KR20240004595A - 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
휘도가 높은 전자 기기를 제공한다. 전자 기기는 제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가진다. 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고, 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르다. 광학 소자는 제 1 표시 장치와 제 2 표시 장치 사이에 제공된다. 광학 소자는 제 1 도광판과 제 2 도광판을 가진다.
Description
본 발명의 일 형태는 표시 장치, 전자 기기, 및 이들의 제작 방법에 관한 것이다.
또한 본 발명의 일 형태는 상기 기술분야에 한정되지 않는다. 본 발명의 일 형태의 기술분야로서는 반도체 장치, 표시 장치, 발광 장치, 축전 장치, 기억 장치, 전자 기기, 조명 장치, 입력 장치(예를 들어 터치 센서 등), 입출력 장치(예를 들어 터치 패널 등), 이들의 구동 방법, 또는 이들의 제조 방법을 일례로서 들 수 있다.
근년, 표시 장치는 다양한 용도로 응용되는 것이 기대되고 있다. 예를 들어 대형 표시 장치의 용도로서는 가정용 텔레비전 장치(텔레비전 또는 텔레비전 수신기라고도 함), 디지털 사이니지(Digital Signage: 전자 간판), 및 PID(Public Information Display) 등이 있다. 또한 휴대 정보 단말기로서 터치 패널을 가지는 스마트폰 및 태블릿 단말기 등의 개발이 진행되고 있다.
또한 표시 장치의 고정세화(高精細化)가 요구되고 있다. 고정세 표시 장치가 요구되는 기기로서는 예를 들어 가상 현실(VR: Virtual Reality), 증강 현실(AR: Augmented Reality), 대체 현실(SR: Substitutional Reality), 및 혼합 현실(MR: Mixed Reality)용 전자 기기가 활발히 개발되고 있다.
마이크로 발광 다이오드(마이크로 LED(Light Emitting Diode))를 표시 디바이스(표시 소자라고도 함)에 사용한 표시 장치가 제안되고 있다(예를 들어 특허문헌 1). 마이크로 LED를 표시 디바이스에 사용한 표시 장치는 휘도 및 콘트라스트가 높고, 수명이 길다는 등의 이점이 있어, 차세대 표시 장치로서 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.
VR용 및 AR용 전자 기기에서는 정세도 및 휘도가 높은 표시 장치가 요구된다. 상기 표시 장치의 발광 소자에 마이크로 LED를 사용하는 경우, 상기 마이크로 LED에는 미세하며 휘도가 높은 것이 요구된다. 여기서 휘도가 높은 표시 장치를 얻기 위해서는 각 색(예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 3색)의 마이크로 LED는 동일 또는 대략 동일한 휘도로 발광하는 것이 바람직하다. 그러나 각 색의 마이크로 LED의 휘도는 발광 소자에 사용하는 재료에 의존하는 것이 알려져 있다.
본 발명의 일 형태는 휘도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 정세도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 해상도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 표시 품질이 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 소비 전력이 낮은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 신뢰성이 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다. 본 발명의 일 형태는 색 영역이 넓은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공하는 것을 과제 중 하나로 한다.
또한 이들 과제의 기재는 다른 과제의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 과제 모두를 반드시 해결할 필요는 없는 것으로 한다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 과제를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 형태는 제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가지는 전자 기기이다. 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고, 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르다. 광학 소자는 제 1 표시 장치와 제 2 표시 장치 사이에 제공된다. 광학 소자는 제 1 도광판과 제 2 도광판을 가진다.
또한 본 발명의 일 형태는 제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가지는 전자 기기이다. 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고, 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르다. 광학 소자는 제 1 표시 장치와 제 2 표시 장치 사이에 제공된다. 광학 소자는 제 1 도광판과, 제 2 도광판과, 제 1 입력부 회절 소자와, 제 2 입력부 회절 소자와, 제 1 출력부 회절 소자와, 제 2 출력부 회절 소자를 가진다. 제 1 입력부 회절 소자는 제 1 광을 제 1 도광판에 입사시키는 기능을 가지고, 제 2 입력부 회절 소자는 제 2 광을 제 2 도광판에 입사시키는 기능을 가진다. 제 1 출력부 회절 소자는 제 1 도광판에 입사한 제 1 광을 제 1 도광판 외부로 사출하는 기능을 가지고, 제 2 출력부 회절 소자는 제 2 도광판에 입사한 제 2 광을 제 2 도광판 외부로 사출하는 기능을 가진다.
상기 전자 기기에서, 제 1 표시 장치는 광학 소자를 개재(介在)하여 제 2 표시 장치와 중첩되는 영역을 가지는 것이 바람직하다.
또는 상기 전자 기기에서, 제 1 표시 장치는 광학 소자를 개재하여 제 2 표시 장치와 중첩되지 않는 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자를 더 가지고, 제 1 광의 색과, 제 2 광의 색과, 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색은 각각 다른 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 광학 소자는 제 3 입력부 회절 소자와, 제 3 출력부 회절 소자를 더 가지고, 제 3 입력부 회절 소자는 제 3 광을 제 1 도광판에 입사시키는 기능을 가지고, 제 3 출력부 회절 소자는 제 1 도광판에 입사한 제 3 광을 제 1 도광판 외부로 사출하는 기능을 가지고, 제 1 도광판으로부터 사출된 제 1 광 및 제 3 광과, 제 2 도광판으로부터 사출된 제 2 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자, 및 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인 것이 바람직하다.
또는 상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이고, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인 것이 바람직하다.
상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자, 제 2 발광 소자, 및 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인 것이 바람직하다.
상기 전자 기기에서, 제 1 표시 장치는 제 4 발광 소자를 더 가지고, 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자를 더 가지고, 제 1 광의 색과, 제 2 광의 색과, 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색과, 제 4 발광 소자로부터 방출되는 제 4 광의 색은 각각 다른 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 광학 소자로부터 사출된 제 1 광과, 제 2 광과, 제 3 광과, 제 4 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고, 제 4 발광 소자는 황색광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
상기 전자 기기에서, 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자와, 제 4 발광 소자를 더 가지고, 제 1 광의 색과, 제 2 광의 색과, 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색과, 제 4 발광 소자로부터 방출되는 제 4 광의 색은 각각 다른 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 광학 소자로부터 사출된 제 1 광과, 제 2 광과, 제 3 광과, 제 4 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기에서, 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고, 제 4 발광 소자는 백색광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
또한 상기 전자 기기가 가지는 복수의 발광 소자는 모두 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이어도 좋고, 상기 전자 기기가 가지는 복수의 발광 소자는 모두 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이어도 좋다.
또한 상기 전자 기기가 가지는 복수의 발광 소자 중 적어도 하나는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이고, 다른 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이어도 좋다.
또한 상기 전자 기기가 가지는 복수의 발광 소자 중 적어도 하나는 퀀텀닷(quantum dot)을 사용한 마이크로 발광 다이오드이어도 좋다.
본 발명의 일 형태에 의하여, 휘도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 정세도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 해상도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 표시 품질이 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 소비 전력이 낮은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 신뢰성이 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 본 발명의 일 형태에 의하여 색 영역이 넓은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
또한 이들 효과의 기재는 다른 효과의 존재를 방해하는 것이 아니다. 본 발명의 일 형태는 이들 효과 모두를 반드시 가질 필요는 없다. 명세서, 도면, 청구항의 기재에서 이들 이외의 효과를 추출할 수 있다.
도 1의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 1의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 1의 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 측면 개략도이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 5의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 5의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 6의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 7의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 측면 개략도이다.
도 8의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다.
도 9의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 10의 (B) 내지 (D)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 11의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 12의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 13의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 14의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 14의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 15의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 16의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 측면 개략도이다.
도 18의 (A) 내지 (E)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 19는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 20의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 24는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 25는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 26의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 28의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 29의 (A) 내지 (D)는 발광 소자의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 30의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 31의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 32는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 3의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 4의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 5의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 5의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 6의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 6의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 7의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 7의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 측면 개략도이다.
도 8의 (A) 내지 (D)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다.
도 9의 (A) 및 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 10의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 10의 (B) 내지 (D)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 11의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 11의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 12의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 12의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 13의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 사시도이다. 도 13의 (B) 및 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 14의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 14의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 15의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 15의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 16의 (A)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 상면 개략도이다. 도 16의 (B)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 단면도이다.
도 17의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 구성예를 나타낸 측면 개략도이다.
도 18의 (A) 내지 (E)는 화소의 일례를 나타낸 상면도이다.
도 19는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 20의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 21의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 22의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 23의 (A) 및 (B)는 표시 장치의 제작 방법의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 24는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 25는 표시 장치의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 26의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 27의 (A) 내지 (D)는 표시 장치의 구성예를 나타낸 도면이다.
도 28의 (A) 내지 (C)는 표시 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 29의 (A) 내지 (D)는 발광 소자의 구성예를 설명하는 도면이다.
도 30의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 31의 (A) 내지 (C)는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
도 32는 전자 기기의 일례를 나타낸 도면이다.
실시형태에 대하여 도면을 사용하여 자세히 설명한다. 다만 본 발명은 이하의 설명에 한정되지 않고, 본 발명의 취지 및 그 범위에서 벗어남이 없이 그 형태 및 자세한 사항을 다양하게 변경할 수 있다는 것은 통상의 기술자라면 용이하게 이해할 수 있다. 따라서 본 발명은 이하의 실시형태의 기재 내용에 한정하여 해석되는 것이 아니다.
또한 이하에서 설명하는 발명의 구성에서, 동일한 부분 또는 같은 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 다른 도면 간에서 공통적으로 사용하고, 그 반복적인 설명은 생략한다. 또한 같은 기능을 가지는 부분을 가리키는 경우에는, 해치 패턴을 동일하게 하고, 특별히 부호를 붙이지 않는 경우가 있다.
또한 도면에 나타낸 각 구성의 위치, 크기, 범위 등은 이해를 쉽게 하기 위하여 실제의 위치, 크기, 범위 등을 나타내지 않는 경우가 있다. 그러므로 개시(開示)된 발명은 반드시 도면에 개시된 위치, 크기, 범위 등에 한정되지 않는다.
또한 "막"이라는 용어와 "층"이라는 용어는 경우 또는 상황에 따라 서로 바꿀 수 있다. 예를 들어 "도전층"이라는 용어를 "도전막"이라는 용어로 변경할 수 있다. 또는 예를 들어 "절연막"이라는 용어를 "절연층"이라는 용어로 변경할 수 있다.
본 명세서에서 발광 다이오드란 전압을 인가하였을 때 발광하는 반도체 소자를 가리킨다. 또는 전자와 정공이 재결합할 때의 에너지의 일부가 광이 되어 외부로 방출되는 반도체 소자를 가리킨다. 또한 본 명세서에 기재된 발광 다이오드의 발광 재료는 한정되지 않고, 상기 발광 재료로서 유기 화합물(형광 재료, 인광 재료 등), 무기 화합물(화합물 반도체 재료, 퀀텀닷 재료 등) 등을 사용할 수 있다. 또한 발광 재료로서 유기 화합물을 사용하는 발광 다이오드를 유기 EL 소자라고 부르는 경우가 있다. 또한 발광 재료로서 무기 화합물을 사용하는 발광 다이오드를 무기 EL 소자라고 부르는 경우가 있다. 본 명세서에서는 유기 EL 소자 및 무기 EL 소자는 발광 다이오드에 포함된다.
(실시형태 1)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 1 내지 도 18을 사용하여 설명한다.
<<전자 기기의 구성예>>
본 발명의 일 형태는 제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가지는 전자 기기이다. 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고, 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르다. 상기 광학 소자는 제 1 도광판과 제 2 도광판을 가진다. 또한 본 명세서 등에서 도광판이란 후술하는 입력부 회절 소자로부터 입사한 광을 전반사함으로써 상기 광을 후술하는 출력부 회절 소자에 도달시키는 기능을 가지는 광학 부품을 가리킨다.
제 1 발광 소자 및 제 2 발광 소자로서 마이크로 LED를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 마이크로 LED로서는 발광 재료로서 유기 재료가 사용되는 유기 LED 및 발광 재료로서 무기 재료가 사용되는 무기 LED를 들 수 있다.
유기 LED가 사용되는 표시 장치로서는, 유리 기판 또는 반도체 기판 위에 제공된 트랜지스터 위에 발광 소자가 되는 유기 LED가 형성된 소위 모놀리식형 표시 장치를 들 수 있다.
무기 LED가 사용되는 표시 장치로서는, 화합물 반도체 기판에 제공된 무기 LED가 실장된 표시 장치를 들 수 있다. 무기 LED의 실장 방법으로서 모놀리식형 및 본딩형을 들 수 있다. 본딩형이란 따로 제작된 무기 LED 및 구동용 트랜지스터를 화소마다 물리적으로 접속함으로써 표시 장치를 형성하는 방법이다. 상기 방법은 픽 앤드 플레이스(pick-and-place) 방식이라고도 불린다.
상술한 바와 같이, 휘도가 높은 표시 장치를 얻기 위해서는 각 색(예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색)의 마이크로 LED는 동일 또는 대략 동일한 휘도로 발광하는 것이 바람직하다. 그러나 각 색의 마이크로 LED의 휘도는 발광 소자에 사용하는 재료에 의존하는 것이 알려져 있다.
또한 청색(B)의 파장 영역은 400nm 이상 490nm 미만이고, 청색(B)의 광은 상기 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 적어도 하나 가진다. 또한 녹색(G)의 파장 영역은 490nm 이상 580nm 미만이고, 녹색(G)의 광은 상기 파장 영역에 발광 스펙트럼 피크를 적어도 하나 가진다. 또한 적색(R)의 파장 영역은 580nm 이상 700nm 미만이고, 적색(R)의 광은 상기 파장 영역에 발광 스펙트럼의 피크를 적어도 하나 가진다.
예를 들어 유기 LED의 경우, 일반적으로는 적색(R) 및 녹색(G)의 발광 재료로서는 인광 재료가 사용되고, B(청색)의 발광 재료로서는 형광 재료가 사용된다. 인광 재료는 발광 효율이 높지만, 형광 재료는 인광 재료보다 발광 효율이 떨어지는 경향이 있다.
무기 LED에서는 화합물 반도체 위에 발광 소자가 형성되는 경우가 있다. 예를 들어 질화 인듐 갈륨(InGaN) 기판 위에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 형성한 경우, 파장이 길어짐에 따라 외부 양자 효율이 급격히 저하되는 것이 알려져 있다. 그러므로 파장이 긴 적색(R)의 발광 소자에서 휘도를 높이기 위해서는 적색(R)의 발광 소자를 녹색(G) 및 청색(B)의 발광 소자와 다른 화합물 반도체 기판(예를 들어 비소화 갈륨(GaAs) 기판) 위에 형성한다.
그래서 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 발광색이 다른 발광 소자를 2개의 표시 장치로 나누어 제공하고, 상기 2개의 표시 장치로부터 방출되는 광을 광학적으로 합성함으로써 화상을 생성한다. 예를 들어 하나의 화소가 3개의 부화소로 구성되는 경우, 본딩형으로는 3개의 부화소를 2개의 표시 장치로 나누어 제공하는 구성으로 할 수 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 3개의 부화소를 하나의 표시 장치에 제공하는 구성에 비하여, 하나의 표시 장치에서의 화소 하나당 점유 면적을 작게 할 수 있다. 따라서 고해상도의 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 본딩형을 이용하여 부화소를 2개의 표시 장치로 나누어 제공하는 구성에서는 화소 하나당 점유 면적을 작게 하면서 부화소의 개수를 늘릴 수 있다. 따라서 해상도가 높으며 색 재현성이 높은 전자 기기를 실현할 수 있다. 또한 모놀리식형으로는 한쪽 표시 장치가 가지는 기판 위에 발광 효율이 낮은 마이크로 LED(예를 들어 적색의 LED)를 제작하고, 다른 쪽 표시 장치가 가지는 기판 위에 발광 효율이 높은 마이크로 LED(예를 들어 녹색 LED 및 청색 LED)를 제작함으로써, 휘도 및 정세도가 높은 전자 기기를 실현할 수 있다.
이하에서는 더 구체적인 예에 대하여 설명한다.
<구성예 1>
도 1의 (A)는 본 발명의 일 형태의 전자 기기인 전자 기기(10)의 구성예를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 1의 (A)에 나타낸 z축은 사용자(도시하지 않았음)의 상하 방향(발에서 머리로의 방향)과 평행하고, 도 1의 (A)에 나타낸 y축은 사용자의 좌우 방향과 평행하고, 도 1의 (A)에 나타낸 x축은 사용자의 전후 방향과 평행하다. 전자 기기(10)는 한 쌍의 표시 장치(표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L))와, 하우징(12)과, 한 쌍의 광학 소자(광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L))와, 한 쌍의 장착부(14)를 가진다. 또한 도 1의 (A)에는 표시 장치(11R)로 표시한 화상이 투영되는 표시 영역(15R), 및 표시 장치(11L)로 표시한 화상이 투영되는 표시 영역(15L)을 도시하였다. 또한 본 명세서 등에 기재되는 "사용자"는 본 발명의 일 형태의 전자 기기를 착용한 사람이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 본 명세서에 따른 도면 등에서 x축, y축, 및 z축을 나타내는 화살표를 붙이는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서, x축을 따르는 방향을 x축 방향이라고 부르는 경우가 있다. 또한 명시하는 경우를 제외하여 순방향과 역방향을 구별하지 않는 경우가 있다. 마찬가지로 y축을 따르는 방향을 y축 방향이라고 부르는 경우가 있다. 또한 z축을 따르는 방향을 z축 방향이라고 부르는 경우가 있다. 또한 x축, y축, 및 z축은 각각 서로 직교한다. 바꿔 말하면 x축 방향, y축 방향, 및 z축 방향은 각각 서로 직교하는 방향이다.
또한 본 명세서 등에서는 한 쌍의 요소 중 오른쪽 눈 측의 요소를 나타내는 부호에는 "R"를 붙였다. 또한 한 쌍의 요소 중 왼쪽 눈 측의 요소를 나타내는 부호에는 "L"을 붙였다. 예를 들어 표시 장치(11R)는 오른쪽 눈 측의 표시 장치이고, 표시 장치(11L)는 왼쪽 눈 측의 표시 장치이다.
또한 본 명세서 등에서는 한 쌍의 요소 중 "R" 또는 "L"을 붙이지 않는 부호가 사용되어 본 발명이 설명되는 경우, 상기 요소는 한 쌍의 요소 중 한쪽 또는 양쪽을 가리킨다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 표시 장치(11)라고 표기되어 본 발명이 설명되는 경우, 상기 표시 장치(11)는 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L) 중 한쪽 또는 양쪽을 가리킨다. 바꿔 말하면 본 명세서 등에 기재되는 표시 장치(11)는 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L) 중 한쪽 또는 양쪽이라고 할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서는 한 쌍의 요소 중 한쪽을 사용하여 본 발명이 설명되는 경우, 상기 한 쌍의 요소 중 한쪽은 한 쌍의 요소 중 다른 쪽이라고 바꿔 말할 수 있는 경우가 있다. 본 명세서 등에서, 예를 들어 표시 장치(11L)가 사용되어 본 발명이 설명되는 경우, 표시 장치(11L)를 표시 장치(11R)라고 바꿔 말할 수 있다. 또한 예를 들어 표시 장치(11L) 및 광학 소자(13L)가 사용되어 본 발명이 설명되는 경우, 표시 장치(11L)를 표시 장치(11R)라고 바꿔 말하고, 광학 소자(13L)를 광학 소자(13R)라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 도 1의 (A)에는 2개의 표시 영역(표시 영역(15R) 및 표시 영역(15L))이 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전자 기기(10)가 가지는 표시 영역은 하나이어도 좋다. 이때 전자 기기(10)는 표시 장치(11R)와, 하우징(12)과, 광학 소자(13R)와, 한 쌍의 장착부(14)를 가진다. 또는 전자 기기(10)는 표시 장치(11L)와, 하우징(12)과, 광학 소자(13L)와, 한 쌍의 장착부(14)를 가진다.
또한 도 1의 (A)에는 전자 기기(10)가 한 쌍의 광학 소자(광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L))를 가지는 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 전자 기기(10)가 가지는 광학 소자의 개수는 하나이어도 좋고 3개 이상이어도 좋다. 예를 들어 하나의 광학 소자가 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)를 겸하여도 좋다.
전자 기기(10)는 표시 장치(11)로 표시한 화상을 광학 소자(13)의 표시 영역(15)에 투영할 수 있다. 또한 광학 소자(13)는 투광성을 가지기 때문에, 전자 기기(10)의 사용자는 광학 소자(13)를 통하여 시인되는 투과상에 겹쳐 표시 영역(15)에 투영된 화상을 볼 수 있다. 전자 기기(10)는 예를 들어 AR용 기기로서 사용할 수 있다.
도 1의 (A)에 도시하지 않았지만, 하우징(12)에는 적외광원과, 적외선 카메라 등의 적외광 검출부와, 자이로 센서 등의 가속도 센서와, 처리부가 제공되어도 좋다. 이때 전자 기기(10)는 상기 적외광원 및 상기 적외광 검출부를 사용하여 장애물 또는 추적물에서 전자 기기(10)까지의 거리를 측정하는 기능을 가진다. 또한 전자 기기(10)는 상기 가속도 센서를 사용하여 사용자의 머리의 방향을 검지하는 기능을 가진다. 또한 전자 기기(10)는 상기 처리부를 사용하여 측정한 거리와, 검지한 사용자의 머리의 방향을 포함하는 정보에 기초하여 자기 위치 추정 및 환경 지도 작성을 동시에 수행하는 기능을 가진다. 이들 기능을 가짐으로써, 전자 기기(10)는 현실 공간의 특정 좌표에 영상을 겹친 표시(소위 AR 표시)를 수행할 수 있다. 또한 자기 위치 추정 및 환경 지도 작성을 동시에 수행하는 기술은 SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)이라고 불린다.
또한 도 1의 (A)에 도시하지 않았지만, 하우징(12)에는 무선 수신기 또는 케이블을 접속할 수 있는 커넥터가 제공되고, 하우징(12)에 영상 신호 등을 공급할 수 있다. 또한 하우징(12)에는 앞쪽을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어도 좋다. 또한 하우징(12)에 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써 사용자의 머리의 방향을 검지하고 그 방향에 따른 화상을 표시 영역(15)에 표시할 수도 있다. 또한 하우징(12)에는 스피커 또는 이어폰이 제공되어도 좋다. 또한 하우징(12)에 제공되는 이어폰은 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가져도 좋다.
또한 도 1의 (A)에 도시하지 않았지만, 하우징(12)에는 배터리가 제공되어 있는 것이 바람직하고, 무선 또는 유선에 의하여 충전할 수 있다. 또한 하우징(12)에는 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속할 수 있는 커넥터가 제공되어도 좋다.
또한 도 1의 (A)에 도시하지 않았지만, 하우징(12)에는 적외광원 및 적외광 검출부(예를 들어 적외선 카메라)가 제공되어도 좋다. 전자 기기(10)는 적외광원으로부터 방출되어 사용자의 안구에서 반사된 적외광을 적외광 검출부로 검출하고 화상 해석을 수행함으로써 사용자의 시선의 방향을 특정하는 기능을 가져도 좋다. 즉 전자 기기(10)는 시선 추적을 수행하는 기능을 가져도 좋다. 또한 하우징(12)에는 사용자의 눈 및 그 주변을 촬상하는 카메라가 제공되어도 좋다. 상기 카메라는 사용자의 안구 또는 눈꺼풀의 움직임의 정보를 입력 수단으로서 사용할 수 있다. 또한 전자 기기(10)는 상기 카메라로 촬영된 사용자의 눈 및 그 주변의 화상을 해석함으로써 사용자의 시선의 방향을 특정하는 기능을 가져도 좋다.
이어서 전자 기기(10)의 표시 영역(15)에 대한 화상 투영 방법에 대하여, 도 1의 (B) 및 (C)를 사용하여 설명한다. 도 1의 (B)는 사용자의 위쪽에서 본 전자 기기(10)의 상면 개략도이고, 도 1의 (C)는 사용자의 왼쪽 측에서 본 전자 기기(10)의 측면 개략도이다. 또한 도 1의 (C)에서는, 도면의 명료화를 위하여 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 요소만 도시하였다.
하우징(12)에는 표시 장치(11R), 표시 장치(11L), 광학 소자(13R), 및 광학 소자(13L)가 제공되어 있다. 표시 장치(11R)와 표시 장치(11L)는 도 1의 (B)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2(도면의 좌우 방향을 분할하는 중심선)를 대칭축으로 하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다.
표시 장치(11R)는 표시 장치(11aR)와 표시 장치(11bR)를 가진다. 광학 소자(13R)는 표시 장치(11aR)와 표시 장치(11bR) 사이에 제공된다. 표시 장치(11bR)는 사용자 측(착용자의 머리 측)에 배치된다. 마찬가지로, 표시 장치(11L)는 표시 장치(11aL)와 표시 장치(11bL)를 가진다. 광학 소자(13L)는 표시 장치(11aL)와 표시 장치(11bL) 사이에 제공된다. 표시 장치(11bL)는 사용자 측에 배치된다.
또한 표시 장치(11aR)는 상술한 제 1 표시 장치에 대응하고, 표시 장치(11bR)는 상술한 제 2 표시 장치에 대응한다. 또한 표시 장치(11aL)는 상술한 제 1 표시 장치에 대응하고, 표시 장치(11bL)는 상술한 제 2 표시 장치에 대응한다.
도 1의 (B) 및 (C)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되는 영역을 가진다. 마찬가지로, 표시 장치(11aR)는 광학 소자(13R)를 개재하여 표시 장치(11bR)와 중첩되는 영역을 가진다. 또한 도 1의 (C)에 나타낸 바와 같이, 사용자의 측면에서 보았을 때, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)는 표시 영역(15L)과 같거나 대략 같은 높이에 위치한다. 마찬가지로, 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)는 표시 영역(15R)과 같거나 대략 같은 높이에 위치한다.
표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11aL)는 각각 제 1 발광 소자를 가지고, 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)는 각각 제 2 발광 소자를 가진다. 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다른 것이 바람직하다.
또한 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)는 각각 제 3 발광 소자를 더 가지는 것이 바람직하다. 또한 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색은 상술한 제 1 광의 색 및 상술한 제 2 광의 색 각각과 다른 것이 바람직하다.
여기서 표시 영역(15L)에 대한 화상의 투영 방법에 대하여 설명한다. 또한 도면에는 광의 경로(광로)를 점선 화살표, 파선 화살표, 또는 일점쇄선 화살표로 나타내는 경우가 있다. 도면에 나타낸 점선 화살표, 파선 화살표, 또는 일점쇄선 화살표는 본 발명의 설명을 용이하게 하기 위하여 모식적으로 도시한 것이고, 반드시 실제의 광로를 나타내는 것은 아니다.
표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL) 각각으로부터 방출된 광은 광학 소자(13L)에 입사한다. 광학 소자(13L)의 내부에서, 상기 광은 광학 소자(13L)의 단부면에서 전반사를 반복하고 표시 영역(15L)에 도달한다. 표시 영역(15L)에 도달한 상기 광이 광학 소자(13L) 외부로 추출됨으로써, 사용자는 표시 장치(11aL)로부터 방출된 광과 표시 장치(11bL)로부터 방출된 광이 합성된 광(31L) 및 광학 소자(13L)를 투과한 광(32) 양쪽을 시인할 수 있다. 또한 표시 영역(15R)에 대한 화상의 투영 방법의 설명은, 표시 영역(15L)에 대한 화상의 투영 방법의 설명과 같기 때문에 생략한다. 여기서 도 1의 (B)에 나타낸 광(31R)은 표시 장치(11aR)로부터 방출된 광과 표시 장치(11bR)로부터 방출된 광이 합성된 광이다.
광학 소자(13)에 대한 광의 입사 또는 광학 소자(13)로부터의 광의 추출에는 회절 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 회절 소자로서는 투과형 및 반사형이 있다. 또한 회절 소자로서는 회절 격자, 홀로그래픽 광학 소자, 또는 하프 미러 등을 들 수 있다. 회절 격자로서는 투과형 회절 격자 및 반사형 회절 격자가 있다. 또한 홀로그래픽 광학 소자에 의하여 표시되는 홀로그램으로서는 엠보스형(릴리프형이라고도 함) 홀로그램, 체적형 홀로그램 등이 있다. 또한 체적형 홀로그램에는 투과형 및 반사형이 있다.
본 발명에서, 회절 소자로서는 회절 격자 또는 홀로그래픽 광학 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 회절 격자 또는 홀로그래픽 광학 소자를 사용함으로써 광학 소자(13)를 박막화할 수 있다. 따라서 전자 기기(10)를 소형화할 수 있다. 또한 회절 소자로서는 회절 격자를 사용하는 것이 더 바람직하다. 회절 격자는 예를 들어 나노임프린트를 사용하여 제작할 수 있다. 따라서 홀로그래픽 광학 소자를 사용하는 경우에 비하여 전자 기기(10)의 제조 비용을 억제할 수 있다.
이어서 전자 기기(10)의 구성의 자세한 사항 및 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대하여, 도 2의 (A) 및 (B), 도 3의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
[구성예 1-1]
도 2의 (A)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는 왼쪽 눈 측에 표시 장치(11aL)와, 표시 장치(11bL)와, 광학 소자(13L)를 가진다. 광학 소자(13L)는 표시 장치(11aL)와 표시 장치(11bL) 사이에 제공된다. 표시 장치(11bL)는 사용자 측에 배치된다.
도 2의 (A)에 나타낸 표시 장치(11aL)는 광(31aL)을 방출한다. 또한 표시 장치(11aL)가 방출하는 광의 색은 1색에 한정되지 않고, 2색 이상이어도 좋다.
또한 도 2의 (A)에 나타낸 표시 장치(11bL)는 광(31b1L) 및 광(31b2L)을 방출한다. 여기서 광(31b1L)의 색과 광(31b2L)의 색은 다르다. 또한 표시 장치(11bL)가 방출하는 광의 색은 2색에 한정되지 않고, 1색이어도 좋고 3색 이상이어도 좋다.
