WO2021260493A1 - 表示装置および電子機器 - Google Patents
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Definitions
- One aspect of the present invention relates to a display device.
- one aspect of the present invention is not limited to the above technical fields.
- the technical fields of one aspect of the present invention include semiconductor devices, display devices, light emitting devices, power storage devices, storage devices, lighting devices, input devices (for example, touch sensors), input / output devices (for example, touch panels, etc.), and electronic devices.
- Equipment, their driving methods, or their manufacturing methods can be mentioned as an example.
- the semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing the semiconductor characteristics.
- Transistors and semiconductor circuits are one aspect of semiconductor devices.
- the storage device, the display device, the image pickup device, and the electronic device may have a semiconductor device.
- applications of large-scale display devices include home television devices, digital signage, PIDs (Public Information Display), and the like.
- applications for small and medium-sized display devices include mobile information terminals such as smartphones and tablet terminals.
- a light emitting device having a light emitting device As a display device, for example, a light emitting device having a light emitting device has been developed.
- a light emitting device utilizing an electroluminescence (hereinafter referred to as EL) phenomenon has features such as thinness and light weight, high-speed response, and low voltage drive.
- Patent Document 1 discloses a light emitting device having flexibility.
- the touch panel has a convenient function that allows a part of the body such as a finger to be touched and operated on the panel surface. On the other hand, if the panel is in a position that cannot be physically touched, it cannot be operated. In addition, there is a problem that the hygienic aspect of the panel surface (for example, adhesion of dust, bacteria, or virus) cannot be sufficiently controlled.
- one aspect of the present invention is to provide an electronic device having a non-contact input function.
- one of the purposes is to provide an electronic device having a photodetection function.
- one of the purposes is to provide a new electronic device.
- one of the purposes is to provide a new semiconductor device or the like.
- One aspect of the present invention is a display device having a light receiving device in the display unit, and an electronic device having the display device.
- One aspect of the present invention is a display device in which a plurality of light emitting devices and a plurality of light receiving devices are provided on the display unit, and when the indicating object is on the display unit, the light emitting device does not irradiate light and shields the indicating object.
- the display device can be operated by switching between the first function and the second function according to the intensity of the light detected by the light receiving device when the light emitting device does not irradiate the light.
- the light emitted from the light emitting device can be infrared light.
- the display device is surrounded by a first region provided with a light receiving device that detects light of the first intensity or higher, and the light receiving device that detects light having an intensity lower than the first intensity is
- the provided second region and its vicinity can be recognized as the designated position of the designated object.
- the display device is surrounded by a third region provided with a light receiving device that detects light having a second intensity or less, and receives light having a light intensity higher than the second intensity.
- the fourth region in which the device is provided and its vicinity can be recognized as the designated position of the pointing object.
- the light receiving device preferably has a photoelectric conversion layer, and the photoelectric conversion layer preferably has an organic compound.
- the display unit has a display device, and the display device can emit any light of red, green, blue, or white.
- the light detection operation by the light receiving device is performed when the display device is in the non-light emitting operation.
- the display device and the light receiving device have a diode configuration, and the cathode of the display device and the anode of the light receiving device can be electrically connected. Alternatively, the cathode of the display device and the cathode of the light receiving device can be electrically connected.
- the display device and the light receiving device are electrically connected to a plurality of transistors, one or more of the plurality of transistors have a metal oxide in the channel forming region, and the metal oxides are In, Zn, and M ( M preferably has Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf).
- the instruction object can recognize the instruction position even if it is in a position where it does not come into contact with the display unit.
- Another aspect of the present invention is an electronic device having the above-mentioned display device and an optical sensor, and switching an operation of detecting an indicated position of an indicated object according to the intensity of light detected by the optical sensor.
- a display device having a non-contact input function it is possible to provide a display device having a light detection function.
- a new display device can be provided.
- a new semiconductor device or the like can be provided.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an electronic device.
- 2A and 2B are diagrams illustrating an electronic device.
- FIG. 3A is a diagram illustrating an electronic device.
- FIG. 3B is a diagram illustrating a non-display state (black insertion).
- 4A to 4D are diagrams for explaining image pickup data (images) acquired by the display unit.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a display device.
- 6A to 6K are diagrams illustrating sub-pixels.
- FIG. 7A is a diagram illustrating a display device. 7B and 7C are diagrams illustrating sub-pixels.
- FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the display device.
- FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating the display device.
- FIG. 10A to 10C are cross-sectional views illustrating a display device.
- 11A and 11B are cross-sectional views illustrating the display device.
- 12A and 12B are cross-sectional views illustrating the display device.
- 13A and 13B are cross-sectional views illustrating the display device.
- FIG. 14 is a perspective view illustrating the display device.
- FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating the display device.
- 16A and 16B are cross-sectional views illustrating the display device.
- FIG. 17A is a cross-sectional view illustrating the display device.
- FIG. 17B is a cross-sectional view illustrating the transistor.
- FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating the display device.
- 19A to 19D are diagrams illustrating a pixel circuit.
- FIG. 20 is a diagram illustrating a pixel circuit.
- FIG. 21 is a diagram illustrating a pixel circuit.
- the element may be composed of a plurality of elements if there is no functional inconvenience.
- a plurality of transistors operating as switches may be connected in series or in parallel.
- the capacitor may be divided and arranged at a plurality of positions.
- one conductor may have a plurality of functions such as wiring, electrodes, and terminals, and in the present specification, a plurality of names may be used for the same element. Further, even if the elements are shown to be directly connected on the circuit diagram, the elements may actually be connected via one or more conductors. In the present specification, such a configuration is also included in the category of direct connection.
- the display device has a display device (also referred to as a display element), a light emitting device (also referred to as a light emitting element), and a light receiving device (also referred to as a light receiving element) in the display unit.
- a display device also referred to as a display element
- a light emitting device also referred to as a light emitting element
- a light receiving device also referred to as a light receiving element
- the display device has a first function of recognizing the designated position of the designated object by detecting the light emitted from the light source outside the display unit and blocked by the designated object with the light receiving device. Further, the display device has a second function of recognizing the designated position of the designated object by detecting the light emitted from the light source inside or outside the display unit and reflected by the designated object with the light receiving device.
- the display device can be operated by switching between the first function and the second function according to the intensity of the light emitted from the light source outside the display unit. That is, it is possible to recognize the designated position of the pointing object on the display unit regardless of the ambient illuminance.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an electronic device 30 having a display device according to an aspect of the present invention.
- a smartphone is illustrated as the electronic device 30, but the functions of the electronic device 30 are not particularly limited, and for example, a television device, a desktop or notebook computer, a tablet computer, a computer, or the like.
- electronic devices with relatively large screens such as monitors, digital signage, and large game machines such as pachinko machines, digital cameras, digital video cameras, digital photo frames, portable game machines, mobile information terminals, sound playback devices, etc. And so on.
- the electronic device 30 is a sensor (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, geomagnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, voltage, electric power, radiation. , Including the ability to detect flow rate, humidity, gradient, vibration, odor or infrared rays).
- the input method of the display device can be switched according to the change in the illuminance detected by the optical sensor of the electronic device 30.
- the angle and orientation of the display device can be detected by using the tilt sensor 87 (for example, a combination of an acceleration sensor, a geomagnetic sensor, a gyro sensor, etc.) possessed by the electronic device 30, and the input can be corrected.
- the electronic device 30 can have various functions. For example, a function to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a function to display a calendar, date or time, a function to execute various software (programs), a wireless communication function, and recording. It can have a function of reading a program or data recorded on a medium.
- the electronic device 30 includes a display unit 61, a housing 62, a camera 63, an optical sensor 64, a power button 65, a button 66, a speaker 67, a microphone 68, a light source 69, a tilt sensor 87, and the like.
- a display unit 61 a housing 62, a camera 63, an optical sensor 64, a power button 65, a button 66, a speaker 67, a microphone 68, a light source 69, a tilt sensor 87, and the like.
- FIG. 1 the configuration in which a plurality of buttons 66 are provided is illustrated, but the present invention is not limited to this.
- one button 66 may be provided.
- the indicating object 81 is located between the display unit 61 of the display device of the electronic device 30 and the light source 82, and a part of the shadow 83 of the indicating object 81 is displayed on the icon 71 on the display unit 61.
- the light source 82 is a light source capable of irradiating light having an illuminance that creates a shadow of the indicating object 81, such as a light bulb, a fluorescent lamp, an LED, sunlight, and reflected light thereof, and the light receiving device included in the display unit 61 is provided. It suffices if it can emit light having a sensitive wavelength.
- the light for example, visible light, infrared light, or light including both visible light and infrared light can be used.
- the instruction object is an object for giving an instruction operation to the object, and here, a finger of a hand is exemplified.
- a pointing object 81 an object capable of blocking light, such as a pen, a stylus, or a part of the body other than the fingers of the hand, can also be used. Further, it is preferable that the surface of the object can reflect light.
- the display device of one aspect of the present invention has a light receiving function in the display unit 61, and can detect the position and shape of the shadow 83 of the indicating object 81 by the light receiving function and recognize the indicated position on the display unit 61. ..
- the display device can display the pointer 72 at the recognized designated position, for example. The user can visually recognize the indicated position by the pointer 72, and can easily select the icon 71 or the like. Further, when the light emitted by the light source 82 is infrared light, the shadow 83 cannot be visually recognized, so that the display of the pointer 72 is particularly effective.
- the shadow 83 is not uniform due to the positional relationship between the display unit 61, the indicating object 81, and the light source 82, and as shown in FIG. 2A, shading occurs.
- the light source 82 is located at a position farther from the distance between the display unit 61 and the indicating object 81, and when the light emitted by the light source 82 irradiates the indicating object 81, diffraction occurs at the end thereof. Therefore, the edge of the shadow becomes thin. Further, it can be said that due to the diffraction of light, the shadow of the portion near the display portion 61 of the indicating object 81 becomes darker, and the shadow of the portion located at a relatively long distance becomes lighter.
- the shadow 83 is generated when the light is blocked by the indicating object 81 between the light source 82 and the light source 82, but as described above, the light is diffracted and does not completely block the light. That is, it can be said that the shadow 83 portion is a region where the attenuated light is irradiated.
- the entire dark portion 84 of the shadow, the center or the center of gravity of the dark portion 84, or the vicinity thereof can be recognized as the designated position, and the pointer 72 can be displayed.
- the entire shadow 83 may be recognized as the designated position.
- the user can operate the pointer 72 by moving the pointing object 81.
- the touch panel can be tapped or held by moving the indicating object 81 up and down to change the area or density of the dark portion 84 of the shadow.
- the swipe operation can be performed by performing the operation of moving the pointer 72 following the hold operation. That is, the display of the display unit 61 can be changed by moving the indicating object 81.
- the display device of one aspect of the present invention has a light emitting function in the display unit 61, irradiates the indicating object 81 with light 21 by the light emitting function, and receives the light 22 reflected by the light receiving function.
- the designated position of the designated object 81 can be recognized. Similar to the case of detecting the position of the shadow 83, the pointer 72 can be displayed at the indicated position of the recognized display unit 61.
- the function of emitting light 21 from the display unit 61 and receiving the reflected light 22 is effective in an environment where there is no light source that irradiates the display unit 61 with sufficient light.
- the function can be used when there is not sufficient illuminance even outdoors or indoors at night, or when there is backlight.
- the light 21 is preferably infrared light. Since infrared light is invisible light, it does not interfere with the visibility of the display.
- the infrared light can be used from near-infrared light to far-infrared light, but far-infrared light has a peak in near-infrared light (wavelength 720 to 2500 nm) because a heat source or the like becomes noise. It is preferable to use.
- the irradiation of infrared light (light 21) from the display unit 61 and the light receiving operation of the light 22 on the display unit 61 may be performed during the period when the display unit 61 is in the non-display state (also referred to as black display or black insertion).
- the non-display state also referred to as black display or black insertion.
- it is not displayed between the images of continuous frames (image P1, image P2, image P3).
- a period of state (insertion of the image PB displayed in all black) is provided.
- the light receiving device included in the display unit 61 is sensitive to visible light and infrared light, the light (visible light) emitted from the display device becomes noise. Therefore, it is preferable to perform the light emitting operation and the light receiving operation on the display unit 61 during the period when the display unit 61 is not displayed.
- the electronic device 30 of one aspect of the present invention optically performs an operation corresponding to a touch operation of the touch panel using a light receiving device, it can be operated without contact. Therefore, the electronic device 30 can be operated when the display device 31 is out of reach. Further, since it is not necessary to directly touch a part of the body such as a finger to the display unit 61 or the like, the electronic device can be used hygienically.
- FIGS. 1 to 3 the expression of detecting shadows or reflected light with a light receiving device has been used, but in actual operation, first, imaging data is acquired over almost the entire area of the display unit 61. do. Then, the position and shape of the portion corresponding to the shadow or the reflected light are extracted from the image pickup data.
- FIG. 4A and 4B are diagrams illustrating shadow extraction.
- FIG. 4A shows a state in which the indicating object 81 is on the display unit 61 and the light source 82 is further above the indicating object 81.
- FIG. 4B shows the imaging data obtained in the state of FIG. 4A.
- the imaging data shown in FIG. 4B corresponds to an image.
- the entire image is divided into a region 91 in which light is blocked by the instruction object 81 and a region 90 other than the region 91.
- the region 91 is imaged as a dark region with respect to the region 90.
- the region 91 can be further divided into a dark portion 92, a bright portion 93, and the like in stages.
- the dark portion 92 and the bright portion 93 are generated by the diffraction of light described above, and the dark portion 92 can be regarded as a region having the darkest shadow (a portion closest to the display portion 61 of the indicating object 81). Therefore, the dark portion 92, the center or the center of gravity of the dark portion 92, or the vicinity thereof can be set as the designated position.
- a first region provided with a light receiving device that detects light having a first intensity or higher
- a second region provided with a light receiving device that detects light having an intensity lower than the first intensity. And its vicinity can be recognized as the designated position of the pointing object 81.
- the same image pickup data can be acquired, the movement of the dark portion 92 or the change in the area can be detected, and the operations such as hold and tap can be linked.
- operations such as swiping and scrolling may be performed by detecting the movement of the entire area 91.
- the position of the region 91 or the dark portion 92 may be corrected to a different position (position A). Shadows may appear at positions different from the user's feeling depending on the orientation of the display device with respect to the light source and the inclination during use.
- the tilt sensor 87 of the electronic device can detect the tilt and direction of the display device, and the above correction can be performed according to the information.
- the pointer 72 can be displayed at the position A, and the operability of the user can be improved.
- FIG. 4C and 4D are diagrams illustrating the extraction of reflected light.
- FIG. 4C shows a state in which the indicating object 81 is on the display unit 61 and the light source on the display unit 61 is emitting light.
- FIG. 4D shows the imaging data obtained in the state of FIG. 4C.
- the imaging data shown in FIG. 4D corresponds to an image.
- the entire image is divided into a region 96 that is irradiated with light by the designated object 81 and receives the reflected light and a region 95 other than that.
- the region 96 is imaged as a bright region with respect to the region 95.
- the region 96 can be further divided into a bright portion 97, a dark portion 98, and the like in stages.
- the bright part 97 and the dark part 98 are generated by the attenuation of the light reaching the indicating object 81 from the light source and the attenuation of the light reflected from the indicating object 81 and reaching the light receiving device. It can be inferred to be the part closest to the display unit 61 of the indicating object 81). Therefore, the designated position can be the center or the center of gravity of the bright portion 97, the bright portion 97, or the vicinity thereof.
- the pointing object 81 is surrounded by a first region provided with a light receiving device that detects light of a second intensity or less, and a second region provided with a light receiving device that detects light having an intensity higher than the second intensity. And its vicinity can be recognized as the designated position of the pointing object 81.
- the same imaging data can be acquired, the movement of the bright part 97 or the change in the area can be detected, and the operations such as hold and tap can be linked.
- the operations such as swiping and scrolling may be performed by detecting the movement of the entire area 96.
- the position of the bright portion 97 or the like can be corrected by the same procedure as in FIG. 4B, and the pointer 72 can be displayed at the corrected position.
- the display device can switch between a first function of detecting the designated position of the designated object 81 by using a shadow on the display unit and a second function of detecting by using reflected light.
- the light receiving device detects the light emitted from the light source outside the display unit, and when the light of a predetermined intensity is detected, the detection operation is performed by the first function, and the intensity is lower than that.
- control such as performing a detection operation with the second function.
- the same operation may be performed by an optical sensor included in the electronic device.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a display device according to an aspect of the present invention.
- the pixel 10 can have sub-pixels 11, 12, and 13.
- the sub-pixel 11 has a function of emitting light for display.
- the sub-pixel 12 has a function of emitting light to irradiate the indicating object.
- the sub-pixel 13 has a function of detecting the light emitted by the sub-pixel 12 and reflected by the indicating object.
- the smallest unit in which an independent operation is performed in one "pixel” is defined as a “sub-pixel” for convenience, but the "pixel” is replaced with a “region”.
- the "sub-pixel” may be replaced with a "pixel”.
- the sub-pixel 11 has a display device that emits visible light. Further, the sub-pixel 12 has a light emitting device that emits infrared light.
- an EL element such as an OLED (Organic Light Emitting Diode) or a QLED (Quantum-dot Light Emitting Diode).
- the light emitting substances of the EL element include a substance that emits fluorescence (fluorescent material), a substance that emits phosphorescence (phosphorescent material), and a substance that exhibits thermal activated delayed fluorescence (Thermally activated delayed fluorescent (TADF) material). ), Inorganic compounds (quantum dot materials, etc.) and the like.
- an LED such as a micro LED (Light Emitting Diode) can also be used.
- the sub-pixel 13 has a light receiving device that is sensitive to visible light and infrared light.
- a photoelectric conversion element that detects incident light and generates an electric charge can be used.
- the amount of electric charge generated is determined based on the amount of incident light.
- a pn type or pin type photodiode can be used as the light receiving device.
- an organic photodiode having an organic compound in the photoelectric conversion layer As the light receiving device, it is preferable to use an organic photodiode having an organic compound in the photoelectric conversion layer.
- Organic photodiodes can be easily made thinner, lighter, and larger in area. In addition, since it has a high degree of freedom in shape and design, it can be applied to various display devices.
- a photodiode using crystalline silicon single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, etc. can also be used for the light receiving device.
- an organic EL element is used as a light emitting device
- an organic photodiode is used as a light receiving device.
- Organic photodiodes have many layers that can have the same configuration as organic EL devices. Therefore, the light receiving device can be built in the display device without significantly increasing the manufacturing process.
- the photoelectric conversion layer of the light receiving device and the light emitting layer of the light emitting device may be formed separately, and the other layers may have the same configuration for the light emitting device and the light receiving device.
- the circuit 15 and the circuit 16 are driver circuits for driving the sub-pixels 11 and 12.
- the circuit 15 can have a function as a source driver, and the circuit 16 can have a function as a gate driver.
- a shift register circuit or the like can be used for the circuit 15 and the circuit 16.
- the drive circuits of the sub-pixels 11 and 12 may be separated. Since the function of the sub-pixel 12 is mainly to irradiate the indicating object 81 with light, all the sub-pixels 12 in the pixel array 14 may emit light having the same brightness. Therefore, a simplified circuit may be used instead of using a high-performance sequential circuit or the like for the circuit corresponding to the source driver and the gate driver.
