KR20210060617A - 센서 장치 및 반도체 장치 - Google Patents

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KR20210060617A
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light
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light emitting
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타카시 나카가와
타카유키 이케다
타카히로 푸쿠토메
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

발광 소자와 센서 소자를 가지며, 가요성을 가지는 반도체 장치를 제공한다. 센서 장치, 프로세서, 및 통신 장치를 가지는 반도체 장치이다. 센서 장치는 가요성을 가지는 기판 상에 형성되는 제 1 화소와 제 2 화소를 가진다. 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가지고, 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가지고, 발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가진다. 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함한다. 제 1 트랜지스터의 반도체층과 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함하고, 발광 소자의 화소 전극은 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 기능과, 센서 소자에 대한 확산광을 차광할 수 있다.

Description

센서 장치 및 반도체 장치
본 발명의 일 형태는 센서 장치 및 반도체 장치에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에 개시(開示)되는 발명의 일 형태의 기술분야는 물건, 방법, 또는 제조 방법에 관한 것이다. 또는 본 발명의 일 형태는 공정(process), 기계(machine), 제품(manufacture), 또는 조성물(composition of matter)에 관한 것이다. 따라서 본 명세서에 개시되는 본 발명의 일 형태의 더 구체적인 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 액정 표시 장치, 발광 장치, 조명 장치, 축전 장치, 기억 장치, 촬상 장치, 통신 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로 들 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다. 트랜지스터, 반도체 회로는 반도체 장치의 일 형태이다. 또한 기억 장치, 표시 장치, 촬상 장치, 통신 장치, 전자 기기는 반도체 장치를 가지는 경우가 있다.
기판 상에 형성된 산화물 반도체 박막을 사용하여 트랜지스터를 구성하는 기술이 주목받고 있다. 예를 들어 산화물 반도체를 가지고 오프 전류가 매우 낮은 트랜지스터를 화소 회로에 사용하는 구성의 촬상 장치가 특허문헌 1에 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2011-119711호
촬상 장치는 가시광을 화상화하는 수단으로서 사용될 뿐만 아니라, 다양한 용도로 사용되고 있다. 예를 들어 개인 인증, 불량 해석, 의료 진단, 보안 용도 등으로 사용되고 있다. 이들 용도에서는 가시광 외에, X선 등 단파장의 광, 적외선 등 장파장의 광 등을 용도에 따라 적절히 사용한다.
생활 습관병의 예방 또는 관리를 위한 의료 진단 방법 중 하나로서, 적외 영역을 포함하는 700nm 이상의 피크 파장을 가지는 광을 사용하는 생체 모니터가 제안되고 있다.
일례로서 당뇨병에 있어서는, 혈당치가 높은 상태가 계속됨으로써 다양한 합병증이 생기기 쉬워지는 것이 알려져 있다. 혈중의 글루코스 레벨을 모니터함으로써 혈당치를 관리하는 방법이 제안되고 있다. 혈중의 글루코스 레벨은 700nm 이상의 파장 영역에 흡수 피크를 가지지만, 상기 파장 영역의 광을 사출하는 광원으로서 전구형 램프나 LED 등을 사용하면 장치가 대형화된다는 과제가 있다. 또한 대상물에 조사되는 광은 대상물의 상면 및 내부에서 산란하는 반사광이 되기 때문에 센서의 검출 정도(精度)가 저하된다. 따라서 상기 반사광을 검출하는 센서에는, 수광 영역(센서 영역)을 넓힘으로써 검출 정도를 향상시키는 것이 요구되고 있다.
따라서 본 발명의 일 형태에서는 신규 반도체 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는 신규 센서 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는 박형의 광원 및 박형의 센서를 가지는 센서 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는 박형의 광원과, 상기 광원으로부터 사출되고 피사체에 의하여 반사되는 광 등을 검출하는 센서를 가지는 센서 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다. 또는 700nm 이상에 피크 파장을 가지는 광을 사출하는 발광 소자를 가지는 센서 장치를 제공하는 것을 목적 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재로부터 저절로 명백해지는 것이고, 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 센서 장치를 가지는 반도체 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 형태는 센서 장치, 프로세서, 및 통신 장치를 가지는 반도체 장치이다. 센서 장치는 기판 상에 형성되는 제 1 화소와 제 2 화소를 가진다. 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가진다. 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가진다. 발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가지고, 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함한다. 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함한다. 발광 소자가 가지는 화소 전극은 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 기능과, 센서 소자에 대한 확산광을 차광하는 기능을 가진다. 센서 소자로 검출되는 광은 프로세서에 의하여 연산된다. 통신 장치는 상기 연산된 결과를 송신하는, 반도체 장치이다.
본 발명의 다른 일 형태는 기판 상에 형성되는 제 1 화소와 제 2 화소를 가지는 센서 장치이다. 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가진다. 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가진다. 발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가지고, 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함한다. 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함한다. 발광 소자가 가지는 화소 전극은 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 기능과, 센서 소자에 대한 확산광을 차광하는 기능을 가지는, 센서 장치이다.
기판은 가요성을 가져도 좋다.
발광 소자의 피크 파장은 700nm 이상 9000nm 이하인 것이 바람직하다.
발광 소자는 제 1 유기 화합물과 공유층을 가지고, 센서 소자는 제 2 유기 화합물과 상기 공유층을 가지는 것이 바람직하다.
제 1 화소와 제 2 화소 사이에는 도전층을 포함하지 않은 영역을 가지는 것이 바람직하다.
제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터는 반도체층에 금속 산화물을 가지고, 금속 산화물은 In과, Zn과, M(M은 Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd, 또는 Hf)을 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 1 트랜지스터 또는 제 2 트랜지스터가 백 게이트를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에서는 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또는 신규 센서 장치를 제공할 수 있다. 또는 박형의 광원 및 박형의 센서를 가지는 센서 장치를 제공할 수 있다. 또는 박형의 광원과, 상기 광원으로부터 사출되고 피사체에 의하여 반사되는 광을 검출하는 센서를 가지는 센서 장치를 제공할 수 있다. 또는 700nm 이상에 피크 파장을 가지는 광을 사출하는 발광 소자를 가지는 센서 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 반도체 장치를 설명하는 블록도이다.
도 2는 반도체 장치를 설명하는 블록도이다.
도 3의 (A)는 화소 어레이를 설명하는 회로도이다. 도 3의 (B1) 및 (B2)는 화소를 설명하는 회로도이다.
도 4의 (A)는 화소 어레이를 설명하는 회로도이다. 도 4의 (B)는 화소를 설명하는 회로도이다. 도 4의 (C1) 및 (C2)는 회로(46) 및 회로(46a)를 설명하는 회로도이다.
도 5는 센서 장치를 설명하는 도면이다.
도 6은 센서 장치를 설명하는 도면이다.
도 7은 센서 장치를 설명하는 도면이다.
도 8의 (A) 및 (B)는 센서 장치를 설명하는 도면이다.
도 9의 (A) 내지 (C)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 내지 (C)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 및 (B)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A) 및 (B)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 14의 (A) 및 (B)는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 15는 센서 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 16의 (A) 내지 (D)는 전자 기기를 설명하는 도면이다.
도 17의 (A) 내지 (C)는 전자 기기를 설명하는 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않으며, 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 기재되는 실시형태의 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다. 또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략하는 경우가 있다. 또한 도면을 구성하는 같은 요소의 해칭을 다른 도면 간에서 적절히 생략 또는 변경하는 경우도 있다.
실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 이하에서 설명한다. 다만 실시형태는 많은 상이한 형태에서 실시할 수 있으며, 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 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 도면에서 크기, 층 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 반드시 그 스케일에 한정되는 것은 아니다. 또한 도면은 이상적인 예를 모식적으로 나타낸 것이고, 도면에 나타내어진 형상 또는 값 등에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서에서 사용하는 "제 1", "제 2", "제 3"이라는 서수사는 구성요소의 혼동을 피하기 위하여 붙인 것이고, 수적으로 한정하는 것이 아님을 부기한다.
또한 본 명세서에서 "위에", "아래에" 등의 배치를 나타내는 어구는 구성들의 위치 관계를 도면을 참조하여 설명하기 위하여 편의상 사용된다. 또한 구성들의 위치 관계는 각 구성을 묘사하는 방향에 따라 적절히 변화되는 것이다. 따라서 명세서에서 설명된 어구에 한정되지 않고, 상황에 따라 적절히 바꿔 말할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 트랜지스터란 게이트와 드레인과 소스를 포함하는 적어도 3개의 단자를 가지는 소자이다. 그리고 드레인(드레인 단자, 드레인 영역, 또는 드레인 전극)과 소스(소스 단자, 소스 영역, 또는 소스 전극) 사이에 채널 형성 영역을 가지고, 채널 형성 영역을 통하여 소스와 드레인 사이에 전류를 흐르게 할 수 있는 것이다. 또한 본 명세서 등에서 채널 형성 영역이란 전류가 주로 흐르는 영역을 말한다.
또한 소스나 드레인의 기능은 다른 극성의 트랜지스터를 채용하는 경우나, 회로 동작에서 전류의 방향이 변화되는 경우 등에는 서로 바뀌는 경우가 있다. 그러므로 본 명세서 등에서는 소스나 드레인이라는 용어는 바꿔 쓸 수 있는 것으로 한다.
또한 본 명세서 등에서 "전기적으로 접속"에는 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"을 통하여 접속되어 있는 경우가 포함된다. 여기서 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"은 접속 대상 간에서의 전기 신호의 주고받음을 가능하게 하는 것이면 특별한 제한을 받지 않는다. 예를 들어 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"에는 전극이나, 상이한 도전층으로 형성되는 배선을 비롯하여, 트랜지스터 등의 스위칭 소자, 저항 소자, 인덕터, 커패시터, 이들 외 각종 기능을 가지는 소자 등이 포함된다.
또한 본 명세서 등에서 "평행"이란 2개의 직선이 -10° 이상 10° 이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서 -5° 이상 5° 이하의 경우도 포함된다. 또한 "수직"이란 2개의 직선이 80° 이상 100° 이하의 각도로 배치되어 있는 상태를 말한다. 따라서 85° 이상 95° 이하의 경우도 포함된다.
또한 본 명세서 등에서 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 오프 전류란, 특별한 설명이 없는 한, 트랜지스터가 오프 상태(비도통 상태, 차단 상태라고도 함)일 때의 드레인 전류를 말한다. 오프 상태란, 특별한 설명이 없는 한, n채널형 트랜지스터에서는 게이트와 소스 사이의 전압(Vgs)이 문턱 전압(Vth)보다 낮은 상태, p채널형 트랜지스터에서는 게이트와 소스 사이의 전압(Vgs)이 문턱 전압(Vth)보다 높은 상태를 말한다. 예를 들어 n채널형 트랜지스터의 오프 전류란 게이트와 소스 사이의 전압(Vgs)이 문턱 전압(Vth)보다 낮을 때의 드레인 전류를 말하는 경우가 있다.
트랜지스터의 오프 전류는 Vgs에 의존하는 경우가 있다. 따라서 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하이다는 것은 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하가 되는 Vgs의 값이 존재하는 것을 말하는 경우가 있다. 트랜지스터의 오프 전류란 소정의 Vgs에서의 오프 상태, 소정의 범위 내의 Vgs에서의 오프 상태, 또는 충분히 저감된 오프 전류가 얻어지는 Vgs에서의 오프 상태 등에서의 오프 전류를 가리키는 경우가 있다.
일례로서 문턱 전압(Vth)이 0.5V이고, Vgs가 0.5V일 때의 드레인 전류가 1×10-9A이고, Vgs가 0.1V일 때의 드레인 전류가 1×10-13A이고, Vgs가 -0.5V일 때의 드레인 전류가 1×10-19A이고, Vgs가 -0.8V일 때의 드레인 전류가 1×10-22A인 n채널형 트랜지스터를 상정한다. 상기 트랜지스터의 드레인 전류는 Vgs가 -0.5V일 때 또는 Vgs가 -0.5V 내지 -0.8V의 범위일 때 1×10-19A 이하이기 때문에, 상기 트랜지스터의 오프 전류는 1×10-19A 이하이다라고 하는 경우가 있다. 상기 트랜지스터의 드레인 전류가 1×10-22A 이하가 되는 Vgs가 존재하기 때문에, 상기 트랜지스터의 오프 전류는 1×10-22A 이하이다라고 하는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서는 채널 폭(W)을 가지는 트랜지스터의 오프 전류를 채널 폭(W)당 흐르는 전류값으로 나타내는 경우가 있다. 또한 소정의 채널 폭(예를 들어 1㎛)당 흐르는 전류값으로 나타내는 경우가 있다. 후자의 경우, 오프 전류의 단위는 전류/길이의 차원을 가지는 단위(예를 들어 A/㎛)로 나타내어지는 경우가 있다.
