KR20230169177A - 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
표시 품질이 높은 표시 장치를 제공한다. 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공한다. 소비 전력이 낮은 표시 장치를 제공한다. 발광 소자는 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 게이트 전극은 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 반도체층 및 제 3 트랜지스터의 반도체층은 각각 인듐, 아연, 및 제 3 금속을 포함하고, 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 제 3 금속의 원자수의 합계에 대한 인듐의 원자수의 비율이 30atomic% 이상 100atomic% 이하이고, 제 2 트랜지스터는 발광 소자의 발광량을 제어하는 기능을 가지는 표시 장치이다.
Description
본 발명의 일 형태는 표시 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 표시 장치의 구동 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 반도체 장치에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 반도체 장치의 구동 방법에 관한 것이다. 또한 본 발명의 일 형태는 회로의 구동 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 명세서 등에서 개시(開示)하는 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는, 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치, 입출력 장치, 화소, 화소 회로, 회로, 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다. 반도체 장치란, 반도체 특성을 이용함으로써 기능할 수 있는 장치 전반을 가리킨다.
근년, 디스플레이 패널의 고정세(高精細)화가 요구되고 있다. 고정세 디스플레이 패널이 요구되는 기기로서는, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 단말기, 노트북형 컴퓨터 등이 있다. 또한 텔레비전 장치, 모니터 장치 등의 거치형 디스플레이 장치에서도 고해상도화에 따른 고정세화가 요구되고 있다. 또한 고정세도가 가장 요구되는 기기로서, 예를 들어 가상 현실(VR: Virtual Reality) 또는 증강 현실(AR: Augmented Reality)용 기기가 있다.
또한 디스플레이 패널에 적용할 수 있는 표시 장치로서는, 대표적으로는 액정 표시 장치, 유기 EL(Electro Luminescence) 소자, 및 발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode) 등의 발광 소자를 가지는 발광 장치, 그리고 전기 영동 방식 등으로 표시를 수행하는 전자 종이 등을 들 수 있다.
예를 들어 유기 EL 소자의 기본적인 구성은, 한 쌍의 전극 사이에 발광성 유기 화합물을 포함하는 층을 끼운 것이다. 이 소자에 전압을 인가함으로써, 발광성 유기 화합물로부터 발광을 얻을 수 있다. 이러한 유기 EL 소자가 적용된 표시 장치는 액정 표시 장치 등에서 필요한 백라이트가 불필요하기 때문에, 얇고, 가볍고, 콘트라스트가 높으며, 소비 전력이 낮은 표시 장치를 실현할 수 있다. 예를 들어 특허문헌 1에는 유기 EL 소자를 사용한 표시 장치의 일례에 대하여 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 유기 EL 디바이스를 사용한 VR용 표시 장치가 개시되어 있다.
비특허문헌 1에는 다결정 실리콘을 사용한 박막 트랜지스터와 산화물을 사용한 박막 트랜지스터를 가지는 화소 회로에 대하여 기재되어 있다. 또한 비특허문헌 2에는 디스플레이의 다양한 리프레시 레이트에서의 화소 회로의 구동에 대하여 기재되어 있다.
Ting-Kuo Chang et al., "LTPO TFT Technology for AMOLEDs," SID Symp. Dig. Tech. Pap., pp.545-548 (2019).
Ryo Yonebayashi et al., "High refresh rate and low power consumption AMOLED panel using top-gate n-oxide and p-LTPS TFTs," J. Soc. Inf. Disp., 28, 4, pp.350-359 (2020).
본 발명의 일 형태는 표시 품질이 높은 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 표시 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
본 발명의 일 형태는 전기 특성이 양호한 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 전기 특성이 안정된 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 동일한 기판 위에 상이한 트랜지스터를 가지는 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신규 반도체 장치를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한, 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 또한 이들 이외의 과제는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 발광 소자를 가지는 표시 장치이다. 발광 소자는 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 게이트 전극은 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M을 포함하고, 원소 M은 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 주석, 실리콘, 붕소, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트에서 선택된 1종류 또는 복수 종류이고, 제 3 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M을 포함하고, 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M의 원자수의 합계에 대한 인듐의 원자수의 비율이 30atomic% 이상 100atomic% 이하이고, 제 2 트랜지스터는 발광 소자의 발광량을 제어하는 기능을 가지는 표시 장치이다.
또한 상기 구성에서 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되고, 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M의 원자수의 합계에 대한 인듐의 원자수의 비율이 제 3 트랜지스터의 반도체층보다 높은 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 3 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M의 원자수의 합계에 대한 원소 M의 원자수의 비율이 제 2 트랜지스터의 반도체층보다 높은 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 3 트랜지스터의 반도체층은 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 원소 M의 원자수의 비율이 20atomic% 이상 60atomic% 이하인 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터와, 제 1 배선과, 용량 소자와, 구동 회로를 가지고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되고, 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되고, 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 제 1 배선과 전기적으로 접속되고, 용량 소자의 제 1 전극은 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고, 용량 소자의 제 2 전극은 제 2 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고, 제 1 배선은 구동 회로로부터 출력되는 비디오 신호를 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 공급하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 및 제 4 트랜지스터를 온 상태로 하며 제 1 트랜지스터 및 제 5 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 제 2 트랜지스터의 게이트에 전위를 기록하는 기능을 가지고, 상기 전위가 기록된 후, 제 3 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 기록된 전위를 유지하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
또한 상기 구성에서 제 2 트랜지스터, 제 3 트랜지스터, 및 제 4 트랜지스터를 온 상태로 하며 제 1 트랜지스터 및 제 5 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 제 2 트랜지스터의 게이트에 전위를 기록하는 기능을 가지고, 전위가 기록된 후, 제 3 트랜지스터 및 제 4 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 기록된 전위를 유지하는 기능을 가지고, 전위가 유지된 후, 제 1 트랜지스터, 제 2 트랜지스터, 및 제 5 트랜지스터를 온 상태로 함으로써 발광 소자에 전류를 흘리고 발광 소자의 발광량을 제어하는 기능을 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에 따르면 표시 품질이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 신뢰성이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 소비 전력이 낮은 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 신규 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태에 따르면 전기 특성이 양호한 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 신뢰성이 높은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 전기 특성이 안정된 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 소비 전력이 낮은 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 동일한 기판 위에 상이한 트랜지스터를 가지는 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태에 따르면 신규 반도체 장치를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것은 아니다. 또한 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 또한 이들 이외의 효과는 명세서, 도면, 청구항 등의 기재에서 추출할 수 있다.
도 1의 (A) 및 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 2는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A)는 화소의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다. 도 3의 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 4의 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 6은 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (E)는 화소의 배열예를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 9의 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 14는 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 15의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 15의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 17은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다
도 21의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 나타낸 도면이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 나타낸 도면이다.
도 2는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 3의 (A)는 화소의 동작예를 설명하는 타이밍 차트이다. 도 3의 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 4의 (A)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다. 도 4의 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 5의 (A) 및 (B)는 화소의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 6은 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 7의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 8의 (A) 내지 (E)는 화소의 배열예를 나타낸 도면이다.
도 9의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 상면도이다. 도 9의 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A) 내지 (F)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 14는 표시 장치의 일례를 나타낸 사시도이다.
도 15의 (A)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 15의 (B)는 트랜지스터의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 16은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 17은 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 18의 (A) 내지 (F)는 발광 디바이스의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 19의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 20의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다
도 21의 (A) 내지 (F)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 나타낸 도면이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 나타낸 도면이다.
이하에서 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만 실시형태는 많은 상이한 형태로 실시할 수 있고, 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것은 아니다.
이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 상이한 도면 사이에서 공통적으로 사용하고, 그 반복 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
본 명세서에서 설명하는 각 도면에서, 각 구성 요소의 크기, 층의 두께, 또는 영역은 명료화를 위하여 과장되어 있는 경우가 있다. 따라서 그 스케일에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 명세서 등에서의 "제 1", "제 2" 등의 서수사는 구성 요소의 혼동을 피하기 위하여 붙이는 것이며, 수적으로 한정하는 것이 아니다.
트랜지스터는 반도체 소자의 일종이며, 전류 또는 전압을 증폭하는 기능 및 도통 또는 비도통을 제어하는 스위칭 동작 등을 실현할 수 있다. 본 명세서에서의 트랜지스터는 IGFET(Insulated Gate Field Effect Transistor) 및 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor)를 포함한다.
'소스' 및 '드레인'의 기능은 상이한 극성의 트랜지스터를 채용하는 경우 또는 회로 동작에서 전류의 방향이 변화되는 경우 등에는 서로 바뀌는 경우가 있다. 그러므로, 본 명세서에서는 '소스' 및 '드레인'이라는 용어는 서로 바꿔 사용할 수 있는 것으로 한다.
본 명세서 등에서 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 어느 한쪽을 '제 1 전극'이라고 부르고, 소스 및 드레인 중 다른 쪽을 '제 2 전극'이라고 부르는 경우가 있다. 또한 게이트에 대해서는 '게이트' 또는 '게이트 전극'이라고도 부른다. 또한 본 명세서 등에서 트랜지스터의 제 1 단자와 제 2 단자는 각각 예를 들어 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 다른 쪽을 가리킨다.
본 명세서 등에서 "전기적으로 접속"에는 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"을 통하여 접속되는 경우가 포함된다. 여기서 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"은 접속 대상 사이에서의 전기 신호의 주고받음을 가능하게 하는 것이면 특별히 제한을 받지 않는다. 예를 들어 "어떠한 전기적 작용을 가지는 것"에는 전극 또는 배선을 비롯하여 트랜지스터 등의 스위칭 소자, 저항 소자, 코일, 용량 소자, 이들 이외의 각종 기능을 가지는 소자 등이 포함된다.
본 명세서 등에서 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어를 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층" 또는 "절연층"이라는 용어는 "도전막" 또는 "절연막"이라는 용어와 서로 바꿀 수 있는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 EL층이란 발광 디바이스(발광 소자라고도 함)의 한 쌍의 전극 사이에 제공되고, 적어도 발광성의 물질을 포함하는 층(발광층이라고도 부름) 또는 발광층을 포함하는 적층체를 나타내는 것으로 한다.
본 명세서 등에서, 표시 장치의 일 형태인 표시 패널은 표시면에 화상 등을 표시(출력)하는 기능을 가지는 것이다. 따라서 표시 패널은 출력 장치의 일 형태이다.
본 명세서 등에서 표시 패널의 기판에 예를 들어 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등의 커넥터가 장착된 것, 또는 기판에 COG(Chip On Glass) 방식 등에 의하여 IC가 실장된 것을 표시 패널 모듈, 표시 모듈, 또는 단순히 표시 패널 등이라고 부르는 경우가 있다.
(실시형태 1)
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 각 화소가 가지는 화소 회로의 전류의 편차를 억제하여 우수한 표시 품질을 실현할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 특히 낮은 프레임 주파수로 표시부에 화상을 표시하는 경우에 소비 전력을 저감하며 우수한 표시 품질을 실현할 수 있다.
낮은 프레임 주파수란 예를 들어 3Hz 이하, 바람직하게는 1Hz 이하, 더 바람직하게는 0.1Hz 이하, 더욱 바람직하게는 0.01Hz 이하이다. 또한 높은 프레임 주파수란 예를 들어 30Hz 이상의 주파수이다.
화소 회로를 구성하는 트랜지스터로서 산화물 반도체를 채널 형성 영역에 사용한 트랜지스터(이하, OS 트랜지스터)를 사용하면 각 노드에 기록된 전하를 장기간 유지할 수 있다. 높은 주파수에서 프레임마다 재기록할 필요가 없는 정지 화상을 표시하는 경우에는 프레임 주파수를 낮게 하고 화상 데이터에 대응하는 신호를 화소 회로에 기록한 후, 주변의 구동 회로의 동작을 정지할 수 있다. 이와 같은 정지 화상의 표시 중에 주변 구동 회로의 동작을 정지하는 구동 방법을 '아이들링(idling) 스톱 구동'이라고도 한다. 아이들링 스톱 구동을 수행함으로써 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 리프레시 레이트를 가변으로 할 수 있다. 예를 들어 표시 장치에 표시되는 콘텐츠에 따라 리프레시 레이트를 조정(예를 들어 0.01Hz 이상 240Hz 이하의 범위에서 조정)하여 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한 리프레시 레이트를 저하시킨 구동에 의하여 표시 장치의 소비 전력을 저감하는 구동을 아이들링 스톱(IDS) 구동이라고 불러도 좋다.
또한 상기 리프레시 레이트에 따라 터치 센서 또는 니어 터치 센서의 구동 주파수를 변화시켜도 좋다. 예를 들어 표시 장치의 리프레시 레이트가 120Hz인 경우, 터치 센서 또는 니어 터치 센서의 구동 주파수를 120Hz보다 높게(대표적으로는 240Hz) 할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써, 저소비 전력을 실현할 수 있고, 또한 터치 센서 또는 니어 터치 센서의 응답 속도를 높일 수 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 발광 디바이스의 발광 휘도를 높이는 경우, 발광 디바이스에 흘리는 전류의 양을 크게 할 필요가 있다. 이를 위해서는, 화소 회로에 포함되어 있는 구동 트랜지스터의 소스와 드레인 사이의 전압을 높일 필요가 있다. OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터보다 소스와 드레인 사이에서의 내압이 높기 때문에, OS 트랜지스터의 소스와 드레인 사이에는 높은 전압을 인가할 수 있다. 이로써 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터를 OS 트랜지스터로 함으로써, 발광 디바이스를 흐르는 전류의 양을 크게 하여, 발광 디바이스의 발광 휘도를 높일 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우에서, OS 트랜지스터는 Si 트랜지스터에서보다 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 대하여 소스와 드레인 사이의 전류의 변화를 작게 할 수 있다. 그러므로 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 게이트와 소스 사이의 전압의 변화에 의하여 소스와 드레인 사이를 흐르는 전류를 자세하게 설정할 수 있기 때문에, 발광 디바이스를 흐르는 전류의 양을 제어할 수 있다. 그러므로 화소 회로에서의 계조 수를 늘릴 수 있다.
또한 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우에 흐르는 전류의 포화 특성에 관하여, OS 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 전압이 서서히 높아진 경우에도 Si 트랜지스터보다 안정적인 전류(포화 전류)를 흘릴 수 있다. 그러므로 OS 트랜지스터를 구동 트랜지스터로서 사용함으로써, 예를 들어 EL 재료가 포함되는 발광 디바이스의 전류-전압 특성에 편차가 생긴 경우에도 발광 디바이스에 안정적인 전류를 흘릴 수 있다. 즉 OS 트랜지스터가 포화 영역에서 동작하는 경우, 소스와 드레인 사이의 전압을 높여도 소스와 드레인 사이의 전류는 거의 변화되지 않기 때문에, 발광 디바이스의 발광 휘도를 안정적으로 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 화소 회로에 포함되는 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써, 예를 들어 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 것을 억제하거나, 발광 휘도를 상승시키거나, 계조를 높이거나, 발광 디바이스의 편차를 억제할 수 있다.
[화소의 구성예]
도 1의 (A)에서는 본 발명의 일 형태의 화소(Px)의 일례를 나타내었다.
화소(Px)는 화소 회로(51)와 발광 소자(EL1)를 가진다. 화소 회로(51)는 트랜지스터(Tr1) 내지 트랜지스터(Tr6)와 용량 소자(C1)를 가진다. 또한 화소(Px)는 배선(Vdata), 배선(Vdd), 배선(Vss), 배선(Vini), 배선(Vscan1), 배선(Vscan2), 배선(Vem1), 및 배선(Vem2)과 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(Tr1) 내지 트랜지스터(Tr6)는 n채널형 전계 효과 트랜지스터로 한다. 또한 트랜지스터(Tr1) 내지 트랜지스터(Tr6)는 인핸스먼트형(노멀리 오프형)의 n채널형 전계 효과 트랜지스터인 것이 바람직하다. 따라서, 그 문턱 전압('Vth'라고도 함)은 0V보다 큰 것이 바람직하다.
발광 소자(EL1)는 배선(Vss)과 전기적으로 접속되는 제 1 전극과 트랜지스터(Tr5)와 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 가진다.
트랜지스터(Tr5)는 발광 소자(EL1)와 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 트랜지스터(Tr2) 및 트랜지스터(Tr1)와 전기적으로 접속되는 제 2 단자와, 배선(Vem1)과 전기적으로 접속되는 게이트 전극을 가진다. 여기서 트랜지스터의 제 1 단자와 제 2 단자는 각각 예를 들어 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 다른 쪽을 가리킨다.
트랜지스터(Tr5)는 발광 소자(EL1)에 전류를 흘릴지 여부를 제어하는 스위치로서의 기능을 가진다.
트랜지스터(Tr6)는 발광 소자(EL1)와 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 배선(Vini)과 전기적으로 접속되는 제 2 단자와, 배선(Vscan1)과 전기적으로 접속되는 게이트 전극을 가진다.
용량 소자(C1)는 발광 소자(EL1)와 전기적으로 접속되는 제 1 전극과 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 전기적으로 접속되는 제 2 전극을 가진다.
또한 노드(ND1)는 발광 소자(EL1)의 제 2 전극, 트랜지스터(Tr5)의 제 1 단자, 트랜지스터(Tr6)의 제 1 단자, 및 용량 소자(C1)의 제 1 전극과 전기적으로 접속되는 접속점이다.
트랜지스터(Tr2)는 트랜지스터(Tr5)와 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 트랜지스터(Tr3) 및 트랜지스터(Tr4)와 전기적으로 접속되는 제 2 단자와, 용량 소자(C1)와 전기적으로 접속되는 게이트 전극을 가진다.
트랜지스터(Tr1)는 트랜지스터(Tr2) 및 트랜지스터(Tr5)와 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 배선(Vdata)과 전기적으로 접속되는 제 2 단자와, 배선(Vscan2)과 전기적으로 접속되는 게이트 전극을 가진다.
또한 노드(ND3)는 트랜지스터(Tr5)의 제 2 단자, 트랜지스터(Tr2)의 제 1 단자, 및 트랜지스터(Tr1)의 제 2 단자와 전기적으로 접속되는 접속점이다.
트랜지스터(Tr3)는 제 1 단자, 제 2 단자, 및 게이트 전극을 가진다. 트랜지스터(Tr3)의 게이트 전극과 배선(Vscan1)은 전기적으로 접속된다. 또한 트랜지스터(Tr3)의 제 1 단자는 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되고 트랜지스터(Tr3)의 제 2 단자는 트랜지스터(Tr2)의 제 2 단자와 전기적으로 접속된다. 따라서 트랜지스터(Tr3)를 온 상태로 함으로써 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극과 제 2 단자를 도통시킬 수 있다.
또한 노드(ND2)는 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극, 용량 소자(C1)의 제 2 전극, 및 트랜지스터(Tr3)의 제 1 단자와 전기적으로 접속되는 접속점이다.
트랜지스터(Tr4)는 트랜지스터(Tr2) 및 트랜지스터(Tr3)와 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 배선(Vdd)과 전기적으로 접속되는 제 2 단자와, 배선(Vem2)과 전기적으로 접속되는 게이트 전극을 가진다.
트랜지스터(Tr2)의 제 2 단자, 트랜지스터(Tr3)의 제 2 단자, 및 트랜지스터(Tr4)의 제 1 단자는 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(Tr2)는 발광 소자(EL1)의 전류 제어용 트랜지스터로서의 기능을 가진다. 즉, 트랜지스터(Tr2)는 발광 소자(EL1)의 발광량을 제어하는 기능을 가진다. 따라서 트랜지스터(Tr2)를 구동 트랜지스터라고 부르는 경우가 있다.
본 발명의 일 형태의 화소 회로(51)에서는 트랜지스터(Tr2)로서 히스테리시스가 매우 작은 트랜지스터를 사용함으로써 낮은 프레임 주파수에서도 표시 장치의 표시 품질을 높일 수 있다.
현저히 큰 히스테리시스를 가지는 트랜지스터에서는 트랜지스터의 게이트와 소스 사이의 전압 스트레스 등으로 인하여 트랜지스터의 문턱값이 변화한다.
트랜지스터(Tr2)가 히스테리시스 특성을 가지는 경우에는 발광 소자(EL1)에 전류가 흐르는 기간에서 트랜지스터(Tr2)의 문턱값이 변동할 우려가 있다. 특히 표시부에서 화상 표시의 프레임 주파수가 낮은 경우에는 화소에 화상 데이터의 기록을 수행한 후부터 다음 프레임까지의 기간이 길기 때문에 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 변동에 따른 발광 소자(EL1)의 휘도의 변화는 표시 장치의 사용자에게 시인되기 쉽다.
