WO2022248971A1 - 表示装置、及び表示装置の作製方法 - Google Patents

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Abstract

撮像機能を有する表示装置を提供する。開口率の高い表示装置を提供する。 表示装置は、第1の発光素子と、受光素子と、第1の着色層と、を有し、第1の発光素子は、第1の画素電極と、第1の画素電極上の第1の有機層と、第1の有機層上の共通電極と、を有し、受光素子は、第2の画素電極と、第2の画素電極上の第2の有機層と、第2の有機層上の共通電極と、を有し、第1の有機層は、第1の発光層を含み、第2の有機層は、光電変換層を含み、第1の着色層は、第1の発光素子に重畳して配置され、光電変換層は、第1の着色層が透過する光の波長域に感度を有する。

Description

表示装置、及び表示装置の作製方法
 本発明の一態様は、表示装置に関する。本発明の一態様は、撮像装置に関する。本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置に関する。
 なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する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、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、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。
 近年、表示装置は高解像度の画像を表示するために高精細化が求められている。また、スマートフォン、タブレット型端末、またはノート型PC(パーソナルコンピュータ)などの情報端末機器においては、表示装置は、高精細化に加えて、低消費電力化が求められている。さらに、タッチパネルとしての機能、または認証のために指紋を撮像する機能など、画像を表示するだけでなく、様々な機能が付加された表示装置が求められている。
 表示装置としては、例えば、発光素子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(Electroluminescence、以下ELと記す)現象を利用した発光素子(EL素子とも記す)は、薄型軽量化が容易である、入力信号に対し高速に応答可能である、直流定電圧電源を用いて駆動可能である等の特徴を有し、表示装置に応用されている。例えば、特許文献1に、有機EL素子が適用された、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
 本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置を提供することを課題の一とする。または、高精細な撮像装置または表示装置を提供することを課題の一とする。または、開口率の高い表示装置または撮像装置を提供することを課題の一とする。または、高感度な撮像を行うことのできる撮像装置、または表示装置を提供することを課題の一とする。または、表示品位の高い撮像装置、または表示装置を提供することを課題の一とする。または、指紋などの生体情報を取得できる表示装置を提供することを課題の一とする。または、タッチパネルとして機能する表示装置を提供することを課題の一とする。または、上記表示装置の生産性が高い作製方法を提供することを課題の一とする。
 本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置、撮像装置、または電子機器を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、新規な構成を有する表示装置、撮像装置、または電子機器等を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、先行技術の問題点の少なくとも一つを少なくとも軽減することを課題の一とする。
 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抽出することが可能である。
 本発明の一態様は、第1の発光素子と、受光素子と、第1の着色層と、を有し、第1の発光素子は、第1の画素電極と、第1の画素電極上の第1の有機層と、第1の有機層上の共通電極と、を有し、受光素子は、第2の画素電極と、第2の画素電極上の第2の有機層と、第2の有機層上の共通電極と、を有し、第1の有機層は、第1の発光層を含み、第2の有機層は、光電変換層を含み、第1の着色層は、第1の発光素子に重畳して配置され、光電変換層は、第1の着色層が透過する光の波長域に感度を有する、表示装置である。
 また、上記において、第1の有機層と、第2の有機層との間の距離が8μm以下の領域を有する、ことが好ましい。
 また、上記において、樹脂層を有し、樹脂層は、第1の発光素子と、受光素子との間の領域に位置し、第1の有機層の側面と、第2の有機層の側面とは、樹脂層を挟んで対向する、ことが好ましい。
 また、上記において、絶縁層を有し、絶縁層は、第1の発光素子と、受光素子との間に位置し、絶縁層は、第1の有機層の側面、及び第2の有機層の側面に接する、ことが好ましい。
 また、上記において、第2の発光素子と、第2の着色層と、を有し、第2の発光素子は、第3の画素電極と、第3の画素電極上の第3の有機層と、第3の有機層上の共通電極と、を有し、第3の有機層は、第2の発光層を含み、第2の着色層は、第2の発光素子に重畳して配置され、第2の着色層は、第1の着色層とは透過する光の波長域が異なる、ことが好ましい。また、上記において、第1の発光層は、第2の発光層と、同一の材料を有する、ことが好ましい。
 また、上記において、第1の有機層は、第1の画素電極上の第1の発光ユニットと、第1の発光ユニット上の第1の電荷発生層と、第1の電荷発生層上の第2の発光ユニットと、を有し、第3の有機層は、第3の画素電極上の第3の発光ユニットと、第3の発光ユニット上の第2の電荷発生層と、第2の電荷発生層上の第4の発光ユニットと、を有する、ことが好ましい。
 また、上記において、第1の発光ユニットは、第3の発光ユニットと、同一の材料を有し、第1の電荷発生層は、第2の電荷発生層と、同一の材料を有し、第2の発光ユニットは、第4の発光ユニットと、同一の材料を有する、ことが好ましい。
 また、本発明の他の一態様は、第1の画素電極及び第2の画素電極を形成し、第1の画素電極、及び第2の画素電極を覆って、第1の有機膜を成膜し、第1の有機膜上に第1の犠牲膜を成膜し、第1の犠牲膜上に、第1の画素電極に重畳して、第1のレジストマスクを形成し、第1のレジストマスクを用いて、第1の犠牲膜を島状の第1の犠牲層に加工し、第1の犠牲層をマスクとして、第1の有機膜を島状の第1の有機層に加工し、第1の有機層、及び第2の画素電極を覆って、第2の有機膜を成膜し、第2の有機膜上に第2の犠牲膜を成膜し、第2の犠牲膜上に、第2の画素電極に重畳して、第2のレジストマスクを形成し、第2のレジストマスクを用いて、第2の犠牲膜を島状の第2の犠牲層に加工し、第2の犠牲層をマスクとして、第2の有機膜を島状の第2の有機層に加工し、第1の有機層上に重畳して、着色層を配置し、第1の有機層は、発光性の有機化合物を含み、第2の有機層は、光電変換材料を含む、表示装置の作製方法である。
 また、本発明の他の一態様は、第1の画素電極及び第2の画素電極を形成し、第1の画素電極、及び第2の画素電極を覆って、第1の有機膜を成膜し、第1の有機膜上に第1の犠牲膜を成膜し、第1の犠牲膜上に、第1の画素電極に重畳して、第1のレジストマスクを形成し、第1のレジストマスクを用いて、第1の犠牲膜を島状の第1の犠牲層に加工し、第1の犠牲層をマスクとして、第1の有機膜を島状の第1の有機層に加工し、第1の有機層、及び第2の画素電極を覆って、第2の有機膜を成膜し、第2の有機膜上に第2の犠牲膜を成膜し、第2の犠牲膜上に、第2の画素電極に重畳して、第2のレジストマスクを形成し、第2のレジストマスクを用いて、第2の犠牲膜を島状の第2の犠牲層に加工し、第2の犠牲層をマスクとして、第2の有機膜を島状の第2の有機層に加工し、第2の有機層上に重畳して、着色層を配置し、第1の有機層は、光電変換材料を含み、第2の有機層は、発光性の有機化合物を含む、表示装置の作製方法である。
 また、上記において、第2の有機層の形成後、第1の有機層、及び第2の有機層を覆って絶縁膜を成膜する、ことが好ましい。また、上記において、絶縁膜を、原子層堆積法を用いて成膜する、ことが好ましい。
 また、上記において、第1の有機層と第2の有機層の間の領域において、絶縁膜の上に樹脂層を形成する、ことが好ましい。また、上記において、樹脂層として、感光性の有機樹脂を用いる、ことが好ましい。
 本発明の一態様によれば、撮像機能を有する表示装置を提供することができる。または、高精細な撮像装置または表示装置を提供することができる。または、開口率の高い表示装置または撮像装置を提供することができる。または、高感度な撮像を行うことのできる撮像装置、または表示装置を提供することができる。または、表示品位の高い撮像装置、または表示装置を提供することができる。または、指紋などの生体情報を取得できる表示装置を提供することができる。または、上記表示装置の生産性が高い作製方法を提供することができる。
 本発明の一態様によれば、信頼性の高い表示装置、撮像装置、または電子機器を提供することができる。または、新規な構成を有する表示装置、撮像装置、または電子機器等を提供できる。または、先行技術の問題点の少なくとも一つを少なくとも軽減できる。
 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。なお、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。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
図1A乃至図1Cは、表示装置の構成例を示す図である。
図2A乃至図2Cは、表示装置の構成例を示す図である。
図3A及び図3Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図4A及び図4Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図5A及び図5Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図6A及び図6Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図7A及び図7Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図8A乃至図8Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図9A乃至図9Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図10A乃至図10Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図11A乃至図11Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図12A乃至図12Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図13A乃至図13Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図14A乃至図14Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図15A乃至図15Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図16A乃至図16Cは、表示装置の作製方法例を示す図である。
図17は、表示装置の構成例を示す図である。
図18Aは、表示装置の構成例を示す図である。図18Bは、トランジスタの構成例を示す図である。
図19は、表示装置の構成例を示す図である。
図20A及び図20Bは、表示装置の構成例を示す図である。
図21は、表示装置の構成例を示す図である。
図22は、表示装置の構成例を示す図である。
図23は、表示装置の構成例を示す図である。
図24は、表示装置の構成例を示す図である。
図25は、表示装置の構成例を示す図である。
図26A、図26B及び図26Dは、表示装置の例を示す断面図である。図26C、図26Eは、画像の例を示す図である。図26F乃至図26Hは、画素の例を示す上面図である。
図27A及び図27Bは、表示装置の一例を示す断面図である。
図28A及び図28Bは、表示装置の一例を示す断面図である。
図29A乃至図29Eは、表示装置の一例を示す断面図である。
図30A乃至図30Cは、画素の例を示す図である。図30D及び図30Eは、画素の回路図の例を示す図である。
図31A乃至図31Jは、表示装置の構成例を示す図である。
図32A及び図32Bは、電子機器の一例を示す図である。
図33A乃至図33Dは、電子機器の一例を示す図である。
図34A乃至図34Fは、電子機器の一例を示す図である。
図35A乃至図35Fは、電子機器の一例を示す図である。
 以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及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。従って、本発明は、以下の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、同一部分又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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
 なお、本明細書で説明する各図において、各構成要素の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
 なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
 なお、以下では「上」、「下」などの向きを示す表現は、基本的には図面の向きと合わせて用いるものとする。しかしながら、説明を容易にするためなどの目的で、明細書中の「上」または「下」が意味する向きが、図面とは一致しない場合がある。一例としては、積層体等の積層順(または形成順)などを説明する場合に、図面において当該積層体が設けられる側の面(被形成面、支持面、接着面、平坦面など)が当該積層体よりも上側に位置していても、その向きを下、これとは反対の向きを上、などと表現する場合がある。
 また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」または「絶縁層」という用語は、「導電膜」または「絶縁膜」という用語に相互に交換することが可能な場合がある。
 なお、本明細書において、EL層とは発光素子の一対の電極間に設けられ、少なくとも発光性の物質を含む層(発光層とも呼ぶ)、または発光層を含む積層体を示すものとする。
 本明細書等において、表示装置の一態様である表示パネルは表示面に画像等を表示(出力)する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
 また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばFPC(Flexible Printed Circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にCOG(Chip On Glass)方式等によりIC(Integrated Circuit)が実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
(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の構成例、及び表示装置の作製方法例について説明する。
 本発明の一態様は、発光素子(発光デバイスともいう)と、受光素子(受光デバイスともいう)を有する表示装置である。発光素子は一対の電極と、その間にEL層を有する。受光素子は、一対の電極と、その間に活性層を有する。発光素子は、白色光を発する有機EL素子(有機電界発光素子)であることが好ましい。受光素子は、有機フォトダイオード(有機光電変換素子)であることが好ましい。
 また、表示装置は、各画素において、白色光を発する発光素子と、当該発光素子と重畳する着色層と、を有する。各画素に設けられた副画素において、異なる色の可視光を透過する着色層を用いることで、表示装置はフルカラー表示を行うことができる。さらに、各画素に用いられる発光素子は、同一の材料を用いて形成することができるので、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
 本発明の一態様は、複数の受光素子によって撮像することができるため、撮像装置として機能する。このとき、発光素子は、撮像のための光源として用いることができる。また、本発明の一態様は、複数の発光素子によって画像を表示することが可能なため、表示装置として機能する。したがって、本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置、または表示機能を有する撮像装置ということができる。
 例えば、本発明の一態様の表示装置は、表示部に発光素子がマトリクス状に配置され、さらに表示部には、受光素子がマトリクス状に配置される。そのため、表示部は、画像を表示する機能と、受光部としての機能を有する。表示部に設けられる複数の受光素子により画像を撮像することができるため、表示装置は、イメージセンサまたはタッチパネルなどとして機能することができる。すなわち、表示部で画像を撮像すること、または対象物が近づくことまたは接触することを検出することなどができる。さらに、表示部に設けられる発光素子は、受光の際の光源として利用することができるため、表示装置とは別に光源を設ける必要がなく、電子部品の部品点数を増やすことなく機能性の高い表示装置を実現できる。
 本発明の一態様は、発光素子から発射され着色層を通過した光を対象物が反射した際に、受光素子がその反射光を検出できるため、暗い環境でも撮像またはタッチ(非接触を含む)の検出などを行うことができる。
 また、本発明の一態様の表示装置は、表示部に指、掌などを接触させた場合に、指紋または掌紋などを撮像することができる。そのため、本発明の一態様の表示装置を備える電子機器は、撮像した指紋、または掌紋などの画像を用いて、個人認証を実行することができる。これにより、指紋認証または掌紋認証などのための撮像装置を別途設ける必要がなく、電子機器の部品点数を削減することができる。また、表示部にはマトリクス状に受光素子が配置されているため、表示部のどの場所であっても指紋または掌紋などの撮像を行うことができ、利便性に優れた電子機器を実現できる。
 ここで、各画素の発光素子を、白色発光の有機EL素子で形成する場合、各画素において、発光層の塗分けを行う必要がない。よって、発光素子に含まれる画素電極以外の層(例えば発光層など)を、各画素で共通にすることができる。しかしながら、発光素子に含まれる層には、比較的導電性が高い層もあり、導電性が高い層が各画素で共通で設けられることで、画素間にリーク電流(サイドリーク、又はサイドリーク電流ともいう)が発生する場合がある。特に、表示装置が高精細化または高開口率化され、画素間の距離が小さくなると、当該リーク電流は無視できない大きさになる。これにより、輝度の低下、コントラストの低下などが生じることで、表示品位が低下してしまう。また、リーク電流によって電力効率、消費電力などが悪化してしまう。
 また、発光素子と受光素子との間に、同様のリーク電流が生じる場合には、当該リーク電流が、受光素子で撮像を行う際のノイズの要因となるため、撮像の感度(例えば、シグナル−ノイズ比(S/N比))が低下してしまう恐れがある。
 そこで本発明の一態様では、フォトリソグラフィ法によって、各画素において発光素子の少なくとも一部を加工し、さらに各画素において受光素子の少なくとも一部を島状に加工する。なお、先に受光素子の少なくとも一部を島状に加工し、その後発光素子の少なくとも一部を加工する構成にしてもよい。ここで、当該発光素子の島状に形成する部分には、発光素子が有する発光性の化合物を含む層(発光層ともいう)を含むものとする。また、当該受光素子の島状に形成する部分には、受光素子が有する光電変換材料を含む層(活性層、または光電変換層ともいう)を含むものとする。
 このような構成にすることにより、発光素子と受光素子との間の電流のリーク経路(リークパス)を分断することができる。これにより、発光素子と受光素子との間のリーク電流が抑制され、シグナル−ノイズ比(S/N比)の高い高精度な撮像を行うことができる。そのため、微弱な光であっても、鮮明な撮像を行うことができる。そのため、撮像時には光源として用いる発光素子の輝度を低くできるため、消費電力を低減することができる。
 さらに、隣接する2つの発光素子間で、電流のリーク経路を分断し、リーク電流を抑制することができる。そのため、輝度を高めること、コントラストを高めること、表示品位を高めること、電力効率を高めること、または消費電力を低減すること、などができる。
 さらに、エッチングにより露出した有機積層膜の側面を保護するために、絶縁層を形成することが好ましい。これにより、表示装置の信頼性を高めることができる。
 異なる色の発光素子間で、発光層を作り分ける場合、メタルマスク又はFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)などのシャドーマスクを用いた蒸着法により形成することが知られている。なお、本明細書等において、メタルマスク、又はFMMを用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスと呼称する場合がある。
 上記の通り、本発明の一態様は、発光層を含む有機層及び活性層を含む有機層を、メタルマスクなどのシャドーマスクを用いることなく、フォトリソグラフィ法により微細なパターンに加工する。なお、本明細書等において、メタルマスク、又はFMMを用いることなく作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスと呼称する場合がある。MML構造で形成することにより、これまで実現が困難であった高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を実現できる。
 画素同士の距離について、例えばメタルマスクを用いた形成方法では10μm未満にすることは困難であるが、上記方法によれば、8μm以下、3μm以下、2μm以下、または、1μm以下にまで狭めることができる。ここで、画素同士の距離は、隣接する画素電極の対向する端部の間の距離で規定することができる。または、画素同士の距離は、隣接する、発光層を含む有機層及び活性層を含む有機層の、対向する端部の間の距離で規定することができる。
 画素同士の間隔を上記のように縮小することにより、2つの発光素子間に存在しうる非発光領域の面積を大幅に縮小することができ、開口率を100%に近づけることが可能となる。例えば、開口率は、50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、さらには90%以上であって、100%未満を実現することもできる。
 以下では、本発明の一態様の表示装置の構成例、及び作製方法例について図面を参照して説明する。
[構成例1]
 図1Aに、表示装置100の上面概略図を示す。また、図1B、図1Cはそれぞれ、図1A中の一点鎖線A1−A2、一点鎖線C1−C2に対応する断面概略図である。表示装置100は、複数の画素103がマトリクス状に配置された表示部を有する。
 図1Aに示す画素103には、マトリクス配列が適用されている。図1Aに示す画素103は、副画素103R、103G、103B、103Sの、4つの副画素から構成される。なお、図1Aでは、各副画素の区別を簡単にするため、各副画素の領域内にR、G、B、Sの符号を付している。
 副画素103R、103G、103Bは、白色発光する発光素子110R、110G、110B(以下、まとめて発光素子110と呼ぶ場合がある。)を有する。発光素子110R、110G、110Bに重畳して設けられた着色層129R、129G、129B(以下、まとめて着色層129と呼ぶ場合がある。)によって、それぞれの副画素が異なる色の光を発する。なお、図1Bには図示していないが、着色層129R、129Gと同様に、着色層129Bも同様に設けられる。副画素103R、103G、103Bとしては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の副画素を設ければよい。また、これに限られず、副画素として、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色の副画素を設けてもよい。
 図1Aは、一方向に2つの副画素が交互に配列する構成を示している。なお、副画素の配列方法はこれに限られず、ストライプ配列、Sストライプ配列、デルタ配列、ベイヤー配列、ジグザグ配列などの配列方法を適用してもよいし、ペンタイル配列、ダイヤモンド配列などを用いることもできる。
 発光素子110R、110G、110Bとしては、OLED(Organic 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)、無機化合物(量子ドット材料など)、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)などが挙げられる。
 副画素103Sは、受光素子110Sを有する。受光素子110S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。受光素子110Sは、受光素子110Sに入射する光を検出し、電荷を発生させる光電変換素子として機能する。光電変換素子は、入射する光量に応じて、発生する電荷量が決まる。特に、受光素子110Sとして、有機化合物を含む層を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、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な装置に適用できる。
 また、図1Aには、共通電極113と電気的に接続する接続電極111Cを示している。接続電極111Cは、共通電極113に供給するための電位(例えばアノード電位、またはカソード電位)が与えられる。接続電極111Cは、発光素子110Rなどが配列する表示領域の外に設けられる。また図1Aには、共通電極113を破線で示している。
 接続電極111Cは、表示領域の外周に沿って設けることができる。例えば、表示領域の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、表示領域の外周の2辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、表示領域の上面形状が長方形である場合には、接続電極111Cの上面形状は、帯状、L字状、コの字状(角括弧状)、または四角形などとすることができる。
 図1Bに示すように、表示装置100は、基板101上に発光素子110R、発光素子110G、発光素子110B(図示しない)、及び受光素子110Sが設けられ、これらを覆うように保護層121が設けられている。ここで、基板101には、配線、トランジスタ、電極など(図示しない)が設けられており、最上部には、絶縁層が形成されていることが好ましい。なお、図1Bでは、副画素103Bが図示されていないが、副画素103Bに含まれる構成要素についても、副画素103R及び副画素103Gに含まれる構成要素と同様に設けることができる。保護層121上には、樹脂層122が設けられている。さらにその上に、樹脂層122によって基板102が貼り合わされている。また、基板102には、着色層129R、着色層129G、着色層129B(図示しない)が設けられている。また、隣り合う発光素子または受光素子の間の領域には、絶縁層125と、絶縁層125上の樹脂層126と、が設けられている。
 発光素子110Rは、画素電極111R、画素電極111R上の有機層112R、有機層112R上の有機層114、及び有機層114上の共通電極113を有する。発光素子110Gは、画素電極111G、画素電極111G上の有機層112G、有機層112G上の有機層114、及び有機層114上の共通電極113を有する。受光素子110Sは、画素電極111S、画素電極111S上の有機層155、有機層155上の有機層114、及び有機層114上の共通電極113を有する。発光素子110R、110G、110B、及び受光素子110Sは、島状にパターン形成されていることが好ましい。有機層114と共通電極113は、発光素子110R、発光素子110G、受光素子110S、及び発光素子110Bに、共通の膜として設けられる。有機層114は、共通層ともいうことができる。
 有機層112R、有機層112G、及び有機層112B(図示しない)は、白色(W)の光を発することが好ましい。有機層112R、有機層112G、及び有機層112Bは、少なくとも発光層を含む層である。有機層112R、有機層112G、及び有機層112Bの上に、それぞれ異なる色の光を透過する、着色層129R、着色層129G、及び着色層129B(図示しない)を設けることで、異なる色の光を発する副画素103R、副画素103G、及び副画素103Bを形成することができる。なお、本実施の形態の発光素子の構成に、特に限定はなく、シングル構造であってもタンデム構造であってもよい。なお、発光素子の構成例については後述する。
 受光素子110Sが有する有機層155は、可視光または赤外光の波長域に感度を有する光電変換材料を有する。有機層155が有する光電変換材料が感度を有する波長域には、着色層129Rが透過する光の波長域、着色層129Gが透過する光の波長域、または着色層129Bが透過する光の波長域のうち、一以上が含まれることが好ましい。有機層155は、活性層、または光電変換層とも呼ぶことができる。
 以下では、発光素子110R、発光素子110G、及び発光素子110Bに共通する事項を説明する場合には、発光素子110と呼称して説明する場合がある。同様に、有機層112R、有機層112G、及び有機層112Bなど、アルファベットで区別する構成要素についても、これらに共通する事項を説明する場合には、アルファベットを省略した符号を用いて説明する場合がある。
 なお、図1Bに示すように、有機層112及び有機層155が、画素電極111を覆う構成にすることが好ましい。この場合、有機層112及び有機層155の側面端部は、画素電極111の側面端部よりも外側に位置する。また、有機層112及び有機層155の画素電極111と重畳しない領域は、基板101の上面に接する。これにより、画素電極111を露出させずに、有機層112及び有機層155の形成工程等を行うことができる。よって、当該工程において、画素電極111の損傷を低減することができるので、発光素子110及び受光素子110Sの歩留まりを向上させることができ、発光素子110の表示品位を向上させ、及び受光素子110Sで高感度な撮像を行うことができる。
 各発光素子において、画素電極と、共通電極113との間に位置する積層膜を、EL(Electroluminescence)層と呼ぶことができる。つまり、有機層112と有機層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。また受光素子110Sにおいて、画素電極111Sと、共通電極113との間に位置する積層膜をPD(Photodiode)層と呼ぶことができる。つまり、有機層155と有機層114をまとめてPD層と呼ぶことができる。
 有機層112、有機層155、及び有機層114は、発光層及び受光層以外の層として、それぞれ独立に電子注入層、電子輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、正孔注入層、及び正孔輸送層のうち、一以上を有することができる。例えば、有機層112が、画素電極111側から正孔注入層と正孔輸送層の積層構造を有し、発光層または受光層の上に電子輸送層を有し、有機層114が電子注入層を有する構成とすることができる。または、有機層112が、画素電極111側から電子注入層と電子輸送層の積層構造を有し、発光層または受光層の上に正孔輸送層を有し、有機層114が正孔注入層を有する構成とすることができる。
 なお、有機層112、有機層114、有機層155など、発光素子または受光素子110Sの一対の電極間に位置する層について、有機層という名称は、有機EL素子または有機光電変換素子を構成する層、という意図を含み、必ずしも有機化合物を含む必要はない。例えば、有機層112、有機層114、及び有機層155には、それぞれ有機化合物を含まず、無機化合物または無機物のみを含む膜を用いることもできる。