트랜지스터의 오프 전류는 온도에 의존하는 경우가 있다. 본 명세서에서 오프 전류란, 특별히 기재되지 않는 한, 실온, 60℃, 85℃, 95℃, 또는 125℃일 때의 오프 전류를 나타내는 경우가 있다. 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등의 신뢰성이 보증되는 온도 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등이 사용되는 온도(예를 들어 5℃ 내지 35℃ 중 어느 하나의 온도)일 때의 오프 전류를 나타내는 경우가 있다. 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하이다는 것은 실온, 60℃, 85℃, 95℃, 125℃, 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등의 신뢰성이 보증되는 온도, 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등이 사용되는 온도(예를 들어 5℃ 내지 35℃ 중 어느 하나의 온도)에서의 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하가 되는 Vgs의 값이 존재하는 것을 가리키는 경우가 있다.
트랜지스터의 오프 전류는 드레인과 소스 사이의 전압(Vds)에 의존하는 경우가 있다. 본 명세서에서 오프 전류란, 특별히 기재되지 않는 한, Vds가 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 또는 20V일 때의 오프 전류를 나타내는 경우가 있다. 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등의 신뢰성이 보증되는 Vds 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등에서 사용되는 Vds일 때의 오프 전류를 나타내는 경우가 있다. 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하이다는 것은 Vds가 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 20V, 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등의 신뢰성이 보증되는 Vds, 또는 상기 트랜지스터가 포함되는 반도체 장치 등에서 사용되는 Vds일 때의 트랜지스터의 오프 전류가 I 이하가 되는 Vgs의 값이 존재하는 것을 가리키는 경우가 있다.
상기 오프 전류의 설명에서 드레인을 소스로 바꿔 읽어도 좋다. 즉 오프 전류란 트랜지스터가 오프 상태일 때 소스를 흐르는 전류를 말하는 경우도 있다.
또한 본 명세서 등에서는 오프 전류와 같은 의미로 누설 전류라고 기재하는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 오프 전류란 예를 들어 트랜지스터가 오프 상태일 때 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류를 가리키는 경우가 있다.
또한 전압이란 2개의 지점 사이에서의 전위차를 말하고, 전위란 어떤 하나의 지점에서의 정전기장 내에 있는 단위 전하가 가지는 정전 에너지(전기적인 위치 에너지)를 말한다. 다만 일반적으로 어떤 하나의 지점에서의 전위와 기준이 되는 전위(예를 들어 접지 전위) 사이의 전위차를 단순히 전위 또는 전압이라고 부르고, 전위와 전압이 동의어로서 사용되는 경우가 많다. 따라서 본 명세서에서는 특별히 지정하는 경우를 제외하고, 전위를 전압으로 바꿔 읽어도 좋고, 전압을 전위로 바꿔 읽어도 좋은 것으로 한다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태인 반도체 장치에 대하여 설명한다.
반도체 장치는 센서 장치, 프로세서, 메모리, 배터리, 및 통신 장치를 가진다. 센서 장치는 기판 상에 형성되는 제 1 영역과 제 2 영역을 가진다. 또한 기판은 가요성을 가져도 좋다. 제 1 영역에는 복수의 제 1 화소가 매트릭스상으로 배치되고, 제 2 영역에는 복수의 제 2 화소가 매트릭스상으로 배치된다. 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가진다. 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가진다.
제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함한다.
발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가지고, 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함한다. 발광 소자의 피크 파장은 700nm 이상 9000nm 이하인 것이 바람직하다.
여기서 본 발명의 일 형태인 반도체 장치를 사용하여 대상물을 검출 또는 검사하는 경우에 대하여 설명한다. 대상물(재료 등)이 고유의 파장 범위에서 광을 흡수하는 특성을 가지는 경우, 발광 소자는 그 피크 파장이 상기 고유의 파장 범위에 포함되는 것이 바람직하다. 대상물은 조사된 광을 반사 또는 투과시킬 때 상기 피크 파장을 가지는 광을 흡수한다. 대상부로부터의 반사광 또는 투과광을 센서 소자가 검출하는 경우, 센서 소자는 상기 피크 파장을 가지는 광을 검출할 수 있다. 또한 대상물은 복수의 다른 파장 범위에서 광을 흡수하는 경우가 있다. 따라서 발광 소자는 다른 파장 범위에 피크 파장을 가지는 광을 사출하는 것이 바람직하다. 또한 센서 소자는 상기 다른 파장 범위에 피크 파장을 가지는 광을 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 다른 파장 범위에 피크 파장을 가지는 광을 검출함으로써, 대상물을 정확하게 검출 또는 검사할 수 있다.
일례로서, 정맥 중의 글루코스는 파장 1600nm 및 그 근방의 광을 흡수하기 쉬운 제 1 파장 범위와, 파장 6000nm 내지 9000nm의 광을 흡수하기 쉬운 제 2 파장 범위를 가지는 것이 알려져 있다. 따라서 정맥에 조사되는 광의 반사광을 센서 소자가 검출함으로써, 정맥 중의 글루코스의 양을 검출할 수 있다. 센서 소자가 검출하는 반사광은 프로세서에 의하여 연산되어 혈당치 등으로 환산된다. 통신 장치는 상기 환산된 결과를, 네트워크를 통하여 서버, 퍼스널 컴퓨터, 또는 스마트폰 등의 휴대 정보 단말기에 송신할 수 있다.
다른 일례로서, 파장 760nm 및 그 근방의 광은 정맥 중의 헤모글로빈에 흡수되기 쉽기 때문에, 손바닥이나 손가락 등으로부터의 반사광 등을 수광하여 화상화함으로써 정맥의 위치를 검출할 수 있다. 상기 작용은 생체 인증에 이용할 수 있다. 또한 적절한 파장의 적외광을 이용하여, 식품 내의 이물 검사나 공업 제품의 불량 해석 등의 비파괴 검사에 이용할 수도 있다.
발광 소자는 제 1 유기 화합물과 공유층을 가짐으로써 박형의 광원을 실현할 수 있다. 또한 센서 소자는 제 2 유기 화합물과 상기 공유층을 가짐으로써 박형의 센서를 실현할 수 있다.
또한 발광 소자와 센서 소자가 같은 기판 상에 형성되기 때문에, 발광 소자와 센서 소자 사이에는 차광 기능을 가지는 영역 또는 층 등을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 제 1 영역과 제 2 영역 사이에는, 도전층에 의한 난반사를 저감시키기 위하여 도전층을 포함하지 않은 영역을 제공하는 것이 바람직하다.
다음으로 본 발명의 일 형태인 반도체 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 발광 소자를 가지는 센서 장치이다. 센서 소자는 발광 소자가 사출하여 피사체에 의하여 반사되는 광 등을 수광한다. 발광 소자에는 유기 발광 소자를 사용하고, 센서 소자에는 유기 센서 소자를 사용함으로써, 박형의 광원을 가지는 센서 장치를 구성한다. 또한 센서 소자는 광전 변환 기능을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 형태의 반도체 장치를 설명하는 블록도이다. 상기 반도체 장치(10)는 센서 장치(20), 프로세서(11), 메모리(12), 배터리(13), 통신 장치(14), 화상 처리 회로(15)를 가진다. 센서 장치(20)는 영역(30) 및 영역(40)을 가진다.
화상 처리 회로(15)는 센서 장치(20)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다. 프로세서(11)는 센서 장치(20)로 검출한 검출 데이터를 연산하고, 상기 연산 결과를 통신 장치(14)에 공급할 수 있다. 통신 장치(14)는 상기 연산 결과를, 네트워크(91)를 통하여 서버(90)에 송신할 수 있다. 또한 통신 장치(14)는 상기 연산 결과를, 네트워크(91)를 통하여 스마트폰 등의 휴대 정보 단말기, 또는 퍼스널 컴퓨터 등에 송신하여도 좋다.
영역(30)은 발광 영역(31), 회로(32)(게이트 드라이버), 및 회로(33)(소스 드라이버)를 가진다. 발광 영역(31)은 복수의 제 1 화소를 가지고, 복수의 제 1 화소는 매트릭스상으로 배열되어 있다. 또한 제 1 화소에 대해서는 도 3의 (A), (B1), 및 (B2)에서 자세히 설명한다. 회로(32)는 복수의 제 1 화소를 선택할 수 있다. 회로(33)는 회로(32)에 의하여 선택되는 제 1 화소 각각에 발광 소자의 발광 강도에 따라 발광 데이터를 공급할 수 있다.
영역(40)은 센서 영역(41), 회로(42)(로 드라이버(row driver)), 회로(43)(아날로그 디지털 변환), 및 회로(44)(칼럼 드라이버(column driver))를 가진다. 센서 영역(41)은 복수의 제 2 화소를 가지고, 복수의 제 2 화소는 매트릭스상으로 배열되어 있다. 또한 제 2 화소에 대해서는 도 4의 (A), (B), (C1), 및 (C2)에서 자세히 설명한다. 회로(42)는 복수의 제 2 화소를 선택할 수 있다. 제 2 화소가 가지는 센서 소자는 광전 변환 기능에 의하여 광을 아날로그 신호인 전압으로 변환할 수 있다. 회로(43)는 제 2 화소가 검출하는 아날로그 신호를 검출 데이터로서 디지털 신호로 변환한다. 회로(44)는 검출 데이터를 화상 처리 회로(15)에 공급할 수 있다. 화상 처리 회로(15)는 검출 데이터를 프로세서(11)에 공급할 수 있다.
도 2는 구성이 다른 센서 장치(20a)를 가지는 반도체 장치(10)를 설명하는 블록도이다. 센서 장치(20a)는 발광 영역(31a), 발광 영역(31b), 센서 영역(41a), 센서 영역(41b), 및 센서 영역(41c)을 가진다. 회로(32) 및 회로(33)는 발광 영역(31a) 및 발광 영역(31b)을 구동하고, 회로(42) 및 회로(43)는 센서 영역(41a), 센서 영역(41b), 및 센서 영역(41c)을 구동할 수 있다.
발광 영역(31a)은 발광 영역(31b)과 다른 피크 파장을 가지는 광을 사출하여도 좋다. 또는 발광 영역(31a)은 발광 영역(31b)과 같은 피크 파장을 가지는 광을 사출하여도 좋다.
센서 영역(41a)은 센서 영역(41b) 또는 센서 영역(41c)과 다른 파장 영역의 광을 검출할 수 있다. 예를 들어 센서 영역(41a)은 발광 영역(31a)으로부터 사출되는 피크 파장을 가지는 광을 검출할 수 있다. 또한 센서 영역(41c)은 발광 영역(31b)으로부터 사출되는 피크 파장을 가지는 광을 검출할 수 있다. 센서 영역(41b)은 발광 영역(31a) 및 발광 영역(31b)으로부터 사출되는 피크 파장을 가지는 광 중 어느 하나의 광을 검출할 수 있다. 또는 센서 영역(41b)은 발광 영역(31a) 및 발광 영역(31b)으로부터 사출되는 피크 파장을 가지는 광의 양쪽의 광을 검출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 다른 피크 파장을 가지는 광을 사출하는 광원과, 복수의 다른 피크 파장을 가지는 광을 검출하는 센서 영역을 가지는 센서 장치는 글루코스와 같이 다른 파장 영역에 흡수대를 가지는 대상물을 적절히 검출하는 데 적합하다. 예를 들어 검출하는 대상물이 글루코스인 경우, 파장 1600nm 및 그 근방의 광을 흡수하는 제 1 파장 범위와, 파장 6000nm 내지 9000nm의 광을 흡수하는 제 2 파장 범위를 가진다. 다만 각각의 파장 영역에서의 흡수 강도는 상이한 것이 알려져 있다. 즉 제 1 파장 범위에서 검출하는 제 1 검출 데이터와, 제 2 파장 범위에서 검출하는 제 2 검출 데이터를 비교 또는 연산함으로써, 대상물인 글루코스 레벨 또는 글루코스의 함유 비율을 더 정확하게 검출할 수 있다.
도 3의 (A)는 영역(30)이 가지는 화소 어레이를 설명하는 회로도이다. 영역(30)은 발광 영역(31), 회로(32), 및 회로(33)를 가진다. 발광 영역(31)은 매트릭스상으로 배열된 화소(35(1,1)) 내지 화소(35(m,n)), 배선(G1(1)) 내지 배선(G1(n)), 배선(G2(1)) 내지 배선(G2(n)), 및 배선(S1(1)) 내지 배선(S1(m))을 가진다. 회로(32)는 시프트 레지스터(32a), 복수의 실렉터 회로(32b), 배선(SR1(1)) 내지 배선(SR1(n)), 배선(SR2(1)) 내지 배선(SR2(n)), 배선(SEL), 및 배선(EN)을 가진다. 또한 m, n은 2 이상의 정수이다. 또한 시프트 레지스터(32a)는 디코더 회로로 구성되어도 좋다.
화소(35) 각각은 배선(G1), 배선(G2), 및 배선(S1)과 전기적으로 접속된다.
시프트 레지스터(32a)는 배선(SR1)을 통하여 배선(G1)과 전기적으로 접속된다. 배선(SEL)은 실렉터 회로(32b)의 제 1 입력 단자와 전기적으로 접속된다. 시프트 레지스터(32a)는 배선(SR2)을 통하여 실렉터 회로(32b)의 제 2 입력 단자와 전기적으로 접속된다. 배선(EN)은 실렉터 회로(32b)의 제 3 입력 단자와 전기적으로 접속된다. 실렉터 회로(32b)의 출력 단자는 배선(G2)과 전기적으로 접속된다.