OS 트랜지스터는 히스테리시스가 매우 작다. 따라서 본 발명의 일 형태의 화소 회로에서 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써 발광 소자(EL1)의 휘도의 변화를 억제할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 화소 회로에서 구동 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 적용함으로써 발광 소자(EL1)에 흐르는 전류값의 편차를 억제하여 낮은 프레임 주파스에서도 표시 장치의 표시 품질을 높일 수 있다.
본 발명의 일 형태의 화소 회로가 가지는 트랜지스터 중 하나는 예를 들어 Id-Vg 측정에서 Vg가 -15V 이상 +20V 이하인 범위에서 왕복 스캔을 수행한 경우의 히스테리시스가 바람직하게는 0.1V 이하, 더 바람직하게는 0.05V 이하이다. 또한 Id-Vg 측정에서의 Vd는 예를 들어 0.01V 이상 10V 이하이다. 또한 측정에서의 Vg의 측정 간격은 예를 들어 0.1V 간격으로 하면 좋다. 또한 Vg의 각 측정점에서 예를 들어 1초 이하의 홀드 기간을 제공하여도 좋다. 여기서 Id는 소스와 드레인 사이의 전류이고, Vd는 소스와 드레인 사이의 전압이고, Vg는 소스와 게이트 사이의 전압이다. 측정에 사용하는 트랜지스터는 예를 들어 채널 길이가 100μm 이하 또는 10μm 이하이다. 또한 측정에 사용하는 트랜지스터는 예를 들어 채널 폭이 100μm 이하 또는 10μm 이하이다.
또한 OS 트랜지스터는 소스와 드레인 사이의 절연 내압이 높다. 화소 회로(51)를 구성하는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써 발광 소자(EL1)에 배선(Vdd)과 배선(Vss)에 공급되는 전위차가 큰 경우에서도 동작이 안정적이고 신뢰성이 양호한 표시 장치를 실현할 수 있다. 트랜지스터(Tr2)로서 소스와 드레인 사이의 내압이 높은 OS 트랜지스터를 사용함으로써 장기간에 걸쳐 표시 장치를 사용하여도 발광 소자(EL1)의 전류를 정밀도 좋게 제어할 수 있기 때문에 바람직하다.
배선(Vdata)은 비디오 신호에 대응하는 신호(Vdata_1)를 트랜지스터(Tr1)에 공급하는 기능을 가진다. 배선(Vdata)은 소스선이라고 불리는 경우가 있다. 화소 회로(51)는 트랜지스터(Tr1), 트랜지스터(Tr2), 및 트랜지스터(Tr3)를 각각 온 상태로 함으로써 신호(Vdata_1)에 보정 처리가 가해진 신호를 노드(ND2)에 공급하는 기능을 가진다. 상기 보정 처리에 의하여 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 편차가 발광 소자(EL1)에 흐르는 전류에 미치는 영향을 억제할 수 있다. 화소 회로(51)는 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 편차의 영향이 상쇄된 전위를 노드(ND2)에 공급하는 기능을 가진다고 표현할 수 있는 경우가 있다.
여기서 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 편차란 예를 들어 각각의 화소 회로(51)가 가지는 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 복수의 화소 회로 간의 편차를 가리킨다.
화소 회로(51)는 트랜지스터(Tr3)를 오프 상태로 하여 노드(ND2)에 공급된 전위를 유지하는 기능을 가진다. OS 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용되는 산화물 반도체는 밴드 갭이 2eV 이상이기 때문에 오프 전류가 매우 낮다. 트랜지스터(Tr3)로서 OS 트랜지스터를 사용함으로써 오프 상태에서의 누설 전류를 매우 낮게 억제할 수 있기 때문에 노드(ND2)에 공급된 신호의 전위의 변동을 매우 작게 할 수 있다.
표시부의 화상 표시의 프레임 주파수가 낮은 경우에는 화소 회로에 화상 데이터의 기록을 수행한 후부터 다음 프레임까지의 기간이 길기 때문에 트랜지스터(Tr3)의 오프 누설 전류에 의한 노드(ND2)의 전위의 변동량이 커진다. 따라서 프레임 주파수가 낮은 경우에는 트랜지스터(Tr3)로서 오프 누설 전류가 작은 트랜지스터를 사용하는 것이 특히 바람직하다.
화소 회로(51)에서는 예를 들어 배선(Vdata)으로부터의 신호의 기록을 수행한 후부터 다음 프레임까지의 기간은 트랜지스터(Tr1)를 오프 상태로 할 수 있다. 트랜지스터(Tr1)를 오프 상태로 함으로써 화소 회로(51)에서 배선(Vdata)에 흐르는 전류를 차단할 수 있어, 화소 회로(51)의 소비 전력 및 배선(Vdata)에 신호를 공급하는 회로의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한 화소 회로(51)에서는 예를 들어 배선(Vini)으로부터의 신호에 대응하는 전위를 트랜지스터(Tr6)를 통하여 노드(ND1)에 기록한 후부터 다음 프레임까지의 기간은 트랜지스터(Tr6)를 오프 상태로 할 수 있다. 트랜지스터(Tr6)를 오프 상태로 함으로써 배선(Vini)에 흐르는 전류를 차단할 수 있어, 화소 회로(51)의 소비 전력 및 배선(Vini)에 신호를 공급하는 회로의 소비 전력을 저감할 수 있다.
화소 회로(51)가 가지는 트랜지스터는 각각 백 게이트를 가져도 좋다. 특히 OS 트랜지스터는 백 게이트를 가지는 것이 바람직하다. 도 1의 (B)에서는 트랜지스터가 백 게이트를 가지는 예를 나타내었다. 백 게이트에는 게이트와 같은 신호를 공급할 수 있다. 또는 백 게이트에는 소스 또는 드레인과 같은 신호를 공급할 수 있다. 백 게이트에 신호를 공급함으로써, 예를 들어 트랜지스터의 문턱값을 제어할 수 있다.
또한 트랜지스터의 백 게이트가 트랜지스터의 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속되어도 좋다. 도 2에는 화소 회로(51)에서 트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)의 백 게이트가 각각 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되는 예를 나타내었다. 트랜지스터의 백 게이트가 트랜지스터의 소스 또는 드레인과 전기적으로 접속되는 것에 의하여 예를 들어 트랜지스터의 게이트 전계의 인가에 대한 내성이 향상되고 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한 OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터보다 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스와 드레인 사이의 누설 전류(이하, 오프 전류라고도 함)가 매우 낮기 때문에, 상기 트랜지스터에 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하는 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써, 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다.
실온하에서의 채널 폭 1μm당 OS 트랜지스터의 오프 전류값은 1aA(1×10-18A) 이하, 1zA(1×10-21A) 이하, 또는 1yA(1×10-24A) 이하로 할 수 있다. 또한 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 트랜지스터(이하 Si 트랜지스터)에서는 실온하에서의 채널 폭 1μm당 오프 전류값은 1fA(1×10-15A) 이상 1pA(1×10-12A) 이하이다. 따라서 OS 트랜지스터의 오프 전류는 Si 트랜지스터의 오프 전류보다 10자릿수 정도 낮다고 할 수도 있다.
또한, OS 트랜지스터는 고온 환경하에서도 오프 전류가 거의 증가하지 않는다. 구체적으로는, 실온 이상 200℃ 이하의 환경 온도에서도 오프 전류가 거의 증가하지 않는다. 또한 고온 환경하에서도 온 전류가 저하되기 어렵다. OS 트랜지스터를 포함하는 표시 장치는 고온 환경하에서도 동작이 안정적이고 신뢰성이 높다.
또한 Si 트랜지스터가 가지는 실리콘으로서 비정질 실리콘 및 결정성 실리콘(예를 들어 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘)을 들 수 있다.
발광 소자(EL1)로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode), QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. EL 디바이스가 가지는 발광 물질로서는, 예를 들어 형광을 방출하는 물질(형광 재료), 인광을 방출하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷(quantum dot) 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF) 재료)이 있다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 디바이스의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다. 또한 발광 소자(EL1)는 이에 한정되지 않고 무기 재료를 포함하는 무기 EL 소자, 발광 다이오드 등을 사용하여도 좋다. 발광 디바이스로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode) 등의 LED를 사용할 수도 있다.
[화소의 동작예]
다음으로 도 3의 (A), (B), 도 4의 (A) 및 (B)를 사용하여 도 1의 (A)에 나타낸 화소(Px)의 동작의 일례에 대하여 설명한다. 또한 이하의 동작예에서 노드(ND1), 노드(ND2), 및 노드(ND3)의 전위를 각각 도 3의 (B), 도 4의 (A) 및 (B) 등에서 전위(VND1), 전위(VND2), 및 전위(VND3)라고 나타내는 경우가 있다.
도 3의 (A)는 화소(Px)의 동작의 일례를 나타낸 타이밍 차트이다. 또한 이하에서는 화소를 구성하는 트랜지스터가 모두 n채널형 트랜지스터인 것으로 가정하여 설명하지만, 필요에 따른 고전위와 저전위의 치환 등에 의하여 일부 또는 모든 트랜지스터가 p채널형 트랜지스터인 경우에도, 이하의 설명을 적용할 수 있다.
<초기화 동작>
우선 시각(t1)에서 배선(Vscan1) 및 배선(Vem2)에 고전위 신호(H)가 공급되고 배선(Vscan2) 및 배선(Vem1)에 저전위 신호(L)가 공급된다.
트랜지스터(Tr1) 및 트랜지스터(Tr5)는 오프 상태이다.
트랜지스터(Tr6)가 온 상태가 되고 노드(ND1)에는 배선(Vini)으로부터 전위(Vi_1)가 공급된다.(도 3의 (B))
트랜지스터(Tr3) 및 트랜지스터(Tr4)가 온 상태가 되고 노드(ND2)에는 배선(Vdd)으로부터 전위(Vd_1)가 공급된다(도 3의 (B)).
<문턱값 보정 동작>
다음으로 시각(t2)에서 배선(Vscan1) 및 배선(Vscan2)에 고전위 신호가 공급되고 배선(Vem1) 및 배선(Vem2)에 저전위 신호(L)가 공급된다.
트랜지스터(Tr4)는 오프 상태가 된다. 또한 트랜지스터(Tr5)는 계속 오프 상태를 유지한다.
트랜지스터(Tr6)는 계속 온 상태를 유지하고 있으며 노드(ND1)에는 전위(Vi_1)가 유지된다(도 4의 (A)).
트랜지스터(Tr1)가 온 상태가 되고 배선(Vdata)으로부터 트랜지스터(Tr1)를 통하여 노드(ND3)에 전위(Va_1)가 공급된다(도 4의 (A)).
트랜지스터(Tr3)는 계속 온 상태를 유지한다. 또한 노드(ND2)에는 전위(Vd_1)가 공급되어 있기 때문에 트랜지스터(Tr2)도 온 상태를 유지한다.
노드(ND3)의 전위의 변화에 따라 노드(ND2)의 전위가 변화하고 노드(ND2)에는 노드(ND3)의 전위(전위(Va_1))와 트랜지스터(Tr2)의 문턱값(전위(Vt)로 함)의 합(전위(Va_1+Vt))이 공급된다(도 4의 (A)).
표시부가 가지는 복수의 화소의 각각에서 트랜지스터(Tr2)의 문턱값이 취득되고 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 소스 사이에 트랜지스터(Tr2)의 문턱값에 대응하는 전위가 공급되기 때문에 화소마다의 트랜지스터의 문턱값의 편차를 보정할 수 있다. 또한 트랜지스터(Tr2)의 문턱값을 취득하는 동작을 '문턱값 보정 동작'이라고 하는 경우가 있다.
<발광 동작>
다음으로 시각(t3)에서 배선(Vem1) 및 배선(Vem2)에 고전위 신호가 공급되고 배선(Vscan1) 및 배선(Vscan2)에 저전위 신호(L)가 공급된다.
트랜지스터(Tr1)가 오프 상태가 되고 노드(ND3)는 배선(Vdata)으로부터 전기적으로 차단된다. 트랜지스터(Tr6)가 오프 상태가 되고 노드(ND1)는 배선(Vini)으로부터 전기적으로 차단된다.
트랜지스터(Tr3)가 오프 상태가 되고 노드(ND2)의 전위가 유지된다.
트랜지스터(Tr4), 트랜지스터(Tr2), 및 트랜지스터(Tr5)가 온 상태가 되고 발광 소자(EL1)에 전류가 흐른다(도 4의 (B)). 또한 발광 소자(EL1)에 흐르는 전류가 주로 트랜지스터(Tr2)의 전류 구동 능력에 따라 제어되도록 트랜지스터(Tr2), 트랜지스터(Tr4), 및 트랜지스터(Tr5) 각각의 채널 길이, 채널 폭, 게이트 절연막의 재료 및 두께, 채널 형성 영역에 사용하는 재료 등을 결정하면 좋다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시부가 가지는 복수의 화소 각각에서 트랜지스터(Tr2)의 문턱값의 편차가 보정되기 때문에 트랜지스터 특성의 편차에 기인하는 휘도의 편차를 억제할 수 있어 우수한 표시 품질을 실현할 수 있다.
<소광 동작>
발광 소자(EL1)는 1프레임 기간에 발광 소자를 계속 점등할 수 있다. 이와 같은 구동 방법을 '홀드형' 또는 '홀드형 구동'이라고도 한다. 표시 장치의 구동 방법을 홀드형 구동으로 함으로써 표시 화면의 플리커 감소 등을 경감할 수 있다. 한편, 홀드형 구동에서는 동영상의 표시에서 잔상 및 화상의 흐려짐 등이 발생하기 쉽다. 동영상을 표시하였을 때 사람이 느끼는 해상도를 '동영상 해상도'라고도 한다. 즉, 홀드형 구동은 동영상 해상도가 저하되기 쉽다.
또한 동영상 표시에서의 잔상 및 화상의 흐려짐 등을 개선하는 '흑색 삽입 구동'이 알려져 있다. '흑색 삽입 구동'은 '의사 임펄스형' 또는 '의사 임펄스형 구동'이라고도 불린다. 흑색 삽입 구동은 1프레임 걸러 흑색 삽입을 수행하거나 1프레임 중의 일정 기간 흑색 표시를 수행하는 구동 방법이다.
트랜지스터(Tr5)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되는 배선(Vem1)에 저전위 신호를 공급함으로써 트랜지스터(Tr5)를 오프 상태로 할 수 있다. 트랜지스터(Tr5)를 오프 상태로 함으로써 발광 소자(EL1)의 전류를 정지하고 흑색 삽입을 수행할 수 있다.
또한 프레임 주파수를 낮게 하여 정지 화상을 표시하는 경우에서도 트랜지스터(Tr5)만을 고속으로 제어하고 발광 소자(EL1)에 흐르는 전류를 높은 주파수로 주기적으로 차단하여 흑색 삽입 구동을 수행하는 경우가 있다.
여기서는 예를 들어 프레임 주파수가 1Hz인 경우에 대하여 설명한다. 트랜지스터(Tr5)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되는 배선(Vem1)에 1Hz보다 높은 주파수, 여기서는 예를 들어 60Hz의 주파수로 고전위 신호와 저전위 신호를 공급함으로써 1프레임의 기간 내에서 60Hz의 주기로 흑색 표시를 삽입할 수 있다. 높은 주파수로 흑색 삽입 구동을 수행함으로써 프레임 주파수가 낮고 1프레임의 기간이 긴 경우에서도 1프레임의 기간 내에서의 휘도의 변화를 시인되기 어렵게 할 수 있다
또한 트랜지스터(Tr2)로서 OS 트랜지스터를 사용하는 경우에는 트랜지스터(Tr2)의 히스테리시스가 매우 작고, 정지 화상 표시와 같이 프레임 주파수가 낮은 경우에는 휘도의 변화를 작게 억제할 수 있기 때문에 트랜지스터(Tr5)를 사용한 고속으로의 흑색 삽입 구동을 수행하지 않아도 우수한 표시 품질을 실현할 수 있는 경우가 있다. 따라서 정지 화상을 표시하는 기간은 트랜지스터(Tr5)의 게이트 전극과 전기적으로 접속되는 배선(Vem1)에 신호를 공급하는 회로부를 정지할 수 있어 구동 회로의 소비 전력을 더 저감할 수 있다.
[트랜지스터]
OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 산화물 반도체에 대하여 이하에서 설명한다. OS 트랜지스터에는 산화물 반도체로서 이하에 나타내는 금속 산화물 등을 사용할 수 있다.
OS 트랜지스터에 사용하는 금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 금속 산화물은 인듐 및 아연을 포함하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어 금속 산화물은 인듐과, 원소 M(M은 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 주석, 실리콘, 붕소, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 원소 M은 특히 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하고, 갈륨인 것이 더 바람직하다.
금속 산화물의 조성은 트랜지스터의 전기적 특성 및 신뢰성에 크게 영향을 미친다. 예를 들어 금속 산화물의 인듐의 함유율을 높게 함으로써 온 전류가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있는 경우가 있어 바람직하다.
또한 예를 들어 금속 산화물의 원소 M의 함유율을 높게 함으로써 금속 산화물의 밴드 갭이 더 커지고 오프 누설 전류가 더 낮은 트랜지스터를 실현할 수 있는 경우가 있어 바람직하다.
트랜지스터(Tr2)로서는 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 특히 트랜지스터(Tr2)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
트랜지스터(Tr2)는 발광 소자(EL1)의 구동 전류를 제어하는 기능을 가진다. 트랜지스터(Tr2)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 사용함으로써 트랜지스터(Tr2)의 전류 구동 능력을 향상시킬 수 있어, 발광 소자(EL1)의 고휘도화에도 충분히 대응할 수 있다.
트랜지스터(Tr3), 트랜지스터(Tr6), 및 트랜지스터(Tr1)로서 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(Tr3), 트랜지스터(Tr6), 및 트랜지스터(Tr1)로서 특히 금속 산화물의 원소 M의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
트랜지스터(Tr3)가 오프 상태인 경우, 트랜지스터(Tr3)는 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극에 공급되는 전위를 유지하는 기능을 가진다. 트랜지스터(Tr3)의 오프 누설 전류가 높은 경우에는 예를 들어 누설 전류에 의하여 트랜지스터(Tr2)의 게이트 전극의 전위가 저하되고 발광 소자(EL1)의 휘도가 저하될 우려가 있다. 따라서 트랜지스터(Tr3)로서 오프 누설 전류가 낮은 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
트랜지스터(Tr6) 및 트랜지스터(Tr1)는 각각 배선(Vini) 및 배선(Vdata)에 전기적으로 접속된다. 따라서 트랜지스터(Tr6) 및 트랜지스터(Tr1)의 오프 누설 전류가 높은 경우에는 예를 들어 발광 소자(EL1)에 흐르는 전류의 일부가 배선(Vini) 및 배선(Vdata)에 누설되어 휘도의 변동이 발생할 우려가 있다. 따라서 트랜지스터(Tr6) 및 트랜지스터(Tr1)로서 오프 누설 전류가 낮은 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 트랜지스터(Tr3), 트랜지스터(Tr6), 및 트랜지스터(Tr1)로서 Si 트랜지스터를 사용하여도 좋다.
트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)로서 Si 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있고, 특히 결정성 실리콘을 채널 형성 영역에 가지는 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)로서 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있고, 특히 금속 산화물의 인듐 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)는 트랜지스터(Tr2)의 전류의 양을 제한하지 않는 충분한 전류 구동 능력을 가지는 것이 바람직하다. 따라서 트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)로서 결정성 실리콘(예를 들어 다결정 실리콘 및 단결정 실리콘)을 채널 형성 영역에 가지는 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 다결정 실리콘을 포함하는 트랜지스터로서 예를 들어 저온 폴리실리콘(LTPS(Low Temperature Poly Silicon))을 포함하는 트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한 트랜지스터(Tr4) 및 트랜지스터(Tr5)로서 OS 트랜지스터를 사용하는 경우에는 금속 산화물의 인듐의 함유율을 높이고 OS 트랜지스터의 전류 구동 능력을 높이는 것이 바람직하다.
OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
[화소의 구성예 2]
도 5의 (A)에서는 화소의 구성예를 나타내었다. 도 5의 (A)에 나타낸 화소(Px)는 화소 회로(51)와 발광 소자(EL1)를 가진다. 화소 회로(51)는 트랜지스터(Tr1), 트랜지스터(Tr2), 트랜지스터(Tr6), 및 용량 소자(C1)를 가진다.
