KR20230022857A - 차량 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
안전성이 높은 차량 제어 장치를 제공한다. 차량 제어 장치는 조작부, 수발광부, 제어부를 가진다. 조작부는 림과, 허브와, 스포크를 가지는 스티어링 휠을 가진다. 림은 스포크를 통하여 허브와 접속된다. 수발광부는 림의 표면을 따라 제공된다. 수발광부는 제 1 발광 소자와 제 1 수광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자는 제 1 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가진다. 제 1 수광 소자는 제 1 파장 범위의 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가진다. 제 1 발광 소자와 제 1 수광 소자는 동일한 면 위에 나란히 배치된다. 수발광부는 수광 데이터를 제어부에 순차적으로 출력하는 기능을 가진다. 제어부는 복수의 수광 데이터로부터 운전자의 생체 정보를 취득하고, 이 생체 정보에 따른 처리를 실행하는 기능을 가진다.
Description
본 발명의 일 형태는 차량 등의 이동체에 따른 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 수발광 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 생체 센서에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 생체 인증 기술에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로 들 수 있다. 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다.
차량을 운전하고 있는 운전자에게 가장 흔한 사고 중 하나가 졸음 때문에 일어나는 사고이므로, 운전자의 각성 상태를 모니터링하는 다양한 방법이 검토되고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에는, 차량의 가속도와 운전자의 심박수로부터 운전자의 활성도를 판정하는 기술이 개시되어 있다.
본 발명의 일 형태는 안정성이 높은 차량 제어 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 편의성이 높은 차량 제어 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 운전자가 모니터링을 의식하지 않은 상태에서 운전자의 상태를 모니터링하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 구성을 가지는 차량 제어 장치 또는 차량 제어 방법 등을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 생체 정보를 이용한 신규 전자 기기, 이동체, 차량, 장치, 시스템, 프로그램, 또는 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 구성을 가지는 전자 기기, 이동체, 차량, 장치, 시스템, 프로그램, 또는 방법을 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 선행 기술의 문제점들 중 적어도 하나를 적어도 경감시키는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 조작부와, 제 1 수발광부와, 제어부를 가지는 차량 제어 장치이다. 조작부는 림과, 허브와, 스포크를 가지는 스티어링 휠을 가진다. 림은 스포크를 통하여 허브와 접속된다. 제 1 수발광부는 림의 표면을 따라 제공된다. 제 1 수발광부는 제 1 발광 소자와 제 1 수광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자는 제 1 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가진다. 제 1 수광 소자는 제 1 파장 범위의 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가진다. 제 1 발광 소자와 제 1 수광 소자는 동일한 면 위에 나란히 배치된다. 제 1 수발광부는 수광 데이터를 제어부에 순차적으로 출력하는 기능을 가진다. 제어부는 복수의 수광 데이터로부터 운전자의 생체 정보를 취득하고, 이 생체 정보에 따른 처리를 실행하는 기능을 가진다.
또한 상기에 있어서, 생체 정보는 맥파, 심박, 맥박, 및 동맥혈 산소포화도 중 하나 또는 복수인 것이 바람직하다.
또한 상기에 있어서, 생체 정보는 정맥, 지문, 또는 장문의 정보인 것이 바람직하다.
또한 상기 중 어느 것에 있어서, 제 2 수발광부를 더 가지는 것이 바람직하다. 이때 제 2 수발광부는 허브 또는 스포크의 표면을 따라 제공된다. 또한 제 2 수발광부는 제 2 발광 소자와 제 2 수광 소자를 가진다. 제 2 발광 소자는 제 2 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지고, 제 2 수광 소자는 제 2 파장 범위의 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 중 어느 것에 있어서, 제 1 파장 범위의 광은 적외광을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제 2 파장 범위의 광은 적외광을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 상기 중 어느 것에 있어서, 제 1 수발광부는 제 3 발광 소자를 더 가지는 것이 바람직하다. 이때, 제 3 발광 소자는 가시광을 포함하는 제 3 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 중 어느 것에 있어서, 제 2 수발광부는 제 4 발광 소자를 더 가지는 것이 바람직하다. 이때, 제 4 발광 소자는 가시광을 포함하는 제 4 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 중 어느 것에 있어서, 제 1 발광 소자는 제 1 전극과, 발광층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 1 수광 소자는 제 2 전극과, 활성층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 발광층과 활성층은 서로 다른 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제 1 전극과 제 2 전극은 동일한 면 위에 서로 이격되어 제공되는 것이 바람직하다. 또한 공통 전극은 발광층 및 활성층을 덮어 제공되는 것이 바람직하다.
또는 상기 중 어느 것에 있어서, 제 1 발광 소자는 제 1 전극과, 공통층과, 발광층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 1 수광 소자는 제 2 전극과, 공통층과, 활성층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이때, 발광층과 활성층은 서로 다른 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 제 1 전극과 제 2 전극은 동일한 면 위에 서로 이격되어 제공되는 것이 바람직하다. 또한 공통 전극은 발광층 및 활성층을 덮어 제공되고, 공통층은 제 1 전극 및 제 2 전극을 덮어 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 안전성이 높은 차량 제어 장치를 제공할 수 있다. 또는 편의성이 높은 차량 제어 장치를 제공할 수 있다. 또는 운전자가 모니터링을 의식하지 않은 상태에서 운전자의 상태를 모니터링할 수 있다. 또는 신규 구성을 가지는 차량 제어 장치 또는 차량 제어 방법 등을 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 의하여, 생체 정보를 이용한 신규 전자 기기, 이동체, 차량, 장치, 시스템, 프로그램, 또는 방법을 제공할 수 있다. 또는 신규 구성을 가지는 전자 기기, 이동체, 차량, 장치, 시스템, 프로그램, 또는 방법을 제공할 수 있다. 또는 선행 기술의 문제점들 중 적어도 하나를 적어도 경감시킬 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 내지 (C)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A) 내지 (D)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 내지 (D)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 4의 (E) 내지 (G)는 수발광부의 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5는 차량 제어 장치의 동작 방법의 예에 따른 흐름도이다.
도 6은 차량 제어 장치의 동작 방법의 예에 따른 흐름도이다.
도 7의 (A)는 게임 시스템의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 7의 (B) 및 (C)는 게임 영상의 일례를 나타낸 것이다.
도 8의 (A), (B), 및 (D)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (C), (E)는 표시 장치가 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다. 도 8의 (F) 내지 (H)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 9의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (B) 내지 (D)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 10의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 10의 (B) 내지 (I)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A) 내지 (G)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 13의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 14의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 15의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 17의 (B) 및 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 18의 (C) 내지 (E)는 화소 회로의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A) 내지 (D)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 내지 (D)는 차량 제어 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 4의 (E) 내지 (G)는 수발광부의 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5는 차량 제어 장치의 동작 방법의 예에 따른 흐름도이다.
도 6은 차량 제어 장치의 동작 방법의 예에 따른 흐름도이다.
도 7의 (A)는 게임 시스템의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 7의 (B) 및 (C)는 게임 영상의 일례를 나타낸 것이다.
도 8의 (A), (B), 및 (D)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (C), (E)는 표시 장치가 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다. 도 8의 (F) 내지 (H)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 9의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (B) 내지 (D)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 10의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 10의 (B) 내지 (I)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 12의 (A) 내지 (G)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 13의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 14의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 15의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16은 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 17의 (B) 및 (C)는 트랜지스터의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 18의 (C) 내지 (E)는 화소 회로의 구성예를 나타낸 도면이다.
이하에서 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만 실시형태는 많은 상이한 형태로 실시할 수 있고, 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 사이에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한 본 명세서에서 설명하는 각 도면에 있어서 각 구성 요소의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 그 스케일에 반드시 한정되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이며, 수적으로 한정하는 것이 아니다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 차량 제어 장치에 대하여 설명한다.
[구성예 1]
도 1의 (A)에, 이하에서 예시하는 차량 제어 장치(10)의 블록도를 나타내었다. 차량 제어 장치(10)는 수발광부(20), 제어부(30), 및 조작부(40) 등을 가진다.
수발광부(20)는 운전자의 생체 정보를 포함한 수광 데이터를 취득하는 기능과, 이 수광 데이터를 제어부(30)에 출력하는 기능을 가진다. 제어부(30)는 수발광부(20)로부터 공급된 수광 데이터에 기초하여 운전자의 생체 정보를 포함한 데이터(생체 데이터라고도 함)를 생성(취득)하는 기능과, 이 생체 데이터에 기초하여 다양한 처리를 실행하는 기능을 가진다. 또한 조작부(40)는 운전자가 차량을 조작하는 조작 수단에 상당한다. 조작부(40)에는, 운전자가 잡는 부분 또는 운전자와 접촉하는 부분 등을 따라 수발광부(20)의 수발광 영역이 제공된다.
수발광부(20)는 예를 들어 운전자의 몸의 일부에 광을 조사하고, 그 반사광을 수광 데이터로서 취득하는 기능을 가진다. 수발광부(20)는 피부의 일부를 촬상함으로써 지문, 장문 등의 생체 데이터를 취득할 수 있다. 상기 생체 데이터를 인증에 사용함으로써, 차량의 시동을 걸기 위한 키(스마트키를 포함함)가 불필요하게 되어, 키를 사용하지 않아도, 생체 인증에 의하여 시동을 걸 수 있는(또는 전원을 온으로 할 수 있는) 차량을 실현할 수 있다.
여기서, 사람의 피부의 광 반사율은 혈류에 따라 주기적으로 변화하기 때문에, 수발광부(20)에서 반복적으로 수광을 수행하여 취득할 수 있는 수광 휘도의 시간 변화로부터, 맥파의 데이터를 취득할 수 있다. 이 맥파로부터 각종 활력 징후를 더 취득할 수 있다. 예를 들어 맥파의 주기로부터 심박수를 얻을 수 있다. 또한 상이한 파장의 광(예를 들어 적외광과 적색광의 2개)을 사용하여 취득한 2개의 수광 데이터를 사용하여 동맥혈 산소포화도(SpO2)를 계측할 수도 있다. 또한 샘플링 빈도를 높여 취득된, 정밀도가 높은 맥파에 의하여, 스트레스 레벨, 혈관 나이 등을 취득할 수도 있다. 이 외에, 동맥경화의 진행 정도를 어림잡거나, 별도로 측정한 심전과 맥파에 의하여 혈압을 어림잡을 수도 있다.
제어부(30)에서 사용할 수 있는 생체 데이터에는 크게 나누어 활력 징후와 생체 인증 데이터(바이오메트릭스 데이터)가 있다. 활력 징후는 사람의 생명 활동에서 유래하는 생명 정보에 관련된 데이터이고, 맥파, 심박, 맥박, 동맥혈 산소포화도, 혈압 등의 데이터가 이에 상당한다. 한편, 바이오메트릭스 데이터는 사람의 신체적 특징에서 유래하며, 개인 인증(생체 인증)에 사용할 수 있는 데이터이고, 지문, 장문, 맥 형상(정맥 형상, 동맥 형상을 포함함), 홍채, 성문 등의 데이터가 이에 상당한다. 또한 사람의 행동적 특징에서 유래하는 데이터(예를 들어 스티어링 휠을 잡는 위치 등)도 바이오메트릭스 데이터에 포함될 수 있다.
수발광부(20)가 운전자의 몸의 일부에 조사하는 광으로서는, 가시광, 적외광, 또는 자외광을 사용할 수 있다. 특히 이 광으로서, 적외광을 포함하는 것이 바람직하고, 근적외광을 포함하는 것이 더 바람직하다. 이와 같은 광은 운전자에게 시인되지 않기 때문에, 운전자의 운전을 방해하지 않고 항상 촬상을 수행할 수 있으므로 바람직하다.
도 1의 (A)에 나타낸 바와 같이, 수발광부(20)는 발광 소자(21)와, 수광 소자(22)와, 구동 회로(23)와, 판독 회로(24)를 가진다. 또한 제어부(30)는 데이터 생성부(31), 판정부(32), 및 처리부(33) 등을 가진다. 또한 조작부(40)는 적어도 스티어링 휠(41)을 가진다. 스티어링 휠(41)은 림(42), 허브(43), 및 스포크(44)를 가진다.
수발광부(20)에서, 발광 소자(21)와 수광 소자(22)는 동일한 면 위에 나란히 배치되는 것이 바람직하다. 수광 소자(22)는 입사하는 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자로서 기능한다. 수광 소자(22)는 발광 소자(21)가 방출하는 광 중 적어도 일부에 감도를 가진다. 특히 발광 소자(21)가 적외광을 포함하는 파장 범위의 광을 방출하고, 수광 소자(22)가 적외광을 포함하는 파장 범위의 광에 감도를 가지는 것이 바람직하다.
발광 소자(21)가 방출하는 광은 적외광을 포함하는 것이 바람직하고, 근적외광을 포함하는 것이 더 바람직하다. 특히 파장 700nm 이상 2500nm 이하의 범위에 하나 이상의 피크를 가지는 근적외광을 적합하게 사용할 수 있다. 특히 파장 750nm 이상 1000nm 이하의 범위에 하나 이상의 피크를 가지는 광을 사용하면, 수광 소자(22)의 활성층에 사용하는 재료의 선택의 폭이 넓어지기 때문에 바람직하다.
특히 수발광부(20)에는 복수의 발광 소자(21)와 복수의 수광 소자(22)가 제공되는 것이 바람직하다. 이때, 발광 소자(21)와 수광 소자(22)는 동일한 면 위에 나란히 배치되는 것이 바람직하다. 또한 발광 소자(21)와 수광 소자(22)는 한방향으로 번갈아 배치되거나, 또는 매트릭스상으로 번갈아 배치되는 것이 바람직하다.
발광 소자(21)로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode), QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다. EL 소자가 가지는 발광 물질로서는 형광을 방출하는 물질(형광 재료), 인광을 방출하는 물질(인광 재료), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등) 등을 들 수 있다.
수광 소자(22)로서는, 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 소자는 수광 소자에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 광전 변환 소자는 입사하는 광의 양에 따라 발생하는 전하량이 결정된다. 특히 수광 소자로서, 유기 화합물을 포함한 층을 포함하는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 장치에 적용할 수 있다.
또한 수광 소자(22)의 활성층에 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이때 발광 소자(21)와 수광 소자(22)의 한쪽 전극(화소 전극이라고도 함)을 동일한 면 위에 제공하는 것이 바람직하다. 또한 발광 소자(21)와 수광 소자(22)의 다른 쪽 전극을 연속한 하나의 도전층으로 형성되는 전극(공통 전극이라고도 함)으로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 발광 소자(21)와 수광 소자(22)가 공통층을 가지는 것이 더 바람직하다. 이에 의하여 발광 소자(21)와 수광 소자(22)를 제작할 때의 제작 공정을 간략화할 수 있어, 제조 비용의 저감 및 제조 수율의 향상이 가능하게 된다.
구동 회로(23)는 발광 소자(21)의 발광을 제어하는 회로와, 수광 소자(22)의 수광을 제어하는 회로를 가진다. 예를 들어 수발광부(20)가 발광 소자(21)와 수광 소자(22)를 포함하는 복수의 화소가 매트릭스상으로 배치되는 구성을 가지는 경우, 구동 회로(23)에는 화소가 가지는 화소 회로, 주사선 구동 회로, 및 신호선 구동 회로 등이 포함된다.
판독 회로(24)는, 수광 소자(22)가 출력하는 전기 신호에 기초하여, 수광 데이터를 생성하여 제어부(30)에 출력하는 기능을 가진다. 예를 들어 판독 회로(24)에는 증폭 회로, AD 변환 회로 등이 포함된다. 판독 회로(24)로부터 제어부(30)에 출력되는 수광 데이터는 디지털 데이터인 것이 바람직하다.
발광 소자(21)로부터 방출되는 광은, 수발광부(20)의 수발광 면과 접촉하거나 또는 수발광부(20)의 수발광 면에 접근하는 대상물에 반사되어, 수광 소자(22)에 입사한다. 수광 소자(22)는 입사한 광의 양에 따른 전기 신호를 출력한다. 이에 의하여, 대상물의 접촉 또는 접근을 검출할 수 있다.
데이터 생성부(31)는 수발광부(20)로부터 입력되는 수광 데이터에 기초하여 판정부(32)에 출력하기 위한 생체 데이터를 생성하는 기능을 가진다.
생체 데이터의 하나인 활력 징후로서는, 일정 기간 내에 샘플링된 데이터를 포함한 경시 데이터에 기초하여 생성되는 맥파, 심박수 등의 데이터, 또는 맥파로부터 산출되는 각종 데이터를 들 수 있다. 또한 정지 화상 등으로부터 생성되는 지문, 장문, 정맥 등의 촬상 데이터는 바이오메트릭스 데이터로서 사용할 수 있고, 생체 데이터에 포함된다.
판정부(32)는, 데이터 생성부(31)로부터 공급된 생체 데이터에 기초하여, 처리부(33)에 처리를 실행시킬지 여부를 판정하는 기능을 가진다. 또한 판정부(32)는, 상기 생체 데이터에 기초하여, 처리부(33)에 실행시키는 처리를 선택하는 기능을 가진다.