배선(SEL)에 공급되는 신호에 의하여, 실렉터 회로(32b)의 제 2 입력 단자에 공급되는 신호 및 제 3 입력 단자에 공급되는 신호 중 어느 하나를 실렉터 회로(32b)의 출력 신호로서 배선(G2)에 공급할 수 있다. 상기 제 2 입력 단자에 공급되는 신호는 배선(SR2)에 공급되는 시프트 레지스터(32a)의 출력 신호이다. 상기 제 3 입력 단자에 공급되는 신호는 배선(EN)에 공급되는 신호이다. 일례로서 배선(SEL)에 "L"의 신호를 공급하는 경우, 실렉터 회로(32b)는 배선(G2)에 시프트 레지스터(32a)의 출력 신호를 출력할 수 있다. 배선(SEL)에 "H"의 신호를 공급하는 경우, 실렉터 회로(32b)는 배선(G2)에 배선(EN)에 공급되는 신호를 출력할 수 있다.
또한 배선(SEL)에 "H"의 신호를 공급하는 경우, 배선(G2(1)) 내지 배선(G2(n))에는 배선(EN)에 공급되는 신호를 동시에 출력할 수 있다. 따라서 화소(35(1,1)) 내지 화소(35(m,n))를 동시에 발광 또는 소등시킬 수 있다. 즉 카메라의 플래시의 광과 같이 순간적으로 발광하는 광을 생성할 수 있다. 또한 화소(35(1,1)) 내지 화소(35(m,n))가 발광하는 강도는 배선(S1(1)) 내지 배선(S1(m))을 통하여 화소(35) 각각에 공급되는 발광 데이터에 의하여 결정된다.
도 3의 (B1)에서는 화소(35)에 대하여 회로도를 사용하여 설명한다. 화소(35)는 트랜지스터(51) 내지 트랜지스터(54), 용량 소자(55), 및 발광 소자(56)를 가진다. 배선(G1)은 트랜지스터(51)의 게이트 및 트랜지스터(54)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 배선(G2)은 트랜지스터(52)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 배선(S1)은 트랜지스터(51)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 접속된다. 트랜지스터(51)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 용량 소자(55)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(53)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(61)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 발광 소자(56)의 한쪽 전극, 트랜지스터(54)의 한쪽 전극, 및 용량 소자(55)의 다른 쪽 전극과 접속된다. 트랜지스터(54)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(62)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(56)의 다른 쪽 전극은 배선(63)과 전기적으로 접속된다.
배선(G1)에 공급되는 신호는 트랜지스터(51) 및 트랜지스터(54)의 온 또는 오프를 제어할 수 있다. 트랜지스터(51)는 화소의 선택 스위치로서 기능한다. 또한 트랜지스터(51)가 온 상태인 기간에, 트랜지스터(54)는 배선(62)에 공급되는 전위를 용량 소자(55)의 다른 쪽 전극에 공급할 수 있다. 또한 배선(62)에 공급되는 전위는 발광 소자(56)를 발광시키지 않는 전위인 것이 바람직하다. 또한 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 전위가 배선(62)에 공급되는 전위에 의하여 고정되는 기간에, 용량 소자(55)의 한쪽 전극에는 배선(S1)을 통하여 발광 데이터가 공급된다. 또한 트랜지스터(54)의 게이트는 상이한 배선(G3)과 접속되어도 좋다. 배선(G3)을 제공함으로써 트랜지스터(51), 트랜지스터(54)는 다른 타이밍으로 온 또는 오프의 제어를 할 수 있다.
배선(G2)에 공급되는 신호는 용량 소자(55)에 유지되는 발광 데이터를 트랜지스터(53)의 게이트에 공급하는 타이밍을 제어할 수 있다. 또한 트랜지스터(53)의 게이트에는, 용량 소자(55)에 발광 데이터가 공급되기 전에 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽의 전위와 같은 전위가 인가되는 것이 바람직하다.
트랜지스터(51) 내지 트랜지스터(54)에는 반도체층에 금속 산화물을 가지는 OS 트랜지스터를 사용할 수 있다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 낮다는 특성을 가진다. 트랜지스터(51) 내지 트랜지스터(54)에 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 용량 소자(55)에서 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있다.
또는 트랜지스터(53)는 트랜지스터(51)와 다른 반도체층을 가져도 좋다. 예를 들어 트랜지스터(53)는 Si를 반도체층에 가지는 Si 트랜지스터이어도 좋다. Si 트랜지스터로서는 비정질 실리콘을 가지는 트랜지스터, 결정성 실리콘(대표적으로는 저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등)을 가지는 트랜지스터 등을 들 수 있다. 트랜지스터(53)가 Si 트랜지스터인 경우, 발광 소자(56)의 발광 강도를 쉽게 크게 할 수 있다. 또한 트랜지스터(51)가 OS 트랜지스터인 경우, 오프 전류가 작기 때문에, 용량 소자(55)에서 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있다.
또한 다른 일례로서, 트랜지스터(53)는 트랜지스터(51)와 다른 반도체층을 가져도 좋다. 트랜지스터(51)는 Si를 반도체층에 가지는 Si 트랜지스터이어도 좋다. 트랜지스터(51)가 Si 트랜지스터이면 선택 스위치값의 응답성이 향상된다. 또한 트랜지스터(53)가 OS 트랜지스터인 경우, 트랜지스터의 채널 길이를 작게 할 수 있다. 트랜지스터의 채널 길이를 작게 함으로써, 화소의 크기를 작게 할 수 있다. 즉 발광 영역(31)의 정세도(精細度)를 높게 할 수 있다.
상술한 바와 같은 트랜지스터(53)가 트랜지스터(51)와 다른 반도체층을 가지는 경우, 트랜지스터(52) 또는 트랜지스터(54)가 OS 트랜지스터이어도 좋다. 트랜지스터(52)는, OS 트랜지스터이면 오프 전류가 작기 때문에, 용량 소자(55)에 유지되는 발광 데이터의 전류가 트랜지스터(53)의 게이트에 대하여 누설하는 것을 저감하는 스위치로서 기능한다. 따라서 발광 소자(56)가 누설 전류에 의하여 발광하는 것을 억제할 수 있다. 또한 트랜지스터(54)는, OS 트랜지스터이면 오프 전류가 작기 때문에, 발광 소자(56)의 발광 강도가 트랜지스터(54)를 통하는 누설 전류에 의하여 변화되는 것을 억제하는 스위치로서 기능할 수 있다.
또한 다른 일례로서 트랜지스터(53)가 트랜지스터(51)와 다른 반도체층을 가지는 경우, 트랜지스터(52) 또는 트랜지스터(54)가 Si 트랜지스터이어도 좋다. Si 트랜지스터이면 스위치의 응답성이 향상된다. 또한 트랜지스터의 채널 길이, 채널 폭을 작게 함으로써 트랜지스터의 기생 용량을 작게 하여, 발광 영역(31)의 정세도를 높게 할 수 있다.
도 3의 (B2)에는 화소(35a)에서 트랜지스터(51a) 내지 트랜지스터(54a)가 백 게이트를 가지는 예를 나타내었다. 백 게이트는 각각의 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되어 있다. 다만 백 게이트의 접속처는 한정되지 않는다. 트랜지스터의 소스와 전기적으로 접속되어도 좋고, 복수의 트랜지스터의 백 게이트가 또 다른 배선에 접속되고 복수의 트랜지스터가 상기 배선에 의하여 일괄적으로 제어되어도 좋다.
도 4의 (A)에서는 영역(40)이 가지는 화소 어레이에 대하여 회로도를 사용하여 설명한다. 영역(40)은 센서 영역(41), 회로(42), 회로(43), 회로(44), 및 회로(46)를 가진다. 센서 영역(41)은 매트릭스상으로 배열된 화소(45(1,1)) 내지 화소(45(m,n)), 배선(SE(1)) 내지 배선(SE(n)), 및 배선(S2(1)) 내지 배선(S2(m))을 가진다. 회로(46)는 배선(S2) 각각에 대하여 제공된다. 또는 회로(46)는 복수의 배선(S2)에 대하여 하나 제공되어도 좋다.
화소(45)는 배선(SE) 및 배선(S2)과 전기적으로 접속된다. 화소(45)는 배선(S2)을 통하여 회로(46)와 전기적으로 접속된다. 회로(46)는 회로(43)와 전기적으로 접속된다. 회로(43)는 회로(44)와 전기적으로 접속된다. 회로(44)는 화상 처리 회로(15)와 전기적으로 접속된다.
회로(42)는 로 디코더(row decoder)로서 기능하고, 디코더 및 시프트 레지스터 중 어느 하나를 가지는 것이 바람직하다. 회로(42)는 배선(SE)을 통하여 임의의 화소(45)를 선택할 수 있다. 화소(45) 각각은 센서 소자를 가진다. 센서 소자는 입사하는 광을 광전 변환하여 아날로그 데이터인 전압으로 변환한다. 즉 화소(45)는 광을 전압으로 변환하고, 출력 데이터로서 회로(46)에 공급할 수 있다.
회로(46)는 화소(45)의 출력 데이터를 회로(43)에 공급하기 위한 소스 폴로어 회로이다. 회로(43)는 소스 폴로어 회로를 통하여 공급되는 상기 출력 데이터에 대하여 상관 이중 샘플링 처리를 수행한다. 또한 상기 이중 샘플링 처리를 수행한 출력 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 기능을 가진다. 회로(44)는 디지털 데이터를 화상 처리 회로(15)에 전송(轉送)할 수 있다. 회로(44)는 칼럼 디코더(column decoder)로서의 기능을 가진다.
도 4의 (B)에서는 화소(45)에 대하여 회로도를 사용하여 설명한다. 또한 화소(45)는 배선(64) 내지 배선(67)과 전기적으로 접속되어 있다.
화소(45)는 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(75), 용량 소자(76), 용량 소자(77), 및 센서 소자(78)를 가진다. 배선(PR)은 트랜지스터(71)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 배선(Tx)은 트랜지스터(72)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 배선(W)은 트랜지스터(73)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 배선(SE)은 트랜지스터(75)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(71)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(72)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 용량 소자(76)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(71)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(64)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(72)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 센서 소자(78)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 센서 소자(78)의 다른 쪽 전극은 배선(65)과 전기적으로 접속된다. 용량 소자(76)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(73)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(74)의 게이트, 및 용량 소자(77)의 한쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 배선(66)은 트랜지스터(73)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 용량 소자(77)의 다른 쪽 전극과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(74)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 트랜지스터(75)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(74)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(67)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(75)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(S2)과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(75)에는 반도체층에 금속 산화물을 가지는 OS 트랜지스터를 사용할 수 있다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 낮다는 특성을 가진다. 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(75)에 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 용량 소자(76) 및 용량 소자(77)에서 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있다.
또한 트랜지스터(74)는 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(73) 및 트랜지스터(75)와 다른 반도체층을 가져도 좋다. 예를 들어 트랜지스터(74)는 Si를 반도체층에 가지는 Si 트랜지스터이어도 좋다. 트랜지스터(74)가 Si 트랜지스터이면 트랜지스터의 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한 트랜지스터(75)가 OS 트랜지스터인 경우, 오프 전류가 작기 때문에, 배선(S2)으로의 누설 전류를 억제할 수 있다. 또한 트랜지스터(71)가 OS 트랜지스터인 경우, 용량 소자(76)로의 누설 전류를 저감할 수 있다. 또한 트랜지스터(73)가 OS 트랜지스터인 경우, 용량 소자(77)가 전하를 유지할 수 있는 기간을 매우 길게 할 수 있다.
또한 다른 일례로서, 트랜지스터(74)는 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(73) 및 트랜지스터(75)와 다른 반도체층을 가져도 좋다. 예를 들어 트랜지스터(74)는 OS 트랜지스터이어도 좋다. 트랜지스터(74)가 OS 트랜지스터인 경우, 트랜지스터의 채널 길이를 작게 할 수 있다. 또한 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(73) 및 트랜지스터(75)를 Si 트랜지스터로 함으로써, 상기 트랜지스터의 채널 길이를 작게 할 수 있다. 즉 센서 영역(41)의 정세도를 높게 할 수 있다.
[OS 트랜지스터]
OS 트랜지스터에 사용하는 반도체 재료로서는 에너지 갭이 2eV 이상, 바람직하게는 2.5eV 이상, 더 바람직하게는 3eV 이상인 금속 산화물을 사용할 수 있다. 대표적으로는 인듐을 포함한 산화물 반도체 등이 있고, 예를 들어 후술하는 CAAC-OS 또는 CAC-OS 등을 사용할 수 있다. CAAC-OS는 결정을 구성하는 원자가 안정적이고, 신뢰성을 중시하는 트랜지스터 등에 적합하다. 또한 CAC-OS는 고이동도 특성을 나타내므로, 고속 구동을 수행하는 트랜지스터 등에 적합하다.