도 5의 (A)에서 트랜지스터(Tr2)의 제 1 단자는 발광 소자(EL1)와 전기적으로 접속되고 제 2 단자는 배선(Vdd)과 전기적으로 접속된다. 트랜지스터(Tr1)의 제 1 단자는 배선(Vdata)과 전기적으로 접속되고 제 2 단자는 트랜지스터(Tr2)의 게이트와 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(Tr2)로서는 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 특히 트랜지스터(Tr2)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
트랜지스터(Tr6) 및 트랜지스터(Tr1)로서 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 트랜지스터(Tr6) 및 트랜지스터(Tr1)로서 특히 금속 산화물의 원소 M의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
또는 트랜지스터(Tr6)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 트랜지스터(Tr6)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 사용함으로써 높은 주파수의 표시에서도 표시 품질이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
도 5의 (B)에 나타낸 화소의 구성예는 도 5의 (A)와 트랜지스터(Tr7)를 가지는 점이 상이하다.
트랜지스터(Tr7)는 배선(Vscan3)과 전기적으로 접속되는 게이트 전극과, 배선(Vini)과 전기적으로 접속되는 제 1 단자와, 트랜지스터(Tr2)의 게이트 및 용량 소자(C1)의 제 2 전극과 전기적으로 접속되는 제 2 단자를 가진다. 트랜지스터(Tr7)로서는 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 트랜지스터(Tr7)로서 금속 산화물의 원소 M의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다. 또는 트랜지스터(Tr7)로서 금속 산화물의 인듐의 함유율이 높은 OS 트랜지스터를 적합하게 사용할 수 있다.
[표시 장치]
본 발명의 일 형태의 화소를 사용한 표시 장치의 구성예에 대하여 설명한다.
도 6에는 표시 장치(10)의 블록도를 나타내었다. 표시 장치(10)는 표시부(11), 제 1 구동 회로(12), 및 제 2 구동 회로(13)를 가진다.
표시부(11)에는 복수의 화소(Px)가 매트릭스상으로 배치된다. 화소는 적어도 하나의 표시 소자와 하나의 트랜지스터를 포함한다. 표시 소자로서는, 대표적으로는 유기 EL 소자 또는 액정 소자 등을 사용할 수 있다.
제 1 구동 회로(12)는 소스 드라이버로서 기능하는 회로를 포함한다. 제 1 구동 회로(12)는 외부에서 입력된 비디오 신호에 기초하여 계조 신호를 생성하고 표시부(11)가 가지는 화소에 공급하는 기능을 가진다.
제 2 구동 회로(13)는 게이트 드라이버로서 기능하는 회로를 포함한다. 제 2 구동 회로(13)는 외부에서 입력된 신호에 기초하여 선택 신호를 생성하고 표시부(11)가 가지는 화소에 공급하는 기능을 가진다.
표시부(11)가 가지는 화소(Px)로서 상술한 화소(Px)를 적용하는 것이 바람직하다.
제 1 구동 회로(12)에는 OS 트랜지스터 등을 적용할 수 있다. 소스 드라이버 또는 디멀티플렉서 회로에서는 고속 스위칭 동작이 요구되기 때문에 제 2 구동 회로(13)에 사용하는 OS 트랜지스터로서 인듐의 함유율이 높은 금속 산화물이 반도체층에 적용된 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 제 1 구동 회로(12)에 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 트랜지스터를 사용할 수 있다. 또한 제 1 구동 회로(12)는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터와 Si 트랜지스터의 양쪽을 가져도 좋다.
제 2 구동 회로(13)에는 OS 트랜지스터 등을 적용할 수 있다. 게이트 드라이버에서는 소스 드라이버 또는 디멀티플렉서 회로 등과 비교하여 응답 속도가 빠른 스위칭 동작은 요구되지 않는다. 따라서 OS 트랜지스터로서는 오프 전류가 더 낮은 안정된 트랜지스터를 사용하면 좋고 제 2 구동 회로(13)에는 예를 들어 원소 M의 함유율이 높은 금속 산화물이 반도체층에 적용된 OS 트랜지스터를 사용할 수 있다.
또한 제 2 구동 회로(13)에 채널 형성 영역에 실리콘을 포함하는 트랜지스터를 사용할 수 있다. 또한 제 2 구동 회로(13)는 트랜지스터로서 OS 트랜지스터와 Si 트랜지스터의 양쪽을 가져도 좋다.
또한 필요에 따라 제 2 구동 회로(13)에 인듐의 함유율이 높은 금속 산화물이 반도체층에 적용된 OS 트랜지스터를 사용하여도 좋고, 제 1 구동 회로(12)에 원소 M의 함유율이 높은 금속 산화물이 반도체층에 적용된 OS 트랜지스터를 사용하여도 좋다.
표시부(11)에는 제 1 구동 회로(12)와 접속되는 복수의 배선(Vdata)과 제 2 구동 회로(13)와 접속되는 배선(GL)이 제공되어 있다. 배선(Vdata)은 예를 들어 소스선으로서의 기능을 가진다. 또한 배선(GL)은 예를 들어 게이트선으로서의 기능을 가진다.
<제 1 구동 회로의 구성예>
아래에서는 표시 장치(10)가 가지는 제 1 구동 회로(12)의 더 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
제 1 구동 회로(12)는 시프트 레지스터 회로(31), 래치 회로부(41), 레벨 시프터 회로부(42), D-A 변환부(43), 및 아날로그 버퍼 회로부(44) 등을 가진다.
래치 회로부(41)는 복수의 래치 회로(32)와 복수의 래치 회로(33)를 가진다. 레벨 시프터 회로부(42)는 복수의 레벨 시프터 회로(34)를 가진다. D-A 변환부(43)는 복수의 DAC 회로(35)를 가진다. 아날로그 버퍼 회로부(44)는 복수의 아날로그 버퍼 회로(36)를 가진다.
시프트 레지스터 회로(31)에는 클록 신호(CLK) 및 스타트 펄스 신호(SP)가 입력된다. 시프트 레지스터 회로(31)는 클록 신호(CLK) 및 스타트 펄스 신호(SP)에 따라 펄스가 순차적으로 시프트하는 타이밍 신호를 생성하여 래치 회로부(41)의 각 래치 회로(32)에 출력한다.
래치 회로부(41)에는 비디오 신호(S0) 및 래치 신호(LAT)가 입력된다.
래치 회로(32)에 타이밍 신호가 입력되면 상기 타이밍 신호의 펄스에 따라 비디오 신호(S0)가 샘플링되어 각 래치 회로(32)에 순차적으로 기록된다. 이때 각 래치 회로(32)에 대한 비디오 신호(S0)의 기록이 모두 종료될 때까지의 기간을 라인 기간이라고 부를 수 있다.
1라인 기간이 종료되면 각 래치 회로(33)에 입력되는 래치 신호(LAT)의 펄스에 따라 각 래치 회로(32)에 유지되어 있는 비디오 신호가 각 래치 회로(33)에 일제히 기록되고 유지된다. 래치 회로(33)에 대한 비디오 신호의 송출을 마친 래치 회로(32)는 다시 시프트 레지스터 회로(31)로부터의 타이밍 신호에 따라 다음 비디오 신호의 기록이 순차적으로 수행된다. 이 두 번째 순서의 1라인 기간 중에는 래치 회로(33)에 기록되고 유지되어 있는 비디오 신호가 레벨 시프터 회로부(42)의 각 레벨 시프터 회로(34)에 출력된다.
레벨 시프터 회로부(42)의 각 레벨 시프터 회로(34)에 입력된 비디오 신호는 레벨 시프터 회로(34)에 의하여 그 신호의 전압의 진폭을 크게 한 후, D-A 변환부(43) 내의 각 DAC 회로(35)에 송신된다. 일군의 DAC 회로(35)에 입력된 비디오 신호는 아날로그 변환되어 하나의 아날로그 신호로서 아날로그 버퍼 회로부(44)에 출력된다. 아날로그 버퍼 회로부(44)에 입력된 비디오 신호는 각 아날로그 버퍼 회로(36)를 통하여 각 배선(Vdata)에 출력된다.
한편, 제 2 구동 회로(13)는 각 배선(GL)을 순차적으로 선택한다. 제 1 구동 회로(12)로부터 배선(Vdata)을 통하여 표시부(11)에 입력된 비디오 신호는 제 2 구동 회로(13)에 의하여 선택된 배선(GL)에 접속되는 각 화소(Px)에 입력된다.
또한 시프트 레지스터 회로(31) 대신에 펄스가 순차적으로 시프트하는 신호를 출력할 수 있는 다른 회로를 사용하여도 좋다.
<제 1 구동 회로의 변형예>
도 6에서 예시한 제 1 구동 회로(12)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 표시부(11)에 출력하는 구성이었지만 입력 신호로서 아날로그 신호를 사용함으로써 제 1 구동 회로(12)의 구성을 더 간소하게 할 수 있다.
도 7의 (A)에 나타낸 제 1 구동 회로(12a)는 시프트 레지스터 회로(31), 래치 회로부(41), 및 소스 폴로어 회로부(45)를 가진다. 소스 폴로어 회로부(45)는 복수의 소스 폴로어 회로(37)를 가진다.
래치 회로(32)는 시프트 레지스터 회로(31)로부터의 타이밍 신호에 따라 아날로그 비디오 신호(S0)를 아날로그 데이터로서 샘플링한다. 또한 각 래치 회로(32)는 래치 신호(LAT)에 따라 각 래치 회로(33)에 유지된 비디오 신호를 일제히 출력한다.
래치 회로(33)에 유지된 비디오 신호는 소스 폴로어 회로(37)를 통하여 하나의 배선(Vdata)에 출력된다. 또한 소스 폴로어 회로(37) 대신에 상기 아날로그 버퍼 회로를 사용하여도 좋다.
도 7의 (B)에 나타낸 제 1 구동 회로(12b)는 시프트 레지스터 회로(31)와 디멀티플렉서 회로(46)를 가진다.
디멀티플렉서 회로(46)는 복수의 샘플링 회로(38)를 가진다. 각 샘플링 회로(38)에는 복수의 배선에서 복수의 아날로그 비디오 신호(S0)가 입력되고 시프트 레지스터 회로(31)로부터 입력하는 타이밍 신호에 따라 복수의 배선(Vdata)에 동시에 비디오 신호를 출력한다. 시프트 레지스터 회로(31)는 복수의 샘플링 회로(38)를 순차적으로 선택하도록 타이밍 신호를 출력한다.
예를 들어 표시부(11)에 접속되는 배선(Vdata)을 2160개, 비디오 신호(S0)가 공급되는 배선을 54개로 하였을 때 디멀티플렉서 회로(46)에 40개의 샘플링 회로(38)를 제공함으로써 1라인 기간을 40분할하고 각 기간 내에 54개의 배선(Vdata)에 동시에 비디오 신호를 출력할 수 있다.
여기서 디멀티플렉서 회로(46)에는 OS 트랜지스터를 사용하고 시프트 레지스터 회로(31)에는 Si 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 예를 들어 시프트 레지스터 회로(31)에는 단결정 실리콘을 포함하는 트랜지스터를 사용하고 디멀티플렉서 회로(46) 및 표시부(11)에는 OS 트랜지스터를 사용하는 경우를 생각한다. OS 트랜지스터는 예를 들어 단결정 실리콘을 포함하는 트랜지스터 위에 적층하여 제공할 수 있다.
이와 같은 경우에는 시프트 레지스터 회로(31)를 구성하는 Si 트랜지스터가 제공되는 층으로부터 디멀티플렉서 회로(46) 및 표시부(11)를 구성하는 OS 트랜지스터가 제공되는 층으로의 배선의 개수를 저감할 수 있기 때문에 바람직하다.
여기까지가 제 1 구동 회로부에 대한 설명이다.
[금속 산화물]
본 발명의 일 형태의 트랜지스터가 가지는 반도체층에 적용할 수 있는 금속 산화물의 조성에 대하여 설명한다. 또한 금속 산화물의 조성을 반도체층의 조성으로 치환하여 기재하는 경우가 있다.
금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 포함하는 것이 바람직하다. 금속 산화물은 인듐 및 아연을 포함하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어 금속 산화물은 인듐과, 원소 M(M은 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 주석, 실리콘, 붕소, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)과, 아연을 포함하는 것이 바람직하다.
금속 산화물은 예를 들어 산화 인듐, 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), 인듐 주석 산화물(In-Sn 산화물), 인듐 타이타늄 산화물(In-Ti 산화물), 인듐 알루미늄 아연 산화물(In-Al-Zn 산화물, IAZO라고도 기재함), 인듐 주석 아연 산화물(In-Sn-Zn 산화물), 인듐 타이타늄 아연 산화물(In-Ti-Zn 산화물), 인듐 갈륨 아연 산화물(In-Ga-Zn 산화물, IGZO라고도 기재함), 인듐 갈륨 주석 아연 산화물(In-Ga-Sn-Zn 산화물), 인듐 갈륨 알루미늄 아연 산화물(In-Ga-Al-Zn 산화물, IGAZO 또는 IAGZO라고도 기재함) 등을 사용할 수 있다. 또는 실리콘을 포함하는 인듐 주석 산화물 등을 사용할 수 있다.
원소 M은 특히 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하고, 갈륨인 것이 더 바람직하다. 또한 본 명세서 등에서 인듐과, 원소 M과, 아연을 포함하는 금속 산화물을 In-M-Zn 산화물이라고 기재하는 경우가 있다.
반도체층의 조성은 트랜지스터의 전기적 특성 및 신뢰성에 크게 영향을 미친다.
<인듐의 함유율>
반도체층 내의 인듐의 함유율을 높게 함으로써 온 전류가 큰 트랜지스터를 실현할 수 있다.
본 명세서 등에서 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율을 인듐의 함유율이라고 기재하는 경우가 있다. 다른 금속 원소에서도 마찬가지이다.
반도체층 내의 인듐의 함유율을 높게 함으로써 온 전류가 큰 트랜지스터로 할 수 있다. 상기 트랜지스터를 높은 온 전류가 요구되는 트랜지스터에 적용함으로써 우수한 전기 특성을 가지는 표시 장치로 할 수 있다.
반도체층에 In-Zn 산화물을 사용하는 경우, 인듐의 원자수비가 아연의 원자수비 이상인 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 예를 들어 금속 원소의 원자수비가 In:Zn=1:1, In:Zn=2:1, In:Zn=3:1, In:Zn=4:1, In:Zn=5:1, In:Zn=7:1, 또는 In:Zn=10:1, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층에 In-Sn 산화물을 사용하는 경우, 인듐의 원자수비가 주석의 원자수비 이상인 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 예를 들어 금속 원소의 원자수비가 In:Sn=1:1, In:Sn=2:1, In:Sn=3:1, In:Sn=4:1, In:Sn=5:1, In:Sn=7:1, 또는 In:Sn=10:1, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층에 In-Sn-Zn 산화물을 사용하는 경우, 인듐의 원자수비가 주석의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 또한 아연의 원자수비가 주석의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 금속 원소의 원자수비가 In:Sn:Zn=2:1:3, In:Sn:Zn=3:1:2, In:Sn:Zn=4:2:3, In:Sn:Zn=4:2:4.1, In:Sn:Zn=5:1:3, In:Sn:Zn=5:1:6, In:Sn:Zn=5:1:7, In:Sn:Zn=5:1:8, In:Sn:Zn=6:1:6, In:Sn:Zn=10:1:3, In:Sn:Zn=10:1:6, In:Sn:Zn=10:1:7, In:Sn:Zn=10:1:8, In:Sn:Zn=5:2:5, In:Sn:Zn=10:1:10, In:Sn:Zn=20:1:10, In:Sn:Zn=40:1:10, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층에 In-Al-Zn 산화물을 사용하는 경우, 인듐의 원자수비가 알루미늄의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 또한 아연의 원자수비가 알루미늄의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 금속 원소의 원자수비가 In:Al:Zn=2:1:3, In:Al:Zn=3:1:2, In:Al:Zn=4:2:3, In:Al:Zn=4:2:4.1, In:Al:Zn=5:1:3, In:Al:Zn=5:1:6, In:Al:Zn=5:1:7, In:Al:Zn=5:1:8, In:Al:Zn=6:1:6, In:Al:Zn=10:1:3, In:Al:Zn=10:1:6, In:Al:Zn=10:1:7, In:Al:Zn=10:1:8, In:Al:Zn=5:2:5, In:Al:Zn=10:1:10, In:Al:Zn=20:1:10, In:Al:Zn=40:1:10, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층에 In-Ga-Zn 산화물을 사용하는 경우, 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수비가 갈륨의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 또한 아연의 원자수비가 갈륨의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 사용하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어 반도체층에는 금속 원소의 원자수비가 In:Ga:Zn=2:1:3, In:Ga:Zn=3:1:2, In:Ga:Zn=4:2:3, In:Ga:Zn=4:2:4.1, In:Ga:Zn=5:1:3, In:Ga:Zn=5:1:6, In:Ga:Zn=5:1:7, In:Ga:Zn=5:1:8, In:Ga:Zn=6:1:6, In:Ga:Zn=10:1:3, In:Ga:Zn=10:1:6, In:Ga:Zn=10:1:7, In:Ga:Zn=10:1:8, In:Ga:Zn=5:2:5, In:Ga:Zn=10:1:10, In:Ga:Zn=20:1:10, In:Ga:Zn=40:1:10, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층에 In-M-Zn 산화물을 사용하는 경우, 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수비가 원소 M의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 또한 아연의 원자수비가 원소 M의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 사용하는 것이 더 바람직하다. 예를 들어 반도체층에는 금속 원소의 원자수비가 In:M:Zn=2:1:3, In:M:Zn=3:1:2, In:M:Zn=4:2:3, In:M:Zn=4:2:4.1, In:M:Zn=5:1:3, In:M:Zn=5:1:6, In:M:Zn=5:1:7, In:M:Zn=5:1:8, In:M:Zn=6:1:6, In:M:Zn=10:1:3, In:M:Zn=10:1:6, In:M:Zn=10:1:7, In:M:Zn=10:1:8, In:M:Zn=5:2:5, In:M:Zn=10:1:10, In:M:Zn=20:1:10, In:M:Zn=40:1:10, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 원소 M으로서 복수의 금속 원소를 포함하는 경우에는 상기 금속 원소의 원자수비의 합계를 원소 M의 원자수비로 할 수 있다. 예를 들어 원소 M으로서 갈륨과 알루미늄을 포함하는 In-Ga-Al-Zn 산화물인 경우, 갈륨의 원자수비와 알루미늄의 원자수비의 합계를 원소 M의 원자수비로 할 수 있다. 또한 인듐, 원소 M, 및 아연의 원자수비가 상술한 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
반도체층에는, 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율이 30atomic% 이상 100atomic% 이하, 바람직하게는 30atomic% 이상 95atomic% 이하, 더 바람직하게는 35atomic% 이상 95atomic% 이하, 더 바람직하게는 35atomic% 이상 90atomic% 이하, 더 바람직하게는 40atomic% 이상 90atomic% 이하, 더 바람직하게는 45atomic% 이상 90atomic% 이하, 더 바람직하게는 50atomic% 이상 80atomic% 이하, 더 바람직하게는 60atomic% 이상 80atomic% 이하, 더 바람직하게는 70atomic% 이상 80atomic% 이하인 금속 산화물을 사용함으로써 인듐의 함유율을 높일 수 있다. 예를 들어 반도체층에 In-Ga-Zn 산화물을 사용하는 경우, 인듐, 원소 M, 및 아연의 원자수의 합계에 대한 인듐의 원자수의 비율이 상술한 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
<트랜지스터의 신뢰성>
트랜지스터의 신뢰성을 평가하는 지표의 하나로서, 게이트에 전계를 인가한 상태를 유지하는 GBT(Gate Bias Temperature) 스트레스 시험이 있다. 그 중에서도, 소스 전위 및 드레인 전위에 대하여 양의 전위(포지티브 바이어스)를 게이트에 공급한 상태를 고온하에서 유지하는 시험을 PBTS(Positive Bias Temperature Stress) 시험이라고 부르고, 음의 전위(네거티브 바이어스)를 게이트에 공급한 상태를 고온하에서 유지하는 시험을 NBTS(Negative Bias Temperature Stress) 시험이라고 부른다. 또한 광을 조사한 상태에서 수행하는 PBTS 시험을 PBTIS(Positive Bias Temperature Illumination Stress) 시험이라고 부르고, 광을 조사한 상태에서 수행하는 NBTS 시험을 NBTIS(Negative Bias Temperature Illumination Stress) 시험이라고 부른다.
n형 트랜지스터에서는, 트랜지스터를 온 상태(전류를 흘리는 상태)로 할 때 게이트에 양의 전위가 공급되기 때문에, PBTS 시험에서의 문턱 전압의 변동량이 트랜지스터의 신뢰성의 지표로서 주목해야 할 중요한 항목 중 하나가 된다.
