KR20230158533A - 전자 기기 - Google Patents

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KR20230158533A
KR20230158533A KR1020237034710A KR20237034710A KR20230158533A KR 20230158533 A KR20230158533 A KR 20230158533A KR 1020237034710 A KR1020237034710 A KR 1020237034710A KR 20237034710 A KR20237034710 A KR 20237034710A KR 20230158533 A KR20230158533 A KR 20230158533A
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KR1020237034710A
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다이스케 쿠보타
료 하츠미
준페이 모모
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가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼
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Publication date
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Abstract

비접촉으로 조작할 수 있는 전자 기기를 제공한다. 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기이다. 표시부는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 가진다. 표시부는 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 수광 디바이스를 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 처리부는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다.

Description

전자 기기
본 발명의 일 형태는 표시 장치, 표시 모듈, 및 전자 기기에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서 등), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널 등), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로 들 수 있다.
근년, 스마트폰 등의 휴대 전화, 태블릿형 정보 단말기, 노트북형 PC(퍼스널 컴퓨터) 등의 정보 단말기가 널리 보급되고 있다. 이와 같은 정보 단말기에는 흔히 개인 정보 등이 포함되고 부정 이용을 방지하기 위한 다양한 인증 기술이 개발되고 있다. 화상 표시 기능, 터치 센서 기능, 및 인증을 위하여 지문을 촬상하는 기능 등, 다양한 기능을 가지는 정보 단말기가 요구되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는 푸시 버튼 스위치부에 지문 센서를 가지는 전자 기기가 개시(開示)되어 있다.
표시 장치로서는, 예를 들어 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)를 가지는 발광 장치가 개발되고 있다. 일렉트로루미네선스(Electroluminescence, 이하 EL이라고 기재함) 현상을 이용한 발광 디바이스(EL 디바이스, EL 소자라고도 함)는 박형 경량화가 용이하고, 입력 신호에 대한 고속 응답이 가능하고, 직류 정전압 전원을 사용한 구동이 가능하다는 등의 특징을 가지고, 표시 장치에 응용되고 있다.
미국 특허출원공개공보 US2014/0056493호
감염증 대책 및 위생면의 관점 등에서 비접촉으로 조작이 가능한 정보 단말기가 요구되고 있다.
본 발명의 일 형태는 비접촉으로 조작이 가능한 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 광 검출 기능을 가지는 고정세(高精細) 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 광 검출 기능을 가지는 고해상도 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 광 검출 기능을 가지는 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기이고, 표시부는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 가진다. 표시부는 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 수광 디바이스를 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 처리부는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다.
또는 본 발명의 일 형태는 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기이고, 표시부는 제 1 화소를 가지는 표시 장치를 가진다. 제 1 화소는 제 1 발광 디바이스, 제 1 수광 디바이스, 및 제 2 수광 디바이스를 가지고, 제 1 수광 디바이스가 검출하는 광의 파장 영역은 제 1 발광 디바이스의 발광 스펙트럼의 최대 피크 파장을 포함하고, 제 2 수광 디바이스는 적외광을 검출하는 기능을 가진다. 표시부는 제 1 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 제 1 수광 디바이스 및 제 2 수광 디바이스 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 처리부는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다.
또는 본 발명의 일 형태는 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기이고, 표시부는 제 1 화소를 가지는 표시 장치를 가진다. 제 1 화소는 제 1 부화소, 제 2 부화소, 제 3 부화소, 제 4 부화소, 및 제 5 부화소를 가진다. 제 1 부화소는 제 1 발광 디바이스를 가지며 적색의 광을 발하는 기능을 가진다. 제 2 부화소는 제 2 발광 디바이스를 가지며 녹색의 광을 발하는 기능을 가진다. 제 3 부화소는 제 3 발광 디바이스를 가지며 청색의 광을 발하는 기능을 가진다. 제 4 부화소는 제 1 수광 디바이스를 가지며 제 1 수광 디바이스가 검출하는 광의 파장 영역은 제 1 발광 디바이스, 제 2 발광 디바이스, 및 제 3 발광 디바이스 중 적어도 하나의 발광 스펙트럼의 최대 피크 파장을 포함한다. 제 5 부화소는 제 2 수광 디바이스를 가지며 적외광을 검출하는 기능을 가진다. 표시부는 제 1 부화소 내지 제 3 부화소를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 제 1 수광 디바이스 및 제 2 수광 디바이스 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 처리부는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다.
제 1 수광 디바이스의 수광 영역의 면적은 제 2 수광 디바이스의 수광 영역의 면적보다 작은 것이 바람직하다.
표시 장치는 제 1 발광 디바이스, 제 1 수광 디바이스, 및 센서 디바이스를 가지는 제 2 화소를 가지는 것이 바람직하다. 전자 기기는 센서 디바이스를 사용하여 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 자기, 온도, 화학 물질, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 몸 상태, 맥박, 체온, 및 혈중 산소 농도 중 적어도 하나를 측정하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또는 표시 장치는 제 1 발광 디바이스, 제 4 발광 디바이스, 및 제 1 수광 디바이스를 가지는 제 2 화소를 가지는 것이 바람직하다. 제 4 발광 디바이스는 적외광을 발하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또는 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 적외광을 발하는 기능을 가지는 제 4 발광 디바이스를 표시 장치의 외부에 가져도 좋다. 제 4 발광 디바이스는 표시 장치를 통하여 전자 기기의 외부로 광을 사출하여도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의하여 비접촉으로 조작이 가능한 표시 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 형태에 의하여 광 검출 기능을 가지는 고정세 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 광 검출 기능을 가지는 고해상도 표시 장치를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 광 검출 기능을 가지는 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다. 도 1의 (B)는 전자 기기가 실행하는 처리의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 내지 (G)는 표시 장치의 화소의 일례를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 화소의 일례를 나타낸 도면이다. 도 3의 (C) 및 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 5의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 화소의 일례를 나타낸 도면이다. 도 5의 (E)는 전자 기기의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 6은 표시 장치의 레이아웃의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 표시 장치의 레이아웃의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 표시 장치의 레이아웃의 일례를 나타낸 도면이다.
도 9는 표시 장치의 레이아웃의 일례를 나타낸 도면이다.
도 10은 화소 회로의 일례를 나타낸 도면이다.
도 11의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 11의 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 14의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 15의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 17의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 17의 (B) 및 (C)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 19의 (A) 내지 (F)는 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 20의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 21의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 23의 (A)는 실시예의 평가 방법의 설명을 나타낸 도면이다. 도 23의 (B) 내지 (D)는 표시 장치에 의한 촬상 사진이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만, 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하에 나타내는 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 사이에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는 같은 해치 패턴을 사용하고 특별히 부호를 부여하지 않는 경우가 있다.
또한 도면에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여, 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로 개시된 발명은 반드시 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
또한 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기 및 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 10을 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태는 표시부, 처리부 및 기억부를 가지는 전자 기기이다. 표시부는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 가진다. 표시부는 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 수광 디바이스를 사용하여 촬상하는 기능을 가진다. 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 처리부는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다.
기계 학습 모델을 사용함으로써 추론의 정도(精度)를 높일 수 있다. 또한 표시 장치가 촬상 기능을 가짐으로써 전자 기기의 부품 점수를 늘리지 않고 전자 기기의 다기능화를 살현할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기에는 적어도 일부의 처리에 인공 지능(AI: Artificial Intelligence)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기에는 특히 인공 신경망(ANN: Artificial Neural Network, 이하 단순히 신경망이라고도 기재함)을 사용하는 것이 바람직하다. 신경망은 회로(하드웨어) 또는 프로그램(소프트웨어)에 의하여 실현된다.
본 명세서 등에서 신경망이란, 생물의 신경 회로망을 모방하고, 학습에 의하여 뉴런끼리의 결합 강도를 결정하고, 문제 해결 능력을 가지는 모델 전반을 가리킨다. 신경망은 입력층, 중간층(은닉층), 및 출력층을 가진다.
본 명세서 등에서, 신경망에 대하여 설명할 때, 이미 있는 정보로부터 뉴런과 뉴런의 결합 강도(가중 계수라고도 함)를 결정하는 것을 '학습'이라고 부르는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 학습에 의하여 얻어진 결합 강도를 사용하여 신경망을 구성하고, 여기서 새로운 결론을 도출하는 것을 '추론'이라고 부르는 경우가 있다.
[전자 기기(10)]
도 1의 (A)에 본 발명의 일 형태의 전자 기기의 블록도를 나타내었다.
도 1의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는 처리부(11), 표시부(12), 및 기억부(13)를 가진다.
표시부(12)는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 가진다. 도 1의 (A)에는 표시부(12)에 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R) 및 부화소(S)를 가지는 화소(110)를 가지는 표시 장치를 사용하는 예를 나타내었다.
부화소(G), 부화소(B), 및 부화소(R)는 각각 발광 디바이스를 가진다. 부화소(R)는 적색의 광을 나타내고, 부화소(G)는 녹색의 광을 나타내고, 부화소(B)는 청색의 광을 나타낸다.
부화소(S)는 수광 디바이스를 가진다. 상기 수광 디바이스가 검출하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 부화소(S)에는 가시광 및 적외광 중 한쪽 또는 양쪽을 검출하는 수광 디바이스를 사용할 수 있다.
표시부(12)는 부화소(G), 부화소(B), 및 부화소(R)(발광 디바이스)를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 부화소(S)(수광 디바이스)를 사용하여 촬상하는 기능을 가진다.
기억부(13)는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가진다. 또한 기억부(13)는 처리부(11)의 일부이어도 좋다.
처리부(11)는 기계 학습 모델을 사용하여 표시부(12)에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가진다. 상기 대상물은 전자 기기(10)와 접촉되어도 좋고 접촉되지 않아도 된다.
기계 학습 모델에는 합성곱 신경망(CNN)을 사용하는 것이 바람직하다.
기계 학습 모델은 검출하려고 하는 대상물의 화상 데이터를 사용하여 학습되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 손가락, 손, 및 펜 등 중 하나 또는 복수의 대상물의 화상 데이터를 사용할 수 있다. 또한 맨손뿐만이 아니라 장갑을 착용하는 경우 등, 다양한 재질 및 색의 대상물의 화상 데이터를 사용하여 학습되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여 전자 기기(10)의 사용자가 장갑을 사용하는 경우에도 대상물(장갑을 착용한 손가락 또는 손)의 위치를 높은 정도로 추론할 수 있다. 또한 표시부(12)의 표면에 먼지 또는 물방울 등이 부착되어 있는 경우의 화상 데이터를 사용하여 학습되어 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여 표시부(12)의 표면에 먼지 또는 물방울이 부착되어 있는 경우에도 대상물의 위치를 높은 정도로 추론할 수 있다.
기계 학습 모델의 학습에는 지도 기계 학습 및 비지도 기계 학습 중 어느 것을 사용하여도 좋다.
기계 학습 모델은 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 회귀 모델, 분류 모델, 또는 클러스터링 모델 등을 사용할 수 있다.
회귀 모델을 사용하는 경우, 예를 들어 학습에는 입력 데이터(예제)로서 화상 데이터를 주고, 출력 데이터(답)로서 위치 정보의 데이터를 주는 지도 기계 학습을 사용하는 것이 바람직하다.
분류 모델을 사용하는 경우, 예를 들어 학습에는 입력 데이터(예제)로서 화상 데이터를 주고, 출력 데이터(답)로서 분류 데이터를 주는 지도 기계 학습을 사용하는 것이 바람직하다.
클러스터링 모델을 사용하는 경우, 입력 데이터로서 화상 데이터를 주는 비지도 기계 학습을 수행한 후, 얻어진 클러스터에 라벨을 부여하여 사용하는 것이 바람직하다.
전자 기기(10)에서의 처리부(11)를 사용한 처리의 일례에 대하여 도 1의 (B)를 사용하여 설명한다.
전자 기기(10)는 표시부(12)에서 대상물의 촬상을 수행하여 처리부(11)에서 상기 대상물의 위치 정보를 추론할 수 있다.
도 1의 (B)에 나타낸 바와 같이 처리부(11)에서는 신경망(NN)을 사용한 처리를 수행한다. 처리부(11)에는 표시부(12)에서 촬상된 촬상 데이터(15)가 입력된다. 촬상 데이터(15)에는 대상물의 이미지(17)가 찍혀 있다. 이미지(17)를 포함하는 촬상 데이터(15)는 광원으로부터 방출되고 대상물에서 반사된 반사광을 수광 디바이스에 의하여 검출함으로써 얻어진다. 처리부(11)는 촬상 데이터(15)가 입력되면 신경망(NN)을 사용한 기계 학습 모델을 이용하여 이미지(17)의 위치 정보(19)를 추론한다. 도 1의 (B)에는 위치 정보(19)로서 (x, y, z)=(X1, Y1, Z1)이라는 3차원의 위치 정보를 추론한 예를 나타내었다.
처리부(11)는 추론한 위치 정보에 기초하여 처리를 실행할 수 있다. 예를 들어 표시부(12)에 공급되는 신호 또는 전위를 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 처리부(11) 및 표시부(12)를 사용하여 비접촉의 대상물을 검출하고 위치 정보를 추론함으로써 전자 기기(10)의 비접촉 센서 기능을 실현할 수 있다. 또한 비접촉 센서 기능은 호버 센서 기능, 호버 터치 센서 기능, 니어 터치 센서 기능, 터치리스 센서 기능 등이라고 할 수도 있다. 또한 처리부(11) 및 표시부(12)를 사용하여 전자 기기(10)에 접촉되는 대상물을 검출하여 위치 정보를 추론함으로써 전자 기기(10)의 터치 센서 기능(다이렉트 터치 센서 기능이라고도 함)을 실현할 수도 있다.
비접촉 센서 기능 및 터치 센서 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 실현함으로써 전자 기기(10)에서는 탭, 롱 탭, 플릭, 드래그, 스크롤, 멀티 터치, 스와이프, 핀치 인, 핀치 아웃 등의 조작을 검출하고 각 조작에 따른 처리를 실행할 수 있다.
[처리부(11)]
처리부(11)는 표시부(12) 및 기억부(13) 등으로부터 공급된 데이터를 사용하여 연산, 추론 등을 수행하는 기능을 가진다. 처리부(11)는 연산 결과, 추론 결과 등을 기억부(13) 등에 공급할 수 있다. 또한 처리부(11)는 연산 결과, 추론 결과 등에 기초하여 표시부(12)에 공급하는 신호 또는 전위를 제어할 수 있다.
처리부(11)는 예를 들어, 연산 회로 또는 중앙 연산 장치(CPU: Central Processing Unit) 등을 가진다.
처리부(11)는 DSP(Digital Signal Processor), GPU(Graphics Processing Unit) 등의 마이크로프로세서를 가져도 좋다. 마이크로프로세서는 FPGA(Field Programmable Gate Array), FPAA(Field Programmable Analog Array) 등, PLD(Programmable Logic Device)에 의하여 실현된 구성이어도 좋다. 처리부(11)는 프로세서에 의하여 다양한 프로그램으로부터의 명령을 해석하고 실행함으로써, 각종 데이터 처리 및 프로그램 제어를 수행할 수 있다. 프로세서에 의하여 실행할 수 있는 프로그램은 프로세서가 가지는 메모리 영역 및 기억부(13) 중 적어도 한쪽에 저장된다.
처리부(11)는 메인 메모리를 가져도 좋다. 메인 메모리는 RAM(Random Access Memory) 등의 휘발성 메모리 및 ROM(Read Only Memory) 등의 비휘발성 메모리 중 적어도 한쪽을 가진다.
RAM으로서는, 예를 들어 DRAM(Dynamic Random Access Memory), SRAM(Static Random Access Memory) 등이 사용되고, 처리부(11)의 작업 공간으로서 가상적으로 메모리 공간이 할당되어 이용된다. 기억부(13)에 저장된 운영 체계, 애플리케이션 프로그램, 프로그램 모듈, 프로그램 데이터, 및 룩업 테이블 등은 실행을 위하여 RAM에 로드된다. RAM에 로드된 상기 데이터, 프로그램, 및 프로그램 모듈은 각각 처리부(11)에 의하여 직접 액세스되고 조작된다.
ROM에는 재기록이 불필요한 BIOS(Basic Input/Output System) 및 펌웨어 등을 저장할 수 있다. ROM으로서는, 마스크 ROM, OTPROM(One Time Programmable Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory) 등을 들 수 있다. EPROM으로서는, 자외선 조사에 의하여 기억 데이터의 삭제를 가능하게 하는 UV-EPROM(Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), 플래시 메모리 등을 들 수 있다.
처리부(11)에는 채널 형성 영역에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 트랜지스터(OS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 작기 때문에, OS 트랜지스터를 기억 소자로서 기능하는 용량 소자에 유입한 전하(데이터)를 유지하기 위한 스위치로서 사용함으로써, 데이터의 유지 기간을 길게 확보할 수 있다. 이 특성을 처리부(11)가 가지는 레지스터 및 캐시 메모리 중 적어도 한쪽에 사용함으로써, 필요할 때에만 처리부(11)를 동작시키고, 그렇지 않을 경우에는 직전의 처리의 정보를 상기 기억 소자에 대피시킴으로써 처리부(11)를 오프로 할 수 있다. 즉 노멀리 오프 컴퓨팅이 가능하게 되어, 전자 기기의 저소비 전력화를 도모할 수 있다.
또한 처리부(11)에는 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(Si 트랜지스터라고도 함)를 사용하여도 좋다.
또한 처리부(11)에는 OS 트랜지스터와 Si 트랜지스터를 조합하여 사용하는 것이 바람직하다.
[기억부(13)]
기억부(13)는 처리부(11)가 실행하는 프로그램을 기억하는 기능을 가진다. 또한 기억부(13)는 처리부(11)가 생성한 연산 결과 및 추론 결과, 그리고 표시부(12)가 촬상한 화상 데이터 등을 기억하는 기능을 가져도 좋다.
기억부(13)는 휘발성 메모리 및 비휘발성 메모리 중 적어도 한쪽을 가진다. 기억부(13)는 예를 들어, DRAM, SRAM 등의 휘발성 메모리를 가져도 좋다. 기억부(13)는, 예를 들어 ReRAM(Resistive Random Access Memory, 저항 변화형 메모리라고도 함), PRAM(Phase change Random Access Memory), FeRAM(Ferroelectric Random Access Memory), MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory, 자기 저항형 메모리라고도 함), 또는 플래시 메모리 등의 비휘발성 메모리를 가져도 좋다. 또한 기억부(13)는 하드 디스크 드라이브(Hard Disk Drive: HDD) 및 솔리드 스테이트 드라이브(Solid State Drive: SSD) 등의 기록 매체 드라이브를 가져도 좋다.
[표시부(12)]
상술한 바와 같이, 표시부(12)에는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 사용할 수 있다. 여기서, 표시 장치의 화소가 서로 다른 색을 나타내는 부화소를 3종류 가지는 경우, 상기 3개의 부화소로서는 R, G, B의 3색의 부화소, 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 부화소 등을 들 수 있다. 상기 부화소를 4개 가지는 경우, 상기 4개의 부화소로서는 R, G, B, 백색(W)의 4색의 부화소, R, G, B, Y의 4색의 부화소 등을 들 수 있다.
다음으로 본 실시형태의 전자 기기에 사용할 수 있는 표시 장치의 화소의 레이아웃에 대하여 설명한다. 화소가 가지는 부화소의 배열에 특별히 한정은 없고, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 부화소의 배열로서는 예를 들어 스트라이프 배열, S 스트라이프 배열, 매트릭스 배열, 델타 배열, 베이어 배열, 펜타일 배열 등이 있다.
또한 부화소의 상면 형상으로서는 예를 들어 삼각형, 사각형(장방형, 정방형을 포함함), 오각형, 육각형 등의 다각형, 이들 다각형의 각이 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 있다. 여기서 부화소의 상면 형상은 발광 디바이스의 발광 영역 또는 수광 디바이스의 수광 영역의 상면 형상에 상당한다.
도 2의 (A) 내지 (C)에 나타낸 화소(110)는 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R), 및 부화소(S)를 가진다. 또한 부화소의 배열 순서도 특별히 한정되지 않는다. 또한, 부화소(S)에서 특정한 색의 광을 검출하는 경우에는 상기 색의 광을 나타내는 부화소를 부화소(S) 옆에 배치함으로써 검출 정도를 높일 수 있어 바람직하다. 또한 신뢰성이 높은 발광 디바이스를 가지는 부화소일수록 크기를 작게 할 수 있다.
