WO2021260493A1 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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WO2021260493A1
WO2021260493A1 PCT/IB2021/055291 IB2021055291W WO2021260493A1 WO 2021260493 A1 WO2021260493 A1 WO 2021260493A1 IB 2021055291 W IB2021055291 W IB 2021055291W WO 2021260493 A1 WO2021260493 A1 WO 2021260493A1
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light
display device
layer
light receiving
transistor
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PCT/IB2021/055291
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楠紘慈
久保田大介
渡邉一徳
川島進
吉本智史
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株式会社半導体エネルギー研究所
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Priority to US17/927,387 priority patent/US20230238369A1/en
Priority to CN202180038534.1A priority patent/CN115698918A/zh
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    • H05B33/00—Electroluminescent light sources
    • H05B33/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • H10K59/65—OLEDs integrated with inorganic image sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

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

表示装置および電子機器
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。
特開２０１４−１９７５２２号公報
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。
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)

  1. 　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。
  2. 　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。
  3. 　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。
  4. 　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。
  5. 　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。
  6. 　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。
  7. 　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。
  8. 　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。
  9. 　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。
  10. 　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。
  11. 　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。
  12. 　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。
  13. 　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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