수발광부(20) 및 데이터 생성부(31)에 의하여 다양한 활력 징후 또는 바이오메트릭스 데이터를 정기적으로 그리고 계속적으로 취득할 수 있으므로, 판정부(32)는 이들 활력 징후 또는 바이오메트릭스 데이터를 개인 인증, 운전자의 상태 관리 등에 이용할 수 있다.
예를 들어, 가시광 및 적외선을 사용함으로써 얻을 수 있는 생체 데이터로서는, 지문, 장문, 정맥 형상, 맥파, 호흡수, 맥박, 산소 포화도, 혈당치, 중성 지방 농도 등을 들 수 있다. 또한 기타 수단으로 취득 가능한 생체 데이터로서는, 표정, 안색, 동공, 성문 등을 들 수 있다. 이와 같은 다양한 생체 데이터를 사용함으로써, 사용자의 건강 상태를 종합적으로 판정할 수 있어 바람직하다.
측정된 복수의 생체 데이터 각각에 대하여 정상값인지 이상값인지를 개별적으로 판정하고, 이들 복수의 판정 결과에 기초하여 처리를 결정할 수 있다. 또는 측정된 복수의 생체 데이터 각각에 대하여 운전자의 상태를 판정(예를 들어 맥박의 수치에 대하여 약간 높다, 약간 낮다, 또는 정상이라고 판정)하고, 이들 복수의 판정 결과에 기초하여 처리를 결정하여도 좋다. 이와 같은 방법은, 얻어진 판정 결과에 대한 근거가 명확하다는 이점이 있다.
한편, 측정된 모든 생체 데이터의 특징량을 추출하고, 이 특징량으로부터 처리를 결정하여도 좋다. 이와 같은 방법에 따르면, 개개의 생체 데이터뿐만 아니라 복수의 생체 데이터의 상관관계에 기초한 판정이 용이하다.
다양한 생체 데이터로부터 처리를 결정하기 위한 분류기 또는 식별기로서는 기계 학습에 의하여 학습된 기계 학습 모델을 사용하는 것이 바람직하다. 기계 학습에는 크게 나누어 지도 기계 학습, 비지도 기계 학습, 및 이상치(outlier) 검출 등이 있다.
지도 기계 학습으로서는, k-최근접 이웃법(k-nearest neighbor), 나이브 베이즈 분류기, 결정 트리, 서포트 벡터 머신, 랜덤 포레스트, 뉴럴 네트워크 등이 있다. 특히, 뉴럴 네트워크는 특징량의 추출 단계에서 학습할 수도 있기 때문에 복수의 정보로부터 특징량을 추출하는 방법에 적합하다.
비지도 기계 학습에 사용되는 특징량의 추출법으로서는, 주성분 분석(PCA), 음수 미포함 행렬 분해(NMF) 등을 들 수 있다. 또한 분류기로서는, k-means 클러스터링, DBSCAN 등을 들 수 있다.
취득한 복수의 생체 데이터의 판정에는, 지도 기계 학습 모델과 비지도 기계 학습 모델을 조합하여 사용하여도 좋다. 이때, 비지도 기계 학습 모델에 의하여 분류된 각 분류의 라벨로서, 다른 지도 기계 학습 모델에 사용되는 라벨을 사용하여도 좋다.
이상치 검출에서는, 취득한 생체 데이터, 혹은 하나 또는 복수의 생체 데이터로부터 얻어지는 특징량이 정상 영역에서 벗어난 이상치인지 여부를 검출한다. 이상치가 검출되었을 때, 운전자의 상태가 정상 상태에서 벗어나 있을 가능성이 높은 것으로 추정된다.
이상치를 검출하는 모델로서는, k-최근접 이웃법, Local Outlier Factor, One class SVM, 마하라노비스 거리 등이 있다. 이상치 검출에는, 각 정보를 조합한 다차원 데이터를 사용하는 것이 유효하다. 복수의 정보에 기초하여 이상치 검출을 실행함으로써 오검출을 방지할 수 있다. 또한 생체 데이터가 사용자의 상태 등에 따라 시간적으로 변화되는 정보(맥박, 호흡수 등)인 경우에는, 슬라이딩 윈도를 사용한 근접 이웃법이나, 동적 시간 신축(DTW: Dynamic Time Warping)법, 특이 스펙트럼 변환법 등을 사용하여도 좋다. 또한 주기적으로 변화되는 생체 정보이면, LSTM(Long Short Term Memory) 등을 사용하여 예측 모델로부터의 일탈을 검출하여도 좋다.
또한 판정부(32)는 데이터 생성부(31)로부터 입력되는 지문, 장문, 또는 혈관 형상의 정보와, 미리 저장된 운전자의 지문, 장문, 또는 혈관 형상의 정보를 대조하여 이들이 일치하는지 여부를 판정하는 처리(인증 처리)를 실행하는 기능을 가져도 좋다. 판정부(32)에 의하여 실행되는 인증 처리에 사용되는 방법으로서는, 예를 들어 2개의 화상을 비교하여 그 유사도를 사용하는 템플릿 매칭(Template Matching)법 또는 패턴 매칭(Pattern Matching)법 등의 방법을 사용할 수 있다. 또한 기계 학습을 사용한 추론에 의하여 지문 인증 처리를 실행하여도 좋다. 이때, 인증 처리는 특히 신경망을 사용한 추론에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
처리부(33)는 판정부(32)의 결과에 따라 다양한 처리를 실행하는 기능을 가진다.
예를 들어 운전자의 지문, 장문, 또는 정맥 등의 생체 정보에 기초하여, 판정부(32)에 의하여 운전자가 인증되면, 처리부(33)는 차량을 운전 가능한 상태(아이들링(idling) 상태라고도 함)로 이행할 수 있다. 이 외에, 처리부(33)는 판정부(32)에 의하여 운전자가 인증된 경우에, 차내의 환경을 그 운전자의 취향에 맞추어 조정하는 처리를 실행하여도 좋다. 예를 들어, 인증 후에, 좌석 위치의 조정, 핸들 위치의 조정, 사이드미러 및 룸미러의 방향의 조정, 밝기 설정, 에어컨디셔너의 설정, 와이퍼의 속도 및 빈도의 설정, 오디오 음량의 설정, 오디오 재생 리스트의 판독 중 하나 이상을 처리부(33)가 실행하는 것이 바람직하다.
또한 판정부(32)에 의하여 운전자의 각성도가 판정되는 경우, 그 정도에 따라 처리부(33)에 의하여 처리가 실행된다. 예를 들어 운전자를 각성시키기 위하여 차내의 휘도를 변화시키는 것, 음성을 재생하는 것 등을 들 수 있다. 또한 운전자가 운전 불가능한 상태에 있다고 판정된 경우에는, 예를 들어 차량의 운전 모드를 긴급 자동 운전 모드로 변경하고, 비상 점멸 표시등을 점멸시키면서 차량을 갓길로 이동시키고, 경찰, 구급, 및 보험 회사 등에 연락하는 등의 처리를 실행할 수 있다.
또한 판정부(32)는 생체 데이터로부터 알코올 섭취 유무를 판정하는 기능, 심질환에 따른 발작 등의 발생 유무를 판정하는 기능 등을 가져도 좋다.
또한 판정부(32)는 운전자가 스티어링 휠(41)을 잡고 있는지를 항상 모니터링하는 기능을 가져도 좋다. 자동 운전의 종류에 따라서는, 스티어링 휠(41)을 항상 잡고 있는 것이 요구되기 때문에, 예를 들어 운전자가 스티어링 휠(41)에서 손을 떼었다고 판정부(32)에 의하여 판정된 경우에, 처리부(33)가 운전자에게 스티어링 휠(41)을 잡으라고 경고하는 처리를 실행하여도 좋다.
스티어링 휠(41)이 가지는 림(42)은 운전자가 잡는 그립부로서 기능하고, 환상 형상을 가진다. 또한 허브(43)는 차량으로부터 연장되는 축(샤프트)과 접속되며, 스티어링 휠(41) 중앙에 위치한다. 또한 스포크(44)는 림(42)과 허브(43)를 연결하는 부분이다. 스포크(44)는 하나 있으면 되지만, 2개 이상 있으면 스티어링 휠(41)의 강도가 높아지므로 바람직하다. 예를 들어 스포크(44)는 허브(43)를 중심으로 방사상으로 복수 개(대표적으로는 2개 내지 4개) 제공되는 것이 바람직하다.
허브(43) 및 스포크(44)에는 조작 스위치 또는 조작 패널(터치 패널)이 제공되어도 좋다.
조작부(40)는 스티어링 휠(41) 이외에, 칼럼 시프트, 패들 시프트 등의 조작 레버, 및 방향 지시등, 와이퍼 등을 조작하기 위한 조작 레버 등을 가져도 좋다.
여기서, 수발광부(20)의 적어도 일부는 스티어링 휠(41)의 림(42)의 표면을 따라 제공된다. 이에 의하여, 운전자가 림(42)을 잡았을 때 손바닥의 일부의 수광 데이터를 취득할 수 있다.
[구성예 1-1]
도 1의 (B)는 수발광부(20)를 가지는 스티어링 휠(41)의 일례의 사시도이다. 도 1의 (B)에는, 허브(43)에 접속되는 샤프트(45)의 일부도 명시하였다.
환상 형상을 가지는 림(42)의 표면을 따라 수발광부(20)가 제공되어 있다. 림(42)은 운전자의 정면에 위치하는 표면이 평탄하게 되도록 가공되어 있고, 이 평탄한 표면을 따라 수발광부(20)가 제공되어 있다.
도 1의 (B) 중 오른쪽에는 수발광부(20)의 일부를 확대한 도면을 나타내었다. 수발광부(20)에서는, 발광 소자(21)와 수광 소자(22)가 매트릭스상으로 번갈아 배열되어 있다. 또한 발광 소자(21)와 수광 소자(22)의 배열 방법은 이에 한정되지 않고, 다양한 배열 방법을 채용할 수 있다.
도 1의 (C)에는 운전자의 왼손(51L)과 오른손(51R)으로 림(42)을 잡고 있는 상태를 나타내었다. 이때 발광 소자(21)가 발광하고, 수광 소자(22)에서 수광함으로써, 운전자의 왼손(51L)과 오른손(51R) 각각의 손바닥의 일부를 촬상할 수 있다. 수발광부(20)는 림(42)의 표면과 마찬가지로 환상의 상면 형상을 가지기 때문에, 왼손(51L) 및 오른손(51R)으로 림(42)의 어느 위치를 잡고 있어도 항상 촬상을 수행할 수 있다.
수발광부(20)는 림(42)에서의 운전자 측의 면에 배치되기 때문에, 수발광부(20)는 운전자의 시야 안에 있다. 이때, 발광 소자(21)로서 적외광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써, 운전자를 눈부시게 하지 않고 촬상을 수행할 수 있다.
또한 발광 소자(21)로서 가시광을 방출하는 발광 소자를 사용하여도 좋고, 이 경우에는, 촬상 시의 발광 휘도를 운전자가 눈부심을 느끼지 않을 정도로 억제하는 것이 중요하다. 예를 들어 낮보다 밤에는 발광 소자(21)의 발광 휘도를 억제하는 것이 바람직하다.
도 2의 (A)는 림(42)의 단면 개략도의 일례를 나타낸 것이다.
림(42)은 부재(42a)와 부재(42b)를 가진다. 부재(42b)는 투광성을 가진다. 수발광부(20)는 림(42)의 내측에 위치하고, 부재(42b)의 일부를 따라 제공되어 있다. 수발광부(20)는 투광성의 부재(42b)를 통하여 광(25)을 방출할 수 있다. 또한 대상물에 반사된 반사광(25r)은 부재(42b)를 투과하여 수발광부(20)에 입사한다.
여기서, 도 2의 (A)에서는, 부재(42b)의 표면(손과 접촉하는 측의 면)의 일부가 평탄한 형상을 가진다. 이에 의하여, 촬상 면을 평탄하게 할 수 있으므로, 예를 들어 지문, 장문, 혈관 형상 등, 인증에 사용되는 화상을 촬상할 때, 변형이 적은 화상을 촬상할 수 있다.
또한 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상기 표면을 곡면으로 하여도 좋다. 이에 의하여, 림(42)의 단면을 원환 형상으로 할 수 있어, 평탄부를 가지는 경우보다 운전자가 위화감을 느끼지 않고 쉽게 잡을 수 있다. 또한 부재(42b)의 일부는 렌즈로서 기능할 수도 있다.
도 2의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 수발광부(20)는 평탄한 면에 제공되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 수발광부(20)가 가요성을 가질 필요가 없으므로 제조 비용을 절감할 수 있다.
[구성예 1-2]
도 3의 (A)의 스티어링 휠(41)은 림(42)의 외주를 따라 수발광부(20)가 제공되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 3의 (B)는 도 3의 (A)에 나타낸 절단면 A에서의 림(42)의 단면 개략도이다. 도 3의 (B)는 도 2의 (A)를 시계 방향으로 90도 회전시킨 것과 일치한다.
도 3의 (A)에 나타낸 구성에서는, 직사각형의 수발광부(20)가 부재(42b)를 따라 접착되어 있다. 수발광부(20)는 곡면에 접착될 필요가 있으므로 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 수발광부(20)는 발광 소자(21) 및 수광 소자(22)가 지지되는 기재에 유기 수지를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 상기 기재로서 가요성을 가질 정도로 얇은 유리 등을 사용하여도 좋다.
[구성예 1-3]
도 3의 (C)의 스티어링 휠(41)은 림(42)의 표면의 대부분에 수발광부(20)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 3의 (D)는 림(42)의 단면 개략도이다. 림(42)은 부재(42a)와 부재(42b)를 가진다. 부재(42a)는 림(42)의 뒷면 측(운전자 측과는 반대쪽)에 위치하고 있다. 수발광부(20)는 부재(42b)의 내측 면을 따라 제공되어 있다. 부재(42b)의 내측 면은 가전면이 아닌 곡면(3차원 곡면)이고, 수발광부(20)의 수발광면도 3차원 곡면을 이룬다. 그러므로 수발광부(20)를 부재(42a)의 내측의 면을 따라 접착하는 경우에는, 수발광부(20)는 신축 가능한 것이 바람직하다. 예를 들어 수발광부(20)는 발광 소자(21) 및 수광 소자(22)가 지지되는 기재에 고무 등의 탄성체를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3의 (C)에 나타낸 구성으로 함으로써 촬상이 가능한 부분의 면적을 크게 할 수 이 있기 때문에 촬상의 감도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어 피부의 반사율의 시간 변화로부터 맥파를 어림잡는 경우 등에는, 감도가 높을수록 정밀도가 높아지기 때문에 바람직하다. 또한 인증에 사용되는 지문, 장문, 혈관 형상 등의 광범위 촬상이 가능하므로 인증의 정밀도를 높일 수 있다.
[구성예 2]
이하에서는, 복수의 수발광부를 가지는 구성에 대하여 설명한다.
[구성예 2-1]
도 4의 (A)는 허브(43)에서의 운전자 측의 면을 따라 수발광부(20a)가 제공되어 있는 예를 나타낸 것이다.
수발광부(20a)는, 수발광부(20)와 마찬가지로, 발광 소자와 수광 소자가 나란히 배치된 구성을 가진다. 수광 소자는 발광 소자가 방출하는 파장 범위의 광에 감도를 가지는 광전 변환 소자이다. 수발광부(20)와 수발광부(20a)는 각각의 발광 소자가 방출하는 광의 파장이 상이하여도 좋고, 같아도 좋다.
예를 들어, 수발광부(20a)를 사용하여, 지문, 장문 등의 생체 정보를 취득하고, 인증을 수행할 수 있다. 도 4의 (B)는 수발광부(20a) 위에 손(51)을 올리고 있는 상태를 나타낸 것이다.
림(42)과 허브(43) 각각에 수발광부가 제공되기 때문에, 림(42)에 제공된 수발광부(20)에 의하여 취득되는 정보와, 허브(43)에 제공된 수발광부(20a)에 의하여 취득되는 정보를 각각 상이하게 하여도 좋다. 예를 들어 수발광부(20a)에서는 인증을 위한 화상을 정보로서 취득하고, 수발광부(20)에서는 피부의 반사율의 시간 변화를 정보로서 취득한다. 이때 수발광부(20a)에서는 해상도가 높은 화상을 촬상할 필요가 있으므로 수광 소자(22)를 고밀도로 배치한다. 한편, 수발광부(20)에서는 높은 해상도를 필요로 하지 않으므로 수발광부(20a)보다 저밀도로 수광 소자(22)를 배치한다. 이와 같이, 취득하는 정보에 맞추어 수발광부의 구성을 상이하게 할 수 있다.
