7), 및 용량 소자(C2)를 가진다. 여기서는 발광 소자(EL)로서 발광 다이오드를 사용한 예를 도시하였다. 특히 발광 소자(EL)로서 유기 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(M5)는 게이트가 배선(VG)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 및 트랜지스터(M6)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M6)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(V4)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 발광 소자(EL)의 애노드, 및 트랜지스터(M7)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M7)는 게이트가 배선(MS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT2)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(EL)의 캐소드는 배선(V5)과 전기적으로 접속된다.
배선(V4) 및 배선(V5)에는 각각 정전위가 공급된다. 발광 소자(EL)의 애노드 측을 고전위로 하고, 캐소드 측을 애노드 측보다 저전위로 할 수 있다. 트랜지스터(M5)는 배선(VG)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 화소 회로(PIX2)의 선택 상태를 제어하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다. 또한 트랜지스터(M6)는 게이트에 공급되는 전위에 따라 발광 소자(EL)를 흐르는 전류를 제어하는 구동 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M5)가 도통 상태일 때 배선(VS)에 공급되는 전위가 트랜지스터(M6)의 게이트에 공급되고, 그 전위에 따라 발광 소자(EL)의 발광 휘도를 제어할 수 있다. 트랜지스터(M7)는 배선(MS)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M6)와 발광 소자(EL) 사이의 전위를, 배선(OUT2)을 통하여 외부로 출력하는 기능을 가진다.
수광 소자(PD)의 캐소드가 전기적으로 접속되는 배선(V1)과 발광 소자(EL)의 캐소드가 전기적으로 접속되는 배선(V5)은 동일한 층 및 동일한 전위로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 표시 장치에서는 발광 소자를 펄스형으로 발광시킴으로써 화상을 표시하여도 좋다. 발광 소자의 구동 시간을 단축함으로써 표시 장치의 소비전력의 저감 및 발열의 억제를 도모할 수 있다. 특히 유기 EL 소자는 주파수 특성이 우수하기 때문에 적합하다. 주파수는 예를 들어 1kHz 이상 100MHz 이하로 할 수 있다.
여기서 화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 및 트랜지스터(M4), 그리고 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 및 트랜지스터(M7)에는 각각 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체)을 사용한 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
실리콘보다 밴드 갭이 넓고, 또한 캐리어 밀도가 낮은 금속 산화물을 사용한 트랜지스터는 극히 낮은 오프 전류를 실현할 수 있다. 그러므로 오프 전류가 낮기 때문에 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 그러므로 특히 용량 소자(C1) 또는 용량 소자(C2)에 직렬로 접속되는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 및 트랜지스터(M5)에는 산화물 반도체가 적용된 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 이들 외의 트랜지스터로서도 마찬가지로 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용함으로써, 제작 비용을 저감할 수 있다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M7)로서 채널이 형성되는 반도체에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 특히 단결정 실리콘이나 다결정 실리콘 등의 결정성이 높은 실리콘을 사용함으로써, 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있고, 더 빠른 동작이 가능해져 바람직하다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M7) 중, 하나 이상에 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용하고, 이 이외에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 도 12의 (A) 및 (B)에서 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로서 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
화소 전극(PIX1)이 가지는 트랜지스터와 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터는 동일 기판 위에 나란히 형성되는 것이 바람직하다. 특히 화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터와 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터를 하나의 영역 내에 혼재시켜 주기적으로 배열하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 수광 소자(PD) 또는 발광 소자(EL)와 중첩되는 위치에 트랜지스터 및 용량 소자 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 층을 하나 또는 복수로 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 각 화소 회로의 실효적인 점유 면적을 작게 할 수 있고, 고정세(高精細)의 수광부 또는 표시부를 실현할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 13 내지 도 15를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 예를 들어 전자 기기의 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 광을 검출하는 기능을 가지기 때문에, 표시부에서 생체 인증을 수행하거나, 혹은 터치 또는 니어 터치를 검출할 수 있다. 이로써, 전자 기기의 기능성이나 편의성 등을 높일 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 13의 (A)에 도시된 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 13의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 프린트 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(미도시)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속된다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 프린트 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 얇게 하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 내로 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 14의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 도시하였다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 제공된다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 도시하였다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 14의 (A)에 도시된 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7111)에 의하여 수행할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 가져도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)가 가지는 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있기 때문에, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송의 수신을 수행할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 14의 (B)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 도시하였다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공된다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 14의 (C), (D)에 디지털 사이니지의 일례를 도시하였다.
도 14의 (C)에 도시된 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 14의 (D)는 원기둥 모양의 기둥(7401)에 장착된 디지털 사이니지(7400)이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 14의 (C), (D)에서, 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한, 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽워, 예를 들어, 광고의 선전(宣傳) 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한, 도 14의 (C), (D)에 도시된 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소유하는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를, 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시시킬 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로 한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이에 의하여, 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참여하여, 즐길 수 있다.
도 15의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 15의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고, 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상이나 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 15의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기의 자세한 내용에 대하여 이하에서 설명한다.
