KR20220075191A - 표시 모듈 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20220075191A
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KR
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light
layer
pixel
transistor
receiving element
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KR1020217031692A
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게이 다카하시
히데토모 고바야시
Original Assignee
가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

수광 데이터에서 코먼 노이즈를 저감한다. 표시 장치와 판독 회로를 가지는 표시 모듈이다. 표시 장치의 인접한 제 1 화소 및 제 2 화소는 수광 소자 및 발광 소자를 가진다. 판독 회로는 차동 입력 회로를 가진다. 발광 소자에 표시 데이터를 공급하는 경우 등에 발생하는 코먼 노이즈는 제 1 화소가 출력하는 제 1 수광 신호 및 제 2 화소가 출력하는 제 2 수광 신호에 영향을 미치는 경우가 있다. 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 램프 신호를 사용하여 생성되고, 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 제 1 전위를 사용하여 생성된다. 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 차동 입력 회로가 제어됨으로써 제 1 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거할 수 있다.

Description

표시 모듈 및 전자 기기
본 발명의 일 형태는 표시 모듈에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 수광 디바이스(수광 소자라고 도 함)와 발광 디바이스(발광 소자라고 도 함)를 가지는 표시 장치에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 수발광 디바이스(수발광 소자라고도 함)와 발광 디바이스를 가지는 표시 장치에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 수광 디바이스 또는 수발광 디바이스로부터 수광 신호를 판독하는 판독 회로에 관한 것이다. 또는, 본 발명의 일 형태는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 저감하고 수광 데이터를 추출하는 노이즈 제거 회로에 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.
근년, 표시 장치는 다양한 용도로 응용이 검토되어 있다. 예를 들어, 대형 표시 장치의 용도로서는 디지털 사이니지(Digital Signage: 전자 간판), PID(Public Information Display), 가정용 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함) 등을 들 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기로서, 터치 패널을 가지는 스마트폰이나 태블릿 단말기의 개발이 진행되고 있다.
예를 들어, 휴대 정보 단말기 등에서는, 단말기의 이용을 제한하기 위하여, 사람마다 가지는 특징을 사용한 지문 인증 또는 얼굴 인증 등이 사용된다. 지문 인증으로서는 다양한 방법이 제안되어 있다. 예를 들어 광학식의 인증 방법으로서, 광원으로부터 대상물로 광을 조사하고, 그 반사광을 수광 소자로 검출함으로써, 대상물을 인식하는 방법이 있다. 특허문헌 1에는 수광 소자가 검출한 신호를 양자화하는 카운터 회로가 개시(開示)되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2010-288218호
본 발명의 일 형태는 수광 기능을 가지는 표시 장치로부터 수광 신호를 판독하는 판독 회로를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 저감하는 노이즈 제거 회로를 제공하는 것을 과제의 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 모듈을 제공하는 것을 과제의 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 표시 장치와 판독 회로를 가지는 표시 모듈이다. 표시 장치는 인접한 제 1 화소와 제 2 화소를 가지고, 제 1 화소와 제 2 화소는 수광 소자를 가진다. 또한, 판독 회로는 차동 입력 회로를 가진다. 판독 회로에는 램프 신호와 제 1 전위가 인가된다. 차동 입력 회로는 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 제어된다. 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 램프 신호를 사용하여 생성되고, 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 제 1 전위를 사용하여 생성된다.
본 발명의 일 형태는 표시 장치와 판독 회로를 가지는 표시 모듈이다. 표시 장치는 인접한 제 1 화소와 제 2 화소를 가진다. 제 1 화소는 제 1 부화소와 제 2 부화소를 가지고, 제 2 화소는 제 3 부화소와 제 4 부화소를 가진다. 제 1 부화소 및 제 3 부화소는 수광 소자를 가지고, 제 2 부화소 및 제 4 부화소는 발광 소자를 가진다. 또한, 판독 회로는 차동 입력 회로를 가진다. 판독 회로에는 램프 신호와 제 1 전위가 인가된다. 차동 입력 회로는 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 제어된다. 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 램프 신호를 사용하여 생성되고, 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 제 1 전위를 사용하여 생성된다.
제 1 전류와 제 2 전류가 동일하게 되도록 차동 입력 회로가 제어됨으로써, 제 1 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 발광 소자는 제 1 화소 전극, 제 1 활성층, 및 공통 전극을 가지고, 제 1 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다. 수광 소자는 제 2 화소 전극, 제 2 활성층, 및 공통 전극을 가지고, 제 2 활성층은 제 2 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 표시 장치는 트랜지스터를 가지고, 트랜지스터는 반도체층에 금속 산화물을 가지는 것이 바람직하다. 상기 트랜지스터는 백 게이트를 가지는 것이 바람직하다.
상기 구성에 있어서, 표시 장치는 가요성을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 상기 표시 모듈과, 안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는 전자 기기이다.
본 발명의 일 형태는 수광 기능을 가지는 표시 장치로부터 수광 신호를 판독하는 판독 회로를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 저감하는 노이즈 제거 회로를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 모듈을 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재로부터 이들 외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1은 표시 모듈의 일례를 설명하는 블록도이다.
도 2의 (A) 내지 (D)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 2의 (E), (F)는 화소 회로의 일례를 나타낸 회로도이다.
도 3은 표시 모듈의 일례를 설명하는 블록도이다.
도 4의 (A) 내지 (C)는 노이즈 제거 회로의 일례를 설명하는 회로도이다.
도 5는 표시 모듈의 동작의 일례를 설명하는 흐름도이다.
도 6은 판독 회로의 동작의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 7은 비교 회로를 설명하는 회로도이다.
도 8의 (A) 내지 (D), (F)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (E), (G)는 표시 장치가 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A) 내지 (G)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 10의 (A), (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A), (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 13의 (B), (C)는 수지층의 상면 레이아웃의 일례를 나타낸 도면이다.
도 14는 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 15는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 17의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18의 (A), (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
실시형태에 대해서 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 한정되는 것이 아니다.
또한, '막'이라는 용어와 '층'이라는 말은 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 모듈에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 모듈은 표시 장치와 판독 회로를 가진다. 표시 장치는 화소 영역, 제 1 게이트 드라이버, 제 2 게이트 드라이버, 및 소스 드라이버를 가진다. 화소 영역은 복수의 화소를 가진다. 또한, 본 실시형태에서는 설명을 간편하게 하기 위하여 같은 배선을 따르고 인접한 제 1 화소와 제 2 화소를 사용하여 설명한다.
제 1 화소는 제 1 부화소와 제 2 부화소를 가지고, 제 2 화소는 제 3 부화소와 제 4 부화소를 가진다. 제 1 부화소 및 제 3 부화소는 수광 소자를 가지고, 제 2 부화소 및 제 4 부화소는 발광 소자를 가진다.
또한, 본 발명의 일 형태의 발광 소자와 수광 소자는 공통 전극을 가지는 것이 바람직하다. 일례로서, 발광 소자는 제 1 화소 전극, 제 1 활성층, 및 공통 전극을 가지고, 제 1 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 수광 소자는 제 2 화소 전극, 제 2 활성층, 및 상기 공통 전극을 가지고, 제 2 활성층은 제 2 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 제 1 활성층은 발광층으로서 기능하고, 제 2 활성층은 광전 변환층으로서 기능한다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자와 수광 소자를 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 또한, 발광 소자는 수광 소자와 공통 전극을 가지지 않는 구성이어도 좋다.
여기서, 표시 장치에서의 코먼 노이즈에 대하여 설명한다. 코먼 노이즈는 제 1 부화소가 출력하는 제 1 수광 신호 및 제 3 부화소가 출력하는 제 2 수광 신호(이후, 통틀어 수광 신호라고 하는 경우가 있음)에 중첩되는 전기적 노이즈이다. 코먼 노이즈는 제 2 부화소 및 제 4 부화소가 가지는 발광 소자에 화상 신호를 공급할 때, 제 2 부화소 및 제 4 부화소에 접속되는 신호선 또는 주사선 등에 공급되는 신호, 또는 표시 소자 간에서 공통적으로 접속되는 캐소드 전극 등을 흐르는 전류 등에 의하여 발생한다. 따라서, 수광 신호는 발광 소자에 화상 신호를 공급하는 기간에 코먼 노이즈의 영향을 가장 받기 쉽다.
판독 회로는 CDS(Correlated Double Sampling) 회로, 노이즈 제거 회로, 카운터 회로, 및 래치 회로 등을 가진다. 노이즈 제거 회로는 차동 입력 회로를 가진다.
일례로서, CDS 회로가 제 1 부화소로부터 수광 신호를 판독하는 경우에 대하여 설명한다. CDS 회로는 제 1 부화소로부터 오프셋 성분을 포함하는 검출 신호를 판독할 수 있다. 그리고 제 1 부화소로부터 초기화 신호를 판독함으로써 오프셋 성분을 추출할 수 있다. 검출 신호와 초기화 신호의 차분을 추출함으로써 오프셋 성분을 제거하고, 제 1 수광 신호를 추출할 수 있다. 그러나, 이 시점에서는 제 1 수광 신호에는 코먼 노이즈가 제거되지 않고 포함된 상태이다.
또한, 오프셋 성분이란 화소 등에 사용되는 트랜지스터의 편차, 배선이 가지는 기생 용량 등에 기인하는 성분이다. 또한, 검출 신호란 수광 소자가 광전 변환 소자로서 기능하고, 수광 소자가 수광한 광의 수광량에 따라 변화되는 신호이다. 또한, 초기화 신호란 화소에 리셋 신호를 공급하고, 수광 소자의 수광량에 따라 변화되지 않는 신호이다.
노이즈 제거 회로는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거하는 기능을 가진다. 노이즈 제거 회로는 비교 회로를 가지고, 비교 회로는 차동 입력 회로를 가진다. 차동 입력 회로는 입력이 2개 이상인 것이 바람직하다. 또한, 비교 회로와 카운터 회로를 사용함으로써, 싱글 슬로프형 A/D 변환 회로를 구성할 수 있다. 노이즈 제거 회로에는 램프 신호와 제 1 전위가 공급되는 것이 바람직하다. 일례로서, 노이즈 제거 회로는 제 1 부화소로부터 생성되는 제 1 수광 신호와, 제 3 부화소로부터 생성되는 제 2 수광 신호를 사용한다. 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 램프 신호를 사용하여 생성되고, 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 제 1 전위를 사용하여 생성된다. 그리고, 제 1 전류와 제 2 전류가 동일하게 되도록 차동 입력 회로가 제어됨으로써, 제 1 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거할 수 있다. 여기서, 램프 신호란 시간적으로 전압의 높이가 변화되는 신호이다.
이어서, 본 발명의 일 형태에서 설명하는 표시 모듈에 대해서 도 1 내지 도 7을 사용하여 설명한다. 도 1은 표시 모듈의 일례를 설명하는 블록도이다.
표시 모듈(10)은 표시 장치(100)와 판독 회로(40)를 가진다. 표시 장치(100)는 화소 영역(20), 소스 드라이버(11), 게이트 드라이버(12), 게이트 드라이버(13), 복수의 배선(SL), 복수의 배선(GL), 복수의 배선(SE), 및 복수의 배선(SM)을 가진다. 화소 영역(20)은 복수의 화소(30)를 가진다. 또한, 본 실시형태에서는 설명을 간편하게 하기 위하여 인접한 화소(30a)와 화소(30b)를 사용하여 설명하는 경우가 있다.
화소(30)는 복수의 부화소(31)와 하나 이상의 부화소(32)를 가진다. 부화소(31)는 발광 소자를 가지고, 부화소(32)는 수광 소자를 가진다. 또한, 복수의 부화소(31)는 각각 상이한 색도를 나타내는 것이 바람직하다. 예를 들어, 하나의 화소(30)는 적색의 광을 나타내는 부화소(31R), 녹색의 광을 나타내는 부화소(31G), 청색의 광을 나타내는 부화소(31B) 등을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 부화소(32)가 복수의 수광 소자를 가지는 경우, 각각 상이한 피크 파장의 광을 수광하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 부화소(32)가 2개의 수광 소자를 가지는 경우, 한쪽은 가시광에 피크 파장을 가지는 광을 수광하고, 다른 쪽은 적외광을 수광할 수 있다. 또한, 화소(30)에 대해서는 도 2 및 실시형태 2에서 자세히 설명한다.
소스 드라이버(11)는 부화소(31)에 대하여 화상 데이터(화상 신호)를 공급할 수 있다. 게이트 드라이버(12)는 부화소(31)를 선택하기 위한 주사 신호를 배선(GL)에 출력할 수 있다. 게이트 드라이버(13)는 부화소(32)를 선택하기 위한 주사 신호를 배선(SE)에 출력할 수 있다. 또한, 배선(GL)에 출력되는 주사 신호는 게이트 드라이버(12)에 공급되는 신호(SP1)로부터 생성된다. 또한, 배선(SE)에 출력되는 주사 신호는 게이트 드라이버(13)에 공급되는 신호(SP2)로부터 생성된다.
판독 회로(40)는 복수의 CDS 회로(41), 복수의 노이즈 제거 회로(42), 복수의 카운터 회로(43), 및 복수의 래치 회로(44)를 가진다. 또한, 판독 회로(40)의 일부는 표시 장치(100)에 포함되어 있어도 좋다. 예를 들어, CDS 회로(41)가 표시 장치(100)에 포함됨으로써, CDS 회로(41)에 접속되는 배선(SM)에 생성되는 기생 용량을 저감할 수 있다. 노이즈 제거 회로(42)는 차동 입력 회로를 가진다. 또한, 노이즈 제거 회로(42)에는 램프 신호와 제 1 전위가 공급되는 것이 바람직하다.
이어서, 판독 회로(40)의 전기적 접속에 대하여 설명한다. 일례로서, CDS 회로(41[m])는 배선(SM[k+1])을 통하여 화소(30a)가 가지는 부화소(32)에 전기적으로 접속된다. CDS 회로(41[m+1])는, 배선(SM[k+3])을 통하여 화소(30b)가 가지는 부화소(32)에 전기적으로 접속된다. 또한, 노이즈 제거 회로(42[m])는 배선(MD[m])을 통하여 CDS 회로(41[m])에 전기적으로 접속되고, 배선(MD[m+1])을 통하여 CDS 회로(41[m+1])에 전기적으로 접속된다. 노이즈 제거 회로(42[m])는 카운터 회로(43[m])에 전기적으로 접속된다. 카운터 회로(43[m])는 래치 회로(44[m])에 전기적으로 접속된다. 또한, i, j, k, m은 양의 정수이다.
화소(30a)가 가지는 부화소(32)와 화소(30b)가 가지는 부화소(32)는 각각 배선(SE[j])에 공급된 선택 신호에 의하여 선택된다. 따라서, 배선(SE[j])에 선택 신호를 공급함으로써, CDS 회로(41[m]) 및 CDS 회로(41[m+1])는 화소(30a) 또는 화소(30b)가 가지는 부화소(32)로부터 수광 신호가 각각 공급된다.
일례로서, CDS 회로(41[m])는 화소(30a)가 가지는 부화소(32)가 가지는 소자 편차, 또는 배선(SM[k+1])이 가지는 기생 용량 등으로 인한 오프셋 성분을 제거할 수 있다. CDS 회로(41[m])가 상기 부화소(32)로부터 수광 신호를 판독하는 경우, CDS 회로(41[m])는 상기 부화소(32)로부터 오프셋 성분을 포함하는 검출 신호를 판독할 수 있다. 그리고, 상기 부화소(32)로부터 초기화 신호를 판독함으로써 오프셋 성분을 추출할 수 있다. 검출 신호와 초기화 신호의 차분을 추출함으로써 오프셋 성분을 제거하고, 수광 신호를 추출할 수 있다. 다만, 검출 신호 및 초기화 신호에는 코먼 노이즈가 포함되어 있기 때문에, 수광 신호에는 코먼 노이즈가 포함되어 있다.
노이즈 제거 회로(42)는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거하는 기능을 가진다. 노이즈 제거 회로(42)는 비교 회로를 가지고, 비교 회로는 차동 입력 회로를 가진다. 또한, 노이즈 제거 회로(42)에는 램프 신호와 제 1 전위가 공급된다. 일례로서, 노이즈 제거 회로(42)는 CDS 회로(41[m])로부터 공급되는 제 1 수광 신호와, CDS 회로(41[m+1])로부터 공급되는 제 2 수광 신호를 사용한다. 비교 회로에서는 제 1 수광 신호 및 램프 신호를 사용하여 제 1 전류가 생성되고, 제 2 수광 신호 및 제 1 전위를 사용하여 제 2 전류가 생성된다. 차동 입력 회로는 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 제어함으로써 제 1 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거할 수 있다.
상기 코먼 노이즈가 제거된 제 1 수광 신호는 신호(Cout)로서 카운터 회로(43)에 공급된다. 신호(Cout)는 카운터 회로(43)에 의하여 양자화됨으로써 데이터(Dout)로 변환된다. 데이터(Dout)는 프로세서(표시하지 않았음), 제어 회로(표시하지 않았음), 또는 영상 처리 장치(표시하지 않았음) 등에서 용이하게 다룰 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에서는 카운터 회로(43) 및 래치 회로(44)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
[화소]
본 발명의 일 형태의 표시 장치가 가지는 화소에 대하여 설명한다. 표시 장치는 매트릭스상으로 배치된 복수의 화소를 가진다. 하나의 화소는 복수의 부화소를 가진다. 하나의 부화소는 하나의 발광 소자, 하나의 수발광 소자, 또는 하나의 수광 소자를 가진다.
복수의 화소는 각각 발광 소자를 가지는 부화소, 수광 소자를 가지는 부화소, 및 수발광 소자를 가지는 부화소 중 하나 또는 복수를 가진다.
예를 들어, 화소는 발광 소자를 가지는 부화소를 복수로(예를 들어, 3개 또는 4개) 가지고, 수광 소자를 가지는 부화소를 하나 가진다.
또한, 수광 소자는 모든 화소에 제공되어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어도 좋다. 또한 하나의 화소가 복수의 수광 소자를 가져도 좋다. 또한, 하나의 수광 소자가 복수의 화소에 걸쳐 제공되어 있어도 좋다. 수광 소자의 정세도와 발광 소자의 정세도는 상이하여도 좋다.