도 2의 (A)에 나타낸 화소(110)는 도 1의 (A)에 나타낸 화소(110)와 마찬가지이고, 스트라이프 배열이 적용되어 있다. 도 1의 (A) 및 도 2의 (A)에는 부화소(R)가 부화소(B)와 부화소(S) 사이에 위치하는 예를 나타내었지만, 예를 들어 부화소(R)와 부화소(G)가 인접하여도 좋다.
도 2의 (B)에 나타낸 화소(110)에는 매트릭스 배열이 적용된다. 도 2의 (B)에는 부화소(R)와 부화소(S)가 같은 행에 위치하고, 부화소(B)와 부화소(G)가 같은 행에 위치하는 예를 나타내었지만, 예를 들어, 부화소(R)와 부화소(G) 또는 부화소(B)가 같은 행에 위치하여도 좋다. 마찬가지로 부화소(R)와 부화소(B)가 같은 열에 위치하고, 부화소(S)와 부화소(G)가 같은 열에 위치하는 예를 나타내었지만, 예를 들어, 부화소(R)와 부화소(G) 또는 부화소(S)가 같은 열에 위치하여도 좋다.
도 2의 (C)에 나타낸 화소(110)에는 S 스트라이프 배열에 4번째 부화소를 추가한 구성이 적용되어 있다. 도 2의 (C)에는 화소(110)가 세로로 긴 부화소(B)와 가로로 긴 부화소(R), 부화소(G), 부화소(S)를 가지는 예를 나타내었지만, 세로로 긴 부화소는 부화소(R), 부화소(G), 부화소(S) 중 어느 것이어도 좋고, 가로로 긴 부화소의 배열 순서도 한정되지 않는다.
도 2의 (D)에서는 화소(109a)와 화소(109b)가 번갈아 배치되어 있는 예를 나타내었다. 화소(109a)는 부화소(B), 부화소(G), 및 부화소(S)를 가지고, 화소(109b)는 부화소(R), 부화소(G), 및 부화소(S)를 가진다. 도 2의 (D)에서는 화소(109a)와 화소(109b)의 양쪽이 가지는 부화소가 부화소(G) 및 부화소(S)인 예를 나타내었지만, 특별히 한정되지 않는다. 부화소(S)를 화소(109a)와 화소(109b)의 양쪽이 가짐으로써 촬상의 정세도를 높일 수 있어 바람직하다. 이때, 화소(109a)와 화소(109b) 양쪽이 가지는 부화소(도 2의 (D)에서는 부화소(G))가 나타내는 광을 부화소(S)에서 검출하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
도 2의 (E)는 도 2의 (D)에 나타낸 화소(109a), 화소(109b)가 가지는 부화소가 각각 모서리가 둥근 대략 사각형의 상면 형상을 가지는 변형예를 나타낸 것이다.
도 2의 (F)에 나타낸 화소의 레이아웃에는, 이차원의 육방 최조밀 쌓임(hexagonal close-packed) 구조가 적용되어 있다. 육방 최조밀 쌓임 구조의 레이아웃으로 함으로써 각 부화소의 개구율을 높일 수 있어 바람직하다. 도 2의 (F)에는 각 부화소가 육각형의 상면 형상을 가지는 예를 나타내었다.
도 2의 (G)는 도 2의 (F)에 나타낸 화소(110)가 모서리가 둥근 대략 육각형의 상면 현상을 가지는 변화예를 나타낸 것이다.
포토리소그래피법에서는 가공하는 패턴이 미세해질수록 광의 회절의 영향을 무시할 수 없게 되기 때문에 노광에 의하여 포토마스크의 패턴을 전사할 때 충실성이 저하되어 레지스트 마스크를 원하는 형상으로 가공하는 것이 어려워진다. 그러므로 포토마스크의 패턴이 직사각형이어도 모서리가 둥그스름한 패턴이 형성되기 쉽다. 따라서, 부화소의 상면 형상이 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법으로서는 레지스트 마스크를 사용하여 EL층을 섬 형상으로 가공한다. EL층 위에 형성한 레지스트막은 EL층의 내열 온도보다 낮은 온도에서 경화할 필요가 있다. 그러므로 EL층의 재료의 내열 온도 및 레지스트 재료의 경화 온도에 따라서는 레지스트막의 경화가 불충분해질 경우가 있다. 경화가 불충분한 레지스트막은 가공할 때 원하는 형상과 다른 형상을 가지는 경우가 있다. 그 결과, EL층의 상면 형상이 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형 등이 되는 경우가 있다. 예를 들어 상면 형상이 정사각형인 레지스트 마스크를 형성하려고 한 경우에 원형의 상면 형상의 레지스트 마스크가 형성되어 EL층의 상면 형상이 원형이 되는 경우가 있다.
또한 EL층의 상면 형상을 원하는 형상으로 하기 위하여 설계 패턴과 전사 패턴이 일치하도록 미리 마스크 패턴을 보정하는 기술(OPC(Optical Proximity Correction:광 근접 효과 보정)기술)을 사용하여도 좋다. 구체적으로는 OPC 기술에서는 마스크 패턴 위의 도형 코너부 등에 보정용 패턴을 추가한다.
또한 하나의 화소가 수광 디바이스를 2종류 이상 가져도 좋다.
예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스와, 제 1 수광 디바이스와, 제 2 수광 디바이스를 포함하는 제 1 화소를 가진다.
제 1 수광 디바이스는 제 2 수광 디바이스보다 수광 영역의 면적(단순히 수광 면적이라고도 기재함)이 좁은 것이 바람직하다. 촬상 범위를 좁게 함으로써, 제 1 수광 디바이스에서는 제 2 수광 디바이스에 비하여 정세도가 높은 촬상을 수행할 수 있다. 이때 제 1 수광 디바이스는 지문, 장문, 홍채, 맥 형상(정맥 형상, 동맥 형상을 포함함), 또는 얼굴 등을 사용한 개인 인증을 위한 촬상 등에 사용할 수 있다. 제 1 수광 디바이스는 용도에 따라 검출하는 광의 파장을 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어 제 1 수광 디바이스는 가시광을 검출하는 것이 바람직하다.
또한 제 2 수광 디바이스는 터치 센서 또는 비접촉 센서 등에 사용할 수 있다. 제 2 수광 디바이스는 용도에 따라 검출하는 광의 파장을 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어 제 2 수광 디바이스는 적외광을 검출하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 어두운 장소에서도 검출이 가능하게 된다. 또한 제 2 수광 디바이스가 적외광을 검출하는 경우, 정전 용량식 터치 센서에 비하여 전자 기기의 표면에 먼지 또는 물방울 등이 부착된 경우에도 높은 감도로 검출할 수 있는 경우가 있다.
여기서 터치 센서 또는 비접촉 센서는 대상물(손가락, 손, 또는 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다. 터치 센서는 전자 기기와 대상물이 직접 접함으로써 대상물을 검출할 수 있다. 또한 비접촉 센서는 대상물이 전자 기기에 접촉되지 않아도 상기 대상물을 검출할 수 있다. 예를 들어 표시 장치(또는 전자 기기)와 대상물 사이의 거리가 0.1mm 이상 300mm 이하, 바람직하게는 3mm 이상 50mm 이하인 범위에서 표시 장치가 상기 대상물을 검출할 수 있는 구성인 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 기기에 대상물이 직접 접촉되지 않아도 조작할 수 있고, 바꿔 말하면 비접촉(터치리스)으로 표시 장치를 조작할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 기기에 오염이 부착되거나 흠이 생길 위험성을 저감하거나, 대상물이 전자 기기에 부착된 오염(예를 들어 먼지 또는 바이러스 등)에 직접 접촉되지 않고 전자 기기를 조작하는 것이 가능하게 된다.
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 저감할 수 있다. 또한 상기 리프레시 레이트에 따라 터치 센서 또는 비접촉 센서의 구동 주파수를 변화시켜도 좋다. 예를 들어 표시 장치의 리프레시 레이트가 120Hz인 경우, 터치 센서 또는 비접촉 센서의 구동 주파수를 120Hz보다 높은 주파수(대표적으로는 240Hz)로 하는 구성으로 할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써 저소비 전력을 실현할 수 있으며, 터치 센서 또는 비접촉 센서의 응답 속도를 높일 수 있다.
또한 제 1 수광 디바이스와 제 2 수광 디바이스의 검출 정도에 차가 있으므로, 기능에 맞추어 대상물의 검출 방법을 선택하여도 좋다. 예를 들어 표시 화면의 스와이프 기능 및 스크롤 기능 중 한쪽 또는 양쪽은 제 2 수광 디바이스를 사용한 비접촉 센서 기능에 의하여 실현하고, 화면에 표시된 키보드에 의한 입력 기능은 제 1 수광 디바이스를 사용한 정세도가 높은 터치 센서 기능에 의하여 실현하여도 좋다.
하나의 화소에 2종류의 수광 디바이스를 탑재함으로써, 표시 기능에 더하여 2개의 기능을 추가할 수 있어, 다기능의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 정세도가 높은 촬상을 수행하기 위하여, 제 1 수광 디바이스는 표시 장치가 가지는 모든 화소에 제공되는 것이 바람직하다. 한편 터치 센서 또는 비접촉 센서 등에 사용하는 제 2 수광 디바이스는 제 1 수광 디바이스를 사용한 검출에 비하여 높은 정도가 요구되지 않기 때문에, 표시 장치가 가지는 일부 화소에 제공되면 된다. 표시 장치가 가지는 제 2 수광 디바이스의 개수를 제 1 수광 디바이스의 개수보다 적게 함으로써 검출 속도를 높일 수 있다.
그래서 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 상술한 제 1 화소와 제 2 화소를 각각 복수로 가지는 구성으로 할 수 있다. 제 2 화소는 발광 디바이스와 제 1 수광 디바이스를 가지는 점에서 제 1 화소와 같고, 제 2 수광 디바이스를 가지지 않는 대신에 다른 디바이스를 가지는 점에서 제 1 화소와 상이하다.
제 2 화소는 각종 센서 디바이스, 또는 적외광을 발하는 발광 디바이스 등을 가질 수 있다. 이와 같이 제 2 화소에 제 1 화소와는 다른 디바이스를 제공함으로써 다기능의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 풀 컬러 표시를 수행하기 위하여 화소에 적색, 녹색, 청색의 3색의 발광 디바이스를 제공한 경우, 2개의 수광 디바이스를 더 제공함으로써 하나의 화소는 5개의 부화소로 구성된다. 이와 같이 많은 부화소를 가지는 화소에 있어서 높은 개구율을 실현하기는 매우 어렵다. 또는 많은 부화소를 가지는 화소를 사용하여 정세도가 높은 표시 장치를 실현하기는 어렵다.
그래서, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 있어서 섬 형상의 EL층은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 전체 면에 성막한 후에 가공함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 여태까지 실현이 어려웠던 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 수광 디바이스를 내장하고 광 검출 기능을 가지는 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다.
상기와 같이 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 고개구율 또는 고정세이며 다기능인 구성으로 할 수 있다.
도 3의 (A)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치가 가지는 화소의 일례를 나타내었다.
도 3의 (A)에 나타낸 화소(180A)는 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R), 부화소(PS), 및 부화소(IRS)를 가진다.
도 3의 (A)에는 하나의 화소(180A)가 2행 3열로 구성되어 있는 예를 나타내었다. 화소(180A)는 위의 행(첫 번째 행)에 3개의 부화소(부화소(G), 부화소(B), 부화소(R))를 가지고, 아래의 행(두 번째 행)에 2개의 부화소(부화소(PS), 부화소(IRS))를 가진다. 바꿔 말하면 화소(110)는 왼쪽 열(첫 번째 열)에 2개의 부화소(부화소(G), 부화소(PS))를 가지고, 중앙의 열(두 번째 열)에 부화소(B)를 가지고, 오른쪽 열(세 번째 열)에 부화소(R)를 가지며, 중앙의 열에서 오른쪽 열에 걸쳐 부화소(IRS)를 가진다.
도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 아래의 행(두 번째 행)에도 3개의 부화소(부화소(PS)와 2개의 부화소(IRS))를 가져도 좋다. 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 위의 행과 아래의 행의 부화소의 배치를 정렬시키는 구성으로 함으로써, 제조 공정에서 발생할 수 있는 먼지 등을 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 표시 품위가 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 3의 (B)에서 2개의 부화소(IRS)는 각각 독립적으로 수광 디바이스를 가져도 좋고, 하나의 수광 디바이스를 공통하여도 좋다. 즉, 도 3의 (B)에 나타낸 화소(110)는 부화소(PS)용 수광 디바이스를 하나 가지고, 부화소(IRS)용 수광 디바이스를 하나 또는 2개 가지는 구성으로 할 수 있다.
부화소(PS)의 수광 면적은 부화소(IRS)의 수광 면적보다 작다. 수광 면적이 작을수록 촬상 범위가 좁아지므로, 촬상 결과의 흐릿해짐 억제 및 해상도의 향상이 가능하다. 그러므로 부화소(PS)를 사용함으로써, 부화소(IRS)를 사용하는 경우에 비하여 고정세 또는 고해상도의 촬상을 수행할 수 있다. 예를 들어 부화소(PS)를 사용하여 지문, 장문, 홍채, 맥 형상(정맥 형상, 동맥 형상을 포함함), 또는 얼굴 등을 사용한 개인 인증을 위한 촬상을 수행할 수 있다.
부화소(PS)의 정세도는 100ppi 이상, 바람직하게는 200ppi 이상, 더 바람직하게는 300ppi 이상, 더 바람직하게는 400ppi 이상, 더 바람직하게는 500ppi 이상이고, 2000ppi 이하, 1000ppi 이하, 또는 600ppi 이하 등으로 할 수 있다. 특히 200ppi 이상 600ppi 이하, 바람직하게는 300ppi 이상 600ppi 이하의 정세도로 수광 디바이스를 배치함으로써, 지문의 촬상에 적합하게 사용할 수 있다. 또한 정세도가 500ppi 이상이면 미국 국립 표준 기술 연구소(NIST) 등의 규격에 준거할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 수광 디바이스의 정세도를 500ppi로 가정한 경우, 화소 하나당 크기는 50.8μm가 되므로, 지문의 폭(대표적으로는 300μm 이상 500μm 이하)을 촬상하기에 충분한 정세도인 것을 알 수 있다.
수광 디바이스의 배열 간격은 지문의 2개의 볼록부 사이의 거리, 바람직하게는 인접한 오목부와 볼록부 사이의 거리보다 짧은 간격으로 함으로써, 선명한 지문의 화상을 취득할 수 있다. 사람의 지문의 오목부와 볼록부의 간격은 대략 200μm이라는 견해가 있다. 또한 사람의 지문의 폭은 300μm 이상 500μm 이하, 또는 460μm±150μm이라는 등의 견해가 있다. 예를 들어 수광 디바이스의 배열 간격은 400μm 이하로, 바람직하게는 200μm 이하로, 더 바람직하게는 150μm 이하로, 더 바람직하게는 100μm 이하로, 더 바람직하게는 50μm 이하로 하고, 1μm 이상으로, 바람직하게는 10μm 이상으로, 더 바람직하게는 20μm 이상으로 한다.
부화소(PS)가 가지는 수광 디바이스는 가시광을 검출하는 것이 바람직하고 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 광 중 하나 또는 복수를 검출하는 것이 바람직하다. 또한 부화소(PS)가 가지는 수광 디바이스는 적외광(근적외광을 포함함)을 검출하여도 좋다.
또한 부화소(IRS)는 터치 센서 또는 비접촉 센서 등에 사용할 수 있다. 부화소(IRS)는 용도에 따라 검출하는 광의 파장을 적절히 결정할 수 있다. 예를 들어 부화소(IRS)는 적외광을 검출하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 어두운 장소에서도 터치 검출할 수 있다.
도 3의 (C) 및 (D)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가지는 전자 기기의 단면도의 일례를 나타내었다.
도 3의 (C) 및 (D)에 나타낸 전자 기기는 각각 하우징(103)과 보호 부재(105) 사이에 표시 장치(100)와 광원(104)을 가진다.
광원(104)은 적외광(31IR)을 발하는 발광 디바이스를 가진다. 광원(104)에는 예를 들어 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)를 사용하는 것이 바람직하다.
도 3의 (C)에는 표시 장치(100)와 중첩되지 않는 위치에 광원(104)이 배치되는 예를 나타내었다. 이때 광원(104)의 발광은 보호 부재(105)를 통하여 전자 기기의 외부에 사출된다.
도 3의 (D)에는 표시 장치와 광원(104)이 중첩되어 제공된 예를 나타내었다. 이때 광원(104)의 발광은 표시 장치(100)와 보호 부재(105)를 통하여 전자 기기의 외부에 사출된다
도 3의 (C) 및 (D)에 나타낸 표시 장치(100)는 도 3의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2 간의 단면 구조에 상당한다. 표시 장치(100)는 기판(106)과 기판(102) 사이에 복수의 발광 디바이스 및 복수의 수광 디바이스를 가진다.
부화소(R)는 적색의 광(31R)을 발하는 발광 디바이스(130R)를 가진다. 부화소(G)는 녹색의 광(31G)을 발하는 발광 디바이스(130G)를 가진다. 부화소(B)는 청색의 광(31B)을 발하는 발광 디바이스(130B)를 가진다.
부화소(PS)는 수광 디바이스(150PS)를 가지고, 부화소(IRS)는 수광 디바이스(150IRS)를 가진다. 부화소(PS)와 부화소(IRS)가 검출하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않는다.
도 3의 (C) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 광원(104)이 발한 적외광(31IR)은 대상물(108)(여기서는 손가락)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32IR)이 수광 디바이스(150IRS)에 입사한다. 대상물(108)은 전자 기기에 접촉되지 않지만 수광 디바이스(150IRS)를 사용하여 대상물(108)을 검출할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 적외광(31IR)을 사용하여 대상물을 검출하는 예를 나타내었지만, 수광 디바이스(150IRS)가 검출하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않는다. 수광 디바이스(150IRS)는 적외광을 검출하는 것이 바람직하다. 또는 수광 디바이스(150IRS)는 가시광을 검출하여도 좋고, 적외광과 가시광의 양쪽을 검출하여도 좋다.
여기서, 터치 센서 또는 비접촉 센서에서는 수광 디바이스의 수광 면적을 크게 함으로써 대상물의 검출을 더 용이하게 할 수 있는 경우가 있다. 그러므로 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 수광 디바이스(150PS)와 수광 디바이스(150IRS)의 양쪽을 사용하여 대상물(108)의 검출을 수행하여도 좋다.
도 4의 (A)에서는 도 3의 (C) 및 (D)와 마찬가지로, 광원(104)이 발한 적외광(31IR)은 대상물(108)(여기서는 손가락)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32IR)이 수광 디바이스(150IRS)에 입사한다. 또한 도 4의 (A)에서는 발광 디바이스(130G)가 발한 녹색의 광(31G)도 대상물(108)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32G)이 수광 디바이스(150PS)에 입사한다. 대상물(108)은 전자 기기에 접촉되지 않지만 수광 디바이스(150IRS) 및 수광 디바이스(150PS)를 사용하여 대상물(108)을 검출할 수 있다.
또한 수광 디바이스(150IRS)(및 수광 디바이스(150PS))를 사용하여 전자 기기에 접촉된 대상물(108)을 검출할 수도 있다.
예를 들어 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스(130G)가 발한 녹색의 광(31G)이 대상물(108)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32G)이 수광 디바이스(150PS)에 입사한다. 수광 디바이스(150PS)를 사용하여 대상물(108)의 지문을 촬상할 수 있다.
또한 본 실시형태에서는 발광 디바이스(130G)가 발하는 녹색의 광(31G)을 사용하여 수광 디바이스(150PS)가 대상물을 검출하는 예를 나타내었지만, 수광 디바이스(150PS)가 검출하는 광의 파장은 특별히 한정되지 않는다. 수광 디바이스(150PS)는 가시광을 검출하는 것이 바람직하고 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 광 중 하나 또는 복수를 검출하는 것이 바람직하다. 또한 수광 디바이스(150PS)는 적외광을 검출하여도 좋다.
예를 들어 수광 디바이스(150PS)는 발광 디바이스(130R)가 발하는 적색의 광(31R)을 검출하는 기능을 가져도 좋다. 또한 수광 디바이스(150PS)는 발광 디바이스(130B)가 발하는 청색의 광(31B)을 검출하는 기능을 가져도 좋다.
