KR20230027155A - 전자 기기, 및 전자 기기의 인증 방법 - Google Patents
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Abstract
보안 수준이 높은 인증 방법을 가지는 전자 기기를 제공한다. 화소부와, 센서부와, 인증부와, 하우징을 가지는 전자 기기로 한다. 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가진다. 화소부는 표시 소자를 점등하는 기능을 가진다. 화소부는 수광 소자를 사용하여 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 기능을 가진다. 센서부는 생체 또는 물체에 대한 탈착 상태를 검출하는 기능을 가진다. 인증부는 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 기능을 가진다. 하우징은 제 1 면과, 제 1 면과 대향하는 제 2 면을 가진다. 화소부는 제 1 면에 위치하고, 센서부는 제 2 면에 위치한다.
Description
본 발명의 일 형태는 전자 기기에 관한 것이다. 본 발명의 일 형태는 전자 기기의 인증 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서 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 일례로서 들 수 있다. 반도체 장치란 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다.
근년, 스마트폰 등의 휴대 전화, 태블릿형 정보 단말기, 노트북형 PC(퍼스널 컴퓨터) 등의 정보 단말기가 널리 보급되고 있다. 또한 인체에 장착할 수 있는 웨어러블 정보 단말기도 보급되고 있다. 이와 같은 정보 단말기는 개인 정보 등을 포함하는 경우가 많기 때문에, 부정 이용을 방지하기 위한 다양한 인증 기술이 개발되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는 푸시 버튼 스위치부에 지문 센서를 가지는 전자 기기가 개시되어 있다.
본 발명의 일 형태는 지문 인증으로 대표되는 인증 기능을 가지는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 보안 수준이 높은 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 조작성이 높은 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 다기능 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신규 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 보안 수준이 높은 인증 방법을 가지는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 신규 인증 방법을 가지는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없다. 또한 이들 외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 화소부와, 센서부와, 인증부와, 하우징을 가지는 전자 기기이다. 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가진다. 화소부는 표시 소자를 점등하는 기능을 가진다. 화소부는 수광 소자를 사용하여 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 기능을 가진다. 센서부는 생체 또는 물체에 대한 탈착 상태를 검출하는 기능을 가진다. 인증부는 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 기능을 가진다. 하우징은 제 1 면과, 제 1 면과 대향하는 제 2 면을 가진다. 화소부는 제 1 면에 위치하고, 센서부는 제 2 면에 위치한다.
상술한 전자 기기에서 화소부는 제 1 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 트랜지스터는 표시 소자 또는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가진다.
상술한 전자 기기에서 화소부는 제 1 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 트랜지스터는 표시 소자 또는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 가진다.
상술한 전자 기기에서 화소부는 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 제 1 트랜지스터는 표시 소자 또는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 2 트랜지스터는 표시 소자 또는 수광 소자와 전기적으로 접속된다. 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가진다. 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 가진다.
상술한 전자 기기에서 화소부는 터치 센서를 가지는 것이 바람직하다. 터치 센서는 화소부에 접촉한 대상물의 위치를 검지하는 기능을 가진다. 화소부는 위치 및 그 근방의 표시 소자를 점등하는 기능을 가진다.
상술한 전자 기기에서 대상물은 손가락인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가지는 전자 기기의 인증 방법이다. 상술한 전자 기기의 인증 방법은 센서부가 생체 또는 물체에 대한 장착을 검지하는 단계를 가진다. 또한 화소부가 표시 소자를 점등하는 단계를 가진다. 또한 수광 소자가 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 단계를 가진다. 또한 인증부가 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 단계를 가진다.
본 발명의 일 형태는 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가지는 전자 기기의 인증 방법이다. 상술한 전자 기기의 인증 방법은 센서부가 제 1 인증 정보를 취득하는 단계를 가진다. 또한 인증부가 제 1 인증 정보를 사용하여 제 1 인증 처리를 수행하는 단계를 가진다. 또한 화소부가 표시 소자를 점등하는 단계를 가진다. 또한 수광 소자가 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 제 2 인증 정보를 취득하는 단계를 가진다. 또한 인증부가 제 2 인증 정보를 사용하여 제 2 인증 처리를 수행하는 단계를 가진다.
본 발명의 일 형태는 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 화소부는 표시 소자와, 수광 소자와, 터치 센서를 가지는 전자 기기의 인증 방법이다. 상술한 전자 기기의 인증 방법은 센서부가 생체 또는 물체에 대한 장착을 검지하는 단계를 가진다. 또한 터치 센서가 화소부에 접촉한 대상물의 위치를 검지하는 단계를 가진다. 또한 화소부가 위치 및 그 근방의 표시 소자를 점등하는 단계를 가진다. 또한 수광 소자가 위치 및 그 근방에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 단계를 가진다. 또한 인증부가 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 단계를 가진다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 지문 인증으로 대표되는 인증 기능을 가지는 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 보안 수준이 높은 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 조작성이 높은 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 다기능 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 신규 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 보안 수준이 높은 인증 방법을 가지는 전자 기기를 제공할 수 있다. 또는 신규 인증 방법을 가지는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 반드시 이들 효과 모두를 가질 필요는 없다. 또한 이들 외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
도 1은 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 6의 (C)는 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다. 도 6의 (D) 내지 (F)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 7의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 7의 (B) 내지 (D)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 8의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (B) 내지 (I)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 9의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (B)는 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 센서부의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 12는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 13의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 13의 (B)는 인증 정보의 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 15는 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 16은 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 18의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 18의 (B)는 인증 정보의 예를 나타낸 도면이다.
도 19는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 20은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 23의 (A) 내지 (G)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 24의 (A) 내지 (C)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 25의 (A) 내지 (C)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 27의 (B) 및 (C)는 화소 회로의 회로도이다.
도 28의 (A) 및 (B)는 화소 회로의 회로도이다.
도 29의 (A) 내지 (C)는 화소 회로의 회로도이다.
도 30은 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 31은 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 32는 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 33의 (A)는 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 33의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 34의 (A)는 전자 기기의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 34의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 35의 (A), (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 6의 (A) 및 (B)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 6의 (C)는 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다. 도 6의 (D) 내지 (F)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 7의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 7의 (B) 내지 (D)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 8의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 8의 (B) 내지 (I)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 9의 (A)는 화소부의 구성예를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (B)는 촬상한 화상의 예를 나타낸 도면이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 센서부의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 12는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 13의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 13의 (B)는 인증 정보의 예를 나타낸 도면이다.
도 14는 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 15는 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 16은 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 17은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 18의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 18의 (B)는 인증 정보의 예를 나타낸 도면이다.
도 19는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 20은 인증 방법의 예를 나타낸 흐름도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 23의 (A) 내지 (G)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 24의 (A) 내지 (C)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 25의 (A) 내지 (C)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 26의 (A) 및 (B)는 발광 소자, 수광 소자, 및 수발광 소자의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 27의 (B) 및 (C)는 화소 회로의 회로도이다.
도 28의 (A) 및 (B)는 화소 회로의 회로도이다.
도 29의 (A) 내지 (C)는 화소 회로의 회로도이다.
도 30은 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 31은 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 32는 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 33의 (A)는 전자 기기에 적용할 수 있는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 33의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 34의 (A)는 전자 기기의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 34의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 35의 (A), (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
이하에서, 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 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, 이의 반복적인 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 반드시 그 스케일에 한정되는 것은 아니다.
또한 본 명세서 등에서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이며, 수적으로 한정하는 것이 아니다.
또한 이하에서 "위", "아래" 등의 방향을 나타내는 표현은 기본적으로 도면의 방향에 맞추어 사용하는 것으로 한다. 그러나, 설명을 용이하게 하는 등의 목적으로 명세서 중의 "위" 또는 "아래"가 의미하는 방향이 도면과 일치하지 않는 경우가 있다. 일례로서는 적층체 등의 적층 순서(또는 형성 순서) 등을 설명하는 경우에, 도면에서 상기 적층체가 제공되는 측의 면(피형성면, 지지면, 접착면, 평탄면 등)이 상기 적층체보다 위쪽에 위치하여도, 그 방향을 아래, 이와 반대의 방향을 위 등이라고 표현하는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 표시 장치의 일 형태인 표시 패널은 표시면에 화상 등을 표시(출력)하는 기능을 가지는 것이다. 따라서 표시 패널은 출력 장치의 일 형태이다.
본 명세서 등에서는, 표시 패널의 기판에 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터가 장착된 것, 또는 기판에 COG(Chip On Glass) 방식 등에 의하여 IC가 실장된 것을 표시 패널 모듈, 표시 모듈, 또는 단순히 표시 패널 등이라고 부르는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서 표시 장치의 일 형태인 터치 패널은 표시면에 화상 등을 표시하는 기능과, 표시면에 대한 손가락, 스타일러스 등의 피검지체의 접촉, 가압, 또는 근접 등을 검출하는 터치 센서로서의 기능을 가진다. 따라서 터치 패널은 입출력 장치의 일 형태이다.
터치 패널은 예를 들어 터치 센서를 가지는 표시 패널(또는 표시 장치), 터치 센서 기능을 가지는 표시 패널(또는 표시 장치)이라고도 부를 수 있다. 터치 패널은 표시 패널과 터치 센서 패널을 가지는 구성으로 할 수도 있다. 또는 표시 패널의 내부 또는 표면에 터치 센서로서의 기능을 가지는 구성으로 할 수도 있다.
본 명세서 등에서는 터치 패널의 기판에, 커넥터 또는 IC가 실장된 것을 터치 패널 모듈, 표시 모듈, 또는 단순히 터치 패널 등이라고 부르는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 화소부와, 센서부와, 인증부를 가진다.
화소부는 매트릭스로 배열된 표시 소자 및 수광 소자를 가진다. 표시 소자가 방출한 광의 일부는 대상물에 반사되고, 그 반사광이 수광 소자에 입사한다. 수광 소자는 입사하는 광의 강도에 따라 전기 신호를 출력할 수 있다. 그러므로 화소부는 매트릭스로 배열된 수광 소자를 가짐으로써 화소부에 접촉하거나 또는 근접하는 대상물(피사체)의 위치 정보 또는 형상을 데이터로서 취득(촬상이라고도 함)할 수 있다. 즉, 화소부는 화상을 표시하는 기능을 가지면서 이미지 센서 패널 또는 광학식 센서로서 기능할 수 있다.
화소부는 수광 소자를 사용하여 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 기능을 가진다. 센서부는 생체 또는 물체에 대한 전자 기기의 탈착 상태의 정보를 취득하는 기능을 가진다. 인증부는 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 기능을 가진다. 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기는 생체 또는 물체에 장착된 상태로 인증 처리를 수행함으로써 보안 수준이 향상될 수 있다.
촬상하는 대상물은 예를 들어 손가락, 손바닥 등으로 할 수 있다. 대상물을 손가락으로 하는 경우에는 인증 정보로서 지문의 화상을 사용할 수 있다. 대상물을 손바닥으로 하는 경우에는 인증 정보로서 장문의 화상을 사용할 수 있다.
<전자 기기의 구성예 1>
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기(10)의 블록도를 도 1에 나타내었다. 전자 기기(10)는 제어부(401)와, 화소부(402)와, 센서부(403)와, 기억부(404)를 가진다. 제어부(401)는 인증부(407)를 가진다. 화소부(402)는 표시 소자(405)와 수광 소자(406)를 가진다. 전자 기기(10)는 예를 들어 생체 또는 물체에 장착할 수 있는 휴대 정보 단말기로서 사용할 수 있다. 전자 기기(10)는 예를 들어 인간 또는 동물에 장착할 수 있는 웨어러블 휴대 정보 단말기로서 적합하게 사용할 수 있다. 전자 기기(10)를 생체에 장착하는 경우에는 예를 들어 손목, 팔, 손가락, 다리 등에 장착할 수 있다.
또한 본 명세서에 첨부한 도면에서는 구성 요소를 기능마다 분류하고, 서로 독립된 블록으로서 블록도를 나타내었지만, 실제의 구성 요소는 기능마다 완전히 분류하는 것이 어렵고, 하나의 구성 요소가 복수의 기능에 관련되거나, 또는 하나의 기능이 복수의 구성 요소로 실현될 수도 있다.
제어부(401)는 전자 기기(10)의 시스템의 제어 전반을 수행하는 기능을 가진다. 또한 제어부(401)는 전자 기기(10)가 가지는 각 구성 요소를 통괄적으로 제어하는 기능을 가진다.
제어부(401)는 예를 들어 중앙 연산 장치(CPU: Central Processing Unit)로서의 기능을 가진다. 제어부(401)는 프로세서에 의하여 여러 프로그램으로부터의 명령을 해석하고 실행함으로써, 각종 데이터 처리 또는 프로그램 제어를 수행한다. 프로세서에 의하여 실행할 수 있는 프로그램은 프로세서가 가지는 메모리 영역에 저장되어도 좋고, 기억부(404)에 저장되어도 좋다.
제어부(401)는 센서부(403)로부터 입력되는 제 1 정보를 처리하는 기능, 화소부(402)에 출력하는 화상 데이터를 생성하는 기능, 화소부(402)의 수광 소자(406)로부터 입력되는 제 2 정보를 처리하는 기능, 전자 기기(10)의 잠금 상태를 제어하는 기능 등을 가진다.
센서부(403)는 전자 기기(10)의 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를 취득하고, 제 1 정보를 제어부(401)에 출력하는 기능을 가진다. 탈착 상태의 정보란, 전자 기기(10)가 생체 또는 물체에 장착되어 있는지 또는 생체 또는 물체에서 분리되어 있는지의 정보를 가리킨다. 센서부(403)에는 광학식 센서, 초음파식 센서 등을 사용할 수 있다. 센서부(403)에 상술한 표시 소자(405)와 수광 소자(406)의 구성을 적용하여도 좋다.
화소부(402)는, 제어부(401)로부터 입력되는 화상 데이터를 기반으로 표시 소자(405)를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 또한 화소부(402)는 화소부(402)에 접촉하거나 또는 근접하는 대상물(피사체)을 촬상할 수 있다. 예를 들어 표시 소자(405)가 방출한 광의 일부는 대상물에 반사되고, 그 반사광이 수광 소자(406)에 입사한다. 수광 소자는 입사하는 광의 강도에 따른 전기 신호를 출력할 수 있고, 화소부(402)가 매트릭스로 배열된 복수의 수광 소자(406)를 가짐으로써, 대상물의 위치 정보 및 형상을 데이터로서 취득(촬상)할 수 있다. 화소부(402)는 이미지 센서 패널 또는 광학식 센서로서의 기능을 가진다고 할 수 있다.
화소부(402)는 수광 소자(406)를 사용하여 제 2 정보를 취득하고, 제 2 정보를 제어부(401)에 출력하는 기능을 가진다. 제 2 정보로서 예를 들어 화소부(402)에 접촉한 사용자의 지문의 화상(촬상 화상, 촬상 데이터라고도 함)을 사용할 수 있다. 화소부(402)는 수광 소자(406)를 사용하여, 화소부(402)에 접촉한 사용자의 지문의 화상을 촬상함으로써 제 2 정보를 취득할 수 있다.
예를 들어 표시 소자(405)가 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 광을 방출하고, 대상물에 반사된 각 색의 반사광을 수광 소자(406)로 취득하는 구성으로 함으로써, 화소부(402)는 대상물의 색의 정보를 취득할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 제 2 정보에 색의 정보를 포함시킬 수 있다. 예를 들어 대상물을 손가락으로 하는 경우에는 제 2 정보로서 지문의 정보에 더하여 피부색의 정보를 사용할 수 있다.
표시 소자(405)로서는 예를 들어 액정 소자, 발광 소자 등을 사용할 수 있다. 표시 소자(405)로서는 발광 소자를 적합하게 사용할 수 있다. 발광 소자로서는 LED(Light Emitting Diode), OLED(Organic Light Emitting Diode), QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode), 반도체 레이저 등의 자발광성 발광 소자를 사용할 수 있다. 발광 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(예를 들어, 퀀텀닷(quantum dot) 재료) 등을 들 수 있다.