- the circuit 17 and the circuit 18 are driver circuits for driving the sub-pixel 13.
- the circuit 17 can have a function as a column driver, and the circuit 18 can have a function as a low driver.
- a shift register circuit or a decoder circuit can be used for the circuit 17 and the circuit 18, for example.
- the circuit 19 is a data reading circuit output by the sub-pixel 13.
- the circuit 19 has, for example, an A / D conversion circuit, and has a function of converting analog data output from the sub-pixel 13 into digital data. Further, the circuit 19 may include a CDS circuit that performs a correlated double sampling process on the output data.
- the sub-pixel 12 and the sub-pixel 13 can have a function as an input interface.
- the sub-pixel 13 can receive visible light, infrared light, or light including visible light and infrared light emitted from an external light source.
- the sub-pixel 13 can emit infrared light from the sub-pixel 12 and receive the reflected light from the indicating object close to the display device. Therefore, it can function as a sensor switch by setting a threshold value for the amount of light received by the sub-pixel 13.
- the same function as the touch sensor can be realized in a non-contact manner.
- operations such as pointers can be performed in contact or non-contact.
- an image pickup data such as a fingerprint, a palm print, or an iris can be acquired by using a light receiving device. That is, the biometric authentication function can be added to the display device.
- the image pickup data may be acquired by bringing the indicated object into contact with the display device.
- the light receiving device can be used to acquire imaging data such as a user's facial expression, eye movement, or change in pupil diameter.
- imaging data such as a user's facial expression, eye movement, or change in pupil diameter.
- the image data By analyzing the image data, it is possible to acquire information on the mind and body of the user. Based on the information, it is possible to perform an operation according to the physical and mental condition of the user, such as changing one or both of the display and the sound output by the display device.
- These operations are effective for, for example, a device for VR (Virtual Reality), a device for AR (Augmented Reality), or a device for MR (Mixed Reality).
- FIGS. 6A to 6G are diagrams illustrating an example of the layout of sub-pixels in the pixel 10.
- the sub-pixels can be arranged in the horizontal direction (the direction in which the gate line extends).
- they may be arranged in the horizontal direction and the vertical direction (the direction in which the source line extends).
- one pixel 10 may have no sub-pixel 13 or sub-pixel 12.
- the pixels 10 shown in FIG. 6E and the pixels 10 shown in FIG. 6F can be arranged alternately.
- the pixel 10 composed of only the sub-pixel 11 shown in FIG. 6G may be used.
- a plurality of pixels 10 shown in FIG. 6G may be provided between the pixel 10 shown in FIG. 6E and the pixel 10 shown in FIG. 6F.
- the total number of sub-pixels 11 can be larger than the total number of sub-pixels 12 and 13, so that the display quality can be improved.
- the configuration and arrangement of the sub-pixels may be considered according to the purpose.
- the number of pixels 10 in FIG. 6E and the number of pixels 10 in FIG. 6F do not have to be the same.
- the sub-pixel 11 is configured to emit monochromatic light, or may be a set of sub-pixels that emit different colors as shown in FIGS. 6J and 6K.
- FIG. 6J shows an example in which the sub-pixel 11 is composed of a sub-pixel 11R having a light emitting device that emits red, a sub pixel 11G having a light emitting device that emits green, and a sub pixel 11B having a light emitting device that emits blue. Is. Color display can be performed by using the sub-pixel 11 having the above configuration.
- a sub-pixel 11W having a light emitting device that emits white color may be provided. Since the sub-pixel 11W can emit white light by itself, it is possible to suppress the emission brightness of the sub-pixels of other colors in the display of white or a color close to it. Therefore, the display can be performed with low power consumption.
- the display device may be configured with the sub-pixel 11 and the sub-pixel 13 as the basic configuration of the pixel 10.
- the light source 12E for irradiating the indicated object is provided outside the pixel array 14 (display unit).
- the light source 12E an LED or the like that emits high-luminance near-infrared light can be used. Since the light source 12E is provided outside the pixel array 14, it can be turned on by a control different from that of the display device.
- the sub-pixels 12 are not required and the number of sub-pixels 13 can be increased, so that the sensitivity of detecting the indicated object can be improved.
- the arrangement position and number of the light source 12E shown in FIG. 7A is an example, and is not limited thereto.
- the light source 12E can be an element of a device having the display device of one aspect of the present invention.
- the device may be different from the device having the display device according to one aspect of the present invention.
- the light source 12E the light source 69 included in the electronic device 30 shown in FIG. 1 can be used.
- the configurations of the pixels and the sub-pixels are not limited to the above, and various arrangement forms can be adopted.
- FIG. 8 and 9 show a schematic cross-sectional view of the display device 50A according to one aspect of the present invention.
- FIG. 8 shows a mode in which the light 21 emitted by the display device 50A irradiates the indicating object 81 and the reflected light 22 is received by the display device 50A.
- FIG. 9 shows a mode in which the light source 82 emits light 23 that is blocked and attenuated by the indicating object 81 and is received by the display device 50A.
- the display device 50A includes a light receiving device 110, a light emitting device 190, and a display device 180.
- the light receiving device 110 corresponds to an organic photodiode included in the sub-pixel 13.
- the light emitting device 190 corresponds to an organic EL element (which emits infrared light) possessed by the sub-pixel 12.
- the display device 180 corresponds to an organic EL element (which emits visible light) included in the sub-pixel 11.
- the organic EL element (display device 180) included in the sub-pixel 11 and the organic EL element (light emitting device 190) included in the sub-pixel 12 can have the same configuration other than the light emitting layer. Therefore, the details of the light emitting device 190 will be described here, and the description of the display device 180 will be omitted.
- the light receiving device 110 has a pixel electrode 111, a common layer 112, a photoelectric conversion layer 113, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the light emitting device 190 has a pixel electrode 191 and a common layer 112, a light emitting layer 193, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the display device 180 has a light emitting layer 183 different from the light emitting layer 193.
- the pixel electrode 111, the pixel electrode 191 and the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, the light emitting layer 193, the common layer 114, and the common electrode 115 may each have a single layer structure or a laminated structure.
- the pixel electrode 111 and the pixel electrode 191 are located on the insulating layer 214.
- the pixel electrode 111 and the pixel electrode 191 can be formed of the same material and in the same process.
- the common layer 112 is located on the pixel electrode 111 and on the pixel electrode 191.
- the common layer 112 is a layer commonly used for the light receiving device 110 and the light emitting device 190.
- the photoelectric conversion layer 113 has a region that overlaps with the pixel electrode 111 via the common layer 112.
- the light emitting layer 193 has a region that overlaps with the pixel electrode 191 via the common layer 112.
- the photoelectric conversion layer 113 has a first organic compound.
- the light emitting layer 193 has a second organic compound different from the first organic compound.
- the common layer 114 is located on the common layer 112, on the photoelectric conversion layer 113, and on the light emitting layer 193.
- the common layer 114 is a layer commonly used for the light receiving device 110 and the light emitting device 190.
- the common electrode 115 has a region overlapping with the pixel electrode 111 via the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, and the common layer 114. Further, the common electrode 115 has a region overlapping with the pixel electrode 191 via the common layer 112, the light emitting layer 193, and the common layer 114.
- the common electrode 115 is a layer commonly used for the light receiving device 110 and the light emitting device 190.
- an organic compound is used for the photoelectric conversion layer 113 of the light receiving device 110.
- the light receiving device 110 can have a layer other than the photoelectric conversion layer 113 having the same configuration as the light emitting device 190 (organic EL element). Therefore, the light receiving device 110 can be formed in parallel with the formation of the light emitting device 190 only by adding the step of forming the photoelectric conversion layer 113 to the manufacturing step of the light emitting device 190. Further, the light emitting device 190 and the light receiving device 110 can be formed on the same substrate. Therefore, the light receiving device 110 can be built in the display device without significantly increasing the number of manufacturing steps.
- the light receiving device 110 and the light emitting device 190 can have a common configuration except that the photoelectric conversion layer 113 of the light receiving device 110 and the light emitting layer 193 of the light emitting device 190 are separately formed.
- the configuration of the light receiving device 110 and the light emitting device 190 is not limited to this.
- the light receiving device 110 and the light emitting device 190 may have layers that are separated from each other (see display devices 50C, 50D, and 50E described later).
- the light receiving device 110 and the light emitting device 190 preferably have one or more layers (common layers) that are commonly used. As a result, the light receiving device 110 can be built in the display device without significantly increasing the manufacturing process.
- the display device 50A has a light receiving device 110, a light emitting device 190, a transistor 41, a transistor 42, and the like between a pair of boards (board 151 and board 152).
- the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, and the common layer 114 located between the pixel electrode 111 and the common electrode 115, respectively, can be said to be an organic layer (a layer containing an organic compound).
- the pixel electrode 111 preferably has a function of reflecting visible light and infrared light.
- the common electrode 115 has a function of transmitting visible light and infrared light.
- the light receiving device 110 has a function of detecting light.
- the light receiving device 110 is a photoelectric conversion element that converts incident light 22 (visible light, infrared light, or light including both visible light and infrared light) into an electric signal.
- a light-shielding layer 148 is provided on the surface of the substrate 152 on the substrate 151 side.
- the light-shielding layer 148 has openings at positions overlapping with the light-receiving device 110 and at positions overlapping with the light-emitting device 190. By providing the light shielding layer 148, it is possible to control the range in which the light receiving device 110 detects light.
- the light-shielding layer 148 a material that blocks the light emitted by the light emitting device 190 can be used.
- the light-shielding layer 148 preferably absorbs visible light and infrared light.
- it can be formed by using a metal material, a resin material containing a pigment (carbon black or the like) or a dye, or the like.
- the light-shielding layer 148 may have a laminated structure of a red color filter, a green color filter, and a blue color filter.
- a filter 149 that cuts light having a wavelength shorter than that of visible light may be provided in the opening provided at a position overlapping the light receiving device 110 of the light shielding layer 148.
- the filter 149 for example, a long-pass filter that cuts light (ultraviolet light) on the shorter wavelength side than visible light can be used.
- the filter for cutting ultraviolet light an inorganic insulating film can be used in addition to a resin film or the like.
- the filter 149 may be provided so as to be laminated with the light receiving device 110.
- the filter 149 may have a lens-shaped shape.
- the lens type filter 149 is a convex lens having a convex surface on the substrate 151 side.
- FIG. 10B shows an example in which the lens-type filter 149 is formed first, but the light-shielding layer 148 may be formed first.
- the end of the lens-type filter 149 is covered with a light-shielding layer 148.
- the configuration shown in FIG. 10B is such that the light 22 is incident on the light receiving device 110 via the lens type filter 149.
- the filter 149 By making the filter 149 a lens type, the imaging range of the light receiving device 110 can be narrowed, and the overlapping of the imaging range with the adjacent light receiving device 110 can be suppressed. This makes it possible to capture a clear image with less blurring.
- the opening of the light shielding layer 148 on the light receiving device 110 can be increased. Therefore, the amount of light incident on the light receiving device 110 can be increased, and the light detection sensitivity can be increased.
- the lens-type filter 149 can be formed directly on the substrate 152 or the light receiving device 110. Alternatively, a separately manufactured microlens array or the like may be attached to the substrate 152.
- the filter 149 may not be provided.
- the filter 149 can be omitted if the ultraviolet light is insensitive or the sensitivity of the visible light and the infrared light is sufficiently higher than that of the ultraviolet light.
- a lens having the same shape as the lens type filter 149 shown in FIG. 10B may be provided so as to overlap with the light receiving device 110.
- the light receiving device 110 can detect the light 22 reflected by the pointing object 81 such as a finger among the light 21 emitted by the light emitting device 190.
- a part of the light emitted by the light emitting device 190 may be reflected in the display device 50A and may be incident on the light receiving device 110 without passing through the indicating object 81.
- the light-shielding layer 148 can suppress the influence of such stray light. For example, when the light shielding layer 148 is not provided, the light 23a emitted by the light emitting device 190 may be reflected by the substrate 152 or the like, and the reflected light 23b may be incident on the light receiving device 110. By providing the light-shielding layer 148, it is possible to suppress the reflected light 23b from being incident on the light receiving device 110. As a result, noise can be reduced and the light detection accuracy of the light receiving device 110 can be improved.
- the common layer 112, the light emitting layer 193, and the common layer 114 located between the pixel electrode 191 and the common electrode 115 can also be referred to as an EL layer.
- the pixel electrode 191 preferably has a function of reflecting at least infrared light.
- the light emitting device 190 has a function of emitting infrared light. Specifically, the light emitting device 190 is an electroluminescent device that emits light 21 to the substrate 152 side by applying a voltage between the pixel electrode 191 and the common electrode 115.
- the pixel electrode 111 is electrically connected to the source or drain of the transistor 41 through an opening provided in the insulating layer 214.
- the end portion of the pixel electrode 111 is covered with a partition wall 216.
- the pixel electrode 191 is electrically connected to the source or drain of the transistor 42 through an opening provided in the insulating layer 214.
- the end of the pixel electrode 191 is covered with a partition wall 216.
- the transistor 42 has a function of controlling the drive of the light emitting device 190.
- the transistor 41 and the transistor 42 are in contact with each other on the same layer (the substrate 151 in FIG. 8).
- At least a part of the circuit electrically connected to the light receiving device 110 is formed of the same material and the same process as the circuit electrically connected to the light emitting device 190.
- the thickness of the display device can be reduced and the manufacturing process can be simplified as compared with the case where the two circuits are formed separately.
- the light receiving device 110 and the light emitting device 190 are preferably covered with a protective layer 195.
- FIG. 8 shows an example in which the protective layer 195 is provided in contact with the common electrode 115.
- the protective layer 195 impurities such as water are suppressed from entering the light receiving device 110 and the light emitting device 190, and the reliability of the light receiving device 110 and the light emitting device 190 can be improved.
- the protective layer 195 and the substrate 152 are bonded to each other by the adhesive layer 142.
- the protective layer 195 may not be provided on the light receiving device 110 and the light emitting device 190.
- the common electrode 115 and the substrate 152 are bonded to each other by the adhesive layer 142.
- the light-shielding layer 148 may not be provided. As a result, the amount of light emitted from the light emitting device 190 to the outside and the amount of light received by the light receiving device 110 can be increased, so that the detection sensitivity can be improved.
- the display device may have the configuration of the display device 50B shown in FIG. 12A.
- the display device 50B differs from the display device 50A in that it does not have a substrate 151, a substrate 152, and a partition wall 216, but has a substrate 153, a substrate 154, an adhesive layer 155, an insulating layer 212, and a partition wall 217.
- the substrate 153 and the insulating layer 212 are bonded to each other by an adhesive layer 155.
- the substrate 154 and the protective layer 195 are bonded to each other by an adhesive layer 142.
- the display device 50B is configured to be manufactured by transposing the insulating layer 212, the transistor 41, the transistor 42, the light receiving device 110, the light emitting device 190, and the like formed on the manufactured substrate onto the substrate 153.
- the substrate 153 and the substrate 154 are preferably flexible. This makes it possible to impart flexibility to the display device 50B. For example, it is preferable to use a resin for the substrate 153 and the substrate 154.
- polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyacrylonitrile resin, acrylic resin, polyimide resin, polymethylmethacrylate resin, polycarbonate (PC) resin, and polyether sulfone (PC).
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- PC polycarbonate
- PC polyether sulfone
- PES resin polyamide resin (nylon, aramid, etc.), polysiloxane resin, cycloolefin resin, polystyrene resin, polyamideimide resin, polyurethane resin, polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polypropylene resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) ) Resin, ABS resin, cellulose nanofibers and the like can be used. Glass having a thickness sufficient to have flexibility may be used for one or both of the substrate 153 and the substrate 154.
- a film having high optical anisotropy may be used for the substrate of the display device of the present embodiment.
- the film having high optical isotropic properties include a triacetyl cellulose (TAC, also referred to as cellulose triacetate) film, a cycloolefin polymer (COP) film, a cycloolefin copolymer (COC) film, and an acrylic film.
- TAC triacetyl cellulose
- COP cycloolefin polymer
- COC cycloolefin copolymer
- the partition wall 217 can absorb the light emitted by the light emitting device 190.
- the partition wall 217 can be formed by using, for example, a resin material containing a pigment or a dye.
- a part of the light 23c emitted by the light emitting device 190 is reflected by the substrate 152 and the partition wall 217.
- the reflected light 23d may be incident on the light receiving device 110.
- the light 23c passes through the partition wall 217 and is reflected by a transistor, wiring, or the like, so that the reflected light may be incident on the light receiving device 110.
- By absorbing the light 23c by the partition wall 217 it is possible to suppress the reflected light 23d from being incident on the light receiving device 110. As a result, noise can be reduced and the light detection accuracy of the light receiving device 110 can be improved.
- the partition wall 217 preferably absorbs at least light having a wavelength that can be detected by the light receiving device 110.
- the light receiving device 110 detects the infrared light emitted by the light emitting device 190
- it is preferable that the partition wall 217 can absorb at least infrared light and also can absorb visible light.
- FIG. 12B shows a schematic cross-sectional view of the display device 50C.
- the display device 50C differs from the display device 50A in that it does not have a common layer 114 and has a buffer layer 184 and a buffer layer 194.
- the buffer layer 184 and the buffer layer 194 may have a single-layer structure or a laminated structure.
- the light receiving device 110 includes a pixel electrode 111, a common layer 112, a photoelectric conversion layer 113, a buffer layer 184, and a common electrode 115.
- the light emitting device 190 has a pixel electrode 191 and a common layer 112, a light emitting layer 193, a buffer layer 194, and a common electrode 115.
- the display device 50C shows an example in which the buffer layer 184 between the common electrode 115 and the photoelectric conversion layer 113 and the buffer layer 194 between the common electrode 115 and the light emitting layer 193 are separately formed.
- the buffer layer 184 and the buffer layer 194 can be, for example, one or both of an electron injection layer and an electron transport layer.
- FIG. 13A shows a schematic cross-sectional view of the display device 50D.
- the display device 50D differs from the display device 50A in that it does not have a common layer 112 and has a buffer layer 182 and a buffer layer 192.
- the buffer layer 182 and the buffer layer 192 may have a single-layer structure or a laminated structure.
- the light receiving device 110 includes a pixel electrode 111, a buffer layer 182, a photoelectric conversion layer 113, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the light emitting device 190 has a pixel electrode 191, a buffer layer 192, a light emitting layer 193, a common layer 114, and a common electrode 115.
- the display device 50D shows an example in which the buffer layer 182 between the pixel electrode 111 and the photoelectric conversion layer 113 and the buffer layer 192 between the pixel electrode 191 and the light emitting layer 193 are separately formed.
- the buffer layer 182 and the buffer layer 192 can be, for example, one or both of the hole injection layer and the hole transport layer.
- FIG. 13B shows a schematic cross-sectional view of the display device 50E.
- the display device 50E differs from the display device 50A in that it does not have a common layer 112 and a common layer 114, and has a buffer layer 182, a buffer layer 184, a buffer layer 192, and a buffer layer 194.
- the light receiving device 110 includes a pixel electrode 111, a buffer layer 182, a photoelectric conversion layer 113, a buffer layer 184, and a common electrode 115.