화소가 발광 소자를 가지는 부화소를 3개 가지는 경우, 상기 3개의 부화소로서는 R, G, B의 3색의 부화소, 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 부화소 등을 들 수 있다. 화소가 발광 소자를 가지는 부화소를 4개 가지는 경우, 상기 4개의 부화소로서는 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, Y의 4색의 부화소 등을 들 수 있다.
도 2의 (A) 내지 (C)에 도시된 화소(30)는 발광 소자를 가지는 부화소(31R), 부화소(31G), 부화소(31B)를 가지고, 수광 소자를 가지는 부화소(32)를 하나 가지는 예를 나타낸 것이다. 또한, 본 실시형태에 나타내는 부화소의 배열은 도시된 순서에 한정되지 않는다. 예를 들어, 부화소(31B)와 부화소(31G)의 위치를 반대로 하여도 좋다.
도 2의 (A) 내지 (C)에 도시된 화소(30)는 모두 수광 기능을 가지는 부화소(32), 적색의 광을 나타내는 부화소(31R), 녹색의 광을 나타내는 부화소(31G), 및 청색의 광을 나타내는 부화소(31B)를 가진다.
도 2의 (A)에 도시된 화소에는, 매트릭스 배열이 적용되어 있고, 도 2의 (B)에 도시된 화소에는 스트라이프 배열이 적용되어 있다. 또한, 도 2의 (C)는 가로 1열로 적색의 광을 나타내는 부화소(31R), 녹색의 광을 나타내는 부화소(31G), 및 청색의 광을 나타내는 부화소(31B)가 배치되고, 그 아래에 수광 기능을 가지는 부화소(32)가 배치되어 있는 예이다. 즉, 도 2의 (C)에서 부화소(31R), 부화소(31G), 및 부화소(31B)는 서로 같은 행에 배치되고, 부화소(32)와 상이한 행에 배치된다.
도 2의 (D)에 도시된 화소는 도 2의 (C)에 도시된 화소의 구성에 더하여, R, G, B 이외의 광을 나타내는 부화소(31X)를 가진다. R, G, B 이외의 광으로서는 백색(W), 황색(Y), 시안(C), 마젠타(M), 적외광(IR) 등의 광을 들 수 있다. 부화소(31X)가 적외광을 나타내는 경우, 수광 기능을 가지는 부화소(32)는 적외광을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 수광 기능을 가지는 부화소(32)는 가시광 및 적외광의 양쪽을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 센서의 용도에 따라 수광 소자가 검출하는 광의 파장을 결정할 수 있다.
또는, 예를 들어 화소는 백색의 광을 나타내는 발광 소자를 가지는 부화소(31W)를 가지고, 상이한 파장 영역의 광을 수광하는 수광 소자를 가지는 복수의 부화소(32)를 가진다.
또는, 예를 들어 화소는 발광 소자를 가지는 부화소를 복수로 가지고, 수발광 소자를 가지는 부화소를 하나 가진다.
수발광 소자를 가지는 표시 장치는 화소에 수광 기능을 제공하기 위하여 화소 배열을 변경할 필요가 없기 때문에, 개구율 및 정세도를 저감시키지 않고 표시부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부가할 수 있다.
또한, 수발광 소자는 모든 화소에 제공되어 있어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어 있어도 좋다. 또한, 하나의 화소가 복수의 수발광 소자를 가져도 좋다.
[화소 회로의 예]
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부에 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. 제 1 화소 회로는 도 1의 부화소(32)에 상당하고, 제 2 화소 회로는 도 1의 부화소(31)에 상당한다.
도 2의 (E)에 수광 소자를 가지는 제 1 화소 회로의 일례를 나타내고, 도 2의 (F)에 발광 소자를 가지는 제 2 화소 회로의 일례를 나타내었다.
도 2의 (E)에 도시된 제 1 화소 회로는 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)에 전기적으로 접속되고, 애노드가 트랜지스터(M1)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M1)는 게이트가 배선(TX)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C1)의 한쪽의 전극, 트랜지스터(M2)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 그리고 트랜지스터(M3)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M2)는 게이트가 배선(RES)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(V2)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M3)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(V3)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M4)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M4)는 게이트가 배선(SE)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT1)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(C1)의 다른 쪽의 전극은 배선(VCP)에 전기적으로 접속된다. 또는, 용량 소자(C1)의 다른 쪽의 전극은 배선(V3)에 전기적으로 접속되어도 좋다.
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 접속되는 외부 회로로 판독하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다.
도 2의 (F)에 도시된 제 2 화소 회로는 발광 소자(EL), 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 트랜지스터(M7), 및 용량 소자(C2)를 가진다. 여기서는, 발광 소자(EL)로서 발광 다이오드를 사용한 예를 나타내었다. 특히, 발광 소자(EL)로서 유기 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(M5)는 게이트가 배선(GL)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(SL)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽의 전극 및 트랜지스터(M6)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M6)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(V4)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽은 발광 소자(EL)의 애노드 및 트랜지스터(M7)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M7)는 게이트가 배선(MS)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(OUT2)에 전기적으로 접속된다. 발광 소자(EL)의 캐소드는 배선(V5)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(C2)의 다른 쪽의 전극은 트랜지스터(M6)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
배선(V4) 및 배선(V5)에는 각각 정전위가 공급된다. 발광 소자(EL)의 애노드 측을 고전위로, 캐소드 측을 애노드 측보다 저전위로 할 수 있다. 트랜지스터(M5)는 배선(GL)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 제 2 화소 회로의 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(SL)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 외부에 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.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 제 1 화소 회로 및 제 2 화소 회로에 포함되는 트랜지스터 모두에 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 작기 때문에, 상기 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다. 또한, OS 트랜지스터를 사용함으로써, 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 제 1 화소 회로 및 제 2 화소 회로에 포함되는 트랜지스터 모두에 채널이 형성되는 반도체층에 실리콘을 가지는 트랜지스터(이하, Si 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘으로서는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히, 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS(Low Temperature Poly-Silicon))을 가지는 트랜지스터(이하, LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높아 고속 동작이 가능하다.
또한, LTPS 트랜지스터 등의 Si 트랜지스터를 사용함으로써, CMOS 회로로 구성되는 각종 회로를 표시부와 동일한 기판에 제공하는 것이 용이하게 된다. 이로써, 표시 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어, 부품 비용, 실장 비용을 삭감할 수 있다.
또는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 제 1 화소 회로에 2종류의 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 제 1 화소 회로는 OS 트랜지스터와 LTPS 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 트랜지스터에 요구되는 기능에 따라 반도체층의 재료를 변경함으로써, 제 1 화소 회로의 품질을 높이고, 센싱이나 촬상의 정밀도를 높일 수 있다. 이때, 제 2 화소 회로에는 OS 트랜지스터 및 LTPS 트랜지스터 중 한쪽을 사용하여도 좋고, 양쪽을 사용하여도 좋다.
또한, 화소에 2종류의 트랜지스터(예를 들어, OS 트랜지스터와 LTPS 트랜지스터)를 사용한 경우에도, LTPS 트랜지스터를 사용함으로써, CMOS 회로로 구성되는 각종 회로를 표시부와 동일한 기판에 제공하는 것이 용이하게 된다. 이로써, 표시 장치에 실장되는 외부 회로를 간략화할 수 있어, 부품 비용, 실장 비용을 삭감할 수 있다.
실리콘보다 밴드 갭이 넓고, 또한 캐리어 밀도가 작은 금속 산화물을 사용한 트랜지스터는 매우 작은 오프 전류를 실현할 수 있다. 그러므로, 오프 전류가 낮기 때문에 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 그러므로, 특히 용량 소자(C1) 또는 용량 소자(C2)에 직렬로 접속되는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 및 트랜지스터(M5)에는 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 트랜지스터(M3)에는 Si 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 촬상 데이터의 판독 동작을 고속으로 수행할 수 있다.
또한, 표시부에 수광 소자를 가지는 제 1 화소 회로와, 발광 소자를 가지는 제 2 화소 회로를 가지는 표시 장치는 화상 표시를 수행하는 모드, 촬상을 수행하는 모드, 화상 표시와 촬상을 동시에 수행하는 모드 중 어느 모드로도 구동할 수 있다. 화상 표시를 수행하는 모드에서는, 예를 들어 발광 소자를 사용하여 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다. 또한, 촬상을 수행하는 모드에서는, 예를 들어 발광 소자를 사용하여 촬상용 화상(예를 들어, 녹색 단색, 청색 단색 등)을 표시하고, 수광 소자를 사용하여 촬상을 수행할 수 있다. 촬상을 수행하는 모드에서는, 예를 들어 지문 인증 등을 수행할 수 있다. 또한, 화상 표시와 촬상을 동시에 수행하는 모드에서는, 예를 들어 일부의 화소에서 발광 소자를 사용하여 촬상용 화상을 표시하고, 수광 소자를 사용하여 촬상을 수행하고, 나머지 화소에서 발광 소자를 사용하여 풀 컬러의 화상을 표시할 수 있다.
또한, 도 2의 (E), (F)에서 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 또한, 트랜지스터는 싱글 게이트에 한정되지 않고, 백 게이트를 더 가져도 좋다.
수광 소자(PD) 또는 발광 소자(EL)와 중첩되는 위치에 트랜지스터 및 용량 소자 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 층을 하나 또는 복수 제공하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 각 화소 회로의 실효적인 점유 면적을 작게 할 수 있고, 고정세(高精細)한 표시부를 실현할 수 있다.
도 3은 CDS 회로(41)를 설명하는 회로도이다. CDS 회로(41)는 배선(SM)을 통하여 복수의 부화소(32[j]), 부화소(32[j+1]), 부화소(32[j+2]) 등에 전기적으로 접속된다. CDS 회로(41)는 트랜지스터(M8) 내지 트랜지스터(M11), 용량 소자(C3)를 가진다. 또한, 부화소(32)의 설명은 상술한 내용(예를 들어 도 2의 (E))을 원용할 수 있기 때문에 설명을 생략한다.
부화소(32)가 가지는 트랜지스터(M4)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(SM)을 통하여 트랜지스터(M8)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 용량 소자(C3)의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M8)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(VIV)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M8)의 게이트는 배선(Vb1)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(C3)의 다른 쪽의 전극은 트랜지스터(M9)의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 트랜지스터(M10)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M9)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(VCL)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M9)의 게이트는 배선(CL)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M10)의 소스 및 드레인 중 한쪽은 배선(CDSV)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M10)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(M11)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 배선(MD)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M11)의 게이트는 배선(Vb2)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M11)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 GND 배선에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(M8)의 게이트에는 배선(Vb1)에 인가되는 제 1 바이어스 전위가 인가되고, 트랜지스터(M11)의 게이트에는 배선(Vb2)에 인가되는 제 2 바이어스 전위가 인가된다. 또한, 트랜지스터(M9)는 용량 소자(C3)와 트랜지스터(M9)의 게이트에 의하여 형성되는 노드(NDC)를 배선(VCL)에 인가되는 제 2 초기화 전위로 초기화할 수 있다.
이어서, 일례로서 CDS 회로(41)가 부화소(32[j])로부터 수광 신호를 판독하는 동작에 대하여 설명한다. 우선, 부화소(32[j])가 수광 신호를 출력하는 방법에 대하여 설명한다.
부화소(32[j])가 부화소(32[j])의 초기화 신호를 출력하는 경우에 대하여 설명한다. 트랜지스터(M1)는 배선(TX)에 신호가 공급됨으로써 오프 상태가 된다. 다음으로, 트랜지스터(M2)는 배선(RES)에 신호가 공급됨으로써 온 상태가 된다. 용량 소자(C1)의 한쪽의 전극 및 트랜지스터(M3)의 게이트에는 배선(V2)을 통하여 부화소(32[j])의 제 1 초기화 전위가 인가된다. 다음으로, 트랜지스터(M4)는 배선(SE[j])에 신호가 공급됨으로써 온 상태가 된다. 따라서, 트랜지스터(M3)는 트랜지스터(M3)의 게이트에 인가되는 제 1 초기화 전위에 대응하는 전류를 트랜지스터(M4) 및 배선(SM)을 통하여 CDS 회로(41)에 출력할 수 있다.
다음으로, 수광 소자(PD)가 수광하는 신호를 부화소(32[j])가 검출 신호로서 출력하는 경우에 대하여 설명한다. 또한, 부화소(32[j])가 출력하는 검출 신호에는 오프셋 신호가 포함된다. 트랜지스터(M1)는 배선(TX)에 신호가 공급됨으로써 온 상태가 된다. 용량 소자(C1)의 한쪽의 전극의 전위의 높이는 수광 소자(PD)의 수광량에 따라 변화된다.
다음으로, 트랜지스터(M4)는 배선(SE[j])에 신호가 공급됨으로써 온 상태가 된다. 따라서, 트랜지스터(M3)는 트랜지스터(M3)의 게이트에 공급되는 수광 소자(PD)의 수광량에 대응하는 전류를 검출 신호로 하고, 트랜지스터(M4) 및 배선(SM)을 통하여 CDS 회로(41)에 출력할 수 있다.
또한, 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M4)가 n채널형 트랜지스터인 경우, 상기 트랜지스터에는 "H"의 신호가 공급되는 경우에 온 상태가 된다. 또한, 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M4)가 p채널형 트랜지스터인 경우, 상기 트랜지스터에는 "L"의 신호가 공급되는 경우에 온 상태가 된다.
CDS 회로(41)는 부화소(32[j])가 가지는 트랜지스터(M3)와 트랜지스터(M8)를 사용하여 제 1 소스 폴로어 회로를 형성하고, 트랜지스터(M10)와 트랜지스터(M11)를 사용하여 제 2 소스 폴로어 회로를 형성한다. 제 1 소스 폴로어 회로는 트랜지스터(M3)의 게이트에 인가되는 전위를 용량 소자(C3)에 인가하고, 제 2 소스 폴로어 회로는 트랜지스터(M10)의 게이트에 인가되는 전위를 배선(MD)에 인가한다. 또한, 제 1 소스 폴로어 회로는 용량 소자(C3)를 통하여 제 2 소스 폴로어 회로에 전기적으로 접속된다.
일례로서, 트랜지스터(M1)가 온 상태가 되며 트랜지스터(M2)가 오프 상태가 됨으로써, 부화소(32[j])는 검출 신호를 출력할 수 있다. 또한, 트랜지스터(M9)가 온 상태가 됨으로써, 노드(NDC)에는 트랜지스터(M9)를 통하여 배선(VCL)으로부터 인가되는 제 2 초기화 전위가 인가된다. 따라서, 용량 소자(C3)에는 제 2 초기화 전위를 기준으로 하는 검출 신호가 유지된다.
다음으로, 트랜지스터(M9)가 오프 상태로 이행한다. 트랜지스터(M9)가 오프 상태로 이행함으로써, 노드(NDC)는 플로팅 상태가 된다. 그 후, 트랜지스터(M1)가 오프 상태로, 트랜지스터(M2)가 온 상태로 이행한다. 트랜지스터(M3)의 게이트의 전위는 제 1 초기화 전위에 따라 초기화되고, 부화소(32[j])는 초기화 신호를 CDS 회로(41)에 공급한다.
따라서, 노드(NDC)에는 검출 신호와 초기화 신호의 변화량이 차분으로서 추출된다. 상기 변화량이 제 2 소스 폴로어 회로를 통하여 배선(MD)에 출력된다. 상기 변화량은 검출 신호와 초기화 신호의 차분이기 때문에, 부화소(32[j])가 가지는 오프셋 성분이 제거된 수광 신호에 상당한다.
이와 같이, CDS 회로(41)는 검출 신호와 초기화 신호의 변화량을 차분으로서 추출함으로써 수광 신호를 얻을 수 있다. 다만, 검출 신호 및 초기화 신호에는 코먼 노이즈가 포함되어 있기 때문에, 수광 신호에는 코먼 노이즈가 포함되어 있다. 코먼 노이즈에 대해서는 노이즈 제거 회로(42)를 사용하여 제거할 수 있다.
도 4의 (A)는, 노이즈 제거 회로(42)의 일례를 설명하는 회로도이다. 노이즈 제거 회로(42)는 코먼 노이즈를 포함하는 수광 신호에서 코먼 노이즈를 제거하는 기능을 가진다. 노이즈 제거 회로(42)는 스위치(SW1) 내지 스위치(SW5), 용량 소자(Cin1) 내지 용량 소자(Cin3), 트랜지스터(51) 내지 트랜지스터(55), 비교 회로(56), 및 버퍼 회로(57)를 가진다. 비교 회로(56)는 입력 단자(IP1), 입력 단자(IP2), 입력 단자(IM1), 입력 단자(IM2), 및 출력 단자(CO)를 가진다.
우선, 스위치(SW1) 내지 스위치(SW5)에 사용할 수 있는 스위치의 예를 도 4의 (B) 및 (C)에 나타내었다.
도 4의 (B)에 도시된 스위치는 입출력 단자(1), 입출력 단자(2), 입력 단자(3), 아날로그 스위치(58), 및 인버터 회로(59)를 가진다. 아날로그 스위치(58)는 입출력 단자(3a), 입출력 단자(4a), 제어 단자(5a), 및 제어 단자(6a)를 가진다. 입출력 단자(1)는 입출력 단자(3a)에 전기적으로 접속된다. 입출력 단자(2)는 입출력 단자(4a)에 전기적으로 접속된다. 입력 단자(3)는 제어 단자(5a) 및 인버터 회로(59)의 입력 단자에 전기적으로 접속된다. 인버터 회로(59)의 출력 단자는 제어 단자(6a)에 전기적으로 접속된다.