또한 허브(43)에 제공된 수발광부(20a)는 화상을 표시하는 기능과, 터치 조작 또는 제스처 조작을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 수발광부(20a)는 터치 패널로서 기능하여도 좋다. 이에 의하여, 수발광부(20a)에는 다양한 정보를 표시할 수 있다. 예를 들어 수발광부(20a)를 내비게이션 시스템의 표시부로서 사용할 수도 있다.
[구성예 2-2]
도 4의 (C)는 스포크(44)의 표면을 따라 수발광부가 제공되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 4의 (C)에서는, 3개의 스포크(44) 중 아래 측에 위치하는 스포크(44)에 수발광부(20b)가 제공되고, 왼쪽에 위치하는 스포크(44)에 복수의 수발광부(20c)가 제공되고, 오른쪽에 위치하는 스포크(44)에 복수의 수발광부(20d)가 제공되어 있다. 또한 스포크(44)의 개수 및 수발광부의 개수는 이에 한정되지 않고, 목적에 따라 적절히 변경할 수 있다.
수발광부(20)와 마찬가지로, 수발광부(20b), 수발광부(20c), 및 수발광부(20d)는 각각 발광 소자와 수광 소자가 나란히 배치된 구성을 가진다.
예를 들어, 수발광부(20b)에 의하여, 운전자의 지문 정보를 취득하고, 이 정보를 사용하여 인증을 수행할 수 있다. 도 4의 (D)는 수발광부(20b) 위에 손(51)의 손가락을 올리고 있는 상태를 나타낸 것이다.
또한 수발광부(20c) 및 수발광부(20d)는 각각 터치 센서로서 기능하는 것이 바람직하다. 운전자는 수발광부(20c) 및 수발광부(20d) 등을 터치함으로써 차량의 내비게이션 시스템, 오디오 시스템, 전화 시스템 등을 조작할 수 있다. 또한 룸미러의 조정, 사이드미러의 조정, 차내 조명의 온 오프 조작 및 휘도 조정, 창문의 개폐 조작 등 다양한 조작이 가능한 구성으로 하여도 좋다.
또한 수발광부(20b), 수발광부(20c), 및 수발광부(20d)는 가시광을 방출하는 발광 소자를 가지는 것이 바람직하다. 또는 가시광을 방출하는 발광 소자와, 적외광을 방출하는 발광 소자의 양쪽을 포함하여도 좋다. 이에 의하여, 야간이어도 운전자에게 수발광부의 위치를 알릴 수 있다. 또는 수발광부(20b), 수발광부(20c), 및 수발광부(20d), 또는 그 근방의 표면에 수발광부의 위치를 알리기 위한 요철부를 배치하여도 좋다.
또한 상기 구성예 2-1 및 구성예 2-2에서, 림(42)에 제공되는 수발광부(20)를 도 1의 (B) 등과 같은 구성으로 하였지만, 이에 한정되지 않고, 도 3의 (A) 또는 (B)에 나타낸 구성을 적용할 수도 있다.
또한 상기에서는, 림(42)에 제공되는 수발광부(20)가 모두 림(42)의 원주 방향을 따라 연속적으로 제공되는 경우에 대하여 설명하였지만, 수발광부(20)는 반드시 연속된 환상 형상을 가질 필요는 없고, 림(42)의 표면을 따라 원호 형상의 상면 형상을 가져도 좋다. 즉 림(42)의 원주 방향에서 수발광부(20)가 제공되지 않은 부분이 있어도 좋다. 또한 림(42)의 표면을 따라 복수의 수발광부(20)를 배치하여도 좋다. 또한 그 경우, 인접한 2개의 수발광부(20)가 서로 중첩됨으로써, 림(42)의 원주 방향을 따라 수발광 영역이 연속되도록, 복수의 수발광부(20)가 배치되어도 좋다.
[수발광부의 구성예]
이하에서는, 2종류 이상의 발광 소자를 가지는 수발광부의 구성예에 대하여 설명한다. 이하에서 예시하는 수발광부에서는, 발광 소자를 촬상의 광원으로서 사용할 뿐만 아니라, 화상 표시에 사용할 수도 있다. 즉 이하에서 예시하는 수발광부는 표시부로서도 기능한다. 이와 같은 수발광부는 상기 수발광부(20) 및 수발광부(20a 내지 20d) 등에 적용할 수 있다.
도 4의 (E) 내지 (G)는 수발광부의 확대도이다.
도 4의 (E)에 나타낸 수발광부는 청색의 광을 방출하는 발광 소자(21B), 적외광을 방출하는 발광 소자(21IR), 및 수광 소자(22)를 가진다. 수광 소자(22)는 적어도 적외광에 감도를 가지는 광전 변환 소자이다. 수광 소자(22)는 청색과 적외광에 감도를 가져도 좋다.
도 4의 (E)에 나타낸 수발광부는 청색의 화상을 표시하는 것, 청색 점등하는 것 등이 가능하다. 청색의 광은 눈부심을 덜 느끼게 하는 광이므로 야간에 점등되어도 운전에 방해가 되기 어려워 바람직하다. 또한 수발광부에 제공되는 가시광의 발광 소자는 청색 발광 소자에 한정되지 않고, 적색, 녹색 등 다른 색의 발광 소자를 사용하여도 좋다.
도 4의 (F)에 나타낸 수발광부는 적색의 광을 방출하는 발광 소자(21R), 녹색의 광을 방출하는 발광 소자(21G), 청색의 광을 방출하는 발광 소자(21B), 적외광을 방출하는 발광 소자(21IR), 및 수광 소자(22)를 가진다. 수광 소자(22)는 적어도 적외광에 감도를 가지는 광전 변환 소자이다. 수광 소자(22)는 적색, 청색, 및 녹색 중 적어도 하나에 감도를 가져도 좋다.
도 4의 (F)에 나타낸 수발광부는 풀 컬러 화상을 표시할 수 있다. 또한 화상을 표시하지 않은 상태, 즉 수발광부로부터 가시광을 방출하지 않은 상태이어도, 적외광을 사용하여 촬상을 실행할 수 있다.
도 4의 (G)에 나타낸 수발광부는 적색의 광을 방출하는 발광 소자(21R), 녹색의 광을 방출하는 발광 소자(21G), 청색의 광을 방출하는 발광 소자(21B), 및 수광 소자(22)를 가진다. 수광 소자(22)는 적어도 적색, 청색, 및 녹색 중 적어도 하나에 감도를 가진다.
도 4의 (G)에 나타낸 수발광부는 적외광이 아니라 가시광을 광원으로서 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 또한 풀 컬러 화상을 표시할 수 있다. 또한 도 4의 (F)와 달리 발광 소자(21IR)가 제공되지 않기 때문에, 화소를 고밀도로 배치할 수 있으므로, 정세도가 더 높은 화상을 촬상할 수 있다. 또는 수광 소자의 면적을 크게 할 수 있으므로 수광 소자의 감도를 높일 수 있다. 또는 각 발광 소자의 면적을 크게 할 수 있으므로 발광의 휘도를 높일 수 있다.
[동작 방법의 예]
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 차량 제어 장치(10)의 동작 방법의 예에 대하여 설명한다.
도 5는 차량 제어 장치(10)의 동작에 따른 흐름도이다. 도 5에 나타낸 흐름도는 단계 S0 내지 단계 S6을 가진다.
먼저, 단계 S0에서, 동작을 시작한다.
단계 S1에서, 수발광부(20)에서 수광 데이터의 취득이 수행된다. 구체적으로는, 발광 소자(21)가 발광하고, 수광 소자(22)에서 수광하고, 판독 회로(24)에 의하여 수광 데이터의 판독을 실행한다. 또한 단계 S1에서, 판독 회로(24)로부터 제어부(30)에 상기 수광 데이터가 출력되어도 좋다.
단계 S2에서, 데이터 생성부(31)에서 생체 데이터의 추출이 수행된다. 구체적으로는, 데이터 생성부(31)는 수발광부(20)로부터 공급된 수광 데이터에 기초하여 필요한 생체 데이터를 생성한다. 예를 들어 맥파의 파형 데이터, 심박, 맥박, 혈중 산소 포화도, 혈압, 스트레스 레벨, 혈당치, 체온, 중성 지방 농도, 혈중 알코올 농도 등의 활력 징후를 생성할 수 있다. 또한 생체 데이터로서, 지문, 장문, 혈관 형상 등의 바이오메트릭스 데이터를 생성할 수도 있다.
단계 S3에서, 판정부(32)에서 처리를 실행하는지 여부를 판정한다. 처리를 실행하는 경우에는, 단계 S4로 넘어간다. 처리를 실행하지 않는 경우에는, 단계 S1로 돌아간다.
단계 S3에서, 판정부(32)는 상술한 생체 데이터에 기초하여 판정을 수행할 수 있다. 또한 판정부(32)는 상술한 생체 데이터 중 2개 이상에 기초하여 판정을 수행하여도 좋다.
단계 S4에서, 처리부(33)는 처리를 실행한다.
단계 S5에서, 종료하는지 여부를 판정한다. 처리부(33)에서 실행되는 처리에 기초하여, 동작을 종료하는 경우에는, 단계 S6으로 넘어가 동작을 종료한다. 동작을 종료하지 않는(동작을 계속하는) 경우에는, 단계 S1로 돌아간다.
여기까지가 동작 방법의 일례에 대한 설명이다.
상기 구동 방법의 예에서, 판정부(32)의 판정에 사용될 수 있는 생체 데이터로서, 다양한 데이터를 사용할 수 있다. 그리고, 판정부(32)의 판정에 기초하여 처리부(33)에서 실행되는 처리도 다양하다. 이하에서는, 그 일례에 대하여 설명한다.
도 6은 운전자의 각성 상태를 판정하고, 졸음운전이 우려되는 경우에 운전자에게 경고하는 동작에 관한 흐름도이다. 도 6에 나타낸 흐름도는 도 5의 단계 S2 내지 단계 S4가 단계 S12 내지 단계 S14로 바뀐 것이다.
단계 S12에서는, 데이터 생성부(31)에서 활력 징후로서 심박수를 추출한다.
단계 S13에서는, 판정부(32)에서 심박수의 변화에 기초하여, 각성도가 일정치 이하인지 여부를 판정한다. 각성도가 일정치 이하인 경우, 단계 S14로 넘어간다. 한편, 각성도가 일정치를 넘는 경우, 단계 S1로 돌아간다.
예를 들어, 판정부(32)는 심박수 자체가 느려지는 것이나, 심박수의 변동에 변화가 생기는 것 등으로부터 운전자의 각성도를 추정할 수 있다.
단계 S14에서, 처리부(33)는 운전자에게 경고 처리를 수행한다. 경고 처리로서는, 운전자의 시각, 청각, 촉각, 또는 후각에 자극을 줌으로써, 운전자가 각성도의 저하를 자각할 수 있게 하거나, 또는 운전자의 각성을 촉진할 수 있다. 처리부(33)가 실행하는 처리로서는, 구체적으로, 음성을 트는 것, 음량을 올리는 것, 좌석, 좌석 벨트, 또는 스티어링 휠 등을 진동시키는 것, 차내의 휘도를 변화시키는 것, 창문을 여는 것, 향기 분무기로부터 향기를 분무하는 것 등을 들 수 있다.
여기까지가 도 6의 흐름도에 대한 설명이다.
또한 각성도가 지나치게 높은 경우에는, 운전자가 흥분 상태에 있다고 판단할 수 있으므로, 운전자가 자각할 수 있게 하거나 또는 운전자를 차분하게 하기 위한 처리를 실행할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 차량 제어 장치는 수발광부에 의하여 취득 가능한 활력 징후를 사용하여 운전자의 다양한 신체적 상태 및 그 변화를 모니터링할 수 있다. 그리고, 그 운전자의 상태에 따라 안전 운전을 계속할 수 있도록 또는 위험을 피할 수 있도록 다양한 처리를 실행할 수 있다.
[변형예]
본 발명의 일 형태는, 수발광부를 사용함으로써 사용자의 신체적 또는 정신적 상태를 검출하고, 그 상태에 따라 처리를 실행할 수 있다. 그러므로 차량 제어 장치 이외에도 다양한 용도로 응용할 수 있다. 여기서는, 본 발명의 일 형태를 게임 시스템에 응용한 예에 대하여 설명한다.
도 7의 (A)는 게임 시스템(60)을 나타낸 것이다. 게임 시스템(60)은 본체(61), 컨트롤러(62), 및 모니터(63) 등을 가진다. 모니터(63)는 본체(61)가 출력하는 영상을 표시할 수 있다. 본체(61)와 컨트롤러(62) 사이에서 무선 통신에 의하여 데이터의 송수신이 수행된다.
컨트롤러(62)는 한 쌍의 파지부를 가지고, 상기 파지부의 표면을 따라 수발광부(20)가 제공되어 있다. 이 외에, 컨트롤러(62)는 복수의 버튼도 가진다.
컨트롤러(62)는 수발광부(20)에 의하여 취득한 수광 데이터를, 무선 통신에 의하여, 실시간으로 본체(61)에 출력할 수 있다.
본체(61)는 게임 프로그램을 실행할 수 있다. 게임 프로그램은 본체(61)가 가지는 기억 영역(HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk) 등)에 설치되어 있어도 좋고, 플래시 메모리, 블루레이 디스크, DVD 등의 기록 매체에 저장되어 있어도 좋다.
본체(61)는 컨트롤러(62)로 취득한 수광 데이터에 기초하여 활력 징후를 생성할 수 있다. 게임 프로그램은 상기 활력 징후에 기초하여 처리를 실행할 수 있다.
이하에서는, 게임 프로그램으로서 축구 게임에 본 발명의 일 형태를 적용한 경우의 예를 나타낸다.
축구 게임에서는, 플레이어가 조작할 수 있는 하나 이상의 캐릭터가 설정된다. 캐릭터에는 각각의 특성을 결정짓는 복수의 고유 파라미터가 설정된다. 예를 들어 고유 파라미터로서는, 스피드, 지구력, 집중력, 드리블 능력, 슈팅 능력, 패스 능력, 디펜스 능력 등이 있다. 상기 고유 파라미터는 캐릭터의 육성 레벨에 따라 증감될 수 있다.
또한 캐릭터에는 고유 파라미터와는 별도로 변동 파라미터가 설정된다. 변동 파라미터는 플레이어의 활력 징후에 따라 수시로 변화되는 파라미터이다. 변동 파라미터의 종류는 고유 파라미터와 같게 할 수 있다. 또는 고유 파라미터와는 다른 파라미터로서, 변동 파라미터가 설정되어도 좋다.
캐릭터의 특성을 결정짓는 각 파라미터는 각각 고유 파라미터와 변동 파라미터에 의하여 결정지어진다. 예를 들어, 캐릭터의 파라미터는 단순히 고유 파라미터와 변동 파라미터의 합 또는 곱으로 하여도 좋고, 소정의 계산식에 기초하여 결정되어도 좋다.
여기서, 플레이어의 활력 징후에 따라, 증대(상승)되는 파라미터와 감소(하강)되는 파라미터가 있어도 좋다. 예를 들어 플레이어의 심박수가 상승됨에 따라 집중력의 파라미터가 감소되는 한편으로, 드리블 능력, 디펜스 능력 등의 파라미터가 증대되는 경우 등도 있을 수 있다.
컨트롤러(62)의 수발광부(20)에서 취득한 수광 데이터는 본체(61)에 무선으로 송신된다. 본체(61) 내의 데이터 생성부는 상기 수광 데이터에 기초하여 활력 징후를 생성한다. 게임 프로그램은 상기 활력 징후에 기초하여 캐릭터의 변동 파라미터를 설정한다. 활력 징후는 플레이 중 수시로 생성되고, 이 활력 징후의 변화에 따라 캐릭터의 변동 파라미터도 수시로 갱신된다.
도 7의 (B)는 플레이어가 조작하는 캐릭터(71)가 공을 치려고 하는 장면의 영상의 일례인 영상(70)을 나타낸 것이다. 영상(70) 내에는, 캐릭터(71) 이외에, 슈팅 영역(72) 및 정보(73)가 표시되어 있다.
슈팅 영역(72)은 친 공의 궤적 범위를 나타낸 것이다. 친 공의 궤적은 슈팅 영역(72) 내에 포함되기 때문에 슈팅 영역(72)이 좁을수록 슈팅 정확도가 높아진다. 슈팅 영역(72)의 크기, 형상 등은 예를 들어 집중력, 슈팅 능력 등의 캐릭터의 파라미터의 영향을 받는다.
정보(73)에는, 플레이어의 현재의 심박수(65bpm)와 심박수를 나타내는 화상이 함께 표시되어 있다. 심박수는 캐릭터의 집중력의 파라미터에 영향을 미치기 때문에, 슈팅 영역(72)의 크기, 형상 등은 심박수에 따라 변화된다.