광학 소자(13L)는 2개의 도광판(도광판(23aL) 및 도광판(23bL))을 가진다. 도광판(23aL)은 표시 장치(11aL)와 도광판(23bL) 사이에 배치된다. 또한 도광판(23bL)은 표시 장치(11bL)와 도광판(23aL) 사이에 배치된다. 또한 광학 소자(13L)가 가지는 도광판의 개수는 하나이어도 좋고 3개 이상이어도 좋다. 또한 도광판(23aL)과, 광학 소자(13R)가 가지는 2개의 도광판 중 한쪽을 하나의 도광판이 겸하여도 좋다. 또한 도광판(23bL)과, 광학 소자(13R)가 가지는 2개의 도광판 중 다른 쪽을 하나의 도광판이 겸하여도 좋다.
또한 도광판(23aL)은 상술한 제 1 도광판에 대응하고, 도광판(23bL)은 상술한 제 2 도광판에 대응한다.
광학 소자(13L)는 스페이서(27)를 가진다. 스페이서(27)는 도광판(23aL)과 도광판(23bL) 사이에 제공되어 있다. 도광판(23aL)과 도광판(23bL) 사이에 스페이서(27)를 제공함으로써, 도광판(23aL)의 표면 및 도광판(23bL)의 표면에는 공기층이 제공된다. 상기 공기층에 의하여, 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사하는 광을 전반사할 수 있다. 또한 도 2의 (A)에서는 도광판(23aL)과 도광판(23bL) 사이에 스페이서(27)를 2개 제공하는 구성을 나타내었지만, 이에 한정되지 않고, 하나이어도 좋고 3개 이상이어도 좋다.
또한 광학 소자(13L)는 스페이서(27) 대신에 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사하는 광이 전반사하는 조건을 만족시키는 저굴절률층을 가져도 좋다. 이때 상기 저굴절률층은 도광판(23aL)과 도광판(23bL) 사이에 제공된다.
광학 소자(13L)는 3개의 입력부 회절 소자(입력부 회절 소자(22aL), 입력부 회절 소자(22b1L), 및 입력부 회절 소자(22b2L))와 3개의 출력부 회절 소자(출력부 회절 소자(24aL), 출력부 회절 소자(24b1L), 및 출력부 회절 소자(24b2L))를 가진다. 또한 입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자 각각의 개수는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)로부터 방출되는 광의 색의 수에 맞추어 적절히 조정하는 것이 좋다. 예를 들어 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)로부터 방출되는 광의 색의 수가 2개인 경우, 광학 소자(13L)는 2개의 입력부 회절 소자와 2개의 출력부 회절 소자를 가지는 것이 좋다.
입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자의 배치에 따라서는 입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자는 스페이서(27)로서 기능할 수 있다. 예를 들어 도광판(23aL)과 도광판(23bL) 사이에 제공되는 입력부 회절 소자 및/또는 출력부 회절 소자는 스페이서(27)로서 기능할 수 있다. 이때 스페이서(27)는 제공하지 않아도 된다.
또한 입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자는 도광판에 직접 형성되어도 좋고, 도광판과 별도로 형성하고 도광판에 접합하여도 좋다.
입력부 회절 소자(22aL)는 광(31aL)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사시키는 기능을 가진다. 입력부 회절 소자(22b1L)는 광(31b1L)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사시키는 기능을 가진다. 입력부 회절 소자(22b2L)는 광(31b2L)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사시키는 기능을 가진다.
출력부 회절 소자(24aL)는 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사한 광(31aL)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL) 외부로 사출하는 기능을 가진다. 출력부 회절 소자(24b1L)는 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사한 광(31b1L)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL) 외부로 사출하는 기능을 가진다. 출력부 회절 소자(24b2L)는 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL)에 입사한 광(31b2L)을 도광판(23aL) 또는 도광판(23bL) 외부로 사출하는 기능을 가진다.
도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)에서, 입력부 회절 소자(22aL) 및 출력부 회절 소자(24aL)는 도광판(23aL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공되어 있다. 입력부 회절 소자(22b1L) 및 출력부 회절 소자(24b1L)는 도광판(23bL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공된다. 입력부 회절 소자(22b2L) 및 출력부 회절 소자(24b2L)는 도광판(23aL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되어 있다.
도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)에서, 입력부 회절 소자(22b1L) 및 입력부 회절 소자(22b2L)는 스페이서(27)로서의 기능을 가져도 좋다. 또한 출력부 회절 소자(24b1L) 및 출력부 회절 소자(24b2L)는 스페이서(27)로서의 기능을 가져도 좋다. 이때 스페이서(27)는 제공하지 않아도 된다.
다음으로 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)에서, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)로부터 방출되는 광의 경로에 대하여 설명한다.
표시 장치(11aL)로부터 방출된 광(31aL)은 입력부 회절 소자(22aL)에 의하여 도광판(23aL)에 입사한다. 도광판(23aL)의 내부에서 광(31aL)은 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한 광(31aL)은 출력부 회절 소자(24aL)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다. 도 2의 (A)에 나타낸 구성에서, 입력부 회절 소자(22aL)는 투과형 회절 소자이고, 출력부 회절 소자(24aL)는 반사형 회절 소자이다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31b1L)은 입력부 회절 소자(22b1L)에 의하여 도광판(23bL)에 입사한다. 도광판(23bL)의 내부에서 광(31b1L)은 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24b1L)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24b1L)에 도달한 광(31b1L)은 출력부 회절 소자(24b1L)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다. 도 2의 (A)에 나타낸 구성에서, 입력부 회절 소자(22b1L) 및 출력부 회절 소자(24b1L)는 반사형 회절 소자이다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31b2L)은 입력부 회절 소자(22b2L)에 의하여 도광판(23aL)에 입사한다. 도광판(23aL)의 내부에서 광(31b2L)은 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한 광(31b2L)은 출력부 회절 소자(24b2L)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다. 도 2의 (A)에 나타낸 구성에서, 입력부 회절 소자(22b2L) 및 출력부 회절 소자(24b2L)는 투과형 회절 소자이다.
상술한 바와 같이, 사용자는 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L)이 합성된 광(31L)과, 광학 소자(13L)를 투과한 광(32) 모두를 시인할 수 있다. 또한 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과, 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L)이 합성됨으로써 화상이 형성되기 때문에, 광(31L)은 화상이라고 바꿔 말할 수 있다.
또한 입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자의 각각의 형식(투과형 또는 반사형) 그리고 입력부 회절 소자 및 출력부 회절 소자 각각의 배치는 상기에 한정되지 않고, 입력부 회절 소자와 출력부 회절 소자 사이의 거리, 도광판(23aL) 및 도광판(23bL)의 두께 등에 따라 적절히 선택하는 것이 좋다.
여기서 광(31aL)과, 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 얼라인먼트를 수행함으로써 적절한 화상이 얻어진다. 상기 얼라인먼트는 표시 장치(11aL) 및 도광판(23aL)에 제공된 얼라인먼트 마크 그리고 표시 장치(11bL) 및 도광판(23bL)에 제공된 얼라인먼트 마크를 바탕으로 수행하여도 좋다. 또는 표시 장치(11aL), 표시 장치(11bL), 도광판(23aL), 및 도광판(23bL)의 얼라인먼트는, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)의 각각에서 표시한 얼라인먼트 마크 화상을 광학 소자(13L)를 사용하여 합성하고, 합성된 화상을 확인하면서 수행하여도 좋다.
또한 표시 장치(11aL)와 도광판(23aL) 사이에 렌즈(21aL)를 제공하여도 좋다. 마찬가지로, 표시 장치(11bL)와 도광판(23bL) 사이에 렌즈(21bL)를 제공하여도 좋다. 렌즈(21aL) 및 렌즈(21bL)로서 콜리메이트 렌즈 또는 마이크로 렌즈 어레이 등을 사용할 수 있다. 렌즈(21aL) 및 렌즈(21bL)는 각각 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)에 직접 형성되어도 좋다. 또는 렌즈(21aL) 및 렌즈(21bL)는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)와 별도로 형성하고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)에 각각 접합하여도 좋다.
여기서 하우징(12)(도 2의 (A)에는 도시하지 않았음)은 렌즈(21aL)와 표시 장치(11aL)의 거리, 렌즈(21bL)와 표시 장치(11bL)의 거리, 또는 이들의 각도를 조정하는 기구를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 초점 조정, 화상의 확대, 축소 등을 수행할 수 있다. 예를 들어 렌즈(21aL) 및 표시 장치(11aL) 중 한쪽 또는 양쪽 그리고 렌즈(21bL) 및 표시 장치(11bL) 중 한쪽 또는 양쪽이 광축 방향으로 이동할 수 있는 구성으로 하면 좋다.
이상이 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 설명이다. 상술한 바와 같이, 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 도 1의 (B)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2(도면의 좌우 방향을 분할하는 중심선)를 대칭축으로 하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 즉 도 1의 (B)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2를 대칭축으로 하여 반전시킨 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성은 전자 기기(10)의 오른쪽 눈 측의 구성이 된다. 따라서 오른쪽 눈 측의 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대해서는, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 설명을 참조할 수 있다.
또한 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영하기 위한, 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성은 도 2의 (A)에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성은 도 2의 (B)에 나타낸 구성, 도 3의 (A)에 나타낸 구성, 또는 도 3의 (B)에 나타낸 구성이어도 좋다.
[구성예 1-2]
도 2의 (B)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 2의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 입력부 회절 소자(22b2L) 및 출력부 회절 소자(24b2L)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되어 있는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31aL) 및 광(31b1L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에, 설명을 생략한다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31b2L)은 입력부 회절 소자(22b2L)에 의하여 도광판(23bL)에 입사한다. 도광판(23bL)의 내부에서, 광(31b2L)은 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한 광(31b2L)은 출력부 회절 소자(24b2L)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다. 도 2의 (B)에 나타낸 구성에서도, 입력부 회절 소자(22aL) 및 출력부 회절 소자(24aL)는 투과형 회절 소자이다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
[구성예 1-3]
도 3의 (A)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 3의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL)가 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 구체적으로는 도 3의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)에서는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 사이에 두고 사용자와 대향하는 측에 배치되고, 도광판(23aL)이 사용자 측에 배치되고, 도광판(23bL)이 표시 장치(11bL)와 도광판(23aL) 사이에 배치되어 있다.
또한 도 3의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 출력부 회절 소자(24aL)가 도광판(23aL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되고, 출력부 회절 소자(24b1L)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되고, 출력부 회절 소자(24b2L)가 도광판(23aL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공되어 있는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 도 3의 (A)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 및 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
[구성예 1-4]
도 3의 (B)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 3의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 입력부 회절 소자(22b2L)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되고, 출력부 회절 소자(24b2L)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공되어 있는 점에서 도 3의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 도 3의 (B)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 및 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 1의 (B) 등에서는 표시 장치(11R)가 사용자의 오른쪽 눈의 눈초리 측에 배치되고, 표시 장치(11L)가 사용자의 왼쪽 눈의 눈초리 측에 배치되는 예를 나타내었지만, 표시 장치(11R)는 사용자의 오른쪽 눈의 눈구석 측에 배치되어도 좋고, 표시 장치(11L)는 사용자의 왼쪽 눈의 눈구석 측에 배치되어도 좋다.
전자 기기(10)에서는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 사이에 두고 대향하도록 배치되어 있다. 이때 표시 장치(11aL)에 표시되는 화상과, 표시 장치(11bL)에 표시되는 화상은 좌우(수평) 반전된 관계에 있는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(11aL)에 표시되는 화상과 표시 장치(11bL)에 표시되는 화상을 합성함으로써, 풀 컬러의 화상을 생성할 수 있고, 상기 풀 컬러의 화상을 표시 영역(15L)에 투영할 수 있다.
[구성예 1-5]
상술한 바와 같이, 표시 장치(11aL)가 방출하는 광의 색은 1색에 한정되지 않고, 2색 이상이어도 좋다. 도 4의 (A)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 4의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는, 표시 장치(11aL)가 광(31aL) 및 광(31cL)을 방출하는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다. 또한 광(31cL)은 제 1 발광 소자와 다른 발광 소자로부터 방출된다. 즉 표시 장치(11aL)는 광(31cL)을 방출하는 제 4 발광 소자를 더 가진다. 또한 도 4의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는 입력부 회절 소자(22cL) 및 출력부 회절 소자(24cL)를 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다. 도 4의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 입력부 회절 소자(22cL) 및 출력부 회절 소자(24cL)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되어 있는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31cL)의 색은 광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L) 각각의 색과 다르다. 광(31aL)의 색이 적색이고, 광(31b1L)의 색이 녹색 및 청색 중 한쪽이고, 광(31b2L)의 색이 녹색 및 청색 중 다른 쪽인 경우, 광(31cL)의 색은 예를 들어 황색인 것이 좋다. 또한 광(31cL)의 색은 황색에 한정되지 않고, 시안, 마젠타, 백색 등 중 어느 하나이어도 좋다.
입력부 회절 소자(22cL)는 반사형으로 하고, 출력부 회절 소자(24cL)는 투과형으로 한다. 또한 도 4의 (A)에 나타낸 다른 3개의 입력부 회절 소자 및 다른 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
표시 장치(11aL)로부터 방출된 광(31cL)은 입력부 회절 소자(22cL)에 의하여 도광판(23bL)에 입사한다. 도광판(23bL)의 내부에서, 광(31cL)은 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 출력부 회절 소자(24cL)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24cL)에 도달한 광(31cL)은 출력부 회절 소자(24cL)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
이상으로부터, 사용자는 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과, 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L) 및 광(31cL)이 합성된 광(31L), 그리고 광학 소자(13L)를 투과한 광(32)을 모두 시인할 수 있다. 또한 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과, 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L) 및 광(31cL)이 합성됨으로써 화상이 형성되기 때문에, 광(31L)은 화상이라고 바꿔 말할 수 있다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
상기 구성으로 함으로써, 색 영역이 넓은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
[구성예 1-6]
상술한 바와 같이, 표시 장치(11bL)가 방출하는 광의 색은 2색에 한정되지 않고, 1색이어도 좋고 3색 이상이어도 좋다. 도 4의 (B)는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 4의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)는 표시 장치(11bL)가 광(31b1L), 광(31b2L), 및 광(31dL)을 방출하는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다. 또한 광(31dL)은 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자와 다른 발광 소자로부터 방출된다. 즉 표시 장치(11aL)는 광(31dL)을 방출하는 제 4 발광 소자를 더 가진다. 또한 도 4의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)는 입력부 회절 소자(22dL) 및 출력부 회절 소자(24dL)를 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다. 도 4의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)는, 왼쪽 눈 측에서 입력부 회절 소자(22dL) 및 출력부 회절 소자(24dL)가 도광판(23bL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되어 있는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31dL)의 색은 광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L) 각각의 색과 다르다. 광(31aL)의 색이 적색이고, 광(31b1L)의 색이 녹색 및 청색 중 한쪽이고, 광(31b2L)의 색이 녹색 및 청색 중 다른 쪽인 경우, 광(31dL)의 색은 예를 들어 백색인 것이 좋다. 또한 광(31dL)의 색은 백색에 한정되지 않고, 시안, 마젠타, 황색 등 중 어느 하나이어도 좋다.
입력부 회절 소자(22dL) 및 출력부 회절 소자(24cL)는 각각 투과형으로 한다. 또한 도 4의 (B)에 나타낸 다른 3개의 입력부 회절 소자 및 다른 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31dL)은 입력부 회절 소자(22dL)에 의하여 도광판(23bL)에 입사한다. 도광판(23bL)의 내부에서 광(31dL)은 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 출력부 회절 소자(24dL)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24dL)에 도달한 광(31dL)은 출력부 회절 소자(24dL)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
이상으로부터, 사용자는 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과, 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L) 및 광(31dL)이 합성된 광(31L), 그리고 광학 소자(13L)를 투과한 광(32)을 모두 시인할 수 있다. 또한 도광판(23aL)으로부터 사출된 광(31aL) 및 광(31b2L)과, 도광판(23bL)으로부터 사출된 광(31b1L) 및 광(31dL)이 합성됨으로써 화상이 형성되기 때문에, 광(31L)은 화상이라고 바꿔 말할 수 있다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
상기 구성으로 함으로써, 색 영역이 넓은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
<구성예 2>
도 2의 (A) 및 (B), 도 3의 (A) 및 (B)에서는 사용자의 측면에서 보았을 때, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 표시 영역과 같거나 대략 같은 높이에 위치하는 것으로 하여 설명하였지만, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL) 중 한쪽 또는 양쪽의 높이는 표시 영역의 높이와 달라도 좋다. 여기서는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)의 높이 중 한쪽 또는 양쪽과, 표시 영역의 높이가 다른 전자 기기에 대하여 도 5 및 도 6을 사용하여 설명한다.
[구성예 2-1]
도 5의 (A)는 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 5의 (A)에 나타낸 z축은 사용자(도시하지 않았음)의 상하 방향(발에서 머리로의 방향)과 평행하고, 도 5의 (A)에 나타낸 y축은 사용자의 좌우 방향과 평행하고, 도 5의 (A)에 나타낸 x축은 사용자의 전후 방향과 평행하다. 또한 도 5의 (A)의 사시도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부의 요소를 생략하였다.
도 5의 (B)는 사용자의 왼쪽에서 보았을 때의, 도 5의 (A)에 나타낸 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 5의 (B)는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 포함하는 xz 평면에 상당한다. 도 5의 (C)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 5의 (C)는 표시 영역(15L)(도시하지 않았음)을 포함하는 xy 평면에 상당한다.
도 5의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)의 높이가 표시 영역(15L)의 높이보다 낮은 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 이때, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되는 영역을 가진다. 또한 도 5의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는 회절 소자(25aL), 회절 소자(25b1L), 및 회절 소자(25b2L)를 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다. 구체적으로는, 회절 소자(25aL)는 도광판(23aL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공되고, 회절 소자(25b1L)는 도광판(23bL)의 표시 장치(11aL) 측의 면에 제공되고, 회절 소자(25b2L)는 도광판(23aL)의 표시 장치(11bL) 측의 면에 제공되어 있다.
여기서, 회절 소자(25aL), 회절 소자(25b1L), 및 회절 소자(25b2L)는 반사형 으로 한다. 또한 도 5의 (B)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다. 또한 도 5의 (C)에 나타낸 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
표시 장치(11aL)로부터 방출된 광(31aL)은 입력부 회절 소자(22aL)에 의하여 도광판(23aL)에 입사한다. 도광판(23aL)의 내부에서, 광(31aL)은 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 z축 방향으로 진행됨으로써 회절 소자(25aL)에 도달한다. 회절 소자(25aL)에 도달한 광(31aL)의 진행 방향은 회절 소자(25aL)에 의하여 y축 방향으로 바뀌고, 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한 광(31aL)은 출력부 회절 소자(24aL)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31b1L)은 입력부 회절 소자(22b1L)에 의하여 도광판(23bL)에 입사한다. 도광판(23bL)의 내부에서, 광(31b1L)은 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 z축 방향으로 진행됨으로써 회절 소자(25b1L)에 도달한다. 회절 소자(25b1L)에 도달한 광(31b1L)의 진행 방향은 회절 소자(25b1L)에 의하여 y축 방향으로 바뀌고, 도광판(23bL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24b1L)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24b1L)에 도달한 광(31b1L)은 출력부 회절 소자(24b1L)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
표시 장치(11bL)로부터 방출된 광(31b2L)은 입력부 회절 소자(22b2L)에 의하여 도광판(23aL)에 입사한다. 도광판(23aL)의 내부에서, 광(31b2L)은 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 z축 방향으로 진행됨으로써 회절 소자(25b2L)에 도달한다. 회절 소자(25b2L)에 도달한 광(31b2L)의 진행 방향은 회절 소자(25b2L)에 의하여 y축 방향으로 바뀌고, 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달한 광(31b2L)은 출력부 회절 소자(24b2L)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
[구성예 2-2]
도 6의 (A)는 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 사시도이다. 도 6의 (A)에 나타낸 z축은 사용자(도시하지 않았음)의 상하 방향(발에서 머리로의 방향)과 평행하고, 도 6의 (A)에 나타낸 y축은 사용자의 좌우 방향과 평행하고, 도 6의 (A)에 나타낸 x축은 사용자의 전후 방향과 평행하다. 또한 도 6의 (A)의 사시도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부의 요소를 생략하였다.
도 6의 (B)는 사용자의 완쪽에서 보았을 때의, 도 6의 (A)에 나타낸 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 6의 (B)는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 포함하는 xz 평면에 상당한다. 도 6의 (C)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10A)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 6의 (C)는 표시 장치(11bL) 및 표시 영역(15L)(도시하지 않았음)을 포함하는 xy 평면에 상당한다.
도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL)의 높이가 표시 영역(15L)의 높이보다 낮은 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)에서, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되지 않는다. 또한 도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는, 회절 소자(25aL)를 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기와 다르다.
도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11bL)의 높이와 표시 영역(15L)의 높이가 같거나 대략 같은 점에서 도 5의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)와 다르다. 또한 도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)는 회절 소자(25b1L) 및 회절 소자(25b2L)를 가지지 않는 점에서 도 5의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)와 다르다.
여기서 회절 소자(25aL)는 반사형으로 한다. 또한 도 6의 (B)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다. 또한 도 5의 (C)에 나타낸 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
광(31aL)의 경로에 대해서는, 도 5의 (B) 및 (C)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에, 설명을 생략한다. 또한 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
<구성예 3>
도 1의 (A) 내지 도 6의 (B)에서는 표시 장치(11R)가 광학 소자(13R)의 오른쪽(오른쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되고, 표시 장치(11L)가 광학 소자(13L)의 왼쪽(왼쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되는 구성을 나타내었지만, 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)의 배치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)는 각각 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)의 위쪽에 배치되어도 좋다. 여기서는 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)가 각각 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)의 위쪽에 배치되는 전자 기기에 대하여, 도 7을 사용하여 설명한다.
도 7의 (A)는 전자 기기(10B)의 구성예를 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 7의 (B)는 도 7의 (A)에 일점쇄선 A1-A2로 나타낸 부분을 사용자의 오른쪽에서 보았을 때의 단면 개략도이다. 또한 도 7의 (B)에서는 도면의 명료화를 위하여 전자 기기(10B)의 왼쪽 눈 측의 요소만 도시하였다. 또한 이후의 설명을 용이하게 하기 위하여, 도 7의 (B)에서는 상기 단면 개략도를 왼쪽 방향으로 90° 회전시켰다(y축에 대하여 90° 회전시켰음).
도 7의 (A) 및 (B)에 나타낸 전자 기기(10B)는, 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)가 각각 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)의 위쪽에 배치되는 점에서 도 1의 (A) 등에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되는 영역을 가진다. 마찬가지로, 표시 장치(11aR)는 광학 소자(13R)를 개재하여 표시 장치(11bR)와 중첩되는 영역을 가진다.
또한 도 7의 (B)와 도 1의 (B)를 비교하면, 전자 기기(10B)를 구성하는 요소를 y축 방향에서 보았을 때의 배치와, 전자 기기(10)를 구성하는 요소를 z축 방향에서 보았을 때의 배치는 같은 것을 알 수 있다. 즉 사용자의 측면에서 보았을 때의 전자 기기(10B)를 구성하는 요소의 배치는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10) 또는 전자 기기(10A)를 구성하는 요소의 배치와 같다. 따라서, 전자 기기(10B)의 구성예의 자세한 사항에 대해서는, 도 2 내지 도 6을 사용하여 설명한 내용을 참조할 수 있다. 구체적으로는 도 1의 (B)에 나타낸 z축을 도 7의 (B)에 나타낸 y축으로 간주하고, 도 1의 (B)에 나타낸 y축 방향을 도 7의 (B)에 나타낸 z축 방향의 반대 방향으로 간주함으로써, 전자 기기(10B)의 구성예의 자세한 사항에 대해서는 도 2 내지 도 6을 사용하여 설명한 내용을 참조할 수 있다.
전자 기기(10B)는 도 1의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)가 가지는 한 쌍의 장착부(14) 대신에 밴드 형태의 고정구(17)를 가진다. 또한 전자 기기(10B)는 밴드 형태의 고정구(17) 대신에 한 쌍의 장착부(14)를 가져도 좋다. 또한 전자 기기(10)는 한 쌍의 장착부(14) 대신에 밴드 형태의 고정구(17)를 가져도 좋다.
도 7의 (A) 등에서는 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)가 각각 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)의 위쪽에 배치되는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L)는 각각 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)의 아래쪽에 배치되어도 좋다. 또한 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L) 중 한쪽이 광학 소자의 위쪽에 배치되고, 표시 장치(11R) 및 표시 장치(11L) 중 다른 쪽이 광학 소자의 아래쪽에 배치되어도 좋다.
<구성예 4>
도 1의 (A) 내지 도 6의 (B)에서는 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)의 오른쪽(오른쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)의 왼쪽(왼쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되는 구성을 나타내었지만, 표시 장치(11aR), 표시 장치(11bR), 표시 장치(11aL), 및 표시 장치(11bL)의 배치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR) 중 한쪽이 광학 소자(13R)의 오른쪽(오른쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되고, 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR) 중 다른 쪽이 광학 소자(13R)의 왼쪽(오른쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL) 중 한쪽이 광학 소자(13L)의 왼쪽(왼쪽 눈의 눈초리 측)에 배치되고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL) 중 다른 쪽이 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되어도 좋다. 이때, 표시 장치(11aR)는 광학 소자(13R)를 개재하여 표시 장치(11bR)와 중첩되지 않는다. 마찬가지로, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되지 않는다. 여기서는 전자 기기(10)로서, 표시 장치(11aR), 표시 장치(11bR), 표시 장치(11aL), 및 표시 장치(11bL) 중 적어도 하나의 배치가 다른 전자 기기에 대하여, 도 8의 (A) 내지 도 9의 (B)를 사용하여 설명한다.
[구성예 4-1]
도 8의 (A)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10C)의 상면 개략도이다. 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)는 표시 장치(11aR)가 광학 소자(13R)의 왼쪽(오른쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되고, 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2(도면의 좌우 방향을 분할하는 중심선)를 대칭축으로 하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다.
이어서 전자 기기(10C)의 구성의 자세한 사항 및 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대하여, 도 9의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한다.
도 9의 (A)는 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)는 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
또한 광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 도 9의 (A)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 및 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 9의 (A)에서는 표시 장치(11aL)와 도광판(23bL) 사이에 도광판(23aL)을 배치하고, 표시 장치(11bL)와 도광판(23aL) 사이에 도광판(23bL)을 배치하는 구성을 나타내었지만, 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치(11bL)와 도광판(23bL) 사이에 도광판(23aL)을 배치하고, 표시 장치(11aL)와 도광판(23aL) 사이에 도광판(23bL)을 배치하여도 좋다.
도 9의 (B)는 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 9의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)는 도광판(23aL)이 표시 장치(11bL)와 도광판(23bL) 사이에 배치되고, 도광판(23bL)이 표시 장치(11aL)와 도광판(23aL) 사이에 배치되어 있는 점에서 도 9의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)와 다르다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 도 9의 (B)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 및 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 2의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 9의 (B)에 나타낸 구성으로 함으로써, x축 방향에서의 표시 장치(11aL)와 표시 장치(11bL) 사이의 간격을 좁게 할 수 있다. 따라서 전자 기기(10C)를 소형화 또는 박형화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2(도면의 좌우 방향을 분할하는 중심선)를 대칭축으로 하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다. 즉 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2를 대칭축으로 하여 반전시킨 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 같다. 따라서 오른쪽 눈 측의 구성 및 오른쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영하는 방법에 대해서는, 왼쪽 눈 측의 구성 및 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법에 대한 설명을 참조할 수 있다.
[구성예 4-2]
도 8의 (B)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10C)의 상면 개략도이다. 도 8의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)는 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)의 왼쪽(오른쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되고, 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
도 8의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (B)에 나타낸 일점쇄선 X1-X2(도면의 좌우 방향을 분할하는 중심선)를 대칭축으로 하여 선대칭의 위치에 배치되어 있다.
또한 도 8의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)의 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 동등하고, 도 8의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 오른쪽 눈 측의 구성과 동등하다. 따라서 도 8의 (B)에 나타낸 전자 기기(10C)의 구성의 자세한 사항 및 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대하여, 도 9의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한 내용을 참조할 수 있다.
[구성예 4-3]
도 8의 (C)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10C)의 상면 개략도이다. 도 8의 (C)에 나타낸 전자 기기(10C)는, 표시 장치(11aR)가 광학 소자(13R)의 왼쪽(오른쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되고, 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
도 8의 (C)에 나타낸 전자 기기(10C)의, 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 같다. 따라서 왼쪽 눈 측을 구성하는 요소와, 오른쪽 눈 측을 구성하는 요소를 공통적으로 제작할 수 있다. 따라서 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 도 8의 (C)에 나타낸 전자 기기(10C)의, 왼쪽 눈 측의 구성 및 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 오른쪽 눈 측의 구성과 동등하다. 따라서 도 8의 (C)에 나타낸 전자 기기(10C)의 구성의 자세한 사항 및 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대하여, 도 9의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한 내용을 참조할 수 있다.
[구성예 4-4]
도 8의 (D)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10C)의 상면 개략도이다. 도 8의 (D)에 나타낸 전자 기기(10C)는 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)의 왼쪽(오른쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되고, 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)의 오른쪽(왼쪽 눈의 눈구석 측)에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
도 8의 (D)에 나타낸 전자 기기(10C)의, 왼쪽 눈 측의 구성과 오른쪽 눈 측의 구성은 같다. 따라서 왼쪽 눈 측을 구성하는 요소와, 오른쪽 눈 측을 구성하는 요소를 공통적으로 제작할 수 있다. 따라서 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한 도 8의 (D)에 나타낸 전자 기기(10C)의, 왼쪽 눈 측의 구성 및 오른쪽 눈 측의 구성은 도 8의 (A)에 나타낸 전자 기기(10C)의 왼쪽 눈 측의 구성과 동등하다. 따라서 도 8의 (D)에 나타낸 전자 기기(10C)의 구성의 자세한 사항 및 표시 영역에 대한 화상의 투영 방법의 자세한 사항에 대하여, 도 9의 (A) 및 (B)를 사용하여 설명한 내용을 참조할 수 있다.
<구성예 5>
본 발명의 일 형태는 도 1의 (A) 내지 도 9의 (B)에 나타낸 구성을 조합하여도 좋다. 예를 들어 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11aL)의 높이와 표시 영역의 높이를 다르게 하고, 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)의 높이와 표시 영역의 높이를 같게 하여도 좋다. 이때, 표시 장치(11aR)는 광학 소자(13R)를 개재하여 표시 장치(11bR)와 중첩되지 않는다. 마찬가지로, 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되지 않는다.
