WO2024127188A1 - 電子機器 - Google Patents

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WO2024127188A1
WO2024127188A1 PCT/IB2023/062382 IB2023062382W WO2024127188A1 WO 2024127188 A1 WO2024127188 A1 WO 2024127188A1 IB 2023062382 W IB2023062382 W IB 2023062382W WO 2024127188 A1 WO2024127188 A1 WO 2024127188A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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layer
light
transistor
insulating layer
housing
Prior art date
Application number
PCT/IB2023/062382
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
遠藤秋男
楠本直人
Original Assignee
株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社半導体エネルギー研究所 filed Critical 株式会社半導体エネルギー研究所
Publication of WO2024127188A1 publication Critical patent/WO2024127188A1/ja

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Definitions

  • One aspect of the present invention relates to an electronic device.
  • one aspect of the present invention is not limited to the above technical field.
  • the technical field of one aspect of the invention disclosed in this specification relates to an object, a method, or a manufacturing method.
  • one aspect of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition of matter. Therefore, more specifically, examples of the technical field of one aspect of the present invention disclosed in this specification include a semiconductor device, a display device, a liquid crystal display device, a light-emitting device, a lighting device, a power storage device, a memory device, an imaging device, and a method of operating these devices or a method of manufacturing these devices.
  • a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a transistor and a semiconductor circuit are one embodiment of a semiconductor device.
  • a memory device, a display device, an imaging device, and an electronic device may include a semiconductor device.
  • Goggle-type devices and eyeglass-type devices are being developed as electronic devices for virtual reality (VR) or augmented reality (AR).
  • VR virtual reality
  • AR augmented reality
  • Typical examples of display devices that can be used for display panels include display devices equipped with liquid crystal elements, organic EL (Electro Luminescence) elements, or light-emitting diodes (LEDs: Light Emitting Diodes), etc.
  • Display devices equipped with organic EL elements do not require the backlight required for liquid crystal display devices, making it possible to realize display devices that are thin, lightweight, have high contrast, and consume low power.
  • an example of a display device using organic EL elements is described in Patent Document 1.
  • Electronic devices used in VR, AR, etc. are a type of wearable device, and it is preferable that they are small and lightweight to improve portability and wearability.
  • one aspect of the present invention has an objective to provide an electronic device that is easy to attach and remove. Another objective is to provide an electronic device that is less noticeable in weight. Another objective is to provide a new electronic device.
  • One aspect of the present invention relates to electronic devices that are easy to attach and detach.
  • One aspect of the present invention is a goggle-type electronic device that has a frame and a housing, the housing having a display panel and optical equipment inside, the housing having an electromagnet on a first surface, and the frame having a metal plate on the side opposite the surface that is worn on the head, and the electromagnet attracts the metal plate, thereby fixing the first surface of the housing and the metal plate facing each other.
  • the metal plate has a convex portion on the front side, and the housing has a concave portion on the first surface, and alignment can be achieved by matching the convex portion with the concave portion.
  • the front surface of the metal plate may have a convex curved surface
  • the first surface of the housing may have a concave curved surface
  • the surface of the metal plate and the first surface of the housing may have a flat surface.
  • An assisting device may be connected to the housing. It is preferable that the assisting device is composed of one or more selected from a multi-joint arm, a slide mechanism, and a balancer.
  • the display panel preferably has an organic EL element.
  • the optical device preferably has a half mirror, a lens, a retardation plate, and a reflective polarizer.
  • One aspect of the present invention can provide an electronic device that is easy to attach to and remove from the head. Or, it can provide an electronic device that is less likely to feel heavy. Or, it can provide a new electronic device.
  • 1A and 1B are diagrams illustrating an electronic device.
  • 2A and 2B are diagrams illustrating an electronic device.
  • 3A and 3B are diagrams illustrating an electronic device.
  • Fig. 4A is a diagram for explaining an assistance device connected to an electronic device
  • Fig. 4B1 to Fig. 4B5 are diagrams for explaining the operation of the assistance device.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating an assistance device connected to an electronic device.
  • 6A and 6B are diagrams illustrating the optical unit.
  • 7A to 7C are diagrams illustrating a display panel.
  • 8A to 8C are diagrams illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • 9A and 9B are diagrams illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIGS. 10A to 10F are diagrams for explaining examples of pixel configurations.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of the configuration of a display panel.
  • 18A and 18B are diagrams illustrating a vertical transistor.
  • 19A and 19B are diagrams illustrating a vertical transistor.
  • an element may be composed of multiple elements as long as this does not cause any functional problems.
  • multiple transistors that operate as switches may be connected in series or parallel.
  • a capacitor may be divided and placed in multiple locations.
  • one conductor may have multiple functions, such as wiring, an electrode, and a terminal, and in this specification, multiple names may be used for the same element. Even if elements are shown in a circuit diagram as being directly connected, in reality, the elements may be connected via one or more conductors, and in this specification, such configurations are also included in the category of direct connections.
  • the electronic device has a frame and a housing in which a display panel and optical devices are incorporated.
  • the frame can be attached to the head (face) and has a metal plate on the opposite side to the attachment surface.
  • an electromagnet is provided on one side of the housing. By passing electricity through the electromagnet, the metal plate can be attracted, and the housing can be fixed to the frame.
  • the user can attach the housing to the frame when necessary while wearing the frame on the head. Also, when it is no longer needed, the housing can be removed from the frame alone. In other words, the part that functions as an electronic device can be easily attached and detached.
  • an assist device can be connected to the housing.
  • An assist device is a piece of equipment that assists a person in performing actions such as lifting heavy objects, reducing physical strain.
  • the user wears the frame on their head, and when necessary, can attach the housing to which the assist device is connected to the frame. With this configuration, the weight of the housing felt by the user can be reduced, reducing user fatigue.
  • FIGS 1A and 1B are perspective views illustrating a goggle-type electronic device according to one embodiment of the present invention.
  • the electronic device has a frame 10 that is worn on the head and a housing 20 that incorporates elements that are responsible for displaying images, etc., and these components are configured to be separable.
  • the frame 10 can be attached to a person's head by a holder 13.
  • the band-shaped holder 13 shown in FIG. 2A is just one example, and the frame 10 may also be attached to the head using an ear-hook type, hat type, or other type of holder.
  • the mounting surface of the frame 10 has a concave curved surface to make it easier to mount on a person's head, and has an opening in the area that will be in front of the eyes when mounted.
  • the frame 10 can also be said to have a hollow shape.
  • the mounting surface of the frame 10 is preferably made of a lightweight resin or the like, and the part that comes into contact with the face may be made of an elastic material.
  • a ferromagnetic metal plate 11 (such as iron, nickel, cobalt, or an alloy containing one or more of these) is provided on the opposite side of the mounting surface of the frame 10. Note that while FIG. 1A shows an example in which a frame-shaped metal plate 11 is provided, multiple small pieces of metal plate 11 may also be provided.
  • the side of the frame 10 opposite the mounting surface and the surface of the metal plate 11 have a convex curved surface. This shape allows the frame 10 to be thin and ensures a wide field of vision.
  • a display panel (not shown), optical equipment 21, etc. are built into the housing 20.
  • the first surface 24 of the housing 20 has a concave curved surface that matches the shape of the front surface of the metal plate 11, and electromagnets 23 are provided on the first surface 24.
  • the number of electromagnets 23 may be adjusted as necessary.
  • the surface shape of the electromagnets 23 is not limited to being round or elliptical, and may also be polygonal.
  • the electromagnet 23 When the electromagnet 23 is energized while the first surface 24 of the housing 20 and the metal plate 11 are brought close to each other, the electromagnet 23 can attract the metal plate 11. In this way, as shown in FIG. 2B, the first surface 24 of the housing and the metal plate 11 can be fixed facing each other. In other words, the housing 20 can be fixed to the frame 10.
  • the housing 20 has a shape that makes it easy to install a battery, it is preferable to provide the electromagnet 23 in the housing 20.
  • the electromagnet 23 may be provided in the frame 10 and the metal plate 11 may be provided in the housing 20.
  • a permanent magnet can be used instead of an electromagnet. Also, both an electromagnet and a permanent magnet can be used. Also, a joint in which one of the frame 10 side and the housing 20 side is male and the other is female can be used.
  • the front surface of the metal plate 11 is preferably provided with a protrusion 12, such as a pin-shaped, hemispherical, or conical shape.
  • the first surface 24 of the housing 20 is preferably provided with a recess 22 into which the protrusion 12 can be inserted or overlapped to align. As shown by the dashed arrow in FIG. 2A, by matching the protrusion 12 with the recess 22, alignment can be easily performed even when the frame 10 cannot be viewed directly.
  • the protrusion 12 may be a part of the metal plate 11, or may be fixed to the metal plate 11. Alternatively, the protrusion 12 may be provided on the opposite side of the mounting surface of the frame 10, and an opening that passes through the protrusion 12 may be provided in the metal plate 11.
  • the shape of the side opposite the mounting surface of the frame 10, the surface of the metal plate 11, and the first surface 24 of the housing 20 may be flat.
  • the frame 10 is thicker than the configuration shown in Figures 1A and 1B, but the housing 20 can be made smaller.
  • the surface where the metal plate 11 and the housing 20 meet is flat, it is easier to align the above-mentioned convex portion 12 and concave portion 22, making it easier to wear.
  • the frame 10 and the housing 20 are separate types, as shown in Figures 1A and 1B or 3A and 3B, the attachment and detachment work of the relatively heavy housing 20 and the lightweight frame 10 can be separated. Therefore, by always wearing the lightweight frame 10 and attaching the housing 20 when necessary, the hassle of attachment and detachment can be eliminated. In addition, since only the relatively heavy housing 20 can be easily removed, the fatigue of the user can be reduced.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining an example of connecting an assisting device to the housing 20.