예를 들어, 도 7의 (C)는 심박수가 120bpm이며, 도 7의 (B)보다 훨씬 높은 경우를 나타낸 것이다. 도 7의 (C)에서는, 도 7의 (B)에 비하여, 슈팅 영역(72)이 크게 넓어져 있기 때문에 슈팅 정확도가 낮은 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 플레이어의 활력 징후와 캐릭터의 특성을 결정짓는 파라미터를 연결함으로써, 임장감이 높은 게임 프로그램을 제공할 수 있다. 또한 복수의 컨트롤러(62)를 사용하여 여럿이 동시에 플레이하는 것, 인터넷을 통하여 온라인으로 여럿이 동시에 플레이하는 것도 가능하다.
여기까지가 변형예에 대한 설명이다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 수발광 장치에 대하여 설명한다. 이하에서 예시하는 표시 장치는 실시형태 1에서 설명한 차량 제어 장치의 수발광부에 적합하게 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치의 수발광부는 수광 소자(수광 디바이스라고도 함)와 발광 소자(발광 디바이스라고도 함)를 가진다. 수발광부는 발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 또한 상기 수발광부는 수광 소자를 사용하여 촬상하는 기능 및 검출하는 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 가진다. 그러므로 본 발명의 일 형태의 수발광 장치는 표시 장치라고도 표현할 수 있고, 수발광부는 표시부라고도 표현할 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태의 수발광 장치는 수발광 소자(수발광 디바이스라고도 함)와 발광 소자를 가지는 구성으로 하여도 좋다.
먼저, 수광 소자와 발광 소자를 가지는 수발광 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치는 수발광부에 수광 소자와 발광 소자를 가진다. 본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서는, 수발광부에 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 수발광부에 화상을 표시할 수 있다. 또한 상기 수발광부에는 수광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 수발광부는 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다. 수발광부는 이미지 센서, 터치 센서 등에 사용할 수 있다. 즉 수발광부에서 광을 검출함으로써, 화상을 촬상하거나 대상물(손가락, 펜 등)의 터치 조작을 검출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서는, 발광 소자를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서 수발광 장치와는 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되므로, 전자 기기의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서는, 수발광부가 가지는 발광 소자로부터 방출된 광이 대상물에 반사(또는 산란)될 때, 수광 소자가 그 반사광(또는 산란광)을 검출할 수 있기 때문에, 어두운 곳에서도 촬상, 터치 조작의 검출 등이 가능하다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치가 가지는 발광 소자는 표시 소자(표시 디바이스라고도 함)로서 기능한다.
발광 소자로서는 OLED, QLED 등의 EL 소자(EL 디바이스라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. EL 소자가 가지는 발광 물질로서는 형광을 방출하는 물질(형광 재료), 인광을 방출하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 발광 소자로서 마이크로 LED 등의 LED를 사용할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치는 수광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
수광 소자를 이미지 센서로서 사용하는 경우, 수발광 장치는 수광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다. 예를 들어 수발광 장치는 스캐너로서 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치가 적용된 전자 기기는 이미지 센서로서의 기능을 사용하여 지문, 장문 등의 생체 정보에 따른 데이터를 취득할 수 있다. 즉 수발광 장치에 생체 인증용 센서를 내장시킬 수 있다. 수발광 장치가 생체 인증용 센서를 내장함으로써, 수발광 장치와는 별도로 생체 인증용 센서를 제공하는 경우에 비하여 전자 기기의 부품 점수를 적게 할 수 있기 때문에, 전자 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한 수광 소자를 터치 센서로서 사용하는 경우, 수발광 장치는 수광 소자를 사용하여 대상물의 터치 조작을 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 소자(광전 변환 디바이스라고도 함)로서 기능한다. 수광 소자에 입사하는 광의 양에 따라 수광 소자로부터 발생하는 전하량이 결정된다.
특히 수광 소자로서, 유기 화합물을 포함한 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 발광 소자로서 유기 EL 소자(유기 EL 디바이스라고도 함)를 사용하고, 수광 소자로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 EL 소자 및 유기 포토다이오드는 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 유기 EL 소자를 사용한 표시 장치에 유기 포토다이오드를 내장시킬 수 있다.
유기 EL 소자 및 유기 포토다이오드를 구성하는 모든 층을 따로따로 형성하려면, 성막 공정 수가 매우 많아진다. 그러나, 유기 포토다이오드는 유기 EL 소자와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많기 때문에, 공통된 구성으로 할 수 있는 층은 일괄적으로 성막함으로써 성막 공정수의 증가를 억제할 수 있다.
예를 들어 한 쌍의 전극 중 한쪽(공통 전극)을 수광 소자 및 발광 소자에서 공통된 층으로 할 수 있다. 또한 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 수광 소자 및 발광 소자에서 공통된 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한 예를 들어 수광 소자가 활성층을 가지고, 발광 소자가 발광층을 가지는 것을 제외하고는, 수광 소자와 발광 소자는 동일한 구성을 가질 수도 있다. 즉 발광 소자의 발광층을 활성층으로 치환하는 것만으로 수광 소자를 제작할 수도 있다. 이와 같이, 수광 소자 및 발광 소자가 공통된 층을 가짐으로써, 성막 횟수 및 마스크의 개수를 줄일 수 있어, 수발광 장치의 제작 공정을 삭감하고 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한 표시 장치의 기존의 제조 장치 및 제조 방법을 사용하여 수광 소자를 가지는 수발광 장치를 제작할 수 있다.
또한 수광 소자와 발광 소자에서 공통된 층은 발광 소자에서의 기능과 수광 소자에서의 기능이 서로 다른 경우가 있다. 본 명세서에서, 구성 요소의 명칭은 발광 소자에서의 기능에 기초한다. 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 소자에서 공통된 층은 발광 소자에서의 기능과 수광 소자에서의 기능이 서로 같은 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 수발광 장치에 대하여 설명한다. 또한 상기와 같은 기능, 작용, 효과 등에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서, 어느 색을 나타내는 부화소는 발광 소자 대신에 수발광 소자를 가지고, 그 외의 색을 나타내는 부화소는 발광 소자를 가진다. 수발광 소자는 광을 방출하는 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 부화소가 발광 소자를 가지는 구성으로 한다. 따라서 본 발명의 일 형태의 수발광 장치의 수발광부는 수발광 소자와 발광 소자의 양쪽을 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다.
수발광 소자가 발광 소자와 수광 소자를 겸함으로써, 화소에 포함되는 부화소의 개수를 늘리지 않고, 화소에 수광 기능을 부여할 수 있다. 이에 의하여, 화소의 개구율(각 부화소의 개구율) 및 수발광 장치의 정세도를 유지하면서, 수발광 장치의 수발광부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부가할 수 있다. 따라서 본 발명의 일 형태의 수발광 장치는, 발광 소자를 가지는 부화소와는 별도로 수광 소자를 가지는 부화소를 제공하는 경우에 비하여 화소의 개구율을 높일 수 있고, 또한 고정세(高精細)화가 용이하다.
본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서는, 수발광부에 수발광 소자와 발광 소자가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 수발광부에 화상을 표시할 수 있다. 또한 수발광부는 이미지 센서, 터치 센서 등으로서 사용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 수발광 장치에서는, 발광 소자를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 그러므로 어두운 곳에서도 촬상, 터치 조작의 검출 등이 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 공통된 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 공통된 층으로 할 수 있다. 또한 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 수발광 소자 및 발광 소자에서 공통된 층으로 하는 것이 바람직하다. 또한 예를 들어 수광 소자의 활성층의 유무를 제외하고는 수발광 소자와 발광 소자는 동일한 구성을 가질 수도 있다. 즉 발광 소자에 수광 소자의 활성층을 추가하는 것만으로 수발광 소자를 제작할 수도 있다. 이와 같이, 수발광 소자 및 발광 소자가 공통된 층을 가짐으로써, 성막 횟수 및 마스크의 개수를 줄일 수 있어, 수발광 장치의 제작 공정을 삭감하고 제작 비용을 절감할 수 있다. 또한 표시 장치의 기존의 제조 장치 및 제조 방법을 사용하여 수발광 소자를 가지는 수발광 장치를 제작할 수 있다.
또한 수발광 소자가 가지는 층은 수발광 소자가 수광 소자로서 기능하는 경우와 발광 소자로서 기능하는 경우에 기능이 서로 다를 수 있다. 본 명세서에서, 구성 요소의 명칭은 수발광 소자가 발광 소자로서 기능하는 경우의 기능에 기초한다.
본 실시형태의 수발광 장치는 발광 소자 및 수발광 소자를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉 발광 소자 및 수발광 소자는 표시 소자로서 기능한다.
본 실시형태의 수발광 장치는 수발광 소자를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다. 수발광 소자는 수발광 소자 자체로부터 방출되는 광보다 파장이 짧은 광을 검출할 수 있다.
수발광 소자를 이미지 센서로서 사용하는 경우, 본 실시형태의 수발광 장치는 수발광 소자를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다. 또한 수발광 소자를 터치 센서로서 사용하는 경우, 본 실시형태의 수발광 장치는 수발광 소자를 사용하여 대상물의 터치 조작을 검출할 수 있다.
수발광 소자는 광전 변환 소자로서 기능한다. 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 포함한 층을 가지는 유기 포토다이오드의 활성층을 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에, 다양한 장치에 적용할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 수발광 장치의 일례인 표시 장치에 대하여 도면을 사용하여 더 구체적으로 설명한다.
[표시 장치의 구성예 1]
[구성예 1-1]
도 8의 (A)는 표시 패널(200)의 모식도이다. 표시 패널(200)은 기판(201), 기판(202), 수광 소자(212), 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 기능층(203) 등을 가진다.
발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 및 수광 소자(212)는 기판(201)과 기판(202) 사이에 제공된다. 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B)는 각각 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B)의 광을 방출한다. 또한 이하에서는 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 및 발광 소자(211B)를 구별하지 않는 경우에 발광 소자(211)라고 표기하는 경우가 있다.
표시 패널(200)은 매트릭스로 배치된 복수의 화소를 가진다. 하나의 화소는 하나 이상의 부화소를 가진다. 하나의 부화소는 하나의 발광 소자를 가진다. 예를 들어 화소에는 부화소를 3개 가지는 구성(R, G, B의 3색 또는 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색 등), 또는 부화소를 4개 가지는 구성(R, G, B, 백색(W)의 4색 또는 R, G, B, Y의 4색 등)을 적용할 수 있다. 또한 화소는 수광 소자(212)를 가진다. 수광 소자(212)는 모든 화소에 제공되어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어도 좋다. 또한 하나의 화소가 복수의 수광 소자(212)를 가져도 좋다.
도 8의 (A)에는 기판(202)의 표면에 손가락(220)이 접촉된 상태를 나타내었다. 발광 소자(211G)가 방출하는 광의 일부는 기판(202)과 손가락(220)의 접촉부에서 반사된다. 그리고 반사광의 일부가 수광 소자(212)에 입사함으로써 손가락(220)이 기판(202)에 접촉된 것을 검출할 수 있다. 즉 표시 패널(200)은 터치 패널로서 기능할 수 있다.
기능층(203)은 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B)를 구동하는 회로, 및 수광 소자(212)를 구동하는 회로를 가진다. 기능층(203)에는 스위치, 트랜지스터, 용량 소자, 배선 등이 제공된다. 또한 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 및 수광 소자(212)를 패시브 매트릭스 방식으로 구동하는 경우에는 스위치, 트랜지스터 등을 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
표시 패널(200)은 손가락(220)의 지문을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 도 8의 (B)에는, 기판(202)에 손가락(220)이 접촉된 상태에서의 접촉부의 확대도를 모식적으로 나타내었다. 또한 도 8의 (B)에는 번갈아 배열된 발광 소자(211)와 수광 소자(212)를 나타내었다.
손가락(220)에는 오목부 및 볼록부에 의하여 지문이 형성되어 있다. 그러므로 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 지문의 볼록부가 기판(202)에 접촉된다.
어떤 표면, 계면 등에서 반사되는 광에는 정반사와 확산 반사가 있다. 정반사광은 입사각과 반사각이 일치하는, 지향성이 높은 광이고, 확산 반사광은 강도의 각도 의존성이 낮은, 지향성이 낮은 광이다. 손가락(220)의 표면에서 반사되는 광은 정반사와 확산 반사 중, 확산 반사의 성분이 지배적이다. 한편, 기판(202)과 대기의 계면에서 반사되는 광은 정반사의 성분이 지배적이다.
손가락(220)과 기판(202)의 접촉면 또는 비접촉면에서 반사되고, 이들의 직하에 위치하는 수광 소자(212)에 입사하는 광의 강도는 정반사광과 확산 반사광을 합한 것이다. 상술한 바와 같이, 손가락(220)의 오목부에서는 기판(202)과 손가락(220)이 접촉되지 않기 때문에 정반사광(실선 화살표로 나타냄)이 지배적이고, 볼록부에서는 이들이 접촉되기 때문에 손가락(220)으로부터의 확산 반사광(파선 화살표로 나타냄)이 지배적이다. 따라서 오목부의 직하에 위치하는 수광 소자(212)에서 수광하는 광의 강도는 볼록부의 직하에 위치하는 수광 소자(212)보다 높게 된다. 이에 의하여 손가락(220)의 지문을 촬상할 수 있다.
수광 소자(212)의 배열 간격은 지문의 2개의 볼록부 사이의 거리, 바람직하게는 인접한 오목부와 볼록부 사이의 거리보다 짧은 간격으로 함으로써, 선명한 지문의 화상을 취득할 수 있다. 사람의 지문의 오목부와 볼록부 사이의 간격은 대략 200μm이므로, 예를 들어 수광 소자(212)의 배열 간격을 400μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하, 더 바람직하게는 150μm 이하, 더욱 바람직하게는 100μm 이하, 더욱더 바람직하게는 50μm 이하로 하고, 1μm 이상, 바람직하게는 10μm 이상, 더 바람직하게는 20μm 이상으로 한다.
표시 패널(200)로 촬상한 지문의 화상의 예를 도 8의 (C)에 나타내었다. 도 8의 (C)에서는 촬상 범위 (223) 내에 손가락(220)의 윤곽을 파선으로 나타내고, 접촉부(221)의 윤곽을 일점쇄선으로 나타내었다. 접촉부(221) 내에서, 수광 소자(212)에 입사하는 광의 양의 차이에 의하여, 명암비가 높은 지문(222)을 촬상할 수 있다.
표시 패널(200)은 터치 패널, 펜 태블릿으로서도 기능할 수 있다. 도 8의 (D)에는 스타일러스(225)의 첨단을 기판(202)에 접촉시킨 상태로 파선 화살표의 방향으로 슬라이드하는 상태를 나타내었다.
도 8의 (D)에 나타낸 바와 같이, 스타일러스(225)의 첨단과 기판(202)의 접촉면에서 확산되는 확산 반사광이 상기 접촉면과 중첩된 부분에 위치하는 수광 소자(212)에 입사함으로써, 스타일러스(225)의 첨단의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
도 8의 (E)에는 표시 패널(200)로 검출한 스타일러스(225)의 궤적(226)의 예를 나타내었다. 표시 패널(200)은 스타일러스(225) 등의 피검출체의 위치 검출을 높은 위치 정밀도로 수행할 수 있기 때문에, 묘화 애플리케이션 등을 사용하여 고정세의 묘화를 수행할 수도 있다. 또한 정전 용량 방식의 터치 센서, 전자기 유도형 터치 펜 등을 사용하는 경우와는 달리, 절연성이 높은 피검출체이어도 위치 검출을 수행할 수 있기 때문에, 스타일러스(225)의 첨단부의 재료는 한정되지 않고, 다양한 필기 용품(예를 들어 붓, 유리 펜, 깃펜 등)을 사용할 수도 있다.
여기서, 도 8의 (F) 내지 (H)에 표시 패널(200)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 나타내었다.
도 8의 (F) 및 (G)에 나타낸 화소는 각각 적색(R)의 발광 소자(211R), 녹색(G)의 발광 소자(211G), 청색(B)의 발광 소자(211B), 및 수광 소자(212)를 가진다. 화소는 각각 발광 소자(211R), 발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 및 수광 소자(212)를 구동하기 위한 화소 회로를 가진다.
도 8의 (F)는 2Х2의 매트릭스상으로 3개의 발광 소자와 하나의 수광 소자가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다. 도 8의 (G)는 3개의 발광 소자가 1열로 배열되고, 그 아래 측에 가로로 긴 하나의 수광 소자(212)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 8의 (H)에 나타낸 화소는 백색(W)의 발광 소자(211W)를 가지는 예이다. 여기서는 4개의 발광 소자가 1열로 배치되고, 그 아래 측에 수광 소자(212)가 배치되어 있다.
또한 화소의 구성은 상술한 것에 한정되지 않고 다양한 배치 방법을 채용할 수 있다.
[구성예 1-2]
이하에서는 가시광을 나타내는 발광 소자와, 적외광을 나타내는 발광 소자와, 수광 소자를 가지는 구성의 예에 대하여 설명한다.