수광 소자(406)로서는 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 있다. 수광 소자(406)는 수광 소자에 입사하는 광을 검출하고, 전하를 발생시키는 광전 변환 소자로서 기능한다. 광전 변환 소자는 입사하는 광량에 따라 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.
수광 소자(406)의 활성층에 유기 화합물을 사용하는 것이 바람직하다. 이때, 표시 소자(405)와 수광 소자(406)의 한쪽 전극(화소 전극이라고도 함)을, 동일면 위에 제공하는 것이 바람직하다. 또한 표시 소자(405)와 수광 소자(406)의 다른 쪽 전극을 연속된 하나의 도전층으로 형성되는 전극(공통 전극이라고도 함)으로 하는 것이 더 바람직하다. 또한 표시 소자(405)와 수광 소자(406)가 공통층을 가지는 것이 더 바람직하다. 이에 의하여 표시 소자(405)와 수광 소자(406)를 제작할 때의 제작 공정을 간략화할 수 있고, 제조 비용의 저감 및 제조 수율의 향상을 실현할 수 있다.
기억부(404)는 미리 등록된 사용자 정보를 유지하는 기능을 가진다. 사용자 정보로서 예를 들어 사용자의 지문 정보를 사용할 수 있다. 기억부(404)는 제어부(401)의 요구에 따라 사용자 정보를 인증부(407)에 출력할 수 있다.
기억부(404)에는 사용자가 인증에 사용하는 모든 손가락의 지문 정보가 유지되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 사용자의 오른손의 집게손가락과 왼손의 집게손가락의 2개의 지문 정보를 유지할 수 있다. 사용자는 집게손가락뿐만 아니라 가운뎃손가락, 약손가락, 새끼손가락, 엄지손가락 중 하나 이상의 지문 정보를 자유롭게 등록할 수 있고, 기억부(404)는 등록된 모든 지문 정보를 유지할 수 있다.
제어부(401)는 인증부(407)로 실행되는 사용자 인증에 있어서 인증된 경우, 시스템을 잠금 상태에서 잠금이 해제되고 전자 기기(10)를 사용할 수 있는 상태로 이행시키는 기능을 가진다.
제어부(401)는 전자 기기(10)의 시스템이 잠금 상태인 동안에, 전자 기기(10)의 조작을 검지하면 화소부(402)의 표시 소자(405)를 점등시키는 기능을 가진다. 또한 제어부(401)는 표시 소자(405)가 점등한 상태로 지문의 촬상을 실행하도록, 화소부(402)에 요구하는 기능을 가진다.
제어부(401)는 전자 기기(10)의 시스템이 잠금 상태인 동안에, 화소부(402)에서 사용자가 터치할 위치를 나타내는 화상(터치 위치를 알려주는 화상이라고도 함)을 포함하는 화상 데이터를 생성하고, 상기 화상 데이터를 화소부(402)에 출력하는 기능을 가져도 좋다.
인증부(407)는 화소부(402)로부터 입력되는 제 2 정보와, 기억부(404)에서 유지된 지문 정보를 조합하여 이들이 일치하는지 여부를 판정하는 처리(인증 처리)를 실행하는 기능을 가진다. 제 2 정보는 인증에 사용하는 정보(인증 정보)라고 할 수 있다.
인증 처리에는 예를 들어 2개의 화상을 비교하여 그 유사도를 사용하는 템플릿 매칭법, 또는 패턴 매칭법 등의 방법을 사용할 수 있다. 인증 처리는 화상의 패턴의 끝 점, 분지점 등의 특징점(Minutia)을 비교하는 특징점 방식을 사용하여도 좋다. 또한 인증 처리는 기계 학습을 사용한 추론을 사용하여도 좋다. 이때, 인증 처리는 각각 특히 신경망을 사용한 추론에 의하여 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기(10)는 생체 또는 물체에 장착된 상태로 인증 처리를 수행함으로써 보안 수준이 높은 전자 기기로 할 수 있다. 또한 생체 또는 물체로부터 분리된 것을 검지하여 전자 기기를 잠금 상태로 함으로써 보안 수준이 더 높은 전자 기기로 할 수 있다.
인증 정보에 색의 정보를 포함하는 경우에는, 색의 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하여도 좋다. 지문의 정보에 더하여 색의 정보를 인증 처리에 사용함으로써 보안 수준이 더 높은 전자 기기로 할 수 있다.
전자 기기(10)가 적용된 전자 기기(420)에 대하여 도 2의 (A), (B), 도 3의 (A), (B), 도 4의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
전자 기기(420)는 하우징(431)과, 화소부(422)와, 센서부(403)를 가진다. 전자 기기(420)는 하우징(431) 내에 제어부(401) 및 기억부(404)를 가진다. 화소부(422)에는 상술한 화소부(402)를 적용할 수 있다. 도 2의 (A)는 전자 기기(420)를 손목에 장착한 상태를 나타낸 것이다.
하우징(431)은 제 1 면과, 제 1 면과 대향하는 제 2 면을 가진다. 화소부(422)는 제 1 면에 제공되고, 센서부(403)는 제 2 면에 제공되는 것이 바람직하다. 도 4의 (A)는 전자 기기(420)의 제 1 면(화소부(422)) 측의 외관을 나타낸 사시도이다. 도 4의 (B)는 전자 기기(420)의 제 2 면(센서부(403)) 측의 외관을 나타낸 사시도이다. 센서부(403)는 제 2 면에 제공됨으로써 전자 기기(420)의 탈착 상태를 검출한다.
또한 도 2의 (A)에서는 전자 기기(420)의 화소부(422)가 직사각형인 예를 나타내었지만, 화소부(422)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 화소부(422)가 직사각형 이외의 형상을 가짐으로써 전자 기기(420)의 디자인성을 높일 수 있다. 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 화소부(422)가 원형이어도 좋다. 도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이 화소부(422)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다. 또한 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 전자 기기(420)의 형상을 통형으로 하여도 좋다. 도 3의 (B)는 전자 기기(420)를 손가락(462)에 장착한 상태를 나타낸 것이다.
전자 기기(420)는 조작 버튼(433)을 가져도 좋다. 사용자는 조작 버튼(433)을 누름으로써 전자 기기(420)를 조작할 수 있다. 전자 기기(420)는 밴드(435) 및 고정 기구(437)를 가져도 좋다. 밴드(435) 및 고정 기구(437)에 의하여 전자 기기(420)를 생체 또는 물체에 장착할 수 있다. 또한 도 2의 (A) 등에서는 전자 기기(420)가 조작 버튼(433)을 가지는 구성을 나타내었지만, 조작 버튼(433)을 가지지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 도 4의 (A) 등에서는 전자 기기(420)가 고정 기구(437)를 가지는 구성을 나타내었지만, 고정 기구(437)를 가지지 않는 구성으로 하여도 좋다. 전자 기기(420)를 밴드(435)만으로 생체 또는 물체에 장착할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 또한 전자 기기(420)가 밴드(435)를 가지지 않는 구성으로 하여도 좋다.
전자 기기(420)는 스피커, 마이크로폰, 카메라 중 어느 하나 또는 복수를 가져도 좋다. 또한 전자 기기(420)는 스피커, 마이크로폰, 카메라, 센서(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 측정하는 기능을 포함하는 것) 중 어느 하나 또는 복수를 가져도 좋다.
전자 기기(420)는 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드세트와의 상호 통신에 의하여 핸즈프리로 통화하는 구성으로 할 수 있다. 또한 전자 기기(420)는 접속 단자(도시하지 않았음)에 의하여 다른 정보 단말기와의 상호 데이터 전송(傳送) 또는 충전을 수행할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
전자 기기(420)의 개략도를 도 5의 (A) 내지 (C)에 나타내었다. 도 5의 (A) 및 (B)는 도 2에 나타낸 일점쇄선 A-B에서의 단면도이다. 도 5의 (C)는 도 3의 (A)에 나타낸 일점쇄선 C-D에서의 단면도이다. 도 5의 (B) 및 (C)는 하우징(431), 화소부(422), 및 센서부(403)를 확대하여 나타낸 것이다. 또한 도 5의 (A) 내지 (C)에서는 조작 버튼(433) 및 고정 기구(437)를 생략하였다.
하우징(431)의 내부의 공간에 통신용 안테나, 축전지 등의 전자 부품을 제공할 수 있다. 또한 상기 공간에 제어부(401) 및 기억부(404)를 제공하여도 좋다.
센서부(403)는 방출한 광의 일부가 생체 또는 물체에 반사되고, 그 반사광이 입사함으로써 전자 기기(420)의 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를 취득할 수 있다. 도 5의 (B)에서는 화소부(422)로부터 방출되는 광과, 센서부(403)로부터 방출되는 광을 각각 화살표로 나타내었다. 도 5의 (B)에 나타낸 바와 같이 화소부(422)로부터 방출되는 광과 센서부(403)로부터 방출되는 광은 방출되는 방향이 반대인 것이 바람직하다. 또한 도 5의 (A)에서는 센서부(403)가 손등 측에 위치되도록 장착되는 예를 나타내었지만, 전자 기기(420)의 장착 방법은 이에 한정되지 않는다. 센서부(403)가 손바닥 측에 위치되도록 장착되어도 좋다.
도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이 화소부(422)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행하는 구성으로 하여도 좋다.
화소부(422)의 구성에 대하여, 설명한다.
[화소부의 구성예 1]
화소부(422)에 사용할 수 있는 표시 장치(200)의 모식도를 도 6의 (A)에 나타내었다. 화소부(422)는 기판(471), 기판(472), 수광 소자(406), 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 기능층(473) 등을 가진다.
웨어러블 전자 기기는, 장착 시 또는 분리 시에 실수로 떨어뜨린 경우 파손될 우려가 있다. 그래서 기판(472)의 두께는 두꺼운 것이 바람직하다. 기판(472)의 두께가 두꺼울수록 전자 기기(420)의 기계적 강도를 높일 수 있다. 그러나 기판(472)의 두께가 두꺼우면 수광 소자(406)와 대상물 사이의 거리가 커지므로, 촬상된 화상이 흐릿해져 명료한 촬상을 할 수 없게 될 우려가 있다. 따라서 기판(472)은 명료한 촬상과 높은 기계적 강도가 양립되는 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 기판(472)의 두께는 0.1mm 이상이 바람직하고, 0.2mm 이상 5mm 이하가 더 바람직하고, 0.5mm 이상 3mm 이하가 더욱 바람직하고, 0.7mm 이상 2mm 이하가 더욱더 바람직하다. 대표적으로는 기판(472)의 두께를 0.5mm, 0.7mm, 1.0mm, 1.3mm, 또는 1.5mm로 할 수 있다.
표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 및 수광 소자(406)는 기판(471)과 기판(472) 사이에 제공된다. 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B)는 각각 적색(R), 녹색(G), 또는 청색(B)의 광을 방출한다. 또한 이하에서는 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 및 표시 소자(405B)를 구별하지 않는 경우에 표시 소자(405)라고 표기하는 경우가 있다.
표시 장치(200)는 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(406)를 가진다. 수광 소자(406)는 모든 화소에 제공되어도 좋고, 일부의 화소에 제공되어도 좋다. 또한 하나의 화소가 복수의 수광 소자(406)를 가져도 좋다.
도 6의 (A)는 기판(472) 표면에 손가락(463)이 접촉한 상태를 나타낸 것이다. 표시 소자(405G)가 방출하는 광의 일부는 기판(472)과 손가락(463)의 접촉부에 반사된다. 그리고 반사광의 일부가 수광 소자(406)에 입사함으로써 손가락(463)이 기판(472)에 접촉한 것을 검출할 수 있다. 즉, 표시 장치(200)는 터치 패널로서 기능할 수 있다.
기능층(473)은 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B)를 구동하는 회로 및 수광 소자(406)를 구동하는 회로를 가진다. 기능층(473)에는 스위치, 트랜지스터, 용량 소자, 배선 등이 제공된다.
기능층(473)에 포함되는 트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(예를 들어, 저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘) 등을 들 수 있다. 또한 트랜지스터의 채널이 형성되는 반도체층에 각각 상이한 반도체 재료를 사용하여도 좋다. 기능층(473)은 예를 들어 실리콘을 가지는 트랜지스터(이하, Si 트랜지스터라고도 함)와 금속 산화물을 가지는 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터라고도 함)를 가져도 좋다.
OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터에 비하여 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스-드레인 사이의 누설 전류(이하, 오프 전류라고도 함)가 매우 작으므로 상기 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. OS 트랜지스터를 사용함으로써 소비 전력이 낮은 표시 장치로 할 수 있다. 저온 폴리실리콘(LTPS: Low Temperature Poly Silicon)을 가지는 트랜지스터(이하, LTPS 트랜지스터라고도 함)는 전계 효과 이동도가 높고, 주파수 특성이 양호하다. LTPS 트랜지스터를 사용함으로써 동작 속도가 빠른 표시 장치로 할 수 있다. 표시 장치(200)는 반도체층의 재료가 다른 트랜지스터를 가짐으로써 각각의 트랜지스터의 이점을 살린 고성능 전자 기기로 할 수 있다.
또한 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 및 수광 소자(406)를 패시브 매트릭스 방식으로 구동시키는 경우에는 스위치 및 트랜지스터를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다.
표시 장치(200)는 손가락(463)의 지문을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 도 6의 (B)는 기판(472)에 손가락(463)이 접촉한 상태에서의 접촉부의 확대도를 모식적으로 나타낸 것이다. 또한 도 6의 (B)는 번갈아 배열된 표시 소자(405)와 수광 소자(406)를 나타낸 것이다.
손가락(463)에는 오목부 및 볼록부로 지문이 형성되어 있다. 그러므로 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이 지문의 볼록부가 기판(472)과 접촉한다.
어떤 표면 또는 계면에 반사되는 광에는 정반사광과 확산 반사광이 있다. 정반사광은 입사각과 반사각이 일치하는, 지향성이 높은 광이고, 확산 반사광은 강도의 각도 의존성이 낮은, 지향성이 낮은 광이다. 손가락(463)의 표면에 반사되는 광은 정반사 및 확산 반사 중 확산 반사의 성분이 지배적이다. 한편으로 기판(472)과 대기의 계면에 반사되는 광은 정반사의 성분이 지배적이다.
손가락(463)과 기판(472)의 접촉면 또는 비접촉면에 반사되고, 이들의 직하에 위치하는 수광 소자(406)에 입사하는 광의 강도는 정반사광과 확산 반사광을 합한 것에 상당한다. 상술한 바와 같이 손가락(463)의 오목부에서는 기판(472)과 손가락(463)이 접촉하지 않기 때문에, 정반사광(실선 화살표로 나타냄)이 지배적이고, 볼록부에서는 이들이 접촉하기 때문에 손가락(463)으로부터의 확산 반사광(파선 화살표로 나타냄)이 지배적이다. 따라서 오목부의 직하에 위치하는 수광 소자(406)에서 수광하는 광의 강도는 볼록부의 작하에 위치하는 수광 소자(406)보다 높아진다. 따라서 손가락(463)의 지문을 촬상할 수 있다.
수광 소자(406)의 배열 간격은 지문의 2개의 볼록부 사이의 거리, 바람직하게는 인접한 오목부와 볼록부 사이의 거리보다 작은 간격으로 함으로써 선명한 지문의 화상을 취득할 수 있다. 사람의 지문의 오목부와 볼록부의 간격은 대략 150μm 내지 250μm이므로 예를 들어 수광 소자(406)의 배열 간격은 400μm 이하, 바람직하게는 200μm 이하, 더 바람직하게는 150μm 이하, 더욱 바람직하게는 120μm 이하, 더욱더 바람직하게는 100μm 이하, 나아가 더욱더 바람직하게는 50μm 이하로 한다. 배열 간격은 작을수록 바람직하지만, 예를 들어 1μm 이상, 10μm 이상, 또는 20μm 이상으로 할 수 있다.
표시 장치(200)로 촬상한 지문의 화상의 예를 도 6의 (C)에 나타내었다. 도 6의 (C)는 제 1 영역(425)에서 손가락(463)의 윤곽을 파선으로 나타내고, 접촉부(469)의 윤곽을 일점쇄선으로 나타낸 것이다. 제 1 영역(425)에서 수광 소자(406)에 입사하는 광의 양의 차이에 의하여 명암비가 높은 지문(467)을 촬상할 수 있다.