  • FIG. 4A shows an example of an assisting device that combines an articulated arm 30, a sliding mechanism having a bush 33 (a cylindrical sliding part with a bearing on the inner surface) and a shaft 34, and a balancer 36.
  • a balancer is a device that uses tension from a spring or other object to achieve balance, bringing the weight of a suspended object close to zero and allowing the object to be moved up and down with a light force.
  • the articulated arm 30 has multiple axes 32 that can be bent or rotated, and can follow and support the housing 20 when it is moved in various directions. Note that the articulated arm 30 shown in FIG. 4A is just one example, and the arm may have even more axes. Alternatively, the arm may be an articulated arm equipped with axes that limit the movement direction to only one direction (up and down or left and right) or two directions (up and down and left and right). The articulated arm may also have a spring, an extendable arm, etc.
  • the slide mechanism has a bush 33 fitted into a metal shaft 34 with a smooth surface, and can move the bush 33 in a straight line.
  • the sliding mechanism reduces resistance, but since the weight of the articulated arm 30 is placed on the housing, it is preferable to reduce the sense of weight using a balancer 36.
  • a balancer 36 For example, a spring-type balancer 36 is installed on the top of the shaft 34, and the bush 33 and balancer 36 are connected via a wire 35. With this configuration, it is possible to reduce the weight of the bush 33 connected to the articulated arm when it is moved up and down, and it is possible to stop the bush 33 at any position.
  • the wire 35 may be connected near the connection between the articulated arm 30 and the housing 20 or to the housing 20.
  • the housing 20 can be connected to the control unit 37 via the cable 38.
  • the control unit 37 can supply video data, power, and the like to the housing 20 via the cable 38. Because the cable 38 can be connected to the housing 20 via an assistive device, the user can move more easily with almost no resistance from the cable 38. Furthermore, because the video data and power can be supplied from the cable 38, wireless devices and batteries can be eliminated, and the weight of the entire housing can be reduced.
  • connection configuration between the assist device and the housing 20 shown in FIG. 4A is one example, and for example, as shown in FIG. 5A, a multi-joint arm 30 fixed to a ceiling 50 may be connected to the housing 20.
  • a balancer 36 fixed to the ceiling 50 may be connected to the housing 20 via a wire 35.
  • the multi-joint arm can also be fixed to a wall or floor.
  • Figure 6A is a diagram illustrating the display unit 60 that is incorporated into the housing 20.
  • Figure 6B is a diagram illustrating the elements of the display unit 60.
  • the user can see the image displayed on the display panel 61 by bringing their eyes close to the optical device 21.
  • the user can feel a sense of immersion and realism because they can view the image with a wider viewing angle due to the optical device 21.
  • a linear polarizer 62 and a retardation film 63 can be attached to the display surface of the display panel 61.
  • the optical device 21 can be configured to have, for example, a half mirror 71, a lens 72, a retardation plate 73, a reflective polarizing plate 74, and a lens 75.
  • the optical device 21 is sometimes called a pancake lens because of its thin shape.
  • the two display units 60 are incorporated into the housing 20 so that the surfaces of the lenses 75 are exposed on the inside.
  • One display unit 60 is for the right eye and the other display unit 60 is for the left eye, and the three-dimensional effect of the image can be felt by displaying an image corresponding to the parallax on each display unit 60.
  • the housing 20, the frame 10, or the holder 13 may be provided with an input terminal and an output terminal.
  • the input terminal can be connected to a cable that supplies a video signal from a video output device, etc., power for charging the battery, etc.
  • the output terminal can function as an audio output terminal, for example, and earphones, headphones, etc. can be connected. Note that if the configuration is such that audio data can be output via wireless communication, or if audio is output from an external video output device, the audio output terminal does not need to be provided.
  • a wireless communication module and a storage module may be provided inside the housing 20, the frame 10, or the holder 13.
  • Wireless communication is performed using the wireless communication module, and the content to be viewed can be downloaded and stored in the storage module. This allows the user to view the downloaded content offline.
  • a line-of-sight detection sensor may be provided inside the housing 20.
  • operation buttons such as power on, power off, sleep, volume adjustment, channel change, menu display, selection, decision, and back, as well as operation buttons for video playback, stop, pause, fast forward, and fast rewind may be displayed, and the respective operations may be performed by visually checking the operation buttons.
  • an operation button for energizing the electromagnet 23 may be displayed, and the housing 20 may be attached or detached by an operation based on line-of-sight detection.
  • an optical sensor that detects blinking may be provided inside the housing 20, and the operations exemplified above may be performed by blinking actions. For example, the number of blinks within a certain period of time, differences in the length of time the eyes are closed, etc. may be assigned to the operations. Furthermore, a microphone may be provided inside the housing 20, and the operations exemplified above may be performed by voice recognition.
  • the electronic device can be operated and the housing 20 can be attached and detached hygienically without touching the housing 20 with fingers or the like.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention is also suitable for use in construction sites, medical sites, and the like, where operation with fingers can be difficult.
  • a camera may be connected to the housing 20 so that the surrounding situation can be grasped, and the display unit 60 may be configured to display images captured by the camera in real time.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating the display panel 61 shown in FIG. 6B.
  • the display panel 61 has a pixel array 84, a circuit 85, and a circuit 86.
  • the pixel array 84 has pixels 80 arranged in the column direction and the row direction.
  • a pixel 80 can have multiple sub-pixels 81.
  • the sub-pixels 81 have the function of emitting light for display.
  • the subpixel 81 has a light-emitting device that emits visible light.
  • an EL element such as an OLED (organic light-emitting diode) or a QLED (quantum-dot light-emitting diode).
  • the light-emitting material that the EL element has include a material that emits fluorescence (fluorescent material), a material that emits phosphorescence (phosphorescent material), a material that exhibits thermally activated delayed fluorescence (thermally activated delayed fluorescence (TADF) material), an inorganic compound (such as a quantum dot material), and the like.
  • an LED such as a micro LED (light-emitting diode) can also be used as the light-emitting device.
  • Circuit 85 and circuit 86 are driver circuits for driving subpixel 81.
  • Circuit 85 can function as a source driver circuit, and circuit 86 can function as a gate driver circuit.
  • Circuit 85 and circuit 86 can be, for example, a shift register circuit.
  • the circuit 85 and the circuit 86 may be provided in the layer 87, the pixel array 84 may be provided in the layer 88, and the layers 87 and 88 may overlap. With this configuration, a display device with a narrow frame can be formed.
  • the wiring length can be shortened and the wiring capacitance can be reduced. This allows for a display panel that can operate at high speed and with low power consumption.
  • the pixel array 84 can be driven partially. For example, it is possible to partially rewrite the image data of the pixel array 84. Also, it is possible to operate the pixel array 84 at different operating frequencies in parts.
  • circuits 85 and 86 shown in FIG. 7B are merely examples and can be changed as appropriate. Part of the circuits 85 and 86 can also be formed in the same layer as the pixel array 84. Layer 87 may also be provided with circuits such as a memory circuit, an arithmetic circuit, and a communication circuit.
  • this configuration can be achieved by providing layer 87 on a single crystal silicon substrate, forming circuits 85 and 86 with transistors having silicon in their channel formation regions (hereinafter, Si transistors), and forming pixel circuits of pixel array 84 provided in layer 88 with transistors having metal oxide in their channel formation regions (hereinafter, OS transistors).
  • OS transistors can be formed as thin films and can be stacked on Si transistors.
  • a structure may be used in which a layer 89 in which an OS transistor is provided is provided between the layer 87 and the layer 88.
  • a part of the pixel circuits in the pixel array 84 can be provided using OS transistors.
  • a part of the circuits 85 and 86 can be provided using OS transistors.
  • a part of the circuits such as a memory circuit, an arithmetic circuit, and a communication circuit that can be provided in the layer 87 can be provided using OS transistors.
  • This embodiment can be implemented by combining at least a portion of it with other embodiments and examples described in this specification.
  • Embodiment 2 In this embodiment, a structure example of a display panel that can be applied to an electronic device of one embodiment of the present invention will be described.
  • the display panel described below can be applied to the display panel 61 in Embodiment 1.
  • One embodiment of the present invention is a display panel having light-emitting elements (also called light-emitting devices).
  • the display panel has two or more pixels that emit different light colors.
  • Each pixel has a light-emitting element.
  • Each light-emitting element has a pair of electrodes and an EL layer between them.
  • the light-emitting element is preferably an organic EL element (organic electroluminescent element).
  • Two or more light-emitting elements that emit different light colors each have an EL layer containing a different light-emitting material.
  • a full-color display panel can be realized by having three types of light-emitting elements that emit red (R), green (G), or blue (B) light.
  • a display panel having a plurality of light-emitting elements each having a different light-emitting color it is necessary to form at least a layer containing a light-emitting material (light-emitting layer) in an island shape.
  • a method of forming an island-shaped organic film by deposition using a shadow mask such as a metal mask is known.
  • the shape and position of the island-shaped organic film deviate from the design, making it difficult to achieve high resolution and a high aperture ratio of the display panel.
  • the contour of the layer may become blurred and the thickness of the edge may become thin.
  • the thickness of the island-shaped light-emitting layer may vary depending on the location.
  • an island-like light-emitting layer refers to a state in which the light-emitting layer is physically separated from the adjacent light-emitting layer.
  • the EL layer is processed into a fine pattern by photolithography without using a shadow mask such as a fine metal mask (FMM).
  • FMM fine metal mask
  • the EL layer can be produced separately, a display panel that is extremely vivid, has high contrast, and has high display quality can be realized.
  • the EL layer may be processed into a fine pattern by using both a metal mask and photolithography.