 画素電極111R、画素電極111G、及び画素電極111B(図示しない)は、それぞれ発光素子ごとに設けられている。また、共通電極113及び有機層114は、各発光素子及び受光素子110Sに共通な一続きの層として設けられている。各画素電極と共通電極113のいずれか一方に可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、他方に反射性を有する導電膜を用いる。各画素電極を透光性、共通電極113を反射性とすることで、下面射出型(ボトムエミッション型)の表示装置とすることができ、反対に各画素電極を反射性、共通電極113を透光性とすることで、上面射出型(トップエミッション型)の表示装置とすることができる。なお、各画素電極と共通電極113の双方を透光性とすることで、両面射出型(デュアルエミッション型)の表示装置とすることもできる。
 共通電極113上には、発光素子110R、発光素子110G、受光素子110S、及び発光素子110B(図示しない)を覆って、保護層121が設けられている。保護層121は、上方から各発光素子に水などの不純物が拡散することを防ぐ機能を有する。
 隣接する発光素子と受光素子110Sとの間、及び、隣接する2つの発光素子間には、スリット120が設けられている。スリット120は、隣接する発光素子と受光素子110Sとの間、または、隣接する2つの発光素子間に位置する有機層112または有機層155をエッチングした部分に相当する。
 ここで、有機層112及び有機層155を、フォトリソグラフィ法を用いて加工することにより、スリット120で隔てられる各画素間の距離を、8μm以下、3μm以下、2μm以下、または、1μm以下にまで狭めることができる。ここで、各画素間の距離とは、例えば、各有機層112の対向する端部の間の距離、有機層112と有機層155の対向する端部の間の距離、及び各有機層155の対向する端部の間の距離で規定することができる。または、隣接する画素電極111の対向する端部の間の距離で規定することができる。このように、各画素間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を提供することができる。
 さらに、隣接する有機層112と有機層155をスリット120で離隔することで、有機層112と有機層155との間の電流のリーク経路を分断することができる。これにより、有機層112と有機層155との間のリーク電流が抑制され、シグナル−ノイズ比(S/N比)の高い高精度な撮像を行うことができる。そのため、微弱な光であっても、鮮明な撮像を行うことができる。そのため、撮像時には光源として用いる発光素子の輝度を低くできるため、消費電力を低減することができる。
 さらに、隣接する有機層112同士をスリット120で離隔することで、隣接する有機層112同士の間で、電流のリーク経路を分断し、リーク電流を抑制することができる。これにより、発光素子において、輝度を高めること、コントラストを高めること、表示品位を高めること、電力効率を高めること、または消費電力を低減すること、などができる。
 スリット120には、絶縁層125と、樹脂層126が設けられている。絶縁層125は、スリット120の側壁及び底面に沿って設けられている。よって、絶縁層125は、有機層112の側面、及び有機層155の側面に接している。また、樹脂層126は、絶縁層125上に設けられ、スリット120に位置する凹部を埋めている。よって、樹脂層126は、有機層112の側面同士の間、または、有機層112の側面と有機層155の側面の間に位置している。言い換えると、有機層112の側面同士、または、有機層112の側面と有機層155の側面は、樹脂層126を挟んで対向している。また、樹脂層126は、スリット120に位置する凹部を埋めることで、その上面を平坦化する機能を有する。樹脂層126により、スリット120の凹部を平坦化することで、有機層114、共通電極113、及び保護層121の被覆性を高めることができる。
 また、スリット120は、接続電極111Cなどの外部接続端子の開口部の形成と同時に形成できるため、工程を増やすことなく、これらを形成できる。また、スリット120は、絶縁層125、及び樹脂層126を有するため、画素電極111と、共通電極113との間の短絡を防止する効果を奏する。また、樹脂層126は、有機層114の密着性を向上させる効果を奏する。すなわち、樹脂層126を設けることで、有機層114の密着性が向上するため、有機層114の膜剥がれを抑制することができる。
 絶縁層125は、有機層(例えば、有機層112、有機層155など)の側面に接して設けられるため、当該有機層と、樹脂層126とが接しない構造とすることができる。当該有機層と、樹脂層126とが接すると、樹脂層126に含まれる有機溶媒などにより有機層が溶解する可能性がある。そのため、本実施の形態に示すように、有機層と樹脂層126との間に絶縁層125を設ける構成とすることで、有機層の側面を保護することが可能となる。なお、スリット120は、少なくとも正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、活性層、正孔ブロック層、電子輸送層、及び電子注入層のいずれか一または複数を分断できる構成であればよい。
 絶縁層125としては、無機材料を有する絶縁層とすることができる。絶縁層125には、例えば、酸化絶縁膜、窒化絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、及び窒化酸化絶縁膜などの無機絶縁膜を用いることができる。絶縁層125は単層構造であってもよく積層構造であってもよい。酸化絶縁膜としては、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化マグネシウム膜、インジウムガリウム亜鉛酸化物膜、酸化ガリウム膜、酸化ゲルマニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、酸化ネオジム膜、酸化ハフニウム膜、及び酸化タンタル膜などが挙げられる。窒化絶縁膜としては、窒化シリコン膜及び窒化アルミニウム膜などが挙げられる。酸化窒化絶縁膜としては、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜などが挙げられる。窒化酸化絶縁膜としては、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などが挙げられる。特に原子層堆積(ALD:Atomic Layer Deposition)法により形成した酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜などの酸化金属膜、または酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を絶縁層125に適用することで、ピンホールが少なく、EL層を保護する機能に優れた絶縁層125を形成することができる。
 なお、本明細書などにおいて、酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。例えば、酸化窒化シリコンと記載した場合は、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンと記載した場合は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
 絶縁層125の形成は、スパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、ALD法などを用いることができる。絶縁層125は、被覆性が良好なALD法を用いて形成することが好ましい。
 樹脂層126としては、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。例えば、樹脂層126として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、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、及びこれら樹脂の前駆体等を適用することができる。また、樹脂層126として、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂などの有機材料を用いてもよい。
 また、樹脂層126として、感光性の樹脂を用いることができる。感光性の樹脂としてはフォトレジストを用いてもよい。感光性の樹脂は、ポジ型の材料、またはネガ型の材料を用いることができる。
 また、樹脂層126として、着色された材料(例えば、黒色の顔料を含む材料など)を用いることで、隣接する画素からの迷光を遮断し、混色を抑制する機能を付与してもよい。
 また、絶縁層125と、樹脂層126との間に、反射膜(例えば、銀、パラジウム、銅、チタン、及びアルミニウムなどの中から選ばれる一または複数を含む金属膜)を設け、発光層から射出される光を上記反射膜により反射させ、光取り出し効率を向上させる機能を付与してもよい。
 樹脂層126の上面は、平坦であるほど好ましいが、表面が緩やかな曲面形状となる場合がある。図1B等では、樹脂層126の上面が凹部と凸部とを有する波型形状を有する例を示しているが、これに限られない。例えば樹脂層126の上面は、凸面、凹面、または平面であってもよい。
 保護層121としては、例えば、少なくとも無機絶縁膜を含む単層構造または積層構造とすることができる。無機絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜などの酸化物膜または窒化物膜が挙げられる。または、保護層121としてインジウムガリウム酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物などの半導体材料を用いてもよい。
 図1Cには、接続電極111Cと共通電極113とが電気的に接続する接続部130を示している。接続部130では、接続電極111C上に、有機層114を介して共通電極113が設けられている。また、接続電極111Cの側面に接して絶縁層125が設けられ、当該絶縁層125上に樹脂層126が設けられている。
 なお、接続部130に有機層114を設けなくてもよい。その場合、接続部130では、接続電極111C上に共通電極113が接して設けられ、共通電極113を覆って保護層121が設けられる。
 保護層121としては、無機絶縁膜と、有機絶縁膜の積層膜を用いることもできる。例えば、一対の無機絶縁膜の間に、有機絶縁膜を挟んだ構成とすることが好ましい。さらに有機絶縁膜が平坦化膜として機能することが好ましい。これにより、有機絶縁膜の上面を平坦なものとすることができるため、その上の無機絶縁膜の被覆性が向上し、バリア性を高めることができる。また、保護層121の上面が平坦となるため、保護層121の上方に構造物(例えばカラーフィルタ、タッチセンサの電極、レンズ、またはレンズアレイなど)を設ける場合に、下方の構造に起因する凹凸形状の影響を軽減できるため好ましい。
 保護層121上には、樹脂層122が設けられる。樹脂層122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(ポリビニルブチラール)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。
 樹脂層122と基板102の間に、着色層129(着色層129R、着色層129G、及び着色層129B(図示しない))が設けられる。着色層129Rは発光素子110Rと重なる領域を有し、着色層129Gは発光素子110Gと重なる領域を有し、着色層129Bは発光素子110B(図示しない)と重なる領域を有する。着色層129R、129G、129Bは、少なくともそれぞれの発光素子110が有する発光層と重なる領域を有する。
 着色層129R、着色層129G、及び着色層129Bは、互いに異なる波長域の光を透過する機能を有する。例えば、着色層129Rは赤色の波長域に強度を有する光を透過する機能を有し、着色層129Gは緑色の波長域に強度を有する光を透過する機能を有し、着色層129Bは青色の波長域に強度を有する光を透過する機能を有する。これにより、表示装置100は、フルカラー表示を行うことができる。なお、着色層129は、シアン、マゼンタ、及び黄色の光のいずれかを透過する機能を有してもよい。
 ここで、隣接する着色層129は、重なる領域を有することが好ましい。具体的には、発光素子110と重ならない領域において、隣接する着色層129が重なる領域を有することが好ましい。異なる色の光を透過する着色層129が重なることで、着色層129が重なる領域において、着色層129を遮光層として機能させることができる。よって、発光素子110が発する光が隣接する副画素に漏れることを抑制できる。例えば、着色層129Rと重なる発光素子110Rが発する光が、着色層129Gに入射されることを抑制できる。よって、表示装置に表示される画像のコントラストを高めることができ、表示品位の高い表示装置を実現できる。
 なお、隣接する着色層129が重なる領域を有さなくてもよい。この場合、発光素子110と重ならない領域に、遮光層を設けることが好ましい。遮光層は、例えば基板102の樹脂層122側の面に設けることができる。
 なお、上記においては、有機層112及び有機層155が画素電極111を覆う構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。図2Aに示すように、有機層112及び有機層155が、画素電極111の平坦部の上のみに形成され、画素電極111の端部を乗り越えて形成されない構成にしてもよい。ここで、図2Aは、図1A中の一点鎖線A1−A2に対応する断面概略図である。このような構成にすることで、画素電極111の段差に起因して、有機層112及び有機層155に段切れが生じることを抑制することができる。また、当該段切れによって、有機層114及び共通電極113にさらに段切れが生じるのを防ぐことができる。
 また、図2Bに示すように、有機層112及び有機層155の側面と画素電極111の側面が概略一致する構成にしてもよい。ここで、図2Bは、図1A中の一点鎖線A1−A2に対応する断面概略図である。
 また、図2Cに示すように、着色層129を保護層121の上面に接して設ける構成にしてもよい。この場合、樹脂層122は、着色層129及び保護層121を覆って設けられる。保護層121上に着色層129を形成することで、各発光素子と各着色層129との位置合わせが容易であり、極めて高精細な表示装置を実現できる。
 続いて、スリット120及びその近傍の好ましい構成について、詳細に説明する。図3Aは、図1Bにおける発光素子110Rの一部、発光素子110Gの一部、及びこれらの間の領域を含む断面概略図である。
 図3Aに示すように、画素電極111の端部は、テーパー形状であることが好ましい。これにより、有機層112の段差被覆性を高めることができる。なお、本明細書等において、対象物の端部がテーパー形状であるとは、その端部の領域において表面と被形成面との成す角度が0度より大きく90度未満であり、端部から連続的に厚さが増加するような断面形状を有することをいう。なお、ここでは画素電極111R等が単層構造である場合を示しているが、複数の層を積層してもよい。
 画素電極111Rを覆って有機層112Rが設けられている。また画素電極111Gを覆って有機層112Gが設けられている。これら有機層112は、一続きの膜がスリット120で分断されることで形成されている。
 絶縁層125は、スリット120の内部に設けられ、有機層112Rの側面、及び有機層112Gの側面の側面に接して設けられる。また、絶縁層125は、基板101の上面を覆って設けられる。
 樹脂層126は、絶縁層125の上面及び側面に接して設けられている。樹脂層126は、有機層114の被形成面の凹部を平坦化する機能を有する。
 有機層112R、有機層112G、絶縁層125、及び樹脂層126の上面を覆って、有機層114、共通電極113、及び保護層121がこの順で形成されている。なお、有機層114は不要であれば設けなくてもよい。
 図3Bは、発光素子110Gの一部、受光素子110Sの一部、及びこれらの間に位置するスリット120の断面概略図を示している。
 画素電極111Gを覆って有機層112Gが設けられている。また画素電極111Sを覆って有機層155が設けられている。有機層112Gと有機層155は、スリット120で分断されている。
 図3A及び図3Bに示す拡大図では、発光素子110Rと発光素子110Gの間の領域、及び発光素子110Gと受光素子110Sの間の領域について説明したが、発光素子110Rと発光素子110Bの間、発光素子110Gと発光素子110Bの間、発光素子110Rと受光素子110Sの間、発光素子110Bと受光素子110Sの間についても同様の構成を有する。
 図4A及び図4Bは、それぞれ絶縁層125を有さない場合の断面概略図である。図4Aにおいて、樹脂層126は、有機層112Rの側面、及び有機層112Gの側面に接して設けられる。また図4Bにおいて、樹脂層126は、有機層155の側面及び有機層112Gの側面に接して設けられる。
 このとき、樹脂層126となる膜の形成時に用いる溶媒によって、EL層またはPD層の一部が溶解してしまう場合がある。そのため、絶縁層125を設けない場合には、樹脂層126の溶媒として、水、またはエチルアルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコール(IPA)、またはグリセリンなどのアルコールを用いることが好ましい。なお、これに限られず、EL層及びPD層を溶解しない、または溶解しにくい溶媒を用いればよい。
 このように、本発明の一態様の表示装置は、画素電極の端部を覆う絶縁物が設けられない構造とすることができる。別言すると、画素電極と、EL層との間に絶縁物が設けられない構成である。当該構成とすることで、EL層からの発光を効率よく取り出すことができるため、視野角依存性を極めて小さくすることができる。例えば、本発明の一態様の表示装置においては、視野角(斜め方向から画面を見たときの、一定のコントラスト比が維持される最大の角度)を100°以上180°未満、好ましくは150°以上170°以下の範囲とすることができる。なお、上記の視野角については、上下、及び左右のそれぞれに適用することができる。本発明の一態様の表示装置とすることで、視野角特性が向上し、画像の視認性を高めることが可能となる。
[変形例]
 図5A及び図5Bは、それぞれ図3A、図3Bの変形例である。図5A、図5Bでは、画素電極の端部を覆う絶縁層131が設けられる場合の例を示している。
 絶縁層131は、有機層112の被形成面を平坦化する機能を有する。絶縁層131の端部は、テーパー形状であることが好ましい。また、絶縁層131に有機樹脂を用いることで、その表面を緩やかな曲面とすることができる。そのため、絶縁層131の上に形成される膜の被覆性を高めることができる。また絶縁層131は、隣接する2つの画素電極111が意図せず電気的に短絡することを防ぐ機能を有する。
 絶縁層131に用いることのできる材料としては、例えばアクリル樹脂、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、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
 図5A、及び図5Bに示すように、絶縁層131は、スリット120と重なる領域に、凹部を有していてもよい。この凹部は、スリット120を形成するためのエッチングの際に、絶縁層131の上部の一部がエッチングされることにより形成されうる。絶縁層125の一部は、絶縁層131の当該凹部に嵌るように形成されるため、これらの密着性を高めることができる。ここで、スリット120は、絶縁層131と重なる領域に設けられる。
 図6A、及び図6Bは、絶縁層131上に絶縁層132を設けた場合の例である。
 絶縁層132は、絶縁層131を介して画素電極111の端部と重なる。また、絶縁層132は、絶縁層131の端部を覆って設けられる。また、絶縁層132は、画素電極111の上面と接する部分を有する。
 絶縁層132は、その端部がテーパー形状であることが好ましい。これにより、絶縁層132の端部を覆って設けられるEL層など、絶縁層132の上に形成される膜の段差被覆性を高めることができる。
 また、絶縁層132は、その厚さが絶縁層131よりも薄いことが好ましい。絶縁層132を薄く形成することで、絶縁層132上に形成される膜の段差被覆性を高めることができる。
 絶縁層132に用いることのできる無機絶縁材料としては、例えば、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、酸化窒化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどの、酸化物または窒化物を用いることができる。また、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ガリウム、酸化タンタル、酸化マグネシウム、酸化ランタン、酸化セリウム、及び酸化ネオジム等を用いてもよい。
 また、絶縁層132は、上記無機絶縁材料を含む膜を積層してもよい。例えば、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を積層した積層構造、酸化アルミニウム膜上に酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を積層した積層構造、などとすることができる。酸化シリコン膜及び酸化窒化シリコン膜は特にエッチングされにくい膜であるため、上側に配置することが好ましい。また、窒化シリコン膜及び酸化アルミニウム膜は、水、水素、酸素等が拡散しにくい膜であるため、絶縁層131側に配置することで絶縁層131から脱離するガスが発光素子に拡散することを防ぐバリア層として機能する。
 ここで、スリット120は、絶縁層132と重なる領域に設けられる。絶縁層132を設けることにより、スリット120の形成時に、絶縁層131の上面がエッチングされることを防ぐことができる。
[構成例2]
 以下では、より具体的な構成例について説明する。
 図7Aは、以下で例示する表示装置の断面概略図である。図7Aでは、発光素子110R、発光素子110G、発光素子110B、受光素子110S、及び接続部130を含む領域の断面を示している。また、図7Bは、発光素子110Rと発光素子110Gの間に位置するスリット120及びその近傍を拡大した断面概略図である。
 発光素子110Bは、画素電極111B、有機層112B、有機層114、及び共通電極113を有する。また、発光素子110Bの上に重畳して着色層129Bが設けられる。発光素子110R、及び発光素子110Gも同様の構成を有する。
 画素電極111の下方には、導電層161、導電層162、及び樹脂層163が設けられている。
 導電層161は、絶縁層105上に設けられている。ここで、絶縁層105は基板101上に設けられた絶縁層であり、基板101には、配線、トランジスタ、または電極など(図示しない)が設けられている。導電層161は、絶縁層105に設けられた開口において、絶縁層105を貫通する部分を有する。導電層161は、絶縁層105の下方に位置する配線、トランジスタ、または電極など(図示しない)と、画素電極111とを電気的に接続する配線または電極として機能する。
 導電層161は、絶縁層105の開口に位置する部分に凹部が形成される。樹脂層163は、当該凹部を埋めるように設けられ、平坦化膜として機能する。樹脂層163の上面は、平坦であるほど好ましいが、表面が緩やかな曲面形状となる場合がある。図7A等では、樹脂層163の上面が凹部と凸部とを有する波型形状を有する例を示しているが、これに限られない。例えば樹脂層163の上面は、凸面、凹面、または平面であってもよい。
 導電層161及び樹脂層163上に、導電層162が設けられている。導電層162は、導電層161と画素電極111とを電気的に接続する電極としての機能を有する。
 ここで、発光素子110を上面射出型の発光素子とする場合には、導電層162として、可視光に対して反射性を有する膜を用い、画素電極111として、可視光に対して透過性を有する膜を用いることで、導電層162を反射電極として機能させることができる。さらに、絶縁層105の開口部(コンタクト部ともいう)の上部にも、樹脂層163を介して導電層162及び画素電極111を設けることができるため、コンタクト部と重なる部分も発光領域とすることができる。そのため、開口率を高めることができる。
 同様に、受光素子110Sを上方からの光を受光する光電変換素子とする場合には、導電層162に反射性の膜を、画素電極111に透光性の膜を用いることができる。さらにコンタクト部も受光領域として機能させることができるため、受光面積が拡大し、受光感度を高めることができる。
 また、各画素電極111の厚さは、互いに異なっていてもよい。このとき、画素電極111をマイクロキャビティのための光学調整層として用いることができる。マイクロキャビティを用いる場合には、共通電極として透過性及び反射性を有する膜を用いる。
 図7A及び図7Bでは、樹脂層126の形状が図1Bなどとは異なる例を示している。
 図7Bに示すように、樹脂層126の上部は、スリット120よりも幅が広い形状を有している。後述するように、絶縁層125は、樹脂層126をエッチングマスクとして加工するため、絶縁層125の一部で、樹脂層126に覆われる部分が残存する。さらに表示装置の作製工程で用いる犠牲層145の一部も、同様の理由で残存している。具体的には、スリット120の近傍において、有機層112上に犠牲層145が設けられる。また、絶縁層125の一部は、犠牲層145の上面を覆って設けられている。また、犠牲層145と絶縁層125を覆って、樹脂層126が設けられている。なお、本明細書等において、犠牲層をマスク層と呼称してもよい。
 このとき、絶縁層125の端部と、犠牲層145の端部は、それぞれテーパー形状を有していることが好ましい。これにより、有機層114等の段差被覆性を高めることができる。
[作製方法例]
 以下では、本発明の一態様の表示装置の作製方法の一例について、図面を参照して説明する。ここでは、上記図7Aで示した表示装置を例に挙げて説明する。図8A乃至図12Cは、以下で例示する表示装置の作製方法例の、各工程における断面概略図である。また図8A等では、右側に接続部130及びその近傍における断面概略図を合わせて示している。
 なお、表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD)法、ALD法等を用いて形成することができる。CVD法としては、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced CVD)法、または熱CVD法などがある。また、熱CVD法のひとつに、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法がある。
 また、表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ法、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
 また、表示装置を構成する薄膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いることができる。それ以外に、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。また、メタルマスクなどの遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を直接形成してもよい。
 フォトリソグラフィ法としては、代表的には以下の2つの方法がある。一つは、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法である。もう一つは、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法である。
 フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光は、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外線、KrFレーザ光、またはArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外(EUV:Extreme Ultra−violet)光、X線などを用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクを用いなくてもよい。
 薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウェットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
〔基板101の準備〕
 基板101としては、少なくとも後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する基板を用いることができる。基板101として、絶縁性基板を用いる場合には、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミックス基板、有機樹脂基板などを用いることができる。また、シリコン、炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI(Silicon On Insulator)基板などの半導体基板を用いることができる。
 特に、基板101として、上記半導体基板または絶縁性基板上に、トランジスタなどの半導体素子を含む半導体回路が形成された基板を用いることが好ましい。当該半導体回路は、例えば画素回路、ゲート線駆動回路(ゲートドライバ)、ソース線駆動回路(ソースドライバ)などを構成していることが好ましい。また、上記に加えて演算回路、記憶回路などが構成されていてもよい。
 基板101の最上部には、絶縁層105を設ける。絶縁層105には、基板101に設けられたトランジスタ、配線、または電極等に達する開口を複数設ける。当該開口は、フォトリソグラフィ法により形成することができる。
 絶縁層105としては、無機絶縁材料、または有機絶縁材料を用いることができる。
〔導電層161、樹脂層163、導電層162、画素電極111の形成〕
 絶縁層105上に導電層161となる導電膜を成膜する。このとき絶縁層105の開口に起因して、導電膜には凹部が形成される。
 続いて、当該導電膜の凹部に樹脂層163を形成する。
 樹脂層163として、感光性の樹脂を用いることが好ましい。このとき、まず樹脂膜を成膜したのち、フォトマスクを介して樹脂膜を露光し、その後現像処理を行うことにより、樹脂層163を形成することができる。その後、樹脂層163の上面の高さを調整するために、アッシング等により樹脂層163の上部をエッチングしてもよい。
 また、樹脂層163として、非感光性の樹脂を用いる場合には、樹脂膜を成膜した後に、厚さが最適になるように、アッシング等により導電層161となる導電膜の表面が露出するまで、樹脂膜の上部をエッチングすることで、樹脂層163を形成することができる。
 続いて、導電層161となる導電膜、及び樹脂層163上に導電層162となる導電膜を成膜する。さらに、導電層162となる導電膜上に、画素電極111及び接続電極111Cとなる導電膜を成膜する。その後、3層の導電膜上に、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、導電膜の不要な部分をエッチングにより除去する。その後、レジストマスクを除去することで、導電層161、導電層162、画素電極111、及び接続電極111Cを同一工程で形成することができる(図8A)。
 なお、ここでは、導電層161と導電層162とを同一のフォトマスクを用いて同一工程で形成したが、導電層161と導電層162とを別のフォトマスクを用いて個別に形成してもよい。このとき、平面視において導電層161が導電層162の輪郭よりも内側に包含されるように、導電層161と導電層162を加工することが好ましい。
 また、先に導電層161及び導電層162を形成した後で、画素電極111及び接続電極111Cを形成してもよい。この場合、導電層161及び導電層162を覆って、画素電極111及び接続電極111Cとなる導電膜を形成し、当該導電膜の一部をエッチングにより除去することで、画素電極111及び接続電極111Cを形成する。なお、このとき、導電層161及び導電層162を包含するように、画素電極111及び接続電極111Cを形成すると、導電層161及び導電層162が、画素電極111等の形成時のエッチング雰囲気に曝されないため、好ましい。
〔有機膜112fの成膜〕
 続いて、画素電極111及び接続電極111Cを覆って、有機膜112fを成膜する(図8B)。有機膜112fは、後の工程で有機層112に加工される膜であり、上述の有機層112に適用可能な材料を用いればよい。有機膜112fは、好ましくは真空蒸着法により成膜することができる。なお、これに限られず、スパッタリング法、またはインクジェット法等により成膜することもできる。また、上述した成膜方法を適宜用いることができる。