도 10의 (A)는 전자 기기(10D)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 사시도이다. 도 10의 (A)에 나타낸 z축은 사용자(도시하지 않았음)의 상하 방향(발에서 머리로의 방향)과 평행하고, 도 10의 (A)에 나타낸 y축은 사용자의 좌우 방향과 평행하고, 도 10의 (A)에 나타낸 x축은 사용자의 전후 방향과 평행하다. 또한 도 10의 (A)의 사시도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부의 요소를 생략하였다.
도 10의 (B) 및 (C)는 사용자의 왼쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10D)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 10의 (B)는 표시 장치(11aL)를 포함하는 xz 평면에 상당하고, 도 10의 (C)는 표시 장치(11bL)를 포함하는 xz 평면에 상당한다. 도 10의 (D)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10D)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 10의 (D)는 표시 영역(15L)(도시하지 않았음)을 포함하는 xy 평면에 상당한다.
도 10의 (A) 내지 (D)에 나타낸 전자 기기(10D)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL)가 표시 영역(15L)보다 위쪽에 위치하는 점에서 도 2의 (A) 등에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 또한 도 10의 (A) 내지 (D)에 나타낸 전자 기기(10D)는 표시 장치(11bL)가 표시 영역(15L)과 같은 높이에 배치되어 있는 점에서 도 7의 (A)에 나타낸 전자 기기(10B)와 다르다.
광(31aL)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
이상과 같은 구성으로 함으로써, 휘도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 또한 정세도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 또한 해상도가 높은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다. 또한 색 영역이 넓은 표시 장치 또는 전자 기기를 제공할 수 있다.
<변형예>
앞에서 설명한 <구성예 1>에서는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 사이에 두고 대향하도록 배치되는 구성에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)는 광학 소자(13L)에 대하여 같은 측에 배치되어도 좋다. 이때 표시 장치(11aL)는 광학 소자(13L)를 개재하여 표시 장치(11bL)와 중첩되지 않는다. 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 광학 소자(13L)에 대하여 같은 측에 배치함으로써, 하우징(12)의 부피(특히 하우징(12)의 x축 방향의 폭)를 저감할 수 있다. 또한 광학 소자(13L)가 곡면을 가져도 좋다. 이하에서는 도 11의 (A) 내지 도 17의 (C)를 사용하여 본 발명의 일 형태인 전자 기기의 다른 일례에 대하여 설명한다.
[변형예 1]
도 11의 (A)는 사용자(도시하지 않았음)의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10E)의 상면 개략도이다.
도 11의 (A)에 나타낸 전자 기기(10E)는, 오른쪽 눈 측에서 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 마찬가지로, 도 11의 (A)에 나타낸 전자 기기(10E)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 또한 도 11의 (A)에서는 표시 장치(11aR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리가 표시 장치(11bR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리와 동등한 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 표시 장치(11aR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리는 표시 장치(11bR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리보다 커도 좋고 작아도 좋다. 표시 장치(11aL)와 광학 소자(13L) 사이의 거리와, 표시 장치(11bL)와 광학 소자(13L) 사이의 거리의 관계에 대해서도 마찬가지이다.
도 11의 (B)는 전자 기기(10E)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 11의 (B)에 나타낸 전자 기기(10E)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있다. 또한 광학 소자(13L)가 가지는 도광판(23bL)은 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)와, 광학 소자(13L)가 가지는 도광판(23aL) 사이에 배치되어 있다.
광(31aL)의 경로는 도 3의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다. 또한 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 11의 (A) 및 (B)에서는 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)에 대하여 사용자 측에 배치되고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되는 예를 나타내었지만, 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)를 사이에 두고 사용자와 대향하는 측에 배치되고, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 사이에 두고 사용자와 대향하는 측에 배치되어도 좋다.
도 12의 (A)에 나타낸 전자 기기(10E)는, 오른쪽 눈 측에서 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11bR)가 광학 소자(13R)를 사이에 두고 사용자와 대향하는 측에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 마찬가지로, 도 12의 (A)에 나타낸 전자 기기(10E)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 개재하여 사용자와 대향하는 측에 배치되어 있는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 또한 도 12의 (A)에서는 표시 장치(11aR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리가 표시 장치(11bR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리와 동등한 구성을 나타내었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 표시 장치(11aR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리는 표시 장치(11bR)와 광학 소자(13R) 사이의 거리보다 커도 좋고, 작아도 좋다. 표시 장치(11aL)와 광학 소자(13L) 사이의 거리와, 표시 장치(11bL)와 광학 소자(13L) 사이의 거리의 관계에 대해서도 마찬가지이다.
도 12의 (B)는 도 12의 (A)에 나타낸 전자 기기(10E)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 12의 (B)에 나타낸 전자 기기(10E)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)를 사이에 두고 사용자와 대향하는 측에 배치되어 있다. 또한 광학 소자(13L)가 가지는 도광판(23bL)은 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)와, 광학 소자(13L)가 가지는 도광판(23aL) 사이에 배치되어 있다.
광(31aL)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에, 설명을 생략한다. 또한 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 3의 (B)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
또한 도 11의 (A) 내지 도 12의 (B)에 나타낸 구성은 사용자의 측면에서 보았을 때, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 표시 영역과 같거나 대략 같은 높이에 위치하는 것으로 하여 설명하였지만, 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL) 중 한쪽 또는 양쪽의 높이는 표시 영역의 높이와 달라도 좋다.
도 13의 (A)는 전자 기기(10E)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 사시도이다. 도 13의 (A)에 나타낸 z축은 사용자(도시하지 않았음)의 상하 방향(발에서 머리로의 방향)과 평행하고, 도 13의 (A)에 나타낸 y축은 사용자의 좌우 방향과 평행하고, 도 13의 (A)에 나타낸 x축은 사용자의 전후 방향과 평행하다. 또한 도 13의 (A)의 사시도에서는 도면의 명료화를 위하여 일부의 요소를 생략하였다.
도 13의 (B)는 사용자의 왼쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10E)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 13의 (B)는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 포함하는 xz 평면에 상당한다. 도 13의 (C)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 전자 기기(10E)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 13의 (C)는 표시 장치(11bL) 및 표시 영역(15L)(도시하지 않았음)을 포함하는 xy 평면에 상당한다.
도 13의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10E)는 왼쪽 눈 측에서, 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 6의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10A)와 다르다.
여기서 회절 소자(25aL)의 형식은 반사형으로 한다. 또한 도 13의 (B)에 나타낸 3개의 입력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 6의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다. 또한 도 13의 (C)에 나타낸 3개의 출력부 회절 소자 각각의 형식(투과형 또는 반사형)은 도 6의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같다.
표시 장치(11aL)로부터 방출된 광(31aL)은 입력부 회절 소자(22aL)에 의하여 도광판(23aL)에 입사한다. 도광판(23aL)의 내부에서, 광(31aL)은 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고 z축 방향으로 진행됨으로써 회절 소자(25aL)에 도달한다. 회절 소자(25aL)에 도달한 광(31aL)의 진행 방향은 회절 소자(25aL)에 의하여 y축 방향으로 바뀌고, 도광판(23aL)의 단부면에서 전반사를 반복하고, 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한다. 출력부 회절 소자(24aL)에 도달한 광(31aL)은 출력부 회절 소자(24aL)에 의하여 사용자의 왼쪽 눈(35L)을 향하여 사출된다.
광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로는 도 6의 (B) 및 (C)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에, 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
전자 기기(10E)는 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)가 광학 소자(13L)에 대하여 같은 측에 배치되는 구성을 가진다. 이때 표시 장치(11aL)에서 표시되는 화상과, 표시 장치(11bL)에서 표시되는 화상은 같아도 좋다. 이에 의하여, 표시 장치(11aL)에서 표시되는 화상과 표시 장치(11bL)에서 표시되는 화상을 합성함으로써, 풀 컬러의 화상을 생성할 수 있고, 상기 풀 컬러의 화상을 표시 영역(15L)에 투영할 수 있다.
[변형예 2]
도 14의 (A)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의 전자 기기(10F)의 상면 개략도이다. 도 14의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 광학 소자(13R) 및 광학 소자(13L)가 곡면을 가지는 점에서 도 1의 (B)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
도 14의 (B)는 전자 기기(10F)의 왼쪽 눈 측의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 14의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)는 왼쪽 눈 측에서 도광판(23aL)이 입력부 회절 소자(22aL)와 출력부 회절 소자(24aL) 사이에 곡면을 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다. 또한 왼쪽 눈 측에서, 도광판(23bL)이 입력부 회절 소자(22b1L)와 출력부 회절 소자(24b1L) 사이에 곡면을 가지는 점에서 도 2의 (A)에 나타낸 전자 기기(10)와 다르다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
도광판(23aL)이 가지는 곡면은, 표시 장치(11aL)로부터 방출되고 도광판(23aL)에 입사한 광(31aL) 및 표시 장치(11bL)로부터 방출되고 도광판(23aL)에 입사한 광(31b2L)이 각각 출력부 회절 소자(24aL) 및 출력부 회절 소자(24b2L)에 도달할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다. 또한 도광판(23aL)이 가지는 곡면 및 그 부근에서, 도광판(23aL)에 입사한 광(31aL) 및 광(31b2L)이 전반사되도록 도광판(23aL)에 저굴절률층 또는 반사막을 제공하는 것이 바람직하다. 또한 도광판(23bL)이 가지는 곡면에 대해서도 마찬가지이다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
또한 전자 기기(10F)의 구성은 도 14의 (A) 및 (B)에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 이후에서는 전자 기기(10F)의 구성의 다른 일례에 대하여 설명한다.
도 15의 (A)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 도 14의 (A)와 다른 전자 기기(10F)의 상면 개략도이다. 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)의 배치가 도 14의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다. 구체적으로는 도 15의 (A)에 나타낸 표시 장치(11bR)는 광학 소자(13R)가 가지는 곡면에 대하여 표시 영역(15R) 측에 배치되어 있다. 마찬가지로, 도 15의 (A)에 나타낸 표시 장치(11bL)는 광학 소자(13L)가 가지는 곡면에 대하여 표시 영역(15L) 측에 배치되어 있다.
도 15의 (B)는 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)의 왼쪽 눈 측의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 15의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 도광판(23bL)이 곡면을 가지지 않는 점에서 도 14의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
광(31aL), 광(31b1L), 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 16의 (A)는 사용자의 위쪽에서 보았을 때의, 도 14의 (A) 및 도 15의 (A)와 다른 전자 기기(10F)의 상면 개략도이다. 도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)의 배치가 도 14의 (A) 및 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다. 구체적으로는, 도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는 표시 장치(11aR)가 광학 소자(13R)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다. 마찬가지로, 도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
도 16의 (B)는 도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)의 왼쪽 눈 측의 일례를 나타낸 단면도이다. 도 16의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 표시 장치(11aL)가 광학 소자(13L)에 대하여 사용자 측에 배치되어 있는 점에서 도 15의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
광(31aL)의 경로는 도 3의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에, 설명을 생략한다. 또한 광(31b1L) 및 광(31b2L)의 경로에 대해서는, 도 2의 (A)를 사용하여 설명한 내용과 같기 때문에 설명을 생략한다.
이상에 의하여, 왼쪽 눈 측의 표시 영역에 화상을 투영할 수 있다.
도 17의 (A) 내지 (C)는 전자 기기(10F)의 왼쪽 눈 측의 구성의 다른 일례를 나타낸 단면도이다. 도 17의 (A) 내지 (C)에 나타낸 바와 같이, 전자 기기(10F)가 가지는 표시 장치(11L)는 광학 소자(13L)의 위쪽에 배치되어도 좋다. 마찬가지로, 도 17의 (A) 내지 (C)에 나타낸 전자 기기(10F)가 가지는 표시 장치(11R)는 광학 소자(13R)의 위쪽에 배치되어도 좋다.
도 17의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치하고, 광학 소자(13L)가 가지는 곡면을 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치한 점에서 도 14의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
도 17의 (B)에 나타낸 전자 기기(10F)는, 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치하고, 광학 소자(13L)가 가지는 곡면을 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치한 점에서 도 15의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
도 17의 (C)에 나타낸 전자 기기(10F)는 왼쪽 눈 측에서 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)를 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치하고, 광학 소자(13L)가 가지는 곡면을 표시 영역(15L)의 위쪽에 배치한 점에서 도 16의 (A)에 나타낸 전자 기기(10F)와 다르다.
<<발광 소자>>
본 발명의 일 형태의 전자 기기가 가지는 표시 장치는 발광 소자를 가진다. 상기 발광 소자는 표시 소자(표시 디바이스라고도 함)로서 기능한다.
발광 소자로서 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하다. 특히 마이크로 LED를 사용하는 것이 바람직하다. 마이크로 LED를 사용한 표시 장치에 대해서는 실시형태 2에서 자세히 설명한다.
또한 발광 소자로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode), QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 등의 EL 소자(EL 디바이스라고도 함)를 사용할 수도 있다. EL 소자가 가지는 발광 물질(발광 재료라고도 함)로서는, 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(화합물 반도체 재료, 퀀텀닷 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료는 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 디바이스에서의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 수 있다.
<<화소 레이아웃>>
다음으로 화소 레이아웃에 대하여 설명한다. 부화소의 배열은 특별히 한정되지 않고, 다양한 방법을 적용할 수 있다.
또한 부화소의 상면 형상으로서는, 예를 들어 삼각형, 사각형(직사각형, 사다리꼴 등을 포함함), 오각형 등의 다각형, 이들 다각형의 모서리가 둥근 형상, 적어도 하나의 모서리가 둥그스름한 다각형, 타원형, 또는 원형 등이 있다. 여기서 부화소의 상면 형상은 발광 디바이스의 발광 영역의 상면 형상에 상당한다.
본 항목에서는 전자 기기(10)의 왼쪽 눈 측의 구성예에 대하여 설명한다. 또한 전자 기기(10)의 오른쪽 눈 측의 구성에 대해서는, 왼쪽 눈 측의 구성과 같기 때문에 설명을 생략한다.
표시 장치(11aL)는 화소(90a)를 가지고, 표시 장치(11bL)는 화소(90b)를 가진다. 여기서 화소(90a)의 면적과 화소(90b)의 면적은 같거나 대략 같은 것이 바람직하다. 이에 의하여, 표시 장치(11aL)로부터 출력되는 화상과, 표시 장치(11bL)로부터 출력되는 화상을 합성함으로써, 풀 컬러의 화상을 생성할 수 있다. 그리고 상기 풀 컬러의 화상을 표시 영역(15L)에 투영할 수 있다.
도 18의 (A)에 나타낸 화소(90a)는 하나의 화소(부화소)로 구성된다. 또한 도 18의 (A)에서는 화소(90a)의 상면 형상을 정방형으로 하였지만, 모서리가 둥근 대략 사각형 또는 대략 육각형, 또는 원형 등으로 하여도 좋다.
도 18의 (B)에 나타낸 화소(90b)는 부화소(90b1) 및 부화소(90b2)의 2개의 부화소로 구성된다. 또한 도 18의 (B)에서는 부화소(90b1) 및 부화소(90b2)의 상면 형상을 직사각형으로 하였지만, 모서리가 둥근 대략 사각형 또는 대략 육각형, 또는 타원형 등으로 하여도 좋다.
상술한 바와 같이, 화소(90a)와 화소(90b)는 면적이 같거나 대략 같은 것이 바람직하다. 이때, 화소(90a)의 면적과, 부화소(90b1)의 면적과 부화소(90b2)의 면적의 합은 같거나 대략 같다. 또한 부화소(90b1)의 면적과 부화소(90b2)의 면적의 합은 화소(90a)의 면적보다 작은 경우가 있다. 따라서 화소(90a)는 부화소(90b1)보다 면적이 크다고 할 수 있다. 또한 화소(90a)는 부화소(90b2)보다 면적이 크다고 할 수 있다.
또한 화소(90a)와 화소(90b)는 면적이 같거나 대략 같으면 좋고, 부화소의 상면 형상, 부화소의 면적 등은 한정되지 않는다.
예를 들어 도 18의 (C)에 나타낸 바와 같이, 화소(90a)는 부화소(90a1), 부화소(90a2)의 2개의 부화소로 구성되어도 좋다. 여기서 부화소(90a1) 및 부화소(90a2)는 같은 색의 광을 방출하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 화소(90a)의 면적과 화소(90b)의 면적을 같거나 대략 같게 할 수 있다. 또한 표시 장치(11aL) 및 표시 장치(11bL)의 형성 시에 동일한 마스크를 사용할 수 있고, 표시 장치의 제작 비용을 삭감할 수 있다.
또한 예를 들어 도 18의 (D)에 나타낸 바와 같이, 부화소(90b1) 및 부화소(90b2)의 상면 형상은 삼각형이어도 좋다. 또한 부화소(90b1) 및 부화소(90b2)의 상면 형상은 모서리가 둥근 대략 삼각형이어도 좋다.
또한 예를 들어 도 18의 (E)에 나타낸 바와 같이, 부화소(90b1)의 면적은 부화소(90b2)의 면적보다 커도 좋다. 예를 들어, 면적이 큰 부화소(90b1)에 발광 효율 또는 휘도가 낮은 발광 소자를 제공하고, 면적이 작은 부화소(90b2)에 발광 효율 또는 휘도가 높은 발광 소자를 제공함으로써, 표시 품질이 높은 표시 장치를 제작할 수 있다.
여기서 화소(90a)는 제 1 발광 소자를 가지고, 부화소(90b1)는 제 2 발광 소자를 가지고, 부화소(90b2)는 제 3 발광 소자를 가지는 것으로 한다.
예를 들어 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 녹색 및 청색 중 한쪽의 광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 녹색 및 청색 중 다른 쪽의 광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
상기에서, 제 1 발광 소자 내지 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 LED인 것이 바람직하다. 적색광을 방출하는 마이크로 LED는 녹색광을 방출하는 마이크로 LED 및 청색광을 방출하는 마이크로 LED에 비하여 발광 효율이 낮다. 따라서 면적이 큰 화소(90a)로서 적색광을 방출하는 마이크로 LED를 사용함으로써, 합성 후의 화상의 휘도를 높일 수 있다. 또한 상기 적색광을 방출하는 마이크로 LED 대신에 청색을 적색으로 변환하는 색 변환층을 가지는 청색광을 방출하는 마이크로 LED를 사용하여도 좋다. 한편으로, 녹색광을 방출하는 마이크로 LED 및 청색광을 방출하는 마이크로 LED는 실리콘 기판 위에 질화 갈륨을 형성하는 기술을 사용함으로써, 저렴하게, 또한 모놀리식으로 형성할 수 있다. 따라서 동일 기판 위에 녹색광을 방출하는 마이크로 LED 및 청색광을 방출하는 마이크로 LED를 형성할 수 있기 때문에, 정세도를 높일 수 있다.
또는 상기에서 제 1 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 LED이어도 좋고, 제 2 발광 소자 및 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 LED이어도 좋다.
또한 예를 들어 제 1 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고, 제 2 발광 소자는 적색 및 녹색 중 한쪽의 광을 방출하는 소자이고, 제 3 발광 소자는 적색 및 녹색 중 다른 쪽의 광을 방출하는 소자인 것이 바람직하다.
상기에서, 제 1 발광 소자 내지 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 LED인 것이 바람직하다. 청색광을 방출하는 마이크로 LED에 형광 재료를 사용하고, 적색광을 방출하는 마이크로 LED 및 녹색광을 방출하는 마이크로 LED에 인광 재료를 사용하는 경우, 청색광을 방출하는 마이크로 LED는 적색광을 방출하는 마이크로 LED 및 녹색광을 방출하는 마이크로 LED에 비하여 발광 효율이 낮다. 따라서 면적이 큰 화소(90a)로서 청색광을 방출하는 마이크로 LED를 사용함으로써, 합성 후의 화상의 휘도를 높일 수 있다. 또한 후술하지만, 표시 장치에 MML 구조를 적용하면, 동일 기판 위에 3색의 발광 소자를 형성하는 경우보다 제작 공정을 삭감할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다. 또한 본 명세서에서 하나의 실시형태에 복수의 구성예가 제시되는 경우에는 구성예를 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 2)
본 실시형태에서는, 본 발명의 일 형태의 표시 장치에 대하여 도 19 내지 도 29를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 표시 장치는 표시 디바이스인 발광 다이오드와, 표시 디바이스를 구동하는 트랜지스터를 각각 복수로 가진다. 복수의 발광 다이오드는 매트릭스상으로 제공되어 있다. 복수의 트랜지스터는 각각 복수의 발광 다이오드 중 적어도 하나에 전기적으로 접속된다.
본 실시형태의 표시 장치는, 서로 다른 기판 위에 형성된 복수의 트랜지스터와 복수의 발광 다이오드가 접합됨으로써 형성된다.
본 실시형태의 표시 장치의 제작 방법에서는, 복수의 발광 다이오드와 복수의 트랜지스터를 한번에 접합하기 때문에, 화소수가 많은 표시 장치 또는 정세도가 높은 표시 장치를 제작하는 경우에도 발광 다이오드를 하나씩 회로 기판에 실장하는 방법에 비하여 표시 장치의 제조 시간을 단축할 수 있고, 또한 제조의 난이도를 낮출 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 발광 다이오드를 사용하여 화상 또는 영상을 표시하는 기능을 가진다. 발광 다이오드는 자발광 디바이스이기 때문에, 표시 디바이스로서 발광 다이오드를 사용하는 경우, 표시 장치에는 백라이트가 불필요하고, 또한 편광판을 제공하지 않아도 된다. 따라서 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있고, 또한 표시 장치를 박형·경량화할 수 있다. 또한 표시 디바이스로서 발광 다이오드를 사용한 표시 장치는 휘도를 높일 수 있고(예를 들어 5000cd/m2 이상, 바람직하게는 10000cd/m2 이상), 또한 콘트라스트가 높고 시야각이 넓기 때문에, 높은 표시 품질을 얻을 수 있다. 또한 발광 재료로서 무기 재료를 사용함으로써, 표시 장치의 수명을 길게 하고, 신뢰성을 높일 수 있다.
본 실시형태에서는 특히 발광 다이오드로서 마이크로 LED를 사용하는 경우의 예에 대하여 설명한다. 또한 본 실시형태에서는 더블 헤테로 접합을 가지는 마이크로 LED에 대하여 설명한다. 다만 발광 다이오드에 특별한 한정은 없고, 예를 들어 양자 우물 접합을 가지는 마이크로 LED, 나노 칼럼을 사용한 LED 등을 사용하여도 좋다.
발광 다이오드의 광이 사출되는 영역의 면적은 1mm2 이하가 바람직하고, 10000μm2 이하가 더 바람직하고, 3000μm2 이하가 더 바람직하고, 700μm2 이하가 더 바람직하다. 또한 상기 영역의 면적은 1μm2 이상이 바람직하고, 10μm2 이상이 더 바람직하고, 100μm2 이상이 더 바람직하다. 또한 본 명세서 등에서는 광을 사출하는 영역의 면적이 10000μm2 이하인 발광 다이오드를 마이크로 LED 또는 마이크로 발광 다이오드라고 하는 경우가 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 금속 산화물층에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터(OS 트랜지스터)를 가지는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 오프 전류가 작기 때문에, 소비 전력을 낮게 할 수 있다. 그러므로 마이크로 LED와 조합함으로써, 소비 전력이 매우 저감된 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 OS 트랜지스터는 기판 재료에 의존하지 않고 형성할 수 있기 때문에, 마이크로 LED와 OS 트랜지스터를 모놀리식으로 형성할 수 있다. 따라서 제조 수율을 높일 수 있다. 또한 제조 비용을 낮출 수 있다. 또한 OS 트랜지스터는 누설 전류가 매우 작기 때문에, 표시 시의 혼색, 흑색 표시 부분이 밝게 표시되는 것을 저감할 수 있고, 표시 품질을 매우 높일 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치는 반도체 기판(예를 들어 실리콘 기판)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 회로의 고속 동작이 가능하게 된다.
본 실시형태의 표시 장치는 반도체 기판에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터와 OS 트랜지스터의 적층을 가지는 것이 바람직하다. 이에 의하여 회로의 고속 동작이 가능하고, 또한 소비 전력을 매우 작게 할 수 있다. 이때 상기 표시 장치는 반도체 기판에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터와, 모놀리식으로 형성된 마이크로 LED 및 OS 트랜지스터를 접합하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한 모놀리식으로 형성된, 반도체 기판에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터 및 OS 트랜지스터와, 마이크로 LED를 접합하여 형성되는 것이 바람직하다. 또한 모놀리식으로 형성된, 반도체 기판에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터 및 OS 트랜지스터와, 모놀리식으로 형성된 마이크로 LED와 OS 트랜지스터가 접합되어 형성되는 것이 바람직하다.
예를 들어 화소 회로 및 게이트 드라이버에 OS 트랜지스터를 사용하고, 소스 드라이버에 채널 형성 영역에 실리콘을 가지는 트랜지스터(Si 트랜지스터)를 사용하여도 좋다. 또는 예를 들어 화소 회로에 OS 트랜지스터를 사용하고, 소스 드라이버 및 게이트 드라이버에 Si 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한 Si 트랜지스터 및 OS 트랜지스터 중 한쪽 또는 양쪽은 연산 회로 및 기억 회로 등의 각종 기능 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용하여도 좋다.
[표시 장치의 구성예 1]
도 19에 표시 장치(100A)의 단면도를 나타내었다. 도 20의 (A) 내지 (C)는 표시 장치(100A)의 제작 방법을 나타낸 단면도이다.
도 19에 나타낸 표시 장치(100A)는, 도 20의 (A)에 나타낸 LED 기판(150A)과, 도 20의 (B)에 나타낸 회로 기판(150B)이 접합되어(도 20의 (C) 참조) 구성되어 있다.
표시 장치(100A)는 기판(131)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터(트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b))와, 금속 산화물층에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터(트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b))가 적층된 구성을 가진다.
트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b), 그리고 트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b)는 각각 화소 회로를 구성하는 트랜지스터, 상기 화소 회로를 구동하기 위한 구동 회로(게이트 드라이버 및 소스 드라이버 중 한쪽 또는 양쪽)를 구성하는 트랜지스터, 및 연산 회로 및 기억 회로 등의 각종 기능 회로를 구성하는 트랜지스터 중 어느 하나 또는 복수로서 사용할 수 있다.
예를 들어 금속 산화물층에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터를 화소 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용할 수 있다. 또한 기판(131)(예를 들어 단결정 실리콘 기판)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터를, 게이트 드라이버 및 소스 드라이버 중 한쪽 또는 양쪽을 구성하는 트랜지스터 및 각종 기능 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용할 수 있다. 이에 의하여 회로의 고속 동작이 가능하고, 또한 소비 전력을 매우 작게 할 수 있다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 발광 다이오드의 바로 아래에 화소 회로뿐만 아니라 구동 회로 등을 형성할 수 있기 때문에, 표시부의 외측에 구동 회로를 제공하는 경우에 비하여, 표시 장치를 작게 할 수 있다. 또한 슬림 베젤의(비표시 영역이 좁은) 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 화소 회로에 포함되는 트랜지스터 중 적어도 하나에 OS 트랜지스터를 사용하는 것이 바람직하다. OS 트랜지스터는 비정질 실리콘을 사용한 트랜지스터에 비하여 전계 효과 이동도가 매우 높다. 또한 OS 트랜지스터는 오프 상태에서의 소스-드레인 간의 누설 전류(이하 오프 전류라고도 함)가 현저히 작고, 상기 트랜지스터와 직렬로 접속된 용량 소자에 축적된 전하가 장기간에 걸쳐 유지될 수 있다. 또한 OS 트랜지스터를 적용함으로써 표시 장치의 소비 전력을 저감할 수 있다.
또한 실온에서의 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 실온에서의 Si 트랜지스터의 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 작다고 할 수도 있다.
또한 기판(131)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터는, 구동 회로를 구성하는 트랜지스터로서 사용되는 것에 한정되지 않고, CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphics Processing Unit), 기억 회로부 등을 구성하는 트랜지스터로서 사용되어도 좋다. 본 실시형태 등에서는 구동 회로, CPU, GPU, 및 기억 회로부의 총칭으로서 "기능 회로"라고 하는 경우가 있다.
예를 들어 CPU는 기억 회로부에 기억된 프로그램에 따라 GPU 및 층(151)에 제공된 회로의 동작을 제어하는 기능을 가진다. GPU는 화상 데이터를 형성하기 위한 연산 처리를 수행하는 기능을 가진다. 또한 GPU는 많은 행렬 연산(적화 연산(product-sum operation))을 병행하여 수행할 수 있기 때문에, 예를 들어 신경망을 사용한 연산 처리를 고속으로 수행할 수 있다. GPU는 예를 들어 기억 회로부에 기억되어 있는 보정 데이터를 사용하여 화상 데이터를 보정하는 기능을 가진다. 예를 들어 GPU는 밝기, 색조, 및/또는 콘트라스트 등을 보정한 화상 데이터를 생성하는 기능을 가진다.
GPU를 사용하여 이미지 데이터의 업컨버트 또는 다운컨버트를 수행하여도 좋다. 또한 층(151)에 초해상 회로를 제공하여도 좋다. 초해상 회로는 표시 장치(100A)의 표시 영역이 가지는 임의의 화소의 전위를 상기 화소의 주위의 화소의 전위와, 가중치의 적화 연산에 의하여 결정하는 기능을 가진다. 초해상 회로는 해상도가 표시 장치(100A)의 표시 영역보다 낮은 화상 데이터를 업컨버트하는 기능을 가진다. 또한 초해상 회로는 해상도가 표시 장치(100A)의 표시 영역보다 높은 화상 데이터를 다운컨버트하는 기능을 가진다.
초해상 회로를 가짐으로써 GPU에 대한 부하를 저감할 수 있다. 예를 들어 GPU에서는 2K 해상도(또는 4K 해상도)까지의 처리를 수행하고, 초해상 회로에서 4K 해상도(또는 8K 해상도)로 업컨버트함으로써 GPU에 대한 부하를 저감할 수 있다. 다운컨버트도 마찬가지로 수행하면 좋다.
또한 층(151)이 가지는 기능 회로는 이들 구성을 모두 가질 필요는 없고, 이들 이외의 구성을 가져도 좋다. 예를 들어 복수의 상이한 전위를 생성하는 전위 생성 회로 및/또는 표시 장치(100A)가 가지는 회로마다 전력의 공급 및 정지를 제어하는 파워 매니지먼트 회로 등을 가져도 좋다.