여기서 표시 장치(200)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 도 6의 (D) 내지 (F)에 나타내었다.
도 6의 (D) 및 (E)에 나타낸 화소는 각각 적색(R)의 표시 소자(405R), 녹색(G)의 표시 소자(405G), 청색(B)의 표시 소자(405B), 및 수광 소자(406)를 가진다. 또한 화소는 각각 표시 소자(405R), 표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 및 수광 소자(406)를 구동하기 위한 화소 회로를 가진다.
도 6의 (D)는 3개의 발광 소자와 하나의 수광 소자가 2×2의 매트릭스로 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다. 도 6의 (E)는 3개의 발광 소자가 일렬로 배열되고, 그 아래 측에, 가로로 긴 하나의 수광 소자(406)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 6의 (F)에 나타낸 화소는 백색(W)의 표시 소자(405W)를 가지는 예이다. 여기서는 4개의 발광 소자가 일렬로 배치되고, 그 아래 측에 수광 소자(406)가 배치되어 있다.
또한 화소의 구성은 상기에 한정되지 않고 다양한 배치 방법을 채용할 수 있다. 또한 도 6의 (D) 내지 (F)에서는 각 부화소의 면적이 서로 같은 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 각 부화소의 면적을 상이하게 하여도 좋다.
[화소부의 구성예 2]
이하에서는 가시광을 나타내는 발광 소자와, 적외광을 나타내는 발광 소자와, 수광 소자를 가지는 구성의 예에 대하여 설명한다.
도 7의 (A)에 나타낸 표시 장치(200A)는 도 6의 (A)에서 예시한 구성에 더하여 표시 소자(405IR)를 가진다. 표시 소자(405IR)는 적외광(IR)을 방출하는 발광 소자이다. 또한 이때 수광 소자(406)에는 적어도 표시 소자(405IR)가 방출하는 적외광(IR)을 수광할 수 있는 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 수광 소자(406)로서 가시광 및 적외광의 양쪽을 수광할 수 있는 소자를 사용하는 것이 더 바람직하다.
도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이 기판(472)에 손가락(463)이 접촉하면, 표시 소자(405IR)로부터 방출된 적외광(IR)이 손가락(463)에 반사되고, 상기 반사광의 일부가 수광 소자(406)에 입사함으로써 손가락(463)의 위치 정보를 취득할 수 있다.
표시 장치(200A)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 도 7의 (B) 내지 (D)에 나타내었다.
도 7의 (B)는 3개의 발광 소자가 일렬로 배열되고, 그 아래 측에 표시 소자(405IR)와 수광 소자(406)가 가로로 배열되어 있는 예를 나타낸 것이다. 또한 도 7의 (C)는 표시 소자(405IR)를 포함하는 4개의 발광 소자가 일렬로 배열되고, 그 아래 측에 수광 소자(406)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 7의 (D)는 표시 소자(405IR)를 중심으로 사방(四方)으로 3개의 발광 소자와 수광 소자(406)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
또한 도 7의 (B) 내지 (D)에 나타낸 화소에서 발광 소자끼리, 및 발광 소자와 수광 소자는 각각의 위치를 교환할 수 있다.
[화소부의 구성예 3]
이하에서는 가시광을 나타내는 발광 소자와, 가시광을 나타내고 또한 가시광을 수광하는 수발광 소자를 가지는 구성의 예에 대하여 설명한다.
도 8의 (A)에 나타낸 표시 장치(200B)는 표시 소자(405B), 표시 소자(405G), 및 수발광 소자(413R)를 가진다. 수발광 소자(413R)는 적색(R)의 광을 방출하는 발광 소자로서의 기능과, 가시광을 수광하는 광전 변환 소자로서의 기능을 가진다. 도 8의 (A)에서는 수발광 소자(413R)가, 표시 소자(405G)가 방출하는 녹색(G)의 광을 수광하는 예를 나타내었다. 또한 수발광 소자(413R)는 표시 소자(405B)가 방출하는 청색(B)의 광을 수광하여도 좋다. 또한 수발광 소자(413R)는 녹색의 광 및 청색의 광의 양쪽을 수광하여도 좋다.
예를 들어 수발광 소자(413R)는 그 자체가 방출하는 광보다 단파장의 광을 수광하는 것이 바람직하다. 또는 수발광 소자(413R)는 그 자체가 방출하는 광보다 장파장의 광(예를 들어 적외광)을 수광하는 구성으로 하여도 좋다. 수발광 소자(413R)는 그 자체가 방출하는 광과 같은 정도의 파장의 광을 수광하는 구성으로 하여도 좋지만, 이 경우에는 수발광 소자(413R) 자체가 방출하는 광도 수광하기 때문에 발광 효율이 저하될 우려가 있다. 그러므로 수발광 소자(413R)는 발광 스펙트럼의 피크와 흡수 스펙트럼의 피크가 가능한 한 중첩되지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
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(413R)가 발광 소자와 수광 소자를 겸함으로써, 하나의 화소에 배치되는 소자의 수를 줄일 수 있다. 그러므로 고정세(高精細)화, 고개구율화, 고해상도화 등이 용이해진다.
표시 장치(200B)에 적용할 수 있는 화소의 일례를 도 8의 (B) 내지 (I)에 나타내었다.
도 8의 (B)는 수발광 소자(413R), 표시 소자(405G), 및 표시 소자(405B)가 일렬로 배열되어 있는 예를 나타낸 것이다. 도 8의 (C)는 표시 소자(405G)와 표시 소자(405B)가 세로 방향으로 번갈아 배열되고, 이들 옆에 수발광 소자(413R)가 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다.
도 8의 (D)는 3개의 발광 소자(표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 및 표시 소자(405X))와 하나의 수발광 소자가 2×2의 매트릭스로 배치되어 있는 예를 나타낸 것이다. 표시 소자(405X)는 R, G, B 이외의 광을 나타내는 소자이다. R, G, B 이외의 광으로서 백색(W), 황색(Y), 시안(C), 마젠타(M), 적외광(IR), 자외광(UV) 등의 광을 들 수 있다. 표시 소자(405X)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 8의 (E)에는 2개분의 화소를 나타내었다. 점선으로 둘러싸인 3개의 소자를 포함하는 영역이 하나의 화소에 상당한다. 화소는 각각 표시 소자(405G), 표시 소자(405B), 및 수발광 소자(413R)를 가진다. 도 8의 (E)에 나타낸 왼쪽의 화소에서는 수발광 소자(413R)와 같은 행에 표시 소자(405G)가 배치되고, 수발광 소자(413R)와 같은 열에 표시 소자(405B)가 배치되어 있다. 도 8의 (E)에 나타낸 오른쪽의 화소에서는 수발광 소자(413R)와 같은 행에 표시 소자(405G)가 배치되고, 표시 소자(405G)와 같은 열에 표시 소자(405B)가 배치되어 있다. 도 8의 (E)에 나타낸 화소 레이아웃에서는 홀수 행과 짝수 행 모두에서 수발광 소자(413R), 표시 소자(405G), 및 표시 소자(405B)가 반복적으로 배치되어 있고, 또한 각 열에 있어서 홀수 행과 짝수 행에서는 서로 다른 색의 발광 소자 또는 수발광 소자가 배치된다.
도 8의 (F)에는 펜타일 배열이 적용된 4개의 화소를 나타내고, 인접한 2개의 화소는 조합이 상이한 2색의 광을 나타내는 발광 소자 또는 수발광 소자를 가진다. 또한 도 8의 (F)에서는 발광 소자 또는 수발광 소자의 상면 형상을 나타내었다.
도 8의 (F)에 나타낸 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 수발광 소자(413R)와 표시 소자(405G)를 가진다. 또한 오른쪽 위의 화소와 왼쪽 아래의 화소는 표시 소자(405G)와 표시 소자(405B)를 가진다. 즉, 도 8의 (F)에 나타낸 예에서는 각 화소에 표시 소자(405G)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 8의 (F) 등에서는 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 서로 달라도 좋고, 일부 또는 모든 색에서 같아도 좋다.
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 8의 (F)에서 각 화소에 제공된 표시 소자(405G)의 발광 영역의 면적을 다른 소자의 발광 영역(또는 수발광 영역)보다 작게 하여도 좋다.
도 8의 (G)는 도 8의 (F)에 나타낸 화소 배열의 변형예이다. 구체적으로는 도 8의 (G)의 구성은 도 8의 (F)의 구성을 45° 회전시킴으로써 얻어진다. 도 8의 (F)에서는 하나의 화소가 2개의 소자를 가지는 것으로 하여 설명하였지만, 도 8의 (G)에 나타낸 바와 같이 4개의 소자로 하나의 화소가 구성되어 있다고 간주할 수도 있다.
도 8의 (H)는 도 8의 (F)에 나타낸 화소 배열의 변형예이다. 도 8의 (H)에 나타낸 왼쪽 위의 화소와 오른쪽 아래의 화소는 수발광 소자(413R)와 표시 소자(405G)를 가진다. 또한 오른쪽 위의 화소와 왼쪽 아래의 화소는 수발광 소자(413R)와 표시 소자(405B)를 가진다. 즉, 도 8의 (H)에 나타낸 예에서는 각 화소에 수발광 소자(413R)가 제공되어 있다. 각 화소에 수발광 소자(413R)가 제공되어 있기 때문에 도 8의 (H)에 나타낸 구성은 도 8의 (F)에 나타낸 구성에 비하여 높은 정세도로 촬상을 수행할 수 있다. 이로써, 예를 들어 생체 인증의 정밀도를 높일 수 있다.
도 8의 (I)는 도 8의 (H)에 나타낸 화소 배열의 변형예이고, 상기 화소 배열을 45° 회전시킴으로써 얻어지는 구성이다.
도 8의 (I)에서는 4개의 소자(2개의 발광 소자와 2개의 수발광 소자)로 하나의 화소가 구성되는 것으로 하여 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 8의 (H) 또는 (I)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 만족시킨다. 또한 p, q, r는 r=p+q를 만족시킨다. 제 1 발광 소자 및 제 2 발광 소자 중 한쪽이 녹색의 광을 방출하고, 제 1 발광 소자와 제 2 발광 소자 중 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 광원으로 하는 것이 바람직하다. 따라서 수발광 소자는 청색의 광을 수광하는 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 이에 한정되지 않고, 수발광 소자의 감도에 따라 광원으로 하는 발광 소자를 적절히 선택할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 표시 장치에는 다양한 배열의 화소를 적용할 수 있다.
상술한 표시 장치(200), 표시 장치(200A), 및 표시 장치(200B)는 터치 패널 또는 펜 태블릿으로서도 기능시킬 수 있다. 도 9의 (A)는 스타일러스(475)를 그 펜촉이 기판(472)에 접촉된 상태로 파선의 화살표의 방향으로 움직이는 상태를 나타내었다.
도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이, 스타일러스(475)의 펜촉과 기판(472)의 접촉면에서 확산되는 확산 반사광이 상기 접촉면과 중첩되는 부분에 위치하는 수광 소자(406)에 입사함으로써 스타일러스(475)의 펜촉의 위치를 높은 정밀도로 검출할 수 있다.
도 9의 (B)에는 표시 장치(200)에서 검출한 스타일러스(475)의 궤적(477)의 예를 나타내었다. 표시 장치(200)는 스타일러스(475) 등의 피검출체의 위치를 높은 위치 정밀도로 검출할 수 있기 때문에 묘화 애플리케이션 등을 사용하여 고정세한 묘화를 수행할 수도 있다. 또한 정전 용량식의 터치 센서, 전자기 유도형 터치펜 등을 사용한 경우와 달리, 절연성이 높은 피검출체이어도 위치를 검출할 수 있기 때문에 스타일러스(475)의 펜촉 부분의 재료를 불문하고, 다양한 필기구(예를 들어 모필, 유리펜, 깃털펜 등)를 사용할 수도 있다.
센서부(403)의 구성에 대하여 설명한다.
[센서부의 구성예]
센서부(403)의 모식도를 도 10의 (A)에 나타내었다. 센서부(403)는 수광 소자(439) 및 발광 소자(438)를 가진다. 발광 소자(438)로서는 가시광을 방출하는 발광 소자 또는 적외광을 방출하는 발광 소자를 사용할 수 있다. 발광 소자(438)에 상술한 표시 소자(405)의 구성을 적용하여도 좋다. 수광 소자(439)에 상술한 수광 소자(406)의 구성을 적용하여도 좋다.
발광 소자(438)가 방출한 광의 일부는 대상물(예를 들어, 손목(461))에 반사되고, 그 반사광이 수광 소자(439)에 입사함으로써, 전자 기기(420)의 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를 취득할 수 있다. 도 10의 (A)는 발광 소자(438)가 방출한 광의 일부가 대상물(예를 들어, 손목(461))에 반사되고, 그 반사광이 수광 소자(439)에 입사하는 상태를 나타낸 것이다.
예를 들어, 발광 소자(438)로서 적외광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써 정맥 형상, 맥파, 혈당치, 혈중 콜레스테롤 농도, 중성 지방 농도 등의 사용자의 건강에 관한 데이터를 취득할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(438)로서 녹색의 광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써 맥파를 측정할 수 있다. 발광 소자(438)로서 녹색의 광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써, 옥외 등의 적외선이 많은 환경에서도 맥파를 높은 감도로 측정할 수 있다.
도 10의 (B)는 발광 소자(438)가 방출한 광의 일부가 혈관(465)을 투과하고, 생체 조직에 반사한 반사광이 수광 소자(439)에 입사하는 상태를 나타낸 것이다. 센서부(403)에서 취득한 건강에 관한 데이터는 전자 기기(420)의 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를와 겸하여도 좋다. 예를 들어 취득한 혈당치가, 사용자가 등록한 범위 내에 있는 경우에는 전자 기기(420)가 인체에 장착된 상태인 것으로 판단할 수 있다.
센서부(403)는 복수의 발광 소자(438)를 가져도 좋다. 또한 센서부(403)는 서로 다른 파장의 광을 방출하는 복수의 발광 소자(438)를 가져도 좋다. 도 10의 (C)는 센서부(403)가 발광 소자(438a) 및 발광 소자(438b)를 가지는 구성을 나타낸 것이다. 예를 들어 발광 소자(438a)로서 적색의 광을 방출하는 발광 소자를 사용하고, 발광 소자(438b)로서 적외광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써, 혈중 산소 포화도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(438a)로서 녹색의 광을 방출하는 발광 소자를 사용하고, 발광 소자(438b)로서 적외광을 방출하는 발광 소자를 사용함으로써 맥파를 높은 감도로 측정할 수 있다.
센서부(403)는 복수의 수광 소자(439)를 가져도 좋다. 센서부(403)가 복수의 수광 소자(439)를 가짐으로써 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를 높은 감도로 취득할 수 있다. 센서부(403)에 다른 파장의 광을 방출하는 복수의 발광 소자(438)를 사용하는 경우에는 각각의 발광 소자(438)로부터 방출되는 광의 파장에 따른 복수 종류의 수광 소자(439)를 가져도 좋다.
센서부(403)에서 건강에 관한 데이터를 취득하는 경우에는 상기 데이터를 사용하여 인증 처리를 수행하여도 좋다. 센서부(403)에서 취득한 건강에 관한 데이터를 사용한 인증 처리와 상술한 제 2 정보를 사용한 인증 처리의, 다간계로 수행하는 인증(이하, 다단계 인증이라고도 기재함)에 의하여 보안 수준이 더 높은 전자 기시로 할 수 있다.
전자 기기(420)를 생체(인체)에 장착하는 예를 들어 센서부(403)에 대하여 설명하였지만, 물체에 장착하여 사용하는 경우에도 마찬가지로, 탈착 상태의 정보(제 1 정보)를 취득할 수 있다. 센서부(403)에서 취득되는 데이터는 전자 기기(420)를 장착한 물체의 재질에 따라 다르다. 따라서 센서부(403)에서 취득한 데이터를 사용하여 인증 처리를 수행함으로써 전자 기기(420)의 설치 장소와 다른 장소에서는 사용할 수 없게 할 수 있다. 이에 의하여, 도난으로 인한 전자 기기(420)의 부정 이용을 방지할 수 있다.