트랜지스터에 광이 입사함으로써 트랜지스터의 전기 특성이 변동하는 경우가 있다. 특히 광이 입사할 수 있는 영역에 적용되는 트랜지스터는 광 조사하에서의 전기 특성의 변동이 작고 광에 대한 신뢰성이 높은 것이 바람직하다. 광에 대한 신뢰성은 예를 들어 NBTIS 시험에서의 문턱 전압의 변동량에 의하여 평가할 수 있다.
<원소 M의 함유율에 대하여(1)>
반도체층에 갈륨을 포함하지 않거나 갈륨의 함유율이 낮은 금속 산화물을 사용함으로써 포지티브 바이어스 인가에 대한 신뢰성이 높은 트랜지스터로 할 수 있다. 즉 PBTS 시험에서의 문턱 전압의 변동량이 작은 트랜지스터로 할 수 있다. 또한 갈륨을 포함하는 금속 산화물을 사용하는 경우에는 인듐의 함유율보다 갈륨의 함유율을 낮게 하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
PBTS 시험에서의 문턱 전압의 변동의 요인 중 하나로서, 반도체층과 게이트 절연층의 계면 또는 계면 근방에서의 결함 준위를 들 수 있다. 결함 준위 밀도가 높아질수록 PBTS 시험에서의 열화가 현저해진다. 반도체층에서 게이트 절연층과 접하는 영역에서의 갈륨의 함유율을 낮게 함으로써, 상기 결함 준위의 생성을 억제할 수 있다.
갈륨을 포함하지 않거나 갈륨의 함유율이 낮은 금속 산화물을 반도체층에 사용함으로써 PBTS 시험에서의 문턱 전압의 변동을 억제할 수 있는 이유로서 예를 들어 다음과 같은 것이 생각된다. 반도체층에 포함되는 갈륨은 다른 금속 원소(예를 들어 인듐 또는 아연)에 비하여 산소를 유인하기 쉬운 성질을 가진다. 그러므로 갈륨을 많이 포함하는 금속 산화물막과 게이트 절연층의 계면에서, 갈륨이 게이트 절연층 내의 과잉 산소와 결합됨으로써, 캐리어(여기서는 전자)의 트랩 사이트가 발생되기 쉬워지는 것으로 추정된다. 그러므로 게이트에 양의 전위를 공급한 경우에, 반도체층과 게이트 절연층의 계면에 캐리어가 트랩됨으로써, 문턱 전압이 변동되는 것으로 생각된다. 또한 반도체층에 갈륨을 함유시킴으로써 금속 산화물에 산소 결손(VO)이 발생하기 어려워지는 등의 효과가 나타난다.
더 구체적으로는 반도체층에 In-Ga-Zn 산화물을 사용한 경우, 인듐의 원자수비가 갈륨의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 반도체층에 적용함으로써 갈륨의 함유율을 낮출 수 있다. 또한 아연의 원자수비가 갈륨의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 사용하는 것이 더 바람직하다. 바꿔 말하면, 금속 원소의 원자수비가 In>Ga 및 Zn>Ga의 양쪽을 만족시키는 금속 산화물을 반도체층에 적용하는 것이 바람직하다.
예를 들어 반도체층에는 금속 원소의 원자수비가 In:Ga:Zn=2:1:3, In:Ga:Zn=3:1:2, In:Ga:Zn=4:2:3, In:Ga:Zn=4:2:4.1, In:Ga:Zn=5:1:3, In:Ga:Zn=5:1:6, In:Ga:Zn=5:1:7, In:Ga:Zn=5:1:8, In:Ga:Zn=6:1:6, In:Ga:Zn=10:1:3, In:Ga:Zn=10:1:6, In:Ga:Zn=10:1:7, In:Ga:Zn=10:1:8, In:Ga:Zn=5:2:5, In:Ga:Zn=10:1:10, In:Ga:Zn=20:1:10, In:Ga:Zn=40:1:10, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용함으로써 갈륨의 함유율을 낮출 수 있다.
반도체층에는, 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 갈륨의 원자수의 비율이 0atomic%보다 높고 50atomic% 이하, 바람직하게는 0.1atomic% 이상 40atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 35atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 30atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 25atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 20atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 15atomic% 이하, 더 바람직하게는 0.1atomic% 이상 10atomic% 이하인 금속 산화물을 사용함으로써 갈륨의 함유율을 낮출 수 있다.
반도체층에 갈륨을 포함하지 않는 금속 산화물을 적용하여도 좋다. 예를 들어 반도체층에는 In-Zn 산화물을 적용할 수 있다. 이때, 금속 산화물막에 포함되는 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수비를 높게 함으로써 트랜지스터의 전계 효과 이동도를 높일 수 있다. 한편, 금속 산화물에 포함되는 금속 원소의 원자수에 대한 아연의 원자수비를 높게 함으로써, 결정성이 높은 금속 산화물이 되기 때문에, 트랜지스터의 전기 특성의 변동이 억제되어 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 반도체층에는 산화 인듐 등의 갈륨 및 아연을 포함하지 않는 금속 산화물을 적용하여도 좋다. 갈륨을 포함하지 않는 금속 산화물을 사용함으로써, 특히 PBTS 시험에서의 문턱 전압의 변동을 매우 작게 할 수 있다.
예를 들어 반도체층에는 인듐과 아연을 포함하는 산화물을 사용할 수 있다. 이때, 금속 원소의 원자수비가 예를 들어 In:Zn=2:3, In:Zn=4:1, 또는 이들의 근방인 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또한 대표적으로 갈륨을 예로 들어 설명하였지만 갈륨 대신에 원소 M을 사용한 경우에도 적용할 수 있다. 반도체층에는 인듐의 원자수비가 원소 M의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용하는 것이 바람직하다. 또한 아연의 원자수비가 원소 M의 원자수비보다 높은 금속 산화물을 적용하는 것이 바람직하다.
반도체층 내의 원소 M의 함유율을 낮게 함으로써 포지티브 바이어스 인가에 대한 신뢰성이 높은 트랜지스터로 할 수 있다. 상기 트랜지스터를 포지티브 바이어스 인가에 대한 높은 신뢰성이 요구되는 트랜지스터에 적용함으로써 높은 신뢰성을 가지는 표시 장치로 할 수 있다.
<원소 M의 함유율에 대하여(2)>
반도체층 내의 원소 M의 함유율을 높게 함으로써 광에 대한 신뢰성이 높은 트랜지스터로 할 수 있다. 즉 NBTIS 시험에서의 문턱 전압의 변동량이 작은 트랜지스터로 할 수 있다. 구체적으로는 원소 M의 원자수비가 인듐의 원자수비 이상인 금속 산화물은 밴드 갭이 더 커지고 트랜지스터의 NBTIS 시험에서의 문턱 전압의 변동량을 작게 할 수 있다. 또한 밴드 갭이 더 커짐으로써 트랜지스터의 오프 전류를 더 낮게 할 수 있는 경우가 있다. 반도체층이 가지는 금속 산화물의 밴드 갭은 2.0eV 이상이 바람직하고, 2.5eV 이상이 더 바람직하고, 3.0eV 이상이 더 바람직하고, 3.2eV 이상이 더 바람직하고, 3.3eV 이상이 더 바람직하고, 3.4eV 이상이 더 바람직하고, 3.5eV 이상이 더 바람직하다.
예를 들어 반도체층에는 금속 원소의 원자수비가 In:M:Zn=1:1:1, In:M:Zn=1:1:1.2, In:M:Zn=1:3:2, In:M:Zn=1:3:3, In:M:Zn=1:3:4, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용함으로써 원소 M의 함유율을 높일 수 있다.
반도체층에는, 특히 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 원소 M의 원자수의 비율이 20atomic% 이상 70atomic% 이하, 바람직하게는 30atomic% 이상 70atomic% 이하, 더 바람직하게는 30atomic% 이상 60atomic% 이하, 더 바람직하게는 40atomic% 이상 60atomic% 이하, 더 바람직하게는 50atomic% 이상 60atomic% 이하인 금속 산화물을 적합하게 사용함으로써 원소 M의 함유율을 높일 수 있다.
반도체층에 In-Ga-Zn 산화물을 사용한 경우, 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수비가 갈륨의 원자수비 이하인 금속 산화물을 적용할 수 있다. 예를 들어 금속 원소의 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1, In:Ga:Zn=1:1:1.2, In:Ga:Zn=1:3:2, In:Ga:Zn=1:3:3, In:Ga:Zn=1:3:4, 또는 이들의 근방의 금속 산화물을 사용함으로써 원소 M의 함유율을 높일 수 있다.
반도체층에는, 특히 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 갈륨의 원자수의 비율이 20atomic% 이상 60atomic% 이하, 바람직하게는 20atomic% 이상 50atomic% 이하, 더 바람직하게는 30atomic% 이상 50atomic% 이하, 더 바람직하게는 40atomic% 이상 60atomic% 이하, 더 바람직하게는 50atomic% 이상 60atomic% 이하인 금속 산화물을 사용함으로써 원소 M의 함유율을 높일 수 있다.
금속 산화물의 조성을 분석하는 방법으로서는, 예를 들어 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy), X선 광전자 분광법(XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy), 유도 결합 플라스마 질량 분석법(ICP-MS: Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry), 또는 유도 결합 고주파 플라스마 발광 분광법(ICP-AES: Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)을 사용할 수 있다. 또는 이들 방법을 복수 조합하여 분석을 수행하여도 좋다. 또한 함유율이 낮은 원소는 분석 정밀도의 영향 때문에, 실제의 함유율과 분석에 의하여 얻어진 함유율이 다른 경우가 있다. 예를 들어 원소 M의 함유율이 낮은 경우, 분석에 의하여 얻어진 원소 M의 함유율이 실제의 함유율보다 낮아지는 경우가 있다.
본 명세서 등에서 근방의 조성이란, 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함한 것이다. 예를 들어 원자수비가 In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, 인듐의 원자수비를 4로 하였을 때, M의 원자수비가 1 이상 3 이하이고, 아연의 원자수비가 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, 인듐의 원자수비를 5로 하였을 때, M의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, 아연의 원자수비가 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, 인듐의 원자수비를 1로 하였을 때, M의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하이고, 아연의 원자수비가 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
또한 금속 산화물을 스퍼터링법에 의하여 형성하는 경우, 타깃의 원자수비와 상기 금속 산화물의 원자수비가 다른 경우가 있다. 특히, 아연은 타깃에서의 원자수비보다 금속 산화물에서의 원자수비가 낮은 경우가 있다. 구체적으로는, 타깃에 포함되는 아연의 원자수비의 40% 이상 90% 이하 정도가 되는 경우가 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 2)
이하에서는 표시 장치의 구체적인 구성예에 대하여 설명한다.
표시 장치의 화소가 서로 다른 색을 나타내는 부화소를 3종류 가지는 경우, 3종류의 부화소로서 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 부화소, 황색(Y), 시안(C), 및 마젠타(M)의 3색의 부화소가 있다. 부화소를 4개 가지는 경우, 4개의 부화소로서 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 백색(W)의 4색의 부화소, 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 황색(Y)의 4색의 부화소가 있다. 부화소는 각각 발광 디바이스를 가진다.
표시 장치의 화소의 레이아웃에 대하여 설명한다. 화소가 가지는 부화소의 배열은 특별히 한정되지 않고, 다양한 방법을 적용할 수 있다. 부화소의 배열로서는 예를 들어 스트라이프 배열, S 스트라이프 배열, 매트릭스 배열, 델타 배열, 베이어 배열, 펜타일 배열이 있다.
부화소의 상면 형상으로서는, 예를 들어 삼각형, 사각형(직사각형, 정사각형을 포함함), 오각형, 육각형 등의 다각형, 이들 다각형의 모서리가 둥근 형상, 타원형, 또는 원형이 있다. 여기서 부화소의 상면 형상은 발광 디바이스의 발광 영역의 상면 형상에 상당한다.
도 8의 (A)에 나타낸 화소(310)는 적색을 나타내는 부화소(R), 녹색을 나타내는 부화소(G), 및 청색을 나타내는 부화소(B)를 가진다. 도 8의 (A)에 나타낸 화소(310)에는 스트라이프 배열이 적용되어 있다. 또한 각 부화소의 배열 순서는 도 8의 (A)에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 또한 도 8의 (A)에는 부화소가 같은 면적을 가지는 구성을 나타내었지만 부화소의 면적이 상이하여도 좋다. 여기서 부화소의 면적은 발광 디바이스의 발광 영역의 면적에 상당한다. 도 8의 (A)에서는, 각 부화소를 쉽게 구별하기 위하여, 각 부화소의 발광 소자의 영역 내에 R, G, B의 부호를 붙였다.
도 8의 (B)는 S 스트라이프 배열이 적용된 화소(310)의 구성을 나타낸 것이다. 도 8의 (B)에 나타낸 화소(310)는 2행 2열로 구성되고, 왼쪽 열(제 1 열)에 2개의 부화소(부화소(R), 부화소(G))를 가지고, 오른쪽 열(제 2 열)에 하나의 부화소(부화소(B))를 가진다. 바꿔 말하면 화소(310)는 위쪽 행(제 1 행)에 2개의 부화소(부화소(R), 부화소(B))를 가지고, 아래쪽 행(제 2 행)에 2개의 부화소(부화소(G), 부화소(B))를 가지고, 이 2행에 걸쳐 부화소(B)를 가진다.
도 8의 (B)에서는 부화소(B)의 면적이 부화소(R) 및 부화소(G)의 면적보다 큰 예를 나타내었다. 이 구성은 청색의 광을 방출하는 발광 디바이스의 수명이 적색의 광을 방출하는 발광 디바이스 및 녹색의 광을 방출하는 발광 디바이스의 수명보다 짧은 경우에 적합하게 사용할 수 있다. 발광 면적이 큰 부화소(B)에서 청색의 광을 방출하는 발광 디바이스에 가해지는 전류 밀도는 낮기 때문에 상기 발광 디바이스의 수명을 길게 할 수 있다. 즉 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
또한 도 8의 (B)에는 부화소(B)의 면적이 부화소(R) 및 부화소(G)의 면적보다 큰 구성을 나타내었지만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 부화소의 면적은 상기 부화소가 가지는 발광 디바이스의 수명에 따라 결정할 수 있다. 수명이 짧은 발광 디바이스의 부화소의 면적을 다른 부화소의 면적보다 크게 하는 것이 바람직하다.
도 8의 (C)에는 2개분의 화소를 나타내었다. 도 8의 (C)에 나타낸 화소로서는 각 색의 부화소가 지그재그로 배치된 화소를 나타내었다. 구체적으로는 각 열의 홀수 행과 짝수 행에서 상이한 색의 부화소가 배치되어 있다.
도 8의 (D)에는 펜타일 배열이 적용된 화소를 나타내었다. 도 8의 (D)에는 화소(310A)와 화소(310B)의 2개의 화소가 적색을 나타내는 부화소(R), 녹색을 나타내는 부화소(G), 및 청색을 나타내는 부화소(B)의 3종류의 부화소를 가지는 구성을 나타내었다. 화소(310A)와 화소(310B)의 2개의 화소는 하나의 부화소(R), 2개의 부화소(G), 하나의 부화소(B)를 가진다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 의사적으로 높은 정세도를 유지하면서 부화소의 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 요구되는 가공 정밀도를 낮출 수 있다. 즉 같은 가공 정밀도로 비교하면, 보다 정세도가 높은 표시 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다. 또한 면적당 트랜지스터 개수를 줄일 수 있기 때문에 생산성을 높일 수 있다. 따라서 정세도가 의사적으로 높은 표시 장치를 높은 생산성으로 제작할 수 있다.
또한 화소(310)는 적색을 나타내는 부화소(R), 녹색을 나타내는 부화소(G), 및 청색을 나타내는 부화소(B) 외에 적외광을 나타내는 부화소(IR) 및 광을 검출하는 화소(PS)를 가진다(도 8의 (E) 참조). 화소(PS)는 수광 소자를 가진다.
적외광을 나타내는 부화소(IR)는 광원으로서 사용할 수 있고 상기 부화소가 방출하는 적외광을 광을 검출하는 화소(PS)가 검출할 수 있다.
도 8의 (E)에서는 적색을 나타내는 부화소(R), 녹색을 나타내는 부화소(G), 청색을 나타내는 부화소(B), 적외광을 나타내는 부화소(IR), 및 광을 검출하는 화소(PS) 중 광을 검출하는 화소(PS)의 개구율이 가장 낮은 예를 나타내었다. 광을 검출하는 화소(PS)의 수광 면적이 좁으면 촬상 범위는 좁아지므로, 촬상한 화상이 흐릿해지는 것을 억제하고, 해상도를 향상시킬 수 있다. 그러므로 고정세 또는 고해상도의 촬상을 수행할 수 있어 바람직하다. 또한 적색을 나타내는 부화소(R), 녹색을 나타내는 부화소(G), 청색을 나타내는 부화소(B), 적외광을 나타내는 부화소(IR), 및 광을 검출하는 화소(PS)의 개구율은 각각 적절히 결정할 수 있다.
또한 도 8의 (E)에 나타낸 구성은 화소(310)에 발광 소자(발광 디바이스라고도 함)와 수광 소자(수광 디바이스라고도 함)를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는 화소가 수광 기능을 가지기 때문에 화상을 표시하면서 대상물의 접촉 또는 근접을 검출할 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 적외광을 나타내는 부화소를 가지기 때문에 표시 장치가 가지는 부화소를 사용하여 광원으로서 적외광을 나타내면서 화상을 표시할 수도 있다. 바꿔 말하면 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 기능 이외의 기능(여기서는 수광 기능)과의 친화성이 높은 구성이다.
또한 도 8의 (E)에 나타낸 화소(310)가 가지는 수광 소자를 터치 센서 또는 비접촉 센서 등에 사용하여도 좋다.
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 접촉한 경우에 대상물을 검출할 수 있다. 또한 비접촉 센서는 대상물이 전자 기기에 접촉하지 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 구성이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 기기에 대상물이 직접 접촉하지 않아도 조작할 수 있고, 즉 비접촉(터치리스)으로 표시 장치를 조작할 수 있다. 상기 구성으로 함으로써, 전자 기기가 오염되거나 손상되는 리스크를 경감하거나, 전자 기기에 부착된 오염(예를 들어 먼지 또는 바이러스 등)에 대상물이 직접 접촉하지 않고 전자 기기를 조작할 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 터치 센서 기능은 다이렉트 터치 센서 기능 등이라고 할 수도 있다.
도 9의 (A) 및 (B)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 나타내었다.
도 9의 (A)에는 표시 장치(300)의 상면도를 나타내었다. 표시 장치(300)는 복수의 화소(310)가 매트릭스상으로 배치된 표시부와, 표시부의 외측의 접속부(340)를 가진다. 하나의 화소(310)는 부화소(310a), 부화소(310b), 및 부화소(310c)의 3개의 부화소로 구성된다. 또한 화소는 도 9의 (A)에 나타낸 구성에 한정되지 않는다.
도 9의 (A)에서는 상면에서 보았을 때 접속부(340)가 표시부의 아래쪽에 위치하는 예를 나타내었지만 특별히 한정되지 않는다. 접속부(340)는 상면에서 보았을 때 표시부의 위쪽, 오른쪽, 왼쪽, 아래쪽 중 적어도 하나에 제공되면 좋고, 표시부의 4변을 둘러싸도록 제공되어도 좋다. 또한 접속부(340)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다.
도 9의 (B)에는 도 9의 (A)에서의 일점쇄선 X1-X2 간 및 Y1-Y2 간의 단면도를 나타내었다. 또한 변형예로서 도 10의 (A) 내지 (C), 도 11의 (A) 및 (B), 도 12의 (A) 내지 (C)에는 도 9의 (A)에서의 일점쇄선 X1-X2 간 및 Y1-Y2 간의 단면도를 나타내었다.
