KR20230150299A - 표시 장치 및 전자 기기 - Google Patents

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KR20230150299A
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light
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display device
emitting
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순페이 야마자키
타카유키 이케다
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Abstract

신규 표시 장치를 제공한다. 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 제 1 회로 디바이스와, 제 2 회로 디바이스를 각각 가지는 복수의 화소를 가지고, 발광 디바이스 및 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고, 제 1 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고, 제 2 회로 디바이스는 제 3 층에 제공되고, 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 하부 전극과 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고, 센서 디바이스는 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고, 제 1 회로 디바이스는 발광 디바이스 또는 센서 디바이스를 구동하는 기능을 가지고, 제 2 회로 디바이스는 제 1 회로 디바이스로부터 출력되는 정보를 바탕으로 연산하는 기능을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 위에 제공되고, 제 2 층은 제 3 층 위에 제공되는 표시 장치이다.

Description

표시 장치 및 전자 기기
본 발명의 일 형태는 표시 장치 및 전자 기기에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야의 일례로서는 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 들 수 있다.
근년, 표시 장치의 고정세화(高精細化)가 요구되고 있다. 고정세 표시 장치가 요구되는 기기로서는 예를 들어 가상 현실(VR: Virtual Reality), 증강 현실(AR: Augmented Reality), 대체 현실(SR: Substitutional Reality), 또는 혼합 현실(MR: Mixed Reality)용 기기가 있고, 근년 활발하게 개발되고 있다. 이들 기기에 사용되는 표시 장치는 고정세화와 함께 소형화가 요구되고 있다.
또한 표시 장치로서는, 대표적으로는 액정 표시 장치, 유기 EL(Electro Luminescence) 소자, 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등의 발광 소자(발광 소자라고도 함)를 포함한 발광 장치, 전기 영동 방식 등으로 표시를 수행하는 전자 종이 등을 들 수 있다.
예를 들어 유기 EL 소자는 기본적으로 하부 전극과 상부 전극 사이에 발광성 유기 화합물을 포함한 층을 끼운 구성을 가진다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다. 이러한 유기 EL 소자가 적용된 표시 장치는 액정 표시 장치 등에서 필요한 백라이트가 불필요하기 때문에, 얇고, 가볍고, 콘트라스트가 높으며, 소비 전력이 낮은 표시 장치를 실현할 수 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는 유기 EL 소자를 사용한 표시 장치의 일례에 대하여 기재되어 있다. 특허문헌 1의 표시 장치와 같이 높은 표시 품질이 요구되는 경우에는, 화소수가 높은 고정세 표시 장치가 필요할 경우가 있다.
국제공개공보 WO2019/220278호
가상 현실(VR), 증강 현실(AR)용 기기에는, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 표시 품질이 높은 표시 장치가 요구되고 있다. 이 경우에는, 안경형 또는 고글형과 같이 장착형 하우징에서 표시를 수행하기 때문에, 표시 장치의 소형화 및 경량화가 중요한 요소가 된다. 장착형 하우징에서는, 예를 들어 표시 장치의 크기를 대략 2인치 이하, 1인치 이하 등까지 작게 할 필요가 있다.
또한 표시 장치에는, 화소를 구동하기 위한 게이트 드라이버 또는 소스 드라이버 등의 구동 회로가 필요하게 된다. 또한 표시 장치의 표시 품위를 높이기 위하여 표시를 수행하기 위한 제어 신호 등을 생성하는 애플리케이션 프로세서 등의 기능 회로가 필요하다.
복수의 화소를 포함한 화소 회로에 더하여 상술한 구동 회로 및 상술한 기능 회로를 별도로 포함한 구성의 경우, 각 회로를 전기적으로 접속하기 위한 배선 길이가 증가되어, 표시 장치의 소형화 및 경량화가 어려워진다는 과제가 있다. 또한 복수의 화소를 포함한 화소 회로에 더하여 구동 회로 및 기능 회로를 모놀리식으로 포함한 경우에는, 화소 회로에 구동 회로 및 기능 회로가 추가됨으로써 회로 면적이 증대된다는 과제가 있다.
또한 표시 장치에 센서 등의 부가 가치를 제공하는 경우, 상기 센서 등을 구동 또는 제어하기 위한 기능 회로 등도 필요하게 되고 회로 면적이 증대되어, 표시 장치의 소형화 및 경량화가 어려워진다는 과제가 있다.
상기 과제를 감안하여, 본 발명의 일 형태는 소형화된 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 경량화된 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 표시 품질이 우수한 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 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 없는 것으로 한다. 또한 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 복수의 화소를 가지는 표시 장치이고, 복수의 화소의 각각은 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 회로 디바이스를 가지고, 발광 디바이스 및 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고, 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고, 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 하부 전극과 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고, 센서 디바이스는 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 위에 제공되는 표시 장치이다.
본 발명의 일 형태는 복수의 화소를 가지는 표시 장치이고, 복수의 화소의 각각은 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 제 1 회로 디바이스와, 제 2 회로 디바이스를 가지고, 발광 디바이스 및 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고, 제 1 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고, 제 2 회로 디바이스는 제 3 층에 제공되고, 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 하부 전극과 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고, 센서 디바이스는 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고, 제 1 회로 디바이스는 발광 디바이스 또는 센서 디바이스를 구동하는 기능을 가지고, 제 2 회로 디바이스는 제 1 회로 디바이스로부터 출력되는 정보에 기초하여 연산하는 기능을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 위에 제공되고, 제 2 층은 제 3 층 위에 제공되는 표시 장치이다.
발광 디바이스를 단면 관찰하였을 때, 하부 전극의 측면과 발광층의 측면은 일치 또는 실질적으로 일치하는 영역을 가지는 것이 바람직하다.
발광 디바이스와 인접한 발광 디바이스 사이에 절연물을 포함하는 것이 바람직하다. 절연물은 무기 재료 및 유기 재료 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는 것이 바람직하다. 절연물은 감광성 유기 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
제 1 회로 디바이스는 제 1 트랜지스터를 가지고, 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다.
제 2 회로 디바이스는 제 2 트랜지스터를 가지고, 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다.
제 2 회로 디바이스는 발광 디바이스 및 센서 디바이스 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 사용하여, 사용자의 눈 깜박임, 눈동자의 움직임, 및 눈꺼풀의 움직임 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 복수의 화소를 가지는 표시 장치이고, 복수의 화소의 각각은 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 회로 디바이스를 가지고, 발광 디바이스 및 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고, 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고, 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 하부 전극과 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고, 센서 디바이스는 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 위에 제공되고, 복수의 화소의 각각은 제 1 부화소 내지 제 6 부화소를 가지는 표시 장치이다.
본 발명의 일 형태는 복수의 화소를 가지는 표시 장치이고, 복수의 화소의 각각은 제 1 부화소 내지 제 6 부화소를 가지고, 제 1 부화소는 적색광을 방출하는 기능을 가지는 제 1 발광 디바이스를 가지고, 제 2 부화소는 녹색광을 방출하는 기능을 가지는 제 2 발광 디바이스를 가지고, 제 3 부화소는 청색광을 방출하는 기능을 가지는 제 3 발광 디바이스를 가지고, 제 4 부화소 내지 제 6 부화소 중 적어도 하나는 제 1 센서 디바이스를 가지고, 제 1 부화소 내지 제 6 부화소는 각각 회로 디바이스를 가지고, 제 1 발광 디바이스 내지 제 3 발광 디바이스 및 제 1 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고, 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고, 제 1 발광 디바이스 내지 제 3 발광 디바이스는 각각 하부 전극과, 상부 전극과, 하부 전극과 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고, 제 1 센서 디바이스는 화소로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고, 제 1 층은 제 2 층 위에 제공되는 표시 장치이다.
상기 구성에 있어서 제 4 부화소는 적외광을 방출하는 기능을 가지는 제 4 발광 디바이스를 가지고, 제 5 부화소는 제 1 센서 디바이스를 가지고, 제 6 부화소는 제 2 센서 디바이스를 가지고, 제 5 부화소는 가시광을 검출하는 기능을 가지고, 제 6 부화소는 적외광을 검출하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
제 1 부화소 내지 제 6 부화소의 각각은 1변이 1μm 이상 10μm 이하인 발광 영역 또는 수광 영역을 가지고, 인접한 부화소 사이의 거리가 1μm 미만인 영역을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태는 상기 어느 표시 장치와, 표시 장치가 제공되는 하우징과, 하우징에 제공되는 센서와, 하우징에 제공되며 표시 장치에 전력을 공급하는 배터리를 가지는 전자 기기이다.
본 발명의 일 형태는 상기 어느 표시 장치 중 적어도 2개와, 표시 장치가 제공되는 하우징과, 하우징에 제공되는 센서와, 하우징에 제공되며 표시 장치에 전력을 공급하는 배터리를 가지고, 하우징은 장착부와 한 쌍의 렌즈를 가지고, 한 쌍의 렌즈 중 한쪽에는 2개의 표시 장치 중 한쪽으로부터 화상이 투영되고, 한 쌍의 렌즈 중 다른 쪽에는 2개의 표시 장치 중 다른 쪽으로부터 화상이 투영되는 전자 기기이다.
또한 상술한 것 외의 본 발명의 일 형태에 대해서는, 이하의 실시형태에서의 설명 및 도면에 기재되어 있다.
본 발명의 일 형태는 소형화된 표시 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 경량화된 표시 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 표시 품질이 우수한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또는 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 5는 표시 장치의 구성예를 설명하는 블록도이다.
도 6의 (A)는 본 발명의 일 형태를 나타낸 표시 장치 및 사용자의 눈의 단면 모식도이고, 도 6의 (B)는 사용자의 눈 및 사용자의 눈 근방을 설명하는 모식도이고, 도 6의 (C)는 사용자의 눈의 망막 패턴을 나타낸 모식도이다.
도 7의 (A) 내지 (D)는 화소 회로의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (D)는 화소 회로의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 9의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 11은 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 12는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 13은 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 14는 표시 장치의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 15의 (A) 내지 (F)는 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 16의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 16의 (C)는 전자 기기의 사용예를 설명하는 도면이다.
도 17의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 18의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 설명하는 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 도면에서 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 그 스케일에 반드시 한정되는 것은 아니다. 또한 도면은 이상적인 예를 모식적으로 나타낸 것이고, 도면에 나타난 형상 또는 값 등에 한정되지 않는다.
또한 본 명세서 등에서는 특별히 언급이 없는 경우, 오프 전류란 트랜지스터가 오프 상태(비도통 상태, 차단 상태라고도 함)일 때의 드레인 전류를 말한다. 오프 상태란, 특별히 언급이 없는 경우, n채널형 트랜지스터에서는 게이트와 소스 사이의 전압(Vgs)이 문턱 전압(Vth)보다 낮은(p채널형 트랜지스터에서는 Vth보다 높은) 상태를 말한다.
본 명세서 등에서 금속 산화물(metal oxide)이란, 넓은 의미로의 금속의 산화물이다. 금속 산화물은 산화물 절연체, 산화물 도전체(투명 산화물 도전체를 포함함), 산화물 반도체(Oxide Semiconductor 또는 단순히 OS라고도 함) 등으로 분류된다. 예를 들어 트랜지스터의 활성층에 금속 산화물을 사용한 경우, 상기 금속 산화물을 산화물 반도체라고 하는 경우가 있다. 즉 OS 트랜지스터라고 기재하는 경우에는, 산화물 또는 산화물 반도체를 포함한 트랜지스터라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세 메탈 마스크)을 사용하여 제작되는 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조를 가지는 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서, 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작되는 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조를 가지는 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에서, 각 색의 발광 디바이스(여기서는 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))의 발광층을 따로따로 형성하거나 개별 도포하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서 백색광을 방출할 수 있는 발광 디바이스를 백색 발광 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 백색 발광 디바이스와 착색층(예를 들어 컬러 필터)을 조합함으로써, 풀 컬러 표시의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 발광 디바이스는 싱글 구조와 탠덤 구조로 크게 나눌 수 있다. 싱글 구조의 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 하나의 발광 유닛을 가지고, 상기 발광 유닛은 하나 이상의 발광층을 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는, 2개의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우에는 2개의 발광층 각각의 발광색이 보색 관계가 되는 발광층을 선택하면 좋다. 예를 들어 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색을 보색 관계가 되도록 함으로써 발광 디바이스 전체로서 백색을 발광하는 구성을 얻을 수 있다. 또한 3개 이상의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우에는 3개 이상의 발광층 각각의 발광색이 합쳐져 발광 디바이스 전체로서 백색 발광하는 구성으로 하면 좋다.
탠덤 구조의 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 2개 이상의 복수의 발광 유닛을 포함하고, 각 발광 유닛은 하나 이상의 발광층을 포함하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는 복수의 발광 유닛의 발광층으로부터의 광을 조합하여 백색 발광이 얻어지는 구성으로 하면 좋다. 또한 백색 발광이 얻어지는 구성에 대해서는, 싱글 구조의 구성과 마찬가지이다. 또한 탠덤 구조를 가지는 디바이스에서, 복수의 발광 유닛들 사이에는 전하 발생층 등의 중간층을 제공하는 것이 바람직하다.
또한 상술한 백색 발광 디바이스(싱글 구조 또는 탠덤 구조)와 SBS 구조의 발광 디바이스를 비교하면, SBS 구조의 발광 디바이스는 백색 발광 디바이스보다 소비 전력을 낮게 할 수 있다. 소비 전력을 낮게 하려고 하는 경우에는 SBS 구조의 발광 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. 한편 백색 발광 디바이스는 제조 프로세스가 SBS 구조의 발광 디바이스보다 간단하기 때문에 제조 비용을 낮게 할 수 있거나 제조 수율을 높게 할 수 있어 바람직하다.
(실시형태 1)
이하에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 구성예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
<표시 장치의 구성예 1>
도 1의 (A) 및 (B)는 표시 장치(10)의 사시 개략도이다.
도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)는 층(11) 및 층(12)을 가진다. 또한 표시 장치(10)는 층(11)과 층(12) 사이에 제공되는 소자로 구성된 표시부(15)를 가진다. 표시부(15)는 표시 장치(10)에서 화상을 표시하는 영역이다. 표시부(15)는 화소 회로 및 화소 회로에 접속되는 표시 소자로 구성된 화소가 제공되는 영역이다.
본 명세서 등에서 소자라는 용어를 "디바이스"라고 바꿔 말할 수 있는 경우가 있다. 예를 들어 표시 소자, 발광 소자, 및 액정 소자는 표시 디바이스, 발광 디바이스, 및 액정 디바이스라고 바꿔 말할 수 있다. 또한 본 명세서 등에서 디바이스라는 용어를 "소자"라고 바꿔 말할 수 있는 경우가 있다.
표시 장치(10)에서는 단자부(14)를 통하여 외부로부터 각종 신호 및 전원 전위가 입력되어, 표시부(15)에서 표시를 수행할 수 있다. 표시 장치는 복수의 층으로 구성되고, 각 층에는 회로 동작을 수행하기 위한 트랜지스터 또는 광을 방출하는 표시 소자가 제공된다. 복수의 층에는 표시 소자의 발광을 제어하는 기능을 가지는 화소 회로, 화소 회로를 제어하는 기능을 가지는 구동 회로, 구동 회로를 제어하는 기능을 가지는 기능 회로 등의 회로 디바이스가 제공된다.
도 1의 (B)는 층(11) 및 층(12)의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
층(12) 위에는 복수의 화소 회로(51)가 제공된다. 층(12)은 채널 형성 영역(54)에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 포함하는 트랜지스터(52)(OS 트랜지스터라고도 함), 또는 채널 형성 영역(22)에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(21)(Si 트랜지스터라고도 함)를 가진다. 층(12)으로서 실리콘 기판은 사용하면, 유리 기판보다 열전도성이 높기 때문에 바람직하다.
트랜지스터(21)는 예를 들어 채널 형성 영역에 단결정 실리콘을 포함한 트랜지스터로 할 수 있다. 특히 층(12)에 제공되는 트랜지스터로서 채널 형성 영역에 단결정 실리콘을 포함하는 트랜지스터를 사용하면, 상기 트랜지스터의 온 전류를 크게 할 수 있다. 따라서 층(12)이 가지는 회로를 고속으로 구동시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 Si 트랜지스터는 미세 가공을 사용함으로써, 예를 들어 채널 길이를 3nm 이상 10nm 이하로 할 수 있다. Si 트랜지스터를 사용함으로써, CPU(Central Processor Unit), GPU(Graphics Processing Unit) 등의 액셀러레이터, 애플리케이션 프로세서 등이 제공된 표시 장치(10)로 할 수 있다.
OS 트랜지스터인 트랜지스터(52)로서, 채널 형성 영역에 인듐, 원소 M(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 또는 주석), 아연 중 적어도 하나를 포함한 산화물을 포함하는 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 낮다는 특성을 가진다. 따라서 특히 화소 회로에 제공되는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용하면, 화소 회로에 기록된 아날로그 데이터를 장기간 유지할 수 있기 때문에 바람직하다.