<인증 방법의 예 1>
이하에서는 전자 기기(420)를 사용한 인증 방법의 일례에 대하여 설명한다. 여기서는 전자 기기(420)를 인체의 손목에 장착하고, 인증 방법으로서 지문을 사용하여 사용자를 인증하는 동작에 대하여 설명한다.
전자 기기(420)를 사용한 인증 방법의 동작에 따른 흐름도를 도 11에 나타내었다.
우선 처리가 시작된다. 이때 전자 기기(420)의 시스템은 잠금 상태이고, 사용자가 실행할 수 있는 기능이 제한된 상태(로그아웃 상태, 로그오프 상태를 포함함)이다.
단계 S11에서 사용자가 전자 기기(420)를 장착한 것을 검지한다. 장착의 검지에는 센서부(403)를 사용한다. 장착을 검지한 경우에는 단계 S12로 이행한다(단계 S11에서 "Yes"). 단계 S11은 장착을 검지할 때까지 반복적으로 실행된다(단계 S11에서 "No").
이어서 단계 S12에서 전자 기기(420)에 대한 사용자의 조작을 검지한다. 사용자의 조작을 검지하는 방법으로서 예를 들어 전자 기기(420)의 전원이 켜지는 것, 조작 버튼(433)이 눌리는 것, 사용자의 시선을 검지하는 것, 환경광이 밝아지는 것, 또는 전자 기기(420)의 자세가 크게 변화하는 것 등이 있다. 조작을 검지한 경우에는 단계 S13으로 이행한다(단계 S12에서 "Yes"). 단계 S12는 조작을 검지할 때까지 반복적으로 실행된다(단계 S12에서 "No").
이어서 단계 S13에서 화소부(422)가 가지는 표시 소자(405)를 점등시킨다. 표시 소자(405)로부터 방출되는 광은 수광 소자(406)로 촬상할 때의 광원으로서 사용할 수 있다. 그러므로, 점등하는 표시 소자(405)는 수광 소자(406)가 수광할 수 있는 광을 방출하는 표시 소자로 할 수 있다. 예를 들어, 화소부(422)가 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 표시 소자(405)를 가지는 경우에는, 이들 중 어느 하나, 이들 중 어느 2개, 또는 3개 모두의 표시 소자(405)를 점등할 수 있다.
단계 S13에서 화소부(422)의 모든 표시 소자(405)를 점등시켜도 좋고, 화소부(422)의 일부의 표시 소자(405)를 점등시켜도 좋다. 또한 본 명세서 등에서 제 2 정보(인증 정보)를 취득하는 영역을 제 1 영역이라고 기재하는 경우가 있다. 도 12는 화소부(422)의 모든 표시 소자(405)를 점등하는, 즉 화소부(422)의 면 전체를 제 1 영역(425)으로 하는 예를 나타낸 것이다. 사용자는 제 1 영역(425)을 터치함으로써 인증을 수행할 수 있다. 화소부(422)의 면 전체를 제 1 영역(425)으로 하는 경우에는 사용자는 화소부(422)의 어느 영역을 터치함으로써 인증을 수행할 수 있다.
화소부(422)의 일부의 표시 소자(405)를 점등시키는 경우, 즉 화소부(422)의 일부를 제 1 영역(425)으로 하는 경우에는 사용자는 제 1 영역(425)을 터치함으로써 인증을 수행할 수 있다. 제 1 영역(425) 이외의 표시 소자(405)는 소등시켜도 좋다. 제 1 영역(425)에서 점등하는 표시 소자(405)는 손가락(463)으로 덮이기 때문에 사용자가 밝은 광을 시인하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 인증을 위한 광을 사용자가 직접 시인하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들어, 어두운 사용 환경에서는 인증을 위한 광을 사용자가 직접 시인하면 눈부심을 느끼고, 또한 광으로 인하여 눈이 상할 위험성도 있기 때문에 제 1 영역(425)만을 점등함으로써 사용자의 부담을 경감할 수 있다. 또한 제 1 영역(425) 이외의 영역에 임의의 화상을 표시하여도 좋다.
단계 S13에서 점등시키는 표시 소자(405)의 밝기는 사용 환경의 밝기 또는 수광 소자(406)의 감도에 따라 적절히 변경할 수 있지만, 가능한 한 밝게 점등하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시 소자(405)를 가장 밝게 점등시키는 경우의 휘도 또는 계조값을 100%로 하였을 때, 휘도 또는 계조값을 50% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하, 더 바람직하게는 80% 이상 100% 이하로 할 수 있다.
이어서 단계 S14에서 수광 소자(406)를 사용하여 인증 정보를 취득한다. 인증 정보는 수광 소자(406)로 촬상한 화상 데이터(제 1 화상 데이터)로서 화소부(422)로부터 제어부(401)에 출력된다. 촬상을 수행하는 영역은 제 1 영역(425)으로 할 수 있다.
단계 S13에서 화소부(422)의 모든 표시 소자(405)를 점등시키는 경우, 즉 화소부(422)의 면 전체를 제 1 영역(425)으로 하는 경우에는 화소부(422)의 모든 수광 소자(406)를 동작시켜 인증 정보를 취득한다. 도 13의 (A)는 제 1 영역(425)에 손가락(463a)을 터치시켜 제 1 화상 데이터로서 지문의 촬상을 수행하는 상태를 나타낸 것이다. 도 13의 (B)는 인증 정보(451a)로서 촬상된 지문의 화상 데이터(제 1 화상 데이터)의 예를 나타낸 것이다.
단계 S13에서 화소부(422)의 일부의 표시 소자(405)를 점등시키는 경우, 즉 화소부(422)의 일부를 제 1 영역(425)으로 하는 경우에는 제 1 영역(425)의 수광 소자(406)를 동작시켜 인증 정보를 취득한다. 제 1 영역은, 화소부(422)의 일부라고 할 수 있다. 또한 단계 S13에서 화소부(422)의 일부를 제 1 영역(425)으로 한 경우에, 화소부(422)의 모든 수광 소자(406)를 동작시켜 인증 정보를 취득하여도 좋다.
단계 S13에서 화소부(422)의 일부를 제 1 영역(425)으로 하는 경우, 제 1 영역(425)의 위치는 처리를 실행할 때 항상 같은 위치로 하여도 좋지만, 처리를 실행할 때마다 다른 위치로 하는 것이 바람직하다. 즉 처리를 실행할 때마다 다른 위치에 랜덤으로 나타나는 부분을 사용자에게 터치시켜 지문 인증을 실행할 수 있다.
예를 들어, 매번 같은 위치에서 지문의 촬상을 수행하면, 지문을 촬상하는 광원으로서 점등시키는 표시 소자(405) 및 화소를 구성하는 트랜지스터의 열화가 진행되기 쉬워지므로, 표시 소자(405)의 발광 휘도의 저하, 화면의 잔상 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 그러므로 상술한 바와 같이 처리를 실행할 때마다 다른 위치에서 지문 인증을 실행함으로써 표시 소자(405)의 휘도의 저하, 화면의 잔상 등을 억제할 수 있다.
처리를 실행할 때마다 다른 위치에서 지문 인증을 수행함으로써 사용자는 능동적으로 인증을 위한 동작을 수행할 필요가 있기 때문에, 사용자의 보안 의식을 향상시킬 수 있다는 효과를 가진다.
화소부(422)에 제 1 영역(425)을 복수로 제공하고, 2개 이상의 손가락으로 동시에 터치하여 2개 이상의 지문 정보에 의거하여 인증을 수행할 수도 있다. 또는 하나의 손가락으로 인증을 수행하고, 인증된 경우에 다른 손가락으로 인증을 더 수행하는 등의 여러 번의 인증을 수행하여도 좋다.
하나의 지문 정보만으로 인증을 수행하는 것이 아니라, 복수의 지문 정보를 사용하여 인증을 수행함으로써 보안 수준이 높은 전자 기기(420)로 할 수 있다. 예를 들어 악의를 품은 사용자가 진짜 사용자(소유자)의 지문 정보를 부정 취득하여 전자 기기(420)를 사용하는 경우에도 복수의(바람직하게는 모든) 손가락의 지문 정보가 없으면 전자 기기(420)를 사용할 수 없기 때문에 부정 이용을 적합하게 방지할 수 있다.
인증을 여러 번 수행하는 경우에는 단계 S13 내지 단계 S15의 처리를 여러 번 실행하면 좋다. 예를 들어 2단계 인증을 수행하는 경우에는, 첫 번째 처리에서 오른손의 가운뎃손가락의 지문을 사용하여 인증 처리를 수행하고, 인증된 경우에는 이어서 두 번째 처리에서 오른손의 약손가락의 지문을 사용하여 인증 처리를 수행하고, 인증된 경우에는 시스템의 잠금을 해제하는 등의 처리를 실행할 수 있다. 또한 첫 번째 처리와 두 번째 처리에 사용되는 손가락은 처리를 할 때마다 랜덤으로 변경되는 것이 바람직하다.
다음으로 단계 S15에서는 인증부(407)에 의하여 인증 처리를 실행한다. 구체적으로 인증부(407)는 화소부(422)로부터 출력된 인증 정보(제 1 화상 데이터)와, 미리 등록되고 기억부(404)에 유지된 사용자의 지문 정보를 조합하여 이들이 일치하는지 여부를 판정한다. 인증된 경우, 즉 인증 정보와 사용자의 지문 정보가 일치한다고 판정된 경우에는 단계 S16으로 이행한다(단계 S15에서 "Yes"). 인증되지 않은 경우, 즉 인증 정보와 사용자의 지문 정보가 일치하지 않는다고 판정된 경우 경우에는 처리를 종료한다(단계 S15에서 "No"). 또한 기억부(404)에 2개 이상의 지문 정보가 저장되어 있는 경우에는 모든 지문 정보에 대하여 인증 처리를 실행한다.
이어서 단계 S16에서 제어부(401)는 전자 기기(420)의 시스템을 잠금이 해제된 상태로 이행한다(로그인 상태로 하는 것을 포함함). 전자 기기(420)의 시스템의 잠금이 해제됨으로써 사용자는 전자 기기(420)에서 애플리케이션을 기동시키는 등의 조작을 수행할 수 있다.
이어서 단계 S17에서 전자 기기(420)가 사용자와 분리된 것을 검지한다. 분리의 검지에는 센서부(403)를 사용한다. 분리를 검지한 경우에는 단계 S18로 이행한다(단계 S17에서 "Yes"). 단계 S17은 전자 기기(420)가 사용자와 분리된 것을 검지할 때까지 반복적으로 실행된다(단계 S17에서 "No").
이어서 단계 S18에서는 전자 기기(420)의 시스템이 잠겨, 사용자가 실행할 수 있는 기능이 제한된 상태(로그아웃 상태, 로그오프 상태를 포함함)가 된다.
여기까지가 도 11에 나타낸 흐름도에 대한 설명이다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기(420)는 센서부(403)를 사용하여 탈착 상태의 정보를 취득하고, 또한 수광 소자(406)를 사용하여 인증 정보를 취득하여 인증을 수행함으로써 보안 수준을 매우 높은 것으로 할 수 있다. 예를 들어, 악의를 품은 사용자가 진짜 사용자(소유자)의 지문 정보를 부정 취득하여 전자 기기(420)를 사용하는 경우에도 부정 이용을 적합하게 방지할 수 있다.
또한 시각 표시 등 개인 정보가 포함되지 않는 애플리케이션은 상술한 인증을 수행하지 않아도 사용할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 사용자가 애플리케이션마다 인증을 수행하는지 여부를 설정할 수 있는 것이 바람직하다. 인증을 수행하는 애플리케이션과 인증을 수행하지 않는 애플리케이션을 설정할 수 있으면 높은 보안 수준과 높은 조작성을 양립시킬 수 있다.
<인증 방법의 예 2>
도 11에 나타낸 인증 방법과 다른 예에 대하여 설명한다. 인증 방법의 동작에 따른 흐름도를 도 14에 나타내었다.
우선 처리가 시작된다. 이때 전자 기기(420)의 시스템은 잠금 상태이고, 사용자가 실행할 수 있는 기능이 제한된 상태(로그아웃 상태, 로그오프 상태를 포함함)이다.
단계 S12에서 전자 기기(420)에 대한 사용자의 조작을 검지한다. 단계 S12에 대해서는 상술한 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
다음으로 단계 S41에서 센서부(403)를 사용하여 제 1 인증 정보를 취득한다. 제 1 인증 정보로서 정맥 형상, 맥파, 혈당치, 혈중 콜레스테롤 농도, 중성 지방 농도 등의 사용자의 건강에 관한 데이터를 사용할 수 있다. 제 1 인증 정보는 센서부(403)로부터 제어부(401)에 출력된다.
이어서 단계 S42에서 인증부(407)에 의하여 제 1 인증 처리를 실행한다. 구체적으로 인증부(407)는 센서부(403)로부터 출력된 제 1 인증 정보(건강에 관한 데이터)와, 미리 등록되고 기억부(404)에 유지된 사용자의 건강에 관한 데이터를 조합하여 이들이 일치하는지 여부를 판정한다. 인증된 경우, 즉 제 1 인증 정보와 사용자의 데이터가 일치한다고 판정된 경우에는 단계 S13으로 이행한다(단계 S42에서 "Yes"). 인증되지 않은 경우, 즉 제 1 인증 정보와 사용자의 데이터가 일치하지 않는다고 판정된 경우 경우에는 처리를 종료한다(단계 S42에서 "No").
이어서 단계 S13에서 화소부(422)가 가지는 표시 소자(405)를 점등시킨다. 단계 S13에 대해서는 <인증 방법의 예 1>의 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
이어서 단계 S14에서 수광 소자(406)를 사용하여 제 2 인증 정보를 취득한다. 단계 S14에 대해서는 <인증 방법의 예 1>의 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
이어서 단계 S15에서는 인증부(407)에 의하여 제 2 인증 처리를 실행한다. 구체적으로 인증부(407)는 화소부(422)로부터 출력된 제 2 인증 정보와, 미리 등록되어 기억부(404)에 유지된 사용자의 지문 정보를 조합하여 이들이 일치하는지 여부를 판정한다. 단계 S15에 대해서는 <인증 방법의 예 1>의 기재를 참조할 수 있어, 자세한 설명은 생략한다.
이후의 단계 S16 내지 단계 S18에 대해서는 <인증 방법의 예 1>의 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기(420)는 제 1 인증과 제 2 인증의 다간계로 수행되는 인증에 의하여 보안 수준이 더 높은 표시 장치로 할 수 있다. 또한 도 14에서는 제 1 인증을 수행한 후에 제 2 인증을 수행하는 구성을 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 제 2 인증을 수행한 후에 제 1 인증을 수행하여도 좋다. 이 경우 예를 들어 제 1 인증에 따른 단계 S41 및 단계 S42를, 제 2 인증에 따른 단계 S13 내지 단계 S15 후에 수행할 수 있다. 또한 제 1 인증에 따른 단계 S41 및 단계 S42와, 제 2 인증에 따른 단계 S13 내지 단계 S14를 병행하여 진행하여도 좋다.
여기까지가 도 14에 나타낸 흐름도에 대한 설명이다.
<인증 방법의 예 3>
도 11에 나타낸 인증 방법과 다른 예에 대하여 설명한다. 인증 방법의 동작에 따른 흐름도를 도 15에 나타내었다.
우선 처리가 시작된다. 이때, 전자 기기(420)의 시스템은 잠금 상태이고, 사용자가 실행할 수 있는 기능이 제한된 상태(로그아웃 상태, 로그오프 상태를 포함함)이다.
단계 S11에서 사용자의 전자 기기(420) 장착을 검지한다. 단계 S11에 대해서는 상술한 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
이어서 단계 S12에서 전자 기기(420)에 대한 사용자의 조작을 검지한다. 단계 S12에 대해서는 상술한 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
다음으로 단계 S21에서 인증을 수행하기 위한 위치 화상을 제 1 영역(425)에 표시한다. 위치 화상은 사용자가 터치할 위치를 나타내는 화상, 사용자에게 터치 위치를 알려주는 화상, 사용자에게 터치를 유도하는 문자 정보 등을 포함한다.