OS 트랜지스터는 반도체층의 에너지 갭이 크기 때문에 매우 낮은 오프 전류 특성을 나타낸다. 또한 OS 트랜지스터는 임팩트 이온화, 애벌란시(avalanche) 항복, 및 단채널 효과 등이 일어나지 않는다는 등, Si 트랜지스터와는 상이한 특징을 가지고, 내압이 높고 신뢰성이 높은 회로를 형성할 수 있다. 또한 Si 트랜지스터에서 문제가 되는 결정성의 불균일성에 기인하는 전기 특성의 편차도 OS 트랜지스터에서는 일어나기 어렵다.
OS 트랜지스터가 가지는 반도체층은, 예를 들어 인듐, 아연, 및 M(알루미늄, 타이타늄, 갈륨, 저마늄, 이트륨, 지르코늄, 란타넘, 세륨, 주석, 네오디뮴, 또는 하프늄 등의 금속)을 포함하는 In-M-Zn계 산화물로 표기되는 막으로 할 수 있다.
반도체층을 구성하는 산화물 반도체가 In-M-Zn계 산화물인 경우, In-M-Zn 산화물을 성막하기 위하여 사용되는 스퍼터링 타깃의 금속 원소의 원자수비는 In≥M, Zn≥M을 만족시키는 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=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 등이 바람직하다. 또한 성막되는 반도체층의 원자수비는 각각 상기 스퍼터링 타깃에 포함되는 금속 원소의 원자수비의 ±40%의 변동을 포함한다.
반도체층으로서는 캐리어 밀도가 낮은 산화물 반도체를 사용한다. 예를 들어 반도체층에는 캐리어 밀도가 1×1017/cm3 이하, 바람직하게는 1×1015/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1013/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 1×1011/cm3 이하, 더욱더 바람직하게는 1×1010/cm3 미만이고, 1×10-9/cm3 이상인 산화물 반도체를 사용할 수 있다. 이와 같은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부른다. 상기 산화물 반도체는 결함 준위 밀도가 낮고, 안정된 특성을 가지는 산화물 반도체라고 할 수 있다.
또한 이들에 한정되지 않고, 필요로 하는 트랜지스터의 반도체 특성 및 전기 특성(전계 효과 이동도, 문턱 전압 등)에 따라 적절한 조성을 가지는 것을 사용하면 좋다. 또한 필요로 하는 트랜지스터의 반도체 특성을 얻기 위하여 반도체층의 캐리어 밀도나 불순물 농도, 결함 밀도, 금속 원소와 산소의 원자수비, 원자 간 거리, 밀도 등을 적절한 것으로 하는 것이 바람직하다.
반도체층을 구성하는 산화물 반도체에 14족 원소의 하나인 실리콘이나 탄소가 포함되면, 산소 결손이 증가되어 n형화된다. 그러므로 반도체층에서의 실리콘이나 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 알칼리 금속 및 알칼리 토금속은 산화물 반도체와 결합하면 캐리어를 생성하는 경우가 있고, 트랜지스터의 오프 전류가 증대되는 경우가 있다. 그래서 반도체층에서의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도(이차 이온 질량 분석법에 의하여 얻어지는 농도)를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 반도체층을 구성하는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 생김으로써 캐리어 밀도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 이 결과, 질소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성이 되기 쉽다. 그러므로 반도체층에서의 질소 농도(이차 이온 질량 분석법으로 얻어지는 농도)는 5×1018atoms/cm3 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 반도체층은 예를 들어 비단결정 구조이어도 좋다. 비단결정 구조는 예를 들어 c축으로 배향된 결정을 가지는 CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor), 다결정 구조, 미결정 구조, 또는 비정질 구조를 포함한다. 비단결정 구조에서 비정질 구조는 결함 준위 밀도가 가장 높고, CAAC-OS는 결함 준위 밀도가 가장 낮다.
비정질 구조의 산화물 반도체막은 예를 들어 원자 배열이 무질서하며 결정 성분을 가지지 않는다. 또는 비정질 구조의 산화물막은 예를 들어 완전한 비정질 구조이며, 결정부를 가지지 않는다.
또한 반도체층이 비정질 구조의 영역, 미결정 구조의 영역, 다결정 구조의 영역, CAAC-OS의 영역, 단결정 구조의 영역 중 2종류 이상을 가지는 혼합막이어도 좋다. 혼합막은 예를 들어 상술한 영역 중 어느 2종류 이상의 영역을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조를 가지는 경우가 있다.
이하에서는 비단결정의 반도체층의 일 형태인 CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS의 구성에 대하여 설명한다.
CAC-OS란 예를 들어 산화물 반도체를 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재한 재료의 하나의 구성이다. 또한 이하에서는 산화물 반도체에서 하나 또는 그 이상의 금속 원소가 편재하고, 상기 금속 원소를 가지는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 2nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 산화물 반도체는 적어도 인듐을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 인듐 및 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 이들에 더하여 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 붕소, 실리콘, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류가 포함되어도 좋다.
예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS(CAC-OS 중에서도 In-Ga-Zn 산화물을 특히 CAC-IGZO라고 불러도 좋음)란, 인듐 산화물(이하 InOX1(X1은 0보다 큰 실수)로 함) 또는 인듐 아연 산화물(이하 InX2ZnY2OZ2(X2, Y2, 및 Z2는 0보다 큰 실수)로 함)과, 갈륨 산화물(이하 GaOX3(X3은 0보다 큰 실수)으로 함) 또는 갈륨 아연 산화물(이하 GaX4ZnY4OZ4(X4, Y4, 및 Z4는 0보다 큰 실수)로 함) 등으로 재료가 분리됨으로써 모자이크 패턴이 되고, 모자이크 패턴의 InOX1 또는 InX2ZnY2OZ2가 막 내에 균일하게 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다.
즉 CAC-OS는 GaOX3이 주성분인 영역과, InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역이 혼합되는 구성을 가지는 복합 산화물 반도체이다. 또한 본 명세서에서 예를 들어 제 1 영역의 원소 M에 대한 In의 원자수비가 제 2 영역의 원소 M에 대한 In의 원자수비보다 큰 것을, 제 1 영역은 제 2 영역과 비교하여 In의 농도가 높다고 한다.
또한 IGZO는 통칭이며, In, Ga, Zn, 및 O로 이루어지는 하나의 화합물을 말하는 경우가 있다. 대표적인 예로서, InGaO3(ZnO)m1(m1은 자연수) 또는 In(1+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≤x0≤1, m0은 임의의 수)으로 나타내어지는 결정성 화합물을 들 수 있다.
상기 결정성 화합물은 단결정 구조, 다결정 구조, 또는 CAAC 구조를 가진다. 또한 CAAC 구조는 복수의 IGZO의 나노 결정이 c축 배향을 가지고, 또한 a-b면에서는 배향하지 않고 연결된 결정 구조이다.
한편으로, CAC-OS는 산화물 반도체의 재료 구성에 관한 것이다. CAC-OS란 In, Ga, Zn, 및 O를 포함한 재료 구성에서, 일부에 Ga를 주성분으로 하는 나노 입자상으로 관찰되는 영역과, 일부에 In을 주성분으로 하는 나노 입자상으로 관찰되는 영역이 각각 모자이크 패턴으로 무작위로 분산되어 있는 구성을 말한다. 따라서 CAC-OS에서 결정 구조는 부차적인 요소이다.
또한 CAC-OS는 조성이 상이한 2종류 이상의 막의 적층 구조를 포함하지 않는 것으로 한다. 예를 들어 In을 주성분으로 하는 막과, Ga를 주성분으로 하는 막의 2층으로 이루어지는 구조는 포함하지 않는다.
또한 GaOX3이 주성분인 영역과, InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역에서는, 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
또한 갈륨 대신에 알루미늄, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 붕소, 실리콘, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 또는 마그네슘 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류가 포함되어 있는 경우, CAC-OS는 일부에 상기 금속 원소를 주성분으로 하는 나노 입자상으로 관찰되는 영역과, 일부에 In을 주성분으로 하는 나노 입자상으로 관찰되는 영역이 각각 모자이크 패턴으로 무작위로 분산되어 있는 구성을 말한다.
CAC-OS는 예를 들어 기판을 의도적으로 가열하지 않는 조건하에서 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법으로 형성하는 경우, 성막 가스로서 불활성 가스(대표적으로는 아르곤), 산소 가스, 및 질소 가스에서 선택된 어느 하나 또는 복수를 사용하면 좋다. 또한 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비는 낮을수록 바람직하고, 예를 들어 산소 가스의 유량비를 0% 이상 30% 미만, 바람직하게는 0% 이상 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
CAC-OS는 X선 회절(XRD: X-ray diffraction) 측정법의 하나인 Out-of-plane법에 의한 θ/2θ 스캔을 사용하여 측정하였을 때 명확한 피크가 관찰되지 않는다는 특징을 가진다. 즉 X선 회절 측정으로부터 측정 영역의 a-b면 방향 및 c축 방향의 배향이 보이지 않는 것을 알 수 있다.
또한 CAC-OS는 프로브 직경이 1nm인 전자선(나노 빔 전자선이라고도 함)을 조사함으로써 얻어지는 전자 회절 패턴에서, 링 형상으로 휘도가 높은 영역(링 영역)과, 상기 링 영역에 복수의 휘점이 관측된다. 따라서 전자 회절 패턴으로부터 CAC-OS의 결정 구조가 평면 방향 및 단면 방향에서 배향성을 가지지 않는 nc(nano-crystal) 구조를 가지는 것을 알 수 있다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑에 의하여, GaOX3이 주성분인 영역과, InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역이 편재되고 혼합된 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
CAC-OS는 금속 원소가 균일하게 분포된 IGZO 화합물과는 상이한 구조이고, IGZO 화합물과는 상이한 성질을 가진다. 즉 CAC-OS는 GaOX3 등이 주성분인 영역과, InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역으로 서로 상분리(相分離)되어, 각 원소를 주성분으로 하는 영역이 모자이크 패턴인 구조를 가진다.
여기서 InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역은 GaOX3 등이 주성분인 영역과 비교하여 도전성이 높은 영역이다. 즉 InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역을 캐리어가 흐름으로써, 산화물 반도체로서의 도전성이 발현된다. 따라서 InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역이 산화물 반도체 내에 클라우드상으로 분포됨으로써 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
한편으로 GaOX3 등이 주성분인 영역은 InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1이 주성분인 영역과 비교하여 절연성이 높은 영역이다. 즉 GaOX3 등이 주성분인 영역이 산화물 반도체 내에 분포됨으로써 누설 전류가 억제되어 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 반도체 소자에 사용한 경우, GaOX3 등에 기인하는 절연성과, InX2ZnY2OZ2 또는 InOX1에 기인하는 도전성이 상보적으로 작용함으로써, 높은 온 전류(Ion) 및 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 반도체 소자는 신뢰성이 높다. 따라서 CAC-OS는 다양한 반도체 장치의 구성 재료로서 적합하다.
도 4의 (C1)은 회로(46)를 설명하는 회로도이다. 회로(46)는 트랜지스터(81), 단자(83), 및 단자(84)를 가진다. 트랜지스터(81)의 게이트는 배선(BR)과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(81)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 단자(83) 및 단자(84)와 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(81)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(68)과 전기적으로 접속되어 있다.
도 4의 (C2)는 회로(46a)를 설명하는 회로도이다. 회로(46a)는 트랜지스터(82)를 가지는 점이 도 4의 (C1)과 상이하다. 배선(BR)은 트랜지스터(81)의 게이트 및 트랜지스터(82)의 게이트와 전기적으로 접속되어 있다. 배선(68)은 트랜지스터(81)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 및 트랜지스터(82)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(81)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 단자(83) 및 단자(84)와 전기적으로 접속되어 있다.
도 5는 도 2에서 설명한 센서 장치(20a)를 자세히 설명하는 도면이다. 또한 도 5에서는 설명을 용이하게 하기 위하여 발광 영역(31a)과, 센서 영역(41a), 센서 영역(41b)에 대하여 설명한다.
센서 영역(41a) 및 센서 영역(41b)은 회로(42)와 전기적으로 접속되어 있다. 발광 영역(31a)은 회로(32)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(42)는 배선(SEa)을 통하여 센서 영역(41a)이 가지는 화소(45)와 전기적으로 접속되고, 배선(SEb)을 통하여 센서 영역(41b)이 가지는 화소(45)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(32)는 배선(G1a) 및 배선(G2a)을 통하여 발광 영역(31a)이 가지는 화소(35)와 전기적으로 접속되어 있다.
센서 영역(41a)과 발광 영역(31a) 사이에는 영역(CL1)이 형성되고, 영역(CL1)에는 배선 또는 회로 등이 제공되지 않는다. 영역(CL1)에 배선 또는 회로 등이 배치되지 않기 때문에, 센서 영역(41a)과 발광 영역(31a) 사이에 거리가 확보된다. 따라서 발광 영역(31a)이 사출하는 확산광이 미광이 된 경우, 영역(CL1)이 확보됨으로써 상기 미광이 센서 영역(41a)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 또한 센서 장치(20a)가 가요성을 가지는 경우, 배선 또는 회로 등이 배치되지 않은 영역을 가짐으로써, 영역(CL1)에 배치되는 구조물이 없어져 곡률 반경이 작게 되기 때문에 가요성이 향상된다.