층(12) 위에는 층(11)이 제공된다. 층(11)에는 복수의 표시 소자(61)와 복수의 소자(62)가 제공된다. 층(11)에는 표시 소자(61) 및 소자(62)를 가지는 화소(63)가 매트릭스상으로 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 하나의 화소(63)가 6개의 소자(3개의 표시 소자(61)와 3개의 소자(62))를 가지는 경우에 대하여 설명한다. 즉 화소(63)는 6개의 부화소를 가진다고 할 수 있다.
도 1의 (B)에서는 하나의 화소(63)가 표시 소자(61R), 표시 소자(61G), 및 표시 소자(61B)의 3개의 표시 소자(61)를 가지는 예를 나타내었다.
화소(63)는 서로 다른 색의 광을 방출하는 표시 소자를 복수 가지는 구성으로 할 수 있다. 예를 들어 3색의 표시 소자를 가지는 경우, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 발광 디바이스, 또는 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 발광 디바이스 등을 사용할 수 있다.
예를 들어 표시 소자(61R)에는 적색광을 방출하는 발광 디바이스를 사용할 수 있다. 표시 소자(61G)에는 녹색광을 방출하는 발광 디바이스를 사용할 수 있다. 표시 소자(61B)에는 청색광을 방출하는 발광 디바이스를 사용할 수 있다.
발광 소자(61)로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode), QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 표시 소자가 포함하는 발광 물질(발광 재료라고도 기재함)로서는 형광을 방출하는 물질(형광 재료), 인광을 방출하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 들뜬 상태와 삼중항 들뜬 상태 사이가 열평형 상태에 있는 재료를 사용하여도 좋다. 이러한 TADF 재료는 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 디바이스의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다.
또한 표시 소자(61)로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 사용할 수도 있다.
도 1의 (B)에서는 화소(63)가 소자(62X_1), 소자(62X_2), 및 소자(62X_3)의 3개의 소자(62)를 더 가지는 예를 나타내었다.
소자(62)에는 1종류 또는 복수 종류의 소자를 사용할 수 있다. 소자(62)로서는 발광 디바이스 또는 수광 디바이스(수광 소자라고도 함) 등의 센서 디바이스(센서 소자라고도 함) 등을 사용할 수 있다. 구체적으로는 소자(62)로서 백색광을 방출하는 발광 디바이스, 황색광을 방출하는 발광 디바이스, 적외광(근적외광을 포함함)을 방출하는 발광 디바이스, 가시광을 검출하는 수광 디바이스, 및 적외광을 검출하는 수광 디바이스 등을 사용할 수 있다.
예를 들어 표시 장치(10) 또는 표시 장치(10)를 가지는 전자 기기는 소자(62)를 사용하여, 사용자의 눈 깜박임, 눈동자의 움직임, 및 눈꺼풀의 움직임 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 검출하는 기능을 가질 수 있다.
소자(62)에 수광 디바이스를 사용함으로써, 표시 장치(10)는 눈 주변, 눈 표면, 또는 눈 내부(안저 등)의 촬상을 수행할 수 있다. 예를 들어 적외광을 검출하는 수광 디바이스를 사용하여, 눈 깜박임, 눈꺼풀의 움직임, 및 눈동자의 움직임 중 하나 또는 복수를 검출할 수 있다. 또한 가시광을 검출하는 수광 디바이스는 안저 진단, 안정 피로의 검출 등에 사용할 수 있다. 가시광 및 적외광 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 헤모글로빈 양을 검출할 수 있고, 가시광 및 적외광의 양쪽을 사용함으로써 검출 정밀도를 높일 수 있는 경우가 있다. 또한 이들 기능에 대해서는 실시형태 2에서 자세히 설명한다.
또한 예를 들어 표시 장치(10) 또는 전자 기기는 소자(62)를 사용하여 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 자기, 온도, 화학 물질, 시간, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 건강, 맥박, 체온, 혈중의 산소 농도, 및 동맥혈 산소포화도 중 적어도 하나를 측정하는 기능을 가질 수 있다.
또한 표시 장치(10) 또는 전자 기기가 가지는 기기로서는 예를 들어 열화 보정 기능, 가속도 센서 기능, 냄새 센서 기능, 건강 검출 기능, 맥박 검출 기능, 체온 검출 기능, 펄스옥시미터로서의 기능, 또는 혈중 산소 농도 측정 기능 등을 들 수 있다.
열화 보정 기능으로서는 표시 소자(61)의 열화를 보정하는 기능을 들 수 있다. 더 구체적으로는 표시 소자(61G)에 사용하는 재료의 신뢰성이 낮은 경우, 소자(62)를 표시 소자(61G)와 같은 구성으로 함으로써 화소(63) 중에 2개의 표시 소자(61G)를 제공하는 구성으로 할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써 표시 소자(61G)의 발광 면적을 넓게 할 수 있다. 예를 들어 표시 소자(61G)의 발광 면적을 2배로 함으로써 신뢰성을 2배 정도 높일 수 있다. 또는 화소(63) 중에 2개의 표시 소자(61G)를 제공하는 구성으로 함으로써, 한쪽의 표시 소자(61G)의 열화 등에 의하여 비발광이 되는 경우에, 다른 쪽의 표시 소자(61G)에서 한쪽의 표시 소자(61G)의 발광을 보완하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 위에서는 표시 소자(61G)에 대하여 설명하였지만, 표시 소자(61B) 및 표시 소자(61R)에 대해서도 같은 구성으로 할 수 있다.
가속도 센서 기능, 냄새 센서 기능, 건강 검출 기능, 맥박 검출 기능, 체온 검출 기능, 펄스옥시미터로서의 기능, 및 혈중 산소 농도 측정 기능은 각각 검출에 필요한 센서 디바이스를 소자(62)로서 제공함으로써 실현할 수 있다. 또한 소자(62)로서 제공하는 센서 디바이스에 따라 표시 장치(10) 또는 전자 기기는 다양한 기능을 실현 가능하다고 할 수 있다.
이상과 같이, 소자(62)를 사용하여 다양한 기능을 부여함으로써, 화소(63)를 가지는 표시 장치를 다기능 표시 장치 또는 다기능 패널이라고 부를 수 있다. 또한 소자(62)를 사용한 기능에 대해서는 1 또는 2 이상이어도 되고, 실시자가 적절히 최적의 기능을 선택할 수 있다.
소자(62)에 사용할 수 있는 수광 디바이스로서는 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드가 있다. 수광 디바이스는 수광 디바이스에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시키는 광전 변환 디바이스(광전 변환 소자라고도 함)로서 기능한다. 수광 디바이스에 입사하는 광의 양에 따라 수광 디바이스로부터 발생하는 전하량이 결정된다.
특히 수광 디바이스로서, 유기 화합물을 포함한 층을 가지는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하며 형상 및 디자인의 자유도가 높기 때문에 다양한 표시 장치에 적용할 수 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 발광 디바이스로서 유기 EL 디바이스를 사용하고, 수광 디바이스로서 유기 포토다이오드를 사용한다. 유기 EL 디바이스 및 유기 포토다이오드는 동일한 기판 위에 형성할 수 있다. 따라서 유기 EL 디바이스를 사용한 표시 장치에 유기 포토다이오드를 내장시킬 수 있다.
표시 장치(10)는 화소(63)에 발광 디바이스 및 수광 디바이스를 가진다. 표시 장치(10)에서는 화소(63)가 수광 기능을 가지기 때문에 화상을 표시하면서 대상물의 촬상 또는 검출을 수행할 수 있다. 예를 들어 표시 장치(10)가 가지는 모든 표시 소자(61)에서 화상을 표시하는 것에 한정되지 않고, 일부의 표시 소자(61)가 광원으로서 광을 나타내고, 나머지 표시 소자(61)에서 화상을 표시할 수도 있다.
표시 장치(10)는 표시부(15)에 발광 디바이스가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부(15)에서 화상을 표시할 수 있다. 또한 표시부(15)에는 수광 디바이스가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부는 화상 표시 기능뿐만 아니라 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다. 표시부(15)는 이미지 센서에 사용할 수 있다. 즉 표시부(15)에서 광을 검출함으로써 화상을 촬상하는 것, 또는 화상을 정기적으로 모니터링함으로써 대상물의 움직임(눈, 눈꺼풀, 또는 안구의 움직임)을 검출하는 것이 가능하다. 또한 표시 장치(10)는 발광 디바이스를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서 표시 장치(10)와 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되기 때문에 전자 기기의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
예를 들어 소자(62X_1)에는 적외광(IR)을 방출하는 발광 디바이스를 사용할 수 있다. 소자(62X_2)에는 가시광을 검출하는 수광 디바이스를 사용할 수 있다. 소자(62X_3)에는 적외광을 검출하는 수광 디바이스를 사용할 수 있다.
이때 소자(62X_2)는 표시 소자(61R), 표시 소자(61G), 및 표시 소자(61B) 중 하나 또는 복수가 방출하는 광을 검출할 수 있는 것이 바람직하다.
또한 소자(62X_3)는 소자(62X_1)가 방출하는 적외광을 검출할 수 있는 것이 바람직하다.
또한 화소(63)는 6종류의 소자를 가지는 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 소자(62X_1)에 가시광을 검출하는 수광 디바이스를 사용하고, 소자(62X_2) 및 소자(62X_3)에 적외광을 검출하는 수광 디바이스를 사용할 수 있다.
이때 소자(62X_1)는 표시 소자(61R), 표시 소자(61G), 및 표시 소자(61B) 중 하나 또는 복수가 방출하는 광을 검출할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 소자(62X_2) 및 소자(62X_3)는 표시 장치(10)와는 별도로 제공된 광원이 방출하는 적외광을 검출한다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 리프레시 레이트를 가변으로 할 수 있다. 예를 들어 표시 장치에 표시되는 콘텐츠에 따라 리프레시 레이트를 조정(예를 들어 1Hz 이상 240Hz 이하의 범위에서 조정)하여 소비 전력을 절감할 수 있다. 또한 상기 리프레시 레이트에 따라 수광 디바이스의 구동 주파수를 변화시켜도 좋다. 예를 들어 표시 장치의 리프레시 레이트가 120Hz인 경우, 수광 디바이스의 구동 주파수를 120Hz보다 높은 주파수(대표적으로는 240Hz)로 하는 구성으로 할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써 저소비 전력을 실현할 수 있고, 수광 디바이스의 응답 속도를 높일 수 있다.
<표시 장치의 구성예 2>
도 2의 (A) 및 (B)는 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)의 변형예이다. 도 1의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성과는 다른 구성에 대하여 이하에서 설명한다.
도 2의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)는 층(11), 층(12), 및 층(13)을 가진다. 층(13)에는 구동 회로(30) 및 기능 회로(40)가 제공된다. 층(13)은 채널 형성 영역(22)에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(21)를 가진다. 층(12)은 채널 형성 영역(54)에 금속 산화물을 포함하는 트랜지스터(52)를 가진다.
구동 회로(30)는 예를 들어 게이트 드라이버 회로, 소스 드라이버 회로 등을 가진다. 이들 외에 연산 회로, 메모리 회로, 전원 회로 등 중 하나 또는 복수를 가져도 좋다. 게이트 드라이버 회로, 소스 드라이버 회로, 및 이들 외의 회로를 표시부(15)와 중첩하여 배치할 수 있기 때문에, 이들 회로와 표시부(15)를 나란히 배치하는 경우에 비하여 표시 장치(10)의 표시부(15)의 외주에 존재하는 비표시 영역(베젤이라고도 함)의 폭을 매우 좁게 할 수 있어 소형의 표시 장치(10)를 실현할 수 있다.
기능 회로(40)는 예를 들어 표시 장치(10)에서의 각 회로를 제어하기 위한 신호를 생성하는 애플리케이션 프로세서의 기능을 가진다. 또한 기능 회로(40)는 CPU, GPU 등의 액셀러레이터 등 화상 데이터를 보정하기 위한 회로를 가져도 좋다. 또한 기능 회로(40)는 화상 데이터 등을 표시 장치(10)의 외부로부터 수신하기 위한 인터페이스로서의 기능을 가지는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 회로, MIPI(Mobile Industry Processor Interface) 회로, 및/또는 D/A(Digital to Analog) 변환 회로 등을 가져도 좋다. 또한 기능 회로(40)는 화상 데이터를 압축·압축 해제하기 위한 회로 및/또는 전원 회로 등을 가져도 좋다.
<표시 장치의 구성예 3>
도 3의 (A) 및 (B)는 도 2의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)의 변형예이다. 도 2의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성과는 다른 구성에 대하여 이하에서 설명한다.
도 3의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)는 층(11), 층(12), 및 층(13)을 가진다. 층(13)에는 구동 회로(30) 및 기능 회로(40)가 제공된다. 층(12) 및 층(13)의 각각은 채널 형성 영역(22)에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(21)를 가진다.
층(12) 및 층(13)의 양쪽에 Si 트랜지스터를 적용함으로써 같은 종류의 재료를 사용하여 형성할 수 있어 같은 제조 프로세스로 형성할 수 있기 때문에 적합하다. 또한 Si 트랜지스터는 상술한 바와 같이 트랜지스터의 온 전류를 높일 수 있기 때문에 고속 동작에 대응한 표시 장치로 할 수 있다.
<표시 장치의 구성예 4>
도 4의 (A) 및 (B)는 도 3의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)의 변형예이다. 도 3의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성과는 다른 구성에 대하여 이하에서 설명한다.
도 4의 (A) 및 (B)에 나타낸 표시 장치(10)는 층(11), 층(12), 및 층(13)을 가진다. 층(13)에는 구동 회로(30) 및 기능 회로(40)가 제공된다. 층(12) 및 층(13)의 각각은 채널 형성 영역(54)에 금속 산화물을 포함하는 트랜지스터(52)를 가진다.
층(12) 및 층(13)의 양쪽에 OS 트랜지스터를 적용함으로써 같은 종류의 재료를 사용하여 형성할 수 있어 같은 제조 프로세스로 형성할 수 있기 때문에 적합하다. 또한 OS 트랜지스터는 상술한 바와 같이 트랜지스터의 오프 전류를 낮게 할 수 있기 때문에 장시간의 데이터 유지 등이 필요한 표시 장치에 사용하는 경우에는 소비 전력을 절감할 수 있어 적합하다.
다음으로 앞에서 설명한 구동 회로(30) 및 기능 회로(40)의 구체적인 구성예에 대하여 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5는 표시 장치(10)에서의 화소 회로(51), 구동 회로(30), 및 기능 회로(40)를 접속하는 복수의 배선, 그리고 버스 등을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치(10)에서는 표시 소자(61)와, 화소 회로(51)와, 구동 회로(30), 기능 회로(40)가 적층될 수 있기 때문에 화소의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 화소의 개구율은 40% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 95% 이하, 더 바람직하게는 60% 이상 95% 이하로 할 수 있다. 또한 화소 회로(51)를 매우 고밀도로 배치할 수 있어 화소의 정세도를 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시 장치(10)의 표시부(화소 회로(51)와 표시 소자(61)가 적층되어 제공된 영역)에서는 화소를 2000ppi 이상, 바람직하게는 3000ppi 이상, 더 바람직하게는 5000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 6000ppi 이상이고 20000ppi 이하 또는 30000ppi 이하의 정세도로 배치할 수 있다.
이러한 표시 장치(10)는 정세도가 매우 높기 때문에, 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 렌즈를 통하여 표시 장치(10)의 표시부를 시인하는 구성의 경우에도, 표시 장치(10)에는 정세도가 매우 높은 표시부가 포함되기 때문에 렌즈로 표시부를 확대하여도 화소가 시인되지 않아, 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 장치(10)는 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 포함한 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 스마트워치(등록 상표) 등의 장착형 전자 기기의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
또한 표시 장치(10)에서 트랜지스터(21)의 재료로서 단결정 실리콘을 사용하는 경우, 표시부(15)의 크기는 대각 0.1인치 이상 5인치 이하, 바람직하게는 대각 0.5인치 이상 3인치 이하, 더 바람직하게는 대각 1인치 이상 2인치 이하로 할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치(10)에서는 베젤의 폭을 매우 좁게 할 수 있으므로, 예를 들어 층(12)의 크기를 대각 1인치로 하면, 크기가 대각 0.5인치일 때에 비하여 4배 정도의 광량을 추출할 수 있기 때문에 적합하다.