- the light emitting device 190 has a pixel electrode 191, a buffer layer 192, a light emitting layer 193, a buffer layer 194, and a common electrode 115.
- the photoelectric conversion layer 113 and the light emitting layer 193 can be made separately, but also other layers can be made separately.
- the display device 50E shows an example in which the light receiving device 110 and the light emitting device 190 do not have a common layer between a pair of electrodes (pixel electrode 111 or pixel electrode 191 and common electrode 115).
- the pixel electrode 111 and the pixel electrode 191 are formed on the insulating layer 214 with the same material and the same process.
- the buffer layer 182, the photoelectric conversion layer 113 and the buffer layer 184 are formed on the pixel electrode 111
- the buffer layer 192, the light emitting layer 193 and the buffer layer 194 are formed on the pixel electrode 191, and the buffer layer 184 and the buffer layer 194 are formed.
- the common electrode 115 is formed so as to cover the above.
- the order of producing the laminated structure of the buffer layer 182, the photoelectric conversion layer 113 and the buffer layer 184, and the laminated structure of the buffer layer 192, the light emitting layer 193 and the buffer layer 194 is not particularly limited.
- the buffer layer 192, the light emitting layer 193, and the buffer layer 194 may be produced.
- the buffer layer 192, the light emitting layer 193 and the buffer layer 194 may be produced before the buffer layer 182, the photoelectric conversion layer 113 and the buffer layer 184 are formed.
- the buffer layer 182, the buffer layer 192, the photoelectric conversion layer 113, the light emitting layer 193, and the like may be alternately formed in this order.
- FIG. 14 shows a perspective view of the display device 100A.
- the display device 100A has a configuration in which the substrate 151 and the substrate 152 are bonded together.
- the substrate 152 is shown by a broken line.
- the display device 100A includes a display unit 162, a circuit 164a, a circuit 164b, a wiring 165a, a wiring 165b, and the like. Further, FIG. 14 shows an example in which ICs (integrated circuits) 173a, FPC172a, IC173b and FPC172b are mounted on the display device 100A. Therefore, the configuration shown in FIG. 14 can also be said to be a display module having a display device 100A, an IC, and an FPC.
- circuit 164a a gate driver for displaying can be used.
- circuit 164b a low driver for performing image pickup (light detection) can be used.
- the wiring 165a has a function of supplying signals and power to the sub-pixels 11 and 12 and the circuit 164a.
- the signal and power are input from the outside via FPC172a or input from IC173a to wiring 165a.
- the wiring 165b has a function of supplying signals and power to the sub-pixel 12 and the circuit 164b.
- the signal and power are input from the outside via FPC172b or input from IC173b to wiring 165b.
- FIG. 14 shows an example in which ICs 173a and 173b are provided on the substrate 151 by the COG (Chip On Glass) method, but even if the TCP (Tape Carrier Package) method or the COF (Chip On Film) method is used. good.
- the IC173a for example, an IC having a function of a source driver connected to the sub-pixels 11 and 12 can be used.
- the IC173b for example, an IC having a function of a signal processing circuit such as a column driver and an A / D converter connected to the sub-pixel 12 can be used.
- the driver circuit may be provided on the substrate 151 in the same manner as the transistors and the like constituting the pixel circuit.
- 15 is a cross section of a part of the area including the FPC172a, a part of the area including the circuit 164a, a part of the area including the display unit 162, and a part of the area including the end portion in the display device 100A shown in FIG. An example is shown.
- the display device 100A shown in FIG. 15 has a transistor 201, a transistor 205, a transistor 206, a light emitting device 190, a light receiving device 110, and the like between the substrate 151 and the substrate 152.
- the substrate 152 and the insulating layer 214 are adhered to each other via the adhesive layer 142.
- a solid sealing structure, a hollow sealing structure, or the like can be applied to the sealing of the light emitting device 190 and the light receiving device 110.
- the space 143 surrounded by the substrate 152, the adhesive layer 142, and the insulating layer 214 is filled with an inert gas (such as nitrogen or argon), and a hollow sealing structure is applied.
- the adhesive layer 142 may be provided so as to overlap with the light emitting device 190. Further, the region surrounded by the substrate 152, the adhesive layer 142 and the insulating layer 214 may be filled with a resin different from that of the adhesive layer 142.
- the light emitting device 190 has a laminated structure in which the pixel electrode 191 and the common layer 112, the light emitting layer 193, the common layer 114, and the common electrode 115 are laminated in this order from the insulating layer 214 side.
- the pixel electrode 191 is connected to the conductive layer 222b of the transistor 206 via an opening provided in the insulating layer 214.
- the transistor 206 has a function of controlling the drive of the light emitting device 190.
- the end of the pixel electrode 191 is covered with a partition wall 216.
- the light receiving device 110 has a laminated structure in which the pixel electrode 111, the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, the common layer 114, and the common electrode 115 are laminated in this order from the insulating layer 214 side.
- the pixel electrode 111 is electrically connected to the conductive layer 222b of the transistor 205 via an opening provided in the insulating layer 214.
- the end portion of the pixel electrode 111 is covered with a partition wall 216.
- the light emitted by the light emitting device 190 is emitted to the substrate 152 side. Further, light is incident on the light receiving device 110 via the substrate 152 and the space 143. It is preferable to use a material having high transparency to visible light and infrared light for the substrate 152.
- the pixel electrode 111 and the pixel electrode 191 can be manufactured by the same material and the same process.
- the common layer 112, the common layer 114, and the common electrode 115 are used for both the light receiving device 110 and the light emitting device 190.
- the light receiving device 110 and the light emitting device 190 can all have the same configuration except that the configurations of the photoelectric conversion layer 113 and the light emitting layer 193 are different. As a result, the light receiving device 110 can be built in the display device 100A without significantly increasing the number of manufacturing steps.
- a light-shielding layer 148 is provided on the surface of the substrate 152 on the substrate 151 side.
- the light-shielding layer 148 has openings at positions overlapping with the light-receiving device 110 and at positions overlapping with the light-emitting device 190.
- a filter 149 for cutting ultraviolet light is provided at a position overlapping with the light receiving device 110. It should be noted that the configuration may be such that the filter 149 is not provided.
- the transistor 201, the transistor 205, and the transistor 206 are all formed on the substrate 151. These transistors can be made of the same material and the same process.
- An insulating layer 211, an insulating layer 213, an insulating layer 215, and an insulating layer 214 are provided on the substrate 151 in this order.
- a part of the insulating layer 211 functions as a gate insulating layer of each transistor.
- a part of the insulating layer 213 functions as a gate insulating layer of each transistor.
- the insulating layer 215 is provided so as to cover the transistor.
- the insulating layer 214 is provided so as to cover the transistor and has a function as a flattening layer.
- the number of gate insulating layers and the number of insulating layers covering the transistors are not limited, and may be a single layer or two or more layers, respectively.
- the insulating layer can function as a barrier layer.
- an inorganic insulating film as the insulating layer 211, the insulating layer 213, and the insulating layer 215.
- the inorganic insulating film for example, a silicon nitride film, a silicon nitride film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, or an aluminum nitride film can be used.
- a hafnium oxide film, yttrium oxide film, zirconium oxide film, gallium oxide film, tantalum oxide film, magnesium oxide film, lanthanum oxide film, cerium oxide film or neodymium oxide film may be used.
- two or more of the above-mentioned insulating films may be laminated and used.
- An organic insulating film is suitable for the insulating layer 214 that functions as a flattening layer.
- the material that can be used for the organic insulating film include acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimideamide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, and precursors of these resins. ..
- the organic insulating film often has a lower barrier property against impurities than the inorganic insulating film. Therefore, the organic insulating film preferably has an opening near the end of the display device 100A. This makes it possible to prevent impurities from diffusing from the end of the display device 100A through the organic insulating film.
- the organic insulating film may be formed so that the end portion of the organic insulating film is located inside the end portion of the display device 100A so that the organic insulating film is not exposed at the end portion of the display device 100A.
- an opening is formed in the insulating layer 214.
- an organic insulating film is used for the insulating layer 214, it is possible to prevent impurities from diffusing from the outside to the display unit 162 via the insulating layer 214. Therefore, the reliability of the display device 100A can be improved.
- the transistor 201, the transistor 205, and the transistor 206 include a conductive layer 221 that functions as a gate, an insulating layer 211 that functions as a gate insulating layer, a conductive layer 222a and a conductive layer 222b that function as a source and a drain, a semiconductor layer 231 and a gate insulating layer. It has an insulating layer 213 that functions as a gate and a conductive layer 223 that functions as a gate.
- the same hatching pattern is attached to a plurality of layers obtained by processing the same conductive film.
- the insulating layer 211 is located between the conductive layer 221 and the semiconductor layer 231.
- the insulating layer 213 is located between the conductive layer 223 and the semiconductor layer 231.
- the structure of the transistor included in the display device of this embodiment is not particularly limited.
- a planar type transistor, a stagger type transistor, an inverted stagger type transistor and the like can be used.
- a top gate type or a bottom gate type transistor structure may be used.
- gates may be provided above and below the semiconductor layer on which the channel is formed.
- a configuration in which a semiconductor layer on which a channel is formed is sandwiched between two gates is applied to the transistor 201, the transistor 205, and the transistor 206.
- Transistors may be driven by connecting two gates and supplying them with the same signal.
- one of the two gates may be given a potential for controlling the threshold voltage of the transistor, and the other may be given a potential for driving.
- the crystallinity of the semiconductor material used for the transistor is not particularly limited, and an amorphous semiconductor, a single crystal semiconductor, or a semiconductor having a crystallinity other than a single crystal (microcrystalline semiconductor, polycrystalline semiconductor, or a partially crystalline region is provided. Any of the semiconductors) may be used. It is preferable to use a single crystal semiconductor or a semiconductor having crystallinity because deterioration of transistor characteristics can be suppressed.
- the semiconductor layer of the transistor preferably has a metal oxide (also referred to as an oxide semiconductor).
- the semiconductor layer of the transistor may have silicon. Examples of silicon include amorphous silicon and crystalline silicon (low temperature polysilicon, single crystal silicon, etc.).
- the semiconductor layers include, for example, indium and M (M is gallium, aluminum, silicon, boron, yttrium, tin, copper, vanadium, berylium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, etc. It is preferred to have one or more selected from hafnium, tantalum, tungsten, and gallium) and zinc.
- M is preferably one or more selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin.
- an oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) also referred to as IGZO
- IGZO oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn)
- the atomic number ratio of In in the sputtering target is preferably equal to or higher than the atomic number ratio of M.
- the atomic number ratio of the semiconductor layer to be formed includes a fluctuation of plus or minus 40% of the atomic number ratio of the metal element contained in the sputtering target.
- the atomic number ratio of In is 4
- the atomic number ratio of Ga is 1 or more and 3 or less
- Zn is Includes the case where the atomic number ratio of is 2 or more and 4 or less.
- the atomic number ratio of Ga is larger than 0.1 when the atomic number ratio of In is 5. This includes cases where the number of atoms is 2 or less and the atomic number ratio of Zn is 5 or more and 7 or less.
- the atomic number ratio of Ga is larger than 0.1 when the atomic number ratio of In is 1. This includes the case where the number of atoms of Zn is 2 or less and the atomic number ratio of Zn is larger than 0.1 and 2 or less.
- the transistor included in the circuit 164a and the transistor included in the display unit 162 may have the same structure or different structures.
- the structures of the plurality of transistors included in the circuit 164a may all be the same, or may have two or more types.
- the structures of the plurality of transistors included in the display unit 162 may all be the same, or may have two or more types.
- connection portion 204 is provided in a region on the substrate 151 where the substrates 152 do not overlap.
- the wiring 165 is electrically connected to the FPC 172a via the conductive layer 166 and the connection layer 242.
- the conductive layer 166 obtained by processing the same conductive film as the pixel electrode 191 is exposed.
- the connection portion 204 and the FPC172a can be electrically connected via the connection layer 242.
- optical members can be arranged on the outside of the substrate 152.
- the optical member include a polarizing plate, a retardation plate, a light diffusing layer (diffusing film, etc.), an antireflection layer, a light collecting film, and the like.
- an antistatic film for suppressing the adhesion of dust, a water-repellent film for preventing the adhesion of dirt, a hard coat film for suppressing the occurrence of scratches due to use, a shock absorbing layer, etc. are arranged on the outside of the substrate 152. You may.
- Glass, quartz, ceramic, sapphire, resin and the like can be used for the substrate 151 and the substrate 152.
- various curable adhesives such as a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable type, a reaction curable adhesive, a thermosetting adhesive, and an anaerobic adhesive can be used.
- these adhesives include epoxy resin, acrylic resin, silicone resin, phenol resin, polyimide resin, imide resin, PVC (polyvinyl chloride) resin, PVB (polyvinyl butyral) resin, EVA (ethylene vinyl acetate) resin and the like.
- a material having low moisture permeability such as an epoxy resin is preferable.
- a two-component mixed type resin may be used.
- an adhesive sheet or the like may be used.
- connection layer 242 an anisotropic conductive film (ACF: Anisotropic Conducive Film), an anisotropic conductive paste (ACP: Anisotropic Connective Paste), or the like can be used.
- ACF Anisotropic Conducive Film
- ACP Anisotropic Connective Paste
- the light emitting device 190 includes a top emission type, a bottom emission type, a dual emission type, and the like.
- the top emission type is preferable, but another configuration can be applied by making the light emitting surface of the light emitting device 190 and the incident surface of the light of the light receiving device 110 in the same direction. You can also.
- the light emitting device 190 has at least a light emitting layer 193.
- the light emitting device 190 has, as a layer other than the light emitting layer 193, a substance having a high hole injecting property, a substance having a high hole transporting property, a hole blocking material, a substance having a high electron transporting property, a substance having a high electron injecting property, or a bipolar property. It may further have a layer containing the substance (substance having high electron transport property and hole transport property) and the like.
- the common layer 112 preferably has one or both of a hole injecting layer and a hole transporting layer.
- the common layer 114 preferably has one or both of an electron transport layer and an electron injection layer.
- Either a low molecular weight compound or a high molecular weight compound can be used for the common layer 112, the light emitting layer 193 and the common layer 114, and an inorganic compound may be contained.
- the layers constituting the common layer 112, the light emitting layer 193 and the common layer 114 can be formed by a vapor deposition method (including a vacuum vapor deposition method), a transfer method, a printing method, an inkjet method, a coating method, or the like.
- the light emitting layer 193 may have an inorganic compound such as a quantum dot as a light emitting material.
- the photoelectric conversion layer 113 of the light receiving device 110 includes a semiconductor.
- the semiconductor an inorganic semiconductor such as silicon or an organic semiconductor containing an organic compound can be used.
- an organic semiconductor is used as the semiconductor included in the photoelectric conversion layer 113 is shown.
- the light emitting layer 193 of the light emitting device 190 and the photoelectric conversion layer 113 of the light receiving device 110 can be formed by the same method (for example, vacuum vapor deposition method), and the manufacturing apparatus can be shared. preferable.
- Examples of the n-type semiconductor material contained in the photoelectric conversion layer 113 include electron-accepting organic semiconductor materials such as fullerenes (for example, C 60 , C 70, etc.) or derivatives thereof.
- Examples of the material for the p-type semiconductor included in the photoelectric conversion layer 113 include copper (II) phthalocyanine (CuPc), tetraphenyldibenzoperichanhene (DBP), and zinc phthalocyanine (Zinc Phthalocyanine).
- CuPc copper
- DBP tetraphenyldibenzoperiflophene
- Zinc Phthalocyanine zinc phthalocyanine
- the photoelectric conversion layer 113 can be formed by co-depositing an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
- Materials that can be used for conductive layers such as transistor gates, sources and drains, as well as various wiring and electrodes that make up display devices include aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, and silver. Examples thereof include metals such as tantanium and tungsten, and alloys containing the metal as a main component. A film containing these materials can be used as a single-layer structure or a laminated structure.
- a conductive oxide such as indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, zinc oxide containing gallium, or graphene can be used.
- metal materials such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium and titanium, and alloy materials containing the metal materials can be used.
- a nitride of the metal material for example, titanium nitride
- the laminated film of the above material can be used as the conductive layer.
- a laminated film of an alloy of silver and magnesium and an indium tin oxide because the conductivity can be enhanced.
- These can also be used for various wirings constituting the display device, a conductive layer such as an electrode, and a conductive layer (a conductive layer that functions as a pixel electrode or a common electrode) of the display element.
- Examples of the insulating material that can be used for each insulating layer include resins such as acrylic resin and epoxy resin, and inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride oxide, silicon nitride, and aluminum oxide.
- FIG. 16A shows a cross-sectional view of the display device 100B.
- the display device 100B is mainly different from the display device 100A in that it has a protective layer 195.
- the protective layer 195 that covers the light receiving device 110 and the light emitting device 190 it is possible to suppress the diffusion of impurities such as water to the light receiving device 110 and the light emitting device 190, and to improve the reliability of the light receiving device 110 and the light emitting device 190. Can be done.
- the insulating layer 215 and the protective layer 195 are in contact with each other through the opening of the insulating layer 214.
- the inorganic insulating film of the insulating layer 215 and the inorganic insulating film of the protective layer 195 are in contact with each other.
- FIG. 16B shows an example in which the protective layer 195 has a three-layer structure.
- the protective layer 195 has an inorganic insulating layer 195a on the common electrode 115, an organic insulating layer 195b on the inorganic insulating layer 195a, and an inorganic insulating layer 195c on the organic insulating layer 195b.
- the end portion of the inorganic insulating layer 195a and the end portion of the inorganic insulating layer 195c extend outward from the end portion of the organic insulating layer 195b and are in contact with each other. Then, the inorganic insulating layer 195a is in contact with the insulating layer 215 (inorganic insulating layer) through the opening of the insulating layer 214 (organic insulating layer). As a result, the insulating layer 215 and the protective layer 195 can surround the light receiving device 110 and the light emitting device 190, so that the reliability of the light receiving device 110 and the light emitting device 190 can be improved.
- the protective layer 195 may have a laminated structure of an organic insulating film and an inorganic insulating film. At this time, it is preferable to extend the end portion of the inorganic insulating film to the outside rather than the end portion of the organic insulating film.
- the protective layer 195 and the substrate 152 are bonded to each other by the adhesive layer 142.
- the adhesive layer 142 is provided so as to be overlapped with the light receiving device 110 and the light emitting device 190, respectively, and a solid-state sealing structure is applied to the display device 100B.
- FIG. 17A shows a cross-sectional view of the display device 100C.
- the display device 100C is mainly different from the display device 100B in that the structure of the transistor is different and the light-shielding layer 148 is not provided.
- the display device 100C has a transistor 208, a transistor 209, and a transistor 210 on the substrate 151.
- the transistor 208, the transistor 209 and the transistor 210 are composed of a conductive layer 221 that functions as a gate, an insulating layer 211 that functions as a gate insulating layer, a semiconductor layer having a channel forming region 231i and a pair of low resistance regions 231n, and a pair of low.
- the insulating layer 211 is located between the conductive layer 221 and the channel forming region 231i.
- the insulating layer 225 is located between the conductive layer 223 and the channel forming region 231i.
- the conductive layer 222a and the conductive layer 222b are connected to the low resistance region 231n via openings provided in the insulating layer 225 and the insulating layer 215, respectively.