구체적으로 제어부(401)는 위치 화상을 포함하는 화상 데이터를 생성하고, 화소부(422)에 출력함으로써 화소부(422)에 상기 화상 데이터를 기반으로 한 화상이 표시된다. 위치 화상을 표시하는 영역은 센서부(403)를 사용하여 제 2 정보를 취득하는 제 1 영역(425)으로 할 수 있다.
도 16에서는 화상(426)이 지문을 모방한 일러스트에 더하여 사용자에게 터치를 유도하기 위한 문자 정보로서 "Touch"의 문자를 포함하는 예를 나타내었다. 일러스트뿐만 아니라 문자 정보를 부가함으로써 사용자에게 알기 쉽게 위치를 나타낼 수 있다.
화상(426)으로서 터치 위치뿐만 아니라 터치하는 손가락을 지정하는 화상 또는 문자 정보를 동시에 표시할 수도 있다. 예를 들어 "집게손가락으로 터치해 주세요" 등의 문자 정보를 표시하고, 집게손가락의 지문 정보를 사용하여 인증을 실행할 수 있다. 터치하는 위치와 마찬가지로 처리할 때마다 지정하는 손가락을 랜덤으로 변경하여도 좋다.
이어서 단계 S13에서 제 1 영역(425)의 표시 소자(405)를 점등시킨다. 사용자는 제 1 영역(425)을 터치함으로써 제 1 인증을 수행할 수 있다. 단계 S13에 대해서는 상술한 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다. 또한 단계 S13에서 화소부(422)의 모든 표시 소자(405)를 점등시켜도 좋다.
이후의 단계 S14 내지 단계 S18에 대해서는 <인증 방법의 예 1>의 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
여기까지가 도 15에 나타낸 흐름도에 대한 설명이다.
<인증 방법의 예 4>
도 11에 나타낸 인증 방법과 다른 예에 대하여 설명한다. 인증 방법의 동작에 따른 흐름도를 도 17에 나타내었다.
우선 처리가 시작된다. 이때 전자 기기(420)의 시스템은 잠금 상태이고, 사용자가 실행할 수 있는 기능이 제한된 상태(로그아웃 상태, 로그오프 상태를 포함함)이다.
단계 S11 내지 단계 S14에 대해서는 도 11에 따른 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
다음으로 단계 S15a에서는 인증부(407)에 의하여 인증 처리를 실행한다. 구체적으로 인증부(407)는 화소부(422)로부터 출력된 인증 정보와, 미리 등록되어 기억부(404)에 유지된 사용자의 복수의 지문 정보를 조합하여 인증 정보와 어느 지문 정보가 일치하는지를 판정한다. 화소부(422)로부터 출력된 인증 정보가 사용자의 손가락 A의 지문 정보와 일치한다고 판정된 경우에는 단계 S16a로 이행한다(단계 S15a에서 "손가락 A와 일치"). 화소부(422)로부터 출력된 인증 정보가, 사용자의 손가락 B의 지문 정보와 일치한다고 판정된 경우에는 단계 S16b로 이행한다(단계 S15a에서 "손가락 B와 일치"). 인증되지 않은 경우, 즉 화소부(422)로부터 출력된 인증 정보가 사용자의 지문 정보 중 어느 것과도 일치하지 않는다고 판정된 경우에는 처리를 종료한다(단계 S15a에서 "불일치").
단계 S16a에서 제어부(401)는 손가락 A의 지문 정보에 따른 처리 A를 실행한다. 단계 S16b에서 제어부(401)는 손가락 B의 지문 정보에 따른 처리 A를 실행한다. 처리 A 및 처리 B에는 각각 임의의 동작을 할당할 수 있다. 예를 들어 처리 A 및 처리 B에는 각각 임의의 애플리케이션 기동, 애플리케이션 조작, 애플리케이션 종료 등을 할당할 수 있다. 예를 들어, 처리 A에 동영상을 재생하는 애플리케이션 기동을 할당하고, 처리 B에 전자 결제를 위한 애플리케이션 기동을 할당할 수 있다. 예를 들어, 처리 A에 동영상을 재생하는 애플리케이션으로 임의의 동영상을 재생하는 동작을 할당하고, 처리 B에 전자 결제를 위한 애플리케이션에 로그인하는 동작을 할당하여도 좋다. 처리 A 및 처리 B는 사용자가 임의로 설정할 수 있는 것이 바람직하다.
예를 들어 도 13의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 오른손의 집게손가락(손가락(463a))을 사용하여 인증 정보(451a)를 취득함으로써 동영상을 재생하는 애플리케이션으로 임의의 동영상을 재생할 수 있고, 도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 오른손의 엄지손가락(손가락(463b))을 사용하여 인증 정보(451b)를 취득함으로써 전자 결제를 위한 애플리케이션에 로그인할 수 있다.
또한 손가락 A 및 손가락 B는 각각 기억부(404)에 미리 유지된 지문 정보를 가지는 임의의 손가락이고, 예를 들어 엄지손가락, 집게손가락, 가운뎃손가락, 약손가락, 및 새끼손가락 중 어느 것을 가리킨다. 도 17에서는 손가락 A 및 손가락 B의 2개의 손가락의 지문 정보를 사용하는 예를 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 3개 이상의 손가락의 지문 정보를 사용하여, 각각의 손가락에 따른 처리를 실행시켜도 좋다.
인증에 사용되는 손가락에 따라 인증 후에 실행되는 처리를 다르게 함으로써 높은 보안 수준과 높은 조작성을 양립시킬 수 있다.
이후의 단계 S17 및 단계 S18에 대해서는 도 11에 따른 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
여기까지가 도 17에 나타낸 흐름도에 대한 설명이다.
<전자 기기의 구성예 2>
상술한 전자 기기(10)와 다른 구성예에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기(10A)의 블록도를 도 19에 나타내었다. 전자 기기(10A)는 화소부(402)가 터치 센서(408)를 가지는 점이 상술한 전자 기기(10)와 주로 다르다.
터치 센서(408)는, 화소부(402)가 터치된 것을 검출하는 기능, 터치된 위치 정보를 취득하고 제어부(401)에 출력하는 기능을 가진다.
제어부(401)는 터치 센서(408)로부터 입력되는 피검지체의 위치 정보를 처리하는 기능을 가진다. 또한 제어부(401)는 전자 기기(10A)의 시스템이 잠금 상태인 동안에 터치 센서(408)에 의하여 터치 동작이 검출되고, 터치된 위치의 정보가 출력되었을 때, 화소부(402)에 대하여 터치된 위치의 표시 소자(405)를 점등시키도록 화상 데이터를 생성하고, 화소부(402)에 출력하는 기능을 가진다. 또한 표시 소자(405)를 점등한 상태로 지문의 촬상을 실행하도록 화소부(402)에 요구하는 기능을 가진다.
제어부(401)는 전자 기기(10A)의 시스템이 잠금 상태인 동안에, 화소부(402)에서 사용자가 터치할 위치를 나타내는 화상(위치 화상)을 포함하는 화상 데이터를 생성하고, 화소부(402)에 출력하는 기능을 가져도 좋다. 또한 화소부(402)는 터치 센서(408)를 사용하여 손가락 등의 피검지체의 위치 정보를 취득하고, 제어부(401)에 출력하는 기능을 가진다.
화소부(402)는 화소부(402)의 어느 위치에서도 터치한 손가락의 지문 정보를 취득할 수 있는 것이 바람직하다. 즉, 화소부(402) 위에서 터치 센서(408)가 기능하는 범위와 지문 정보를 취득할 수 있는 범위가 일치 또는 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다.
<인증 방법의 예 5>
상술한 전자 기기(10A)의 인증 방법의 예에 대하여 설명한다. 전자 기기(10A)를 사용한 인증 방법의 동작에 따른 흐름도를 도 20에 나타내었다. 전자 기기(10A)가 적용된 전자 기기(420A)를 도 21의 (A)에 나타내었다. 전자 기기(420A)는 하우징(431)과 화소부(422)를 가진다. 전자 기기(420A)는 하우징(431) 내에 제어부(401), 센서부(403), 및 기억부(404)를 가진다. 화소부(422)에는 상술한 화소부(402)를 적용할 수 있다.
우선 처리가 시작된다. 이때 전자 기기(420A)의 시스템은 잠금 상태이다. 단계 S11에서 사용자의 전자 기기(420) 장착을 검지한다. 단계 S11에 대해서는 상술한 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
단계 S31에서 화소부(422)에 대한 터치가 수행되었는지 여부를 검출한다. 터치의 검출은 터치 센서(408)에 의하여 실행된다. 터치를 검출한 경우에는 단계 S32로 이행한다(단계 S31에서 "Yes"). 단계 S31은 터치가 검출될 때까지 반복적으로 실행된다(단계 S31에서 "No"). 일정 기간 터치가 검출되지 않은 경우, 또는 다른 위치가 터치된 경우에는 처리를 종료한다.
단계 S32에서 터치 위치의 위치 정보를 취득한다. 위치 정보는 터치 센서(408)로부터 제어부(401)에 출력된다.
단계 S33에서 위치 정보에 의거하여 터치 위치 및 그 근방에 위치하는 표시 소자(405)를 점등한다. 터치 위치 및 그 근방을 제 1 영역(425)으로 할 수 있다. 이때 제어부(401)는 제 1 영역(425)이 밝고(계조값이 높고), 이 외의 부분이 어두운(계조값이 낮은) 화상 데이터를 생성하고 화소부(422)에 출력함으로써 상기 화상 데이터를 기반으로 한 화상이 화소부(422)에 표시된다.
단계 S33에서 제 1 영역(425)을 밝게 표시(점등)하고, 그 외의 부분을 소등하여도 좋다. 또한 제 1 영역(425) 이외의 영역에 임의의 화상을 표시하여도 좋다.
표시 소자(405)를 점등하는 범위(제 1 영역(425))는 손가락으로 가려지는 범위로 하는 것이 바람직하다. 손가락으로 화면을 터치하는 경우, 손가락의 접촉면은 사용자가 보았을 때의 손가락의 윤곽보다 내측으로 위치하며, 손가락의 화면에 대한 투영 면적은 손가락의 접촉 면적보다 커진다. 그러므로 점등하는 범위는 접촉 면적을 100%로 하였을 때, 50% 이상 150% 이하, 바람직하게는 70% 이상 130% 이하, 더 바람직하게는 80% 이상 120% 이하로 할 수 있다. 점등 면적이 50%보다 작으면 촬상으로 얻어지는 지문 정보가 부족하고, 인증의 정밀도가 저하될 가능성이 있다. 한편으로 점등 면적이 150%를 넘는 경우에는, 사용자가 광원을 직접 시인할 우려가 있다.
또한 점등하는 범위를 터치 위치를 중심으로 한 반경 r의 원으로서 상기 반경 r의 값을 미리 설정할 수 있는 구성으로 하여도 좋다. 손가락의 크기 및 형상은 사용자의 나이, 성별, 체격 등에 따라 다양하기 때문에 점등하는 범위를 규정하는 원의 반경 r는 사용자가 설정할 수 있어도 좋다.
도 21의 (A)에서는 터치 센서(408)에 의하여 터치를 검출한 영역 및 그 근방을 제 1 영역(425)으로 하고, 제 1 영역(425)의 표시 소자(405)를 점등하는 상태를 나타내었다. 도 21의 (B)에서는 도 21의 (A)의 손가락(463)을 투과시켜, 윤확만을 파선으로 나타내고, 제 1 영역(425)에 해칭을 실시하였다. 도 21의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 밝게 점등하는 제 1 영역(425)은 손가락(463)으로 가려져 사용자에게 시인되기 어렵다. 그러므로 사용자가 스트레스를 받지 않고 지문 인증을 실행할 수 있다. 또한 전자 기기(420A)는 화소부(422) 내의 어느 위치에서도 지문 인증을 수행할 수 있다.
이후의 단계 S14 내지 단계 S18에 대해서는 도 11에 따른 기재를 참조할 수 있기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
여기까지가 도 20에 나타낸 흐름도에 대한 설명이다.
여기까지가 본 발명의 일 형태에 따른 전자 기기의 구성예, 인증 방법의 예에 대한 설명이다.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 의하여 실행되는 인증 방법, 처리 방법, 조작 방법, 동작 방법, 또는 표시 방법 등은 예를 들어 프로그램으로서 기술될 수 있다. 예를 들어 위에서 예시한 전자 기기(420) 등에 의하여 실행되는 인증 방법, 처리 방법, 조작 방법, 동작 방법, 또는 표시 방법 등이 기술된 프로그램은 비일시적 기억 매체에 저장되고 전자 기기(420)의 제어부(401)가 가지는 연산 장치 등에 의하여 판독되고 실행할 수 있다. 즉, 위에서 예시한 인증 방법, 동작 방법 등을 하드웨어에 의하여 실행시키기 위한 프로그램 및 상기 프로그램이 저장된 비일시적 기억 매체는 본 발명의 일 형태이다.
본 실시형태에 예시한 구성예 및 이들에 상당하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부에 대하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부는 발광 소자가 형성되는 기판과는 반대 방향으로 광을 사출하는 톱 이미션형, 발광 소자가 형성되는 기판 측으로 광을 사출하는 보텀 이미션형, 양면으로 광을 사출하는 듀얼 이미션형 중 어느 것이어도 좋다.
본 실시형태에서는 톱 이미션형을 예로 들어 설명한다.
또한 본 명세서 등에서 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.
<구성예 1>
도 22의 (A)에 나타낸 화소부(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(283), 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 화소부(280A)의 외부로부터 입사하는 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 전자 기기가 가지는 화소부에서는 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 화소부에 수광 소자(270PD)를 내장할 수 있다.
화소부(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, 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 내장할 수 있다.
화소 전극(271) 및 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 전자 기기가 가지는 화소부가 가지는 발광 소자에는 미소 광공진기(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)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 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 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 1×10-2Ωcm 이하인 것이 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 값의 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, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 층을 더 포함하여도 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 따로따로 형성할 수 있다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 재료로서는 정공 수송성 재료(예를 들어, 방향족 아민 화합물)와 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 10-6cm2/Vs 이상의 정공 이동도를 가지는 물질이 바람직하다. 또한 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면 이들 외의 물질도 사용할 수 있다. 정공 수송성 재료로서는 π 전자 과잉형 복소 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 발광층에 수송하는 층이다. 수광 소자에서 전자 수송층은 활성층에 입사한 광을 바탕으로 발생한 전자를 음극에 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함한 층이다. 전자 수송성 재료로서는 1×10-6cm2/Vs 이상의 전자 이동도를 가지는 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 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 포함하는 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 재료로서 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 재료로서 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, 에너지가 원활하게 이동되어 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 반도체로서 실리콘 등의 무기 반도체 및 유기 화합물을 포함하는 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 반도체의 재료로서 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 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, C70은 둘 다 가시광 영역에 넓은 흡수대를 가지고, 특히 C70은 C60에 비하여 π전자 공액계가 크고, 장파장 영역에도 넓은 흡수대를 가지기 때문에 바람직하다.
n형 반도체의 재료로서 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 반도체의 재료로서 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 등을 들 수 있다. 또한 p형 반도체의 재료로서 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 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 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 쪽이든 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 22의 (B)에 나타낸 화소부(280B)에서는 수광 소자(270PD)와 발광 소자(270R)가 동일한 구성인 점이 화소부(280A)와 다르다.
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 방출하는 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)가 따로따로 형성되는 층을 가지는 구성에 비하여, 성막 공정 수 및 마스크 수를 삭감할 수 있다. 따라서 화소부의 제작 공정 및 제작 비용을 삭감할 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, 위치 어긋남에 대한 마진을 좁힐 수 있다. 이에 의하여 화소의 개구율을 높일 수 있어 화소부의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 따라서 발광 소자의 수명을 늘릴 수 있다. 또한 고휘도의 화소부로 할 수 있다. 또한 고정세한 화소부로 할 수 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. 이로써, 발광 소자(270R)로부터는 적색의 광이 효율적으로 추출되고, 수광 소자(270PD)는 높은 정밀도로 적색보다 단파장의 광을 검출할 수 있다.