전력의 공급 및 정지는 CPU를 구성하는 회로마다 수행하여도 좋다. 예를 들어 CPU를 구성하는 회로 중 한동안 사용하지 않는다고 판단된 회로에 대한 전력 공급을 정지하고, 필요할 때 전력 공급을 재개함으로써 소비 전력을 저감할 수 있다. 전력 공급을 재개할 때 필요한 데이터는 상기 회로를 정지하기 전에 CPU 내의 기억 회로 또는 기억 회로부 등에 기억해 두면 좋다. 회로를 복귀시키는 데 필요한 데이터를 기억해 둠으로써, 정지한 회로를 고속으로 복귀시킬 수 있다. 또한 클록 신호의 공급을 정지함으로써 회로 동작을 정지시켜도 좋다.
또한 기능 회로로서 DSP(Digital Signal Processor) 회로, 센서 회로, 통신 회로, FPGA(Field Programmable Gate Array), 고속 입출력(I/O) 회로, 휘도 보정 회로, 및/또는 레귤레이터 등을 가져도 좋다.
또한 층(151)이 가지는 기능 회로를 구성하는 트랜지스터의 일부로서 OS 트랜지스터를 사용하여도 좋다. 또한 화소 회로를 구성하는 트랜지스터의 일부를 층(151)에 제공하여도 좋다. 따라서 기능 회로가 Si 트랜지스터와 OS 트랜지스터를 포함하여도 좋다. 또한 화소 회로가 Si 트랜지스터와 OS 트랜지스터를 포함하여도 좋다.
도 20의 (A)는 LED 기판(150A)의 단면도이다.
LED 기판(150A)은 기판(101), 발광 다이오드(110a), 발광 다이오드(110b), 절연층(102), 절연층(103), 및 절연층(104)을 가진다. 절연층(102), 절연층(103), 및 절연층(104)은 각각 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
LED 기판(150A)을 가지는 표시 장치(100A)는 2개의 발광 다이오드(발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b))를 가진다. 따라서 표시 장치(100A)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)에 대응한다. 또한 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b) 중 한쪽을 가지는 표시 장치(100A)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11aL)에 대응한다.
발광 다이오드(110a)는 반도체층(113a), 발광층(114a), 반도체층(115a), 도전층(116a), 도전층(116b), 전극(117a), 및 전극(117b)을 가진다. 발광 다이오드(110b)는 반도체층(113b), 발광층(114b), 반도체층(115b), 도전층(116c), 도전층(116d), 전극(117c), 및 전극(117d)을 가진다. 발광 다이오드가 가지는 각 층은 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
기판(101) 위에 반도체층(113a)이 제공되고, 반도체층(113a) 위에 발광층(114a)이 제공되고, 발광층(114a) 위에 반도체층(115a)이 제공되어 있다. 전극(117a)은 도전층(116a)을 통하여 반도체층(115a)과 전기적으로 접속되어 있다. 전극(117b)은 도전층(116b)을 통하여 반도체층(113a)과 전기적으로 접속되어 있다.
기판(101) 위에 반도체층(113b)이 제공되고, 반도체층(113b) 위에 발광층(114b)이 제공되고, 발광층(114b) 위에 반도체층(115b)이 제공되어 있다. 전극(117c)은 도전층(116c)을 통하여 반도체층(115b)과 전기적으로 접속되어 있다. 전극(117d)은 도전층(116d)을 통하여 반도체층(113b)과 전기적으로 접속되어 있다.
절연층(102)은 기판(101), 반도체층(113a), 반도체층(113b), 발광층(114a), 발광층(114b), 반도체층(115a), 및 반도체층(115b)을 덮도록 제공된다. 절연층(102)은 평탄화 기능을 가지는 것이 바람직하다. 절연층(102) 위에는 절연층(103)이 제공되어 있다. 절연층(102)과 절연층(103)에 제공된 개구를 메우도록 도전층(116a), 도전층(116b), 도전층(116c), 도전층(116d)이 제공되어 있다. 도전층(116a), 도전층(116b), 도전층(116c), 도전층(116d)의 상면의 높이는 절연층(103)의 상면의 높이와 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다. 도전층(116a), 도전층(116b), 도전층(116c), 도전층(116d) 위 및 절연층(103) 위에 절연층(104)이 제공되어 있다. 절연층(104)에 제공된 개구를 메우도록 전극(117a), 전극(117b), 전극(117c), 전극(117d)이 제공되어 있다. 전극(117a), 전극(117b), 전극(117c), 전극(117d)의 상면의 높이는 절연층(104)의 상면의 높이와 실질적으로 일치하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 표시 장치에는 절연층의 상면의 높이와 도전층의 상면의 높이가 실질적으로 일치하는 구성이 적어도 하나 적용되어 있다. 상기 구성의 제작 방법예로서는, 우선 절연층을 형성하고, 상기 절연층에 개구를 제공하고, 상기 개구를 메우도록 도전층을 형성한 후, CMP(Chemichl Mechanical Polishing)법 등을 사용하여 평탄화 처리를 실시하는 방법을 들 수 있다. 이에 의하여, 도전층의 상면의 높이와 절연층의 상면의 높이를 일치시킬 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, "A와 B의 높이가 실질적으로 일치한다"란, A와 B의 높이가 일치하는 경우를 포함하며 A와 B의 높이가 일치하도록 제작되었을 때의 제조상의 오차에 의하여 A와 B의 높이에 차이가 생긴 경우를 포함한다.
절연층(102)은 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 질화 타이타늄 등의 무기 절연 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 명세서 등에서 산화질화 실리콘이란 그 조성으로서 질소보다 산소의 함유량이 많은 것을 말한다. 또한 질화산화 실리콘이란 그 조성으로서 산소보다 질소의 함유량이 많은 것을 말한다.
절연층(103)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등, 산화 실리콘막보다 수소 및 산소 중 한쪽 또는 양쪽이 확산되기 어려운 막을 사용할 수 있다. 절연층(103)은 LED 기판(150A)으로부터 회로 기판(150B)으로 불순물이 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능하는 것이 바람직하다.
절연층(104)에는 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 절연층(104)은 회로 기판(150B)이 가지는 절연층과 직접 접합하는 층이다. 산화물 절연막들을 직접 접합시킴으로써 접합 강도를 높일 수 있다.
도전층(116a) 내지 도전층(116d)에 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들어 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 주석(Sn), 아연(Zn), 은(Ag), 백금(Pt), 금(Au), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 또는 텅스텐(W) 등의 금속, 혹은 이들을 주성분으로 하는 합금(은과 팔라듐(Pd)과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu(APC)) 등)이 있다. 또한 산화 주석 또는 산화 아연 등의 산화물을 사용하여도 좋다.
전극(117a) 내지 전극(117d)에는 예를 들어 Cu, Al, Sn, Zn, W, Ag, Pt, Au 등을 사용할 수 있다. 전극(117a) 내지 전극(117d)은 회로 기판(150B)이 가지는 도전층과 직접 접합되는 층이다. 접합의 용이성을 고려하여, Cu, Al, W, 또는 Au을 사용하는 것이 바람직하다.
발광층(114a)은 반도체층(113a)과 반도체층(115a)에 끼워져 있다. 발광층(114b)은 반도체층(113b)과 반도체층(115b)에 끼워져 있다. 발광층(114a), 발광층(114b)에서는 전자와 정공이 결합되어 광을 방출한다. 반도체층(113a) 및 반도체층(113b) 중 한쪽, 및 반도체층(115a) 및 반도체층(115b) 중 한쪽은 n형 반도체층이고, 다른 쪽은 p형 반도체층이다.
반도체층(113a), 발광층(114a), 및 반도체층(115a)을 포함하는 적층 구조, 및 반도체층(113b), 발광층(114b), 및 반도체층(115b)을 포함하는 적층 구조는 각각 적색, 황색, 녹색, 또는 청색 등의 광을 방출하도록 형성된다. 또한 상기 적층 구조는 자외광을 나타내도록 형성되어도 좋다. 2개의 적층 구조는 다른 색의 광을 방출하는 것이 바람직하다. 이들의 적층 구조에는, 예를 들어 13족 원소 및 15족 원소를 포함하는 화합물(III-V족 화합물이라고도 함)을 사용할 수 있다. 13족 원소로서는, 알루미늄, 갈륨, 인듐 등을 들 수 있다. 15족 원소로서는 질소, 인, 비소, 안티모니 등을 들 수 있다. 예를 들어, 갈륨·인 화합물, 갈륨·비소 화합물, 갈륨·알루미늄·비소 화합물, 알루미늄·갈륨·인듐·인 화합물, 질화 갈륨(GaN), 인듐·질화 갈륨 화합물, 셀레늄·아연 화합물 등을 사용하여 발광 다이오드를 제작할 수 있다.
발광 다이오드(110a)와 발광 다이오드(110b)가 서로 다른 색의 광을 나타내도록 형성함으로써, 색 변환층을 형성하는 공정이 불필요하게 된다. 따라서 표시 장치의 제조 비용을 억제할 수 있다.
또한 2개의 적층 구조가 같은 색의 광을 나타내어도 좋다. 이때 발광층(114a), 발광층(114b)으로부터 방출된 광은 색 변환층 및 착색층 중 한쪽 또는 양쪽을 통하여 표시 장치 외부로 추출되어도 좋다. 또한 각 색의 화소가 동일한 색의 광을 나타내는 발광 다이오드를 가지는 구성에 대해서는, 표시 장치의 구성예 2 및 구성예 4에서 후술한다.
또한 본 실시형태의 표시 장치는 적외광을 나타내는 발광 다이오드를 가져도 좋다. 적외광을 나타내는 발광 다이오드는, 예를 들어 적외광 센서의 광원으로서 사용될 수 있다.
기판(101)으로서는, 화합물 반도체 기판을 사용하여도 좋고, 예를 들어 13족 원소 및 15족 원소를 포함하는 화합물 반도체 기판을 사용하여도 좋다. 또한 기판(101)으로서는 예를 들어 사파이어(Al2O3) 기판, 탄소화 실리콘(SiC) 기판, 실리콘(Si) 기판, 질화 갈륨(GaN) 기판, 비소화 갈륨(GaAs) 기판, 인화 갈륨(GaP) 기판, 인화 인듐(InP) 기판, 비소화 알루미늄 갈륨(GaAlAs) 기판, 비소화 인듐 갈륨(InGaAs) 기판, GaInNAs 기판, InGaAlP 기판, 실리콘 저마늄(SiGe) 기판 등의 단결정 기판을 사용할 수 있다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b)의 광은 기판(101) 측으로 사출된다. 따라서 기판(101)은 가시광에 대한 투과성을 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 연마 등에 의하여 두께를 얇게 함으로써 기판(101)의 가시광에 대한 투과성을 높여도 좋다. 또한 기판(101)을 연마한 후에 에칭 등을 수행함으로써 기판(101)을 제거하여도 좋다.
도 20의 (B)는 회로 기판(150B)의 단면도이다.
회로 기판(150B)은 층(151), 절연층(152), 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b), 도전층(184a), 도전층(184b), 도전층(189a), 도전층(189b), 절연층(186), 절연층(187), 절연층(188), 도전층(190a), 도전층(190b), 도전층(190c), 및 도전층(190d)을 가진다. 회로 기판(150B)은 절연층(162), 절연층(181), 절연층(182), 절연층(183), 및 절연층(185) 등의 절연층을 더 가진다. 이들 절연층 중 하나 또는 복수는 트랜지스터의 구성 요소로 간주되는 경우도 있지만, 본 실시형태에서는 트랜지스터의 구성 요소에 포함하지 않고 설명한다. 또한 회로 기판(150B)이 가지는 각 도전층 및 각 절연층은 단층 구조이어도 좋고, 적층 구조이어도 좋다.
도 19에 나타낸 바와 같이, 층(151)은 기판(131)부터 절연층(143)까지의 적층 구조를 가진다.
기판(131)으로서는 단결정 실리콘 기판이 적합하다. 또는 기판(131)으로서 화합물 반도체 기판을 사용하여도 좋다. 트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b)는 각각 도전층(135), 절연층(134), 절연층(136), 한 쌍의 저저항 영역(133)을 가진다. 도전층(135)은 게이트로서 기능한다. 절연층(134)은 도전층(135)과 기판(131) 사이에 위치하고, 게이트 절연층으로서 기능한다. 절연층(136)은 도전층(135)의 측면을 덮어 제공되고, 측벽으로서 기능한다. 한 쌍의 저저항 영역(133)은 기판(131)에서 불순물이 도핑된 영역이고, 한쪽이 트랜지스터의 소스 영역으로서 기능하고, 다른 쪽이 트랜지스터의 드레인 영역으로서 기능한다.
또한 기판(131)에 매립되도록, 인접한 2개의 트랜지스터 사이에 소자 분리층(132)이 제공되어 있다.
트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b)를 덮어 절연층(139)이 제공되고, 절연층(139) 위에 도전층(138)이 제공되어 있다. 절연층(139)의 개구에 매립된 도전층(137)을 통하여, 도전층(138)은 한 쌍의 저저항 영역(133) 중 한쪽에 전기적으로 접속된다. 또한 도전층(138)을 덮어 절연층(141)이 제공되고, 절연층(141) 위에 도전층(142)이 제공되어 있다. 도전층(138) 및 도전층(142)은 각각 배선으로서 기능한다. 또한 도전층(142)을 덮어 절연층(143) 및 절연층(152)이 제공되고, 절연층(152) 위에 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b)가 제공되어 있다.
층(151)은 가시광을 차단하는(가시광에 대하여 비투과성을 가지는) 것이 바람직하다. 층(151)이 가시광을 차단함으로써, 층(151)에 형성된 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b)에 외부로부터 광이 들어가는 것을 억제할 수 있다. 다만 본 발명의 일 형태는 이에 한정되지 않고, 층(151)은 가시광에 대한 투과성을 가져도 좋다.
층(151) 위에는 절연층(152)이 제공되어 있다. 절연층(152)은 층(151)으로부터 트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)로 물 및 수소 등의 불순물이 확산되는 것, 그리고 금속 산화물층(165)으로부터 절연층(152) 측으로 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 절연층(152)으로서는, 예를 들어 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등, 산화 실리콘막보다 수소 또는 산소가 확산되기 어려운 막을 사용할 수 있다.
트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)는 채널이 형성되는 반도체층에 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)이 적용된 트랜지스터(OS 트랜지스터)이다.
또는 트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)의 채널이 형성되는 반도체층은 실리콘을 가져도 좋다. 실리콘으로서는 비정질 실리콘, 결정성 실리콘(저온 폴리실리콘, 단결정 실리콘 등) 등을 들 수 있다.
또는 트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)의 채널이 형성되는 반도체층은 반도체로서 기능하는 층상 물질을 가져도 좋다. 층상 물질이란 층상의 결정 구조를 가지는 재료군의 총칭이다. 층상의 결정 구조에서는, 공유 결합 또는 이온 결합에 의하여 형성되는 층이 판데르발스력(Van der Waals force)과 같은 공유 결합 또는 이온 결합보다 약한 결합에 의하여 적층되어 있다. 층상 물질은 단위 층(monolayer) 내에서의 전기 전도성이 높고, 즉 2차원 전기 전도성이 높다. 반도체로서 기능하고 2차원 전기 전도성이 높은 재료를 채널 형성 영역에 사용함으로써, 온 전류가 큰 트랜지스터를 제공할 수 있다.
상기 층상 물질로서는 예를 들어 그래핀, 실리센, 칼코제나이드 등이 있다. 칼코제나이드는 칼코젠(16족에 속하는 원소)을 포함하는 화합물이다. 또한 칼코제나이드로서는 전이 금속 칼코제나이드, 13족 칼코제나이드 등을 들 수 있다. 트랜지스터의 반도체층에 적용할 수 있는 전이 금속 칼코제나이드로서, 구체적으로는 황화 몰리브데넘(대표적으로는 MoS2), 셀레늄화 몰리브데넘(대표적으로는 MoSe2), 몰리브데넘 텔루륨(대표적으로는 MoTe2), 황화 텅스텐(대표적으로는 WS2), 셀레늄화 텅스텐(대표적으로는 WSe2), 텅스텐 텔루륨(대표적으로는 WTe2), 황화 하프늄(대표적으로는 HfS2), 셀레늄화 하프늄(대표적으로는 HfSe2), 황화 지르코늄(대표적으로는 ZrS2), 셀레늄화 지르코늄(대표적으로는 ZrSe2) 등을 들 수 있다.
트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)는 도전층(161), 절연층(163), 절연층(164), 금속 산화물층(165), 한 쌍의 도전층(166), 절연층(167), 도전층(168) 등을 가진다.
절연층(152) 위에 도전층(161) 및 절연층(162)이 제공되고, 도전층(161) 및 절연층(162)을 덮어 절연층(163) 및 절연층(164)이 제공되어 있다. 도전층(161)은 절연층(163) 및 절연층(164)을 개재하여 금속 산화물층(165)과 중첩되는 영역을 가진다. 도전층(161)은 제 1 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(163) 및 절연층(164)은 제 1 게이트 절연층으로서 기능한다.
특히 본 실시형태의 표시 장치는, 게이트 전극의 상면의 높이가 절연층의 상면의 높이와 실질적으로 일치하는 트랜지스터를 가지는 것이 바람직하다. 예를 들어 CMP법 등을 사용하여 평탄화 처리를 실시함으로써, 게이트 전극의 상면과 절연층의 상면을 평탄화하여, 게이트 전극의 상면의 높이와 절연층의 상면의 높이를 일치시킬 수 있다.
이와 같은 구성의 트랜지스터는 크기를 축소하기 쉽다. 트랜지스터의 크기를 축소함으로써, 화소의 크기를 축소할 수 있기 때문에, 표시 장치의 정세도를 높일 수 있다.
구체적으로는 도전층(161)의 상면의 높이는 절연층(162)의 상면의 높이와 실질적으로 일치한다. 이로써 트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)의 크기를 축소할 수 있다.
도전층(161)으로서는 도전층을 단층으로 또는 2개 이상 적층하여 사용하는 것이 좋다. 도전층(161)을 2개의 도전층이 적층된 구성으로 하는 경우, 상기 2개의 도전층 중 절연층(162)에 제공된 개구의 바닥면 및 측벽에 접하여 제공되는 도전층에는, 물 또는 수소 등의 불순물 또는 산소의 확산을 억제하는 기능을 가지는 도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 도전성 재료의 예로서는 타이타늄, 질화 타이타늄, 탄탈럼, 질화 탄탈럼, 루테늄, 산화 루테늄 등을 들 수 있다. 상기 구성으로 함으로써, 물 또는 수소 등의 불순물이 금속 산화물층(165)으로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
절연층(162)의 상면은 평탄화되어 있는 것이 바람직하다.
절연층(163)으로서는 무기 절연막을 단층으로 또는 2개 이상 적층하여 사용하는 것이 좋다. 절연층(163)으로서 사용하는 무기 절연막은, 물 또는 수소 등의 불순물이 기판(131)으로부터 트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)로 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능하는 것이 바람직하다.
금속 산화물층(165)과 접하는 절연층(164)으로서는 산화 실리콘막 등의 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다.
금속 산화물층(165)은 절연층(164) 위에 제공되어 있다. 금속 산화물층(165)은 채널 형성 영역을 가진다. 금속 산화물층(165)은 한 쌍의 도전층(166) 중 한쪽과 중첩되는 제 1 영역과, 한 쌍의 도전층(166) 중 다른 쪽과 중첩되는 제 2 영역과, 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이의 제 3 영역을 가진다. 금속 산화물층(165)에 적합하게 사용할 수 있는 재료의 자세한 사항에 대해서는 후술한다.
한 쌍의 도전층(166)은 금속 산화물층(165) 위에 이격되어 제공되어 있다. 한 쌍의 도전층(166)은 소스 전극 및 드레인 전극으로서 기능한다.
금속 산화물층(165) 및 한 쌍의 도전층(166)을 덮어 절연층(181)이 제공되고, 절연층(181) 위에 절연층(182)이 제공되어 있다. 절연층(181)은 절연층(186) 등으로부터 금속 산화물층(165)으로 물 또는 수소 등의 불순물이 확산되는 것, 그리고 금속 산화물층(165)으로부터 산소가 이탈되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능한다.
절연층(181) 및 절연층(182)에는 금속 산화물층(165)에 도달하는 개구가 제공되어 있고, 상기 개구의 내부에 절연층(167) 및 도전층(168)이 매립되어 있다. 상기 개구는 상기 제 3 영역과 중첩된다. 절연층(167)은 절연층(181)의 측면 및 절연층(182)의 측면과 중첩된다. 도전층(168)은 절연층(167)을 개재하여 절연층(181)의 측면 및 절연층(182)의 측면과 중첩된다. 도전층(168)은 제 2 게이트 전극으로서 기능하고, 절연층(167)은 제 2 게이트 절연층으로서 기능한다. 도전층(168)은 절연층(167)을 개재하여 금속 산화물층(165)과 중첩되는 영역을 가진다.
절연층(167)에는 예를 들어 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막 등의 무기 절연막을 사용할 수 있다. 또한 절연층(167)은 단층의 무기 절연막에 한정되지 않고, 무기 절연막을 2개 이상 적층하여 사용하여도 좋다. 예를 들어 도전층(168)과 접하는 측에 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등을 단층으로 또는 적층하여 제공하여도 좋다. 이에 의하여, 도전층(168)의 산화를 억제할 수 있다. 또한 예를 들어 절연층(182), 절연층(181), 및 도전층(166)과 접하는 측에 산화 알루미늄막 또는 산화 하프늄막을 제공하여도 좋다. 이에 의하여, 금속 산화물층(165)으로부터의 산소의 이탈, 금속 산화물층(165)에 대한 산소의 과잉 공급, 도전층(166)의 산화 등을 억제할 수 있다.
여기서, 도전층(168)의 상면의 높이는 절연층(182)의 상면의 높이와 실질적으로 일치한다. 이로써, 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b)의 크기를 축소할 수 있다.
또한 금속 산화물층(165)의 채널 폭 방향에서의 측면의 외측에서, 도전층(161)과 도전층(168)은 절연체를 개재하여 중첩되는 것이 바람직하다. 상기 구성을 가짐으로써, 제 1 게이트 전극으로서 기능하는 도전층(161)의 전계와, 제 2 게이트 전극으로서 기능하는 도전층(168)의 전계로, 금속 산화물층(165)의 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러쌀 수 있다. 본 명세서에서 제 1 게이트 전극 및 제 2 게이트 전극의 전계로 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러싸는 트랜지스터의 구조를 surrounded channel(S-channel) 구조라고 부른다.
또한 본 명세서 등에서 S-channel 구조의 트랜지스터란, 한 쌍의 게이트 전극 중 한쪽 및 다른 쪽의 전계로 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러싸는 트랜지스터의 구조를 말한다. 또한 본 명세서 등에서 개시하는 S-channel 구조는 Fin형 구조 및 플레이너형 구조와는 다르다. S-channel 구조를 채용함으로써, 단채널 효과에 대한 내성을 높일 수 있고, 바꿔 말하면 단채널 효과가 발생하기 어려운 트랜지스터로 할 수 있다.
트랜지스터(120a) 및 트랜지스터(120b)를 노멀리 오프로 하고, 또한 상기 S-channel 구조로 함으로써, 채널 형성 영역을 전기적으로 둘러쌀 수 있다. 그러므로 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b)를 GAA(Gate All Around) 구조 또는 LGAA(Lateral Gate All Around) 구조로 간주할 수도 있다. 트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b)를 S-channel 구조, GAA 구조, 또는 LGAA 구조로 함으로써, 금속 산화물층(165)과 게이트 절연막의 계면 또는 계면 근방에 형성되는 채널 형성 영역을 금속 산화물층(165)의 벌크 전체에 형성할 수 있다. 따라서 트랜지스터에 흐르는 전류의 전류 밀도를 향상시킬 수 있기 때문에, 트랜지스터의 온 전류의 향상 또는 트랜지스터의 전계 효과 이동도의 향상을 기대할 수 있다.
절연층(182), 절연층(167), 및 도전층(168)의 상면을 덮어 절연층(183) 및 절연층(185)이 제공되어 있다. 절연층(181) 및 절연층(183)은 절연층(152)과 마찬가지로 배리어층으로서 기능하는 것이 바람직하다. 절연층(181)으로 한 쌍의 도전층(166)을 덮음으로써, 절연층(182)에 포함되는 산소로 인하여 한 쌍의 도전층(166)이 산화되는 것을 억제할 수 있다.
한 쌍의 도전층(166) 중 한쪽 및 도전층(189a)과 전기적으로 접속되는 플러그가 절연층(181), 절연층(182), 절연층(183), 및 절연층(185)에 제공된 개구 내에 매립되어 있다. 플러그는 상기 개구의 측면 및 한 쌍의 도전층(166) 중 한쪽의 상면과 접하는 도전층(184b)과, 상기 도전층(184b)보다 내측에 매립된 도전층(184a)을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 도전층(184b)에는 수소 및 산소가 확산되기 어려운 도전 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 구성으로 함으로써, 절연층(182) 등으로부터 물 또는 수소 등의 불순물이 상기 플러그를 통하여 금속 산화물층(165)에 혼입하는 것을 억제할 수 있다. 또한 절연층(182)에 포함되는 산소가 상기 플러그에 흡수되는 것을 억제할 수 있다.
또한 상기 플러그의 측면에 접하여 절연층이 제공되어도 좋다. 즉 절연층(182) 및 절연층(181)의 개구의 내벽에 접하여 절연층이 제공되고, 상기 절연층의 측면 및 도전층(166)의 상면의 일부에 접하여 상기 플러그가 제공되는 구성으로 하여도 좋다.
절연층(185) 위에 도전층(189a) 및 절연층(186)이 제공되고, 도전층(189a) 위에 도전층(189b)이 제공되고, 절연층(186) 위에 절연층(187)이 제공되어 있다. 절연층(186)은 평탄화 기능을 가지는 것이 바람직하다. 여기서, 도전층(189b)의 상면의 높이는 절연층(187)의 상면의 높이와 실질적으로 일치한다. 절연층(187) 및 절연층(186)에는 도전층(189a)에 도달하는 개구가 제공되어 있고, 상기 개구의 내부에 도전층(189b)이 매립되어 있다. 도전층(189b)은 도전층(189a)과 도전층(190a) 또는 도전층(190c)을 전기적으로 접속하는 플러그로서 기능한다.
트랜지스터(120a)의 한 쌍의 도전층(166) 중 한쪽은 도전층(184a), 도전층(184b), 도전층(189a), 및 도전층(189b)을 통하여 도전층(190a)에 전기적으로 접속되어 있다.
마찬가지로, 트랜지스터(120b)의 한 쌍의 도전층(166) 중 한쪽은 도전층(184a), 도전층(184b), 도전층(189a), 및 도전층(189b)을 통하여 도전층(190c)에 전기적으로 접속되어 있다.
절연층(186)은 산화 실리콘, 산화질화 실리콘, 질화산화 실리콘, 질화 실리콘, 산화 알루미늄, 산화 하프늄, 질화 타이타늄 등의 무기 절연 재료를 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.
절연층(187)으로서는 예를 들어 산화 알루미늄막, 산화 하프늄막, 질화 실리콘막 등, 산화 실리콘막보다 수소 및 산소 중 한쪽 또는 양쪽이 확산되기 어려운 막을 사용할 수 있다. 절연층(187)은 LED 기판(150A)으로부터 트랜지스터로 불순물(수소, 물 등)이 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능하는 것이 바람직하다. 또한 절연층(187)은 회로 기판(150B)으로부터 LED 기판(150A)으로 불순물이 확산되는 것을 방지하는 배리어층으로서 기능하는 것이 바람직하다.
절연층(188)은 LED 기판(150A)이 가지는 절연층(104)과 직접 접합하는 층이다. 절연층(188)은 절연층(104)과 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 절연층(188)에는 산화물 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 산화물 절연막들을 직접 접합시킴으로써 접합 강도를 높일 수 있다. 예를 들어 절연층(104)과 절연층(188)에 산화 실리콘막을 사용하는 것이 바람직하다. 수산기(OH기)를 통한 친수성 접합이 일어남으로써, 절연층(104)과 절연층(188)의 접합 강도를 높일 수 있다. 또한 절연층(104) 및 절연층(188) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층 구조인 경우, 서로 접하는 층(표층, 접합면을 포함하는 층)이 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
도전층(190a) 내지 도전층(190d)은 LED 기판(150A)이 가지는 전극(117a) 내지 전극(117d)과 직접 접합하는 층이다. 도전층(190a) 내지 도전층(190d)과, 전극(117a) 내지 전극(117d)은 주성분이 동일한 금속 원소인 것이 바람직하고, 동일한 재료로 형성되는 것이 더 바람직하다. 도전층(190a) 내지 도전층(190d)에는 예를 들어 Cu, Al, Sn, Zn, W, Ag, Pt, Au 등을 사용할 수 있다. 접합의 용이성을 고려하여, Cu, Al, W, 또는 Au을 사용하는 것이 바람직하다. 또한 도전층(190)(도전층(190a) 내지 도전층(190d)) 및 전극(117)(전극(117a) 내지 전극(117d)) 중 한쪽 또는 양쪽이 적층 구조인 경우, 서로 접하는 층(표층, 접합면을 포함하는 층)이 동일한 재료로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한 회로 기판(150B)은 발광 다이오드의 광을 반사하는 반사층 및 상기 광을 차단하는 차광층 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다.
도 19에 나타낸 바와 같이, LED 기판(150A)에 제공된 전극(117a), 전극(117b), 전극(117c), 전극(117d)은 각각, 회로 기판(150B)에 제공된 도전층(190a), 도전층(190b), 도전층(190c), 도전층(190d)에 접합되어 전기적으로 접속된다.
예를 들어 전극(117a)과 도전층(190a)이 접속됨으로써, 트랜지스터(120a)와 발광 다이오드(110a)를 전기적으로 접속할 수 있다. 전극(117a)은 발광 다이오드(110a)의 화소 전극으로서 기능한다. 또한 전극(117b)과 도전층(190b)이 접속된다. 전극(117b)은 발광 다이오드(110a)의 공통 전극으로서 기능한다.
마찬가지로 전극(117c)과 도전층(190c)이 접속됨으로써, 트랜지스터(120b)와 발광 다이오드(110b)를 전기적으로 접속할 수 있다. 전극(117c)은 발광 다이오드(110b)의 화소 전극으로서 기능한다. 또한 전극(117d)과 도전층(190d)이 접속된다. 전극(117d)은 발광 다이오드(110b)의 공통 전극으로서 기능한다.