- the conductive layer 222a and the conductive layer 222b one functions as a source and the other functions as a drain.
- the pixel electrode 191 of the light emitting device 190 is electrically connected to one of the pair of low resistance regions 231n of the transistor 208 via the conductive layer 222b.
- the pixel electrode 111 of the light receiving device 110 is electrically connected to the other of the pair of low resistance regions 231n of the transistor 209 via the conductive layer 222b.
- FIG. 17A shows an example in which the insulating layer 225 covers the upper surface and the side surface of the semiconductor layer.
- FIG. 17B shows an example in which the insulating layer 225 overlaps with the channel forming region 231i of the semiconductor layer 231 and does not overlap with the low resistance region 231n.
- the structure shown in FIG. 17B can be produced by processing the insulating layer 225 using the conductive layer 223 as a mask.
- the insulating layer 215 is provided so as to cover the insulating layer 225 and the conductive layer 223, and the conductive layer 222a and the conductive layer 222b are connected to the low resistance region 231n, respectively, through the opening of the insulating layer 215.
- an insulating layer 218 may be provided to cover the transistor.
- FIG. 18 shows a cross-sectional view of the display device 100D.
- the display device 100D is mainly different from the display device 100C in that the configuration of the substrate is different.
- the display device 100D does not have the substrate 151 and the substrate 152, but has the substrate 153, the substrate 154, the adhesive layer 155, and the insulating layer 212.
- the substrate 153 and the insulating layer 212 are bonded to each other by an adhesive layer 155.
- the substrate 154 and the protective layer 195 are bonded to each other by an adhesive layer 142.
- the display device 100D is configured by transposing the insulating layer 212, the transistor 208, the transistor 209, the light receiving device 110, the light emitting device 190, and the like formed on the manufactured substrate on the substrate 153.
- the substrate 153 and the substrate 154 are preferably flexible. This makes it possible to impart flexibility to the display device 100D.
- the insulating layer 212 an inorganic insulating film that can be used for the insulating layer 211, the insulating layer 213, and the insulating layer 215 can be used.
- the insulating layer 212 may be a laminated film of an organic insulating film and an inorganic insulating film. At this time, it is preferable that the film on the transistor 209 side is an inorganic insulating film.
- the display device of the present embodiment has a light receiving device and a light emitting device in the display unit, and the display unit has both a function of displaying an image and a function of detecting light.
- the display unit has both a function of displaying an image and a function of detecting light.
- the light receiving device can have at least one layer other than the photoelectric conversion layer having the same configuration as the light emitting device (EL element). Further, the light receiving device may have a configuration in which all layers other than the photoelectric conversion layer have the same configuration as the light emitting device (EL element). For example, the light emitting device and the light receiving device can be formed on the same substrate only by adding a step of forming a photoelectric conversion layer to the manufacturing process of the light emitting device. Further, in the light receiving device and the light emitting device, the pixel electrode and the common electrode can be formed of the same material and the same process.
- the manufacturing process of the display device can be simplified. As described above, it is possible to manufacture a highly convenient display device by incorporating a light receiving device without having to carry out a complicated process.
- a metal oxide having nitrogen may also be generically referred to as a metal oxide.
- the metal oxide having nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
- a metal oxide having nitrogen such as zinc oxynitride (ZnON) may be used for the semiconductor layer.
- CAAC c-axis aligned crystal
- CAC Cloud-Aligned Complex
- CAC Cloud-Aligned Complex
- OS Oxide Semiconductor
- the CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive function in a part of the material, an insulating function in a part of the material, and a semiconductor function in the whole material.
- the conductive function is the function of allowing electrons (or holes) to be carriers to flow
- the insulating function is the function of allowing electrons (or holes) to be carriers. It is a function that does not shed.
- CAC-OS or CAC-metal oxide has a conductive region and an insulating region.
- the conductive region has the above-mentioned conductive function
- the insulating region has the above-mentioned insulating function.
- the conductive region and the insulating region may be separated at the nanoparticle level. Further, the conductive region and the insulating region may be unevenly distributed in the material. In addition, the conductive region may be observed with the periphery blurred and connected in a cloud shape.
- CAC-OS or CAC-metal oxide when the conductive region and the insulating region are dispersed in the material in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 0.5 nm or more and 3 nm or less, respectively. There is.
- CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of components having different band gaps.
- CAC-OS or CAC-metal oxide is composed of a component having a wide gap due to an insulating region and a component having a narrow gap due to a conductive region.
- the carrier when the carrier is flown, the carrier mainly flows in the component having a narrow gap.
- the component having a narrow gap acts complementarily to the component having a wide gap, and the carrier flows to the component having a wide gap in conjunction with the component having a narrow gap. Therefore, when the CAC-OS or CAC-metal oxide is used in the channel forming region of the transistor, a high current driving force, that is, a large on-current and a high field effect mobility can be obtained in the on state of the transistor.
- CAC-OS or CAC-metal oxide can also be referred to as a matrix composite material (matrix composite) or a metal matrix composite material (metal matrix composite).
- Oxide semiconductors are divided into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors.
- non-single crystal oxide semiconductor include CAAC-OS (c-axis aligned crystalline oxide semiconductor), polycrystal oxide semiconductor, nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), and pseudoamorphous oxide semiconductor (a-lik).
- OS amorphous-like oxide semiconductor), amorphous oxide semiconductors, and the like.
- CAAC-OS has a c-axis orientation and has a distorted crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction.
- the strain refers to a region where the orientation of the lattice arrangement changes between a region in which the lattice arrangement is aligned and a region in which another lattice arrangement is aligned in the region where a plurality of nanocrystals are connected.
- nanocrystals are basically hexagonal, they are not limited to regular hexagonal shapes and may have non-regular hexagonal shapes. Also, in distortion, it may have a grid arrangement such as pentagons and heptagons.
- CAAC-OS it is difficult to confirm a clear grain boundary (also referred to as grain boundary) even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and that the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal elements. Because.
- CAAC-OS is a layered crystal in which a layer having indium and oxygen (hereinafter, In layer) and a layer having elements M, zinc, and oxygen (hereinafter, (M, Zn) layer) are laminated. It tends to have a structure (also called a layered structure). Indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M of the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can be expressed as a (In, M, Zn) layer. Further, when the indium of the In layer is replaced with the element M, it can also be expressed as a (In, M) layer.
- CAAC-OS is a highly crystalline metal oxide.
- CAAC-OS it is difficult to confirm a clear grain boundary, so it can be said that the decrease in electron mobility due to the crystal grain boundary is unlikely to occur.
- CAAC-OS impurities and defects oxygen vacancy (V O:. Oxygen vacancy also referred) etc.) with less metal It can also be called an oxide. Therefore, the metal oxide having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the metal oxide having CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
- the nc-OS has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less).
- nc-OS has no regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film. Therefore, the nc-OS may be indistinguishable from the a-like OS and the amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.
- Indium-gallium-zinc oxide which is a kind of metal oxide having indium, gallium, and zinc, may have a stable structure by forming the above-mentioned nanocrystals. be.
- IGZO tends to have difficulty in crystal growth in the atmosphere, it is better to use smaller crystals (for example, the above-mentioned nanocrystals) than large crystals (here, a few mm crystal or a few cm crystal). However, it may be structurally stable.
- the a-like OS is a metal oxide having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor.
- the a-like OS has a void or low density region. That is, a-like OS has lower crystallinity than nc-OS and CAAC-OS.
- Oxide semiconductors have various structures, and each has different characteristics.
- the oxide semiconductor of one aspect of the present invention may have two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, a-like OS, nc-OS, and CAAC-OS.
- the metal oxide film that functions as a semiconductor layer can be formed by a sputtering method using either one or both of an inert gas and an oxygen gas.
- the oxygen flow rate ratio (oxygen partial pressure) at the time of forming the metal oxide film is not particularly limited. However, in the case of obtaining a transistor having high field effect mobility, the oxygen flow rate ratio (oxygen partial pressure) at the time of film formation of the metal oxide film is preferably 0% or more and 30% or less, and 5% or more and 30% or less. Is more preferable, and 7% or more and 15% or less are further preferable.
- the metal oxide preferably has an energy gap of 2 eV or more, more preferably 2.5 eV or more, and even more preferably 3 eV or more. As described above, by using a metal oxide having a wide energy gap, the off-current of the transistor can be reduced.
- the transistor using the metal oxide can exhibit an extremely low off-current characteristic of several yA / ⁇ m (current value per 1 ⁇ m of channel width).
- the transistor using metal oxide has characteristics different from the transistor using Si, such as no impact ionization, avalanche breakdown, and short channel effect, and can form a highly reliable circuit. .. Further, the variation in electrical characteristics due to the non-uniformity of crystallinity, which is a problem in the transistor using Si, is unlikely to occur in the transistor using the metal oxide.
- the substrate temperature at the time of forming the metal oxide film is preferably 350 ° C. or lower, more preferably room temperature or higher and 200 ° C. or lower, and further preferably room temperature or higher and 130 ° C. or lower. It is preferable that the substrate temperature at the time of forming the metal oxide film is room temperature because the productivity can be increased.
- the metal oxide film can be formed by a sputtering method, a PLD method, a PECVD method, a thermal CVD method, a MOCVD method, an ALD method, a vacuum deposition method, or the like.
- This embodiment can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in the present specification.
- the pixel of the display device of one aspect of the present invention has a sub-pixel 11, a sub-pixel 12, and a sub-pixel 13.
- the pixel circuit of the sub-pixel 11 has a display device that emits visible light.
- the pixel circuit of the sub-pixel 12 has a light emitting device that emits infrared light.
- the pixel circuit of the sub-pixel 13 has a light receiving device.
- FIG. 19A shows an example of the pixel circuit PIX1 that can be used for the sub-pixel 11 and the sub-pixel 12.
- the pixel circuit PIX1 includes a light emitting device EL1, a transistor M1, a transistor M2, a transistor M3, and a capacitor C1.
- a light emitting diode is used as the light emitting device EL1
- the light emitting device EL1 it is preferable to use an organic EL element that emits visible light or an organic EL element that emits infrared light.
- the gate is electrically connected to the wiring G1
- one of the source or the drain is electrically connected to the wiring S1
- the other of the source or the drain is electrically connected to one electrode of the capacitor C1 and the gate of the transistor M2.
- One of the source or drain of the transistor M2 is electrically connected to the wiring V2
- the other is electrically connected to one of the anode of the light emitting device EL1 and the source or drain of the transistor M3.
- the gate is electrically connected to the wiring G2, and the other of the source or the drain is electrically connected to the wiring V0.
- the cathode of the light emitting device EL1 is electrically connected to the wiring V1.
- a constant potential is supplied to the wiring V1 and the wiring V2, respectively.
- Light emission can be performed by setting the anode side of the light emitting device EL1 to a high potential and the cathode side to a low potential.
- the transistor M1 is controlled by a signal supplied to the wiring G1 and functions as a selection transistor for controlling the selection state of the pixel circuit PIX1. Further, the transistor M2 functions as a drive transistor that controls the current flowing through the light emitting device EL1 according to the potential supplied to the gate.
- the potential supplied to the wiring S1 is supplied to the gate of the transistor M2, and the emission luminance of the light emitting device EL1 can be controlled according to the potential.
- the transistor M3 is controlled by a signal supplied to the wiring G2.
- the potential between the transistor M3 and the light emitting device EL1 can be reset to a constant potential supplied from the wiring V0, and the potential to the gate of the transistor M2 with the source potential of the transistor M2 stabilized. You can write.
- FIG. 19B shows an example of a pixel circuit PIX2 different from the pixel circuit PIX1.
- the pixel circuit PIX2 has a boosting function.
- the pixel circuit PIX2 includes a light emitting device EL2, a transistor M4, a transistor M5, a transistor M6, a transistor M7, a capacitor C2 and a capacitor C3.
- a light emitting diode is used as the light emitting device EL2 is shown.
- the pixel circuit PIX2 can be used for all the sub-pixels 11 (sub-pixel 11R, sub-pixel 11G, sub-pixel 11B) and sub-pixel 12 of the pixel 10. Further, the pixel circuit PIX2 may be used for any one or two of the sub-pixel 11R, the sub-pixel 11G, and the sub-pixel 11B.
- the gate is electrically connected to the wiring G1, one of the source or the drain is electrically connected to the wiring S4, and the other of the source or the drain is one electrode of the capacitor C2 and one electrode of the capacitor C3. And electrically connected to the gate of the transistor M6.
- the gate is electrically connected to the wiring G3, one of the source or the drain is electrically connected to the wiring S5, and the other of the source or the drain is electrically connected to the other electrode of the capacitor C3.
- One of the source or drain of the transistor M6 is electrically connected to the wiring V2, and the other is electrically connected to one of the anode of the light emitting device EL2 and the source or drain of the transistor M7.
- the gate is electrically connected to the wiring G2, and the other of the source or the drain is electrically connected to the wiring V0.
- the cathode of the light emitting device EL2 is electrically connected to the wiring V1.
- the transistor M4 is controlled by a signal supplied to the wiring G1, and the transistor M5 is controlled by a signal supplied to the wiring G3.
- the transistor M6 functions as a drive transistor that controls the current flowing through the light emitting device EL2 according to the potential supplied to the gate.
- the emission luminance of the light emitting device EL2 can be controlled according to the potential supplied to the gate of the transistor M6.
- the transistor M7 is controlled by a signal supplied to the wiring G2.
- the potential between the transistor M6 and the light emitting device EL2 can be reset to a constant potential supplied from the wiring V0, and the potential is written to the gate of the transistor M6 with the source potential of the transistor M6 stabilized. be able to. Further, by setting the potential supplied from the wiring V0 to the same potential as the wiring V1 or a potential lower than the wiring V1, the light emission of the light emitting device EL2 can be suppressed.
- the potential “D1" of the wiring S4 is supplied to the gate of the transistor M6 via the transistor M4, and the reference potential “V ref " is supplied to the other electrode of the capacitor C3 via the transistor M5 at the timing of overlapping with the potential "D1". At this time, "D1-V ref " is held in the capacitor C3.
- the gate of the transistor M6 is floated, and the potential “D2” of the wiring S5 is supplied to the other electrode of the capacitor C3 via the transistor M5.
- the potential “D2” is a potential for addition.
- C 3 the capacitance value of the capacitor C3, C 2 value of the capacitance of the capacitor C2, and the capacitance value of the gate of the transistor M6 and C M6, the potential of the gate of the transistor M6, D1 + (C 3 / (C 3 + C 2 + C M6 )) ⁇ (D2-V ref )).
- the potential of about twice the potential that can be input from the wiring S4 or S5 can be supplied to the gate of the transistor M6.
- the pixel circuit PIX2 may have the configuration shown in FIG. 19C.
- the pixel circuit PIX2 shown in FIG. 19C is different from the pixel circuit PIX2 shown in FIG. 19B in that it has a transistor M8.
- the gate of transistor M8 is electrically connected to wiring G1
- one of the source or drain is electrically connected to the other of the source or drain of transistor M5 and the other electrode of capacitor C3, and the other of the source or drain is wiring V0. Is electrically connected to.
- one of the source and drain of the transistor M5 is connected to the wiring S4.
- the operation of supplying the reference potential and the potential for addition to the other electrode of the capacitor C3 is performed via the transistor M5.
- two wires S4 and S5 are required, and in the wiring S5, it is necessary to alternately rewrite the reference potential and the potential for addition.
- the number of transistors M8 increases, but the wiring S5 can be reduced because a dedicated path for supplying the reference potential is provided. Further, since the gate of the transistor M8 can be connected to the wiring G1 and the wiring V0 can be used for the wiring for supplying the reference potential, the wiring connected to the transistor M8 does not increase. Moreover, since the reference potential and the potential for addition are not alternately rewritten by one wiring, high-speed operation is possible with low power consumption.
- the reversal potential “D1B” of “D1” may be used as the reference potential “V ref”.
- V ref a potential about three times the potential that can be input from the wiring S4 or S5 can be supplied to the gate of the transistor M6.
- the inverting potential means a potential having the same (or substantially the same) absolute value as the difference from a certain reference potential and different from the original potential.
- an image may be displayed by causing the light emitting device to emit light in a pulse shape.
- the organic EL element is suitable because it has excellent frequency characteristics.
- the frequency can be, for example, 1 kHz or more and 100 MHz or less.
- FIG. 19D shows an example of the pixel circuit PIX3 of the sub-pixel 13.
- the pixel circuit PIX3 includes a light receiving device PD, a transistor M9, a transistor M10, a transistor M11, a transistor M12, and a capacitor C4.
- a photodiode is used as the light receiving device PD is shown.
- the cathode is electrically connected to the wiring V1 and the anode is electrically connected to either the source or the drain of the transistor M9.
- the gate is electrically connected to the wiring G4, and the other of the source or drain is electrically connected to one electrode of the capacitor C4, one of the source or drain of the transistor M10 and the gate of the transistor M11.
- the gate is electrically connected to the wiring G5, and the other of the source or the drain is electrically connected to the wiring V3.
- one of the source and the drain is electrically connected to the wiring V4, and the other of the source and the drain is electrically connected to one of the source and the drain of the transistor M12.
- the gate is electrically connected to the wiring G6, and the other of the source or the drain is electrically connected to the wiring OUT.
- a constant potential is supplied to the wiring V1, the wiring V3, and the wiring V4, respectively.
- the transistor M10 is controlled by a signal supplied to the wiring G5 and has a function of resetting the potential of the node connected to the gate of the transistor M11 to the potential supplied to the wiring V3.
- the transistor M9 is controlled by a signal supplied to the wiring G4, and has a function of controlling the timing at which the potential of the node changes according to the current flowing through the light receiving device PD.
- the transistor M11 functions as an amplification transistor that outputs according to the potential of the node.
- the transistor M12 is controlled by a signal supplied to the wiring G6, and functions as a selection transistor for reading out an output corresponding to the potential of the node by an external circuit connected to the wiring OUT.
- a transistor using a metal oxide (oxide semiconductor) to the semiconductor layer on which the channel is formed, respectively, for the transistors M1 to M12 included in the pixel circuits PIX1 to PIX3.
- Transistors using metal oxides with a wider bandgap and lower carrier density than silicon can achieve extremely small off-currents. Therefore, the small off-current makes it possible to retain the charge accumulated in the capacitor connected in series with the transistor for a long period of time.
- the transistor M1, the transistor M4, the transistor M5, the transistor M8, the transistor M9, and the transistor M10 to which one or the other of the source or the drain is connected to the capacitor C1, the capacitor C2, the capacitor C3, or the capacitor C4 have an oxide semiconductor. It is preferable to use the applied transistor. By using a transistor to which an oxide semiconductor is applied to the sub-pixel 13, it is possible to apply a global shutter method in which charge storage operation is performed simultaneously in all pixels without complicating the circuit configuration and operation method.
- the manufacturing cost can be reduced.
- transistor M1 to the transistor M12 a transistor in which silicon is applied to a semiconductor in which a channel is formed can also be used.
- silicon having high crystallinity such as single crystal silicon or polycrystalline silicon because high field effect mobility can be realized and higher speed operation becomes possible.
- a transistor to which an oxide semiconductor is applied to one or more of the transistors M1 to M12 may be used, and a transistor to which silicon may be applied may be used in addition to the transistor M1 to the transistor M12.