  • a part or the whole of the EL layer can be physically separated. This makes it possible to suppress leakage current between light-emitting elements via a layer shared between adjacent light-emitting elements (also called a common layer). This makes it possible to prevent light emission due to unintended crosstalk, and to realize a display panel with extremely high contrast. In particular, a display panel with high current efficiency at low luminance can be realized.
  • One embodiment of the present invention can be a display panel that combines a white light-emitting light-emitting element and a color filter.
  • light-emitting elements of the same configuration can be applied to light-emitting elements provided in pixels (subpixels) that emit light of different colors, and all layers can be common layers.
  • a part or all of each EL layer may be divided by a process using a photolithography method. This suppresses leakage current through the common layer, and a display panel with high contrast can be realized.
  • an insulating layer that covers at least the side surface of the island-shaped light-emitting layer.
  • the insulating layer may be configured to cover a part of the upper surface of the island-shaped EL layer.
  • a material that has barrier properties against water and oxygen For example, an inorganic insulating film that does not easily diffuse water or oxygen can be used. This makes it possible to suppress deterioration of the EL layer and realize a highly reliable display panel.
  • FIG. 8A is a schematic top view of a display panel 100 according to one embodiment of the present invention.
  • the display panel 100 includes a plurality of light-emitting elements 110R that exhibit red light, a plurality of light-emitting elements 110G that exhibit green light, and a plurality of light-emitting elements 110B that exhibit blue light, over a substrate 101.
  • the symbols R, G, and B are assigned within the light-emitting regions of the light-emitting elements in order to easily distinguish between the light-emitting elements.
  • Light emitting elements 110R, 110G, and 110B are each arranged in a matrix.
  • Figure 8A shows a so-called stripe arrangement in which light emitting elements of the same color are arranged in one direction. Note that the method of arranging the light emitting elements is not limited to this, and arrangement methods such as an S-stripe arrangement, a delta arrangement, a Bayer arrangement, or a zigzag arrangement may also be used, and a pentile arrangement, diamond arrangement, etc. may also be used.
  • the light-emitting elements 110R, 110G, and 110B it is preferable to use, for example, an OLED (Organic Light Emitting Diode) or a QLED (Quantum-dot Light Emitting Diode).
  • OLED Organic Light Emitting Diode
  • QLED Quadantum-dot Light Emitting Diode
  • the light-emitting material possessed by the EL elements not only organic compounds but also inorganic compounds (such as quantum dot materials) can be used.
  • FIG. 8A also shows a connection electrode 111C that is electrically connected to the common electrode 113.
  • the connection electrode 111C is given a potential (e.g., an anode potential or a cathode potential) to be supplied to the common electrode 113.
  • the connection electrode 111C is provided outside the display area where the light-emitting elements 110R and the like are arranged.
  • the connection electrode 111C can be provided along the periphery of the display area. For example, it may be provided along one side of the periphery of the display area, or it may be provided over two or more sides of the periphery of the display area. In other words, if the top surface shape of the display area is rectangular, the top surface shape of the connection electrode 111C can be a strip shape (rectangle), an L-shape, a U-shape (square bracket shape), a square shape, or the like. Note that in this specification, the top surface shape refers to the shape in a plan view, that is, the shape when viewed from above.
  • Figures 8B and 8C are schematic cross-sectional views corresponding to dashed lines A1-A2 and A3-A4 in Figure 8A, respectively.
  • Figure 8B shows a schematic cross-sectional view of light-emitting element 110R, light-emitting element 110G, and light-emitting element 110B provided on substrate 101
  • Figure 8C shows a schematic cross-sectional view of connection portion 140 where connection electrode 111C and common electrode 113 are connected.
  • substrate 101 is provided with elements of a pixel circuit that connect to the pixel electrodes of light-emitting element 110R, light-emitting element 110G, and light-emitting element 110B.
  • Light-emitting element 110R has pixel electrode 111R, organic layer 112R, common layer 114, and common electrode 113.
  • Light-emitting element 110G has pixel electrode 111G, organic layer 112G, common layer 114, and common electrode 113.
  • Light-emitting element 110B has pixel electrode 111B, organic layer 112B, common layer 114, and common electrode 113.
  • Common layer 114 and common electrode 113 are provided in common to light-emitting element 110R, light-emitting element 110G, and light-emitting element 110B.
  • the organic layer 112R of the light-emitting element 110R has a light-emitting organic compound that emits at least red light.
  • the organic layer 112G of the light-emitting element 110G has a light-emitting organic compound that emits at least green light.
  • the organic layer 112B of the light-emitting element 110B has a light-emitting organic compound that emits at least blue light.
  • the organic layers 112R, 112G, and 112B can each be called an EL layer, and have at least a layer (light-emitting layer) that contains a light-emitting substance.
  • light-emitting element 110R when describing matters common to light-emitting element 110R, light-emitting element 110G, and light-emitting element 110B, they may be referred to as light-emitting element 110.
  • components distinguished by alphabets such as organic layer 112R, organic layer 112G, and organic layer 112B, they may be described using symbols without the alphabet.
  • the organic layer 112 and the common layer 114 can each independently have one or more of an electron injection layer, an electron transport layer, a hole injection layer, and a hole transport layer.
  • the organic layer 112 can have a laminated structure of a hole injection layer, a hole transport layer, a light-emitting layer, and an electron transport layer from the pixel electrode 111 side, and the common layer 114 can have an electron injection layer.
  • the pixel electrode 111R, pixel electrode 111G, and pixel electrode 111B are provided for each light-emitting element.
  • the common electrode 113 and common layer 114 are provided as a continuous layer common to each light-emitting element.
  • a conductive film having transparency to visible light is used for either one of the pixel electrodes or the common electrode 113, and a conductive film having reflectivity is used for the other.
  • a protective layer 121 is provided on the common electrode 113, covering the light-emitting elements 110R, 110G, and 110B.
  • the protective layer 121 has the function of preventing impurities such as water from diffusing from above into each light-emitting element.
  • the end of the pixel electrode 111 is preferably tapered.
  • the organic layer 112 provided along the end of the pixel electrode 111 can also be tapered.
  • the coverage of the organic layer 112 provided over the end of the pixel electrode 111 can be improved.
  • foreign matter for example, also called dust or particles
  • a tapered shape refers to a shape in which at least a portion of the side of the structure is inclined with respect to the substrate surface.
  • the organic layer 112 is processed into an island shape using photolithography. Therefore, the angle between the top surface and the side surface of the organic layer 112 at its ends is close to 90 degrees.
  • organic films formed using FMM (Fine Metal Mask) or the like tend to become gradually thinner closer to the ends, and for example, the top surface is formed in a slope shape over a range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m, making it difficult to distinguish between the top surface and the side surface.
  • an insulating layer 125 Between two adjacent light-emitting elements are an insulating layer 125, a resin layer 126 and a layer 128.
  • the resin layer 126 is located between the two adjacent light-emitting elements and is provided so as to fill the ends of each organic layer 112 and the area between the two organic layers 112.
  • the resin layer 126 has a smooth convex upper surface shape, and a common layer 114 and a common electrode 113 are provided covering the upper surface of the resin layer 126.
  • the resin layer 126 functions as a planarizing film that fills in the step between two adjacent light-emitting elements. By providing the resin layer 126, it is possible to prevent the phenomenon in which the common electrode 113 is divided by the step at the end of the organic layer 112 (also called step disconnection), which occurs, and to prevent the common electrode on the organic layer 112 from being insulated.
  • An insulating layer containing an organic material can be suitably used as the resin layer 126.
  • acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, imide resin, polyamide resin, polyimideamide resin, silicone resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, and precursors of these resins can be used as the resin layer 126.
  • organic materials such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyglycerin, pullulan, water-soluble cellulose, or alcohol-soluble polyamide resin can also be used as the resin layer 126.
  • a photosensitive resin can be used as the resin layer 126.
  • a photoresist can be used as the photosensitive resin.
  • a positive type material or a negative type material can be used as the photosensitive resin.
  • the resin layer 126 may contain a material that absorbs visible light.
  • the resin layer 126 itself may be made of a material that absorbs visible light, or the resin layer 126 may contain a pigment that absorbs visible light.
  • the resin layer 126 may be, for example, a resin that can be used as a color filter that transmits red, blue, or green light and absorbs other light, or a resin that contains carbon black as a pigment and functions as a black matrix.
  • the insulating layer 125 is provided in contact with the side surface of the organic layer 112.
  • the insulating layer 125 is also provided to cover the upper end portion of the organic layer 112.
  • a portion of the insulating layer 125 is also provided in contact with the upper surface of the substrate 101.
  • the insulating layer 125 is located between the resin layer 126 and the organic layer 112, and functions as a protective film to prevent the resin layer 126 from contacting the organic layer 112. If the organic layer 112 and the resin layer 126 come into contact with each other, the organic layer 112 may be dissolved by the organic solvent used in forming the resin layer 126. Therefore, by providing the insulating layer 125 between the organic layer 112 and the resin layer 126, it is possible to protect the side surface of the organic layer 112.
  • the insulating layer 125 may be an insulating layer having an inorganic material.
  • an inorganic insulating film such as an oxide insulating film, a nitride insulating film, an oxynitride insulating film, and a nitride oxide insulating film may be used for the insulating layer 125.
  • the insulating layer 125 may have a single layer structure or a laminated structure.
  • the oxide insulating film examples include a silicon oxide film, an aluminum oxide film, a magnesium oxide film, an indium gallium zinc oxide film, a gallium oxide film, a germanium oxide film, an yttrium oxide film, a zirconium oxide film, a lanthanum oxide film, a neodymium oxide film, a hafnium oxide film, and a tantalum oxide film.
  • the nitride insulating film include a silicon nitride film and an aluminum nitride film.
  • the oxynitride insulating film examples include a silicon oxynitride film and an aluminum oxynitride film.