도 4의 (C)에 도시된 스위치는 트랜스퍼 스위치로서 기능한다. 상기 스위치는 입출력 단자(1), 입출력 단자(2), 입력 단자(3), 및 OS 트랜지스터(5A)를 가진다. 입출력 단자(1)는 OS 트랜지스터(5A)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 입출력 단자(2)는 OS 트랜지스터(5A)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다. 입력 단자(3)는 OS 트랜지스터(5A)의 게이트에 전기적으로 접속된다. OS 트랜지스터(5A)의 백 게이트는 배선(VBG)에 전기적으로 접속된다. 또한 상기 백 게이트는 게이트에 전기적으로 접속되어도 좋다. OS 트랜지스터를 사용함으로써, 입출력 단자(1)와 입출력 단자(2) 사이를 흐르는 오프 전류를 작게 할 수 있다.
여기서, 도 4의 (A)의 노이즈 제거 회로(42)의 설명으로 되돌아간다. 이하에서는, 도 1에 도시된 노이즈 제거 회로(42[m])로서 설명한다. 따라서, CDS 회로(41[m])는 배선(MD[m])을 통하여 스위치(SW2)의 입출력 단자(1)에 전기적으로 접속된다. 또한, CDS 회로(41[m+1])는 배선(MD[m+1])을 통하여 스위치(SW5)의 입출력 단자(1)에 전기적으로 접속된다.
스위치(SW2)의 입출력 단자(2)는 스위치(SW1)의 입출력 단자(2)와 용량 소자(Cin1)의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW1)의 입출력 단자(1)는 배선(COM2)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW3)의 입출력 단자(1)는 배선(RAMP)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW3)의 입출력 단자(2)는 스위치(SW4)의 입출력 단자(2)와 용량 소자(Cin2)의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW4)의 입출력 단자(1)는 배선(COM1)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW5)의 입출력 단자(2)는 용량 소자(Cin3)의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속된다.
스위치(SW1)의 입력 단자(3)는 배선(AZIN1B)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW2)의 입력 단자(3)는 배선(AZIN1)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW3)의 입력 단자(3)는 배선(AZIN2)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW4)의 입력 단자(3)는 배선(AZIN2B)에 전기적으로 접속된다. 스위치(SW5)의 입력 단자(3)는 배선(MODEB)에 전기적으로 접속된다.
용량 소자(Cin1)의 다른 쪽의 전극은 비교 회로(56)의 입력 단자(IP1)와 트랜지스터(51)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(51)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 비교 회로(56)의 입력 단자(IP2)와 배선(COM3)에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(Cin2)의 다른 쪽의 전극은 비교 회로(56)의 입력 단자(IM1)와 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(Cin3)의 다른 쪽의 전극은 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 비교 회로(56)의 입력 단자(IM2), 트랜지스터(54)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(55)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 배선(COM3)은 트랜지스터(54)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(55)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 비교 회로(56)의 출력 단자(CO)와 버퍼 회로(57)의 입력 단자에 전기적으로 접속된다. 버퍼 회로(57)의 출력 단자는 신호(Cout)가 출력되는 배선에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(51)의 게이트는 배선(AZFB1)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(52)의 게이트는 배선(MODEB)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(53)의 게이트는 배선(AZFB1)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(54)의 게이트는 배선(AZFB2)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(55)의 게이트는 배선(MODE)에 전기적으로 접속된다.
노드(ND1)는 스위치(SW1)의 입출력 단자(2), 스위치(SW2)의 입출력 단자(2), 및 용량 소자(Cin1)의 한쪽의 전극이 접속됨으로써 형성된다. 노드(ND1a)는 용량 소자(Cin1)의 다른 쪽의 전극, 트랜지스터(51)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 비교 회로(56)의 입력 단자(IP1)가 접속됨으로써 형성된다. 노드(ND2)는 스위치(SW3)의 입출력 단자(2), 스위치(SW4)의 입출력 단자(2), 및 용량 소자(Cin2)의 한쪽의 전극이 접속됨으로써 형성된다. 노드(ND2a)는 용량 소자(Cin2)의 다른 쪽의 전극, 트랜지스터(53)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 비교 회로(56)의 입력 단자(IM1)가 접속됨으로써 형성된다. 노드(ND3)는 트랜지스터(52)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(54)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(55)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 비교 회로(56)의 입력 단자(IM2)가 접속됨으로써 형성된다.
또한, 배선(AZIN1B)에 공급되는 신호는 배선(AZIN1)에 공급되는 신호의 반전 신호이다. 또한, 배선(AZIN2B)에 공급되는 신호는 배선(AZIN2)에 공급되는 신호의 반전 신호이다. 또한, 배선(MODEB)에 공급되는 신호는 배선(MODE)에 공급되는 신호의 반전 신호이다. 배선(RAMP)에 공급되는 신호는 지정된 기간에 높은 전위로부터 낮은 전위로 변화되는 신호이다. 또한, 배선(RAMP)에 공급되는 신호는 계단 형상으로 변화시켜도 좋고, 아날로그적으로 변화시켜도 좋다.
이어서, 도 5를 사용하여 표시 모듈의 전체의 동작에 대하여 설명한다. 도 5는 표시 모듈의 동작의 일례를 설명하는 흐름도이다. 도 5에 나타낸 흐름도는 단계 ST01 내지 단계 ST08을 가진다.
단계 ST01은 표시 장치가 가지는 복수의 부화소(32)를 사용하여 글로벌 셔터 방식으로 수광(촬상)하는 단계이다. 또한, 부화소(32)가 가지는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M2)에 OS 트랜지스터를 사용할 수 있다. 오프 전류가 작은 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 표시 모듈이 일괄적으로 수광한 후부터 수광 신호가 판독될 때까지 수광 신호의 열화를 저감할 수 있다.
단계 ST02는 판독 회로(40)가 판독하는 수광 데이터가 있는지 여부를 확인하는 단계이다. 판독 회로(40)가 판독할 수광 데이터가 없다고(판독할 행이 없다고, 즉 판독 행이 종료되었다고) 판단한 경우에는 단계 ST01로 이행하고, 다시 글로벌 셔터 방식을 사용하여 수광 데이터를 취득한다. 판독 회로(40)가 판독하는 데이터가 있다고 판단한 경우에는 단계 ST03으로 이행하고, 판독 처리를 수행한다.
단계 ST03은 수광 시의 신호(검출 신호)의 판독 처리를 수행하는 단계이다. CDS 회로를 사용함으로써, 화소 등에 사용되는 트랜지스터의 편차, 배선이 가지는 기생 용량 등에 기인하는 오프셋 성분을 제거할 수 있다. 다만, 검출 신호에 포함되는 코먼 노이즈는 제거되지 않았다.
단계 ST04는 초기화 시의 신호(초기화 신호)를 행 단위로 CDS 회로(41)가 판독하는 단계이다. CDS 회로(41)는 수광 시의 검출 신호를 기억하고, 그 후 초기화 신호를 판독함으로써 변화량을 검출하고, 상기 변화량이 수광 신호로서 배선(MD)에 출력된다.
단계 ST05는 노이즈 제거 처리를 수행하는 단계이다. 노이즈 제거 회로(42)는 수광 신호에 포함되는 코먼 노이즈를 제거할 수 있다. 또한, 코먼 노이즈가 제거된 수광 신호는 카운터 회로(43)를 사용하여 양자화되고, 제 1 수광 데이터로 변환된다.
단계 ST06은 트랜지스터(M9)를 통하여 제 2 초기화 전위가 CDS 회로(41)에 인가되는 기간의 신호를 판독하는 단계이다. CDS 회로(41)가 가지는 오프셋 성분은 CDS 오프셋 신호로서 배선(MD)에 출력된다.
단계 ST07은 CDS 오프셋 신호에서 노이즈 제거 처리를 수행하는 단계이다. 또한, CDS 오프셋 신호는 카운터 회로(43)를 사용하여 양자화되고, CDS 오프셋 데이터로 변환된다.
단계 ST08은 제 1 수광 데이터와 CDS 오프셋 데이터의 차분을 검출함으로써, 수광 데이터를 추출하는 단계이다. 단계 ST08 후에 단계 ST02로 이행하고, 판독 회로(40)가 판독하는 수광 데이터가 있는지 여부를 확인한다.
도 6은 판독 회로(40)의 동작의 일례를 설명하는 타이밍 차트이다.
도 6에서는 판독 회로(40)가, 표시 장치가 가지는 j 번째 행, j+1 번째 행의 부화소(32)로부터 수광 신호를 판독하는 기간을 나타내었다. 우선, 수광 기간에서, 표시 장치가 가지는 복수의 부화소(32)는 글로벌 셔터 방식을 사용하여 일괄적으로 수광한다. 이때, 배선(TX)에는 "H"의 신호가 공급되고, 배선(SE), 배선(RES), 배선(CL), 신호(SP2)가 공급되는 배선에는 "L"의 신호가 공급된다. 또한, 도 6에서는 j 번째 행의 수광 신호를 판독하는 동작에 대하여 설명한다.
다음으로, 판독 회로(40)가 부화소(32)로부터 j 번째 행의 수광 신호의 판독을 수행한다. 복수의 CDS 회로(41)가 수광 신호를 판독하는 기간을 기간 CDS[j]로 한다. 또한, 노이즈 제거 회로(42)가 코먼 노이즈를 제거하여 양자화하는 기간을 기간 TOUT[j]로 한다. 또한, 설명을 위하여 일례로서 CDS 회로(41[m])를 사용하여 설명한다.
우선, 기간 CDS[j]에 대하여 설명한다. 또한, 기간 CDS[j]에 대하여 설명하기 위하여, 도 3에 도시된 CDS 회로(41[m])를 참조하여 설명한다.
기간 CDS[j]에서는, 우선 배선(SE[j])에 "H"의 신호가 공급됨으로써, 부화소(32)가 검출 신호를 CDS 회로(41[m])에 공급한다. 또한, 이 기간, 배선(CL)에는 "H"의 신호가 공급되고, 노드(NDC)는 제 2 초기화 전위로 초기화(고정)되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, CDS 회로(41[m])가 가지는 용량 소자(C3)에는 검출 신호가 유지된다. 또한, 용량 소자(C3)에 검출 신호가 유지된 후, 배선(CL)에는 "L"의 신호가 공급됨으로써 노드(NDC)가 플로팅 상태가 된다.
이어서, 배선(RES[j])에 "H"의 신호가 공급됨으로써, 부화소(32)는 제 1 초기 전위로 초기화된다. 부화소(32)가 초기화된 상태의 수광 신호(초기화 신호)를 CDS 회로(41[m])에 공급한다. 이때, 노드(NDC)는 플로팅 상태이기 때문에, 검출 신호와 초기화 신호의 차분이 수광 신호로서 배선(MD)에 출력된다. 또한, 배선(SE[j]) 및 배선(RES[j])에 공급되는 선택 신호는 신호(SP2)에 의하여 생성되는 것이 바람직하다. 또는, 배선(SE[j]) 및 배선(RES[j])에 공급되는 선택 신호는 신호(SP2)를 생성하여도 좋다. 또한, 신호(SP2)는 노이즈 제거 회로(42)의 동작 타이밍을 제어하는 신호로서 사용된다.
이어서, 기간 TOUT[j]에 대하여 설명한다. 또한, 기간 TOUT[j]에 대하여 설명하기 위하여, 도 4에 도시된 노이즈 제거 회로(42[m])를 참조한다.
기간 TOUT는 기간 TB1 및 기간 TB2를 가진다. 여기서, 시각 T10은 신호(SP2)가 "L"로 변화된 시각을 나타낸다. 기간 TB1은 시각 T10보다 뒤의 시각 T11로부터 시작하는 것이 바람직하다. 또한, 시각 T11은 시각 T10과 같은 시각이어도 좋다.
기간 TB1은 시각 T11로부터 시작한다. 기간 TB1은 노이즈 제거 회로(42[m])를 초기화하는 기간이다. 배선(AZIN1) 및 배선(AZIN2)이 "L"로 변화됨으로써, 스위치(SW2) 및 스위치(SW3)가 오프 상태가 된다. 동시에, 배선(AZIN1B) 및 배선(AZIN2B)이 "H"로 변화됨으로써, 스위치(SW1) 및 스위치(SW4)가 온 상태가 된다. 따라서, 노드(ND1)에는 스위치(SW1)를 통하여 배선(COM2)에 인가되는 전위 VCOM2가 인가된다. 또한, 노드(ND2)에는 스위치(SW4)를 통하여 배선(COM1)에 인가되는 전위 VCOM1이 인가된다.
또한, 시각 T11에 있어서, 배선(AZFB1) 및 배선(AZFB2)이 "H"로 변화됨으로써, 트랜지스터(51), 트랜지스터(53), 및 트랜지스터(54)가 온 상태가 된다. 따라서, 노드(ND1a)에는 트랜지스터(51)를 통하여 배선(COM3)에 인가되는 전위 VCOM3이 인가된다. 또한, 노드(ND3)에는 트랜지스터(54)를 통하여 배선(COM3)에 인가되는 전위 VCOM3이 인가된다. 또한, 노드(ND2a)에는 트랜지스터(53)를 통하여 비교 회로(56)의 출력 단자(CO)가 출력하는 전위가 인가된다. 또한, 배선(MODE)에는 "L"의 신호가 공급되고, 배선(MODEB)에는 "H"의 신호가 공급된다. 따라서, 스위치(SW5) 및 트랜지스터(52)는 온 상태이다.
기간 TB1을 제공함으로써, 비교 회로(56)의 입력 단자(IP1), 입력 단자(IP2), 및 입력 단자(IM2)에는 전위 VCOM3이 인가되며, 입력 단자(IM1)에는 출력 단자(CO)의 출력 전위가 인가된다. 따라서, 비교 회로(56)의 입력 단자에 인가되는 전위가 고정됨으로써 비교 회로(56)는 초기화된 상태라고 할 수 있다.
시각 T12에 있어서, 배선(AZFB1) 및 배선(AZFB2)이 "L"로 변화된다. 또한, 시각 T13에 있어서, 배선(AZIN1) 및 배선(AZIN2)이 "H"로 변화된다. 즉, 비교 회로(56)를 초기화한 후에, 노드(ND1)는 스위치(SW2)를 통하여 배선(MD[m])에 접속되고, 노드(ND2)는 스위치(SW3)를 통하여 배선(RAMP)에 접속된다.
상술한 순서를 거쳐, 배선(MD[m])의 신호의 변화를 용량 소자(Cin1)를 통하여 입력 단자(IP1)에 공급할 수 있고, 배선(MD[m+1])의 신호의 변화를 용량 소자(Cin3)를 통하여 입력 단자(IM2)에 공급할 수 있다. 배선(MD[m])을 통하여 공급되는 제 1 수광 신호에는 인접한 배선(MD[m+1])을 통하여 공급되는 제 2 수광 신호와 마찬가지로 코먼 노이즈가 포함되어 있다.
기간 TB2는 비교 회로(56)가 코먼 노이즈를 제거하는 기간이다. 여기서 도 6에 도시된 바와 같이, 배선(RAMP)에 공급되는 램프 신호는 시각 T11에 최댓값이 되고, 시각 T14를 시작 시각으로, 시각 T16에 최솟값이 되는 일정한 변화량을 가지는 비교 신호이다. 또한, 이에 한정되지 않고, 배선(RAMP)에 공급되는 신호는 계단 형상으로 변화되는 신호이어도 좋고, 아날로그적으로 변화되는 신호이어도 좋다. 다만, 램프 신호는 시각 T11 내지 시각 T14의 기간이 관리된 신호인 것이 바람직하다. 또한, 시각 T13 내지 시각 T14의 기간은 필요에 따라 제공할 수 있다.
비교 회로(56)는 입력 단자(IP1)에 인가되는 전위와 입력 단자(IM1)에 인가되는 전위를 사용하여 제 1 합성 전류를 생성하고, 입력 단자(IP2)에 인가되는 전위와 입력 단자(IM2)에 인가되는 전위를 사용하여 제 2 합성 전류를 생성한다. 비교 회로(56)에서는 제 1 합성 전류의 크기가 제 2 합성 전류와 같은 크기의 전류가 되도록 제어된다.
일례로서, 제 1 수광 신호가 입력 단자(IP1)에 공급됨으로써 생성되는 제 1 합성 전류는 제 2 수광 신호가 입력 단자(IM2)에 공급됨으로써 생성되는 제 2 합성 전류와 같은 크기의 전류가 되도록 제어된다. 따라서, 제 1 수광 신호가 포함하는 코먼 노이즈는 제 2 수광 신호가 포함하는 코먼 노이즈와 같은 노이즈 성분을 가지기 때문에 상쇄된다. 따라서, 배선(MD[m])을 통하여 공급되는 코먼 노이즈를 포함하는 제 1 수광 신호는 인접한 배선(MD[m+1])에 포함되는 상기 코먼 노이즈를 사용하여 제거된다.
상기 코먼 노이즈가 제거된 제 1 수광 신호는 버퍼 회로(57)를 통하여 신호(Cout)로서 카운터 회로(43[m])에 공급된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 노이즈 제거 회로(42)로부터 출력되는 신호(Cout)는 시각 T14 내지 시각 T16 사이에서 반전하는 신호가 된다. 여기서는, 신호(Cout)가 반전하는 시각을 T15로 하였다. 또한, 신호(Cout)는 2레벨의 신호이기 때문에, 카운터 회로(43[m])는 신호(Cout)의 기간을 양자화하는 것이 용이하다. 또한, 따라서, 노이즈 제거 회로(42)와 카운터 회로(43)를 사용하여 싱글 슬로프형 A/D 변환 회로를 구성할 수 있다. 신호(Cout)는 카운터 회로(43[m])에 의하여 양자화됨으로써 데이터(Dout)로 변환된다. 데이터(Dout)는 프로세서, 제어 회로, 또는 영상 처리 장치 등으로 용이하게 다룰 수 있게 된다. 또한, 신호(Cout)가 아날로그값으로 출력되는 경우, 플래시형 A/D 변환 회로 등을 사용하여도 좋다.
도 7은 비교 회로(56)를 자세히 설명하는 회로도의 일례이다. 비교 회로(56)는 앰프 회로(70)와 레벨 시프터 회로(80)를 가진다. 앰프 회로(70)는 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(7k), 용량 소자(C4), 입력 단자(IP1), 입력 단자(IP2), 입력 단자(IM1), 및 입력 단자(IM2)를 가진다. 트랜지스터(71) 내지 트랜지스터(7e)는 p채널형 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하고, 트랜지스터(7f) 내지 트랜지스터(7k)는 n채널형 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
레벨 시프터 회로(80)는 트랜지스터(81) 내지 트랜지스터(8a), 출력 단자(CO)를 가진다.