 なお、図8Bでは、接続電極111Cを覆って、有機膜112fを設けているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、成膜エリアを規定するためのマスク(ファインメタルマスクと区別して、エリアマスク、またはラフメタルマスクなどともいう)を用いることで、有機膜112fの成膜エリアを接続部130より内側に限定し、接続電極111Cに有機膜112fが重ならないようにしてもよい。これにより、接続電極111Cが、有機膜112fに接するのを防ぐことができる。
 また、有機膜112fは、ファインメタルマスクを用いて作り分けて成膜してもよい。この場合、有機膜112fは、画素電極111R、111G、111Bだけを覆い、画素電極111S、及び接続電極111Cは覆わないことが好ましい。これにより、画素電極111S、及び接続電極111Cが、有機膜112fに接するのを防ぐことができる。
〔犠牲膜144の成膜〕
 続いて、有機膜112fを覆って犠牲膜144を成膜する。なお、本明細書等において、犠牲膜をマスク膜と呼称してもよい。
 犠牲膜144は、有機層112のエッチング処理に対する耐性の高い膜、すなわちエッチングの選択比の大きい膜を用いることができる。また、犠牲膜144は、後述する犠牲膜146などの犠牲膜とのエッチングの選択比の大きい膜を用いることができる。さらに、犠牲膜144は、有機層112へのダメージの少ないウェットエッチング法により除去可能な膜を用いることが特に好ましい。
 犠牲膜144としては、例えば、金属膜、合金膜、金属酸化物膜、半導体膜、無機絶縁膜などの無機膜を好適に用いることができる。犠牲膜144は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、ALD法などの各種成膜方法により形成することができる。
 特に、ALD法は被形成層に対する成膜ダメージが小さいため、有機膜112f上に直接形成する犠牲膜144は、ALD法を用いて形成することが好ましい。
 犠牲膜144としては、例えば金、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、チタン、アルミニウム、イットリウム、ジルコニウム、及びタンタルなどの金属材料、または該金属材料を含む合金材料を用いることができる。特に、アルミニウムまたは銀などの低融点材料を用いることが好ましい。
 また、犠牲膜144としては、インジウムガリウム亜鉛酸化物(In−Ga−Zn酸化物、IGZOとも表記する)などの金属酸化物を用いることができる。さらに、酸化インジウム、インジウム亜鉛酸化物(In−Zn酸化物)、インジウムスズ酸化物(In−Sn酸化物)、インジウムチタン酸化物(In−Ti酸化物)、インジウムスズ亜鉛酸化物(In−Sn−Zn酸化物)、インジウムチタン亜鉛酸化物(In−Ti−Zn酸化物)、インジウムガリウムスズ亜鉛酸化物(In−Ga−Sn−Zn酸化物)などを用いることができる。またはシリコンを含むインジウムスズ酸化物などを用いることもできる。
 なお、上記ガリウムに代えて元素M(Mは、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、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、またはマグネシウムから選ばれた一種または複数種)を用いた場合にも適用できる。
 また、犠牲膜144としては、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化シリコンなどの酸化物、窒化シリコン、窒化アルミニウムなどの窒化物、または酸化窒化シリコンなどの酸窒化物を用いることができる。このような無機絶縁材料は、スパッタリング法、CVD法、またはALD法等の成膜方法を用いて形成することができる。
 また、犠牲膜144に、有機材料を用いてもよい。例えば、有機材料として、有機膜112fに対して、化学的に安定な溶媒に溶解しうる材料を用いてもよい。特に、水またはアルコールに溶解する材料を、犠牲膜144に好適に用いることができる。犠牲膜144を成膜する際には、水またはアルコールなどの溶媒に溶解させた状態で、湿式の成膜方法で塗布した後に、溶媒を蒸発させるための加熱処理を行うことが好ましい。このとき、減圧雰囲気下での加熱処理を行うことで、低温且つ短時間で溶媒を除去できるため、EL層への熱的なダメージを低減することができ、好ましい。
 犠牲膜144の形成に用いることのできる湿式の成膜方法としては、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ法、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、またはナイフコートなどがある。
 犠牲膜144としては、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂などの有機樹脂を用いることができる。また、犠牲膜144に、パーフルオロポリマーなどのフッ素樹脂を用いてもよい。
〔犠牲膜146の成膜〕
 続いて、犠牲膜144上に、犠牲膜146を成膜する(図8C)。
 犠牲膜146は、後に犠牲膜144をエッチングする際のハードマスクとして用いる膜である。また、後の犠牲膜146の加工時には、犠牲膜144が露出する。したがって、犠牲膜144と犠牲膜146とは、互いにエッチングの選択比の大きい膜の組み合わせを選択する。そのため、犠牲膜144のエッチング条件、及び犠牲膜146のエッチング条件に応じて、犠牲膜146に用いることのできる膜を選択することができる。
 犠牲膜146は、様々な材料の中から、犠牲膜144のエッチング条件、及び犠牲膜146のエッチング条件に応じて、選択することができる。例えば、上記犠牲膜144に用いることのできる膜の中から選択することができる。
 例えば、犠牲膜146として、酸化物膜を用いることができる。代表的には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウムなどの酸化物膜または酸窒化物膜を用いることもできる。
 また、犠牲膜146としては、例えば窒化物膜を用いることができる。具体的には、窒化シリコン、窒化アルミニウム、窒化ハフニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化ガリウム、窒化ゲルマニウムなどの窒化物を用いることもできる。
 例えば、犠牲膜144として、ALD法により形成した酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化シリコンなどの無機絶縁材料を用い、犠牲膜146として、スパッタリング法により形成した、IGZOなどの、インジウムを含む金属酸化物を用いることが好ましい。または、犠牲膜146として、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、チタン、及びタンタルなどの金属または、当該金属を含む合金を用いることが好ましい。
 また、例えば、犠牲膜144として、蒸着法、または上記湿式の成膜方法のいずれかを用いて形成した有機膜(例えば、PVA膜)を用い、犠牲膜146として、スパッタリング法を用いて形成した無機膜(例えば、酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜など)を用いることができる。
 また、犠牲膜146として、有機層112などに用いることのできる有機膜を用いてもよい。例えば、有機層112に用いる有機膜と同じ膜を、犠牲膜146に用いることができる。このような有機膜を用いることで、有機層112などと成膜装置を共通に用いることができるため、好ましい。さらに、後の犠牲層をマスクとして、有機層112等をエッチングする際に、同時に除去できるため、工程を簡略化できる。
〔レジストマスク143の形成〕
 続いて、犠牲膜146上であって、画素電極111R、画素電極111G、及び画素電極111Bとそれぞれ重なる位置に、レジストマスク143を形成する(図9A)。このとき、画素電極111S及び接続電極111Cと重なる位置にはレジストマスクを形成しない。
 レジストマスク143は、ポジ型のレジスト材料、またはネガ型のレジスト材料など、感光性の樹脂を含むレジスト材料を用いることができる。
 ここで、犠牲膜146を有さずに、犠牲膜144上にレジストマスク143を形成する場合、犠牲膜144にピンホールなどの欠陥が存在すると、レジスト材料の溶媒によって、有機膜112f等が溶解してしまう恐れがある。犠牲膜146を用いることで、このような不具合が生じることを防ぐことができる。
 なお、レジスト材料の溶媒に、有機膜112fを溶解しない材料を用いる場合などでは、犠牲膜146を用いずに、犠牲膜144上に直接、レジストマスク143を形成してもよい場合がある。
〔犠牲膜146のエッチング〕
 続いて、犠牲膜146の、レジストマスク143に覆われない一部をエッチングにより除去し、島状の犠牲層147を形成する。
 犠牲膜146のエッチングの際、犠牲膜144が当該エッチングにより除去されないように、選択比の高いエッチング条件を用いることが好ましい。犠牲膜146のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行うことができるが、ドライエッチングを用いることで、犠牲層147のパターンが縮小することを抑制できる。
〔レジストマスク143の除去〕
 続いて、レジストマスク143を除去する。
 レジストマスク143の除去は、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行うことができる。特に、酸素ガスをエッチングガスに用いたドライエッチング(プラズマアッシングともいう)により、レジストマスク143を除去することが好ましい。
 このとき、レジストマスク143の除去は、有機膜112fが犠牲膜144に覆われた状態で行われるため、有機膜112fへの影響が抑制されている。特に、有機膜112fが酸素に触れると、電気特性に悪影響を及ぼす場合があるため、プラズマアッシングなどの、酸素ガスを用いたエッチングを行う場合には好適である。また、レジストマスク143をウェットエッチングにより除去する場合であっても、有機膜112fが薬液に触れないため、有機膜112fが溶解してしまうことを防ぐことができる。
〔犠牲膜144のエッチング〕
 続いて、犠牲層147をハードマスクとして用いて、犠牲膜144の一部をエッチングにより除去し、島状の犠牲層145を形成する(図9B)。
 犠牲膜144のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行うことができるが、ドライエッチングを用いると、パターンの縮小を抑制できるため好ましい。
〔有機膜112fのエッチング〕
 続いて、犠牲層145に覆われない有機膜112fの一部をエッチングにより除去し、島状の、有機層112R、有機層112G、有機層112Bを形成する(図9C)。また、各有機層112の間にスリット120が形成される。このとき同時に、画素電極111S及び接続電極111Cの上面が露出する。
 特に有機膜112fのエッチングには、酸素を主成分に含まないエッチングガスを用いたドライエッチングを用いることが好ましい。これにより、有機膜112fの変質を抑制し、信頼性の高い表示装置を実現できる。酸素を主成分に含まないエッチングガスとしては、例えばCF、C、SF、CHF、Cl、HO、BCl、HまたはHeなどの貴ガスが挙げられる。また、上記ガスと、酸素を含まない希釈ガスとの混合ガスをエッチングガスに用いることができる。
 なお、有機膜112fのエッチングは上記に限られず、他のガスを用いたドライエッチングにより行ってもよいし、ウェットエッチングにより行ってもよい。
 また、有機膜112fのエッチングに、酸素ガスまたは酸素ガスを含む混合ガスをエッチングガスに用いたドライエッチングを用いると、エッチング速度を高めることができる。そのため、エッチング速度を十分な速さに維持しつつ、低パワーの条件でのエッチングが可能なため、エッチングによるダメージを低減できる。さらに、エッチング時に生じる反応生成物の付着などの不具合を抑制することができる。例えば、上記酸素を主成分に含まないエッチングガスに、酸素ガスを加えた混合ガスを、エッチングガスに用いることができる。
 上記のように、有機層112を、フォトリソグラフィ法を用いて加工することにより、スリット120で隔てられる各画素間の距離を、8μm以下、3μm以下、2μm以下、または、1μm以下にまで狭めることができる。このように、各画素間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を提供することができる。
 さらに、隣接する有機層112同士をスリット120で離隔することで、隣接する有機層112同士の間で、電流のリーク経路を分断し、リーク電流を抑制することができる。これにより、発光素子において、輝度を高めること、コントラストを高めること、表示品位を高めること、電力効率を高めること、または消費電力を低減すること、などができる。
 また、上記の工程により、発光素子110R、110G、110Bに対応する、有機層112R、112G、112Bを一括で形成することができる。これは、赤色、緑色、青色の発光素子を作り分ける場合と比較して、有機層のパターニング回数を3分の1に低減している。このように上記の方法を用いることで、製造工程を簡略化し、本発明の一態様の表示装置の生産性向上を図ることができる。
 なお、有機膜112fのエッチングの際に、絶縁層105が露出する。そのため、絶縁層105には、有機膜112fのエッチングに対して耐性の高い膜を用いることが好ましい。なお、有機膜112fのエッチングの際に、絶縁層105の上部がエッチングされ、有機層112に覆われない部分が薄膜化する場合がある。
〔有機膜155fの成膜〕
 続いて、画素電極111及び接続電極111Cを覆って、有機膜155fを成膜する(図10A)。有機膜155fは、後の工程で有機層155に加工される膜であり、上述の有機層155に適用可能な材料を用いればよい。有機膜155fは、好ましくは真空蒸着法により成膜することができる。なお、これに限られず、スパッタリング法、またはインクジェット法等により成膜することもできる。また、上述した成膜方法を適宜用いることができる。
 ここで、有機層112上には、犠牲層145及び犠牲層147が設けられているので、有機層112の上面が、有機膜155fに接するのを防ぐことができる。
 なお、有機膜155fの成膜においても、エリアマスクを用いることで、有機膜155fの成膜エリアを接続部130より内側に限定し、接続電極111Cに有機膜155fが重ならないようにしてもよい。これにより、接続電極111Cが、有機膜155fに接するのを防ぐことができる。
〔犠牲膜174の成膜〕
 続いて、有機膜155fを覆って犠牲膜174を成膜する。
 犠牲膜174は、有機層155のエッチング処理に対する耐性の高い膜、すなわちエッチングの選択比の大きい膜を用いることができる。また、犠牲膜174は、後述する犠牲膜176などの犠牲膜とのエッチングの選択比の大きい膜を用いることができる。さらに、犠牲膜174は、有機層155へのダメージの少ないウェットエッチング法により除去可能な膜を用いることが特に好ましい。
 犠牲膜174としては、上述の犠牲膜144に用いることが可能な材料を、好適に用いることができる。犠牲膜174は、スパッタリング法、蒸着法、CVD法、ALD法などの各種成膜方法により形成することができる。特に、ALD法は被形成層に対する成膜ダメージが小さいため、有機膜155f上に直接形成する犠牲膜174は、ALD法を用いて形成することが好ましい。
〔犠牲膜176の成膜〕
 続いて、犠牲膜174上に、犠牲膜176を成膜する(図10B)。
 犠牲膜176は、後に犠牲膜174をエッチングする際のハードマスクとして用いる膜である。また、後の犠牲膜176の加工時には、犠牲膜174が露出する。したがって、犠牲膜174と犠牲膜176とは、互いにエッチングの選択比の大きい膜の組み合わせを選択する。そのため、犠牲膜174のエッチング条件、及び犠牲膜176のエッチング条件に応じて、犠牲膜176に用いることのできる膜を選択することができる。
 犠牲膜176は、様々な材料の中から、犠牲膜174のエッチング条件、及び犠牲膜176のエッチング条件に応じて、選択することができる。例えば、上記犠牲膜144に用いることのできる膜の中から選択することができる。
 例えば、犠牲膜174として、ALD法により形成した酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化シリコンなどの無機絶縁材料を用い、犠牲膜176として、スパッタリング法により形成した、IGZOなどの、インジウムを含む金属酸化物を用いることが好ましい。または、犠牲膜176として、タングステン、モリブデン、銅、アルミニウム、チタン、及びタンタルなどの金属または、当該金属を含む合金を用いることが好ましい。
〔レジストマスク173の形成〕
 続いて、犠牲膜176上であって、画素電極111Sと重なる位置に、レジストマスク173を形成する(図10C)。このとき、画素電極111R、111G、111B、及び接続電極111Cと重なる位置にはレジストマスクを形成しない。
 レジストマスク173は、レジストマスク143に用いることができる材料を用いればよい。
〔犠牲膜176のエッチング〕
 続いて、犠牲膜176の、レジストマスク173に覆われない一部をエッチングにより除去し、島状の犠牲層177を形成する。
 犠牲膜176のエッチングの際、犠牲膜174が当該エッチングにより除去されないように、選択比の高いエッチング条件を用いることが好ましい。犠牲膜176のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行うことができるが、ドライエッチングを用いることで、犠牲層177のパターンが縮小することを抑制できる。
〔レジストマスク173の除去〕
 続いて、レジストマスク173を除去する。レジストマスク173の除去は、レジストマスク143の除去と同様の方法で行うことができる。
〔犠牲膜174のエッチング〕
 続いて、犠牲層177をハードマスクとして用いて、犠牲膜174の一部をエッチングにより除去し、島状の犠牲層175を形成する(図11A)。
 犠牲膜174のエッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングにより行うことができるが、ドライエッチングを用いると、パターンの縮小を抑制できるため好ましい。
〔有機膜155fのエッチング〕
 続いて、犠牲層175に覆われない有機膜155fの一部をエッチングにより除去し、島状の有機層155を形成する(図11B)。また、有機層155と有機層112の間にスリット120が形成される。このとき同時に犠牲層147及び接続電極111Cの上面が露出する。
 有機膜155fのエッチングは、上述の有機膜112fのエッチングと同様の方法で行うことができる。
 上記のように、有機層112及び有機層155を、フォトリソグラフィ法を用いて加工することにより、スリット120で隔てられる各画素間の距離を、8μm以下、3μm以下、2μm以下、または、1μm以下にまで狭めることができる。このように、各画素間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を提供することができる。
 さらに、有機層112と有機層155をスリット120で離隔することで、隣接する有機層112と有機層155の間で、電流のリーク経路を分断することができる。これにより、有機層112と有機層155との間のリーク電流が抑制され、シグナル−ノイズ比(S/N比)の高い高精度な撮像を行うことができる。そのため、微弱な光であっても、鮮明な撮像を行うことができる。そのため、撮像時には光源として用いる発光素子の輝度を低くできるため、消費電力を低減することができる。
 また、上記の工程により、発光素子と受光素子が混載された表示装置において、有機層のパターニングを2回で済ませることができる。このように上記の方法を用いることで、製造工程を簡略化し、本発明の一態様の表示装置の生産性向上を図ることができる。
 なお、有機膜155fのエッチングの際に、絶縁層105が露出する。そのため、絶縁層105には、有機膜155fのエッチングに対して耐性の高い膜を用いることが好ましい。なお、有機膜155fのエッチングの際に、絶縁層105の上部がエッチングされ、有機層155に覆われない部分が薄膜化する場合がある。
〔犠牲層の除去〕
 続いて、犠牲層147及び犠牲層177を除去し、犠牲層145及び犠牲層175の上面を露出させる(図11C)。このとき、犠牲層145及び犠牲層175は残したままとしておくことが好ましい。なお、この時点で犠牲層147及び犠牲層177を除去しない構成にしてもよい。
〔絶縁膜125fの形成〕
 続いて、犠牲層145、犠牲層175、及びスリット120を覆って、絶縁膜125fを成膜する。
 絶縁膜125fは、EL層及びPD層に水などの不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能する。絶縁膜125fは、段差被覆性に優れたALD法により形成すると、EL層の側面を好適に被覆することができるため好ましい。
 絶縁膜125fは、犠牲層145及び犠牲層175と同じ膜を用いると、後の工程で同時にエッチングすることができるため好ましい。例えば、絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175として、ALD法により形成した酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または酸化シリコンなどの無機絶縁材料を用いることが好ましい。
 なお、絶縁膜125fに用いることのできる材料はこれに限られず、上記犠牲膜144に用いることのできる材料を適宜用いることができる。
〔樹脂層126の形成〕
 続いて、スリット120と重なる領域に、樹脂層126を形成する(図12A)。樹脂層126は、樹脂層163と同様の方法により形成することができる。例えば、感光性の樹脂を形成した後に、露光及び現像を行うことで、樹脂層126を形成することができる。全体に樹脂を形成した後に、アッシングなどにより樹脂の一部をエッチングすることで、樹脂層126を形成してもよい。
 ここでは、樹脂層126をスリット120の幅よりも大きな幅になるように形成した場合の例を示す。なお、樹脂層126は、接続電極111Cを覆わないように設ける。
〔絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175のエッチング〕
 続いて、絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175について、樹脂層126に覆われない部分をエッチングにより除去し、有機層112及び有機層155の上面を露出させる。これにより、樹脂層126に覆われる領域に、絶縁層125と、犠牲層145または犠牲層175が形成される(図12B)。
 絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175のエッチングは同一工程で行うことが好ましい。特に、犠牲層145及び犠牲層175のエッチングは、有機層112及び有機層155へのエッチングダメージの低いウェットエッチングにより行うことが好ましい。例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)水溶液、希フッ酸、シュウ酸、リン酸、酢酸、硝酸、またはこれらの混合液体を用いたウェットエッチングを用いることが好ましい。
 または、絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175の少なくとも一を、水またはアルコールなどの溶媒に溶解させることで除去することが好ましい。ここで、絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175を溶解しうるアルコールとしては、エチルアルコール、メチルアルコール、イソプロピルアルコール(IPA)、またはグリセリンなど、様々なアルコールを用いることができる。
 絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175を除去した後に、有機層112及び有機層155等の内部に含まれる水、及び表面に吸着する水を除去するため、乾燥処理を行うことが好ましい。例えば、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気下における加熱処理を行うことが好ましい。加熱処理は、基板温度として50℃以上200℃以下、好ましくは60℃以上150℃以下、より好ましくは70℃以上120℃以下の温度で行うことができる。減圧雰囲気とすることで、より低温で乾燥が可能であるため好ましい。
 絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175を除去することで、接続電極111Cの上面も露出する。
〔有機層114の形成〕
 続いて、有機層112、有機層155、絶縁層125、犠牲層145、犠牲層175、及び樹脂層126等を覆って有機層114を成膜する。
 有機層114は、有機膜112fなどと同様の方法で成膜することができる。蒸着法により有機層114を成膜する場合には、有機層114が接続電極111C上に成膜されないように、エリアマスクを用いて成膜してもよい。
〔共通電極113の形成〕
 続いて、有機層114を覆って共通電極113を形成する。
 共通電極113は、蒸着法またはスパッタリング法などの成膜方法により形成することができる。または、蒸着法で形成した膜と、スパッタリング法で形成した膜を積層させてもよい。
 共通電極113は、有機層114が成膜される領域を包含するように、共通電極113を形成することが好ましい。すなわち、有機層114の端部が、共通電極113と重畳する構成とすることができる。共通電極113は、エリアマスクを用いて形成してもよい。
 図12Cでは、接続部130として、接続電極111Cと共通電極113との間に、有機層114が挟持された例を示している。このとき、有機層114としては、できるだけ電気抵抗の低い材料を用いることが好ましい。または、できるだけ薄く形成することで、有機層114の厚さ方向の電気抵抗を低減することが好ましい。例えば、有機層114として、厚さ1nm以上5nm以下、好ましくは1nm以上3nm以下の電子注入性または正孔注入性の材料を用いることで、接続電極111Cと共通電極113との間の電気抵抗を無視できる程度に小さくできる場合がある。
〔保護層の形成〕
 続いて、共通電極113上に、保護層121を形成する(図12C)。保護層121に用いる無機絶縁膜の成膜には、スパッタリング法、PECVD法、またはALD法を用いることが好ましい。特にALD法は、段差被覆性に優れ、ピンホールなどの欠陥が生じにくいため、好ましい。また、有機絶縁膜の成膜には、インクジェット法を用いると、所望のエリアに均一な膜を形成できるため好ましい。
〔対向基板の形成〕
 続いて、樹脂層122を用いて、保護層121上に、基板102を貼り合わせる。ここで、基板102に、着色層129R、129G、129Bが設けられており、着色層129R、129G、129Bが、画素電極111R、111G、111Bと重畳するように貼り合わせを行う。
 着色層129R、129G、129Bは、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成することができる。具体的には、画素ごとに異なる着色層129(着色層129R、着色層129G、又は着色層129B)を形成することができる。
 以上により、図7Aに示す表示装置を作製することができる。
 なお、上記では有機層112、有機層155の順で形成したが、形成順はこれに限られない。図13A乃至図15Cに示すように、有機層155、有機層112の順で形成する構成にしてもよい。以下に、有機層155、有機層112の順で形成する方法について示す。
 図8Aに示すように画素電極を形成し、画素電極111R、111G、111B、111S及び接続電極111Cを覆って、有機膜155fを成膜する(図13A)。有機膜155fの成膜については、図10Aに係る記載を参酌することができる。
 続いて、有機膜155fを覆って犠牲膜174を成膜する。その後、犠牲膜174上に犠牲膜176を成膜する(図13B)。犠牲膜174及び犠牲膜176の成膜については、図10Bに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲膜176上であって、画素電極111Sと重なる位置に、レジストマスク173を形成する(図13C)。レジストマスク173の形成については、図10Cに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲膜176の、レジストマスク173に覆われない一部をエッチングにより除去し、犠牲層177を形成する。それから、レジストマスク173を除去する。その後、犠牲層177をハードマスクとして用いて、犠牲膜174の一部をエッチングにより除去し、犠牲層175を形成する(図14A)。犠牲層177及び犠牲層175の形成については、図11Aに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲層175に覆われない有機膜155fの一部をエッチングにより除去し、有機層155を形成する(図14B)。有機層155の形成については、図11Bに係る記載を参酌することができる。
 続いて、画素電極111R、111G、111B、犠牲層177、及び接続電極111Cを覆って、有機膜112fを成膜する(図14C)。有機膜112fの成膜については、図8Bに係る記載を参酌することができる。
 続いて、有機膜112fを覆って犠牲膜144を成膜する。その後、犠牲膜144上に犠牲膜146を成膜する(図15A)。犠牲膜144及び犠牲膜146の成膜については、図10Cに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲膜146上であって、画素電極111R、111G、111Bと重なる位置に、レジストマスク143を形成する(図15B)。レジストマスク143の形成については、図9Aに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲膜146の、レジストマスク143に覆われない一部をエッチングにより除去し、犠牲層147を形成する。それから、レジストマスク143を除去する。その後、犠牲層147をハードマスクとして用いて、犠牲膜144の一部をエッチングにより除去し、犠牲層145を形成する(図15C)。犠牲層147及び犠牲層145の形成については、図9Bに係る記載を参酌することができる。
 続いて、犠牲層145に覆われない有機膜112fの一部をエッチングにより除去し、有機層112R、112G、112Bを形成する。有機層112R、112G、112Bの形成については、図9Cに係る記載を参酌することができる。このようにして、図11Bに示す表示装置と同様の構成を形成することができる。以下、図11C以降と同様のプロセスを行うことで、図7Aに示す表示装置を作製することができる。
 また、上記では、樹脂層126がスリット120よりも幅が広くなるように形成した場合の例を示したが、樹脂層126の幅とスリット120の幅が一致するように形成してもよい。
 図16Aは、絶縁膜125fを形成した後に、樹脂層126を形成した時点での断面概略図である。
 例えば、図12Aに示すように、スリット120よりも幅の広い樹脂層126を形成した後に、アッシングなどにより、樹脂層126の上部をエッチングすることにより、スリット120の内部にのみ樹脂層126を形成することができる。このとき、樹脂層126の上面を、隣接する有機層112または有機層155の上面の高さになるべく近づけることが好ましい。これにより、スリット120と重なる部分と、その両端の段差を低減でき、有機層112または有機層155の段差被覆性を向上させることができる。
 続いて、上記と同様に絶縁膜125f、犠牲層145、及び犠牲層175をエッチングする(図16B)。このとき、犠牲層145及び犠牲層175が樹脂層126に覆われる部分がないため、犠牲層145及び犠牲層175は切れ端が残存することなく、除去される。
 続いて、上記と同様の方法で、有機層114、共通電極113、及び保護層121を形成する(図16C)。さらに、上記と同様の方法で、基板102を貼り合わせることで、表示装置を作製することができる。
 以上が、表示装置の作製方法例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の構成例について説明する。ここでは画像を表示可能な表示装置として説明するが、発光素子を光源として用いることで、表示装置として使用することができる。
 また、本実施の形態の表示装置は、高解像度の表示装置または大型な表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、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パーソナルコンピュータ、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、携帯電話機、携帯型ゲーム機、スマートフォン、腕時計型端末、タブレット端末、携帯情報端末、音響再生装置の表示部に用いることもできる。
[表示装置400]