또한 도 5에 나타낸 표시 장치(10)에서 층(12)에는 복수의 화소 회로(51)가 매트릭스상으로 배치되어 있다. 또한 도 5에 나타낸 표시 장치(10)에서 층(13)에는 구동 회로(30) 및 기능 회로(40)가 배치되어 있다. 구동 회로(30)는 일례로서 소스 드라이버 회로(31), 디지털 아날로그 변환 회로(32), 게이트 드라이버 회로(33), 및 레벨 시프터(34)를 가진다. 기능 회로(40)는 일례로서 기억 장치(41), GPU(42)(AI 액셀러레이터), EL 보정 회로(43), 타이밍 컨트롤러(44), CPU(45), 센서 컨트롤러(46), 및 전원 회로(47)를 가진다. 기능 회로(40)는 애플리케이션 프로세서의 기능을 가진다.
또한 도 5에 나타낸 표시 장치(10)에서, 구동 회로(30)에 포함되는 회로 및 기능 회로(40)에 포함되는 회로의 각각에는 일례로서 버스 배선(BSL)이 전기적으로 접속되어 있다.
소스 드라이버 회로(31)는 일례로서 화소 회로(51)에 화상 데이터를 송신하는 기능을 가진다. 그러므로 소스 드라이버 회로(31)는 배선(SL)을 통하여 화소 회로(51)에 전기적으로 접속되어 있다.
디지털 아날로그 변환 회로(32)는 일례로서 GPU, 보정 회로 등에 의하여 디지털 처리된 화상 데이터를 아날로그 데이터로 변환하는 기능을 가진다. 아날로그 데이터로 변환된 화상 데이터는 소스 드라이버 회로(31)를 통하여 화소 회로(51)에 송신된다. 또한 디지털 아날로그 변환 회로(32)는 소스 드라이버 회로(31)에 포함되어도 좋고, 소스 드라이버 회로(31), 디지털 아날로그 변환 회로(32), 화소 회로(51)의 순서로 화상 데이터가 송신되어도 좋다.
게이트 드라이버 회로(33)는 일례로서 화소 회로(51) 중 화상 데이터가 송신되는 화소 회로를 선택하는 기능을 가진다. 그러므로 게이트 드라이버 회로(33)는 배선(GL)을 통하여 화소 회로(51)에 전기적으로 접속되어 있다.
레벨 시프터(34)는 일례로서 소스 드라이버 회로(31), 디지털 아날로그 변환 회로(32), 게이트 드라이버 회로(33) 등에 입력되는 신호를 적절한 레벨을 가지는 신호로 변환하는 기능을 가진다.
기억 장치(41)는 일례로서 화소 회로(51)에 표시되는 화상 데이터를 저장하는 기능을 가진다. 또한 기억 장치(41)는 화상 데이터를 디지털 데이터 또는 아날로그 데이터로서 저장하는 구성을 가질 수 있다.
또한 기억 장치(41)에 화상 데이터를 저장하는 경우, 기억 장치(41)는 비휘발성 메모리를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 기억 장치(41)로서는 예를 들어 NAND형 메모리 등을 적용할 수 있다.
또한 기억 장치(41)에 GPU(42), EL 보정 회로(43), CPU(45) 등에서 생성되는 일시적 데이터를 저장하는 경우, 기억 장치(41)로서 휘발성 메모리를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우 기억 장치(41)로서는 예를 들어 SRAM(Static Random Access Memory), DRAM(Dynamic Random Access Memory) 등을 적용할 수 있다.
GPU(42)는 일례로서 기억 장치(41)로부터 판독된 화상 데이터를 화소 회로(51)에 출력하기 위한 처리를 수행하는 기능을 가진다. 특히 GPU(42)는 파이프라인 처리를 병렬로 수행하는 구성을 가지기 때문에, 화소 회로(51)에 출력되는 화상 데이터를 고속으로 처리할 수 있다. 또한 GPU(42)는 인코딩된 화상을 디코딩하기 위한 디코더로서의 기능도 가질 수 있다.
또한 기능 회로(40)에는 표시 장치(10)의 표시 품질을 높일 수 있는 회로가 복수로 포함되어도 좋다. 상기 회로로서는, 예를 들어 표시되는 화상의 색 불균일을 검지하고, 이 색 불균일을 보정하여 최적의 화상을 얻는 보정 회로(조색, 조광)를 제공하여도 좋다. 또한 유기 EL이 사용된 발광 디바이스가 표시 소자에 적용되어 있는 경우, 기능 회로(40)에는 EL 보정 회로를 제공하여도 좋다. 기능 회로(40)는 일례로서 EL 보정 회로(43)를 포함한다.
또한 앞에서 설명한 화상 보정에는 인공 지능을 사용하여도 좋다. 예를 들어 화소 회로에 흐르는 전류(또는 화소 회로에 인가되는 전압)를 모니터링하여 취득하고, 표시된 화상을 이미지 센서 등으로 취득하고, 전류(또는 전압)와 화상을 인공 지능의 연산(예를 들어 인공 신경망 등)의 입력 데이터로서 취급하고, 그 출력 결과를 바탕으로 상기 화상의 보정 유무를 판단하여도 좋다.
또한 인공 지능의 연산은 화상 보정뿐만 아니라, 화상 데이터의 업컨버전(다운컨버전)에도 응용할 수 있다. 일례로서, 6의 GPU(42)로서 각종 보정의 연산(색 불균일 보정(42a), 업컨버전(42b) 등)을 수행하기 위한 블록을 나타내었다.
타이밍 컨트롤러(44)는 일례로서 화상을 표시할 때의 프레임 레이트를 변경하는 기능을 가진다. 예를 들어 표시 장치(10)가 정지 화상을 표시하는 경우에는 타이밍 컨트롤러(44)에 의하여 프레임 레이트를 낮추어 구동시킬 수 있고, 예를 들어 표시 장치(10)가 동영상을 표시하는 경우에는 타이밍 컨트롤러(44)에 의하여 프레임 레이트를 높여 구동시킬 수 있다.
CPU(45)는 일례로서 운영 체계의 실행, 데이터의 제어, 각종 연산 및 프로그램의 실행 등 범용적인 처리를 수행하는 기능을 가진다. CPU(45)는 예를 들어 기억 장치(41)에서의 화상 데이터의 기록 동작 또는 판독 동작, 화상 데이터의 보정 동작, 후술하는 센서에 대한 동작 등의 명령을 수행하는 기능을 가진다. 또한 예를 들어 CPU(45)는 기능 회로(40)에 포함되는 회로 중 적어도 하나에 제어 신호를 송신하는 기능을 가져도 좋다.
센서 컨트롤러(46)는 일례로서 센서를 제어하는 기능을 가진다. 또한 도 5에는 상기 센서에 전기적으로 접속하기 위한 배선으로서 배선(SNCL)을 나타내었다.
상기 센서는 예를 들어 표시부에 포함될 수 있는 터치 센서로 할 수 있다. 또는 상기 센서는 예를 들어 조도 센서로 할 수 있다.
전원 회로(47)는 일례로서 화소 회로(51), 구동 회로(30), 및 기능 회로(40)에 포함되는 회로 등에 공급하는 전압을 생성하는 기능을 가진다. 또한 전원 회로(47)는 전압을 공급하는 회로를 선택하는 기능을 가져도 좋다. 예를 들어 전원 회로(47)는 정지 화상이 표시되는 기간에 CPU(45), GPU(42) 등에 대한 전압 공급을 정지함으로써, 표시 장치(10) 전체의 소비 전력을 절감할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스 및 센서 디바이스와 회로 디바이스(화소 회로, 구동 회로, 기능 회로 등)가 적층된 구성으로 할 수 있다. 주변 회로인 구동 회로 및 기능 회로를 화소 회로와 중첩하여 배치할 수 있기 때문에 베젤의 폭을 매우 좁게 할 수 있어 소형화된 표시 장치로 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서 각 회로가 적층되면, 각 회로 사이를 접속하는 배선을 짧게 할 수 있기 때문에, 경량화된 표시 장치로 할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 화소의 정세도가 향상된 표시부를 포함할 수 있기 때문에 표시 품질이 우수한 표시 장치로 할 수 있다.
본 실시형태에서 예시한 구성예 및 이들에 대응하는 도면 등은 적어도 그 일부를 다른 구성예 또는 도면 등과 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 6의 (A)는 표시 장치(980)와 사용자의 눈의 위치 관계를 나타내는 단면 모식도이다. 표시 장치(980)는 복수의 발광 디바이스와 복수의 센서 디바이스를 가진다.
표시 장치(980)가 가지는 발광 디바이스로부터의 발광(951)은 광학계(950)를 통하여 눈에 조사되고, 눈이 반사한 광은 센서 디바이스에서 수광된다. 표시 장치(980)는 눈 주변, 눈 표면, 또는 눈 내부(안저 등)의 촬상을 수행할 수 있다.
예를 들어 도 6의 (A)에 나타낸 표시 장치(980)는 발광 디바이스 및 센서 디바이스를 가지기 때문에 광학계(950)를 통하여 안저를 촬영하여 망막 패턴의 화상 데이터를 취득할 수 있다. 다만 광학계(950)에서 초점을 조절하면, 그 외에는 촬영이 어려워진다. 예를 들어 안저에 초점을 맞춘 경우에는 눈 주변 등은 초점이 맞지 않기 때문에 촬영을 거의 할 수 없다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 화소에 발광 디바이스 및 수광 디바이스를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 화소가 수광 기능을 가지기 때문에 화상을 표시하면서 대상물의 접촉 또는 근접을 검출할 수 있다. 예를 들어 표시 장치가 가지는 부화소를 사용하여 화상을 표시하는 것에 한정되지 않고, 일부의 부화소가 광원으로서의 광을 나타내고, 다른 일부의 부화소는 광 검출을 수행하고, 나머지의 부화소에서 화상을 표시할 수도 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부에 발광 디바이스가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에서 화상을 표시할 수 있다. 또한 상기 표시부에는 수광 디바이스가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 표시부는 화상 표시 기능뿐만 아니라 촬상 기능 및 센싱 기능 중 한쪽 또는 양쪽도 가진다. 표시부는 이미지 센서에 사용할 수 있다. 즉 표시부에서 광을 검출함으로써 화상을 촬상하는 것, 또는 화상을 정기적으로 모니터링함으로써 대상물의 움직임(눈, 눈꺼풀, 또는 안구의 움직임)을 검출하는 것이 가능하다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서 표시 장치와 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되기 때문에 전자 기기의 부품 점수를 삭감할 수 있다.
우선 도 6의 (A) 및 (B)를 사용하여 사용자의 눈 깜박임·눈꺼풀의 움직임을 검출하는 방법에 대하여 이하에서 설명한다.
<눈 깜박임·눈꺼풀의 움직임>
표시 장치(980)로부터 근적외광을 발광시킨다. 이 근적외광은 광학계(950)를 통과하여 사용자의 눈 또는 사용자의 눈 근방에 조사된다. 반사된 광은 다시 광학계(950)를 통과하여 표시 장치(980)에 입사된다. 이에 의하여 대상물의 상태를 검출할 수 있다.
또한 도 6의 (B)는 사용자의 눈 및 사용자의 눈 근방을 설명하는 모식도이다. 도 6의 (B)에서는 사용자의 눈썹(960), 사용자의 눈꺼풀(상안검(966) 및 하안검(967)), 사용자의 속눈썹(961), 사용자의 동공(962), 사용자의 각막(963), 및 사용자의 공막(965)을 나타내었다. 표시 장치(980)는 도 6의 (B)에 나타낸 사용자의 눈썹(960), 사용자의 눈꺼풀(상안검(966) 및 하안검(967)), 사용자의 속눈썹(961), 사용자의 동공(962), 사용자의 각막(963), 및 사용자의 공막(965) 중 선택되는 어느 하나 또는 복수를 검출하는 기능을 가진다.
예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 장치(980)를 사용하여, 도 6의 (B)에 나타낸 사용자의 눈 또는 사용자의 눈 근방의 상태를 검출할 수 있다. 예를 들어 사용자가 눈꺼풀(상안검(966) 및 하안검(967))을 감고 있을 때는 근적외광은 눈꺼플의 표면, 즉 피부에 조사된다. 또한 눈꺼플이 열려 있을 때는 근적외광은 안구의 표면에 조사된다. 피부와 안구의 표면에서는 반사율이 상이하기 때문에 반사되는 근적외광 강도는 상이하다. 이 상태를 연속적으로 모니터링함으로써 표시 장치(980)는 눈 깜박임의 횟수 및 한 번의 눈 깜박임에 걸리는 시간 중 한쪽 또는 양쪽을 검출할 수 있다.
디스플레이를 장시간 시인하는 경우, 눈 깜박임의 횟수가 줄어드는 경우가 있다. 또한 사용자에게 피로가 생기면, 눈 깜박임의 간격이 길어지고 한 번의 눈 깜박임의 시간이 길어지는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에 있어서는 사용자의 단위 시간당 눈 깜박임의 횟수 및 한 번의 눈 깜박임에 걸리는 시간 중 한쪽 또는 양쪽에서 사용자의 피로 정도를 추측할 수 있다.
<눈동자의 움직임>
각막(예를 들어 도 6의 (B)에 나타낸 각막(963))과 공막(예를 들어 도 6의 (B)에 나타낸 공막(965))의 경계 영역에 적외광의 원형 스폿을 맞추면 안구의 움직임에 따라 적외광 스폿의 조사 범위에 있어서 각막을 덮는 영역과 공막을 덮는 영역의 비율이 변화된다. 각막을 덮는 영역과 공막을 덮는 영역에서는 공막을 덮는 영역으로부터의 반사율이 압도적으로 더 크기 때문에 안구의 움직임의 따라 반사광량이 변화된다. 상기 변화를 측정함으로써 사용자가 어느 방향을 보고 있는지 검출할 수 있다.
<공막 반사법>
다음으로 공막 반사법에 대하여 설명한다. 표시 장치(980)로부터 근적외광을 발광시킨다. 이 근적외광은 광학계(950)를 통과하여 사용자의 눈에 조사된다. 눈으로 반사된 광은 다시 광학계(950)를 통과하여 표시 장치(980)에 입사한다. 이에 의하여 대상물의 상태를 검출할 수 있다. 표시되는 영상을 보고 있는 경우, 움직임이 빠른 것을 보면 시선을 돌린다. 시선을 돌리는 경우에는 안구가 움직인다. 안구가 움직이는 경우, 적외광이 조사되는 각막을 덮는 영역과 공막을 덮는 영역의 비율이 변화되기 때문에 반사광 성분을 모니터링하여 안구의 움직임을 검출할 수 있다. 즉 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 시선 추적 기능을 가진다.
시선 추적에 의하여 사용자의 시선을 검출함으로써, 사용자가 주시하고 있는 영역을 추정할 수 있다. 그리고 가변 레이트 셰이딩에 의하여 사용자가 주시하고 있는 영역 이외의 해상도를 낮춤으로써 표시 장치(980)의 연산량을 저감하여 소비 전력이 저감된 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 표시 장치(980)에 발광 디바이스와 센서 디바이스의 양쪽을 가지기 때문에 부재 점수를 삭감할 수 있다.
다음으로 도 6의 (A) 및 (C)를 사용하여 사용자의 눈의 안저 진단에 대하여 설명한다.
<안저 진단>
도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이, 사용자의 눈은 수정체(942), 망막(941), 시신경(943), 유리체(947), 맥락막(948), 및 각막 등으로 구성된다. 또한 각막과 수정체 사이에 동공이 있지만, 간략화를 위하여 각막 및 동공은 도시하지 않았다. 모양체는 홍채로부터 이어지는 조직이고, 모양체로부터 이어지는 조직이 맥락막(948)이다. 홍채와 동공은 카메라의 조리개와 같이 망막(941)에 조사되는 광을 조절한다. 망막(941)의 모양, 소위 망막 패턴은 기본적으로는 태어나서부터 죽을 때까지 변화되지 않는 것으로 알려져 있고, 망막 패턴을 사용함으로써 개인 인증 등을 할 수 있다. 표시 장치(980)에서 얻을 수 있는 망막 패턴을 사용하여 원격지에서도 눈의 진단을 수행할 수 있다.
또한 광학계(950)를 조정함으로써 안저에 초점을 맞추지 않고, 표시 장치(980)는 사용자의 눈 깜박임, 눈동자의 움직임, 및 눈꺼풀의 움직임 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 검출하는 기능을 가진다. 즉 표시 장치(980)는 안정 피로를 검출하는 기능을 가진다.
다음으로 도 6의 (C)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 사용한 촬상으로 얻을 수 있는 오른쪽 눈의 망막 패턴의 일례를 나타내었다. 망막(941)에서는 시신경 유두(944), 정맥(945), 동맥(946), 황반, 중심와 등을 관찰할 수 있다. 또한 도 6의 (C)에서는 정맥(945)과 동맥(946)의 구별을 용이하게 하기 위하여 정맥(945)을 동맥(946)보다도 굵은 실선으로 나타내었다. 시신경 유두(944)는 시신경(943)과 망막(941)의 경계 부분을 가리키며, 시신경 유두(944)로부터 정맥(945) 또는 동맥(946)이 연장되도록 배치되어 있다. 또한 안저란 안구의 뒤쪽 부분을 가리키며, 망막(941), 유리체(947), 맥락막(948), 시신경 유두(944)의 총칭이다. 또한 왼쪽 눈의 경우, 시신경 유두(944)는 망막 패턴의 왼쪽에 위치하고, 도 6의 (C)의 오른쪽 눈의 망막 패턴을 좌우 반전시킨 듯한 망막 패턴이 된다.