또한, 앰프 회로(70)는 배선(VDD1), 배선(VBP1), 및 배선(VBP2)을 가진다. 또한, 레벨 시프터 회로(80)는 배선(VDD2), 배선(STBY), 및 배선(VBN1)을 가진다. 또한, 앰프 회로(70) 및 레벨 시프터 회로(80)는 배선(VSS) 및 배선(VBN2)을 공유한다.
배선(VDD1)은 트랜지스터(71), 트랜지스터(73), 트랜지스터(75), 트랜지스터(77), 및 트랜지스터(79)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 배선(VDD2)은 트랜지스터(81) 내지 트랜지스터(84)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 배선(VSS)은 트랜지스터(7g), 트랜지스터(7i), 트랜지스터(7k), 트랜지스터(86) 내지 트랜지스터(89)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다.
배선(VBP1)은 트랜지스터(71), 트랜지스터(73), 트랜지스터(75), 트랜지스터(77), 및 트랜지스터(79)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 배선(VBP2)은 트랜지스터(72), 트랜지스터(74), 트랜지스터(76), 트랜지스터(78), 및 트랜지스터(7a)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 배선(VBN2)은 트랜지스터(7f), 트랜지스터(7h), 트랜지스터(7j), 및 트랜지스터(85)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
입력 단자(IM1)는 트랜지스터(7b)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 입력 단자(IP1)는 트랜지스터(7c)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 입력 단자(IM2)는 트랜지스터(7d)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 입력 단자(IP2)는 트랜지스터(7e)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(71)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(72)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(72)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7b) 및 트랜지스터(7c)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(73)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(74)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(74)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7d) 및 트랜지스터(7e)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(75)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(76)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(76)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7f)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(7g) 및 트랜지스터(7i)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(7f)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7g)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(7c) 및 트랜지스터(7e)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(77)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(78)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(78)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7h)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(7k)의 게이트, 및 용량 소자(C4)의 한쪽의 전극에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(7h)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7i)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(7b) 및 트랜지스터(7d)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(C4)의 다른 쪽의 전극은 배선(VSS)에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(79)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7a)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(7a)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7j)의 소스 및 드레인 중 한쪽 및 트랜지스터(87)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(7j)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(7k)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(81)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(85)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 및 트랜지스터(81) 내지 트랜지스터(83)의 게이트에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(85)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(86)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다. 배선(VBN1)은 트랜지스터(86)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(82)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(87)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 트랜지스터(88)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(83)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(88)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽, 트랜지스터(8a)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 트랜지스터(84) 및 트랜지스터(89)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(84)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 트랜지스터(89)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽 및 출력 단자(CO)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(8a)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 배선(VSS)에 전기적으로 접속된다. 배선(STBY)은 트랜지스터(8a)의 게이트에 전기적으로 접속된다.
입력 단자(IP1)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7c)가 흘리는 전류의 크기와 입력 단자(IM1)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7b)가 흘리는 전류의 크기는 트랜지스터(71) 및 트랜지스터(72)에 의하여 결정된다. 환언하면, 트랜지스터(71) 및 트랜지스터(72)를 흐르는 제 1 합성 전류의 크기는 입력 단자(IP1)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7c)가 흘리는 전류에, 입력 단자(IM1)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7b)가 흘리는 전류를 더한 전류의 크기와 동등하다.
마찬가지로, 트랜지스터(73) 및 트랜지스터(74)를 흐르는 제 2 합성 전류는 입력 단자(IP2)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7e)가 흘리는 전류에, 입력 단자(IM2)에 인가되는 전위에 따라 트랜지스터(7d)가 흘리는 전류를 더한 전류의 크기와 동등하다.
다만, 트랜지스터(71)와 트랜지스터(73)의 게이트에는 같은 전위가 인가되고, 트랜지스터(72)와 트랜지스터(74)의 게이트에는 같은 전위가 인가된다. 따라서 트랜지스터(71)와 트랜지스터(73)는 차동 입력의 관계이고, 트랜지스터(72)와 트랜지스터(74)는 차동 입력의 관계이다. 따라서, 제 1 합성 전류의 전류값은 제 2 합성 전류와 같은 전류값이 된다. 여기서, 트랜지스터(71)의 채널 길이 및 채널 폭은 트랜지스터(73)의 채널 길이 및 채널 폭과 같은 것이 바람직하다. 또한, 트랜지스터(72)의 채널 길이 및 채널 폭은 트랜지스터(74)의 채널 길이 및 채널 폭과 같은 것이 바람직하다.
일례로서, 입력 단자(IP1)에 공급되는 제 1 수광 신호가 코먼 노이즈의 영향으로 인하여 커진 경우, 트랜지스터(7c)를 흐르는 전류가 커진다. 또한, 입력 단자(IM2)에 공급되는 제 2 수광 신호가 상기 코먼 노이즈의 영향으로 인하여 커진 경우, 트랜지스터(7d)를 흐르는 전류가 커진다. 또한, 입력 단자(IP2)에는 전위 VCOM3이 인가되고, 입력 단자(IM1)에는 램프 신호가 공급된다. 전위 VCOM3 및 램프 신호에는 상기 코먼 노이즈가 포함되지 않는 것으로 한다.
제 1 합성 전류의 크기와 제 2 합성 전류의 크기가 같기 때문에, 코먼 노이즈의 영향은 상쇄된다. 따라서, 트랜지스터(7c) 및 트랜지스터(7e)를 흐르는 전류의 합계를 제 1 수광 신호로 할 수 있다. 또한, 트랜지스터(7b) 및 트랜지스터(7d)를 흐르는 전류의 합계를 램프 신호에 의한 비교 신호로 할 수 있다. 따라서, 앰프 회로(70)는 비교 회로로서 기능할 수 있다.
또한, 레벨 시프터 회로(80)는 앰프 회로(70)의 출력 전압을 배선(VDD2)에 인가되는 전위의 진폭으로 변환할 수 있다.
따라서, 배선(MD[m])을 통하여 공급되는 코먼 노이즈를 포함하는 제 1 수광 신호는 인접한 배선(MD[m+1])에도 포함되는 상기 코먼 노이즈를 사용하여 제거할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태에 따르면, 표시 기능과 수광 기능을 가지는 표시 장치로부터 수광 신호를 판독하는 판독 회로를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 따르면, 표시 기능에 기인하는 코먼 노이즈를 저감하는 노이즈 제거 회로를 제공할 수 있다. 따라서, 표시 모듈은 표시 장치가 가지는 수광 기능을 사용하여 터치 등을 검출할 수 있다. 또한, 표시 모듈은 표시 기능이 가지는 광의 사출 기능을 이용하여 반사광을 검출하는 근접 센서로서 사용할 수 있다. 근접 센서로서 동작하는 경우, 표시 모듈은 지문 또는 장문 등의 인증 기능을 가질 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서, 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 나타내어진 경우에는, 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대해서 도 8 내지 도 17을 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 실시형태 1에서 설명한 디바이스의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치의 표시부는 발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 또한, 상기 표시부는 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 수광 소자와 발광 소자를 가진다. 또는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 수발광 소자(수발광 디바이스라고도 함)와 발광 소자를 가진다.
우선, 수광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부에 수광 소자와 발광 소자를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부에 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에 화상을 표시할 수 있다. 또한, 상기 표시부에는 수광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부는 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다. 표시부는 이미지 센서나 터치 센서에 사용할 수 있다. 즉, 표시부에서 광을 검출함으로써, 화상을 촬상하거나, 대상물(손가락이나 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서, 표시 장치와 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되기 때문에 전자 기기의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 표시부가 가지는 발광 소자가 발한 광을 대상물이 반사하였을 때(또는 산란시켰을 때), 수광 소자가 그 반사광(또는 산란광)을 검출할 수 있기 때문에, 어두운 장소에서도 촬상이나 터치 조작(접촉 또는 근접)의 검출이 가능하다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자를 사용하여, 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉, 발광 소자는 표시 소자(표시 디바이스라고도 함)로서 기능한다.
발광 소자로서는, OLED(Organic Light Emitting Diode)나 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자(EL 디바이스라고도 함)를 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 발명의 일 형태의 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
수광 소자를 이미지 센서에 사용하는 경우, 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태의 표시 장치는 스캐너로서 사용할 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서를 사용하여 지문, 장문 등의 생체 정보에 따른 데이터를 취득할 수 있다. 즉, 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, 수광 소자를 터치 센서에 사용하는 경우, 표시 장치는 수광 소자를 사용하여 대상물의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
수광 소자로서는 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 소자는 수광 소자에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 수광 소자에 입사하는 광량에 따라 수광 소자로부터 발생하는 전하량이 결정된다.
특히 수광 소자로서 유기 화합물을 포함하는 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 형상 및 디자인의 자유도가 높으므로 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 발광 소자로서 유기 EL 소자를 사용하고, 수광 소자로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 EL 소자 및 유기 포토다이오드는 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 유기 EL 소자를 사용한 표시 장치에 유기 포토다이오드를 내장할 수 있다.
유기 EL 소자 및 유기 포토다이오드를 구성하는 모든 층을 따로따로 형성하려면, 성막 공정이 매우 많아진다. 유기 포토다이오드는 유기 EL 소자와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많기 때문에, 공통된 구성으로 할 수 있는 층은 일괄적으로 성막함으로써 성막 공정 증가를 억제할 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 전극 중 한쪽(공통 전극)을 수광 소자 및 발광 소자에서 공통되는 층으로 할 수 있다. 또한, 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 수광 소자 및 발광 소자에서 공통되는 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 수광 소자가 활성층을 가지고, 발광 소자가 발광층을 가지는 점 이외는 수광 소자와 발광 소자를 동일한 구성으로 할 수도 있다. 즉, 발광 소자의 발광층을 활성층으로 변경하기만 하면, 수광 소자를 제작할 수도 있다. 이와 같이, 수광 소자 및 발광 소자가 공통되는 층을 가짐으로써, 성막 횟수 및 마스크 수를 줄일 수 있어, 표시 장치의 제작 공정 및 제작 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 표시 장치의 기존의 제조 장치 및 제조 방법을 사용하여 수광 소자를 가지는 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 수광 소자와 발광 소자가 공통적으로 가지는 층은 발광 소자에서의 기능과 수광 소자에서의 기능이 상이한 경우가 있다. 본 명세서 중에서는 발광 소자에서의 기능에 기초하여 구성 요소를 호칭한다. 예를 들어 정공 주입층은 발광 소자에서 정공 주입층으로서 기능하고, 수광 소자에서 정공 수송층으로서 기능한다. 마찬가지로, 전자 주입층은 발광 소자에서 전자 주입층으로서 기능하고, 수광 소자에서 전자 수송층으로서 기능한다. 또한, 수광 소자와 발광 소자가 공통적으로 가지는 층은 발광 소자에서의 기능과 수광 소자에서의 기능이 동일한 경우도 있다. 정공 수송층은 발광 소자 및 수광 소자 중 어느 쪽에서도 정공 수송층으로서 기능하고, 전자 수송층은 발광 소자 및 수광 소자 중 어느 쪽에서도 전자 수송층으로서 기능한다.
다음으로, 수발광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에 있어서, 어느 색을 나타내는 부화소는 발광 소자 대신에 수발광 소자를 가지고, 그 외의 색을 나타내는 부화소는 발광 소자를 가진다. 수발광 소자는 광을 발하는 기능(발광 기능)과 수광하는 기능(수광 기능)의 양쪽을 가진다. 예를 들어, 화소가 적색의 부화소, 녹색의 부화소, 청색의 부화소의 3개의 부화소를 가지는 경우, 적어도 하나의 부화소가 수발광 소자를 가지고, 다른 부화소는 발광 소자를 가지는 구성으로 한다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 표시부는 수발광 소자와 발광 소자의 양쪽을 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다.
수발광 소자가 발광 소자와 수광 소자를 겸함으로써, 화소에 포함되는 부화소 수를 늘리지 않고, 화소에 수광 기능을 부여할 수 있다. 이로써, 화소의 개구율(각 부화소의 개구율) 및 표시 장치의 정세도를 유지한 채, 표시 장치의 표시부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자를 가지는 부화소와 별도로 수광 소자를 가지는 부화소를 제공하는 경우에 비하여, 화소의 개구율을 높일 수 있고, 고정세화가 용이하다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부에 수발광 소자와 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에 화상을 표시할 수 있다. 또한, 표시부는 이미지 센서나 터치 센서에 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서, 표시 장치와 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되기 때문에 전자 기기의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 표시부가 가지는 발광 소자가 발한 광을 대상물이 반사(또는 산란)하였을 때, 수발광 소자가 그 반사광(또는 산란광)을 검출할 수 있기 때문에, 어두운 장소에서도 촬상이나 터치 조작(접촉 또는 근접)의 검출이 가능하다.
수발광 소자는 유기 EL 소자와 유기 포토다이오드를 조합하여 제작할 수 있다. 예를 들어, 유기 EL 소자의 적층 구조에 유기 포토다이오드의 활성층을 추가함으로써, 수발광 소자를 제작할 수 있다. 또한, 유기 EL 소자와 유기 포토다이오드를 조합하여 제작하는 수발광 소자는 유기 EL 소자와 공통되는 구성으로 할 수 있는 층을 일괄적으로 성막함으로써, 성막 공정의 증가를 억제할 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 전극 중 한쪽(공통 전극)을 수발광 소자 및 발광 소자에서 공통되는 층으로 할 수 있다. 또한, 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 수발광 소자 및 발광 소자에서 공통되는 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어 수광 소자의 활성층의 유무 이외는 수발광 소자와 발광 소자를 동일한 구성으로 할 수도 있다. 즉, 발광 소자에 수광 소자의 활성층을 추가하기만 하면 수발광 소자를 제작할 수도 있다. 이와 같이, 수발광 소자 및 발광 소자가 공통되는 층을 가짐으로써, 성막 횟수 및 마스크 수를 줄일 수 있어, 표시 장치의 제작 공정 및 제작 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 표시 장치의 기존의 제조 장치 및 제조 방법을 사용하여 수발광 소자를 가지는 표시 장치를 제작할 수 있다.
또한, 수발광 소자가 가지는 층은 수발광 소자가 수광 소자로서 기능하는 경우와 발광 소자로서 기능하는 경우에서 기능이 상이한 경우가 있다. 본 명세서 중에서는 수발광 소자가 발광 소자로서 기능하는 경우에서의 기능에 의거하여 구성 요소를 호칭한다. 예를 들어, 정공 주입층은 수발광 소자가 발광 소자로서 기능할 때에는 정공 주입층으로서 기능하고, 수발광 소자가 수광 소자로서 기능할 때에는 정공 수송층으로서 기능한다. 마찬가지로, 전자 주입층은 수발광 소자가 발광 소자로서 기능할 때에는 전자 주입층으로서 기능하고, 수발광 소자가 수광 소자로서 기능할 때에는 전자 수송층으로서 기능한다. 또한, 수발광 소자가 가지는 층은 수발광 소자가 수광 소자로서 기능하는 경우와 발광 소자로서 기능하는 경우에서 기능이 동일한 경우도 있다. 정공 수송층은 발광 소자 및 수광 소자 중 어느 쪽으로 기능하는 경우에도 정공 수송층으로서 기능하고, 전자 수송층은 발광 소자 및 수광 소자 중 어느 쪽으로 기능하는 경우에도 전자 수송층으로서 기능한다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 소자 및 수발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉, 발광 소자 및 수발광 소자는 표시 소자로서 기능한다.
본 실시형태의 표시 장치는 수발광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다. 수발광 소자는 수발광 소자 자체가 발하는 광보다 단파장의 광을 검출할 수 있다.
수발광 소자를 이미지 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수발광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태의 표시 장치는 스캐너로서 사용할 수 있다.
또한, 수발광 소자를 터치 센서에 사용하는 경우, 본 실시형태의 표시 장치는 수발광 소자를 사용하여 대상물의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
수발광 소자는 수발광 소자에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 수발광 소자에 입사하는 광량에 따라 수발광 소자로부터 발생하는 전하량이 결정된다.
수발광 소자는 상기 발광 소자의 구성에 수광 소자의 활성층을 추가함으로써 제작할 수 있다.
수발광 소자에는, 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드의 활성층을 사용할 수 있다.
특히, 수발광 소자에는 유기 화합물을 포함하는 층을 가지는 유기 포토다이오드의 활성층을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 형상 및 디자인의 자유도가 높으므로 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도면을 사용하여 더 구체적으로 설명한다.
[표시 장치]
도 8의 (A) 내지 (D) 및 (F)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 단면도를 도시하였다.
도 8의 (A)에 도시된 표시 장치(200A)는 기판(201)과 기판(209) 사이에 수광 소자를 가지는 층(203), 기능층(205), 및 발광 소자를 가지는 층(207)을 가진다.
표시 장치(200A)는 발광 소자를 가지는 층(207)으로부터 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 광이 사출되는 구성이다.
수광 소자를 가지는 층(203)에 포함되는 수광 소자는 표시 장치(200A)의 외부로부터 입사한 광을 검출할 수 있다.
도 8의 (B)에 도시된 표시 장치(200B)는 기판(201)과 기판(209) 사이에 수발광 소자를 가지는 층(204), 기능층(205), 및 발광 소자를 가지는 층(207)을 가진다.
표시 장치(200B)는 발광 소자를 가지는 층(207)으로부터 녹색(G)의 광 및 청색(B)의 광이 사출되고, 수발광 소자를 가지는 층(204)으로부터 적색(R)의 광이 사출되는 구성이다. 또한, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 있어서, 수발광 소자를 가지는 층(204)이 발하는 광의 색은 적색에 한정되지 않는다. 또한, 발광 소자를 가지는 층(207)이 발하는 광의 색도 녹색과 청색의 조합에 한정되지 않는다.