- FIGS. 19A to 19D show an example in which an n-channel type transistor is used, a p-channel type transistor can also be used.
- the transistor included in the pixel circuit PIX1, the transistor included in the pixel circuit PIX2, and the transistor included in the pixel circuit PIX3 are preferably formed side by side on the same substrate. Further, among the wirings connected to the pixel circuits PIX1 to PIX3, the wirings shown by the common reference numerals in FIGS. 19A to 19D may be the common wirings.
- each pixel circuit can be reduced, and a high-definition light receiving unit or display unit can be realized.
- FIG. 20 is an example of a circuit diagram of the sub-pixel 11 (sub-pixel 11R, sub-pixel 11G, sub-pixel 11B), sub-pixel 12, and sub-pixel 13 included in the pixel 10.
- the wiring G1 and the wiring G2 can be electrically connected to the gate driver (FIG. 5, circuit 16). Further, the wiring G3 to the wiring G5 can be electrically connected to the low driver (FIG. 5, circuit 18). Wiring S1 to S4 can be electrically connected to the source driver (FIG. 5, circuit 15). The wiring OUT can be electrically connected to the column driver (FIG. 5, circuit 17) and the readout circuit (FIG. 5, circuit 19).
- a power supply circuit that supplies a constant potential can be electrically connected to the wirings V0 to V4, and a low potential can be supplied to the wirings V0, V1 and V3, and a high potential can be supplied to the wirings V2 and V4. At this time, the wiring V3 can be supplied with a potential lower than the potential supplied to the wiring V1.
- the anode of the light receiving device PD of the sub-pixel 13 may be electrically connected to the wiring V1, and the source or the drain of the transistor M10 may be electrically connected to the wiring V3.
- the wiring V3 can be supplied with a potential higher than the potential supplied to the wiring V1.
- the power line and the like can be shared by the sub-pixel 11, the sub-pixel 12, and the sub-pixel 13.
- This embodiment can be carried out by appropriately combining at least a part thereof with other embodiments described in the present specification.
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Abstract
非接触の入力機能を有する表示装置を提供する。 表示装置は、表示部の外部にある光源から照射され、指示物体に遮られた光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第1の機能と、表示部の内部または外部にある光源から照射され、指示物体で反射された光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第2の機能を有する。表示装置は、表示部の外部にある光源から照射された光の強度に応じて、第1の機能と第2の機能とを切り替えて動作させることができる。
Description
本発明の一態様は、表示装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサなど)、入出力装置(例えば、タッチパネルなど)、電子機器、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
近年、表示装置は様々な用途に応用されている。例えば、大型の表示装置の用途としては、家庭用のテレビジョン装置、デジタルサイネージ、PID(Public Information Display)等が挙げられる。また、中小型の表示装置の用途としては、スマートフォンおよびタブレット端末などの携帯情報端末が挙げられる。
表示装置としては、例えば、発光デバイスを有する発光装置が開発されている。エレクトロルミネッセンス(以下ELと記す)現象を利用した発光デバイスは、薄型軽量、高速応答、低電圧駆動が可能などの特徴を有する。例えば、特許文献1には、可撓性を有する発光装置が開示されている。
上述したように、表示装置を有する電子機器は様々な用途に用いられるため、高機能化が望まれる。例えば、ユーザインターフェース機能、撮像機能などを備えることで、より利便性の高い電子機器を実現することができる。ユーザインターフェースとしては、タッチパネルなどの入力機能が多く用いられる。
タッチパネルは、指など体の一部をパネル表面に触れて操作することができる便利な機能を有する。一方で、物理的に触れることができない位置にパネルがある場合は操作することができない。また、パネル表面の衛生面(例えば、ゴミ、菌、またはウィルスの付着など)の管理が十分に行えない問題がある。
したがって、本発明の一態様は、非接触の入力機能を有する電子機器を提供することを目的の一つとする。または、光検出機能を有する電子機器を提供することを目的の一つとする。または、新規な電子機器を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、表示部に受光デバイスを有する表示装置、および当該表示装置を有する電子機器である。
本発明の一態様は、表示部に発光デバイスおよび受光デバイスがそれぞれ複数設けられた表示装置であって、指示物体が表示部上にあるとき、発光デバイスは光を照射せず、指示物体に遮られて減衰した光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第1の機能と、発光デバイスから光を照射し、指示物体で反射された光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第2の機能と、を有する表示装置である。
表示装置は、発光デバイスが光を照射しないときに受光デバイスで検出された光の強度に応じて、第1の機能と、第2の機能と、を切り替えて動作させることができる。
発光デバイスから照射される光は、赤外光とすることができる。
表示装置は、第1の機能において、第1の強度以上の光を検出した受光デバイスが設けられた第1の領域で囲まれ、第1の強度よりも小さい強度の光を検出した受光デバイスが設けられた第2の領域およびその近傍を指示物体の指示位置として認識することができる。
また、表示装置は、第2の機能において、第2の強度以下の光を検出した受光デバイスが設けられた第3の領域で囲まれ、第2の強度よりも大きい強度の光を検出した受光デバイスが設けられた第4の領域およびその近傍を指示物体の指示位置として認識することができる。
受光デバイスは光電変換層を有し、光電変換層に有機化合物を有することが好ましい。
表示部は表示デバイスを有し、表示デバイスは、赤色、緑色、青色または白色のいずれかの光を発することができる。
第2の機能において、受光デバイスによる光の検出動作は、表示デバイスが非発光動作のときに行われることが好ましい。
表示デバイスおよび受光デバイスは、ダイオードの構成を有し、表示デバイスのカソードおよび受光デバイスのアノードは電気的に接続することができる。または、表示デバイスのカソードおよび受光デバイスのカソードは電気的に接続することができる。
表示デバイスおよび受光デバイスは、複数のトランジスタと電気的に接続され、複数のトランジスタのうち一つ以上はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Ge、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)と、を有することが好ましい。
指示物体は、表示部と接触しない位置にあっても指示位置を認識することができる。
本発明の他の一態様は、上記表示装置と、光センサと、を有し、光センサで検出した光の強度に応じて指示物体の指示位置を検出する動作を切り替える電子機器である。
本発明の一態様により、非接触の入力機能を有する表示装置を提供することができる。または、光検出機能を有する表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図1は、電子機器を説明する図である。
図2Aおよび図2Bは、電子機器を説明する図である。
図3Aは、電子機器を説明する図である。図3Bは、非表示状態(黒挿入)を説明する図である。
図4A乃至図4Dは、表示部で取得する撮像データ(画像)を説明する図である。
図5は、表示装置を説明する図である。
図6A乃至図6Kは、副画素を説明する図である。
図7Aは、表示装置を説明する図である。図7Bおよび図7Cは、副画素を説明する図である。
図8は、表示装置を説明する断面図である。
図9は、表示装置を説明する断面図である。
図10A乃至図10Cは、表示装置を説明する断面図である。
図11Aおよび図11Bは、表示装置を説明する断面図である。
図12Aおよび図12Bは、表示装置を説明する断面図である。
図13Aおよび図13Bは、表示装置を説明する断面図である。
図14は、表示装置を説明する斜視図である。
図15は、表示装置を説明する断面図である。
図16Aおよび図16Bは、表示装置を説明する断面図である。
図17Aは、表示装置を説明する断面図である。図17Bは、トランジスタを説明する断面図である。
図18は、表示装置を説明する断面図である。
図19A乃至図19Dは、画素の回路を説明する図である。
図20は、画素の回路を説明する図である。
図21は、画素の回路を説明する図である。
図2Aおよび図2Bは、電子機器を説明する図である。
図3Aは、電子機器を説明する図である。図3Bは、非表示状態(黒挿入)を説明する図である。
図4A乃至図4Dは、表示部で取得する撮像データ(画像)を説明する図である。
図5は、表示装置を説明する図である。
図6A乃至図6Kは、副画素を説明する図である。
図7Aは、表示装置を説明する図である。図7Bおよび図7Cは、副画素を説明する図である。
図8は、表示装置を説明する断面図である。
図9は、表示装置を説明する断面図である。
図10A乃至図10Cは、表示装置を説明する断面図である。
図11Aおよび図11Bは、表示装置を説明する断面図である。
図12Aおよび図12Bは、表示装置を説明する断面図である。
図13Aおよび図13Bは、表示装置を説明する断面図である。
図14は、表示装置を説明する斜視図である。
図15は、表示装置を説明する断面図である。
図16Aおよび図16Bは、表示装置を説明する断面図である。
図17Aは、表示装置を説明する断面図である。図17Bは、トランジスタを説明する断面図である。
図18は、表示装置を説明する断面図である。
図19A乃至図19Dは、画素の回路を説明する図である。
図20は、画素の回路を説明する図である。
図21は、画素の回路を説明する図である。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
また、回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタを分割して複数の位置に配置する場合もある。
また、一つの導電体が、配線、電極および端子などの複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が一つ以上の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
本発明の一態様は、接触、非接触を問わず入力動作が行える表示装置である。表示装置は、表示部に表示デバイス(表示素子ともいう)、発光デバイス(発光素子ともいう)および受光デバイス(受光素子ともいう)を有する。
表示装置は、表示部の外部にある光源から照射され、指示物体に遮られた光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第1の機能を有する。また、表示装置は、表示部の内部または外部にある光源から照射され、指示物体で反射された光を受光デバイスで検出して指示物体の指示位置を認識する第2の機能を有する。
表示装置は、表示部の外部にある光源から照射された光の強度に応じて、第1の機能と第2の機能とを切り替えて動作させることができる。すなわち、周囲の照度によらず表示部上にある指示物体の指示位置を認識させることができる。
図1は、本発明の一態様の表示装置を有する電子機器30を説明する図である。
図1では、電子機器30としてスマートフォンを例示しているが、電子機器30が有する機能は特に限定されず、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のコンピュータ、タブレット型のコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
電子機器30は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、地磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を検出する機能を含むもの)を有していてもよい。
これらのセンサを利用して、本発明の一態様の表示装置の入力機能の切り替え、補正などを行うことができる。例えば、電子機器30が有する光センサが検出する照度の変化に応じて、表示装置の入力方法の切り替えなどを行うことができる。また、電子機器30が有する傾きセンサ87(例えば、加速度センサ、地磁気センサ、ジャイロセンサなどの組み合わせ)を用いて表示装置の角度および向きを検出し、入力の補正などを行うことができる。
電子機器30は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
また、電子機器30は、表示部61、筐体62、カメラ63、光センサ64、電源ボタン65、ボタン66、スピーカ67、マイク68、光源69、傾きセンサ87等を有する。なお、図1において、ボタン66については、複数設ける構成を例示したが、これに限定されない。例えば、ボタン66は、1つ設ける構成としてもよい。
図1では、電子機器30が有する表示装置の表示部61と光源82との間に指示物体81が位置し、指示物体81の影83の一部が表示部61に表示されているアイコン71にかかる様子を示している。なお、光源82は、電球、蛍光灯、LED、太陽光、およびそれらの反射光など、指示物体81の影を生成する照度の光を照射できる光源であって、表示部61が備える受光デバイスが感度を有する波長の光を発することができればよい。当該光としては、例えば、可視光、赤外光、または可視光および赤外光の両方を含む光を用いることができる。
また、指示物体とは、対象物に指示動作を与えるための物体であり、ここでは、手の指を例示している。指示物体81として、他にペン、スタイラス、または手の指以外の体の一部など光を遮ることができる物体を用いることもできる。また、当該物体の表面は、光を反射させられることが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、表示部61に受光機能を備え、当該受光機能により指示物体81の影83の位置および形状を検出し、表示部61上の指示位置を認識することができる。表示装置は、例えば、認識した指示位置にポインタ72を表示させることができる。使用者はポインタ72によって指示位置を視認することができ、アイコン71の選択などを容易に行うことができる。また、光源82が発する光が赤外光である場合、影83を視認することができないため、ポインタ72の表示は特に有効である。
なお、影83は、表示部61と、指示物体81と光源82との位置関係で一様にはならず、図2Aに示すように、濃淡が発生する。一般には、光源82は、表示部61と指示物体81の距離に比べて離れた位置にあり、光源82が発する光が指示物体81に照射されると、その端部では回折が生じる。そのため、影の端部は薄くなる。また、光の回折によって、指示物体81の表示部61と近い距離にある部位の影が濃くなり、相対的に遠い距離にある部位の影は薄くなるともいえる。影83は、光源82との間にある指示物体81で光が遮られることで生じるが、前述したように光の回折があり、完全に光を遮っていはいない。すなわち、影83の部分は減衰した光が照射されている領域といえる。
したがって、影の濃部84全体、濃部84の中心または重心、またはそれらの近傍を指示位置として認識させ、ポインタ72を表示させることができる。なお、場合によっては、影83全体を指示位置として認識させてもよい。
使用者は、指示物体81を動かすことによりポインタ72を操作することができる。例えば、指示物体81を上下に動かし、影の濃部84の面積または濃度を変化させる動作でタッチパネルにおけるタップ操作またはホールド操作を行うことができる。また、図2Bに示すように、ホールド操作に続けてポインタ72を動かす動作をすればスワイプ操作を行うことができる。すなわち、指示物体81を動かすことで、表示部61の表示を変化させることができる。
表示を変化させるとは、指示物体81を動かす動作によって、プログラムを起動させる動作、画面をスクロールする動作、写真または映像を表示部に映し出す動作、一時的に表示部61を消灯状態にさせる動作など、表示部61に表示されている画像の切り替え、または表示装置をオフ状態にする動作などが例として挙げられる。
また、図3Aに示すように、本発明の一態様の表示装置は表示部61に発光機能を備え、当該発光機能により指示物体81に光21を照射し、受光機能により反射した光22を受光して指示物体81の指示位置を認識することができる。影83の位置を検出する場合と同様に、認識した表示部61の指示位置には、ポインタ72を表示させることができる。
このように表示部61から光21を発し、反射した光22を受光する機能は、表示部61に対して十分な光を照射する光源がない環境に対して有効である。例えば、夜の屋外、屋内であっても十分な照度がない場合、逆光である場合などに当該機能を用いることができる。
光21は、赤外光であることが好ましい。赤外光は非可視光であるため、表示の視認性を妨げることがない。赤外光としては、近赤外光から遠赤外光まで用いることができるが、遠赤外光は熱源などがノイズとなるため、近赤外光(波長720乃至2500nm)にピークを有する光を用いることが好ましい。
また、表示部61からの赤外光(光21)の照射および表示部61における光22の受光動作は、表示部61が非表示状態(黒表示、黒挿入ともいう)の期間に行うことが好ましい。有機EL素子または液晶素子などの表示デバイスを用いた表示方法では、残像防止のため、図3Bに示すように連続するフレームの画像(画像P1、画像P2、画像P3)のそれぞれの間に非表示状態(全黒表示の画像PBの挿入)の期間が設けられる。
表示部61が備える受光デバイスは可視光および赤外光に感度を有するため、表示デバイスから発する光(可視光)はノイズとなってしまう。したがって、表示部61が非表示である期間に表示部61での発光動作および受光動作を行うことが好ましい。
上述のように、本発明の一態様の電子機器30は、タッチパネルのタッチ操作に相当する動作を受光デバイスを用いて光学的に行うため、非接触での操作が可能となる。そのため、手の届かない場所に表示装置31がある場合に電子機器30の操作が可能となる。また、表示部61などに指など体の一部を直接触れる必要がなくなるため、衛生的に電子機器を利用することができる。
なお、図1乃至図3の説明では、影または反射光を受光デバイスで検出するという表現を用いて説明したが、実動作としては、まず、表示部61のほぼ全域に亘って撮像データを取得する。そして、当該撮像データから影または反射光に相当する部分の位置および形状を抽出する。
図4Aおよび図4Bは、影の抽出を説明する図である。図4Aは表示部61上に指示物体81があり、さらにその上方に光源82がある状態を示している。図4Bは、図4Aの状態で得られる撮像データを示している。
図4Bに示す撮像データは、画像に相当する。画像全体は、指示物体81で光が遮られた領域91とそれ以外の領域90に分けられる。領域91は領域90に対して暗い領域として撮像される。領域91はさらに暗部92、明部93など段階的に分けることができる。
暗部92、明部93は、前述した光の回折によって生成され、暗部92は影の最も濃い領域(指示物体81の表示部61と最も近い距離にある部位)とみなすことができる。したがって、暗部92、暗部92の中心または重心、またはその近傍を指示位置とすることができる。
換言すると、第1の強度以上の光を検出した受光デバイスが設けられた第1の領域で囲まれ、第1の強度よりも小さい強度の光を検出した受光デバイスが設けられた第2の領域およびその近傍を指示物体81の指示位置として認識することができる。
次のステップでは、同様の撮像データを取得し、暗部92の動きまたは面積の変化などを検出してホールド、タップなどの操作を連携させることができる。なお、スワイプおよびスクロールなどの操作は、領域91全体の動きなどを検出して行ってもよい。
また、図4Bに示すように、例えば、領域91または暗部92の位置を異なる位置(位置A)に補正してもよい。表示装置の光源に対する向きおよび使用時の傾きなどによって、使用者の感覚とは異なる位置に影が生じることがある。このような場合は、電子機器が有する傾きセンサ87で表示装置の傾きおよび方向を検出し、その情報に従って上記補正を行うことができる。上記補正により、位置Aにポインタ72を表示させることができ、使用者の操作性を高めることができる。
図4Cおよび図4Dは、反射光の抽出を説明する図である。図4Cは表示部61上に指示物体81があり、表示部61にある光源が光を発している状態を示している。図4Dは、図4Cの状態で得られる撮像データを示している。
図4Dに示す撮像データは、画像に相当する。画像全体は、指示物体81で光が照射され、その反射光を受光した領域96とそれ以外の領域95に分けられる。領域96は領域95に対して明るい領域として撮像される。領域96はさらに明部97、暗部98など段階的に分けることができる。
明部97、暗部98は、光源から指示物体81に届く光の減衰、および指示物体81から反射され、受光デバイスに届く光の減衰などによって生成され、明部97は反射光の最も強い領域(指示物体81の表示部61と最も近い距離にある部位)と推測することができる。したがって、明部97、明部97の中心または重心、またはその近傍を指示位置とすることができる。
換言すると、第2の強度以下の光を検出した受光デバイスが設けられた第1の領域で囲まれ、第2の強度よりも大きい強度の光を検出した受光デバイスが設けられた第2の領域およびその近傍を指示物体81の指示位置として認識することができる。
次のステップでは、同様の撮像データを取得し、明部97の動きまたは面積の変化などを検出してホールド、タップなどの操作を連携させることができる。なお、スワイプおよびスクロールなどの動作は、領域96全体の動きなどを検出して行ってもよい。
また、図示はしていないが、図4Bと同様の手順で明部97等の位置を補正し、補正位置にポインタ72を表示させることができる。
表示装置は、指示物体81の指示位置を表示部にかかる影を利用して検出する第1の機能と、反射光を利用して検出する第2の機能とを切り替えることができる。例えば、表示部の外部にある光源から照射される光を受光デバイスで検出し、予め定められた強度の光が検出されたときは、第1の機能で検出動作を行い、それより小さい強度の光が検出されたときは第2の機能で検出動作を行うなどの制御を行うことができる。同様の動作を電子機器が有する光センサで行ってもよい。
図5は、本発明の一態様の表示装置を説明する図である。画素10は、副画素11、12、13を有することができる。例えば、副画素11は、表示用の光を発する機能を有する。副画素12は、指示物体に照射する光を発する機能を有する。副画素13は、副画素12が発し、指示物体で反射された光を検出する機能を有する。
なお、本明細書では、一つの「画素」の中で独立した動作が行われる最小単位を便宜的に「副画素」と定義して説明を行うが、「画素」を「領域」と置き換え、「副画素」を「画素」と置き換えてもよい。
副画素11は、可視光を発する表示デバイスを有する。また、副画素12は、赤外光を発する発光デバイスを有する。
表示デバイスおよび発光デバイスとしては、OLED(Organic Light Emitting Diode)またはQLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)などのEL素子を用いることが好ましい。EL素子が有する発光物質としては、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料)、無機化合物(量子ドット材料など)などが挙げられる。また、発光デバイスとして、マイクロLED(Light Emitting Diode)などのLEDを用いることもできる。