  • nitride oxide insulating film examples include a silicon nitride oxide film and an aluminum nitride oxide film.
  • a metal oxide film such as a hafnium oxide film, or an inorganic insulating film such as a silicon oxide film formed by the ALD (Atomic Layer Deposition) method to the insulating layer 125, it is possible to form an insulating layer 125 with few pinholes and excellent functionality for protecting the EL layer.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen
  • nitride oxide refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen
  • silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen
  • silicon nitride oxide refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen
  • the insulating layer 125 can be formed by a sputtering method, a CVD method, a PLD method, an ALD method, or the like. It is preferable to form the insulating layer 125 by an ALD method, which has good coverage.
  • a reflective film e.g., a metal film containing one or more selected from silver, palladium, copper, titanium, aluminum, etc.
  • a reflective film may be provided between the insulating layer 125 and the resin layer 126, and the light emitted from the light-emitting layer may be reflected by the reflective film. This can improve the light extraction efficiency.
  • Layer 128 is a portion of a protective layer (also called a mask layer or a sacrificial layer) that protects organic layer 112 when the organic layer 112 is etched.
  • the material that can be used for insulating layer 125 can be used for layer 128. In particular, it is preferable to use the same material for layer 128 and insulating layer 125 because the same processing equipment can be used.
  • inorganic insulating films such as aluminum oxide films, metal oxide films such as hafnium oxide films, and silicon oxide films formed by the ALD method have few pinholes, so they have excellent protection properties for the EL layer and can be suitably used for insulating layer 125 and layer 128.
  • the protective layer 121 can have, for example, a single-layer structure or a laminated structure including at least an inorganic insulating film.
  • the inorganic insulating film include oxide films or nitride films such as a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, an aluminum oxynitride film, and a hafnium oxide film.
  • a semiconductor material or a conductive material such as indium gallium oxide, indium zinc oxide, indium tin oxide, or indium gallium zinc oxide may be used as the protective layer 121.
  • the protective layer 121 may be a laminated film of an inorganic insulating film and an organic insulating film.
  • an organic insulating film is sandwiched between a pair of inorganic insulating films.
  • the organic insulating film functions as a planarizing film. This allows the upper surface of the organic insulating film to be flat, improving the coverage of the inorganic insulating film thereon and enhancing the barrier properties.
  • the upper surface of the protective layer 121 is flat, it is preferable that when a structure (e.g., a color filter, a touch sensor electrode, or a lens array) is provided above the protective layer 121, the influence of the uneven shape caused by the structure below can be reduced.
  • a structure e.g., a color filter, a touch sensor electrode, or a lens array
  • FIG. 8C shows a connection portion 140 where the connection electrode 111C and the common electrode 113 are electrically connected.
  • the connection portion 140 an opening is provided in the insulating layer 125 and the resin layer 126 above the connection electrode 111C.
  • the connection electrode 111C and the common electrode 113 are electrically connected in the opening.
  • FIG. 8C shows a connection portion 140 that electrically connects the connection electrode 111C and the common electrode 113
  • the common electrode 113 may be provided on the connection electrode 111C via the common layer 114.
  • the electrical resistivity of the material used for the common layer 114 is sufficiently low and the common layer 114 can be formed thin, so there are many cases where no problem occurs even if the common layer 114 is located at the connection portion 140. This allows the common electrode 113 and the common layer 114 to be formed using the same shielding mask, thereby reducing manufacturing costs.
  • Figure 9A shows a schematic cross-sectional view of display panel 100a.
  • Display panel 100a differs from display panel 100 mainly in that the light-emitting element configuration is different and that display panel 100a has a colored layer.
  • the display panel 100a has a light-emitting element 110W that emits white light.
  • the light-emitting element 110W has a pixel electrode 111, an organic layer 112W, a common layer 114, and a common electrode 113.
  • the organic layer 112W emits white light.
  • the organic layer 112W can be configured to include two or more types of light-emitting materials whose emitted light colors are complementary to each other.
  • the organic layer 112W can be configured to include a light-emitting organic compound that emits red light, a light-emitting organic compound that emits green light, and a light-emitting organic compound that emits blue light. It may also be configured to include a light-emitting organic compound that emits blue light and a light-emitting organic compound that emits yellow light.
  • the organic layers 112W are separated between two adjacent light-emitting elements 110W. This makes it possible to suppress leakage current flowing between adjacent light-emitting elements 110W via the organic layers 112W, and to suppress crosstalk caused by the leakage current. This makes it possible to realize a display panel with high contrast and color reproducibility.
  • An insulating layer 122 that functions as a planarizing film is provided on the protective layer 121, and colored layers 116R, 116G, and 116B are provided on the insulating layer 122.
  • the insulating layer 122 can be an organic resin film or an inorganic insulating film with a flattened upper surface.
  • the insulating layer 122 forms the surface on which the colored layers 116R, 116G, and 116B are formed. Therefore, by making the upper surface of the insulating layer 122 flat, the thickness of the colored layers 116R, etc. can be made uniform, thereby improving the color purity. Note that if the thickness of the colored layers 116R, etc. is not uniform, the amount of light absorbed varies depending on the location of the colored layer 116R, which may result in a decrease in color purity.
  • FIG. 9B shows a schematic cross-sectional view of the display panel 100b.
  • Light-emitting element 110R has pixel electrode 111, conductive layer 115R, organic layer 112W, and common electrode 113.
  • Light-emitting element 110G has pixel electrode 111, conductive layer 115G, organic layer 112W, and common electrode 113.
  • Light-emitting element 110B has pixel electrode 111, conductive layer 115B, organic layer 112W, and common electrode 113.
  • Conductive layer 115R, conductive layer 115G, and conductive layer 115B each have translucency and function as an optical adjustment layer.
  • a microresonator (microcavity) structure By using a film that reflects visible light for the pixel electrode 111 and a film that is both reflective and transparent to visible light for the common electrode 113, a microresonator (microcavity) structure can be realized.
  • a microresonator (microcavity) structure By adjusting the thicknesses of the conductive layers 115R, 115G, and 115B so as to provide optimal optical path lengths, even when an organic layer 112 that emits white light is used, it is possible to obtain light with intensified light of different wavelengths from the light-emitting elements 110R, 110G, and 110B.
  • colored layers 116R, 116G, and 116B are provided on the optical paths of light-emitting elements 110R, 110G, and 110B, respectively, to obtain light with high color purity.
  • an insulating layer 123 is provided to cover the ends of the pixel electrode 111, the conductive layer 115R, the conductive layer 115G, and the conductive layer 115B.
  • the insulating layer 123 preferably has a tapered end.
  • the organic layer 112W and the common electrode 113 are each provided as a continuous film common to each light-emitting element. This configuration is preferable because it greatly simplifies the manufacturing process of the display panel.
  • the pixel electrode 111 has an end shape that is nearly vertical. This allows a steeply inclined portion to be formed on the surface of the insulating layer 123, and a thin portion can be formed in the part of the organic layer 112W that covers this portion, or a part of the organic layer 112W can be separated. Therefore, it is possible to suppress leakage current through the organic layer 112W that occurs between adjacent light-emitting elements without processing the organic layer 112W using a photolithography method or the like.
  • the top surface shape of the subpixel may be, for example, a triangle, a quadrangle (including a rectangle and a square), a polygon such as a pentagon, a shape with rounded corners of these polygons, an ellipse, or a circle.
  • the top surface shape of the subpixel corresponds to the top surface shape of the light-emitting region of the light-emitting element.
  • the pixel 150 shown in FIG. 10A has an S-stripe arrangement.
  • the pixel 150 shown in FIG. 10A is composed of three sub-pixels, light-emitting elements 110a, 110b, and 110c.
  • the light-emitting element 110a may be a blue light-emitting element
  • the light-emitting element 110b may be a red light-emitting element
  • the light-emitting element 110c may be a green light-emitting element.
  • the pixel 150 shown in FIG. 10B has a light-emitting element 110a having a top surface shape of a roughly trapezoid or triangle with rounded corners, a light-emitting element 110b having a top surface shape of a roughly trapezoid or triangle with rounded corners, and a light-emitting element 110c having a top surface shape of a roughly rectangular or hexagon with rounded corners. Furthermore, the light-emitting element 110a has a larger light-emitting area than the light-emitting element 110b. In this way, the shape and size of each light-emitting element can be determined independently. For example, the more reliable the light-emitting element, the smaller the size can be.
  • the light-emitting element 110a may be a green light-emitting element
  • the light-emitting element 110b may be a red light-emitting element
  • the light-emitting element 110c may be a blue light-emitting element.
  • the pixels 124a and 124b shown in FIG. 10C are arranged in a Pentile array.
  • FIG. 10C shows an example in which pixel 124a having light-emitting elements 110a and 110b and pixel 124b having light-emitting elements 110b and 110c are arranged alternately.
  • light-emitting element 110a may be a red light-emitting element
  • light-emitting element 110b may be a green light-emitting element
  • light-emitting element 110c may be a blue light-emitting element.
  • Pixels 124a and 124b shown in Figures 10D and 10E are arranged in a delta arrangement.
  • Pixel 124a has two light-emitting elements (light-emitting elements 110a and 110b) in the top row (first row) and one light-emitting element (light-emitting element 110c) in the bottom row (second row).
  • Pixel 124b has one light-emitting element (light-emitting element 110c) in the top row (first row) and two light-emitting elements (light-emitting elements 110a and 110b) in the bottom row (second row).
  • light-emitting element 110a may be a red light-emitting element
  • light-emitting element 110b may be a green light-emitting element
  • light-emitting element 110c may be a blue light-emitting element.
  • Figure 10D shows an example in which each light-emitting element has a generally rectangular top surface shape with rounded corners
  • Figure 10E shows an example in which each light-emitting element has a circular top surface shape.