표시 장치(980)가 가지는 센서 디바이스를 사용하여 안저의 망막 패턴을 취득하기 위해서는 동공을 열리는 필요가 있다. 동공을 열어 안저를 촬상하기 위하여 다음 순서로 표시를 바꾼다. 표시 장치(980)의 표시 화면을 서서히 어둡게 하여 사용자의 눈을 암순응시킨다. 16.7ms 이하의 단시간 동안 표시 화면을 밝게 하여 촬상한다. 그 후에 표시 화면을 서서히 원래의 밝기로 되돌린다.
또한 표시 장치(980)를 사용하여 사용자의 눈 피로도를 검출할 수도 있다. 일정 기간 동안 표시 화면을 밝게 하여 촬상할 때 사용자가 눈을 깜박이면 눈을 촬영할 수 없기 때문에 눈 깜박임의 횟수, 타이밍, 또는 눈을 감고 있는 시간을 검출함으로써 눈 깜박임의 빈도, 눈 깜박임의 간격, 눈을 감고 있는 시간 등으로부터 AI(Artificial Intelligence)를 이용한 시스템을 사용하여 눈 피로도를 추정할 수도 있다.
또한 표시 장치(980)의 표시 화면을 어둡게 하는 사이에 사용자의 눈 피로도를 검출하기 위하여 여러 번 촬상하여도 좋다. 여러 번 촬상함으로써, 망막 혈관의 박동을 검출하여 사용자의 안정 상태 또는 긴장 상태 등의 판정을 AI를 이용한 시스템에 의하여 수행할 수도 있다. 또한 표시 장치(980)가 얻은 다양한 데이터를 사용하여 고혈압 또는 당뇨병의 진단 등도 AI를 이용한 시스템에 의하여 수행할 수 있다. AI를 이용한 시스템을 사용하는 경우에는 표시 장치(980)에 제어 회로를 탑재한다. 제어 회로에는 CPU 또는 GPU를 사용한다. 또한 제어 회로에는 CPU와 GPU를 하나의 칩으로 통합한 APU(Accelerated Processing Unit)를 사용할 수도 있다. 또한 AI 시스템이 제공된 IC(추론 칩이라고도 함)를 사용하여도 좋다. AI 시스템이 제공된 IC는 뉴럴 네트워크 연산을 수행하는 회로(마이크로프로세서)라고 하는 경우도 있다.
또한 표시 장치(980)의 표시 화면을 어둡게 하는 사이에, 주목하기 쉬운 패턴을 표시 장치(980)의 화면에 표시함으로써 안구의 방향을 제어하여도 좋다.
표시 장치(980)와 눈 표면(예를 들어 각막)까지의 거리는 5cm 이하인 것이 바람직하고, 2cm 이하인 것이 더 바람직하다. 이 위치 관계를 실현하기 위하여 초점 거리가 짧은 광학계(950)가 표시 장치(980)와 눈 사이에 배치된다.
광학계(950)에 의하여 화면을 10배로 확대하여 표시할 때, 예를 들어 표시 장치(980)의 표시 화면 사이즈를 대각 약 1인치로, 해상도(정세도)를 약 2450ppi로 한 경우에는 센서 화소의 피치는 약 10.4μm가 된다. 망막의 정맥(945) 또는 동맥(946) 각각의 혈관경은 약 100μm보다 작기 때문에 상기 표시 장치(980)를 사용하여 촬상할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 화소 회로(51)에 적용할 수 있는 화소 회로의 구성예 및 구동 방법의 예에 대하여 설명한다.
도 7의 (A)에 나타낸 화소 회로(51A)는 트랜지스터(52A), 트랜지스터(52B), 및 용량 소자(53)를 포함한다. 또한 도 7의 (A)에는 화소 회로(51A)에 접속되는 표시 소자(61)를 나타내었다. 또한 화소 회로(PIX1)에는 배선(SL), 배선(GL), 배선(ANO), 및 배선(VCOM)이 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(52A)는 게이트가 배선(GL)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(SL)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽이 트랜지스터(52B)의 게이트 및 용량 소자(C1)의 한쪽 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(52B)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(ANO)에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽이 표시 소자(61)의 애노드에 전기적으로 접속되어 있다. 용량 소자(C1)는 다른 쪽 전극이 표시 소자(61)의 애노드에 전기적으로 접속되어 있다. 표시 소자(61)는 캐소드가 배선(VCOM)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 7의 (B)에 나타낸 화소 회로(51B)는 화소 회로(51A)에 트랜지스터(52C)를 추가한 구성을 가진다. 또한 화소 회로(51B)에는 배선(V0)이 전기적으로 접속되어 있다.
도 7의 (C)의 화소 회로(51C)는 상기 화소 회로(51A)의 트랜지스터(52A) 및 트랜지스터(52B)로서 한 쌍의 게이트가 전기적으로 접속된 트랜지스터를 적용한 경우의 예를 나타낸 것이다. 또한 도 7의 (D)의 화소 회로(51D)는 화소 회로(51B)에 상기 트랜지스터를 적용한 경우의 예를 나타낸 것이다. 이에 의하여, 트랜지스터가 흘리는 전류를 증대시킬 수 있다. 또한 여기서는 모든 트랜지스터로서 한 쌍의 게이트가 전기적으로 접속된 트랜지스터를 적용하였지만, 이에 한정되지 않는다. 또한 한 쌍의 게이트를 가지고, 이들이 각각 다른 배선에 전기적으로 접속되는 트랜지스터를 적용하여도 좋다. 예를 들어 한쪽 게이트와 소스가 전기적으로 접속된 트랜지스터를 사용함으로써 신뢰성을 높일 수 있다.
도 8의 (A)에 나타낸 화소 회로(51E)는 상기 화소 회로(51B)에 트랜지스터(52D)를 추가한 구성을 가진다. 또한 화소 회로(51E)에는 3개의 게이트선으로서 기능하는 배선(배선(GL1), 배선(GL2), 및 배선(GL3))이 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(52D)는 게이트가 배선(GL3)에 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 트랜지스터(52B)의 게이트에 전기적으로 접속되고, 다른 쪽이 배선(V0)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한 트랜지스터(52A)의 게이트가 배선(GL1)에 전기적으로 접속되고, 트랜지스터(52C)의 게이트가 배선(GL2)에 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(52C)와 트랜지스터(52D)를 동시에 도통 상태로 함으로써, 트랜지스터(52B)의 소스와 게이트가 같은 전위가 되어 트랜지스터(52B)를 비도통 상태로 할 수 있다. 이에 의하여, 표시 소자(61)에 흐르는 전류를 강제적으로 차단할 수 있다. 이러한 화소 회로는 표시 기간과 소등 기간을 교대로 제공하는 표시 방법을 사용하는 경우에 적합하다.
도 8의 (B)의 화소 회로(51F)는 상기 화소 회로(51E)에 용량 소자(53A)를 추가한 경우의 예를 나타낸 것이다. 용량 소자(53A)는 저장 커패시터로서 기능한다.
도 8의 (C)의 화소 회로(51G) 및 도 8의 (D)의 화소 회로(51H)는 각각 상기 화소 회로(51E) 또는 화소 회로(51F)에 한 쌍의 게이트를 가지는 트랜지스터를 적용한 경우의 예를 나타낸 것이다. 트랜지스터(52A), 트랜지스터(52C), 트랜지스터(52D)로서는 한 쌍의 게이트가 전기적으로 접속된 트랜지스터가 적용되고, 트랜지스터(52B)로서는 한쪽 게이트가 소스에 전기적으로 접속된 트랜지스터가 적용되어 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 9 내지 도 14를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고정세의 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 손목시계형, 팔찌형 등의 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 모듈]
도 9의 (A)에 표시 모듈(280)의 사시도를 나타내었다. 표시 모듈(280)은 표시 장치(100A)와 FPC(290)를 가진다. 또한 표시 모듈(280)이 가지는 표시 장치는 표시 장치(100A)에 한정되지 않고, 후술하는 표시 장치(100B) 내지 표시 장치(100E) 중 어느 것을 사용하여도 좋다.
표시 모듈(280)은 기판(291) 및 기판(292)을 가진다. 표시 모듈(280)은 표시부(281)를 가진다. 표시부(281)는 표시 모듈(280)에서의 화상을 표시하는 영역이고, 후술하는 화소부(284)에 제공되는 각 화소로부터의 광을 시인할 수 있는 영역이다.
도 9의 (B)는 기판(291) 측의 구성을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 기판(291) 위에는 회로부(282)와, 회로부(282) 위의 화소 회로부(283)와, 화소 회로부(283) 위의 화소부(284)가 적층되어 있다. 또한 기판(291) 위의 화소부(284)와 중첩되지 않은 부분에 FPC(290)와 접속시키기 위한 단자부(285)가 제공되어 있다. 단자부(285)와 회로부(282)는 복수의 배선으로 구성되는 배선부(286)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다.
화소부(284)는 주기적으로 배열한 복수의 화소(284a)를 가진다. 도 9의 (B)의 오른쪽에 하나의 화소(284a)의 확대도를 나타내었다. 화소(284a)는 6개의 소자를 가진다. 화소(284a)는 발광색이 서로 상이한 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)를 가진다. 화소(284a)는 소자(130d, 130e, 130f)를 더 가진다. 소자(130d, 130e, 130f)는 실시형태 1에서 설명한 소자(62)에 상당하고, 예를 들어 발광 디바이스 또는 센서 디바이스를 사용할 수 있다. 또한 하나의 화소가 가지는 소자의 개수 및 배열 방법은 특별히 한정되지 않는다.
또한 화소(284a)는 6개의 부화소로 구성되어 있다. 이와 같이 많은 부화소를 가지는 화소에 있어서 높은 개구율을 실현하는 것은 매우 어렵다. 또는 많은 부화소를 가지는 화소를 사용하여 정세도가 높은 표시 장치를 실현하는 것은 어렵다. 그래서 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에 있어서, 섬 형상의 EL층은 정세한 패턴을 가지는 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성된다. 이로써 지금까지 실현이 어려웠던 고정세 표시 장치 또는 고개구율 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층을 색마다 따로따로 형성할 수 있기 때문에, 매우 선명하고 콘트라스트가 높고 표시 품질이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 수광 디바이스를 내장한 광 검출 기능을 가지는 고정세 표시 장치 또는 고개구율 표시 장치를 실현할 수 있다.
예를 들어 메탈 마스크(섀도 마스크라고도 함)를 사용한 진공 증착법으로 섬 형상의 발광층을 성막할 수 있다. 그러나 이 방법으로는 메탈 마스크의 정밀도, 메탈 마스크와 기판의 위치 어긋남, 메탈 마스크의 휨, 그리고 증기의 산란 등으로 인한 성막되는 막의 윤곽의 확장 등, 다양한 영향에 의하여 섬 형상의 발광층의 형상 및 위치가 설계와 달라지기 때문에, 표시 장치의 고정세화 및 고개구율화가 어렵다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는 섬 형상의 화소 전극(하부 전극이라고도 할 수 있음)을 형성하고, 제 1 색의 광을 방출하는 발광층을 포함하는 제 1 층(EL층 또는 EL층의 일부라고 할 수 있음)을 면 전체에 형성한 후, 제 1 층을 가공함으로써 섬 형상의 제 1 층을 형성한다. 이어서 제 1 층과 마찬가지로 제 2 색의 광을 방출하는 발광층을 포함하는 제 2 층(EL층 또는 EL층의 일부라고 할 수 있음)을 면 전체에 형성하고, 제 2 층을 가공함으로써 섬 형상의 제 2 층을 형성한다.
인접한 발광 디바이스의 간격은 예를 들어 메탈 마스크를 사용한 형성 방법으로는 10μm 미만으로 하는 것은 어렵지만, 상술한 방법을 사용하면 3μm 이하, 2μm 이하, 또는 1μm 이하까지 좁힐 수 있다.
또한 메탈 마스크를 사용한 경우에 비하여, EL층 자체의 패턴(가공 크기라고도 할 수 있음)도 매우 작게 할 수 있다. 또한 예를 들어 EL층을 따로따로 형성하기 위하여 메탈 마스크를 사용한 경우에는 EL층의 중앙부와 단부 사이에서 두께가 불균일하게 되기 때문에, EL층의 면적에 대하여 발광 영역으로서 사용할 수 있는 유효 면적은 작아진다. 한편, 상기 제작 방법에서는 균일한 두께로 성막한 막을 가공함으로써 EL층을 형성하기 때문에, EL층 내에서 두께를 균일하게 할 수 있고, 미세한 패턴이어도 대부분의 영역을 발광 영역으로서 사용할 수 있다. 그러므로 높은 정세도와 높은 개구율을 가진 표시 장치를 제작할 수 있다.
여기서 제 1 층 및 제 2 층은 각각 적어도 발광층을 포함하고, 바람직하게는 복수의 층으로 이루어진다. 구체적으로는 발광층 위에 1층 이상의 층을 가지는 것이 바람직하다. 발광층과 희생층 사이에 다른 층을 가짐으로써 표시 장치의 제작 공정 중에 발광층이 최표면에 노출되는 것을 억제하여 발광층이 받는 대미지를 저감할 수 있다. 이에 의하여 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 각각 다른 색의 광을 방출하는 발광 디바이스에 있어서 EL층을 구성하는 모든 층을 따로따로 형성할 필요는 없고, 일부의 층은 동일 공정으로 성막할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는 EL층을 구성하는 일부의 층을 색마다 섬 형상으로 형성한 후, EL층을 구성하는 나머지 층(예를 들어 캐리어 주입층)과 공통 전극(상부 전극이라고도 할 수 있음)을 각 색의 발광 디바이스에서 공통으로 형성한다.
발광 디바이스 등의 센서 디바이스에 대해서도 발광 디바이스와 같은 제작 방법을 적용할 수 있다. 수광 디바이스가 가지는 섬 형상의 활성층(광전 변환층이라고도 함)은 정세한 패턴을 가지는 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, 활성층이 되는 막을 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에 섬 형상의 활성층을 균일한 두께로 형성할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치의 화소에 있어서, 발광 디바이스 또는 수광 디바이스를 가지는 부화소는 각각 1변이 1μm 이상 10μm 이하인 발광 영역 또는 수광 영역을 가지는 구성으로 할 수 있다. 또한 화소는 인접한 2개의 부화소 사이의 거리가 1μm 미만인 영역을 가지는 구성으로 할 수 있다.
화소 회로부(283)는 주기적으로 배열된 복수의 화소 회로(283a)를 가진다.
하나의 화소 회로(283a)는 하나의 화소(284a)가 가지는 복수의 소자의 구동을 제어하는 회로이다. 하나의 화소 회로(283a)는 소자의 구동을 제어하는 회로가 6개 제공되는 구성으로 하여도 좋다. 예를 들어 화소 회로(283a)는 하나의 발광 디바이스에 대하여 하나의 선택 트랜지스터와 하나의 전류 제어용 트랜지스터(구동 트랜지스터)와 용량 소자를 적어도 가지는 구성으로 할 수 있다. 이때 선택 트랜지스터의 게이트에는 게이트 신호가 입력되고, 소스 및 드레인 중 한쪽에는 소스 신호가 입력된다. 이로써 액티브 매트릭스형 표시 장치가 실현되어 있다.
회로부(282)는 화소 회로부(283)의 각 화소 회로(283a)를 구동하는 회로를 가진다. 예를 들어 게이트선 구동 회로 및 소스선 구동 회로 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 것이 바람직하다. 이 외에 연산 회로, 메모리 회로, 및 전원 회로 등 중 적어도 하나를 가져도 좋다.
FPC(290)는 외부로부터 회로부(282)에 비디오 신호 또는 전원 전위 등을 공급하기 위한 배선으로서 기능한다. 또한 FPC(290) 위에 IC가 실장되어 있어도 좋다.