또한 센서 소자를 가지는 화소(45)는 발광 소자(56)를 가지는 화소(35)와 같은 크기의 화소이어도 좋고, 다른 크기의 화소이어도 좋다. 예를 들어 화소(45)의 크기가 화소(35)의 크기와 같은 경우에는, 발광 영역(31)과 센서 영역(41)은 동기화된 신호를 사용할 수 있다. 따라서 회로 구성을 간단하게 할 수 있다. 또한 발광 영역(31)과 센서 영역(41)은 독립적으로 각각을 구동할 수 있다. 따라서 센서 영역(41)은 발광 영역(31)에 비하여 쉽게 크게 할 수 있다.
또한 화소(45)의 크기가 화소(35)의 크기와 다른 예에 대하여 설명한다. 발광 영역(31)을 플래시의 광처럼 동시에 점등시키는 경우, 발광 소자(56)를 크게 함으로써 발광 데이터를 화소에 공급하는 시간을 적게 할 수 있다. 센서 영역(41)은 글로벌 셔터 방식과 롤링 셔터 방식을 전환하여 대상물로부터의 반사광을 검출할 수 있다. 예를 들어 글로벌 셔터 방식에 의하여 검출한 제 3 검출 데이터와 제 4 검출 데이터의 차분 데이터를 검출할 수 있다. 상기 차분 데이터는, 대상물이 수광함으로써 변화한 반사광을 검출한 제 3 검출 데이터에서, 시간이 지남에 따라 변화하는 대상물로부터의 반사광을 검출한 제 4 검출 데이터로의 변화량을 검출하는 데 적합하다.
또한 롤링 셔터 방식이란, 센서 영역이 가지는 복수의 화소(45)가 노광과 데이터의 판독을 순차적으로 수행하는 동작 방법이고, 어떤 행의 판독 기간과 다른 행의 노광 기간을 중첩시키는 방식이다. 또한 노광이란, 센서 소자가 수광하는 광을 광전 변환 기능에 의하여 전압으로 변환하는 것을 뜻한다. 노광 후 바로 판독 동작을 수행하기 때문에, 검출 데이터의 유지 기간이 비교적 짧은 회로 구성이어도 촬상을 수행할 수 있다. 그러나 촬상의 동시성이 없는 검출 데이터로 1프레임의 화상이 구성되기 때문에, 동체의 촬상에 있어서는 화상에 왜곡이 발생한다.
한편 글로벌 셔터 방식은 모든 화소에서 동시에 노광을 수행하여 각 화소에 검출 데이터를 유지하고 행마다 데이터를 판독하는 동작 방법이다. 따라서 동체의 촬상에 있어서도 왜곡의 없는 화상을 얻을 수 있다.
예를 들어 화소(45)가 가지는 트랜지스터(73) 및 트랜지스터(75)로서 반도체층에 금속 산화물이 사용된 트랜지스터를 사용함으로써, 용량 소자(77)가 유지하는 전하의 유지 기간을 매우 길게 할 수 있다. 그러므로 회로 구성이나 동작 방법을 복잡하게 하지 않고 모든 화소에서 동시에 전하의 축적 동작을 수행하는 글로벌 셔터 방식을 적용할 수 있다.
도 6은 도 5와는 다른 센서 장치(20a)를 자세히 설명하는 도면이다. 발광 영역(31a)과, 센서 영역(41a), 센서 영역(41b)에 대하여 설명한다.
센서 영역(41a), 발광 영역(31a), 및 센서 영역(41b)은 각각 회로(42a), 회로(32e), 및 회로(42b)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(42a)는 배선(SEa)을 통하여 센서 영역(41a)이 가지는 화소(45)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(32e)는 배선(G1a) 및 배선(G2a)을 통하여 발광 영역(31a)이 가지는 화소(35)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(42b)는 배선(SEb)을 통하여 센서 영역(41b)이 가지는 화소(45)와 전기적으로 접속되어 있다.
센서 영역(41a)과 발광 영역(31a) 사이에는 영역(CL2)이 형성되고, 영역(CL2)에는 회로(32e)가 제공된다. 발광 영역(31a)이 사출하는 확산광이 미광이 된 경우, 영역(CL2)에 배치되는 회로(32e)가 상기 미광을 차광함으로써 센서 영역(41a)에 입사하는 것을 억제할 수 있다.
도 7은 도 6과는 다른 센서 장치(20a)를 자세히 설명하는 도면이다. 발광 영역(31a)과, 센서 영역(41a), 센서 영역(41b)에 대하여 설명한다.
센서 영역(41a) 및 센서 영역(41b)은 회로(42)와 전기적으로 접속되어 있다. 발광 영역(31a)은 회로(32)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(42)는 배선(SEa)을 통하여 센서 영역(41a) 및 센서 영역(41b)이 가지는 화소(45)와 전기적으로 접속되어 있다. 회로(32)는 배선(G1a) 및 배선(G2a)을 통하여 발광 영역(31a)이 가지는 화소(35)와 전기적으로 접속되어 있다.
센서 영역(41a)과 발광 영역(31a) 사이에는 영역(CL3)이 형성되고, 영역(CL3)에는 배선이 제공된다. 영역(CL3)에 의하여 센서 영역(41a)과 발광 영역(31a) 사이에 거리가 확보된다. 따라서 발광 영역(31a)이 사출하는 확산광이 미광이 된 경우, 영역(CL3)은 상기 미광이 센서 영역(41a)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 또한 센서 장치(20a)가 가요성을 가지는 경우, 회로 등이 배치되지 않은 영역을 가짐으로써, 영역(CL3)에 배치되는 구조물이 적어져 곡률 반경이 작게 되기 때문에 가요성이 향상된다.
[유기 발광 소자]
발광 소자(56)에는 유기 발광 소자를 사용할 수 있다. 상기 유기 발광 소자로서는 적외광을 발하는 소자를 사용할 수 있다. 특히 파장 700nm 이상 9000nm 이하에 피크를 가지는 적외광을 발하는 유기 발광 소자인 것이 바람직하다.
또한 발광 소자(56)에는 유기 발광 소자를 사용함으로써 박형의 광원을 가지는 촬상 장치를 실현할 수 있어, 다양한 기기에 용이하게 탑재할 수 있고, 휴대성도 향상시킬 수 있다.
유기 발광 소자에는 일렉트로루미네선스를 이용하는 발광 소자(EL 소자)를 적용할 수 있다. EL 소자는 한 쌍의 전극 사이에 발광성 화합물을 포함하는 층(EL층)을 가진다. 한 쌍의 전극 사이에 EL 소자의 문턱 전압보다 큰 전위차를 발생시키면, EL층에 양극 측으로부터 정공이 주입되고, 음극 측으로부터 전자가 주입된다. 주입된 전자와 정공은 EL층에서 재결합하고, EL층에 포함되는 발광 물질이 발광한다.
또한 EL 소자는 발광 재료가 유기 화합물인지, 무기 화합물인지에 따라 구별되고, 일반적으로 전자는 유기 EL 소자, 후자는 무기 EL 소자라고 불린다.
유기 EL 소자에서는 전압을 인가함으로써, 한쪽 전극으로부터 전자가, 다른 쪽 전극으로부터 정공이 각각 EL층에 주입된다. 그리고 이들 캐리어(전자 및 정공)가 재결합함으로써, 발광성 유기 화합물이 여기 상태를 형성하고, 이 여기 상태가 바닥 상태로 되돌아갈 때 발광한다. 이와 같은 메커니즘을 가지기 때문에 이와 같은 발광 소자는 전류 여기형 발광 소자라고 불린다.
EL층은 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성될 수 있다.
무기 EL 소자는 그 소자 구성에 따라 분산형 무기 EL 소자와 박막형 무기 EL 소자로 분류된다. 분산형 무기 EL 소자는 발광 재료의 입자를 바인더 내로 분산시킨 발광층을 가지는 것이며, 발광 메커니즘은 도너 준위와 억셉터 준위를 이용하는 도너-억셉터 재결합형 발광이다. 박막형 무기 EL 소자는 발광층을 유전체층 사이에 두고, 또한 그것을 전극 사이에 둔 구조를 가지고, 발광 메커니즘은 금속 이온의 내각 전자 전이(inner-shell electron transition)를 이용하는 국재형 발광이다.
발광 소자의 구성을 설명한다. 예를 들어 EL층은 제 1 층, 발광층, 제 2 층 등의 복수의 층으로 구성할 수 있다. 제 1 층은 예를 들어 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층(전자 주입층) 및 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(전자 수송층) 등을 가질 수 있다. 발광층은 예를 들어 발광성 화합물을 가진다. 제 2 층은 예를 들어 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 주입층) 및 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 수송층)을 가질 수 있다.
제 1 전극과 제 2 전극 사이에 제공된 EL층은 단일의 발광 유닛으로서 기능할 수 있다. 또한 제 1 층과 제 2 층 사이에 복수의 발광층이 제공되어 있어도 좋다. 또한 제 1 전극 및 제 2 전극 중 어느 한쪽에 투광성의 도전막을 사용함으로써, 광의 사출 방향이 결정된다.
발광 소자는 EL층을 구성하는 재료에 따라 다양한 파장의 광을 발할 수 있다. 본 발명의 일 형태에서는 EL층을 구성하는 재료로서 적외광(파장 700nm 내지 9000nm에 피크 파장을 가지는 광)을 발하는 재료를 사용한다. 예를 들어 720nm, 760nm, 850nm, 900nm 등, 대상으로 하는 파장 범위에 피크 파장을 발하는 재료를 용도에 따라 사용하면 좋다.
또한 본 발명의 일 형태에서는, EL층의 발광 재료(게스트 재료 또는 도펀트 재료라고도 함)로서, 적외광을 나타내는 유기 금속 이리듐 착체를 가지는 것이 바람직하다. 상기 유기 금속 이리듐 착체로서는 다이메틸페닐 골격과 퀴녹살린 골격을 가지는 것이 적합하다. 또한 상기 유기 금속 이리듐 착체로서는 대표적으로는 비스{4,6-다이메틸-2-[3-(3,5-다이메틸페닐)-2-퀴녹살리닐-κN]페닐-κC}(2,2',6,6'-테트라메틸-3,5-헵테인다이오네이토-κ2O,O')이리듐(III)(약칭:Ir(dmdpq)2(dpm)) 등을 사용할 수 있다. 상기 유기 금속 이리듐 착체를 사용함으로써, 양자 효율 또는 발광 효율이 높은 촬상 소자를 제공할 수 있다.
또한 상기 유기 금속 이리듐 착체를 분산 상태로 하기 위하여 사용하는 물질(즉 호스트 재료)로서는 예를 들어, 2,3-비스(4-다이페닐아미노페닐)퀴녹살린(약칭: TPAQn), NPB 등 아릴아민 골격을 가지는 화합물 외에, CBP, 4,4',4''-트리스(카바졸-9-일)트라이페닐아민(약칭: TCTA) 등의 카바졸 유도체나, 비스[2-(2-하이드록시페닐)피리디네이토]아연(약칭: Znpp2), 비스[2-(2-하이드록시페닐)벤즈옥사졸레이토]아연(약칭: Zn(BOX)2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이토)(4-페닐페놀레이토)알루미늄(약칭: BAlq), 트리스(8-퀴놀리놀레이토)알루미늄(약칭: Alq3) 등의 금속 착체가 바람직하다. 또한 PVK 등의 고분자 화합물을 사용할 수도 있다.
또한 상기 유기 금속 이리듐 착체를 분산 상태로 하기 위하여 사용하는 재료(호스트 재료)로서는 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 사용하는 것이 적합하다.
또한 발광층이 상술한 유기 금속 이리듐 착체(게스트 재료)와 상술한 호스트 재료를 포함하도록 형성됨으로써, EL층으로부터 발광 효율이 높은 적외의 인광 발광을 얻을 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 센서 장치에 대하여 도 8 내지 도 15를 사용하여 설명한다.
이하에서 예시하는 센서 장치는 발광하는 기능과 촬상하는 기능을 가지는 장치이다. 이하에서 예시하는 센서 장치는 실시형태 1에서의 발광 영역이나 센서 영역에 적용할 수 있다.
[개요]
본 실시형태의 센서 장치는 가요성을 가지는 기판 상에 센서 소자와 발광 소자를 가진다. 구체적으로는 발광 영역에 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 발광 영역이 광원으로서 기능한다. 또한 상기 센서 영역에는 센서 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 센서 영역은 수광부로서 기능한다. 수광부는 검사용 센서, 이미지 센서, 터치 센서에 사용할 수 있다. 즉 수광부로 광을 검출함으로써, 발광 소자의 광을 받은 대상물로부터의 반사광의 검출이나, 대상물(손가락이나 펜 등)의 근접 또는 접촉의 검출이 가능하다.
본 실시형태의 센서 장치에서는 발광 영역이 가지는 발광 소자의 발광을 대상물이 반사하였을 때 센서 영역의 센서 소자가 그 반사광을 검출할 수 있기 때문에, 대상물에 부착시켜 사용할 수 있거나, 또는 웨어러블 전자 기기(예를 들어 시계 등)에 쉽게 제공할 수 있다.