수발광 소자를 가지는 층(204)에 포함되는 수발광 소자는 표시 장치(200B)의 외부로부터 입사한 광을 검출할 수 있다. 상기 수발광 소자는 예를 들어 녹색(G)의 광 및 청색(B)의 광 중 한쪽 또는 양쪽을 검출할 수 있다.
기능층(205)은 수광 소자 또는 수발광 소자를 구동하는 회로 및 발광 소자를 구동하는 회로를 가진다. 기능층(205)에는 스위치, 트랜지스터, 용량, 저항, 배선, 단자 등을 제공할 수 있다. 또한, 발광 소자 및 수광 소자를 패시브 매트릭스 방식으로 구동시키는 경우에는, 스위치나 트랜지스터를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 장치에 접촉되는 손가락 등의 대상물을 검출하는 기능(터치 패널로서의 기능)을 가져도 좋다. 예를 들어, 도 8의 (C)에 도시된 바와 같이, 발광 소자를 가지는 층(207)에서 발광 소자가 발한 광을 표시 장치(200A)에 접촉한 손가락(202)이 반사함으로써, 수광 소자를 가지는 층(203)에서의 수광 소자가 그 반사광을 검출한다. 이로써, 표시 장치(200A)에 손가락(202)이 접촉한 것을 검출할 수 있다. 또한, 표시 장치(200B)에서는 발광 소자를 가지는 층(207)에서 발광 소자가 발한 광을 표시 장치(200B)에 접촉한 손가락이 반사함으로써, 수발광 소자를 가지는 층(204)에서의 수발광 소자가 그 반사광을 검출할 수 있다. 또한, 이하에서는 발광 소자의 발광이 대상물에 의하여 반사되는 경우를 예로 들어 설명하지만, 광은 대상물에 의하여 산란되는 경우도 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 도 8의 (D)에 도시된 바와 같이, 표시 장치에 근접되는(접촉되지 않은) 대상물을 검출 또는 촬상하는 기능을 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 손가락(202)의 지문을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 도 8의 (E)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치로 촬상한 화상의 이미지도를 나타내었다. 도 8의 (E)에는 촬상 범위 (263) 내에 손가락(202)의 윤곽을 파선으로 나타내고, 접촉부(261)의 윤곽을 일점쇄선으로 나타내었다. 접촉부(261) 내에서 수광 소자(또는 수발광 소자)에 입사하는 광량의 차이에 의하여 콘트라스트가 높은 지문(262)의 화상을 촬상할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 펜태블릿으로서도 기능시킬 수 있다. 도 8의 (F)에는 스타일러스(208)의 끝을 기판(209)에 접촉시킨 상태로 파선 화살표 방향으로 슬라이드하는 모양을 나타내었다.
도 8의 (F)에 도시된 바와 같이, 스타일러스(208)의 끝과 기판(209)의 접촉면에서 산란되는 산란광이 상기 접촉면과 중첩되는 부분에 위치하는 수광 소자(또는 수발광 소자)에 입사함으로써, 스타일러스(208)의 선단의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
도 8의 (G)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서 검출한 스타일러스(208)의 궤적(266)의 예를 나타내었다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 높은 위치 정밀도로 스타일러스(208) 등의 피검출체의 위치 검출이 가능하기 때문에, 묘화 애플리케이션 등에 있어서, 고정세한 묘화를 수행할 수도 있다. 또한, 정전 용량식 터치 센서나, 전자 유도형 터치펜 등을 사용한 경우와 달리, 절연성이 높은 피검출체이어도 위치 검출이 가능하기 때문에, 스타일러스(208)의 선단 부분의 재료는 한정되지 않고, 다양한 필기구(예를 들어 붓, 유리펜, 깃털펜 등)를 사용할 수도 있다.
도 9의 (A) 내지 (D)에 발광 소자를 가지는 부화소를 복수로 가지고, 수발광 소자를 가지는 부화소를 하나 가지는 화소의 일례를 나타내었다.
도 9의 (A)에 도시된 화소는 스트라이프 배열이 적용되고, 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR), 녹색의 광을 나타내는 부화소(G), 및 청색의 광을 나타내는 부화소(B)를 가진다. 화소가 R, G, B의 3개의 부화소로 이루어지는 표시 장치에 있어서, R의 부화소에 사용하는 발광 소자를 수발광 소자로 변경함으로써, 화소에 수광 기능을 가지는 표시 장치를 제작할 수 있다.
도 9의 (B)에 도시된 화소는 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR), 녹색의 광을 나타내는 부화소(G), 및 청색의 광을 나타내는 부화소(B)를 가진다. 부화소(SR)는 부화소(G) 및 부화소(B)와 상이한 열에 배치된다. 부화소(G)와 부화소(B)는 같은 열에 번갈아 배치되고, 한쪽이 홀수 행에 제공되고, 다른 쪽이 짝수 행에 제공된다. 또한, 다른 색의 부화소와 상이한 열에 배치되는 부화소는 적색(R)에 한정되지 않고, 녹색(G) 또는 청색(B)이어도 좋다.
도 9의 (C)에 도시된 화소는 매트릭스 배열이 적용되고, 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR), 녹색의 광을 나타내는 부화소(G), 청색의 광을 나타내는 부화소(B), 및 R, G, B 이외의 광을 나타내는 부화소(X)를 가진다. 화소가 R, G, B, X의 4개의 부화소로 이루어지는 표시 장치에 있어서도, R의 부화소에 사용하는 발광 소자를 수발광 소자로 변경함으로써, 화소에 수광 기능을 가지는 표시 장치를 제작할 수 있다.
도 9의 (D)는 2개의 화소를 나타낸 것이고, 점선으로 둘러싸인 3개의 부화소에 의하여 하나의 화소가 구성되어 있다. 도 9의 (D)에 도시된 화소는 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR), 녹색의 광을 나타내는 부화소(G), 및 청색의 광을 나타내는 부화소(B)를 가진다. 도 9의 (D)에 도시된 왼쪽의 화소에서는 부화소(SR)와 같은 행에 부화소(G)가 배치되고, 부화소(SR)와 같은 열에 부화소(B)가 배치되어 있다. 도 9의 (D)에 도시된 오른쪽의 화소에서는 부화소(SR)와 같은 행에 부화소(G)가 배치되고, 부화소(SR)와 같은 행에 부화소(B)가 배치되어 있다. 도 9의 (D)에 도시된 화소 레이아웃에서는, 홀수 행과 짝수 행 중 어느 쪽에서도, 부화소(SR), 부화소(G), 및 부화소(B)가 반복적으로 배치되어 있으며, 각 열의 홀수 행과 짝수 행에서는 상이한 색의 부화소가 배치된다.
도 9의 (E)에는 펜타일 배열이 적용된 4개의 화소를 나타내었고, 인접한 2개의 화소는 조합이 상이한 2색의 광을 나타내는 부화소를 가진다. 또한, 도 9의 (E)에 도시된 부화소의 형상은 상기 부화소가 가지는 발광 소자 또는 수발광 소자의 상면 형상을 나타낸 것이다. 도 9의 (F)는 도 9의 (E)에 도시된 화소 배열의 변형예이다.
도 9의 (E)에 도시된 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR) 및 녹색의 광을 나타내는 부화소(G)를 가진다. 도 9의 (E)에 도시된 왼쪽 아래의 화소와 오른쪽 위의 화소는 녹색의 광을 나타내는 부화소(G) 및 청색의 광을 나타내는 부화소(B)를 가진다.
도 9의 (F)에 도시된 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR) 및 녹색의 광을 나타내는 부화소(G)를 가진다. 도 9의 (F)에 도시된 왼쪽 아래의 화소와 오른쪽 위의 화소는 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR) 및 청색의 광을 나타내는 부화소(B)를 가진다.
도 9의 (E)에서는 각 화소에 녹색의 광을 나타내는 부화소(G)가 제공되어 있다. 한편, 도 9의 (F)에서는 각 화소에 적색의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 부화소(SR)가 제공되어 있다. 각 화소에 수광 기능을 가지는 부화소가 제공되어 있기 때문에, 도 9의 (F)에 도시된 구성에서는, 도 9의 (E)에 도시된 구성에 비하여 높은 정세도로 촬상을 수행할 수 있다. 이로써, 예를 들어 생체 인증의 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 발광 소자 및 수발광 소자의 상면 형상은 특별히 한정되지 않고, 원형, 타원형, 다각형, 모서리를 둥글게 한 다각형 등으로 할 수 있다. 부화소(G)가 가지는 발광 소자의 상면 형상에 대하여, 도 9의 (E)에서는 원형인 예를 나타내고, 도 9의 (F)에서는 정직사각형인 예를 나타내었다. 각 색의 발광 소자 및 수발광 소자의 상면 형상은 상이하여도 좋고, 일부 또는 모든 색에서 같아도 좋다.
또한, 각 색의 부화소의 개구율은 상이하여도 좋고, 일부 또는 모든 색에서 같아도 좋다. 예를 들어, 각 화소에 제공되는 부화소(도 9의 (E)에서는 부화소(G), 도 9의 (F)에서는 부화소(SR))의 개구율을 다른 색의 부화소의 개구율에 비하여 작게 하여도 좋다.
도 9의 (G)는 도 9의 (F)에 도시된 화소 배열의 변형예이다. 구체적으로는, 도 9의 (G)의 구성은 도 9의 (F)의 구성을 45° 회전시킴으로써 얻어진다. 도 9의 (F)에서는 2개의 부화소에 의하여 하나의 화소가 구성되는 것으로 하여 설명하였지만, 도 9의 (G)에 도시된 바와 같이, 4개의 부화소에 의하여 하나의 화소가 구성되어 있다고 할 수도 있다.
도 9의 (G)에서는, 점선으로 둘러싸인 4개의 부화소에 의하여 하나의 화소가 구성되는 것으로 하여 설명한다. 하나의 화소는 2개의 부화소(SR)와, 하나의 부화소(G)와, 하나의 부화소(B)를 가진다. 이와 같이, 하나의 화소가 수광 기능을 가지는 부화소를 복수 가짐으로써, 높은 정세도로 촬상을 수행할 수 있다. 따라서, 생체 인증의 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들어, 촬상의 정세도를 표시의 정세도의 제곱근 2배로 할 수 있다.
도 9의 (F) 또는 (G)에 나타낸 구성이 적용된 표시 장치는 p개(p는 2 이상의 정수)의 제 1 발광 소자와, q개(q는 2 이상의 정수)의 제 2 발광 소자와, r개(r는 p보다 크고, q보다 큰 정수)의 수발광 소자를 가진다. p와 r는 r=2p를 충족시킨다. 또한, p, q, r는 r=p+q를 충족시킨다. 제 1 발광 소자와 제 2 발광 소자 중 한쪽이 녹색의 광을 발하고, 다른 쪽이 청색의 광을 발한다. 수발광 소자는 적색의 광을 발하며 수광 기능을 가진다.
예를 들어, 수발광 소자를 사용하여 터치 검출을 수행하는 경우, 광원으로부터의 발광이 사용자에게 시인되기 어려운 것이 바람직하다. 청색의 광은 녹색의 광보다 시인성이 낮기 때문에, 청색의 광을 발하는 발광 소자를 광원으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 수발광 소자는 청색의 광을 수광하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 표시 장치에는 다양한 배열의 화소를 적용할 수 있다.
[디바이스 구조]
다음으로, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용할 수 있는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 소자가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광을 사출하는 톱 이미션형, 발광 소자가 형성된 기판 측으로 광을 사출하는 보텀 이미션형, 및 양면으로 광을 사출하는 듀얼 이미션형 중 어느 것이어도 좋다.
본 실시형태에서는 톱 이미션형 표시 장치를 예로 들어 설명한다.
또한, 본 명세서 등에 있어서, 특별히 설명되지 않는 한, 요소(발광 소자, 발광층 등)를 복수로 가지는 구성을 설명하는 경우에서도, 각각의 요소에서 공통된 사항을 설명하는 경우에는, 알파벳을 생략하여 설명한다. 예를 들어, 발광층(283R) 및 발광층(283G) 등에 공통되는 사항을 설명하는 경우에, 발광층(283)이라고 기재하는 경우가 있다.
도 10의 (A)에 도시된 표시 장치(280A)는 수광 소자(270PD), 적색(R)의 광을 발하는 발광 소자(270R), 녹색(G)의 광을 발하는 발광 소자(270G), 및 청색(B)의 광을 발하는 발광 소자(270B)를 가진다.
각 발광 소자는 화소 전극(271), 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 발광층, 전자 수송층(284), 전자 주입층(285), 및 공통 전극(275)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 발광 소자(270R)는 발광층(283R)을 가지고, 발광 소자(270G)는 발광층(283G)을 가지고, 발광 소자(270B)는 발광층(283B)을 가진다. 발광층(283R)은 적색의 광을 발하는 발광 물질을 가지고, 발광층(283G)은 녹색의 광을 발하는 발광 물질을 가지고, 발광층(283B)은 청색의 광을 발하는 발광 물질을 가진다.
발광 소자는 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 전압을 인가함으로써, 공통 전극(275) 측으로 광을 사출하는 전계 발광 소자이다.
수광 소자(270PD)는 화소 전극(271), 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 활성층(273), 전자 수송층(284), 전자 주입층(285), 및 공통 전극(275)을 이 순서대로 적층하여 가진다.
수광 소자(270PD)는 표시 장치(280A)의 외부로부터 입사되는 광을 수광하고, 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다.
본 실시형태에서는 발광 소자 및 수광 소자 중 어느 쪽에서도 화소 전극(271)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(275)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 소자를 구동시킴으로써, 수광 소자에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시켜, 전류로서 추출할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치에서는 수광 소자(270PD)의 활성층(273)에 유기 화합물을 사용한다. 수광 소자(270PD)는 활성층(273) 이외의 층을 발광 소자와 공통되는 구성으로 할 수 있다. 그러므로, 발광 소자의 제작 공정에 활성층(273)을 성막하는 공정을 추가하기만 하면, 발광 소자의 형성과 병행하여 수광 소자(270PD)를 형성할 수 있다. 또한, 발광 소자와 수광 소자(270PD)를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(270PD)를 내장할 수 있다.
표시 장치(280A)에서는 수광 소자(270PD)의 활성층(273)과 발광 소자의 발광층(283)을 개별적으로 형성하는 점 이외는 수광 소자(270PD)와 발광 소자가 공통되는 구성인 예를 나타내었다. 다만, 수광 소자(270PD)와 발광 소자의 구성은 이에 한정되지 않는다. 수광 소자(270PD)와 발광 소자 각각은 활성층(273)과 발광층(283) 외에도, 개별적으로 형성되는 층을 가져도 좋다. 수광 소자(270PD)와 발광 소자는 공통적으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(270PD)를 내장할 수 있다.
화소 전극(271)과 공통 전극(275) 중, 광을 추출하는 측의 전극에는, 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 발광 소자에는, 미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 발광 소자가 가지는 한 쌍의 전극 중 한쪽은 가시광에 대한 투과성 및 반사성을 가지는 전극(반투과·반반사 전극)을 가지는 것이 바람직하고, 다른 쪽은 가시광에 대한 반사성을 가지는 전극(반사 전극)을 가지는 것이 바람직하다. 발광 소자가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 발광층으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜, 발광 소자로부터 사출되는 광을 강하게 할 수 있다.
또한 반투과·반반사 전극은 반사 전극과 가시광에 대한 투과성을 가지는 전극(투명 전극이라고도 함)의 적층 구조로 할 수 있다.
투명 전극의 광의 투과율은 40% 이상으로 한다. 예를 들어, 발광 소자에는, 가시광(파장 400nm 이상 750nm 미만의 광)의 투과율이 40% 이상인 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 반투과·반반사 전극의 가시광의 반사율은 10% 이상 95% 이하, 바람직하게는 30% 이상 80% 이하로 한다. 반사 전극의 가시광의 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이들 전극의 저항률은 1Х10-2Ωcm 이하인 것이 바람직하다. 또한, 발광 소자가 근적외광(파장 750nm 이상 1300nm 이하의 광)을 발하는 경우, 이들 전극의 근적외광의 투과율 또는 반사율은 가시광의 투과율 또는 반사율과 마찬가지로, 상기 값의 범위를 충족시키는 것이 바람직하다.
발광 소자는 적어도 발광층(283)을 가진다. 발광 소자는 발광층(283) 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 블록 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 전자 블록 재료, 또는 바이폴라성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다.
예를 들어, 발광 소자 및 수광 소자는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 1층 이상을 공통되는 구성으로 할 수 있다. 또한, 발광 소자 및 수광 소자 각각은 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 1층 이상을 개별적으로 형성할 수 있다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층으로 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 재료로서는 방향족 아민 화합물이나, 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수 있다.
발광 소자에서 정공 수송층은 정공 주입층에 의하여 양극으로부터 주입된 정공을 발광층에 수송하는 층이다. 수광 소자에서 정공 수송층은 활성층에 입사한 광을 바탕으로 발생한 정공을 양극에 수송하는 층이다. 정공 수송층은 정공 수송성 재료를 포함한 층이다. 정공 수송성 재료로서는 1Х10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가진 물질이 바람직하다. 또한 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질도 사용할 수 있다. 정공 수송성 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체 등)이나 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물) 등의 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
발광 소자에서 전자 수송층은 전자 주입층에 의하여 음극으로부터 주입된 전자를 발광층에 수송하는 층이다. 수광 소자에서 전자 수송층은 활성층에 입사한 광을 바탕으로 발생한 전자를 음극에 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함한 층이다. 또한 정공 수송성 재료로서는 1Х10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가진 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질도 사용할 수 있다. 전자 수송성 재료로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등 외, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 배위자를 가지는 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 그 외에 질소 함유 헤테로 방향족 화합물을 포함하는 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
전자 주입층은 음극으로부터 전자 수송층으로 전자를 주입하는 층이고, 전자 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 전자 주입성이 높은 재료로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 전자 주입성이 높은 재료로서는 전자 수송성 재료와 도너성 재료(전자 공여성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다.
발광층(283)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층(283)은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 가질 수 있다. 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서 근적외광을 발하는 물질을 사용할 수도 있다.
발광 물질로서는 형광 재료, 인광 재료, TADF 재료, 퀀텀닷 재료 등을 들 수 있다.