副画素13は、可視光および赤外光に感度を有する受光デバイスを有する。受光デバイスには、入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子を用いることができる。受光デバイスでは、入射する光量に基づき、発生する電荷量が決まる。受光デバイスとしては、例えば、pn型またはpin型のフォトダイオードを用いることができる。
受光デバイスとしては、有機化合物を光電変換層に有する有機フォトダイオードを用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化および大面積化が容易である。また、形状およびデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。または、結晶性のシリコン(単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンなど)を用いたフォトダイオードを受光デバイスに用いることもできる。
本発明の一態様では、発光デバイスとして有機EL素子を用い、受光デバイスとして有機フォトダイオードを用いる。有機フォトダイオードは、有機EL素子と共通の構成にできる層が多い。そのため、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光デバイスを内蔵することができる。例えば、受光デバイスの光電変換層と発光デバイスの発光層とを作り分け、それ以外の層は、発光デバイスと受光デバイスとで同一の構成にしてもよい。
回路15および回路16は、副画素11、12を駆動するためのドライバ回路である。回路15はソースドライバ、回路16はゲートドライバとしての機能を有することができる。回路15および回路16には、例えば、シフトレジスタ回路などを用いることができる。
なお、副画素11、12の駆動回路を分けてもよい。副画素12の機能は、指示物体81に光を照射することが主であるため、画素アレイ14内の全ての副画素12で同じ輝度の光を発してもよい。したがって、ソースドライバおよびゲートドライバに相当する回路に高機能の順序回路などを用いず、簡略化した回路を用いてもよい。
回路17および回路18は、副画素13を駆動するためのドライバ回路である。回路17はカラムドライバ、回路18はロードライバとしての機能を有することができる。回路17および回路18には、例えば、シフトレジスタ回路またはデコーダ回路などを用いることができる。
回路19は、副画素13が出力するデータの読み出し回路である。回路19は、例えば、A/D変換回路を有し、副画素13から出力されたアナログデータをデジタルデータに変換する機能を有する。また、回路19に、出力データに対して相関二重サンプリング処理を行うCDS回路が含まれていてもよい。
副画素12および副画素13は、入力インターフェイスとしての機能を有することができる。外部の光源から発せられた可視光、赤外光、または可視光および赤外光を含む光を副画素13で受光することができる。または、副画素12から赤外光を発し、表示装置に近接する指示物体からの反射光を副画素13で受光することができる。したがって、副画素13で検出した光の受光量のしきい値を設定することで、センサスイッチとして機能させることができる。これらにより、タッチセンサと同等の機能を非接触で実現することができる。また、ポインタなどの動作を接触または非接触で行うことができる。
また、受光デバイスを用いて、指紋、掌紋、または虹彩などの撮像データを取得することができる。つまり、表示装置に生体認証機能を付加させることができる。なお、指示物体を表示装置に接触させて撮像データの取得を行ってもよい。
また、受光デバイスを用いて、ユーザーの表情、目の動き、または瞳孔径の変化などの撮像データを取得することができる。当該画像データを解析することで、ユーザーの心身の情報を取得することができる。当該情報をもとに表示装置が出力する表示および音声の一方または双方を変化させるなど、ユーザーの心身の状態に合わせた動作を行うことができる。これらの動作は、例えば、VR(Virtual Reality)向け機器、AR(Augmented Reality)向け機器、またはMR(Mixed Reality)向け機器に有効である。
図6A乃至図6Gは、画素10内における副画素のレイアウトの例を説明する図である。図6A、図6Bに示すように各副画素を水平方向(ゲート線が延在する方向)に並べる構成とすることができる。または、図5、図6C、図6Dに示すように、水平方向および垂直方向(ソース線が延在する方向)に並べる構成としてもよい。
または、図6E、図6Fに示すように、一つの画素10が副画素13または副画素12を有さない構成としてもよい。この場合は、例えば、図6Hに示すように、図6Eに示す画素10と図6Fに示す画素10を交互に並べることができる。さらに、図6Gに示す副画素11のみで構成した画素10を用いてもよい。この場合は、図6Iに示すように、図6Eに示す画素10と図6Fに示す画素10との間に図6Gに示す画素10を複数有する構成としてもよい。図6Hまたは図6Iに示す配置では、副画素12および副画素13の総数よりも副画素11の総数を多くできるため、表示品位を高めることができる。
一方で、図6E乃至図6Gに示す画素10を用いた場合は、指示物体照射用の光源および受光デバイスが少なくなるため、指示物体を検出する感度が低下することがある。したがって、副画素の構成および配置は、目的に応じて考慮すればよい。なお、図6Hまたは図6Iに示す配置において、図6Eの画素10および図6Fの画素10の数は同数でなくてもよい。
副画素11は、単色光を発する構成であるほか、図6J、図6Kに示すように、異なる色を発する副画素の集合であってもよい。図6Jは、副画素11が、赤色を発する発光デバイスを有する副画素11R、緑色を発する発光デバイスを有する副画素11G、および青色を発する発光デバイスを有する副画素11Bで構成される例を示す図である。当該構成の副画素11を用いることで、カラー表示を行うことができる。
さらに、図6Kに示すように、白色を発する発光デバイスを有する副画素11Wが設けられていてもよい。副画素11Wは単独で白色光を発することができるため、白色またはそれに近い色の表示では、その他の色の副画素の発光輝度を抑えることができる。したがって、省電力で表示を行うことができる。
また、図7Aに示すように、副画素11および副画素13を画素10の基本構成として表示装置を構成してもよい。この場合は、指示物体照射用の光源12Eを画素アレイ14(表示部)の外側に設ける。光源12Eとしては、高輝度の近赤外光を発するLEDなどを用いることができる。光源12Eは、画素アレイ14の外側に設けられるため、表示装置とは別の制御で点灯することもできる。また、図7B、図7Cに示す配置例のとおり、副画素12が不要となり、副画素13の数を増やすことができるため、指示物体検出の感度を向上させることができる。
なお、図7Aに示す光源12Eの配置位置および数は一例であり、これに限定されない。光源12Eは、本発明の一態様の表示装置を有する機器の一要素とすることができる。または、本発明の一態様の表示装置を有する機器とは別の機器であってもよい。例えば、光源12Eとして、図1に示す電子機器30が有する光源69を用いることができる。
なお、画素および副画素の構成は上記に限られず、様々な配置形態を採用することができる。
次に、本発明の一態様の表示装置のより具体的な例について説明する。
図8および図9に、本発明の一態様の表示装置50Aの断面概略図を示す。図8は表示装置50Aが発する光21が指示物体81に照射され、反射した光22を表示装置50Aで受光する形態を示している。また、図9は、光源82が発し、指示物体81で遮られて減衰した光23を表示装置50Aで受光する形態を示している。
表示装置50Aは、受光デバイス110、発光デバイス190および表示デバイス180を有する。受光デバイス110は、副画素13が有する有機フォトダイオードに相当する。発光デバイス190は、副画素12が有する有機EL素子(赤外光を発光)に相当する。表示デバイス180は、副画素11が有する有機EL素子(可視光を発光)に相当する。
副画素11が有する有機EL素子(表示デバイス180)および副画素12が有する有機EL素子(発光デバイス190)は、発光層以外の構成を同じにすることができる。したがって、ここでは発光デバイス190の詳細を説明し、表示デバイス180の説明は省略する。
受光デバイス110は、画素電極111、共通層112、光電変換層113、共通層114、および共通電極115を有する。発光デバイス190は、画素電極191、共通層112、発光層193、共通層114および共通電極115を有する。なお、表示デバイス180は、発光層193とは異なる発光層183を有する。
画素電極111、画素電極191、共通層112、光電変換層113、発光層193、共通層114および共通電極115は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
画素電極111および画素電極191は、絶縁層214上に位置する。画素電極111および画素電極191は、同一の材料および同一の工程で形成することができる。
共通層112は、画素電極111上および画素電極191上に位置する。共通層112は、受光デバイス110および発光デバイス190に共通で用いられる層である。
光電変換層113は、共通層112を介して画素電極111と重なる領域を有する。発光層193は、共通層112を介して画素電極191と重なる領域を有する。光電変換層113は、第1の有機化合物を有する。発光層193は、第1の有機化合物とは異なる第2の有機化合物を有する。
共通層114は、共通層112上、光電変換層113上および発光層193上に位置する。共通層114は、受光デバイス110および発光デバイス190に共通で用いられる層である。
共通電極115は、共通層112、光電変換層113および共通層114を介して、画素電極111と重なる領域を有する。また、共通電極115は、共通層112、発光層193および共通層114を介して画素電極191と重なる領域を有する。共通電極115は、受光デバイス110および発光デバイス190に共通で用いられる層である。
本実施の形態の表示装置では、受光デバイス110の光電変換層113に有機化合物を用いる。受光デバイス110は、光電変換層113以外の層を発光デバイス190(有機EL素子)と共通の構成にすることができる。そのため、発光デバイス190の作製工程に、光電変換層113を成膜する工程を追加するのみで、発光デバイス190の形成と並行して受光デバイス110を形成することができる。また、発光デバイス190と受光デバイス110とを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光デバイス110を内蔵することができる。
表示装置50Aでは、受光デバイス110の光電変換層113と、発光デバイス190の発光層193と、を作り分ける以外は、受光デバイス110と発光デバイス190は共通の構成とすることができる。ただし、受光デバイス110と発光デバイス190の構成はこれに限定されない。受光デバイス110と発光デバイス190は、光電変換層113と発光層193のほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい(後述の表示装置50C、50D、50E参照)。受光デバイス110と発光デバイス190は、共通で用いられる層(共通層)を1層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光デバイス110を内蔵することができる。
表示装置50Aは、一対の基板(基板151および基板152)間に、受光デバイス110、発光デバイス190、トランジスタ41、およびトランジスタ42等を有する。
受光デバイス110において、それぞれ画素電極111および共通電極115の間に位置する共通層112、光電変換層113および共通層114は、有機層(有機化合物を含む層)ということもできる。画素電極111は、可視光および赤外光を反射する機能を有することが好ましい。共通電極115は、可視光および赤外光を透過する機能を有する。
受光デバイス110は、光を検出する機能を有する。具体的には、受光デバイス110は、入射される光22(可視光、赤外光、または可視光および赤外光の両方を含む光)を電気信号に変換する光電変換素子である。
基板152の基板151側の面には、遮光層148が設けられている。遮光層148は、受光デバイス110と重なる位置および発光デバイス190と重なる位置に開口部を有する。遮光層148を設けることで、受光デバイス110が光を検出する範囲を制御することができる。
遮光層148としては、発光デバイス190が発する光を遮る材料を用いることができる。遮光層148は、可視光および赤外光を吸収することが好ましい。遮光層148として、例えば、金属材料、または、顔料(カーボンブラックなど)もしくは染料を含む樹脂材料等を用いて形成することができる。遮光層148は、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの積層構造であってもよい。
また、遮光層148の受光デバイス110と重なる位置に設けられる開口部には、可視光よりも短波長側の光をカットするフィルタ149が設けられていてもよい。フィルタ149としては、例えば、可視光よりも短波長側の光(紫外光)をカットするロングパスフィルタなどを用いることができる。紫外光をカットするフィルタとしては、樹脂膜などのほか、無機絶縁膜を用いることができる。フィルタ149を設けることで、受光デバイス110への紫外光の入射を抑えることができ、低ノイズで可視光および赤外光を検出することができる。
なお、フィルタ149は、図10Aに示すように、受光デバイス110と積層されて設けられていてもよい。
または、図10Bに示すように、フィルタ149はレンズ型の形状であってもよい。レンズ型のフィルタ149は、基板151側に凸面を有する凸レンズである。なお、基板152側が凸面となるように配置してもよい。
基板152の同一面上に遮光層148とレンズ型のフィルタ149との双方を形成する場合、形成順は問わない。図10Bでは、レンズ型のフィルタ149を先に形成する例を示すが、遮光層148を先に形成してもよい。図10Bでは、レンズ型のフィルタ149の端部が遮光層148によって覆われている。
図10Bに示す構成は、光22がレンズ型のフィルタ149を介して受光デバイス110に入射する構成である。フィルタ149をレンズ型にすることにより、受光デバイス110の撮像範囲を狭くすることができ、隣接する受光デバイス110と撮像範囲が重なることを抑制できる。これにより、ぼやけの少ない、鮮明な画像を撮像できる。また、フィルタ149をレンズ型にすることにより、受光デバイス110上の遮光層148の開口を大きくすることができる。したがって、受光デバイス110に入射する光量を増やすことができ、光の検出感度を高めることができる。
レンズ型のフィルタ149は、基板152上または受光デバイス110上に直接形成することができる。または、別途作製されたマイクロレンズアレイなどを基板152に貼り合わせてもよい。
また、図10Cに示すように、フィルタ149を設けない構成としてもよい。受光デバイス110の特性において、紫外光に感度がない、または、紫外光よりも可視光および赤外光の感度が十分に高い場合はフィルタ149を省くことができる。この場合、図10Bに示したレンズ型のフィルタ149と同様の形状のレンズを受光デバイス110と重ねて設けてもよい。
ここで、受光デバイス110は、図8に示すように発光デバイス190が発した光21のうち、指などの指示物体81によって反射された光22を検出することができる。しかし、発光デバイス190が発した光の一部が、表示装置50A内で反射され、指示物体81を介さずに受光デバイス110に入射されてしまう場合がある。
遮光層148は、このような迷光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層148が設けられていない場合、発光デバイス190が発した光23aは、基板152等で反射され、反射光23bが受光デバイス110に入射することがある。遮光層148を設けることで、反射光23bが受光デバイス110に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光デバイス110の光検出精度を高めることができる。
発光デバイス190において、画素電極191および共通電極115の間に位置する共通層112、発光層193および共通層114は、EL層ということもできる。画素電極191は、少なくとも赤外光を反射する機能を有することが好ましい。
発光デバイス190は、赤外光を発する機能を有する。具体的には、発光デバイス190は、画素電極191と共通電極115との間に電圧を印加することで、基板152側に光21を射出する電界発光デバイスである。
画素電極111は、絶縁層214に設けられた開口を介してトランジスタ41が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極111の端部は、隔壁216によって覆われている。
画素電極191は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ42が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。画素電極191の端部は、隔壁216によって覆われている。トランジスタ42は、発光デバイス190の駆動を制御する機能を有する。
トランジスタ41とトランジスタ42とは、同一の層(図8では基板151)上に接している。
受光デバイス110と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光デバイス190と電気的に接続される回路と同一の材料および同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、2つの回路を別々に形成する場合に比べて、表示装置の厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
受光デバイス110および発光デバイス190は、保護層195に覆われていることが好ましい。図8では、保護層195が共通電極115上に接して設けられている例を示している。保護層195を設けることで、受光デバイス110および発光デバイス190に水などの不純物が入り込むことが抑制され、受光デバイス110および発光デバイス190の信頼性を高めることができる。また、接着層142によって、保護層195と基板152とが貼り合わされている。
また、図11Aに示すように、受光デバイス110上および発光デバイス190上に保護層195を設けない構成としてもよい。この場合は、接着層142によって、共通電極115と基板152とが貼り合わされる。
また、図11Bに示すように、遮光層148を設けない構成としてもよい。これにより、発光デバイス190が外部に射出する光の量、および受光デバイス110の受光量を増やすことができるため、検出感度を高めることができる。
また、本発明の一態様の表示装置は、図12Aに示す表示装置50Bの構成であってもよい。表示装置50Bは、基板151、基板152および隔壁216を有さず、基板153、基板154、接着層155、絶縁層212および隔壁217を有する点で、表示装置50Aと異なる。
基板153と絶縁層212とは、接着層155によって貼り合わされている。基板154と保護層195とは、接着層142によって貼り合わされている。
表示装置50Bは、作製基板上に形成された絶縁層212、トランジスタ41、トランジスタ42、受光デバイス110および発光デバイス190等を基板153上に転置することで作製される構成である。基板153および基板154は、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示装置50Bに可撓性を付与することができる。例えば、基板153および基板154には、樹脂を用いることが好ましい。
基板153および基板154としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリエーテルスルホン(PES)樹脂、ポリアミド樹脂(ナイロン、アラミド等)、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)樹脂、ABS樹脂、セルロースナノファイバー等を用いることができる。基板153および基板154の一方または双方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
本実施の形態の表示装置が有する基板には、光学等方性が高いフィルムを用いてもよい。光学等方性が高いフィルムとしては、トリアセチルセルロース(TAC、セルローストリアセテートともいう)フィルム、シクロオレフィンポリマー(COP)フィルム、シクロオレフィンコポリマー(COC)フィルム、およびアクリルフィルム等が挙げられる。
隔壁217は、発光デバイス190が発した光を吸収できることが好ましい。隔壁217には、例えば、顔料もしくは染料を含む樹脂材料等を用いて形成することができる。
発光デバイス190が発した光23cの一部は、基板152および隔壁217で反射される。その反射光23dは、受光デバイス110に入射することがある。また、光23cが隔壁217を透過し、トランジスタまたは配線等で反射されることで、反射光が受光デバイス110に入射することがある。隔壁217によって光23cが吸収されることで、反射光23dが受光デバイス110に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光デバイス110の光検出精度を高めることができる。
隔壁217は、少なくとも、受光デバイス110が検出することができる波長の光を吸収することが好ましい。例えば、発光デバイス190が発する赤外光を受光デバイス110が検出する場合、隔壁217は、少なくとも赤外光が吸収でき、さらに可視光も吸収できることが好ましい。
上記では、発光デバイスと受光デバイスが、2つの共通層を有する例を示したが、これに限られない。以下では、共通層の構成が異なる例について説明する。
図12Bに、表示装置50Cの断面概略図を示す。表示装置50Cは共通層114を有さず、バッファ層184およびバッファ層194を有する点で表示装置50Aと異なる。バッファ層184およびバッファ層194は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
表示装置50Cにおいて、受光デバイス110は、画素電極111、共通層112、光電変換層113、バッファ層184および共通電極115を有する。また、表示装置50Cにおいて、発光デバイス190は、画素電極191、共通層112、発光層193、バッファ層194および共通電極115を有する。
表示装置50Cでは、共通電極115と光電変換層113との間のバッファ層184と、共通電極115と発光層193との間のバッファ層194とを作り分ける例を示している。バッファ層184およびバッファ層194は、例えば、電子注入層および電子輸送層の一方または双方とすることができる。
図13Aに、表示装置50Dの断面概略図を示す。表示装置50Dは、共通層112を有さず、バッファ層182およびバッファ層192を有する点で、表示装置50Aと異なる。バッファ層182およびバッファ層192は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
表示装置50Dにおいて、受光デバイス110は、画素電極111、バッファ層182、光電変換層113、共通層114および共通電極115を有する。また、表示装置50Dにおいて、発光デバイス190は、画素電極191、バッファ層192、発光層193、共通層114および共通電極115を有する。
表示装置50Dでは、画素電極111と光電変換層113との間のバッファ層182と、画素電極191と発光層193との間のバッファ層192とを作り分ける例を示している。バッファ層182およびバッファ層192は、例えば、正孔注入層および正孔輸送層の一方または双方とすることができる。
図13Bに、表示装置50Eの断面概略図を示す。表示装置50Eは、共通層112および共通層114を有さず、バッファ層182、バッファ層184、バッファ層192、およびバッファ層194を有する点で、表示装置50Aと異なる。
表示装置50Eにおいて、受光デバイス110は、画素電極111、バッファ層182、光電変換層113、バッファ層184および共通電極115を有する。また、表示装置50Eにおいて、発光デバイス190は、画素電極191、バッファ層192、発光層193、バッファ層194および共通電極115を有する。
受光デバイス110と発光デバイス190の作製工程において、光電変換層113と発光層193を作り分けるだけでなく、他の層も作り分けることができる。
表示装置50Eでは、受光デバイス110と発光デバイス190とで、一対の電極(画素電極111または画素電極191と共通電極115)間に、共通の層を有さない例を示している。表示装置50Eが有する受光デバイス110および発光デバイス190の作製工程では、まず、絶縁層214上に画素電極111と画素電極191とを同一の材料および同一の工程で形成する。そして、画素電極111上にバッファ層182、光電変換層113およびバッファ層184を形成し、画素電極191上にバッファ層192、発光層193およびバッファ層194を形成し、バッファ層184およびバッファ層194等を覆うように共通電極115を形成する。
なお、バッファ層182、光電変換層113およびバッファ層184の積層構造と、バッファ層192、発光層193およびバッファ層194の積層構造の作製順は、特に限定されない。例えば、バッファ層182、光電変換層113およびバッファ層184を成膜した後に、バッファ層192、発光層193およびバッファ層194を作製してもよい。逆に、バッファ層182、光電変換層113およびバッファ層184を成膜する前に、バッファ層192、発光層193およびバッファ層194を作製してもよい。また、バッファ層182、バッファ層192、光電変換層113、発光層193、などの順に交互に成膜してもよい。
以下では、本発明の一態様の表示装置のより具体的な構成例について説明する。
図14に、表示装置100Aの斜視図を示す。表示装置100Aは、基板151と基板152とが貼り合された構成を有する。図14では、基板152を破線で示している。
表示装置100Aは、表示部162、回路164a、回路164b、配線165a、配線165b等を有する。また、図14では、表示装置100AにIC(集積回路)173a、FPC172a、IC173bおよびFPC172bが実装されている例を示している。したがって、図14に示す構成は、表示装置100A、IC、およびFPCを有する表示モジュールということもできる。