도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(300)에서는 트랜지스터를 포함하는 층(301) 위에 발광 디바이스(330a, 330b, 330c)가 제공되고, 이들 발광 디바이스를 덮도록 보호층(331)이 제공되어 있다. 보호층(331) 위에는 수지층(322)으로 기판(320)이 접합된다. 또한 인접한 2개의 발광 디바이스 사이의 영역에는 절연층(325)과, 절연층(325) 위의 절연층(327)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(301)에는, 예를 들어 기판에 복수의 트랜지스터가 제공되고, 이들 트랜지스터를 덮도록 절연층이 제공된 적층 구조를 적용할 수 있다. 트랜지스터를 포함하는 층(301)은 인접한 2개의 디바이스 사이에 오목부를 가져도 좋다. 예를 들어 트랜지스터를 포함하는 층(301)의 최표면에 위치하는 절연층에 오목부가 제공되어도 좋다. 트랜지스터는 실시형태 1에 나타낸 트랜지스터를 적용할 수 있다.
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 디바이스의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 양극으로서 기능하고, 다른 쪽은 음극으로서 기능한다. 이하에서는, 화소 전극이 양극으로서 기능하고, 공통 전극이 음극으로서 기능하는 경우를 예로 들어 설명한다.
발광 디바이스(330a)는 트랜지스터를 포함하는 층(301) 위의 도전층(311a)과, 도전층(311a) 위의 섬 형상의 제 1 층(313a)과, 섬 형상의 제 1 층(313a) 위의 제 4 층(314)과, 제 4 층(314) 위의 공통 전극(315)을 가진다. 도전층(311a)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(330a)에서 제 1 층(313a)과 제 4 층(314)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
제 1 층(313a)은 예를 들어 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 및 전자 수송층을 가진다. 또는 제 1 층(313a)은 예를 들어 제 1 발광 유닛, 전하 발생층, 및 제 2 발광 유닛을 가진다.
제 4 층(314)은 예를 들어 전자 주입층을 가진다. 또는 제 4 층(314)은 전자 수송층과 전자 주입층의 적층을 가져도 좋다.
발광 디바이스(330b)는 트랜지스터를 포함하는 층(301) 위의 도전층(311b)과, 도전층(311b) 위의 섬 형상의 제 2 층(313b)과, 섬 형상의 제 2 층(313b) 위의 제 4 층(314)과, 제 4 층(314) 위의 공통 전극(315)을 가진다. 도전층(311b)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(330b)에서 제 2 층(313b)과 제 4 층(314)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
발광 디바이스(330c)는 트랜지스터를 포함하는 층(301) 위의 도전층(311c)과, 도전층(311c) 위의 섬 형상의 제 3 층(313c)과, 섬 형상의 제 3 층(313c) 위의 제 4 층(314)과, 제 4 층(314) 위의 공통 전극(315)을 가진다. 도전층(311c)은 화소 전극으로서 기능한다. 발광 디바이스(330c)에서 제 3 층(313c)과 제 4 층(314)을 통틀어 EL층이라고 부를 수 있다.
제 4 층(314)은 각 발광 디바이스가 공통적으로 가지는 층이다. 제 4 층(314)은 상술한 바와 같이 예를 들어 전자 주입층을 가진다. 또는 제 4 층(314)은 전자 수송층과 전자 주입층의 적층을 가져도 좋다.
공통 전극(315)은 접속부(340)에 제공된 도전층(323)과 전기적으로 접속된다. 이에 의하여, 각 발광 디바이스가 가지는 공통 전극(315)에는 같은 전위가 공급된다. 또한 도 9의 (B)에서는 도전층(323) 위에 제 4 층(314)이 제공되고 제 4 층(314)을 통하여 도전층(323)과 공통 전극(315)이 전기적으로 접속되어 있는 예를 나타내었다. 접속부(340)에는 제 4 층(314)을 제공하지 않아도 된다. 예를 들어 도 10의 (C)에서는 도전층(323) 위에 제 4 층(314)이 제공되지 않고 도전층(323)과 공통 전극(315)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(314)과 공통 전극(315)을 상이한 영역에 성막할 수 있다.
도전층(311a) 내지 도전층(311c), 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 제 3 층(313c)의 각각의 측명은 절연층(325) 및 절연층(327)으로 덮여 있다. 이에 의하여, 제 4 층(314)(또는 공통 전극(315))이 도전층(311a) 내지 도전층(311c), 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 중 어느 것의 측면과 접하는 것이 억제되어, 발광 디바이스의 단락을 억제할 수 있다. 이에 의하여 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(325)은 적어도 도전층(311a) 내지 도전층(311c)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 또한 절연층(325)은 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면을 덮는 것이 바람직하다. 절연층(325)은 도전층(311a) 내지 도전층(311c), 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 각각의 측면과 접할 수 있다.
절연층(327)은 절연층(325)에 형성된 오목부를 충전하도록 절연층(325) 위에 제공된다. 절연층(327)은 절연층(325)을 개재(介在)하여 도전층(311a) 내지 도전층(311c), 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 각각의 측면과 중첩될 수 있다.
절연층(325) 및 절연층(327)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.
절연층(325) 또는 절연층(327)은 섬 형상의 층과 접하도록 제공할 수 있다. 이에 의하여 섬 형상의 막 박리를 방지할 수 있다. 절연층과 섬 형상의 층이 밀착되면 인접한 섬 형상의 층이 절연층에 의하여 고정되거나 접착되는 효과를 가진다.
절연층(327)에는 유기 수지막이 적합하다. EL층의 측면과 감광성의 유기 수지막이 직접 접하는 경우, 감광성의 유기 수지막에 포함될 수 있는 유기 용매 등이 EL층에 대미지를 가할 가능성이 있다. 절연층(325)에 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법에 의하여 형성한 산화 알루미늄막을 사용함으로써 절연층(327)에 사용하는 감광성의 유기 수지막과 EL층의 측면이 직접 접하지 않는 구성으로 할 수 있다. 이에 의하여 EL층이 유기 용매에 의하여 용해되는 것 등을 억제할 수 있다.
또한 절연층(325) 및 절연층(327) 중 어느 한쪽을 제공하지 않아도 된다. 예를 들어 무기 재료를 사용한 단층 구조의 절연층(325)을 형성함으로써, 절연층(325)을 EL층의 보호 절연층으로서 사용할 수 있다. 이에 의하여 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한 예를 들어 유기 재료를 사용한 단층 구조의 절연층(327)을 형성함으로써, 인접한 EL층 사이를 절연층(327)으로 충전하여 평탄화할 수 있다. 이에 의하여, EL층 및 절연층(327) 위에 형성되는 공통 전극(상부 전극)의 피복성을 높일 수 있다.
제 4 층(314) 및 공통 전극(315)은 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 제 3 층(313c), 절연층(325), 및 절연층(327) 위에 제공된다. 절연층(325) 및 절연층(327)을 제공하기 전의 단계에서는, 화소 전극 및 EL층이 제공되는 영역과, 화소 전극 및 EL층이 제공되지 않는 영역(발광 디바이스 사이의 영역)의 차이에 기인한 단차가 발생한다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 절연층(325) 및 절연층(327)을 가짐으로써 상기 단차를 평탄화할 수 있어, 제 4 층(314) 및 공통 전극(315)의 피복성을 향상시킬 수 있다. 따라서 단절에 의한 접속 불량을 억제할 수 있다. 또는 단차에 의하여 공통 전극(315)이 국소적으로 박막화되어 전기 저항이 상승되는 것을 억제할 수 있다.
제 4 층(314) 및 공통 전극(315)의 형성면의 평탄성을 향상시키기 위하여, 절연층(325)의 상면 및 절연층(327)의 상면의 높이는 각각 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 중 적어도 하나의 상면의 높이와 일치하거나 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 또한 절연층(327)의 상면은 평탄한 형상을 가지는 것이 바람직하고, 볼록부, 볼록 곡면, 오목 곡면, 또는 오목부를 가져도 좋다.
절연층(325)은 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면과 접하는 영역을 가지고, 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 보호 절연층으로서 기능한다. 절연층(325)을 제공함으로써, 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면으로부터 내부로 불순물(산소, 수분 등)이 침입하는 것을 억제할 수 있어, 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
단면에서 보았을 때 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면과 접하는 영역에서의 절연층(325)의 폭(두께)이 크면, 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 간격이 커져 개구율이 저하되는 경우가 있다. 또한 절연층(325)의 폭(두께)이 작으면, 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면으로부터 내부로 불순물이 침입하는 것을 억제하는 효과가 저하되는 경우가 있다. 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면과 접하는 영역에서의 절연층(325)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(325)의 폭(두께)을 상술한 범위로 함으로써, 높은 개구율을 가지면서 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
절연층(325)은 무기 재료를 가지는 절연층으로 할 수 있다. 절연층(325)으로서는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 및 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 절연층(325)은 단층 구조를 가져도 좋고, 적층 구조를 가져도 좋다. 산화 절연막으로서는 예를 들어 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 탄탈럼막이 있다. 질화 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막 및 질화 알루미늄막이 있다. 산화질화 절연막으로서는 예를 들어 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막이 있다. 질화산화 절연막으로서는 예를 들어 질화산화 실리콘막, 질화산화 알루미늄막이 있다. 특히 산화 알루미늄은 에칭 시에 EL층에 대한 선택비가 높고, 후술하는 절연층(327)의 형성 시에 EL층을 보호하는 기능을 가지기 때문에 바람직하다. 특히 ALD법에 의하여 형성한 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 산화 실리콘막 등의 무기 절연막을 절연층(325)에 적용함으로써, 핀홀이 적고, EL층을 보호하는 기능이 우수한 절연층(325)을 형성할 수 있다. 또한 절연층(325)은 ALD법에 의하여 형성한 막과 스퍼터링법에 의하여 형성한 막의 적층 구조로 하여도 좋다. 절연층(325)은 예를 들어 ALD법에 의하여 형성된 산화 알루미늄막과, 스퍼터링법에 의하여 형성된 질화 실리콘막의 적층 구조이어도 좋다.
절연층(325)의 형성에는 스퍼터링법, 화학 기상 퇴적(CVD)법, 펄스 레이저 퇴적(PLD)법, ALD법 등을 사용할 수 있다. 절연층(325)은 피복성이 양호한 ALD법을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연층(325) 위에 제공되는 절연층(327)은 인접한 발광 디바이스 사이에 형성된 절연층(325)의 오목부를 평탄화하는 기능을 가진다. 바꿔 말하면, 절연층(327)을 가짐으로써 공통 전극(315)의 형성면의 평탄성을 향상시키는 효과가 있다. 절연층(327)으로서는 유기 재료를 가지는 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 절연층(327)으로서 예를 들어 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(327)으로서 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용하여도 좋다. 또한 절연층(327)으로서 감광성 수지를 사용할 수 있다. 감광성 수지로서는 포토레지스트를 사용하여도 좋다. 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
절연층(327)의 상면의 높이와 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 중 어느 것의 상면의 높이의 차이는, 예를 들어 절연층(327)의 두께의 0.5배 이하가 바람직하고, 0.3배 이하가 더 바람직하다. 또한 예를 들어 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 중 어느 것의 상면이 절연층(327)의 상면보다 높아지도록 절연층(327)을 제공하여도 좋다. 또한 예를 들어 절연층(327)의 상면이 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 또는 제 3 층(313c)이 가지는 발광층의 상면보다 높아지도록 절연층(327)을 제공하여도 좋다.
도 10의 (A)에서는 절연층(325)을 제공하지 않는 경우의 예를 나타내었다. 절연층(325)을 제공하지 않는 경우, 절연층(327)은 도전층(311a) 내지 도전층(311c), 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c) 각각의 측면과 접하는 구성으로 할 수 있다. 절연층(327)은 각 발광 디바이스의 EL층 사이를 충전하도록 제공할 수 있다.
이때 절연층(327)에는 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)에 가해지는 대미지가 적은 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 절연층(327)에는 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
도 10의 (B)에서는 절연층(327)을 제공하지 않는 경우의 예를 나타내었다.
발광 디바이스(330a) 위, 발광 디바이스(330b) 위, 발광 디바이스(330c) 위에 보호층(331)을 가지는 것이 바람직하다. 보호층(331)을 제공함으로써 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(331)의 도전성에 제한은 없다. 보호층(331)으로서는 절연막, 반도체막, 및 도전막 중 적어도 1종류를 사용할 수 있다.
보호층(331)이 무기막을 가짐으로써, 공통 전극(315)의 산화가 방지되거나, 발광 디바이스(330a, 330b, 330c)에 불순물(수분, 산소 등)이 들어가는 것이 억제되는 등, 발광 디바이스의 열화를 억제할 수 있기 때문에, 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
보호층(331)에는 예를 들어 산화 절연막, 질화 절연막, 산화질화 절연막, 및 질화산화 절연막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 산화 절연막으로서는 예를 들어 산화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화 갈륨막, 산화 저마늄막, 산화 이트륨막, 산화 지르코늄막, 산화 란타넘막, 산화 네오디뮴막, 산화 하프늄막, 및 산화 탄탈럼막이 있다. 질화 절연막으로서는 예를 들어 질화 실리콘막 및 질화 알루미늄막이 있다. 산화질화 절연막으로서는 예를 들어 산화질화 실리콘막, 산화질화 알루미늄막이 있다. 질화산화 절연막으로서는 예를 들어 질화산화 실리콘막, 질화산화 알루미늄막이 있다.
보호층(331)은 각각 질화 절연막 또는 질화산화 절연막을 가지는 것이 바람직하고, 질화 절연막을 가지는 것이 더 바람직하다.
보호층(331)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(315)보다 고저항인 것이 바람직하다. 상기 무기막은 질소를 더 포함하여도 좋다.
발광 디바이스의 발광을 보호층(331)을 통하여 추출하는 경우, 보호층(331)은 가시광에 대한 투과성이 높은 것이 바람직하다. 예를 들어 ITO, IGZO, 및 산화 알루미늄은 각각 가시광에 대한 투과성이 높은 무기 재료이기 때문에 바람직하다.
보호층(331)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, EL층 측에 들어가는 불순물(물, 산소 등)을 억제할 수 있다.
또한 보호층(331)은 유기막을 가져도 좋다. 예를 들어 보호층(331)은 유기막과 무기막의 양쪽을 가져도 좋다.
도전층(311a) 내지 도전층(311c) 각각의 상면 단부는 절연층으로 덮이지 않는다. 그러므로 인접한 발광 디바이스의 간격을 매우 좁힐 수 있다. 따라서 고정세 또는 고해상도의 표시 장치로 할 수 있다.
또한 도 11의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 도전층(311a) 내지 도전층(311c) 각각의 단부는 절연층(321)에 의하여 덮여 있어도 좋다.
절연층(321)은 무기 절연막 및 유기 절연막 중 한쪽 또는 양쪽을 사용한 단층 구조 또는 적층 구조를 가질 수 있다.
절연층(321)에 사용할 수 있는 유기 절연 재료로서는, 예를 들어 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 폴리실록세인 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 및 페놀 수지 등이 있다. 또한 절연층(321)에 사용할 수 있는 무기 절연막으로서, 보호층(331)에 사용할 수 있는 무기 절연막을 사용할 수 있다.
화소 전극의 단부를 덮는 절연층(321)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(321)으로서 유기 절연막을 사용하면, 무기 절연막을 사용하는 경우에 비하여 단차 피복성이 높으므로, 화소 전극의 형상의 영향을 받기 어렵다. 그러므로 발광 디바이스의 단락을 방지할 수 있다. 구체적으로는, 절연층(321)으로서 유기 절연막을 사용하면, 절연층(321)의 형상을 테이퍼 형상 등으로 가공할 수 있다. 또한 본 명세서 등에서 테이퍼 형상이란, 구조의 측면의 적어도 일부가 기판면에 대하여 경사져 제공되어 있는 형상을 가리킨다. 예를 들어 경사진 측면과 기판면이 이루는 각(테이퍼각이라고도 함)이 90° 미만인 영역을 가지는 것이 바람직하다.
또한 절연층(321)은 제공하지 않아도 된다. 절연층(321)을 제공하지 않음으로써 부화소의 개구율을 높일 수 있는 경우가 있다. 또는 부화소 간의 거리를 짧게 할 수 있어, 표시 장치의 정밀도 또는 해상도를 높일 수 있는 경우가 있다.
또한 도 11의 (A)에서는 제 4 층(314)이 제 1 층(313a)과 제 2 층(313b)의 영역 등으로 파고든 예를 나타내었지만, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이 상기 영역에 공극(334)이 형성되어도 좋다.
공극(334)은 예를 들어 공기, 질소, 산소, 이산화 탄소, 및 18족 원소(대표적으로는 헬륨, 네온, 아르곤, 제논, 크립톤 등) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 포함한다. 또는 공극(334)에 수지 등이 매립되어 있어도 좋다.
도 9의 (A) 등에서는 도전층(311a)의 단부와 제 1 층(313a)의 단부가 정렬되거나 실질적으로 정렬되는 예를 나타내었다. 바꿔 말하면 도전층(311a)과 제 1 층(313a)의 상면 형상이 일치 또는 실질적으로 일치한다.
도전층(311a)과 제 1 층(313a), 도전층(311b)과 제 2 층(313b), 도전층(311c)과 제 3 층(313c) 등에서 형상의 대소 관계는 특별히 한정되지 않는다. 도 12의 (A)에서는 도전층(311a)의 단부보다 제 1 층(313a)의 단부가 내측에 위치하는 예를 나타내었다. 도 12의 (A)에서 도전층(311a) 위에 제 1 층(313a)의 단부가 위치한다. 또한 도 12의 (B)에서는 도전층(311a)의 단부보다 제 1 층(313a)의 단부가 외측에 위치하는 예를 나타내었다. 도 12의 (B)에서 제 1 층(313a)은 도전층(311a)의 단부를 덮도록 제공되어 있다.
또한 단부가 정렬되거나 실질적으로 정렬되는 경우, 및 상면 형상이 일치 또는 실질적으로 일치하는 경우, 상면에서 보았을 때 적층한 층과 층 사이에서 적어도 윤곽의 일부가 중첩되어 있다고 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 아래층 내측에 위치하거나, 위층이 아래층 외측에 위치하는 경우도 있고, 이 경우도 단부가 실질적으로 정렬되거나 상면 형상이 실질적으로 일치한다고 한다.
도 12의 (C)에서는 절연층(327)의 변형예를 나타내었다. 도 12의 (C)에서 절연층(327)의 상면은 단면에서 보았을 때 중심으로 향하여 완만하게 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지며 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가진다.
도 13의 (A) 내지 (F)에는 절연층(327)과 그 주변을 포함하는 영역(139)의 단면 구조를 나타내었다.
도 13의 (A)에서는 제 1 층(313a)과 제 2 층(313b)의 두께가 서로 다른 예를 나타내었다. 절연층(325)의 상면의 높이는 제 1 층(313a) 측에서는 제 1 층(313a)의 상면의 높이와 일치하거나 실질적으로 일치하고, 제 2 층(313b) 측에서는 제 2 층(313b)의 상면의 높이와 일치하거나 실질적으로 일치한다. 그리고 절연층(327)의 상면은 제 1 층(313a) 측이 높고 제 2 층(313b) 측이 낮으며 완만한 경사를 이룬다. 이와 같이, 절연층(325) 및 절연층(327)의 높이는 인접한 EL층의 상면의 높이와 정렬되는 것이 바람직하다. 또는 인접한 EL층 중 어느 것의 상면의 높이와 정렬되어 상면이 평탄부를 가져도 좋다.
도 13의 (B)에서 절연층(327)의 상면은 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 도 13의 (B)에 나타낸 바와 같이 절연층(327)의 상면은 단면에서 보았을 때 중앙 및 그 근방이 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지는 형상을 가지는 구성으로 할 수 있다.
도 13의 (C)에서 절연층(327)의 상면은 단면에서 보았을 때 중심으로 향하여 완만하게 볼록한 형상, 즉 볼록 곡면을 가지며 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가진다. 절연층(327)은 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 또한 영역(139)에서, 표시 장치는 희생층(318a) 및 희생층(319a) 중 적어도 한쪽을 가지고, 절연층(327)이 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 높으며, 절연층(325)보다 외측에 위치하는 제 1 영역을 가지고, 제 1 영역은 희생층(318a) 및 희생층(319a) 중 적어도 한쪽 위에 위치한다. 또한 영역(139)에서, 표시 장치는 희생층(318b) 및 희생층(319b) 중 적어도 한쪽을 가지고, 절연층(327)이 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 높으며, 절연층(325)보다 외측에 위치하는 제 2 영역을 가지고, 제 2 영역은 희생층(318b) 및 희생층(319b) 중 적어도 한쪽 위에 위치한다.