 図17に、表示装置400の斜視図を示し、図18Aに、表示装置400の断面図を示す。
 表示装置400は、基板454と基板453とが貼り合わされた構成を有する。図17では、基板454を破線で明示している。
 表示装置400は、表示部462、回路464、配線465等を有する。図17では表示装置400にIC473及びFPC472が実装されている例を示している。そのため、図18に示す構成は、表示装置400、IC(集積回路)、及びFPCを有する表示モジュールということもできる。
 回路464としては、例えば走査線駆動回路を用いることができる。
 配線465は、表示部462及び回路464に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、FPC472を介して外部から配線465に入力されるか、またはIC473から配線465に入力される。
 図17では、COG(Chip On Glass)方式またはCOF(Chip On Film)方式等により、基板453にIC473が設けられている例を示す。IC473は、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するICを適用できる。なお、表示装置400及び表示モジュールは、ICを設けない構成としてもよい。また、ICを、COF方式等により、FPCに実装してもよい。
 図18Aに、表示装置400の、FPC472を含む領域の一部、回路464の一部、表示部462の一部、及び、接続部を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。図18Aでは、表示部462のうち、特に、緑色の光(G)を発する発光素子430bと、反射光(L)を受光する受光素子440を含む領域を切断したときの断面の一例を示す。
 図18Aに示す表示装置400は、基板453と基板454の間に、トランジスタ252、トランジスタ260、トランジスタ258、発光素子430b、着色層418、及び受光素子440等を有する。
 ここで、発光素子430bは、実施の形態1に示す発光素子110Gを用い、着色層418は、実施の形態1に示す着色層129Gを用い、受光素子440は、実施の形態1に示す受光素子110Sを用いることができる。また、図18Aに発光素子110R、110Bなどに対応する発光素子は表示していないが、発光素子430bと同様に設けることができる。また、図18Aに着色層129R、129Bなどに対応する着色層は表示していないが、着色層418と同様に設けることができる。
 ここで、表示装置の画素が、互いに異なる色を透過する着色層を有する副画素を3種類有する場合、当該3つの副画素としては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の副画素、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色の副画素などが挙げられる。当該副画素を4つ有する場合、当該4つの副画素としては、R、G、B、白色(W)の4色の副画素、R、G、B、Yの4色の副画素などが挙げられる。
 また、受光素子440としては、赤色、緑色、または青色の波長域の光に感度を有する光電変換素子、または、赤外の波長域の光に感度を有する光電変換素子を用いることができる。
 基板454と保護層416とは接着層442を介して接着されている。接着層442は、発光素子430b及び受光素子440それぞれと重ねて設けられており、表示装置400には、固体封止構造が適用されている。基板454には、遮光層417が設けられている。
 発光素子430b、受光素子440は、画素電極として、導電層411a、導電層411b、及び導電層411cを有する。導電層411bは、可視光に対して反射性を有し、反射電極として機能する。導電層411cは、可視光に対して透過性を有し、光学調整層として機能する。また、共通電極413も可視光に対して透過性を有する。
 発光素子430bが有する導電層411aは、絶縁層294に設けられた開口を介して、トランジスタ260が有する導電層272bと接続されている。トランジスタ260は、発光素子の駆動を制御する機能を有する。一方、受光素子440が有する導電層411aは、トランジスタ258が有する導電層272bと電気的に接続されている。トランジスタ258は、受光素子440を用いた露光のタイミングなどを制御する機能を有する。
 画素電極を覆って、EL層412GまたはPD層412Sが設けられている。EL層412Gの側面、及びPD層412Sの側面に接して、絶縁層421が設けられ、絶縁層421の凹部を埋めるように、樹脂層422が設けられている。EL層412G及びPD層412Sを覆って、有機層414、共通電極413、及び保護層416が設けられている。発光素子を覆う保護層416を設けることで、発光素子に水などの不純物が入り込むことを抑制し、発光素子の信頼性を高めることができる。
 発光素子430bが発する光Gは、着色層418を透過して基板454側に射出される。受光素子440は、基板454を介して入射した光Lを受光し、電気信号に変換する。ここで光Lは、光Gが基板454の外で反射された光も含む。基板454には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
 トランジスタ252、トランジスタ260、及びトランジスタ258は、いずれも基板453上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料及び同一の工程により作製することができる。
 なお、トランジスタ252、トランジスタ260、及びトランジスタ258は、異なる構成を有するように、作り分けられていてもよい。例えば、バックゲートの有無が異なるトランジスタを作り分けてもよいし、半導体、ゲート電極、ゲート絶縁層、ソース電極及びドレイン電極について、材料または厚さの一方又は双方が異なるトランジスタを作り分けてもよい。
 基板453と絶縁層262とは接着層455によって貼り合わされている。
 表示装置400の作製方法としては、まず、絶縁層262、各トランジスタ、各発光素子、受光素子等が設けられた作製基板と、遮光層417が設けられた基板454と、を接着層442によって貼り合わせる。そして、作製基板を剥離し露出した面に基板453を貼ることで、作製基板上に形成した各構成要素を、基板453に転置する。基板453及び基板454は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示装置400の可撓性を高めることができる。
 基板453の、基板454が重ならない領域には、接続部254が設けられている。接続部254では、配線465が導電層466及び接続層292を介してFPC472と電気的に接続されている。導電層466は、画素電極と同一の導電膜を加工して得ることができる。これにより、接続部254とFPC472とを接続層292を介して電気的に接続することができる。
 トランジスタ252、トランジスタ260及びトランジスタ258は、ゲートとして機能する導電層271、ゲート絶縁層として機能する絶縁層261、チャネル形成領域281i及び一対の低抵抗領域281nを有する半導体層281、一対の低抵抗領域281nの一方と接続する導電層272a、一対の低抵抗領域281nの他方と接続する導電層272b、ゲート絶縁層として機能する絶縁層275、ゲートとして機能する導電層273、並びに、導電層273を覆う絶縁層265を有する。絶縁層261は、導電層271とチャネル形成領域281iとの間に位置する。絶縁層275は、導電層273とチャネル形成領域281iとの間に位置する。
 導電層272a及び導電層272bは、それぞれ、絶縁層265に設けられた開口を介して低抵抗領域281nと接続される。導電層272a及び導電層272b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。
 図18Aでは、絶縁層275が半導体層の上面及び側面を覆う例を示す。導電層272a及び導電層272bは、それぞれ、絶縁層275及び絶縁層265に設けられた開口を介して低抵抗領域281nと接続される。
 一方、図18Bに示すトランジスタ259では、絶縁層275は、半導体層281のチャネル形成領域281iと重なり、低抵抗領域281nとは重ならない。例えば、導電層273をマスクとして絶縁層275を加工することで、図18Bに示す構造を作製できる。図18Bでは、絶縁層275及び導電層273を覆って絶縁層265が設けられ、絶縁層265の開口を介して、導電層272a及び導電層272bがそれぞれ低抵抗領域281nと接続されている。さらに、トランジスタを覆う絶縁層268を設けてもよい。
 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252、トランジスタ260、及びトランジスタ258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、一方に閾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ることで、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
 トランジスタの半導体層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。つまり、本実施の形態の表示装置は、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタ)を用いることが好ましい。
 トランジスタの半導体層に用いる金属酸化物のバンドギャップは、2eV以上が好ましく、2.5eV以上がより好ましい。バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、OSトランジスタのオフ電流を低減することができる。
 金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を有することが好ましく、インジウム及び亜鉛を有することがより好ましい。例えば、金属酸化物は、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、スズ、シリコン、ホウ素、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、マグネシウム、及びコバルト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、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、及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く、ガリウムがより好ましい。なお、インジウムと、Mと、亜鉛とを有する金属酸化物を、以降ではIn−M−Zn酸化物と呼ぶ場合がある。
 金属酸化物がIn−M−Zn酸化物の場合、当該In−M−Zn酸化物における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In−M−Zn酸化物の金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:1:1.2またはその近傍の組成、In:M:Zn=2:1:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=3:1:2またはその近傍の組成、In:M:Zn=4:2:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=4:2:4.1またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:6またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:7またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:1:8またはその近傍の組成、In:M:Zn=6:1:6またはその近傍の組成、In:M:Zn=5:2:5またはその近傍の組成、等が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±30%の範囲を含む。金属酸化物中のインジウムの原子数比を大きくすることで、トランジスタのオン電流、または電界効果移動度などを高めることができる。
 例えば、原子数比がIn:Ga:Zn=4:2:3またはその近傍の組成と記載する場合、Inを4としたとき、Gaが1以上3以下であり、Zn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またはその近傍の組成と記載する場合、Inを5としたときに、Gaが0.1より大きく2以下であり、Zn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またはその近傍の組成と記載する場合、Inを1としたときに、Gaが0.1より大きく2以下であり、Znが0.1より大きく2以下である場合を含む。
 また、In−M−Zn酸化物におけるInの原子数比はMの原子数比未満であってもよい。このようなIn−M−Zn酸化物の金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:3:2またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:3:3またはその近傍の組成、In:M:Zn=1:3:4またはその近傍の組成、等が挙げられる。金属酸化物中のMの原子数比を大きくすることで、In−M−Zn酸化物のバンドギャップをより大きくし、光負バイアスストレス試験に対する耐性を高めることが可能となる。具体的には、トランジスタのNBTIS(Negative Bias Temperature Illumination Stress)試験で測定される、しきい値電圧の変化量またはシフト電圧(Vsh)の変化量を小さくすることができる。なお、シフト電圧(Vsh)は、トランジスタのドレイン電流(Id)−ゲート電圧(Vg)カーブにおいて、カーブ上の傾きが最大である点における接線が、Id=1pAの直線と交差するVgで定義される。
 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(LTPSともいう)、単結晶シリコンなど)などが挙げられる。
 特に低温ポリシリコンは比較的移動度が高く、ガラス基板上に形成可能であるため、表示装置に好適に用いることができる。例えば、駆動回路が有するトランジスタ252などに低温ポリシリコンを半導体層に用いたトランジスタ(LTPSトランジスタ)を適用し、画素に設けられるトランジスタ260、トランジスタ258などに、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタ(OSトランジスタ)を適用することができる。LTPSトランジスタとOSトランジスタとの双方を用いることで、消費電力が低く、駆動能力の高い表示装置を実現することができる。また、LTPSトランジスタと、OSトランジスタとを、組み合わせる構成をLTPOと呼称する場合がある。なお、より好適な例としては、配線間の導通、非導通を制御するためのスイッチとして機能するトランジスタ等にOSトランジスタを適用し、電流を制御するトランジスタ等にLTPSトランジスタを適用することが好ましい。
 または、トランジスタの半導体層は、半導体として機能する層状物質を有してもよい。層状物質とは、層状の結晶構造を有する材料群の総称である。層状の結晶構造は、共有結合またはイオン結合によって形成される層が、ファンデルワールス力のような、共有結合またはイオン結合よりも弱い結合を介して積層している構造である。層状物質は、単位層内における電気伝導性が高く、つまり、2次元電気伝導性が高い。半導体として機能し、かつ、2次元電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に用いることで、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。
 上記層状物質として、例えば、グラフェン、シリセン、カルコゲン化物などが挙げられる。カルコゲン化物は、カルコゲン(第16族に属する元素)を含む化合物である。また、カルコゲン化物として、遷移金属カルコゲナイド、13族カルコゲナイドなどが挙げられる。トランジスタの半導体層として適用可能な遷移金属カルコゲナイドとして、具体的には、硫化モリブデン(代表的にはMoS)、セレン化モリブデン(代表的にはMoSe)、モリブデンテルル(代表的にはMoTe)、硫化タングステン(代表的にはWS)、セレン化タングステン(代表的にはWSe)、タングステンテルル(代表的にはWTe)、硫化ハフニウム(代表的にはHfS)、セレン化ハフニウム(代表的にはHfSe)、硫化ジルコニウム(代表的にはZrS)、セレン化ジルコニウム(代表的にはZrSe)などが挙げられる。
 なお、図18Aに示す表示装置は、OSトランジスタを有し、且つ発光素子間の共通層が分離された構成である。当該構成とすることで、トランジスタに流れうるリーク電流、及び隣接する発光素子間に流れうるリーク電流(横リーク電流、サイドリーク電流などともいう)を、極めて低くすることができる。また、上記構成とすることで、表示装置に画像を表示した場合に、観察者が画像のきれ、画像の鋭さ、高い彩度及び高いコントラスト比のいずれか一または複数を観測できる。なお、トランジスタに流れうるリーク電流、及び発光素子間の横リーク電流が極めて低い構成とすることで、黒表示時に生じうる光漏れ(いわゆる黒浮き)などが限りなく少ない表示(真黒表示ともいう)とすることができる。
 特に、MML構造の発光デバイスの中でも、色塗分け構造(SBS構造)を適用することで、発光素子の間に設けられる層(例えば、発光素子の間で共通して用いる有機層、共通層ともいう)が分断された構成となるため、サイドリークがない、またはサイドリークが極めて少ない表示とすることができる。
 回路464が有するトランジスタと、表示部462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464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462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。
 トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水及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、当該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261、絶縁層262、絶縁層265、絶縁層268、及び絶縁層275としては、それぞれ、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、窒化アルミニウム膜などを用いることができる。また、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、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の無機絶縁膜を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294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、及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400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400の端部から有機絶縁膜を介して不純物が入り込む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400の端部よりも内側にくるように有機絶縁膜を形成し、表示装置400の端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
 基板454の基板453側の面には、遮光層417を設けることが好ましい。また、基板454の基板453側の面に、着色層418などを設けてもよい。図18Aでは、基板454を基準としてみたときに、着色層418が遮光層417の一部を覆うように設けられている。
 また、基板454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、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板454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。
 図18Aには、接続部278を示している。接続部278において、共通電極413と配線とが電気的に接続する。図18Aでは、当該配線として、画素電極と同一の積層構造を適用した場合の例を示している。
 基板453及び基板454には、それぞれ、ガラス、石英、セラミックス、サファイア、樹脂、金属、合金、半導体などを用いることができる。発光素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。基板453及び基板454に可撓性を有する材料を用いると、表示装置の可撓性を高め、フレキシブルディスプレイを実現することができる。また、基板453または基板454として偏光板を用いてもよい。
 基板453及び基板454としては、それぞれ、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453及び基板454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。
 なお、表示装置に円偏光板を重ねる場合、表示装置が有する基板には、光学等方性の高い基板を用いることが好ましい。光学等方性が高い基板は、複屈折が小さい(複屈折量が小さい、ともいえる)。
 光学等方性が高い基板のリタデーション(位相差)値の絶対値は、30nm以下が好ましく、20nm以下がより好ましく、10nm以下がさらに好ましい。
 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、及びアクリルフィルム等が挙げられる。
 また、基板としてフィルムを用いる場合、フィルムが吸水することで、表示パネルにしわが発生するなどの形状変化が生じる恐れがある。そのため、基板には、吸水率の低いフィルムを用いることが好ましい。例えば、吸水率が1%以下のフィルムを用いることが好ましく、0.1%以下のフィルムを用いることがより好ましく、0.01%以下のフィルムを用いることがさらに好ましい。
 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(ポリビニルブチラール)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292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。
 トランジスタのゲート、ソース及びドレインのほか、表示装置を構成する各種配線及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、及びタングステンなどの金属、並びに、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で、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、及びチタンなどの金属材料、または、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、または、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及び電極などの導電層、及び、発光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18Aでは、トップエミッション型の表示装置を示したが、本発明はこれに限られるものではない。図19に示すように、ボトムエミッション型の表示装置にしてもよい。図19に示す表示装置400は、ボトムエミッション型である点で、図18Aの表示装置400と主に相違する。なお、図18Aの表示装置400と同様の部分については説明を省略する。
 発光素子430bが発する光Gは、着色層418を透過して基板453側に射出される。受光素子440は、基板453を介して入射した光Lを受光し、電気信号に変換する。基板453には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。一方、基板454に用いる材料の透光性は問わない。
 また、図19に示す表示装置400は、導電層411a、411b、411cが可視光を透過する材料を含み、共通電極413が可視光を反射する材料を含む。ここで、導電層411a、411bと同一の導電膜を加工して得られる、導電層466及び接続層292も可視光を透過する材料を含む。
 基板453とトランジスタ260との間、基板453とトランジスタ252との間には、遮光層417を形成することが好ましい。図19では、接着層455上に遮光層417が設けられ、遮光層417上に絶縁層262が設けられ、絶縁層262上にトランジスタ260、252などが設けられている例を示す。
 さらに、図19に示す表示装置400では、着色層418が、絶縁層294と絶縁層265の間に設けられている。着色層418は、端部が遮光層417と重畳することが好ましい。
 本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせることができる。
 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。
(実施の形態3)
 本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図20乃至図25を用いて説明する。
 本実施の形態の表示装置は、高精細な表示装置とすることができる。したがって、本実施の形態の表示装置は、例えば、腕時計型、ブレスレット型などの情報端末機(ウェアラブル機器)、並びに、ヘッドマウントディスプレイなどのVR(Virtual Reality)向け機器、メガネ型のAR(Augmented Reality)向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器の表示部に用いることができる。
[表示モジュール]
 図20Aに、表示モジュール1280の斜視図を示す。表示モジュール1280は、表示装置100Cと、FPC1290と、を有する。なお、表示モジュール1280が有する表示装置は表示装置100Cに限られず、後述する表示装置100D乃至表示装置100Gのいずれかであってもよい。
 表示モジュール1280は、基板1291及び基板1292を有する。表示モジュール1280は、表示部1281を有する。表示部1281は、表示モジュール1280における画像を表示する領域であり、後述する画素部1284に設けられる各画素からの光を視認できる領域である。
 図20Bに、基板1291側の構成を模式的に示した斜視図を示している。基板1291上には、回路部1282と、回路部1282上の画素回路部1283と、画素回路部1283上の画素部1284と、が積層されている。また、基板1291上の画素部1284と重ならない部分に、FPC1290と接続するための端子部1285が設けられている。端子部1285と回路部1282とは、複数の配線により構成される配線部1286により電気的に接続されている。
 画素部1284は、周期的に配列した複数の画素1284aを有する。図20Bの右側に、1つの画素1284aの拡大図を示している。画素1284aは、副画素103R、副画素103G、副画素103B、及び副画素103Sを有する。副画素103R、副画素103G、副画素103B、及び副画素103S並びにその周囲の構成に関しては、先の実施の形態を参酌することができる。複数の副画素は、図20Bに示すようにマトリクス配列で配置することができる。また、デルタ配列、または、ペンタイル配列など様々な副画素の配列方法を適用することができる。
 画素回路部1283は、周期的に配列した複数の画素回路1283aを有する。
 1つの画素回路1283aは、1つの画素1284aが有する3つの発光デバイスの発光を制御する回路である。1つの画素回路1283aは、1つの発光デバイスの発光を制御する回路が3つ設けられる構成としてもよい。例えば、画素回路1283aは、1つの発光デバイスにつき、1つの選択トランジスタと、1つの電流制御用トランジスタ(駆動トランジスタ)と、容量素子と、を少なくとも有する構成とすることができる。このとき、選択トランジスタのゲートにはゲート信号が、ソースまたはドレインの一方にはソース信号が、それぞれ入力される。これにより、アクティブマトリクス型の表示装置が実現されている。
 回路部1282は、画素回路部1283の各画素回路1283aを駆動する回路を有する。例えば、ゲート線駆動回路、及び、ソース線駆動回路の一方または双方を有することが好ましい。このほか、演算回路、メモリ回路、及び電源回路等の少なくとも一つを有していてもよい。
 FPC1290は、外部から回路部1282にビデオ信号または電源電位等を供給するための配線として機能する。また、FPC1290上にICが実装されていてもよい。
 表示モジュール1280は、画素部1284の下側に画素回路部1283及び回路部1282の一方または双方が積層された構成とすることができるため、表示部1281の開口率(有効表示面積比)を極めて高くすることができる。例えば表示部1281の開口率は、40%以上100%未満、好ましくは50%以上95%以下、より好ましくは60%以上95%以下とすることができる。また、画素1284aを極めて高密度に配置することが可能で、表示部1281の精細度を極めて高くすることができる。例えば、表示部1281には、2000ppi以上、好ましくは3000ppi以上、より好ましくは5000ppi以上、さらに好ましくは6000ppi以上であって、20000ppi以下、または30000ppi以下の精細度で、画素1284aが配置されることが好ましい。
 このような表示モジュール1280は、極めて高精細であることから、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、またはメガネ型のAR向け機器に好適に用いることができる。例えば、レンズを通して表示モジュール1280の表示部を視認する構成の場合であっても、表示モジュール1280は極めて高精細な表示部1281を有するためにレンズで表示部を拡大しても画素が視認されず、没入感の高い表示を行うことができる。また、表示モジュール1280はこれに限られず、比較的小型の表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。例えば腕時計などの装着型の電子機器の表示部に好適に用いることができる。
[表示装置100C]
 図21に示す表示装置100Cは、基板1301、副画素103R、103G、103S、容量1240、及び、トランジスタ1310を有する。副画素103Rは発光素子110Rおよび着色層129Rを有し、副画素103Gは発光素子110Gおよび着色層129Gを有し、副画素103Sは受光素子110Sを有する。なお、図21では、副画素103Bを表示していないが、副画素103Bは、副画素103R、及び副画素103Gと同様の構成で設けることができる。
 基板1301は、図20A及び図20Bにおける基板1291に相当する。基板1301から絶縁層1255bまでの積層構造が、実施の形態1における基板101に相当する。
 トランジスタ1310は、基板1301にチャネル形成領域を有するトランジスタである。基板1301としては、例えば単結晶シリコン基板などの半導体基板を用いることができる。トランジスタ1310は、基板1301の一部、導電層1311、低抵抗領域1312、絶縁層1313、及び、絶縁層1314を有する。導電層1311は、ゲート電極として機能する。絶縁層1313は、基板1301と導電層1311の間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。低抵抗領域1312は、基板1301に不純物がドープされた領域であり、ソースまたはドレインの一方として機能する。絶縁層1314は、導電層1311の側面を覆って設けられる。
 また、基板1301に埋め込まれるように、隣接する2つのトランジスタ1310の間に素子分離層1315が設けられている。
 また、トランジスタ1310を覆って絶縁層1261が設けられ、絶縁層1261上に容量1240が設けられている。
 容量1240は、導電層1241と、導電層1245と、これらの間に位置する絶縁層1243を有する。導電層1241は容量1240の一方の電極として機能し、導電層1245は容量1240の他方の電極として機能し、絶縁層1243は容量1240の誘電体として機能する。