回路164aとしては、表示を行うためのゲートドライバを用いることができる。回路164bとしては、撮像(光検出)を行うためのロードライバを用いることができる。
配線165aは、副画素11、12および回路164aに信号および電力を供給する機能を有する。当該信号および電力は、FPC172aを介して外部から入力されるか、またはIC173aから配線165aに入力される。
また、配線165bは、副画素12および回路164bに信号および電力を供給する機能を有する。当該信号および電力は、FPC172bを介して外部から入力されるか、またはIC173bから配線165bに入力される。
図14では、COG(Chip On Glass)方式で基板151にIC173a、173bが設けられている例を示しているが、TCP(Tape Carrier Package)方式またはCOF(Chip On Film)方式などを用いてもよい。IC173aには、例えば、副画素11、12と接続するソースドライバの機能を有するICを用いることができる。また、IC173bには、例えば、副画素12と接続するカラムドライバおよびA/Dコンバータなどの信号処理回路の機能を有するICを用いることができる。
なお、上記ドライバ回路は、画素の回路を構成するトランジスタ等と同様に基板151上に設けてもよい。
図15に図14で示した表示装置100AにおけるFPC172aを含む領域の一部、回路164aを含む領域の一部、表示部162を含む領域の一部および端部を含む領域の一部の断面の一例を示す。
図15に示す表示装置100Aは、基板151と基板152の間に、トランジスタ201、トランジスタ205、トランジスタ206、発光デバイス190および受光デバイス110等を有する。
基板152と絶縁層214は、接着層142を介して接着されている。発光デバイス190および受光デバイス110の封止には、固体封止構造または中空封止構造などが適用できる。基板152、接着層142および絶縁層214に囲まれた空間143には不活性ガス(窒素またはアルゴンなど)が充填されており、中空封止構造が適用されている。接着層142は、発光デバイス190と重ねて設けられていてもよい。また、基板152、接着層142および絶縁層214に囲まれた領域を接着層142とは異なる樹脂で充填してもよい。
発光デバイス190は、絶縁層214側から画素電極191、共通層112、発光層193、共通層114および共通電極115の順に積層された積層構造を有する。画素電極191は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ206が有する導電層222bと接続されている。トランジスタ206は、発光デバイス190の駆動を制御する機能を有する。画素電極191の端部は、隔壁216によって覆われている。
受光デバイス110は、絶縁層214側から画素電極111、共通層112、光電変換層113、共通層114および共通電極115の順に積層された積層構造を有する。画素電極111は、絶縁層214に設けられた開口を介して、トランジスタ205が有する導電層222bと電気的に接続されている。画素電極111の端部は、隔壁216によって覆われている。
発光デバイス190が発する光は、基板152側に射出される。また、受光デバイス110には、基板152および空間143を介して光が入射する。基板152には、可視光および赤外光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
画素電極111および画素電極191は、同一の材料および同一の工程で作製することができる。共通層112、共通層114および共通電極115は、受光デバイス110と発光デバイス190との双方に用いられる。受光デバイス110と発光デバイス190とは、光電変換層113と発光層193の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置100Aに受光デバイス110を内蔵することができる。
基板152の基板151側の面には、遮光層148が設けられている。遮光層148は、受光デバイス110と重なる位置および発光デバイス190と重なる位置に開口を有する。また、受光デバイス110と重なる位置には、紫外光をカットするフィルタ149が設けられている。なお、フィルタ149を設けない構成とすることもできる。
トランジスタ201、トランジスタ205、およびトランジスタ206は、いずれも基板151上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料および同一の工程により作製することができる。
基板151上には、絶縁層211、絶縁層213、絶縁層215、および絶縁層214がこの順で設けられている。絶縁層211は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層213は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層215は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁層214は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数およびトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても2層以上であってもよい。
トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水および水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア層として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、表示装置の信頼性を高めることができる。
絶縁層211、絶縁層213および絶縁層215としては、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜または窒化アルミニウム膜を用いることができる。または、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜または酸化ネオジム膜を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。
平坦化層として機能する絶縁層214には、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、およびこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
ここで、有機絶縁膜は、無機絶縁膜に比べて不純物に対するバリア性が低いことが多い。そのため、有機絶縁膜は、表示装置100Aの端部近傍に開口を有することが好ましい。これにより、表示装置100Aの端部から有機絶縁膜を介して不純物が拡散することを抑制することができる。または、有機絶縁膜の端部が表示装置100Aの端部よりも内側に位置するように有機絶縁膜を形成し、表示装置100Aの端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
図15に示す領域228では、絶縁層214に開口が形成されている。これにより、絶縁層214に有機絶縁膜を用いる場合であっても、絶縁層214を介して外部から表示部162に不純物が拡散することを抑制できる。したがって、表示装置100Aの信頼性を高めることができる。
トランジスタ201、トランジスタ205、およびトランジスタ206は、ゲートとして機能する導電層221、ゲート絶縁層として機能する絶縁層211、ソースおよびドレインとして機能する導電層222aおよび導電層222b、半導体層231、ゲート絶縁層として機能する絶縁層213、ならびにゲートとして機能する導電層223を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。絶縁層211は、導電層221と半導体層231との間に位置する。絶縁層213は、導電層223と半導体層231との間に位置する。
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
トランジスタ201、トランジスタ205およびトランジスタ206には、チャネルが形成される半導体層を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。または、2つのゲートのうち、一方にトランジスタのしきい値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えてもよい。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、単結晶半導体、または単結晶以外の結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。単結晶半導体または結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
トランジスタの半導体層は、金属酸化物(酸化物半導体ともいう)を有することが好ましい。または、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン(低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど)などが挙げられる。
半導体層は、例えば、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、およびマグネシウムから選ばれた一種または複数種)と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、およびスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
特に、半導体層として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、および亜鉛(Zn)を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。
In−M−Zn酸化物をスパッタリング法で成膜する場合、スパッタリングターゲットにおけるInの原子数比は、Mの原子数比以上であることが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=2:1:3、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8、In:M:Zn=6:1:6、In:M:Zn=5:2:5等が挙げられる。
スパッタリングターゲットとしては、多結晶の酸化物を含むターゲットを用いると、結晶性を有する半導体層を形成しやすくなるため好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。例えば、半導体層に用いるスパッタリングターゲットの組成がIn:Ga:Zn=4:2:4.1[原子数比]の場合、成膜される半導体層の組成は、In:Ga:Zn=4:2:3[原子数比]の近傍となる場合がある。
なお、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍と記載する場合、Inの原子数比を4としたとき、Gaの原子数比が1以上3以下であり、Znの原子数比が2以上4以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=5:1:6またはその近傍であると記載する場合、Inの原子数比を5としたときに、Gaの原子数比が0.1より大きく2以下であり、Znの原子数比が5以上7以下である場合を含む。また、原子数比がIn:Ga:Zn=1:1:1またはその近傍であると記載する場合、Inの原子数比を1としたときに、Gaの原子数比が0.1より大きく2以下であり、Znの原子数比が0.1より大きく2以下である場合を含む。
回路164aが有するトランジスタおよび表示部162が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路164aが有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。同様に、表示部162が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、2種類以上あってもよい。
基板151上で基板152が重ならない領域には、接続部204が設けられている。接続部204では、配線165が導電層166および接続層242を介してFPC172aと電気的に接続されている。接続部204の上面は、画素電極191と同一の導電膜を加工して得られた導電層166が露出している。これにより、接続部204とFPC172aとを接続層242を介して電気的に接続することができる。
基板152の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層(拡散フィルムなど)、反射防止層、および集光フィルム等が挙げられる。また、基板152の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等を配置してもよい。
基板151および基板152には、ガラス、石英、セラミック、サファイア、樹脂などを用いることができる。
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
接続層242としては、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
発光デバイス190は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。本発明の一態様では、トップエミッション型とすることが好ましいが、発光デバイス190の光の射出面と、受光デバイス110の光の入射面を同じ向きにすることで、他の構成を適用することもできる。
発光デバイス190は、少なくとも発光層193を有する。発光デバイス190は、発光層193以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質またはバイポーラ性の物質(電子輸送性および正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。例えば、共通層112は、正孔注入層および正孔輸送層の一方または双方を有することが好ましい。例えば、共通層114は、電子輸送層および電子注入層の一方または双方を有することが好ましい。
共通層112、発光層193および共通層114には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。共通層112、発光層193および共通層114を構成する層は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
発光層193は、発光材料として、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。
受光デバイス110の光電変換層113は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコンなどの無機半導体、または有機化合物を含む有機半導体を用いることができる。本実施の形態では、光電変換層113が有する半導体として有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光デバイス190の発光層193と、受光デバイス110の光電変換層113と、を同じ方法(例えば、真空蒸着法)で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
光電変換層113が有するn型半導体の材料としては、フラーレン(例えばC60、C70等)またはその誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。また、光電変換層113が有するp型半導体の材料としては、銅(II)フタロシアニン(Copper(II) phthalocyanine;CuPc)、テトラフェニルジベンゾペリフランテン(Tetraphenyldibenzoperiflanthene;DBP)、亜鉛フタロシアニン(Zinc Phthalocyanine;ZnPc)等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
例えば、光電変換層113は、n型半導体とp型半導体とを共蒸着して形成することができる。
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、およびタングステンなどの金属、ならびに、当該金属を主成分とする合金などが挙げられる。これらの材料を含む膜を単層構造または積層構造として用いることができる。
また、透光性を有する導電材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウムおよびチタンなどの金属材料、ならびに、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料(またはそれらの窒化物)を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすることが好ましい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線、電極などの導電層、および表示素子が有する導電層(画素電極または共通電極として機能する導電層)にも用いることができる。
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料が挙げられる。
図16Aに表示装置100Bの断面図を示す。表示装置100Bは、保護層195を有する点で主に表示装置100Aと相違している。
受光デバイス110および発光デバイス190を覆う保護層195を設けることで、受光デバイス110および発光デバイス190に水などの不純物が拡散することを抑制し、受光デバイス110および発光デバイス190の信頼性を高めることができる。
表示装置100Bの端部近傍の領域228において、絶縁層214の開口を介して、絶縁層215と保護層195とが互いに接することが好ましい。特に、絶縁層215が有する無機絶縁膜と保護層195が有する無機絶縁膜とが互いに接することが好ましい。これにより、有機絶縁膜を介して外部から表示部162に不純物が拡散することを抑制することができる。したがって、表示装置100Bの信頼性を高めることができる。
図16Bに、保護層195が3層構造である例を示す。保護層195は、共通電極115上の無機絶縁層195aと、無機絶縁層195a上の有機絶縁層195bと、有機絶縁層195b上の無機絶縁層195cを有する。
無機絶縁層195aの端部および無機絶縁層195cの端部は、有機絶縁層195bの端部よりも外側に延在し、互いに接している。そして、無機絶縁層195aは、絶縁層214(有機絶縁層)の開口を介して、絶縁層215(無機絶縁層)と接する。これにより、絶縁層215と保護層195とで、受光デバイス110および発光デバイス190を囲うことができるため、受光デバイス110および発光デバイス190の信頼性を高めることができる。
このように、保護層195は、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造であってもよい。このとき、有機絶縁膜の端部よりも無機絶縁膜の端部を外側に延在させることが好ましい。
また、表示装置100Bでは、保護層195と基板152とが接着層142によって貼り合わされている。接着層142は、受光デバイス110および発光デバイス190とそれぞれ重ねて設けられており、表示装置100Bには、固体封止構造が適用されている。
図17Aに表示装置100Cの断面図を示す。表示装置100Cは、トランジスタの構造が異なる点および遮光層148を有さない点で主に表示装置100Bと相違している。
表示装置100Cは、基板151上に、トランジスタ208、トランジスタ209およびトランジスタ210を有する。
トランジスタ208、トランジスタ209およびトランジスタ210は、ゲートとして機能する導電層221と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層211と、チャネル形成領域231iおよび一対の低抵抗領域231nを有する半導体層と、一対の低抵抗領域231nの一方と接続する導電層222aと、一対の低抵抗領域231nの他方と接続する導電層222bと、ゲート絶縁層として機能する絶縁層225と、ゲートとして機能する導電層223と、導電層223を覆う絶縁層215を有する。絶縁層211は、導電層221とチャネル形成領域231iとの間に位置する。絶縁層225は、導電層223とチャネル形成領域231iとの間に位置する。
導電層222aおよび導電層222bは、それぞれ、絶縁層225および絶縁層215に設けられた開口を介して低抵抗領域231nと接続される。導電層222aおよび導電層222bのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
発光デバイス190の画素電極191は、導電層222bを介してトランジスタ208の一対の低抵抗領域231nの一方と電気的に接続される。
受光デバイス110の画素電極111は、導電層222bを介してトランジスタ209の一対の低抵抗領域231nの他方と電気的に接続される。
図17Aには、絶縁層225が半導体層の上面および側面を覆う例を示している。図17Bには、絶縁層225が半導体層231のチャネル形成領域231iと重なり、低抵抗領域231nとは重ならない例を示している。例えば、導電層223をマスクとして用いて絶縁層225を加工することで、図17Bに示す構造を作製できる。図17Bでは、絶縁層225および導電層223を覆って絶縁層215が設けられ、絶縁層215の開口を介して、導電層222aおよび導電層222bがそれぞれ低抵抗領域231nと接続されている。さらに、トランジスタを覆う絶縁層218を設けてもよい。
図18に表示装置100Dの断面図を示す。表示装置100Dは、基板の構成が異なる点で表示装置100Cと主に相違している。
表示装置100Dは、基板151および基板152を有さず、基板153、基板154、接着層155および絶縁層212を有する。
基板153と絶縁層212とは、接着層155によって貼り合わされている。基板154と保護層195とは、接着層142によって貼り合わされている。
表示装置100Dは、作製基板上で形成された絶縁層212、トランジスタ208、トランジスタ209、受光デバイス110および発光デバイス190等を基板153上に転置することで作製される構成である。基板153および基板154は、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示装置100Dに可撓性を付与することができる。
絶縁層212には、絶縁層211、絶縁層213および絶縁層215に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。または、絶縁層212として、有機絶縁膜と無機絶縁膜の積層膜としてもよい。このとき、トランジスタ209側の膜を無機絶縁膜とすることが好ましい。
以上が、表示装置の構成例についての説明である。
本実施の形態の表示装置は、表示部に受光デバイスと発光デバイスとを有し、表示部は画像を表示する機能と光を検出する機能との双方を有する。これにより、表示部の外部または表示装置の外部にセンサを設ける場合に比べて、電子機器の小型化および軽量化を図ることができる。また、表示部の外部または表示装置の外部に設けるセンサと組み合わせて、より多機能の電子機器を実現することもできる。
受光デバイスは、光電変換層以外の少なくとも一層を、発光デバイス(EL素子)と共通の構成にすることができる。さらには、受光デバイスは、光電変換層以外の全ての層を発光デバイス(EL素子)と共通の構成にしてもよい。例えば、発光デバイスの作製工程に光電変換層を成膜する工程を追加するのみで、発光デバイスと受光デバイスとを同一基板上に形成することができる。また、受光デバイスおよび発光デバイスは、画素電極および共通電極を同一の材料および同一の工程で形成することができる。また、受光デバイスと電気的に接続される回路と発光デバイスと電気的に接続される回路を同一の材料および同一の工程で作製することで、表示装置の作製工程を簡略化できる。このように、複雑な工程を有さなくとも、受光デバイスを内蔵し、利便性の高い表示装置を作製することができる。
以下では、トランジスタの半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。例えば、亜鉛酸窒化物(ZnON)などの窒素を有する金属酸化物を、半導体層に用いてもよい。
なお、本明細書等において、CAAC(c−axis aligned crystal)、およびCAC(Cloud−Aligned Composite)と記載する場合がある。CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能または材料の構成の一例を表す。
例えば、半導体層には、CAC(Cloud−Aligned Composite)−OS(Oxide Semiconductor)を用いることができる。
CAC−OSまたはCAC−metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC−OSまたはCAC−metal oxideを、トランジスタの半導体層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSまたはCAC−metal oxideに付与することができる。CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、導電性領域、および絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC−OSまたはCAC−metal oxideをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、および高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、CAC−OSまたはCAC−metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、および非晶質酸化物半導体などがある。
CAAC−OSはc軸配向性を有し、かつa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形および七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないこと、および金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