도 15의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 문자나 화상 정보를 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 도 15의 (A)에서는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 일례로서는, 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신의 알림, 전자 메일이나 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 안테나 수신의 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 15의 (B)는 휴대 정보 단말기(9102)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 다른 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴주머니에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 주머니에서 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 15의 (C)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 도시한 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트 워치로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한, 휴대 정보 단말기(9200)는, 예를 들어 무선 통신 가능한 헤드세트와 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전을 할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 15의 (D), (E), (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 도시한 사시도이다. 또한, 도 15의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태, 도 15의 (F)는 접은 상태, 도 15의 (E)는 도 15의 (D)와 도 15의 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화하는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없는 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지되어 있다. 예를 들어, 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태 및 실시예와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예 1)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치가 가지는 하나의 화소의 촬상 범위를 계산한 결과에 대하여 도 16 내지 도 18을 사용하여 설명한다.
본 실시예에서 계산에 사용한 구성 요소와 이들의 위치 관계에 대하여 도 16의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
도 16의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 기판(SUB)에 차광층(BM)이 제공되어 있다. 수광 소자(PD)는 기판(SUB) 및 차광층(BM)과 이격되어 제공되어 있다. 차광층(BM)은 개구를 가지고, 수광 소자(PD)는 상기 개구와 중첩된다.
도 16의 (B)에 도시된 구성은 기판(SUB)에 렌즈(LE)가 제공되어 있다는 점에서, 도 16의 (A)에 도시된 구성과 상이하다. 렌즈(LE)는 차광층(BM)의 개구 및 수광 소자(PD)와 중첩된다.
본 실시예에서는, 수광 소자(PD)를 지문 센서 등에 사용하는 것을 상정하여, 피사체가 기판(SUB)의 표면에 접한다고 가정하였다.
본 실시예에서는, 도 16의 (A), (B)에 도시된 수광 소자(PD)의 크기(d), 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D), 핀홀과 피사체 사이의 거리(L1), 수광 소자(PD)와 핀홀 사이의 거리(L2), 핀홀의 직경(p)을 사용하여 계산을 수행하였다. 또한, 거리(L1)는 기판(SUB)의 광로 길이에 상당한다. 또한, 도 16의 (B)에 있어서의 거리(L1)는 렌즈(LE)와 피사체 사이의 거리라고도 할 수 있다. 또한, 핀홀의 직경(p)은 차광층(BM)의 개구의 직경에 상당한다.
우선, 도 16의 (A)에 도시된 구성을 사용하여, 핀홀의 직경(p)과 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)의 관계를 계산에 의하여 구하였다.
계산에 사용한 조건은 색마다 발광층을 개별 도포하는 방식의 플렉시블OLED 패널에 수광 소자를 탑재하는 것을 상정하여 결정하였다.
구체적으로는, 정세도는 254ppi, 화소 크기는 100μm□, 수광 소자(PD)의 크기(d)는 14μm□, 거리(L2)는 30μm로 하였다. 또한, 하나의 화소는 적색(R)의 부화소, 녹색(G)의 부화소, 청색(B)의 부화소, 및 수광 소자(PD)를 가지는 부화소를 가지는 것을 상정하였다. RGB의 부화소의 개구율의 합계는 10.1%, 수광 소자(PD)를 가지는 부화소의 개구율은 2.0%, 하나의 화소의 개구율은 12.1%로 하였다.
도 17에, 계산에 의하여 얻어진 핀홀의 직경(p)과 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)의 관계를 도시하였다. 도 17에서는 거리(L1)의 값이 각각 상이한 5개의 조건(거리(L1)=100μm, 200μm, 500μm, 1000μm, 및 2000μm)의 결과를 도시하였다.
상술한 바와 같이, 화소 크기 100μm□의 조건으로 계산하였기 때문에, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)가 100μm 이하이면, 하나의 수광 소자(PD)의 촬상 범위가 1화소분의 영역 내에 들어간다고 할 수 있다. 한편, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)가 100μm를 초과하면, 인접한 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)와 중첩되기 때문에, 촬상에 의하여 얻어진 화상이 흐려진다.
도 17에 의하여, 거리(L1)가 100μm 및 200μm의 조건에서는, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내에 들어가게 할 수 있는 핀홀의 직경(p)의 조건이 있다는 것을 알 수 있었다. 또한, 거리(L1)가 500μm 이상의 조건에서는, 직경(p)≒μm의 조건으로도, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)가 1화소분의 영역보다 넓어지는 것을 알 수 있었다.
또한, 인접한 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)가 중첩되는 조건 및 구성이어도, 촬상 후에 화상의 흐려짐을 저감하는 화상 처리를 수행함으로써, 더 선명한 화상을 얻을 수 있다. 한편, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있으면, 상기 화상 처리가 불필요하게 되어 바람직하다.
또한 상술한 바와 같이, 거리(L1)는 기판(SUB)의 광로 길이에 상당하기 때문에, 거리(L1)를 짧게 하기 위해서는 기판(SUB)을 얇게 할 필요가 있다. 그러므로, 플렉시블 OLED 패널의 강도 및 내굽힘성이 낮아질 우려가 있다.
그러므로, 렌즈(LE)를 사용함으로써, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내에 들어가게 할 수 있는 거리(L1)의 범위를 넓힐 수 있는지 계산을 수행하였다.
구체적으로는, 도 16의 (B)에 도시된 구성을 사용하여 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)와 핀홀-피사체 사이의 거리(L1)의 관계를 계산에 의하여 구하였다.
계산에 사용한 조건은 상기와 마찬가지이다. 핀홀의 직경(p)은 14μm로 하였다.
도 18에, 계산에 의하여 얻어진 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)와, 핀홀-피사체 사이의 거리(L1)의 관계를 도시하였다.