또한 수광 디바이스(150PS)가 검출하는 광을 발하는 발광 디바이스는 화소 내에서 부화소(PS)와 위치가 가까운 부화소에 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들어 화소(180A)는 부화소(PS)와 인접한 부화소(G)가 가지는 발광 디바이스(130G)의 발광을 수광 디바이스(150PS)가 검출하는 구성을 가진다. 이와 같은 구성으로 함으로써 검출 정도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 모든 화소에 상술한 화소(180A)의 구성이 적용되어도 좋고, 일부 화소에 화소(180A)의 구성이 적용되고 다른 화소에는 다른 구성이 적용되어도 좋다.
예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 도 5의 (A)에 나타낸 화소(180A)와 도 5의 (B)에 나타낸 화소(180B)의 양쪽을 가져도 좋다.
도 5의 (B)에 나타낸 화소(180B)는 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R), 부화소(PS), 및 부화소(X)를 가진다.
도 5의 (C)에 나타낸 바와 같이, 화소는 아래의 행(두 번째 행)에 3개의 부화소(부화소(PS)와 2개의 부화소(X))를 가져도 좋다. 상술한 바와 같이 위의 행과 아래의 행의 부화소의 배치를 정렬시키는 구성으로 함으로써, 제조 공정에서 발생할 수 있는 먼지 등을 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서 표시 품위가 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
부화소(X)가 가지는 디바이스를 사용하여, 표시 장치, 또는 상기 표시 장치를 탑재한 전자 기기에서는 다양한 기능을 실현할 수 있다.
예를 들어 표시 장치 또는 전자 기기는 부화소(X)가 가지는 디바이스를 사용하여 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 자기, 온도, 화학 물질, 시간, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 몸 상태, 맥박, 체온, 혈중 산소 농도, 및 동맥혈 산소 포화도 중 적어도 하나를 측정하는 기능을 가질 수 있다.
또한 표시 장치 또는 전자 기기가 가지는 기능으로서는 예를 들어 스트로보 라이트 기능, 플래시 라이트 기능, 열화 보정 기능, 가속도 센서 기능, 냄새 센서 기능, 몸 상태 검출 기능, 맥박 검출 기능, 체온 검출 기능, 펄스옥시미터로서의 기능, 또는 혈중 산소 농도 측정 기능 등이 있다.
스트로보 라이트 기능은 예를 들어 짧은 주기로 발광과 비발광을 반복하는 구성으로 실현할 수 있다.
플래시 라이트 기능은 예를 들어 전기 이중층 등의 원리를 이용하여 순간 방전함으로써 섬광을 발생시키는 구성으로 실현할 수 있다.
또한 스트로보 라이트 기능 및 플래시 라이트 기능은 예를 들어 방범 용도 또는 호신 용도 등으로 이용할 수 있다. 또한 스트로보 라이트 및 플래시 라이트의 발광색으로서는 백색이 바람직하다. 다만 스트로보 라이트 및 플래시 라이트의 발광색에 특별히 한정은 없고, 백색, 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등, 실시자가 적절히 최적의 발광색을 하나 또는 복수 선택할 수 있다.
열화 보정 기능으로서는 부화소(G), 부화소(B), 및 부화소(R)에서 선택된 적어도 하나의 부화소가 가지는 발광 디바이스의 열화를 보정하는 기능을 들 수 있다. 더 구체적으로는 부화소(G)가 가지는 발광 디바이스에 사용하는 재료의 신뢰성이 낮은 경우, 부화소(X)를 부화소(G)와 같은 구성으로 함으로써 화소(180B) 중에 2개의 부화소(G)를 제공하는 구성으로 할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써 부화소(G)의 면적을 2배로 할 수 있다. 부화소(G)의 면적을 2배로 함으로써, 부화소(G)가 하나인 구성에 비하여 신뢰성을 2배 정도 높일 수 있다. 또는 화소(180B) 중에 2개의 부화소(G)를 제공하는 구성으로 함으로써, 한쪽의 부화소(G)가 열화 등으로 인하여 발광할 수 없게 된 경우에, 다른 쪽의 부화소(G)에 의하여 한쪽의 부화소(G)의 발광을 보완하는 구성으로 하여도 좋다.
또한 상기에서는 부화소(G)에 대하여 명시하였지만 부화소(B) 및 부화소(R)도 같은 구성으로 할 수 있다.
가속도 센서 기능, 냄새 센서 기능, 몸 상태 검출 기능, 맥박 검출 기능, 체온 검출 기능, 및 혈중 산소 농도 측정 기능은 각각 검출에 필요한 센서 디바이스를 부화소(X)에 제공함으로써 실현할 수 있다. 또한 부화소(X)에 제공하는 센서 디바이스에 따라 표시 장치 또는 전자 기기는 다양한 기능을 실현할 수 있다고 할 수 있다.
상기와 같이, 도 5의 (B)에 나타낸 부화소(X)에 다양한 기능을 부여함으로써, 화소(180B)를 가지는 표시 장치를 다기능 표시 장치 또는 다기능 패널이라고 호칭할 수 있다. 또한 부화소(X)의 기능은 하나 또는 2개 이상이어도 좋고, 실시자가 적절히 최적의 기능을 선택할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 부화소(X) 및 부화소(IRS)의 양쪽을 가지지 않는 4개의 부화소로 구성되는 화소를 가져도 좋다. 즉 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R), 및 부화소(PS)를 가지는 화소를 가져도 좋다. 또한 표시 장치는 화소에 따라 가지는 부화소의 개수가 달라도 좋다. 한편 각 화소의 품질을 균일하게 하기 위해서는 모든 화소가 동일한 개수의 부화소를 가지는 것이 바람직하다.
또한 예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 도 5의 (A)에 나타낸 화소(180A)와 도 5의 (D)에 나타낸 화소(180C)의 양쪽을 가져도 좋다.
도 5의 (D)에 나타낸 화소(180C)는 부화소(G), 부화소(B), 부화소(R), 부화소(PS), 및 부화소(IR)를 가진다.
부화소(IR)는 적외광을 발하는 발광 디바이스를 가진다. 즉 부화소(IR)는 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 표시 장치가 적외광을 발하는 발광 디바이스를 가짐으로써 표시 장치와 별도로 광원을 제공하지 않아도 되므로 전자 기기의 부품수를 삭감할 수 있다.
도 5의 (E)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가지는 전자 기기의 단면도의 일례를 나타내었다.
도 5의 (E)에 나타낸 전자 기기는 하우징(103)과 보호 부재(105) 사이에 표시 장치(100)를 가진다.
도 5의 (E)에 나타낸 표시 장치(100)는 도 5의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2 간의 단면 구조와, 도 5의 (D)에서의 일점쇄선 A3-A4 간의 단면 구조에 상당한다. 즉 도 5의 (E)에 나타낸 표시 장치(100)는 화소(180A)와 화소(180C)를 가진다.
부화소(R)는 적색의 광(31R)을 발하는 발광 디바이스(130R)를 가진다. 부화소(G)는 녹색의 광(31G)을 발하는 발광 디바이스(130G)를 가진다. 부화소(B)는 청색의 광(31B)을 발하는 발광 디바이스(130B)를 가진다.
부화소(PS)는 수광 디바이스(150PS)를 가지고, 부화소(IRS)는 수광 디바이스(150IRS)를 가진다. 부화소(IR)는 적외광(31IR)을 발하는 발광 디바이스(130IR)를 가진다.
도 5의 (E)에 나타낸 바와 같이, 발광 디바이스(130IR)가 발한 적외광(31IR)은 대상물(108)(여기서는 손가락)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32IR)이 수광 디바이스(150IRS)에 입사한다. 대상물(108)은 전자 기기에 접촉되지 않지만 수광 디바이스(150IRS)를 사용하여 대상물(108)을 검출할 수 있다.
도 6 내지 도 9에 표시 장치의 레이아웃의 일례를 나타내었다.
비접촉 센서 기능은 예를 들어 특정 부분에 고정한 광원으로 대상물(손가락, 손, 또는 펜 등)을 비추고, 대상물로부터의 반사광을 복수의 부화소(IRS)로 검출하고, 복수의 부화소(IRS)에서의 검출 강도비로부터 대상물의 위치를 추정함으로써 실현할 수 있다.
부화소(IRS)를 가지는 화소(180A)를 표시부 내에 일정 주기마다 배치하는 구성, 또는 표시부의 외주에 배치하는 구성 등을 적용할 수 있다.
일부 화소만을 사용하여 비접촉 검출을 수행함으로써 구동 주파수를 높일 수 있다. 또한 다른 화소에 부화소(X) 또는 부화소(IR)를 탑재할 수 있기 때문에 다기능의 표시 장치를 실현할 수 있다.
도 6에 나타낸 표시 장치(100A)는 화소(180A)와 화소(180B)의 2종류의 화소를 가진다. 표시 장치(100A)에서 화소(180A)는 3×3화소(9화소)당 하나 제공되고, 그 외의 화소에는 화소(180B)의 구성이 적용되어 있다.
또한 화소(180A)를 배치하는 주기는 3×3화소당 하나에 한정되지 않는다. 예를 들어 터치 검출에 사용하는 화소를 배치하는 주기는 4화소(2×2화소)당 1화소, 16화소(4×4화소)당 1화소, 100화소(10×10화소)당 1화소, 또는 900화소(30×30화소)당 1화소 등으로 적절히 결정할 수 있다.
도 7에 나타낸 표시 장치(100B)는 화소(180A)와 화소(180C)의 2종류의 화소를 가진다. 표시 장치(100B)에서 화소(180A)는 3×3화소(9화소)당 하나 제공되고, 그 외의 화소에는 화소(180C)의 구성이 적용되어 있다.
도 8에 나타낸 표시 장치(100C)는 화소(180A)와 화소(180B)의 2종류의 화소를 가진다. 표시 장치(100C)에서 화소(180A)는 표시부의 외주에 제공되고, 그 외의 화소에는 화소(180B)의 구성이 적용되어 있다.
표시부의 외주에 화소(180A)를 제공하는 경우, 화소(180A)의 배치는 다양하게 할 수 있고, 도 8에 나타낸 바와 같이 4변 모두를 둘러싸도록 배치하여도 좋고, 4구석에 배치하여도 좋고, 각 변에 하나 또는 복수 배치하여도 좋다.
도 9에 나타낸 표시 장치(100D)는 화소(180A)와 화소(180C)의 2종류의 화소를 가진다. 표시 장치(100D)에서 화소(180A)는 표시부의 외주에 제공되고, 그 외의 화소에는 화소(180C)의 구성이 적용되어 있다.
도 6 및 도 8에서는 표시 장치의 표시부의 외부에 제공된 광원(104)이 발한 적외광(31IR)은 대상물(108)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32IR)이 복수의 화소(180A)에 입사한다. 상기 화소(180A)에 제공된 부화소(IRS)로 반사광(32IR)을 검출하고, 복수의 부화소(IRS)에서의 검출 강도비로부터 대상물(108)의 위치를 추정할 수 있다.
또한 광원(104)은 적어도 표시 장치의 표시부의 외부에 제공되고, 표시 장치에 내장되어도 좋고, 표시 장치와는 별도로 전자 기기에 탑재되어도 좋다. 광원(104)에는 예를 들어 적외광을 발하는 발광 다이오드 등을 사용할 수 있다.
도 7 및 도 9에서는 화소(180C)가 가지는 부화소(IR)가 발한 적외광(31IR)은 대상물(108)에 의하여 반사되고, 대상물(108)로부터의 반사광(32IR)이 복수의 화소(180A)에 입사한다. 상기 화소(180A)에 제공된 부화소(IRS)로 반사광(32IR)을 검출하고, 복수의 부화소(IRS)에서의 검출 강도비로부터 대상물(108)의 위치를 추정할 수 있다.
상기와 같이 표시 장치의 레이아웃은 다양한 형태로 할 수 있다.
도 10에 2개의 수광 디바이스를 가지는 화소 회로의 예를 나타내었다.
도 10에 나타낸 화소는 트랜지스터(M11, M12, M13, M14, M15), 용량 소자(C1), 및 수광 디바이스(PD1, PD2)를 가진다.
트랜지스터(M11)는 게이트가 배선(TX)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 한쪽이 수광 디바이스(PD1)의 애노드 전극 및 트랜지스터(M15)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M12)의 소스 및 드레인 중 한쪽, 용량 소자(C1)의 제 1 전극, 및 트랜지스터(M13)의 게이트와 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M12)는 게이트가 배선(RS)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(VRS)과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M13)는 소스 및 드레인 중 한쪽이 배선(VPI)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 트랜지스터(M14)의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M14)는 게이트가 배선(SE)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 배선(WX)과 전기적으로 접속되어 있다. 트랜지스터(M15)는 게이트가 배선(SW)과 전기적으로 접속되고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽이 수광 디바이스(PD2)의 애노드 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 수광 디바이스(PD1) 및 수광 디바이스(PD2)는 캐소드 전극이 배선(CL)과 전기적으로 접속되어 있다. 용량 소자(C1)는 제 2 전극이 배선(VCP)과 전기적으로 접속되어 있다.
트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 트랜지스터(M14), 및 트랜지스터(M15)는 스위치로서 기능한다. 트랜지스터(M13)는 증폭 소자(앰프)로서 기능한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 화소 회로에 포함되는 트랜지스터의 모두로서, 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 트랜지스터(OS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 표시 장치의 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
또는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 화소 회로에 포함되는 모든 트랜지스터에 채널이 형성되는 반도체층에 실리콘을 가지는 트랜지스터(Si 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. 실리콘으로서는 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등을 들 수 있다. 특히 반도체층에 저온 폴리실리콘(LTPS(Low Temperature Poly-Silicon))을 포함한 트랜지스터(이하 LTPS 트랜지스터라고도 함)를 사용하는 것이 바람직하다. LTPS 트랜지스터는 전계 효과 이동도가 높아 고속 동작이 가능하다.
또는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 화소 회로에 2종류의 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 화소 회로는 OS 트랜지스터와 LTPS 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 트랜지스터에 요구되는 기능에 따라 반도체층의 재료를 바꿈으로써 화소 회로의 품질을 높이고 센싱 또는 촬상의 정도를 높일 수 있다.
예를 들어 트랜지스터(M11) 내지 트랜지스터(M15) 모두에, 반도체층에 저온 폴리실리콘을 사용한 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M15)에, 반도체층에 금속 산화물을 사용한 OS 트랜지스터를 적용하고, 트랜지스터(M13)에 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. 이때, 트랜지스터(M14)에는 OS 트랜지스터 및 LTPS 트랜지스터 중 어느 쪽을 적용하여도 좋다.
트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M15)에 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 수광 디바이스(PD1) 및 수광 디바이스(PD2)에서 발생하는 전하를 바탕으로 트랜지스터(M13)의 게이트에 유지되는 전위가 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 또는 트랜지스터(M15)를 통하여 누설되는 것을 방지할 수 있다.
한편으로, 트랜지스터(M13)에는 LTPS 트랜지스터를 적용하는 것이 바람직하다. LTPS 트랜지스터는 OS 트랜지스터보다 높은 전계 효과 이동도를 실현할 수 있어, 구동 능력 및 전류 능력이 우수하다. 그러므로 트랜지스터(M13)는 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M15)에 비하여 더 빠른 동작이 가능하다. 트랜지스터(M13)에 LTPS 트랜지스터를 사용함으로써, 수광 디바이스(PD1) 또는 수광 디바이스(PD2)의 수광량에 의거한 미세 전위에 따라 트랜지스터(M14)에 신속하게 출력할 수 있다.
즉 도 10에 나타낸 화소 회로에서 트랜지스터(M11), 트랜지스터(M12), 및 트랜지스터(M15)는 누설 전류가 적고, 또한 트랜지스터(M13)는 구동 능력이 높기 때문에, 수광 디바이스(PD1) 및 수광 디바이스(PD2)에서 수광하고 트랜지스터(M11) 및 트랜지스터(M15)를 통하여 전송(轉送)된 전하가 누설 없이 유지될 수 있으며 고속으로 판독을 할 수 있다.
트랜지스터(M14)는 트랜지스터(M13)로부터의 출력을 배선(WX)에 흘리는 스위치로서 기능하기 때문에, 트랜지스터(M11) 내지 트랜지스터(M13) 및 트랜지스터(M15)와 달리, 작은 오프 전류 및 고속 동작 등은 반드시 요구되지는 않는다. 그러므로 트랜지스터(M14)의 반도체층에는 저온 폴리실리콘을 적용하여도 좋고, 산화물 반도체를 적용하여도 좋다.
또한 도 10에서 트랜지스터를 n채널형 트랜지스터로 표기하였지만, p채널형 트랜지스터를 사용할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 개인 인증을 위한 촬상 등, 고정세이며 선명한 촬상이 요구되는 경우에는 수광 디바이스의 개구율(수광 면적)이 작은 것이 바람직하다. 한편 비접촉 센서 등, 대략적인 위치를 검출할 수 있으면 되는 경우에는 수광 디바이스의 개구율(수광 면적)이 큰 것이 바람직하다. 그러므로 수광 디바이스(PD1)의 개구율(수광 면적)이 수광 디바이스(PD2)의 개구율(수광 면적)보다 작은 구성으로 하는 것이 바람직하다. 그리고 높은 정세도가 요구되는 촬상에서는, 트랜지스터(M11)를 온으로 하고 트랜지스터(M15)는 오프로 함으로써, 수광 디바이스(PD1)만을 사용하여 촬상을 수행하는 것이 바람직하다. 한편 큰 면적에서의 검출을 수행하는 경우에는 트랜지스터(M11)와 트랜지스터(M15)의 양쪽을 온으로 함으로써, 수광 디바이스(PD1)와 수광 디바이스(PD2)의 양쪽을 사용하여 촬상을 수행하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 촬상할 수 있는 광량을 늘려, 전자 기기에서 떨어진 곳의 대상물을 검출하기 쉽게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 처리부 및 표시부를 사용하여, 비접촉의 대상물을 검출하고, 위치 정보를 추론할 수 있다. 처리부에서 기계 학습 모델을 사용함으로써 추론의 정도를 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 하나의 화소에 2종류의 수광 디바이스를 탑재함으로써, 표시 기능에 더하여 2개의 기능을 추가할 수 있어, 다기능의 전자 기기를 실현할 수 있다. 예를 들어 정세도가 높은 촬상 기능과, 터치 센서 또는 비접촉 센서 등의 센싱 기능을 실현할 수 있다. 또한 2종류의 수광 디바이스를 탑재한 화소와 다른 구성의 화소를 조합함으로써 전자 기기의 기능을 더 늘릴 수 있다. 예를 들어 적외광을 발하는 발광 디바이스, 또는 각종 센서 디바이스 등을 가지는 화소를 사용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 11 내지 도 15를 사용하여 설명한다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 화소에 발광 디바이스 및 수광 디바이스를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 화소에 수광 기능을 가지기 때문에 화상을 표시하면서 대상물의 접촉 또는 근접을 검출할 수 있다. 예를 들어 표시 장치에 포함되는 모든 부화소를 사용하여 화상을 표시할 뿐만 아니라, 일부의 부화소가 광원으로서의 광을 나타내고, 다른 일부의 부화소는 광 검출을 수행하고, 나머지 부화소에서 화상을 표시할 수도 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 표시부에 발광 디바이스가 매트릭스상으로 배치되어 있고, 상기 표시부에 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 센서 또는 터치 센서에 사용할 수 있다. 즉 표시부에서 광을 검출함으로써, 화상을 촬상하거나 대상물(손가락, 손, 또는 펜 등)의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 발광 디바이스를 센서의 광원으로서 이용할 수 있다. 따라서 표시 장치와 별도로 수광부 및 광원을 제공하지 않아도 되므로 전자 기기의 부품수를 삭감할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 표시부가 가지는 발광 디바이스가 발한 광이 대상물에서 반사(또는 산란)될 때 수광 디바이스가 그 반사광(또는 산란광)을 검출할 수 있기 때문에 어두운 곳에서도 촬상 또는 터치 검출이 가능하다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능을 가진다. 즉 발광 디바이스는 표시 디바이스(표시 소자라고도 함)로서 기능한다.
발광 디바이스로서는 예를 들어 OLED(Organic Light Emitting Diode) 또는 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode)를 사용하는 것이 바람직하다. 발광 디바이스가 가지는 발광 물질(발광 재료라고도 함)로서는, 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 발광 수명(들뜬 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 디바이스에서의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다. 또한 발광 디바이스로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 사용할 수도 있다. 또한 발광 디바이스가 가지는 발광 물질로서 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등)을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 수광 디바이스를 사용하여 광을 검출하는 기능을 가진다.