전극(117a), 전극(117b), 전극(117c), 전극(117d)과, 도전층(190a), 도전층(190b), 도전층(190c), 도전층(190d)은 주성분이 동일한 금속 원소인 것이 바람직하다.
또한 LED 기판(150A)에 제공된 절연층(104)과, 회로 기판(150B)에 제공된 절연층(188)이 직접 접합된다. 절연층(104)과 절연층(188)은 동일한 성분 또는 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
LED 기판(150A)과 회로 기판(150B)의 접합면에서, 동일한 재료의 층들이 접함으로써 기계적인 강도를 가지는 접속을 얻을 수 있다.
금속층끼리의 접합에는 표면의 산화막 및 불순물의 흡착층 등을 스퍼터링 처리 등으로 제거하고, 청정화 및 활성화된 표면끼리를 접촉시켜 접합하는 표면 활성화 접합법을 사용할 수 있다. 또는 온도와 압력을 병용하여 표면들을 접합하는 확산 접합법 등을 사용할 수 있다. 어느 방법에서도 원자 레벨로 결합되기 때문에, 전기적뿐만 아니라 기계적으로도 우수한 접합을 얻을 수 있다.
절연층들의 접합에는, 연마 등에 의하여 높은 평탄성을 얻은 후, 산소 플라스마 등으로 친수성 처리를 수행한 표면들을 접촉시켜 일시적으로 접합하고, 열처리에 의한 탈수로 최종적인 접합을 하는 친수성 접합법 등을 사용할 수 있다. 친수성 접합법에서도 원자 레벨로 결합되기 때문에, 기계적으로 우수한 접합을 얻을 수 있다. 산화물 절연막을 사용한 경우, 친수성 처리를 수행함으로써 접합 강도를 더 높일 수 있어 바람직하다. 또한 산화물 절연막을 사용하는 경우, 친수성 처리를 별도로 수행하지 않아도 된다.
LED 기판(150A)과 회로 기판(150B)의 접합면에는 절연층과 금속층이 모두 존재하기 때문에, 2종류 이상의 접합법을 조합하여 접합하여도 좋다. 예를 들어 표면 활성화 접합법 및 친수성 접합법을 조합하여 수행할 수 있다.
예를 들어 연마 후에 표면을 세정하고, 금속층의 표면에 산화 방지 처리를 실시한 다음, 친수성 처리를 실시하여 접합을 하는 방법 등을 사용할 수 있다. 또한 금속층의 표면에 Au 등의 난(難)산화성 금속을 사용하여 친수성 처리를 실시하여도 좋다. 또한 친수성 처리를 수행하지 않는 경우, 금속층의 산화 방지 처리를 삭감할 수 있고, 재료의 종류의 제한이 없어지고, 제작 비용을 절감하고 제작 공정을 삭감할 수 있다. 또한 상술한 방법 이외의 접합 방법을 사용하여도 좋다.
또한 LED 기판(150A)과 회로 기판(150B)의 접합은 기판 전체 면을 직접 접합하는 구성에 한정되지 않고, 적어도 일부에서 은, 카본, 구리 등의 도전성 페이스트, 또는 금, 땜납 등의 범프를 통하여 기판끼리를 접속시키는 구성으로 하여도 좋다.
도전층(190a) 내지 도전층(190d)에서의 트랜지스터(층(151)) 측의 면과 측면 사이의 각도는 0°보다 크고 90° 이하 또는 0°보다 크고 90° 미만인 것이 바람직하다. 전극(117a) 내지 전극(117d)에서의 트랜지스터(층(151)) 측의 면과 측면 사이의 각도는 90° 이상 180° 미만 또는 90°보다 크고 180° 미만인 것이 바람직하다. 도전층(190a) 내지 도전층(190d)과 전극(117a) 내지 전극(117d)의 양쪽이 트랜지스터와 동일 기판 위에 형성되는 경우, 도전층(190a) 내지 도전층(190d)과 전극(117a) 내지 전극(117d)은 트랜지스터 측의 면과 측면이 이루는 각도가 모두 90° 이하가 되도록 제작되는 경우가 많다. 따라서 주사형 전자 현미경(SEM), 주사형 투과 전자 현미경(STEM: Scanning Transmission Electron Microscope) 등을 사용하여 표시 장치의 단면 관찰을 수행함으로써, 2개의 도전층(도전층(190)과 전극(117))의 테이퍼 형상의 차이로부터, 상기 2개의 도전층 사이가 접합의 경계면인 것을 추정할 수 있다.
또한 하나의 트랜지스터에 복수의 발광 다이오드가 전기적으로 접속되어 있어도 좋다.
또한 발광 다이오드(110a)를 구동하는 트랜지스터(120a)와 발광 다이오드(110b)를 구동하는 트랜지스터(120b)는, 트랜지스터의 크기, 채널 길이, 채널 폭, 및 구조 등 중 적어도 하나가 서로 달라도 좋다. 예를 들어 발광 다이오드(110a)와 발광 다이오드(110b)가 서로 다른 색의 광을 방출하는 경우 등에는, 색마다 트랜지스터의 구성을 바꿔도 좋다. 구체적으로는, 원하는 휘도로 발광시키기 위하여 필요한 전류량에 따라, 트랜지스터의 채널 길이 및 채널 폭 중 한쪽 또는 양쪽을 색마다 바꿔도 좋다.
또한 도 21의 (A)에 표시 장치(100B)의 단면도를 나타내었다. 표시 장치(100B)는 절연층(141)부터 절연층(185)까지의 적층 구조를 가지지 않는 점에서 표시 장치(100A)와 주로 다르다. 즉 표시 장치(100B)는 금속 산화물층에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터(트랜지스터(120a), 트랜지스터(120b))를 가지지 않는 구성이다. 표시 장치(100B)에서는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터, 게이트 드라이버 및 소스 드라이버 중 한쪽 또는 양쪽을 구성하는 트랜지스터, 그리고 연산 회로 및 기억 회로 등의 각종 기능 회로를 구성하는 트랜지스터 중 어느 것에 대해서도 기판(131)(예를 들어 단결정 실리콘 기판)에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터를 적용할 수 있다.
표시 장치(100B)는 트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b)가 형성된 기판과, 발광 다이오드(110a), 발광 다이오드(110b)가 형성된 기판을 접합함으로써 제작할 수 있다. 전극(117a), 전극(117b), 전극(117c), 전극(117d)은 각각 도전층(190a), 도전층(190b), 도전층(190c), 도전층(190d)과 접합되고 전기적으로 접속된다.
또한 층(151) 대신에 각종 기판을 사용하여도 좋다. 도 21의 (B)는 표시 장치(100C)의 단면도이다. 표시 장치(100C)는 기판(131)부터 절연층(143)까지의 적층 구조 대신에 기판(140)을 가지는 점에서 표시 장치(100A)와 주로 다르다. 즉 표시 장치(100C)는 기판에 채널 형성 영역을 가지는 트랜지스터(트랜지스터(130a) 및 트랜지스터(130b))를 가지지 않는 구성이다. 표시 장치(100C)에서는 화소 회로를 구성하는 트랜지스터, 게이트 드라이버 및 소스 드라이버 중 한쪽 또는 양쪽을 구성하는 트랜지스터, 그리고 연산 회로 및 기억 회로 등의 각종 기능 회로를 구성하는 트랜지스터 중 어느 것에 대해서도 OS 트랜지스터를 적용할 수 있다.
기판(140)으로서는 유리 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 세라믹 기판 등의 절연성 기판, 혹은 실리콘 또는 탄소화 실리콘 등을 재료로 한 단결정 반도체 기판, 다결정 반도체 기판, 실리콘 저마늄 등을 재료로 한 화합물 반도체 기판, SOI(Silicon On Insulator) 기판 등의 반도체 기판을 들 수 있다. 기판(140)에 가요성을 가지는 재료를 사용하여도 좋다. 또한 기판(140)으로서 편광판을 사용하여도 좋다.
또한 본 실시형태에서는 트랜지스터와 발광 다이오드를 다른 기판에 형성하여 접합함으로써 표시 장치를 제작하는 예를 나타내었지만, 트랜지스터와 발광 다이오드를 동일한 기판에 적층시켜 형성함으로써 표시 장치를 제작하여도 좋다.
[표시 장치의 구성예 2]
도 22의 (A)는 표시 장치(100D)의 단면도이고, 도 22의 (B)는 표시 장치(100E)의 단면도이다. 또한 이하의 구성예의 설명에서는 앞에 설명한 구성 요소의 자세한 설명을 생략하는 경우가 있다.
표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)에서, 각 색의 화소는 동일한 색의 광을 나타내는 발광 다이오드를 가진다.
표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)는 착색층(CFG) 및 색 변환층(CCMG)이 제공된 기판(191)을 가진다.
구체적으로는, 기판(191)은 녹색의 화소가 가지는 발광 다이오드(110a)와 중첩되는 영역에 착색층(CFG) 및 색 변환층(CCMG)을 가진다. 색 변환층(CCMG)은 청색광을 녹색광으로 변환하는 기능을 가진다.
도 22의 (A), (B)에서, 녹색의 화소가 가지는 발광 다이오드(110a)가 방출한 광은 색 변환층(CCMG)에 의하여 청색에서 녹색으로 변환되고, 착색층(CFG)에 의하여 녹색광의 순도가 높아지고, 표시 장치(100D) 또는 표시 장치(100E) 외부로 사출된다.
한편으로, 기판(191)은 청색의 화소가 가지는 발광 다이오드(110b)와 중첩되는 영역에 색 변환층을 가지지 않는다. 기판(191)은 청색의 화소가 가지는 발광 다이오드(110b)와 중첩되는 영역에 청색의 착색층을 가져도 좋다. 청색의 착색층을 제공함으로써, 청색광의 순도를 높일 수 있다. 청색의 착색층을 제공하지 않는 경우, 제작 공정을 간략화할 수 있고, 또한 발광 다이오드로부터 사출된 광을 효율적으로 표시 장치 외부로 추출할 수 있다.
발광 다이오드(110b)가 방출한 청색광은, 접착층(192) 및 기판(191)을 통하여 표시 장치(100D) 또는 표시 장치(100E) 외부로 사출된다.
도 22의 (A) 및 (B)에서는 표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)가 녹색의 화소와 청색의 화소를 가지는 구성을 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)는 적색의 화소와 청색의 화소를 가져도 좋다.
상기 구성에서, 기판(191)은 적색의 화소가 가지는 발광 다이오드와 중첩되는 영역에 적색의 착색층과, 청색광을 적색으로 변환하는 색 변환층을 가진다. 이에 의하여 적색의 화소가 가지는 발광 다이오드가 방출한 광은 상기 색 변환층에 의하여 청색으로부터 적색으로 변환되고, 상기 착색층에 의하여 적색광의 순도가 높아지고, 표시 장치 외부로 사출된다.
또한 도 22의 (A) 및 (B)에서는 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b)가 청색광을 방출하는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b)는 적색 또는 녹색광을 방출하여도 좋다. 이때 표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)에는, 표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)가 가지는 화소의 색에 따라 색 변환층 및 착색층을 적절히 제공하는 것이 좋다. 예를 들어 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b)가 녹색광을 방출하고, 표시 장치(100D) 및 표시 장치(100E)가 녹색의 화소와 청색의 화소를 가지는 경우, 청색의 화소가 가지는 발광 다이오드와 중첩되는 영역에 청색의 착색층과, 녹색광을 청색으로 변환하는 색 변환층이 제공되는 것이 좋다.
각 색의 화소에 구성이 같은 발광 다이오드를 가지는 표시 장치의 제작에서는, 기판 위에 1종류의 발광 다이오드만을 제작하면 되기 때문에, 복수 종류의 발광 다이오드를 제작하는 경우에 비하여 제조 장치 및 공정을 간이화할 수 있어 수율을 향상시킬 수 있다.
기판(191)은 발광 다이오드로부터의 광이 추출되는 측에 위치하기 때문에, 가시광에 대한 투과성이 높은 재료가 사용되는 것이 바람직하다. 기판(191)에 사용할 수 있는 재료로서는, 예를 들어 유리, 석영, 사파이어, 수지 등이 있다. 기판(191)으로서는 수지 필름 등의 필름을 사용하여도 좋다. 이에 의하여, 표시 장치를 경량화, 박형화할 수 있다.
색 변환층에는 형광체 및 퀀텀닷(QD: Quantum dot) 중 한쪽 또는 양쪽을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 퀀텀닷은 발광 스펙트럼의 피크 폭이 좁기 때문에, 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 따라서 표시 장치의 표시 품질을 높일 수 있다.
색 변환층은 액적 토출법(예를 들어 잉크젯법), 도포법, 임프린트법, 각종 인쇄법(스크린 인쇄, 오프셋 인쇄) 등을 사용하여 형성할 수 있다. 또한 퀀텀닷 필름 등의 색 변환 필름을 사용하여도 좋다.
색 변환층이 되는 막을 가공할 때는, 포토리소그래피법을 사용하는 것이 바람직하다. 포토리소그래피법으로서는, 가공하고자 하는 박막 위에 레지스트 마스크를 형성하고, 에칭 등에 의하여 상기 박막을 가공하고, 레지스트 마스크를 제거하는 방법과, 감광성을 가지는 박막을 성막한 후에 노광, 현상을 수행하여 상기 박막을 원하는 형상으로 가공하는 방법이 있다. 예를 들어, 포토레지스트에 퀀텀닷을 혼합한 재료를 사용하여 박막을 형성하고, 포토리소그래피법을 사용하여 상기 박막을 가공함으로써, 섬 형상의 색 변환층을 형성할 수 있다.
퀀텀닷을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 14족 원소, 15족 원소, 16족 원소, 복수의 14족 원소로 이루어지는 화합물, 4족 내지 14족에 속하는 원소와 16족 원소의 화합물, 2족 원소와 16족 원소의 화합물, 13족 원소와 15족 원소의 화합물, 13족 원소와 17족 원소의 화합물, 14족 원소와 15족 원소의 화합물, 11족 원소와 17족 원소의 화합물, 산화 철류, 산화 타이타늄류, 칼코게나이드스피넬류, 각종 반도체 클러스터 등이 있다.
구체적으로는, 셀레늄화 카드뮴, 황화 카드뮴, 텔루륨화 카드뮴, 셀레늄화 아연, 산화 아연, 황화 아연, 텔루륨화 아연, 황화 수은, 셀레늄화 수은, 텔루륨화 수은, 비소화 인듐, 인화 인듐, 비소화 갈륨, 인화 갈륨, 질화 인듐, 질화 갈륨, 안티모니화 인듐, 안티모니화 갈륨, 인화 알루미늄, 비소화 알루미늄, 안티모니화 알루미늄, 셀레늄화 납, 텔루륨화 납, 황화 납, 셀레늄화 인듐, 텔루륨화 인듐, 황화 인듐, 셀레늄화 갈륨, 황화 비소, 셀레늄화 비소, 텔루륨화 비소, 황화 안티모니, 셀레늄화 안티모니, 텔루륨화 안티모니, 황화 비스무트, 셀레늄화 비스무트, 텔루륨화 비스무트, 실리콘, 탄소화 실리콘, 저마늄, 주석, 셀레늄, 텔루륨, 붕소, 탄소, 인, 질화 붕소, 인화 붕소, 비소화 붕소, 질화 알루미늄, 황화 알루미늄, 황화 바륨, 셀레늄화 바륨, 텔루륨화 바륨, 황화 칼슘, 셀레늄화 칼슘, 텔루륨화 칼슘, 황화 베릴륨, 셀레늄화 베릴륨, 텔루륨화 베릴륨, 황화 마그네슘, 셀레늄화 마그네슘, 황화 저마늄, 셀레늄화 저마늄, 텔루륨화 저마늄, 황화 주석, 셀레늄화 주석, 텔루륨화 주석, 산화 납, 플루오린화 구리, 염화 구리, 브로민화 구리, 아이오딘화 구리, 산화 구리, 셀레늄화 구리, 산화 니켈, 산화 코발트, 황화 코발트, 산화 철, 황화 철, 산화 망가니즈, 황화 몰리브데넘, 산화 바나듐, 산화 텅스텐, 산화 탄탈럼, 산화 타이타늄, 산화 지르코늄, 질화 실리콘, 질화 저마늄, 산화 알루미늄, 타이타늄산 바륨, 셀레늄과 아연과 카드뮴의 화합물, 인듐과 비소와 인의 화합물, 카드뮴과 셀레늄과 황의 화합물, 카드뮴과 셀레늄과 텔루륨의 화합물, 인듐과 갈륨과 비소의 화합물, 인듐과 갈륨과 셀레늄의 화합물, 인듐과 셀레늄과 황의 화합물, 구리와 인듐과 황의 화합물, 및 이들의 조합 등을 들 수 있다. 또한 조성이 임의의 비율로 나타내어지는, 소위 합금형 퀀텀닷을 사용하여도 좋다.
퀀텀닷의 구조로서는, 코어형, 코어-셸형, 코어-멀티셸형 등을 들 수 있다. 또한 퀀텀닷은 표면 원자의 비율이 높으므로 반응성이 높고 응집이 일어나기 쉽다. 그러므로 퀀텀닷의 표면에는 보호제가 부착되거나 보호기가 제공되는 것이 바람직하다. 상기 보호제가 부착되거나 보호기가 제공되어 있으면 응집을 방지하고 용매에 대한 용해성을 높일 수 있다. 또한 반응성을 저감하고 전기적 안정성을 향상시킬 수도 있다.
퀀텀닷은 크기가 작아질수록 밴드 갭이 넓어지기 때문에, 원하는 파장의 광이 얻어지도록 그 크기를 적절히 조정한다. 결정의 크기가 작아질수록, 퀀텀닷의 발광은 청색 쪽으로, 즉 고에너지 쪽으로 시프트하기 때문에, 퀀텀닷의 크기를 변경함으로써, 자외선 영역, 가시광선 영역, 적외선 영역의 스펙트럼의 파장 영역에 걸쳐, 그 발광 파장을 조정할 수 있다. 퀀텀닷의 크기(직경)는 예를 들어 0.5nm 이상 20nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 10nm 이하이다. 퀀텀닷은 그 크기 분포가 좁을수록, 발광 스펙트럼이 더 협선화(狹線化)하기 때문에, 색 순도가 높은 발광을 얻을 수 있다. 또한 퀀텀닷의 형상은 특별히 한정되지 않고, 구상, 막대기상, 원반상, 그 외의 형상이어도 좋다. 막대기상 퀀텀닷인 퀀텀 로드는 지향성을 가지는 광을 나타내는 기능을 가진다.
착색층은 특정의 파장 영역의 광을 투과시키는 유색층이다. 예를 들어 적색, 녹색, 청색, 또는 황색의 파장 영역의 광을 투과시키는 컬러 필터 등을 사용할 수 있다. 착색층에 사용할 수 있는 재료로서는 금속 재료, 수지 재료, 안료 또는 염료가 포함된 수지 재료 등을 들 수 있다.
표시 장치(100D)는, 먼저 표시 장치(100A)와 같이 회로 기판과 LED 기판을 접합한 후, LED 기판이 가지는 기판(101)을 박리하고, 박리에 의하여 노출된 면에 접착층(192)을 사용하여 착색층(CFG) 및 색 변환층(CCMG) 등이 제공된 기판(191)을 접합함으로써 제작할 수 있다.
기판(101)의 박리 방법에 한정은 없고, 예를 들어 도 23의 (A)에 나타낸 바와 같이 레이저 광(Laser beam)을 기판(101)의 하나의 면 전체에 조사하는 방법이 있다. 이에 의하여, 기판(101)을 박리하고, 절연층(102), 발광 다이오드(110a), 및 발광 다이오드(110b)를 노출시킬 수 있다(도 23의 (B)).
레이저로서는 엑시머 레이저, 고체 레이저 등을 사용할 수 있다. 예를 들어 다이오드 여기 고체 레이저(DPSS)를 사용하여도 좋다.
기판(101)과 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b) 사이에 박리층을 제공하여도 좋다.
박리층은 유기 재료 또는 무기 재료를 사용하여 형성할 수 있다.
박리층에 사용할 수 있는 유기 재료로서는, 예를 들어 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리아마이드 수지, 폴리이미드아마이드 수지, 실록산 수지, 벤조사이클로뷰텐계 수지, 페놀 수지 등이 있다.
박리층에 사용할 수 있는 무기 재료로서는 텅스텐, 몰리브데넘, 타이타늄, 탄탈럼, 나이오븀, 니켈, 코발트, 지르코늄, 아연, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐, 실리콘 중에서 선택된 원소를 포함하는 금속, 상기 원소를 포함하는 합금, 또는 상기 원소를 포함하는 화합물 등을 들 수 있다. 실리콘을 포함하는 층의 결정 구조는 비정질, 미결정, 다결정 중 어느 것이어도 좋다.
접착층(192)에는, 자외선 경화형 등의 광 경화형 접착제, 반응 경화형 접착제, 열 경화형 접착제, 혐기형 접착제 등의 각종 경화형 접착제를 사용할 수 있다. 또한 접착 시트 등을 사용하여도 좋다.
또한 표시 장치(100E)에 나타낸 바와 같이, 접착층(192)을 사용하여 착색층(CFG) 및 색 변환층(CCMG) 등이 제공된 기판(191)을 기판(101)에 접합하여도 좋다. 즉, 기판(101)을 박리하지 않아도 된다.
이때, 연마 등에 의하여 기판(101)의 두께를 얇게 하는 것이 바람직하다. 이로써, 발광 다이오드가 방출하는 광의 추출 효율을 높일 수 있다. 또한 표시 장치를 박형화, 경량화할 수도 있다.
표시 장치(100E)는, 먼저 표시 장치(100A)와 같이 회로 기판과 LED 기판을 접합한 후, LED 기판이 가지는 기판(101)을 연마하고, 기판(101)의 연마된 면에 접착층(192)을 사용하여 착색층(CFG) 및 색 변환층(CCMG) 등이 제공된 기판(191)을 접합함으로써 제작할 수 있다.
기판(191)에는 착색층, 색 변환층, 및 차광층 중 적어도 하나를 제공할 수 있다.
[표시 장치의 구성예 3]
도 24에 표시 장치(100F)의 단면도를 나타내었다.
본 발명의 일 형태의 표시 장치는 터치 센서가 탑재된 표시 장치(입출력 장치 또는 터치 패널이라고도 함)이어도 좋다. 상술한 각 표시 장치의 구성을 터치 패널에 적용할 수 있다. 표시 장치(100F)는 표시 장치(100A)에 터치 센서가 탑재된 예이다.
본 발명의 일 형태의 터치 패널이 가지는 검지 디바이스(센서 디바이스, 검지 소자, 센서 소자라고도 함)에 한정은 없다. 손가락 또는 스타일러스 등의 피검지체의 근접 또는 접촉을 검지할 수 있는 다양한 센서를 검지 디바이스로서 적용할 수 있다.
센서의 방식으로서는 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식, 적외선 방식, 광학 방식, 감압 방식 등 다양한 방식을 사용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 정전 용량 방식의 검지 디바이스를 가지는 터치 패널을 예로 들어 설명한다.
정전 용량 방식으로서는, 표면형 정전 용량 방식, 투영형 정전 용량 방식 등이 있다. 또한 투영형 정전 용량 방식으로서는, 자기 용량 방식, 상호 용량 방식 등이 있다. 상호 용량 방식을 사용하면 여러 지점을 동시에 검지할 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 터치 패널에는, 따로 제작된 표시 장치와 검지 디바이스를 접합시키는 구성, 표시 디바이스를 지지하는 기판 및 대향 기판 중 한쪽 또는 양쪽에 검지 디바이스를 구성하는 전극 등을 제공하는 구성 등, 다양한 구성을 적용할 수 있다.
표시 장치(100F)에서 층(151)부터 기판(101)까지의 적층 구조는 표시 장치(100A)와 같기 때문에, 자세한 설명은 생략한다.
도전층(189c)은 도전층(189d), 도전층(190e), 및 도전체(195)를 통하여 FPC(Flexible printed circuit)(196)에 전기적으로 접속되어 있다. 표시 장치(100F)에는 FPC(196)를 통하여 신호 및 전력이 공급된다.
도전층(189c)은 도전층(189a)과 동일한 재료를 사용하여 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 도전층(189d)은 도전층(189b)과 동일한 재료를 사용하여 동일한 공정으로 형성할 수 있다. 도전층(190e)은 도전층(190a) 내지 도전층(190d)과 동일한 재료 및 동일한 공정으로 형성할 수 있다.
도전체(195)로서는, 예를 들어 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film) 또는 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste) 등을 사용할 수 있다.
기판(171)에 터치 센서가 제공되어 있다. 기판(171)에서 터치 센서가 제공된 면이 기판(101) 측을 향하도록, 기판(171)과 기판(101)이 접착층(179)에 의하여 접합되어 있다.
기판(171)의 기판(101) 측에는 전극(177) 및 전극(178)이 제공되어 있다. 전극(177) 및 전극(178)은 동일 평면 위에 형성되어 있다. 전극(177) 및 전극(178)에는 가시광을 투과시키는 재료를 사용한다. 절연층(173)은 전극(177) 및 전극(178)을 덮도록 제공되어 있다. 전극(174)은 절연층(173)에 제공된 개구를 통하여, 전극(177)을 사이에 두고 제공되는 2개의 전극(178)에 전기적으로 접속되어 있다.
전극(177) 및 전극(178)과 동일한 도전층을 가공하여 얻어진 배선(172)이, 전극(174)과 동일한 도전층을 가공하여 얻어진 도전층(175)에 접속되어 있다. 도전층(175)은 접속체(176)를 통하여 FPC(197)에 전기적으로 접속된다.
[표시 장치의 구성예 4]
표시 장치(100A) 내지 표시 장치(100F)는 표시 디바이스로서 발광 다이오드를 가지지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 디바이스로서 유기 EL 소자를 가져도 좋다.
도 25에 표시 장치(100G)의 단면도를 나타내었다. 표시 장치(100G)는, 발광 다이오드(110a) 및 발광 다이오드(110b) 대신에 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)를 가지는 점에서 표시 장치(100A)와 주로 다르다. 발광 소자(61G)는 녹색광을 방출하고, 발광 소자(61B)는 청색광을 방출한다.
발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B) 위에는 보호층(415)이 제공되어 있고, 보호층(415)의 상면에는 수지층(419)을 개재하여 기판(420)이 제공되어 있다.
2개의 색을 가지는 구성의 표시 장치(100G)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)에 대응한다. 또한 하나의 색을 가지는 구성의 표시 장치(100G)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11aL)에 대응한다. 예를 들어 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)를 가지는 표시 장치(100G)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11bR) 및 표시 장치(11bL)에 대응하고, 적색광을 방출하는 발광 소자를 가지는 표시 장치(100G)는 실시형태 1에서 설명한 표시 장치(11aR) 및 표시 장치(11aL)에 대응한다.
이하에서는 발광 소자(61)의 구성예에 대하여 설명한다.
도 26의 (A)에 표시 장치(100G)의 표시 영역에 배치되는 발광 소자(61)의 상면 개략도를 나타내었다. 발광 소자(61)는 녹색을 나타내는 발광 소자(61G) 및 청색을 나타내는 발광 소자(61B)를 각각 복수로 가진다. 또한 본 명세서 등에서는 녹색을 나타내는 발광 소자(61G) 및 청색을 나타내는 발광 소자(61B)를 통틀어 발광 소자(61)라고 기재하여 설명하는 경우가 있다. 도 26의 (A)에서는 각 발광 소자를 쉽게 구별하기 위하여 각 발광 소자의 발광 영역 내에 G, B의 부호를 붙였다. 또한 도 26의 (A)에 나타낸 발광 소자(61)의 구성을 SBS(Side By Side) 구조라고 불러도 좋다. 또한 도 26의 (A)에는 녹색(G) 및 청색(B)의 2개의 색을 가지는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 적색(R) 및 녹색(G)의 2개의 색을 가지는 구성으로 하여도 좋고, 적색(R) 및 청색(B)의 2개의 색을 가지는 구성으로 하여도 좋다. 또한 도 26의 (A)에는 녹색(G) 및 청색(B)의 2개의 색을 가지는 구성을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 하나 또는 3개 이상의 색을 가지는 구성으로 하여도 좋다.
발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)는 각각 매트릭스 형태로 배열되어 있다. 도 26의 (A)에는 한 방향으로 동일한 색의 발광 소자가 배열된 소위 스트라이프 배열을 나타내었다. 또한 발광 소자의 배열 방법은 이에 한정되지 않고, 델타 배열, 지그재그 배열 등의 배열 방법을 적용하여도 좋고, 펜타일 배열을 사용할 수도 있다.
적색을 나타내는 발광 소자, 발광 소자(61G), 및 발광 소자(61B)로서는 OLED(Organic Light Emitting Diode) 또는 QOLED(Quantum-dot Organic Light Emitting Diode) 등의 유기 EL 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. EL 소자가 가지는 발광 물질로서는, 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally activated delayed fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다.
도 26의 (B)는 도 26의 (A)에서의 일점쇄선 A1-A2를 따르는 단면 개략도이다. 도 26의 (B)에는 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)의 단면을 나타내었다. 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)는 각각 절연층(363) 위에 제공되고, 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261) 및 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)을 가진다. 절연층(363)으로서는 무기 절연막 및 유기 절연막 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 절연층(363)으로서 무기 절연막을 사용하는 것이 바람직하다. 무기 절연막으로서는 예를 들어 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막 등의 산화물 절연막, 산화질화물 절연막, 질화산화물 절연막, 및 질화물 절연막이 있다.
발광 소자(61G)는 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263) 사이에 EL층(262G)을 가진다. EL층(262G)은 적어도 녹색의 파장 영역에 강도를 가지는 광을 방출하는 발광성 유기 화합물을 가진다. 발광 소자(61B)는 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263) 사이에 EL층(262B)을 가진다. EL층(262B)은 적어도 청색의 파장 영역에 강도를 가지는 광을 방출하는 발광성 유기 화합물을 가진다.
EL층(262G) 및 EL층(262B)은 각각 발광성 유기 화합물을 포함하는 층(발광층) 이외에, 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 주입층, 및 정공 수송층 중 하나 이상을 가져도 좋다.