도 18에 의하여, 거리(L1)가 215μm 이하일 때, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)는 100μm 이하이고, 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
한편 도 17에 의하여, 렌즈(LE)를 사용하지 않는 경우, 직경(p)=14μm, 거리(L1)=100μm의 조건에서는 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있지만, 직경(p)=14μm, 거리(L1)=200μm의 조건에서는 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)가 100μm보다 넓은 것을 알 수 있다.
즉, 도 17 및 도 18의 결과에 의하여, 렌즈(LE)를 사용함으로써 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있는 거리(L1)의 범위가 넓어진 것을 알 수 있었다. 구체적으로는, 핀홀의 직경(p)이 같은 경우, 렌즈(LE)를 사용함으로써 렌즈(LE)를 사용하지 않는 경우에 비하여 거리(L1)를 길게 하여도 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
거리(L1)를 길게 할 수 있을수록 기판(SUB)의 두께를 두껍게 할 수 있다. 예를 들어, 기판 자체의 두께를 두껍게 할 수 있는 것 외에, 대전 방지막, 발수성의 막, 하드 코트막, 및 충격 흡수층 등 중 적어도 하나를 기판에 더하여 배치할 수 있다. 따라서, 플렉시블 OLED 패널의 강도, 내굽힘성, 및 신뢰성을 높일 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예의 결과로부터, 렌즈(LE)의 유무에 상관없이, 수광 소자(PD)의 촬상 범위(D)를 1화소분의 영역 내로 할 수 있는 조건이 있다는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 렌즈(LE)를 제공함으로써 상기 조건을 넓게 할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 예를 들어, 기판(SUB)의 두께를 두껍게 할 수 있기 때문에, 플렉시블 OLED 패널의 강도, 내굽힘성, 및 신뢰성을 높일 수 있다는 것이 시사되었다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 수광 소자를 제작하고, 상기 수광 소자를 이미지 센서에 사용함으로써 촬상을 수행한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예의 수광 소자(1)는 발광 소자와 구조의 공통화를 도모한 구성이고, 발광 소자의 발광층을 수광 소자의 활성층으로 치환하여 제작할 수 있는 적층 구조를 가진다. 비교 수광 소자(2)는 발광 소자와 구조의 공통화를 도모하지 않은 구성이고, 이미지 센서에 적합한 적층 구조를 가진다.
본 실시예에서 사용하는 재료의 화학식을 이하에 나타낸다.
[화학식 1]
Figure pct00001
본 실시예의 수광 소자의 소자 구조를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1을 사용하여 수광 소자(1) 및 비교 수광 소자(2)에 대하여 설명한다.
[표 1]
Figure pct00002
[수광 소자(1)]
표 1에 나타낸 바와 같이, 수광 소자(1)에서는 제 1 전극으로서 두께가 약 50nm의 타이타늄막, 두께가 약 200nm의 알루미늄막, 및 두께가 약 5nm의 타이타늄막의 3층 구조를 사용하였다.
수광 소자(1)의 제 1 버퍼층은 발광 소자의 정공 주입층 및 정공 수송층에 대응하는 층이다.
우선, 정공 주입층에 대응하는 층을 3-[4-(9-페난트릴)-페닐]-9-페닐-9H-카바졸(약칭: PCPPn)과, 산화 몰리브데넘을 중량비가 PCPPn:산화 몰리브데넘=2:1이 되도록 공증착함으로써 형성하였다. 정공 주입층에 대응하는 층의 두께는 약 15nm가 되도록 형성하였다.
다음으로, 정공 수송층에 대응하는 층을 N-(1,1'-바이페닐-4-일)-N-[4-(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐]-9,9-다이메틸-9H-플루오렌-2-아민(약칭: PCBBiF)을 사용하고, 두께가 60nm가 되도록 증착하였다.
수광 소자(1)의 활성층은 풀러렌(C70)과 테트라페닐다이벤조페리플란텐(약칭: DBP)을, 중량비가 C70:DBP=9:1이 되도록 공증착함으로써 형성하였다. 활성층의 두께는 약 60nm가 되도록 형성하였다.
수광 소자(1)의 제 2 버퍼층은 발광 소자의 전자 수송층 및 전자 주입층에 대응하는 층이다.
우선, 전자 수송층에 대응하는 층을 2-[3'-(다이벤조싸이오펜-4-일)바이페닐-3-일]다이벤조[f,h]퀴녹살린(약칭: 2mDBTBPDBq-II)의 두께가 10nm, 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen)의 두께가 10nm가 되도록 순차적으로 증착하여 형성하였다.
다음으로, 전자 주입층에 대응하는 층을 플루오린화 리튬(LiF)을 사용하여, 두께가 1nm가 되도록 증착하여 형성하였다.
수광 소자(1)의 제 2 전극은 은(Ag)과 마그네슘(Mg)의 체적비를 10:1로 하고, 두께가 9nm가 되도록 공증착하여 형성한 후, 인듐 주석 산화물(ITO)을 스퍼터링법에 의하여 두께가 70nm가 되도록 형성하였다.
이상에 의하여, 수광 소자(1)를 제작하였다.
[비교 수광 소자(2)]
표 1에 나타낸 바와 같이, 비교 수광 소자(2)에서는 제 1 전극으로서 두께가 약 50nm의 타이타늄막, 두께가 약 200nm의 알루미늄막, 및 두께가 약 5nm의 타이타늄막의 3층 구조를 사용하였다.
비교 수광 소자(2)의 제 1 버퍼층은 풀러렌(C70)을 사용하여 두께가 약 10nm가 되도록 증착하였다.