도 13의 (D)에서 절연층(327)의 상면은 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 낮은 영역을 가진다. 또한 절연층(327)의 상면은 단면에서 보았을 때 중앙 및 그 근방이 오목한 형상, 즉 오목 곡면을 가지는 형상을 가진다.
도 13의 (E)에서 절연층(325)의 상면은 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 높은 영역을 가진다. 즉 제 4 층(314)의 피형성면에서 절연층(325)이 돌출되고 볼록부를 형성한다.
절연층(325)의 형성에서 예를 들어 희생층의 높이와 정렬되거나 실질적으로 정렬되도록 절연층(325)을 형성하는 경우에는, 도 13의 (E)에 나타낸 바와 같이 절연층(325)이 돌출하는 형상이 형성되는 경우가 있다.
도 13의 (F)에서 절연층(325)의 상면은 제 1 층(313a)의 상면 및 제 2 층(313b)의 상면보다 낮은 영역을 가진다. 즉 제 4 층(314)의 피형성면에서 절연층(325)이 오목부를 형성한다.
이와 같이, 절연층(325) 및 절연층(327)에는 다양한 형상을 적용할 수 있다.
희생층으로서는 예를 들어 금속막, 합금막, 금속 산화물막, 반도체막, 무기 절연막 등의 무기막을 사용할 수 있다.
희생층으로서는 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.
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. 특히 M은 갈륨, 알루미늄, 또는 이트륨에서 선택된 1종류 또는 복수 종류로 하는 것이 바람직하다.
희생층으로서는 보호층(331)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))의 발광층을 구분 형성하거나 구분 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 신뢰성의 향상을 도모하는 것이 용이하다.
본 명세서 등에 있어서, 백색광을 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.
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 것이 바람직하다. 2개의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우, 2개의 발광층을 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 구성을 얻을 수 있다. 또한 3개 이상의 발광층을 사용하여 백색을 얻는 경우, 3개 이상의 발광층의 발광색이 각각 합쳐져 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 디바이스에서는, 복수의 발광 유닛 사이에 전하 발생층 등의 중간층이 제공되는 것이 바람직하다.
또한 백색 발광 디바이스(싱글 구조 및 탠덤 구조 중 한쪽 또는 양쪽)와, 컬러 필터와, 본 발명의 일 형태의 MML 구조를 조합함으로써, 높은 콘트라스트비를 가지는 표시 장치로 할 수 있다.
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.
특히 MML 구조의 발광 디바이스에 SBS 구조를 적용하면, 발광 소자 사이에 제공되는 층(예를 들어 발광 소자 사이에서 공통적으로 사용하는 유기층, 공통층이라고도 함)이 분단된 구성이 되기 때문에, 사이드 누설이 없거나 사이드 누설이 매우 적은 표시로 할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 디바이스 간의 거리를 좁힐 수 있다. 구체적으로는 발광 디바이스 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(313a)의 측면과 제 2 층(313b)의 측면의 간격 또는 제 2 층(313b)의 측면과 제 3 층(313c)의 측면의 간격이 1μm 이하인 영역을 가지고, 바람직하게는 0.5μm(500nm) 이하인 영역을 가지고, 더 바람직하게는 100nm 이하인 영역을 가진다.
기판(320)의 수지층(322) 측의 면에는 차광층을 제공하여도 좋다. 또한 기판(320)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(320)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성을 가지는 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
기판(320)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(320)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다. 또한 기판(320)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
기판(320)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(320)에 가요성을 가질 정도의 두께를 가지는 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).
광학등방성이 높은 기판의 위상차값의 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.
기판으로서 필름을 사용하는 경우, 필름이 흡수함으로써, 표시 패널에 주름이 생기는 등 형상 변화가 일어날 우려가 있다. 그러므로 기판에는 흡수율이 낮은 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흡수율이 1% 이하인 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 0.1% 이하인 필름을 사용하는 것이 더 바람직하고, 0.01% 이하인 필름을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
수지층(322)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 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
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 디바이스에 사용할 수 있는 재료에 대하여 설명한다.
화소 전극과 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 디바이스는 미소 공진(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 발광 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.
또한 반투과·반반사 전극은 가시광에 대한 반사성을 가지는 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(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)은 각각 발광층을 가진다. 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)은 각각 서로 다른 색의 광을 방출하는 발광층을 가지는 것이 바람직하다.
발광층은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 가질 수 있다. 발광 물질은 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서, 근적외광을 방출하는 물질을 사용할 수도 있다.
제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)은 발광층 이외의 층으로서, 정공 주입성이 높은 물질, 정공 수송성이 높은 물질, 정공 차단 재료, 전자 수송성이 높은 물질, 전자 주입성이 높은 물질, 전자 차단 재료, 또는 양극성의 물질(전자 수송성 및 정공 수송성이 높은 물질) 등을 포함하는 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(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)은 각각 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 하나 이상을 가져도 좋다. 또한 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)은 각각 전화 발생층(중간층이라고도 함)을 가져도 좋다.
제 4 층(314)은 정공 주입층, 정공 수송층, 정공 차단층, 전자 차단층, 전자 수송층, 및 전자 주입층 중 하나 이상을 가질 수 있다. 예를 들어 도전층(311a) 내지 도전층(311c)이 양극으로서 기능하고, 공통 전극(315)이 음극으로서 기능하는 경우, 제 4 층(314)은 전자 주입층을 가지는 것이 바람직하다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함하는 층이다. 정공 주입성이 높은 재료로서는, 방향족 아민 화합물, 및 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료 등을 들 수 있다.
표시 장치를 구성하는 박막(절연막, 반도체막, 및 도전막 등)은 스퍼터링법, CVD법, 진공 증착법, PLD법, ALD법 등을 사용하여 형성할 수 있다. CVD법에는 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.
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.
표시 장치를 구성하는 박막을 가공할 때에는, 포토리소그래피법 등을 사용하여 가공할 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.
상술한 바와 같이 본 실시형태의 표시 장치에서는 섬 형상의 EL층은 메탈 마스크의 패턴에 의하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성되기 때문에, 섬 형상의 EL층을 균일한 두께로 형성할 수 있다. 또한 지금까지 실현되기 어려웠던 정세도가 높거나 개구율이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층을 각 색으로 구분 형성할 수 있기 때문에 매우 선명하고 콘트라스트가 높으며 표시 품질이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층 위에 희생층을 제공함으로써, 표시 장치의 제작 공정 중에 EL층이 받는 대미지를 저감하여, 발광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 OS 트랜지스터를 가지며 MML(메탈 마스크리스) 구조의 발광 디바이스를 가지는 구성이다. 상기 구성으로 함으로써, 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 인접한 발광 소자 사이에 흐를 수 있는 누설 전류(가로 누설 전류, 사이드 누설 전류 등이라고도 함)를 매우 낮게 할 수 있다. 또한 상기 구성으로 함으로써, 표시 장치에 화상을 표시한 경우에 관찰자가 화상의 선명함, 화상의 날카로움, 높은 채도, 및 높은 콘트라스트비 중 어느 하나 또는 복수를 느낄 수 있다. 또한 트랜지스터에 흐를 수 있는 누설 전류 및 발광 소자 사이의 가로 누설 전류가 매우 낮은 구성으로 함으로써, 흑색 표시 시에 발생할 수 있는 광 누설(소위 검은 화상이 하얗게 보이는 현상) 등이 최대한 억제된 표시(깊은 흑색 표시라고도 함)로 할 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 화소 전극의 단부를 덮는 절연물이 제공되지 않는 구조로 할 수 있다. 바꿔 말하면, 화소 전극과 EL층 사이에 절연물이 제공되지 않는 구성이다. 상기 구성으로 함으로써, EL층으로부터의 발광을 효율적으로 추출할 수 있기 때문에, 시야각 의존성을 매우 작게 할 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 시야각(비스듬한 방향으로부터 화면을 봤을 때 일정한 콘트라스트비가 유지되는 최대 각도)을 100° 이상 180° 미만, 바람직하게는 150° 이상 170° 이하의 범위로 할 수 있다. 또한 상술한 시야각은 상하 및 좌우 각각에 적용할 수 있다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치로 함으로써, 시야각 의존성이 향상되고 화상의 시인성을 높일 수 있다.
또한 표시 장치를 파인 메탈 마스크(FMM) 구조의 디바이스로 하는 경우, 화소 배치의 구성 등이 제한되는 경우가 있다. 여기서 FMM 구조에 대하여 이하에서 설명한다.
FMM 구조를 제작하기 위해서는, EL 증착 시에 원하는 영역에 EL 재료가 증착되도록, 개구부가 제공된 금속의 마스크(FMM이라고도 함)를 기판과 대향하여 세트한다. 그 후, FMM을 통하여 EL 증착을 수행함으로써, 원하는 영역에 EL 재료를 증착한다. EL 증착 시의 기판 크기가 커지면 FMM의 크기도 커지기 때문에 그 중량도 커진다. 또한 EL 증착 시에 열 등이 FMM에 가해지기 때문에, FMM이 변형되는 경우가 있다. 또는 EL 증착 시에 FMM에 일정한 장력을 가하여 증착하는 방법 등도 있기 때문에, FMM의 중량 및 강도는 중요한 파라미터이다.
그러므로 FMM 구조의 디바이스의 화소 배치의 구성을 설계하는 경우, 상기 파라미터 등을 고려할 필요가 있고, 일정한 제한을 두고 검토할 필요가 있다. 한편으로 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 MML 구조를 사용하여 제작되기 때문에, FMM 구조와 비교하여 화소 배치의 구성 등의 자유도가 높다는 우수한 효과를 가진다. 또한 본 구성에서는, 예를 들어 플렉시블 디바이스 등과도 친화성이 매우 높고, 화소 및 구동 회로 중 어느 한쪽 또는 양쪽을 다양한 회로 배치로 할 수 있다.
각 색의 발광 디바이스를 구성하는 제 1 층, 제 2 층, 제 3 층은 각각 다른 공정으로 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 14, 도 15의 (A), 및 (B)를 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]
도 14에는 표시 장치(300A)의 사시도를 나타내고, 도 15의 (A)에는 표시 장치(300A)의 단면도를 나타내었다.
표시 장치(300A)는 기판(352)과 기판(351)이 접합된 구성을 가진다. 도 14에서는 기판(352)을 파선으로 명시하였다.
표시 장치(300A)는 표시부(362), 접속부(340), 회로(364), 배선(365) 등을 가진다. 도 14에서는 표시 장치(300A)에 IC(373) 및 FPC(372)가 실장되어 있는 예를 나타내었다. 그러므로 도 14에 나타낸 구성은 표시 장치(300A)와, IC(집적 회로)와, FPC를 가지는 표시 모듈이라고도 할 수 있다.
접속부(340)는 표시부(362)의 외측에 제공된다. 접속부(340)는 표시부(362)의 1변 또는 복수의 변을 따라 제공할 수 있다. 접속부(340)는 하나이어도 좋고 복수이어도 좋다. 도 14에서는 표시부의 4변을 둘러싸도록 접속부(340)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. 접속부(340)에서는 발광 디바이스의 공통 전극과 도전층이 전기적으로 접속되어 있고 공통 전극에 전위를 공급할 수 있다.
회로(364)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로를 사용할 수 있다.
배선(365)은 표시부(362) 및 회로(364)에 신호 및 전력을 공급하는 기능을 가진다. 상기 신호 및 전력은 FPC(372)를 통하여 외부로부터 또는 IC(373)로부터 배선(365)에 입력된다.
도 14에서는 COG(Chip On Glass) 방식 또는 COF(Chip On Film) 방식 등에 의하여 기판(351)에 IC(373)가 제공되어 있는 예를 나타내었다. IC(373)로서는 예를 들어 주사선 구동 회로 또는 신호선 구동 회로 등을 가지는 IC를 적용할 수 있다. 또한 표시 장치(300A) 및 표시 모듈은 IC를 제공하지 않는 구성으로 하여도 좋다. 또한 IC를 COF 방식 등에 의하여 FPC에 실장하여도 좋다.
도 15의 (A)에서는 표시 장치(300A)에서 FPC(372)를 포함하는 영역의 일부, 회로(364)의 일부, 표시부(362)의 일부, 접속부(340)의 일부, 및 단부를 포함하는 영역의 일부를 각각 절단하였을 때의 단면의 일례를 나타내었다.
도 15의 (A)에 나타낸 표시 장치(300A)는 기판(351)과 기판(352) 사이에, 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 적색의 광을 방출하는 발광 디바이스(330a), 녹색의 광을 방출하는 발광 디바이스(330b), 및 청색의 광을 방출하는 발광 디바이스(330c) 등을 가진다.
발광 디바이스(330a)는 도전층(311a)과, 도전층(311a) 위의 도전층(312a)과, 도전층(312a) 위의 도전층(326a)을 가진다. 도전층(311a), 도전층(312a), 도전층(326a)의 모두를 화소 전극이라고 부를 수도 있고 일부를 화소 전극이라고 부를 수도 있다.
도전층(311a)은 절연층(324)에 제공된 개구를 통하여 트랜지스터(205)가 가지는 도전층(222b)에 접속되어 있다. 도전층(311a)의 단부보다 외측에 도전층(312a)의 단부가 위치한다. 도전층(312a)의 단부와 도전층(326a)의 단부는 정렬되거나 실질적으로 정렬된다. 예를 들어 도전층(311a) 및 도전층(312a)에 반사 전극으로서 기능하는 도전층을 사용하고 도전층(326a)에 투명 전극으로서 기능하는 도전층을 사용할 수 있다.
발광 디바이스(330b)는 도전층(311b)과, 도전층(311b) 위의 도전층(312b)과, 도전층(312b) 위의 도전층(326b)을 가진다.
발광 디바이스(330c)는 도전층(311c)과, 도전층(311c) 위의 도전층(312c)과, 도전층(312c) 위의 도전층(326c)을 가진다.
발광 디바이스(330b)에서의 도전층(311b), 도전층(312b), 및 도전층(326b), 그리고 발광 디바이스(330c)에서의 도전층(311c), 도전층(312c), 및 도전층(326c)에 대해서는 발광 디바이스(330a)에서의 도전층(311a), 도전층(312a), 및 도전층(326a)과 같기 때문에, 자세한 설명을 생략한다.
도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)은 절연층(324)에 제공된 개구를 덮도록 오목부가 형성된다. 상기 오목부에는 층(328)이 매립되어 있다.
층(328)은 도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)의 오목부를 평탄화하는 기능을 가진다. 도전층(311a), 도전층(311b), 도전층(311c), 및 층(328) 위에는 도전층(311a), 도전층(311b), 또는 도전층(311c)과 전기적으로 접속되는 도전층(312a), 도전층(312b), 및 도전층(312c)이 제공되어 있다. 따라서 도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)의 오목부와 중첩되는 영역도 발광 영역으로서 사용할 수 있고 화소의 개구율을 높일 수 있다.
층(328)은 절연층이어도 좋고, 도전층이어도 좋다. 층(328)에는 각종 무기 절연 재료, 유기 절연 재료, 및 도전 재료를 적절히 사용할 수 있다. 특히 층(328)은 절연 재료를 사용하여 형성되는 것이 바람직하다.
층(328)으로서는 유기 재료를 가지는 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 층(328)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(328)으로서 감광성 수지를 사용할 수 있다. 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
감광성 수지를 사용함으로써, 노광 및 현상의 공정만으로 층(328)을 제작할 수 있어, 드라이 에칭 또는 웨트 에칭 등으로 인한 도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)의 표면에 대한 영향을 저감할 수 있다. 또한 네거티브형 감광성 수지를 사용하여 층(328)을 형성함으로써, 절연층(324)의 개구의 형성에 사용하는 포토 마스크(노광 마스크)와 동일한 포토 마스크를 사용하여, 층(328)을 형성할 수 있는 경우가 있다.
도전층(312a)의 상면 및 측면과 도전층(326a)의 상면 및 측면은 제 1 층(313a)에 의하여 덮여 있다. 도전층(312b)의 상면 및 측면과 도전층(326b)의 상면 및 측면은 제 2 층(313b)에 의하여 덮여 있다. 또한 도전층(312c)의 상면 및 측면과 도전층(326c)의 상면 및 측면은 제 3 층(313c)에 의하여 덮여 있다. 따라서 도전층(312a), 도전층(312b), 또는 도전층(312c)이 제공되어 있는 영역 전체를 발광 디바이스(330a), 발광 디바이스(330b), 또는 발광 디바이스(330c)의 발광 영역으로서 사용할 수 있기 때문에 화소의 개구율을 높일 수 있다.
제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 및 제 3 층(313c)의 측면은 각각 절연층(325) 및 절연층(327)으로 덮여 있다. 제 1 층(313a)과 절연층(325) 사이에는 희생층(318a)이 위치하고, 제 2 층(313b)과 절연층(325) 사이에는 희생층(318b)이 위치하고, 제 3 층(313c)과 절연층(325) 사이에는 희생층(318c)이 위치한다. 제 1 층(313a), 제 2 층(313b), 제 3 층(313c), 절연층(325), 및 절연층(327) 위에 제 4 층(314)이 제공되고, 제 4 층(314) 위에 공통 전극(315)이 제공되어 있다. 제 4 층(314) 및 공통 전극(315)은 각각 수광 디바이스와 발광 디바이스에 공통적으로 제공되는 하나의 연속적인 막이다. 또한 발광 디바이스(330a), 발광 디바이스(330b), 및 발광 디바이스(330c) 위에는 보호층(331)이 제공되어 있다.
보호층(331)과 기판(352)은 접착층(342)을 개재하여 접착되어 있다. 발광 디바이스의 밀봉에는 고체 밀봉 구조 또는 중공 밀봉 구조 등을 적용할 수 있다. 도 15의 (A)에서는 기판(352)과 기판(351) 사이의 공간이 접착층(342)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(342)은 발광 디바이스와 중첩되지 않도록 제공되어 있어도 좋다. 또한 상기 공간을 테두리 형상으로 제공된 접착층(342)과는 다른 수지로 충전하여도 좋다.
접속부(340)에서는 절연층(324) 위에 도전층(323)이 제공되어 있다. 도전층(323)이 도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(312a), 도전층(312b), 및 도전층(312c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(326a), 도전층(326b), 및 도전층(326c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조를 가지는 예를 나타내었다. 도전층(323)의 단부는 희생층, 절연층(325), 및 절연층(327)에 의하여 덮여 있다. 또한 도전층(323) 위에는 제 4 층(314)이 제공되고 제 4 층(314) 위에는 공통 전극(315)이 제공되어 있다. 도전층(323)과 공통 전극(315)은 제 4 층(314)을 통하여 전기적으로 접속된다. 또한 접속부(340)에는 제 4 층(314)이 형성되지 않아도 된다. 이 경우, 도전층(323)과 공통 전극(315)이 직접 접하여 전기적으로 접속된다.
표시 장치(300A)는 전면 사출 방식의 표시 장치이다. 발광 디바이스가 방출하는 광은 기판(352) 측에 사출된다. 기판(352)에는 가시광 투과성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 전극은 가시광을 반사하는 재료를 포함하고, 대향 전극(공통 전극(315))은 가시광을 투과시키는 재료를 포함한다.
절연층(215)은 트랜지스터를 덮어 제공된다. 절연층(324)은 트랜지스터를 덮어 제공되며 평탄화층으로서의 기능을 가진다. 또한, 트랜지스터를 덮는 절연층의 수는 한정되지 않고 각각 단층이어도 2층 이상이어도 좋다.
트랜지스터를 덮는 절연층 중 적어도 하나의 층에 물 및 수소 등의 불순물이 확산되기 어려운 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 절연층은 배리어 층으로서 기능할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 트랜지스터로 외부로부터 불순물이 확산되는 것을 효과적으로 억제할 수 있어 표시 장치의 신뢰성을 높일 수 있다.
절연층(215)으로서는 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(324)으로서는 유기 절연막을 적합하게 사용할 수 있다. 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 전구체를 들 수 있다. 또한 절연층(324)은 유기 절연막과 무기 절연막의 적층 구조를 가져도 좋다. 절연층(324)의 최표면에 위치하는 층은 에칭 보호막으로서의 기능을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 도전층(311b), 도전층(312b), 또는 도전층(326b) 등의 가공 시에 절연층(324)에 오목부가 형성되는 것을 억제할 수 있다. 또는 절연층(324)에는 도전층(311b), 도전층(312b), 또는 도전층(326b) 등의 가공 시에 오목부가 제공되어도 좋다.