수광 디바이스를 이미지 센서로서 사용하는 경우, 표시 장치는 수광 디바이스를 사용하여 화상을 촬상할 수 있다. 예를 들어 본 실시형태의 표시 장치는 스캐너로서 사용할 수 있다.
예를 들어 이미지 센서를 사용하여 지문, 장문 등의 생체 정보에 따른 데이터를 취득할 수 있다. 즉 표시 장치에 생체 인증용 센서를 내장시킬 수 있다. 표시 장치가 생체 인증용 센서를 내장함으로써, 표시 장치와는 별도로 생체 인증용 센서를 제공하는 경우에 비하여 전자 기기의 부품 점수를 적게 할 수 있기 때문에, 전자 기기의 소형화 및 경량화가 가능하다.
또한 수광 디바이스를 터치 센서로서 사용하는 경우, 표시 장치는 수광 디바이스를 사용하여 대상물의 근접 또는 접촉을 검출할 수 있다.
수광 디바이스로서는, 예를 들어 pn형 또는 pin형 포토다이오드를 사용할 수 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 포함하는 유기 포토다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 유기 포토다이오드는 박형화, 경량화, 및 대면적화가 용이하고, 또한 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 기판에 형성할 수 있다. 따라서 유기 EL 디바이스를 사용한 표시 장치에 유기 포토다이오드를 내장시킬 수 있다.
유기 포토다이오드는 유기 EL 디바이스와 공통된 구성으로 할 수 있는 층이 많기 때문에, 공통된 구성으로 할 수 있는 층은 일괄적으로 성막함으로써, 성막 공정의 증가를 억제할 수 있다.
예를 들어 한 쌍의 전극 중 한쪽(공통 전극)을 수광 디바이스 및 발광 디바이스에서 공통된 구성의 층으로 할 수 있다. 또한 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 적어도 하나를 수광 디바이스 및 발광 디바이스에서 공통된 구성의 층으로 하는 것이 바람직하다.
또한 수광 디바이스와 발광 디바이스가 공통적으로 가지는 층은 발광 디바이스에서의 기능과 수광 디바이스에서의 기능이 서로 다른 경우가 있다. 본 명세서에서, 구성 요소의 명칭은 발광 디바이스에서의 기능에 기초한다. 예를 들어 정공 주입층은 발광 디바이스에서 정공 주입층으로서 기능하고, 수광 디바이스에서 정공 수송층으로서 기능한다. 마찬가지로, 전자 주입층은 발광 디바이스에서 전자 주입층으로서 기능하고, 수광 디바이스에서 전자 수송층으로서 기능한다. 또한 수광 디바이스와 발광 디바이스가 공통적으로 가지는 층은 발광 디바이스에서의 기능과 수광 디바이스에서의 기능이 서로 같은 경우도 있다. 정공 수송층은 발광 디바이스 및 수광 디바이스 중 어느 쪽에서도 정공 수송층으로서 기능하고, 전자 수송층은 발광 디바이스 및 수광 디바이스 중 어느 쪽에서도 전자 수송층으로서 기능한다.
발광층의 발광색이 각각 다른 복수의 유기 EL 디바이스를 가지는 표시 장치를 제작하는 경우, 발광색이 다른 발광층을 각각 섬 형상으로 형성할 필요가 있다.
예를 들어 메탈 마스크(섀도 마스크라고도 함)를 사용한 진공 증착법에 의하여 섬 형상의 발광층을 성막할 수 있다. 그러나 이 방법으로는 메탈 마스크의 정도, 메탈 마스크와 기판의 위치 어긋남, 메탈 마스크의 휨, 및 증기의 산란 등으로 인한 성막되는 막의 윤곽 확장 등 다양한 영향에 의하여, 섬 형상의 발광층의 형상 및 위치에 있어 설계와 차이가 나기 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 발하는 발광층을 포함하는 제 1 층(EL층 또는 EL층의 일부라고 할 수 있음)을 전체 면에 형성한 후, 제 1 층 위에 제 1 희생층을 형성한다. 그리고 제 1 희생층 위에 제 1 레지스트 마스크를 형성하고, 제 1 레지스트 마스크를 사용하여 제 1 층과 제 1 희생층을 가공함으로써 섬 형상의 제 1 층을 형성한다. 이어서 제 1 층과 마찬가지로 제 2 색의 광을 발하는 발광층을 포함하는 제 2 층(EL층 또는 EL층의 일부라고 할 수 있음)을 제 2 희생층 및 제 2 레지스트 마스크를 사용하여 섬 형상으로 형성한다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 EL층은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 전체 면에 성막한 후에 가공함으로써 형성된다. 따라서, 여태까지 실현이 어려웠던 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층을 각 색으로 구분 형성할 수 있기 때문에 매우 선명하고 콘트라스트가 높으며 표시 품위가 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층 위에 희생층(마스크층이라고 호칭하여도 좋음)을 제공함으로써, 표시 장치의 제작 공정 중에 EL층이 받는 대미지를 저감하여 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
인접한 발광 디바이스들의 간격은 예를 들어 메탈 마스크를 사용한 형성 방법으로는 10μm 미만으로 하기가 어렵지만, 상기 방법에 따르면 3μm 이하, 2μm 이하, 또는 1μm 이하까지 좁힐 수 있다.
또한 EL층 자체의 패턴(가공 사이즈라고도 할 수 있음)에 대해서도, 메탈 마스크를 사용한 경우에 비하여 매우 작게 할 수 있다. 또한 예를 들어 EL층을 구분 형성할 때 메탈 마스크를 사용한 경우에는 EL층의 중앙과 단부에서 두께의 편차가 발생하기 때문에, EL층의 면적에 대하여 발광 영역으로서 사용할 수 있는 유효 면적은 작아진다. 한편으로 상기 제작 방법에 따르면 균일한 두께로 성막한 막을 가공함으로써 EL층을 형성하기 때문에, EL층 내에서 두께를 균일하게 할 수 있어, 미세한 패턴이어도 그 거의 전체를 발광 영역으로서 사용할 수 있다. 그러므로 높은 정세도와 높은 개구율을 겸비한 표시 장치를 제작할 수 있다.
여기서 제 1 층 및 제 2 층은 각각 적어도 발광층을 포함하고, 바람직하게는 복수의 층으로 이루어진다. 구체적으로는 발광층 위에 하나 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 발하는 발광 디바이스에서 EL층을 구성하는 모든 층을 구분 형성할 필요는 없고, 일부의 층은 동일 공정에서 성막할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 제작 방법에서는 EL층을 구성하는 일부의 층을 색마다 섬 형상으로 형성한 후, 희생층을 제거하고, EL층을 구성하는 나머지 층과 공통 전극(상부 전극이라고도 할 수 있음)을 각 색의 발광 디바이스에서 공통적으로 형성한다.
수광 디바이스에도 발광 디바이스와 같은 제작 방법을 적용할 수 있다. 수광 디바이스가 가지는 섬 형상의 활성층(광전 변환층이라고도 함)은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, 활성층이 되는 막을 전체 면에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 활성층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 또한 활성층 위에 희생층을 제공함으로써, 표시 장치의 제작 공정 중에 활성층이 받는 대미지를 저감하여 수광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
[표시 장치의 구성예]
도 11의 (A) 및 (B)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타내었다.
도 11의 (A)에 표시 장치(100E)의 상면도를 나타내었다. 표시 장치(100E)는 복수의 화소(110)가 매트릭스상으로 배치된 표시부와, 표시부의 외측의 접속부(140)를 가진다. 하나의 화소(110)는 부화소(110a, 110b, 110c, 110d, 110e)의 5개의 부화소로 구성된다. 또한 화소는 도 11의 (A)의 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 실시형태 1에서 예시한 각 구성을 적용할 수도 있다.
도 11의 (A)에는 하나의 화소(110)가 2행 3열로 구성되어 있는 예를 나타내었다. 화소(110)는 위의 행(첫 번째 행)에 3개의 부화소(부화소(110a, 110b, 110c))를 가지고, 아래의 행(두 번째 행)에 2개의 부화소(부화소(110d, 110e))를 가진다. 바꿔 말하면 화소(110)는 왼쪽 열(첫 번째 열)에 2개의 부화소(부화소(110a, 110d))를 가지고, 중앙의 열(두 번째 열)에 부화소(110b)를 가지고, 오른쪽 열(세 번째 열)에 부화소(110c)를 가지며, 중앙의 열에서 오른쪽 열에 걸쳐 부화소(110e)를 가진다.
본 실시형태에서는 부화소(110a, 110b, 110c)가 각각 다른 색의 광을 발하는 발광 디바이스를 가지고, 부화소(110d, 110e)가 서로 수광 면적이 다른 수광 디바이스를 가지는 예를 나타내었다. 예를 들어 부화소(110a, 110b, 110c)는 도 5의 (A) 등에 나타낸 부화소(G, B, R)에 상당한다. 또한 부화소(110d)는 도 5의 (A) 등에 나타낸 부화소(PS)에 상당하고, 부화소(110e)는 도 5의 (A) 등에 나타낸 부화소(IRS)에 상당한다.
또한 부화소(110e)에 제공하는 디바이스를 화소마다 바꿔도 좋다. 이에 의하여 일부의 부화소(110e)가 부화소(IRS)에 상당하고, 다른 부화소(110e)가 부화소(X)(도 5의 (B) 참조) 또는 부화소(IR)(도 5의 (D) 참조)에 상당하는 구성으로 하여도 좋다.
도 11의 (A)에는 상면에서 보았을 때 접속부(140)가 표시부의 아래쪽에 위치하는 예를 나타내었지만 특별히 한정되지 않는다. 접속부(140)는 상면에서 보았을 때 표시부의 위쪽, 오른쪽, 왼쪽, 아래쪽 중 적어도 하나의 부분에 제공되면 좋고, 표시부의 4변을 둘러싸도록 제공되어도 좋다. 또한 접속부(140)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 11의 (B)에 도 11의 (A)에서의 일점쇄선 X1-X2 간, X3-X4 간, 및 Y1-Y2 간의 단면도를 나타내었다. 또한 변형예로서 도 12의 (A) 내지 (C), 도 13의 (A) 및 (B), 도 14의 (A) 내지 (C)에는 도 11의 (A)에서의 일점쇄선 X1-X2 간 및 Y1-Y2 간의 단면도를 나타내었다.
도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(100E)는 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위에 발광 디바이스(130a, 130b, 130c), 수광 디바이스(150d, 150e)가 제공되고, 이들 발광 디바이스와 수광 디바이스를 덮도록 보호층(131)이 제공된다. 보호층(131) 위에는 수지층(122)으로 기판(120)이 접합된다. 또한 인접한 2개의 디바이스(발광 디바이스와 수광 디바이스, 2개의 발광 디바이스, 또는 2개의 수광 디바이스) 사이의 영역에는 절연층(125)과, 절연층(125) 위의 절연층(127)이 제공되어 있다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 발광 디바이스가 형성된 기판과 반대 방향으로 광을 사출하는 전면 사출(top-emission) 방식, 발광 디바이스가 형성된 기판 측으로 광을 사출하는 배면 사출(bottom-emission) 방식, 양면으로 광을 사출하는 양면 사출(dual-emission) 방식 중 어느 것이어도 좋다.
트랜지스터를 포함하는 층(101)에는, 예를 들어 기판에 복수의 트랜지스터가 제공되고, 이들 트랜지스터를 덮도록 절연층이 제공된 적층 구조를 적용할 수 있다. 트랜지스터를 포함하는 층(101)은 인접한 2개의 디바이스 사이에 오목부를 가져도 좋다. 예를 들어, 트랜지스터를 포함하는 층(101)의 최표면에 위치하는 절연층에 오목부가 제공되어도 좋다. 트랜지스터를 포함하는 층(101)의 구성예는 실시형태 3에서 후술한다.
발광 디바이스(130a, 130b, 130c)는 각각 다른 색의 광을 발한다. 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)는 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 광을 발하는 조합인 것이 바람직하다.
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 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위의 도전층(111a)과, 도전층(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. 도전층(111a)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(130a)에서 제 1 층(113a)과 제 4 층(114)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다. 발광 디바이스의 구성예에 대해서는 실시형태 4의 기재를 참조할 수 있다.
제 1 층(113a)은 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 가진다. 또는 제 1 층(113a)은 예를 들어 제 1 발광 유닛, 전하 발생층, 및 제 2 발광 유닛을 가진다.
제 4 층(114)은 예를 들어 전자 주입층을 가진다. 또는 제 4 층(114)은 전자 수송층과 전자 주입층의 적층을 가져도 좋다.
발광 디바이스(130b)는 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위의 도전층(111b)과, 도전층(111b) 위의 섬 형상의 제 2 층(113b)과, 섬 형상의 제 2 층(113b) 위의 제 4 층(114)과, 제 4 층(114) 위의 공통 전극(115)을 가진다. 도전층(111b)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(130b)에서 제 2 층(113b)과 제 4 층(114)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
발광 디바이스(130c)는 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위의 도전층(111c)과, 도전층(111c) 위의 섬 형상의 제 3 층(113c)과, 섬 형상의 제 3 층(113c) 위의 제 4 층(114)과, 제 4 층(114) 위의 공통 전극(115)을 가진다. 도전층(111c)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(130c)에서 제 3 층(113c)과 제 4 층(114)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
발광 디바이스(130a, 130b, 130c)는 각각 다른 색의 광을 발한다. 발광 디바이스(130a, 130b, 130c)는 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 광을 발하는 조합인 것이 바람직하다.
수광 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 활성층을 가진다. 본 명세서 등에서는 한 쌍의 전극 중 한쪽을 화소 전극이라고 기재하고, 다른 쪽을 공통 전극이라고 기재하는 경우가 있다.
수광 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. 즉 화소 전극과 공통 전극 사이에 역바이어스를 인가하여 수광 디바이스를 구동함으로써 수광 디바이스에 입사하는 광을 검출하고 전하를 발생시켜 전류로서 추출할 수 있다. 또는 화소 전극이 음극으로서 기능하고, 공통 전극이 양극으로서 기능하여도 좋다.
수광 디바이스(150d)는 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위의 도전층(111d)과, 도전층(111d) 위의 섬 형상의 제 5 층(113d)과, 섬 형상의 제 5 층(113d) 위의 제 4 층(114)과, 제 4 층(114) 위의 공통 전극(115)을 가진다. 도전층(111d)은 화소 전극으로서 기능한다.
제 5 층(113d)은 예를 들어 정공 수송층, 활성층, 및 전자 수송층을 가진다.
수광 디바이스(150e)는 트랜지스터를 포함하는 층(101) 위의 도전층(111e)과, 도전층(111e) 위의 섬 형상의 제 6 층(113e)과, 섬 형상의 제 6 층(113e) 위의 제 4 층(114)과, 제 4 층(114) 위의 공통 전극(115)을 가진다. 도전층(111e)은 화소 전극으로서 기능한다.
제 6 층(113e)은 예를 들어 정공 수송층, 활성층, 및 전자 수송층을 가진다.
제 4 층(114)은 발광 디바이스와 수광 디바이스가 공통적으로 가지는 층이다. 제 4 층(114)은 상술한 바와 같이 예를 들어 전자 주입층을 가진다. 또는 제 4 층(114)은 전자 수송층과 전자 주입층의 적층을 가져도 좋다.
공통 전극(115)은 접속부(140)에 제공된 도전층(123)에 전기적으로 접속된다. 또한 도 11의 (B)에는 도전층(123) 위에 제 4 층(114)이 제공되고 제 4 층(114)을 통하여 도전층(123)과 공통 전극(115)이 전기적으로 접속되어 있는 예를 나타내었다. 접속부(140)에는 제 4 층(114)을 제공하지 않아도 된다. 예를 들어, 도 12의 (C)에는 도전층(123) 위에 제 4 층(114)이 제공되지 않고, 도전층(123)과 공통 전극(115)이 직접 접속되어 있는 예를 나타내었다.
예를 들어, 성막 영역을 규정하기 위한 마스크(에어리어 마스크, 러프 메탈 마스크 등이라고도 함)를 사용함으로써, 제 4 층(114)과 공통 전극(115)에서 성막되는 영역을 다르게 할 수 있다.
도전층(111a) 내지 도전층(111e), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 각각의 측면은 절연층(125) 및 절연층(127)으로 덮여 있다. 이에 의하여 제 4 층(114)(또는 공통 전극(115))이 도전층(111a) 내지 도전층(111e), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 중 어느 측면과 접촉되는 것을 억제하여 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 단락을 억제할 수 있다. 이에 의하여 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(125)은 적어도 도전층(111a) 내지 도전층(111e)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 또한 절연층(125)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 절연층(125)은 도전층(111a) 내지 도전층(111e), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 각각의 측면과 접촉되는 구성으로 할 수 있다.
절연층(127)은 절연층(125)에 형성된 오목부를 충전하도록 절연층(125) 위에 제공된다. 절연층(127)은 절연층(125)을 개재(介在)하여 도전층(111a) 내지 도전층(111e), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 각각의 측면과 중첩되는 구성(측면을 덮는 구성이라고 할 수 있음)으로 할 수 있다.
절연층(125) 및 절연층(127)을 제공함으로써 인접한 섬 형상의 층 사이를 매립할 수 있기 때문에 섬 형상의 층 위에 제공하는 층(공통 전극 등)의 피형성면의 요철을 저감하여 더 평탄하게 할 수 있다. 따라서, 공통 전극의 피복성을 높일 수 있어, 공통 전극의 단절을 방지할 수 있다.
또한 절연층(125) 또는 절연층(127)은 섬 형상의 층과 접촉되도록 제공할 수 있다. 이에 의하여 섬 형상의 막 박리를 방지할 수 있다. 절연층과 섬 형상의 층을 밀착시킴으로써 인접한 섬 형상의 층이 절연층에 의하여 고정되거나 접착되는 효과를 가진다.
절연층(127)에는 유기 수지막이 적합하다. EL층의 측면과 감광성 유기 수지막이 직접 접촉되는 경우, 감광성 유기 수지막에 포함될 수 있는 유기 용매 등이 EL층에 대미지를 줄 가능성이 있다. 절연층(125)에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의하여 형성한 산화 알루미늄 막을 사용함으로써 절연층(127)에 사용하는 감광성 유기 수지막과 EL층의 측면이 직접 접촉되지 않는 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여, EL층이 유기 용매에 의하여 용해되는 것 등을 억제할 수 있다.
또한 절연층(125) 및 절연층(127) 중 어느 한쪽을 제공하지 않아도 된다. 예를 들어 무기 재료를 사용한 단층 구조의 절연층(125)을 형성함으로써 절연층(125)을 EL층의 보호 절연층으로서 사용할 수 있다. 이에 의하여 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 예를 들어 유기 재료를 사용한 단층 구조의 절연층(127)을 형성함으로써, 인접한 EL층 사이를 절연층(127)으로 충전하여 평탄화할 수 있다. 이에 의하여 EL층 및 절연층(127) 위에 형성하는 공통 전극(상부 전극)의 피복성을 높일 수 있다.
도 12의 (A)에는 절연층(125)을 제공하지 않는 경우의 예를 나타내었다. 절연층(125)을 제공하지 않는 경우, 절연층(127)은 도전층(111a) 내지 도전층(111e), 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 각각의 측면과 접촉되는 구성으로 할 수 있다. 절연층(127)은 각 발광 디바이스가 가지는 EL층 사이를 충전하도록 제공할 수 있다.
이때, 절연층(127)에는 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d) 및 제 6 층(113e)에 주는 대미지가 적은 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연층(127)에는 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 도 12의 (B)에는 절연층(127)을 제공하지 않는 경우의 예를 나타내었다.
제 4 층(114) 및 공통 전극(115)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 제 6 층(113e), 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 간의 영역)에 기인하는 단차가 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 절연층(125) 및 절연층(127)을 가짐으로써 상기 단차를 평탄화시킬 수 있고, 제 4 층(114) 및 공통 전극(115)의 피복성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 단절로 인한 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), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 중 적어도 하나의 상면의 높이와 일치 또는 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 또한 절연층(127)의 상면은 평탄한 형상을 가지는 것이 바람직하고, 볼록부, 볼록 곡면, 오목 곡면, 또는 오목부를 가져도 좋다.