발광 소자는 유기 발광 소자이어도 좋다. 예를 들어 유기 발광 소자로서, OLED(Organic Light Emitting Diode)나 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자를 사용할 수 있다. 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 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 화소에 본딩함으로써 발광 소자로서 사용할 수도 있다. 이하에서는, 발광 소자는 유기 발광 소자(EL 소자) 및 마이크로 LED 등을 포함하는 것으로 하여 설명한다.
본 실시형태의 센서 장치는 센서 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
센서 소자는 700nm 이상에 피크 파장을 가지는 광을 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 대상물로부터 반사광으로서 되돌아오는 700nm 이상의 광을 검출함으로써, 대상물의 종류, 조성, 및 화상 등을 검출할 수 있다.
예를 들어 센서 장치를 사용하여, 혈액 중의 헤모글로빈, 글루코스 등을 검출할 수 있다. 또한 과일의 당도, 옷 등에 끼인 바늘 등의 이물 등을 검출할 수 있다. 즉 본 실시형태의 센서 장치는 생체 모니터 또는 생체 인증용 센서를 제공할 수 있다. 예를 들어 시계 등의 전자 기기에 센서 장치를 내장시킴으로써, 센서 장치와 별도로 생체 모니터를 제공하는 경우에 비하여 전자 기기의 부품수를 줄일 수 있어, 전자 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한 센서 소자를 터치 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 센서 장치는 센서 소자를 사용하여, 정맥 인증 등의 생체 인증용 센서로서 기능할 수 있다.
센서 소자로서는 예를 들어, pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 있다. 센서 소자는, 센서 소자에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 입사하는 광량에 따라 발생하는 전하량이 결정된다.
특히 센서 소자로서, 유기 화합물을 포함하는 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하며, 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 센서 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용하고, 센서 소자로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 포토다이오드는 유기 EL 소자와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많다. 그러므로 제작 공정을 대폭으로 늘리지 않고 센서 장치에 센서 소자를 내장시킬 수 있다. 예를 들어 센서 소자의 활성층과 발광 소자의 발광층을 따로따로 만들고, 그 외의 층은 발광 소자와 센서 소자에서 동일한 구성으로 할 수 있다.
도 8의 (A) 및 (B)에 본 발명의 일 형태의 센서 장치를 나타내었다.
도 8의 (A)에 나타낸 센서 장치(100A)는 발광 영역(31a, 31b), 센서 영역(41a, 41b, 41c), 및 FPC(172)를 가진다. 센서 장치(100A)는 FPC(172)를 통하여 반도체 장치와 전기적으로 접속된다. 또한 FPC(172) 상에는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여, 화상 처리 회로를 포함하는 IC(집적 회로)가 제공되어 있어도 좋다. 예를 들어 IC(173)는 타이밍 제어 회로, 신호선 구동 회로, 소스 폴로어 회로, 아날로그 디지털 변환 회로 등을 가지는 것이 바람직하다. 또한 IC(173)는 패키지된 IC를 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)에 의하여 실장하여도 좋고, 플립 칩 실장 방법에 의하여 베어칩을 실장하여도 좋다.
도 8의 (B)에 나타낸 센서 장치는 FPC(172)와 달리, 기판 상에 제공된 전극(244)에 의하여, 반도체 장치와 접속할 수 있다. 또한 도 8의 (B)에는 일례로서, 센서 장치(100A)에 IC를 제공하지 않는 구성을 나타내었다.
또한 도 8의 (A) 또는 도 8의 (B)는 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 센서 소자 트랜지스터를 가지는 층, 센서 소자를 가지는 층, 및 발광 소자를 가지는 층을 가진다.
이하에서는 도 9 내지 도 11을 사용하여, 본 발명의 일 형태의 센서 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[센서 장치(300A)]
도 9의 (A)에 센서 장치(300A)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(300A)는 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)를 가진다.
센서 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.
격벽(219)은 절연층(214) 위에 위치한다. 격벽(219)은 절연층이다.
화소 전극(111) 및 화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 다만 화소 전극(191)은 절연층(214)과 격벽(219) 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 센서 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통으로 사용되는 층이다.
활성층(113)은 공통층(112)을 개재(介在)하여 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 화합물과는 다른 제 2 유기 화합물을 가진다.
공통층(114)은 공통층(112) 위, 활성층(113) 위, 및 발광층(193) 위에 위치한다. 공통층(114)은 센서 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통으로 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 센서 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통으로 사용되는 층이다.
본 실시형태의 센서 장치에서는, 센서 소자(110)의 활성층(113)에 유기 화합물을 사용한다. 센서 소자(110)에서는 활성층(113) 이외의 층을, 발광 소자(190)(EL 소자)와 공통의 구성으로 할 수 있다. 그러므로 발광 소자(190)의 제작 공정에, 활성층(113)을 성막하는 공정을 추가하기만 하면, 발광 소자(190)의 형성과 병행하여 센서 소자(110)를 형성할 수 있다. 또한 발광 소자(190)와 센서 소자(110)를 동일 기판 상에 형성할 수 있다. 따라서 제작 공정을 대폭으로 늘리지 않고 센서 장치에 센서 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
센서 장치(300A)에서는 센서 소자(110)의 활성층(113)과, 발광 소자(190)의 발광층(193)을 따로따로 만드는 것을 제외하여 센서 소자(110)와 발광 소자(190)가 공통의 구성인 예를 나타내었다. 다만 센서 소자(110)와 발광 소자(190)의 구성은 이에 한정되지 않는다. 센서 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193) 외에도 따로따로 만드는 층을 가져도 좋다(후술하는 센서 장치(300K, 300L, 300M) 참조). 센서 소자(110)와 발광 소자(190)는 공통으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 제작 공정을 대폭으로 늘리지 않고 센서 장치에 센서 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
센서 장치(300A)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 센서 소자(110), 발광 소자(190), 트랜지스터(47), 및 트랜지스터(48) 등을 가진다.
센서 소자(110)에서, 화소 전극(111)과 공통 전극(115) 사이에 각각 위치하는 공통층(112), 활성층(113), 및 공통층(114)은 유기층(유기 화합물을 포함하는 층)이라고도 할 수 있다. 화소 전극(111)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 격벽(216)은 격벽(219) 위에 위치한다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 발광 소자(190)가 포함하는 화소 전극(111)은 격벽(219)과 격벽(216)이 접하는 일점쇄선으로 나타낸 영역(191a)을 가진다. 공통 전극(115)은 광을 투과시키는 기능을 가진다.
센서 소자(110)는 광을 검지하는 기능을 가진다. 구체적으로는 센서 소자(110)는 센서 장치(300A)의 외부로부터 입사하는 광(22)을 수광하고, 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(22)은 발광 소자(190)의 발광을 대상물이 반사한 광이라고도 할 수 있다. 또한 광(22)은 후술하는 렌즈를 통하여 센서 소자(110)에 입사하여도 좋다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 센서 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써 센서 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다.
차광층(BM)으로서는 발광 소자로부터의 발광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(BM)은 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(BM)으로서 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, 또는 청색의 컬러 필터의 적층 구조이어도 좋다.
여기서 발광 소자(190)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 센서 소자(110)는 검출한다. 그러나 발광 소자(190)의 발광이 센서 장치(300A) 내에서 반사되고, 대상물을 거치지 않고 센서 소자(110)에 입사할 경우가 있다. 차광층(BM)은 이러한 확산광의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어 차광층(BM)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(190)가 발한 광(23a)은 기판(152)에서 반사되고, 반사광(23b)이 센서 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(BM)을 제공함으로써 반사광(23b)이 센서 소자(110)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 또한 영역(191a)을 가짐으로써, 발광 소자(190)가 발한 광(23c)은 화소 전극(191)에 의하여 반사되고, 반사광(23d)은 발광(21)과 실질적으로 같은 방향으로 사출된다. 따라서 원래 확산광으로서 노이즈가 되는 광을 유효하게 사용할 수 있다. 즉 화소 전극(191)은 영역(191a)을 가짐으로써 차광 기능 및 집광 기능을 가질 수 있다. 이에 의하여 노이즈가 저감되고, 센서 소자(110)가 사용된 센서의 감도를 높일 수 있다.
발광 소자(190)에서, 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 각각 위치하는 공통층(112), 발광층(193), 및 공통층(114)은 EL층이라고도 할 수 있다. 화소 전극(191)은 광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 공통 전극(115)은 광을 투과시키는 기능을 가진다.
발광 소자(190)는 광을 발하는 기능을 가진다. 구체적으로는 발광 소자(190)는 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 전압을 인가함으로써 기판(152) 측에 광을 사출하는 전계 발광 소자이다(발광(21) 참조).
발광층(193)은 센서 소자(110)의 수광 영역(센서 영역)과 중첩되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여 발광층(193)이 광(22)을 흡수하는 것을 억제할 수 있어, 센서 소자(110)에 조사되는 광량을 증가시킬 수 있다.
화소 전극(111)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(47)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(111)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다.
화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(48)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 트랜지스터(48)는 발광 소자(190)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
트랜지스터(47)와 트랜지스터(48)는 같은 층(도 9의 (A)에서는 기판(151)) 위에 접한다.
센서 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, 센서 장치의 두께를 얇게 할 수 있으며, 제작 공정을 간략화할 수 있다.
센서 소자(110) 및 발광 소자(190)는 각각 보호층(195)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 9의 (A)에서는 보호층(195)이 공통 전극(115) 위에 접하여 제공되어 있다. 보호층(195)을 제공함으로써 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여, 센서 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 10의 (A)에 나타내어진 바와 같이, 센서 소자(110) 위 및 발광 소자(190) 위에 보호층을 가지지 않아도 된다. 도 10의 (A)에서는 접착층(142)에 의하여 공통 전극(115)과 기판(152)이 접합되어 있다.
[센서 장치(300B)]
도 9의 (B)에 센서 장치(300B)의 단면도를 나타내었다. 또한 이하의 센서 장치의 설명에 있어서, 상술한 센서 장치와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 9의 (B)에 나타낸 센서 장치(300B)는 센서 장치(300A)의 구성에 더하여 렌즈(149)를 가진다.
본 실시형태의 센서 장치는 렌즈(149)를 가져도 좋다. 렌즈(149)는 센서 소자(110)와 중첩된 위치에 제공되어 있다. 센서 장치(300B)에서는 렌즈(149)가 기판(152)과 접하여 제공되어 있다. 센서 장치(300B)가 가지는 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 또는 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가져도 좋다.
기판(152)의 동일면 상에 차광층(BM)과 렌즈(149)의 양쪽을 형성하는 경우, 그 형성 순서는 한정되지 않는다. 도 9의 (B)에서는 렌즈(149)를 먼저 형성하는 예를 나타내었지만, 차광층(BM)을 먼저 형성하여도 좋다. 도 9의 (B)에서는 렌즈(149)의 단부가 차광층(BM)으로 덮여 있다.
센서 장치(300B)는 광(22)이 렌즈(149)를 통하여 센서 소자(110)에 입사하는 구성이다. 렌즈(149)를 가지면 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여, 센서 소자(110)의 촬상 범위를 좁게 할 수 있어, 인접한 센서 소자(110)와 촬상 범위가 중첩되는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여 흐릿함이 적은, 선명한 화상을 촬상할 수 있다. 또한 센서 소자(110)의 촬상 범위가 같은 경우, 렌즈(149)를 가지면 렌즈(149)를 가지지 않는 경우에 비하여, 핀 홀의 크기(도 9의 (B)에서는 센서 소자(110)와 중첩되는 BM의 개구의 크기에 상당함)를 크게 할 수 있다. 따라서 렌즈(149)를 가짐으로써, 센서 소자(110)에 입사하는 광량을 증가시킬 수 있다.
도 10의 (B), (C)에 나타낸 센서 장치도 각각, 도 9의 (B)에 나타낸 센서 장치(300B)와 마찬가지로, 광(22)이 렌즈(149)를 통하여 센서 소자(110)에 입사하는 구성이다.
도 10의 (B)에서는 렌즈(149)가 보호층(195)의 상면에 접하여 제공되어 있다. 도 10의 (B)에 나타낸 센서 장치가 가지는 렌즈(149)는 기판(152) 측에 볼록면을 가진다.
도 10의 (C)에 나타낸 센서 장치는 기판(152)의 표시면 측에 렌즈 어레이(146)가 제공되어 있다. 렌즈 어레이(146)가 가지는 렌즈는 센서 소자(110)와 중첩되는 위치에 제공되어 있다. 기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 센서 장치에 사용하는 렌즈의 형성 방법으로서는 기판 위 또는 센서 소자 위에 마이크로 렌즈 등의 렌즈를 직접 형성하여도 좋고, 별도로 제작된 마이크로 렌즈 어레이 등의 렌즈 어레이를 기판에 접합하여도 좋다.
[센서 장치(300C)]
도 9의 (C)에 센서 장치(300C)의 단면도를 나타내었다.