표시 모듈(280)은 화소부(284)의 아래쪽에 화소 회로부(283) 및 회로부(282) 중 한쪽 또는 양쪽이 중첩되어 제공된 구성으로 할 수 있기 때문에, 표시부(281)의 개구율(유효 표시 면적비)을 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)의 개구율은 40% 이상 100% 미만, 바람직하게는 50% 이상 95% 이하, 더 바람직하게는 60% 이상 95% 이하로 할 수 있다. 또한 화소(284a)를 매우 높은 밀도로 배치할 수 있어 표시부(281)의 정세도를 매우 높게 할 수 있다. 예를 들어 표시부(281)에는 2000ppi 이상, 바람직하게는 3000ppi 이상, 더 바람직하게는 5000ppi 이상, 더욱 바람직하게는 6000ppi 이상이고, 20000ppi 이하 또는 30000ppi 이하의 정세도로 화소(284a)가 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 표시 모듈(280)은 정세도가 매우 높기 때문에, 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기 또는 안경형 AR용 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 렌즈를 통하여 표시 모듈(280)의 표시부를 시인하는 구성이어도, 표시 모듈(280)은 정세도가 매우 높은 표시부(281)를 가지기 때문에, 렌즈로 표시부가 확대되어도 화소가 시인되지 않아 몰입감이 높은 표시를 수행할 수 있다. 또한 표시 모듈(280)은 이에 한정되지 않고, 비교적 소형의 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 손목시계 등의 장착형 전자 기기의 표시부에 적합하게 사용할 수 있다.
[표시 장치(100A)]
도 10의 (A)에 나타낸 표시 장치(100A)는 기판(301), 발광 디바이스(130a, 130b, 130c), 용량 소자(240), 및 트랜지스터(310)를 가진다.
기판(301)은 도 9의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다.
트랜지스터(310)는 기판(301)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터이다. 기판(301)으로서는 예를 들어 단결정 실리콘 기판 등의 반도체 기판을 사용할 수 있다. 트랜지스터(310)는 기판(301)의 일부, 도전층(311), 저저항 영역(312), 절연층(313), 및 절연층(314)을 가진다. 도전층(311)은 게이트 전극으로서 기능한다. 절연층(313)은 기판(301)과 도전층(311) 사이에 위치하고 게이트 절연층으로서 기능한다. 저저항 영역(312)은 기판(301)에 불순물이 도핑된 영역이고 소스 및 드레인 중 한쪽으로서 기능한다. 절연층(314)은 도전층(311)의 측면을 덮어 제공된다.
또한 기판(301)에 매립되도록 인접된 2개의 트랜지스터(310) 사이에 소자 분리층(315)이 제공되어 있다.
또한 트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다.
용량 소자(240)는 도전층(241)과, 도전층(245)과, 이들 사이에 위치하는 절연층(243)을 가진다.
도전층(241)은 절연층(261) 위에 제공되고 절연층(254)에 매립되어 있다. 도전층(241)은 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽에 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(243)은 도전층(241)을 덮어 제공된다. 도전층(245)은 절연층(243)을 개재(介在)하여 도전층(241)과 중첩되는 영역에 제공되어 있다.
용량 소자(240)를 덮어 절연층(255a)이 제공되고, 절연층(255a) 위에 절연층(255b)이 제공되어 있다.
절연층(255a), 절연층(255b)으로서는 각각 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 및 질화산화 절연막 등의 각종 무기 절연막을 적합하게 사용할 수 있다. 절연층(255a)으로서는 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 산화 알루미늄막 등의 산화 절연막 또는 산화질화 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 절연층(255b)으로서는 질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막 등의 질화 절연막 또는 질화산화 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 더 구체적으로는 절연층(255a)으로서 산화 실리콘막을 사용하고, 절연층(255b)으로서 질화 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 절연층(255b)은 에칭 보호막으로서의 기능을 가지는 것이 바람직하다. 또는 절연층(255a)으로서 질화 절연막 또는 질화산화 절연막을 사용하고, 절연층(255b)으로서 산화 절연막 또는 산화질화 절연막을 사용하여도 좋다. 본 실시형태에서는 절연층(255b)에 오목부가 제공되어 있는 예를 나타내지만 절연층(255b)에 오목부가 제공되지 않아도 된다.
절연층(255b) 위에 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)가 제공되어 있다. 인접한 발광 디바이스 사이의 영역에는 절연물이 제공된다. 도 10의 (A) 등에서는 상기 영역에 절연층(125)과 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공된다.
본 실시형태에서는 표시 장치가 발광 디바이스가 형성된 기판과는 반대 방향으로 광을 방출하는 전면 발광형(톱 이미션형)인 예에 대하여 설명한다. 또한 발광 디바이스가 형성된 기판 측에 광을 방출하는 배면 발광형(보텀 이미션형) 또는 양면에 광을 방출하는 양면 발광형(듀얼 이미션형)이어도 좋다.
발광 디바이스(130a, 130b, 130c)는 각각 다른 색의 광을 방출한다. 본 실시형태에서는 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)가 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 광을 방출하는 조합인 예를 나타낸다.
발광 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 EL층을 가진다. 본 명세서 등에서는 한 쌍의 전극 중 한쪽을 화소 전극이라고 기재하고, 다른 쪽을 공통 전극이라고 기재하는 경우가 있다. 발광 디바이스가 가지는 한 쌍의 전극 중 한쪽 전극은 양극으로서 기능하고, 다른 쪽 전극은 음극으로서 기능한다. 이하에서는 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극이 음극으로서 기능하는 경우를 예로 들어 설명한다.
발광 디바이스(130a)는 절연층(255b) 위의 화소 전극(111a)과, 화소 전극(111a) 위의 섬 형상의 제 1 층(113a)과, 섬 형상의 제 1 층(113a) 위의 제 4 층(114)과, 제 4 층(114) 위의 공통 전극(115)을 가진다. 발광 디바이스(130a)에서 제 1 층(113a) 및 제 4 층(114)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
발광 디바이스(130b)는 화소 전극(111b), 제 2 층(113b), 제 4 층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다. 발광 디바이스(130c)는 화소 전극(111c), 제 3 층(113c), 제 4 층(114), 및 공통 전극(115)을 가진다.
발광 디바이스를 단면 관찰하였을 때, 하부 전극(화소 전극)의 측면과 발광층의 측면은 일치 또는 실질적으로 일치하는 영역을 가진다. 또한 상면에서 보았을 때 하부 전극의 상면 형상과 발광층의 상면 형상은 일치 또는 실질적으로 일치한다고도 할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 "상면 형상이 실질적으로 일치"란, 적층된 층과 층 사이에서 적어도 윤곽의 일부가 중첩되는 것을 말한다. 예를 들어 위층과 아래층이 동일한 마스크 패턴 또는 일부가 동일한 마스크 패턴을 사용하여 가공된 경우를 그 범주에 포함한다. 다만 엄밀하게 말하면 윤곽이 중첩되지 않고 위층이 아래층의 내측에 위치하거나 위층이 아래층의 외측에 위치하는 경우도 있고, 이 경우도 "상면 형상이 실질적으로 일치"라고 한다.
각 색의 발광 디바이스는 공통 전극으로써 동일한 막을 공유한다. 각 색의 발광 디바이스가 공통으로 가지는 공통 전극(115)은 도 10의 (B)에 나타낸 접속부(140)에 제공된 도전층(123)과 전기적으로 접속된다. 도전층(123)은 플러그(256)를 통하여 그 아래쪽에 제공되는 배선과 전기적으로 접속된다.
발광 디바이스의 화소 전극은 절연층(255a, 255b)에 매립된 플러그(256), 절연층(254)에 매립된 도전층(241), 및 절연층(261)에 매립된 플러그(271)에 의하여 트랜지스터(310)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되어 있다. 절연층(255b)의 상면 높이와 플러그(256)의 상면 높이는 일치 또는 실질적으로 일치한다. 플러그에는 각종 도전 재료를 사용할 수 있다.
또한 본 명세서 등에 있어서, "A와 B의 높이가 일치 또는 실질적으로 일치한다"란, A와 B의 높이가 일치하는 경우를 포함하며 A와 B의 높이가 일치하도록 제작되었을 때의 제조상의 오차에 의하여 A와 B의 높이에 차이가 생긴 경우를 포함한다.
예를 들어 절연층(261)을 형성하고, 절연층(261)에 개구를 제공하고, 상기 개구를 매립하도록 플러그(271)가 되는 도전층을 형성한 후, 화학 기계 연마(CMP) 법 등을 사용하여 평탄화 처리를 수행한다. 이로써 플러그(271)의 상면 높이와 절연층(261)의 상면 높이가 일치 또는 실질적으로 일치한 구성을 실현할 수 있다.
화소 전극 및 공통 전극 중 광을 추출하는 측의 전극에는 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 광을 추출하는 측의 전극에 가시광에 대한 투과성 및 반사성을 가지는 전극(반투과·반반사 전극)을 사용함으로써 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되는 것이 바람직하다. 이로써 발광층으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜, 발광 디바이스로부터 방출되는 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.
제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 각각 섬 형상으로 제공되고, 각각 다른 색의 광을 방출하는 발광층을 가지는 것이 바람직하다. 발광층은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 가시광을 방출하는 물질 및 근적외광 등의 비가시광을 방출하는 물질 등을 사용할 수 있다.
발광 물질로서는 형광 재료, 인광 재료, TADF 재료, 퀀텀닷 재료 등을 들 수 있다.
제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 발광층 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질(정공 수송성 재료라고도 표기함), 정공 차단 재료, 전자 수송성이 높은 물질(전자 수송성 재료라고도 표기함), 전자 주입성이 높은 물질, 전자 차단 재료, 또는 양극성의 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질, 양극성 재료라고도 표기함) 등을 포함한 층을 더 가져도 좋다.
발광 디바이스에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물의 어느 쪽이든 사용할 수 있고, 무기 화합물이 포함되어도 좋다. 발광 디바이스를 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들어 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 각각 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 하나 이상을 가져도 좋다.
EL층 중 각 색의 발광 디바이스에서 공통으로 형성되는 층으로서는 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 하나 이상을 적용할 수 있다. 예를 들어 제 4 층(114)으로서 캐리어 주입층(정공 주입층 또는 전자 주입층)을 형성하여도 좋다. 또한 EL층의 모든 층을 색마다 따로따로 형성하여도 좋다. 즉 EL층은 각 색의 발광 디바이스에서 공통으로 형성되는 층을 가지지 않아도 된다.
제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 각각은 발광층과 발광층 위의 캐리어 수송층을 가지는 것이 바람직하다. 이로써 표시 장치의 제작 공정 중에 발광층이 최표면에 노출되는 것을 억제하여 발광층이 받는 대미지를 저감할 수 있다. 이로써 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 탠덤 구조의 발광 디바이스를 제작하는 경우, 2개의 발광 유닛 사이에 중간층을 제공한다. 중간층은 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가하였을 때 2개의 발광 유닛 중 한쪽에 전자를 주입하고, 다른 쪽에 정공을 주입하는 기능을 가진다. 중간층은 전하 발생층이라고도 부를 수 있다.
화소 전극(111a, 111b, 111c), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면은 각각 절연층(125, 127)으로 덮여 있다. 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 및 절연층(125, 127) 위에 제 4 층(114)이 제공되고, 제 4 층(114) 위에 공통 전극(115)이 제공되어 있다.
이로써 제 4 층(114)(또는 공통 전극(115))이 화소 전극(111a, 111b, 111c), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 중 어느 것의 측면과 접하는 것을 억제하여 발광 디바이스의 단락을 억제할 수 있다.
절연층(125)은 적어도 화소 전극(111a, 111b, 111c)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 또한 절연층(125)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 절연층(125)은 화소 전극(111a, 111b, 111c), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 각각의 측면과 접하는 구성으로 할 수 있다.
절연층(127)은 절연층(125)에 형성된 오목부를 충전하도록 절연층(125) 위에 제공된다. 절연층(127)은 절연층(125)을 개재하여 화소 전극(111a, 111b, 111c), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 각각의 측면과 중첩되는 구성으로 할 수 있다.
또한 절연층(125) 및 절연층(127) 중 어느 한쪽을 제공하지 않아도 된다. 도 10의 (C)에 절연층(125)을 제공하지 않는 예를 나타내었다. 절연층(125)을 제공하지 않는 경우, 절연층(127)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 각각의 측면과 접하는 구성으로 할 수 있다. 또한 표시 장치는 화소 전극의 단부를 덮는 절연층을 가져도 좋다. 이 경우 상기 절연층 위에 절연층(125) 및 절연층(127) 중 한쪽 또는 양쪽이 제공되어도 좋다.
제 4 층(114) 및 공통 전극(115)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 절연층(125), 및 절연층(127) 위에 제공된다. 절연층(125) 및 절연층(127)을 제공하기 전의 단계에서는 화소 전극 및 EL층이 제공되는 영역과 화소 전극 및 EL층이 제공되지 않는 영역(발광 디바이스 사이의 영역)에 기인하는 단차가 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 절연층(125) 및 절연층(127)을 가짐으로써 상기 단차를 평탄화시킬 수 있어, 제 4 층(114) 및 공통 전극(115)의 피복성을 향상시킬 수 있다. 따라서 단절에 의한 접속 불량을 억제할 수 있다. 또는 단차에 의하여 공통 전극(115)이 국소적으로 박막화되어 전기 저항이 상승되는 것을 억제할 수 있다.
제 4 층(114) 및 공통 전극(115)의 형성면의 평탄성을 향상시키기 위하여 절연층(125)의 상면 및 절연층(127)의 상면의 높이는 각각 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 중 적어도 하나의 상면의 높이와 일치 또는 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 또한 절연층(127)의 상면은 평탄한 형상을 가지는 것이 바람직하고, 볼록부 또는 오목부를 가져도 좋다.
절연층(125)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면과 접하는 영역을 가지고, 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 보호 절연층으로서 기능한다. 절연층(125)을 제공함으로써 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면으로부터 내부에 불순물(산소, 수분 등)이 침입하는 것을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
단면에서 보았을 때 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면과 접하는 영역의 절연층(125)의 폭(두께)이 크면, 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 간격이 커져, 개구율이 낮아지는 경우가 있다. 또한 절연층(125)의 폭(두께)이 작으면, 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면으로부터 내부에 불순물이 침입하는 것을 억제하는 효과가 작아지는 경우가 있다. 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)의 측면과 접하는 영역에서의 절연층(125)의 폭(두께)은 3nm 이상 200nm 이하가 바람직하고, 3nm 이상 150nm 이하가 더 바람직하고, 5nm 이상 150nm 이하가 더 바람직하고, 5nm 이상 100nm 이하가 더 바람직하고, 10nm 이상 100nm 이하가 더 바람직하고, 10nm 이상 50nm 이하가 더 바람직하다. 절연층(125)의 폭(두께)을 상술한 범위로 함으로써, 높은 개구율을 가지며 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
절연층(125)은 무기 재료를 포함한 절연층으로 할 수 있다. 절연층(125)에는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 및 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 절연층(125)은 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다. 산화 절연막으로서는 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 마그네슘막, 인듐 갈륨 아연 산화물막, 산화 갈륨막, 산화 저마늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 란타넘막, 산화 네오디뮴막, 산화 하프늄막, 및 산화 탄탈럼막 등을 들 수 있다. 질화 절연막으로서는 질화 실리콘막 및 질화 알루미늄막 등을 들 수 있다. 산화질화 절연막으로서는 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막 등을 들 수 있다. 질화산화 절연막으로서는 질화산화 실리콘막, 질화산화 알루미늄막 등을 들 수 있다. 특히 산화 알루미늄은 에칭에 있어서 EL층과의 선택비가 높아, 후술하는 절연층(127)의 형성에 있어서 EL층을 보호하는 기능을 가지기 때문에 바람직하다. 특히 ALD법에 의하여 형성된 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 절연층(125)에 적용함으로써, 핀홀이 적고 EL층을 보호하는 기능이 우수한 절연층(125)을 형성할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서 산화질화물이란 그 조성으로서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화물이란 그 조성으로서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다. 예를 들어 산화질화 실리콘이라고 기재한 경우에는, 그 조성에서 질소보다 산소의 함유량이 많은 재료를 가리키고, 질화산화 실리콘이라고 기재한 경우에는, 그 조성에서 산소보다 질소의 함유량이 많은 재료를 가리킨다.
절연층(125)의 형성에는 스퍼터링법, CVD법, PLD법, ALD법 등을 사용할 수 있다. 절연층(125)은 피복성이 좋은 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연층(125) 위에 제공되는 절연층(127)은 인접한 발광 소자 사이에 형성된 절연층(125)의 오목부를 평탄화하는 기능을 가진다. 환언하면, 절연층(127)을 가짐으로써 공통 전극(115)을 형성하는 면의 평탄성을 향상시키는 효과가 있다. 절연층(127)으로서는 유기 재료를 포함한 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 절연층(127)으로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실리콘(silicone) 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 적용할 수 있다. 또한 절연층(127)으로서 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용할 수 있다. 또한 절연층(127)으로서 감광성 수지(유기 수지라고도 기재함)를 사용할 수 있다. 감광성 수지로서는 포토레지스트를 사용하여도 좋다. 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
절연층(127)의 상면의 높이와 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 중 어느 것의 상면의 높이의 차이가 예를 들어 절연층(127)의 두께의 0.5배 이하인 것이 바람직하고, 0.3배 이하인 것이 더 바람직하다. 또한 예를 들어 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c) 중 어느 것의 상면이 절연층(127)의 상면보다 높아지도록 절연층(127)을 제공하여도 좋다. 또한 예를 들어 절연층(127)의 상면이 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 또는 제 3 층(113c)이 가지는 발광층의 상면보다 높아지도록 절연층(127)을 제공하여도 좋다.