절연층(125)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면과 접촉되는 영역을 가지고, 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 보호 절연층으로서 기능한다. 절연층(125)을 제공함으로써 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면으로부터 내부로 불순물(산소, 수분 등)이 들어가는 것을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
단면에서 보았을 때 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면과 접촉되는 영역에서의 절연층(125)의 폭(두께)이 크면 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 간격이 커져, 개구율이 낮아지는 경우가 있다. 또한 절연층(125)의 폭(두께)이 작으면 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면으로부터 내부로 불순물이 침입하는 것을 억제하는 효과가 작아지는 경우가 있다. 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e)의 측면과 접촉되는 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 가지는 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 높고, 후술하는 절연층(127)의 형성에 있어서, EL층을 보호하는 기능을 가지기 때문에 바람직하다. 특히, ALD법에 의하여 형성한 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막을, 산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 절연층(125)에 적용함으로써 핀홀이 적고, EL층을 보호하는 기능이 우수한 절연층(125)을 형성할 수 있다. 또한 절연층(125)은 ALD법에 의하여 형성한 막과 스퍼터링법에 의하여 형성한 막의 적층 구조로 하여도 좋다. 절연층(125)은 예를 들어 ALD법에 의하여 형성된 산화 알루미늄막과 스퍼터링법에 의하여 형성한 질화 실리콘막의 적층 구조이어도 좋다.
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, 화학 기상 퇴적(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 펄스 레이저 퇴적(PLD: Pulsed Laser Deposition)법, ALD법 등을 사용할 수 있다. 절연층(125)은 피복성이 양호한 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연층(125) 위에 제공되는 절연층(127)은 인접한 발광 디바이스 사이에 형성된 절연층(125)의 오목부를 평탄화하는 기능을 가진다. 바꿔 말하면 절연층(127)을 가짐으로써 공통 전극(115)의 형성면의 평탄성을 향상시키는 효과가 있다. 절연층(127)으로서는 유기 재료를 가지는 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 절연층(127)으로서 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 사용하여도 좋다. 또한 절연층(127)으로서 감광성 수지를 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), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 중 어느 것의 상면의 높이의 차이가 예를 들어 절연층(127)의 두께의 0.5배 이하가 바람직하고 0.3배 이하가 더 바람직하다. 또한 예를 들어 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 및 제 6 층(113e) 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.
발광 디바이스(130a, 130b, 130c), 수광 디바이스(150d, 150e) 위에 보호층(131)을 가지는 것이 바람직하다. 보호층(131)을 제공함으로써 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(131)의 도전성은 불문한다. 보호층(131)으로서는 절연막, 반도체막, 및 도전막 중 적어도 한 종류를 사용할 수 있다.
보호층(131)이 무기막을 가짐으로써 공통 전극(115)의 산화를 방지하거나 발광 디바이스(130a, 130b, 130c), 수광 디바이스(150d, 150e)에 불순물(수분, 산소 등)이 들어가는 것을 억제하는 등, 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 열화를 억제하여 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(131)에는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 및 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 산화 절연막으로서는, 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 갈륨막, 산화 저마늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 란타넘막, 산화 네오디뮴막, 산화 하프늄막, 및 산화 탄탈럼막 등이 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.
보호층(131)은 각각 질화 절연막 또는 질화산화 절연막을 가지는 것이 바람직하고, 질화 절연막을 가지는 것이 더 바람직하다.
또한 보호층(131)에는 In-Sn 산화물(ITO라고도 함), In-Zn 산화물, Ga-Zn 산화물, Al-Zn 산화물, 또는 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn 산화물, IGZO라고도 함) 등을 포함하는 무기막을 사용할 수도 있다. 상기 무기막은 고저항인 것이 바람직하고, 구체적으로는 공통 전극(115)보다 고저항인 것이 바람직하다. 상기 무기막은 질소를 더 포함하여도 좋다.
발광 디바이스의 발광을 보호층(131)을 통하여 추출하는 경우, 보호층(131)은 가시광에 대한 투과성이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO, IGZO, 및 산화 알루미늄은 각각 가시광에 대한 투과성이 높은 무기 재료이기 때문에 바람직하다.
보호층(131)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄막과, 산화 알루미늄막 위의 질화 실리콘막의 적층 구조, 또는 산화 알루미늄막과, 산화 알루미늄막 위의 IGZO막의 적층 구조 등을 사용할 수 있다. 상기 적층 구조를 사용함으로써, 불순물(물, 산소 등)이 EL층 측에 들어가는 것을 억제할 수 있다.
또한 보호층(131)은 유기막을 가져도 좋다. 예를 들어 보호층(131)은 유기막과 무기막의 양쪽을 가져도 좋다.
도전층(111a) 내지 도전층(111c) 각각의 상면 단부는 절연층에 의하여 덮여 있지 않다. 그러므로 인접한 발광 디바이스의 간격을 매우 좁게 할 수 있다. 따라서 고정세 또는 고해상도의 표시 장치로 할 수 있다.
또한 도 13의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 도전층(111a) 내지 도전층(111c) 각각의 단부는 절연층(121)에 의하여 덮여 있어도 좋다.
절연층(121)은 무기 절연막 및 유기 절연막 중 한쪽 또는 양쪽을 사용한 단층 구조 또는 적층 구조로 할 수 있다.
절연층(121)에는 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 폴리실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 및 페놀 수지 등의 유기 절연 재료를 사용할 수 있다. 또한 절연층(121)으로서는 보호층(131)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
화소 전극의 단부를 덮는 절연층(121)으로서 무기 절연막을 사용하면, 유기 절연막을 사용하는 경우에 비하여 발광 디바이스에 불순물이 들어가기 어려우므로, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다. 화소 전극의 단부를 덮는 절연층(121)으로서 유기 절연막을 사용하면, 무기 절연막을 사용하는 경우에 비하여 단차 피복성이 높아, 화소 전극의 형상의 영향을 받기 어렵다. 그러므로 발광 디바이스의 단락을 방지할 수 있다. 구체적으로는 절연층(121)으로서 유기 절연막을 사용하면 절연층(121)의 형상을 테이퍼 형상 등으로 가공할 수 있다. 또한 본 명세서 등에서 테이퍼 형상이란, 구조의 측면의 적어도 일부가 기판면 또는 피형성면에 대하여 경사져 제공되어 있는 형상을 가리킨다. 예를 들어 경사진 측면과 기판면 또는 피형성면이 이루는 각(테이퍼각이라고도 함)이 90° 미만인 영역을 가지는 것이 바람직하다.
또한 절연층(121)은 제공하지 않아도 된다. 절연층(121)을 제공하지 않음으로써 부화소의 개구율을 높일 수 있는 경우가 있다. 또는 부화소들 간의 거리를 좁힐 수 있어 표시 장치의 정세도 또는 해상도를 높일 수 있는 경우가 있다.
또한 도 13의 (A)에서는 제 4 층(114)이 제 1 층(113a)과 제 2 층(113b) 사이의 영역 등으로 파고든 예를 나타내었지만, 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이 상기 영역에 공극(134)이 형성되어도 좋다.
공극(134)은 예를 들어 공기, 질소, 산소, 이산화 탄소, 및 18족 원소(대표적으로는 헬륨, 네온, 아르곤, 제논, 크립톤 등) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가진다. 또는 공극(134)에 수지 등이 매립되어도 좋다.
또한 도 11의 (B)에서는 도전층(111a)의 단부와 제 1 층(113a)의 단부가 정렬 또는 실질적으로 정렬하는 예를 나타내었다. 바꿔 말하면, 도전층(111a)과 제 1 층(113a)의 상면 형상이 일치 또는 실질적으로 일치한다.
도전층(111a)과 제 1 층(113a), 도전층(111b)과 제 2 층(113b), 도전층(111c)과 제 3 층(113c) 등에 있어서 형상의 대소 관계는 특별히 한정되지 않는다. 도 14의 (A)에는 도전층(111a)의 단부보다 제 1 층(113a)의 단부가 내측에 위치하는 예를 나타내었다. 도 14의 (A)에서 도전층(111a) 위에 제 1 층(113a)의 단부가 위치한다. 또한 도 14의 (B)에는 도전층(111a)의 단부보다 제 1 층(113a)의 단부가 외측에 위치하는 예를 나타내었다. 도 14의 (B)에서 제 1 층(113a)은 도전층(111a)의 단부를 덮도록 제공되어 있다.
또한 단부가 정렬 또는 실질적으로 정렬하는 경우, 및 상면 형상이 일치 또는 실질적으로 일치하는 경우, 상면에서 보았을 때, 적층한 층과 층 사이에서 적어도 윤곽의 일부가 중첩된다고 할 수 있다. 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 단부가 실질적으로 정렬한다, 또는 상면 형상이 실질적으로 일치한다고 한다.
또한 도 14의 (C)에 절연층(127)의 변형예를 나타내었다. 도 14의 (C)에서 절연층(127)의 상면은 단면에서 보았을 때 중심을 향하여 완만하게 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지며 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가진다.
도 15의 (A) 내지 (F)에 절연층(127)과 그 주변을 포함하는 영역(139)의 단면 구조를 나타내었다.
도 15의 (A)에는 제 1 층(113a)과 제 2 층(113b)의 두께가 상이한 예를 나타내었다. 절연층(125)의 상면의 높이는 제 1 층(113a) 측에서는 제 1 층(113a)의 상면의 높이와 일치 또는 실질적으로 일치하고, 제 2 층(113b) 측에서는 제 2 층(113b)의 상면의 높이와 일치 또는 실질적으로 일치한다. 그리고, 절연층(127)의 상면은 제 1 층(113a) 측이 높고, 제 2 층(113b) 측이 낮은 완만한 경사를 가진다. 이와 같이 절연층(125) 및 절연층(127)의 높이는 인접한 EL층의 상면의 높이와 일치하는 것이 바람직하다. 또는 절연층(125) 및 절연층(127)의 상면은 인접한 EL층의 어느 상면의 높이와 일치하는 평탄부를 가져도 좋다.
도 15의 (B)에서 절연층(127)의 상면은 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이 절연층(127)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지는 형상을 가지는 구성으로 할 수 있다.
도 15의 (C)에서 절연층(127)의 상면은 단면에서 보았을 때 중심을 향하여 완만하게 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지며 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가진다. 절연층(127)은 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 또한 영역(139)에서 표시 장치는 희생층(118a) 및 희생층(119a) 중 적어도 한쪽을 가지고, 절연층(127)이 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 높으며 절연층(125)보다 외측에 위치하는 제 1 영역을 가지고, 제 1 영역은 희생층(118a) 및 희생층(119a) 중 적어도 한쪽 위에 위치한다. 또한 영역(139)에서 표시 장치는 희생층(118b) 및 희생층(119b) 중 적어도 한쪽을 가지고, 절연층(127)이 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 높으며 절연층(125)보다 외측에 위치하는 제 2 영역을 가지고, 제 2 영역은 희생층(118b) 및 희생층(119b) 중 적어도 한쪽 위에 위치한다.
도 15의 (D)에서 절연층(127)의 상면은 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 낮은 영역을 가진다. 또한 절연층(127)의 상면은 단면에서 보았을 때 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가지는 형상을 가진다.
도 15의 (E)에서 절연층(125)의 상면은 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 즉, 제 4 층(114)의 피형성면에서 절연층(125)이 돌출되어 볼록부를 형성한다.
절연층(125)의 형성에서 예를 들어 희생층의 높이와 일치 또는 실질적으로 일치하도록 절연층(125)을 형성하는 경우에는 도 15의 (E)에 나타낸 바와 같이 절연층(125)이 돌출하는 형상이 형성되는 경우가 있다.
도 15의 (F)에서 절연층(125)의 상면은 제 1 층(113a)의 상면 및 제 2 층(113b)의 상면보다 낮은 영역을 가진다. 즉, 제 4 층(114)의 피형성면에서 절연층(125)이 오목부를 형성한다.
이와 같이, 절연층(125) 및 절연층(127)은 다양한 형상을 적용할 수 있다.
희생층으로서는 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 무기 절연막 등의 무기막을 사용할 수 있다.
희생층에는 예를 들어 금, 은, 백금, 마그네슘, 니켈, 텅스텐, 크로뮴, 몰리브데넘, 철, 코발트, 구리, 팔라듐, 타이타늄, 알루미늄, 이트륨, 지르코늄, 및 탄탈럼 등의 금속 재료, 또는 상기 금속 재료를 포함하는 합금 재료를 사용할 수 있다.
또한 희생층에는 In-Ga-Zn 산화물 등의 금속 산화물을 사용할 수 있다. 희생층으로서 예를 들어 스퍼터링법을 사용하여 In-Ga-Zn 산화물막을 형성할 수 있다. 또한 산화 인듐, In-Zn 산화물, In-Sn 산화물, 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물) 등을 사용할 수 있다. 또는 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수도 있다.
또한 상기 갈륨 대신에 원소 M(M은 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)을 사용하여도 좋다.
또한 희생층으로서는 보호층(131)에 사용할 수 있는 각종 무기 절연막을 사용할 수 있다. 특히 산화 절연막은 질화 절연막에 비하여 EL층과의 밀착성이 높기 때문에 바람직하다. 예를 들어 희생층에는 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 산화 실리콘 등의 무기 절연 재료를 사용할 수 있다. 희생층으로서 예를 들어 ALD법을 사용하여 산화 알루미늄막을 형성할 수 있다. ALD법을 사용함으로써 하지(특히 EL층 등)에 대한 대미지를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다. 희생층으로서 예를 들어 스퍼터링법을 사용하여 질화 실리콘막을 형성할 수 있다.
예를 들어 희생층으로서, ALD법을 사용하여 형성한 무기 절연막(예를 들어 산화 알루미늄막)과, 스퍼터링법을 사용하여 형성한 In-Ga-Zn 산화물막의 적층 구조를 적용할 수 있다. 또는 희생층으로서 ALD법을 사용하여 형성한 무기 절연막(예를 들어 산화 알루미늄막)과 스퍼터링법을 사용하여 형성한 알루미늄막, 텅스텐막, 또는 무기 절연막(예를 들어 질화 실리콘막)의 적층 구조를 적용할 수 있다.
본 명세서 등에 있어서, 메탈 마스크 또는 FMM(파인 메탈 마스크, 고정세 메탈 마스크)을 사용하여 제작되는 디바이스를 MM(메탈 마스크) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에 있어서, 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작되는 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다.
또한 본 명세서 등에 있어서, 각 색의 발광 디바이스(여기서는 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))에서 발광층을 구분하여 형성하는 구조 또는 발광층을 구분하여 도포하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다. SBS 구조는 발광 디바이스마다 재료 및 구성을 최적화할 수 있기 때문에 재료 및 구성의 선택 자유도가 높아, 휘도 및 신뢰성을 용이하게 향상시킬 수 있다.
또한 본 명세서 등에 있어서, 백색의 광을 발할 수 있는 발광 디바이스를 백색 발광 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 백색 발광 디바이스는 착색층(예를 들어 컬러 필터)과 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. 2개의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우, 2개의 발광층의 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 경우, 3개 이상의 발광층의 발광색이 혼합되어 발광 디바이스 전체로서 백색 발광할 수 있는 구성으로 하면 좋다.
탠덤 구조의 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 2개 이상의 복수의 발광 유닛을 가지고, 각 발광 유닛은 하나 이상의 발광층을 포함하는 구성으로 하는 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 구조의 디바이스에서 복수의 발광 유닛 사이에는 전하 발생층을 제공하면 적합하다.
또한 상술한 백색 발광 디바이스(싱글 구조 또는 탠덤 구조)와, SBS 구조의 발광 디바이스를 비교한 경우, SBS 구조의 발광 디바이스는 백색 발광 디바이스보다 소비 전력을 낮출 수 있다. 소비 전력을 낮게 억제하고자 하는 경우에는, SBS 구조의 발광 디바이스를 사용하는 것이 적합하다. 한편, 백색 발광 디바이스는 제조 공정이 SBS 구조의 발광 디바이스보다 간단하기 때문에 제조 비용을 낮게 할 수 있거나 제조 수율을 높게 할 수 있어 적합하다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 디바이스들 간의 거리를 좁게 할 수 있다. 구체적으로는 발광 디바이스들 간의 거리, EL층 간의 거리, 또는 화소 전극 간의 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. 바꿔 말하면 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.
또한 발광 디바이스와 수광 디바이스 사이의 거리도 상기 범위로 할 수 있다. 또한 발광 디바이스와 수광 디바이스 사이의 누설을 억제하기 위하여, 발광 디바이스들 간의 거리보다 발광 디바이스와 수광 디바이스 사이의 거리를 넓게 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 발광 디바이스와 수광 디바이스 사이의 거리는 8μm 이하, 5μm 이하, 또는 3μm 이하로 할 수 있다.
기판(120)의 수지층(122) 측의 면에는 차광층을 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, 오염을 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 높이고 플렉시블 디스플레이를 실현할 수 있다. 또한 기판(120)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
기판(120)으로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스터 수지, 폴리아크릴로나이트릴 수지, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 폴리메틸메타크릴레이트 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리에터설폰(PES) 수지, 폴리아마이드 수지(나일론, 아라미드 등), 폴리실록세인 수지, 사이클로올레핀 수지, 폴리스타이렌 수지, 폴리아마이드이미드 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리염화 바이닐 수지, 폴리염화 바이닐리덴 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 수지, ABS 수지, 셀룰로스 나노 섬유 등을 사용할 수 있다. 기판(120)에 가요성을 가질 정도의 두께의 유리를 사용하여도 좋다.
또한 표시 장치에 원편광판을 중첩시키는 경우, 표시 장치가 가지는 기판에는 광학 등방성이 높은 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 광학 등방성이 높은 기판은 복굴절이 작다(복굴절량이 작다고도 할 수 있음).
광학 등방성이 높은 기판의 위상차(retardation)값의 절댓값은 30nm 이하가 바람직하고, 20nm 이하가 더 바람직하고, 10nm 이하가 더욱 바람직하다.
광학 등방성이 높은 필름으로서는 트라이아세틸셀룰로스(TAC, 셀룰로스트라이아세테이트라고도 함) 필름, 사이클로올레핀 폴리머(COP) 필름, 사이클로올레핀 공중합체(COC) 필름, 및 아크릴 필름 등을 들 수 있다.
또한 기판으로서 필름을 사용하는 경우, 필름이 물을 흡수(吸水)함으로써, 표시 패널에 주름이 생기는 등 형상 변화가 일어날 우려가 있다. 그러므로 기판에는 물 흡수율이 낮은 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 물 흡수율이 1% 이하의 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 0.1% 이하의 필름을 사용하는 것이 더 바람직하고, 0.01% 이하의 필름을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
수지층(122)으로서는 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 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 특히 에폭시 수지 등 투습성이 낮은 재료가 바람직하다. 또한 2액 혼합형 수지를 사용하여도 좋다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 외에, 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 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 포함하는 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, 및 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.
다음으로, 발광 디바이스 및 수광 디바이스에 사용할 수 있는 재료에 대하여 설명한다.
화소 전극 및 공통 전극 중 광을 추출하는 측의 전극에는 가시광 및 적외광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는 가시광 및 적외광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 디바이스 및 수광 디바이스의 한 쌍의 전극(화소 전극과 공통 전극)을 형성하는 재료로서는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는 인듐 주석 산화물(In-Sn 산화물, ITO라고도 함), In-Si-Sn 산화물(ITSO라고도 함), 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), In-W-Zn 산화물, 알루미늄, 니켈, 및 란타넘의 합금(Al-Ni-La) 등의 알루미늄을 포함하는 합금(알루미늄 합금), 및 은과 마그네슘의 합금, 은과 팔라듐과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu, APC라고도 기재함) 등의 은을 포함하는 합금을 들 수 있다. 이 외에, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 이 외에, 위에서 예시하지 않은 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(예를 들어 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다.
발광 디바이스 및 수광 디바이스에는 미소 공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 발광 디바이스 및 수광 디바이스가 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 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 발광층으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜, 발광 디바이스로부터 사출되는 광을 강하게 할 수 있다. 수광 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 활성층이 받은 광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜 상기 광을 강하게 하여, 수광 디바이스의 검출 정도를 높일 수 있다.
또한 반투과·반반사 전극은 반사 전극과 가시광에 대한 투과성을 가지는 전극(투명 전극이라고도 함)의 적층 구조를 가질 수 있다.