 導電層1241は絶縁層1261上に設けられ、絶縁層1254に埋め込まれている。導電層1241は、絶縁層1261に埋め込まれたプラグ1271によってトランジスタ1310のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。絶縁層1243は導電層1241を覆って設けられる。導電層1245は、絶縁層1243を介して導電層1241と重なる領域に設けられている。
 容量1240を覆って、絶縁層1255aが設けられ、絶縁層1255a上に絶縁層1255bが設けられ、絶縁層1255b上に発光素子110R、110G、及び受光素子110S等が設けられている。本実施の形態では、発光素子110R、110G、及び受光素子110Sが、図2Cに示す積層構造を有する例を示す。ただし、画素電極111の端部は、図2Bと同様に、有機層112の端部または有機層155の端部と概略一致している。画素電極111R、111G、111S、有機層112R、112G、及び有機層155の側面は、それぞれ、絶縁層125及び樹脂層126によって覆われている。有機層112R、112G、有機層155、絶縁層125、及び樹脂層126上に、有機層114が設けられ、有機層114上に共通電極113が設けられている。また、発光素子110R、110G、及び受光素子110S上には保護層121が設けられている。保護層121上には、着色層129R、129Gが設けられている。着色層129R、129G上には、樹脂層122によって基板102が貼り合わされている。発光デバイスから基板102までの構成要素についての詳細は、実施の形態1を参照することができる。基板102は、図20Aにおける基板1292に相当する。
 絶縁層1255a、1255bとしては、それぞれ、酸化絶縁膜、窒化絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、及び窒化酸化絶縁膜などの各種無機絶縁膜を好適に用いることができる。絶縁層1255aとしては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などの酸化絶縁膜または酸化窒化絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層1255bとしては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの窒化絶縁膜または窒化酸化絶縁膜を用いることが好ましい。より具体的には、絶縁層1255aとして酸化シリコン膜を用い、絶縁層1255bとして窒化シリコン膜を用いることが好ましい。絶縁層1255bは、エッチング保護膜としての機能を有することが好ましい。または、絶縁層1255aとして、窒化絶縁膜または窒化酸化絶縁膜を用い、絶縁層1255bとして、酸化絶縁膜または酸化窒化絶縁膜を用いてもよい。本実施の形態では、絶縁層1255bに凹部が設けられている例を示すが、絶縁層1255bに凹部が設けられていなくてもよい。
 発光デバイスの画素電極は、絶縁層1255a、1255bに埋め込まれたプラグ1256、絶縁層1254に埋め込まれた導電層1241、及び、絶縁層1261に埋め込まれたプラグ1271によってトランジスタ1310のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。絶縁層1255bの上面の高さと、プラグ1256の上面の高さは、一致または概略一致している。プラグには各種導電材料を用いることができる。
[表示装置100D]
 図22に示す表示装置100Dは、トランジスタの構成が異なる点で、表示装置100Cと主に相違する。なお、表示装置100Cと同様の部分については説明を省略することがある。
 トランジスタ1320は、チャネルが形成される半導体層に、金属酸化物(酸化物半導体ともいう)が適用されたトランジスタ(OSトランジスタ)である。
 トランジスタ1320は、半導体層1321、絶縁層1323、導電層1324、一対の導電層1325、絶縁層1326、及び、導電層1327を有する。
 基板1331は、図20A及び図20Bにおける基板1291に相当する。基板1331から絶縁層1255bまでの積層構造が、基板101に相当する。基板1331としては、絶縁性基板または半導体基板を用いることができる。
 基板1331上に、絶縁層1332が設けられている。絶縁層1332は、基板1331から水または水素などの不純物がトランジスタ1320に拡散すること、及び半導体層1321から絶縁層1332側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層1332としては、例えば酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素または酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
 絶縁層1332上に導電層1327が設けられ、導電層1327を覆って絶縁層1326が設けられている。導電層1327は、トランジスタ1320の第1のゲート電極として機能し、絶縁層1326の一部は、第1のゲート絶縁層として機能する。絶縁層1326の少なくとも半導体層1321と接する部分には、酸化シリコン膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層1326の上面は、平坦化されていることが好ましい。
 半導体層1321は、絶縁層1326上に設けられる。半導体層1321は、半導体特性を有する金属酸化物(酸化物半導体ともいう)膜を有することが好ましい。半導体層1321に好適に用いることのできる材料の詳細については後述する。
 一対の導電層1325は、半導体層1321上に接して設けられ、ソース電極及びドレイン電極として機能する。
 また、一対の導電層1325の上面及び側面、並びに半導体層1321の側面等を覆って絶縁層1328が設けられ、絶縁層1328上に絶縁層1264が設けられている。絶縁層1328は、半導体層1321に絶縁層1264等から水または水素などの不純物が拡散すること、及び半導体層1321から酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層1328としては、上記絶縁層1332と同様の絶縁膜を用いることができる。
 絶縁層1328及び絶縁層1264に、半導体層1321に達する開口が設けられている。当該開口の内部において、絶縁層1264、絶縁層1328、及び導電層1325の側面、並びに半導体層1321の上面に接する絶縁層1323と、導電層1324とが埋め込まれている。導電層1324は、第2のゲート電極として機能し、絶縁層1323は第2のゲート絶縁層として機能する。
 導電層1324の上面、絶縁層1323の上面、及び絶縁層1264の上面は、それぞれ高さが一致または概略一致するように平坦化処理され、これらを覆って絶縁層1329及び絶縁層1265が設けられている。
 絶縁層1264及び絶縁層1265は、層間絶縁層として機能する。絶縁層1329は、トランジスタ1320に絶縁層1265等から水または水素などの不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層1329としては、上記絶縁層1328及び絶縁層1332と同様の絶縁膜を用いることができる。
 一対の導電層1325の一方と電気的に接続するプラグ1274は、絶縁層1265、絶縁層1329、及び絶縁層1264に埋め込まれるように設けられている。ここで、プラグ1274は、絶縁層1265、絶縁層1329、絶縁層1264、及び絶縁層1328のそれぞれの開口の側面、及び導電層1325の上面の一部を覆う導電層1274aと、導電層1274aの上面に接する導電層1274bとを有することが好ましい。このとき、導電層1274aとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。
 表示装置100Dにおける、絶縁層1254から基板102までの構成は、表示装置100Cと同様である。
[表示装置100E]
 図23に示す表示装置100Eは、基板1301にチャネルが形成されるトランジスタ1310と、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を含むトランジスタ1320とが積層された構成を有する。なお、表示装置100C、100Dと同様の部分については説明を省略することがある。
 トランジスタ1310を覆って絶縁層1261が設けられ、絶縁層1261上に導電層1251が設けられている。また導電層1251を覆って絶縁層1262が設けられ、絶縁層1262上に導電層1252が設けられている。導電層1251及び導電層1252は、それぞれ配線として機能する。また、導電層1252を覆って絶縁層1263及び絶縁層1332が設けられ、絶縁層1332上にトランジスタ1320が設けられている。また、トランジスタ1320を覆って絶縁層1265が設けられ、絶縁層1265上に容量1240が設けられている。容量1240とトランジスタ1320とは、プラグ1274により電気的に接続されている。
 トランジスタ1320は、画素回路を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ1310は、画素回路を構成するトランジスタ、または当該画素回路を駆動するための駆動回路(ゲート線駆動回路、ソース線駆動回路)を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ1310及びトランジスタ1320は、演算回路または記憶回路などの各種回路を構成するトランジスタとして用いることができる。
 このような構成とすることで、発光デバイスの直下に画素回路だけでなく駆動回路等を形成することができるため、表示領域の周辺に駆動回路を設ける場合に比べて、表示装置を小型化することが可能となる。
[表示装置100F]
 図24に示す表示装置100Fは、それぞれ半導体基板にチャネルが形成されるトランジスタ1310Aと、トランジスタ1310Bとが積層された構成を有する。
 表示装置100Fは、トランジスタ1310B、容量1240および各発光デバイスが設けられた基板1301Bと、トランジスタ1310Aが設けられた基板1301Aとが、貼り合された構成を有する。
 ここで、基板1301Bの下面に絶縁層1345を設けることが好ましい。また、基板1301A上に設けられた絶縁層1261の上に絶縁層1346を設けることが好ましい。絶縁層1345、1346は、保護層として機能する絶縁層であり、基板1301Bおよび基板1301Aに不純物が拡散するのを抑制することができる。絶縁層1345、1346としては、保護層121、または絶縁層1332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。
 基板1301Bには、基板1301Bおよび絶縁層1345を貫通するプラグ1343が設けられる。ここで、プラグ1343の側面を覆って絶縁層1344を設けることが好ましい。絶縁層1344は、保護層として機能する絶縁層であり、基板1301Bに不純物が拡散するのを抑制することができる。絶縁層1344としては、保護層121、または絶縁層1332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、基板1301Bの裏面(基板102側とは反対側の表面)側、絶縁層1345の下に、導電層1342が設けられる。導電層1342は、絶縁層1335に埋め込まれるように設けられることが好ましい。また、導電層1342と絶縁層1335の下面は平坦化されていることが好ましい。ここで、導電層1342はプラグ1343と電気的に接続されている。
 一方、基板1301Aには、絶縁層1346上に導電層1341が設けられている。導電層1341は、絶縁層1336に埋め込まれるように設けられることが好ましい。また、導電層1341と絶縁層1336の上面は平坦化されていることが好ましい。
 導電層1341と、導電層1342とが接合されることで、基板1301Aと基板1301Bとが電気的に接続される。ここで、導電層1342と絶縁層1335で形成される面と、導電層1341と絶縁層1336で形成される面の平坦性を向上させておくことで、導電層1341と導電層1342の貼り合わせを良好にすることができる。
 導電層1341および導電層1342としては、同じ導電性材料を用いることが好ましい。例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wから選ばれた元素を含む金属膜、又は上述した元素を成分とする金属窒化物膜(窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜)等を用いることができる。特に、導電層1341および導電層1342に、銅を用いることが好ましい。これにより、Cu−Cu(カッパー・カッパー)直接接合技術(Cu(銅)のパッド同士を接続することで電気的導通を図る技術)を適用することができる。
[表示装置100G]
 図24では、導電層1341と導電層1342の接合にCu−Cu直接接合技術を用いる例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。図25に示すように、表示装置100Gにおいて、導電層1341と導電層1342を、バンプ1347を介して接合する構成にしてもよい。
 図25に示すように、導電層1341と導電層1342の間にバンプ1347を設けることで、導電層1341と導電層1342を電気的に接続することができる。バンプ1347は、例えば、金(Au)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、錫(Sn)などを含む導電性材料を用いて形成することができる。また例えば、バンプ1347として半田を用いる場合がある。また、絶縁層1345と絶縁層1346の間に、接着層1348を設けてもよい。また、バンプ1347を設ける場合、絶縁層1335及び絶縁層1336を設けない構成にしてもよい。
 本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
 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。
 本発明の一態様の表示装置は、受光素子(受光デバイスともいう)と発光素子(発光デバイスともいう)を有する。
 まず、受光素子と発光素子とを有する表示装置について説明する。
 本発明の一態様の表示装置は、受発光部に、受光素子と発光素子とを有する。本発明の一態様の表示装置は、受発光部に、発光素子がマトリクス状に配置されており、当該受発光部で画像を表示することができる。また、当該受発光部には、受光素子がマトリクス状に配置されており、受発光部は、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方も有する。受発光部は、イメージセンサ、タッチセンサなどに用いることができる。つまり、受発光部で光を検出することで、画像を撮像すること、対象物(指、ペンなど)のタッチ操作を検出することができる。さらに、本発明の一態様の表示装置は、発光素子をセンサの光源として利用することができる。したがって、表示装置と別に受光部及び光源を設けなくてよく、電子機器の部品点数を削減することができる。
 本発明の一態様の表示装置では、受発光部が有する発光素子が発し、着色層を通過した光を対象物が反射(または散乱)した際、受光素子がその反射光(または散乱光)を検出できるため、暗い場所でも、撮像、タッチ操作の検出などが可能である。
 本発明の一態様の表示装置が有する発光素子は、表示素子(表示デバイスともいう)として機能する。
 発光素子としては、OLED、QLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)などの発光素子(発光デバイスともいう)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)、無機化合物(量子ドット材料など)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(TADF)材料)などが挙げられる。また、発光素子として、マイクロLEDなどのLEDを用いることもできる。
 本発明の一態様の表示装置は、受光素子を用いて、光を検出する機能を有する。
 受光素子をイメージセンサに用いる場合、表示装置は、受光素子を用いて、画像を撮像することができる。例えば、表示装置は、スキャナとして用いることができる。
 本発明の一態様の表示装置が適用された電子機器は、イメージセンサとしての機能を用いて、指紋、掌紋などの生体情報に係るデータを取得することができる。つまり、表示装置に、生体認証用センサを内蔵させることができる。表示装置が生体認証用センサを内蔵することで、表示装置とは別に生体認証用センサを設ける場合に比べて、電子機器の部品点数を少なくでき、電子機器の小型化及び軽量化が可能である。
 また、受光素子をタッチセンサに用いる場合、表示装置は、受光素子を用いて、対象物のタッチ操作を検出することができる。
 受光素子としては、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。受光素子は、受光素子に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子(光電変換デバイスともいう)として機能する。受光素子に入射する光量に基づき、受光素子から発生する電荷量が決まる。
 特に、受光素子として、有機化合物を含む層を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、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な装置に適用できる。
 本発明の一態様では、発光素子として有機EL素子(有機ELデバイスともいう)を用い、受光素子として有機フォトダイオードを用いる。有機EL素子及び有機フォトダイオードは、同一基板上に形成することができる。したがって、有機EL素子を用いた表示装置に有機フォトダイオードを内蔵することができる。
 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ため、共通の構成にできる層は一括で成膜することで、成膜工程の増加を抑制することができる。例えば、一対の電極のうち一方(共通電極)を、受光素子及び発光素子で共通の層とすることができる。また、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層の少なくとも1つを、受光素子及び発光素子で共通の層としてもよい。
 以下では、本発明の一態様の表示装置の一例である表示装置について、図面を用いてより具体的に説明する。
[表示装置の構成例]
 図26Aに、表示パネル200の模式図を示す。表示パネル200は、基板201、基板202、受光素子212、発光素子211R、発光素子211G、発光素子211B、機能層203等を有する。
 発光素子211R、発光素子211G、発光素子211B、及び受光素子212は、基板201と基板202の間に設けられている。発光素子211R、発光素子211G、及び発光素子211Bの発光は、それぞれ異なる着色層を通過して、赤色(R)、緑色(G)、または青色(B)の光となる。なお以下では、発光素子211R、発光素子211G及び発光素子211Bを区別しない場合に、発光素子211と表記する場合がある。
 表示パネル200は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。1つの画素は、1つ以上の副画素を有する。1つの副画素は、1つの発光素子を有する。例えば、画素には、副画素を3つ有する構成(R、G、Bの3色、または、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色など)、または、副画素を4つ有する構成(R、G、B、白色(W)の4色、または、R、G、B、Yの4色など)を適用できる。さらに、画素は、受光素子212を有する。受光素子212は、全ての画素に設けられていてもよく、一部の画素に設けられていてもよい。また、1つの画素が複数の受光素子212を有していてもよい。
 図26Aには、基板202の表面に指220が触れる様子を示している。発光素子211Gが発する光の一部は、着色層を通過して、基板202と指220との接触部で反射される。そして、反射光の一部が、受光素子212に入射されることにより、指220が基板202に接触したことを検出することができる。すなわち、表示パネル200はタッチパネルとして機能することができる。
 機能層203は、発光素子211R、発光素子211G、発光素子211Bを駆動する回路、及び、受光素子212を駆動する回路を有する。機能層203には、スイッチ、トランジスタ、容量、配線などが設けられる。なお、発光素子211R、発光素子211G、発光素子211B、及び受光素子212をパッシブマトリクス方式で駆動させる場合には、スイッチ、トランジスタなどを設けない構成としてもよい。
 表示パネル200は、指220の指紋を検出する機能を有することが好ましい。図26Bには、基板202に指220が触れている状態における接触部の拡大図を模式的に示している。また、図26Bには、交互に配列した発光素子211と受光素子212を示している。
 指220は凹部及び凸部により指紋が形成されている。そのため、図26Bに示すように指紋の凸部が基板202に触れている。
 ある表面、界面などから反射される光には、正反射と拡散反射とがある。正反射光は入射角と反射角が一致する、指向性の高い光であり、拡散反射光は、強度の角度依存性が低い、指向性の低い光である。指220の表面から反射される光は、正反射と拡散反射のうち拡散反射の成分が支配的となる。一方、基板202と大気との界面から反射される光は、正反射の成分が支配的となる。
 指220と基板202との接触面または非接触面で反射され、これらの直下に位置する受光素子212に入射される光の強度は、正反射光と拡散反射光とを足し合わせたものとなる。上述のように指220の凹部では基板202と指220が接触しないため、正反射光(実線矢印で示す)が支配的となり、凸部ではこれらが接触するため、指220からの拡散反射光(破線矢印で示す)が支配的となる。したがって、凹部の直下に位置する受光素子212で受光する光の強度は、凸部の直下に位置する受光素子212よりも高くなる。これにより、指220の指紋を撮像することができる。
 受光素子212の配列間隔は、指紋の2つの凸部間の距離、好ましくは隣接する凹部と凸部間の距離よりも小さい間隔とすることで、鮮明な指紋の画像を取得することができる。人の指紋の凹部と凸部の間隔は概ね200μmであることから、例えば受光素子212の配列間隔は、400μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、さらに好ましくは100μm以下、さらに好ましくは50μm以下であって、1μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上とする。
 表示パネル200で撮像した指紋の画像の例を図26Cに示す。図26Cには、撮像範囲223内に、指220の輪郭を破線で、接触部221の輪郭を一点鎖線で示している。接触部221内において、受光素子212に入射する光量の違いによって、コントラストの高い指紋222を撮像することができる。
 表示パネル200は、タッチパネル、ペンタブレットとしても機能させることができる。図26Dには、スタイラス225の先端を基板202に接触させた状態で、破線矢印の方向に滑らせている様子を示している。
 図26Dに示すように、スタイラス225の先端と、基板202の接触面で拡散される拡散反射光が、当該接触面と重なる部分に位置する受光素子212に入射することで、スタイラス225の先端の位置を高精度に検出することができる。
 図26Eには、表示パネル200で検出したスタイラス225の軌跡226の例を示している。表示パネル200は、高い位置精度でスタイラス225等の被検出体の位置検出が可能であるため、描画アプリケーション等において、高精細な描画を行うことも可能である。また、静電容量式のタッチセンサ、電磁誘導型のタッチペン等を用いた場合とは異なり、絶縁性の高い被検出体であっても位置検出が可能であるため、スタイラス225の先端部の材料は問われず、様々な筆記用具(例えば筆、ガラスペン、羽ペンなど)を用いることもできる。
 ここで、図26F乃至図26Hに、表示パネル200に適用可能な画素の一例を示す。
 図26F、及び図26Gに示す画素は、それぞれ赤色(R)の副画素に対応する発光素子211R、緑色(G)の副画素に対応する発光素子211G、青色(B)の副画素に対応する発光素子211Bと、受光素子212を有する。画素は、それぞれ発光素子211R、発光素子211G、発光素子211B、及び受光素子212を駆動するための画素回路を有する。
 図26Fは、2×2のマトリクス状に、3つの発光素子と1つの受光素子が配置されている例である。図26Gは、3つの発光素子が一列に配列し、その下側に、横長の1つの受光素子212が配置されている例である。
 図26Hに示す画素は、白色(W)の発光素子211Wを有する例である。ここでは、4つの発光素子が一列に配置され、その下側に受光素子212が配置されている。
 なお、画素の構成は上記に限られず、様々な配置方法を採用することができる。
 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。
(実施の形態5)
 本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に適用することができる発光素子の構成例、及び受光素子の構成例について図27乃至図29を用いて説明する。
 図27A及び図27Bに示す表示装置500は、白色の光を発する発光素子550Wを複数有する。それぞれの発光素子550Wの上には、赤色の光を透過させる着色層545R、緑色の光を透過させる着色層545G、または青色の光を透過させる着色層545Bが設けられる。ここで、着色層545R、着色層545G、及び着色層545Bは、保護層540を介して、発光素子550Wと重畳するように設けることができる。
 図27Aに示す発光素子550Wは、一対の電極(電極501、電極502)の間に、発光ユニット512Wを有する。電極501は、画素電極として機能し、発光素子ごとに設けられる。電極502は、共通電極として機能し、複数の発光素子に共通に設けられる。
 つまり、図27Aに示す発光素子550Wは、1つの発光ユニットを有する発光素子である。なお、図27Aに示す発光素子550Wのように、一対の電極間に一つの発光ユニットを有する構成を、本明細書ではシングル構造と呼ぶ。
 光を取り出す側の電極502には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極501には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
 本実施の形態の表示装置が有する発光素子には、微小光共振器(マイクロキャビティ)構造が適用されていることが好ましい。したがって、発光素子が有する一対の電極の一方は、可視光に対する透過性及び反射性を有する電極(半透過・半反射電極)を有することが好ましく、他方は、可視光に対する反射性を有する電極(反射電極)を有することが好ましい。発光素子がマイクロキャビティ構造を有することで、発光層から得られる発光を両電極間で共振させ、発光素子から射出される光を強めることができる。
 なお、半透過・半反射電極は、反射電極と可視光に対する透過性を有する電極(透明電極ともいう)との積層構造とすることができる。
 透明電極の光の透過率は、40%以上とする。例えば、発光素子には、可視光(波長400nm以上750nm未満の光)の透過率が40%以上である電極を用いることが好ましい。半透過・半反射電極の可視光の反射率は、10%以上95%以下、好ましくは30%以上80%以下とする。反射電極の可視光の反射率は、40%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下とする。また、これらの電極の抵抗率は、1×10−2Ωcm以下が好ましい。なお、発光素子が近赤外光(波長750nm以上1300nm以下の光)を発する場合、これらの電極の近赤外光の透過率または反射率は、可視光の透過率または反射率と同様に、上記の数値範囲を満たすことが好ましい。
 図27Aに示す、発光ユニット512Wは、それぞれ島状の層として形成することができる。つまり、図27Aに示す発光ユニット512Wは、図1B等に示す有機層112R、有機層112G、または有機層112Bに相当する。なお、発光素子550Wは、発光素子110R、発光素子110G、または発光素子110Bに相当する。また、電極501は画素電極111R、画素電極111G、または画素電極111Bに相当する。また、電極502は共通電極113に相当する。
 発光ユニット512Wは、層521、層522、発光層523Q_1、発光層523Q_2、発光層523Q_3、層524等を有する。また、発光素子550Wは、発光ユニット512Wと、電極502との間に層525などを有する。
 図27Aは、発光ユニット512Wが層525を有さず、層525が、各発光素子間で共通に設けられている例である。このとき、層525を共通層と呼ぶことができる。このように、複数の発光素子に1以上の共通層を設けることで、作製工程を簡略化できるため、製造コストを低減することができる。なお、発光素子ごとに層525を設けてもよい。つまり、層525が発光ユニット512Wに含まれていてもよい。
 層521は、例えば正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層)などを有する。層522は、例えば正孔輸送性の高い物質を含む層(正孔輸送層)などを有する。層524は、例えば電子輸送性の高い物質を含む層(電子輸送層)などを有する。層525は、例えば電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層)などを有する。なお、層521が電子注入層を有し、層522が電子輸送層を有し、層524が正孔輸送層を有し、層525が正孔注入層を有する構成としてもよい。
 正孔注入層は、陽極から正孔輸送層に正孔を注入する層であり、正孔注入性の高い材料を含む層である。正孔注入性の高い材料としては、芳香族アミン化合物、及び、正孔輸送性材料とアクセプター性材料(電子受容性材料)とを含む複合材料などが挙げられる。
 発光素子において、正孔輸送層は、正孔注入層によって、陽極から注入された正孔を発光層に輸送する層である。正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む層である。正孔輸送性材料としては、1×10−6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えばカルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体など)、芳香族アミン(芳香族アミン骨格を有する化合物)等の正孔輸送性の高い材料が好ましい。
 発光素子において、電子輸送層は、電子注入層によって、陰極から注入された電子を発光層に輸送する層である。電子輸送層は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送性材料としては、1×10−6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。電子輸送性材料としては、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体等の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン配位子を有するキノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、その他、含窒素複素芳香族化合物を含むπ電子不足型複素芳香族化合物等の電子輸送性の高い材料を用いることができる。
 また、電子輸送層は、積層構造を有していても良く、また、陽極側から発光層を通過して陰極側に移動するホールをブロックするための正孔ブロック層を発光層に接して有していても良い。
 電子注入層は、陰極から電子輸送層に電子を注入する層であり、電子注入性の高い材料を含む層である。電子注入性の高い材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。電子注入性の高い材料としては、電子輸送性材料とドナー性材料(電子供与性材料)とを含む複合材料を用いることもできる。
 電子注入層としては、例えば、リチウム、セシウム、イッテルビウム、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF、Xは任意数)、8−(キノリノラト)リチウム(略称:Liq)、2−(2−ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPP)、2−(2−ピリジル)−3−ピリジノラトリチウム(略称:LiPPy)、4−フェニル−2−(2−ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPPP)、リチウム酸化物(LiO)、炭酸セシウム等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物を用いることができる。また、電子注入層としては、2以上の積層構造としてもよい。当該積層構造としては、例えば、1層目にフッ化リチウムを用い、2層目にイッテルビウムを設ける構成とすることができる。