비교 수광 소자(2)의 활성층은 수광 소자(1)와 마찬가지이고, 풀러렌(C70)과 DBP를 중량비가 C70:DBP=9:1이 되도록 공증착함으로써 형성하였다. 활성층의 두께는 약 60nm가 되도록 형성하였다.
비교 수광 소자(2)의 제 2 버퍼층은 산화 몰리브데넘을 사용하여 두께가 약 60nm가 되도록 증착하였다.
비교 수광 소자(2)의 제 2 전극은 ITO를 스퍼터링법에 의하여 두께가 약 70nm가 되도록 형성하였다.
이상에 의하여, 비교 수광 소자(2)를 제작하였다.
[수광 소자(1)의 전류-조사광 강도 특성]
도 19에 수광 소자(1)의 전류-조사광 강도 특성을 평가한 결과를 도시하였다. 도 19에 있어서, 세로축은 전류(A)를 나타내고, 가로축은 조사광 강도(W/cm2)를 나타낸다.
수광 소자(1)의 수광 영역은 2mmХ2mm이었다.
수광 소자(1)에 전압을 -2V 인가한 상태에서 파장 λ=550nm의 광을 1μW/cm2 내지 40μW/cm2의 조건으로 조사하여 전류량을 측정하였다. 또한, 여기서 인가한 전압(-2V)은 보통, EL 소자에 인가하는 바이어스를 양으로 한 경우의 값이다. 즉, 제 1 전극 측이 고전위이고 제 2 전극 측이 저전위인 경우가 양이다.
도 19에 의하여, 조사광 강도에 대하여 선형으로 전류량이 변화되어 있다는 것이 확인되었다. 이에 의하여, 수광 소자(1)를 사용한 이미지 센서는 정상적으로 동작하는 것이 시사되었다.
[촬상 결과]
다음으로, 수광 소자(1) 및 비교 수광 소자(2) 각각을 사용하여 이미지 센서 칩을 제작하여 정지 화상의 촬상을 수행하였다.
수광 소자(1)를 사용한 이미지 센서 칩의 촬상 결과를 도 20의 (A), (B)에 도시하였다. 도 20의 (A)는 보정 전의 데이터이다. 또한, 수광 소자(1)를 사용한 이미지 센서 칩으로 미리 촬상한 전백(all-white) 화상 및 전흑(all-black) 화상을 사용하여 보정 전의 데이터에 대하여 계조 및 화소 사이의 불균일 등을 보정하였다. 도 20의 (B)가 보정 후의 데이터이다.
비교 수광 소자(2)를 사용한 이미지 센서 칩의 촬상 결과를 도 20의 (C), (D)에 도시하였다. 도 20의 (C)는 보정 전의 데이터이다. 또한, 비교 수광 소자(2)를 사용한 이미지 센서 칩으로 미리 촬상한 전백 화상 및 전흑 화상을 사용하여 보정 전의 데이터에 대하여 계조 및 화소 사이의 불균일 등을 보정하였다. 도 20의 (D)가 보정 후의 데이터이다.
도 20의 (A) 내지 (D)에 도시된 바와 같이, 수광 소자(1)를 사용한 이미지 센서 칩 및 비교 수광 소자(2)를 사용한 이미지 센서 칩의 양쪽에서, 정지 화상의 촬상을 양호하게 수행할 수 있었다. 즉, 발광 소자와 구조의 공통화를 도모한 구성의 수광 소자(1)를 사용하여, 이미지 센서에 적합한 적층 구조의 비교 수광 소자(2)를 사용하는 경우와 동등한 촬상 결과를 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 실시예에서는 발광 소자와 구조의 공통화를 도모한 구성의 수광 소자를 사용하여 양호한 촬상을 수행할 수 있는 이미지 센서를 제작할 수 있었다.
(실시예 3)
본 실시예에서는 표시부에 수광 소자 및 발광 소자를 가지는 표시 장치를 제작한 결과에 대하여 설명한다.
[단면 구조]
도 21에, 표시 장치의 화소를 구성하는 디바이스 구조를 도시하였다.
본 실시예에서 제작한 표시 장치의 하나의 화소는 Red(R), Green(G), Blue(B)의 3색의 유기 EL 소자(OLED) 및 하나의 유기 포토다이오드(OPD)의 총 4개의 소자와, 이들 4개의 소자를 각각 독립적으로 구동하기 위한 회로(구동 회로(43, 44))를 가진다.
4개의 소자는 각각 기판(151)(유리 기판) 위에 제공되어 있다. 또한, 기판(151) 위에는 유기 포토다이오드(OPD)의 화소 전극(111)과 전기적으로 접속되는 구동 회로(43)와, 유기 EL 소자(OLED)의 화소 전극(191)과 전기적으로 접속되는 구동 회로(44)가 제공되어 있다. 유기 포토다이오드(OPD)는 대향 기판 측으로부터 입사된 광을 검출하는 구성이다. 유기 EL 소자(OLED)는 대향 기판 측(도 21에서는 공통 전극(115) 측)으로 광을 발하는 톱 이미션 구조이다. 화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 기능을 가진다.