형광 재료로서는, 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등을 들 수 있다.
인광 재료로서는, 예를 들어 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 배위자로 하는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 백금 착체, 희토류 금속 착체 등이 있다.
발광층(283)은, 발광 물질(게스트 재료)에 더하여, 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료 등)를 가져도 좋다. 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서는, 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 또한, 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서 바이폴라성 재료 또는 TADF 재료를 사용하여도 좋다.
발광층(283)은, 예를 들어 인광 재료와, 들뜬 복합체를 형성하기 쉬운 조합인 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질(인광 재료)로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 사용한 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원할하게 되고, 효율적으로 발광을 얻을 수 있다. 이 구성에 의하여, 발광 소자의 고효율, 저전압 구동, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
들뜬 복합체를 형성하는 재료의 조합으로서는 정공 수송성 재료의 HOMO 준위(최고 점유 분자 궤도 준위)가 전자 수송성 재료의 HOMO 준위 이상의 값인 것이 바람직하다. 정공 수송성 재료의 LUMO 준위(최저 비점유 분자 궤도 준위)가 전자 수송성 재료의 LUMO 준위 이상의 값인 것이 바람직하다. 재료의 LUMO 준위 및 HOMO 준위는 사이클릭 볼타메트리(CV) 측정에 의하여 측정되는 재료의 전기 화학 특성(환원 전위 및 산화 전위)으로부터 도출할 수 있다.
들뜬 복합체의 형성은, 예를 들어 정공 수송성 재료의 발광 스펙트럼, 전자 수송성 재료의 발광 스펙트럼, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 발광 스펙트럼을 비교하여, 혼합막의 발광 스펙트럼이 각 재료의 발광 스펙트럼보다 장파장 측으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는, 정공 수송성 재료의 과도 포토루미네선스(PL), 전자 수송성 재료의 과도 PL, 및 이들 재료를 혼합한 혼합막의 과도 PL을 비교하여, 혼합막의 과도 PL 수명이 각 재료의 과도 PL 수명보다 장수명 성분을 가지거나, 지연 성분의 비율이 커지는 등의 과도 응답의 차이를 관측함으로써 확인할 수 있다. 또한 상술한 과도 PL은 과도 일렉트로루미네선스(EL)라고 바꿔 읽어도 좋다. 즉, 정공 수송성 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들의 혼합막의 과도 EL을 비교하여, 과도 응답의 차이를 관측함으로써도 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수 있다.
활성층(273)은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는, 실리콘 등의 무기 반도체 및 유기 화합물을 포함하는 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 활성층(273)이 가지는 반도체로서, 유기 반도체를 사용하는 예를 나타내었다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광층(283)과 활성층(273)을 같은 방법(예를 들어, 진공 증착법)으로 형성할 수 있어, 제조 장치를 공통화할 수 있기 때문에 바람직하다.
활성층(273)이 가지는 n형 반도체의 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등), 풀러렌 유도체 등 전자 수용성 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 풀러렌은, 축구공과 같은 형상을 가지고, 상기 형상은 에너지적으로 안정적이다. 풀러렌은 HOMO 준위 및 LUMO 준위의 양쪽이 깊다(낮다). 풀러렌은 LUMO 준위가 깊기 때문에, 전자 수용성(억셉터성)이 매우 높다. 일반적으로, 벤젠과 같이 평면으로 π전자 공액(공명)이 퍼지면 전자 공여성(도너성)이 높아지지만, 풀러렌은 구체 형상이기 때문에 π전자가 크게 퍼짐에도 불구하고, 전자 수용성이 높아진다. 전자 수용성이 높으면 전하 분리가 고속으로, 효율적으로 일어나기 때문에, 수광 소자에 었어 유익하다. C60, C70 모두 가시광 영역에 넓은 흡수대를 가지고, 특히 C70은 C60에 비하여 π전자 공액이 크고, 장파장 영역에도 넓은 흡수대를 가지기 때문에 바람직하다.
또한, n형 반도체의 재료로서는 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 쿠마린 유도체, 로다민 유도체, 트라이아진 유도체, 퀴논 유도체 등을 들 수 있다.
활성층(273)이 가지는 p형 반도체의 재료로서는, 구리(II)프탈로사이아닌(Copper(II) phthalocyanine; CuPc), 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP), 아연프탈로사이아닌(Zinc Phthalocyanine; ZnPc), 주석프탈로사이아닌(SnPc), 퀴나크리돈 등 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
또한, p형 반도체의 재료로서는 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 등을 들 수 있다. 또한, p형 반도체의 재료로서는 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 피롤 유도체, 벤조퓨란 유도체, 벤조싸이오펜 유도체, 인돌 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 포르피린 유도체, 프탈로사이아닌 유도체, 나프탈로사이아닌 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 폴리페닐렌바이닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체, 폴리바이닐 카바졸 유도체, 폴리싸이오펜 유도체 등을 들 수 있다.
전자 공여성의 유기 반도체 재료의 HOMO 준위는 전자 수용성의 유기 반도체 재료의 HOMO 준위보다 얕은(높은) 것이 바람직하다. 전자 공여성의 유기 반도체 재료의 LUMO 준위는 전자 수용성의 유기 반도체 재료의 LUMO 준위보다 얕은(높은) 것이 바람직하다.
전자 수용성의 유기 반도체 재료로서 구형인 풀러렌을 사용하고, 전자 공여성의 유기 반도체 재료로서 평면에 가까운 형상의 유기 반도체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비슷한 형상의 분자끼리는 모이기 쉬운 경향이 있고, 같은 종류의 분자가 응집되면, 분자 궤도의 에너지 준위가 가깝기 때문에 캐리어 수송성을 높일 수 있다.
예를 들어, 활성층(273)은 n형 반도체와 p형 반도체와 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다.
발광 소자 및 수광 소자에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 쪽이어도 사용할 수 있고, 무기 화합물을 포함하여도 좋다. 발광 소자 및 수광 소자를 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
도 10의 (B)에 도시된 표시 장치(280B)는 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 동일한 구성인 점에서 표시 장치(280A)와 상이하다.
수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)는 활성층(273)과 발광층(283R)을 공통적으로 가진다.
여기서, 수광 소자(270PD)는 검출하고자 하는 광보다 장파장의 광을 발하는 발광 소자와 공통되는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 청색의 광을 검출하는 구성의 수광 소자(270PD)는 발광 소자(270R) 및 발광 소자(270G) 중 한쪽 또는 양쪽과 같은 구성으로 할 수 있다. 예를 들어, 녹색의 광을 검출하는 구성의 수광 소자(270PD)는 발광 소자(270R)와 같은 구성으로 할 수 있다.
수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)를 공통되는 구성으로 함으로써, 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R) 각각이 개별적으로 형성되는 층을 가지는 구성에 비하여, 성막 공정 수 및 마스크 수를 삭감할 수 있다. 따라서, 표시 장치의 제작 공정 및 제작 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)를 공통되는 구성으로 함으로써, 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R) 각각이 개별적으로 형성되는 층을 가지는 구성에 비하여, 위치 어긋남에 대한 마진을 좁힐 수 있다. 이에 의하여, 화소의 개구율을 높일 수 있어, 표시 장치의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 이에 의하여, 발광 소자의 수명을 늘릴 수 있다. 또한, 표시 장치는 높은 휘도를 표현할 수 있다. 또한, 표시 장치의 정세도를 높일 수 있다.
발광층(283R)은 적색의 광을 발하는 발광 재료를 가진다. 활성층(273)은 적색보다 단파장의 광(예를 들어, 녹색의 광 및 청색의 광 중 한쪽 또는 양쪽)을 흡수하는 유기 화합물을 가진다. 활성층(273)은 적색의 광을 흡수하기 어렵고, 적색보다 단파장의 광을 흡수하는 유기 화합물을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 소자(270R)로부터는 적색의 광이 효율적으로 추출되고, 수광 소자(270PD)는 높은 정밀도로 적색보다 단파장의 광을 검출할 수 있다.
또한, 표시 장치(280B)에서는, 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)가 동일한 구성인 예를 나타내었지만, 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)는 각각 상이한 두께의 광학 조정층을 가져도 좋다.
도 11의 (A), (B)에 도시된 표시 장치(280C)는 적색(R)의 광을 나타내며 수광 기능을 가지는 수발광 소자(270SR), 녹색(G)의 광을 발하는 발광 소자(270G), 및 청색(B)의 광을 발하는 발광 소자(270B)를 가진다.
각 발광 소자는 화소 전극(271), 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 발광층, 전자 수송층(284), 전자 주입층(285), 및 공통 전극(275)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 발광 소자(270G)는 발광층(283G)을 가지고, 발광 소자(270B)는 발광층(283B)을 가진다. 발광층(283G)은 녹색의 광을 발하는 발광 물질을 가지고, 발광층(283B)은 청색의 광을 발하는 발광 물질을 가진다.
수발광 소자(270SR)는 화소 전극(271), 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 활성층(273), 발광층(283R), 전자 수송층(284), 전자 주입층(285), 및 공통 전극(275)을 이 순서대로 적층하여 가진다.
또한, 표시 장치(280C)가 가지는 수발광 소자(270SR)는 표시 장치(280B)가 가지는 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)와 동일한 구성이다. 또한, 표시 장치(280C)가 가지는 발광 소자(270G, 270B)에 대해서도, 표시 장치(280B)가 가지는 발광 소자(270G, 270B)와 동일한 구성이다.
도 11의 (A)에서는 수발광 소자(270SR)가 발광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 11의 (A)에서는 발광 소자(270B)가 청색의 광을 발하고, 발광 소자(270G)가 녹색의 광을 발하고, 수발광 소자(270SR)가 적색의 광을 발하는 예를 나타내었다.
도 11의 (B)에서는 수발광 소자(270SR)가 수광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 11의 (B)에서는 발광 소자(270B)가 발하는 청색의 광과 발광 소자(270G)가 발하는 녹색의 광을 수발광 소자(270SR)가 검출하는 예를 나타내었다.
발광 소자(270B), 발광 소자(270G), 및 수발광 소자(270SR)는 각각, 화소 전극(271) 및 공통 전극(275)을 가진다. 본 실시형태에서는 화소 전극(271)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(275)이 음극으로서 기능하는 경우를 예로 들어 설명한다.
본 실시형태에서는 발광 소자와 마찬가지로, 수발광 소자(270SR)에 있어서도, 화소 전극(271)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(275)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 역바이어스를 인가하여 수발광 소자(270SR)를 구동시킴으로써, 수발광 소자(270SR)에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시켜 전류로서 추출할 수 있다.
또한, 도 11의 (A), (B)에 도시된 수발광 소자(270SR)는 발광 소자에 활성층(273)을 추가한 구성이라고 할 수 있다. 즉, 발광 소자의 제작 공정에 활성층(273)을 성막하는 공정을 추가하기만 하면, 발광 소자의 형성과 병행하여 수발광 소자(270SR)를 형성할 수 있다. 또한, 발광 소자와 수발광 소자를 동일 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부여할 수 있다.
또한, 발광층(283R)과 활성층(273)의 적층 순서는 한정되지 않는다. 도 11의 (A), (B)에서는 정공 수송층(282) 위에 활성층(273)이 제공되고, 활성층(273) 위에 발광층(283R)이 제공되어 있는 예를 나타내었다. 정공 수송층(282) 위에 발광층(283R)이 제공되고, 발광층(283R) 위에 활성층(273)이 제공되어 있어도 좋다.
도 11의 (A), (B)에 도시된 바와 같이, 활성층(273)과 발광층(283R)은 서로 접하여도 좋다. 또한, 활성층(273)과 발광층(283R) 사이에 버퍼층을 끼워도 좋다. 버퍼층으로서는 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 블록층, 및 전자 블록층 등 중 적어도 1층을 사용할 수 있다.
활성층(273)과 발광층(283R) 사이에 버퍼층을 제공함으로써, 발광층(283R)으로부터 활성층(273)에 들뜬 에너지가 이동하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 버퍼층을 사용하여 마이크로캐비티 구조의 광로 길이(캐비티 길이)를 조정할 수도 있다. 따라서, 활성층(273)과 발광층(283R) 사이에 버퍼층을 가지는 수발광 소자로부터는 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
또한, 수발광 소자는 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 전자 수송층(284), 및 전자 주입층(285) 중 적어도 1층을 가지지 않아도 된다. 또한, 수발광 소자는 정공 블록층, 전자 블록층 등, 다른 기능층을 가져도 좋다.
또한, 수발광 소자는 활성층(273) 및 발광층(283R)을 가지지 않고, 발광층과 활성층을 겸하는 층을 가져도 좋다. 발광층과 활성층을 겸하는 층으로서는, 예를 들어 활성층(273)에 사용할 수 있는 n형 반도체와, 활성층(273)에 사용할 수 있는 p형 반도체와, 발광층(283R)에 사용할 수 있는 발광 물질의 3개의 재료를 포함하는 층을 사용할 수 있다.
또한, n형 반도체와 p형 반도체의 혼합 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 저에너지 측의 흡수대와, 발광 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크와는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하고, 충분히 떨어져 있는 것이 더 바람직하다.
수발광 소자에 있어서, 광을 추출하는 측의 전극에는, 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는, 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
수발광 소자를 구성하는 각 층의 기능 및 재료는 발광 소자 및 수광 소자를 구성하는 각 층의 기능 및 재료와 같기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 도 12, 도 13을 사용하여 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[표시 장치(100A)]
도 12의 (A)에 표시 장치(100A)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100A)는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 가진다.
발광 소자(190)는 화소 전극(191), 버퍼층(192), 발광층(193), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 버퍼층(192)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광층(193)은 유기 화합물을 가진다. 버퍼층(194)은 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광 소자(190)는 가시광을 발하는 기능을 가진다. 또한, 표시 장치(100A)는 적외광을 발하는 기능을 가지는 발광 소자를 더 가져도 좋다.
수광 소자(110)는 화소 전극(191), 버퍼층(182), 활성층(183), 버퍼층(184), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 버퍼층(182)은 정공 수송층을 가질 수 있다. 활성층(183)은 유기 화합물을 가진다. 버퍼층(184)은 전자 수송층을 가질 수 있다. 수광 소자(110)는 가시광을 검출하는 기능을 가진다. 또한 수광 소자(110)는 적외광을 검출하는 기능을 더 가져도 좋다.
본 실시형태에서는 발광 소자(190) 및 수광 소자(110) 중 어느 쪽에 있어서도, 화소 전극(191)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(115)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 화소 전극(191)과 공통 전극(115) 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 소자(110)를 구동시킴으로써, 표시 장치(100A)는 수광 소자(110)에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시켜 전류로서 추출할 수 있다.
화소 전극(191), 버퍼층(182), 버퍼층(192), 활성층(183), 발광층(193), 버퍼층(184), 버퍼층(194), 및 공통 전극(115)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 각 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 서로 인접한 2개의 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다(전기적으로 분리되어 있다고도 함).
격벽(216)으로서는 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. 격벽(216)은 가시광을 투과시키는 층이다. 격벽(216) 대신에 가시광을 차단하는 격벽을 제공하여도 좋다.
공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)가 가지는 한 쌍의 전극의 재료 및 막 두께 등은 동일하게 할 수 있다. 이로써, 표시 장치의 제작 비용의 삭감, 및 제작 공정의 간략화가 가능하다.
표시 장치(100A)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 수광 소자(110), 발광 소자(190), 트랜지스터(131), 및 트랜지스터(132) 등을 가진다.
수광 소자(110)에서, 각각 화소 전극(191) 및 공통 전극(115) 사이에 위치하는 버퍼층(182), 활성층(183), 및 버퍼층(184)은 유기층(유기 화합물을 포함하는 층)이라고도 할 수 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 수광 소자(110)가 적외광을 검출하는 구성인 경우, 공통 전극(115)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 화소 전극(191)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
수광 소자(110)는 광을 검출하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 수광 소자(110)는 표시 장치(100A)의 외부로부터 입사되는 광(122)을 수광하고, 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(122)은 발광 소자(190)의 발광을 대상물이 반사한 광이라고 할 수도 있다. 또한, 광(122)은 표시 장치(100A)에 제공된 렌즈 등을 통하여 수광 소자(110)에 입사하여도 좋다.
발광 소자(190)에서, 각각 화소 전극(191) 및 공통 전극(115) 사이에 위치하는 버퍼층(192), 발광층(193), 및 버퍼층(194)은 EL층이라고 총칭할 수도 있다. 또한, EL층은 적어도 발광층(193)을 가진다. 상술한 바와 같이, 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한, 표시 장치(100A)가 적외광을 발하는 발광 소자를 가지는 구성인 경우, 공통 전극(115)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 화소 전극(191)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 발광 소자에는, 미소광 공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다.
버퍼층(192) 또는 버퍼층(194)은 광학 조정층으로서의 기능을 가져도 좋다. 버퍼층(192) 또는 버퍼층(194)의 막 두께를 다르게 함으로써, 각 발광 소자에서 특정한 색의 광을 강하게 하여 추출할 수 있다.
발광 소자(190)는 가시광을 방출하는 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(121) 참조).
수광 소자(110)가 가지는 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(131)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다.
발광 소자(190)가 가지는 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(132)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(131)와 트랜지스터(132)는 동일한 층(도 12의 (A)에서는 기판(151)) 위에 접한다.
수광 소자(110)에 전기적으로 접속되는 회로 중 적어도 일부는 발광 소자(190)에 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(116)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 12의 (A)에서는, 보호층(116)이 공통 전극(115) 위에 접하여 제공되어 있다. 보호층(116)을 제공함으로써, 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 접착층(142)에 의하여 보호층(116)과 기판(152)이 접합되어 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(158)이 제공되어 있다. 차광층(158)은 발광 소자(190)와 중첩되는 위치 및 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다.