도 9의 (A)에 나타낸 표시 패널(200A)은 도 8의 (A)에서 예시한 구성에 더하여 발광 소자(211IR)를 가진다. 발광 소자(211IR)는 적외광(IR)을 방출하는 발광 소자이다. 또한 이때 수광 소자(212)에는 적어도 발광 소자(211IR)가 방출하는 적외광(IR)을 수광할 수 있는 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 수광 소자(212)로서 가시광과 적외광의 양쪽을 수광할 수 있는 소자를 사용하는 것이 더 바람직하다.
도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(202)에 손가락(220)이 접촉되면, 발광 소자(211IR)로부터 방출된 적외광(IR)이 손가락(220)에 반사되고 상기 반사광의 일부가 수광 소자(212)에 입사함으로써 손가락(220)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
도 9의 (B) 내지 (D)에 표시 패널(200A)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 나타내었다.
도 9의 (B)는 3개의 발광 소자가 1열로 배열되고, 그 아래 측에 발광 소자(211IR)와 수광 소자(212)가 가로로 배열되어 있는 예를 나타낸 것이다. 또한 도 9의 (C)는 발광 소자(211IR)를 포함하는 4개의 발광 소자가 1열로 배열되고, 그 아래 측에 수광 소자(212)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
또한 도 9의 (D)는 발광 소자(211IR)를 중심으로 사방(四方)으로 3개의 발광 소자와 수광 소자(212)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
또한 도 9의 (B) 내지 (D)에 나타낸 화소에서, 발광 소자들의 위치는 교환이 가능하고, 발광 소자와 수광 소자의 위치는 교환이 가능하다.
[구성예 1-3]
이하에서는 가시광을 나타내는 발광 소자와, 가시광을 나타내고 또한 가시광을 수광하는 수발광 소자를 가지는 구성의 예에 대하여 설명한다.
도 10의 (A)에 나타낸 표시 패널(200B)은 발광 소자(211B), 발광 소자(211G), 및 수발광 소자(213R)를 가진다. 수발광 소자(213R)는 적색(R)의 광을 방출하는 발광 소자로서의 기능과, 가시광을 수광하는 광전 변환 소자로서의 기능을 가진다. 도 10의 (A)에는, 발광 소자(211G)가 방출하는 녹색(G)의 광을 수발광 소자(213R)가 수광하는 예를 나타내었다. 또한 수발광 소자(213R)는 발광 소자(211B)가 방출하는 청색(B)의 광을 수광하여도 좋다. 또한 수발광 소자(213R)는 녹색의 광과 청색의 광의 양쪽을 수광하여도 좋다.
예를 들어 수발광 소자(213R)는 그 자체가 방출하는 광보다 파장이 짧은 광을 수광하는 것이 바람직하다. 또는 수발광 소자(213R)는 그 자체가 방출하는 광보다 파장이 긴 광(예를 들어 적외광)을 수광하는 구성으로 하여도 좋다. 수발광 소자(213R)는 그 자체가 방출하는 광과 같은 정도의 파장의 광을 수광하는 구성으로 하여도 좋지만, 이 경우에는 수발광 소자(213R) 자체가 방출하는 광도 수광하기 때문에 발광 효율이 저하될 우려가 있다. 그러므로 수발광 소자(213R)는 발광 스펙트럼의 피크와 흡수 스펙트럼의 피크가 가능한 한 중첩되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한 여기서는 수발광 소자가 방출하는 광은 적색의 광에 한정되지 않는다. 또한 발광 소자가 방출하는 광도 녹색의 광과 청색의 광의 조합에 한정되지 않는다. 예를 들어 수발광 소자를, 녹색 또는 청색의 광을 방출하고 또한 수발광 소자 자체가 방출하는 광과는 다른 파장의 광을 수광하는 소자로 할 수 있다.
이와 같이 수발광 소자(213R)가 발광 소자와 수광 소자를 겸함으로써, 하나의 화소에 배치하는 소자의 개수를 줄일 수 있다. 그러므로 고정세화, 고개구율화, 고해상도화 등이 용이해진다.
도 10의 (B) 내지 (I)에 표시 패널(200B)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 나타내었다.
도 10의 (B)는 수발광 소자(213R), 발광 소자(211G), 및 발광 소자(211B)가 1열로 배열된 예를 나타낸 것이다. 도 10의 (C)는 발광 소자(211G)와 발광 소자(211B)가 세로 방향으로 번갈아 배열되고, 이들 옆에 수발광 소자(213R)가 배치된 예를 나타낸 것이다.
도 10의 (D)는 2Х2의 매트릭스상으로, 3개의 발광 소자(발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 및 발광 소자(211X))와 하나의 수발광 소자가 배치된 예를 나타낸 것이다. 발광 소자(211X)는 R, G, B 이외의 광을 나타내는 소자이다. R, G, B 이외의 광으로서는, 백색(W), 황색(Y), 시안(C), 마젠타(M), 적외광(IR), 자외광(UV) 등의 광을 들 수 있다. 발광 소자(211X)가 적외광을 나타내는 경우, 수발광 소자는 적외광을 검출하는 기능, 또는 가시광 및 적외광의 양쪽을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 센서의 용도에 따라 수발광 소자가 검출하는 광의 파장을 결정할 수 있다.
도 10의 (E)에는 2개분의 화소를 나타내었다. 점선으로 둘러싸인 3개의 소자를 포함하는 영역이 하나의 화소에 상당한다. 화소는 각각 발광 소자(211G), 발광 소자(211B), 및 수발광 소자(213R)를 가진다. 도 10의 (E)에 나타낸 왼쪽의 화소에서는 수발광 소자(213R)와 같은 행에 발광 소자(211G)가 배치되고, 수발광 소자(213R)와 같은 열에 발광 소자(211B)가 배치되어 있다. 도 10의 (E)에 나타낸 오른쪽의 화소에서는 수발광 소자(213R)와 같은 행에 발광 소자(211G)가 배치되고, 발광 소자(211G)와 같은 열에 발광 소자(211B)가 배치되어 있다. 도 10의 (E)에 나타낸 화소 레이아웃에서는, 홀수 행과 짝수 행의 어느 쪽에서도 수발광 소자(213R), 발광 소자(211G), 및 발광 소자(211B)가 반복적으로 배치되어 있고, 또한 각 열의 홀수 행과 짝수 행에서는 서로 다른 색의 발광 소자 또는 수발광 소자가 배치되어 있다.
도 10의 (F)에는 펜타일 배열이 적용된 4개의 화소를 나타내었고, 인접한 2개의 화소는 조합이 상이한 2색의 광을 나타내는 발광 소자 또는 수발광 소자를 가진다. 또한 도 10의 (F)에서는, 발광 소자 또는 수발광 소자의 상면 형상을 나타내었다.
도 10의 (F)에 나타낸 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 수발광 소자(213R)와 발광 소자(211G)를 가진다. 또한 오른쪽 위의 화소와 왼쪽 아래의 화소는 발광 소자(211G)와 발광 소자(211B)를 가진다. 즉 도 10의 (F)에 나타낸 예에서는 각 화소에 발광 소자(211G)가 제공되어 있다.
발광 소자 및 수발광 소자의 상면 형상은 특별히 한정되지 않고, 원형, 타원형, 다각형, 모서리를 둥글게 한 다각형 등으로 할 수 있다. 도 10의 (F) 등에는 발광 소자 및 수발광 소자의 상면 형상이 대략 45° 경사진 정방형(마름모꼴)인 예를 나타내었다. 또한 각 색의 발광 소자 및 수발광 소자의 상면 형상은 상이하여도 좋고, 일부 또는 모든 색에서 같아도 좋다.
또한 각 색의 발광 소자 및 수발광 소자의 발광 영역(또는 수발광 영역)의 크기는 상이하여도 좋고, 일부 또는 모든 색에서 같아도 좋다. 예를 들어 도 10의 (F)에서, 각 화소에 제공된 발광 소자(211G)의 발광 영역의 면적을 다른 소자의 발광 영역(또는 수발광 영역)보다 작게 하여도 좋다.
도 10의 (G)는 도 10의 (F)에 나타낸 화소 배열의 변형예를 나타낸 것이다. 구체적으로는, 도 10의 (G)의 구성은 도 10의 (F)의 구성을 45° 회전시킴으로써 얻어진다. 도 10의 (F)에서는 2개의 소자로 하나의 화소가 구성되는 것으로 간주하여 설명하였지만, 도 10의 (G)에 나타낸 바와 같이, 4개의 소자로 하나의 화소가 구성되는 것으로 간주할 수도 있다.
도 10의 (H)는 도 10의 (F)에 나타낸 화소 배열의 변형예를 나타낸 것이다. 도 10의 (H)에 나타낸 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 수발광 소자(213R)와 발광 소자(211G)를 가진다. 또한 오른쪽 위의 화소와 왼쪽 아래의 화소는 수발광 소자(213R)와 발광 소자(211B)를 가진다. 즉 도 10의 (H)에 나타낸 예에서는 각 화소에 수발광 소자(213R)가 제공되어 있다. 각 화소에 수발광 소자(213R)가 제공되어 있기 때문에, 도 10의 (H)에 나타낸 구성에서는, 도 10의 (F)에 나타낸 구성에 비하여 높은 정세도로 촬상을 수행할 수 있다. 이에 의하여, 예를 들어 생체 인증의 정밀도를 높일 수 있다.
도 10의 (I)는 도 10의 (H)에 나타낸 화소 배열의 변형예이고, 상기 화소 배열을 45° 회전시킴으로써 얻어지는 구성이다.
도 10의 (I)에서는 4개의 소자(2개의 발광 소자와 2개의 수발광 소자)로 하나의 화소가 구성되는 것으로 간주하여 설명한다. 이와 같이, 하나의 화소가 수광 기능을 가지는 수발광 소자를 복수로 가짐으로써, 높은 정세도로 촬상을 수행할 수 있다. 따라서 생체 인증의 정밀도를 높일 수 있다. 예를 들어 촬상의 정세도를 표시의 정세도의 루트 2배로 할 수 있다.
도 10의 (H) 또는 (I)에 나타낸 구성이 적용된 표시 장치는 p개(p는 2 이상의 정수(整數))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 만족한다. 또한 p, q, r는 r=p+q를 만족한다. 제 1 발광 소자 및 제 2 발광 소자 중 한쪽이 녹색의 광을 방출하고, 다른 쪽이 청색의 광을 방출한다. 수발광 소자는 적색의 광을 방출하며 수광 기능을 가진다.
예를 들어 수발광 소자를 사용하여 터치 조작의 검출을 수행하는 경우, 광원으로부터 방출되는 광이 사용자에게 시인되기 어려운 것이 바람직하다. 청색의 광은 녹색의 광보다 시인성이 낮기 때문에, 청색의 광을 방출하는 발광 소자를 광원으로서 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 수발광 소자는 청색의 광을 수광하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 이에 한정되지 않고, 수발광 소자의 감도에 따라 광원으로서 사용하는 발광 소자를 적절히 선택할 수 있다.
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 방출하는 톱 이미션형, 발광 소자가 형성된 기판 측으로 광을 방출하는 보텀 이미션형, 및 양면으로 광을 방출하는 듀얼 이미션형 중 어느 것이어도 좋다.
본 실시형태에서는, 톱 이미션형 표시 장치를 예로 들어 설명한다.
또한 본 명세서 등에서는, 별도의 설명이 없는 한, 요소(발광 소자, 발광층 등)를 복수로 가지는 구성에 대하여 설명하는 경우에도, 각 요소에 공통되는 사항에 대하여 설명하는 경우에는 알파벳을 생략하여 설명한다. 예를 들어 발광층(283R) 및 발광층(283G) 등에 공통되는 사항에 대하여 설명하는 경우에는 발광층(283)이라고 기재하는 경우가 있다.
도 11의 (A)에 나타낸 표시 장치(280A)는 수광 소자(270PD), 적색(R)의 광을 방출하는 발광 소자(270R), 녹색(G)의 광을 방출하는 발광 소자(270G), 및 청색(B)의 광을 방출하는 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 방출하는 발광 물질을 가지고, 발광층(283G)은 녹색의 광을 방출하는 발광 물질을 가지고, 발광층(283B)은 청색의 광을 방출하는 발광 물질을 가진다.
발광 소자는 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 전압을 인가함으로써 공통 전극(275) 측으로 광을 방출하는 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 입사하는 광을 수광하여 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 가정하여 설명한다. 즉 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 소자를 구동함으로써, 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)에서는 활성층(273) 이외의 층을 발광 소자와 공통된 구성으로 할 수 있다. 그러므로 발광 소자의 제작 공정에 활성층(273)의 성막 공정을 추가하는 것만으로 발광 소자의 형성과 병행하여 수광 소자(270PD)를 형성할 수 있다. 또한 발광 소자와 수광 소자(270PD)를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(270PD)를 내장시킬 수 있다.
표시 장치(280A)는, 수광 소자(270PD)의 활성층(273)과 발광 소자의 발광층(283)을 따로따로 형성하는 것을 제외하고는, 수광 소자(270PD)와 발광 소자가 공통된 구성을 가지는 예를 나타낸 것이다. 다만 수광 소자(270PD)와 발광 소자의 구성은 이에 한정되지 않는다. 수광 소자(270PD)와 발광 소자는 활성층(273)과 발광층(283) 이외에도 따로따로 형성하는 층을 가져도 좋다. 수광 소자(270PD)와 발광 소자는 공통적으로 사용되는 층(공통층)을 1층 이상 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치에 수광 소자(270PD)를 내장시킬 수 있다.
화소 전극(271) 및 공통 전극(275) 중 광을 추출하는 측의 전극으로서는, 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극으로서는, 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 발광 소자에는 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 발광 소자의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 가시광에 대한 투과성 및 반사성을 가지는 전극(반투과·반반사 전극)인 것이 바람직하고, 다른 쪽은 가시광에 대한 반사성을 가지는 전극(반사 전극)인 것이 바람직하다. 발광 소자가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 발광층으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜, 발광 소자로부터 방출되는 광을 강하게 할 수 있다.
또한 반투과·반반사 전극은 반사 전극과 가시광에 대한 투과성을 가지는 전극(투명 전극이라고도 함)의 적층 구조를 가질 수 있다.
투명 전극의 광 투과율은 40% 이상으로 한다. 예를 들어 발광 소자에는 가시광(파장 400nm 이상 750nm 미만의 광) 투과율이 40% 이상인 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 반투과·반반사 전극의 가시광 반사율은 10% 이상 95% 이하, 바람직하게는 30% 이상 80% 이하로 한다. 반사 전극의 가시광 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이들 전극의 저항률은 1Х10-2Ωcm 이하가 바람직하다. 또한 발광 소자가 근적외광(파장 750nm 이상 1300nm 이하의 광)을 방출하는 경우, 이들 전극의 근적외광의 투과율 또는 반사율은 가시광의 투과율 또는 반사율과 마찬가지로 상기 수치 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
발광 소자는 적어도 발광층(283)을 가진다. 발광 소자는 발광층(283) 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 차단 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 전자 차단 재료, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 가져도 좋다.
예를 들어 발광 소자 및 수광 소자에서는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 1층 이상을 공통된 구성으로 할 수 있다. 또한 발광 소자 및 수광 소자에서는, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 1층 이상을 따로따로 형성할 수 있다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함한 복합 재료, 또는 방향족 아민 화합물 등을 사용할 수 있다.
발광 소자에서, 정공 수송층은 정공 주입층에 의하여 양극으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 층이다. 수광 소자에서, 정공 수송층은 입사한 광에 기초하여 활성층에서 발생한 정공을 양극으로 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 이외의 물질을 사용할 수도 있다. 정공 수송성 재료로서는, π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체 등), 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물) 등의 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
발광 소자에서, 전자 수송층은 전자 주입층에 의하여 음극으로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 층이다. 수광 소자에서, 전자 수송층은 입사한 광에 기초하여 활성층에서 발생한 전자를 음극으로 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함한 층이다. 전자 수송성 재료로서는 1Х10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가진 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용할 수도 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 외에, 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 포함한 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
전자 주입층은 음극으로부터 전자 수송층에 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 포함한 복합 재료를 사용할 수도 있다.
발광층(283)은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층(283)은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질로서는, 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서, 근적외광을 방출하는 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 등이 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)을 포함하여도 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, 양극성 재료 또는 TADF 재료를 사용하여도 좋다.
발광층(283)은 예를 들어 인광 재료와, 들뜬 복합체를 형성하기 쉬운 정공 수송성 재료와 전자 수송성 재료의 조합을 포함하는 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 원활해져 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 이 구성에 의하여, 발광 소자의 고효율, 저전압 구동, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
들뜬 복합체를 형성하는 재료의 조합에서는, 정공 수송성 재료의 HOMO 준위(최고 피점유 궤도 준위)가 전자 수송성 재료의 HOMO 준위 이상인 것이 바람직하다. 정공 수송성 재료의 LUMO 준위(최저 공궤도 준위)가 전자 수송성 재료의 LUMO 준위 이상인 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 장파장으로 시프트하는(또는 장파장 측에 새로운 피크를 가지는) 현상을 관측함으로써 확인할 수 있다. 또는 정공 수송성 재료의 과도(過渡) 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)로 바꿔 읽어도 좋다. 즉 정공 수송성 재료의 과도 EL, 전자 수송성을 가지는 재료의 과도 EL, 및 이들의 혼합막의 과도 EL을 비교하여, 과도 응답의 차이를 관측함으로써 들뜬 복합체의 형성을 확인할 수도 있다.