화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)은 발광 소자마다 제공되어 있다. 또한 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)은 각 발광 소자에 공통된 하나의 층으로서 제공되어 있다. 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261) 및 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263) 중 어느 한쪽에 가시광에 대하여 투광성을 가지는 도전막을 사용하고, 다른 쪽에 반사성을 가지는 도전막을 사용한다. 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)을 투광성, 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)을 반사성으로 함으로써 배면 발광형(보텀 이미션형)의 표시 장치로 할 수 있고, 반대로 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)을 반사성, 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)에 투광성으로 함으로써 전면 발광형(톱 이미션형)의 표시 장치로 할 수 있다. 또한 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)의 양쪽을 투광성으로 함으로써, 양면 발광형(듀얼 이미션형)의 표시 장치로 할 수도 있다.
화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)의 단부를 덮어 절연층(272)이 제공된다. 절연층(272)의 단부는 테이퍼 형상인 것이 바람직하다. 절연층(272)에는 절연층(363)에 사용할 수 있는 재료와 같은 재료를 사용할 수 있다.
EL층(262G) 및 EL층(262B)은 각각 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)의 상면에 접하는 영역과, 절연층(272)의 표면에 접하는 영역을 가진다. 또한 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 단부는 절연층(272) 위에 위치한다.
도 26의 (B)에 나타낸 바와 같이, 상이한 색의 광을 방출하는 발광 소자 사이에서, 2개의 EL층 사이에 틈이 제공되어 있다. 이와 같이 EL층(262G) 및 EL층(262B)이 서로 접하지 않도록 제공되는 것이 바람직하다. 이로써 인접한 2개의 EL층을 통하여 전류가 흘러, 의도치 않은 발광이 발생되는 것(크로스토크라고도 함)을 적합하게 방지할 수 있다. 그러므로 콘트라스트를 높일 수 있고, 표시 품질이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
EL층(262G) 및 EL층(262B)은 메탈 마스크 등의 섀도 마스크를 사용한 진공 증착법 등에 의하여 따로 형성할 수 있다. 또는 포토리소그래피법으로 이들을 따로 제작하여도 좋다. 포토리소그래피법을 사용함으로써, 메탈 마스크를 사용한 경우에는 실현하기 어려운, 정세도가 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 본 명세서 등에서, 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 등에서 메탈 마스크 또는 FMM을 사용하지 않고 제작된 디바이스를 MML(메탈 마스크리스) 구조의 디바이스라고 부르는 경우가 있다. MML 구조의 표시 장치는 메탈 마스크를 사용하지 않고 제작되기 때문에, MM 구조의 표시 장치보다 화소 배치 및 화소 형상 등의 설계 자유도가 높다.
또한 MML 구조의 표시 장치의 제작 방법에서는, 섬 형상의 EL층은 파인 메탈 마스크를 사용하여 형성되는 것이 아니라, EL층을 면 전체에 성막한 후에 가공함으로써 형성된다. 따라서, 여태까지 실현이 어려웠던 고정세 표시 장치 또는 고개구율의 표시 장치를 실현할 수 있다. 또한 EL층을 각 색으로 따로 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 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 낮출 수 있다. 예를 들어 본 발명의 일 형태의 표시 장치에서는, 시야각(비스듬한 방향에서 화면을 보았을 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 설치한다. 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 구조에 비하여 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.
또한 본 명세서 등에서, 각 색의 발광 디바이스(여기서는 청색(B), 녹색(G), 및 적색(R))의 발광층을 따로 형성하거나 개별 도포하는 구조를 SBS(Side By Side) 구조라고 부르는 경우가 있다. 또한 본 명세서 등에서, 백색광을 방출할 수 있는 발광 디바이스를 백색 발광 디바이스라고 부르는 경우가 있다. 또한 백색 발광 디바이스는 착색층(예를 들어 컬러 필터)과 조합함으로써 풀 컬러 표시의 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 발광 디바이스는 싱글 구조와 탠덤 구조로 크게 나눌 수 있다. 싱글 구조의 디바이스는 한 쌍의 전극 사이에 하나의 발광 유닛을 가지고, 상기 발광 유닛은 하나 이상의 발광층을 포함하는 것이 바람직하다. 2개의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우, 2개의 발광층 각각의 발광색이 보색 관계가 되도록 발광층을 선택하면 좋다. 예를 들어 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색을 보색으로 함으로써, 발광 디바이스 전체로서 백색의 광을 방출하는 구성을 얻을 수 있다. 또한 3개 이상의 발광층을 사용하여 백색 발광을 얻는 경우에는, 3개 이상의 발광층 각각의 발광색이 합쳐짐으로써, 발광 디바이스 전체로서 백색의 광을 방출할 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 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는, 복수의 발광 유닛의 발광층으로부터의 광을 조합하여 백색 발광이 얻어지는 구성으로 하면 좋다. 또한 백색 발광이 얻어지는 구성은 상술한 싱글 구조의 구성과 같다. 또한 탠덤 구조의 디바이스에서, 복수의 발광 유닛들 사이에는 전하 발생층 등의 중간층을 제공하는 것이 적합하다.
또한 상술한 백색 발광 디바이스(싱글 구조 또는 탠덤 구조)와 SBS 구조의 발광 디바이스를 비교한 경우, SBS 구조의 발광 디바이스는 백색 발광 디바이스보다 소비 전력을 낮게 할 수 있다. 소비 전력을 낮게 억제하려고 하는 경우에는, SBS 구조의 발광 디바이스를 사용하는 것이 적합하다. 한편으로, 백색 발광 디바이스는 제조 공정이 SBS 구조의 발광 디바이스보다 간단하기 때문에, 제조 비용을 낮게 하거나 제조 수율을 높일 수 있어 적합하다.
또한 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263) 위에는 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)를 덮어 보호층(271)이 제공되어 있다. 보호층(271)은 위쪽으로부터 각 발광 소자로 물 등의 불순물이 확산되는 것을 방지하는 기능을 가진다.
보호층(271)은, 예를 들어 적어도 무기 절연막을 포함하는 단층 구조 또는 적층 구조로 할 수 있다. 무기 절연막의 예로서는 산화 실리콘막, 산화질화 실리콘막, 질화산화 실리콘막, 질화 실리콘막, 산화 알루미늄막, 산화질화 알루미늄막, 산화 하프늄막 등의 산화물막, 산화질화물막, 질화산화물막, 또는 질화물막을 들 수 있다. 또는 보호층(271)으로서 인듐 갈륨 산화물, 인듐 갈륨 아연 산화물(IGZO) 등의 반도체 재료를 사용하여도 좋다. 또한 보호층(271)은 ALD법, CVD법, 및 스퍼터링법을 사용하여 형성하면 좋다. 또한 보호층(271)으로서, 무기 절연막을 포함하는 구성을 예시하였지만 이에 한정되지 않는다. 예를 들어 보호층(271)을 무기 절연막과 유기 절연막의 적층 구조로 하여도 좋다.
또한 본 명세서 중에서 질화산화물이란 산소보다 질소의 함유량이 많은 화합물을 말한다. 또한 산화질화물이란 질소보다 산소의 함유량이 많은 화합물을 말한다. 또한 각 원소의 함유량은 예를 들어 러더퍼드 후방 산란법(RBS: Rutherford Backscattering Spectrometry) 등을 사용하여 측정할 수 있다.
보호층(271)으로서, 인듐 갈륨 아연 산화물을 사용하는 경우, 웨트 에칭법 또는 드라이 에칭법을 사용하여 가공할 수 있다. 예를 들어 보호층(271)으로서 IGZO를 사용하는 경우, 옥살산, 인산, 또는 혼합 약액(예를 들어 인산, 아세트산, 질산, 및 물의 혼합 약액(혼산 알루미늄 에칭액이라고도 함)) 등의 약액을 사용할 수 있다. 또한 상기 혼산 알루미늄 에칭액은 체적비로 인산:아세트산:질산:물=53.3:6.7:3.3:36.7 근방의 비율로 할 수 있다.
도 26의 (C)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 26의 (C)에서는, 백색의 광을 나타내는 발광 소자(61W)를 가진다. 발광 소자(61W)는 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263) 사이에 백색의 광을 나타내는 EL층(262W)을 가진다.
EL층(262W)은 예를 들어 각각의 발광색이 보색 관계가 되도록 선택된 2개 이상의 발광층이 적층된 구성으로 할 수 있다. 또한 발광층 사이에 전하 발생층이 끼워진 적층형 EL층을 사용하여도 좋다.
도 26의 (C)에는 2개의 발광 소자(61W)를 배열한 구성을 나타내었다. 왼쪽의 발광 소자(61W)의 상부에는 착색층(264G)이 제공되어 있다. 착색층(264G)은 녹색광을 투과시키는 밴드 패스 필터로서 기능한다. 마찬가지로, 오른쪽 발광 소자(61W)의 상부에는 청색광을 투과시키는 착색층(264B)이 제공되어 있다.
여기서, 인접한 2개의 발광 소자(61W) 사이에서 EL층(262W)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)이 각각 분리되어 있다. 이로써, 인접한 2개의 발광 소자(61W)에서 EL층(262W)을 통하여 전류가 흘러, 의도치 않은 발광이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 특히, EL층(262W)으로서 2개의 발광층 사이에 전하 발생층이 제공되는 적층형 EL층을 사용한 경우에는 정세도가 높을수록, 즉 인접 화소 사이의 거리가 작을수록 크로스토크의 영향이 현저해져, 콘트라스트가 저하되는 등의 문제가 있다. 그러므로 이러한 구성으로 함으로써, 높은 정세도와 높은 콘트라스트를 겸비한 표시 장치를 실현할 수 있다.
EL층(262W)과 공통 전극으로서 기능하는 도전층(263)은 포토리소그래피법으로 분리시키는 것이 바람직하다. 이로써 발광 소자 간의 간격을 좁힐 수 있기 때문에, 예를 들어 메탈 마스크의 섀도 마스크를 사용한 경우에 비하여 개구율이 높은 표시 장치를 실현할 수 있다.
또한 보텀 이미션형 발광 소자의 경우에는 화소 전극으로서 기능하는 도전층(261)과 절연층(363) 사이에 착색층을 제공하면 좋다.
도 26의 (D)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 26의 (D)는 발광 소자(61G)와 발광 소자(61B) 사이에 절연층(272)이 제공되지 않은 구성이다. 이 구성으로 함으로써, 개구율이 높은 표시 장치로 할 수 있다. 또한 절연층(272)을 제공하지 않음으로써 발광 소자(61)의 요철이 저감되기 때문에, 표시 장치의 시야각이 향상된다. 구체적으로는 시양각을 150° 이상 180° 미만, 바람직하게는 160° 이상 180° 미만, 더 바람직하게는 160° 이상 180° 미만으로 할 수 있다.
또한 보호층(271)은 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 측면을 덮는다. 상기 구성으로 함으로써 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 측면으로부터 들어갈 수 있는 불순물(대표적으로는 물 등)을 억제할 수 있다. 또한 인접한 발광 소자(61) 사이의 누설 전류가 저감되기 때문에, 채도 및 콘트라스트가 향상되며 소비 전력이 저감된다.
또한 도 26의 (D)에 나타낸 구성에서는, 도전층(261), EL층(262G), 및 도전층(263)의 상면 형상이 실질적으로 일치한다. 이와 같은 구조는 도전층(261), EL층(262G), 및 도전층(263)을 형성한 후, 레지스트 마스크 등을 사용하여 일괄적으로 형성할 수 있다. 이와 같은 프로세스는 도전층(263)을 마스크로서 사용하여 EL층(262G) 및 도전층(263)을 가공하기 때문에, 셀프 얼라이먼트 패터닝(self-alignment patterning)이라고 부를 수도 있다. 또한 여기서는 EL층(262G)에 대하여 설명하였지만 EL층(262B)도 같은 구성으로 할 수 있다.
또한 도 26의 (D)는 보호층(271) 위에 보호층(273)이 더 제공되는 구조이다. 예를 들어 보호층(271)을 피복성이 높은 막을 성막할 수 있는 장치(대표적으로는 ALD 장치 등)를 사용하여 형성하고, 보호층(273)을 보호층(271)보다 피복성이 낮은 막이 성막되는 장치(대표적으로는, 스퍼터링 장치 등)를 사용하여 형성함으로써, 보호층(271)과 보호층(273) 사이에 영역(275)을 제공할 수 있다. 또한 바꿔 말하면 영역(275)은 EL층(262G)과 EL층(262B) 사이에 위치한다.
또한 영역(275)은 예를 들어 공기, 질소, 산소, 이산화 탄소, 및 18족 원소(대표적으로는, 헬륨, 네온, 아르곤, 제논, 크립톤 등)에서 선택되는 어느 하나 또는 복수를 가진다. 또한 영역(275)에는 예를 들어 보호층(273)의 성막 시에 사용하는 기체가 포함되는 경우가 있다. 예를 들어 스퍼터링법으로 보호층(273)을 성막하는 경우, 영역(275)에는 상기 18족 원소 중 어느 하나 또는 복수가 포함되는 경우가 있다. 또한 영역(275)에 기체가 포함되는 경우, 가스 크로마토그래피법 등으로 기체의 동정 등을 수행할 수 있다. 또는 스퍼터링법으로 보호층(273)을 성막하는 경우, 보호층(273)의 막 내에도 스퍼터링 시에 사용한 가스가 포함되는 경우가 있다. 이 경우, 보호층(273)을 에너지 분산형 X선 분석(EDX 분석) 등으로 해석하였을 때, 아르곤 등의 원소가 검출되는 경우가 있다.
또한 영역(275)의 굴절률이 보호층(271)의 굴절률보다 낮은 경우, EL층(262G) 또는 EL층(262B)으로부터 방출되는 광이 보호층(271)과 영역(275)의 계면에서 반사된다. 이로써 EL층(262G) 또는 EL층(262B)으로부터 방출되는 광이 인접한 화소에 입사하는 것을 억제할 수 있는 경우가 있다. 이로써 근접 화소로부터 방출된 다른 색의 광이 혼입되는 것을 억제할 수 있기 때문에, 표시 장치의 표시 품질을 높일 수 있다.
또한 도 26의 (D)에 나타낸 구성의 경우, 발광 소자(61G)와 발광 소자(61B) 사이의 영역(이하에서는, 단순히 발광 소자 간의 거리라고 함)을 좁힐 수 있다. 구체적으로는 발광 소자 간의 거리를 1μm 이하, 바람직하게는 500nm 이하, 더 바람직하게는 200nm 이하, 100nm 이하, 90nm 이하, 70nm 이하, 50nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 15nm 이하, 또는 10nm 이하로 할 수 있다. 바꿔 말하면 EL층(262G)의 측면과 EL층(262B)의 측면 사이의 간격이 1μm 이하인 영역을 가지고, 바람직하게는 0.5μm(500nm) 이하인 영역을 가지고, 더 바람직하게는 100nm 이하인 영역을 가진다.
또한 예를 들어 영역(275)이 기체를 가지는 경우, 발광 소자 간을 소자 분리하면서, 각 발광 소자로부터의 광의 혼색 또는 크로스토크 등을 억제할 수 있다.
또한 영역(275)을 충전재로 매립하여도 좋다. 충전재로서는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 실리콘(silicone) 수지, 페놀 수지, 폴리이미드 수지, 이미드 수지, PVC(폴리바이닐클로라이드) 수지, PVB(폴리바이닐뷰티랄) 수지, EVA(에틸렌바이닐아세테이트) 수지 등을 들 수 있다. 또한 충전재로서 포토레지스트를 사용하여도 좋다. 충전재로서 사용하는 포토레지스트는 포지티브형 포토레지스트이어도 좋고, 네거티브형 포토레지스트이어도 좋다.
도 27의 (A)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는, 도 27의 (A)에 나타낸 구성은 도 26의 (D)에 나타낸 구성과 절연층(363)의 구성이 다르다. 절연층(363)은 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)의 가공 시에 상면의 일부가 연삭되어 오목부를 가진다. 또한 상기 오목부에는 보호층(271)이 형성된다. 바꿔 말하면, 단면에서 보았을 때 도전층(261)의 하면보다 보호층(271)의 하면이 아래에 위치하는 영역을 가진다. 상기 영역을 가짐으로써, 아래쪽으로부터 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)에 들어갈 수 있는 불순물(대표적으로는 물 등)을 적합하게 억제할 수 있다. 또한 상기 오목부는 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)를 가공할 때 각 발광 소자의 측면에 부착될 수 있는 불순물(잔류물이라고도 함)을 웨트 에칭 등에 의하여 제거할 때 형성될 수 있다. 상기 잔류물을 제거한 후, 각 발광 소자의 측면을 보호층(271)으로 덮음으로써 신뢰성이 높은 표시 장치로 할 수 있다.
또한 도 27의 (B)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는, 도 27의 (B)에 나타낸 구성은 도 27의 (A)에 나타낸 구성에 더하여 절연층(276)과 마이크로렌즈 어레이(277)를 가진다. 절연층(276)은 접착층으로서의 기능을 가진다. 또한 절연층(276)의 굴절률이 마이크로렌즈 어레이(277)의 굴절률보다 낮은 경우, 마이크로렌즈 어레이(277)는 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B)로부터 방출되는 광을 집광할 수 있다. 이로써 표시 장치의 광 추출 효율을 높일 수 있다. 특히 사용자가 표시 장치의 표시면의 정면으로부터 상기 표시면을 보았을 때, 밝은 화상을 시인할 수 있으므로 적합하다. 또한 절연층(276)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.
또한 도 27의 (C)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 27의 (C)에 나타낸 구성은 도 27의 (A)에 나타낸 구성에서의 발광 소자(61G) 및 발광 소자(61B) 대신에 2개의 발광 소자(61W)를 가진다. 또한 2개의 발광 소자(61W)의 위쪽에 절연층(276)을 가지고, 절연층(276)의 위쪽에 착색층(264G) 및 착색층(264B)을 가진다. 구체적으로는 왼쪽의 발광 소자(61W)와 중첩되는 위치에 녹색광을 투과시키는 착색층(264G)이 제공되고, 오른쪽의 발광 소자(61W)와 중첩되는 위치에 청색광을 투과시키는 착색층(264B)이 제공되어 있다. 도 27의 (C)에 나타낸 구성은 도 26의 (C)에 나타낸 구성의 변형예이기도 하다.
또한 도 27의 (D)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 27의 (D)에 나타낸 구성에서는 보호층(271)이 도전층(261), EL층(262G), 및 EL층(262B)의 측면과 인접하여 제공되어 있다. 또한 도전층(263)은 각 발광 소자에 공통된 하나의 층으로서 제공되어 있다. 또한 도 27의 (D)에 나타낸 구성에서는 보호층(271)과 도전층(263) 사이에 수지층(266)이 제공되어 있다. 또한 보호층(271)과 도전층(263) 사이의 영역은 기체를 가져도 좋다.
수지층(266)의 상면은 평탄할수록 바람직하지만, 수지층(266)의 피형성면의 요철 형상, 수지층(266)의 형성 조건 등에 따라, 수지층(266)의 표면이 오목 형상 또는 볼록 형상이 되는 경우가 있다.
수지층(266)으로서는 유기 재료를 가지는 절연층을 적합하게 사용할 수 있다. 예를 들어 수지층(266)에는 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 수지층(266)에는 폴리바이닐알코올(PVA), 폴리바이닐뷰티랄, 폴리바이닐피롤리돈, 폴리에틸렌글라이콜, 폴리글리세린, 풀루란, 수용성 셀룰로스, 또는 알코올 가용성 폴리아마이드 수지 등의 유기 재료를 사용하여도 좋다. 또한 수지층(266)에는 감광성 수지를 사용할 수 있다. 감광성 수지로서는 포토레지스트를 사용하여도 좋다. 감광성 수지로서는 포지티브형 재료 또는 네거티브형 재료를 사용할 수 있다.
감광성 수지를 사용함으로써, 노광 및 현상의 공정만으로 수지층(266)을 제작할 수 있다. 또한 네거티브형 감광성 수지(예를 들어 레지스트 재료 등)를 사용하여 수지층(266)을 형성하여도 좋다. 또한 수지층(266)으로서 유기 재료를 가지는 절연층을 사용하는 경우, 가시광을 흡수하는 재료를 사용하는 것이 적합하다. 수지층(266)에 가시광을 흡수하는 재료를 사용하면, EL층으로부터의 발광을 수지층(266)에 의하여 흡수할 수 있고, 인접하는 EL층에 누설될 수 있는 광(미광)을 억제할 수 있다. 따라서 표시 품질이 높은 표시 장치를 제공할 수 있다.
또한 수지층(266)에 착색된 재료(예를 들어 흑색의 안료를 포함하는 재료 등)를 사용함으로써, 인접한 화소로부터의 미광을 차단하고 혼색을 억제하는 기능을 부여하여도 좋다.
또한 도 28의 (A)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 28의 (A)에 나타낸 구성은 도전층(261)의 폭이 EL층(262G)의 폭보다 작다. 또한 도전층(261)의 폭이 EL층(262B)의 폭보다 작다. 보호층(271)이 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 측면과 인접하여 제공되어 있다. 또한 도전층(263)은 각 발광 소자에 공통된 하나의 층으로서 제공되어 있다. 또한 도 28의 (A)에 나타낸 구성에서는 보호층(271)과 도전층(263) 사이에 수지층(266)이 제공되어 있다.
또한 도 28의 (B)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 28의 (B)에 나타낸 구성은 도전층(261)의 폭이 EL층(262G)의 폭보다 크다. 또한 도전층(261)의 폭이 EL층(262B)의 폭보다 크다. 보호층(271)이 도전층(261), EL층(262G), 및 EL층(262B)의 측면과 인접하여 제공되어 있다. 또한 도전층(263)은 각 발광 소자에 공통된 하나의 층으로서 제공되어 있다. 또한 도 28의 (B)에 나타낸 구성에서는 보호층(271)과 도전층(263) 사이에 수지층(266)이 제공되어 있다.
또한 도 28의 (C)에는 상기와 다른 예를 나타내었다. 구체적으로는 도 28의 (C)에 나타낸 구성은 유기층(265)이 EL층(262G), EL층(262B), 및 보호층(271)과 도전층(263) 사이에 제공되어 있다. 유기층(265)은 공통층이라고 할 수도 있다. 또한 유기층(265) 및 도전층(263)은 각각 각 발광 소자에 공통된 하나의 층으로서 제공되어 있다. 또한 도 28의 (C)에 나타낸 구성에서는 보호층(271)과 유기층(265) 사이에 수지층(266)이 제공되어 있다.
유기층(265)은 발광층을 가지지 않는 구성으로 할 수 있다. 예를 들어 유기층(265)은 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 주입층, 및 정공 수송층 중 하나 이상을 가진다.
여기서 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 적층 구조 중 가장 위쪽에 위치하는 층, 즉 유기층(265)과 접촉하는 층은 발광층 이외의 층으로 하는 것이 바람직하다. 예를 들어 발광층을 덮어 전자 주입층, 전자 수송층, 정공 주입층, 정공 수송층, 또는 이들 이외의 층을 제공하고, 상기 층과 유기층(265)이 접촉하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 각 발광 소자를 제작할 때 발광층의 상면을 다른 층으로 보호한 상태로 함으로써, 발광 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
발광 소자(61)에 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조를 부여함으로써 발광색의 색 순도를 높일 수 있다. 발광 소자(61)에 마이크로캐비티 구조를 부여하기 위해서는 도전층(261)과 도전층(263) 사이의 거리 d와 EL층(262G) 또는 EL층(262B)의 굴절률 n의 곱(광학 거리)이 파장 λ의 2분의 1의 m배(m은 1 이상의 정수임)가 되도록 구성하면 좋다. 거리 d는 아래의 식(1)으로 산출할 수 있다.
[수학식 1]
식(1)에 따르면 마이크로캐비티 구조의 발광 소자(61)는 방출하는 광의 파장(발광색)에 따라 거리 d가 결정된다. 거리 d는 EL층(262G) 또는 EL층(262B)의 두께에 상당한다. 따라서 EL층(262G)은 EL층(262B)보다 두껍게 제공되는 경우가 있다.
또한 엄밀하게는 거리 d는 반사 전극으로서 기능하는 도전층(261)의 반사 영역에서 반투과·반반사 전극으로서 기능하는 도전층(263)의 반사 영역까지의 거리이다. 예를 들어 도전층(261)이 은과 투명 도전막인 ITO의 적층이고, ITO가 EL층(262G) 측 또는 EL층(262B) 측에 있는 경우, ITO의 막 두께를 조정함으로써 발광색에 따른 거리 d를 설정할 수 있다. 즉 EL층(262G) 및 EL층(262B)의 두께가 같아도, 상기 ITO의 두께를 변경함으로써 발광색에 적합한 거리 d를 얻을 수 있다.
그러나 도전층(261) 및 도전층(263)에서의 반사 영역의 위치를 엄밀하게 결정하기 어려운 경우가 있다. 이 경우, 도전층(261)과 도전층(263)의 임의의 위치를 반사 영역으로 가정함으로써 마이크로캐비티의 효과를 충분히 얻을 수 있는 것으로 한다.
발광 소자(61)는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층 등으로 구성된다. 발광 소자(61)의 자세한 구성예에 대해서는 후술한다. 마이크로캐비티 구조에서 광의 추출 효율을 높이기 위하여 반사 전극으로서 기능하는 도전층(261)에서 발광층까지의 광학 거리를 λ/4의 홀수배로 하는 것이 바람직하다. 상기 광학 거리를 실현하기 위하여 발광 소자(61)를 구성하는 각 층의 두께를 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
또한 광을 도전층(263) 측으로부터 사출하는 경우에는 도전층(263)의 반사율이 투과율보다 높은 것이 바람직하다. 도전층(263)의 광의 투과율을 바람직하게는 2% 이상 50% 이하로, 더 바람직하게는 2% 이상 30% 이하로, 더 바람직하게는 2% 이상 10% 이하로 하는 것이 좋다. 도전층(263)의 투과율을 낮게(반사율을 크게) 함으로써 마이크로캐비티의 효과를 높일 수 있다.
또한 표시 장치(100G)의 표시 영역의 화소 밀도는 100ppi 이상 10000ppi 이하가 바람직하고, 1000ppi 이상 10000ppi 이하가 더 바람직하다. 예를 들어 2000ppi 이상 6000ppi 이하이어도 좋고, 3000ppi 이상 5000ppi 이하이어도 좋다.
또한 표시 장치(100G)의 표시 영역의 종횡비는 특별히 한정되지 않는다. 표시 장치(100G)의 표시 영역은 예를 들어 1:1(정방형), 4:3, 16:9, 16:10 등 다양한 종횡비에 대응할 수 있다.
표시 장치(100G)의 표시 영역은 대각 0.1인치 이상 100인치 이하이면 좋고, 100인치 이상이어도 좋다.
또한 표시 장치(100G)를 가상 현실(VR: Virtual Reality) 또는 증강 현실(AR: Augmented Reality)용 표시 장치로서 사용하는 경우, 표시 장치(100G)의 표시 영역은 대각 0.1인치 이상 5.0인치 이하, 바람직하게는 0.5인치 이상 2.0인치 이하로 할 수 있다. 예를 들어 표시 장치(100G)의 표시 영역을 대각 1.5인치 또는 1.5인치 근방으로 하여도 좋다. 표시 장치(100G)의 표시 영역을 대각 2.0인치 이하, 바람직하게는 1.5인치 근방으로 함으로써 노광 장치(대표적으로는 스캐너 장치)에 의한 한 번의 노광 처리로 처리를 마칠 수 있기 때문에, 제조 공정의 생산성을 향상시킬 수 있다.
<발광 소자의 구성예>
본 발명의 일 형태의 반도체 장치에 사용할 수 있는 발광 소자(발광 디바이스라고도 함)에 대하여 설명한다.
도 29의 (A)에 나타낸 바와 같이, 발광 소자(61)는 한 쌍의 전극(도전층(261), 도전층(263)) 사이에 EL층(262)을 가진다. EL층(262)은 층(4420), 발광층(4411), 층(4430) 등의 복수의 층으로 구성할 수 있다. 층(4420)은 예를 들어 전자 주입성이 높은 물질을 포함하는 층(전자 주입층) 및 전자 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(전자 수송층) 등을 가질 수 있다. 발광층(4411)은 예를 들어 발광성 화합물을 가진다. 층(4430)은 예를 들어 정공 주입성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 주입층) 및 정공 수송성이 높은 물질을 포함하는 층(정공 수송층)을 가질 수 있다.
한 쌍의 전극 사이에 제공된 층(4420), 발광층(4411), 및 층(4430)을 가지는 구성은 단일의 발광 유닛으로서 기능할 수 있고, 본 명세서 등에서는 도 29의 (A)의 구성을 싱글 구조라고 부른다.
또한 도 29의 (B)는 도 29의 (A)에 나타낸 발광 소자(61)가 가지는 EL층(262)의 변형예이다. 구체적으로는 도 29의 (B)에 나타낸 발광 소자(61)는 도전층(261) 위의 층(4430-1)과, 층(4430-1) 위의 층(4430-2)과, 층(4430-2) 위의 발광층(4411)과, 발광층(4411) 위의 층(4420-1)과, 층(4420-1) 위의 층(4420-2)과, 층(4420-2) 위의 도전층(263)을 가진다. 예를 들어 도전층(261)을 양극으로 하고, 도전층(263)을 음극으로 한 경우, 층(4430-1)이 정공 주입층으로서 기능하고, 층(4430-2)이 정공 수송층으로서 기능하고, 층(4420-1)이 전자 수송층으로서 기능하고, 층(4420-2)이 전자 주입층으로서 기능한다. 또는 도전층(261)을 음극으로 하고, 도전층(263)을 양극으로 한 경우에는, 층(4430-1)이 전자 주입층으로서 기능하고, 층(4430-2)이 전자 수송층으로서 기능하고, 층(4420-1)이 정공 수송층으로서 기능하고, 층(4420-2)이 정공 주입층으로서 기능한다. 이와 같은 층 구조로 함으로써, 발광층(4411)에 효율적으로 캐리어를 주입하고, 발광층(4411) 내에서의 캐리어의 재결합의 효율을 높일 수 있게 된다.
또한 도 29의 (C)에 나타낸 바와 같이 층(4420)과 층(4430) 사이에 복수의 발광층(발광층(4411), 발광층(4412), 발광층(4413))이 제공되는 구성도 싱글 구조의 일례이다.