여기서 수광 소자(110)는 발광 소자(190)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 검출한다. 그러나, 발광 소자(190)의 발광이 표시 장치(100A) 내에서 반사되고, 대상물을 경유하지 않고, 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 차광층(158)은 이와 같은 미광의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어, 차광층(158)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(190)가 발한 광(123)은 기판(152)에서 반사되고, 반사광(124)이 수광 소자(110)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(158)을 제공함으로써, 반사광(124)이 수광 소자(110)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하여, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
차광층(158)으로서는 발광 소자로부터의 발광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(158)은 가시광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(158)으로서, 예를 들어 금속 재료, 혹은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함한 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 차광층(158)은 적색 컬러 필터와 녹색 컬러 필터와 청색 컬러 필터의 적층 구조를 가져도 좋다.
[표시 장치(100B)]
도 12의 (B), (C)에 표시 장치(100B)의 단면도를 도시하였다. 또한 표시 장치에 대한 이하의 설명에서, 앞에서 설명한 표시 장치와 같은 구성에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
표시 장치(100B)는 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 및 수발광 소자(190SR)를 가진다.
발광 소자(190B)는 화소 전극(191), 버퍼층(192B), 발광층(193B), 버퍼층(194B), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 발광 소자(190B)는 청색의 광(121B)을 발하는 기능을 가진다.
발광 소자(190G)는 화소 전극(191), 버퍼층(192G), 발광층(193G), 버퍼층(194G), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 발광 소자(190G)는 녹색의 광(121G)을 발하는 기능을 가진다.
수발광 소자(190SR)는 화소 전극(191), 버퍼층(192R), 활성층(183), 발광층(193R), 버퍼층(194R), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 수발광 소자(190SR)는 적색의 광(121R)을 발하는 기능과 광(122)을 검출하는 기능을 가진다.
도 12의 (B)에서는 수발광 소자(190SR)가 발광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 12의 (B)에서는 발광 소자(190B)가 청색의 광을 발하고, 발광 소자(190G)가 녹색의 광을 발하고, 수발광 소자(190SR)가 적색의 광을 발하는 예를 나타내었다.
도 12의 (C)에서는 수발광 소자(190SR)가 수광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 12의 (C)에서는 발광 소자(190B)가 발하는 청색의 광과 발광 소자(190G)가 발하는 녹색의 광을 수발광 소자(190SR)가 검출하는 예를 나타내었다.
표시 장치(100B)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 수발광 소자(190SR), 발광 소자(190G), 발광 소자(190B), 및 트랜지스터(132) 등을 가진다.
화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 서로 인접한 2개의 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(132)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다.
수발광 소자 및 발광 소자는 각각, 보호층(116)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 또한 접착층(142)에 의하여 보호층(116)과 기판(152)이 접합되어 있다. 기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(158)이 제공되어 있다.
[표시 장치(100C)]
도 13의 (A)에 표시 장치(100C)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100C)는 수광 소자(110) 및 발광 소자(190)를 가진다.
발광 소자(190)는 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 가진다. 공통층(112)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광층(193)은 유기 화합물을 가진다. 공통층(114)은 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광 소자(190)는 가시광을 방출하는 기능을 가진다. 또한, 표시 장치(100C)는 적외광을 발하는 기능을 가지는 발광 소자를 더 가져도 좋다.
수광 소자(110)는 화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(183), 공통층(114), 및 공통 전극(115)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 활성층(183)은 유기 화합물을 가진다. 수광 소자(110)는 가시광을 검출하는 기능을 가진다. 또한 수광 소자(110)는 적외광을 검출하는 기능을 더 가져도 좋다.
화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(183), 발광층(193), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(191)은 절연층(214) 위에 위치한다. 서로 인접한 2개의 화소 전극(191)은 격벽(216)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(132)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다.
공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190)에 공통적으로 사용되는 층이다. 수광 소자(110)와 발광 소자(190)를 구성하는 층 중 적어도 일부를 공통되는 구성으로 함으로써, 표시 장치의 제작 공정을 삭감할 수 있어 바람직하다.
표시 장치(100C)는 한 쌍의 기판(기판(151) 및 기판(152)) 사이에 수광 소자(110), 발광 소자(190), 트랜지스터(131), 및 트랜지스터(132) 등을 가진다.
수광 소자(110) 및 발광 소자(190)는 각각 보호층(116)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 또한 접착층(142)에 의하여 보호층(116)과 기판(152)이 접합되어 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 수지층(159)이 제공되어 있다. 수지층(159)은 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 제공되고, 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에는 제공되지 않는다.
수지층(159)은, 예를 들어 도 13의 (B)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 제공되고, 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 개구(159p)를 가지는 구성으로 할 수 있다. 또는, 수지층(159)은, 예를 들어 도 13의 (C)에 도시된 바와 같이, 발광 소자(190)와 중첩되는 위치에 섬 형상으로 제공되고, 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에는 제공되지 않은 구성으로 할 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면 및 수지층(159)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(158)이 제공되어 있다. 차광층(158)은 발광 소자(190)와 중첩되는 위치 및 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다.
여기서 수광 소자(110)는 발광 소자(190)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 검출한다. 그러나, 발광 소자(190)의 발광이 표시 장치(100C) 내에서 반사되고, 대상물을 경유하지 않고, 수광 소자(110)에 입사되는 경우가 있다. 차광층(158)은 이와 같은 미광을 흡수하여 수광 소자(110)에 입사하는 미광을 저감할 수 있다. 예를 들어, 차광층(158)은 수지층(159)을 통과하고 기판(152)의 기판(151) 측 면에서 반사한 미광(123a)을 흡수할 수 있다. 또한, 차광층(158)은 수지층(159)에 도달하기 전에 미광(123b)을 흡수할 수 있다. 이로써, 수광 소자(110)에 입사하는 미광을 저감할 수 있다. 따라서, 노이즈를 저감할 수 있고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다. 특히, 차광층(158)이 발광 소자(190)에 가까운 위치에 있으면, 미광을 더 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 차광층(158)이 발광 소자(190)에 가까운 위치에 있으면, 표시의 시야각 의존성을 억제할 수 있기 때문에 표시 품질 향상의 관점에서도 바람직하다.
또한 차광층(158)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 차광층(158)이 수광 소자(110)에서 떨어진 위치에 있으면, 촬상 범위가 좁아져 촬상 해상도를 높일 수 있다.
수지층(159)이 개구를 가지는 경우, 차광층(158)은 상기 개구의 적어도 일부 및 상기 개구에서 노출된 수지층(159)의 측면의 적어도 일부를 덮는 것이 바람직하다.
수지층(159)이 섬 형상으로 제공되어 있는 경우, 차광층(158)은 수지층(159)의 측면의 적어도 일부를 덮는 것이 바람직하다.
이와 같이, 수지층(159)의 형상을 따라 차광층(158)이 제공되기 때문에, 차광층(158)에서 발광 소자(190)(구체적으로는 발광 소자(190)의 발광 영역)까지의 거리는 차광층(158)에서 수광 소자(110)(구체적으로는 수광 소자(110)의 수광 영역)까지의 거리에 비하여 짧아진다. 이로써, 센서의 노이즈를 저감하면서, 촬상 해상도를 높이고, 표시의 시야각 의존성을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 장치의 표시 품질과 촬상 품질의 양쪽을 높일 수 있다.
수지층(159)은 발광 소자(190)의 발광을 투과시키는 층이다. 수지층(159)의 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. 또한 기판(152)과 차광층(158) 사이에 제공하는 구조물은 수지층에 한정되지 않고, 무기 절연막 등을 사용하여도 좋다. 상기 구조물의 두께가 두꺼울수록, 차광층에서 수광 소자까지의 거리와 차광층에서 발광 소자까지의 거리에 차이가 생긴다. 수지 등의 유기 절연막은 두껍게 형성하기 쉽기 때문에 상기 구조물로서 적합하다.
차광층(158)에서 수광 소자(110)까지의 거리와 차광층(158)에서 발광 소자(190)까지의 거리를 비교하기 위하여, 예를 들어 차광층(158)의 수광 소자(110) 측의 단부에서 공통 전극(115)까지의 최단 거리(L1)와, 차광층(158)의 발광 소자(190) 측의 단부에서 공통 전극(115)까지의 최단 거리(L2)를 사용할 수 있다. 최단 거리(L1)에 비하여 최단 거리(L2)가 짧으면, 발광 소자(190)로부터의 미광을 억제할 수 있고, 수광 소자(110)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다. 또한 표시의 시야각 의존성을 억제할 수 있다. 최단 거리(L2)에 비하여 최단 거리(L1)가 길면, 수광 소자(110)의 촬상 범위를 좁힐 수 있어 촬상 해상도를 높일 수 있다.
또한 접착층(142)에서, 발광 소자(190)와 중첩되는 부분에 비하여 수광 소자(110)와 중첩되는 부분을 두껍게 함으로써, 차광층(158)에서 수광 소자(110)까지의 거리와 차광층(158)에서 발광 소자(190)까지의 거리에 차이가 생기도록 할 수도 있다.
이하에서는, 도 14 내지 도 17을 사용하여, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 더 자세한 구성에 대하여 설명한다.
[표시 장치(100D)]
도 14에 표시 장치(100D)의 사시도를 도시하고, 도 15에 표시 장치(100D)의 단면도를 도시하였다.
표시 장치(100D)는 기판(152)과 기판(151)이 접합된 구성을 가진다. 도 14에서는 기판(152)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(100D)는 표시부(162), 회로(164), 배선(165) 등을 가진다. 도 14에서는 표시 장치(100D)에 IC(집적 회로)(173) 및 FPC(172)가 실장된 예를 나타내었다. 그러므로, 도 14에 나타낸 구성은 표시 장치(100D), 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 배선(165)에 입력되거나 또는 IC(173)로부터 배선(165)에 입력된다.
도 14에서는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip on Film) 방식 등에 의하여, 기판(151)에 IC(173)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. IC(173)에는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한, 표시 장치(100D) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 14에 도시된 표시 장치(100D)에서의, FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(164)를 포함하는 영역의 일부, 표시부(162)를 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 도 15에 나타내었다.
도 15에 도시된 표시 장치(100D)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(241), 트랜지스터(245), 트랜지스터(246), 트랜지스터(247), 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR) 등을 가진다.
기판(152)과 보호층(116)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 15에서는 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간이 접착층(142)에 의하여 밀봉되어 있고, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
발광 소자(190B)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193B), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(247)가 가지는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 트랜지스터(247)는 발광 소자(190B)의 구동을 제어하는 기능을 가진다. 화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(190G)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193G), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(246)가 가지는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 트랜지스터(246)는 발광 소자(190G)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
수발광 소자(190SR)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(183), 발광층(193R), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(245)가 가지는 도전층(222b)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(245)는 수발광 소자(190SR)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)가 발하는 광은 기판(152) 측에 사출된다. 또한, 수발광 소자(190SR)에는 기판(152) 및 접착층(142)을 통하여 광이 입사한다. 기판(152) 및 접착층(142)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)가 가지는 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)에 공통적으로 사용된다. 수발광 소자(190SR)는 적색의 광을 나타내는 발광 소자의 구성에 활성층(183)을 추가한 구성이다. 또한, 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)는 활성층(183)과 각 색의 발광층(193)의 구성이 상이한 점 이외는 모두 공통되는 구성으로 할 수 있다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치(100D)의 표시부(162)에 수광 기능을 부가할 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(158)이 제공되어 있다. 차광층(158)은 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)의 각각과 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(158)을 제공함으로써, 수발광 소자(190SR)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 수발광 소자(190SR)와 중첩되는 위치에 제공되는 차광층의 개구의 위치를 조정함으로써, 수발광 소자에 입사하는 광을 제어하는 것이 바람직하다. 또한, 차광층(158)을 가짐으로써, 대상물을 경유하지 않고, 발광 소자(190)로부터 수발광 소자(190SR)로 광이 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(241), 트랜지스터(245), 트랜지스터(246), 및 트랜지스터(247)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 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나에는, 물이나 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층은 배리어층으로서 기능할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 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, 산화질화 하프늄막, 질화산화 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. 또한, 기판(151)과 트랜지스터 사이에 하지막을 제공하여도 좋다. 상기 하지막에도 상기 무기 절연막을 사용할 수 있다.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막에 비하여 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로, 유기 절연막은 표시 장치(100D)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 표시 장치(100D)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는, 유기 절연막의 단부가 표시 장치(100D)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 표시 장치(100D)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.
발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)를 덮는 보호층(116)을 제공함으로써, 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하고, 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 15에 나타낸 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도, 절연층(214)을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 장치(100D)의 신뢰성을 높일 수 있다.
표시 장치(100D)의 단부 근방의 영역(228)에서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(116)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(215)이 가지는 무기 절연막과 보호층(116)이 가지는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 표시부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 장치(100D)의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(116)은 단층이어도 적층 구조이어도 좋다. 예를 들어, 보호층(116)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
트랜지스터(241), 트랜지스터(245), 트랜지스터(246), 및 트랜지스터(247)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 플레이너(planar)형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 구조를 가지는 트랜지스터로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층 위아래에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(241), 트랜지스터(245), 트랜지스터(246), 및 트랜지스터(247)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트에 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속시키고 이들에 동일한 신호를 공급함으로써, 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동시키기 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 단결정 반도체, 또는 단결정 외의 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 단결정 반도체 또는 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 마그네슘 중에서 선택되는 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택되는 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 표기함)을 사용하는 것이 바람직하다.
반도체층이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서, In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다.
예를 들어, 원자수비가 In:Ga:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 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 근방의 조성이라고 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 근방의 조성이라고 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 이상이어도 좋다.
기판(151)의 기판(152)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(244)가 제공되어 있다. 접속부(244)에서는 배선(165)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(172)에 전기적으로 접속된다. 접속부(244)의 상면은 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출된다. 이로써, 접속부(244)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, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히, 에폭시 수지 등의 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
접속층으로서는, 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
발광 소자(190G, 190B) 및 수발광 소자(190SR)의 구성 및 재료 등은 상술한 기재를 참조할 수 있다.
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 포함한 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전성 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, 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 발광 소자 및 수광 소자(또는 수발광 소자)가 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(100E)]
도 16 및 도 17의 (A)에 표시 장치(100E)의 단면도를 도시하였다. 표시 장치(100E)의 사시도는 표시 장치(100D)(도 14)와 같다. 도 16에는 표시 장치(100E)에서의, FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(164)의 일부, 및 표시부(162)의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다. 도 17의 (A)에는 표시 장치(100E)의, 표시부(162)의 일부를 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다. 도 16에서는 표시부(162) 중, 특히 수광 소자(110)와 적색의 광을 발하는 발광 소자(190R)를 포함하는 영역을 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다. 도 17의 (A)에서는 표시부(162) 중, 특히 녹색의 광을 발하는 발광 소자(190G)와 청색의 광을 발하는 발광 소자(190B)를 포함하는 영역을 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다.
도 16 및 도 17의 (A)에 도시된 표시 장치(100E)는 기판(153)과 기판(154) 사이에 트랜지스터(243), 트랜지스터(248), 트랜지스터(249), 트랜지스터(240), 발광 소자(190R), 발광 소자(190G), 발광 소자(190B), 및 수광 소자(110) 등을 가진다.
수지층(159)과 공통 전극(115)은 접착층(142)을 개재(介在)하여 접착되어 있고, 표시 장치(100E)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 절연층(157)은 접착층(156)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(100E)의 제작 방법으로서는, 우선 절연층(212), 각 트랜지스터, 수광 소자(110), 각 발광 소자 등이 제공된 제 1 제작 기판과, 절연층(157), 수지층(159), 및 차광층(158) 등이 제공된 제 2 제작 기판을 접착층(142)에 의하여 접합한다. 그리고, 제 1 제작 기판을 박리하여 노출된 면에 기판(153)을 접합하고, 제 2 제작 기판을 박리하여 노출된 면에 기판(154)을 접합함으로써, 제 1 제작 기판 위 및 제 2 제작 기판 위에 형성한 각 구성 요소를 기판(153) 및 기판(154)으로 전치한다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 표시 장치(100E)의 가요성을 높일 수 있다.
절연층(212) 및 절연층(157)의 각각에는 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
발광 소자(190R)는 절연층(214b) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193R), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214b)에 제공된 개구를 통하여 도전층(169)에 접속되어 있다. 도전층(169)은 절연층(214a)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(248)가 가지는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 도전층(222b)은 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다. 즉, 화소 전극(191)은 트랜지스터(248)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(248)는 발광 소자(190R)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
마찬가지로, 발광 소자(190G)는 절연층(214b) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193G), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 도전층(169) 및 트랜지스터(249)의 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(249)의 저저항 영역(231n)에 전기적으로 접속된다. 즉, 화소 전극(191)은 트랜지스터(249)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(249)는 발광 소자(190G)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
그리고, 발광 소자(190B)는 절연층(214b) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193B), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 도전층(169) 및 트랜지스터(240)의 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(240)의 저저항 영역(231n)에 전기적으로 접속된다. 즉, 화소 전극(191)은 트랜지스터(240)에 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(240)는 발광 소자(190B)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
수광 소자(110)는 절연층(214b) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 활성층(183), 공통층(114), 및 공통 전극(115)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다.
화소 전극(191)의 단부는 격벽(216)으로 덮여 있다. 화소 전극(191)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(115)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
발광 소자(190R, 190G, 190B)가 방출하는 광은 기판(154) 측에 사출된다. 또한 수광 소자(110)에는 기판(154) 및 접착층(142)을 통하여 광이 입사한다. 기판(154)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
각 화소 전극(191)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 공통층(112), 공통층(114), 및 공통 전극(115)은 수광 소자(110) 및 발광 소자(190R, 190G, 190B)에 공통적으로 사용된다. 수광 소자(110)와 각 색의 발광 소자는 활성층(183) 및 발광층의 구성이 상이한 것 이외는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이로써, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치(100E)에 수광 소자(110)를 내장할 수 있다.