활성층(273)은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는, 실리콘 등의 무기 반도체, 및 유기 화합물을 포함한 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는, 활성층(273)에 포함되는 반도체로서 유기 반도체를 사용하는 예를 제시한다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광층(283)과 활성층(273)을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있기 때문에, 제조 장치를 공통화할 수 있어 바람직하다.
활성층(273)에 포함되는 n형 반도체 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60, C70 등), 풀러렌 유도체 등의 전자 수용성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 풀러렌은 축구공과 같은 형상을 가지고, 상기 형상은 에너지적으로 안정적이다. 풀러렌은 HOMO 준위 및 LUMO 준위 모두가 깊다(낮다). 풀러렌은 LUMO 준위가 깊기 때문에, 전자 수용성(억셉터성)이 매우 높다. 일반적으로, 벤젠과 같이 평면에 π전자 공액(공명)이 확장되면, 전자 공여성(도너성)이 높아지지만, 풀러렌은 구체 형상을 가지기 때문에, π전자가 크게 확장되어도 전자 수용성이 높아진다. 전자 수용성이 높으면, 전하 분리가 고속으로 효율적으로 일어나기 때문에, 수광 소자에 유익하다. C60, C70은 모두 가시광 영역에 넓은 흡수대를 가지고, 특히 C70은 C60보다 π전자 공액계가 크고, 장파장 영역에도 넓은 흡수대를 가지기 때문에 바람직하다.
또한 n형 반도체 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)에 포함되는 p형 반도체 재료로서는, 구리(II) 프탈로사이아닌(Copper(II) phthalocyanine; CuPc), 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP), 아연 프탈로사이아닌(Zinc Phthalocyanine; ZnPc), 주석 프탈로사이아닌(SnPc), 퀴나크리돈 등의 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
또한 p형 반도체 재료로서는, 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 등을 들 수 있다. 또한 p형 반도체 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, 폴리바이닐카바졸 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 구체 형상의 풀러렌을 사용하고, 전자 공여성의 유기 반도체 재료로서 대략 평면 형상의 유기 반도체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비슷한 형상의 분자들은 응집하기 쉬운 경향이 있고, 같은 종류의 분자들이 응집하면, 분자 궤도의 에너지 준위가 서로 가깝기 때문에 캐리어 수송성을 높일 수 있다.
예를 들어 활성층(273)은 n형 반도체와 p형 반도체를 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 또는 활성층(273)은 n형 반도체와 p형 반도체를 적층하여 형성하여도 좋다.
발광 소자 및 수광 소자에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 쪽을 사용할 수도 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 11의 (B)에 나타낸 표시 장치(280B)는 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 동일한 구성을 가진다는 점에서 표시 장치(280A)와 다르다.
수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)는 공통의 활성층(273)과 발광층(283R)을 가진다.
여기서, 수광 소자(270PD)는 검출하고자 하는 광보다 파장이 긴 광을 방출하는 발광 소자와 공통된 구성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 청색의 광을 검출하는 구성을 가지는 수광 소자(270PD)는 발광 소자(270R) 및 발광 소자(270G) 중 한쪽 또는 양쪽과 같은 구성을 가질 수 있다. 예를 들어 녹색의 광을 검출하는 구성을 가지는 수광 소자(270PD)는 발광 소자(270R)와 같은 구성을 가질 수 있다.
수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 공통된 구성을 가지는 경우, 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 따로따로 형성되는 층을 포함하는 구성을 가지는 경우에 비하여 성막 공정 수 및 마스크의 개수를 삭감할 수 있다. 따라서 표시 장치의 제작 공정을 삭감하고 제작 비용을 절감할 수 있다.
또한 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 공통된 구성을 가지는 경우, 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 따로따로 형성되는 층을 포함하는 구성을 가지는 경우에 비하여 위치 어긋남을 고려하여 제공되는 마진을 좁게 할 수 있다. 이에 의하여, 화소의 개구율을 높일 수 있어, 표시 장치의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 이에 의하여, 발광 소자의 수명을 길게 할 수 있다. 또한 표시 장치는 높은 휘도를 표현할 수 있다. 또한 표시 장치의 정세도를 높일 수도 있다.
발광층(283R)은 적색의 광을 방출하는 발광 재료를 가진다. 활성층(273)은 적색의 광보다 파장이 짧은 광(예를 들어 녹색의 광 및 청색의 광 중 한쪽 또는 양쪽)을 흡수하는 유기 화합물을 포함한다. 활성층(273)은 적색의 광을 흡수하기 어렵고, 또한 적색의 광보다 파장이 짧은 광을 흡수하는 유기 화합물을 포함하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 발광 소자(270R)로부터는 적색의 광이 효율적으로 추출되고, 수광 소자(270PD)는 적색의 광보다 파장이 짧은 광을 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
또한 표시 장치(280B)는, 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)가 동일한 구성을 가지는 예를 나타낸 것이지만, 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)는 각각 다른 두께의 광학 조정층을 가져도 좋다.
도 12의 (A), (B)에 나타낸 표시 장치(280C)는 적색(R)의 광을 방출하며 수광 기능을 가지는 수발광 소자(270SR), 발광 소자(270G), 및 발광 소자(270B)를 가진다. 발광 소자(270G)와 발광 소자(270B)의 구성에는 상기 표시 장치(280A) 등을 원용할 수 있다.
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. 수발광 소자(270SR)는 상기 표시 장치(280B)에서 예시한 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)와 동일한 구성을 가진다.
도 12의 (A)에는 수발광 소자(270SR)가 발광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 12의 (A)의 예에서는, 발광 소자(270B)가 청색의 광을 방출하고, 발광 소자(270G)가 녹색의 광을 방출하고, 수발광 소자(270SR)가 적색의 광을 방출한다.
도 12의 (B)에는 수발광 소자(270SR)가 수광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 12의 (B)의 예에서는, 발광 소자(270B)가 방출하는 청색의 광과 발광 소자(270G)가 방출하는 녹색의 광을 수발광 소자(270SR)가 수광한다.
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. 화소 전극(271)과 공통 전극(275) 사이에 역바이어스를 인가하여 수발광 소자(270SR)를 구동함으로써, 수발광 소자(270SR)에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시켜 전류로서 추출할 수 있다.
수발광 소자(270SR)는 발광 소자에 활성층(273)을 추가한 구성을 가진다고 할 수 있다. 즉 발광 소자의 제작 공정에 활성층(273)의 성막 공정을 추가하는 것만으로 발광 소자의 형성과 병행하여 수발광 소자(270SR)를 형성할 수 있다. 또한 발광 소자와 수발광 소자를 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부여할 수 있다.
발광층(283R)과 활성층(273)의 적층 순서는 한정되지 않는다. 도 12의 (A), (B)에는, 정공 수송층(282) 위에 활성층(273)이 제공되고, 활성층(273) 위에 발광층(283R)이 제공된 예를 나타내었다. 발광층(283R)과 활성층(273)의 적층 순서를 바꾸어도 좋다.
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 차단층, 전자 차단층 등, 다른 기능층을 가져도 좋다.
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.
도 12의 (C) 내지 (G)에 수발광 소자의 적층 구조의 예를 나타내었다.
도 12의 (C)에 나타낸 수발광 소자는 제 1 전극(277), 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 발광층(283R), 활성층(273), 전자 수송층(284), 전자 주입층(285), 및 제 2 전극(278)을 가진다.
도 12의 (C)는 정공 수송층(282) 위에 발광층(283R)이 제공되고, 발광층(283R) 위에 활성층(273)이 적층된 예를 나타낸 것이다.
도 12의 (A) 내지 (C)에 나타낸 바와 같이, 활성층(273)과 발광층(283R)은 서로 접하여도 좋다.
또한 활성층(273)과 발광층(283R) 사이에는 버퍼층이 제공되는 것이 바람직하다. 이때, 버퍼층은 정공 수송성 및 전자 수송성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어, 버퍼층에는 양극성 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 버퍼층으로서 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층, 정공 차단층, 및 전자 차단층 등 중 적어도 1층을 사용할 수 있다. 도 12의 (D)에는 버퍼층으로서 정공 수송층(282)을 사용하는 예를 나타내었다.
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.
도 12의 (E)에는, 정공 주입층(281) 위에 정공 수송층(282-1), 활성층(273), 정공 수송층(282-2), 발광층(283R)이 이 순서대로 적층된 구조를 가지는 예를 나타내었다. 정공 수송층(282-2)은 버퍼층으로서 기능한다. 정공 수송층(282-1)과 정공 수송층(282-2)은 같은 재료를 포함하여도 좋고, 다른 재료를 포함하여도 좋다. 또한 정공 수송층(282-2) 대신에, 상술한 버퍼층에 사용할 수 있는 층을 사용하여도 좋다. 또한 활성층(273)과 발광층(283R)의 위치를 바꾸어도 좋다.
도 12의 (F)에 나타낸 수발광 소자는 정공 수송층(282)을 가지지 않는다는 점에서 도 12의 (A)에 나타낸 수발광 소자와 다르다. 이와 같이, 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 차단층, 전자 차단층 등, 다른 기능층을 가져도 좋다.
도 12의 (G)에 나타낸 수발광 소자는 활성층(273) 및 발광층(283R)을 가지지 않고, 발광층과 활성층을 겸하는 층(289)을 가진다는 점에서 도 12의 (A)에 나타낸 수발광 소자와 다르다.
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 포함한 층을 사용할 수 있다.
또한 n형 반도체와 p형 반도체의 혼합 재료의 흡수 스펙트럼의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대와, 발광 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하고, 서로 충분히 떨어져 있는 것이 더 바람직하다.
[표시 장치의 구성예 2]
이하에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다. 여기서는 특히 수광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치의 예에 대하여 설명한다.
[구성예 2-1]
도 13의 (A)는 표시 장치(300A)의 단면도이다. 표시 장치(300A)는 기판(351), 기판(352), 수광 소자(310), 및 발광 소자(390)를 가진다.
발광 소자(390)는 화소 전극(391), 버퍼층(312), 발광층(393), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 버퍼층(312)은 정공 주입층 및 정공 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광층(393)은 유기 화합물을 포함한다. 버퍼층(314)은 전자 주입층 및 전자 수송층 중 한쪽 또는 양쪽을 가질 수 있다. 발광 소자(390)는 가시광(321)을 방출하는 기능을 가진다. 또한 표시 장치(300A)는 적외광을 방출하는 기능을 가지는 발광 소자를 더 가져도 좋다.
수광 소자(310)는 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 활성층(313)은 유기 화합물을 포함한다. 수광 소자(310)는 가시광을 검출하는 기능을 가진다. 또한 수광 소자(310)는 적외광을 검출하는 기능을 더 가져도 좋다.
버퍼층(312), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)은, 발광 소자(390) 및 수광 소자(310)에서 공통된 층이며 이들에 걸쳐 제공된다. 버퍼층(312), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)은 활성층(313) 및 화소 전극(311)과 중첩되는 부분과, 발광층(393) 및 화소 전극(391)과 중첩되는 부분과, 이들 중 어느 것과도 중첩되지 않은 부분을 가진다.
본 실시형태에서는, 발광 소자(390) 및 수광 소자(310) 중 어느 쪽에서도, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(315)이 음극으로서 기능하는 것으로 가정하여 설명한다. 즉 화소 전극(311)과 공통 전극(315) 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 소자(310)를 구동함으로써, 표시 장치(300A)는 수광 소자(310)에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시켜 전류로서 추출할 수 있다.
화소 전극(311), 화소 전극(391), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 발광층(393), 및 공통 전극(315)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
화소 전극(311) 및 화소 전극(391)은 각각 절연층(414) 위에 위치한다. 각 화소 전극은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 화소 전극(311) 및 화소 전극(391)의 단부는 격벽(416)으로 덮여 있다. 서로 인접한 2개의 화소 전극은 격벽(416)에 의하여 서로 전기적으로 절연되어 있다(전기적으로 분리되어 있다고도 함).
격벽(416)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(416)은 가시광을 투과시키는 층이다. 격벽(416) 대신에 가시광을 차단하는 격벽을 제공하여도 좋다.
공통 전극(315)은 수광 소자(310)와 발광 소자(390)에 공통적으로 사용되는 층이다.
수광 소자(310) 및 발광 소자(390)의 한 쌍의 전극의 재료 및 막 두께 등은 서로 같게 할 수 있다. 이에 의하여, 표시 장치의 제작 비용을 절감하고 제작 공정을 간략화할 수 있다.
표시 장치(300A)는 한 쌍의 기판(기판(351) 및 기판(352)) 사이에 수광 소자(310), 발광 소자(390), 트랜지스터(331), 및 트랜지스터(332) 등을 가진다.
수광 소자(310)에서, 화소 전극(311)과 공통 전극(315) 사이에 위치하는 버퍼층(312), 활성층(313), 및 버퍼층(314)은 유기층(유기 화합물을 포함한 층)이라고도 할 수 있다. 화소 전극(311)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 공통 전극(315)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 수광 소자(310)가 적외광을 검출하는 구성을 가지는 경우, 공통 전극(315)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 화소 전극(311)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
수광 소자(310)는 광을 검출하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 수광 소자(310)는 표시 장치(300A)의 외부로부터 입사하는 광(322)을 수광하여 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(322)은 발광 소자(390)로부터 방출되고 대상물에 반사된 광이라고도 할 수 있다. 또한 광(322)은 표시 장치(300A)에 제공된 렌즈 등을 통하여 수광 소자(310)에 입사하여도 좋다.
발광 소자(390)에서, 화소 전극(391)과 공통 전극(315) 사이에 위치하는 버퍼층(312), 발광층(393), 및 버퍼층(314)은 통틀어 EL층이라고도 할 수 있다. 또한 EL층은 적어도 발광층(393)을 가진다. 상술한 바와 같이, 화소 전극(391)은 가시광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 공통 전극(315)은 가시광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 표시 장치(300A)가 적외광을 방출하는 발광 소자를 가지는 구성을 가지는 경우, 공통 전극(315)은 적외광을 투과시키는 기능을 가진다. 또한 화소 전극(391)은 적외광을 반사하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치가 가지는 발광 소자에는 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 발광 소자(390)는 화소 전극(391)과 공통 전극(315) 사이에 광학 조정층을 가져도 좋다. 미소 공진기 구조가 적용됨으로써, 각 발광 소자에서 특정의 색의 광을 강하게 하여 추출할 수 있다.
발광 소자(390)는 가시광을 방출하는 기능을 가진다. 구체적으로 발광 소자(390)는 화소 전극(391)과 공통 전극(315) 사이에 전압을 인가함으로써, 기판(352) 측에 광(여기서는 가시광(321))을 방출하는 전계 발광 소자이다.
수광 소자(310)가 가지는 화소 전극(311)은 절연층(414)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(331)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다. 발광 소자(390)가 가지는 화소 전극(391)은 절연층(414)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(332)가 가지는 소스 또는 드레인에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(331)와 트랜지스터(332)는 동일한 층(도 13의 (A)에서는 기판(351)) 위에 접한다.
수광 소자(310)에 전기적으로 접속되는 회로의 적어도 일부는, 발광 소자(390)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(310) 및 발광 소자(390)는 각각 보호층(395)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 13의 (A)에서는 보호층(395)이 공통 전극(315) 위에 접하여 제공되어 있다. 보호층(395)을 제공함으로써, 수광 소자(310) 및 발광 소자(390)에 물 등의 불순물이 들어가는 것이 억제되므로, 수광 소자(310) 및 발광 소자(390)의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 접착층(342)에 의하여 보호층(395)과 기판(352)이 접합되어 있다.
기판(352) 중 기판(351) 측의 면에는 차광층(358)이 제공되어 있다. 차광층(358)은 발광 소자(390)와 중첩되는 위치 및 수광 소자(310)와 중첩되는 위치에 개구를 가진다.
여기서, 발광 소자(390)로부터 방출되고 대상물에 반사된 광을 수광 소자(310)가 검출한다. 그러나 발광 소자(390)로부터 방출된 광이 표시 장치(300A) 내에서 반사되고, 대상물을 거치지 않고 수광 소자(310)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(358)은 이러한 미광(迷光)의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어 차광층(358)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(390)로부터 방출된 광(323)은 기판(352)에 반사되고, 반사광(324)이 수광 소자(310)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(358)을 제공함으로써, 반사광(324)이 수광 소자(310)에 입사하는 것을 억제할 수 있다. 이에 의하여, 노이즈를 저감하고, 수광 소자(310)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
차광층(358)에는, 발광 소자로부터 방출되는 광을 차단하는 재료를 사용할 수 있다. 차광층(358)은 가시광을 흡수하는 것이 바람직하다. 차광층(358)으로서는, 예를 들어 금속 재료, 혹은 안료(카본 블랙 등) 또는 염료를 포함한 수지 재료 등을 사용하여 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 차광층(358)은 적색의 컬러 필터, 녹색의 컬러 필터, 및 청색의 컬러 필터의 적층 구조를 가져도 좋다.