  • Figure 10F shows an example in which light-emitting elements of each color are arranged in a zigzag pattern.
  • the positions of the upper edges of two light-emitting elements e.g., light-emitting elements 110a and 110b, or light-emitting elements 110b and 110c
  • light-emitting element 110a may be a red light-emitting element
  • light-emitting element 110b may be a green light-emitting element
  • light-emitting element 110c may be a blue light-emitting element.
  • the finer the pattern to be processed the more the effects of light diffraction cannot be ignored, and this causes a loss of fidelity when the photomask pattern is transferred by exposure, making it difficult to process the resist mask into the desired shape.
  • the photomask pattern is rectangular, a pattern with rounded corners is likely to be formed.
  • the top surface shape of the light-emitting element may become a polygon with rounded corners, an ellipse, a circle, or the like.
  • the EL layer is processed into an island shape using a resist mask.
  • the resist film formed on the EL layer needs to be cured at a temperature lower than the heat resistance temperature of the EL layer. Therefore, depending on the heat resistance temperature of the material of the EL layer and the curing temperature of the resist material, the resist film may not be cured sufficiently.
  • a resist film that is not cured sufficiently may have a shape different from the desired shape during processing.
  • the top surface shape of the EL layer may become a polygon with rounded corners, an ellipse, a circle, or the like. For example, when attempting to form a resist mask with a square top surface shape, a resist mask with a circular top surface shape is formed, and the top surface shape of the EL layer may become circular.
  • OPC Optical Proximity Correction
  • This embodiment can be implemented in combination with at least a portion of the other embodiments and examples described in this specification.
  • the display panel of this embodiment is a high-definition display panel, and is particularly suitable for use as the display unit of VR devices such as head-mounted displays, and wearable devices that can be worn on the head, such as glasses-type AR devices.
  • Display module 11A shows a perspective view of the display module 280.
  • the display module 280 has a display panel 200A and an FPC 290. Note that the display panel of the display module 280 is not limited to the display panel 200A, and may be any of the display panels 200B to 200F described later.
  • the display module 280 has a substrate 291 and a substrate 292.
  • the display module 280 has a display unit 281.
  • the display unit 281 is an area that displays an image.
  • Figure 11B shows a perspective view that shows a schematic configuration on the substrate 291 side.
  • a circuit section 282 On the substrate 291, a circuit section 282, a pixel circuit section 283 on the circuit section 282, and a pixel section 284 on the pixel circuit section 283 are stacked.
  • a terminal section 285 for connecting to an FPC 290 is provided in a portion of the substrate 291 that does not overlap with the pixel section 284.
  • the terminal section 285 and the circuit section 282 are electrically connected by a wiring section 286 that is composed of multiple wirings.
  • the pixel section 284 has a number of pixels 284a arranged periodically. An enlarged view of one pixel 284a is shown on the right side of FIG. 11B.
  • the pixel 284a has a light-emitting element 110R that emits red light, a light-emitting element 110G that emits green light, and a light-emitting element 110B that emits blue light.
  • the pixel circuit section 283 has a number of pixel circuits 283a arranged periodically. Each pixel circuit 283a is a circuit that controls the light emission of three light-emitting devices in one pixel 284a.
  • One pixel circuit 283a may be configured to have three circuits that control the light emission of one light-emitting device.
  • the pixel circuit 283a may be configured to have at least one selection transistor, one current control transistor (drive transistor), and a capacitance element for each light-emitting device. At this time, a gate signal is input to the gate of the selection transistor, and a source signal is input to the source. This realizes an active matrix display panel.
  • the circuit portion 282 has a circuit that drives each pixel circuit 283a of the pixel circuit portion 283.
  • a gate line driver circuit and a source line driver circuit may have at least one of an arithmetic circuit, a memory circuit, a power supply circuit, etc.
  • a transistor provided in the circuit portion 282 may constitute a part of the pixel circuit 283a. That is, the pixel circuit 283a may be constituted by a transistor included in the pixel circuit portion 283 and a transistor included in the circuit portion 282.
  • the FPC 290 functions as wiring for supplying video signals, power supply potential, etc. from the outside to the circuit section 282.
  • An IC may also be mounted on the FPC 290.
  • the display module 280 can be configured such that one or both of the pixel circuit section 283 and the circuit section 282 are provided overlappingly under the pixel section 284, so that the aperture ratio (effective display area ratio) of the display section 281 can be extremely high.
  • the aperture ratio of the display section 281 can be 40% or more and less than 100%, preferably 50% or more and 95% or less, and more preferably 60% or more and 95% or less.
  • the pixels 284a can be arranged at an extremely high density, so that the resolution of the display section 281 can be extremely high.
  • the pixels 284a are arranged in the display section 281 at a resolution of 2000 ppi or more, preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and even more preferably 6000 ppi or more, and 20000 ppi or less, or 30000 ppi or less.
  • Such a display module 280 is extremely high-definition and therefore can be suitably used in VR devices such as head-mounted displays, or glasses-type AR devices.
  • the display module 280 has an extremely high-definition display section 281, so that even if the display section is enlarged with a lens, the pixels are not visible, and a highly immersive display can be performed.
  • the display module 280 is not limited to this, and can be suitably used in electronic devices with relatively small display sections. For example, it can be suitably used in the display section of a wearable electronic device such as a wristwatch.
  • the display panel 200A shown in FIG. 12 includes a substrate 301, light emitting elements 110R, 110G, and 110B, a capacitor 240, and a transistor 310.
  • Substrate 301 corresponds to substrate 291 in Figures 11A and 11B.
  • the transistor 310 has a channel formation region in the substrate 301.
  • the substrate 301 can be, for example, a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate.
  • the transistor 310 has a part of the substrate 301, a conductive layer 311, a low resistance region 312, an insulating layer 313, and an insulating layer 314.
  • the conductive layer 311 functions as a gate electrode.
  • the insulating layer 313 is located between the substrate 301 and the conductive layer 311 and functions as a gate insulating layer.
  • the low resistance region 312 is a region in which the substrate 301 is doped with impurities, and functions as either a source or a drain.
  • the insulating layer 314 is provided to cover the side surface of the conductive layer 311.
  • an element isolation layer 315 is provided between two adjacent transistors 310 so as to be embedded in the substrate 301.
  • an insulating layer 261 is provided covering the transistor 310, and a capacitor 240 is provided on the insulating layer 261.
  • Capacitor 240 has conductive layer 241, conductive layer 245, and insulating layer 243 located therebetween. Conductive layer 241 functions as one electrode of capacitor 240, conductive layer 245 functions as the other electrode of capacitor 240, and insulating layer 243 functions as a dielectric of capacitor 240.
  • the conductive layer 241 is provided on the insulating layer 261 and is embedded in the insulating layer 254.
  • the conductive layer 241 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 310 by a plug 271 embedded in the insulating layer 261.
  • the insulating layer 243 is provided to cover the conductive layer 241.
  • the conductive layer 245 is provided in a region that overlaps with the conductive layer 241 via the insulating layer 243.
  • An insulating layer 255a is provided covering the capacitor 240, an insulating layer 255b is provided on the insulating layer 255a, and an insulating layer 255c is provided on the insulating layer 255b.
  • Insulating layer 255a, insulating layer 255b, and insulating layer 255c can each preferably be made of an inorganic insulating film.
  • a silicon oxide film for insulating layer 255a and insulating layer 255c and a silicon nitride film for insulating layer 255b. This allows insulating layer 255b to function as an etching protection film.
  • an example is shown in which part of insulating layer 255c is etched to form a recess, but insulating layer 255c does not necessarily have to have a recess.
  • Light-emitting elements 110R, 110G, and 110B are provided on insulating layer 255c.
  • the configurations of light-emitting elements 110R, 110G, and 110B can be seen in embodiment 2.
  • the display panel 200A a different light-emitting device is created for each emitted color, so there is little change in chromaticity between light emitted at low and high luminance.
  • the organic layers 112R, 112G, and 112B are spaced apart from each other, the occurrence of crosstalk between adjacent subpixels can be suppressed even in a high-definition display panel. This makes it possible to realize a display panel that is both high-definition and has high display quality.
  • Insulating layer 125, resin layer 126, and layer 128 are provided in the area between adjacent light-emitting elements.
  • the pixel electrodes 111R, 111G, and 111B of the light-emitting element are electrically connected to one of the source or drain of the transistor 310 by a plug 256 embedded in the insulating layers 255a, 255b, and 255c, a conductive layer 241 embedded in the insulating layer 254, and a plug 271 embedded in the insulating layer 261.
  • the height of the top surface of the insulating layer 255c and the height of the top surface of the plug 256 are the same or approximately the same.
  • Various conductive materials can be used for the plug.
  • a protective layer 121 is provided on the light-emitting elements 110R, 110G, and 110B.
  • a substrate 170 is attached to the protective layer 121 by an adhesive layer 171.
  • Display panel 200B] 13 has a configuration in which a transistor 310A, each of which has a channel formed in a semiconductor substrate, and a transistor 310B are stacked together. Note that in the following description of the display panel, description of parts that are the same as those of the display panel described above may be omitted.
  • the display panel 200B has a structure in which a substrate 301B on which a transistor 310B, a capacitor 240, and a light-emitting device are provided, and a substrate 301A on which a transistor 310A is provided are bonded together.
  • an insulating layer 345 is provided on the lower surface of the substrate 301B, and an insulating layer 346 is provided on the insulating layer 261 provided on the substrate 301A.
  • the insulating layers 345 and 346 function as protective layers, and can suppress the diffusion of impurities into the substrates 301B and 301A.
  • the insulating layers 345 and 346 can be made of an inorganic insulating film that can be used for the protective layer 121.