절연층(157)의 기판(153) 측의 면에는 수지층(159) 및 차광층(158)이 제공되어 있다. 수지층(159)은 발광 소자(190R, 190G, 190B)와 중첩되는 위치에 제공되고, 수광 소자(110)와 중첩되는 위치에는 제공되지 않는다. 차광층(158)은 절연층(157)의 기판(153) 측의 면, 수지층(159)의 측면, 및 수지층(159)의 기판(153) 측의 면을 덮어 제공된다. 차광층(158)은 수광 소자(110)와 중첩되는 위치 및 발광 소자(190R, 190G, 190B) 각각과 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(158)을 제공함으로써, 수광 소자(110)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한, 차광층(158)을 가짐으로써, 대상물을 경유하지 않고, 발광 소자(190R, 190G, 190B)로부터 수광 소자(110)로 광이 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다. 수지층(159)의 제공에 의하여, 차광층(158)에서 각 색의 발광 소자까지의 거리는 차광층(158)에서 수광 소자(110)까지의 거리에 비하여 짧다. 이로써, 센서의 노이즈를 저감하면서 표시의 시야각 의존성을 억제할 수 있다. 따라서, 표시 품질과 촬상 품질의 양쪽을 높일 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 격벽(216)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190R) 사이에 개구를 가진다. 상기 개구를 매립하도록 차광층(219a)이 제공되어 있다. 차광층(219a)은 수광 소자(110)와 발광 소자(190R) 사이에 위치한다. 차광층(219a)은 발광 소자(190R)가 방출한 광을 흡수한다. 이로써, 수광 소자(110)에 입사하는 미광을 억제할 수 있다.
스페이서(219b)는 격벽(216) 위에 제공되고, 발광 소자(190G)와 발광 소자(190B) 사이에 위치한다. 스페이서(219b)의 상면은, 차광층(219a)의 상면보다 차광층(158)에 가까운 것이 바람직하다. 예를 들어, 격벽(216)의 높이(두께)와 스페이서(219b)의 높이(두께)의 합계는 차광층(219a)의 높이(두께)보다 큰 것이 바람직하다. 이로써, 접착층(142)을 충전하는 것이 용이해진다. 도 17의 (A)에 도시된 바와 같이, 스페이서(219b)와 차광층(158)이 중첩되는 부분에 있어서, 차광층(158)은 공통 전극(115)(또는 보호층)과 접하여도 좋다.
기판(153)의 기판(154)이 중첩되지 않은 영역에는, 접속부(244)가 제공되어 있다. 접속부(244)에서는, 배선(165)이 도전층(167), 도전층(166), 및 접속층(242)을 통하여 FPC(172)에 전기적으로 접속된다. 도전층(167)은 도전층(169)과 동일한 도전막을 가공하여 얻을 수 있다. 접속부(244)의 상면은 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출된다. 이로써, 접속부(244)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
트랜지스터(243), 트랜지스터(248), 트랜지스터(249), 및 트랜지스터(240)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 접속하는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽에 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)의 각각은 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
도 16 및 도 17의 (A)에서, 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 16 및 도 17의 (A)에 도시된 구조를 제작할 수 있다. 도 16 및 도 17의 (A)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)에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터를 덮는 절연층을 제공하여도 좋다.
한편, 도 17의 (B)에서는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)에 접속된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 2개의 발광 소자의 수광 소자(또는 수발광 소자)까지의 거리의 차이와, 상기 2개의 발광 소자의 수광 소자(또는 수발광 소자)와 중첩되는 차광층의 개구까지의 거리의 차이가 상이하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 수광 소자 또는 수발광 소자는 2개의 발광 소자 중 한쪽에서 유래되는 광을 다른 쪽에서 유래되는 광에 비하여 많이 수광할 수 있다. 따라서, 예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 수광 소자 또는 수발광 소자에 광원으로서 사용하는 발광 소자에서 유래되는 광을 많이 입사시킬 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 상기 실시형태에서 설명한 OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물에 대하여 설명한다.
금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 특히 인듐 및 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 이들에 더하여 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석 등이 포함되는 것이 바람직하다. 또한 붕소, 실리콘, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 코발트 등 중에서 선택된 한 종류 또는 복수 종류가 포함되어도 좋다.
또한, 금속 산화물은 스퍼터링법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등의 화학 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법이나, 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등에 의하여 형성할 수 있다.
<결정 구조의 분류>
산화물 반도체의 결정 구조로서는, 비정질(completely amorphous를 포함함), CAAC(c-axis-aligned crystalline), nc(nanocrystalline), CAC(cloud-aligned composite), 단결정(single crystal), 및 다결정(poly crystal) 등을 들 수 있다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 예를 들어, GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정에서 얻어지는 XRD 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 또한 GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다.
예를 들어, 석영 유리 기판에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 거의 좌우 대칭이다. 한편, 결정 구조를 가지는 IGZO막에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이다. XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이라는 것은, 막 내 또는 기판 내의 결정의 존재를 명시한다. 환언하면, XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면, 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
또한, 막 또는 기판의 결정 구조는, 나노빔 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로가 관찰되고, 석영 유리는 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한, 실온 성막한 IGZO막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿상의 패턴이 관찰된다. 그러므로 실온에서 성막한 IGZO막은 결정 상태도 비정질 상태도 아닌 중간 상태이고, 비정질 상태라고 결론을 내릴 수 없는 것으로 추정된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한, 산화물 반도체는 구조에 주목한 경우, 상기와 상이한 분류가 되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 외의 비단결정 산화물 반도체로 분류된다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS에 대하여 자세히 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 가지는 영역을 말한다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란, 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과, 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉, CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 영역의 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 등 중에서 선택된 한 종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 포함하는 층(이하 In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 포함하는 층(이하 (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환할 수 있다. 따라서 (M,Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 원소 M이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 Zn이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는, 예를 들어 고분해능 TEM(Transmission Electron Microscope)상에 있어서, 격자상으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서, 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한, 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 오각형, 칠각형 등의 격자 배열이 상기 변형에 포함되는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수는 없다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성의 산화물의 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 포함하는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서 CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입이나 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물이나 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고 할 수도 있다. 따라서 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한 CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면, 제조 공정의 자유도를 높일 수 있게 된다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어, 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 환언하면, nc-OS는 미소한 결정을 가진다. 또한 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한 nc-OS에서는 상이한 나노 결정 간에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS나 비정질 산화물 반도체와 구별이 되지 않는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 nc-OS막에 대하여 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 내의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 포함하는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다. 즉, CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비의 각각을 [In], [Ga], 및 [Zn]으로 표기한다. 예를 들어, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에 있어서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한, 제 2 영역은 [Ga]가 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는, 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크며, [Ga]가 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한, 제 2 영역은 [Ga]가 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크며, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는, 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉, 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga를 주성분으로 하는 영역이라고 환언할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
또한, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란, In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 구성에 있어서, 일부에 Ga를 주성분으로 하는 영역을 가지고, 일부에 In을 주성분으로 하는 영역을 가지고, 이들 영역이 각각 모자이크 패턴이며, 랜덤으로 존재하는 구성을 말한다. 따라서 CAC-OS는 금속 원소가 불균일하게 분포된 구조를 가지는 것으로 추측된다.
CAC-OS는 예를 들어 기판을 가열하지 않는 조건에서 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법으로 형성하는 경우, 성막 가스로서 불활성 가스(대표적으로는 아르곤), 산소 가스, 및 질소 가스 중에서 선택된 어느 하나 또는 복수를 사용하면 좋다. 또한 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비는 낮을수록 바람직하고, 예를 들어 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비를 0% 이상 30% 미만, 바람직하게는 0% 이상 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
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, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과, Ga를 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합되는 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 도전성이 높은 영역이다. 즉, 제 1 영역을 캐리어가 흐름으로써, 금속 산화물의 도전성이 발현된다. 따라서 제 1 영역이 금속 산화물 내에서 클라우드상으로 분포됨으로써, 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
한편, 제 2 영역은 제 1 영역에 비하여 절연성이 높은 영역이다. 즉, 제 2 영역이 금속 산화물 내에 분포됨으로써, 누설 전류를 억제할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉, CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써, 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서, CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 반도체 장치에 최적이다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 취하고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체에는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상이 포함되어도 좋다.
<산화물 반도체를 가지는 트랜지스터>
이어서, 상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용함으로써, 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. 또한 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
트랜지스터에는 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물 반도체의 캐리어 농도는 1Х1017cm-3 이하, 바람직하게는 1Х1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1Х1013cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1Х1011cm-3 이하, 더욱더 바람직하게는 1Х1010cm-3 미만이고, 1Х10-9cm-3 이상이다. 또한 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는, 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서, 불순물 농도가 낮고 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한, 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부르는 경우가 있다.
또한, 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에, 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길고, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소 중 하나인 실리콘이나 탄소가 포함되면, 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘이나 탄소의 농도와 산화물 반도체와의 계면 근방의 실리콘이나 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 얻어지는 농도)를 2Х1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2Х1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한, 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하여 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1Х1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2Х1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5Х1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5Х1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1Х1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5Х1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합하는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합하는 산소와 결합하여, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 SIMS에 의하여 얻어지는 수소 농도를 1Х1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1Х1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5Х1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1Х1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여, 도 18 내지 도 20을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 표시부에서 촬상을 수행하거나, 터치 조작(접촉 또는 근접)을 검출할 수 있다. 이로써, 전자 기기의 기능성이나 편리성 등을 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태의 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 발명의 일 형태의 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 검지, 검출, 또는 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 발명의 일 형태의 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 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 18의 (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 실시형태 2에 나타낸 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 18의 (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), 인쇄 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 인쇄 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 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
표시 패널(6511)에 실시형태 2에 나타낸 표시 장치를 사용함으로써, 표시부(6502)로 촬상을 수행할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(6511)로 지문을 촬상하여, 지문 인증을 수행할 수 있다.
표시부(6502)가 터치 센서 패널(6513)을 더 가짐으로써, 표시부(6502)에 터치 패널 기능을 부여할 수 있다. 터치 센서 패널(6513)로서는 정전 용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식, 적외선 방식, 광학 방식, 감압 방식 등 다양한 방식을 사용할 수 있다. 또는, 표시 패널(6511)을 터치 센서로서 기능시켜도 좋고, 그 경우 터치 센서 패널(6513)을 제공하지 않아도 된다.
도 19의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 포함된다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 실시형태 2에 나타낸 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 19의 (A)에 도시된 텔레비전 장치(7100)의 조작은 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치나, 별체의 리모트 컨트롤러(7111)로 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)의 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써, 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 19의 (B)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 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 실시형태 2에 나타낸 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 19의 (C), (D)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 19의 (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 19의 (D)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 제공된 디지털 사이니지(7400)이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 19의 (C), (D)에서, 실시형태 2에 나타낸 표시 장치를 표시부(7000)에 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽고, 예를 들어 광고의 홍보 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 19의 (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 참여하고 즐길 수 있다.
도 20의 (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, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새 또는 적외선을 검지, 검출, 또는 측정하는 기능을 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 20의 (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 기록되는 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 기기에 카메라 등을 제공하여 정지 화상, 동영상을 촬영하고, 기록 매체(외부 또는 카메라에 내장)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 20의 (A) 내지 (F)에 도시된 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에 설명한다.
도 20의 (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 20의 (A)는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 도시한 것이다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 예로서는 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 20의 (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 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 20의 (C)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 도시한 사시도이다. 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡한 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 충전할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 20의 (D) 내지 (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 20의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태의 사시도이고, 도 20의 (F)는 접은 상태의 사시도이고, 도 20의 (E)는 도 20의 (D) 및 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중의 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 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 지지된다. 예를 들어, 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
AZFB1: 배선, AZFB2: 배선, AZIN1: 배선, AZIN1B: 배선, AZIN2: 배선, AZIN2B: 배선, AZINB1: 배선, AZINB2: 배선, C1: 용량, C2: 용량, C3: 용량, C4: 용량, Cin1: 용량, Cin2: 용량, Cin3: 용량, COM1: 배선, COM2: 배선, COM3: 배선, IM1: 입력 단자, IM2: 입력 단자, IP1: 입력 단자, IP2: 입력 단자, L1: 최단 거리, L2: 최단 거리, M1 내지 M11: 트랜지스터, ND1: 노드, ND1a: 노드, ND2: 노드, ND2a: 노드, ND3: 노드, OUT1: 배선, OUT2: 배선, SP1: 신호, SP2: 신호, SW1 내지 SW5: 스위치, T10 내지 T16: 시각, TB1: 기간, TB2: 기간, V1 내지 V5: 배선, Vb1: 배선, Vb2: 배선, VBN1: 배선, VBN2: 배선, VBP1: 배선, VBP2: 배선, VCOM1 내지 VCOM3: 전위, VDD1: 배선, VDD2: 배선, 1: 입출력 단자, 2: 입출력 단자, 3: 입력 단자, 3a: 입출력 단자, 4a: 입출력 단자, 5a: 제어 단자, 5A: OS 트랜지스터, 6a: 제어 단자, 10: 표시 모듈, 11: 소스 드라이버, 12: 게이트 드라이버, 13: 게이트 드라이버, 20: 화소 영역, 30: 화소, 30a: 화소, 30b: 화소, 31: 부화소, 31B: 부화소, 31G: 부화소, 31R: 부화소, 31W: 부화소, 31X: 부화소, 32: 부화소, 40: 회로, 41: CDS 회로, 42: 노이즈 제거 회로, 43: 카운터 회로, 44: 래치 회로, 51 내지 55: 트랜지스터, 56: 비교 회로, 57: 버퍼 회로, 58: 아날로그 스위치, 59: 인버터 회로, 70: 앰프 회로, 71 내지 7k: 트랜지스터, 80: 레벨 시프터 회로, 81 내지 8a: 트랜지스터, 100: 표시 장치, 100A 내지 100E: 표시 장치, 110: 수광 소자, 112: 공통층, 114: 공통층, 115: 공통 전극, 116: 보호층, 121: 발광, 121B: 광, 121G: 광, 121R: 광, 122: 광, 123: 광, 123a: 미광, 123b: 미광, 124: 반사광, 131: 트랜지스터, 132: 트랜지스터, 142: 접착층, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 156: 접착층, 157: 절연층, 158: 차광층, 159: 수지층, 159p: 개구, 162: 표시부, 164: 회로, 165: 배선, 166: 도전층, 167: 도전층, 169: 도전층, 172: FPC, 173: IC, 182: 버퍼층, 183: 활성층, 184: 버퍼층, 190: 발광 소자, 190B: 발광 소자, 190G: 발광 소자, 190R: 수발광 소자, 190R: 발광 소자, 191: 화소 전극, 192: 버퍼층, 192B: 버퍼층, 192G: 버퍼층, 192R: 버퍼층, 193: 발광층, 193B: 발광층, 193G: 발광층, 193R: 발광층, 194: 버퍼층, 194B: 버퍼층, 194G: 버퍼층, 194R: 버퍼층, 200A: 표시 장치, 200B: 표시 장치, 201: 기판, 202: 손가락, 203: 층, 204: 층, 205: 기능층, 207: 층, 208: 스타일러스, 209: 기판, 211: 절연층, 212: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 214a: 절연층, 214b: 절연층, 215: 절연층, 216: 격벽, 219a: 차광층, 219b: 스페이서, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 240: 트랜지스터, 241: 트랜지스터, 242: 접속층, 243: 트랜지스터, 244: 접속부, 245: 트랜지스터, 246: 트랜지스터, 247: 트랜지스터, 248: 트랜지스터, 249: 트랜지스터, 261: 접촉부, 262: 지문, 263: 촬상 범위, 266: 궤적, 270B: 발광 소자, 270G: 발광 소자, 270PD: 수광 소자, 270R: 수발광 소자, 270R: 발광 소자, 271: 화소 전극, 273: 활성층, 275: 공통 전극, 280A: 표시 장치, 280B: 표시 장치, 280C: 표시 장치, 281: 정공 주입층, 282: 정공 수송층, 283: 발광층, 283B: 발광층, 283G: 발광층, 283R: 발광층, 284: 전자 수송층, 285: 전자 주입층

Claims (7)

  1. 표시 모듈로서,
    표시 장치와 판독 회로를 가지고,
    상기 표시 장치는 인접한 제 1 화소와 제 2 화소를 가지고,
    상기 제 1 화소와 상기 제 2 화소는 수광 소자를 가지고,
    상기 판독 회로는 차동 입력 회로를 가지고,
    상기 판독 회로에는 램프 신호와 제 1 전위가 인가되고,
    상기 차동 입력 회로는 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 제어되고,
    상기 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 상기 램프 신호를 사용하여 생성되고,
    상기 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 상기 제 1 전위를 사용하여 생성되는, 표시 모듈.
  2. 표시 모듈로서,
    표시 장치와 판독 회로를 가지고,
    상기 표시 장치는 인접한 제 1 화소와 제 2 화소를 가지고,
    상기 제 1 화소는 제 1 부화소와 제 2 부화소를 가지고,
    상기 제 2 화소는 제 3 부화소와 제 4 부화소를 가지고,
    상기 제 1 부화소 및 상기 제 3 부화소는 수광 소자를 가지고,
    상기 제 2 부화소 및 상기 제 4 부화소는 발광 소자를 가지고,
    상기 판독 회로는 차동 입력 회로를 가지고,
    상기 판독 회로에는 램프 신호와 제 1 전위가 인가되고,
    상기 차동 입력 회로는 제 1 전류와 제 2 전류의 전류값이 동일하게 되도록 제어되고,
    상기 제 1 전류는 제 1 수광 신호 및 상기 램프 신호를 사용하여 생성되고,
    상기 제 2 전류는 제 2 수광 신호 및 상기 제 1 전위를 사용하여 생성되는, 표시 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 제 1 화소 전극, 제 1 활성층, 및 공통 전극을 가지고,
    상기 제 1 활성층은 제 1 유기 화합물을 가지고,
    상기 수광 소자는 제 2 화소 전극, 제 2 활성층, 및 상기 공통 전극을 가지고,
    상기 제 2 활성층은 제 2 유기 화합물을 가지는, 표시 모듈.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 장치는 트랜지스터를 가지고,
    상기 트랜지스터는 반도체층에 금속 산화물을 가지는, 표시 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 트랜지스터는 백 게이트를 가지는, 표시 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 장치는 가요성을 가지는, 표시 모듈.
  7. 전자 기기로서,
    제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 표시 모듈과,
    안테나, 배터리, 하우징, 카메라, 스피커, 마이크로폰, 및 조작 버튼 중 적어도 하나를 가지는, 전자 기기.
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