투명 전극의 광 투과율은 40% 이상으로 한다. 예를 들어 발광 디바이스에는 가시광(파장 400nm 이상 750nm 미만의 광) 투과율이 40% 이상인 전극을 사용하는 것이 바람직하다. 반투과·반반사 전극의 가시광 반사율은 10% 이상 95% 이하, 바람직하게는 30% 이상 80% 이하로 한다. 반사 전극의 가시광 반사율은 40% 이상 100% 이하, 바람직하게는 70% 이상 100% 이하로 한다. 또한 이들 전극의 저항률은 1×10-2Ωcm 이하가 바람직하다. 또한 이들 전극의 근적외광(파장 750nm 이상 1300nm 이하의 광)의 투과율 또는 반사율은 가시광의 투과율 또는 반사율과 마찬가지로 상기 수치 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 각각 발광층을 가진다. 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 각각 다른 색의 광을 발하는 발광층을 가지는 것이 바람직하다.
발광층은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 가질 수 있다. 발광 물질로서는, 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서, 근적외광을 발하는 물질을 사용할 수도 있다.
발광 물질로서는, 형광 재료, 인광 재료, 열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: 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 가져도 좋다. 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서는, 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 또한 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서, 양극성 재료 또는 TADF 재료를 사용하여도 좋다.
발광층은 예를 들어 인광 재료와, 들뜬 복합체를 형성하기 쉬운 정공 수송성 재료와 전자 수송성 재료의 조합을 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질(인광 재료)로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 사용한 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활해져 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 이 구성에 의하여, 발광 디바이스의 고효율, 저전압 구동, 장수명을 동시에 실현할 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 기재함), 정공 차단 재료, 전자 수송성이 높은 물질(전자 수송성 재료라고도 기재함), 전자 주입성이 높은 물질, 전자 차단 재료, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질, 양극성 재료라고도 기재함) 등을 포함한 층을 더 가져도 좋다.
발광 디바이스에는 저분자 화합물 및 고분자 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 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. 또한 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)은 각각 전하 발생층을 가져도 좋다.
제 4 층(114)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 하나 이상을 가질 수 있다. 예를 들어 도전층(111a) 내지 도전층(111c)이 양극으로서 기능하고 공통 전극(115)이 음극으로서 기능하는 경우, 제 4 층(114)은 전자 주입층을 가지는 것이 바람직하다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 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.
발광 디바이스에서, 정공 수송층은 정공 주입층에 의하여 양극으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 층이다. 수광 디바이스에서, 정공 수송층은 입사한 광에 기초하여 활성층에서 발생한 정공을 양극으로 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.
발광 디바이스에서, 전자 수송층은 전자 주입층에 의하여 음극으로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 층이다. 수광 디바이스에서, 전자 수송층은 입사한 광에 기초하여 활성층에서 발생한 전자를 음극으로 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함하는 층이다. 전자 수송성 재료로서는, 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 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 등의 전자 수송성이 높은 물질을 사용할 수 있다.
전자 주입층은 음극으로부터 전자 수송층에 전자를 주입하는 층이고, 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 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, 이터븀, 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. 또한 전자 주입층으로서는 2층 이상의 적층 구조로 하여도 좋다. 상기 적층 구조로서는, 예를 들어 첫 번째 층에 플루오린화 리튬을 사용하고, 두 번째 층에 이터븀을 제공하는 구성으로 할 수 있다.
또는 전자 주입층으로서는 전자 수송성 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 비공유 전자쌍을 가지고, 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물을 전자 수송성 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 전이 온도(Tg)가 높으므로 내열성이 우수하다.
전하 발생층에는 예를 들어 리튬 등의 전자 주입층에 적용할 수 있는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 전하 발생층에는 예를 들어 정공 주입층에 적용할 수 있는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 전하 발생층에는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 층을 사용할 수 있다. 또한 전화 발생층에는 전자 수송성 재료와 도너성 재료를 포함하는 층을 사용할 수 있다. 이와 같은 층을 가지는 전하 발생층을 형성함으로써, 발광 유닛이 적층된 경우에서의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
제 5 층(113d) 및 제 6 층(113e)은 각각 활성층을 가진다. 제 5 층(113d)과 제 6 층(113e)은 같은 구성의 활성층을 가져도 좋고, 다른 구성의 활성층을 가져도 좋다. 예를 들어 수광 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 활성층의 구성이 같아도, 제 5 층(113d)과 제 6 층(113e)에서 검출할 수 있는 광의 파장을 다르게 할 수 있다. 또한 수광 디바이스(150d, 150e)에서 화소 전극의 두께 또는 광학 조정층의 두께를 다르게 함으로써 마이크로캐비티 구조를 제작할 수 있다. 이 경우 제 5 층(113d)과 제 6 층(113e)을 동일한 구성으로 할 수도 있다.
활성층은 반도체를 포함한다. 상기 반도체로서는, 실리콘 등의 무기 반도체 및 유기 화합물을 포함한 유기 반도체를 들 수 있다. 본 실시형태에서는 활성층이 가지는 반도체로서 유기 반도체를 사용하는 예를 제시한다. 유기 반도체를 사용함으로써, 발광층과 활성층을 같은 방법(예를 들어 진공 증착법)으로 형성할 수 있기 때문에, 제조 장치를 공통화할 수 있어 바람직하다.
활성층이 가지는 n형 반도체 재료로서는, 풀러렌(예를 들어 C60 풀러렌, C70 풀러렌 등), 풀러렌 유도체 등의 전자 수용성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다. 풀러렌은 축구공과 같은 형상을 가지고, 상기 형상은 에너지적으로 안정적이다. 풀러렌은 HOMO 준위 및 LUMO 준위 모두가 깊다(낮다). 풀러렌은 LUMO 준위가 깊기 때문에, 전자 수용성(억셉터성)이 매우 높다. 일반적으로, 벤젠과 같이 평면에 π전자 공액(공명)이 확장되면, 전자 공여성(도너성)이 높아지지만, 풀러렌은 구체 형상을 가지기 때문에, π전자가 크게 확장되어 있음에도 불구하고 전자 수용성이 높아진다. 전자 수용성이 높으면, 전하 분리가 고속으로 효율적으로 일어나기 때문에, 수광 디바이스에 유익하다. C60 풀러렌, C70 풀러렌은 모두 가시광 영역에 넓은 흡수대를 가지고, 특히 C70은 C60보다 π전자 공액계가 크고, 장파장 영역에도 넓은 흡수대를 가지기 때문에 바람직하다. 이 외에, 풀러렌 유도체로서는 [6,6]-페닐-C71-뷰티르산 메틸 에스터(약칭: PC70BM), [6,6]-페닐-C61-뷰티르산 메틸 에스터(약칭: PC60BM), 1',1'',4',4''-테트라하이드로-다이[1,4]메타노나프탈레노[1,2:2',3',56,60:2'',3''][5,6]풀러렌-C60(약칭: ICBA) 등을 들 수 있다.
또한 n형 반도체 재료로서는, 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 쿠마린 유도체, 로다민 유도체, 트라이아진 유도체, 퀴논 유도체 등을 들 수 있다.
활성층이 가지는 p형 반도체 재료로서는, 구리(II) 프탈로사이아닌(Copper(II) phthalocyanine; CuPc), 테트라페닐다이벤조페리플란텐(Tetraphenyldibenzoperiflanthene; DBP), 아연 프탈로사이아닌(Zinc Phthalocyanine; ZnPc), 주석(II) 프탈로사이아닌(SnPc), 퀴나크리돈 등의 전자 공여성의 유기 반도체 재료를 들 수 있다.
또한 p형 반도체 재료로서는, 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체, 방향족 아민 골격을 가지는 화합물 등을 들 수 있다. 또한 p형 반도체 재료로서는, 나프탈렌 유도체, 안트라센 유도체, 피렌 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 피롤 유도체, 벤조퓨란 유도체, 벤조싸이오펜 유도체, 인돌 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 인돌로카바졸 유도체, 포르피린 유도체, 프탈로사이아닌 유도체, 나프탈로사이아닌 유도체, 퀴나크리돈 유도체, 폴리페닐렌바이닐렌 유도체, 폴리파라페닐렌 유도체, 폴리플루오렌 유도체, 폴리바이닐카바졸 유도체, 폴리싸이오펜 유도체 등을 들 수 있다.
전자 공여성의 유기 반도체 재료의 HOMO 준위는 전자 수용성의 유기 반도체 재료의 HOMO 준위보다 얕은(높은) 것이 바람직하다. 전자 공여성의 유기 반도체 재료의 LUMO 준위는 전자 수용성의 유기 반도체 재료의 LUMO 준위보다 얕은(높은) 것이 바람직하다.
전자 수용성의 유기 반도체 재료로서 구체 형상의 풀러렌을 사용하고, 전자 공여성의 유기 반도체 재료로서 평면에 가까운 형상의 유기 반도체 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 비슷한 형상의 분자들은 응집하기 쉬운 경향이 있고, 같은 종류의 분자들이 응집하면, 분자 궤도의 에너지 준위가 서로 가깝기 때문에 캐리어 수송성을 높일 수 있다.
예를 들어 활성층은 n형 반도체와 p형 반도체를 공증착하여 형성하는 것이 바람직하다. 또는 활성층은 n형 반도체와 p형 반도체를 적층하여 형성하여도 좋다.
제 5 층(113d) 및 제 6 층(113e)은 활성층 이외의 층으로서, 정공 수송성이 높은 물질, 전자 수송성이 높은 물질, 또는 양극성 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함한 층을 더 가져도 좋다. 또한 제 5 층(113d) 및 제 6 층(113e)은 제 1 층(113a), 제 2 층(113b), 및 제 3 층(113c)에 사용할 수 있는 각종 기능층을 가져도 좋다.
수광 디바이스에는 저분자 화합물 및 고분자 화합물 중 어느 쪽이든 사용할 수 있고, 무기 화합물이 포함되어도 좋다. 수광 디바이스를 구성하는 층은 각각 증착법(진공 증착법을 포함함), 전사법, 인쇄법, 잉크젯법, 도포법 등의 방법으로 형성할 수 있다.
예를 들어 정공 수송성 재료로서, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시싸이오펜)/폴리(스타이렌설폰산)(PEDOT/PSS) 등의 고분자 화합물, 및 몰리브데넘 산화물, 아이오딘화 구리(CuI) 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 수송성 재료로서, 산화 아연(ZnO) 등의 무기 화합물을 사용할 수 있다.
또한 활성층에, 도너로서 기능하는 폴리[[4,8-비스[5-(2-에틸헥실)-2-싸이엔일]벤조[1,2-b:4,5-b']다이싸이오펜-2,6-다이일]-2,5-싸이오펜다이일[5,7-비스(2-에틸헥실)-4,8-다이옥소-4H,8H-벤조[1,2-c:4,5-c']다이싸이오펜-1,3-다이일]]폴리머(약칭: PBDB-T), 또는 PBDB-T 유도체 등의 고분자 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들어 PBDB-T 또는 PBDB-T 유도체에 억셉터 재료를 분산시키는 방법 등을 사용할 수 있다.
또한 활성층은 3종류 이상의 재료를 혼합하여도 좋다. 예를 들어 흡수 파장 영역을 확대하는 목적으로 n형 반도체 재료와 p형 반도체 재료에 더하여 제 3 재료를 혼합하여도 좋다. 이때 제 3 재료는 저분자 화합물이어도 좋고 고분자 화합물이어도 좋다.
표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스퍼터링법, CVD법, 진공 증착법, PLD법, ALD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법으로서는 플라스마 화학 기상 퇴적(PECVD: Plasma Enhanced CVD)법 및 열 CVD법 등이 있다. 또한 열 CVD법 중 하나에 유기 금속 화학 기상 퇴적(MOCVD: Metal Organic CVD)법이 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스핀 코팅, 딥, 스프레이 도포, 잉크젯, 디스펜스, 스크린 인쇄, 오프셋 인쇄, 닥터 나이프법, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 커튼 코팅, 나이프 코팅 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
특히 발광 디바이스의 제작에는 증착법 등의 진공 프로세스, 및 스핀 코팅법, 잉크젯법 등의 용액 프로세스를 사용할 수 있다. 증착법으로서는 스퍼터링법, 이온 플레이팅법, 이온 빔 증착법, 분자선 증착법, 진공 증착법 등의 물리 증착법(PVD법), 및 화학 증착법(CVD법) 등을 들 수 있다. 특히 EL층에 포함되는 기능층(정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등)은 증착법(진공 증착법 등), 도포법(딥 코팅법, 다이 코팅법, 바 코팅법, 스핀 코팅법, 스프레이 코팅법 등), 인쇄법(잉크젯법, 스크린(공판 인쇄)법, 오프셋(평판 인쇄)법, 플렉소(철판 인쇄)법, 그라비어법, 또는 마이크로 콘택트법 등) 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.
또한 표시 장치를 구성하는 박막을 가공할 때에는, 포토리소그래피법 등을 사용할 수 있다. 또는 나노 임프린트법, 샌드 블라스트법, 리프트 오프법 등에 의하여 박막을 가공하여도 좋다. 또한 메탈 마스크 등의 차폐 마스크를 사용한 성막 방법에 의하여 섬 형상의 박막을 직접 형성하여도 좋다.
포토리소그래피법으로서 대표적으로는 다음 2가지 방법이 있다. 하나는 가공하고자 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭 등에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법이다. 다른 하나는 감광성을 가지는 박막을 성막한 후에, 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이다.
포토리소그래피법에서 노광에 사용하는 광으로서는 예를 들어 i선(파장 365nm), g선(파장 436nm), h선(파장 405nm), 또는 이들을 혼합시킨 광을 사용할 수 있다. 그 외에, 자외선, KrF 레이저 광, 또는 ArF 레이저 광 등을 사용할 수도 있다. 또한 액침 노광 기술에 의하여 노광을 수행하여도 좋다. 또한 노광에 사용하는 광으로서는 극자외(EUV: Extreme Ultra-violet)광 또는 X선이 있다. 또한 노광에 사용되는 광 대신에 전자 빔을 사용할 수도 있다. 극자외광, X선, 또는 전자 빔을 사용하면, 매우 미세한 가공을 수행할 수 있어 바람직하다. 또한 전자 빔 등의 빔을 주사하여 노광을 수행하는 경우에는 포토마스크가 불필요하다.
박막의 에칭에는 드라이 에칭법, 웨트 에칭법, 샌드 블라스트법 등을 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 표시 장치에서는, 섬 형상의 EL층은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 전체 면에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 EL층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 또한 여태까지 실현이 어려웠던 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 수광 디바이스를 내장하고 광 검출 기능을 가지는 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다.
각 색의 발광 디바이스를 구성하는 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층은 각각 다른 공정에서 형성한다. 따라서 각 EL층을 각 색의 발광 디바이스에 적합한 구성(재료 및 막 두께 등)으로 제작할 수 있다. 이에 의하여 특성이 양호한 발광 디바이스를 제작할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 16 내지 도 18을 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 고해상도 표시 장치 또는 대형 표시 장치로 할 수 있다. 따라서 본 실시형태의 표시 장치는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치의 표시부에 사용할 수 있다.
[표시 장치(100F)]
도 16에 표시 장치(100F)의 사시도를 나타내고, 도 17의 (A)에 표시 장치(100F)의 단면도를 나타내었다.
표시 장치(100F)는 기판(152)과 기판(151)이 접합된 구성을 가진다. 도 16에서는 기판(152)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(100F)는 표시부(162), 접속부(140), 회로(164), 배선(165) 등을 가진다. 도 16에서는 표시 장치(100F)에 IC(173) 및 FPC(172)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로 도 16에 나타낸 구성은 표시 장치(100F)와, IC(집적 회로)와, FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
접속부(140)는 표시부(162)의 외측에 제공된다. 접속부(140)는 표시부(162)의 1변 또는 복수의 변을 따라 제공할 수 있다. 접속부(140)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다. 도 16에서는 표시부의 4변을 둘러싸도록 접속부(140)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. 접속부(140)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되어 있어 공통 전극에 전위를 공급할 수 있다.
회로(164)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(165)은 표시부(162) 및 회로(164)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 외부로부터 FPC(172)를 통하여 배선(165)에 입력되거나, IC(173)로부터 배선(165)에 입력된다.
도 16에는 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(100F) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 17의 (A)에 표시 장치(100F)에서 FPC(172)를 포함하는 영역의 일부, 회로(164)의 일부, 표시부(162)의 일부, 접속부(140)의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단한 경우의 단면의 일례를 나타내었다.
도 17의 (A)에 나타낸 발광 장치(100F)는 기판(151)과 기판(152) 사이에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 수광 디바이스(150d), 녹색의 광을 발하는 발광 디바이스(130b), 및 청색의 광을 발하는 발광 디바이스(130c) 등을 가진다.
표시 장치(100F)는 예를 들어 실시형태 1에서 설명한 도 2의 (A) 내지 (G), 도 3의 (A), (B), 도 5의 (A) 내지 (D)에 나타낸 화소 레이아웃을 적용할 수 있다. 수광 디바이스(150d)는 부화소(PS) 또는 부화소(IRS)에 제공할 수 있다.
수광 디바이스(150d)는 도전층(111d)과, 도전층(111d) 위의 도전층(112d)과, 도전층(112d) 위의 도전층(126d)을 가진다. 도전층(111d), 도전층(112d), 도전층(126d) 모두를 화소 전극이라고 부를 수도 있고, 일부를 화소 전극이라고 부를 수도 있다.
도전층(111d)은 절연층(214)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)과 접속되어 있다. 도전층(111d)의 단부보다 외측에 도전층(112d)의 단부가 위치하고 있다. 도전층(112d)의 단부와 도전층(126d)의 단부는 정렬 또는 실질적으로 정렬한다. 예를 들어 도전층(111d) 및 도전층(112d)에 반사 전극으로서 기능하는 도전층을 사용하고 도전층(126d)에 투명 전극으로서 기능하는 도전층을 사용할 수 있다.
발광 디바이스(130b)는 도전층(111b)과, 도전층(111b) 위의 도전층(112b)과, 도전층(112b) 위의 도전층(126b)을 가진다.
발광 디바이스(130c)는 도전층(111c)과, 도전층(111c) 위의 도전층(112c)과, 도전층(112c) 위의 도전층(126c)을 가진다.
발광 디바이스(130b)에서의 도전층(111b), 도전층(112b), 도전층(126b), 및 발광 디바이스(130c)에서의 도전층(111c), 도전층(112c), 도전층(126c)에 대해서는 수광 디바이스(150d)에서의 도전층(111d), 도전층(112d), 도전층(126d)과 같기 때문에 자세한 설명은 생략한다.
도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)에는 절연층(214)에 제공된 개구를 덮도록 오목부가 형성된다. 상기 오목부에는 층(128)이 매립되어 있다.
층(128)은 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)의 오목부를 평탄화하는 기능을 가진다. 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d), 및 층(128) 위에는 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)과 전기적으로 접속되는 도전층(112b), 도전층(112c), 도전층(112d)이 제공되어 있다. 따라서 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)의 오목부와 중첩되는 영역도 발광 영역으로서 사용할 수 있어, 화소의 개구율을 높일 수 있다.
층(128)은 절연층이어도 좋고 도전층이어도 좋다. 층(128)에는 각종 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 및 도전 재료를 적절히 사용할 수 있다. 특히 층(128)은 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
층(128)으로서는 유기 재료를 가지는 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 층(128)으로서 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 적용할 수 있다. 또한 층(128)으로서 감광성 수지를 사용할 수 있다. 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
감광성 수지를 사용함으로써 노광 및 현상의 공정만으로 층(128)을 제작할 수 있고, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭 등에 의한 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)의 표면에 대한 영향을 저감할 수 있다. 또한 네거티브형 감광성 수지를 사용하여 층(128)을 형성함으로써 절연층(214)의 개구의 형성에 사용하는 포토마스크(노광 마스크)와 동일한 포토마스크를 사용하여 층(128)을 형성할 수 있는 경우가 있다.
도전층(112d)의 상면 및 측면과 도전층(126d)의 상면 및 측면은 제 5 층(113d)으로 덮여 있다. 제 5 층(113d)은 적어도 활성층을 가진다.
마찬가지로 도전층(112b)의 상면 및 측면과 도전층(126b)의 상면 및 측면은 제 2 층(113b)으로 덮여 있다. 또한 도전층(112c)의 상면 및 측면과 도전층(126c)의 상면 및 측면은 제 3 층(113c)으로 덮여 있다. 따라서 도전층(112b), 도전층(112c)이 제공되어 있는 영역 전체를 발광 디바이스(130b), 발광 디바이스(130c)의 발광 영역으로서 사용할 수 있기 때문에 화소의 개구율을 높일 수 있다.