また、CAAC−OSは、インジウム、および酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、および酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。
CAAC−OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入および欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物および欠陥(酸素欠損(VO:oxygen vacancyともいう。)など)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC−OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSおよび非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(以下、IGZO)は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、IGZOは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶(ここでは、数mmの結晶、または数cmの結晶)よりも小さな結晶(例えば、上述のナノ結晶)とする方が、構造的に安定となる場合がある。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、a−like OSは、nc−OSおよびCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。
酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。
半導体層として機能する金属酸化物膜は、不活性ガスおよび酸素ガスのいずれか一方または双方を用いたスパッタリング法で成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)は、0%以上30%以下が好ましく、5%以上30%以下がより好ましく、7%以上15%以下がさらに好ましい。
金属酸化物は、エネルギーギャップが2eV以上であることが好ましく、2.5eV以上であることがより好ましく、3eV以上であることがさらに好ましい。このように、エネルギーギャップの広い金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
上記金属酸化物を用いたトランジスタは、数yA/μm(チャネル幅1μmあたりの電流値)という極めて低いオフ電流特性を示すことができる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどSiを用いたトランジスタとは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。また、Siを用いたトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきも金属酸化物を用いたトランジスタでは生じにくい。
金属酸化物膜の成膜時の基板温度は、350℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上130℃以下がさらに好ましい。金属酸化物膜の成膜時の基板温度が室温であると、生産性を高めることができ、好ましい。
金属酸化物膜は、スパッタリング法、PLD法、PECVD法、熱CVD法、MOCVD法、ALD法、真空蒸着法などにより形成することができる。
以上が、金属酸化物についての説明である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置が有する画素の回路について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置が有する画素の回路について説明する。
本発明の一態様の表示装置の画素は、副画素11、副画素12および副画素13を有する。副画素11の画素回路は、可視光を発する表示デバイスを有する。副画素12の画素回路は、赤外光を発する発光デバイスを有する。副画素13の画素回路は、受光デバイスを有する。
図19Aに副画素11および副画素12に用いることができる画素回路PIX1の一例を示す。画素回路PIX1は、発光デバイスEL1、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM3およびキャパシタC1を有する。ここでは、発光デバイスEL1として、発光ダイオードを用いた例を示している。発光デバイスEL1には、可視光を発する有機EL素子または赤外光を発する有機EL素子を用いることが好ましい。
トランジスタM1は、ゲートが配線G1と電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線S1と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、キャパシタC1の一方の電極およびトランジスタM2のゲートと電気的に接続する。トランジスタM2のソースまたはドレインの一方は配線V2と電気的に接続し、他方は発光デバイスEL1のアノードおよびトランジスタM3のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM3は、ゲートが配線G2と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線V0と電気的に接続する。発光デバイスEL1のカソードは、配線V1と電気的に接続する。
配線V1および配線V2には、それぞれ定電位が供給される。発光デバイスEL1のアノード側を高電位、カソード側を低電位にすることで発光を行うことができる。トランジスタM1は、配線G1に供給される信号により制御され、画素回路PIX1の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。また、トランジスタM2は、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイスEL1に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。
トランジスタM1が導通状態のとき、配線S1に供給される電位がトランジスタM2のゲートに供給され、その電位に応じて発光デバイスEL1の発光輝度を制御することができる。トランジスタM3は、配線G2に供給される信号により制御される。これにより、トランジスタM3と発光デバイスEL1との間の電位を配線V0から供給される一定の電位にリセットすることができ、トランジスタM2のソース電位を安定化させた状態でトランジスタM2のゲートへの電位書き込みを行うことができる。
図19Bに画素回路PIX1とは異なる画素回路PIX2の一例を示す。画素回路PIX2は昇圧機能を有する。画素回路PIX2は、発光デバイスEL2、トランジスタM4、トランジスタM5、トランジスタM6、トランジスタM7、キャパシタC2およびキャパシタC3を有する。ここでは、発光デバイスEL2として、発光ダイオードを用いた例を示している。画素回路PIX2は、画素10が有する全ての副画素11(副画素11R、副画素11G、副画素11B)および副画素12に用いることができる。また、副画素11R、副画素11G、副画素11Bのうち、いずれか一つまたは二つに画素回路PIX2を用いてもよい。
トランジスタM4は、ゲートが配線G1と電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線S4と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、キャパシタC2の一方の電極、キャパシタC3の一方の電極およびトランジスタM6のゲートと電気的に接続する。トランジスタM5は、ゲートが配線G3と電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線S5と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、キャパシタC3の他方の電極と電気的に接続する。
トランジスタM6のソースまたはドレインの一方は配線V2と電気的に接続し、他方は、発光デバイスEL2のアノードおよびトランジスタM7のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM7は、ゲートが配線G2と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線V0と電気的に接続する。発光デバイスEL2のカソードは、配線V1と電気的に接続する。
トランジスタM4は、配線G1に供給される信号により制御され、トランジスタM5は配線G3に供給される信号により制御される。トランジスタM6は、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイスEL2に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。
トランジスタM6のゲートに供給された電位に応じて発光デバイスEL2の発光輝度を制御することができる。トランジスタM7は、配線G2に供給される信号により制御される。トランジスタM6と発光デバイスEL2との間の電位を配線V0から供給される一定の電位にリセットすることができ、トランジスタM6のソース電位を安定化させた状態でトランジスタM6のゲートへの電位書き込みを行うことができる。また、配線V0から供給される電位を配線V1と同じ電位、または配線V1よりも低い電位とすることで発光デバイスEL2の発光を抑えることができる。
以下に、画素回路PIX2が有する昇圧機能を説明する。
まず、トランジスタM6のゲートにトランジスタM4を介して配線S4の電位“D1”を供給し、これと重なるタイミングでキャパシタC3の他方の電極にトランジスタM5を介して基準電位“Vref”を供給する。このとき、キャパシタC3には“D1−Vref”が保持される。次に、トランジスタM6のゲートをフローティングとし、トランジスタM5を介してキャパシタC3の他方の電極に配線S5の電位“D2”を供給する。ここで、電位“D2”は加算用の電位である。
このとき、キャパシタC3の容量値をC3、キャパシタC2の容量値をC2、トランジスタM6のゲートの容量値をCM6とすると、トランジスタM6のゲートの電位は、D1+(C3/(C3+C2+CM6))×(D2−Vref))となる。ここで、C3の値がC2+CM6の値より十分に大きい場合を想定すると、C3/(C3+C2+CM6)は1に近似する。したがって、トランジスタM6のゲートの電位は“D1+(D2−Vref)”に近似するといえる。そして、D1=D2であって、Vref=0であれば、“D1+(D2−Vref))”=“2D1”となる。
つまり、回路を適切に設計すれば、配線S4またはS5から入力できる電位の約2倍の電位をトランジスタM6のゲートに供給できることになる。
当該作用により、汎用のドライバICを用いても高い電圧を生成することができる。したがって、入力する電圧を低くすることができ、消費電力を低減させることができる。
また、画素回路PIX2は、図19Cに示す構成であってもよい。図19Cに示す画素回路PIX2は、トランジスタM8を有する点が図19Bに示す画素回路PIX2と異なる。トランジスタM8のゲートは配線G1と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方はトランジスタM5のソースまたはドレインの他方およびキャパシタC3の他方の電極と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線V0と電気的に接続される。また、トランジスタM5のソースまたはドレインの一方は、配線S4と接続される。
図19Bに示す画素回路PIX2では、上述したようにトランジスタM5を介して基準電位および加算用の電位をキャパシタC3の他方の電極に供給する動作が行われる。この場合、配線S4、S5の2本が必要であり、配線S5では基準電位と加算用の電位を交互に書き換える必要がある。
図19Cに示す画素回路PIX2では、トランジスタM8は増えるが、基準電位を供給する専用の経路が設けられるため、配線S5を削減することができる。また、トランジスタM8のゲートは配線G1と接続することができ、基準電位を供給する配線には配線V0を用いることができるため、トランジスタM8と接続する配線は増加しない。また、一つの配線で基準電位と加算用の電位を交互に書き換えることがないため、低消費電力で高速動作が可能である。
なお、図19Bおよび図19Cでは、基準電位“Vref”として“D1”の反転電位“D1B”を用いてもよい。この場合は、配線S4またはS5から入力できる電位の約3倍の電位をトランジスタM6のゲートに供給できることになる。なお、反転電位とは、ある基準電位との差の絶対値が同じ(または概略同じ)であって、元の電位とは異なる電位を意味する。元の電位を“D1”、反転電位を“D1B”、基準電位をV0とするとき、V0=(D1+D1B)/2の関係であればよい。
本実施の形態の表示装置では、発光デバイスをパルス状に発光させることで、画像を表示してもよい。発光デバイスの駆動時間を短縮することで、表示装置の消費電力の低減、および発熱の抑制を図ることができる。特に、有機EL素子は周波数特性が優れているため、好適である。周波数は、例えば、1kHz以上100MHz以下とすることができる。
図19Dに、副画素13の画素回路PIX3の一例を示す。画素回路PIX3は、受光デバイスPD、トランジスタM9、トランジスタM10、トランジスタM11、トランジスタM12およびキャパシタC4を有する。ここでは、受光デバイスPDとして、フォトダイオードを用いた例を示している。
受光デバイスPDは、カソードが配線V1と電気的に接続し、アノードがトランジスタM9のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM9は、ゲートが配線G4と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方がキャパシタC4の一方の電極、トランジスタM10のソースまたはドレインの一方およびトランジスタM11のゲートと電気的に接続する。トランジスタM10は、ゲートが配線G5と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線V3と電気的に接続する。トランジスタM11は、ソースまたはドレインの一方が配線V4と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方がトランジスタM12のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタM12は、ゲートが配線G6と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線OUTと電気的に接続する。
配線V1、配線V3および配線V4には、それぞれ定電位が供給される。受光デバイスPDを逆バイアスで駆動させる場合には、配線V3に、配線V1の電位よりも低い電位を供給する。トランジスタM10は、配線G5に供給される信号により制御され、トランジスタM11のゲートに接続するノードの電位を配線V3に供給される電位にリセットする機能を有する。トランジスタM9は、配線G4に供給される信号により制御され、受光デバイスPDに流れる電流に応じて上記ノードの電位が変化するタイミングを制御する機能を有する。トランジスタM11は、上記ノードの電位に応じた出力を行う増幅トランジスタとして機能する。トランジスタM12は、配線G6に供給される信号により制御され、上記ノードの電位に応じた出力を配線OUTに接続する外部回路で読み出すための選択トランジスタとして機能する。
ここで、画素回路PIX1乃至PIX3が有するトランジスタM1乃至M12には、それぞれチャネルが形成される半導体層に金属酸化物(酸化物半導体)を用いたトランジスタを適用することが好ましい。
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア密度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続されたキャパシタに蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。
そのため、特にキャパシタC1、キャパシタC2、キャパシタC3またはキャパシタC4にソースまたはドレインの一方または他方が接続されるトランジスタM1、トランジスタM4、トランジスタM5、トランジスタM8、トランジスタM9およびトランジスタM10には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。副画素13に酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることで、回路構成および動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。
また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、作製コストを低減することができる。
また、トランジスタM1乃至トランジスタM12に、チャネルが形成される半導体にシリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、高い電界効果移動度を実現することができ、より高速な動作が可能となるため好ましい。
また、トランジスタM1乃至トランジスタM12のうち、一つ以上に酸化物半導体を適用したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成としてもよい。データを保持するノードに接続されるトランジスタに酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、当該ノードにおいてデータを長時間保持することが可能となる。したがって、データの書き込み回数などを削減することができ、表示装置を低消費電力化することができる。
なお、図19A乃至図19Dにおいては、nチャネル型のトランジスタを用いた例を図示しているが、pチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
画素回路PIX1が有するトランジスタ、画素回路PIX2が有するトランジスタおよび画素回路PIX3が有するトランジスタは、同一基板上に並べて形成されることが好ましい。また、画素回路PIX1乃至PIX3に接続される配線のうち、図19A乃至図19Dにおいて共通の符号で示されている配線は、共通配線としてもよい。
また、受光デバイスPD、発光デバイスEL1または発光デバイスEL2と重なる位置に、トランジスタおよびキャパシタの一方または双方を有する層を1つまたは複数設けることが好ましい。これにより、各画素回路の実効的な占有面積を小さくでき、高精細な受光部または表示部を実現できる。
図20は、画素10に含まれる副画素11(副画素11R、副画素11G、副画素11B)、副画素12、副画素13の回路図の例である。配線G1および配線G2は、ゲートドライバ(図5、回路16)と電気的に接続することができる。また、配線G3乃至配線G5は、ロードライバ(図5、回路18)と電気的に接続することができる。配線S1乃至S4は、ソースドライバ(図5、回路15)と電気的に接続することができる。配線OUTは、カラムドライバ(図5、回路17)および読み出し回路(図5、回路19)と電気的に接続することができる。
配線V0乃至V4には定電位を供給する電源回路を電気的に接続することができ、配線V0、V1、V3には低電位、配線V2、V4には高電位を供給することができる。このとき、配線V3には、配線V1に供給される電位よりも低い電位を供給することができる。
また、図21に示すように、副画素13の受光デバイスPDのアノードを配線V1に電気的に接続し、トランジスタM10のソースまたはドレインの他方を配線V3に電気的に接続する構成としてもよい。このとき、配線V3には、配線V1に供給される電位よりも高い電位を供給することができる。
本発明の一態様では、副画素11、副画素12、副画素13で電源線などを共有することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
C1:キャパシタ、C2:キャパシタ、C3:キャパシタ、C4:キャパシタ、G1:配線、G2:配線、G3:配線、G4:配線、G5:配線、G6:配線、M1:トランジスタ、M2:トランジスタ、M3:トランジスタ、M4:トランジスタ、M5:トランジスタ、M6:トランジスタ、M7:トランジスタ、M8:トランジスタ、M9:トランジスタ、M10:トランジスタ、M11:トランジスタ、M12:トランジスタ、P1:画像、P2:画像、P3:画像、PIX1:画素回路、PIX2:画素回路、PIX3:画素回路、S1:配線、S4:配線、S5:配線、V0:配線、V1:配線、V2:配線、V3:配線、V4:配線、10:画素、11:副画素、11B:副画素、11G:副画素、11R:副画素、11W:副画素、12:副画素、12E:光源、13:副画素、14:画素アレイ、15:回路、16:回路、17:回路、18:回路、19:回路、21:光、22:光、23:光、23a:光、23b:反射光、23c:光、23d:反射光、30:電子機器、31:表示装置、41:トランジスタ、42:トランジスタ、50A:表示装置、50B:表示装置、50C:表示装置、50D:表示装置、50E:表示装置、61:表示部、62:筐体、63:カメラ、64:光センサ、65:電源ボタン、66:ボタン、67:スピーカ、68:マイク、69:光源、71:アイコン、72:ポインタ、81:指示物体、82:光源、83:影、84:濃部、87:センサ、90:領域、91:領域、92:暗部、93:明部、95:領域、96:領域、97:明部、98:暗部、100A:表示装置、100B:表示装置、100C:表示装置、100D:表示装置、110:受光デバイス、111:画素電極、112:共通層、113:光電変換層、114:共通層、115:共通電極、142:接着層、143:空間、148:遮光層、149:フィルタ、151:基板、152:基板、153:基板、154:基板、155:接着層、162:表示部、164a:回路、164b:回路、165:配線、165a:配線、165b:配線、166:導電層、172a:FPC、172b:FPC、173a:IC、173b:IC、180:表示デバイス、182:バッファ層、183:発光層、184:バッファ層、190:発光デバイス、191:画素電極、192:バッファ層、193:発光層、194:バッファ層、195:保護層、195a:無機絶縁層、195b:有機絶縁層、195c:無機絶縁層、201:トランジスタ、204:接続部、205:トランジスタ、206:トランジスタ、208:トランジスタ、209:トランジスタ、210:トランジスタ、211:絶縁層、212:絶縁層、213:絶縁層、214:絶縁層、215:絶縁層、216:隔壁、217:隔壁、218:絶縁層、221:導電層、222a:導電層、222b:導電層、223:導電層、225:絶縁層、228:領域、231:半導体層、231i:チャネル形成領域、231n:低抵抗領域、242:接続層
Claims (13)
- 表示部に発光デバイスおよび受光デバイスがそれぞれ複数設けられた表示装置であって、
指示物体が前記表示部上にあるとき、
前記発光デバイスは光を照射せず、前記指示物体に遮られて減衰した光を前記受光デバイスで検出して前記指示物体の指示位置を認識する第1の機能と、
前記発光デバイスから光を照射し、前記指示物体で反射された光を前記受光デバイスで検出して前記指示物体の指示位置を認識する第2の機能と、
を有する表示装置。 - 請求項1において、
前記発光デバイスが光を照射しないときに前記受光デバイスで検出された光の強度に応じて、前記第1の機能と、前記第2の機能と、を切り替えて動作させる表示装置。 - 請求項1または2において、
前記発光デバイスから照射される光は、赤外光である表示装置。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記第1の機能において、
第1の強度以上の光を検出した前記受光デバイスが設けられた第1の領域で囲まれ、前記第1の強度よりも小さい強度の光を検出した前記受光デバイスが設けられた第2の領域およびその近傍を前記指示物体の指示位置として認識する表示装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一項において、
前記第2の機能において、
第2の強度以下の光を検出した前記受光デバイスが設けられた第3の領域で囲まれ、前記第2の強度よりも大きい強度の光を検出した前記受光デバイスが設けられた第4の領域およびその近傍を前記指示物体の指示位置として認識する表示装置。 - 請求項1乃至5のいずれか一項において、
前記受光デバイスは光電変換層を有し、前記光電変換層に有機化合物を有する表示装置。 - 請求項1乃至6のいずれか一項において、
前記表示部は表示デバイスを有し、
前記表示デバイスは、赤色、緑色、青色または白色のいずれかの光を発する表示装置。 - 請求項7において、
前記第2の機能において、
前記受光デバイスによる光の検出動作は、前記表示デバイスが非発光動作のときに行われる表示装置。 - 請求項7または8において、
前記表示デバイスおよび前記受光デバイスは、ダイオードの構成を有し、前記表示デバイスのカソードおよび前記受光デバイスのアノードは電気的に接続されている表示装置。 - 請求項7または8において、
前記表示デバイスおよび前記受光デバイスは、ダイオードの構成を有し、前記表示デバイスのカソードおよび前記受光デバイスのカソードは電気的に接続されている表示装置。 - 請求項7乃至10のいずれか一項において、
前記表示デバイスおよび前記受光デバイスは、複数のトランジスタと電気的に接続され、前記複数のトランジスタのうち一つ以上はチャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Ge、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)と、を有する表示装置。 - 請求項1乃至11のいずれか一項において、
前記指示物体は、前記表示部と接触しない位置にあっても前記指示位置を認識できる表示装置。 - 請求項1乃至12のいずれか一項に記載の表示装置と、光センサと、を有し、前記光センサで検出した光の強度に応じて指示物体の指示位置を検出する動作を切り替える電子機器。
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