기판(351)에서 기판(352)이 중첩되지 않는 영역에는 접속부(204)가 제공되어 있다. 접속부(204)에서는 배선(365)이 도전층(366) 및 접속층(203)을 통하여 FPC(372)와 전기적으로 접속되어 있다. 도전층(366)에서는 도전층(311a), 도전층(311b), 및 도전층(311c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(312a), 도전층(312b), 및 도전층(312c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막과, 도전층(326a), 도전층(326b), 및 도전층(326c)과 동일한 도전막을 가공하여 얻어진 도전막의 적층 구조인 예를 나타내었다. 접속부(204)의 상면에서는 도전층(366)이 노출되어 있다. 이로써 접속부(204)와 FPC(372)를 접속층(203)을 통하여 전기적으로 접속할 수 있다.
기판(352)의 기판(351) 측의 면에는 차광층(317)을 제공하는 것이 바람직하다. 차광층(317)은 인접한 발광 디바이스 사이, 접속부(340), 및 회로(364) 등에 제공할 수 있다. 또한 기판(352)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(352)의 외측에는 먼지의 부착을 억제하는 대전 방지막, 오염이 부착되기 어렵게 하는 발수성을 가지는 막, 사용에 따른 손상의 발생을 억제하는 하드코트막, 충격 흡수층 등을 배치하여도 좋다.
발광 디바이스 및 수광 디바이스를 덮는 보호층(331)을 제공함으로써, 발광 디바이스 및 수광 디바이스에 물 등의 불순물이 들어가는 것을 억제하여 발광 디바이스 및 수광 디바이스의 신뢰성을 높일 수 있다.
기판(351) 및 기판(352)에는 각각 유리, 석영, 세라믹, 사파이어, 수지, 금속, 합금, 반도체 등을 사용할 수 있다. 발광 디바이스로부터의 광을 추출하는 측의 기판에는 상기 광을 투과시키는 재료를 사용한다. 기판(351) 및 기판(352)에 가요성을 가지는 재료를 사용하면 표시 장치의 가요성을 높일 수 있다. 또한 기판(351) 또는 기판(352)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
기판(351) 및 기판(352)에는 각각 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(351) 및 기판(352) 중 한쪽 또는 양쪽에 가요성을 가질 정도의 두께를 가지는 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).
광학등방성이 높은 기판의 위상차값의 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.
기판으로서 필름을 사용하는 경우, 필름이 흡수함으로써, 표시 패널에 주름이 생기는 등 형상 변화가 일어날 우려가 있다. 그러므로 기판에는 흡수율이 낮은 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 흡수율이 1% 이하인 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 0.1% 이하인 필름을 사용하는 것이 더 바람직하고, 0.01% 이하인 필름을 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
접착층(342)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.
접속층(203)으로서는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film), 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
트랜지스터의 게이트, 소스, 및 드레인 외에, 표시 장치를 구성하는 각종 배선 및 전극 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 포함하는 막을 단층으로 또는 적층 구조로 사용할 수 있다.
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.
<트랜지스터>
도 15의 (B)는 트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)를 포함하는 단면의 확대도이다.
트랜지스터(205)는 반도체층(108)과, 절연층(117)과, 절연층(110)과, 도전층(112)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 절연층(117) 및 절연층(110)의 일부는 트랜지스터(201)의 게이트 절연층으로서 기능한다. 도전층(112)은 트랜지스터(201)의 게이트 전극으로서 기능한다. 트랜지스터(201)는 반도체층(108) 위에 게이트 전극이 제공되는, 소위 톱 게이트형 트랜지스터이다.
트랜지스터(201)는 반도체층(208)과, 절연층(110)과, 도전층(212)을 이 순서대로 적층하여 가진다. 절연층(110)의 일부는 트랜지스터(205)의 게이트 절연층으로서 기능한다. 도전층(212)은 트랜지스터(205)의 게이트 전극으로서 기능한다. 트랜지스터(205)는 반도체층(208) 위에 게이트 전극이 제공되는, 소위 톱 게이트형 트랜지스터이다. 트랜지스터(205)는 트랜지스터(201)와 반도체층의 피형성면이 다르다. 또한 트랜지스터(205)는 트랜지스터(201)와 게이트 절연층의 구성이 다르다.
트랜지스터(201)와 트랜지스터(205)는 반도체층 이외의 구성 요소를 동일한 공정에 의하여 형성할 수 있다. 이에 의하여 2종류의 트랜지스터를 혼재하는 경우도 공정 수의 증가를 억제할 수 있다.
도 15의 (B)에 나타낸 트랜지스터(205)는 백 게이트로서 기능하는 도전층(106)을 가진다. 도 15의 (B)에 나타낸 트랜지스터(201)는 백 게이트로서 기능하는 도전층(206)을 가진다.
도 15의 (B)에서 기판(351) 위에 접하여 도전층(106)이 제공된다. 도전층(106) 위 및 기판(351) 위에 접하여 절연층(103)이 제공된다. 절연층(103) 위에 접하여 반도체층(108)이 제공된다. 절연층(103), 기판(351)의 상면, 그리고 반도체층(108)의 상면 및 측면과 접하여 절연층(117)이 제공된다. 절연층(117) 위에 접하여 반도체층(208)이 제공된다. 즉 반도체층(208)은 반도체층(108)과 다른 면 위에 제공된다. 절연층(117)은 트랜지스터(201)에서 하지막으로서 기능한다. 절연층(117)의 상면, 그리고 반도체층(208)의 상면 및 측면과 접하여 절연층(110)이 제공된다. 절연층(110) 위에 접하여 도전층(112) 및 도전층(212)이 제공된다. 도전층(112)은 절연층(117) 및 절연층(110)을 개재하여 반도체층(108)과 중첩되는 영역을 가진다. 도전층(212)은 절연층(110)을 개재하여 반도체층(208)과 중첩되는 영역을 가진다.
도 15의 (B)에 나타낸 바와 같이 트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)는 절연층(118)을 더 가지는 것이 바람직하다. 절연층(118)은 절연층(110), 도전층(112), 및 도전층(212)을 덮어 제공되고 트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)를 보호하는 보호층으로서 기능한다.
트랜지스터(205)는 절연층(118) 위에 도전층(222a) 및 도전층(222b)을 가져도 좋다. 도전층(222a)은 트랜지스터(205)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하고, 도전층(222b)은 트랜지스터(205)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽으로서 기능한다. 도전층(222a) 및 도전층(222b)은 각각 절연층(118), 절연층(110), 및 절연층(117)에 제공된 개구부를 통하여 반도체층(108)이 가지는 저저항 영역(108N)에 전기적으로 접속된다.
트랜지스터(201)는 절연층(118) 위에 도전층(365a) 및 도전층(365b)을 가져도 좋다. 도전층(365a)은 트랜지스터(201)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하고, 도전층(365b)은 트랜지스터(201)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽으로서 기능한다. 도전층(365a) 및 도전층(365b)은 각각 절연층(118) 및 절연층(110)에 제공된 개구부를 통하여 반도체층(208)이 가지는 저저항 영역(208N)에 전기적으로 접속된다.
여기서 반도체층(108)과 반도체층(208)은 상이한 조성의 금속 산화물을 포함하는 것이 바람직하다. 반도체층(108)과 반도체층(208)은 상이한 조성의 금속 산화물막을 가공하여 형성할 수 있다. 본 발명의 일 형태인 표시 장치는 동일한 기판 위에 반도체층의 조성이 상이한 복수의 트랜지스터를 가지고 반도체층 이외의 구성 요소를 동일한 공정에 의하여 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 반도체층에 적용하는 금속 산화물의 조성에 따라 트랜지스터의 전기 특성 및 신뢰성이 다르다. 따라서 트랜지스터에 요구되는 전기 특성 및 신뢰성에 따라 금속 산화물의 조성을 다르게 함으로써 우수한 전기 특성과 높은 신뢰성을 양립한 표시 장치로 할 수 있다.
트랜지스터(201)를 큰 온 전류가 필요한 트랜지스터에 적용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 예를 들어 반도체층(108)과 반도체층(208)의 양쪽에 In-Ga-Zn 산화물을 사용하는 경우, 반도체층(208)에는 반도체층(108)보다 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율이 높은 금속 산화물을 사용할 수 있다. 또한 예를 들어 반도체층(108)에는 반도체층(208)보다 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 갈륨의 원자수의 비율이 높은 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층(108)에 In-Ga-Zn 산화물을 사용하고 반도체층(208)에 In-Ga-Zn 산화물 이외의 인듐을 포함한 금속 산화물을 사용한 경우도 마찬가지로, 반도체층(208)에는 반도체층(108)보다 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율이 높은 금속 산화물을 사용할 수 있다.
반도체층(108)에 In-Ga-Zn 산화물 이외의 인듐을 포함하는 금속 산화물을 사용할 수도 있다. 이때도 마찬가지로 반도체층(208)에는 반도체층(108)보다 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율이 높은 금속 산화물을 사용할 수 있다.
또는 반도체층(108)에는 반도체층(208)보다 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 인듐의 원자수의 비율이 높은 금속 산화물을 사용하여도 좋다.
반도체층(108)은 도전층(112)과 중첩되는 영역과, 상기 영역을 사이에 둔 한 쌍의 저저항 영역(108N)을 가진다. 반도체층(108)에서 도전층(112)과 중첩되는 영역은 트랜지스터(205)의 채널 형성 영역으로서 기능한다. 한 쌍의 저저항 영역(108N)은 트랜지스터(205)의 소스 영역 및 드레인 영역으로서 기능한다. 마찬가지로 반도체층(208)은 도전층(212)과 중첩되는 채널 형성 영역과, 상기 영역을 사이에 둔 한 쌍의 저저항 영역(208N)을 가진다.
트랜지스터(205)에서 저저항 영역(108N)은 트랜지스터(205)의 채널 형성 영역보다 저항이 낮은 영역, 캐리어 농도가 높은 영역, 산소 결손 밀도가 높은 영역, 또는 불순물 농도가 높은 영역, 혹은 n형 영역이라고도 할 수 있다. 마찬가지로 트랜지스터(201)에서 저저항 영역(208N)은 트랜지스터(201)의 채널 형성 영역보다 저항이 낮은 영역, 캐리어 농도가 높은 영역, 산소 결손 밀도가 높은 영역, 또는 불순물 농도가 높은 영역, 혹은 n형 영역이라고도 할 수 있다.
저저항 영역(108N) 및 저저항 영역(208N)은 불순물 원소를 포함하는 영역이다. 상기 불순물 원소로서는 예를 들어 수소, 붕소, 탄소, 질소, 플루오린, 인, 황, 비소, 알루미늄, 및 비활성 기체가 있다. 또한 비활성 기체의 대표적인 예로서는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 및 제논이 있다. 저저항 영역(108N) 및 저저항 영역(208N)은 특히 붕소 또는 인을 포함하는 것이 바람직하다. 또한 저저항 영역(108N) 및 저저항 영역(208N)은 상술한 원소를 2개 이상 포함하여도 좋다. 또한 저저항 영역(108N)과 저저항 영역(208N)은 상이한 불순물 원소를 포함하여도 좋다.
저저항 영역(108N) 및 저저항 영역(208N)은 예를 들어 도전층(112) 또는 도전층(212)을 마스크로서 사용하여 절연층(110)을 통하여 불순물을 첨가함으로써 형성할 수 있다.
또한 회로(364)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다. 마찬가지로, 표시부(362)가 가지는 복수의 트랜지스터의 구조는 모두 같아도 좋고, 2종류 이상 있어도 좋다.
또한 회로(364) 및 표시부(362)에 같은 구조의 트랜지스터를 사용하여도 좋다.
예를 들어 회로(364)에 트랜지스터(205)를 사용하여도 좋다.
도 16에 나타낸 표시 장치(300B)에서는 표시부(362)를 구성하는 트랜지스터로서 트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)를 적용하는 예를 나타내었다. 표시부(362)가 가지는 화소 회로가 트랜지스터(201) 및 트랜지스터(205)를 가짐으로써 표시 품질이 높고 신뢰성이 우수한 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 후술하는 도 17에 비하여 표시 장치의 제작 공정을 간략화할 수 있다.
또한 도 16에 나타낸 표시 장치(300B)에서는 회로(364)를 구성하는 트랜지스터로서 트랜지스터(201)를 사용하는 예를 나타내었지만 트랜지스터(205)를 사용하여도 좋다.
도 17에 나타낸 표시 장치(300C)에서는 표시부(362)를 구성하는 트랜지스터로서 트랜지스터(201), 트랜지스터(205), 및 트랜지스터(202)를 적용하고 회로(364)를 구성하는 트랜지스터로서 트랜지스터(202)를 적용하는 예를 나타내었다. 표시부(362)가 가지는 화소 회로가 트랜지스터(201), 트랜지스터(202), 및 트랜지스터(205)를 가짐으로써 표시 품질이 높고 신뢰성이 우수한 표시 장치를 실현할 수 있다.
트랜지스터(202)는 반도체층(411), 절연층(412), 도전층(413) 등을 가진다. 반도체층(411)은 채널 형성 영역(411i) 및 저저항 영역(411n)을 가진다. 반도체층(411)은 실리콘을 가진다. 반도체층(411)은 다결정 실리콘을 포함하는 것이 바람직하다. 다결정 실리콘으로서 예를 들어 LTPS를 사용할 수 있다. 절연층(412)의 일부는 게이트 절연층으로서 기능한다. 도전층(413)의 일부는 게이트 전극으로서 기능한다.
저저항 영역(411n)은 불순물 원소를 포함하는 영역이다. 예를 들어 트랜지스터(202)를 n채널형 트랜지스터로 하는 경우에는, 저저항 영역(411n)에 인 또는 비소 등을 첨가하면 좋다. 한편 p채널형 트랜지스터로 하는 경우에는, 저저항 영역(411n)에 붕소 또는 알루미늄 등을 첨가하면 좋다. 또한 트랜지스터(202)의 문턱 전압을 제어하기 위하여, 채널 형성 영역(411i)에 상술한 불순물을 첨가하여도 좋다.
회로(364)는 예를 들어 n채널형 트랜지스터와 p채널형 트랜지스터의 양쪽을 사용하여 구성된다. 또는 회로(364)는 n채널형 트랜지스터 및 p채널형 트랜지스터 중 한쪽만으로 구성되어도 좋다.
트랜지스터(202)는 절연층(118) 위에 도전층(421a) 및 도전층(421b)을 가져도 좋다. 도전층(421a)은 트랜지스터(202)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 한쪽으로서 기능하고, 도전층(421b)은 트랜지스터(202)의 소스 전극 및 드레인 전극 중 다른 쪽으로서 기능한다. 도전층(421a) 및 도전층(421b)은 각각 절연층(118), 절연층(110), 절연층(117), 및 절연층(412)에 제공된 개구부를 통하여 저저항 영역(411n)에 전기적으로 접속된다.
여기서 트랜지스터(202)와 전기적으로 접속하는 도전층(421a) 및 도전층(421b)은 도전층(222a), 도전층(222b), 도전층(365a), 및 도전층(365b)과 동일한 도전막을 가공하여 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 제작 공정을 간략화할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 트랜지스터(202)의 게이트 전극으로서 기능하는 도전층(413), 트랜지스터(201)의 제 2 게이트 전극으로서 기능하는 도전층(206), 및 트랜지스터(205)의 제 2 게이트로서 기능하는 도전층(106)은 동일한 도전막을 가공하여 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 제작 공정을 간략화할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한 트랜지스터(202)는 제 2 게이트 전극을 가져도 좋다. 트랜지스터(202)가 제 2 게이트 전극을 가지는 경우에는 예를 들어 기판(351) 위에 제 2 게이트 전극으로서 기능하는 도전층을 제공하고, 상기 도전층 및 기판(351)의 상면에 접하도록 절연층을 제공하고, 상기 절연층 위에 반도체층(411)을 제공하면 좋다. 또한 도전층(413)과 제 2 게이트 전극으로서 기능하는 도전층은 서로 중첩하는 영역을 가지는 것이 바람직하다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 사용할 수 있는 발광 디바이스에 대하여 설명한다.
도 18의 (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 포함한다. 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 18의 (A)의 구성을 싱글 구조라고 부른다.
도 18의 (B)는 도 18의 (A)에 나타낸 발광 디바이스가 가지는 EL층(786)의 변형예이다. 구체적으로는, 도 18의 (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. 이러한 층 구조로 함으로써, 발광층(4411)에 캐리어가 효율적으로 주입되어, 발광층(4411) 내에서의 캐리어의 재결합의 효율을 높일 수 있다.
또한 도 18의 (C), (D)에 나타낸 바와 같이, 층(4420)과 층(4430) 사이에 복수의 발광층(발광층(4411, 4412, 4413))이 제공된 구성도 싱글 구조의 베리에이션이다.
도 18의 (E), (F)에 나타낸 바와 같이, 복수의 발광 유닛(EL층(786a), EL층(786b))이 전하 발생층(4440)을 사이에 두고 직렬로 접속된 구성을 본 명세서에서는 탠덤 구조라고 부른다. 또한 탠덤 구조를 스택(stack) 구조라고 불러도 좋다. 또한 탠덤 구조로 함으로써, 고휘도 발광이 가능한 발광 디바이스로 할 수 있다.
도 18의 (C), (D)에서 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 같은 색의 광을 방출하는 발광 재료 또한 같은 발광 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 청색의 광을 방출하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 도 18의 (D)에 나타낸 층(785)으로서 색 변환층을 제공하여도 좋다.
발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413)에 각각 다른 색의 광을 방출하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411), 발광층(4412), 및 발광층(4413) 각각이 방출하는 광이 보색 관계에 있는 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 18의 (D)에 나타낸 층(785)으로서 컬러 필터(착색층이라고도 함)를 제공하여도 좋다. 백색의 광이 컬러 필터를 투과함으로써, 원하는 색의 광을 얻을 수 있다.
도 18의 (E), (F)에서 발광층(4411)과 발광층(4412)에 같은 색의 광을 방출하는 발광 재료 또한 같은 발광 재료를 사용하여도 좋다. 또는 발광층(4411)과 발광층(4412)에 서로 다른 색의 광을 방출하는 발광 재료를 사용하여도 좋다. 발광층(4411)이 방출하는 광과 발광층(4412)이 방출하는 광이 보색 관계에 있는 경우, 백색 발광이 얻어진다. 도 18의 (F)에서는 층(785)이 더 제공된 예를 나타내었다. 층(785)으로서는 색 변환층 및 컬러 필터(착색층) 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
또한 도 18의 (C), (D), (E), (F)에서도, 도 18의 (B)에 나타낸 바와 같이, 층(4420)과 층(4430)은 2층 이상의 층으로 이루어지는 적층 구조를 가져도 좋다.
발광 디바이스마다 발광색(예를 들어 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))을 따로따로 형성하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다.
발광 디바이스의 발광색은 EL층(786)을 구성하는 재료에 따라 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 황색, 또는 백색 등으로 할 수 있다. 또한 발광 디바이스에 마이크로캐비티 구조를 부여함으로써 색 순도를 더 높일 수 있다.
백색의 광을 방출하는 발광 디바이스는 발광층에 2종류 이상의 발광 물질을 포함하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는, 보색의 광을 방출하도록 2개 이상의 발광 물질을 각각 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 3개 이상의 발광층을 가지는 발광 디바이스의 경우도 마찬가지이다.
발광층에는 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), O(주황색) 등의 발광을 나타내는 발광 물질을 2개 이상 포함하는 것이 바람직하다. 또는 발광 물질을 2개 이상 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 위의 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.
금속 산화물은 스퍼터링법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD)법 등의 화학 기상 성장(CVD)법, 또는 원자층 퇴적(ALD)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.
막 또는 기판의 결정 구조는 나노빔 전자선 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자선 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어, 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로가 관찰되어, 석영 유리는 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한 실온에서 성막한 IGZO막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿상 패턴이 관찰된다. 그러므로 실온에서 성막한 IGZO막은 결정 상태도 비정질 상태도 아닌 중간 상태이고, 비정질 상태라고 결론을 내릴 수 없는 것으로 추정된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한 산화물 반도체는 구조에 주목한 경우, 상기와는 다른 식으로 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와, 그 외의 비단결정 산화물 반도체로 분류된다. 비단결정 산화물 반도체로서는, 예를 들어 상술한 CAAC-OS 및 nc-OS가 있다. 또한 비단결정 산화물 반도체에는 다결정 산화물 반도체, a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor), 비정질 산화물 반도체 등이 포함된다.