제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 및 제 5 층(113d)의 측면은 각각 절연층(125), 절연층(127)으로 덮여 있다. 제 2 층(113b)과 절연층(125) 사이에는 희생층(118b)이 위치한다. 또한 제 3 층(113c)과 절연층(125) 사이에는 희생층(118c)이 위치하고, 제 5 층(113d)과 절연층(125) 사이에는 희생층(118d)이 위치한다. 제 2 층(113b), 제 3 층(113c), 제 5 층(113d), 절연층(125), 및 절연층(127) 위에 제 4 층(114)이 제공되고, 제 4 층(114) 위에 공통 전극(115)이 제공되어 있다. 제 4 층(114) 및 공통 전극(115)은 각각 수광 디바이스와 발광 디바이스에 공통적으로 제공되는 연속된 막이다. 또한 발광 디바이스(130b), 발광 디바이스(130c) 위 및 수광 디바이스(150d) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다.
보호층(131)과 기판(152)은 접착층(142)을 개재하여 접착되어 있다. 발광 디바이스의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 17의 (A)에서는 기판(152)과 기판(151) 사이의 공간이 접착층(142)으로 충전되는, 고체 밀봉 구조가 적용되어 있다. 또는 상기 공간이 불활성 가스(질소 또는 아르곤 등)로 충전되는, 중공 밀봉 구조를 적용하여도 좋다. 이때 접착층(142)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어 있어도 좋다. 또한 상기 공간을 테두리 형상으로 제공된 접착층(142)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
접속부(140)에서는 절연층(214) 위에 도전층(123)이 제공되어 있다. 도전층(123)은 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(112b), 도전층(112c), 도전층(112d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(126b), 도전층(126c), 도전층(126d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조인 예를 나타내었다. 도전층(123)의 단부는 희생층, 절연층(125), 및 절연층(127)으로 덮여 있다. 또한 도전층(123) 위에는 제 4 층(114)이 제공되고, 제 4 층(114) 위에는 공통 전극(115)이 제공되어 있다. 도전층(123)과 공통 전극(115)은 제 4 층(114)을 통하여 전기적으로 접속된다. 또한 접속부(140)에는 제 4 층(114)이 형성되지 않아도 된다. 이 경우, 도전층(123)과 공통 전극(115)이 직접 접촉되어 전기적으로 접속된다.
표시 장치(100F)는 톱 이미션형이다. 발광 디바이스가 발하는 광은 기판(152) 측에 사출된다. 기판(152)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(115))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
기판(151)으로부터 절연층(214)까지의 적층 구조가 실시형태 1에서의 트랜지스터를 포함하는 층(101)에 상당한다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)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 제공되며 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한 게이트 절연층의 개수 및 트랜지스터를 덮는 절연층의 개수는 한정되지 않고, 각각 단층이어도 좋고 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에 물 및 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층은 배리어층으로서 기능할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 외부로부터 트랜지스터로 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 등을 사용할 수 있다. 또한 산화 하프늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 갈륨막, 산화 탄탈럼막, 산화 마그네슘막, 산화 란타넘막, 산화 세륨막, 및 산화 네오디뮴막 등을 사용하여도 좋다. 또한 상술한 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다.
평탄화층으로서 기능하는 절연층(214)에는 유기 절연막이 적합하다. 유기 절연막에 사용할 수 있는 재료로서는 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지, 및 이들 수지의 전구체 등을 들 수 있다. 또한 절연층(214)을 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조로 하여도 좋다. 절연층(214)의 최표층은 에칭 보호막으로서의 기능을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 도전층(111b), 도전층(112b), 또는 도전층(126b) 등의 가공 시에 절연층(214)에 오목부가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또는 절연층(214)에는 도전층(111b), 도전층(112b), 또는 도전층(126b) 등의 가공 시에 오목부가 제공되어도 좋다.
트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)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) 및 트랜지스터(205)에는 채널이 형성되는 반도체층을 2개의 게이트로 끼우는 구성이 적용되어 있다. 2개의 게이트를 접속시키고 이들에 동일한 신호를 공급함으로써 트랜지스터를 구동시켜도 좋다. 또는 2개의 게이트 중 한쪽에 문턱 전압을 제어하기 위한 전위를 인가하고, 다른 쪽에 구동시키기 위한 전위를 인가함으로써, 트랜지스터의 문턱 전압을 제어하여도 좋다.
트랜지스터에 사용하는 반도체 재료의 결정성에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 비정질 반도체, 단결정 반도체 또는 단결정 이외의 결정성을 가지는 반도체(미결정 반도체, 다결정 반도체, 또는 일부에 결정 영역을 가지는 반도체) 중 어느 것을 사용하여도 좋다. 단결정 반도체 또는 결정성을 가지는 반도체를 사용하면 트랜지스터 특성의 열화를 억제할 수 있으므로 바람직하다.
트랜지스터의 반도체층은 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)을 가지는 것이 바람직하다. 즉 본 실시형태의 표시 장치에는 금속 산화물을 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하 OS 트랜지스터)를 사용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
반도체층은 예를 들어 인듐과, M(M은 갈륨, 알루미늄, 실리콘, 붕소, 이트륨, 주석, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 및 마그네슘에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 및 주석에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하다.
특히 반도체층으로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함한 산화물(IGZO라고도 기재함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 주석, 및 아연을 포함하는 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 인듐, 갈륨, 주석, 및 아연을 포함하는 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=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, In을 4로 하였을 때 Ga가 1 이상 3 이하이고, Zn이 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In을 5로 하였을 때 Ga가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn이 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In을 1로 하였을 때 Ga가 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn이 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
회로(164)가 가지는 트랜지스터와 표시부(162)가 가지는 트랜지스터는 같은 구조이어도 좋고, 상이한 구조이어도 좋다. 회로(164)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(162)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상이어도 좋다.
도 17의 (B) 및 (C)에 트랜지스터의 다른 구성예를 나타내었다.
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(231), 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 적어도 도전층(223)과 채널 형성 영역(231i) 사이에 위치한다. 또한 트랜지스터를 덮는 절연층(218)을 제공하여도 좋다.
도 17의 (B)에 나타낸 트랜지스터(209)에서는 절연층(225)이 반도체층(231)의 상면 및 측면을 덮는 예를 나타내었다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(225) 및 절연층(215)에 제공된 개구를 통하여 저저항 영역(231n)과 접속된다. 도전층(222a) 및 도전층(222b) 중 한쪽은 소스로서 기능하고, 다른 쪽은 드레인으로서 기능한다.
한편, 도 17의 (C)에 나타낸 트랜지스터(210)에서는, 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 17의 (C)에 나타낸 구조를 제작할 수 있다. 도 17의 (C)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.
기판(151)에서 기판(152)이 중첩되지 않는 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. 도전층(166)은 도전층(111b), 도전층(111c), 도전층(111d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(112b), 도전층(112c), 도전층(112d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(126b), 도전층(126c), 도전층(126d)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조인 예를 나타낸 것이다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(166)이 노출되어 있다. 이에 의하여 접속부(204)와 FPC(172)를 접속층(242)을 통하여 전기적으로 접속시킬 수 있다.
기판(152)의 기판(151) 측의 면에는 차광층(117)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(117)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(140) 및 회로(164) 등에 제공될 수 있다. 또한 기판(152)의 외측에는 각종 광학 부재를 배치할 수 있다. 광학 부재로서는 편광판, 위상차판, 광 확산층(확산 필름 등), 반사 방지층, 및 집광 필름 등을 들 수 있다. 또한 기판(152)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염을 부착되기 어렵게 하는 발수성 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
발광 디바이스 및 수광 디바이스를 덮는 보호층(131)을 제공함으로써, 발광 디바이스 및 수광 디바이스에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
기판(151) 및 기판(152)에는 각각 실시형태 2에서 예시한 기판(120)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다. 발광 디바이스로부터의 광을 추출하는 측의 기판에는 상기 광을 투과시키는 재료를 사용한다. 기판(151) 및 기판(152)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다. 또한 기판(151) 또는 기판(152)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
접착층(142)으로서는 실시형태 2에서 예시한 수지층(122)에 사용할 수 있는 재료를 사용할 수 있다.
접속층(242)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
[표시 장치(100G)]
도 18의 (A)에 나타낸 표시 장치(100G)는 백색 발광의 발광 디바이스와 컬러 필터를 조합한 보텀 이미션형의 표시 장치인 점에서 표시 장치(100F)와 주로 상이하다. 또한 표시 장치에 대한 이하의 설명에서는, 앞에서 설명한 표시 장치와 같은 부분에 대해서는 설명을 생략하는 경우가 있다.
발광 디바이스가 발하는 광은 기판(151) 측으로 사출된다. 수광 디바이스에는 기판(151) 측으로부터 광이 입사한다. 기판(151)에는 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 기판(152)에 사용하는 재료의 투광성은 불문한다.
기판(151)과 트랜지스터(201) 사이, 기판(151)과 트랜지스터(205) 사이에는 차광층(117)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 18의 (A)에는 기판(151) 위에 차광층(117)이 제공되고, 차광층(117) 위에 절연층(153)이 제공되고, 절연층(153) 위에 트랜지스터(201), 트랜지스터(205) 등이 제공되는 예를 나타내었다.
발광 디바이스(130a)와 착색층(132R)이 중첩되고, 발광 디바이스(130a)의 발광은 적색의 착색층(132R)을 통하여 표시 장치(100G)의 외부로 적색의 광으로서 추출된다.
발광 디바이스(130a)는 도전층(111a)과, 도전층(111a) 위의 도전층(112a)과, 도전층(112a) 위의 도전층(126a)을 가진다.
수광 디바이스(150d)는 도전층(111d)과, 도전층(111d) 위의 도전층(112d)과, 도전층(112d) 위의 도전층(126d)을 가진다.
도전층(111a), 도전층(111d), 도전층(112a), 도전층(112d), 도전층(126a), 도전층(126d)에는 각각 가시광에 대한 투과성이 높은 재료를 사용한다. 공통 전극(115)에는 가시광을 반사하는 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
도전층(112a)의 상면 및 측면과 도전층(126a)의 상면 및 측면은 제 1 층(113a)으로 덮여 있다. 제 1 층(113a)의 측면은 절연층(125), 절연층(127)으로 덮여 있다. 제 1 층(113a)과 절연층(125) 사이에는 희생층(118a)이 위치한다. 제 1 층(113a), 제 5 층(113d), 절연층(125), 및 절연층(127) 위에 제 4 층(114)이 제공되고, 제 4 층(114) 위에 공통 전극(115)이 제공되어 있다. 제 4 층(114) 및 공통 전극(115)은 각각 수광 디바이스와 발광 디바이스에 공통적으로 제공되는 연속된 막이다. 또한 발광 디바이스(130a) 위 및 수광 디바이스(150d) 위에는 보호층(131)이 제공되어 있다.
각 색의 부화소가 가지는 발광 디바이스는 모두 백색의 광을 발하는 구성으로 할 수 있다. 도 18의 (A)에서는 제 1 층(113a)을 3층으로 도시하고, 구체적으로는 제 1 발광 유닛과, 전하 발생층과, 제 2 발광 유닛의 적층 구조를 적용할 수 있다.
또한 도 17의 (A) 및 도 18의 (A) 등에는 층(128)의 상면이 평탄부를 가지는 예를 나타내었지만, 층(128)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 도 18의 (B) 내지 (D)에 층(128)의 변형예를 나타내었다.
도 18의 (B) 및 (D)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가지는 형상을 가지는 구성으로 할 수 있다.
도 18의 (C)에 나타낸 바와 같이, 층(128)의 상면은 단면에서 보았을 때, 중앙 및 그 근방이 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지는 형상을 가지는 구성으로 할 수 있다.
또한 층(128)의 상면은 볼록 곡면 및 오목 곡면 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 또한 층(128)의 상면이 가지는 볼록 곡면 및 오목 곡면의 개수는 각각 한정되지 않고 하나 또는 복수로 할 수 있다.
또한 층(128)의 상면의 높이와 도전층(111a)의 상면의 높이는 일치 또는 실질적으로 일치하여도 좋고, 상이하여도 좋다. 예를 들어 층(128)의 상면의 높이는 도전층(111a)의 상면의 높이보다 낮아도 좋고 높아도 좋다.
또한 도 18의 (B)는 도전층(111a)에 형성된 오목부의 내부에 층(128)이 있는 예라고도 할 수 있다. 한편, 도 18의 (D)와 같이 도전층(111a)에 형성된 오목부의 외측에 층(128)이 존재하여도, 즉, 상기 오목부보다 층(128)의 상면의 폭이 넓게 형성되어도 좋다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용할 수 있는 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
도 19의 (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 포함하는 층(전자 주입층) 및 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(전자 수송층) 등을 가질 수 있다. 발광층(4411)은 예를 들어 발광성 화합물을 가진다. 층(4430)은, 예를 들어 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 주입층) 및 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 수송층)을 가질 수 있다.
한 쌍의 전극 사이에 제공된 층(4420), 발광층(4411), 및 층(4430)을 가지는 구성은 단일의 발광 유닛으로서 기능할 수 있고, 본 명세서에서는 도 19의 (A)의 구성을 싱글 구조라고 부른다.
또한 도 19의 (B)는 도 19의 (A)에 나타낸 발광 디바이스가 가지는 EL층(786)의 변형예이다. 구체적으로 도 19의 (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 캐리어가 효율적으로 주입되어 발광층(4411) 내에서의 캐리어의 재결합의 효율을 높일 수 있다.
또한 도 19의 (C), (D)에 나타낸 바와 같이 층(4420)과 층(4430) 사이에 복수의 발광층(발광층(4411, 4412, 4413))이 제공되는 구성도 싱글 구조의 베리에이션이다.
또한 도 19의 (E), (F)에 나타낸 바와 같이, 복수의 발광 유닛(EL층(786a, 786b))이 전하 발생층(4440)을 사이에 두고 직렬로 접속된 구성을 본 명세서에서는 탠덤 구조라고 부른다. 또한 탠덤 구조를 스택 구조라고 불러도 좋다. 또한 탠덤 구조로 함으로써 고휘도 발광이 가능한 발광 디바이스로 할 수 있다.
도 19의 (C), (D)에서 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 같은 색의 광을 발하는 발광 재료, 또한 같은 발광 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 청색의 광을 발하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 도 19의 (D)에 나타낸 층(785)으로서 색 변환층을 제공하여도 좋다.
또한 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 각각 상이한 색의 광을 발하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)이 각각 발하는 광이 보색 관계인 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 19의 (D)에 나타낸 층(785)으로서 컬러 필터(착색층이라고도 함)를 제공하여도 좋다. 백색의 광이 컬러 필터를 투과함으로써 원하는 색의 광을 얻을 수 있다.
또한 도 19의 (E), (F)에서 발광층(4411)과 발광층(4412)에 같은 색의 광을 발하는 발광 재료, 또한 같은 발광 재료를 사용하여도 좋다. 또는 발광층(4411)과 발광층(4412)에 상이한 색의 광을 발하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411)이 발하는 광과 발광층(4412)이 발하는 광이 보색 관계인 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 19의 (F)에는 또한 층(785)을 제공하는 예를 나타내었다. 층(785)으로서는 색 변환층 및 컬러 필터(착색층) 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
또한 도 19의 (C), (D), (E), (F)에서도, 도 19의 (B)에 나타낸 바와 같이, 층(4420)과 층(4430)은 2층 이상의 층으로 이루어지는 적층 구조로 하여도 좋다.
발광 디바이스마다 발광색(예를 들어 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))을 구분하여 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 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써 색 순도를 더 높일 수 있다.
백색의 광을 발하는 발광 디바이스는 발광층에 2종류 이상의 발광 물질을 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는 2개 이상의 발광 물질을 각각의 발광이 보색 관계가 되도록 선택하면 좋다. 예를 들어 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색을 보색 관계가 되도록 함으로써 발광 디바이스 전체로서 백색을 발광하는 발광 디바이스를 얻을 수 있다. 또한 발광 디바이스가 3개 이상의 발광층을 가지는 경우도 마찬가지이다.
발광층에는 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), O(주황색) 등의 광을 나타내는 발광 물질이 2개 이상 포함되는 것이 바람직하다. 또는 발광 물질을 2개 이상 가지고, 각 발광 물질의 발광은 R, G, B 중 2개 이상의 색의 스펙트럼 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 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 등에서 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 전자 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로(halo)가 관찰되므로, 석영 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 영역의 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 크기는 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한 In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 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 치환할 수 있다. 따라서 (M,Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 원소 M이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 Zn이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는 예를 들어 고분해능 TEM(Transmission Electron Microscope)상에 있어서 격자상으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 오각형, 칠각형 등의 격자 배열이 상기 변형에 포함되는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수는 없다. 즉 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
또한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획되어 트랜지스터의 온 전류의 저하, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 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 있다.
[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 전자 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 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]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 가스에서 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 다른 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서, CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 반도체 장치에 최적이다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 취하고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 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 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 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.
또한 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위가 형성되고 캐리어가 생성되는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 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 전자가 생성되는 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 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 6)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 20 내지 도 22를 사용하여 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.
전자 기기로서는 예를 들어 텔레비전 장치, 데스크톱형 또는 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 컴퓨터용 등의 모니터, 디지털 사이니지, 파친코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
또한 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 팔찌형의 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR(Virtual Reality)용 기기, 안경형 AR(Augmented Reality)용 기기, 및 MR(Mixed Reality)용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 등이 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) 등 매우 높은 해상도를 가지는 것이 바람직하다. 특히 4K, 8K, 또는 이 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 더욱 바람직하다. 이와 같이 높은 해상도 및 높은 정세도 중 한쪽 또는 양쪽을 가지는 표시 장치를 사용함으로써, 휴대형 또는 가정 용도 등 개인적으로 사용하는 전자 기기에 있어서 현장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화면 비율(종횡비)은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치는 1:1(정방형), 4:3, 16:9, 16:10 등 다양한 화면 비율에 대응할 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 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)를 가져도 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 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 20의 (A)에 나타낸 전자 기기(6500)는 스마트폰으로서 사용할 수 있는 휴대 정보 단말기이다.
전자 기기(6500)는 하우징(6501), 표시부(6502), 전원 버튼(6503), 버튼(6504), 스피커(6505), 마이크로폰(6506), 카메라(6507), 및 광원(6508) 등을 가진다. 표시부(6502)는 터치 패널 기능을 가진다.
표시부(6502)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 20의 (B)는 하우징(6501)의 마이크로폰(6506) 측의 단부를 포함하는 단면 개략도이다.
하우징(6501)의 표시면 측에는 투광성을 가지는 보호 부재(6510)가 제공되고, 하우징(6501)과 보호 부재(6510)로 둘러싸인 공간 내에 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 터치 센서 패널(6513), 인쇄 기판(6517), 배터리(6518) 등이 배치된다.
보호 부재(6510)에는 표시 패널(6511), 광학 부재(6512), 및 터치 센서 패널(6513)이 접착층(미도시)에 의하여 고정되어 있다.
표시부(6502)보다 외측의 영역에서 표시 패널(6511)의 일부가 접혀 있고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속되어 있다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속되어 있다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 화소부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 21의 (A)에 텔레비전 장치의 일례를 나타내었다. 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)에 표시부(7000)가 제공되어 있다. 여기서는 스탠드(7103)에 의하여 하우징(7101)을 지지한 구성을 나타내었다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 21의 (A)에 나타낸 텔레비전 장치(7100)는 하우징(7101)이 가지는 조작 스위치 및 별체의 리모트 컨트롤러(7111)에 의하여 조작할 수 있다. 또는 표시부(7000)에 터치 센서를 가져도 좋고, 손가락 등으로 표시부(7000)를 터치함으로써 텔레비전 장치(7100)를 조작하여도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)는 상기 리모트 컨트롤러(7111)로부터 출력되는 정보를 표시하는 표시부를 가져도 좋다. 리모트 컨트롤러(7111)의 조작 키 또는 터치 패널에 의하여 채널 및 음량을 조작할 수 있고, 표시부(7000)에 표시되는 영상을 조작할 수 있다.
또한 텔레비전 장치(7100)는 수신기 및 모뎀 등을 가진다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선으로 통신 네트워크에 접속함으로써 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자끼리 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 21의 (B)에 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에는 표시부(7000)가 제공된다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 21의 (C), (D)에 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 21의 (C)에 나타낸 디지털 사이니지(7300)는 하우징(7301), 표시부(7000), 및 스피커(7303) 등을 가진다. 또한 LED 램프, 조작 키(전원 스위치 또는 조작 스위치를 포함함), 접속 단자, 각종 센서, 마이크로폰 등을 가질 수 있다.