화소부(280B)에서는 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)가 동일한 구성인 예를 나타내었지만, 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)는 각각 다른 두께의 광학 조정층을 가져도 좋다.
도 23의 (A), (B)에 나타낸 화소부(280C)는 적색(R)의 광을 방출하고, 또한 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 화소부(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 화소부(280B)에서 예시한 발광 소자(270R) 및 수광 소자(270PD)와 동일한 구성을 가진다.
도 23의 (A)에서는 수발광 소자(270SR)가 발광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 23의 (A)에서는 발광 소자(270B)가 청색의 광을 방출하고, 발광 소자(270G)가 녹색의 광을 방출하고, 수발광 소자(270SR)가 적색의 광을 방출하는 예를 나타내었다.
도 23의 (B)에서는 수발광 소자(270SR)가 수광 소자로서 기능하는 경우를 나타내었다. 도 23의 (B)에서는 발광 소자(270B)가 방출하는 청색의 광과 발광 소자(270G)가 방출하는 녹색의 광을, 수발광 소자(270SR)가 수광하는 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. 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.
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, 화소부에 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 부여할 수 있다.
발광층(283R)과 활성층(273)의 적층 순서는 한정되지 않는다. 도 23의 (A), (B)에서는 정공 수송층(282) 위에 활성층(273)이 제공되고, 활성층(273) 위에 발광층(283R)이 제공되어 있는 예를 나타내었다. 발광층(283R)과 활성층(273)의 적층 순서를 교환하여도 좋다.
수발광 소자는 정공 주입층(281), 정공 수송층(282), 전자 수송층(284), 및 전자 주입층(285) 중 적어도 1층을 생략하여도 좋다. 또한 수발광 소자는 정공 블록층, 전자 블록층 등 다른 기능층을 가져도 좋다.
수발광 소자에서 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 23의 (C) 내지 (G)에 수발광 소자의 적층 구조의 예를 나타내었다.
도 23의 (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 23의 (C)는 정공 수송층(282) 위에 발광층(283R)이 제공되고, 발광층(283R) 위에 활성층(273)이 적층된 예를 나타낸 것이다.
도 23의 (A) 내지 (C)에 나타낸 바와 같이 활성층(273)과 발광층(283R)은 서로 접하여도 좋다.
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 블록층, 및 전자 블록층 등 중 적어도 하나의 층을 사용할 수 있다. 도 23의 (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 23의 (E)는 정공 주입층(281) 위에 정공 수송층(282-1), 활성층(273), 정공 수송층(282-2), 발광층(283R)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가지는 예를 나타낸 것이다. 정공 수송층(282-2)은 버퍼층으로서 기능한다. 정공 수송층(282-1)과 정공 수송층(281-2)은 같은 재료를 포함하여도 좋고, 다른 재료를 포함하여도 좋다. 또한 정공 수송층(281-2) 대신에, 상술한 버퍼층에 사용할 수 있는 층을 사용하여도 좋다. 또한 활성층(273)과 발광층(283R)의 위치를 교환체하여도 좋다.
도 23의 (F)에 나타낸 수발광 소자는 정공 수송층(282)을 가지지 않는 점이 도 23의 (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 블록층, 전자 블록층 등 다른 기능층을 가져도 좋다.
도 23의 (G)에 나타낸 수발광 소자는 활성층(273) 및 발광층(283R)을 가지지 않고, 발광층과 활성층을 겸하는 층(289)을 가지는 점이 도 23의 (A)에 나타낸 수발광 소자와 다르다.
발광층과 활성층을 겸하는 층(289)으로서 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 낮은 에너지 측의 흡수대와, 발광 물질의 발광 스펙트럼(PL 스펙트럼)의 최대 피크는 서로 중첩되지 않는 것이 바람직하고, 충분히 떨어져 있는 것이 더 바람직하다.
<구성예 2>
이하에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부에 사용할 수 있는 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다. 여기서는 특히 수광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치의 예에 대하여 설명한다.
[구성예 2-1]
표시 장치(300A)의 단면도를 도 24의 (A)에 나타내었다. 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 가진다. 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 공통되는 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, 상술한 것 중 어느 것과도 중첩되지 않는 부분을 가진다.
본 실시형태에서는 발광 소자(390) 및 수광 소자(310) 중 어느 쪽에 있어서도, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(315)이 음극으로서 기능하는 것으로 하여 설명한다. 즉, 화소 전극(311)과 공통 전극(315) 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 소자(310)를 구동시킴으로써, 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 재료로서 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록세인 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)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(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 포함하는 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 구성인 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 수광하고, 전기 신호로 변환하는 광전 변환 소자이다. 광(322)은 발광 소자(390)의 발광을 대상물이 반사한 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 EL층이라고 총칭할 수도 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 구성인 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 드레인과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(390)가 가지는 화소 전극(391)은 절연층(414)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(332)가 가지는 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(331)와 트랜지스터(332)는 동일한 층(도 24의 (A)에서는 기판(351)) 위에 접한다.
수광 소자(310)와 전기적으로 접속되는 회로의 적어도 일부는 발광 소자(390)와 전기적으로 접속되는 회로와 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 2개의 회로를 따로따로 형성하는 경우에 비하여 표시 장치의 두께를 얇게 할 수 있고 제작 공정을 간략화할 수 있다.
수광 소자(310) 및 발광 소자(390)는 각각 보호층(395)으로 덮여 있는 것이 바람직하다. 도 24의 (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 것을 억제하여 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 수광 소자(310)는 발광 소자(390)의 발광이 대상물에 의하여 반사된 광을 검출한다. 그러나, 발광 소자(390)의 발광이 표시 장치(300A) 내에 반사되고, 대상물을 거치지 않고 수광 소자(310)에 입사하는 경우가 있다. 차광층(358)은 이와 같은 미광(반사광)의 영향을 억제할 수 있다. 예를 들어, 차광층(358)이 제공되지 않은 경우, 발광 소자(390)가 방출한 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 노이즈가 저감되어, 수광 소자(310)를 사용한 센서의 감도를 높일 수 있다.
차광층(358)으로서는 발광 소자로부터의 발광을 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 적색 컬러 필터와 녹색 컬러 필터와 청색 컬러 필터의 적층 구조를 가져도 좋다.
[구성예 2-2]
도 24의 (B)에 나타낸 표시 장치(300B)에서는 렌즈(349)를 가지는 점이 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.
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 24의 (C)에 나타낸 표시 장치(300C)에서는 차광층(358)의 형상이 상이한 점이 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 25의 (A)에 나타낸 표시 장치(300D)에서는 버퍼층(312)이 공통층이 아닌 점이 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), 및 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 25의 (B)에 나타낸 표시 장치(300E)에서는 버퍼층(314)이 공통층이 아닌 점이 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), 및 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 25의 (C)에 나타낸 표시 장치(300F)에서는 버퍼층(312) 및 버퍼층(314)이 공통층이 아닌 점이 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), 및 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 삭감할 수 있다.
<구성예 3>
이하에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부에 적용할 수 있는 표시 장치의 자세한 구성에 대하여 설명한다. 여기서는 특히 수발광 소자와 발광 소자를 가지는 표시 장치의 예에 대하여 설명한다.
또한 이하에서는 상술한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 상술한 내용을 원용하고, 설명을 생략하는 경우가 있다.
[구성예 3-1]
표시 장치(300G)의 단면도를 도 26의 (A)에 나타내었다. 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 26에는 활성층(313)과 발광층(393R)의 적층체, 발광층(393G), 및 발광층(393B)이 각각 이격되어 제공되는 예를 나타내었지만, 인접한 2개가 중첩되는 영역을 가져도 좋다.
또한 상기 표시 장치(300D), 표시 장치(300E), 또는 표시 장치(300F)와 마찬가지로, 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 한쪽과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(391G)은 트랜지스터(332G)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 화소 전극(391B)은 트랜지스터(332B)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 보다 고정세한 표시 장치를 실현할 수 있다.
[구성예 3-2]
도 26의 (B)에 나타낸 표시 장치(300H)에서는 수발광 소자(390SR)의 구성이 상이한 점이 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.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부에 적용할 수 있는 표시 장치에 대하여 설명한다.
<표시 장치의 구성예>
표시 장치(100)의 블록도를 도 27의 (A)에 나타내었다. 표시 장치(100)는 화소부(11), 구동 회로부(12), 구동 회로부(13), 구동 회로부(14), 및 회로부(15) 등을 가진다.
화소부(11)는 매트릭스로 배치된 복수의 화소(30)를 가진다. 화소(30)는 부화소(21R), 부화소(21G), 부화소(21B), 및 촬상 화소(22)를 가진다. 부화소(21R), 부화소(21G), 부화소(21B)는 각각 표시 소자로서 기능하는 발광 소자를 가진다. 촬상 화소(22)는, 광전 변환 소자로서 기능하는 수광 소자를 가진다.
화소(30)는 배선(GL), 배선(SLR), 배선(SLG), 배선(SLB), 배선(TX), 배선(SE), 배선(RS), 및 배선(WX) 등과 전기적으로 접속되어 있다. 배선(SLR), 배선(SLG), 배선(SLB)은 구동 회로부(12)와 전기적으로 접속되어 있다. 배선(GL)은 구동 회로부(13)와 전기적으로 접속되어 있다. 구동 회로부(12)는 소스선 구동 회로(소스 드라이버라고도 함)로서 기능한다. 구동 회로부(13)는 게이트선 구동 회로(게이트 드라이버라고도 함)로서 기능한다.
화소(30)는 부화소(21R), 부화소(21G), 및 부화소(21B)를 가진다. 예를 들어 부화소(21R)는 적색을 나타내는 부화소이고, 부화소(21G)는 녹색을 나타내는 부화소이고, 부화소(21B)는 청색을 나타내는 부화소이다. 이에 의하여 표시 장치(100)는 풀 컬러 표시를 수행할 수 있다. 또한 여기서는 화소(30)가 3색의 부화소를 가지는 예를 나타내었지만, 4색 이상의 부화소를 가져도 좋다.
부화소(21R)는 적색의 광을 나타내는 발광 소자를 가진다. 부화소(21G)는 녹색의 광을 나타내는 발광 소자를 가진다. 부화소(21B)는 청색의 광을 나타내는 발광 소자를 가진다. 또한 화소(30)는 다른 색의 광을 나타내는 발광 소자를 가지는 부화소를 가져도 좋다. 예를 들어 화소(30)는 상기 3개의 부화소에 더하여 백색의 광을 나타내는 발광 소자를 가지는 부화소, 또는 황색의 광을 나타내는 발광 소자를 가지는 부화소 등을 가져도 좋다.
배선(GL)은 행 방향(배선(GL)의 연장 방향)으로 배열되는 부화소(21R), 부화소(21G), 및 부화소(21B)와 전기적으로 접속되어 있다. 배선(SLR), 배선(SLG), 및 배선(SLB)은 각각 열 방향(배선(SLR) 등의 연장 방향)으로 배열되는 부화소(21R), 부화소(21G), 또는 부화소(21B)(도시하지 않았음)와 전기적으로 접속되어 있다.
화소(30)가 가지는 촬상 화소(22)에는 배선(TX), 배선(SE), 배선(RS), 및 배선(WX)이 전기적으로 접속되어 있다. 배선(TX), 배선(SE), 배선(RS)은 각각 구동 회로부(14)와 전기적으로 접속되고, 배선(WX)은 회로부(15)와 전기적으로 접속된다.
구동 회로부(14)는 촬상 화소(22)를 구동시키기 위한 신호를 생성하고 배선(SE), 배선(TX), 및 배선(RS)을 통하여 촬상 화소(22)에 출력하는 기능을 가진다. 회로부(15)는 촬상 화소(22)로부터 배선(WX)을 통하여 출력되는 신호를 수신하고 화상 데이터로서 외부에 출력하는 기능을 가진다. 회로부(15)는 판독 회로로서 기능한다.
<화소 회로의 구성예 1>
상술한 부화소(21R), 부화소(21G), 및 부화소(21B)에 적용할 수 있는 화소(21)의 회로도의 일례를 도 27의 (B)에 나타내었다. 화소(21)는 트랜지스터(M1), 트랜지스터(M2), 트랜지스터(M3), 용량 소자(C1), 및 발광 소자(EL)를 가진다. 또한 화소(21)에는 배선(GL) 및 배선(SL)이 전기적으로 접속된다. 배선(SL)은 도 27의 (A)에 나타낸 배선(SLR), 배선(SLG), 및 배선(SLB) 중 어느 것에 상당한다.
트랜지스터(M1)는 게이트가 배선(GL)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(SL)과 전기적으로 접속되고, 다른 쪽이 용량 소자(C1)의 한쪽 전극 및 트랜지스터(M2)의 게이트와 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M2)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(AL)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 발광 소자(EL)의 한쪽 전극, 용량 소자(C1)의 다른 쪽 전극, 및 트랜지스터(M3)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(M3)는 게이트가 배선(GL)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(RL)과 전기적으로 접속된다. 발광 소자(EL)는 다른 쪽 전극이 배선(CL)과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)는 스위치로서 기능한다. 트랜지스터(M2)는 발광 소자(EL)를 흐르는 전류를 제어하기 위한 트랜지스터로서 기능한다.
여기서 트랜지스터(M1) 내지 트랜지스터(M3) 모두에 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)에 OS 트랜지스터를 적용하고, 트랜지스터(M2)에 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다.
실리콘보다 밴드 갭이 넓고 캐리어 밀도가 낮은 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 매우 낮은 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)에 직렬로 접속되는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)에는 각각 산화물 반도체가 적용된 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)로서 산화물 반도체를 가지는 트랜지스터를 적용함으로써, 용량 소자(C1)에 유지되는 전하가 트랜지스터(M1) 또는 트랜지스터(M3)를 통하여 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한 용량 소자(C1)에 유지되는 전하를 장시간에 걸쳐 유지할 수 있기 때문에, 화소(21)의 데이터를 재기록하지 않고 정지 화상을 장기간에 걸쳐 표시할 수 있게 된다.
배선(SL)에는 데이터 전위(D)가 공급된다. 배선(GL)에는 선택 신호가 공급된다. 상기 선택 신호에는 트랜지스터를 도통 상태로 하는 전위와 비도통 상태로 하는 전위가 포함된다.
배선(RL)에는 리셋 전위가 공급된다. 배선(AL)에는 애노드 전위가 공급된다. 배선(CL)에는 캐소드 전위가 공급된다. 화소(21)에서 애노드 전위는 캐소드 전위보다 높은 전위로 한다. 또한 배선(RL)에 공급되는 리셋 전위는 리셋 전위와 캐소드 전위의 전위차가 발광 소자(EL)의 문턱 전압보다 작게 되는 전위로 할 수 있다. 리셋 전위는 캐소드 전위보다 높은 전위, 캐소드 전위와 같은 전위, 또는 캐소드 전위보다 낮은 전위로 할 수 있다.
<화소 회로의 구성예 2>
촬상 화소(22)의 회로도의 일례를 도 27의 (C)에 나타내었다. 촬상 화소(22)는 트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 트랜지스터(M7), 트랜지스터(M8), 용량 소자(C2), 및 수광 소자(PD)를 가진다.
트랜지스터(M5)는 게이트가 배선(TX)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 수광 소자(PD)의 애노드 전극과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M6)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 용량 소자(C2)의 제 1 전극, 및 트랜지스터(M7)의 게이트와 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M6)는 게이트가 배선(RS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(V1)과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M7)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(V3)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M8)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M8)는 게이트가 배선(SE)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(WX)과 전기적으로 접속되어 있다. 수광 소자(PD)는 캐소드 전극이 배선(CL)과 전기적으로 접속되어 있다. 용량 소자(C2)는 제 2 전극이 배선(V2)과 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(M5), 트랜지스터(M6), 및 트랜지스터(M8)는 스위치로서 기능한다. 트랜지스터(M7)는 증폭 소자(앰프)로서 기능한다.
트랜지스터(M5) 내지 트랜지스터(M8) 모두에 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)에 OS 트랜지스터를 적용하고, 트랜지스터(M7)에 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 트랜지스터(M8)에는 OS 트랜지스터 및 LTPS 트랜지스터 중 어느 쪽을 적용하여도 좋다.