[구성예 2-2]
도 13의 (B)에 나타낸 표시 장치(300B)는 렌즈(349)를 가진다는 점에서 상기 표시 장치(300A)와 주로 다르다.
렌즈(349)는 기판(352)의 기판(351) 측에 제공된다. 외부로부터 입사하는 광(322)은 렌즈(349)를 통하여 수광 소자(310)에 입사한다. 렌즈(349) 및 기판(352)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
렌즈(349)를 통하여 수광 소자(310)에 광이 입사함으로써, 수광 소자(310)에 입사하는 광의 범위를 좁힐 수 있다. 이에 의하여, 복수의 수광 소자(310) 사이에서 촬상하는 범위가 중첩되는 것을 억제할 수 있어, 흐릿함이 적고 선명한 화상을 촬상할 수 있다.
또한 렌즈(349)는 입사한 광을 집광할 수 있다. 따라서 수광 소자(310)에 입사하는 광의 양을 늘릴 수 있다. 이에 의하여 수광 소자(310)의 광전 변환 효율을 높일 수 있다.
[구성예 2-3]
도 13의 (C)에 나타낸 표시 장치(300C)는 차광층(358)의 형상이 다른 점에서 상기 표시 장치(300A)와 주로 다르다.
차광층(358)은 평면에서 보았을 때, 수광 소자(310)와 중첩되는 개구부가 수광 소자(310)의 수광 영역보다 내측에 위치하도록 제공되어 있다. 수광 소자(310)와 중첩되는 차광층(358)의 개구부의 직경이 작을수록 수광 소자(310)에 입사하는 광의 범위를 좁힐 수 있다. 이에 의하여, 복수의 수광 소자(310) 사이에서 촬상하는 범위가 중첩되는 것을 억제할 수 있어, 흐릿함이 적고 선명한 화상을 촬상할 수 있다.
예를 들어, 차광층(358)의 개구부의 면적을 수광 소자(310)의 수광 영역의 면적의 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 50% 이하, 또는 40% 이하이고, 1% 이상, 5% 이상, 또는 10% 이상으로 할 수 있다. 차광층(358)의 개구부의 면적이 작을수록 선명한 화상을 촬상할 수 있다. 한편, 상기 개구부의 면적이 지나치게 작으면, 수광 소자(310)에 도달하는 광의 광량이 감소되어, 수광 감도가 저하될 우려가 있다. 그러므로 상술한 범위 내에서 적절히 설정하는 것이 바람직하다. 또한 상술한 상한값 및 하한값은 임의로 조합할 수 있다. 또한 수광 소자(310)의 수광 영역은 격벽(416)의 개구부로 바꿔 말할 수 있다.
또한 수광 소자(310)와 중첩되는 차광층(358)의 개구부의 중심이, 평면에서 보았을 때, 수광 소자(310)의 수광 영역의 중심과 어긋나도 좋다. 또한 평면에서 보았을 때, 차광층(358)의 개구부가 수광 소자(310)의 수광 영역과 중첩되지 않는 구성으로 하여도 좋다. 이에 의하여, 차광층(358)의 개구부를 투과한 비스듬한 방향의 광만을 수광 소자(310)에서 수광할 수 있다. 이에 의하여, 수광 소자(310)에 입사하는 광의 범위를 더 효과적으로 한정할 수 있어, 선명한 화상을 촬상할 수 있다.
[구성예 2-4]
도 14의 (A)에 나타낸 표시 장치(300D)는 버퍼층(312)이 공통층이 아닌 점에서 상기 표시 장치(300A)와 주로 다르다.
수광 소자(310)는 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다. 발광 소자(390)는 화소 전극(391), 버퍼층(392), 발광층(393), 버퍼층(314), 공통 전극(315)을 가진다. 활성층(313), 버퍼층(312), 발광층(393), 및 버퍼층(392)은 각각 섬 형상의 상면 형상을 가진다.
버퍼층(312)과 버퍼층(392)은 상이한 재료를 포함하여도 좋고, 같은 재료를 포함하여도 좋다.
이와 같이, 발광 소자(390)와 수광 소자(310)에서 버퍼층을 따로따로 형성함으로써 발광 소자(390) 및 수광 소자(310)에 사용하는 버퍼층의 재료의 선택의 자유도가 높아지므로 최적화가 더 용이해진다. 또한 버퍼층(314) 및 공통 전극(315)을 공통층으로 함으로써 발광 소자(390)와 수광 소자(310)를 따로따로 제작하는 경우에 비하여 제작 공정이 간략화되므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
[구성예 2-5]
도 14의 (B)에 나타낸 표시 장치(300E)는 버퍼층(314)이 공통층이 아닌 점에서 상기 표시 장치(300A)와 주로 다르다.
수광 소자(310)는 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다. 발광 소자(390)는 화소 전극(391), 버퍼층(312), 발광층(393), 버퍼층(394), 공통 전극(315)을 가진다. 활성층(313), 버퍼층(314), 발광층(393), 및 버퍼층(394)은 각각 섬 형상의 상면 형상을 가진다.
버퍼층(314)과 버퍼층(394)은 상이한 재료를 포함하여도 좋고, 같은 재료를 포함하여도 좋다.
이와 같이, 발광 소자(390)와 수광 소자(310)에서 버퍼층을 따로따로 형성함으로써 발광 소자(390) 및 수광 소자(310)에 사용하는 버퍼층의 재료의 선택의 자유도가 높아지므로 최적화가 더 용이해진다. 또한 버퍼층(312) 및 공통 전극(315)을 공통층으로 함으로써 발광 소자(390)와 수광 소자(310)를 따로따로 제작하는 경우에 비하여 제작 공정이 간략화되므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
[구성예 2-6]
도 14의 (C)에 나타낸 표시 장치(300F)는 버퍼층(312) 및 버퍼층(314)이 공통층이 아닌 점에서 상기 표시 장치(300A)와 주로 다르다.
수광 소자(310)는 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다. 발광 소자(390)는 화소 전극(391), 버퍼층(392), 발광층(393), 버퍼층(394), 공통 전극(315)을 가진다. 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 버퍼층(392), 발광층(393), 및 버퍼층(394)은 각각 섬 형상의 상면 형상을 가진다.
이와 같이, 발광 소자(390)와 수광 소자(310)에서 버퍼층을 따로따로 형성함으로써 발광 소자(390) 및 수광 소자(310)에 사용하는 버퍼층의 재료의 선택의 자유도가 높아지므로 최적화가 더 용이해진다. 또한 공통 전극(315)을 공통층으로 함으로써 발광 소자(390)와 수광 소자(310)를 따로따로 제작하는 경우에 비하여 제작 공정이 간략화되므로, 제조 비용을 절감할 수 있다.
[표시 장치의 구성예 3]
이하에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다. 여기서는 특히 수발광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치의 예에 대하여 설명한다.
또한 이하에서는 상기와 중복되는 부분에 대해서는 상기를 원용하고 설명을 생략하는 경우가 있다.
[구성예 3-1]
도 15의 (A)는 표시 장치(300G)의 단면도이다. 표시 장치(300G)는 수발광 소자(390SR), 발광 소자(390G), 및 발광 소자(390B)를 가진다.
수발광 소자(390SR)는 적색의 광(321R)을 방출하는 발광 소자로서의 기능과, 광(322)을 수광하는 광전 변환 소자로서의 기능을 가진다. 발광 소자(390G)는 녹색의 광(321G)을 방출할 수 있다. 발광 소자(390B)는 청색의 광(321B)을 방출할 수 있다.
수발광 소자(390SR)는 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 발광층(393R), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다. 발광 소자(390G)는 화소 전극(391G), 버퍼층(312), 발광층(393G), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다. 발광 소자(390B)는 화소 전극(391B), 버퍼층(312), 발광층(393B), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)을 가진다.
버퍼층(312), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)은, 수발광 소자(390SR), 발광 소자(390G), 및 발광 소자(390B)에서 공통된 층(공통층)이며 이들에 걸쳐 제공된다. 활성층(313), 발광층(393R), 발광층(393G), 발광층(393B)은 각각 섬 형상의 상면 형상을 가진다. 또한 도 15에 활성층(313)과 발광층(393R)의 적층체, 발광층(393G), 및 발광층(393B)을 각각 이격하여 제공한 예를 나타내었지만, 인접한 2개가 중첩되는 영역을 가져도 좋다.
또한 상기 표시 장치(300D), 표시 장치(300E), 또는 표시 장치(300F)와 마찬가지로, 표시 장치(300G)는 버퍼층(312) 및 버퍼층(314) 중 한쪽 또는 양쪽을 공통층으로서 사용하지 않는 구성으로 할 수 있다.
화소 전극(311)은 트랜지스터(331)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 화소 전극(391G)은 트랜지스터(332G)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 화소 전극(391B)은 트랜지스터(332B)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 정세도가 더 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
[구성예 3-2]
도 15의 (B)에 나타낸 표시 장치(300H)는 수발광 소자(390SR)의 구성이 다른 점에서 상기 표시 장치(300G)와 주로 다르다.
수발광 소자(390SR)는 활성층(313)과 발광층(393R) 대신 수발광층(318R)을 가진다.
수발광층(318R)은 발광층으로서의 기능과 활성층으로서의 기능을 겸비하는 층이다. 예를 들어, 상술한 발광 물질과, n형 반도체와, p형 반도체를 포함하는 층을 사용할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 제작 공정을 더 간략화할 수 있기 때문에, 저비용화가 용이해진다.
[표시 장치의 구성예 4]
이하에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 더 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
도 16은 표시 장치(400)의 사시도이고, 도 17의 (A)는 표시 장치(400)의 단면도이다.
표시 장치(400)는 기판(353)과 기판(354)이 접합된 구성을 가진다. 도 16에서는 기판(354)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(400)는 표시부(362), 회로(364), 배선(365) 등을 가진다. 도 16에는, 표시 장치(400)에 IC(집적 회로)(373) 및 FPC(372)가 실장된 예를 나타내었다. 그러므로 도 16에 나타낸 구성은 표시 장치(400), IC, 및 FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
회로(364)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(365)은 표시부(362) 및 회로(364)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 배선(365)에 FPC(372)를 통하여 외부로부터 입력되거나 IC(373)로부터 입력된다.
도 16에는, COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 기판(353)에 IC(373)가 제공된 예를 나타내었다. IC(373)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한 표시 장치(400) 및 표시 모듈은 IC가 제공되지 않는 구성을 가져도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 17의 (A)에는, 도 16에 나타낸 표시 장치(400)에서 FPC(372)를 포함하는 영역의 일부, 회로(364)를 포함하는 영역의 일부, 표시부(362)를 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다.
도 17에 나타낸 표시 장치(400)는 기판(353)과 기판(354) 사이에 트랜지스터(408), 트랜지스터(409), 트랜지스터(410), 발광 소자(390), 수광 소자(310) 등을 가진다.
기판(354)과 보호층(395)은 접착층(342)을 개재(介在)하여 접착되어 있고, 표시 장치(400)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
기판(353)과 절연층(412)은 접착층(355)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(400)의 제작 방법으로서는, 먼저, 절연층(412), 각 트랜지스터, 수광 소자(310), 발광 소자(390) 등이 제공된 제작 기판과, 차광층(358) 등이 제공된 기판(354)을 접착층(342)에 의하여 접합한다. 그리고, 제작 기판을 박리하여 노출된 면에 접착층(355)을 사용하여 기판(353)을 접합함으로써, 제작 기판 위에 형성된 각 구성 요소를 기판(353)으로 전치(轉置)한다. 기판(353) 및 기판(354)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(400)의 가요성을 높일 수 있다.
발광 소자(390)는 절연층(414) 측으로부터 화소 전극(391), 버퍼층(312), 발광층(393), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(391)은 절연층(414)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(408)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 접속되어 있다. 트랜지스터(408)는 발광 소자(390)에 흐르는 전류를 제어하는 기능을 가진다.
수광 소자(310)는 절연층(414) 측으로부터 화소 전극(311), 버퍼층(312), 활성층(313), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)의 순서로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(311)은 절연층(414)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(409)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 접속되어 있다. 트랜지스터(409)는 수광 소자(310)에 축적된 전하의 전송(轉送)을 제어하는 기능을 가진다.
발광 소자(390)가 방출하는 광은 기판(354) 측으로 방출된다. 또한 수광 소자(310)에는 기판(354) 및 접착층(342)을 통하여 광이 입사한다. 기판(354)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
화소 전극(311) 및 화소 전극(391)은 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다. 버퍼층(312), 버퍼층(314), 및 공통 전극(315)은 수광 소자(310) 및 발광 소자(390)에 공통적으로 사용된다. 수광 소자(310)와 발광 소자(390)는 활성층(313)과 발광층(393)의 구성이 서로 다른 것을 제외하고는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여, 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치(400)에 수광 소자(310)를 내장시킬 수 있다.
기판(354) 중 기판(353) 측의 면에는 차광층(358)이 제공되어 있다. 차광층(358)은 발광 소자(390), 수광 소자(310)의 각각과 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(358)을 제공함으로써, 수광 소자(310)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 상술한 바와 같이, 수광 소자(310)와 중첩되는 위치에 제공되는 차광층의 개구의 위치 및 면적을 조정함으로써, 수광 소자(310)에 입사하는 광을 제어하는 것이 바람직하다. 또한 차광층(358)을 가짐으로써, 대상물을 거치지 않고 발광 소자(390)로부터 수광 소자(310)에 광이 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
화소 전극(311) 및 화소 전극(391)의 단부는 격벽(416)으로 덮여 있다. 화소 전극(311) 및 화소 전극(391)은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 공통 전극(315)은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
도 17의 (A)에는 활성층(313)의 일부와 발광층(393)의 일부가 중첩되는 영역을 가지는 예를 나타내었다. 활성층(313)과 발광층(393)이 중첩되는 부분은 차광층(358) 및 격벽(416)과 중첩되는 것이 바람직하다.
트랜지스터(408), 트랜지스터(409), 및 트랜지스터(410)는 모두 기판(353) 위에 형성되어 있다. 이들 트랜지스터는 동일한 재료 및 동일한 공정으로 제작할 수 있다.
기판(353) 위에는 접착층(355)을 개재하여 절연층(412), 절연층(411), 절연층(425), 절연층(415), 절연층(418), 및 절연층(414)이 이 순서대로 제공된다. 절연층(411) 및 절연층(425)은 각각 그 일부가 각 트랜지스터의 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(415) 및 절연층(418)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(414)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 하나에 물, 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 절연층을 배리어층으로서 기능시킬 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어, 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(411), 절연층(412), 절연층(425), 절연층(415), 및 절연층(418)으로서는 각각 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 질화 알루미늄막 등을 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.
여기서, 유기 절연막은 무기 절연막보다 배리어성이 낮은 경우가 많다. 그러므로 유기 절연막은 표시 장치(400)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 도 17에 나타낸 영역(428)에서는 절연층(414)에 개구가 형성되어 있다. 이에 의하여, 표시 장치(400)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는 유기 절연막의 단부가 표시 장치(400)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하여, 표시 장치(400)의 단부에서 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
표시 장치(400)의 단부 근방의 영역(428)에서, 절연층(414)의 개구를 통하여 절연층(418)과 보호층(395)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(418)이 가지는 무기 절연막과 보호층(395)이 가지는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 표시부(362)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 표시 장치(400)의 신뢰성을 높일 수 있다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(414)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(390), 수광 소자(310)를 덮는 보호층(395)을 제공함으로써, 발광 소자(390), 수광 소자(310)에 물 등의 불순물이 들어가는 것이 억제되므로, 이들의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(395)은 단층이어도 좋고 적층 구조를 가져도 좋다. 예를 들어 보호층(395)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조를 가져도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
도 17의 (B)는 트랜지스터(408), 트랜지스터(409), 및 트랜지스터(410)에 사용할 수 있는 트랜지스터(401a)의 단면도이다.
트랜지스터(401a)는 절연층(412)(도시하지 않았음) 위에 제공되고, 제 1 게이트로서 기능하는 도전층(421), 제 1 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(411), 반도체층(431), 제 2 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(425), 그리고 제 2 게이트로서 기능하는 도전층(423)을 가진다. 절연층(411)은 도전층(421)과 반도체층(431) 사이에 위치한다. 절연층(425)은 도전층(423)과 반도체층(431) 사이에 위치한다.
반도체층(431)은 영역(431i)과 한 쌍의 영역(431n)을 가진다. 영역(431i)은 채널 형성 영역으로서 기능한다. 한 쌍의 영역(431n)은 한쪽이 소스로서 기능하고, 다른 쪽이 드레인으로서 기능한다. 영역(431n)은 영역(431i)보다 캐리어 농도가 높고 도전성이 높다. 도전층(422a) 및 도전층(422b)은 절연층(418) 및 절연층(415)에 제공된 개구를 통하여 영역(431n)과 각각 접속되어 있다.