  • Substrate 301B is provided with plug 343 penetrating substrate 301B and insulating layer 345.
  • insulating layer 344 that covers the side surface of plug 343 and functions as a protective layer.
  • the substrate 301B has a conductive layer 342 provided below the insulating layer 345.
  • the conductive layer 342 is embedded in the insulating layer 335, and the lower surfaces of the conductive layer 342 and the insulating layer 335 are flattened.
  • the conductive layer 342 is also electrically connected to the plug 343.
  • the substrate 301A has a conductive layer 341 provided on an insulating layer 346.
  • the conductive layer 341 is embedded in the insulating layer 336, and the upper surfaces of the conductive layer 341 and the insulating layer 336 are flattened.
  • the conductive layers 341 and 342 are preferably made of the same conductive material.
  • a metal film containing an element selected from Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W, or a metal nitride film containing the above-mentioned elements can be used.
  • copper is preferably used for the conductive layers 341 and 342. This allows the application of Cu-Cu (copper-copper) direct bonding technology (a technology that achieves electrical conductivity by connecting Cu (copper) pads together).
  • Display panel 200C The display panel 200C shown in FIG. 14 has a configuration in which a conductive layer 341 and a conductive layer 342 are bonded to each other via a bump 347.
  • the conductive layer 341 and the conductive layer 342 can be electrically connected.
  • the bump 347 can be formed using a conductive material including, for example, gold (Au), nickel (Ni), indium (In), tin (Sn), etc.
  • solder may be used as the bump 347.
  • an adhesive layer 348 may be provided between the insulating layer 345 and the insulating layer 346. Also, when the bump 347 is provided, the insulating layer 335 and the insulating layer 336 may not be provided.
  • Display panel 200D The display panel 200D shown in FIG. 15 differs from the display panel 200A mainly in the configuration of the transistors.
  • Transistor 320 is a transistor (OS transistor) in which a metal oxide (also called an oxide semiconductor) is applied to a semiconductor layer in which a channel is formed.
  • OS transistor a transistor
  • metal oxide also called an oxide semiconductor
  • Transistor 320 has a semiconductor layer 321, an insulating layer 323, a conductive layer 324, a pair of conductive layers 325, an insulating layer 326, and a conductive layer 327.
  • Substrate 331 corresponds to substrate 291 in Figures 11A and 11B.
  • An insulating layer 332 is provided on the substrate 331.
  • the insulating layer 332 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing from the substrate 331 to the transistor 320 and prevents oxygen from being released from the semiconductor layer 321 to the insulating layer 332 side.
  • a film in which hydrogen or oxygen is less likely to diffuse than a silicon oxide film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, can be used.
  • a conductive layer 327 is provided on the insulating layer 332, and an insulating layer 326 is provided covering the conductive layer 327.
  • the conductive layer 327 functions as a first gate electrode of the transistor 320, and a part of the insulating layer 326 functions as a first gate insulating layer.
  • An oxide insulating film such as a silicon oxide film is preferably used for at least a portion of the insulating layer 326 that is in contact with the semiconductor layer 321.
  • the top surface of the insulating layer 326 is preferably planarized.
  • the semiconductor layer 321 is provided on the insulating layer 326.
  • the semiconductor layer 321 preferably has a metal oxide (also called an oxide semiconductor) film that exhibits semiconductor characteristics.
  • a pair of conductive layers 325 is provided on and in contact with the semiconductor layer 321 and functions as a source electrode and a drain electrode.
  • An insulating layer 328 is provided to cover the top and side surfaces of the pair of conductive layers 325 and the side surfaces of the semiconductor layer 321, and an insulating layer 264 is provided on the insulating layer 328.
  • the insulating layer 328 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing from the insulating layer 264 to the semiconductor layer 321 and prevents oxygen from being released from the semiconductor layer 321.
  • the insulating layer 328 can be an insulating film similar to the insulating layer 332.
  • An opening is provided in the insulating layer 328 and the insulating layer 264, reaching the semiconductor layer 321.
  • the conductive layer 324 functions as a second gate electrode, and the insulating layer 323 functions as a second gate insulating layer.
  • the upper surface of conductive layer 324, the upper surface of insulating layer 323, and the upper surface of insulating layer 264 are flattened so that their heights are the same or roughly the same, and insulating layers 329 and 265 are provided covering them.
  • the insulating layer 264 and the insulating layer 265 function as interlayer insulating layers.
  • the insulating layer 329 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing from the insulating layer 265 to the transistor 320.
  • the insulating layer 329 can be an insulating film similar to the insulating layer 328 and the insulating layer 332 described above.
  • the plug 274 electrically connected to one of the pair of conductive layers 325 is provided so as to be embedded in the insulating layer 265, the insulating layer 329, and the insulating layer 264.
  • the plug 274 preferably has a conductive layer 274a covering the side surfaces of the openings of the insulating layer 265, the insulating layer 329, the insulating layer 264, and the insulating layer 328, and a part of the upper surface of the conductive layer 325, and a conductive layer 274b in contact with the upper surface of the conductive layer 274a.
  • the structure of the transistor included in the display panel of this embodiment is not particularly limited.
  • a planar type transistor, a staggered type transistor, an inverted staggered type transistor, or the like can be used.
  • either a top-gate type or a bottom-gate type transistor structure may be used.
  • a gate may be provided above and below a semiconductor layer in which a channel is formed.
  • Transistor 320 has a configuration in which a semiconductor layer in which a channel is formed is sandwiched between two gates.
  • the two gates may be connected and the transistor may be driven by supplying the same signal to them.
  • the threshold voltage of the transistor may be controlled by applying a potential to one of the two gates for controlling the threshold voltage and a potential to drive the other.
  • the crystallinity of the semiconductor material used in the semiconductor layer of the transistor is not particularly limited, and any of an amorphous semiconductor, a single crystal semiconductor, or a semiconductor having crystallinity other than single crystal (a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, or a semiconductor having a crystalline region in part) may be used.
  • the use of a single crystal semiconductor or a semiconductor having crystallinity is preferable because it can suppress deterioration of the transistor characteristics.
  • the band gap of the metal oxide used in the semiconductor layer of the transistor is preferably 2 eV or more, and more preferably 2.5 eV or more.
  • the metal oxide preferably contains at least indium or zinc, and more preferably contains indium and zinc.
  • the metal oxide preferably contains indium, M (wherein M is one or more selected from gallium, aluminum, yttrium, tin, silicon, boron, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, and cobalt), and zinc.
  • the semiconductor layer of the transistor may contain silicon.
  • silicon examples include amorphous silicon and crystalline silicon (such as low-temperature polysilicon and single crystal silicon).
  • metal oxides that can be used in the semiconductor layer include indium oxide, gallium oxide, and zinc oxide.
  • the metal oxide preferably contains two or three elements selected from indium, element M, and zinc.
  • the element M is one or more elements selected from gallium, aluminum, silicon, boron, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, and magnesium.
  • the element M is preferably one or more elements selected from aluminum, gallium, yttrium, and tin.
  • the metal oxide is preferably formed by a sputtering method or an ALD method.
  • the productivity can be increased and the film density can be increased.
  • the metal oxide is formed by an ALD method, the coverage of the film can be increased.
  • an oxide containing indium, gallium, and zinc also referred to as IGZO
  • an oxide containing indium, tin, and zinc also referred to as ITZO (registered trademark)
  • ITZO oxide containing indium, gallium, tin, and zinc
  • IAZO oxide containing indium, aluminum, and zinc
  • IAGZO oxide containing indium, aluminum, gallium, and zinc
  • the metal oxide used in the semiconductor layer is an In-M-Zn oxide
  • the atomic ratio of In in the In-M-Zn oxide is equal to or greater than the atomic ratio of M.
  • element M gallium or tin
  • element M may be a combination of two or more of the above elements.
  • In:M:Zn 40:1:10 or metal oxides in the vicinity thereof for the semiconductor layer.
  • the semiconductor layer may have two or more metal oxide layers with different compositions.
  • a laminated structure of any one selected from indium oxide, indium gallium oxide, and IGZO and any one selected from IAZO, IAGZO, and ITZO (registered trademark) may be used.
  • oxide semiconductors having crystallinity examples include CAAC (c-axis-aligned crystalline)-OS and nc (nanocrystalline)-OS.
  • OS transistors have extremely high field-effect mobility compared to transistors using amorphous silicon.
  • the leakage current between the source and drain of an OS transistor in an off state (also referred to as off-state current) is extremely small, and the charge accumulated in a capacitor connected in series with the transistor can be held for a long period of time.
  • the use of an OS transistor can reduce the power consumption of a display panel.
  • the change in source-drain current in an OS transistor is smaller in response to a change in gate-source voltage than in a Si transistor. Therefore, by using an OS transistor as a driving transistor included in a pixel circuit, the current flowing between the source and drain can be precisely determined by changing the gate-source voltage, and the amount of current flowing to the light-emitting device can be controlled. This makes it possible to increase the number of gray levels in the pixel circuit.
  • an OS transistor can pass a more stable current (saturation current) than a Si transistor, even when the source-drain voltage gradually increases. Therefore, by using an OS transistor as a driving transistor, a stable current can be passed to a light-emitting device, for example, even when the current-voltage characteristics of an EL device vary. In other words, when an OS transistor operates in the saturation region, the source-drain current hardly changes even when the source-drain voltage is increased, so that the light emission luminance of the light-emitting device can be stabilized.
  • a display panel 200F illustrated in FIG. 16 has a stacked structure of a transistor 310 in which a channel is formed in a substrate 301 and a transistor 320 in which a channel is formed and which contains metal oxide in a semiconductor layer.
  • An insulating layer 261 is provided to cover the transistor 310, and a conductive layer 251 is provided on the insulating layer 261.