또한 발광 디바이스(130a, 130b, 130c) 위에는 보호층(131)과 보호층(132)이 적층되어 제공되어 있다. 보호층(132) 위에는 수지층(122)에 의하여 기판(120)이 접합되어 있다. 보호층(131, 132)의 도전성에 제한은 없다. 보호층(131, 132)으로서는 절연막, 반도체막, 및 도전막 중 적어도 1종류를 사용할 수 있다.
보호층(131, 132)이 무기막을 가짐으로써 공통 전극(115)의 산화를 방지하거나 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)에 불순물(수분, 산소 등)이 들어가는 것을 억제하는 등, 발광 디바이스의 열화를 억제하여 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 보호층(131, 132)은 유기막을 가져도 좋다. 예를 들어 보호층(132)은 유기막과 무기막의 양쪽을 가져도 좋다.
화소 전극(111a, 111b, 111c) 각각의 상면 단부는 절연층으로 덮이지 않는다. 그러므로 인접된 발광 디바이스의 간격을 매우 좁게 할 수 있다. 따라서 고정세 또는 고해상도의 표시 장치로 할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 디바이스 사이의 거리를 좁게 할 수 있다. 구체적으로는 발광 디바이스 사이의 거리, EL층 사이의 거리, 또는 화소 전극 사이의 거리를 10μm 미만, 5μm 이하, 3μm 이하, 2μm 이하, 1μm 이하, 500nm 이하, 200nm 이하, 100nm 이하, 90nm 이하, 70nm 이하, 50nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 15nm 이하, 또는 10nm 이하로 할 수 있다. 환언하면 제 1 층(113a)의 측면과 제 2 층(113b)의 측면의 간격 또는 제 2 층(113b)의 측면과 제 3 층(113c)의 측면의 간격이 1μm 이하인 영역을 가지고, 바람직하게는 0.5μm(500nm) 이하인 영역을 가지고, 더 바람직하게는 100nm 이하인 영역을 가진다.
기판(120)의 수지층(122) 측의 면에는 차광층, 컬러 필터 등을 제공하여도 좋다. 또한 기판(120)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한 기판(120)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
기판(120)에는 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지, 금속, 합금, 반도체 등을 사용할 수 있다. 발광 디바이스로부터의 광을 추출하는 측의 기판에는 상기 광을 투과시키는 재료를 사용한다. 기판(120)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면, 표시 장치의 가요성을 높여 플렉시블 디스플레이를 실현할 수 있다. 또한 기판(120)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
수지층(122)으로서는 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등의 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 이외에, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 등의 도전층에 사용할 수 있는 재료로서는 알루미늄, 타이타늄, 크로뮴, 니켈, 구리, 이트륨, 지르코늄, 몰리브데넘, 은, 탄탈럼, 및 텅스텐 등의 금속, 그리고 상기 금속을 주성분으로 하는 합금 등을 들 수 있다. 이들 재료를 포함한 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
또한 투광성을 가지는 도전 재료로서는 산화 인듐, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 산화 아연, 갈륨을 포함한 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 재료가 포함되는 합금 재료를 사용할 수 있다. 또는 상기 금속 재료의 질화물(예를 들어 질화 타이타늄) 등을 사용하여도 좋다. 또한 금속 재료 또는 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 그리고 발광 디바이스가 가지는 도전층(화소 전극 또는 공통 전극으로서 기능하는 도전층)에도 사용할 수 있다.
각 절연층에 사용할 수 있는 절연 재료로서는 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지 등의 수지, 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄 등의 무기 절연 재료가 있다.
[표시 장치(100B)]
도 11에 나타낸 표시 장치(100B)는 트랜지스터의 구성이 표시 장치(100A)와 주로 상이하다. 또한 표시 장치(100A)와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
트랜지스터(320)는 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)이 적용된 트랜지스터(OS 트랜지스터)이다.
트랜지스터(320)는 반도체층(321), 절연층(323), 도전층(324), 한 쌍의 도전층(325), 절연층(326), 및 도전층(327)을 가진다.
기판(331)은 도 9의 (A) 및 (B)에서의 기판(291)에 상당한다.
기판(331) 위에 절연층(332)이 제공되어 있다. 절연층(332)은 기판(331)으로부터 물 또는 수소 등의 불순물이 트랜지스터(320)로 확산되는 것, 및 반도체층(321)으로부터 절연층(332) 측으로 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(332)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등 산화 실리콘막에 비하여 수소 또는 산소가 확산되기 어려운 막을 사용할 수 있다.
절연층(332) 위에 도전층(327)이 제공되고, 도전층(327)을 덮어 절연층(326)이 제공되어 있다. 도전층(327)은 트랜지스터(320)의 제 1 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(326)의 일부는 제 1 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(326)의 적어도 반도체층(321)과 접하는 부분에는 산화 실리콘막 등의 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 절연층(326)의 상면은 평탄화되어 있는 것이 바람직하다.
반도체층(321)은 절연층(326) 위에 제공된다. 반도체층(321)은 반도체 특성을 가지는 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)막을 가지는 것이 바람직하다. 한 쌍의 도전층(325)은 반도체층(321) 위에 접하여 제공되고, 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능한다.
한 쌍의 도전층(325)의 상면 및 측면, 그리고 반도체층(321)의 측면 등을 덮어 절연층(328)이 제공되고, 절연층(328) 위에 절연층(264)이 제공되어 있다. 절연층(328)은 반도체층(321)에 절연층(264) 등으로부터 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것, 및 반도체층(321)으로부터 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(328)으로서는 상기 절연층(332)과 같은 절연막을 사용할 수 있다.
반도체층(321)에 도달하는 개구가 절연층(328) 및 절연층(264)에 제공되어 있다. 상기 개구의 내부에 있어서 절연층(264), 절연층(328), 및 도전층(325)의 측면, 그리고 반도체층(321)의 상면에 접하는 절연층(323)과 도전층(324)이 매립되어 있다. 도전층(324)은 제 2 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(323)은 제 2 게이트 절연층으로서 기능한다.
도전층(324)의 상면, 절연층(323)의 상면, 및 절연층(264)의 상면은 각각 높이가 일치 또는 실질적으로 일치하도록 평탄화 처리되고, 이들을 덮어 절연층(329) 및 절연층(265)이 제공되어 있다.
절연층(264) 및 절연층(265)은 층간 절연층으로서 기능한다. 절연층(329)은 트랜지스터(320)에 절연층(265) 등으로부터 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(329)으로서는 상기 절연층(328) 및 절연층(332)과 같은 절연막을 사용할 수 있다.
한 쌍의 도전층(325) 중 한쪽과 전기적으로 접속되는 플러그(274)는 절연층(265), 절연층(329), 및 절연층(264)에 매립되도록 제공되어 있다. 여기서 플러그(274)는 절연층(265), 절연층(329), 절연층(264), 및 절연층(328) 각각의 개구의 측면 및 도전층(325)의 상면의 일부를 덮는 도전층(274a)과, 도전층(274a)의 상면에 접하는 도전층(274b)을 가지는 것이 바람직하다. 이때 도전층(274a)으로서 수소 및 산소가 확산되기 어려운 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
[표시 장치(100C)]
도 12에 나타낸 표시 장치(100C)는 기판(301)에 채널이 형성되는 트랜지스터(310)와, 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물을 포함하는 트랜지스터(320)가 적층된 구성을 가진다. 또한 표시 장치(100A, 100B)와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
트랜지스터(310)를 덮어 절연층(261)이 제공되고, 절연층(261) 위에 도전층(251)이 제공되어 있다. 또한 도전층(251)을 덮어 절연층(262)이 제공되고, 절연층(262) 위에 도전층(252)이 제공되어 있다. 도전층(251) 및 도전층(252)은 각각 배선으로서 기능한다. 또한 도전층(252)을 덮어 절연층(263) 및 절연층(332)이 제공되고, 절연층(332) 위에 트랜지스터(320)가 제공되어 있다. 또한 트랜지스터(320)를 덮어 절연층(265)이 제공되고, 절연층(265) 위에 용량 소자(240)가 제공되어 있다. 용량 소자(240)와 트랜지스터(320)는 플러그(274)로 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(320)는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(310)는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터 또는 상기 화소 회로를 구동하기 위한 구동 회로(게이트선 구동 회로, 소스선 구동 회로)를 구성하는 트랜지스터로서 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(310) 및 트랜지스터(320)는 연산 회로 또는 기억 회로 등의 각종 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써 발광 디바이스의 바로 아래에 화소 회로뿐만 아니라 구동 회로 등을 형성할 수 있기 때문에, 표시 영역의 주변에 구동 회로를 제공하는 경우에 비하여 표시 장치를 소형화할 수 있게 된다.
[표시 장치(100D)]
도 13에 나타낸 표시 장치(100D)는 각각 반도체 기판에 채널이 형성되는 트랜지스터(310A)와 트랜지스터(310B)가 적층된 구성을 가진다.
표시 장치(100D)는 트랜지스터(310B), 용량 소자(240), 및 각 발광 디바이스가 제공된 기판(301B)과 트랜지스터(310A)가 제공된 기판(301A)이 접합된 구성을 가진다.
기판(301B)에는 기판(301B)을 관통하는 플러그(343)가 제공된다. 또한 플러그(343)는 기판(301)의 뒷면(기판(120) 측과는 반대 측의 표면)에 제공되는 도전층(342)과 전기적으로 접속되어 있다. 한편, 기판(301A)에는 절연층(261) 위에 도전층(341)이 제공되어 있다.
도전층(341)과 도전층(342)이 접합됨으로써 기판(301A)과 기판(301B)이 전기적으로 접속된다.
도전층(341) 및 도전층(342)으로서는 같은 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, W 중에서 선택된 원소를 포함한 금속막, 또는 상술한 원소를 성분으로 하는 금속 질화물막(질화 타이타늄막, 질화 몰리브데넘막, 질화 텅스텐막) 등을 사용할 수 있다. 특히 도전층(341) 및 도전층(342)에 구리를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써 Cu-Cu(Copper·Copper) 직접 접합 기술(Cu(구리) 패드들을 접속함으로써 전기적 도통을 실현하는 기술)을 적용할 수 있다. 또한 도전층(341)과 도전층(342)은 범프를 통하여 접합되어도 좋다.
[표시 장치(100E)]
도 14에 나타낸 표시 장치(100E)는 각각 채널이 형성되는 반도체에 산화물 반도체를 포함하는 트랜지스터(320A)와 트랜지스터(320B)가 적층된 구성을 가진다.
트랜지스터(320A), 트랜지스터(320B), 및 그 주변의 구성에 대해서는 상기 표시 장치(100B)를 원용할 수 있다.
또한 여기서는 산화물 반도체를 포함한 트랜지스터를 2개 적층하는 구성으로 하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 3개 이상의 트랜지스터를 적층하는 구성으로 하여도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 5)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용할 수 있는 발광 소자에 대하여 설명한다.
도 15의 (A)에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스는 한 쌍의 전극(하부 전극(772), 상부 전극(788)) 사이에 EL층(786)을 가진다. EL층(786)은 층(4420), 발광층(4411), 층(4430) 등의 복수의 층으로 구성할 수 있다. 층(4420)은 예를 들어 전자 주입성이 높은 물질을 포함한 층(전자 주입층) 및 전자 수송성이 높은 물질을 포함한 층(전자 수송층) 등을 가질 수 있다. 발광층(4411)은 예를 들어 발광성 화합물을 포함한다. 층(4430)은 예를 들어 정공 주입성이 높은 물질을 포함한 층(정공 주입층) 및 정공 수송성이 높은 물질을 포함한 층(정공 수송층)을 가질 수 있다.
한 쌍의 전극 사이에 제공된 층(4420), 발광층(4411), 및 층(4430)을 가지는 구성은 하나의 발광 유닛으로서 기능할 수 있고, 본 명세서에서는 도 15의 (A)의 구성을 싱글 구조라고 부른다.
또한 도 15의 (B)는 도 15의 (A)에 나타낸 발광 디바이스가 가지는 EL층(786)의 변형예이다. 구체적으로는, 도 15의 (B)에 나타낸 발광 디바이스는 하부 전극(772) 위의 층(4431)과, 층(4431) 위의 층(4432)과, 층(4432) 위의 발광층(4411)과, 발광층(4411) 위의 층(4421)과, 층(4421) 위의 층(4422)과, 층(4422) 위의 상부 전극(788)을 가진다. 예를 들어 하부 전극(772)을 양극으로 하고 상부 전극(788)을 음극으로 한 경우, 층(4431)이 정공 주입층으로서 기능하고, 층(4432)이 정공 수송층으로서 기능하고, 층(4421)이 전자 수송층으로서 기능하고, 층(4422)이 전자 주입층으로서 기능한다. 또는 하부 전극(772)을 음극으로 하고 상부 전극(788)을 양극으로 한 경우, 층(4431)이 전자 주입층으로서 기능하고, 층(4432)이 전자 수송층으로서 기능하고, 층(4421)이 정공 수송층으로서 기능하고, 층(4422)이 정공 주입층으로서 기능한다. 이와 같은 층 구조로 함으로써, 발광층(4411)에 효율적으로 캐리어를 주입하고, 발광층(4411) 내에서의 캐리어 재결합의 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 도 15의 (C), (D)에 나타낸 바와 같이, 층(4420)과 층(4430) 사이에 복수의 발광층(발광층(4411, 4412, 4413))이 제공된 구성도 싱글 구조의 베리에이션이다.
또한 도 15의 (E), (F)에 나타낸 바와 같이, 복수의 발광 유닛(EL층(786a), EL층(786b))이 중간층(전하 발생층)(4440)을 사이에 두고 직렬로 접속된 구성을 본 명세서에서는 탠덤 구조라고 부른다. 또한 본 명세서 등에서는, 도 15의 (E), (F)에 나타낸 구성을 탠덤 구조라고 부르지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 탠덤 구조를 스택 구조라고 불러도 좋다. 또한 탠덤 구조로 함으로써, 고휘도 발광이 가능한 발광 디바이스로 할 수 있다.
도 15의 (C)에서 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 같은 색의 광을 방출하는 발광 재료를 사용하여도 좋다.
또한 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 상이한 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)이 각각 방출하는 광이 보색 관계인 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 15의 (D)에서는 컬러 필터로서 기능하는 착색층(785)을 제공하는 예를 나타내었다. 백색광이 컬러 필터를 투과함으로써 원하는 색의 광을 얻을 수 있다.
또한 도 15의 (E)에서 발광층(4411)과 발광층(4412)에 같은 발광 재료를 사용하여도 좋다. 또는 발광층(4411)과 발광층(4412)에 상이한 색의 광을 방출하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411)이 방출하는 광과 발광층(4412)이 방출하는 광이 보색 관계인 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 15의 (F)에는 착색층(785)이 더 제공된 예를 나타내었다.
또한 도 15의 (C), (D), (E), (F)에서도, 도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이, 층(4420)과 층(4430)은 2층 이상의 층으로 이루어지는 적층 구조를 가져도 좋다.
발광 디바이스마다 발광색(여기서는 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))을 따로따로 형성하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다.
발광 디바이스의 발광색은 EL층(786)을 구성하는 재료에 따라 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 황색, 또는 백색 등으로 할 수 있다. 또한 발광 디바이스에 마이크로캐비티 구조를 부여함으로써 색 순도를 더 높일 수 있다.
백색광을 방출하는 발광 디바이스는 발광층에 2종류 이상의 발광 물질을 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는 각각의 발광이 보색 관계가 되는 2개 이상의 발광 물질을 선택하면 좋다. 예를 들어 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색을 보색 관계가 되도록 함으로써, 발광 디바이스 전체로서 백색 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 발광 디바이스가 3개 이상의 발광층을 가지는 경우에도 마찬가지이다.
발광층에는 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), O(주황색) 등의 발광을 나타내는 발광 물질을 2개 이상 포함하는 것이 바람직하다. 또는 발광 물질을 2개 이상 포함하고, 각 발광 물질의 발광은 R, G, B 중 2개 이상의 색의 스펙트럼 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 발광 디바이스의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
발광 디바이스는 적어도 발광층을 가진다. 또한 발광 디바이스는 발광층 외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 차단 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 차단 재료, 전자 주입성이 높은 물질, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함한 층을 더 가져도 좋다.
발광 디바이스에는 저분자계 화합물 및 고분자계 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있고, 무기 화합물이 포함되어도 좋다. 발광 디바이스를 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들어 발광 디바이스는 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 1층 이상을 가지는 구성으로 할 수 있다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 물질을 포함한 층이다. 정공 주입성이 높은 물질로서는 방향족 아민 화합물, 및 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함한 복합 재료 등을 들 수 있다.