또한 도 29의 (D)에 나타낸 바와 같이, 복수의 발광 유닛(EL층(262a), EL층(262b))이 중간층(전하 발생층)(4440)을 개재하여 직렬로 접속된 구성을 본 명세서 등에서는 탠덤 구조 또는 스택 구조라고 부른다. 또한 탠덤 구조로 함으로써, 고휘도 발광이 가능한 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한 발광 소자(61)를 도 29의 (D)에 나타낸 탠덤 구조로 하는 경우, EL층(262a)의 발광색과 EL층(262b)의 발광색을 같게 하여도 좋다. 예를 들어 EL층(262a) 및 EL층(262b)의 발광색을 모두 녹색으로 하여도 좋다. 또한 표시 장치의 표시 영역이 R, G, B 중 2개 이상의 부화소를 포함하고, 각각의 부화소가 발광 소자를 가지는 경우, 각각의 부화소의 발광 소자를 탠덤 구조로 하여도 좋다. 구체적으로는 R의 부화소의 EL층(262a) 및 EL층(262b)은 각각 적색 발광이 가능한 재료를 가지고, G의 부화소의 EL층(262a) 및 EL층(262b)은 각각 녹색 발광이 가능한 재료를 가지고, B의 부화소의 EL층(262a) 및 EL층(262b)은 각각 청색 발광이 가능한 재료를 가진다. 바꿔 말하면, 발광층(4411)과 발광층(4412)의 재료가 같아도 좋다. EL층(262a)과 EL층(262b)의 발광색을 같게 함으로써, 단위 발광 휘도당 전류 밀도를 저감할 수 있다. 따라서, 발광 소자(61)의 신뢰성을 높일 수 있다.
발광 소자의 발광색은 EL층(262)을 구성하는 재료에 따라 적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 황색, 또는 백색 등으로 할 수 있다. 또한 발광 소자에 마이크로캐비티 구조를 부여함으로써 색 순도를 더 높일 수 있다.
발광층은 R(적색), G(녹색), B(청색), Y(황색), O(주황색) 등의 발광을 나타내는 발광 물질을 2개 이상 포함하여도 좋다. 백색광을 방출하는 발광 소자는 발광층에 2종류 이상의 발광 물질을 포함하는 구성으로 하는 것이 바람직하다. 백색 발광을 얻기 위해서는, 2개 이상의 발광 물질의 각 발광이 보색 관계가 되는 발광 물질을 선택하면 좋다. 예를 들어 제 1 발광층의 발광색과 제 2 발광층의 발광색이 보색 관계가 되도록 함으로써, 전체로서 백색의 광을 방출하는 발광 소자를 얻을 수 있다. 또한 발광층을 3개 이상 가지는 발광 소자의 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.
발광 물질로서는 형광을 발하는 물질(형광 재료), 인광을 발하는 물질(인광 재료), 무기 화합물(퀀텀닷 재료 등), 열 활성화 지연 형광을 나타내는 물질(열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence: TADF) 재료) 등을 들 수 있다. 또한 TADF 재료로서는 단일항 여기 상태와 삼중항 여기 상태 사이가 열평형 상태에 있는 재료를 사용하여도 좋다. 이와 같은 TADF 재료를 사용하면 발광 수명(여기 수명)이 짧아지기 때문에, 발광 소자에서의 고휘도 영역에서의 효율 저하를 억제할 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.
화소 전극 및 공통 전극 중 광을 추출하는 측의 전극에는 가시광을 투과시키는 도전막을 사용한다. 또한 광을 추출하지 않는 측의 전극에는 가시광을 반사하는 도전막을 사용하는 것이 바람직하다.
발광 디바이스의 한 쌍의 전극(화소 전극과 공통 전극)을 형성하는 재료로서는 금속, 합금, 전기 전도성 화합물, 및 이들의 혼합물 등을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는 인듐 주석 산화물(In-Sn 산화물, ITO라고도 함), In-Si-Sn 산화물(ITSO라고도 함), 인듐 아연 산화물(In-Zn 산화물), In-W-Zn 산화물, 알루미늄, 니켈, 및 란타넘의 합금(Al-Ni-La) 등의 알루미늄을 포함하는 합금(알루미늄 합금), 및 은과 팔라듐과 구리의 합금(Ag-Pd-Cu, APC라고도 기재함)을 들 수 있다. 이 외에, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 인듐(In), 주석(Sn), 몰리브데넘(Mo), 탄탈럼(Ta), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 금(Au), 백금(Pt), 은(Ag), 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd) 등의 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금을 사용할 수도 있다. 이 외에, 위에서 예시하지 않은 원소 주기율표의 1족 또는 2족에 속하는 원소(예를 들어 리튬(Li), 세슘(Cs), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)), 유로퓸(Eu), 이터븀(Yb) 등의 희토류 금속, 및 이들을 적절히 조합하여 포함하는 합금, 그래핀 등을 사용할 수 있다.
발광 디바이스에는 미소 광공진기(마이크로캐비티) 구조가 적용되어 있는 것이 바람직하다. 따라서 발광 디바이스의 한 쌍의 전극 중 한쪽은 가시광 투과성 및 가시광 반사성을 가지는 전극(반투과·반반사 전극)을 가지는 것이 바람직하고, 다른 쪽은 가시광 반사성을 가지는 전극(반사 전극)을 가지는 것이 바람직하다. 발광 디바이스가 마이크로캐비티 구조를 가짐으로써, 발광층으로부터 얻어지는 발광을 양쪽 전극 사이에서 공진시켜, 발광 디바이스로부터 사출되는 광을 강하게 할 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.
발광층은 발광 물질을 포함하는 층이다. 발광층은 1종류 또는 복수 종류의 발광 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질로서는 청색, 자색, 청자색, 녹색, 황록색, 황색, 주황색, 적색 등의 발광색을 나타내는 물질을 적절히 사용한다. 또한 발광 물질로서는 근적외광을 방출하는 물질을 사용할 수도 있다.
발광 물질로서는 형광 재료, 인광 재료, TADF 재료, 퀀텀닷 재료 등을 들 수 있다.
형광 재료로서는 예를 들어 피렌 유도체, 안트라센 유도체, 트라이페닐렌 유도체, 플루오렌 유도체, 카바졸 유도체, 다이벤조싸이오펜 유도체, 다이벤조퓨란 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 페난트렌 유도체, 나프탈렌 유도체 등이 있다.
인광 재료로서는 예를 들어 4H-트라이아졸 골격, 1H-트라이아졸 골격, 이미다졸 골격, 피리미딘 골격, 피라진 골격, 또는 피리딘 골격을 가지는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 전자 흡인기를 가지는 페닐피리딘 유도체를 리간드로서 포함하는 유기 금속 착체(특히 이리듐 착체), 백금 착체, 희토류 금속 착체 등이 있다.
발광층은 발광 물질(게스트 재료)에 더하여 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물(호스트 재료, 어시스트 재료 등)을 가져도 좋다. 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서는 정공 수송성 재료 및 전자 수송성 재료 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다. 또한 1종류 또는 복수 종류의 유기 화합물로서 양극성 재료 또는 TADF 재료를 사용하여도 좋다.
발광층은 예를 들어 인광 재료와, 들뜬 복합체를 형성하기 쉬운 정공 수송성 재료와 전자 수송성 재료의 조합을 가지는 것이 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 들뜬 복합체로부터 발광 물질(인광 재료)로의 에너지 이동인 ExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)를 사용한 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 발광 물질의 가장 낮은 에너지 측의 흡수대의 파장과 중첩되는 발광을 나타내는 들뜬 복합체를 형성하는 조합을 선택함으로써, 에너지 이동이 원활해져 발광을 효율적으로 얻을 수 있다. 이 구성에 의하여, 발광 디바이스의 고효율, 저전압 구동, 장수명을 동시에 실현할 수 있다.
정공 주입층은 양극으로부터 정공 수송층에 정공을 주입하는 층이고, 정공 주입성이 높은 재료를 포함한다. 정공 주입성이 높은 재료로서는, 방향족 아민 화합물, 및 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 복합 재료 등을 들 수 있다.
정공 수송층은 정공 주입층에 의하여 양극으로부터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 층이다. 정공 수송층은 정공 수송성 재료를 포함한다. 정공 수송성 재료로서는 정공 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 전자 수송성보다 정공 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용할 수도 있다. 정공 수송성 재료로서는 π전자 과잉형 헤테로 방향족 화합물(예를 들어 카바졸 유도체, 싸이오펜 유도체, 퓨란 유도체 등), 방향족 아민(방향족 아민 골격을 가지는 화합물) 등의 정공 수송성이 높은 재료가 바람직하다.
전자 수송층은 전자 주입층에 의하여 음극으로부터 주입된 전자를 발광층으로 수송하는 층이다. 전자 수송층은 전자 수송성 재료를 포함한다. 전자 수송성 재료로서는 전자 이동도가 1×10-6cm2/Vs 이상인 물질이 바람직하다. 또한 정공 수송성보다 전자 수송성이 높은 물질이면, 이들 이외의 물질을 사용할 수도 있다. 전자 수송성 재료로서는 퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 벤조퀴놀린 골격을 가지는 금속 착체, 옥사졸 골격을 가지는 금속 착체, 싸이아졸 골격을 가지는 금속 착체 등 외에, 옥사다이아졸 유도체, 트라이아졸 유도체, 이미다졸 유도체, 옥사졸 유도체, 싸이아졸 유도체, 페난트롤린 유도체, 퀴놀린 리간드를 포함한 퀴놀린 유도체, 벤조퀴놀린 유도체, 퀴녹살린 유도체, 다이벤조퀴녹살린 유도체, 피리딘 유도체, 바이피리딘 유도체, 피리미딘 유도체, 그 외에 질소 함유 헤테로 방향족 화합물을 포함하는 π전자 부족형 헤테로 방향족 화합물 등의 전자 수송성이 높은 재료를 사용할 수 있다.
또한 전자 수송층은 적층 구조를 가져도 좋고, 양극 측으로부터 발광층을 통과하여 음극 측으로 이동하는 정공을 차단하기 위한 정공 차단층을 발광층에 접하여 가져도 좋다.
전자 주입층은 음극으로부터 전자 수송층에 전자를 주입하는 층이고, 전자 주입성이 높은 재료를 포함한다. 전자 주입성이 높은 재료로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 전자 주입성이 높은 재료로서는 전자 수송성 재료와 도너성 재료(전자 공여성 재료)를 포함하는 복합 재료를 사용할 수도 있다.
전자 주입층에는 예를 들어 리튬, 세슘, 이터븀, 플루오린화 리튬(LiF), 플루오린화 세슘(CsF), 플루오린화 칼슘(CaFx, X는 임의의 수), 8-(퀴놀리놀레이토)리튬(약칭: Liq), 2-(2-피리딜)페놀레이토리튬(약칭: LiPP), 2-(2-피리딜)-3-피리디놀레이토리튬(약칭: LiPPy), 4-페닐-2-(2-피리딜)페놀레이토리튬(약칭: LiPPP), 리튬 산화물(LiOx), 탄산 세슘 등의 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 또는 이들의 화합물을 사용할 수 있다. 또한 전자 주입층은 2개 이상의 층의 적층 구조를 가져도 좋다. 상기 적층 구조에서는, 예를 들어 제 1 층에 플루오린화 리튬을 사용하고, 제 2 층에 이터븀을 사용할 수 있다.
또는 전자 주입층에는 전자 수송성 재료를 사용하여도 좋다. 예를 들어 비공유 전자쌍을 가지고 전자 부족형 헤테로 방향족 고리를 가지는 화합물을 전자 수송성 재료로서 사용할 수 있다. 구체적으로는, 피리딘 고리, 다이아진 고리(피리미딘 고리, 피라진 고리, 피리다진 고리), 트라이아진 고리 중 적어도 하나를 가지는 화합물을 사용할 수 있다.
또한 비공유 전자쌍을 가지는 유기 화합물의 최저 비점유 분자 오비탈(LUMO: Lowest Unoccupied Molecular Orbital)이 -3.6eV 이상 -2.3eV 이하인 것이 바람직하다. 또한 일반적으로 CV(사이클릭 볼타메트리), 광전자 분광법, 광 흡수 분광법, 역광전자 분광법 등에 의하여 유기 화합물의 최고 점유 분자 오비탈(HOMO: Highest Occupied Molecular Orbital) 준위 및 LUMO 준위를 추정할 수 있다.
예를 들어 4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: BPhen), 2,9-다이(나프탈렌-2-일)-4,7-다이페닐-1,10-페난트롤린(약칭: NBPhen), 다이퀴녹살리노[2,3-a:2',3'-c]페나진(약칭: HATNA), 2,4,6-트리스[3'-(피리딘-3-일)바이페닐-3-일]-1,3,5-트라이아진(약칭: TmPPPyTz) 등을 비공유 전자쌍을 가지는 유기 화합물로서 사용할 수 있다. 또한 NBPhen은 BPhen보다 유리 전이 온도(Tg)가 높기 때문에 내열성이 우수하다.
또한 탠덤 구조의 발광 디바이스를 제작하는 경우, 2개의 발광 유닛 사이에 중간층을 제공한다. 중간층은 한 쌍의 전극 사이에 전압을 인가한 경우에, 2개의 발광 유닛 중 한쪽에 전자를 주입하고, 다른 쪽에 정공을 주입하는 기능을 가진다.
중간층으로서는 예를 들어 리튬 등의 전자 주입층에 적용할 수 있는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 중간층으로서는 예를 들어 정공 주입층에 적용할 수 있는 재료를 적합하게 사용할 수 있다. 또한 중간층에는 정공 수송성 재료와 억셉터성 재료(전자 수용성 재료)를 포함하는 층을 사용할 수 있다. 또한 중간층에는 전자 수송성 재료와 도너성 재료를 포함하는 층을 사용할 수 있다. 이와 같은 층을 가지는 중간층을 형성함으로써 발광 유닛이 적층된 경우의 구동 전압의 상승을 억제할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
(실시형태 3)
본 실시형태에서는 앞의 실시형태에서 설명한 OS 트랜지스터에 사용할 수 있는 금속 산화물(산화물 반도체라고도 함)에 대하여 설명한다.
OS 트랜지스터에 사용하는 금속 산화물의 밴드 갭은 2eV 이상인 것이 바람직하고, 2.5eV 이상인 것이 더 바람직하다. 밴드 갭이 큰 금속 산화물을 사용함으로써, OS 트랜지스터의 오프 전류를 저감할 수 있다.
OS 트랜지스터에 사용하는 금속 산화물은 적어도 인듐 또는 아연을 가지는 것이 바람직하고, 인듐 및 아연을 가지는 것이 더 바람직하다. 예를 들어 금속 산화물은 인듐과, 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 가지는 것이 바람직하다. 특히 M은 갈륨, 알루미늄, 이트륨, 및 주석 중에서 선택된 1종류 또는 복수 종류인 것이 바람직하고, 갈륨인 것이 더 바람직하다. 또한 인듐과, M과, 아연을 가지는 금속 산화물을 이하에서는 In-M-Zn 산화물이라고 부르는 경우가 있다.
특히 트랜지스터의 반도체층에 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IGZO라고도 기재함)을 사용하는 것이 바람직하다. 또는 트랜지스터의 반도체층에 인듐(In), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IAZO라고도 기재함)을 사용하여도 좋다. 또는 반도체층으로서는 인듐(In), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물(IAGZO)을 사용하여도 좋다.
금속 산화물이 In-M-Zn 산화물인 경우, 상기 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 이상인 것이 바람직하다. 이와 같은 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:1:1.2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=2:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=3:1:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=4:2:4.1 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:7 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:1:8 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=6:1:6 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=5:2:5 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 또한 근방의 조성이란 원하는 원자수비의 ±30%의 범위를 포함하는 것이다. 금속 산화물 내의 인듐의 원자수비를 높게 함으로써, 트랜지스터의 온 전류 또는 전계 효과 이동도 등을 높일 수 있다.
예를 들어 원자수비가 In:M:Zn=4:2:3 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In을 4로 하였을 때 M이 1 이상 3 이하이고, Zn이 2 이상 4 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:M:Zn=5:1:6 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In을 5로 하였을 때 M이 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn이 5 이상 7 이하인 경우를 포함한다. 또한 원자수비가 In:M:Zn=1:1:1 또는 그 근방의 조성이라고 기재된 경우, In을 1로 하였을 때 M이 0.1보다 크고 2 이하이고, Zn이 0.1보다 크고 2 이하인 경우를 포함한다.
또한 In-M-Zn 산화물에서의 In의 원자수비는 M의 원자수비 미만이어도 좋다. 이러한 In-M-Zn 산화물의 금속 원소의 원자수비로서, In:M:Zn=1:3:2 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:3:3 또는 그 근방의 조성, In:M:Zn=1:3:4 또는 그 근방의 조성 등을 들 수 있다. 금속 산화물 내의 M의 원자수비를 높게 함으로써, In-M-Zn 산화물의 밴드 갭을 더 크게 하여, 광 네거티브 바이어스 스트레스 시험에 대한 내성을 높일 수 있다. 구체적으로는, 트랜지스터의 NBTIS(Negative Bias Temperature Illumination Stress) 시험에서 측정되는 문턱 전압의 변화량 또는 시프트 전압(Vsh)의 변화량을 작게 할 수 있다. 또한 시프트 전압(Vsh)은 트랜지스터의 드레인 전류(Id)-게이트 전압(Vg) 커브에서, 커브의 경사가 최대인 점에서의 접선이 Id=1pA의 직선과 교차하는 Vg로 정의된다.
금속 산화물은 스퍼터링법, 유기 금속 화학 기상 성장(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법 등의 화학 기상 성장(CVD: Chemical Vapor Deposition)법, 또는 원자층 퇴적(ALD: Atomic Layer Deposition)법 등에 의하여 형성할 수 있다.
이후에는, 금속 산화물의 일례로서 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물에 대하여 설명한다. 또한 인듐(In), 갈륨(Ga), 및 아연(Zn)을 포함하는 산화물을 In-Ga-Zn 산화물이라고 부르는 경우가 있다.
<결정 구조의 분류>
산화물 반도체의 결정 구조로서는 비정질(completely amorphous를 포함함), CAAC(c-axis-aligned crystalline), nc(nanocrystalline), CAC(cloud-aligned composite), 단결정(single crystal), 및 다결정(poly crystal) 등을 들 수 있다
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 X선 회절(XRD: X-Ray Diffraction) 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 예를 들어 GIXD(Grazing-Incidence XRD) 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 사용하여 평가할 수 있다. 또한 GIXD법은 박막법 또는 Seemann-Bohlin법이라고도 한다. 또한 이하에서는 GIXD 측정에 의하여 얻어지는 XRD 스펙트럼을 단순히 XRD 스펙트럼이라고 기재하는 경우가 있다.
예를 들어 석영 유리 기판에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 거의 좌우 대칭이다. 한편으로 결정 구조를 가지는 In-Ga-Zn 산화물막에서는 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이다. XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 비대칭이라는 것은, 막 내 또는 기판 내의 결정의 존재를 명시한다. 바꿔 말하면 XRD 스펙트럼의 피크의 형상이 좌우 대칭이 아니면, 막 또는 기판은 비정질 상태라고 할 수 없다.
또한 막 또는 기판의 결정 구조는 나노빔 전자 회절법(NBED: Nano Beam Electron Diffraction)에 의하여 관찰되는 회절 패턴(나노빔 전자 회절 패턴이라고도 함)으로 평가할 수 있다. 예를 들어 석영 유리 기판의 회절 패턴에서는 헤일로(halo)가 관찰되고, 석영 유리가 비정질 상태인 것을 확인할 수 있다. 또한 실온에서 성막한 In-Ga-Zn 산화물막의 회절 패턴에서는 헤일로가 아니라 스폿 형상의 패턴이 관찰된다. 그러므로 실온에서 성막한 In-Ga-Zn 산화물은 단결정 또는 다결정도 아니고, 비정질 상태도 아닌 중간 상태이고, 비정질 상태라고 결론지을 수 없는 것으로 추정된다.
<<산화물 반도체의 구조>>
또한 산화물 반도체는 구조에 착안한 경우, 상기와는 다르게 분류되는 경우가 있다. 예를 들어 산화물 반도체는 단결정 산화물 반도체와 이 외의 비단결정 산화물 반도체로 나누어진다. 비단결정 산화물 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 영역에서 c축이 특정 방향으로 배향되는 산화물 반도체이다. 또한 특정 방향이란 CAAC-OS막의 두께 방향, CAAC-OS막의 피형성면의 법선 방향, 또는 CAAC-OS막의 표면의 법선 방향을 말한다. 또한 결정 영역이란 원자 배열에 주기성을 가지는 영역이다. 또한 원자 배열을 격자 배열로 간주하면, 결정 영역은 격자 배열이 정렬된 영역이기도 하다. 또한 CAAC-OS는 a-b면 방향에서 복수의 결정 영역이 연결되는 영역을 가지고, 상기 영역은 변형을 가지는 경우가 있다. 또한 변형이란 복수의 결정 영역이 연결되는 영역에서, 격자 배열이 정렬된 영역과 격자 배열이 정렬된 다른 영역 사이에서 격자 배열의 방향이 변화되는 부분을 가리킨다. 즉 CAAC-OS는 c축 배향을 가지고, a-b면 방향으로는 명확한 배향을 가지지 않는 산화물 반도체이다.
또한 상기 복수의 결정 영역 각각은, 하나 또는 복수의 미소한 결정(최대 직경이 10nm 미만인 결정)으로 구성된다. 결정 영역이 하나의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 10nm 미만이 된다. 또한 결정 영역이 다수의 미소한 결정으로 구성되는 경우, 상기 결정 영역의 최대 직경은 수십nm 정도가 되는 경우가 있다.
또한 In-Ga-Zn 산화물에서, CAAC-OS는 인듐(In) 및 산소를 가지는 층(이하 In층)과, 갈륨(Ga), 아연(Zn), 및 산소를 가지는 층(이하 (Ga, Zn)층)이 적층된 층상의 결정 구조(층상 구조라고도 함)를 가지는 경향이 있다. 또한 인듐과 갈륨은 서로 치환될 수 있다. 따라서 (Ga, Zn)층에는 인듐이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 갈륨이 포함되는 경우가 있다. 또한 In층에는 아연이 포함되는 경우도 있다. 상기 층상 구조는 예를 들어 고분해능 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지에서 격자상(格子像)으로 관찰된다.
예를 들어 XRD 장치를 사용하여 CAAC-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는 c축 배향을 나타내는 피크가 2θ=31° 또는 그 근방에서 검출된다. 또한 c축 배향을 나타내는 피크의 위치(2θ의 값)는 CAAC-OS를 구성하는 금속 원소의 종류, 조성 등에 따라 변동되는 경우가 있다.
또한 예를 들어 CAAC-OS막의 전자 회절 패턴에서 복수의 휘점(스폿)이 관측된다. 또한 어떤 스폿과 다른 스폿은 시료를 투과한 입사 전자선의 스폿(다이렉트 스폿이라고도 함)을 대칭 중심으로 하여 점대칭의 위치에서 관측된다.
상기 특정 방향에서 결정 영역을 관찰한 경우, 상기 결정 영역 내의 격자 배열은 기본적으로 육방 격자이지만, 단위 격자는 정육각형에 한정되지 않고 비정육각형인 경우가 있다. 또한 상기 변형에서 오각형, 칠각형 등의 격자 배열을 가지는 경우가 있다. 또한 CAAC-OS에서는 변형 근방에서도 명확한 결정립계(그레인 바운더리)를 확인할 수 없다. 즉 격자 배열의 변형에 의하여 결정립계의 형성이 억제되어 있는 것을 알 수 있다. 이는, CAAC-OS가 a-b면 방향에서 산소 원자의 배열이 조밀하지 않거나, 금속 원자가 치환됨으로써 원자 사이의 결합 거리가 변화되는 것 등에 의하여 변형을 허용할 수 있기 때문이라고 생각된다.
한 명확한 결정립계가 확인되는 결정 구조는 소위 다결정(polycrystal)이다. 결정립계는 재결합 중심이 되고, 캐리어가 포획됨으로써 트랜지스터의 온 전류의 저하 및 전계 효과 이동도의 저하 등을 일으킬 가능성이 높다. 따라서 명확한 결정립계가 확인되지 않는 CAAC-OS는 트랜지스터의 반도체층에 적합한 결정 구조를 가지는 결정성 산화물 중 하나이다. 또한 CAAC-OS를 구성하기 위해서는 Zn을 가지는 구성이 바람직하다. 예를 들어 In-Zn 산화물 및 In-Ga-Zn 산화물은 In 산화물보다 결정립계의 발생을 억제할 수 있기 때문에 적합하다.
CAAC-OS는 결정성이 높고, 명확한 결정립계가 확인되지 않는 산화물 반도체이다. 따라서 CAAC-OS는 결정립계에 기인하는 전자 이동도의 저하가 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 또한 산화물 반도체의 결정성은 불순물 혼입, 결함 생성 등에 의하여 저하되는 경우가 있기 때문에, CAAC-OS는 불순물 및 결함(산소 결손 등)이 적은 산화물 반도체라고도 할 수 있다. 따라서 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 물리적 성질이 안정된다. 그러므로 CAAC-OS를 가지는 산화물 반도체는 열에 강하고 신뢰성이 높다. 또한 CAAC-OS는 제조 공정에서의 높은 온도(소위 thermal budget)에 대해서도 안정적이다. 따라서, OS 트랜지스터에 CAAC-OS를 사용하면 제조 공정의 자유도를 높일 수 있다.
[nc-OS]
nc-OS는 미소한 영역(예를 들어 1nm 이상 10nm 이하의 영역, 특히 1nm 이상 3nm 이하의 영역)에서 원자 배열에 주기성을 가진다. 바꿔 말하면 nc-OS는 미소한 결정을 가진다. 또한 상기 미소한 결정은 크기가 예를 들어 1nm 이상 10nm 이하, 특히 1nm 이상 3nm 이하이기 때문에 나노 결정이라고도 한다. 또한 nc-OS에서는 상이한 나노 결정 사이에서 결정 방위에 규칙성이 보이지 않는다. 그러므로 막 전체에서 배향성이 보이지 않는다. 따라서 nc-OS는 분석 방법에 따라서는 a-like OS 또는 비정질 산화물 반도체와 구별할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 XRD 장치를 사용하여 nc-OS막의 구조 해석을 수행할 때, θ/2θ 스캔을 사용한 Out-of-plane XRD 측정에서는, 결정성을 나타내는 피크가 검출되지 않는다. 또한 나노 결정보다 큰 프로브 직경(예를 들어 50nm 이상)의 전자선을 사용하는 전자 회절(제한 시야 전자 회절이라고도 함)을 nc-OS막에 대하여 수행하면 헤일로 패턴과 같은 회절 패턴이 관측된다. 한편으로 나노 결정의 크기와 가깝거나 나노 결정보다 작은 프로브 직경(예를 들어 1nm 이상 30nm 이하)의 전자선을 사용하는 전자 회절(나노빔 전자 회절이라고도 함)을 nc-OS막에 대하여 수행하면, 다이렉트 스폿을 중심으로 하는 링 형상의 영역 내에 복수의 스폿이 관측되는 전자 회절 패턴이 취득되는 경우가 있다.
[a-like OS]
a-like OS는 nc-OS와 비정질 산화물 반도체의 중간의 구조를 가지는 산화물 반도체이다. a-like OS는 공동(void) 또는 저밀도 영역을 가진다. 즉, a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 결정성이 낮다. 또한 a-like OS는 nc-OS 및 CAAC-OS에 비하여 막 내의 수소 농도가 높다.
<<산화물 반도체의 구성>>
다음으로 상술한 CAC-OS에 대하여 자세히 설명한다. 또한 CAC-OS는 재료 구성에 관한 것이다.
[CAC-OS]
CAC-OS란 예를 들어 금속 산화물을 구성하는 원소가 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 편재된 재료의 한 구성이다. 또한 이하에서는 금속 산화물에서 하나 또는 복수의 금속 원소가 편재되고, 상기 금속 원소를 가지는 영역이 0.5nm 이상 10nm 이하, 바람직하게는 1nm 이상 3nm 이하, 또는 그 근방의 크기로 혼합된 상태를 모자이크 패턴 또는 패치 패턴이라고도 한다.
또한 CAC-OS란 재료가 제 1 영역과 제 2 영역으로 분리하여 모자이크 패턴을 형성하고, 상기 제 1 영역이 막 내에 분포된 구성(이하 클라우드상이라고도 함)이다. 즉 CAC-OS는 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역이 혼합된 구성을 가지는 복합 금속 산화물이다.
여기서, In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS를 구성하는 금속 원소에 대한 In, Ga, 및 Zn의 원자수비를 각각 [In], [Ga], 및 [Zn]이라고 표기한다. 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서, 제 1 영역은 [In]이 CAC-OS막의 조성에서의 [In]보다 큰 영역이다. 또한 제 2 영역은 [Ga]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.
구체적으로 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 영역으로 바꿔 말할 수 있다. 또한 상기 제 2 영역을 Ga를 주성분으로 하는 영역으로 바꿔 말할 수 있다.
또한 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 명확한 경계를 관찰할 수 없는 경우가 있다.
또한 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS란 In, Ga, Zn, 및 O를 포함하는 재료 구성에서, 일부에 Ga를 주성분으로 하는 영역을 가지고, 일부에 In을 주성분으로 하는 영역을 가지고, 이들 영역이 각각 모자이크 패턴이며 랜덤으로 존재하는 구성을 말한다. 따라서 CAC-OS는 금속 원소가 불균일하게 분포된 구조를 가지는 것으로 추측된다.
CAC-OS는 예를 들어 기판을 가열하지 않는 조건에서 스퍼터링법으로 형성할 수 있다. 또한 CAC-OS를 스퍼터링법으로 형성하는 경우, 성막 가스로서 불활성 가스(대표적으로는 아르곤), 산소 가스, 및 질소 가스 중에서 선택된 어느 하나 또는 복수를 사용하면 좋다. 또한 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비는 낮을수록 바람직하다. 예를 들어 성막 시의 성막 가스의 총유량에 대한 산소 가스의 유량비를 0% 이상 30% 미만, 바람직하게는 0% 이상 10% 이하로 한다.
또한 예를 들어 In-Ga-Zn 산화물에서의 CAC-OS에서는, 에너지 분산형 X선 분광법(EDX: Energy Dispersive X-ray spectroscopy)을 사용하여 취득한 EDX 매핑으로부터, In을 주성분으로 하는 영역(제 1 영역)과, Ga를 주성분으로 하는 영역(제 2 영역)이 편재되고 혼합된 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.