트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)에 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 수광 소자(PD)에 발생하는 전하에 의거하여 트랜지스터(M7)의 게이트에 유지되는 전위가 트랜지스터(M5) 또는 트랜지스터(M6)를 통하여 누설되는 것을 방지할 수 있다.
예를 들어, 글로벌 셔터 방식을 사용하여 촬상하는 경우, 화소에 따라 전하의 전송(轉送) 동작이 종료되고 나서 판독 동작이 시작될 때까지의 기간(전하 유지 기간)이 상이하다. 예를 들어 모든 화소에서 계조값이 동등하게 되는 화상을 촬상하면, 이상적으로는 모든 화소에서 같은 높이의 전위를 가지는 출력 신호가 얻어진다. 그러나, 전하 유지 기간의 길이가 행마다 상이한 경우, 각 행의 화소의 노드에 축적된 전하가 시간 경과에 따라 누설되면, 화소의 출력 신호의 전위가 행마다 달라지고, 행마다 그 계조수가 변화된 화상 데이터가 얻어진다. 그러므로, 트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써 노드의 전위 변화를 매우 작게 할 수 있다. 즉, 글로벌 셔터 방식을 사용한 촬상을 수행하여도, 전하 유지 기간이 상이한 것에 기인하는 화상 데이터의 계조 변화를 작게 억제하고, 촬상된 화상의 품질을 향상시킬 수 있다.
한편, 트랜지스터(M7)에는 반도체층에 저온 폴리실리콘을 사용한 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. LTPS 트랜지스터는 OS 트랜지스터보다 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있어, 구동 능력 및 전류 능력이 우수하다. 그러므로 트랜지스터(M7)는 트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)에 비하여, 더 고속으로 동작할 수 있다. 트랜지스터(M7)에 LTPS 트랜지스터를 사용함으로써, 수광 소자(PD)의 수광량에 의거한 미세 전위에 따라 트랜지스터(M8)에 대하여 빨리 출력할 수 있다.
즉, 촬상 화소(22)에서 트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)는 누설 전류가 적고, 또한 트랜지스터(M7)는 구동 능력이 높기 때문에, 수광 소자(PD)에서 수광하면, 트랜지스터(M5)를 통하여 전송된 전하를 누설 없이 유지할 수 있고, 또한 고속으로 판독을 할 수 있다.
트랜지스터(M8)는 트랜지스터(M7)로부터의 출력을 배선(WX)에 흘리는 스위치로서 기능하기 때문에 트랜지스터(M5) 내지 트랜지스터(M7)와 달리, 작은 오프 전류 및 고속 동작 등은 반드시 요구되지는 않는다. 그러므로 트랜지스터(M8)의 반도체층에는 저온 폴리실리콘을 적용하여도 좋고, 산화물 반도체를 적용하여도 좋다.
또한 도 27의 (B), (C)에서는 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다. 또한 화소 회로는 n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터를 가지는 CMOS 회로로 하여도 좋다. 예를 들어, 화소 회로에는 n채널형 OS 트랜지스터와 p채널형 LTPS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
화소(21) 및 촬상 화소(22)가 가지는 각 트랜지스터는 동일 기판 위에 나란히 형성되는 것이 바람직하다.
<화소 회로의 구성예 3>
상술한 것과 다른 회로 구성에 대하여 설명한다.
한 쌍의 게이트를 가지는 트랜지스터에 있어서 한 쌍의 게이트가 서로 전기적으로 접속되고 같은 전위가 공급되는 구성으로 함으로써, 트랜지스터의 온 전류가 높아지고 포화 특성이 향상되는 등의 이점이 있다. 또한 한 쌍의 게이트 중 한쪽에 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하는 전위를 공급하여도 좋다. 또한 한 쌍의 게이트 중 한쪽에 정전위를 공급함으로써 트랜지스터의 전기 특성의 안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터의 한쪽 게이트가, 정전위를 공급받는 배선과 전기적으로 접속되는 구성으로 하여도 좋고, 그 자체의 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속되는 구성으로 하여도 좋다.
도 28의 (A)에 나타낸 화소(21)는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)에 한 쌍의 게이트를 가지는 트랜지스터를 적용한 경우의 예이다. 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)는 각각 한 쌍의 게이트가 전기적으로 접속되어 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 화소(21)로의 데이터의 기록 기간을 단축할 수 있다.
도 28의 (B)에 나타낸 화소(21)는 트랜지스터(M1) 및 트랜지스터(M3)에 더하여 트랜지스터(M2)에도 한 쌍의 게이트를 가지는 트랜지스터를 적용한 예이다. 트랜지스터(M2)에는 한 쌍의 게이트가 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M2)에 이와 같은 트랜지스터를 적용함으로써 포화 특성이 향상되기 때문에 발광 소자(EL)의 발광 휘도의 제어가 용이해져 표시 품질을 높일 수 있다.
도 29의 (A)에 나타낸 촬상 화소(22)는 트랜지스터(M5) 및 트랜지스터(M6)에 한 쌍의 게이트가 접속된 트랜지스터를 적용한 경우의 예이다. 이와 같은 구성으로 함으로써 리셋 동작 및 전송 동작에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
도 29의 (B)에 나타낸 촬상 화소(22)는 도 29의 (A)에서 예시한 구성에 더하여, 트랜지스터(M8)에도 한 쌍의 게이트가 접속된 트랜지스터를 적용한 예이다. 이와 같은 구성으로 함으로써 판독에 필요한 시간을 단축할 수 있다.
도 29의 (C)에 나타낸 촬상 화소(22)는 도 29의 (B)에서 예시한 구성에 더하여, 트랜지스터(M7)에도 한 쌍의 게이트가 접속된 트랜지스터를 적용한 예이다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 판독에 필요한 시간을 더 단축할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 화소부에 적용할 수 있는 표시 장치의 더 자세한 구성에 대하여 도 30 내지 도 33을 사용하여 설명한다.
<표시 장치(100A)>
도 30에 표시 장치(100A)의 사시도를 나타내고, 도 31에 표시 장치(100A)의 단면도를 나타내었다.
표시 장치(100A)는 기판(152)과 기판(151)이 접합된 구성을 가진다. 도 30에서는 기판(152)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(100A)는 화소부(162), 회로(164), 배선(165) 등을 가진다. 도 30에는 표시 장치(100A)에 IC(집적 회로)(173) 및 FPC(172)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로 도 30에 나타낸 구성은 표시 장치(100A), IC, 및 FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
회로(164)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(165)은 화소부(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 30에서는 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)로서는, 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한 표시 장치(100A) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 30에 나타낸 표시 장치(100A)에서 FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(164)를 포함하는 영역의 일부, 화소부(162)를 포함하는 영역의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 단면의 일례를 도 31에 나타내었다.
도 31에 나타낸 표시 장치(100A)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 트랜지스터(207), 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR) 등을 가진다.
기판(152)과 절연층(214)은 접착층(142)에 의하여 접착되어 있다. 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 31에서는 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)이 불활성 가스(질소, 아르곤 등)로 충전되고, 중공 밀봉 구조가 적용되어 있다. 접착층(142)은 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)와 중첩하여 제공되어도 좋다. 또한 기판(152), 접착층(142), 및 절연층(214)으로 둘러싸인 공간(143)을 접착층(142)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
발광 소자(190B)는 절연층(214) 측으로부터 화소 전극(191), 공통층(112), 발광층(193B), 공통층(114), 및 공통 전극(115)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(207)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 트랜지스터(207)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)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(206)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 트랜지스터(206)는 발광 소자(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)이 이 순서대로 적층된 적층 구조를 가진다. 화소 전극(191)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(205)는 수발광 소자(190SR)의 구동을 제어하는 기능을 가진다.
발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)가 방출하는 광은 기판(152) 측으로 사출된다. 또한 수발광 소자(190SR)에는 기판(152) 및 공간(143)을 통하여 광이 입사한다. 기판(152)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
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 구성을 가진다. 또한 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR)는 활성층(183)과 각 색의 발광층(193)의 구성이 상이한 것 외는 모두 공통된 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여 제작 공정을 크게 늘리지 않고, 표시 장치(100A)의 화소부(162)에 수광 기능을 부가할 수 있다.
기판(152)에서 기판(151) 측의 면에는 차광층(BM)이 제공되어 있다. 차광층(BM)은 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 수발광 소자(190SR) 각각과 중첩되는 위치에 개구를 가진다. 차광층(BM)을 제공함으로써 수발광 소자(190SR)가 광을 검출하는 범위를 제어할 수 있다. 또한 차광층(BM)을 가짐으로써 대상물을 통하지 않고 발광 소자(190G) 또는 발광 소자(190B)로부터 수발광 소자(190SR)에 광이 직접 입사하는 것을 억제할 수 있다. 따라서 노이즈가 적고 감도가 높은 센서를 실현할 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 트랜지스터(207)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 수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에 물, 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(100A)의 단부 근방에 개구를 가지는 것이 바람직하다. 이로써 표시 장치(100A)의 단부로부터 유기 절연막을 통하여 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 또는 유기 절연막의 단부가 표시 장치(100A)의 단부보다 내측에 위치하도록 유기 절연막을 형성하고, 표시 장치(100A)의 단부에서 유기 절연막이 노출되지 않도록 하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다.
도 31에 나타낸 영역(228)에서는 절연층(214)에 개구가 형성되어 있다. 이로써, 절연층(214)에 유기 절연막을 사용하는 경우에도, 절연층(214)을 통하여 외부로부터 화소부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 표시 장치(100A)의 신뢰성을 높일 수 있다.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 트랜지스터(207)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(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 트랜지스터(207)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 협지하는 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 및 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 단결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 결정성을 가지는 반도체를 사용하면, 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있어 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다.
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. 또는 인듐, 갈륨, 아연, 및 주석을 포함하는 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐 및 아연을 가지는 산화물을 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=10:1:3 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.
트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 트랜지스터(207)의 채널이 형성되는 반도체층에는 각각 상이한 반도체 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어, 트랜지스터(201)로서 실리콘을 가지는 트랜지스터(Si 트랜지스터)를 사용하고, 트랜지스터(205), 트랜지스터(206), 및 트랜지스터(207)로서 금속 산화물을 가지는 트랜지스터(OS 트랜지스터)를 사용할 수 있다. Si 트랜지스터로서 예를 들어 LTPS 트랜지스터를 사용할 수 있다.
회로(164)가 가지는 트랜지스터와 화소부(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, 화소부(162)가 가지는 복수의 트랜지스터는 모두 같은 구조를 가져도 좋고, 2종류 이상의 구조를 가져도 좋다.
기판(151)에서 기판(152)이 중첩되지 않은 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(165)이 도전층(166) 및 접속층(242)을 통하여 FPC(172)와 전기적으로 접속되어 있다. 접속부(204)의 상면에서는 화소 전극(191)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전층(166)이 노출되어 있다. 이로써 접속부(204)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(152)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서 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.
접착층에는, 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.
접속층에는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 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.
투광성을 가지는 도전성 재료로서 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, 또는 상기 금속 재료를 포함한 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어, 질화 타이타늄)을 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 또는 발광 소자 및 수발광 소자가 가지는 도전층(화소 전극 또는 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.
<표시 장치(100B)>
표시 장치(100B)의 단면도를 도 32에 나타내었다.
표시 장치(100B)에서는 보호층(195)을 가지는 점이 표시 장치(100A)와 주로 다르다. 표시 장치(100A)와 같은 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 및 수발광 소자(190SR)를 덮는 보호층(195)을 제공함으로써, 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 및 수발광 소자(190SR)에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 및 수발광 소자(190SR)의 신뢰성을 높일 수 있다.
표시 장치(100B)의 단부 근방의 영역(228)에서, 절연층(214)의 개구를 통하여 절연층(215)과 보호층(195)이 서로 접하는 것이 바람직하다. 특히, 절연층(215)에 포함되는 무기 절연막과 보호층(195)에 포함되는 무기 절연막이 서로 접하는 것이 바람직하다. 이로써, 유기 절연막을 통하여 외부로부터 화소부(162)에 불순물이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 따라서 표시 장치(100B)의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(195)은 단층이어도 적층 구조이어도 좋고, 예를 들어 보호층(195)은 공통 전극(115) 위의 무기 절연층과, 무기 절연층 위의 유기 절연층과, 유기 절연층 위의 무기 절연층을 가지는 3층 구조이어도 좋다. 이때, 무기 절연막의 단부를 유기 절연막의 단부보다 외측으로 연장시키는 것이 바람직하다.
또한 수발광 소자(190SR)와 중첩되는 영역에 렌즈가 제공되어도 좋다. 이에 의하여, 수발광 소자(190SR)를 사용한 센서의 감도 및 정밀도를 높일 수 있다.
렌즈는 1.3 이상 2.5 이하의 굴절률을 가지는 것이 바람직하다. 렌즈는 무기 재료 및 유기 재료 중 적어도 한쪽을 사용하여 형성할 수 있다. 예를 들어 수지를 포함하는 재료를 렌즈에 사용할 수 있다. 또한 산화물 및 황화물 중 적어도 한쪽을 포함하는 재료를 렌즈에 사용할 수 있다.
구체적으로는 염소, 브로민, 또는 아이오딘을 포함하는 수지, 중금속 원자를 포함하는 수지, 방향족 고리를 포함하는 수지, 황을 포함하는 수지 등을 렌즈에 사용할 수 있다. 또는 수지와, 상기 수지보다 굴절률이 높은 재료의 나노 입자를 포함하는 재료를 렌즈에 사용할 수 있다. 산화 타이타늄 또는 산화 지르코늄 등을 나노 입자에 사용할 수 있다.
산화 세륨, 산화 하프늄, 산화 란타넘, 산화 마그네슘, 산화 나이오븀, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 이트륨, 산화 아연, 인듐과 주석을 포함하는 산화물, 또는 인듐과 갈륨과 아연을 포함하는 산화물 등을 렌즈에 사용할 수 있다. 또는 황화 아연 등을 렌즈에 사용할 수 있다.
표시 장치(100B)에서는 보호층(195)과 기판(152)이 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다. 접착층(142)은 발광 소자(190B), 발광 소자(190G), 및 수발광 소자(190SR)와 각각 중첩되어 제공되어 있고, 표시 장치(100B)에는 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다.
<표시 장치(100C)>
표시 장치(100C)의 단면도를 도 33의 (A)에 나타내었다.
표시 장치(100C)는 트랜지스터의 구조가 표시 장치(100B)와 다르다.
표시 장치(100C)는 기판(151) 위에 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)를 가진다.
트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210)는 게이트로서 기능하는 도전층(221), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(211), 채널 형성 영역(231i) 및 한 쌍의 저저항 영역(231n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 접속되는 도전층(222a), 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 접속되는 도전층(222b), 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(225), 게이트로서 기능하는 도전층(223), 그리고 도전층(223)을 덮는 절연층(215)을 가진다. 절연층(211)은 도전층(221)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 절연층(225)은 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다.
도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
발광 소자(190G)의 화소 전극(191)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(208)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 한쪽과 전기적으로 접속된다.
수발광 소자(190SR)의 화소 전극(191)은 도전층(222b)을 통하여 트랜지스터(209)의 한 쌍의 저저항 영역(231n) 중 다른 쪽과 전기적으로 접속된다.
도 33의 (A)에서는 절연층(225)이 반도체층의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 한편으로 도 33의 (B)에 나타낸 트랜지스터(202)에서 절연층(225)은 반도체층(231)의 채널 형성 영역(231i)과 중첩되고, 저저항 영역(231n)과는 중첩되지 않는다. 예를 들어, 도전층(223)을 마스크로서 사용하여 절연층(225)을 가공함으로써 도 33의 (B)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 33의 (B)에서는 절연층(225) 및 도전층(223)을 덮어 절연층(215)이 제공되고, 절연층(215)의 개구를 통하여 도전층(222a) 및 도전층(222b)이 각각 저저항 영역(231n)과 접속되어 있다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
표시 장치(100C)에서는 기판(151) 및 기판(152)을 가지지 않고, 기판(153), 기판(154), 접착층(155), 및 절연층(212)을 가지는 점이 표시 장치(100B)와 다르다.
기판(153)과 절연층(212)은 접착층(155)에 의하여 접합되어 있다. 기판(154)과 보호층(195)은 접착층(142)에 의하여 접합되어 있다.