 または、電子注入層としては、電子輸送性材料を用いてもよい。例えば、非共有電子対を備え、電子不足型複素芳香環を有する化合物を、電子輸送性材料に用いることができる。具体的には、ピリジン環、ジアジン環(ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環)、トリアジン環の少なくとも一つを有する化合物を用いることができる。
 なお、非共有電子対を備える有機化合物の最低空軌道(LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)が、−3.6eV以上−2.3eV以下であると好ましい。また、一般にCV(サイクリックボルタンメトリ)、光電子分光法、光吸収分光法、逆光電子分光法等により、有機化合物の最高被占軌道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)準位及びLUMO準位を見積もることができる。
 例えば、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(略称:BPhen)、2,9−ビス(ナフタレン−2−イル)−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(略称:NBPhen)、ジキノキサリノ[2,3−a:2’,3’−c]フェナジン(略称:HATNA)、2,4,6−トリス[3’−(ピリジン−3−イル)ビフェニル−3−イル]−1,3,5−トリアジン(略称:TmPPPyTz)等を、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。なお、NBPhenはBPhenと比較して、高いガラス転移温度(Tg)を備え、耐熱性に優れる。
 図27Aにおいては、層521と、層522と、を分けて明示したがこれに限定されない。例えば、層521が正孔注入層と、正孔輸送層との双方の機能を有する構成とする場合、あるいは層521が電子注入層と、電子輸送層との双方の機能を有する構成とする場合においては、層522を省略してもよい。
 発光層523Q_1、発光層523Q_2、発光層523Q_3は、発光物質を含む層である。発光層は、1種または複数種の発光物質を有することができる。発光物質としては、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの発光色を呈する物質を適宜用いる。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。
 発光物質としては、蛍光材料、燐光材料、TADF材料、量子ドット材料などが挙げられる。
 蛍光材料としては、例えば、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、ナフタレン誘導体などが挙げられる。
 燐光材料としては、例えば、4H−トリアゾール骨格、1H−トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、ピリミジン骨格、ピラジン骨格、またはピリジン骨格を有する有機金属錯体(特にイリジウム錯体)、電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体(特にイリジウム錯体)、白金錯体、希土類金属錯体等が挙げられる。
 発光層は、発光物質(ゲスト材料)に加えて、1種または複数種の有機化合物(ホスト材料、アシスト材料等)を有していてもよい。1種または複数種の有機化合物としては、正孔輸送性材料及び電子輸送性材料の一方または双方を用いることができる。また、1種または複数種の有機化合物として、バイポーラ性材料、またはTADF材料を用いてもよい。
 発光層は、例えば、燐光材料と、励起錯体を形成しやすい組み合わせである正孔輸送性材料及び電子輸送性材料と、を有することが好ましい。このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質(燐光材料)へのエネルギー移動であるExTET(Exciplex−Triplet Energy Transfer)を用いた発光を効率よく得ることができる。発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光を得ることができる。この構成により、発光デバイスの高効率、低電圧駆動、長寿命を同時に実現できる。
 励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、正孔輸送性材料のHOMO準位(最高被占軌道準位)が電子輸送性材料のHOMO準位以上の値であると好ましい。正孔輸送性材料のLUMO準位(最低空軌道準位)が電子輸送性材料のLUMO準位以上の値であると好ましい。材料のLUMO準位及びHOMO準位は、サイクリックボルタンメトリ(CV)測定によって測定される材料の電気化学特性(還元電位及び酸化電位)から導出することができる。
 励起錯体の形成は、例えば正孔輸送性材料の発光スペクトル、電子輸送性材料の発光スペクトル、及びこれら材料を混合した混合膜の発光スペクトルを比較し、混合膜の発光スペクトルが、各材料の発光スペクトルよりも長波長シフトする(または長波長側に新たなピークを持つ)現象を観測することにより確認することができる。または、正孔輸送性材料の過渡フォトルミネッセンス(PL)、電子輸送性材料の過渡PL、及びこれら材料を混合した混合膜の過渡PLを比較し、混合膜の過渡PL寿命が、各材料の過渡PL寿命よりも長寿命成分を有する、または遅延成分の割合が大きくなるなどの過渡応答の違いを観測することにより、確認することができる。また、上述の過渡PLは過渡エレクトロルミネッセンス(EL)と読み替えても構わない。すなわち、正孔輸送性材料の過渡EL、電子輸送性を有する材料の過渡EL、及びこれらの混合膜の過渡ELを比較し、過渡応答の違いを観測することによっても、励起錯体の形成を確認することができる。
 図27Aに示す発光素子550Wにおいて、発光層523Q_1、発光層523Q_2、及び発光層523Q_3の発光を足し合わせることで白色になるような発光層を選択することで、発光素子550Wから白色発光を得ることができる。なお、ここでは発光ユニット512Wが3層の発光層を有する例を示すが、発光層の数は問わず、例えば、2層であってもよい。
 このような、白色発光が可能な発光素子550Wの上に、着色層545R、着色層545G、または着色層545Bを設けることで、画素ごとに赤色発光、緑色発光、または青色発光を行い、フルカラー表示を行うことができる。なお、図27A等においては、赤色の光を透過する着色層545R、緑色の光を透過する着色層545G、および青色の光を透過する着色層545Bを設ける例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。着色層が透過する色の可視光は、少なくとも2色以上の互いに異なる色の可視光にすればよく、例えば赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などから適宜選択すればよい。
 よって、層521、層522、層524、層525、発光層523Q_1、発光層523Q_2、および発光層523Q_3は、各色の画素において、同一の構成(材料、膜厚など)にしても、着色層を適宜設けることで、フルカラー表示を行うことができる。ゆえに、本発明の一態様に係る表示装置は、画素ごとに発光素子を作り分ける必要がないので、作製工程を簡略化でき、製造コストを低減することができる。ただし、本発明はこれに限られるものではなく、521、層522、層524、層525、発光層523Q_1、発光層523Q_2、および発光層523Q_3のいずれか一または複数を、画素によって異なる構成にすることもできる。
 図27Bに示す発光素子550Wは、一対の電極(電極501、電極502)の間に、中間層531を介して2つの発光ユニット(発光ユニット512Q_1、発光ユニット512Q_2)が積層された構成を有する。
 また、中間層531は、電極501と電極502との間に電圧を印加したときに、発光ユニット512Q_1及び発光ユニット512Q_2のうち、一方に電子を注入し、他方に正孔を注入する機能を有する。中間層531は、電荷発生層と呼ぶこともできる。
 中間層531としては、例えば、フッ化リチウムなどの電子注入層に適用可能な材料を好適に用いることができる。また、中間層としては、例えば、正孔注入層に適用可能な材料を好適に用いることができる。また、中間層には、正孔輸送性の高い材料(正孔輸送性材料)とアクセプター性材料(電子受容性材料)とを含む層を用いることができる。また、中間層には、電子輸送性の高い材料(電子輸送性材料)とドナー性材料とを含む層を用いることができる。このような層を有する中間層を形成することにより、発光ユニットが積層された場合における駆動電圧の上昇を抑制することができる。
 発光ユニット512Q_1は、層521、層522、発光層523Q_1、層524等を有する。発光ユニット512Q_2は、層522、発光層523Q_2、層524等を有する。また、発光素子550Wは、発光ユニット512Q_2と、電極502との間に層525などを有する。なお、層525を発光ユニット512Q_2の一部とみなすこともできる。
 図27Bに示す発光素子550Wにおいて、発光層523Q_1と発光層523Q_2の発光が補色の関係となるような発光層を選択することで、発光素子550Wから白色発光を得ることができる。発光層523Q_1、523Q_2には、それぞれ、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質を含むことが好ましい。または、発光層523Q_1、523Q_2が有する発光物質の発光は、R、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含むことが好ましい。
 ここで、発光素子550Wに用いることができる、各発光ユニットが有する発光層の発光色の組み合わせの一例を説明する。
 例えば、発光素子550Wが、2つの発光ユニットを有する場合、一方の発光ユニットで赤色と緑色の発光、他方の発光ユニットで青色の発光を得ることで、白色発光する発光素子550Wを得ることができる。または、一方の発光ユニットで黄色または橙色の発光、他方の発光ユニットで青色の発光を得ることで、白色発光する発光素子550Wを得ることができる。
 また、例えば、発光素子550Wが、3つの発光ユニットを有する場合、いずれか一つの発光ユニットから赤色の発光、他の一つの発光ユニットから緑色の発光、残りの一つの発光ユニットから青色の発光を得ることで、白色発光する発光素子550Wを得ることができる。また、第1の発光ユニットに青色発光の発光層を用い、第2の発光ユニットに黄色発光、黄緑色発光、または緑色発光の発光層を用い、第3の発光ユニットに青色発光の発光層を用いることができる。また、第1の発光ユニットに青色発光の発光層を用い、第2の発光ユニットに赤色発光の発光層と、黄色発光、黄緑色発光、または緑色発光の発光層と、の積層構造を用い、第3の発光ユニットに青色発光の発光層を用いることができる。
 また、例えば、発光素子550Wが、4つの発光ユニットを有する場合、第1の発光ユニットに青色発光の発光層を用い、第2の発光ユニットと第3の発光ユニットのうち一方に赤色発光の発光層を用い、他方に黄色発光、黄緑色発光、または緑色発光の発光層を用い、第4の発光ユニットに青色発光の発光層を用いることができる。
 図27Bなどに示す発光素子550Wのように、複数の発光ユニットが中間層531を介して直列に接続された構成を本明細書ではタンデム構造と呼ぶ。なお、本明細書等においては、タンデム構造として呼称するが、これに限定されず、例えば、タンデム構造をスタック構造と呼んでもよい。なお、タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光素子とすることができる。また、タンデム構造は、シングル構造と比べて、同じ輝度を得るために必要な電流を低減できるため、表示装置の消費電力を低減し、信頼性を高めることができる。
 なお、ここでは発光ユニット512Q_1、512Q_2がそれぞれ1層の発光層を有する例を示すが、各発光ユニットにおける発光層の数は問わない。例えば、発光ユニット512Q_1、512Q_2は、互いに異なる数の発光層を有していてもよい。例えば、一方の発光ユニットは2層の発光層を有し、他方の発光ユニットは1層の発光層を有していてもよい。
 図28Aに示す表示装置500は、発光素子550Wが、3つの発光ユニットを積層した構成を有する場合の例である。図28Aにおいて、発光素子550Wは、発光ユニット512Q_2上にさらに中間層531を介して発光ユニット512Q_3が積層されている。発光ユニット512Q_3は、層522、発光層523Q_3、層524等を有する。発光ユニット512Q_3は、発光ユニット512Q_2と同様の構成を適用することができる。
 発光素子にタンデム構造を適用する場合、発光ユニットの数は特に限定されず、2つ以上とすることができる。
 図28Bでは、n個の発光ユニット512Q_1から512Q_n(nは2以上の整数)を積層した場合の例を示している。
 このように、発光ユニットの積層数を増やすことにより、同じ電流量で発光素子から得られる輝度を、積層数に応じて高めることができる。また、発光ユニットの積層数を増やすことにより、同じ輝度を得るために必要な電流を低減できるため、発光素子の消費電力を、積層数に応じて低減することができる。
 なお、表示装置500において、発光層の発光材料は特に限定されない。例えば、図27Bに示す表示装置500において、発光ユニット512Q_1が有する発光層523Q_1は燐光材料を有し、発光ユニット512Q_2が有する発光層523Q_2は蛍光材料を有する構成とすることができる。または、発光ユニット512Q_1が有する発光層523Q_1は蛍光材料を有し、発光ユニット512Q_2が有する発光層523Q_2は燐光材料を有する構成とすることができる。
 なお、発光ユニットの構成については、上記に限定されない。例えば、図27Bに示す表示装置500において、発光ユニット512Q_1が有する発光層523Q_1はTADF材料を有し、発光ユニット512Q_2が有する発光層523Q_2は蛍光材料、または燐光材料のいずれか一を有する構成としてもよい。このように異なる発光材料を用いる、例えば、信頼性の高い発光材料と、発光効率の高い発光材料と、を組み合わせることで、それぞれの欠点を補い、信頼性、及び発光効率の双方を高めた表示装置とすることができる。
 なお、本発明の一態様の表示装置は、全ての発光層を蛍光材料とする構成としてもよいし、全ての発光層を燐光材料とする構成としてもよい。
 図29A乃至図29Eに表示装置に適用することができる受光素子550Sの構成例を示す。図29A乃至図29Eに示す構成要素で、図27または図28に示す構成要素と同様のものについては、同符号を付して示す。
 図29Aに示す受光素子550Sは、一対の電極(電極501、電極502)の間に、受光ユニット555を有する。電極501は、画素電極として機能し、受光素子ごとに設けられる。電極502は、共通電極として機能し、複数の発光素子と受光素子に共通に設けられる。
 図29Aに示す、受光ユニット555は、それぞれ島状の層として形成することができる。つまり、図29Aに示す受光ユニット555は、図1B等に示す有機層155に相当する。なお、受光素子550Sは、受光素子110Sに相当する。また、電極501は画素電極111Sに相当する。また、電極502は共通電極113に相当する。
 受光ユニット555は、層521、層522、活性層526、層524等を有する。層521、層522、及び層524は、発光ユニット512Wに用いたものと同様である。また、受光素子550Sは、受光ユニット555と、電極502との間に層525などを有する。また、電極502上に保護層540が設けられる。ここで、層525、電極502、及び保護層540は、図27Aなどに示すように、発光素子550W、及び受光素子550Sに共通で設けられる膜である。
 活性層526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、及び、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層526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、発光層と、活性層526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。
 活性層526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。以下に活性層526として用いることができる、n型半導体材料、及びp型半導体材料を示す。n型半導体材料、及びp型半導体材料は、それぞれを層状にして積層して用いてもよいし、混合して一つの層にして用いてもよい。
 活性層526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)、フラーレン誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。フラーレンは、サッカーボールのような形状を有し、当該形状はエネルギー的に安定である。フラーレンは、HOMO準位及びLUMO準位の双方が深い(低い)。フラーレンは、LUMO準位が深いため、電子受容性(アクセプター性)が極めて高い。通常、ベンゼンのように、平面にπ電子共役(共鳴)が広がると、電子供与性(ドナー性)が高くなるが、フラーレンは球体形状であるため、π電子共役が大きく広がっているにも関わらず、電子受容性が高くなる。電子受容性が高いと、電荷分離を高速に効率よく起こすため、受光素子として有益である。C60、C70ともに可視光領域に広い吸収帯を有しており、特にC70はC60に比べてπ電子共役系が大きく、長波長領域にも広い吸収帯を有するため好ましい。そのほか、フラーレン誘導体としては、[6,6]−Phenyl−C71−butyric acid methyl ester(略称:PC70BM)、[6,6]−Phenyl−C61−butyric acid methyl ester(略称:PC60BM)、1’,1’’,4’,4’’−Tetrahydro−di[1,4]methanonaphthaleno[1,2:2’,3’,56,60:2’’,3’’][5,6]fullerene−C60(略称:ICBA)などが挙げられる。
 また、n型半導体の材料としては、例えば、N,N’−ジメチル−3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸ジイミド(略称:Me−PTCDI)などのペリレンテトラカルボン酸誘導体が挙げられる。
 また、n型半導体の材料としては、例えば、2,2’−(5,5’−(チエノ[3,2−b ]チオフェン−2,5−ジイル)ビス(チオフェン−5,2−ジイル))ビス(メタン−1−イル−1−イリデン)ジマロノニトリル(略称:FT2TDMN)が挙げられる。
 また、n型半導体の材料としては、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、クマリン誘導体、ローダミン誘導体、トリアジン誘導体、キノン誘導体等が挙げられる。
 活性層526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)、スズフタロシアニン(SnPc)、キナクリドン、ルブレン等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
 また、p型半導体の材料としては、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体、芳香族アミン骨格を有する化合物等が挙げられる。さらに、p型半導体の材料としては、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、インドール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ルブレン誘導体、テトラセン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
 電子供与性の有機半導体材料のHOMO準位は、電子受容性の有機半導体材料のHOMO準位よりも浅い(高い)ことが好ましい。電子供与性の有機半導体材料のLUMO準位は、電子受容性の有機半導体材料のLUMO準位よりも浅い(高い)ことが好ましい。
 電子受容性の有機半導体材料として、球状のフラーレンを用い、電子供与性の有機半導体材料として、平面に近い形状の有機半導体材料を用いることが好ましい。似た形状の分子同士は集まりやすい傾向にあり、同種の分子が凝集すると、分子軌道のエネルギー準位が近いため、キャリア輸送性を高めることができる。
 例えば、活性層526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好ましい。または、活性層526は、n型半導体とp型半導体とを積層して形成してもよい。
 発光素子及び受光素子には低分子系化合物及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。発光素子及び受光素子を構成する層は、それぞれ、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。
 例えば、正孔輸送性材料または電子ブロック材料として、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT/PSS)などの高分子化合物、及び、モリブデン酸化物、ヨウ化銅(CuI)などの無機化合物を用いることができる。また、電子輸送性材料または正孔ブロック材料として、酸化亜鉛(ZnO)などの無機化合物、ポリエチレンイミンエトキシレート(PEIE)などの有機化合物を用いることができる。受光デバイスは、例えば、PEIEとZnOとの混合膜を有していてもよい。
 また、活性層526に、ドナーとして機能するPoly[[4,8−bis[5−(2−ethylhexyl)−2−thienyl]benzo[1,2−b:4,5−b’]dithiophene−2,6−diyl]−2,5−thiophenediyl[5,7−bis(2−ethylhexyl)−4,8−dioxo−4H,8H−benzo[1,2−c:4,5−c’]dithiophene−1,3−diyl]]polymer(略称:PBDB−T)、または、PBDB−T誘導体などの高分子化合物を用いることができる。例えば、PBDB−TまたはPBDB−T誘導体にアクセプター材料を分散させる方法などが使用できる。
 また、活性層526には3種類以上の材料を混合させてもよい。例えば、波長域を拡大する目的で、n型半導体の材料と、p型半導体の材料と、に加えて、第3の材料を混合してもよい。このとき、第3の材料は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。
 受光ユニット555は、図29Aに示すように、層521(正孔注入層)、層522(正孔輸送層)、活性層526、層524(電子輸送層)、層525(電子注入層)の順に積層することができる。これは、図27Aに示す発光ユニット512Wと同じ積層順である。この場合、発光素子550W及び受光素子550Sのいずれにおいても、電極501を陽極として機能させ、電極502を陰極として機能させることができる。つまり、受光素子550Sは、電極501と電極502との間に逆バイアスをかけて駆動することで、受光素子550Sに入射する光を検出し、電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。
 ただし、本発明はこれに限られるものではない。例えば、層521が電子注入層を有し、層522が電子輸送層を有し、層524が正孔輸送層を有し、層525が正孔注入層を有する構成としてもよい。この場合、受光素子550Sにおいては、電極501を陰極として機能させ、電極502を陽極として機能させることができる。先の実施の形態に示す通り、本発明では、発光素子550Wと、受光素子550Sをそれぞれ個別に形成することができる。このため、発光素子550Wと受光素子550Sの構成が大きく異なる場合でも、比較的容易に作製することができる。
 また、図29Aに示す、層521、層522、層524、及び層525は、必ずしも全てを設ける必要はない。例えば、図29Bに示すように、正孔注入層を有する層521を設けずに、正孔注入層を有する層522が電極501に接する構成にしてもよい。なお、図29A及び図29Bに示すように、活性層526に接して、正孔輸送層を有する層522、および電子輸送層を有する層524の少なくとも一方を設けることが好ましい。これにより、受光素子550Sにおいて、電極501と電極502の間にリーク電流が生じ、撮像の感度が下がるのを抑制することができる。
 さらに、層522または層524のいずれか一方を設けない構成にすることもできる。例えば、図29Cに示すように、電子輸送層を有する層524を設けずに、活性層526が層525に接する構成にしてもよい。
 さらに、受光ユニット555を活性層526のみの構成にすることもできる。例えば、図29Dに示すように、正孔輸送層を有する層522を設けずに、活性層526が電極501に接する構成にしてもよい。
 さらに、層525を共通層とせず、発光素子ごとに設ける場合、受光素子550Sに層525を設けない構成にすることもできる。例えば、図29Eに示すように、電子注入層を有する層525を設けずに、活性層526が電極502に接する構成にしてもよい。
 本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
 本実施の形態では、本発明の一態様の受光デバイス等を有する表示装置の例について説明する。
 本実施の形態の表示装置において、画素は、互いに異なる色を発する発光デバイスを有する副画素を、複数種有する構成とすることができる。例えば、画素は、副画素を3種類有する構成とすることができる。当該3つの副画素としては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の副画素、黄色(Y)、シアン(C)、及びマゼンタ(M)の3色の副画素などが挙げられる。または、画素は副画素を4種類有する構成とすることができる。当該4つの副画素としては、R、G、B、白色(W)の4色の副画素、R、G、B、Yの4色の副画素などが挙げられる。
 副画素の配列に特に限定はなく、様々な方法を適用することができる。副画素の配列としては、例えば、ストライプ配列、Sストライプ配列、マトリクス配列、デルタ配列、ベイヤー配列、ペンタイル配列などが挙げられる。
 また、副画素の上面形状としては、例えば、三角形、四角形(長方形、正方形を含む)、五角形などの多角形、これら多角形の角が丸い形状、楕円形、または円形などが挙げられる。ここでいう副画素の上面形状は、発光デバイスの発光領域の上面形状に相当する。
 画素に、発光デバイス及び受光デバイスを有する表示装置では、画素が受光機能を有するため、画像を表示しながら、対象物の接触または近接を検出することができる。例えば、表示装置が有する副画素全てで画像を表示するだけでなく、一部の副画素は、光源としての光を呈し、残りの副画素で画像を表示することもできる。
 図30A、図30B、図30Cに示す画素は、副画素G、副画素B、副画素R、及び、副画素PSを有する。
 図30Aに示す画素には、ストライプ配列が適用されている。図30Bに示す画素には、マトリクス配列が適用されている。
 図30Cに示す画素の配列は、1つの副画素(副画素B)の隣に、3つの副画素(副画素R、副画素G、副画素S)が縦に3つ並んだ構成を有する。
 なお、副画素のレイアウトは図30A乃至図30Cの構成に限られない。
 副画素Rは、赤色の光を発する発光デバイスを有する。副画素Gは、緑色の光を発する発光デバイスを有する。副画素Bは、青色の光を発する発光デバイスを有する。副画素IRは、赤外光を発する発光デバイスを有する。副画素PSは、受光デバイスを有する。副画素PSが検出する光の波長は特に限定されないが、副画素PSが有する受光デバイスは、副画素R、副画素G、副画素B、または副画素IRが有する発光デバイスが発する光に感度を有することが好ましい。例えば、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの波長域の光、及び、赤外の波長域の光のうち、一つまたは複数を検出することが好ましい。
 副画素PSの受光面積は、他の副画素の発光面積よりも小さい。受光面積が小さいほど、撮像範囲が狭くなり、撮像結果のボケの抑制、及び、解像度の向上が可能となる。そのため、副画素PSを用いることで、高精細または高解像度の撮像を行うことができる。例えば、副画素PSを用いて、指紋、掌紋、虹彩、脈形状(静脈形状、動脈形状を含む)、または顔などを用いた個人認証のための撮像を行うことができる。
 また、副画素PSは、タッチセンサ(ダイレクトタッチセンサともいう)またはニアタッチセンサ(ホバーセンサ、ホバータッチセンサ、非接触センサ、タッチレスセンサともいう)などに用いることができる。例えば、副画素PSは、赤外光を検出することが好ましい。これにより、暗い場所でも、タッチ検出が可能となる。
 ここで、タッチセンサまたはニアタッチセンサは、対象物(指、手、またはペンなど)の近接もしくは接触を検出することができる。タッチセンサは、表示装置と、対象物とが、直接接することで、対象物を検出できる。また、ニアタッチセンサは、対象物が表示装置に接触しなくても、当該対象物を検出することができる。例えば、表示装置と、対象物との間の距離が0.1mm以上300mm以下、好ましくは3mm以上50mm以下の範囲で表示装置が当該対象物を検出できる構成であると好ましい。当該構成とすることで、表示装置に対象物が直接触れずに操作することが可能となる、別言すると非接触(タッチレス)で表示装置を操作することが可能となる。上記構成とすることで、表示装置に汚れ、または傷がつくリスクを低減することができる、または対象物が表示装置に付着した汚れ(例えば、ゴミ、またはウィルスなど)に直接触れずに、表示装置を操作することが可能となる。
 なお、高精細な撮像を行うため、副画素PSは、表示装置が有する全ての画素に設けられていることが好ましい。一方で、副画素PSは、タッチセンサまたはニアタッチセンサなどに用いる場合は、指紋などを撮像する場合と比較して高い精度が求められないため、表示装置が有する一部の画素に設けられていればよい。表示装置が有する副画素PSの数を、副画素R等の数よりも少なくすることで、検出速度を高めることができる。
 図30Dに、受光デバイスを有する副画素の画素回路の一例を示し、図30Eに、発光デバイスを有する副画素の画素回路の一例を示す。
 図30Dに示す画素回路PIX1は、受光デバイスPD、トランジスタM11、トランジスタM12、トランジスタM13、トランジスタM14、及び容量素子C2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、アノードが配線V1と電気的に接続し、カソードがトランジスタM11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M11は、ゲートが配線TXと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が容量素子C2の一方の電極、トランジスタM12のソースまたはドレインの一方、及びトランジスタM13のゲートと電気的に接続する。トランジスタM12は、ゲートが配線RESと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線V2と電気的に接続する。トランジスタM13は、ソースまたはドレインの一方が配線V3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M14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M14は、ゲートが配線SEと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線OUT1と電気的に接続する。
 配線V1、配線V2、及び配線V3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V2に、配線V1の電位よりも高い電位を供給する。トランジスタM12は、配線RESに供給される信号により制御され、トランジスタM13のゲートに接続するノードの電位を、配線V2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M11は、配線TX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M13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M14は、配線SE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OUT1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。