여기서, 상술한 CAAC-OS, nc-OS, 및 a-like OS에 대하여 자세히 설명한다.
[CAAC-OS]
CAAC-OS는 복수의 결정 영역을 가지고, 상기 복수의 결정 영역은 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란, CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란, 원자 배열에 주기성을 가지는 영역을 말한다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란, 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과, 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉 CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 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.
In-M-Zn 산화물(원소 M은 알루미늄, 갈륨, 이트륨, 주석, 타이타늄 실리콘, 붕소, 구리, 바나듐, 베릴륨, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트 등에서 선택된 1종류 또는 복수 종류)에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 포함하는 층(이하 In층)과, 원소 M, 아연(Zn), 및 산소를 포함하는 층(이하 (M,Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 원소 M은 서로 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.
예를 들어 CAAC-OS막의 전자선 회절 패턴에서 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고, 비정육각형인 경우가 있다. 또한 상기 변형에서 오각형, 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 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 감소, 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성 산화물의 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는, Zn을 포함하는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서 CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물의 혼입, 결함의 생성 등으로 인하여 저하하는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물 및 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고도 할 수 있다. 따라서 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한 CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면 제조 공정의 자유도를 높일 수 있게 된다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 바꿔 말하면 nc-OS는 미소한 결정을 가진다. 또한 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한 nc-OS에서는 상이한 나노 결정 간에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서, nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 또는 비정질 산화물 반도체와 구별이 되지 않는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 nc-OS막에 대하여 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(제한 시야 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편, nc-OS막에 대하여 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자선 회절(나노빔 전자선 회절이라고도 함)을 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자선 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 중의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로, 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란, 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 포함하는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란, 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다. 즉 CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]으로 표기한다. 예를 들어, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 CAC-OS막의 조성에서의 [Ga]보다 큰 영역이다. 또는 예를 들어 제 1 영역은 [In]이 제 2 영역에서의 [In]보다 크며, [Ga]가 제 2 영역에서의 [Ga]보다 작은 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]가 제 1 영역에서의 [Ga]보다 크며, [In]이 제 1 영역에서의 [In]보다 작은 영역이다.
구체적으로는 상기 제 1 영역은 인듐 산화물, 인듐 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 또한 상기 제 2 영역은 갈륨 산화물, 갈륨 아연 산화물 등이 주성분인 영역이다. 즉 상기 제 1 영역을 In을 주성분으로 하는 영역이라고 바꿔 말할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga를 주성분으로 하는 영역이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란, In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 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.
예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는 에너지 분산형 X선 분광법(EDX)을 사용하여 취득한 EDX 매핑에 의하여, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과, Ga를 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합되는 구조를 가지는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제 1 영역은 제 2 영역에 비하여 도전성이 높은 영역이다. 즉 제 1 영역을 캐리어가 흐름으로써 금속 산화물의 도전성이 발현된다. 따라서 제 1 영역이 금속 산화물 내에서 클라우드상으로 분포됨으로써 높은 전계 효과 이동도(μ)를 실현할 수 있다.
한편, 제 2 영역은 제 1 영역에 비하여 절연성이 높은 영역이다. 즉 제 2 영역이 금속 산화물 내에 분포됨으로써 누설 전류를 억제할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써, 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉 CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성의 기능을 가지고, 재료의 일부에서는 절연성의 기능을 가지고, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성의 기능과 절연성의 기능을 분리함으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서, CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 큰 온 전류, 높은 전계 효과 이동도, 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서, CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 표시 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.
고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는, 소실되는 데 걸리는 시간이 길고, 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정적으로 하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다.
<불순물>
여기서, 산화물 반도체 내에서의 각 불순물의 영향에 대하여 설명한다.
산화물 반도체에 14족 원소의 하나인 실리콘 또는 탄소가 포함되면 산화물 반도체에서 결함 준위가 형성된다. 그러므로 산화물 반도체에서의 실리콘 또는 탄소의 농도와, 산화물 반도체의 계면 근방의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의하여 얻어지는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하여 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
산화물 반도체에 질소가 포함되면, 캐리어인 전자가 발생하고 캐리어 농도가 증가되어 n형화되기 쉽다. 그러므로 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체로서 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 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 19 내지 도 21을 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, 파칭코기 등의 대형 게임기 등 비교적 큰 화면을 가지는 전자 기기 외에, 디지털 카메라, 디지털 비디오 카메라, 디지털 액자, 휴대 전화기, 휴대용 게임기, 휴대 정보 단말기, 음향 재생 장치 등이 있다.
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 VR용 기기, 안경형 AR용 기기, 및 MR용 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 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 19의 (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 19의 (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 접히고, 이 접힌 부분에 FPC(6515)가 접속된다. FPC(6515)에는 IC(6516)가 실장되어 있다. FPC(6515)는 인쇄 기판(6517)에 제공된 단자에 접속된다.
표시 패널(6511)에는 본 발명의 일 형태의 플렉시블 디스플레이를 적용할 수 있다. 그러므로 매우 가벼운 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 표시 패널(6511)이 매우 얇기 때문에 전자 기기의 두께를 억제하면서 대용량 배터리(6518)를 탑재할 수도 있다. 또한 표시 패널(6511)의 일부를 접어 표시부의 이면 측에 FPC(6515)와의 접속부를 배치함으로써 슬림 베젤의 전자 기기를 실현할 수 있다.
도 20의 (A)에서는 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 20의 (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 가지는 구성으로 한다. 수신기에 의하여 일반적인 텔레비전 방송을 수신할 수 있다. 또한 모뎀을 통하여 유선 또는 무선에 의하여 통신 네트워크에 접속함으로써 한 방향(송신자로부터 수신자) 또는 쌍방향(송신자와 수신자 사이, 또는 수신자들 사이 등)의 정보 통신을 수행할 수도 있다.
도 20의 (B)에서는 노트북형 퍼스널 컴퓨터의 일례를 나타내었다. 노트북형 퍼스널 컴퓨터(7200)는 하우징(7211), 키보드(7212), 포인팅 디바이스(7213), 외부 접속 포트(7214) 등을 가진다. 하우징(7211)에 표시부(7000)가 제공된다.
표시부(7000)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다.
도 20의 (C), (D)에서는 디지털 사이니지의 일례를 나타내었다.
도 20의 (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 20의 (D)는 원기둥 형상의 기둥(7401)에 제공된 디지털 사이니지(7400)를 나타낸 것이다. 디지털 사이니지(7400)는 기둥(7401)의 곡면을 따라 제공된 표시부(7000)를 가진다.
도 20의 (C), (D)에서는 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 수 있어 바람직하다. 또한 노선 정보 또는 교통 정보 등의 정보를 제공하기 위한 용도로 사용하는 경우에는, 직관적인 조작에 의하여 사용성을 높일 수 있다.
도 20의 (C), (D)에 나타낸 바와 같이, 디지털 사이니지(7300) 또는 디지털 사이니지(7400)는 사용자가 소지한 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.
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. 이로써 불특정 다수의 사용자가 동시에 게임에 참가하여 즐길 수 있다.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기가 가지는 표시부는 센서 디바이스로서 수광 디바이스를 가지는 것이 바람직하다. 표시부가 발광 디바이스와 수광 디바이스의 양쪽을 가지는 구성으로 함으로써 부재 점수를 삭감할 수 있다. 바꿔 말하면 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 발광 디바이스와 센서 디바이스의 양쪽을 가지는 구성이기 때문에 전자 기기에 제공되는 지문 인증 장치 또는 스크롤 등을 수행하기 위한 정전 용량 방식의 터치 패널 장치 등을 별도로 제공할 필요가 없다. 따라서 본 발명의 일 형태에 의하여 제조 비용이 절감된 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 21의 (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 21의 (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 기록되는 프로그램 또는 데이터를 판독하여 처리하는 기능 등을 가질 수 있다. 또한 전자 기기의 기능은 이들에 한정되지 않고 다양한 기능을 가질 수 있다. 전자 기기는 복수의 표시부를 가져도 좋다. 또한 전자 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 21의 (A) 내지 (F)에 나타낸 전자 기기의 자세한 내용에 대하여 이하에서 설명한다.
도 21의 (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 21의 (A)에서는 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 21의 (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 주머니로부터 꺼내지 않고 표시를 확인하고, 예를 들어 전화를 받을지 여부를 판단할 수 있다.
도 21의 (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 상호적으로 데이터를 전송(傳送)하거나, 충전할 수 있다. 또한 충전 동작은 무선 급전에 의하여 수행하여도 좋다.
도 21의 (D) 내지 (F)는 접을 수 있는 휴대 정보 단말기(9201)를 나타낸 사시도이다. 또한 도 21의 (D)는 휴대 정보 단말기(9201)를 펼친 상태, 도 21의 (F)는 접은 상태, 도 21의 (E)는 도 21의 (D) 및 (F) 중 한쪽으로부터 다른 쪽으로 변화되는 중간 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 OS 트랜지스터와 LTPS를 사용한 트랜지스터의 특성에 대하여 설명한다.
<트랜지스터 1의 제작>
트랜지스터 1로서 OS 트랜지스터를 제작하였다.
우선, 기판 위에 두께 100nm의 텅스텐막을 스퍼터링법에 의하여 형성하고, 이것을 가공하여 제 1 도전층을 형성하였다. 다음으로 기판 위 및 제 1 도전층 위에 제 1 절연층을 플라스마 CVD법에 의하여 형성하였다. 제 1 절연층은 두께 120nm의 질화 실리콘막과 두께 150nm의 산화질화 실리콘막의 적층 구조로 하였다.
다음으로 350℃, 10분의 열처리를 수행하였다.
다음으로 제 1 절연층 위에 두께 25nm의 금속 산화물막을 성막하고, 이를 가공하여 반도체층을 얻었다. 금속 산화물막의 성막에는 스퍼터링법을 사용하고, 타깃으로서 금속 원소의 원자수비가 In:Ga:Zn=1:1:1인 금속 산화물을 사용하였다.
다음으로 340℃, 2시간의 열처리를 수행하였다.
다음으로 반도체층 위에 제 2 절연층으로서 플라스마 CVD법에 의하여 두께 140nm의 산화질화 실리콘막을 형성하였다.
다음으로 340℃, 1시간의 열처리를 수행하였다.
다음으로 제 2 절연층 위에 제 2 도전층을 형성하였다. 제 2 도전층은 두께 50nm의 타이타늄층과, 두께 200nm의 알루미늄층과, 두께 50nm의 타이타늄층의 적층 구조로 하였다.
다음으로 제 2 도전층 위에 제 3 절연층을 형성하고, 제 3 절연층에 반도체층까지 도달하는 개구부를 제공하고, 상기 개구부를 매립하도록 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능하는 도전층을 각각 형성하였다.
상술한 공정에 의하여, 유리 기판 위에 형성된 OS 트랜지스터를 얻었다.
<트랜지스터 2, 트랜지스터 3의 제작>
트랜지스터 2 및 트랜지스터 3으로서 LTPS를 사용한 트랜지스터를 제작하였다. LTPS의 두께를 50nm로 하였다. 또한 게이트 절연층으로서 산화질화 실리콘을 사용하여 두께를 110nm로 하였다. 또한 트랜지스터는 톱 게이트형 구조로 하고 백 게이트를 가지는 구성으로 하였다. 백 게이트 위에 두께 140nm의 질화산화 실리콘을 제공하고, 질화산화 실리콘 위에 두께 100nm의 산화질화 실리콘을 제공하고, 산화질화 실리콘 위에 LTPS를 제공하는 구성으로 하였다. 트랜지스터 2는 n채널형 트랜지스터, 트랜지스터 3은 p채널형 트랜지스터로 하였다.
<Id-Vg 특성>
이어서, 상기에서 제작한 시료에 대하여 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 측정하였다.
트랜지스터의 Id-Vg 특성은 게이트 전극에 인가하는 전압(이하 게이트 전압(Vg)이라고 함)을 -15V부터 +20V까지 0.1V 간격으로 인가하여 측정하고(도면에서는 Pscan이라고 나타냄), 그 후, +20V부터 -15V까지 0.1V 간격으로 측정하였다(도면에서는 Mscan이라고 나타냄). 또한 소스 전극에 인가하는 전압(이하, 소스 전압(Vs)이라고도 함)을 0V(comm)로 하고, 드레인 전극에 인가하는 전압(이하, 드레인 전압(Vd)이라고도 함)을 0.1V 및 10V로 하였다. 또한 드레인 전류(Id)의 측정은 1×10-3A를 상한으로 하였다
여기서는 제 2 게이트 전극과 제 1 게이트 전극에 같은 게이트 전압을 인가한 경우의 Id-Vg 특성을 측정하였다.
측정에서는 설곗값으로 채널 길이가 10μm, 채널 폭이 6μm인 트랜지스터를 사용하였다. 또한 OS 트랜지스터로서는 설곗값으로 채널 길이가 6μm, 채널 폭이 6μm인 트랜지스터도 사용하였다.
각 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 도 22의 (A), (B), 도 23의 (A) 및 (B)에 각각 나타내었다. 각 그래프에서는 가로축이 게이트 전압(Vg)을 나타내고 세로축이 드레인 전류(Id)를 나타낸다. 또한 드레인 전압이 0.1V일 때와 10V일 때의 2개의 Id-Vg 특성을 함께 나타내었다.
도 22의 (A)에는 채널 길이 10μm, 채널 폭 6μm의 n채널형 OS 트랜지스터, 도 22의 (B)에는 채널 길이 6μm, 채널 폭 6μm의 n채널형 OS 트랜지스터, 도 23의 (A)에는 채널 길이 10μm, 채널 폭 6μm의 n채널형 LTPS 트랜지스터를, 도 22의 (B)에는 채널 길이 10μm, 채널 폭 6μm의 p채널형 LTPS 트랜지스터의 Id-Vg 특성을 각각 나타내었다.
도 22의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이 OS 트랜지스터를 사용한 경우에는 게이트 전압을 양의 방향으로 소인한 Id-Vg 곡선(Pscan)과 게이트 전압을 음의 방향으로 소인한 Id-Vg 곡선(Mscan)의 차이는 매우 작고 히스테리시스가 작게 억제될 수 있는 것을 알 수 있었다.
C1: 용량 소자, GL: 배선, EL1: 발광 소자, ND1: 노드, ND2: 노드, ND3: 노드, PS: 화소, Px: 화소, t1: 시각, t2: 시각, t3: 시각, Tr1: 트랜지스터, Tr2: 트랜지스터, Tr3: 트랜지스터, Tr4: 트랜지스터, Tr5: 트랜지스터, Tr6: 트랜지스터, Tr7: 트랜지스터, Va_1: 전위, Vd_1: 전위, Vdata: 배선, Vdata_1: 신호, Vdd: 배선, Vem1: 배선, Vem2: 배선, Vi_1: 전위, Vini: 배선, Vscan1: 배선, Vscan2: 배선, Vss: 배선, 10: 표시 장치, 11: 표시부, 12: 구동 회로, 12a: 구동 회로, 12b: 구동 회로, 13: 구동 회로, 31: 시프트 레지스터 회로, 32: 래치 회로, 33: 래치 회로, 34: 레벨 시프터 회로, 35: DAC 회로, 36: 아날로그 버퍼 회로, 37: 소스 폴로어 회로, 38: 샘플링 회로, 41: 래치 회로부, 42: 레벨 시프터 회로부, 43: D-A 변환부, 44: 아날로그 버퍼 회로부, 45: 소스 폴로어 회로부, 46: 디멀티플렉서 회로, 51: 화소 회로, 103: 절연층, 106: 도전층, 108: 반도체층, 108N: 저저항 영역, 110: 절연층, 112: 도전층, 117: 절연층, 118: 절연층, 139: 영역, 201: 트랜지스터, 202: 트랜지스터, 203: 접속층, 204: 접속부, 205: 트랜지스터, 206: 도전층, 208: 반도체층, 208N: 저저항 영역, 212: 도전층, 215: 절연층, 222a: 도전층, 222b: 도전층, 300: 표시 장치, 300A: 표시 장치, 300B: 표시 장치, 300C: 표시 장치, 301: 층, 310: 화소, 310a: 부화소, 310A: 화소, 310b: 부화소, 310B: 화소, 310c: 부화소, 311a: 도전층, 311b: 도전층, 311c: 도전층, 312a: 도전층, 312b: 도전층, 312c: 도전층, 313a: 층, 313b: 층, 313c: 층, 314: 층, 315: 공통 전극, 317: 차광층, 318a: 희생층, 318b: 희생층, 318c: 희생층, 319a: 희생층, 319b: 희생층, 320: 기판, 321: 절연층, 322: 수지층, 323: 도전층, 324: 절연층, 325: 절연층, 326a: 도전층, 326b: 도전층, 326c: 도전층, 327: 절연층, 328: 층, 330a: 발광 디바이스, 330b: 발광 디바이스, 330c: 발광 디바이스, 331: 보호층, 334: 공극, 340: 접속부, 342: 접착층, 351: 기판, 352: 기판, 362: 표시부, 364: 회로, 365: 배선, 365a: 도전층, 365b: 도전층, 366: 도전층, 372: FPC, 373: IC, 411: 반도체층, 411i: 채널 형성 영역, 411n: 저저항 영역, 412: 절연층, 413: 도전층, 421a: 도전층, 421b: 도전층, 772: 하부 전극, 785: 층, 786: EL층, 786a: EL층, 786b: 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 (7)
- 표시 장치로서,
제 1 트랜지스터와, 제 2 트랜지스터와, 제 3 트랜지스터와, 발광 소자를 가지고,
상기 발광 소자는 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 게이트 전극은 상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 원소 M을 포함하고,
상기 원소 M은 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 주석, 실리콘, 붕소, 구리, 바나듐, 베릴륨, 타이타늄, 철, 니켈, 저마늄, 지르코늄, 몰리브데넘, 란타넘, 세륨, 네오디뮴, 하프늄, 탄탈럼, 텅스텐, 마그네슘, 및 코발트에서 선택된 1종류 또는 복수 종류이고,
상기 제 3 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 상기 원소 M을 포함하고,
상기 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 상기 원소 M의 원자수의 합계에 대한 상기 인듐의 원자수의 비율이 30atomic% 이상 100atomic% 이하이고,
상기 제 2 트랜지스터는 상기 발광 소자의 발광량을 제어하는 기능을 가지는, 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 2 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 상기 원소 M의 원자수의 합계에 대한 상기 인듐의 원자수의 비율이 상기 제 3 트랜지스터의 반도체층보다 높은, 표시 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터의 반도체층은 인듐, 아연, 및 상기 원소 M의 원자수의 합계에 대한 상기 원소 M의 원자수의 비율이 상기 제 2 트랜지스터의 반도체층보다 높은, 표시 장치.
- 제 3 항에 있어서,
상기 제 3 트랜지스터의 상기 반도체층은 함유되는 금속 원소의 원자수에 대한 상기 원소 M의 원자수의 비율이 20atomic% 이상 60atomic% 이하인, 표시 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 4 트랜지스터와, 제 5 트랜지스터와, 제 1 배선과, 용량 소자와, 구동 회로를 가지고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 5 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽은 상기 제 2 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽은 상기 제 1 배선과 전기적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 1 전극은 상기 제 1 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 한쪽과 전기적으로 접속되고,
상기 용량 소자의 제 2 전극은 상기 제 2 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 접속되고,
상기 제 1 배선은 상기 구동 회로로부터 출력되는 비디오 신호를 상기 제 4 트랜지스터의 소스 및 드레인 중 다른 쪽에 공급하는 기능을 가지는, 표시 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 제 4 트랜지스터를 온 상태로 하며 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 5 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 전위를 기록하는 기능을 가지고,
상기 전위가 기록된 후, 상기 제 3 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 기록된 상기 전위를 유지하는 기능을 가지는, 표시 장치.
- 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 트랜지스터, 상기 제 3 트랜지스터, 및 상기 제 4 트랜지스터를 온 상태로 하며 상기 제 1 트랜지스터 및 상기 제 5 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 상기 제 2 트랜지스터의 게이트에 전위를 기록하는 기능을 가지고,
상기 전위가 기록된 후, 상기 제 3 트랜지스터 및 상기 제 4 트랜지스터를 오프 상태로 함으로써 기록된 상기 전위를 유지하는 기능을 가지고,
상기 전위가 유지된 후, 상기 제 1 트랜지스터, 상기 제 2 트랜지스터, 및 상기 제 5 트랜지스터를 온 상태로 함으로써 상기 발광 소자에 전류를 흘리고 상기 발광 소자의 발광량을 제어하는 기능을 가지는, 표시 장치.
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