  • An insulating layer 262 is provided to cover the conductive layer 251, and a conductive layer 252 is provided on the insulating layer 262.
  • the conductive layer 251 and the conductive layer 252 each function as a wiring.
  • An insulating layer 263 and an insulating layer 332 are provided to cover the conductive layer 252, and a transistor 320 is provided on the insulating layer 332.
  • An insulating layer 265 is provided to cover the transistor 320, and a capacitor 240 is provided on the insulating layer 265. The capacitor 240 and the transistor 320 are electrically connected by a plug 274.
  • Transistor 320 can be used as a transistor that constitutes a pixel circuit.
  • Transistor 310 can be used as a transistor that constitutes a pixel circuit, or a transistor that constitutes a driver circuit (gate line driver circuit, source line driver circuit) for driving the pixel circuit.
  • Transistor 310 and transistor 320 can be used as transistors that constitute various circuits such as an arithmetic circuit or a memory circuit.
  • This configuration allows not only pixel circuits but also drive circuits to be formed directly under the light-emitting device, making it possible to reduce the size of the display panel compared to when drive circuits are provided around the periphery of the display area.
  • Display panel 200G The display panel 200G shown in Fig. 17 has a configuration in which the transistor 320 of the display panel 200F shown in Fig. 16 is replaced with a transistor 320A (vertical transistor). Note that the configuration in which the transistor 320 is replaced with the transistor 320A can also be applied to the display panel 200D shown in Fig. 15.
  • Figure 18A shows a cross-sectional view of transistor 320A in the XZ plane.
  • Figure 18B shows a cross-sectional view of transistor 320A in the XY plane, including wiring 440.
  • Transistor 320A has an oxide semiconductor 470, an insulator 430, and a conductor 420.
  • the oxide semiconductor 470 functions as a semiconductor layer
  • the insulator 430 functions as a gate insulator
  • the conductor 420 functions as a gate electrode.
  • the wiring 450 has a region that functions as one of the source electrode and the drain electrode of transistor 320A.
  • the wiring 440 has a region that functions as the other of the source electrode and the drain electrode of transistor 320A.
  • An opening 490 is provided through the wiring 440 and the insulator 480, reaching the wiring 450.
  • the opening 490 has a columnar shape with a roughly circular upper surface. This configuration allows for miniaturization or high integration of memory cells. Note that the side surface of the opening 490 is preferably perpendicular to the upper surface of the wiring 450.
  • the oxide semiconductor 470 is disposed in the opening 490. Note that the oxide semiconductor 470 has a region in contact with the top surface of the wiring 450 in the opening 490, a region in contact with the side surface of the wiring 440, and a region in contact with the side surface of the insulator 480.
  • the insulator 430 is arranged so that at least a portion of it covers the opening 490.
  • the conductor 420 is arranged so that at least a portion of it is located in the opening 490. It is preferable that the conductor 420 is provided so as to fill the opening 490, and the top surface shape is preferably roughly circular to increase the degree of integration.
  • the oxide semiconductor 470 has a region 470i and regions 470na and 470nb arranged to sandwich the region 470i.
  • Region 470na is a region of oxide semiconductor 470 that is in contact with wiring 450. At least a portion of region 470na functions as one of the source region and drain region of transistor 320A.
  • Region 470nb is a region of oxide semiconductor 470 that is in contact with wiring 440. At least a portion of region 470nb functions as the other of the source region and drain region of transistor 320A.
  • wiring 440 is in contact with the entire outer periphery of oxide semiconductor 470.
  • the other of the source region and drain region of transistor 320A can be formed on the entire outer periphery of a portion of oxide semiconductor 470 that is formed in the same layer as wiring 440.
  • Region 470i is a region of oxide semiconductor 470 that is sandwiched between region 470na and region 470nb. At least a part of region 470i functions as a channel formation region of transistor 320A. That is, the channel formation region of transistor 320A is formed in a part of oxide semiconductor 470 located in a region between wiring 450 and wiring 440. It can also be said that the channel formation region of transistor 320A is located in a region of oxide semiconductor 470 that is in contact with insulator 480 or in a region in the vicinity of same.
  • the channel length of the transistor 320A is the distance between the source region and the drain region. In other words, it can be said that the channel length of the transistor 320A is determined by the thickness of the insulator 480 on the wiring 450.
  • the channel length L of the transistor 320A is indicated by a dashed double-headed arrow.
  • the channel length L is the distance between the end of the region where the oxide semiconductor 470 and the wiring 450 contact each other and the end of the region where the oxide semiconductor 470 and the wiring 440 contact each other in a cross-sectional view.
  • the channel length L corresponds to the length of the side surface of the insulator 480 on the opening 490 side in a cross-sectional view.
  • the channel length is set by the exposure limit of photolithography, but in one embodiment of the present invention, the channel length can be set by the film thickness of the insulator 480. Therefore, the channel length of the transistor 320A can be made to be an extremely fine structure that is below the exposure limit of photolithography (e.g., 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less, and 1 nm or more, or 5 nm or more). This allows the on-current of the transistor 320A to be increased.
  • the exposure limit of photolithography e.g. 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less, and 1 nm or more, or 5 nm or more. This allows the on-current of the transistor 320A to be increased.
  • the channel formation region, the source region, and the drain region can be formed in the opening 490. This allows the area occupied by the transistor 320A to be reduced compared to a conventional transistor in which the channel formation region, the source region, and the drain region are provided separately on the XY plane. This allows the pixel density to be increased.
  • a transistor having a channel formation region along the side of the insulator 480 in the opening 490 is also called a vertical transistor.
  • the oxide semiconductor 470, the insulator 430, and the conductor 420 are arranged concentrically in the XY plane including the channel formation region of the oxide semiconductor 470. Therefore, the side surface of the conductor 420 arranged at the center faces the side surface of the oxide semiconductor 470 through the insulator 430. That is, the entire circumference of the oxide semiconductor 470 becomes the channel formation region in the top view.
  • the channel width of the transistor 320A is determined by the outer periphery length of the oxide semiconductor 470. That is, it can be said that the channel width of the transistor 320A is determined by the maximum width of the opening 490 (maximum diameter when the opening 490 is circular in the top view). In FIGS.
  • the maximum width D of the opening 490 is indicated by a double-headed arrow of a two-dot chain line.
  • the channel width W of the transistor 320A is indicated by a double-dot chain line of a one-dot chain line.
  • the maximum width D of the opening 490 is set by the exposure limit of photolithography.
  • the maximum width D of the opening 490 is set by the film thickness of each of the oxide semiconductor 470, the insulator 430, and the conductor 420 provided in the opening 490.
  • the maximum width D of the opening 490 is, for example, 5 nm or more, 10 nm or more, or 20 nm or more, and is preferably 100 nm or less, 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, or 30 nm or less. Note that when the opening 490 is circular in top view, the maximum width D of the opening 490 corresponds to the diameter of the opening 490, and the channel width W can be calculated as "D x ⁇ ".
  • the channel length L of the transistor 320A is preferably at least smaller than the channel width W of the transistor 320A.
  • the channel length L of the transistor 320A according to one embodiment of the present invention is 0.1 to 0.99 times, preferably 0.5 to 0.8 times, the channel width W of the transistor 320A. With such a configuration, a transistor having good electrical characteristics and high reliability can be realized.
  • the oxide semiconductor 470, the insulator 430, and the conductor 420 are arranged concentrically. This makes the distance between the conductor 420 and the oxide semiconductor 470 approximately uniform, so that a gate electric field can be applied to the oxide semiconductor 470 approximately uniformly.
  • a channel formation region of a transistor using an oxide semiconductor for a semiconductor layer has fewer oxygen vacancies or a lower concentration of impurities such as hydrogen, nitrogen, or a metal element than the source and drain regions.
  • the aluminum concentration in the channel formation region of the oxide semiconductor is preferably 1 ⁇ 10 22 atoms/cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 21 atoms/cm 3 or less, still more preferably 1 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 or less, still more preferably 5 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or less, still more preferably 1 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or less, still more preferably 5 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, and still more preferably 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less.
  • the channel formation region of the transistor is a high-resistance region with a low carrier concentration. Therefore, the channel formation region of the transistor can be said to be i-type (intrinsic) or substantially i-type.
  • the source and drain regions of a transistor that uses an oxide semiconductor for its semiconductor layer have more oxygen vacancies, more VOH , or a higher concentration of impurities such as hydrogen, nitrogen, or metal elements than the channel formation region, and thus have an increased carrier concentration and low resistance.
  • the source and drain regions of the transistor are n-type regions that have a higher carrier concentration and lower resistance than the channel formation region.
  • the opening 490 is provided so that the side of the opening 490 is perpendicular to the top surface of the wiring 450, but the present invention is not limited to this.
  • the side of the opening 490 may be tapered.
  • Figure 19A shows a cross-sectional view in the XZ plane of transistor 320B, which is a vertical transistor having a different configuration from that in Figure 18. Also, Figure 19B shows a cross-sectional view in the XY plane.
  • Transistor 320B differs from transistor 320A mainly in that it does not have wiring 450, is provided on insulator 460, has wiring 440S and wiring 440D instead of wiring 440, and has a different shape of oxide semiconductor 470.
  • Wiring 440S functions as a source electrode
  • wiring 440D functions as a drain electrode.
  • the oxide semiconductor 470 has a ring shape. Specifically, in the opening 490, it has a region that contacts the side surface of the wiring 440S, a region that contacts the side surface of the wiring 440D, and a region that contacts the side surface of the insulator 480.
  • the oxide semiconductor 470 is configured not to contact the top surfaces of the wiring 440S and the wiring 440D.
  • the oxide semiconductor 470 having such a shape can be formed by processing, for example, by anisotropic etching.
  • the width H of the wiring 440S and the wiring 440D is smaller than the maximum width D of the opening 490.