 図30Eに示す画素回路PIX2は、発光デバイスEL、トランジスタM15、トランジスタM16、トランジスタM17、及び容量素子C3を有する。ここでは、発光デバイスELとして、発光ダイオードを用いた例を示している。特に、発光デバイスELとして、有機EL素子を用いることが好ましい。
 トランジスタM15は、ゲートが配線VGと電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線VSと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、容量素子C3の一方の電極、及びトランジスタM16のゲートと電気的に接続する。トランジスタM16のソースまたはドレインの一方は配線V4と電気的に接続し、他方は、発光デバイスELのアノード、及びトランジスタM17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M17は、ゲートが配線MSと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線OUT2と電気的に接続する。発光デバイスELのカソードは、配線V5と電気的に接続する。
 配線V4及び配線V5には、それぞれ定電位が供給される。発光デバイスELのアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。トランジスタM15は、配線VGに供給される信号により制御され、画素回路PIX2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M16は、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイスEL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M15が導通状態のとき、配線VSに供給される電位がトランジスタM16のゲートに供給され、その電位に応じて発光デバイスELの発光輝度を制御することができる。トランジスタM17は配線MSに供給される信号により制御され、トランジスタM16と発光デバイスELとの間の電位を、配線OUT2を介して外部に出力する機能を有する。
 ここで、画素回路PIX1が有するトランジスタM11、トランジスタM12、トランジスタM13、及びトランジスタM14、並びに、画素回路PIX2が有するトランジスタM15、トランジスタM16、及びトランジスタM17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容量素子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、特に容量素子C2または容量素子C3に直列に接続されるトランジスタM11、トランジスタM12、及びトランジスタM15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。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。
 例えば、室温下における、チャネル幅1μmあたりのOSトランジスタのオフ電流値は、1aA(1×10−18A)以下、1zA(1×10−21A)以下、または1yA(1×10−24A)以下とすることができる。なお、室温下における、チャネル幅1μmあたりのSiトランジスタのオフ電流値は、1fA(1×10−15A)以上1pA(1×10−12A)以下である。したがって、OSトランジスタのオフ電流は、Siトランジスタのオフ電流よりも10桁程度低いともいえる。
 また、トランジスタM11乃至トランジスタM17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M11乃至トランジスタM17のうち、一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。
 なお、図30D、図30Eにおいて、トランジスタをnチャネル型のトランジスタとして表記しているが、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と画素回路PIX2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。特に、画素回路PIX1が有するトランジスタと画素回路PIX2が有するトランジスタとを1つの領域内に混在させて周期的に配列する構成とすることが好ましい。
 また、受光デバイスPDまたは発光デバイスELと重なる位置に、トランジスタ及び容量素子の一方又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。
 画素回路に含まれる発光デバイスELの発光輝度を高くする場合、発光デバイスELに流す電流量を大きくする必要がある。そのためには、画素回路に含まれている駆動トランジスタのソース−ドレイン間電圧を高くする必要がある。OSトランジスタは、Siトランジスタと比較して、ソース−ドレイン間において耐圧が高いため、OSトランジスタのソース−ドレイン間には高い電圧を印加することができる。これにより、画素回路に含まれる駆動トランジスタをOSトランジスタとすることで、発光デバイスに流れる電流量を大きくし、発光デバイスの発光輝度を高くすることができる。
 また、トランジスタが飽和領域で動作する場合において、OSトランジスタは、Siトランジスタよりも、ゲート−ソース間電圧の変化に対して、ソース−ドレイン間電流の変化を小さくすることができる。このため、画素回路に含まれる駆動トランジスタとしてOSトランジスタを適用することによって、ゲート−ソース間電圧の変化によって、ソース−ドレイン間に流れる電流を細かく定めることができるため、発光デバイスに流れる電流量を制御することができる。このため、画素回路における階調を大きくすることができる。
 また、トランジスタが飽和領域で動作するときに流れる電流の飽和特性において、OSトランジスタは、ソース−ドレイン間電圧が徐々に高くなった場合においても、Siトランジスタよりも安定した電流(飽和電流)を流すことができる。そのため、OSトランジスタを駆動トランジスタとして用いることで、例えば、EL材料が含まれる発光デバイスの電流−電圧特性にばらつきが生じた場合においても、発光デバイスに安定した電流を流すことができる。つまり、OSトランジスタは、飽和領域で動作する場合において、ソース−ドレイン間電圧を高くしても、ソース−ドレイン間電流がほぼ変化しないため、発光デバイスの発光輝度を安定させることができる。
 上記のとおり、画素回路に含まれる駆動トランジスタにOSトランジスタを用いることで、「黒浮きの抑制」、「発光輝度の上昇」、「多階調化」、「発光デバイスのばらつきの抑制」などを図ることができる。
 また、本発明の一態様の表示装置は、リフレッシュレートを可変にすることができる。例えば、表示装置に表示されるコンテンツに応じてリフレッシュレートを調整(例えば、0.01Hz以上240Hz以下の範囲で調整)して消費電力を低減させることができる。また、リフレッシュレートを低下させた駆動により、表示装置の消費電力を低減する駆動をアイドリングストップ(IDS)駆動と呼称してもよい。
 また、上記のリフレッシュレートに応じて、タッチセンサ、またはニアタッチセンサの駆動周波数を変化させてもよい。例えば、表示装置のリフレッシュレートが120Hzの場合、タッチセンサ、またはニアタッチセンサの駆動周波数を120Hzよりも高い周波数(代表的には240Hz)とする構成とすることができる。当該構成とすることで、低消費電力が実現でき、且つタッチセンサ、またはニアタッチセンサの応答速度を高めることが可能となる。
 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7)
 本実施の形態では、高精細な表示装置について説明する。
[表示パネルの構成例]
 VR向け、AR向けなどの装着型の電子機器では、視差を用いることで3D画像を提供することができる。その場合、右目用の画像を右目の視界内に、左目用の画像を左目の視界内に、それぞれ表示する必要がある。ここで、表示装置の表示部の形状として、横長の矩形形状としてもよいが、右目及び左目の視界の外側設けられる画素は、表示に寄与しないため、当該画素には常に黒色が表示されることとなる。
 そこで、表示パネルの表示部として、右目用と左目用の2つの領域に分け、表示に寄与しない外側の領域には画素を配置しない構成とすることが好ましい。これにより、画素の書き込みに要する消費電力を低減できる。また、ソース線、ゲート線などの負荷が小さくなるため、フレームレートの高い表示が可能となる。これにより、滑らかな動画を表示できるため、現実感を高めることができる。
 図31Aには、表示パネルの構成例を示している。図31Aでは、基板701の内側に、左目用の表示部702Lと、右目用の表示部702Rが配置されている。なお、基板701上には、表示部702L、表示部702Rのほかに、駆動回路、配線、IC、FPCなどが配置されていてもよい。
 図31Aに示す表示部702L、表示部702Rは、正方形の上面形状を有している。
 また、表示部702L、表示部702Rの上面形状は、他の正多角形であってもよい。図31Bは、正六角形とした場合の例を示し、図31Cは、正八角形とした場合の例を示し、図31Dは、正十角形とした場合の例を示し、図31Eは、正十二角形とした場合の例を示している。このように、角が偶数個である多角形を用いることで、表示部の形状を左右対称にすることができる。なお、正多角形ではない多角形を用いてもよい。また、角の丸い正多角形、または多角形を用いてもよい。
 なお、マトリクス状に配置された画素により表示部を構成するため、各表示部の輪郭の直線部分は、厳密には直線にはならず、階段状である部分が存在しうる。特に、画素の配列方向と平行でない直線部分では、階段状の上面形状となる。ただし、ユーザには画素の形状が視認されない状態で視聴されるため、表示部の斜めの輪郭が厳密には階段状であっても、直線とみなすことができる。同様に表示部の輪郭の曲線部分が厳密には階段状であったとしても、これを曲線とみなすことができる。
 また、図31Fは、表示部702L、表示部702Rの上面形状を円とした場合の例を示している。
 また、表示部702L、表示部702Rの上面形状は、左右非対称であってもよい。また、正多角形でなくてもよい。
 図31Gには、表示部702L、表示部702Rの上面形状を、それぞれ左右非対称な八角形とした場合の例を示している。また、図31Hには、正七角形とした場合の例を示している。このように、表示部702L、表示部702Rの上面形状を、それぞれ左右非対称な形状とした場合でも、表示部702Lと表示部702Rとは、左右対称に配置することが好ましい。これにより、違和感のない画像を提供することができる。
 上記では、表示部を2つに分ける構成について説明したが、一続きの形状としてもよい。
 図31Iは、図31Fにおける2つの円形の表示部702を繋げた例である。また、図31Jは、図31Cにおける2つの正八角形の表示部702を繋げた例である。
 以上が、表示パネルの構成例についての説明である。
 本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせることができる。
 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。
(実施の形態8)
 本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したOSトランジスタに用いることができる金属酸化物(酸化物半導体ともいう)について説明する。
 OSトランジスタに用いる金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を有することが好ましく、インジウム及び亜鉛を有することがより好ましい。例えば、金属酸化物は、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、スズ、シリコン、ホウ素、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、マグネシウム、及びコバルト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、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、及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く、ガリウムがより好ましい。
 また、金属酸化物は、スパッタリング法、MOCVD法などのCVD法、または、ALD法などにより形成することができる。
 以降では、金属酸化物の一例として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物について説明する。なお、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物を、In−Ga−Zn酸化物と呼ぶ場合がある。
<結晶構造の分類>
 酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス(completely amorphousを含む)、CAAC(c−axis−aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)、CAC(cloud−aligned composite)、単結晶(single crystal)、及び多結晶(poly crystal)等が挙げられる。
 なお、膜または基板の結晶構造は、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)スペクトルを用いて評価することができる。例えば、GIXD(Grazing−Incidence XRD)測定で得られるXRDスペクトルを用いて評価することができる。なお、GIXD法は、薄膜法またはSeemann−Bohlin法ともいう。また、以下では、GIXD測定で得られるXRDスペクトルを、単に、XRDスペクトルと記す場合がある。
 例えば、石英ガラス基板では、XRDスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するIn−Ga−Zn酸化物膜では、XRDスペクトルのピークの形状が左右非対称である。XRDスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、XRDスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
 また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法(NBED:Nano Beam Electron Diffraction)によって観察される回折パターン(極微電子線回折パターンともいう)にて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温成膜したIn−Ga−Zn酸化物膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温成膜したIn−Ga−Zn酸化物は、単結晶または多結晶でもなく、非晶質状態でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
<<酸化物半導体の構造>>
 なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、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、上述のCAAC−OS、及びnc−OSがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
 ここで、上述のCAAC−OS、nc−OS、及びa−like OSの詳細について、説明を行う。
[CAAC−OS]
 CAAC−OSは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はc軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、CAAC−OS膜の厚さ方向、CAAC−OS膜の被形成面の法線方向、またはCAAC−OS膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、CAAC−OSは、a−b面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域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。つまり、CAAC−OSは、c軸配向し、a−b面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
 なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、1つまたは複数の微小な結晶(最大径が10nm未満である結晶)で構成される。結晶領域が1つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は10nm未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十nm程度となる場合がある。
 また、In−Ga−Zn酸化物において、CAAC−OSは、インジウム(In)、及び酸素を有する層(以下、In層)と、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、及び酸素を有する層(以下、(Ga,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、インジウムとガリウムは、互いに置換可能である。よって、(Ga,Zn)層にはインジウムが含まれる場合がある。また、In層にはガリウムが含まれる場合がある。なお、In層には亜鉛が含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能TEM(Transmission Electron Microscope)像において、格子像として観察される。
 CAAC−OS膜に対し、例えば、XRD装置を用いて構造解析を行うと、θ/2θスキャンを用いたOut−of−plane XRD測定では、c軸配向を示すピークが2θ=31°またはその近傍に検出される。なお、c軸配向を示すピークの位置(2θの値)は、CAAC−OSを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
 また、例えば、CAAC−OS膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点(スポット)が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット(ダイレクトスポットともいう)を対称中心として、点対称の位置に観測される。
 上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、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)を確認することはできない。即ち、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、金属原子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と考えられる。
 なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶(polycrystal)と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないCAAC−OSは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、CAAC−OSを構成するには、Znを有する構成が好ましい。例えば、In−Zn酸化物、及びIn−Ga−Zn酸化物は、In酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
 CAAC−OSは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、CAAC−OSは、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、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入、欠陥の生成などによって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物及び欠陥(酸素欠損など)の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、CAAC−OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、CAAC−OSは、製造工程における高い温度(所謂サーマルバジェット)に対しても安定である。従って、OSトランジスタにCAAC−OSを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
[nc−OS]
 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。別言すると、nc−OSは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、1nm以上10nm以下、特に1nm以上3nm以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。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。従って、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OS、または非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、XRD装置を用いて構造解析を行うと、θ/2θスキャンを用いたOut−of−plane XRD測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子線回折(制限視野電子線回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OS膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径(例えば1nm以上30nm以下)の電子線を用いる電子線回折(ナノビーム電子線回折ともいう。)を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
[a−like OS]
 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酸化物半導体である。a−like OSは、鬆または低密度領域を有する。即ち、a−like OSは、nc−OS及びCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。また、a−like OSは、nc−OS及びCAAC−OSと比べて、膜中の水素濃度が高い。
<<酸化物半導体の構成>>
 次に、上述のCAC−OSの詳細について、説明を行う。なお、CAC−OSは材料構成に関する。
[CAC−OS]
 CAC−OSとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上3nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上3nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
 さらに、CAC−OSとは、第1の領域と、第2の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第1の領域が、膜中に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。つまり、CAC−OSは、当該第1の領域と、当該第2の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
 ここで、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSを構成する金属元素に対するIn、Ga、及びZnの原子数比のそれぞれを、[In]、[Ga]、及び[Zn]と表記する。例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSにおいて、第1の領域は、[In]が、CAC−OS膜の組成における[In]よりも大きい領域である。また、第2の領域は、[Ga]が、CAC−OS膜の組成における[Ga]よりも大きい領域である。または、例えば、第1の領域は、[In]が、第2の領域における[In]よりも大きく、且つ、[Ga]が、第2の領域における[Ga]よりも小さい領域である。また、第2の領域は、[Ga]が、第1の領域における[Ga]よりも大きく、且つ、[In]が、第1の領域における[In]よりも小さい領域である。
 具体的には、上記第1の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第2の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第1の領域を、Inを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第2の領域を、Gaを主成分とする領域と言い換えることができる。
 なお、上記第1の領域と、上記第2の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
 また、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSとは、In、Ga、Zn、及びOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とする領域と、一部にInを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、CAC−OSは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
 CAC−OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC−OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましい。例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とする。
 また、例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、Inを主成分とする領域(第1の領域)と、Gaを主成分とする領域(第2の領域)とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
 ここで、第1の領域は、第2の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第1の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第1の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
 一方、第2の領域は、第1の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第2の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
 従って、CAC−OSをトランジスタに用いる場合、第1の領域に起因する導電性と、第2の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC−OSに付与することができる。つまり、CAC−OS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。導電性の機能と絶縁性の機能と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。よって、CAC−OSをトランジスタに用いることで、高いオン電流(Ion)、高い電界効果移動度(μ)、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
 また、CAC−OSを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、CAC−OSは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
 酸化物半導体は、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、CAC−OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。
<酸化物半導体を有するトランジスタ>
 続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
 上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
 トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は1×1017cm−3以下、好ましくは1×1015cm−3以下、さらに好ましくは1×1013cm−3以下、より好ましくは1×1011cm−3以下、さらに好ましくは1×1010cm−3未満であり、1×10−9cm−3以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
 また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
 また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
 従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。なお、酸化物半導体中の不純物とは、例えば、酸化物半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。
<不純物>
 ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
 酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンまたは炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンまたは炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンまたは炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とする。
 また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、SIMSにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。
 また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、SIMSにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下にする。
 また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体中の水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満にする。
 不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
 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。
(実施の形態9)
 本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について図32乃至図35を用いて説明する。