도 21의 (D)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 장착된 디지털 사이니지(7400)를 나타낸 것이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 21의 (C), (D)에서 표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
표시부(7000)가 넓을수록 한번에 제공할 수 있는 정보량을 늘릴 수 있다. 또한 표시부(7000)가 넓을수록 사람의 눈에 띄기 쉽고, 예를 들어 광고의 홍보 효과를 높일 수 있다.
표시부(7000)에 터치 패널을 적용함으로써, 표시부(7000)에 화상 또는 동영상을 표시할 뿐만 아니라, 사용자가 직관적으로 조작할 수도 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
또한 도 21의 (C), (D)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 가지는 스마트폰 등의 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)와 무선 통신에 의하여 연계할 수 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 표시부(7000)에 표시되는 광고의 정보를 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면에 표시시킬 수 있다. 또한 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)를 조작함으로써 표시부(7000)의 표시를 전환할 수 있다.
또한 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)에 정보 단말기(7311) 또는 정보 단말기(7411)의 화면을 조작 수단(컨트롤러)으로 한 게임을 실행시킬 수도 있다. 이에 의하여 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
도 22의 (A) 내지 (F)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 포함하는 것), 마이크로폰(9008) 등을 가진다.
도 22의 (A) 내지 (F)에서 표시부(9001)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 22의 (A) 내지 (F)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, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 카메라 등이 제공되고, 정지 화상 또는 동영상을 촬영하고 기록 매체(외부 기록 매체 또는 카메라에 내장된 기록 매체)에 저장하는 기능, 촬영한 화상을 표시부에 표시하는 기능 등을 가져도 좋다.
도 22의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기의 자세한 내용에 대하여 이하에서 설명한다.
도 22의 (A)는 휴대 정보 단말기(9101)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9101)는 예를 들어 스마트폰으로서 사용할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)에는 스피커(9003), 접속 단자(9006), 센서(9007) 등을 제공하여도 좋다. 또한 휴대 정보 단말기(9101)는 복수의 면에 문자 및 화상 정보를 표시할 수 있다. 도 22의 (A)에는 3개의 아이콘(9050)을 표시한 예를 나타내었다. 또한 파선의 직사각형으로 나타낸 정보(9051)를 표시부(9001)의 다른 면에 표시할 수도 있다. 정보(9051)의 일례로서는 전자 메일, SNS, 전화 등의 착신을 알리는 표시, 전자 메일 또는 SNS 등의 제목, 송신자명, 일시, 시각, 배터리의 잔량, 전파 강도 등이 있다. 또는 정보(9051)가 표시되는 위치에는 아이콘(9050) 등을 표시하여도 좋다.
도 22의 (B)는 휴대 정보 단말기(9102)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9102)는 표시부(9001)의 3면 이상에 정보를 표시하는 기능을 가진다. 여기서는 정보(9052), 정보(9053), 정보(9054)가 각각 상이한 면에 표시되어 있는 예를 나타내었다. 예를 들어, 사용자는 옷의 가슴 포켓에 휴대 정보 단말기(9102)를 수납한 상태에서, 휴대 정보 단말기(9102) 위쪽에서 볼 수 있는 위치에 표시된 정보(9053)를 확인할 수도 있다. 사용자는 휴대 정보 단말기(9102)를 포켓으로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 22의 (C)는 손목시계형 휴대 정보 단말기(9200)를 나타낸 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 스마트워치(등록 상표)로서 사용할 수 있다. 또한 표시부(9001)는 그 표시면이 만곡되어 제공되고, 만곡한 표시면을 따라 표시를 수행할 수 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 예를 들어 무선 통신이 가능한 헤드셋과 상호 통신함으로써 핸즈프리로 통화를 할 수도 있다. 또한 휴대 정보 단말기(9200)는 접속 단자(9006)에 의하여 다른 정보 단말기와 상호로 데이터를 주고받거나 충전을 할 수도 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 22의 (D) 내지 (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 22의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태, 도 22의 (F)는 접은 상태, 도 22의 (E)는 도 22의 (D) 및 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 도중 상태의 사시도이다. 휴대 정보 단말기(9201)는 접은 상태에서는 가반성이 우수하고, 펼친 상태에서는 이음매가 없고 넓은 표시 영역에 의하여 표시의 일람성이 우수하다. 휴대 정보 단말기(9201)가 가지는 표시부(9001)는 힌지(9055)에 의하여 연결된 3개의 하우징(9000)으로 지지된다. 예를 들어 표시부(9001)는 곡률 반경 0.1mm 이상 150mm 이하로 구부릴 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시예)
본 실시예에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치와 AI를 이용한 기계 학습 모델을 사용하여 비접촉의 대상물의 위치 정보를 추론한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는 우선 표시 장치를 사용하여 비접촉의 대상물을 촬상한 화상을 취득하였다. 다음으로, 상기 화상과 위치 정보의 데이터 세트를 사용하여 기계 학습 모델의 학습을 수행하였다. 그 후, 학습이 완료된 모델에 화상을 입력하고 학습이 완료된 모델에 의한 대상물의 위치 정보의 추론 결과를 평가하였다.
[화상의 취득]
도 23의 (A)는 평가에 사용한 표시 장치와 광원의 위치 관계 등을 나타내는 평가계의 모식도이다.
본 실시예에서는 화소에 부화소(R), 부화소(G), 부화소(B), 및 부화소(IRS)를 가지는 표시 장치(55)를 사용하여 평가를 수행하였다.
부화소(R)는 적색의 광을 발하는 발광 디바이스를 가진다. 부화소(G)는 녹색의 광을 발하는 발광 디바이스를 가진다. 부화소(B)는 청색의 광을 발하는 발광 디바이스를 가진다. 각 발광 디바이스로서는 유기 EL 디바이스를 사용하였다.
부화소(IRS)는 적외광을 검출하는 수광 디바이스를 가진다. 수광 디바이스로서는 유기 광 센서를 사용하였다.
광원(IR-LED)으로서 파장 880nm의 적외광을 발하는 LED를 사용하고 0.3A로 구동시켰다. 광원(IR-LED)과 표시 장치(55)의 거리는 약 3cm로 하였다.
본 실시예에서는 광원(IR-LED)이 발하는 적외광(Infrared light)이 대상물(50)에서 반사된 반사광(Reflected light)을 부화소(IRS)가 가지는 수광 디바이스로 검출하였다.
대상물(50)로서는 맨손의 손가락과, 회색 장갑과, 광택지(전광선 반사율 80%)의 3종류를 사용하였다. 또한 회색 장갑의 소재는 화학 섬유에 황화 구리를 혼합한 도전성 섬유이고 정전 용량식 터치 센서로 검출이 가능하다.
이번 평가는 흑색판(52)(전광선 반사율 5%)에 1cm□의 개구(창문이라고도 할 수 있음)를 형성하고 상기 개구에서 대상물(50)을 노출시키는 형식으로 실시하였다. 이에 의하여 대상물의 위치 정보와 대상물에 의한 광의 반사의 정보를 포함하는 촬상 데이터를 얻을 수 있다. 또한 상기 촬상 데이터는 대상물의 위치를 추정할 때 사용하는 표시 장치가 촬상한 화상의 일부를 잘라낸 화상에 상당한다고 할 수도 있다.
대상물(50)의 3차원 공간에서의 좌표는 50가지로 하였다. 수평 방향의 위치는 25조건(X 방향: -2cm, -1cm, 0cm(기준점), 1cm, 2cm의 5조건과 Y 방향: -2cm, -1cm, 0cm(기준점), 1cm, 2cm의 5조건의 곱)으로 하였다. 또한 대상물(50)의 수평 방향의 위치는 X 방향과 Y 방향으로 이동할 수 있는 스테이지를 1cm 간격으로 움직임으로써 조정하였다. 또한 수직 방향의 위치는 표시 장치에서 1cm 또는 5cm 떨어진 위치의 2조건으로 하였다.
실제로 표시 장치(55)에서 대상물(50)을 촬상한 화상의 예를 도 23의 (B) 내지 도 23의 (D)에 나타내었다. 도 23의 (B)는 (x, y, z)=(0cm, 0cm, 1cm)의 위치에 있는 맨손의 손가락을 촬상한 결과이고, 도 23의 (C)는 (x, y, z)=(0cm, 0cm, 1cm)의 위치에 있는 광택지를 촬상한 결과이고, 도 23의 (D)는 (x, y, z)=(0cm, 0cm, 5cm)의 위치에 있는 광택지를 촬상한 결과이다.
도 23의 (B)와 (C)를 비교함으로써 대상물(50)의 위치가 같아도 종류에 따라 촬상 결과에 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한 도 23의 (C)와 (D)를 비교함으로써 대상물(50)의 종류가 같아도 위치에 따라 촬상 결과에 차이가 생기는 것을 확인할 수 있었다.
본 실시예에서는 상기와 같이 표시 장치(55)로 대상물(50)을 촬상한 화상을 15000장 준비하였다.
[기계 학습 모델의 학습]
이어서, 표시 장치(55)에서 대상물(50)을 촬상한 화상과 위치 정보(x, y, z)의 데이터 세트를 훈련 데이터에 사용하여 AI를 이용한 기계 학습 모델의 학습을 수행하였다.
구체적으로는 기계 학습 모델에 입력 데이터(예제)로서 화상 데이터를 공급하고, 출력 데이터(답)로서 위치 정보의 데이터를 공급함으로써, 기계 학습 모델을 학습시켰다.
기계 학습 모델로서는 각각 합성곱 신경망(CNN)을 사용한 모델인 AlexNet와 MobileNet의 2종류를 사용하였다. 또한 MobileNet는 AlexNet보다 파라미터가 적고 가벼운 모델이다.
취득한 화상 15000장 중 14250장을 학습에 사용하고 나머지 750장은 학습이 완료된 모델의 평가에 사용하였다.
각 화상 데이터를 100픽셀×100픽셀로 리사이즈한 후, 100×100의 배열로 변환하여 기계 학습 모델에 입력하였다.
본 실시예에서는 화상 데이터를 입력함으로써 위치 정보(x, y, z)의 값을 추정하는 회귀 모델을 작성하였다.
[기계 학습 모델의 평가]
우선, AlexNet를 사용한 학습이 완료된 모델에 화상 데이터를 입력하고 위치 정보(x, y, z)의 추론을 수행하였다. 추론 결과의 예를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
표 1에 나타낸 바와 같이 대상물의 차이에 상관없이 화상으로부터 대상물의 위치를 높은 정도로 추론할 수 있었다는 것을 알 수 있었다.
다음으로, MobileNet를 사용한 학습이 완료된 모델에 화상 데이터를 입력하고 위치 정보(x, y, z)의 추론을 수행하였다.
AlexNet를 사용한 학습이 완료된 모델과 MobileNet를 사용한 학습이 완료된 모델의 파라미터 수와 750장의 화상의 추론 결과의 오차의 평균을 표 2에 나타내었다.
[표 2]
파라미터 수의 차이에 상관없이 AlexNet 및 MobileNet 중 어느 쪽에서도 화상으로부터 대상물의 위치를 높은 정도로 추론할 수 있었다는 것을 알 수 있었다.
본 실시예의 결과로부터 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 사용하여 비접촉의 대상물을 촬상하고 촬상한 화상 데이터를 기계 학습 모델에 입력함으로써 상기 대상물의 위치 정보를 추론할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 이에 의하여 대상물이 표시 장치에 접촉되지 않아도 대상물을 검출할 수 있다. 따라서 스와이프, 스크롤 등의 화면 조작을 비접촉으로 수행할 수 있는 것이 시사되었다.
CL: 배선, IR-LED: 광원, IR: 부화소, IRS: 부화소, M11: 트랜지스터, M12: 트랜지스터, M13: 트랜지스터, M14: 트랜지스터, M15: 트랜지스터, NN: 신경망, PS: 부화소, RS: 배선, SE: 배선, SW: 배선, TX: 배선, VCP: 배선, VPI: 배선, VRS: 배선, WX: 배선, 10: 전자 기기, 11: 처리부, 12: 표시부, 13: 기억부, 15: 촬상 데이터, 17: 이미지, 19: 위치 정보, 31B: 광, 31G: 광, 31IR: 적외광, 31R: 광, 32G: 반사광, 32IR: 반사광, 50: 대상물, 52: 흑색판, 55: 표시 장치, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 100E: 표시 장치, 100F: 표시 장치, 100G: 표시 장치, 100: 표시 장치, 101: 트랜지스터를 포함하는 층, 102: 기판, 103: 하우징, 104: 광원, 105: 보호 부재, 106: 기판, 108:대상물, 109a: 화소, 109b:화소, 110a: 부화소, 110b: 부화소, 110c: 부화소, 110d: 부화소, 110e: 부화소, 110: 화소, 111a: 도전층, 111b: 도전층, 111c: 도전층, 111d: 도전층, 111e: 도전층, 112a: 도전층, 112b: 도전층, 112c: 도전층, 112d: 도전층, 113a: 제 1 층, 113b: 제 2 층, 113c: 제 3 층, 113d: 제 5 층, 113e: 제 6 층, 114: 제 4 층, 115: 공통 전극, 117: 차광층, 118a: 희생층, 118b: 희생층, 118c: 희생층, 118d: 희생층, 119a: 희생층, 119b: 희생층, 120: 기판, 121: 절연층, 122: 수지층, 123: 도전층, 125: 절연층, 126a: 도전층, 126b: 도전층, 126c: 도전층, 126d: 도전층, 127: 절연층, 128: 층, 130a: 발광 디바이스, 130B: 발광 디바이스, 130b: 발광 디바이스, 130c: 발광 디바이스, 130G: 발광 디바이스, 130IR: 발광 디바이스, 130R: 발광 디바이스, 131: 보호층, 132R: 착색층, 134: 공극, 139: 영역, 140: 접속부, 142: 접착층, 150d: 수광 디바이스, 150e: 수광 디바이스, 150IRS: 수광 디바이스, 150PS: 수광 디바이스, 151:기판, 152: 기판, 153: 절연층, 162: 표시부, 164: 회로, 165: 배선, 166: 도전층, 172: FPC, 173: IC, 180A: 화소, 180B: 화소, 180C: 화소, 201: 트랜지스터, 204: 접속부, 205: 트랜지스터, 209: 트랜지스터, 210: 트랜지스터, 211: 절연층, 213: 절연층, 214: 절연층, 215: 절연층, 218: 절연층, 221: 도전층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 223: 도전층, 225: 절연층, 231i: 채널 형성 영역, 231n: 저저항 영역, 231: 반도체층, 242: 접속층, 772: 하부 전극, 785: 층, 786a: EL층, 786b: EL층, 786: EL층, 788: 상부 전극, 4411: 발광층, 4412: 발광층, 4413: 발광층, 4420: 층, 4421: 층, 4422: 층, 4430: 층, 4431: 층, 4432: 층, 4440: 전하 발생층, 6500: 전자 기기, 6501: 하우징, 6502: 표시부, 6503: 전원 버튼, 6504: 버튼, 6505: 스피커, 6506: 마이크로폰, 6507: 카메라, 6508: 광원, 6510: 보호 부재, 6511: 표시 패널, 6512: 광학 부재, 6513: 터치 센서 패널, 6515: FPC, 6516: IC, 6517: 인쇄 기판, 6518: 배터리, 7000: 표시부, 7100: 텔레비전 장치, 7101: 하우징, 7103: 스탠드, 7111: 리모트 컨트롤러, 7200: 노트북형 퍼스널 컴퓨터, 7211: 하우징, 7212: 키보드, 7213: 포인팅 디바이스, 7214: 외부 접속 포트, 7300: 디지털 사이니지, 7301: 하우징, 7303: 스피커, 7311: 정보 단말기, 7400: 디지털 사이니지, 7401: 기둥, 7411: 정보 단말기, 9000: 하우징, 9001: 표시부, 9003: 스피커, 9005: 조작 키, 9006: 접속 단자, 9007: 센서, 9008: 마이크로폰, 9050: 아이콘, 9051: 정보, 9052: 정보, 9053: 정보, 9054: 정보, 9055: 힌지, 9101: 휴대 정보 단말기, 9102: 휴대 정보 단말기, 9200: 휴대 정보 단말기, 9201: 휴대 정보 단말기

Claims (9)

  1. 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기로서,
    상기 표시부는 발광 디바이스와 수광 디바이스를 가지는 표시 장치를 가지고,
    상기 표시부는 상기 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 상기 수광 디바이스를 사용하여 촬상하는 기능을 가지고,
    상기 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가지고,
    상기 처리부는 상기 기계 학습 모델을 사용하여 상기 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 상기 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  2. 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기로서,
    상기 표시부는 제 1 화소를 가지는 표시 장치를 가지고,
    상기 제 1 화소는 제 1 발광 디바이스, 제 1 수광 디바이스, 및 제 2 수광 디바이스를 가지고,
    상기 제 1 수광 디바이스가 검출하는 광의 파장 영역은 상기 제 1 발광 디바이스의 발광 스펙트럼의 최대 피크 파장을 포함하고,
    상기 제 2 수광 디바이스는 적외광을 검출하는 기능을 가지고,
    상기 표시부는 상기 제 1 발광 디바이스를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 상기 제 1 수광 디바이스 및 상기 제 2 수광 디바이스 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 촬상하는 기능을 가지고,
    상기 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가지고,
    상기 처리부는 상기 기계 학습 모델을 사용하여 상기 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 상기 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  3. 표시부, 처리부, 및 기억부를 가지는 전자 기기로서,
    상기 표시부는 제 1 화소를 가지는 표시 장치를 가지고,
    상기 제 1 화소는 제 1 부화소, 제 2 부화소, 제 3 부화소, 제 4 부화소, 및 제 5 부화소를 가지고,
    상기 제 1 부화소는 제 1 발광 디바이스를 가지며 적색의 광을 발하는 기능을 가지고,
    상기 제 2 부화소는 제 2 발광 디바이스를 가지며 녹색의 광을 발하는 기능을 가지고,
    상기 제 3 부화소는 제 3 발광 디바이스를 가지며 청색의 광을 발하는 기능을 가지고,
    상기 제 4 부화소는 제 1 수광 디바이스를 가지며 상기 제 1 수광 디바이스가 검출하는 광의 파장 영역은 상기 제 1 발광 디바이스, 상기 제 2 발광 디바이스, 및 상기 제 3 발광 디바이스 중 적어도 하나의 발광 스펙트럼의 최대 피크 파장을 포함하고,
    상기 제 5 부화소는 제 2 수광 디바이스를 가지며 적외광을 검출하는 기능을 가지고,
    상기 표시부는 상기 제 1 부화소 내지 상기 제 3 부화소를 사용하여 화상을 표시하는 기능과 상기 제 1 수광 디바이스 및 상기 제 2 수광 디바이스 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하여 촬상하는 기능을 가지고,
    상기 기억부는 신경망을 사용한 기계 학습 모델을 가지고,
    상기 처리부는 상기 기계 학습 모델을 사용하여 상기 표시부에 의하여 촬상된 촬상 데이터로부터 전자 기기와 접촉되지 않는 대상물의 위치 정보를 추론하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 수광 디바이스의 수광 영역의 면적은 상기 제 2 수광 디바이스의 수광 영역의 면적보다 작은, 전자 기기.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 장치는 제 2 화소를 가지고,
    상기 제 2 화소는 상기 제 1 발광 디바이스, 상기 제 1 수광 디바이스, 및 센서 디바이스를 가지는, 전자 기기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전자 기기는 상기 센서 디바이스를 사용하여 힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 자기, 온도, 화학 물질, 시간, 경도(硬度), 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 몸 상태, 맥박, 체온, 및 혈중 산소 농도 중 적어도 하나를 측정하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  7. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 장치는 제 2 화소를 가지고,
    상기 제 2 화소는 상기 제 1 발광 디바이스, 제 4 발광 디바이스, 및 제 1 수광 디바이스를 가지고,
    상기 제 4 발광 디바이스는 적외광을 발하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 4 발광 디바이스를 가지고,
    상기 제 4 발광 디바이스는 적외광을 발하는 기능을 가지는, 전자 기기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 4 발광 디바이스는 상기 표시 장치를 통하여 상기 전자 기기의 외부로 광을 사출하는, 전자 기기.
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