도 9의 (C)에 나타낸 센서 장치(300C)는, 기판(151), 기판(152), 및 격벽(216)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 절연층(212), 격벽(219a), 및 격벽(217)을 가지는 점에서 센서 장치(300A)와 상이하다. 또한 격벽(219a)은 유기층으로 형성되어도 좋고, 도전층으로 형성되어도 좋다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
센서 장치(300C)는, 제작 기판 상에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(47), 트랜지스터(48), 센서 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 상으로 전치함으로써 제작되는 구성이다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 센서 장치(300C)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 센서 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 필름을 사용하여도 좋다. 광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 코폴리머(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(23e)은 격벽(217)의 일부가 표면에서 반사됨으로써 반사광(23g)이 된다. 반사광(23g)은 기판(154)에서 일부가 반사되고, 상기 반사된 광(23h)이 센서 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 또한 광(23e)이 격벽(217)을 투과하고 트랜지스터 또는 배선 등에서 반사됨으로써 반사광이 센서 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 또한 일부의 광(23f)이 격벽(217)에 의하여 흡수됨으로써 반사광(23g)의 광량을 줄이고, 센서 소자(110)에 입사하는 광량을 억제할 수 있다. 이에 의하여 노이즈가 저감되고, 센서 소자(110)가 사용된 센서의 감도를 높일 수 있다.
따라서 격벽(217)은 적어도 센서 소자(110)가 검지하는 광의 파장의 광을 흡수하는 것이 바람직하다. 예를 들어 발광 소자(190)가 발하는 녹색의 광을 센서 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(23e)을 흡수할 수 있어, 센서 소자(110)에 입사하는 반사광(23h)의 광량을 억제할 수 있다.
[센서 장치(300K, 300L, 300M)]
도 11의 (A)에 센서 장치(300K)의 단면도를, 도 11의 (B)에 센서 장치(300L)의 단면도를, 도 11의 (C)에 센서 장치(300M)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(300K)는, 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)을 가지는 점에서 센서 장치(300A)와 상이하다. 버퍼층(184) 및 버퍼층(194)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
센서 장치(300K)에 있어서, 센서 소자(110)는 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 센서 장치(300K)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
센서 장치(300L)는, 공통층(112)을 가지지 않고, 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)을 가지는 점에서 센서 장치(300A)와 상이하다. 버퍼층(182) 및 버퍼층(192)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
센서 장치(300L)에 있어서, 센서 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 센서 장치(300L)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
센서 장치(300M)는, 공통층(112) 및 공통층(114)을 가지지 않고, 버퍼층(182), 버퍼층(184), 버퍼층(192), 및 버퍼층(194)을 가지는 점에서 센서 장치(300K) 또는 센서 장치(300L)와 상이하다.
센서 장치(300M)에 있어서, 센서 소자(110)는 화소 전극(111), 버퍼층(182), 활성층(113), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 가진다. 또한 센서 장치(300M)에 있어서, 발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 가진다.
센서 소자(110)와 발광 소자(190)의 제작에 있어서, 활성층(113)과 발광층(193)을 따로따로 만들 뿐만 아니라, 그 외의 층도 따로따로 만들 수 있다.
센서 장치(300K)에서는 공통 전극(115)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(184)과, 공통 전극(115)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(194)을 따로따로 만드는 예를 나타내었다. 버퍼층(194)으로서는 예를 들어, 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
센서 장치(300L)에서는 화소 전극(111)과 활성층(113) 사이의 버퍼층(182)과, 화소 전극(191)과 발광층(193) 사이의 버퍼층(192)을 따로따로 만드는 예를 나타내었다. 버퍼층(192)으로서는 예를 들어, 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 형성할 수 있다.
센서 장치(300M)에서는 센서 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 나타내었다. 센서 장치(300M)가 가지는 센서 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 제작될 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. 거꾸로 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 순으로 번갈아 성막하여도 좋다.
이하에서는 도 12 내지 도 15를 사용하여, 본 발명의 일 형태의 센서 장치의 더 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[센서 장치(100A)]
도 12의 (A)에 센서 장치(100A)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152)이 접합된 구성을 가진다. 도 8의 (A)에서는 기판(151)을 파선으로 명시하였다.
센서 장치(100A)는 발광 영역(31a), 센서 영역(41a), 회로(42a), 배선(165) 등을 가진다. 도 12의 (A)에서는 센서 장치(100A)에 FPC(172)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 또한 도 12의 (A)에는 도시되지 않았지만 도 8의 (A)에서 나타낸 IC(173)도 실장되어 있다. 그러므로 도 12의 (A)에 나타낸 구성은 센서 장치(100A), IC, 및 FPC를 가지는 센서 모듈이라고도 할 수 있다.
회로(42a)는 예를 들어 주사선 구동 회로이다.
배선(165)은 발광 영역(31a), 센서 영역(41a), 및 회로(42a)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(172)를 통하여 외부로부터 배선(165)에 입력되거나, 또는 도 8의 (A)에서 나타낸 IC(173)로부터 배선(165)에 입력된다.
도 12에 도 8의 (A)에서 나타낸 센서 장치(100A)의, FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(42a)를 포함하는 영역의 일부, 센서 영역(41a)을 포함하는 영역의 일부, 발광 영역(31a)을 포함하는 영역의 일부, 영역(CL1)을 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다.
도 12의 (A)에 나타낸 센서 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 발광 소자(190), 센서 소자(110) 등을 가진다.
기판(152)과 절연층(214)은 접착층(142)에 의하여 접착되어 있다. 발광 소자(190) 및 센서 소자(110)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 12의 (A)에서는 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 중첩되어 제공되어 있어도 좋다. 또한 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)을 접착층(142)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
발광 소자(190)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순으로 적층된 적층 구조를 가진다. 격벽(219)은 절연층(214) 위에 위치하고, 화소 전극(191)은 절연층(214) 및 격벽(216) 위에 접한 영역(191a)을 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 단부(영역(191a))는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(191)은 광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 광을 투과시키는 재료를 포함한다.
센서 소자(110)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(111), 공통층(112), 활성층(113), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순으로 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)으로 덮여 있다. 화소 전극(111)은 광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(190)가 사출하는 광은 기판(152) 측에 사출된다. 또한 센서 소자(110)에는 기판(152) 및 공간(143)을 통하여 광이 입사한다. 기판(152)에는 광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
화소 전극(111)과 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 센서 소자(110)와 발광 소자(190)의 양쪽에 사용된다. 센서 소자(110)와 발광 소자(190)는 활성층(113)과 발광층(193)의 구성이 다른 것을 제외하고 모두 공통의 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여 제작 공정을 대폭으로 늘리지 않고 센서 장치(100A)에 센서 소자(110)를 내장시킬 수 있다.
화소 전극(191)이 가지는 영역(191a)은 발광 소자(190)가 사출하는 광을 반사하고, 센서 소자에 입사하는 확산광을 차광하는 기능을 가진다. 또한 발광 소자(190)가 사출하는 광을 반사하고, 발광 소자가 광을 사출하는 실질적인 방향으로 집광하는 기능을 가진다. 또한 기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 센서 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써 센서 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한 차광층(BM)을 가짐으로써, 대상물을 거치지 않고 발광 소자(190)로부터 센서 소자(110)에 광이 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)는 모두 기판(151) 상에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(151) 상에는, 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 개수에는 한정은 없고, 각각 단층이어도 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 한 층에, 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 센서 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 센서 장치(100A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 센서 장치(100A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는 유기 절연막의 단부가 센서 장치(100A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 유기 절연막이 센서 장치(100A)의 단부에서 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 12의 (A)에 나타내어진 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도, 절연층(214)을 통하여 외부로부터 발광 영역(31a), 센서 영역(41a)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 센서 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 해칭 패턴을 부여하였다. 절연층(211)은 도전층(221)과 반도체층(231) 사이에 위치한다. 절연층(213)은 도전층(223)과 반도체층(231) 사이에 위치한다.
본 실시형태의 센서 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너(planar)형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층의 위아래에 게이트가 제공되어 있어도 좋다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(206)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는 2개의 게이트 중, 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 인가하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 인가함으로써, 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 폴리실리콘, 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 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석에서 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(42a)가 가지는 트랜지스터, 센서 영역(41a)이 가지는 트랜지스터, 및 발광 영역(31a)이 가지는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋고, 다른 구조이어도 좋다. 회로(42a)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 발광 영역(31a)이 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 센서 영역(41a)이 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
기판(151)에서 기판(152)이 중첩되지 않은 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 상면에서는, 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출되어 있다. 이로써 접속부(204)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다. 또한 배선(165)은 도전층(222)과 동시에 형성되어도 좋고, 도전층(223)과 동시에 형성되어도 좋다.
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 발수성 막, 사용에 따른 흠의 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, 센서 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 다양한 이방성 도전 필름, 이방성 도전 페이스트 등을 사용할 수 있다.
발광 소자(190)에는 톱 이미션형, 보텀 이미션형, 듀얼 이미션형 등이 있다. 광을 추출하는 측의 전극에는, 광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 광을 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 바이폴러성의 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 사용하여도 좋고, 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.
센서 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 나타내었다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광 소자(190)의 발광층(193)과 센서 소자(110)의 활성층(113)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있어, 제조 장치를 공통화할 수 있기 때문에 바람직하다.
활성층(113)이 가지는 n형 반도체의 재료로서는 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등) 또는 그 유도체 등 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) 등 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, 센서 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 또는 텅스텐 등의 금속, 또는 이를 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로 하여 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 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, 또는 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 센서 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.
도 12의 (B)에서는, 도 12의 (A)와는 다른 접속부(204a)가 제공되어 있다. 접속부(204a)에서는, 배선(165)이 도전층(166) 및 접속층(243)을 통하여 전극(244)과 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(204a)의 상면에서는, 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출되어 있다. 이로써 접속부(204a)와 전극(244)을 접속층(243)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다. 전극(244)은 구리, 니켈, 금, 은, 및 주석 등 중 어느 하나 또는 복수를 포함하는 것이 바람직하다.
[센서 장치(100B)]
도 13의 (A)에 센서 장치(100B)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(100B)는 영역(CL2), 렌즈(149), 및 보호층(195)을 가지는 점에서 주로 센서 장치(100A)와 상이하다. 영역(CL2)에는 회로(32e)가 배치된다. 회로(32e)는 적어도 트랜지스터(203)를 가진다.
센서 소자(110) 및 발광 소자(190)를 덮는 보호층(195)을 제공함으로써 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여, 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
센서 장치(100B)의 단부 근방의 영역(228)에서, 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 발광 영역(31a)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 센서 장치(100B)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 13의 (B)에 보호층(195)이 3층 구조인 예를 나타내었다. 도 13의 (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 연장되어 있으며, 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 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)를 둘러쌀 수 있기 때문에, 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다.
이와 같이, 보호층(195)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때 유기 절연막의 단부보다 무기 절연막의 단부를 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에 렌즈(149)가 제공되어 있다. 렌즈(149)는 기판(151) 측에 볼록면을 가진다. 센서 소자(110)의 수광 영역(센서 영역)은 렌즈(149)와 중첩되며, 발광층(193)과 중첩되지 않는 것이 바람직하다. 이로써 센서 소자(110)를 사용한 센서의 감도 및 정도를 높일 수 있다.
렌즈(149)는 1.3 이상 2.5 이하의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 렌즈(149)는 무기 재료 또는 유기 재료를 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어 수지를 포함하는 재료를 렌즈(149)에 사용할 수 있다. 또한 산화물 또는 황화물을 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 입자에 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 센서 장치(100B)에서는 보호층(195)과 기판(152)이 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 접착층(142)은 센서 소자(110) 및 발광 소자(190)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 센서 장치(100B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
[센서 장치(100C)]
도 14의 (A)에 센서 장치(100C)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(100C)는 트랜지스터의 구조가 센서 장치(100B)와 상이하다. 또한 영역(CL3)을 가진다. 영역(CL3)에는 배선(165)이 배치된다. 또한 센서 장치(100C)에서는 배선(165)이 도전층(222)과 동시에 형성되는 예를 나타내었다.
센서 장치(100C)는, 기판(151) 상에 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) 중 한쪽에 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽에 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(213), 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(213)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각, 절연층(213) 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.
센서 소자(110)의 화소 전극(111)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(209)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 전기적으로 접속된다.
도 14의 (A)에서는, 절연층(213)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 한편 도 14의 (B)에서는, 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과는 중첩되지 않는다. 예를 들어 도전층(223)을 마스크로 하여 절연층(225)을 가공함으로써, 도 14의 (B)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 14의 (B)에 나타내어진 트랜지스터(202)는 트랜지스터(208) 내지 트랜지스터(210)와 치환할 수 있다. 도 14의 (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.
[센서 장치(100D)]
도 15에 센서 장치(100D)의 단면도를 나타내었다.
센서 장치(100D)는, 기판(151) 및 기판(152)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 절연층(212), 및 렌즈(149)를 가지는 점에서 주로 센서 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.