 本実施の形態の電子機器は、本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、高精細化、高解像度化、大型化のそれぞれが容易である。したがって、本発明の一態様の表示装置は、様々な電子機器の表示部に用いることができる。
 また、本発明の一態様の表示装置は、低いコストで作製できるため、電子機器の製造コストを低減することができる。
 電子機器としては、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パーソナルコンピュータ、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、携帯電話機、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。
 特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型、ブレスレット型などの情報端末機(ウェアラブル機器)、並びに、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、メガネ型のAR向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。また、ウェアラブル機器としては、SR(Substitutional Reality)向け機器、及び、MR(Mixed Reality)向け機器も挙げられる。
 本発明の一態様の表示装置は、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K2K(画素数3840×2160)、8K4K(画素数7680×4320)といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に4K2K、8K4K、又はそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、本発明の一態様の表示装置における画素密度(精細度)は、300ppi以上が好ましく、500ppi以上がより好ましく、1000ppi以上がより好ましく、2000ppi以上がより好ましく、3000ppi以上がより好ましく、5000ppi以上がより好ましく、7000ppi以上がさらに好ましい。このように高い解像度または高い精細度を有する表示装置を用いることで、携帯型または家庭用途などのパーソナルユースの電子機器において、臨場感及び奥行き感などをより高めることが可能となる。
 本実施の形態の電子機器は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
 本実施の形態の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像及び情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
 本実施の形態の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、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知、検出、または測定する機能を含むもの)を有していてもよい。
 本実施の形態の電子機器は、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、タッチパネル機能、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。
 図32Aに示す電子機器6500は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
 電子機器6500は、筐体6501、表示部6502、電源ボタン6503、ボタン6504、スピーカ6505、マイク6506、カメラ6507、及び光源6508等を有する。表示部6502はタッチパネル機能を備える。
 表示部6502に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 図32Bは、筐体6501のマイク6506側の端部を含む断面概略図である。
 筐体6501の表示面側には透光性を有する保護部材6510が設けられ、筐体6501と保護部材6510に囲まれた空間内に、表示パネル6511、光学部材6512、タッチセンサパネル6513、プリント基板6517、バッテリ6518等が配置されている。
 保護部材6510には、表示パネル6511、光学部材6512、及びタッチセンサパネル6513が接着層(図示しない)により固定されている。
 表示部6502よりも外側の領域において、表示パネル6511の一部が折り返されており、当該折り返された部分にFPC6515が接続されている。FPC6515には、IC6516が実装されている。FPC6515は、プリント基板6517に設けられた端子に接続されている。
 表示パネル6511には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイ(可撓性を有する表示装置)を適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル6511が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ6518を搭載することもできる。また、表示パネル6511の一部を折り返して、画素部の裏側にFPC6515との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
 図33Aにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7100は、筐体7101に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7103により筐体7101を支持した構成を示している。
 表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 図33Aに示すテレビジョン装置7100の操作は、筐体7101が備える操作スイッチ、及び、別体のリモコン操作機7111により行うことができる。または、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることでテレビジョン装置7100を操作してもよい。リモコン操作機7111は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7111が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。
 なお、テレビジョン装置7100は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
 図33Bに、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ7200は、筐体7211、キーボード7212、ポインティングデバイス7213、外部接続ポート7214等を有する。筐体7211に、表示部7000が組み込まれている。
 表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 図33C及び図33Dに、デジタルサイネージの一例を示す。
 図33Cに示すデジタルサイネージ7300は、筐体7301、表示部7000、及びスピーカ7303等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
 図33Dは円柱状の柱7401に取り付けられたデジタルサイネージ7400である。デジタルサイネージ7400は、柱7401の曲面に沿って設けられた表示部7000を有する。
 図33C及び図33Dにおいて、表示部7000に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 表示部7000が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部7000が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
 表示部7000にタッチパネルを適用することで、表示部7000に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
 また、図33C及び図33Dに示すように、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機7311または情報端末機7411と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部7000に表示される広告の情報を、情報端末機7311または情報端末機7411の画面に表示させることができる。また、情報端末機7311または情報端末機7411を操作することで、表示部7000の表示を切り替えることができる。
 また、デジタルサイネージ7300またはデジタルサイネージ7400に、情報端末機7311または情報端末機7411の画面を操作手段(コントローラ)としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
 図34Aは、ファインダー8100を取り付けた状態のカメラ8000の外観を示す図である。
 カメラ8000は、筐体8001、表示部8002、操作ボタン8003、シャッターボタン8004等を有する。またカメラ8000には、着脱可能なレンズ8006が取り付けられている。なお、カメラ8000は、レンズ8006と筐体8001とが一体となっていてもよい。
 カメラ8000は、シャッターボタン8004を押す、またはタッチパネルとして機能する表示部8002をタッチすることにより撮像することができる。
 筐体8001は、電極を有するマウントを有し、ファインダー8100のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
 ファインダー8100は、筐体8101、表示部8102、ボタン8103等を有する。
 筐体8101は、カメラ8000のマウントと係合するマウントにより、カメラ8000に取り付けられている。ファインダー8100はカメラ8000から受信した映像等を表示部8102に表示させることができる。
 ボタン8103は、電源ボタン等としての機能を有する。
 カメラ8000の表示部8002、及びファインダー8100の表示部8102に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。なお、ファインダーが内蔵されたカメラ8000であってもよい。
 図34Bは、ヘッドマウントディスプレイ8200の外観を示す図である。
 ヘッドマウントディスプレイ8200は、装着部8201、レンズ8202、本体8203、表示部8204、ケーブル8205等を有している。また装着部8201には、バッテリ8206が内蔵されている。
 ケーブル8205は、バッテリ8206から本体8203に電力を供給する。本体8203は無線受信機等を備え、受信した映像情報を表示部8204に表示させることができる。また、本体8203はカメラを備え、使用者の眼球またはまぶたの動きの情報を入力手段として用いることができる。
 また、装着部8201には、使用者に触れる位置に、使用者の眼球の動きに伴って流れる電流を検知可能な複数の電極が設けられ、視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流により、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部8201には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部8204に表示する機能、使用者の頭部の動きに合わせて表示部8204に表示する映像を変化させる機能などを有していてもよい。
 表示部8204に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 図34C乃至図34Eは、ヘッドマウントディスプレイ8300の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ8300は、筐体8301と、表示部8302と、バンド状の固定具8304と、一対のレンズ8305と、を有する。
 使用者は、レンズ8305を通して、表示部8302の表示を視認することができる。なお、表示部8302を湾曲して配置させると、使用者が高い臨場感を感じることができるため好ましい。また、表示部8302の異なる領域に表示された別の画像を、レンズ8305を通して視認することで、視差を用いた3次元表示等を行うこともできる。なお、表示部8302を1つ設ける構成に限られず、表示部8302を2つ設け、使用者の片方の目につき1つの表示部を配置してもよい。
 表示部8302に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様の表示装置は、極めて高い精細度を実現することも可能である。例えば、図34Eのようにレンズ8305を用いて表示を拡大して視認される場合でも、使用者に画素が視認されにくい。つまり、表示部8302を用いて、使用者に現実感の高い映像を視認させることができる。
 図34Fは、ゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ8400の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ8400は、一対の筐体8401と、装着部8402と、緩衝部材8403と、を有する。一対の筐体8401内には、それぞれ、表示部8404及びレンズ8405が設けられる。一対の表示部8404に互いに異なる画像を表示させることで、視差を用いた3次元表示を行うことができる。
 使用者は、レンズ8405を通して表示部8404を視認することができる。レンズ8405はピント調整機構を有し、使用者の視力に応じて位置を調整することができる。表示部8404は、正方形または横長の長方形であることが好ましい。これにより、臨場感を高めることができる。
 装着部8402は、使用者の顔のサイズに応じて調整でき、かつ、ずれ落ちることのないよう、可塑性及び弾性を有することが好ましい。また、装着部8402の一部は、骨伝導イヤフォンとして機能する振動機構を有していることが好ましい。これにより、別途イヤフォン、スピーカなどの音響機器を必要とせず、装着しただけで映像と音声を楽しむことができる。なお、筐体8401内に、無線通信により音声データを出力する機能を有していてもよい。
 装着部8402と緩衝部材8403は、使用者の顔(額、頬など)に接触する部分である。緩衝部材8403が使用者の顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材8403は、使用者がヘッドマウントディスプレイ8400を装着した際に使用者の顔に密着するよう、柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、ウレタン、スポンジなどの素材を用いることができる。また、スポンジ等の表面を布、革(天然皮革または合成皮革)、などで覆ったものを用いると、使用者の顔と緩衝部材8403との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。また、このような素材を用いると、肌触りが良いことに加え、寒い季節などに装着した際に、使用者に冷たさを感じさせないため好ましい。緩衝部材8403または装着部8402などの、使用者の肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニングまたは交換が容易となるため好ましい。
 図35A乃至図35Fに示す電子機器は、筐体9000、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子9006、センサ9007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、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知、検出、または測定する機能を含むもの)、マイクロフォン9008、等を有する。
 図35A乃至図35Fに示す電子機器は、様々な機能を有する。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、タッチパネル機能、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)によって処理を制御する機能、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して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画または動画を撮影し、記録媒体(外部またはカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
 表示部9001に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
 図35A乃至図35Fに示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
 図35Aは、携帯情報端末9101を示す斜視図である。携帯情報端末9101は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末9101は、スピーカ9003、接続端子9006、センサ9007等を設けてもよい。また、携帯情報端末9101は、文字及び画像情報をその複数の面に表示することができる。図35Aでは3つのアイコン9050を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報9051を表示部9001の他の面に表示することもできる。情報9051の一例としては、電子メール、SNS、電話などの着信の通知、電子メール、SNSなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報9051が表示されている位置にはアイコン9050などを表示してもよい。
 図35Bは、携帯情報端末9102を示す斜視図である。携帯情報端末9102は、表示部9001の3面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報9052、情報9053、情報9054がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末9102を収納した状態で、携帯情報端末9102の上方から観察できる位置に表示された情報9053を確認することもできる。使用者は、携帯情報端末9102をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
 図35Cは、腕時計型の携帯情報端末9200を示す斜視図である。携帯情報端末9200は、例えばスマートウォッチ(登録商標)として用いることができる。また、表示部9001はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末9200を、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信させることによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末9200は、接続端子9006により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うこと、及び、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
 図35D乃至図35Fは、折り畳み可能な携帯情報端末9201を示す斜視図である。また、図35Dは携帯情報端末9201を展開した状態、図35Fは折り畳んだ状態、図35Eは図35Dと図35Fの一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末9201は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末9201が有する表示部9001は、ヒンジ9055によって連結された3つの筐体9000に支持されている。例えば、表示部9001は、曲率半径0.1mm以上150mm以下で曲げることができる。
 本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせることができる。
 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。
100C:表示装置、100D:表示装置、100E:表示装置、100F:表示装置、100G:表示装置、100:表示装置、101:基板、102:基板、103B:副画素、103G:副画素、103R:副画素、103S:副画素、103:画素、105:絶縁層、110B:発光素子、110G:発光素子、110R:発光素子、110S:受光素子、110:発光素子、111B:画素電極、111C:接続電極、111G:画素電極、111R:画素電極、111S:画素電極、111:画素電極、112B:有機層、112f:有機膜、112G:有機層、112R:有機層、112:有機層、113:共通電極、114:有機層、120:スリット、121:保護層、122:樹脂層、125f:絶縁膜、125:絶縁層、126:樹脂層、129B:着色層、129G:着色層、129R:着色層、129:着色層、130:接続部、131:絶縁層、132:絶縁層、143:レジストマスク、144:犠牲膜、145:犠牲層、146:犠牲膜、147:犠牲層、155f:有機膜、155:有機層、161:導電層、162:導電層、163:樹脂層、173:レジストマスク、174:犠牲膜、175:犠牲層、176:犠牲膜、177:犠牲層、200:表示パネル、201:基板、202:基板、203:機能層、211B:発光素子、211G:発光素子、211R:発光素子、211W:発光素子、211:発光素子、212:受光素子、220:指、221:接触部、222:指紋、223:撮像範囲、225:スタイラス、226:軌跡、252:トランジスタ、254:接続部、258:トランジスタ、259:トランジスタ、260:トランジスタ、261:絶縁層、262:絶縁層、265:絶縁層、268:絶縁層、271:導電層、272a:導電層、272b:導電層、273:導電層、275:絶縁層、278:接続部、281i:チャネル形成領域、281n:低抵抗領域、281:半導体層、292:接続層、294:絶縁層、400:表示装置、411a:導電層、411b:導電層、411c:導電層、412G:EL層、412S:PD層、413:共通電極、414:有機層、416:保護層、417:遮光層、418:着色層、421:絶縁層、422:樹脂層、430b:発光素子、440:受光素子、442:接着層、453:基板、454:基板、455:接着層、462:表示部、464:回路、465:配線、466:導電層、472:FPC、473:IC、500:表示装置、501:電極、502:電極、512Q_1:発光ユニット、512Q_2:発光ユニット、512Q_3:発光ユニット、512W:発光ユニット、521:層、522:層、523Q_1:発光層、523Q_2:発光層、523Q_3:発光層、524:層、525:層、526:活性層、531:中間層、540:保護層、545B:着色層、545G:着色層、545R:着色層、550S:受光素子、550W:発光素子、555:受光ユニット、701:基板、702L:表示部、702R:表示部、702:表示部、1240:容量、1241:導電層、1243:絶縁層、1245:導電層、1251:導電層、1252:導電層、1254:絶縁層、1255a:絶縁層、1255b:絶縁層、1256:プラグ、1261:絶縁層、1262:絶縁層、1263:絶縁層、1264:絶縁層、1265:絶縁層、1271:プラグ、1274a:導電層、1274b:導電層、1274:プラグ、1280:表示モジュール、1281:表示部、1282:回路部、1283a:画素回路、1283:画素回路部、1284a:画素、1284:画素部、1285:端子部、1286:配線部、1290:FPC、1291:基板、1292:基板、1301A:基板、1301B:基板、1301:基板、1310A:トランジスタ、1310B:トランジスタ、1310:トランジスタ、1311:導電層、1312:低抵抗領域、1313:絶縁層、1314:絶縁層、1315:素子分離層、1320:トランジスタ、1321:半導体層、1323:絶縁層、1324:導電層、1325:導電層、1326:絶縁層、1327:導電層、1328:絶縁層、1329:絶縁層、1331:基板、1332:絶縁層、1335:絶縁層、1336:絶縁層、1341:導電層、1342:導電層、1343:プラグ、1344:絶縁層、1345:絶縁層、1346:絶縁層、1347:バンプ、1348:接着層、6500:電子機器、6501:筐体、6502:表示部、6503:電源ボタン、6504:ボタン、6505:スピーカ、6506:マイク、6507:カメラ、6508:光源、6510:保護部材、6511:表示パネル、6512:光学部材、6513:タッチセンサパネル、6515:FPC、6516:IC、6517:プリント基板、6518:バッテリ、7000:表示部、7100:テレビジョン装置、7101:筐体、7103:スタンド、7111:リモコン操作機、7200:ノート型パーソナルコンピュータ、7211:筐体、7212:キーボード、7213:ポインティングデバイス、7214:外部接続ポート、7300:デジタルサイネージ、7301:筐体、7303:スピーカ、7311:情報端末機、7400:デジタルサイネージ、7401:柱、7411:情報端末機、8000:カメラ、8001:筐体、8002:表示部、8003:操作ボタン、8004:シャッターボタン、8006:レンズ、8100:ファインダー、8101:筐体、8102:表示部、8103:ボタン、8200:ヘッドマウントディスプレイ、8201:装着部、8202:レンズ、8203:本体、8204:表示部、8205:ケーブル、8206:バッテリ、8300:ヘッドマウントディスプレイ、8301:筐体、8302:表示部、8304:固定具、8305:レンズ、8400:ヘッドマウントディスプレイ、8401:筐体、8402:装着部、8403:緩衝部材、8404:表示部、8405:レンズ、9000:筐体、9001:表示部、9003:スピーカ、9005:操作キー、9006:接続端子、9007:センサ、9008:マイクロフォン、9050:アイコン、9051:情報、9052:情報、9053:情報、9054:情報、9055:ヒンジ、9101:携帯情報端末、9102:携帯情報端末、9200:携帯情報端末、9201:携帯情報端末

Claims (14)

  1.  第1の発光素子と、受光素子と、第1の着色層と、を有し、
     前記第1の発光素子は、第1の画素電極と、前記第1の画素電極上の第1の有機層と、前記第1の有機層上の共通電極と、を有し、
     前記受光素子は、第2の画素電極と、前記第2の画素電極上の第2の有機層と、前記第2の有機層上の前記共通電極と、を有し、
     前記第1の有機層は、第1の発光層を含み、
     前記第2の有機層は、光電変換層を含み、
     前記第1の着色層は、前記第1の発光素子に重畳して配置され、
     前記光電変換層は、前記第1の着色層が透過する光の波長域に感度を有する、
     表示装置。
  2.  請求項1において、
     前記第1の有機層と、前記第2の有機層との間の距離が8μm以下の領域を有する、
     表示装置。
  3.  請求項1または請求項2において、
     樹脂層を有し、
     前記樹脂層は、前記第1の発光素子と、前記受光素子との間の領域に位置し、
     前記第1の有機層の側面と、前記第2の有機層の側面とは、前記樹脂層を挟んで対向する、
     表示装置。
  4.  請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
     絶縁層を有し、
     前記絶縁層は、前記第1の発光素子と、前記受光素子との間に位置し、
     前記絶縁層は、前記第1の有機層の側面、及び前記第2の有機層の側面に接する、
     表示装置。
  5.  請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
     第2の発光素子と、第2の着色層と、を有し、
     前記第2の発光素子は、第3の画素電極と、前記第3の画素電極上の第3の有機層と、前記第3の有機層上の前記共通電極と、を有し、
     前記第3の有機層は、第2の発光層を含み、
     前記第2の着色層は、前記第2の発光素子に重畳して配置され、
     前記第2の着色層は、前記第1の着色層とは透過する光の波長域が異なる、
     表示装置。
  6.  請求項5において、
     前記第1の発光層は、前記第2の発光層と、同一の材料を有する、
     表示装置。
  7.  請求項5において、
     前記第1の有機層は、前記第1の画素電極上の第1の発光ユニットと、前記第1の発光ユニット上の第1の電荷発生層と、前記第1の電荷発生層上の第2の発光ユニットと、を有し、
     前記第3の有機層は、前記第3の画素電極上の第3の発光ユニットと、前記第3の発光ユニット上の第2の電荷発生層と、前記第2の電荷発生層上の第4の発光ユニットと、を有する、
     表示装置。
  8.  請求項7において、
     前記第1の発光ユニットは、前記第3の発光ユニットと、同一の材料を有し、
     前記第1の電荷発生層は、前記第2の電荷発生層と、同一の材料を有し、
     前記第2の発光ユニットは、前記第4の発光ユニットと、同一の材料を有する、
     表示装置。
  9.  第1の画素電極及び第2の画素電極を形成し、
     前記第1の画素電極、及び前記第2の画素電極を覆って、第1の有機膜を成膜し、
     前記第1の有機膜上に第1の犠牲膜を成膜し、
     前記第1の犠牲膜上に、前記第1の画素電極に重畳して、第1のレジストマスクを形成し、
     前記第1のレジストマスクを用いて、前記第1の犠牲膜を島状の第1の犠牲層に加工し、
     前記第1の犠牲層をマスクとして、前記第1の有機膜を島状の第1の有機層に加工し、
     前記第1の有機層、及び前記第2の画素電極を覆って、第2の有機膜を成膜し、
     前記第2の有機膜上に第2の犠牲膜を成膜し、
     前記第2の犠牲膜上に、前記第2の画素電極に重畳して、第2のレジストマスクを形成し、
     前記第2のレジストマスクを用いて、前記第2の犠牲膜を島状の第2の犠牲層に加工し、
     前記第2の犠牲層をマスクとして、前記第2の有機膜を島状の第2の有機層に加工し、
     前記第1の有機層上に重畳して、着色層を配置し、
     前記第1の有機層は、発光性の有機化合物を含み、
     前記第2の有機層は、光電変換材料を含む、
     表示装置の作製方法。
  10.  第1の画素電極及び第2の画素電極を形成し、
     前記第1の画素電極、及び前記第2の画素電極を覆って、第1の有機膜を成膜し、
     前記第1の有機膜上に第1の犠牲膜を成膜し、
     前記第1の犠牲膜上に、前記第1の画素電極に重畳して、第1のレジストマスクを形成し、
     前記第1のレジストマスクを用いて、前記第1の犠牲膜を島状の第1の犠牲層に加工し、
     前記第1の犠牲層をマスクとして、前記第1の有機膜を島状の第1の有機層に加工し、
     前記第1の有機層、及び前記第2の画素電極を覆って、第2の有機膜を成膜し、
     前記第2の有機膜上に第2の犠牲膜を成膜し、
     前記第2の犠牲膜上に、前記第2の画素電極に重畳して、第2のレジストマスクを形成し、
     前記第2のレジストマスクを用いて、前記第2の犠牲膜を島状の第2の犠牲層に加工し、
     前記第2の犠牲層をマスクとして、前記第2の有機膜を島状の第2の有機層に加工し、
     前記第2の有機層上に重畳して、着色層を配置し、
     前記第1の有機層は、光電変換材料を含み、
     前記第2の有機層は、発光性の有機化合物を含む、
     表示装置の作製方法。
  11.  請求項9または請求項10において、
     前記第2の有機層の形成後、前記第1の有機層、及び前記第2の有機層を覆って絶縁膜を成膜する、
     表示装置の作製方法。
  12.  請求項11において、
     前記絶縁膜を、原子層堆積法を用いて成膜する、
     表示装置の作製方法。
  13.  請求項11または請求項12において、
     前記第1の有機層と前記第2の有機層の間の領域において、前記絶縁膜の上に樹脂層を形成する、
     表示装置の作製方法。
  14.  請求項13において、
     前記樹脂層として、感光性の有機樹脂を用いる、
     表示装置の作製方法。
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