4개의 소자는 각각 정공 수송층이 따로따로 형성되어 있고, 또한, 각 색의 유기 EL 소자(OLED)의 발광층과 유기 포토다이오드(OPD)의 활성층이 따로따로 형성되어 있다. 구체적으로는, 유기 포토다이오드(OPD)는 정공 수송층(186) 및 활성층(113)을 가지고, 적색의 유기 EL 소자(OLED)는 정공 수송층(196R) 및 발광층(193R)을 가지고, 녹색의 유기 EL 소자(OLED)는 정공 수송층(196G) 및 발광층(193G)을 가지고, 청색의 유기 EL 소자(OLED)는 정공 수송층(196B) 및 발광층(193B)을 가진다.
공통층(112, 114a, 114b) 및 공통 전극(115)은 4개의 소자에서 공통된 구성이고, 공통의 마스크를 사용하여 형성된다. 본 실시예에 있어서, 공통층(112)은 정공 주입층이고, 공통층(114a)은 전자 수송층이고, 공통층(114b)은 전자 주입층이다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능 및 가시광을 반사하는 기능을 가진다.
이와 같이, R, G, B의 3색의 발광 소자를 따로따로 형성하는 구성으로부터, 유기 포토다이오드(OPD)를 포함한 4종류를 따로따로 형성하는 구성으로 변경하기만 하면, 유기 EL 디스플레이의 표시부의 일면 전체에 포토 센서를 형성할 수 있다. 본 실시예의 표시 장치의 구성은 포토 센서를 다른 모듈로서 제공하는 경우에 비하여 공정 면, 비용 면, 및 디자인성 면에서 우수하고, 소형화 및 플렉시블화가 용이하다.
본 실시예의 표시 장치에 있어서의 촬상 방법에 대하여, 도 1의 (C)를 사용하여 설명한다. 본 실시예의 표시 장치에 의한 촬상은 유기 EL 소자(OLED)가 발한 광을 광원으로서 사용하여 촬상물로부터의 반사광을 유기 포토다이오드(OPD)로 검출함으로써 수행한다.
도 1의 (C)에 도시된 바와 같이, 기판(59)(대향 기판)에 접하는 손가락(52)의 지문을 촬상하는 경우에는, 유기 EL 소자(OLED)가 발하는 광을 기판(59) 위의 손가락(52)이 반사하고, 유기 포토다이오드(OPD)가 이 반사광을 검출한다. 이때, 지문의 요철의 반사율의 차이를 이용함으로써 지문을 촬상할 수 있다.
또한, 본 실시예의 표시 장치에서는 대향 기판에 흑색 수지층이 제공되어 있다. 상기 흑색 수지층은 도 2의 (A)에 도시된 차광층(BM)에 상당한다. 흑색 수지층을 제공함으로써, 유기 EL 소자(OLED)의 발광이 표시 장치 내에서 반사되어 상기 반사광이 직접 유기 포토다이오드(OPD)에 입사되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 흑색 수지층은 유기 포토다이오드(OPD)가 촬상하는 범위의 조정을 위해서도 사용된다. 흑색 수지층의 개구부의 직경을, 목적으로 하는 촬상 범위에 맞추어 설정함으로써, 촬상 화상이 흐려지는 것을 억제할 수 있다.
지문의 촬상은 단색의 광만으로 검출할 수 있고, 컬러 촬상이 아니어도 되지만, 본 실시예의 표시 장치는 R, G, B의 유기 EL 소자를 순차적으로 발광시키고, 각각의 반사광을 시분할로 검출함으로써, 컬러 촬상도 가능하다. 예를 들어, 대향 기판 위에 컬러 화상을 배치하고, 상기 컬러 화상을 컬러로 스캔할 수 있다. 이 방식을 사용하는 경우, 가시광 영역 전체에 대하여 감도를 가지는 유기 포토다이오드(OPD)가 배치되어 있으면 좋고, R용, G용, B용 각각의 유기 포토다이오드(OPD)를 배치할 필요가 없기 때문에, 고정세화에 유리하다.
[수광 소자의 검토]
상술한 바와 같이, 본 실시예의 표시 장치에서는 상부 전극인 공통 전극(115)이 가시광을 투과시키는 기능 및 가시광을 반사하는 기능을 가지고, 유기 EL 소자(OLED)와 유기 포토다이오드(OPD)의 양쪽에 마이크로캐비티 구조가 적용된다. 이에 의하여, 유기 EL 소자(OLED)의 색 순도를 향상시킬 수 있고, 유기 포토다이오드(OPD)에 있어서는 감지하는 파장의 폭이 좁아진다.
도 22에, 본 실시예의 표시 장치에 채용한 유기 포토다이오드(OPD)와 같은 구성을 적용한 수광 소자에 있어서의, 분광 감도의 파장 의존성과 정공 수송층의 막 두께의 관계를 도시하였다. 도 22에는 상기 수광 소자의 정규화된 흡수 스펙트럼을 같이 도시하였다. 도 22에 있어서, 제 1 세로축은 분광 감도(임의 단위), 제 2 세로축은 흡수 스펙트럼(임의 단위), 가로축은 파장(단위: nm)이다.
또한, 본 실시예의 수광 소자의 재료는 화소 전극(111)에 은(Ag)과 팔라듐(Pd)과 구리(Cu)의 합금(Ag-Pd-Cu(APC))막과 산화 실리콘을 포함하는 인듐 주석산화물(ITSO)막의 적층 구조를 사용하고, 정공 수송층에 PCPPn을 사용한 것 이외는 실시예 2의 수광 소자(1)(표 1)와 마찬가지이다.