센서 장치(100D)는, 제작 기판 상에서 형성된 절연층(212), 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 센서 소자(110), 및 발광 소자(190) 등을 기판(153) 상으로 전치함으로써 제작되는 구성이다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 센서 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 센서 장치(100C)에서는 렌즈(149)를 가지지 않는 예를 나타내고, 센서 장치(100D)에서는 렌즈(149)를 가지는 예를 나타내었다. 렌즈(149)는 센서의 용도 등에 따라 적절히 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 센서 장치는 발광 영역에 발광 소자를, 센서 영역에 센서 소자를 가지고, 발광 영역으로는 광을 사출하는 기능을 가지며, 센서 영역으로는 발광 영역이 사출하는 광이 가지는 피크 파장을 포함하는 파장 범위의 광을 검출하는 기능을 가진다. 이에 의하여 발광 영역의 외부 또는 센서 장치의 외부에 센서를 제공하는 경우에 비하여 전자 기기의 소형화 및 경량화를 도모할 수 있다. 또한 발광 영역의 외부 또는 센서 장치의 외부에 제공하는 센서와 조합하여, 더 다기능의 전자 기기를 실현할 수도 있다.
센서 소자는 활성층 이외의 적어도 한 층을 발광 소자와 공통의 구성으로 할 수 있다. 또한 센서 소자는 활성층 이외의 모든 층을 발광 소자와 공통의 구성으로 할 수도 있다. 예를 들어 발광 소자의 제작 공정에, 활성층을 성막하는 공정을 추가하기만 하면, 발광 소자와 센서 소자를 동일 기판 상에 형성할 수 있다. 또한 센서 소자와 발광 소자는 화소 전극과 공통 전극을 각각 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 또한 센서 소자와 전기적으로 접속되는 회로와, 발광 소자와 전기적으로 접속되는 회로를 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작함으로써, 센서 장치의 제작 공정을 간략화할 수 있다. 이와 같이, 복잡한 공정을 거치지 않아도 센서 소자를 내장하고 편리성이 높은 센서 장치를 제작할 수 있다.
또한 본 실시형태의 센서 장치는 발광 소자가 가지는 화소 전극이 차광 기능과 집광 기능을 가지고, 센서 소자와 발광 소자 사이에 유색층을 가진다. 상기 유색층은 센서 소자와 발광 소자를 전기적으로 절연하는 격벽을 겸하여도 좋다. 유색층은 센서 장치 내의 확산광을 흡수할 수 있기 때문에, 센서 소자가 사용된 센서의 감도를 높일 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이에 대응하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 센서 장치가 사용될 수 있는 전자 기기의 일례에 대하여 설명한다.
도 16의 (A)는 실시형태 1 또는 실시형태 2에서 설명한 전자 기기(500)에 대하여 설명하는 것이다. 전자 기기(500)는 반도체 장치(10)와 센서 장치(20)를 가진다. 반도체 장치(10)는 프로세서, 메모리, 배터리, 화상 처리 회로, 또는 통신 모듈 등을 가진다. 또한 반도체 장치(10)는 소켓부(10a)를 더 가지고, 가요성을 가지는 센서 장치(20)가 소켓부(10a)에 삽입되는 구성을 가진다.
센서 장치(20)는 발광 영역(31a, 31b), 센서 영역(41a, 41b, 41c), 복수의 전극(244)으로 구성되는 단자를 가진다. 발광 영역(31a, 31b)은 각각 다른 피크 파장을 가지는 광을 사출할 수 있다. 센서 영역(41a, 41b, 41c)은 각각의 발광 영역이 사출하는 광의 피크 파장을 검출 범위에 포함하기 때문에, 다른 피크 파장을 동시에 검출할 수 있다.
도 16의 (B)는 전자 기기(500A)에 대하여 설명하는 것이다. 전자 기기(500A)는 하우징(501)을 가진다. 하우징(501)은 개구부(501a)를 가지고, 삽입부(501b)를 가진다. 반도체 장치(10)는 하우징(501) 내에 제공되는 것이 바람직하다. 센서 장치(20)는 삽입부(501b)로부터 삽입되고, 하우징(501) 내부에서 소켓부(10a)를 통하여 반도체 장치(10)와 전기적으로 접속된다. 개구부(501a)에는 발광 영역(31a, 31b), 센서 영역(41a, 41b, 41c)이 위치하는 것이 바람직하다.
도 16의 (C)는 전자 기기(500B)에 대하여 설명하는 것이다. 전자 기기(500B)는 전자 기기(500)를 내장하는 휴대 단말기이다. 휴대 단말기는 표시부(502)를 가지고, 표시부(502)를 통하여 시계(502a), 메일의 송수신(502b), 통신 기능(502c), 배터리 관리(502d), 달력(502e), 통화 기능 등을 조작할 수 있다. 표시부(502)는 전자 기기(500B)의 외측을 향하여 배치되고, 센서 장치(20)는 전자 기기(500B)의 내측을 향하여 배치된다.
도 16의 (D)에는 일례로서 전자 기기(500B)를 손목에 장착한 상태를 도시하였다. 센서 장치(20)가 내측을 향하여 배치됨으로써 센서 장치는 생체 모니터로서 기능한다. 예를 들어 혈중의 글루코스의 양을 검출함으로써 혈당치를 관리할 수 있다. 검출된 글루코스의 양은 데이터로서 휴대 단말기의 메모리에 기억되고, 혈중의 글루코스의 하루의 변화를 관리할 수 있다. 또한 혈중의 글루코스의 변화를 관리함으로써, 전자 기기(500B)는 당뇨병 환자가 투여하는 인슐린 등의 투여 타이밍을, 진동, 표시 내용, 점등 등에 의하여 통지할 수 있다. 또한 통신 기능(502c)에 의하여 상기 데이터를 서버 등에 송신할 수 있다.
도 17의 (A)는 생체 인증 기기이고, 박형의 하우징(911), 조작 버튼(912), 센서 장치(913) 등을 가진다. 센서 장치(913) 위에 손이나 손가락을 근접시키거나 또는 밀착시킴으로써 정맥의 형상을 인식할 수 있다. 취득한 데이터는 무선 통신 유닛(914)으로 서버에 송신하여 데이터베이스와 조회하여 개인을 특정할 수 있다. 또한 조작 버튼에 의하여 비밀 번호 등을 입력할 수도 있다. 본 발명의 일 형태의 센서 장치(913)는 발광 영역 및 센서 영역을 가지는 박형의 인증 기기를 형성할 수 있다. 박형이면 다양한 기기에 탑재하기 쉬워진다. 또한 휴대성도 향상된다.
도 17의 (B)는 비파괴 검사 기기이고, 하우징(921), 조작 패널(922), 반송 기구(923), 모니터(924), 검지 유닛(925) 등을 가진다. 검지 유닛(925)은 센서 장치를 가진다. 피(被)검사 부재(926)는 반송 기구(923)로 검지 유닛(925) 작하에 운반된다. 피검사 부재(926)는 검지 유닛(925) 내에 제공된 본 발명의 일 형태의 센서 장치(927)로 촬상되고, 촬상된 화상이 모니터(924)에 표시된다. 그 후, 하우징(921)의 출구까지 운반되고, 불량품이 분리되어 회수된다. 적외선을 사용한 촬상에 의하여, 비검사 부재 내부의 결함이나 이물 등의 불량 요소를 비파괴로, 또한 고속으로 검출할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 센서 장치(927)는 발광 영역 및 센서 영역을 동시에 형성할 수 있기 때문에, 검지 유닛(925)을 저렴하게 형성할 수 있다.
도 17의 (C)는 식품 선별 기기이고, 하우징(931), 조작 버튼(932), 표시부(933), 차광 후드(934) 등을 가진다. 과일 등의 피검사 식재료에 수광부의 주위에 제공된 차광 후드(934)를 밀착시켜 촬상함으로써 식재료 내에 혼입된 이물, 벌레나, 식재료 내부의 공동, 부패 등을 검출할 수 있다. 또한 검출한 적외광의 강도에서 식재료의 당도나 수분량 등도 검출할 수 있다. 식품 선별 기기로, 불량품, 등급의 선별이나 수확기의 판단을 수행할 수 있다. 수광부에 제공된 본 발명의 일 형태의 센서 장치(935)는 발광 영역 및 센서 영역을 가지기 때문에, 박형, 경량이며 휴대성이 좋은 식품 선별 기기를 저렴하게 형성할 수 있다. 또한 도 17의 (B)에 나타낸 구성을 식품 선별 기기로서 사용하여도 좋다. 또는 도 17의 (C)에 나타낸 구성을 비파괴 검사 기기로서 사용하여도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태의 기재와 적절히 조합할 수 있다.
G1: 배선, G1a: 배선, G2: 배선, G2a: 배선, G3: 배선, S1: 배선, S2: 배선, SR1: 배선, SR2: 배선, 10: 반도체 장치, 10a: 소켓부, 11: 프로세서, 12: 메모리, 13: 배터리, 14: 통신 장치, 15: 화상 처리 회로, 20: 센서 장치, 20a: 센서 장치, 21: 발광, 22: 광, 23a: 광, 23b: 반사광, 23c: 광, 23d: 반사광, 30: 영역, 31: 발광 영역, 31a: 발광 영역, 31b: 발광 영역, 32: 회로, 32a: 시프트 레지스터, 32b: 실렉터 회로, 32e: 회로, 33: 회로, 35: 화소, 40: 영역, 41: 센서 영역, 41a: 센서 영역, 41b: 센서 영역, 41c: 센서 영역, 42: 회로, 42a: 회로, 42b: 회로, 43: 회로, 44: 회로, 45: 화소, 46: 회로, 46a: 회로, 47: 트랜지스터, 48: 트랜지스터, 51: 트랜지스터, 52: 트랜지스터, 53: 트랜지스터, 54: 트랜지스터, 55: 용량 소자, 56: 발광 소자, 61: 배선, 62: 배선, 63: 배선, 64: 배선, 65: 배선, 66: 배선, 67: 배선, 68: 배선, 71: 트랜지스터, 72: 트랜지스터, 73: 트랜지스터, 74: 트랜지스터, 75: 트랜지스터, 76: 용량 소자, 77: 용량 소자, 78: 센서 소자, 81: 트랜지스터, 82: 트랜지스터, 83: 단자, 84: 단자, 90: 서버, 91: 네트워크, 100A: 센서 장치, 100B: 센서 장치, 100C: 센서 장치, 100D: 센서 장치, 110: 센서 소자, 111: 화소 전극, 112: 공통층, 113: 활성층, 114: 공통층, 115: 공통 전극, 142: 접착층, 143: 공간, 146: 렌즈 어레이, 149: 렌즈, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 165: 배선, 166: 도전층, 172: FPC, 173: IC, 182: 버퍼층, 184: 버퍼층, 190: 발광 소자, 191: 화소 전극, 191a: 영역, 192: 버퍼층, 193: 발광층, 194: 버퍼층, 195: 보호층, 195a: 무기 절연, 195b: 유기 절연층, 195c: 무기 절연층, 201: 트랜지스터, 203: 트랜지스터, 204: 접속부, 204a: 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, 219: 격벽, 219a: 격벽, 221: 도전층, 222: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 242: 접속층, 243: 접속층, 244: 전극, 300A: 센서 장치, 300B: 센서 장치, 300C: 센서 장치, 300K: 센서 장치, 300L: 센서 장치, 300M: 센서 장치

Claims (8)

  1. 센서 장치, 프로세서, 및 통신 장치를 가지는 반도체 장치로서,
    상기 센서 장치는 기판 상에 형성되는 제 1 화소와 제 2 화소를 가지고,
    상기 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가지고,
    상기 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
    상기 발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가지고,
    상기 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함하고,
    상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함하고,
    상기 발광 소자가 가지는 화소 전극은 상기 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 기능과, 상기 센서 소자에 대한 확산광을 차광하는 기능을 가지고,
    상기 센서 소자로 검출되는 광은 상기 프로세서에 의하여 연산되고,
    상기 통신 장치는 상기 연산된 결과를 송신하는, 반도체 장치.
  2. 기판 상에 형성되는 제 1 화소와 제 2 화소를 가지는 센서 장치로서,
    상기 제 1 화소는 발광 소자와 제 1 트랜지스터를 가지고,
    상기 제 2 화소는 광전 변환 기능을 가지는 센서 소자와, 제 2 트랜지스터를 가지고,
    상기 발광 소자가 사출하는 광은 피크 파장을 가지고,
    상기 센서 소자가 검출하는 파장 범위는 상기 피크 파장을 포함하고,
    상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터의 반도체층은 같은 원소를 포함하고,
    상기 발광 소자가 가지는 화소 전극은 상기 제 1 트랜지스터와 전기적으로 접속되는 기능과, 상기 센서 소자에 대한 확산광을 차광하는 기능을 가지는, 센서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 가요성을 가지는, 센서 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 피크 파장은 700nm 이상 9000nm 이하인, 센서 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 제 1 유기 화합물과 공유층을 가지고,
    상기 센서 소자는 제 2 유기 화합물과 상기 공유층을 가지는, 센서 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    제 1 화소와 제 2 화소 사이에는 도전층을 포함하지 않은 영역을 가지는, 센서 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 2 트랜지스터가 반도체층에 금속 산화물을 가지는, 센서 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 트랜지스터 또는 상기 제 2 트랜지스터가 백 게이트를 가지는, 센서 장치.
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