도 17의 (C)는 트랜지스터(408), 트랜지스터(409), 및 트랜지스터(410)에 사용할 수 있는 트랜지스터(401b)의 단면도이다. 또한 도 17의 (C)에는 절연층(415)이 제공되지 않은 예를 나타내었다. 트랜지스터(401b)에서는 절연층(425)이 도전층(423)과 같은 식으로 가공되고, 절연층(418)과 영역(431n)이 접한다.
또한 본 실시형태의 표시 장치가 가지는 트랜지스터의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 플레이너(planar)형 트랜지스터, 스태거형 트랜지스터, 역 스태거형 트랜지스터 등을 사용할 수 있다. 또한 톱 게이트형 및 보텀 게이트형 중 어느 트랜지스터 구조로 하여도 좋다. 또는 채널이 형성되는 반도체층의 상하에 게이트가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(408), 트랜지스터(409), 및 트랜지스터(410)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속하고, 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동하여도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 공급하고, 다른 쪽에 구동을 위한 전위를 공급함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 단결정 반도체, 및 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층에는 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(364)가 가지는 트랜지스터(410)와 표시부(362)가 가지는 트랜지스터(408) 및 트랜지스터(409)는 같은 구조이어도 좋고 다른 구조이어도 좋다. 회로(364)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(362)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
기판(353) 중 기판(354)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(404)가 제공되어 있다. 접속부(404)에서는 배선(365)이 도전층(366) 및 접속층(442)을 통하여 FPC(372)에 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(404)의 상면에서는, 화소 전극(311) 및 화소 전극(391)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(366)이 노출되어 있다. 이에 의하여, 접속층(442)을 통하여 접속부(404)와 FPC(372)를 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(354)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(354)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(353) 및 기판(354)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다. 또한 이에 한정되지 않고, 기판(353) 및 기판(354)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지 등을 사용할 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.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인과, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 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 하여 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함하는 산화 아연 등의 도전성 산화물 또는 그래핀을 사용할 수 있다. 또는 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 및 타이타늄 등의 금속 재료, 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 도전층으로서 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 도전층, 발광 소자 및 수광 소자(또는 수발광 소자)가 가지는 도전층(화소 전극, 공통 전극 등으로서 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 재료가 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용할 수 있는 회로에 대하여 설명한다.
도 18의 (A)는 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화소에 따른 블록도이다.
화소는 OLED와, OPD(Organic Photo Diode)와, 센서 회로(Sensing Circuit라고 표기함)와, 구동 트랜지스터(Driving Transistor라고 표기함)와, 선택 트랜지스터(Switching Transistor라고 표기함)를 가진다.
OLED로부터 방출된 광은 대상물(Object라고 표기함)에 반사되고, 그 반사광을 OPD에 의하여 수광함으로써 대상물을 촬상할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 터치 센서, 이미지 센서, 이미지 스캐너 등으로서 기능할 수 있다. 본 발명의 일 형태는 지문, 장문, 혈관(정맥 등) 등을 촬상함으로써 생체 인증에 적용할 수 있다. 또한 사진, 문자 등이 기재된 인쇄물, 또는 물품 등의 표면을 촬상하여 화상 정보로서 취득할 수도 있다.
구동 트랜지스터와 선택 트랜지스터는 OLED를 구동하기 위한 구동 회로를 구성한다. 구동 트랜지스터는 OLED에 흐르는 전류를 제어하는 기능을 가지고, OLED는 상기 전류에 따른 휘도로 발광할 수 있다. 선택 트랜지스터는 화소의 선택, 비선택을 제어하는 기능을 가진다. 외부로부터 선택 트랜지스터를 통하여 입력되는 비디오 데이터(Video Data라고 표기함)의 값(예를 들어 전압값)에 따라 구동 트랜지스터 및 OLED에 흐르는 전류의 크기가 제어되어, 원하는 발광 휘도로 OLED를 발광시킬 수 있다.
센서 회로는 OPD의 동작을 제어하기 위한 구동 회로에 상당한다. 센서 회로에 의하여, OPD의 전극의 전위를 리셋하는 리셋 동작, 조사되는 광의 광량에 따라 OPD에 전하를 축적시키는 노광 동작, OPD에 축적된 전하를 센서 회로 내의 노드에 전송하는 전송 동작, 및 상기 전하의 크기에 따른 신호(예를 들어 전압 또는 전류)를 외부의 판독 회로에 센싱 데이터(Sensing Data라고 표기함)로서 출력하는 판독 동작 등의 동작을 제어할 수 있다.
도 18의 (B)에 나타낸 화소는 구동 트랜지스터에 접속되는 메모리부(Memory라고 표기하였음)를 가진다는 점에서 상기와 주로 다르다.
메모리부에는 가중치 데이터(Weight Data라고 표기하였음)가 공급된다. 구동 트랜지스터에는 선택 트랜지스터를 통하여 입력되는 비디오 데이터와, 메모리부에 유지되는 가중치 데이터를 합한 데이터가 공급된다. 메모리부에 유지되는 가중치 데이터에 의하여, OLED의 휘도를, 비디오 데이터만이 공급되었을 때의 휘도에서 변화시킬 수 있다. 구체적으로는 OLED의 휘도를 높이거나, 휘도를 저하시키는 것이 가능하다. 예를 들어, OLED의 휘도를 높임으로써 센서의 수광 감도를 높일 수 있다.
도 18의 (C)에는 상기 센서 회로에 사용할 수 있는 화소 회로의 일례를 나타내었다.
도 18의 (C)에 나타낸 화소 회로(PIX1)는 수광 소자(PD), 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 트랜지스터(M4), 및 용량 소자(C1)를 가진다. 여기서는, 수광 소자(PD)로서 포토다이오드를 사용한 예를 나타내었다.
수광 소자(PD)는 캐소드가 배선(V1)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 한쪽 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.
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)에 축적된 전하를 상기 노드에 전송하는 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 회로에 의하여 판독하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다.
여기서, 수광 소자(PD)가 상기 OPD에 상당한다. 또한 배선(OUT1)으로부터 출력되는 전위 또는 전류가 상기 센싱 데이터에 상당한다.
도 18의 (D)에 상기 OLED를 구동시키기 위한 화소 회로의 일례를 나타내었다.
도 18의 (D)에 나타낸 화소 회로(PIX2)는 발광 소자(EL), 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 트랜지스터(M7), 및 용량 소자(C2)를 가진다. 여기서는, 발광 소자(EL)로서 발광 다이오드를 사용한 예를 나타내었다. 특히, 발광 소자(EL)로서 유기 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
발광 소자(EL)가 상기 OLED에 상당하고, 트랜지스터(M5)가 상기 선택 트랜지스터에 상당하고, 트랜지스터(M6)가 상기 구동 트랜지스터에 상당한다. 또한 배선(VS)이 상기 비디오 데이터가 입력되는 배선에 상당한다.
트랜지스터(M5)는 게이트가 배선(VG)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VS)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 그리고 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.
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(VG)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 화소 회로(PIX2)의 선택 상태를 제어하기 위한 선택 트랜지스터로서 기능한다. 또한 트랜지스터(M6)는 게이트에 공급되는 전위에 따라 발광 소자(EL)를 흐르는 전류를 제어하는 구동 트랜지스터로서 기능한다. 트랜지스터(M5)가 도통 상태일 때, 배선(VS)에 공급되는 전위가 트랜지스터(M6)의 게이트에 공급되고, 그 전위에 따라 발광 소자(EL)의 발광 휘도를 제어할 수 있다. 트랜지스터(M7)는 배선(MS)에 공급되는 신호에 의하여 제어되고, 트랜지스터(M6)와 발광 소자(EL) 사이의 전위를 배선(OUT2)에 공급하는 전위로 하는 기능 및 트랜지스터(M6)와 발광 소자(EL) 사이의 전위를 배선(OUT2)을 통하여 외부에 출력하는 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 가진다.
도 18의 (E)에 도 18의 (B)에서 예시한 구성에 적용할 수 있는, 메모리부를 가지는 화소 회로의 일례를 나타내었다.
도 18의 (E)에 나타낸 화소 회로(PIX3)는 상기 화소 회로(PIX2)에 트랜지스터(M8)와 용량 소자(C3)를 추가한 구성을 가진다. 또한 화소 회로(PIX3)에서는, 상기 화소 회로(PIX2)에서의 배선(VS)을 배선(VS1)으로, 배선(VG)을 배선(VG1)으로 하였다.
트랜지스터(M8)는 게이트가 배선(VG2)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VS2)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽이 용량 소자(C3)의 한쪽 전극에 전기적으로 접속된다. 용량 소자(C3)의 다른 쪽 전극은 트랜지스터(M6)의 게이트, 용량 소자(C2)의 한쪽 전극, 및 트랜지스터(M5)의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 전기적으로 접속된다.
배선(VS1)이 상기 비디오 데이터가 공급되는 배선에 상당한다. 배선(VS2)이 상기 가중치 데이터가 공급되는 배선에 상당한다. 트랜지스터(M6)의 게이트가 접속되는 노드가 상기 메모리부에 상당한다.
화소 회로(PIX3)의 동작 방법의 예에 대하여 설명한다. 먼저, 배선(VS1)으로부터 트랜지스터(M5)를 통하여 트랜지스터(M6)의 게이트가 접속되는 노드에 제 1 전위를 기록한다. 그 후, 트랜지스터(M5)를 비도통 상태로 함으로써, 상기 노드가 플로팅 상태가 된다. 이어서, 배선(VS2)으로부터 트랜지스터(M8)를 통하여 용량 소자(C3)의 한쪽 전극에 제 2 전위를 기록한다. 이에 의하여, 용량 소자(C3)의 용량 결합에 의하여 제 2 전위에 따라 상기 노드의 전위가 제 1 전위로부터 제 3 전위로 변화된다. 그리고, 트랜지스터(M6) 및 발광 소자(EL)에는 제 3 전위에 대응한 전류가 흐름으로써, 발광 소자(EL)는 상기 전위에 대응한 휘도로 발광한다.
또한 본 실시형태의 표시 장치에서는 발광 소자를 펄스상으로 발광시킴으로써 화상을 표시하여도 좋다. 발광 소자의 구동 시간을 단축함으로써, 표시 장치의 소비 전력의 저감 및 발열의 억제를 도모할 수 있다. 특히 유기 EL 소자는 주파수 특성이 우수하기 때문에 적합하다. 주파수는 예를 들어 1kHz 이상 100MHz 이하로 할 수 있다. 또한 펄스 폭을 변화시켜 발광시키는 구동 방법(Duty 구동이라고도 함)을 사용하여도 좋다.
여기서, 화소 회로(PIX1)가 가지는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 및 트랜지스터(M4), 화소 회로(PIX2)가 가지는 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 및 트랜지스터(M7), 그리고 화소 회로(PIX3)가 가지는 트랜지스터(M8)로서는 각각 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체)을 사용한 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M8)로서 채널이 형성되는 반도체에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 특히 단결정 실리콘, 다결정 실리콘 등의 결정성이 높은 실리콘을 사용함으로써, 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있고, 더 고속으로 동작할 수 있어 바람직하다.
또한 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M8) 중, 하나 이상에 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용하고, 이 외에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용하는 구성으로 하여도 좋다.
예를 들어, 전하를 유지하기 위한 스위치로서 기능하는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M7), 트랜지스터(M8)로서는 오프 전류가 매우 낮은 산화물 반도체를 적용한 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 다른 하나 이상의 트랜지스터에 실리콘을 적용한 트랜지스터를 사용하는 구성으로 할 수 있다.
또한 화소 회로(PIX1), 화소 회로(PIX2), 화소 회로(PIX3)에서, 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 또는 n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터가 혼재된 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)에 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 1종류 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)법, 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) 측정에 의하여 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. 바꿔 말하면, XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면, 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는, 나노빔 전자 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로(halo)가 관찰되므로, 석영 유리 기판이 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한 실온에서 성막한 IGZO막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿 형상의 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, 상기와는 다른 식으로 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 이외의 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 구성되어 있는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되어 있는 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 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 가지는 층(이하, In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 가지는 층(이하, (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 치환될 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) 이미지에서, 격자상(格子像)으로 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 하여 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, a-b면 방향에 있어서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않은 것, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 간의 결합 거리가 변화하는 것 등에 의하여 CAAC-OS가 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 산화물 중 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 가지는 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 혼입, 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물 및 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 사이에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서 nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 및 비정질 산화물 반도체와 구별할 수 없는 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 구조>>
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 가지는 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 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]이라고 표기한다. 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크고, [Ga]이 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크고, [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 Ga을 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 유량비는 바람직하게는 0% 이상 30% 미만이고, 더 바람직하게는 0% 이상 10% 이하이다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑으로부터, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과 Ga을 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합된 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제 1 영역은 제 2 영역보다 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 영역보다 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 가지고, 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 포함하는 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, 더 바람직하게는 1Х1011cm-3 이하, 더 바람직하게는 1Х1010cm-3 미만이고, 1Х10-9cm-3 이상이다. 또한 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는, 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추어, 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 하는 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 실리콘, 탄소 등이 포함되면, 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘, 탄소 등의 농도와, 산화물 반도체와의 계면 근방의 실리콘, 탄소 등의 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 준위가 형성되고 캐리어가 생성되는 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, 안정적인 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
10: 차량 제어 장치, 20, 20a 내지 20d: 수발광부, 21, 21R, 21G, 21B, 21IR: 발광 소자, 22: 수광 소자, 23: 구동 회로, 24: 판독 회로, 25r: 반사광, 25: 광, 30: 제어부, 31: 데이터 생성부, 32: 판정부, 33: 처리부, 40: 조작부, 41: 스티어링 휠, 42: 림, 42a, 42b: 부재, 43: 허브, 44: 스포크, 45: 샤프트, 51: 손, 51L: 왼손, 51R: 오른손
Claims (10)
- 차량 제어 장치로서,
조작부와, 제 1 수발광부와, 제어부를 가지고,
상기 조작부는 림과, 허브와, 스포크를 가지는 스티어링 휠을 가지고,
상기 림은 상기 스포크를 통하여 상기 허브와 접속되고,
상기 제 1 수발광부는 상기 림의 표면을 따라 제공되고,
상기 제 1 수발광부는 제 1 발광 소자와 제 1 수광 소자를 가지고,
상기 제 1 발광 소자는 제 1 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지고,
상기 제 1 수광 소자는 상기 제 1 파장 범위의 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가지고,
상기 제 1 발광 소자와 상기 제 1 수광 소자는 동일한 면 위에 나란히 배치되고,
상기 제 1 수발광부는 수광 데이터를 상기 제어부에 순차적으로 출력하는 기능을 가지고,
상기 제어부는 복수의 상기 수광 데이터로부터 운전자의 생체 정보를 취득하고, 상기 생체 정보에 따른 처리를 실행하는 기능을 가지는, 차량 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 생체 정보는 맥파, 심박, 맥박, 및 동맥혈 산소포화도 중 하나 또는 복수인, 차량 제어 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 생체 정보는 정맥, 지문, 또는 장문의 정보인, 차량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 2 수발광부를 더 가지고,
상기 제 2 수발광부는 상기 허브 또는 상기 스포크의 표면을 따라 제공되고,
상기 제 2 수발광부는 제 2 발광 소자와 제 2 수광 소자를 가지고,
상기 제 2 발광 소자는 제 2 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지고,
상기 제 2 수광 소자는 상기 제 2 파장 범위의 광을 수광하여 전기 신호로 변환하는 기능을 가지는, 차량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 파장 범위의 광은 적외광을 포함하는, 차량 제어 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 파장 범위의 광은 적외광을 포함하는, 차량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 수발광부는 제 3 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 3 발광 소자는 가시광을 포함하는 제 3 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지는, 차량 제어 장치. - 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 수발광부는 제 4 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 4 발광 소자는 가시광을 포함하는 제 4 파장 범위의 광을 방출하는 기능을 가지는, 차량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 제 1 전극과, 발광층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지고,
상기 제 1 수광 소자는 제 2 전극과, 활성층과, 상기 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지고,
상기 발광층과 상기 활성층은 서로 다른 유기 화합물을 포함하고,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 동일한 면 위에 서로 이격되어 제공되고,
상기 공통 전극은 상기 발광층 및 상기 활성층을 덮어 제공되는, 차량 제어 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 제 1 전극과, 공통층과, 발광층과, 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지고,
상기 제 1 수광 소자는 제 2 전극과, 상기 공통층과, 활성층과, 상기 공통 전극이 적층된 적층 구조를 가지고,
상기 발광층과 상기 활성층은 서로 다른 유기 화합물을 포함하고,
상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 동일한 면 위에 서로 이격되어 제공되고,
상기 공통 전극은 상기 발광층 및 상기 활성층을 덮어 제공되고,
상기 공통층은 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극을 덮어 제공되는, 차량 제어 장치.
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