도 22에 도시된 바와 같이, 수광 소자의 흡수대는 가시광 영역 전체에 존재하고, 적색 영역에서 장파장이 될수록 흡광도가 저하되는 것을 알 수 있었다. 한편, 수광 소자의 분광 감도는 피크를 가지고, 상기 피크는 정공 수송층의 막 두께에 의존하여 시프트하는 것을 알 수 있었다. 이들로부터, 감지하려고 하는 파장 영역에 대하여 유기 포토다이오드(OPD)의 정공 수송층의 막 두께를 적절하게 조정할 필요가 있다는 것이 확인되었다.
본 실시예에서는 녹색의 유기 EL 소자(OLED)를 발광시켜 지문의 촬상을 수행한다. 따라서, 녹색(파장 약 550nm)을 중심으로 청색으로부터 적색까지를 널리 커버할 수 있고, 정공 수송층의 막 두께가 40nm인 유기 포토다이오드(OPD)를 본 실시예의 표시 장치에 채용하였다.
도 23에, 정공 수송층의 막 두께가 40nm의 유기 포토다이오드(OPD)에 파장 550nm의 단색광을 조사한 경우의, 입사광 강도와 광전류의 관계를 도시하였다. 도 23에 있어서, 세로축은 전류 밀도(단위: μA/cm2), 가로축은 입사광 강도(단위: μW/cm2)이다.
도 23에 도시된 바와 같이, 인가 전압이 -2V 이하의 경우에, 입사광 강도와 광전류 사이의 선형 관계가 확인되었다. 특히, -3V 이상 -6V 이하의 경우에는 전압 의존성이 낮고 포화 영역을 가진다는 것이 확인되었다.
화상을 스캔하는 경우, 아날로그 계조에서의 센싱이 요구된다. 또한, 컬러 화상을 스캔하는 경우, 감지할 수 있는 파장 영역이 넓은 것이 요구된다. 그러므로, 넓은 파장 영역에 대하여 입사광 강도와 광전류 사이의 선형성과 넓은 포화 영역을 가질 필요가 있다. 도 22 및 도 23에 의하여, 유기 EL 소자(OLED)와 디바이스 구조의 일부를 공통화한 유기 포토다이오드(OPD)가 상기 요건을 만족시키고, 광 센서로서 문제없이 동작할 수 있다는 것이 확인되었다.
[표시 장치의 구성]
본 실시예에서는 화면 크기가 대각선 3.07인치, 화소수가 360(H)Х540(V), 화소 피치가 120μmХ120μm, 정세도가 212ppi인 액티브 매트릭스형 표시 장치를 제작하였다. 게이트 드라이버를 내장하고, 소스 드라이버로서는 외장형 IC를 COG 방식으로 실장하였다. 판독 회로는 아날로그 전압 순차 출력으로 하였다.
본 실시예의 표시 장치는, 산화물 반도체를 반도체층에 사용한 트랜지스터를 스위칭 소자로서 사용하였다. CAAC-OS를 반도체층에 사용한 트랜지스터는 오프 전류가 매우 작다는 특징을 가진다. 이 특징에 의하여, 센싱의 면에서는 글로벌 셔터 방식으로의 촬상이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 정지 화상에 있어서, 화상의 재기록 횟수를 삭감할 수 있고, 저소비전력으로 이어지는 구동(IDS 구동)이 가능하다.
또한, IDS 구동이란, 통상보다 저속의 프레임 주파수로 동작하는 아이들링(idling) 수톱 구동이다. IDS 구동에서는 화상 데이터의 기록 처리를 실행한 후, 화상 데이터의 재기록을 정지한다. 일단 화상 데이터의 기록을 하고, 그 후에 다음의 화상 데이터의 기록까지의 간격을 연장함으로써, 이 기간의 화상 데이터의 기록에 필요한 만큼의 소비전력을 삭감할 수 있다. IDS 구동의 프레임 주파수는 예를 들어 통상 동작(대표적으로는 60Hz 이상 240Hz 이하)의 1/100 이상 1/10 이하로 할 수 있다. 정지 화상은 연속하는 프레임 간에서 비디오 신호가 같다. 따라서, IDS 구동 모드는 정지 화상을 표시하는 경우에 특히 유효하다.
일반적으로, 화상의 재기록 동작은 센서에 대하여 노이즈가 되기 때문에, SN비를 저하시킨다. 그러나 IDS 구동의 경우, 센싱하는 동안 화상을 유지한 채, 화상의 재기록 동작을 정지할 수 있다. 따라서, 화상의 재기록으로 인한 노이즈의 영향을 받지 않고 센싱할 수 있고, SN비의 저하를 억제할 수 있다.
본 실시예의 표시 장치에서는 1프레임을 표시의 기간과 센싱의 기간으로 나누었다. 센싱의 기간은 IDS 구동을 사용함으로써, 화상의 재기록을 수행하지 않고, 센싱 시의 노이즈를 저감시켰다. 또한, 지문 인증이나 화상의 스캐닝에는 유기 EL 소자(OLED)가 발하는 광을 광원으로서 사용하기 때문에, 유기 EL 소자(OLED)의 발광의 휘도를 일정하게 유지할 필요가 있다. 이 경우에도, IDS 구동을 채용함으로써 노이즈를 저감할 수 있고, 양호한 센싱을 수행할 수 있다.
[표시 결과]
도 24에 본 실시예의 표시 장치의 표시 결과를 도시하였다. 도 24에 도시된 바와 같이, 표시부에 수광 소자 및 발광 소자를 가지는 표시 장치에 있어서, 화상을 양호하게 표시할 수 있다는 것이 확인되었다.