한편으로 제 2 영역은 제 1 영역에 비하여 절연성이 높은 영역이다. 즉 제 2 영역이 금속 산화물 내에 분포됨으로써, 누설 전류를 억제할 수 있다.
따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용하는 경우에는, 제 1 영역에 기인하는 도전성과 제 2 영역에 기인하는 절연성이 상보적으로 작용함으로써 스위칭 기능(On/Off 기능)을 CAC-OS에 부여할 수 있다. 즉 CAC-OS는 재료의 일부에서는 도전성 기능을 가지고 재료의 일부에서는 절연성 기능을 가지며, 재료의 전체에서는 반도체로서의 기능을 가진다. 도전성 기능과 절연성 기능을 분리함으로써 양쪽의 기능을 최대한 높일 수 있다. 따라서 CAC-OS를 트랜지스터에 사용함으로써, 높은 온 전류(Ion), 높은 전계 효과 이동도(μ), 및 양호한 스위칭 동작을 실현할 수 있다.
또한 CAC-OS를 사용한 트랜지스터는 신뢰성이 높다. 따라서 CAC-OS는 표시 장치를 비롯한 다양한 반도체 장치에 최적이다.
산화물 반도체는 다양한 구조를 가지고, 각각이 상이한 특성을 가진다. 본 발명의 일 형태의 산화물 반도체는 비정질 산화물 반도체, 다결정 산화물 반도체, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, CAAC-OS 중 2종류 이상을 가져도 좋다.
<산화물 반도체를 가지는 트랜지스터>
이어서, 상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용하는 경우에 대하여 설명한다.
상기 산화물 반도체를 트랜지스터에 사용함으로써 전계 효과 이동도가 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다. 또한 신뢰성이 높은 트랜지스터를 실현할 수 있다.
트랜지스터에는 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 산화물 반도체의 캐리어 농도는 1×1017cm-3 이하, 바람직하게는 1×1015cm-3 이하, 더 바람직하게는 1×1013cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1×1011cm-3 이하, 더욱더 바람직하게는 1×1010cm-3 미만이고, 1×10-9cm-3 이상이다. 또한 산화물 반도체막의 캐리어 농도를 낮추는 경우에는 산화물 반도체막 내의 불순물 농도를 낮추고, 결함 준위 밀도를 낮추면 좋다. 본 명세서 등에서, 불순물 농도가 낮고 결함 준위 밀도가 낮은 것을 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성이라고 한다. 또한 캐리어 농도가 낮은 산화물 반도체를 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체라고 부르는 경우가 있다.
또한 고순도 진성 또는 실질적으로 고순도 진성인 산화물 반도체막은 결함 준위 밀도가 낮기 때문에, 트랩 준위 밀도도 낮아지는 경우가 있다.
또한 산화물 반도체의 트랩 준위에 포획된 전하는 소실되는 데 걸리는 시간이 길어 마치 고정 전하처럼 작용하는 경우가 있다. 그러므로 트랩 준위 밀도가 높은 산화물 반도체에 채널 형성 영역이 형성되는 트랜지스터는 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다.
따라서 트랜지스터의 전기 특성을 안정화하기 위해서는, 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하는 것이 유효하다. 또한 산화물 반도체 내의 불순물 농도를 저감하기 위해서는, 근접한 막 내의 불순물 농도도 저감하는 것이 바람직하다. 불순물로서는 수소, 질소, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 철, 니켈, 실리콘 등이 있다. 또한 산화물 반도체 중의 불순물이란 예를 들어 산화물 반도체를 구성하는 주성분 이외를 말한다. 예를 들어 농도가 0.1atomic% 미만의 원소는 불순물이라고 할 수 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 반도체 내의 실리콘 또는 탄소의 농도(이차 이온 질량 분석법(SIMS: Secondary Ion Mass Spectrometry)으로 측정되는 농도)를 2×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되면, 결함 준위를 형성하고, 캐리어를 생성하는 경우가 있다. 따라서 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속의 농도를 1×1018atoms/cm3 이하, 바람직하게는 2×1016atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에서 질소가 포함되면 캐리어인 전자가 생김으로써 캐리어 농도가 높아져 n형화되기 쉽다. 이 결과, 질소가 포함되는 산화물 반도체를 반도체에 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 또는 산화물 반도체에 질소가 포함되면, 트랩 준위가 형성되는 경우가 있다. 이 결과, 트랜지스터의 전기 특성이 불안정해지는 경우가 있다. 그러므로 SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 질소 농도를 5×1019atoms/cm3 미만, 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 이하, 더 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 이하, 더욱 바람직하게는 5×1017atoms/cm3 이하로 한다.
또한 산화물 반도체에 포함되는 수소는 금속 원자와 결합되는 산소와 반응하여 물이 되기 때문에, 산소 결손을 형성하는 경우가 있다. 상기 산소 결손에 수소가 들어감으로써 캐리어인 전자가 생성되는 경우가 있다. 또한 수소의 일부가 금속 원자와 결합되는 산소와 결합되어, 캐리어인 전자를 생성하는 경우가 있다. 따라서 수소가 포함되는 산화물 반도체를 사용한 트랜지스터는 노멀리 온 특성을 가지기 쉽다. 그러므로 산화물 반도체 내의 수소는 가능한 한 저감되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, SIMS에 의하여 얻어지는 산화물 반도체 내의 수소 농도를 1×1020atoms/cm3 미만, 바람직하게는 1×1019atoms/cm3 미만, 더 바람직하게는 5×1018atoms/cm3 미만, 더욱 바람직하게는 1×1018atoms/cm3 미만으로 한다.
불순물이 충분히 저감된 산화물 반도체를 트랜지스터의 채널 형성 영역에 사용함으로써 안정된 전기 특성을 부여할 수 있다.
본 실시형태는 적어도 그 일부를 본 명세서 중에 기재하는 다른 실시형태와 적절히 조합하여 실시할 수 있다.
(실시형태 4)
본 실시형태에서는 본 발명의 일 형태의 전자 기기에 대하여 도 30 내지 도 32를 사용하여 설명한다.
본 실시형태의 전자 기기는 표시부에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 가진다. 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 표시 품질이 높고, 또한 소비 전력이 낮다. 또한 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.
특히 본 발명의 일 형태의 표시 장치는 정세도를 높일 수 있기 때문에, 비교적 작은 표시부를 가지는 전자 기기에 적합하게 사용할 수 있다. 이러한 전자 기기로서는 예를 들어 손목시계형 및 팔찌형 정보 단말기(웨어러블 기기), 그리고 헤드 마운트 디스플레이 등의 VR용 기기, 안경형 AR용 기기, 및 MR용 기기 등 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기 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 기기에서 현장감 및 깊이감 등을 더 높일 수 있다. 또한 본 발명의 일 형태의 표시 장치의 화면 비율(종횡비)은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 표시 장치는 1:1(정방형), 4:3, 16:9, 16:10 등 다양한 화면 비율에 대응할 수 있다.
본 실시형태의 전자 기기는 센서(힘, 변위, 위치, 속도, 가속도, 각속도, 회전수, 거리, 광, 액체, 자기, 온도, 화학 물질, 음성, 시간, 경도, 전기장, 전류, 전압, 전력, 방사선, 유량, 습도, 경사도, 진동, 냄새, 또는 적외선을 측정하는 기능을 포함하는 것)를 가져도 좋다.
본 실시형태의 전자 기기는 다양한 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 다양한 정보(정지 화상, 동영상, 텍스트 화상 등)를 표시부에 표시하는 기능, 터치 패널 기능, 달력, 날짜, 또는 시각 등을 표시하는 기능, 다양한 소프트웨어(프로그램)를 실행하는 기능, 무선 통신 기능, 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 데이터를 판독하는 기능 등을 가질 수 있다.
도 30의 (A) 내지 (C), 그리고 도 31의 (A) 내지 (C)를 사용하여 머리에 장착할 수 있는 웨어러블 기기의 일례에 대하여 설명한다. 이들 웨어러블 기기는 AR의 콘텐츠를 표시하는 기능 및 VR의 콘텐츠를 표시하는 기능 중 한쪽 또는 양쪽을 가진다. 또한 이들 웨어러블 기기는 AR, VR 외에 SR 또는 MR 콘텐츠를 표시하는 기능을 가져도 좋다. 전자 기기가 AR, VR, SR, MR 등의 콘텐츠를 표시하는 기능을 가짐으로써, 사용자의 몰입감을 높일 수 있다.
도 30의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A), 도 30의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B), 및 도 30의 (C)에 나타낸 전자 기기(700C)는 각각 한 쌍의 표시 패널(751)과, 한 쌍의 하우징(721)과, 통신부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 장착부(723)와, 제어부(도시하지 않았음)와, 촬상부(도시하지 않았음)와, 한 쌍의 광학 부재(753)와, 프레임(757)과, 한 쌍의 코 받침(758)을 가진다.
표시 패널(751)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 정세도가 매우 높은 표시가 가능한 전자 기기로 할 수 있다. 또한 광학 부재(753)에는 앞의 실시형태에서 설명한 광학 소자를 적용할 수 있다.
전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C)는 각각 광학 부재(753)의 표시 영역(756)에 표시 패널(751)로 표시한 화상을 투영할 수 있다. 광학 부재(753)는 광 투과성을 가지기 때문에, 사용자는 광학 부재(753)를 통하여 시인되는 투과 이미지에 겹쳐 표시 영역에 표시된 화상을 볼 수 있다. 따라서 전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C)는 각각 AR 표시가 가능한 전자 기기이다.
전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C)에는 촬상부로서 앞쪽을 촬상할 수 있는 카메라가 제공되어도 좋다. 또한 전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C)는 각각 자이로 센서 등의 가속도 센서를 가짐으로써 사용자의 머리의 방향을 검지하고 그 방향에 대응하는 화상을 표시 영역(756)에 표시할 수도 있다.
통신부는 무선 통신기를 가지고, 상기 무선 통신기에 의하여 영상 신호 등을 공급할 수 있다. 또한 무선 통신기 대신에 또는 무선 통신기에 더하여 영상 신호 및 전원 전위가 공급되는 케이블을 접속할 수 있는 커넥터를 가져도 좋다.
또한 전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C)에는 배터리가 제공되어 있고, 무선 및 유선 중 한쪽 또는 양쪽에 의하여 충전할 수 있다.
하우징(721)에는 터치 센서 모듈이 제공되어 있어도 좋다. 터치 센서 모듈은 하우징(721)의 외측 면이 터치되는 것을 검출하는 기능을 가진다. 터치 센서 모듈에 의하여 사용자의 탭 조작 또는 슬라이드 조작 등을 검출하여, 다양한 처리를 실행할 수 있다. 예를 들어 탭 조작에 의하여 동영상의 일시 정지 또는 재개 등의 처리를 실행할 수 있고, 슬라이드 조작에 의하여 빨리 감기 또는 빨리 되감기의 처리를 실행할 수 있다. 또한 2개의 하우징(721)의 각각에 터치 센서 모듈을 제공함으로써 조작의 폭을 넓힐 수 있다.
터치 센서 모듈로서는 다양한 터치 센서를 적용할 수 있다. 예를 들어 정전 용량 방식, 저항막 방식, 적외선 방식, 전자기 유도 방식, 표면 탄성파 방식, 광학 방식 등 다양한 방식을 채용할 수 있다. 특히 정전 용량 방식 또는 광학 방식의 센서를 터치 센서 모듈에 적용하는 것이 바람직하다.
광학 방식의 터치 센서를 사용하는 경우에는, 수광 디바이스(수광 소자라고도 함)로서 광전 변환 디바이스(광전 변환 소자라고도 함)를 사용할 수 있다. 광전 변환 디바이스의 활성층에는 무기 반도체 및 유기 반도체 중 한쪽 또는 양쪽을 사용할 수 있다.
도 31의 (A)에 나타낸 전자 기기(800A), 도 31의 (B)에 나타낸 전자 기기(800B), 및 도 31의 (C)에 나타낸 전자 기기(800C)는 각각 한 쌍의 표시부(820)와, 하우징(821)과, 통신부(822)와, 한 쌍의 장착부(823)와, 제어부(824)와, 한 쌍의 촬상부(825)와, 한 쌍의 렌즈(832)를 가진다.
표시부(820)에는 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 따라서 정세도가 매우 높은 표시가 가능한 전자 기기로 할 수 있다. 이에 의하여, 사용자는 높은 몰입감을 느낄 수 있다. 또한 렌즈(832)에는 앞의 실시형태에서 설명한 광학 소자를 적용할 수 있다.
표시부(820)는 하우징(821)의 내부의 렌즈(832)를 통하여 시인할 수 있는 위치에 제공된다. 또한 한 쌍의 표시부(820)에 상이한 화상을 표시함으로써, 시차를 사용한 3차원 표시를 할 수도 있다.
전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 및 전자 기기(800C)는 각각 VR용 전자 기기라고 할 수 있다. 전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 또는 전자 기기(800C)를 장착한 사용자는 렌즈(832)를 통하여 표시부(820)에 표시되는 화상을 시인할 수 있다.
전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 및 전자 기기(800C)는 각각 렌즈(832) 및 표시부(820)가 사용자의 눈의 위치에 따라 최적으로 배치되도록 이들의 좌우의 위치를 조정할 수 있는 기구를 가지는 것이 바람직하다. 또한 렌즈(832)와 표시부(820) 사이의 거리를 변경함으로써, 초점을 조정하는 기구를 가지는 것이 바람직하다.
장착부(823)에 의하여 사용자는 전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 또는 전자 기기(800C)를 머리에 장착할 수 있다. 또한 도 31의 (A) 등에서는 안경다리(조인트, 템플 등이라고도 함)와 같은 형상을 가지는 예를 나타내었지만, 이에 한정되지 않는다. 장착부(823)는 사용자가 장착할 수 있으면 좋고 예를 들어 헬멧형 또는 밴드형이어도 좋다.
촬상부(825)는 외부의 정보를 취득하는 기능을 가진다. 촬상부(825)가 취득한 데이터는 표시부(820)에 출력할 수 있다. 촬상부(825)에는 이미지 센서를 사용할 수 있다. 또한 망원, 광각 등 복수의 화각에 대응할 수 있도록 복수의 카메라를 제공하여도 좋다.
또한 여기서는 촬상부(825)가 제공되는 예를 나타내었지만, 대상물과의 거리를 측정할 수 있는 측거 센서(이하, 검지부라고도 함)가 제공되면 좋다. 즉 촬상부(825)는 검지부의 일 형태이다. 검지부로서는 예를 들어 이미지 센서 또는 LIDAR(Light Detection and Ranging) 등의 거리 화상 센서를 사용할 수 있다. 카메라에 의하여 얻어진 화상과, 거리 화상 센서에 의하여 얻어진 화상을 사용함으로써, 더 많은 정보를 취득할 수 있어, 더 정밀도가 높은 제스처 조작이 가능해진다.
전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 및 전자 기기(800C)는 각각 입력 단자를 가져도 좋다. 입력 단자에는 영상 출력 기기 등으로부터의 영상 신호 및 전자 기기 내에 제공되는 배터리를 충전하기 위한 전력 등을 공급하는 케이블을 접속할 수 있다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 이어폰(750)과 무선 통신을 하는 기능을 가져도 좋다. 이어폰(750)은 통신부(도시하지 않았음)를 가지고, 무선 통신 기능을 가진다. 이어폰(750)은 무선 통신 기능에 의하여 전자 기기로부터 정보(예를 들어 음성 데이터)를 수신할 수 있다. 예를 들어 도 30의 (A)에 나타낸 전자 기기(700A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 가진다. 또한 예를 들어 도 31의 (A)에 나타낸 전자 기기(800A)는 무선 통신 기능에 의하여 이어폰(750)에 정보를 송신하는 기능을 가진다.
또한 전자 기기가 이어폰부를 가져도 좋다. 도 30의 (B)에 나타낸 전자 기기(700B)는 이어폰부(727)를 가진다. 예를 들어 이어폰부(727)는 제어부에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(727)와 제어부를 접속하는 배선의 일부는 하우징(721) 또는 장착부(723)의 내부에 배치되어도 좋다.
마찬가지로, 도 31의 (B)에 나타낸 전자 기기(800B)는 이어폰부(827)를 가진다. 예를 들어 이어폰부(827)는 제어부(824)에 유선으로 접속될 수 있다. 이어폰부(827)와 제어부(824)를 접속하는 배선의 일부는 하우징(821) 또는 장착부(823)의 내부에 배치되어도 좋다. 또한 이어폰부(827)와 장착부(823)가 자석을 가져도 좋다. 이에 의하여, 이어폰부(827)를 장착부(823)에 자기력으로 고정할 수 있어, 수납이 용이해지기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일 형태의 전자 기기는 골전도 이어폰으로서 기능하는 진동 기구를 가져도 좋다. 예를 들어 표시부(820), 하우징(821), 및 장착부(823) 중 어느 하나 또는 복수에 상기 진동 기구를 가지는 구성을 적용할 수 있다. 이에 의하여, 헤드폰, 이어폰, 또는 스피커 등의 음향 기기가 별도로 필요하지 않아, 상기 전자 기기를 장착하기만 하면 영상과 음성을 즐길 수 있다.
예를 들어 도 30의 (C)에 나타낸 전자 기기(700C)는 골전도 스피커(728) 및 조작 버튼(729)을 가진다. 조작 버튼(729)에 음량 조정 버튼을 가질 수 있다. 또한 도 30의 (C)에서는 조작 버튼(729)이 하나 제공된 구성을 나타내었지만, 조작 버튼(729)은 2개 이상 있어도 좋다.
마찬가지로 예를 들어 도 31의 (C)에 나타낸 전자 기기(800C)는 골전도 스피커(828)를 가진다. 또한 도 31의 (C)에는 도시하지 않았지만, 전자 기기(800C)는 음량 조정 버튼 등의 조작 버튼을 가져도 좋다.
또한 전자 기기는 이어폰 또는 헤드폰 등을 접속할 수 있는 음성 출력 단자를 가져도 좋다. 또한 전자 기기는 음성 입력 단자 및 음성 입력 기구 중 한쪽 또는 양쪽을 가져도 좋다. 음성 입력 기구로서는 예를 들어 마이크로폰 등의 집음 장치를 사용할 수 있다. 전자 기기가 음성 입력 기구를 가짐으로써, 전자 기기에 소위 헤드셋으로서의 기능을 부여하여도 좋다.
이와 같이, 본 발명의 일 형태의 전자 기기로서는, 안경형(전자 기기(700A), 전자 기기(700B), 및 전자 기기(700C) 등) 및 고글형(전자 기기(800A), 전자 기기(800B), 및 전자 기기(800C) 등) 모두 적합하다.
또한 본 발명의 일 형태의 전자 기기는 유선 또는 무선으로 이어폰에 정보를 송신할 수 있다.
도 32는 헤드 마운트 디스플레이(8200)의 외관을 나타낸 도면이다.
헤드 마운트 디스플레이(8200)는 장착부(8201), 렌즈(8202), 본체(8203), 표시 장치(8204), 케이블(8205) 등을 가진다. 또한 장착부(8201)에는 배터리(8206)가 내장된다.
헤드 마운트 디스플레이(8200)는 왼쪽 눈 측에 표시 영역(8207)을 하나 가진다. 또한 표시 영역(8207)이 오른쪽 눈 측에 위치하도록 본체(8203)를 오른쪽 눈 측에 배치하여도 좋다.
케이블(8205)은 배터리(8206)로부터 본체(8203)에 전력을 공급한다. 본체(8203)는 무선 수신기 등을 가지고, 수신한 영상 정보를 표시 영역(8207)에 표시할 수 있다. 또한 본체(8203)는 카메라를 가지고, 사용자의 안구 또는 눈꺼풀의 움직임의 정보를 입력 수단으로서 사용할 수 있다.
또한 장착부(8201)는 사용자와 접촉하는 위치에 사용자의 안구의 움직임에 따라 흐르는 전류를 검지할 수 있는 복수의 전극이 제공되어, 시선을 인식하는 기능을 가져도 좋다. 또한 상기 전극을 흐르는 전류에 의하여 사용자의 맥박을 모니터링하는 기능을 가져도 좋다. 또한 장착부(8201)는 온도 센서, 압력 센서, 가속도 센서 등의 각종 센서를 가져도 좋고, 사용자의 생체 정보를 표시 영역(8207)에 표시하는 기능, 사용자의 머리 움직임에 맞추어 표시 영역(8207)에 표시되는 영상을 변화시키는 기능 등을 가져도 좋다.
표시 장치(8204)에 본 발명의 일 형태의 표시 장치를 적용할 수 있다. 또한 렌즈(8202)에는 앞의 실시형태에서 설명한 광학 소자를 적용할 수 있다.
본 실시형태는 다른 실시형태와 적절히 조합할 수 있다.
CCMG: 색 변환층, CFG: 착색층, 10: 전자 기기, 10A: 전자 기기, 10B: 전자 기기, 10C: 전자 기기, 10D: 전자 기기, 10E: 전자 기기, 10F: 전자 기기, 11: 표시 장치, 11aL: 표시 장치, 11aR: 표시 장치, 11bL: 표시 장치, 11bR: 표시 장치, 11L: 표시 장치, 11R: 표시 장치, 12: 하우징, 13: 광학 소자, 13L: 광학 소자, 13R: 광학 소자, 14: 장착부, 15: 표시 영역, 15L: 표시 영역, 15R: 표시 영역, 17: 고정구, 21aL: 렌즈, 21bL: 렌즈, 22aL: 입력부 회절 소자, 22b1L: 입력부 회절 소자, 22b2L: 입력부 회절 소자, 22cL: 입력부 회절 소자, 22dL: 입력부 회절 소자, 23aL: 도광판, 23bL: 도광판, 24aL: 출력부 회절 소자, 24b1L: 출력부 회절 소자, 24b2L: 출력부 회절 소자, 24cL: 출력부 회절 소자, 24dL: 출력부 회절 소자, 25aL: 회절 소자, 25b1L: 회절 소자, 25b2L: 회절 소자, 27: 스페이서, 31aL: 광, 31b1L: 광, 31b2L: 광, 31cL: 광, 31dL: 광, 31L: 광, 31R: 광, 32: 광, 35L: 왼쪽 눈, 61: 발광 소자, 61B: 발광 소자, 61G: 발광 소자, 61W: 발광 소자, 90a: 화소, 90a1: 부화소, 90a2: 부화소, 90b: 화소, 90b1: 부화소, 90b2: 부화소, 100A: 표시 장치, 100B: 표시 장치, 100C: 표시 장치, 100D: 표시 장치, 100E: 표시 장치, 100F: 표시 장치, 100G: 표시 장치, 101: 기판, 102: 절연층, 103: 절연층, 104: 절연층, 110a: 발광 다이오드, 110b: 발광 다이오드, 113a: 반도체층, 113b: 반도체층, 114a: 발광층, 114b: 발광층, 115a: 반도체층, 115b: 반도체층, 116a: 도전층, 116b: 도전층, 116c: 도전층, 116d: 도전층, 117: 전극, 117a: 전극, 117b: 전극, 117c: 전극, 117d: 전극, 120a: 트랜지스터, 120b: 트랜지스터, 130a: 트랜지스터, 130b: 트랜지스터, 131: 기판, 132: 소자 분리층, 133: 저저항 영역, 134: 절연층, 135: 도전층, 136: 절연층, 137: 도전층, 138: 도전층, 139: 절연층, 140: 기판, 141: 절연층, 142: 도전층, 143: 절연층, 150A: LED 기판, 150B: 회로 기판, 151: 층, 152: 절연층, 161: 도전층, 162: 절연층, 163: 절연층, 164: 절연층, 165: 금속 산화물층, 166: 도전층, 167: 절연층, 168: 도전층, 171: 기판, 172: 배선, 173: 절연층, 174: 전극, 175: 도전층, 176: 접속체, 177: 전극, 178: 전극, 179: 접착층, 181: 절연층, 182: 절연층, 183: 절연층, 184a: 도전층, 184b: 도전층, 185: 절연층, 186: 절연층, 187: 절연층, 188: 절연층, 189a: 도전층, 189b: 도전층, 189c: 도전층, 189d: 도전층, 190: 도전층, 190a: 도전층, 190b: 도전층, 190c: 도전층, 190d: 도전층, 190e: 도전층, 191: 기판, 192: 접착층, 195: 도전체, 196: FPC, 197: FPC, 261: 도전층, 262: EL층, 262a: EL층, 262b: EL층, 262B: EL층, 262G: EL층, 262W: EL층, 263: 도전층, 264B: 착색층, 264G: 착색층, 265: 유기층, 266: 수지층, 271: 보호층, 272: 절연층, 273: 보호층, 275: 영역, 276: 절연층, 277: 마이크로 렌즈 어레이, 363: 절연층, 415: 보호층, 419: 수지층, 420: 기판, 700A: 전자 기기, 700B: 전자 기기, 700C: 전자 기기, 721: 하우징, 723: 장착부, 727: 이어폰부, 728: 골전도 스피커, 729: 조작 버튼, 750: 이어폰, 751: 표시 패널, 753: 광학 부재, 756: 표시 영역, 757: 프레임, 758: 코 받침, 800A: 전자 기기, 800B: 전자 기기, 800C: 전자 기기, 820: 표시부, 821: 하우징, 822: 통신부, 823: 장착부, 824: 제어부, 825: 촬상부, 827: 이어폰부, 828: 골전도 스피커, 832: 렌즈, 4411: 발광층, 4412: 발광층, 4413: 발광층, 4420: 층, 4420-1: 층, 4420-2: 층, 4430: 층, 4430-1: 층, 4430-2: 층, 4440: 중간층, 8200: 헤드 마운트 디스플레이, 8201: 장착부, 8202: 렌즈, 8203: 본체, 8204: 표시 장치, 8205: 케이블, 8206: 배터리, 8207: 표시 영역
Claims (17)
- 전자 기기로서,
제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가지고,
상기 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고,
상기 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가지고,
상기 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 상기 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르고,
상기 광학 소자는 상기 제 1 표시 장치와 상기 제 2 표시 장치 사이에 제공되고,
상기 광학 소자는 제 1 도광판과 제 2 도광판을 가지는, 전자 기기.
- 전자 기기로서,
제 1 표시 장치와, 제 2 표시 장치와, 광학 소자를 가지고,
상기 제 1 표시 장치는 제 1 발광 소자를 가지고,
상기 제 2 표시 장치는 제 2 발광 소자를 가지고,
상기 제 1 발광 소자로부터 방출되는 제 1 광의 색과, 상기 제 2 발광 소자로부터 방출되는 제 2 광의 색은 다르고,
상기 광학 소자는 상기 제 1 표시 장치와 상기 제 2 표시 장치 사이에 제공되고,
상기 광학 소자는 제 1 도광판과, 제 2 도광판과, 제 1 입력부 회절 소자와, 제 2 입력부 회절 소자와, 제 1 출력부 회절 소자와, 제 2 출력부 회절 소자를 가지고,
상기 제 1 입력부 회절 소자는 상기 제 1 광을 상기 제 1 도광판에 입사시키는 기능을 가지고,
상기 제 2 입력부 회절 소자는 상기 제 2 광을 상기 제 2 도광판에 입사시키는 기능을 가지고,
상기 제 1 출력부 회절 소자는 상기 제 1 도광판에 입사한 상기 제 1 광을 상기 제 1 도광판 외부로 사출하는 기능을 가지고,
상기 제 2 출력부 회절 소자는 상기 제 2 도광판에 입사한 상기 제 2 광을 상기 제 2 도광판 외부로 사출하는 기능을 가지는, 전자 기기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 표시 장치는 상기 광학 소자를 개재(介在)하여 상기 제 2 표시 장치와 중첩되는 영역을 가지는, 전자 기기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 표시 장치는 상기 광학 소자를 개재하여 상기 제 2 표시 장치와 중첩되지 않는, 전자 기기.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 1 광의 색과, 상기 제 2 광의 색과, 상기 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색은 각각 다른, 전자 기기.
- 제 5 항에 있어서,
상기 광학 소자는 제 3 입력부 회절 소자와, 제 3 출력부 회절 소자를 더 가지고,
상기 제 3 입력부 회절 소자는 상기 제 3 광을 상기 제 1 도광판에 입사시키는 기능을 가지고,
상기 제 3 출력부 회절 소자는 상기 제 1 도광판에 입사한 상기 제 3 광을 상기 제 1 도광판 외부로 사출하는 기능을 가지고,
상기 제 1 도광판으로부터 사출된 상기 제 1 광 및 상기 제 3 광과, 상기 제 2 도광판으로부터 사출된 상기 제 2 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는, 전자 기기.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자인, 전자 기기.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자, 및 상기 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인, 전자 기기.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드이고,
상기 제 2 발광 소자 및 상기 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 무기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인, 전자 기기.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 3 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자인, 전자 기기.
- 제 10 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자, 상기 제 2 발광 소자, 및 상기 제 3 발광 소자는 발광 재료로서 유기 화합물을 가지는 마이크로 발광 다이오드인, 전자 기기.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 1 표시 장치는 제 4 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 1 광의 색과, 상기 제 2 광의 색과, 상기 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색과, 상기 제 4 발광 소자로부터 방출되는 제 4 광의 색은 각각 다른, 전자 기기.
- 제 12 항에 있어서,
상기 광학 소자로부터 사출된 상기 제 1 광과, 상기 제 2 광과, 상기 제 3 광과, 상기 제 4 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는, 전자 기기.
- 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 4 발광 소자는 황색광을 방출하는 소자인, 전자 기기.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
상기 제 2 표시 장치는 제 3 발광 소자와 제 4 발광 소자를 더 가지고,
상기 제 1 광의 색과, 상기 제 2 광의 색과, 상기 제 3 발광 소자로부터 방출되는 제 3 광의 색과, 상기 제 4 발광 소자로부터 방출되는 제 4 광의 색은 각각 다른, 전자 기기.
- 제 15 항에 있어서,
상기 광학 소자로부터 사출된 상기 제 1 광과, 상기 제 2 광과, 상기 제 3 광과, 상기 제 4 광이 합성됨으로써 화상이 형성되는, 전자 기기.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
상기 제 1 발광 소자는 적색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 2 발광 소자는 녹색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 3 발광 소자는 청색광을 방출하는 소자이고,
상기 제 4 발광 소자는 백색광을 방출하는 소자인, 전자 기기.
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