표시 장치(100C)는 제작 기판 위에 형성된 절연층(212), 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 트랜지스터(210), 수발광 소자(190SR), 및 발광 소자(190G) 등을 기판(153) 위로 전치함으로써 제작되는 구성을 가진다. 기판(153) 및 기판(154)은 각각 가요성을 가지는 것이 바람직하다. 이로써, 표시 장치(100C)의 가요성을 높일 수 있다.
절연층(212)에는 절연층(211), 절연층(213), 및 절연층(215)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
<표시 장치(100D)>
표시 장치(100D)의 단면도를 도 34의 (A)에 나타내었다.
표시 장치(100D)에서는 트랜지스터(210)의 구조가 표시 장치(100C)와 다르다.
표시 장치(100D)는 트랜지스터(208), 트랜지스터(209), 및 트랜지스터(210A)를 가진다. 트랜지스터(210A)의 확대도를 도 34의 (B)에 나타내었다.
트랜지스터(210A)의 반도체층은 트랜지스터(208) 및 트랜지스터(209)의 반도체층과 상이한 면에 형성되어 있다. 예를 들어, 트랜지스터(210A)에 LTPS 트랜지스터를 사용하고, 트랜지스터(208) 및 트랜지스터(209)에 OS 트랜지스터를 사용할 수 있다.
트랜지스터(210A)는 보텀 게이트로서 기능하는 도전층(251), 제 1 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(217), 채널 형성 영역(252i) 및 한 쌍의 저저항 영역(252n)을 가지는 반도체층, 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 한쪽과 접속되는 도전층(254a) 및 도전층(254b), 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 다른 쪽과 접속되는 도전층(254b), 제 2 게이트 절연층으로서 기능하는 절연층(219), 톱 게이트로서 기능하는 도전층(253), 그리고 도전층(253)을 덮는 절연층(211)을 가진다.
절연층(217) 및 절연층(219)에는 각각 절연층(211) 및 절연층(225)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
도전층(254a) 및 도전층(254b)은 각각 절연층(219) 및 절연층(211)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(252n)에 전기적으로 접속된다. 도전층(254a) 및 도전층(254b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
트랜지스터(210A) 위에는 보호층으로서 기능하는 절연층(225) 및 절연층(215)이 제공된다. 도전층(255a) 및 도전층(255b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 도전층(254a) 또는 도전층(254b)에 전기적으로 접속된다.
또한 도 34의 (A)에서는 도전층(255a)이 도전층(254a)을 통하여 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 한쪽에 전기적으로 접속되고, 도전층(255b)이 도전층(254b)을 통하여 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 다른 쪽에 전기적으로 접속되는 구성을 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 도전층(254a) 및 도전층(254b)을 제공하지 않고, 도전층(255a)이 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 한쪽과 접하고 도전층(255b)이 한 쌍의 저저항 영역(252n)의 다른 쪽과 접하는 구성으로 하여도 좋다.
도 34의 (A)에서는 도전층(253)이 트랜지스터(208)의 보텀 게이트 및 트랜지스터(209)의 보텀 게이트와 같은 면에 제공되는 구성을 나타내었다. 도전층(253)은 트랜지스터(208)의 보텀 게이트 및 트랜지스터(209)의 보텀 게이트와 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한, 도전층(253)은 트랜지스터(208)의 보텀 게이트 및 트랜지스터(209)의 보텀 게이트와 같은 도전막을 가공하여 형성되는 것이 바람직하다. 같은 도전막을 가공하여 형성함으로써, 공정을 간략화할 수 있다.
도 34의 (A)에서는 도전층(255a) 및 도전층(255b)이 트랜지스터(208)의 소스 및 드레인, 그리고 트랜지스터(209)의 소스 및 드레인과 같은 면에 제공되는 구성을 나타내었다. 도전층(255a) 및 도전층(255b)에는, 트랜지스터(208)의 소스 및 드레인, 그리고 트랜지스터(209)의 소스 및 드레인과 같은 재료를 사용할 수 있다. 또한 도전층(255a) 및 도전층(255b)은 트랜지스터(208)의 소스 및 드레인, 그리고 트랜지스터(209)의 소스 및 드레인과 같은 도전막을 가공하여 형성되는 것이 바람직하다. 같은 도전막을 가공하여 형성함으로써, 공정을 간력화할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 실시형태의 표시 장치에서는 어느 색을 나타내는 부화소에 발광 소자 대신 수발광 소자가 제공된다. 수발광 소자가 발광 소자와 수광 소자를 겸함으로써, 화소에 포함되는 부화소 수를 늘리지 않고, 화소에 수광 기능을 부여할 수 있다. 또한 표시 장치의 정세도 및 각 부화소의 개구율을 저하시키지 않고 화소에 수광 기능을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 OS 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.
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 구조로서, 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. 한편으로 결정 구조를 가지는 IGZO막에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이다. XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭인 것은 막 내 또는 기판 내의 결정의 존재를 명시하고 있다. 바꿔 말하면, XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
막 또는 기판의 결정 구조는, 나노빔 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로(halo)가 관찰되고, 석영 유리가 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 착안한 경우, 상기와는 다르게 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와 이 외의 비단결정 산화물 반도체로 나누어진다. 비단결정 산화물 반도체에는, 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 OS의 자세한 사항에 대하여 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역에서 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 영역이다. 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 영역은 각각 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.
In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 등에서 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.
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 상기 변형에서 오각형, 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서는, 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수 없다. 즉, 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않은 것, 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 결정성 산화물 중 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 혼입 또는 결함의 생성 등으로 인하여 저하되는 경우가 있기 때문에 CAAC-OS는 불순물 및 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고도 할 수 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. 바꿔 말하면, 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 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 nc-OS막에 대하여 수행하면 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편으로 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 nc-OS막에 대하여 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-OS의 자세한 사항에 대하여 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 편재한 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는, 금속 산화물에 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재하고, 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 높은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 높은 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 높고, [Ga]이 제 2 영역에서의 [Ga]보다 낮은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]이 제 1 영역에서의 [Ga]보다 높고, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 낮은 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 바꿔 말할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga를 주성분으로 하는 영역이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란 In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 구성에서, 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 의도적으로 가열하지 않는 조건에서 스퍼터링법에 의하여 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법에 의하여 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.
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 자지는 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.
한편으로 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 도전성 기능을 가지고 재료의 일부에서는 절연성 기능을 가지며, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성 기능과 절연성 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.
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 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 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 1×1017cm-3 이하, 바람직하게는 1×1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1013cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1×1011cm-3 이하, 더욱더 바람직하게는 1×1010cm-3 미만이고, 1×10-9cm-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 하는 경우가 있다.
고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
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 안정화하기 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. 불순물에는 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 또는 탄소가 포함되면, 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘 또는 탄소의 농도와 산화물 반도체와의 계면 근방의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
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 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 이 결과, 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 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합되는 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 결합되는 산소와 결합되어, 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 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써, 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 35의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 화소부가 광을 검출하는 기능을 가지기 때문에, 화소부에서의 생체 인증, 터치 동작(접촉 또는 접근) 등의 검출을 할 수 있다. 이로써 전자 기기의 기능성 및 편리성을 높일 수 있다.
전자 기기로서는, 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어, 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 화소부에 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 35의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 웨어러블 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 화소부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 화소부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
화소부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 35의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함한 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 프린트 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(도시하지 않았음)에 의하여 고정되어 있다.
화소부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속되어 있다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 프린트 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 늘리지 않고 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 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 사용함으로써, 화소부(6502)로 촬상을 수행할 수 있다. 예를 들어 표시 패널(6511)로 지문을 촬상하여 지문 인증을 수행할 수 있다.
화소부(6502)가 터치 센서 패널(6513)을 더 가짐으로써, 화소부(6502)에 터치 패널 기능을 부여할 수 있다. 터치 센서 패널(6513)에는 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, 이 경우 터치 센서 패널(6513)을 제공하지 않아도 된다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
C1: 용량 소자, C2: 용량 소자, M1: 트랜지스터, M2: 트랜지스터, M3: 트랜지스터, M5: 트랜지스터, M6: 트랜지스터, M7: 트랜지스터, M8: 트랜지스터, V1: 배선, V2: 배선, V3: 배선, 10: 전자 기기, 10A: 전자 기기, 11: 화소부, 12: 구동 회로부, 13: 구동 회로부, 14: 구동 회로부, 15: 회로부, 21: 화소, 21B: 부화소, 21G: 부화소, 21R: 부화소, 22: 촬상 화소, 30: 화소, 100: 표시 장치, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 112: 공통층, 114: 공통층, 115: 공통 전극, 142: 접착층, 143: 공간, 151: 기판, 152: 기판, 153: 기판, 154: 기판, 155: 접착층, 162: 화소부, 164: 회로, 165: 배선, 166: 도전층, 172: FPC, 173: IC, 183: 활성층, 190B: 발광 소자, 190G: 발광 소자, 190SR: 수발광 소자, 191: 화소 전극, 193: 발광층, 193B: 발광층, 193G: 발광층, 193R: 발광층, 195: 보호층, 200: 표시 장치, 200A: 표시 장치, 200B: 표시 장치, 201: 트랜지스터, 202: 트랜지스터, 204: 접속부, 205: 트랜지스터, 206: 트랜지스터, 207: 트랜지스터, 208: 트랜지스터, 209: 트랜지스터, 210: 트랜지스터, 210A: 트랜지스터, 211: 절연층, 212: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 215: 절연층, 216: 격벽, 217: 절연층, 218: 절연층, 219: 절연층, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 228: 영역, 231: 반도체층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 242: 접속층, 251: 도전층, 252i: 채널 형성 영역, 252n: 저저항 영역, 253: 도전층, 254a: 도전층, 254b: 도전층, 255a: 도전층, 255b: 도전층, 270B: 발광 소자, 270G: 발광 소자, 270PD: 수광 소자, 270R: 발광 소자, 270SR: 수발광 소자, 271: 화소 전극, 273: 활성층, 275: 공통 전극, 277: 전극, 278: 전극, 280A: 화소부, 280B: 화소부, 280C: 화소부, 281: 정공 주입층, 281-2: 정공 수송층, 282: 정공 수송층, 282-1: 정공 수송층, 282-2: 정공 수송층, 283: 발광층, 283B: 발광층, 283G: 발광층, 283R: 발광층, 284: 전자 수송층, 285: 전자 주입층, 289: 층, 300A: 표시 장치, 300B: 표시 장치, 300C: 표시 장치, 300D: 표시 장치, 300E: 표시 장치, 300F: 표시 장치, 300G: 표시 장치, 300H: 표시 장치, 310: 수광 소자, 311: 화소 전극, 312: 버퍼층, 313: 활성층, 314: 버퍼층, 315: 공통 전극, 318R: 수발광층, 321: 가시광, 321B: 광, 321G: 광, 321R: 광, 322: 광, 323: 광, 324: 반사광, 331: 트랜지스터, 332: 트랜지스터, 332B: 트랜지스터, 332G: 트랜지스터, 342: 접착층, 349: 렌즈, 351: 기판, 352: 기판, 358: 차광층, 390: 발광 소자, 390B: 발광 소자, 390G: 발광 소자, 390SR: 수발광 소자, 391: 화소 전극, 391B: 화소 전극, 391G: 화소 전극, 392: 버퍼층, 393: 발광층, 393B: 발광층, 393G: 발광층, 393R: 발광층, 394: 버퍼층, 395: 보호층, 401: 제어부, 402: 화소부, 403: 센서부, 404: 기억부, 405: 표시 소자, 405B: 표시 소자, 405G: 표시 소자, 405IR: 표시 소자, 405R: 표시 소자, 405W: 표시 소자, 405X: 표시 소자, 406: 수광 소자, 407: 인증부, 408: 터치 센서, 413R: 수발광 소자, 414: 절연층, 416: 격벽, 420: 전자 기기, 420A: 전자 기기, 422: 화소부, 425: 영역, 426: 화상, 431: 하우징, 433: 조작 버튼, 435: 밴드, 437: 고정 기구, 438: 발광 소자, 438a: 발광 소자, 438b: 발광 소자, 439: 수광 소자, 451a: 인증 정보, 451b: 인증 정보, 461: 손목, 462: 손가락, 463: 손가락, 463a: 손가락, 463b: 손가락, 465: 혈관, 467: 지문, 469: 접촉부, 471: 기판, 472: 기판, 473: 기능층, 475: 스타일러스, 477: 궤적, 6500: 전자 기기, 6501: 하우징, 6502: 화소부, 6503: 전원 버튼, 6504: 버튼, 6505: 스피커, 6506: 마이크로폰, 6507: 카메라, 6508: 광원, 6510: 보호부재, 6511: 표시 패널, 6512: 광학 부재, 6513: 터치 센서 패널, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: 프린트 기판, 6518: 배터리
Claims (9)
- 전자 기기로서,
화소부와, 센서부와, 인증부와, 하우징을 가지고,
상기 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가지고,
상기 화소부는 상기 표시 소자를 점등하는 기능을 가지고,
상기 화소부는 상기 수광 소자를 사용하여 상기 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 기능을 가지고,
상기 센서부는 생체 또는 물체에 대한 탈착 상태를 검출하는 기능을 가지고,
상기 인증부는 상기 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 기능을 가지고,
상기 하우징은 제 1 면과, 상기 제 1 면과 대향하는 제 2 면을 가지고,
상기 화소부는 상기 제 1 면에 위치하고,
상기 센서부는 상기 제 2 면에 위치하는, 전자 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 화소부는 제 1 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 표시 소자 또는 상기 수광 소자와 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지는, 전자 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 화소부는 제 1 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 표시 소자 또는 상기 수광 소자와 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 가지는, 전자 기기. - 제 1 항에 있어서,
상기 화소부는 제 1 트랜지스터 및 제 2 트랜지스터를 가지고,
상기 제 1 트랜지스터는 상기 표시 소자 또는 상기 수광 소자와 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 표시 소자 또는 상기 수광 소자와 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 가지고,
상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 가지는, 전자 기기. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화소부는 터치 센서를 가지고,
상기 터치 센서는 상기 화소부에 접촉한 대상물의 위치를 검지하는 기능을 가지고,
상기 화소부는 상기 위치 및 그 근방의 상기 표시 소자를 점등하는 기능을 가지는, 전자 기기. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 대상물은 손가락인, 전자 기기. - 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 상기 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가지는 전자 기기의 인증 방법으로서,
상기 센서부가 생체 또는 물체에 대한 장착을 검지하는 단계와,
상기 화소부가 상기 표시 소자를 점등하는 단계와,
상기 수광 소자가 상기 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 단계와,
상기 인증부가 상기 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 단계를 가지는, 전자 기기의 인증 방법. - 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 상기 화소부는 표시 소자와 수광 소자를 가지는 전자 기기의 인증 방법으로서,
상기 센서부가 제 1 인증 정보를 취득하는 단계와,
상기 인증부가 상기 제 1 인증 정보를 사용하여 제 1 인증 처리를 수행하는 단계와,
상기 화소부가 상기 표시 소자를 점등하는 단계와,
상기 수광 소자가 상기 화소부에 접촉한 대상물을 촬상하여, 제 2 인증 정보를 취득하는 단계와,
상기 인증부가 상기 제 2 인증 정보를 사용하여 제 2 인증 처리를 수행하는 단계를 가지는, 전자 기기의 인증 방법. - 화소부와, 센서부와, 인증부를 가지고, 상기 화소부는 표시 소자와, 수광 소자와, 터치 센서를 가지는 전자 기기의 인증 방법으로서,
상기 센서부가 생체 또는 물체에 대한 장착을 검지하는 단계와,
상기 터치 센서가 상기 화소부에 접촉한 대상물의 위치를 검지하는 단계와,
상기 화소부가 상기 위치 및 그 근방의 상기 표시 소자를 점등하는 단계와,
상기 수광 소자가 상기 위치 및 그 근방에 접촉한 대상물을 촬상하여, 인증 정보를 취득하는 단계와,
상기 인증부가 상기 인증 정보를 사용하여 인증 처리를 수행하는 단계를 가지는, 전자 기기의 인증 방법.
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