[촬상 결과]
도 25에, 본 실시예의 표시 장치에 있어서, 유기 EL 소자(OLED)가 발하는 광을 광원으로, 유기 포토다이오드(OPD)를 사용하여 촬상한 결과를 도시하였다. 또한, 취득한 촬상 화상에 대하여 사전에 측정한 백색 표시와 흑색 표시의 검출 값을 기준값으로 하여 화상 보정을 실시하였다. 또한, 화상 보정 때, 촬상 화상의 검출 값이 상기 기준값으로부터 크게 어긋난 값을 나타내는 개소는 흑색 표시의 값으로 보정하였다.
도 25는 화상을 종이에 인쇄하고, 상기 종이의 인쇄면이 표시 장치 측을 향하도록 표시 장치 위에 상기 종이를 배치하고 촬상한 결과이다. 노광 시간은 1.78msec, 판독 시간은 248msec로 하였다. RGB 시분할에 의하여 컬러 촬상을 수행하였다. 도 25에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 표시 장치를 사용하여 컬러 화상을 양호하게 촬상할 수 있다는 것이 확인되었다.
또한, 표시 장치 위에 손가락을 얹고 녹색의 유기 EL 소자(OLED)를 발광시켜 지문의 촬상을 수행한 결과, 지문의 요철에 기인한 무늬를 양호하게 촬상할 수 있었다. 이들로부터, 본 실시예의 표시 장치를 사용하여 지문과 같은 정도의 고해상도의 촬상이 가능하다는 것이 확인되었다.
C1: 용량 소자, C2: 용량 소자, EL: 발광 소자, IR: 발광 소자, L1: 거리, L2: 거리, LE: 렌즈, M1: 트랜지스터, M2: 트랜지스터, M3: 트랜지스터, M4: 트랜지스터, M5: 트랜지스터, M6: 트랜지스터, M7: 트랜지스터, OLED: 유기 EL 소자, OPD: 유기 포토다이오드, OUT1: 배선, OUT2: 배선, PD: 수광 소자, PIX1: 화소 회로, PIX2: 화소 회로, SUB: 기판, V1: 배선, V2: 배선, V3: 배선, V4: 배선, V5: 배선, 10A: 표시 장치, 10B: 표시 장치, 10C: 표시 장치, 10D: 표시 장치, 10E: 표시 장치, 10F: 표시 장치, 10G: 표시 장치, 10H: 표시 장치, 10J: 표시 장치, 10K: 표시 장치, 10L: 표시 장치, 10M: 표시 장치, 21: 발광, 22: 광, 23a: 광, 23b: 반사광, 23c: 광, 23d: 반사광, 41: 트랜지스터, 42: 트랜지스터, 43: 구동 회로, 44: 구동 회로, 50A: 표시 장치, 50B: 표시 장치, 51: 기판, 52: 손가락, 53: 수광 소자를 가지는 층, 55: 트랜지스터를 가지는 층, 57: 발광 소자를 가지는 층, 59: 기판, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 110: 수광 소자, 111: 화소 전극, 112: 공통층, 113: 활성층, 114: 공통층, 114a: 공통층, 114b: 공통층, 115: 공통 전극, 142: 접착층, 143: 공간, 146: 렌즈 어레이, 147: 유색층, 148: 유색층, 148a: 유색층, 148b: 유색층, 148c: 유색층, 149: 렌즈, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 162: 표시부, 164: 회로, 165: 배선, 166: 도전층, 172: FPC, 173: IC, 182: 버퍼층, 184: 버퍼층, 186: 정공 수송층, 190: 발광 소자, 191: 화소 전극, 192: 버퍼층, 193: 발광층, 193B: 발광층, 193G: 발광층, 193R: 발광층, 194: 버퍼층, 195: 보호층, 195a: 무기 절연층, 195b: 유기 절연층, 195c: 무기 절연층, 196B: 정공 수송층, 196G: 정공 수송층, 196R: 정공 수송층, 201: 트랜지스터, 204: 접속부, 205: 트랜지스터, 206: 트랜지스터, 208: 트랜지스터, 209: 트랜지스터, 210: 트랜지스터, 211: 절연층, 212: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 215: 절연층, 216: 격벽, 217: 격벽, 218: 절연층, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 242: 접속층, 6500: 전자 기기, 6501: 하우징, 6502: 표시부, 6503: 전원 버튼, 6504: 버튼, 6505: 스피커, 6506: 마이크로폰, 6507: 카메라, 6508: 광원, 6510: 보호 부재, 6511: 표시 패널, 6512: 광학 부재, 6513: 터치 센서 패널, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: 프린트 기판, 6518: 배터리, 7000: 표시부, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 스탠드, 7111: 리모트 컨트롤러, 7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 7211: 하우징, 7212: 키보드, 7213: 포인팅 디바이스, 7214: 외부 접속 포트, 7300: 디지털 사이니지, 7301: 하우징, 7303: 스피커, 7311: 정보 단말기, 7400: 디지털 사이니지, 7401: 기둥, 7411: 정보 단말기, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 아이콘, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9101: 휴대 정보 단말기, 9102: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기

Claims (15)

  1. 표시부를 가지는 표시 장치로서,
    상기 표시부는 수광 소자 및 제 1 발광 소자를 가지고,
    상기 수광 소자는 제 1 화소 전극, 활성층, 및 공통 전극을 가지고,
    상기 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 발광층, 및 상기 공통 전극을 가지고,
    상기 활성층은 상기 제 1 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지고,
    상기 발광층은 상기 제 2 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 발광층은 상기 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가지고,
    상기 공통 전극은 상기 활성층을 개재(介在)하여 상기 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 상기 발광층을 개재하여 상기 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분을 가지는, 표시 장치.