정공 수송층은 정공 주입층에 의하여 양극으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 층이다. 정공 수송층은 정공 수송성 재료를 포함하는 층이다. 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 전자보다 정공의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수도 있다. 정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체 등), 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물) 등의 정공 수송성이 높은 물질이 바람직하다.
전자 수송층은 전자 주입층에 의하여 음극으로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송성 재료로서는 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 정공보다 전자의 수송성이 높은 물질이면, 이들 외의 물질을 사용할 수도 있다. 전자 수송성 재료로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 리간드를 가지는 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 그 외에 질소 함유 헤테로 방향족 화합물을 포함한 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등 전자 수송성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
전자 주입층은 음극으로부터 전자 수송층에 전자를 주입하는 층이고, 전자 주입성이 높은 물질을 포함한 층이다. 전자 주입성이 높은 물질로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 전자 주입성이 높은 물질로서는 전자 수송성 재료와 도너성 재료(전자 공여성 재료)를 포함한 복합 재료를 사용할 수도 있다.
전자 주입층으로서는 예를 들어 리튬, 세슘, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaF2), 8-(퀴놀리놀레이토)리튬(약칭: Liq), 2-(2-피리딜)페놀레이토리튬(약칭: LiPP), 2-(2-피리딜)-3-피리디놀레이토리튬(약칭: LiPPy), 4-페닐-2-(2-피리딜)페놀레이토리튬(약칭: LiPPP), 리튬 산화물(LiOx), 탄산 세슘 등과 같은 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다.
또는 상술한 전자 주입층으로서는 전자 수송성을 가지는 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 비공유 전자쌍을 가지고, 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물을 전자 수송성을 가지는 재료에 사용할 수 있다. 구체적으로는 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리), 트라이아진 고리 중 적어도 하나를 가지는 화합물을 사용할 수 있다.
또한 비공유 전자쌍을 가지는 유기 화합물의 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital)이 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다. 또한 일반적으로 CV(사이클릭 볼타메트리), 광전자 분광법, 광 흡수 분광법, 역광전자 분광법 등에 의하여 유기 화합물의 최고 점유 분자 오비탈(HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital) 준위 및 LUMO 준위를 추산할 수 있다.
예를 들어 4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: BPhen), 2,9-비스(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 다이퀴녹살리노[2,3-a:2',3'-c]페나진(약칭: HATNA), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz) 등을, 비공유 전자쌍을 가지는 유기 화합물에 사용할 수 있다. 또한 NBPhen은 BPhen에 비하여 유리 전이점(Tg)이 높으므로 내열성이 우수하다.
발광층은 발광 물질을 포함한 층이다. 발광층은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서, 근적외광을 방출하는 물질을 사용할 수도 있다.
발광 물질로서는 형광 재료, 인광 재료, TADF 재료, 퀀텀닷 재료 등을 들 수 있다.
형광 재료로서는 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등이 있다.
인광 재료로서는 예를 들어 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로 하는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 백금 착체, 희토류 금속 착체 등이 있다.
발광층은 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.
발광층은 예를 들어 인광 재료와, 들뜬 복합체를 형성하기 쉬운 조합인 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질(인광 재료)로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 사용한 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활해져 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 이 구성에 의하여 발광 디바이스의 고효율, 저전압 구동, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 6)
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, 및 코발트 등 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류가 포함되어도 좋다.
또한 금속 산화물은 스퍼터링법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등의 화학 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 또는 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등에 의하여 형성할 수 있다.
<결정 구조의 분류>
산화물 반도체의 결정 구조로서는 비정질(completely amorphous를 포함함), CAAC(c-axis-aligned crystalline), nc(nanocrystalline), CAC(cloud-aligned composite), 단결정(single crystal), 및 다결정(polycrystal) 등을 들 수 있다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 예를 들어 GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 또한 GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다.
예를 들어 석영 유리 기판에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 거의 좌우 대칭이다. 한편, 결정 구조를 가지는 IGZO막에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이다. XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이라는 것은, 막 내 또는 기판 내의 결정의 존재를 명시한다. 바꿔 말하면, XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면, 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 나노빔 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로가 관찰되어, 석영 유리는 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한 실온에서 성막한 IGZO막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿상 패턴이 관찰된다. 그러므로 실온에서 성막한 IGZO막은 결정 상태도 비정질 상태도 아닌 중간 상태이고, 비정질 상태라고 결론을 내릴 수 없는 것으로 추정된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한 산화물 반도체는 구조에 주목한 경우, 상기와는 다른 식으로 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 외의 비단결정 산화물 반도체로 분류된다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS에 대하여 자세히 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 가지는 영역을 말한다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란, 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과, 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉 CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 영역 각각은 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 및 타이타늄 등 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 포함하는 층(이하 In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 포함하는 층(이하 (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 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)상에 있어서 격자상(格子像)으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 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 배열이 포함되는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수는 없다. 즉 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성 산화물의 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는 Zn을 포함하는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서 CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입, 결함의 생성 등으로 인하여 저하하는 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 간에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 또는 비정질 산화물 반도체와 구별이 되지 않는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 nc-OS막에 대하여 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 중의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 포함하는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다. 즉 CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]으로 표기한다. 예를 들어, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 CAC-OS의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크며, [Ga]가 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크며, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 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.
또한 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란, In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 구성에 있어서, 일부에 Ga를 주성분으로 하는 영역을 가지고, 일부에 In을 주성분으로 하는 영역을 가지고, 이들 영역이 각각 모자이크 패턴이며 랜덤으로 존재하는 구성을 말한다. 따라서 CAC-OS는 금속 원소가 불균일하게 분포된 구조를 가지는 것으로 추측된다.
CAC-OS는 예를 들어 기판을 가열하지 않는 조건에서 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법으로 형성하는 경우, 성막 가스로서 불활성 가스(대표적으로는 아르곤), 산소 가스, 및 질소 가스 중에서 선택된 어느 하나 또는 복수를 사용하면 좋다. 또한 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비는 낮을수록 바람직하고, 예를 들어 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비를 0% 이상 30% 미만, 바람직하게는 0% 이상 10% 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑에 의하여, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과 Ga를 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합되는 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 도전성이 높은 영역이다. 즉 제 1 영역을 캐리어가 흐름으로써 금속 산화물의 도전성이 발현된다. 따라서 제 1 영역이 금속 산화물 내에서 클라우드상으로 분포됨으로써 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
한편, 제 2 영역은 제 1 영역에 비하여 절연성이 높은 영역이다. 즉 제 2 영역이 금속 산화물 내에 분포됨으로써 누설 전류를 억제할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉 CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서 CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 반도체 장치에 최적이다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 취하고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 좋다.
<산화물 반도체를 포함한 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, 더더욱 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 부르는 경우가 있다.
또한 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길고, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소의 하나인 실리콘 또는 탄소가 포함되면 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘 또는 탄소의 농도와, 산화물 반도체의 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.
또한 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하여 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합하는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써, 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합하는 산소와 결합하여, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 산화물 반도체에서 SIMS에 의하여 얻어지는 수소 농도를 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 7)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태에 따른 표시 장치를 적용할 수 있는 전자 기기에 대하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 고정세화 및 고해상도화가 용이하다. 따라서 다양한 전자 기기의 표시부에 사용할 수 있다.
특히 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이와 같은 전자 기기로서는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기, 및 MR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 HD(화소수 1280×720), FHD(화소수 1920×1080), WQHD(화소수 2560×1440), WQXGA(화소수 2560×1600), 4K(화소수 3840×2160), 8K(화소수 7680×4320) 등으로 해상도가 매우 높은 것이 바람직하다. 특히 4K, 8K, 또는 이들 이상의 해상도로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서의 화소 밀도(정세도)는 100ppi 이상이 바람직하고, 300ppi 이상이 바람직하고, 500ppi 이상이 더 바람직하고, 1000ppi 이상이 더 바람직하고, 2000ppi 이상이 더 바람직하고, 3000ppi 이상이 더 바람직하고, 5000ppi 이상이 더 바람직하고, 7000ppi 이상이 더 바람직하다. 이와 같이 높은 해상도 및 높은 정세도 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 표시 장치를 사용함으로써, 휴대형 또는 가정 용도 등의 개인적 용도의 전자 기기에 있어서 현장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화면비율(종횡비)에 대해서는 특별히 한정은 없다. 예를 들어 표시 장치는 1:1(정사각형), 4:3, 16:9, 16:10 등 다양한 화면비율에 대응할 수 있다. 특히 AR용도에서는 화면 형상이 정방형인 것보다 종횡비가 16:9 등의 가로로 긴 화면인 것이 바람직하다.
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 가지는 것)를 포함하여도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 저장된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 16의 (A)를 사용하여, 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다. 본 실시형태의 웨어러블 기기는 촬상한 영상을 실시간으로 표시하는 기능, 조작 화면을 표시하는 기능 등, 애플리케이션에 따라 다양한 정보를 표시하는 기능을 가진다. 또한 상기 웨어러블 기기는 AR 콘텐츠를 표시하는 기능 및 VR 콘텐츠를 표시하는 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 또한 상기 웨어러블 기기는 AR, VR 외에 SR 또는 MR 콘텐츠를 표시하는 기능을 가져도 좋다. 웨어러블 기기가 AR, VR, SR, MR 등의 콘텐츠를 표시하는 기능을 가짐으로써 사용자의 몰입감을 높일 수 있다.
도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(700)는 각각 한 쌍의 표시 패널(751)과, 한 쌍의 하우징(721)과, 통신부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 장착부(723)와, 제어부(도시하지 않았음)와, 촬상부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 광학 부재(753)와, 프레임(757)과, 한 쌍의 코 받침(758)을 가진다.
표시 패널(751)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 매우 정세도가 높은 표시가 가능한 전자 기기로 할 수 있다.
전자 기기(700)는 광학 부재(753)의 표시 영역(756)에, 표시 패널(751)에 표시한 화상을 투영할 수 있다. 광학 부재(753)는 투광성을 가지기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과상에 겹쳐 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다. 따라서 전자 기기(700)는 AR 표시가 가능한 전자 기기이다.
전자 기기(700)에는 촬상부로서 앞쪽을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어 있어도 좋다. 또한 전자 기기(700)는 자이로 센서 등의 가속도 센서를 제공함으로써, 사용자의 머리의 방향을 검지하고, 그 방향에 대응하는 화상을 표시 영역(756)에 표시할 수도 있다.
한 쌍의 장착부(723)에는 음성 출력 수단으로서 각각 진동 모듈(725)이 제공되어 있다. 진동 모듈(725)에 의하여 장착부(723)의 일부를 골전도를 이용한 스피커로서 기능시킬 수 있다. 골전도를 사용함으로써 주위로의 누설음을 신경 쓰지 않고, 음성을 시청할 수 있다. 또한 음성 출력 수단으로서 이어폰을 사용하여도 좋다.
통신부는 무선 통신기를 가지고, 상기 무선 통신기에 의하여 영상 신호 등을 공급할 수 있다. 또한 무선 통신기 대신에 또는 무선 통신기에 더하여 영상 신호 및 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속할 수 있는 커넥터를 가져도 좋다.
또한 전자 기기(700)에는 배터리가 제공되어 있고, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽에 의하여 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어 있어도 좋다. 터치 센서 모듈은 하우징(721)의 외측의 면이 터치되는 것을 검출하는 기능을 가진다. 터치 센서 모듈에 의하여 사용자의 탭 조작 또는 슬라이드 조작 등을 검출하여 다양한 처리를 실행할 수 있다. 예를 들어 탭 조작에 의하여 동영상의 일시적 정지 또는 재생 등의 처리를 실행할 수 있고, 슬라이드 조작에 의하여 빨리감기 또는 되감기의 처리를 실행할 수 있다. 또한 2개의 하우징(721) 각각에 터치 센서 모듈을 제공함으로써 조작의 폭을 넓힐 수 있다.
터치 센서 모듈로서는 다양한 터치 센서를 적용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 전자기 유도 방식, 표면 탄성파 방식, 광학 방식 등의 다양한 방식을 채용할 수 있다. 특히 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 센서를 터치 센서 모듈에 적용하는 것이 바람직하다.
광학 방식의 터치 센서를 사용하는 경우에는, 수광 디바이스로서 광전 변환 디바이스(광전 변환 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 광전 변환 디바이스의 활성층에는 무기 반도체 및 유기 반도체 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
도 16의 (A)에서는 하우징(721)에 표시 패널(751)을 제공하고, 광학 부재(753)에 대하여 옆에서 화상을 투영할 수 있는 구성이다. 또한 이에 한정되지 않고, 표시 패널(751)은 광학 부재(753)에 대하여 위쪽 또는 아래쪽에서 화상을 투영하는 구성으로 하여도 좋다.
도 16의 (B)에서는 광학 부재(753)에 대하여 위쪽에서 화상을 투영하는 경우의 예를 나타내었다. 표시 패널(751)은 예를 들어 프레임(757)에 아래쪽에 화상을 출력하도록 배치된다. 표시 패널(751)에서 나온 광의 일부는 광학 부재(752)에 의하여 광학 부재(753) 측으로 반사되고, 광학 부재(753)에 투영된다. 광학 부재(753)에 의하여 반사된 광의 일부(광(763))는 광학 부재(752)를 투과하여 사용자의 눈(765)에 도달한다. 한편, 외광(761)은 광학 부재(753) 및 광학 부재(752)를 투과하여 사용자의 눈(765)에 도달한다. 이로써 표시 패널(751)의 영상을 실제의 배경에 겹쳐 표시할 수 있다.
또한 표시 패널(751)의 표시면 측에는 렌즈(754)를 제공하여도 좋다. 또한 표시 패널(751)과 렌즈(754) 사이에 마이크로 렌즈 어레이를 제공하여도 좋다.
광학 부재(752) 및 광학 부재(753)는 편광판, 원편광판, 렌즈, 하프 미러 등을 가지는 구성으로 할 수 있다. 예를 들어 광학 부재(752)는 빔스플리터로서 기능하고, 소정의 편광의 광을 투과시키고 다른 편광의 광을 반사하는 기능을 가진다. 광학 부재(753)는 광학 부재(752)로부터 입사한 광을 집광 및 반사하고, 광학 부재(752)를 투과하도록 편광시킨다.
도 16의 (C)를 사용하여, 의료 현장에서 전자 기기(700)를 이용하는 경우의 예에 대하여 설명한다. 도 16의 (C)는 내시경 장치(710)를 사용한 진료를 수행하는 모습을 나타낸 것이다.
의사(712)는 내시경 장치(710)를 조작하여 환자(715)의 체내를 관찰하고, 적절한 처치를 수행하고 있다. 의사(712)는 전자 기기(700)를 장착하고 있다. 전자 기기(700)의 표시부에는 내시경 장치(710)로 촬영되는 영상이 실시간으로 표시되어 있어, 의사(712)는 그 영상을 보면서 시술을 수행할 수 있다.
또한 내시경 장치(710)로 촬영되는 영상은 별도로 제공된 모니터 장치(711)에도 표시할 수 있다. 이로써 다른 의사(713, 714) 등이 의사(712)의 시술 모습을 의사(712)를 방해하지 않고 실시간으로 볼 수 있다. 여기서는 수술실 내에 모니터 장치(711)를 배치한 예를 나타내었지만, 다른 방에서도 볼 수 있다. 예를 들어 의사 연수생 등은 수술실 내에 배치된 모니터 장치로 의사(712)의 시술 모습을 봄으로써 처치 현장의 분위기를 리얼하게 느낄 수 있다.
전자 기기(700)의 표시부뿐만 아니라 모니터 장치(711)의 표시부에도 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 그러므로 의사(713, 714) 등은 매우 해상도가 높은 화상을 사용하여 정확도가 높은 의료 판단을 수행할 수 있고, 그 판단을 시술 중인 의사(712)와 공유할 수 있다.
도 17의 (A)는 헤드 마운트 디스플레이(8200)의 외관을 나타낸 도면이다.
헤드 마운트 디스플레이(8200)는 장착부(8201), 렌즈(8202), 본체(8203), 표시부(8204), 케이블(8205) 등을 가진다. 또한 장착부(8201)에는 배터리(8206)가 내장되어 있다.
케이블(8205)은 배터리(8206)로부터 본체(8203)에 전력을 공급한다. 본체(8203)는 무선 수신기 등을 가지고, 수신한 화상 데이터 등에 대응하는 화상을 표시부(8204)에 표시시킬 수 있다. 또한 본체(8203)에 제공된 카메라로 사용자의 안구 또는 눈꺼풀의 움직임을 포착하고, 그 정보를 바탕으로 사용자의 시선 좌표를 산출함으로써, 사용자의 시선을 입력 수단으로서 사용할 수 있다.