  2. 표시부를 가지는 표시 장치로서,
    상기 표시부는 수광 소자 및 제 1 발광 소자를 가지고,
    상기 수광 소자는 제 1 화소 전극, 공통층, 활성층, 및 공통 전극을 가지고,
    상기 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 상기 공통층, 발광층, 및 상기 공통 전극을 가지고,
    상기 활성층은 상기 제 1 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지고,
    상기 발광층은 상기 제 2 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 발광층은 상기 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가지고,
    상기 공통층은 상기 제 1 화소 전극 위 및 상기 제 2 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 공통층은 상기 활성층과 중첩되는 부분과, 상기 발광층과 중첩되는 부분을 가지고,
    상기 공통 전극은 상기 공통층 및 상기 활성층을 개재하여 상기 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 상기 공통층 및 상기 발광층을 개재하여 상기 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분을 가지는, 표시 장치.
  3. 표시부를 가지는 표시 장치로서,
    상기 표시부는 수광 소자, 제 1 발광 소자, 및 제 2 발광 소자를 가지고,
    상기 수광 소자는 제 1 화소 전극, 공통층, 활성층, 및 공통 전극을 가지고,
    상기 제 1 발광 소자는 제 2 화소 전극, 상기 공통층, 제 1 발광층, 및 상기 공통 전극을 가지고,
    상기 제 2 발광 소자는 제 3 화소 전극, 상기 공통층, 제 2 발광층, 및 상기 공통 전극을 가지고,
    상기 활성층은 상기 제 1 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지고,
    상기 제 1 발광층은 상기 제 2 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 제 1 발광층은 상기 제 1 유기 화합물과 상이한 제 2 유기 화합물을 가지고,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 3 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 제 2 발광층은 상기 제 1 유기 화합물 및 상기 제 2 유기 화합물과 상이한 제 3 유기 화합물을 가지고,
    상기 공통층은 상기 제 1 화소 전극 위, 상기 제 2 화소 전극 위, 및 상기 제 3 화소 전극 위에 위치하고,
    상기 공통층은 상기 활성층과 중첩되는 부분과, 상기 제 1 발광층과 중첩되는 부분과, 상기 제 2 발광층과 중첩되는 부분을 가지고,
    상기 공통 전극은 상기 공통층 및 상기 활성층을 개재하여 상기 제 1 화소 전극과 중첩되는 부분과, 상기 공통층 및 상기 제 1 발광층을 개재하여 상기 제 2 화소 전극과 중첩되는 부분과, 상기 공통층 및 상기 제 2 발광층을 개재하여 상기 제 3 화소 전극과 중첩되는 부분을 가지는, 표시 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 렌즈를 더 가지고,
    상기 렌즈는 상기 수광 소자와 중첩되는 부분을 가지고,
    상기 렌즈를 투과한 광이 상기 수광 소자에 입사되는, 표시 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 격벽을 더 가지고,
    상기 격벽은 상기 제 1 화소 전극의 단부 및 상기 제 2 화소 전극의 단부를 덮고,
    상기 격벽은 상기 제 1 화소 전극과 상기 제 2 화소 전극을 전기적으로 절연하는 기능을 가지는, 표시 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 제 1 발광 소자가 발한 광의 적어도 일부를 흡수하는 기능을 가지는, 표시 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시부는 유색층을 더 가지고,
    상기 유색층은 상기 제 1 화소 전극의 상면에 접하는 부분과, 상기 격벽의 측면에 접하는 부분을 가지는, 표시 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시부는 절연층 및 유색층을 더 가지고,
    상기 유색층, 상기 제 1 화소 전극, 및 상기 제 2 화소 전극은 각각 상기 절연층의 상면에 접하는 부분을 가지고,
    상기 격벽은 상기 유색층의 상면 및 측면을 덮는, 표시 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 표시부는 절연층 및 유색층을 더 가지고,
    상기 격벽, 상기 제 1 화소 전극, 및 상기 제 2 화소 전극은 각각 상기 절연층의 상면에 접하는 부분을 가지고,
    상기 격벽은 상기 절연층에 도달하는 개구를 가지고,
    상기 유색층은 상기 개구를 통하여 상기 절연층과 접하는 부분과, 상기 격벽의 상면에 접하는 부분을 가지는, 표시 장치.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유색층은 컬러 필터 또는 블랙 매트릭스를 가지는, 표시 장치.
  11. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 렌즈를 더 가지고,
    상기 렌즈는 상기 수광 소자와 중첩되는 부분을 가지고,
    상기 렌즈를 투과한 광이 상기 수광 소자에 입사되는, 표시 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시부는 차광층을 더 가지고,
    상기 차광층의 단부는 상기 렌즈의 단부와 중첩되고,
    상기 차광층은 상기 격벽과 중첩되는, 표시 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시부는 가요성을 가지는, 표시 장치.
  14. 표시 모듈로서,
    제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치와, 커넥터 및 집적 회로 중 적어도 하나를 가지는, 표시 모듈.
  15. 전자 기기로서,
    제 14 항에 기재된 표시 모듈과,
    안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는, 전자 기기.
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