장착부(8201)에는 사용자와 접촉하는 위치에 복수의 전극이 제공되어도 좋다. 본체(8203)는 사용자의 안구의 움직임에 따라 전극에 흐르는 전류를 검지하여 사용자의 시선을 인식하는 기능을 가져도 좋다. 또한 상기 전극에 흐르는 전류를 검지하여 사용자의 맥박을 모니터링하는 기능을 가져도 좋다. 또한 장착부(8201)는 온도 센서, 압력 센서, 가속도 센서 등의 각종 센서를 가져도 좋고, 사용자의 생체 정보를 표시부(8204)에 표시하는 기능을 가져도 좋다. 또한 사용자의 머리 움직임 등을 검출하여, 표시부(8204)에 표시하는 화상을 그 움직임에 따라 변화시켜도 좋다.
표시부(8204)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 이에 의하여 헤드 마운트 디스플레이(8200)의 소비 전력을 절감할 수 있기 때문에 헤드 마운트 디스플레이(8200)를 장기간 연속적으로 사용할 수 있다. 또한 헤드 마운트 디스플레이(8200)의 소비 전력을 절감함으로써 배터리(8206)를 소형화 및 경량화할 수 있기 때문에 헤드 마운트 디스플레이(8200)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 이에 의하여, 헤드 마운트 디스플레이(8200)를 사용하는 사람의 부담을 경감하여 이 사용자가 피로를 덜 느끼게 할 수 있다.
도 17의 (B), (C), 및 (D)는 헤드 마운트 디스플레이(8300)의 외관을 나타낸 도면이다. 헤드 마운트 디스플레이(8300)는 하우징(8301)과, 표시부(8302)와, 밴드상 고정구(8304)와, 한 쌍의 렌즈(8305)를 가진다. 또한 하우징(8301)에는 배터리(8306)가 내장되어 있고, 배터리(8306)로부터 표시부(8302) 등에 전력을 공급할 수 있다.
사용자는 렌즈(8305)를 통하여 표시부(8302)의 표시를 시인할 수 있다. 또한 표시부(8302)는 만곡되어 배치되는 것이 적합하다. 표시부(8302)가 만곡되어 배치되면, 사용자는 높은 현장감을 느낄 수 있다. 또한 본 실시형태에서는, 하나의 표시부(8302)를 제공하는 구성에 대하여 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 예를 들어 2개의 표시부(8302)를 제공하는 구성으로 하여도 좋다. 이 경우, 사용자의 각 눈에 하나씩 표시부를 배치하면, 시차를 사용한 3차원 표시 등을 수행할 수도 있다.
또한 표시부(8302)에 상기 표시 장치를 적용할 수 있다. 이에 의하여 헤드 마운트 디스플레이(8300)의 소비 전력을 절감할 수 있기 때문에 헤드 마운트 디스플레이(8300)를 장기간 연속적으로 사용할 수 있다. 또한 헤드 마운트 디스플레이(8300)의 소비 전력을 절감함으로써 배터리(8306)를 소형화 및 경량화할 수 있기 때문에 헤드 마운트 디스플레이(8300)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 이에 의하여 헤드 마운트 디스플레이(8300)를 사용하는 사람의 부담을 경감하여 이 사용자가 피로를 덜 느끼게 할 수 있다.
다음으로, 도 17의 (A) 내지 (D)에 나타낸 전자 기기와는 다른 전자 기기의 일례를 도 18의 (A) 및 (B)에 나타내었다.
도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 전자 기기는 하우징(9000), 표시부(9001), 스피커(9003), 조작 키(9005)(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자(9006), 센서(9007)(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 가지는 것), 및 배터리(9009) 등을 가진다.
도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 전자 기기는 다양한 기능을 가진다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)에 의하여 처리를 제어하는 기능, 무선 통신 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 컴퓨터 네트워크에 접속하는 기능, 무선 통신 기능을 사용하여 다양한 데이터를 송신 또는 수신하는 기능, 기록 매체에 저장되어 있는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 표시부에 표시하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 전자 기기가 가질 수 있는 기능은 이들에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 또한 도 18의 (A) 및 (B)에는 나타내지 않았지만, 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 상기 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상을 촬영하는 기능, 동영상을 촬영하는 기능, 촬영한 화상을 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 18의 (A) 및 (B)에 나타낸 전자 기기의 자세한 사항에 대하여 이하에서 설명한다.
도 18의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 전화기, 수첩, 및 정보 열람 장치 등 중에서 선택된 하나 또는 복수의 기능을 가진다. 구체적으로는, 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 문자 또는 화상을 그 복수의 면에 표시할 수 있다. 예를 들어 3개의 조작 버튼(9050)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함)을 표시부(9001)의 하나의 면에 표시할 수 있다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수 있다. 또한 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일, SNS(social networking service), 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일 및 SNS 등의 제목, 전자 메일 및 SNS 등의 송신자명, 일시, 시각, 배터리 잔량, 전파 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에 정보(9051) 대신에 조작 버튼(9050) 등을 표시하여도 좋다.
휴대 정보 단말기(9101)에 상기 표시 장치를 적용할 수 있다. 이에 의하여 휴대 정보 단말기(9101)의 소비 전력을 절감할 수 있기 때문에 휴대 정보 단말기(9101)를 장기간 연속적으로 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)의 소비 전력을 절감함으로써 배터리(9009)를 소형화 및 경량화할 수 있기 때문에 휴대 정보 단말기(9101)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 이에 의하여 휴대 정보 단말기(9101)의 휴대성을 높일 수 있다.
도 18의 (B)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 이동 전화, 전자 메일, 문장 열람 및 작성, 음악 재생, 인터넷 통신, 컴퓨터 게임 등의 다양한 애플리케이션을 실행할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡된 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 도 18의 (B)에는 시각(9251), 조작 버튼(9252)(조작 아이콘 또는 단순히 아이콘이라고도 함), 및 콘텐츠(9253)를 표시부(9001)에 표시하는 예를 나타내었다. 콘텐츠(9253)는 예를 들어 동영상으로 할 수 있다.
또한 휴대 정보 단말기(9200)는 통신 규격에 따른 근거리 무선 통신을 실행할 수 있다. 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써 핸즈프리 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)를 포함하고, 커넥터를 통하여 다른 정보 단말기와 직접 데이터를 송수신할 수 있다. 또한 접속 단자(9006)를 통하여 충전을 수행할 수도 있다. 또한 충전 동작은 접속 단자(9006)를 통하지 않고, 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
휴대 정보 단말기(9200)에 상기 표시 장치를 적용할 수 있다. 이에 의하여, 휴대 정보 단말기(9200)의 소비 전력을 절감할 수 있기 때문에 휴대 정보 단말기(9200)를 장기간 연속적으로 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)의 소비 전력을 절감함으로써 배터리(9009)를 소형화 및 경량화할 수 있기 때문에 휴대 정보 단말기(9200)를 소형화 및 경량화할 수 있다. 이에 의하여 휴대 정보 단말기(9200)의 휴대성을 높일 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서에 기재되는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
ANO: 배선, BSL: 버스 배선, GL: 배선, SL: 배선, SNCL: 배선, VCOM: 배선, 10: 표시 장치, 11: 층, 12: 층, 13: 층, 14: 단자부, 15: 표시부, 21: 트랜지스터, 22: 채널 형성 영역, 30: 구동 회로, 31: 소스 드라이버 회로, 32: 디지털 아날로그 변환 회로, 33: 게이트 드라이버 회로, 34: 레벨 시프터, 40: 기능 회로, 41: 기억 장치, 42a: 색 불균일 보정, 42b: 업컨버전, 42: GPU, 43: EL 보정 회로, 44: 타이밍 컨트롤러, 45: CPU, 46: 센서 컨트롤러, 47: 전원 회로, 51A: 화소 회로, 51B: 화소 회로, 51C: 화소 회로, 51D: 화소 회로, 51E: 화소 회로, 51F: 화소 회로, 51G: 화소 회로, 51H: 화소 회로, 51: 화소 회로, 52A: 트랜지스터, 52B: 트랜지스터, 52C: 트랜지스터, 52D: 트랜지스터, 52: 트랜지스터, 53A: 용량 소자, 53: 용량 소자, 54: 채널 형상 영역, 61B: 표시 소자, 61G: 표시 소자, 61R: 표시 소자, 61: 표시 소자, 62X_1: 소자, 62X_2: 소자, 62X_3: 소자, 62: 소자, 63: 화소, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 100E: 표시 장치, 111a: 화소 전극, 111b: 화소 전극, 111c: 화소 전극, 113a: 제 1 층, 113b: 제 2 층, 113c: 제 3 층, 114: 제 4 층, 115: 공통 전극, 120: 기판, 122: 수지층, 123: 도전층, 125: 절연층, 127: 절연층, 130a: 발광 디바이스, 130b: 발광 디바이스, 130c: 발광 디바이스, 130d: 소자, 130e: 소자, 130f: 소자, 131: 보호층, 132: 보호층, 140: 접속부, 240: 용량 소자, 241: 도전층, 243: 절연층, 245: 도전층, 251: 도전층, 252: 도전층, 254: 절연층, 255a: 절연층, 255b: 절연층, 256: 플러그, 261: 절연층, 262: 절연층, 263: 절연층, 264: 절연층, 265: 절연층, 271: 플러그, 274a: 도전층, 274b: 도전층, 274: 플러그, 280: 표시 모듈, 281: 표시부, 282: 회로부, 283a: 화소 회로, 283: 화소 회로부, 284a: 화소, 284: 화소부, 285: 단자부, 286: 배선부, 290: FPC, 291: 기판, 292: 기판, 301A: 기판, 301B: 기판, 301: 기판, 310A: 트랜지스터, 310B: 트랜지스터, 310: 트랜지스터, 311: 도전층, 312: 저저항 영역, 313: 절연층, 314: 절연층, 315: 소자 분리층, 320A: 트랜지스터, 320B: 트랜지스터, 320: 트랜지스터, 321: 반도체층, 323: 절연층, 324: 도전층, 325: 도전층, 326: 절연층, 327: 도전층, 328: 절연층, 329: 절연층, 331: 기판, 332: 절연층, 341: 도전층, 342: 도전층, 343: 플러그, 700: 전자 기기, 710: 내시경 장치, 711: 모니터 장치, 712: 의사, 713: 의사, 714: 의사, 715: 환자, 721: 하우징, 723: 장착부, 725: 진동 모듈, 751: 표시 패널, 752: 광학 부재, 753: 광학 부재, 754: 렌즈, 756: 표시 영역, 757: 프레임, 758: 코 받침, 761: 외광, 763: 광, 765: 눈, 772: 하부 전극, 785: 착색층, 786a: EL층, 786b: EL층, 786: EL층, 788: 상부 전극, 941: 망막, 942: 수정체, 943: 시신경, 944: 시신경 유두, 945: 정맥, 946: 동맥, 947: 유리체, 948: 맥락막, 950: 광학계, 951: 발광, 960: 눈썹, 961: 속눈썹, 962: 동공, 963: 각막, 965: 공막, 966: 상안검, 967: 하안검, 980: 표시 장치, 4411: 발광층, 4412: 발광층, 4413: 발광층, 4420: 층, 4421: 층, 4422: 층, 4430: 층, 4431: 층, 4432: 층, 8200: 헤드 마운트 디스플레이, 8201: 장착부, 8202: 렌즈, 8203: 본체, 8204: 표시부, 8205: 케이블, 8206: 배터리, 8300: 헤드 마운트 디스플레이, 8301: 하우징, 8302: 표시부, 8304: 고정구, 8305: 렌즈, 8306: 배터리, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9009: 배터리, 9050: 조작 버튼, 9051: 정보, 9101: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9251: 시각, 9252: 조작 버튼, 9253: 콘텐츠

Claims (13)

  1. 복수의 화소를 가지는 표시 장치로서,
    상기 복수의 화소 각각은 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 회로 디바이스를 가지고,
    상기 발광 디바이스 및 상기 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고,
    상기 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고,
    상기 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고,
    상기 센서 디바이스는 상기 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 층은 상기 제 2 층 위에 제공되는, 표시 장치.
  2. 복수의 화소를 가지는 표시 장치로서,
    상기 복수의 화소 각각은 발광 디바이스와, 센서 디바이스와, 제 1 회로 디바이스와, 제 2 회로 디바이스를 가지고,
    상기 발광 디바이스 및 상기 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고,
    상기 제 1 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고,
    상기 제 2 회로 디바이스는 제 3 층에 제공되고,
    상기 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 가지고,
    상기 센서 디바이스는 상기 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 회로 디바이스는 상기 발광 디바이스 또는 상기 센서 디바이스를 구동하는 기능을 가지고,
    상기 제 2 회로 디바이스는 상기 제 1 회로 디바이스로부터 출력되는 정보를 바탕으로 연산하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 층은 상기 제 2 층 위에 제공되고,
    상기 제 2 층은 상기 제 3 층 위에 제공되는, 표시 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발광 디바이스를 단면 관찰하였을 때,
    상기 하부 전극의 측면과 상기 발광층의 측면은 일치 또는 실질적으로 일치하는 영역을 가지는, 표시 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 디바이스와, 인접한 발광 디바이스 사이에 절연물을 가지고,
    상기 절연물은 무기 재료 및 유기 재료 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 포함하는, 표시 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 절연물은 감광성 유기 수지를 포함하는, 표시 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 회로 디바이스는 제 1 트랜지스터를 가지고,
    상기 제 1 트랜지스터는 채널 형성 영역에 금속 산화물을 포함하는, 표시 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 디바이스는 제 2 트랜지스터를 가지고,
    상기 제 2 트랜지스터는 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는, 표시 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 회로 디바이스는 상기 발광 디바이스 및 상기 센서 디바이스 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 사용하여, 사용자의 눈 깜박임, 눈동자의 움직임, 및 눈꺼풀의 움직임 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 검출하는 기능을 가지는, 표시 장치.
  9. 복수의 화소를 가지는 표시 장치이고,
    상기 복수의 화소 각각은 제 1 부화소 내지 제 6 부화소를 가지고,
    상기 제 1 부화소는 적색광을 방출하는 기능을 가지는 제 1 발광 디바이스를 가지고,
    상기 제 2 부화소는 녹색광을 방출하는 기능을 가지는 제 2 발광 디바이스를 가지고,
    상기 제 3 부화소는 청색광을 방출하는 기능을 가지는 제 3 발광 디바이스를 가지고,
    상기 제 4 부화소 내지 상기 제 6 부화소 중 적어도 하나는 제 1 센서 디바이스를 가지고,
    상기 제 1 부화소 내지 상기 제 6 부화소는 회로 디바이스를 각각 가지고,
    상기 제 1 발광 디바이스 내지 상기 제 3 발광 디바이스 및 상기 제 1 센서 디바이스는 제 1 층에 제공되고,
    상기 회로 디바이스는 제 2 층에 제공되고,
    상기 제 1 발광 디바이스 내지 상기 제 3 발광 디바이스는 하부 전극과, 상부 전극과, 상기 하부 전극과 상기 상부 전극 사이에 제공되는 발광층을 각각 가지고,
    상기 제 1 센서 디바이스는 상기 화소로부터 방출되는 광을 검출하는 기능을 가지고,
    상기 제 1 층은 상기 제 2 층 위에 제공되는, 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 4 부화소는 적외광을 방출하는 기능을 가지는 제 4 발광 디바이스를 가지고,
    상기 제 5 부화소는 상기 제 1 센서 디바이스를 가지고,
    상기 제 6 부화소는 제 2 센서 디바이스를 가지고,
    상기 제 5 부화소는 가시광을 검출하는 기능을 가지고
    상기 제 6 부화소는 적외광을 검출하는 기능을 가지는, 표시 장치.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 부화소 내지 상기 제 6 부화소의 각각은,
    1변이 1μm 이상 10μm 이하인 발광 영역 또는 수광 영역을 가지고,
    인접한 부화소 사이의 거리가 1μm 미만인 영역을 가지는, 표시 장치.
  12. 전자 기기로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치와,
    상기 표시 장치가 제공되는 하우징과,
    상기 하우징에 제공되는 센서와,
    상기 하우징에 제공되고 상기 표시 장치에 전력을 공급하는 배터리를 가지는, 전자 기기.
  13. 전자 기기로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 적어도 2개의 표시 장치와,
    상기 표시 장치가 제공되는 하우징과,
    상기 하우징에 제공되는 센서와,
    상기 하우징에 제공되고 상기 표시 장치에 전력을 공급하는 배터리를 가지고,
    상기 하우징은 장착부와 한 쌍의 렌즈를 가지고,
    상기 한 쌍의 렌즈 중 한쪽에는 상기 2개의 표시 장치 중 한쪽으로부터 화상이 투영되고,
    상기 한 쌍의 렌즈 중 다른 쪽에는 상기 2개의 표시 장치 중 다른 쪽으로부터 화상이 투영되는, 전자 기기.
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