  • the circumferential direction of the opening 490 corresponds to the channel length direction of the transistor 320B.
  • the oxide semiconductor 470 since the oxide semiconductor 470 has a ring shape, there are two types of current paths (i.e., channels) from the wiring 440S to the wiring 440D. Note that the oxide semiconductor 470 does not necessarily have to have a ring shape, and may be configured to be in contact with both the wiring 440S and the wiring 440D.
  • the channel length can be controlled by the shape and size of the opening 490. For example, if the channel length is to be increased, the perimeter of the opening 490 may be increased. Although an example in which the opening 490 is circular in plan view has been shown, the present invention is not limited to this.
  • the opening 490 may be circular in plan view, elliptical, or rectangular with rounded corners. It may also be a regular polygon such as an equilateral triangle, square, or regular pentagon, or a polygon other than a regular polygon.
  • the channel width can be increased by making the opening 490 a concave polygon, such as a star-shaped polygon, which is a polygon with at least one interior angle exceeding 180 degrees.
  • the maximum width of the opening 490 may be calculated appropriately according to the shape of the top of the opening 490. For example, if the opening is a square or a rectangle in plan view, the maximum width of the opening 490 may be the length of the diagonal line at the top of the opening 490.
  • the height of the oxide semiconductor 470 is the channel width W of the transistor 320B. Therefore, the channel width W of the transistor 320B can be controlled by the thickness of the insulator 480. Therefore, the channel width of the transistor 320B can be made to be a very fine structure that is equal to or less than the exposure limit of photolithography (for example, 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less, and 1 nm or more, or 5 nm or more).
  • the exposure limit of photolithography for example, 60 nm or less, 50 nm or less, 40 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, or 10 nm or less, and 1 nm or more, or 5 nm or more.
  • Transistor 320A is a transistor that has an extremely small channel length and can have a large channel width, and can achieve a high on-state current.
  • transistor 320B is a transistor that has an extremely small channel width and can have a large channel length, and can achieve a moderate on-state current, making design easy.
  • Transistors 320A and 320B can share part of the manufacturing process and can be manufactured separately on the same substrate. For example, in a display device, transistor 320B can be used as a driving transistor for controlling the current flowing through a light-emitting element, and transistor 320A can be used as a transistor that functions as a switch.
  • This embodiment can be implemented in combination with at least a portion of the other embodiments and examples described in this specification.

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

着脱が容易な電子機器を提供する。 ゴーグル型の電子機器であって、フレームと、表示パネルおよび光学機器が組み込まれた筐体を有する。フレームは頭部に装着することができ、装着面の反対側に金属プレートを有する。また、筐体の一つの面には電磁石が設けられている。電磁石に通電することで金属プレートを引き付けることができ、フレームに筐体を固定することができる。当該構成により、使用者は電子機器として作用する部分の着脱を容易に行うことができる。

Description

電子機器
本発明の一態様は、電子機器に関する。
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発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書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、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの動作方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
仮想現実(VR:Virtual Reality)、または拡張現実(AR:Augmented Reality)向けなどの電子機器として、ゴーグル型デバイスおよび眼鏡型デバイスが開発されている。
また、ディスプレイパネルに適用可能な表示装置としては、代表的には液晶素子を備える表示装置、有機EL(Electro Luminescence)素子または発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等を備える表示装置が挙げられる。
有機EL素子が備えられた表示装置は、液晶表示装置で必要であったバックライトが不要なため、薄型、軽量、高コントラストで且つ低消費電力な表示装置を実現できる。例えば、有機EL素子を用いた表示装置の一例が、特許文献1に記載されている。
特開2018−107444号公報
VRまたはAR等に適用される電子機器はウェアラブルデバイスの一種であり、携帯性および装着性を向上させるために、小型かつ軽量であることが好ましい。
一方で、表示パネル、光学機器、コントローラ、電池およびそれらを収める筐体などの軽量化には限度があり、使用者は多少なりとも頭部に重さを感じる。そのため、使用者は長時間の使用により疲労してしまうことがある。また、電子機器の頭部への着脱作業は煩雑である課題があった。
そのため、このような電子機器には、重さを感じにくく、着脱が容易であることが望まれる。
したがって、本発明の一態様は、着脱作業が容易である電子機器を提供することを目的の一つとする。または、重さを感じにくい電子機器を提供することを目的の一つとする。または、新規な電子機器を提供することを目的の一つとする。
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明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、着脱が容易な電子機器に関する。
本発明の一態様は、ゴーグル型の電子機器であって、フレームと、筐体と、を有し、筐体は内部に表示パネルおよび光学機器を有し、筐体は第1の面に電磁石を有し、フレームは頭部に装着される面の反対側に金属プレートを有し、電磁石が金属プレートを引き付けることにより、筐体の第1の面と金属プレートを向い合わせて固定する電子機器である。
金属プレートの表面側に凸部を有し、筐体は第1の面に凹部を有し、凸部を凹部に合致させることにより位置合わせを行うことができる。
金属プレートの表面側は凸曲面を有し、筐体の第1の面は凹曲面を有することができる。
金属プレートの表面および筐体の第1の面は平面を有することができる。
筐体には助力装置が接続されていてもよい。助力装置は、多関節型アーム、スライド機構、バランサーから選ばれた一つ以上で構成されることが好ましい。
表示パネルは、有機EL素子を有することが好ましい。光学機器は、ハーフミラー、レンズ、位相差板、および反射偏光板を有することが好ましい。
本発明の一態様により、頭部への取り付け、取り外しが容易である電子機器を提供することができる。または、重さを感じにくい電子機器を提供することができる。または、新規な電子機器を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図1Aおよび図1Bは、電子機器を説明する図である。
図2Aおよび図2Bは、電子機器を説明する図である。
図3Aおよび図3Bは、電子機器を説明する図である。
図4Aは、電子機器に接続する助力装置を説明する図である。図4B1乃至図4B5は、助力装置の動作を説明する図である。
図5Aおよび図5Bは、電子機器に接続する助力装置を説明する図である。
図6Aおよび図6Bは、光学ユニットを説明する図である。
図7A乃至図7Cは、表示パネルを説明する図である。
図8A乃至図8Cは、表示パネルの構成例を説明する図である。
図9Aおよび図9Bは、表示パネルの構成例を説明する図である。
図10A乃至図10Fは、画素の構成例を説明する図である。
図11Aおよび図11Bは、表示パネルの構成例を説明する図である。
図12は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図13は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図14は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図15は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図16は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図17は、表示パネルの構成例を説明する図である。
図18Aおよび図18Bは、縦型トランジスタを説明する図である。
図19Aおよび図19Bは、縦型トランジスタを説明する図である。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
また、回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタを分割して複数の位置に配置する場合もある。
また、一つの導電体が、配線、電極および端子などの複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が一つ以上の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
本発明の一態様は、ゴーグル型の電子機器である。当該電子機器は、フレームと、表示パネルおよび光学機器が組み込まれた筐体を有する。
フレームは頭部(顔面)に装着することができ、装着面の反対側に金属プレートを有する。また、筐体の一つの面には電磁石が設けられている。電磁石に通電することで金属プレートを引き付けることができ、フレームに筐体を固定することができる。
このような構成とすることで、使用者はフレームを頭部に装着した状態で、必要なときに筐体をフレームに取り付けることができる。また、不必要なときは、筐体のみをフレームから取り外すことができる。つまり、電子機器として作用する部分の着脱を容易に行うことができる。
また、筐体には助力装置を接続することができる。なお、助力装置とは、重量物の持ち上げなどの人の動作を補助し、身体的負担を軽減する機器である。使用者はフレームを頭部に装着し、必要なときに助力装置が接続された筐体をフレームに取り付けることができる。このような構成とすることで、使用者が感じる筐体の重さを軽減することができ、使用者の疲労を少なくすることができる。
図1A、図1Bは、本発明の一態様のゴーグル型の電子機器を説明する斜視図である。電子機器は、頭部に装着するフレーム10、および映像表示などを担う要素が組み込まれた筐体20を有し、それらが分離できる構成となっている。
図2Aに示すように、フレーム10は保持具13によって人の頭部に装着することができる。なお、図2Aに示すバンド状の保持具13は一例であり、耳掛け型、帽子型などの保持具を用いてフレーム10を頭部に装着してもよい。
フレーム10の装着面側は人の頭部に装着しやすいように凹曲面を有し、装着時に眼の前方となる領域には開口部を有する。フレーム10は、中空形状であるということもできる。フレーム10の装着面側の材質は軽量の樹脂などを用いることが好ましく、顔面に接する部分は弾性材料で形成されていてもよい。
フレーム10の装着面の反対側には強磁性(鉄、ニッケル、コバルト、またはそれらを一つ以上含む合金など)の金属プレート11が設けられる。なお、図1Aでは、額縁状の金属プレート11を設けた例を示しているが、複数の小片の金属プレート11を設けてもよい。
フレーム10の装着面側と反対側および金属プレート11の表面側は、凸曲面を有することが好ましい。このような形状とすることでフレーム10を薄型にすることができ、広い視野を確保することができる。
筐体20の内部には、表示パネル(図示せず)、光学機器21などが組み込まれている。また、筐体20の第1の面24は金属プレート11の表面側の形状と合致する凹曲面を有し、第1の面24には電磁石23が設けられる。電磁石23の数は必要に応じて調整すればよい。また、電磁石23の表面形状は丸形、楕円型に限らず、多角形であってもよい。
筐体20の第1の面24と金属プレート11を近づけた状態で電磁石23に通電することで、電磁石23が金属プレート11を引き付けることができる。このようにして、図2Bに示すように、筐体の第1の面24と金属プレート11を向い合わせて固定することができる。すなわち、筐体20をフレーム10に固定することができる。
なお、筐体20は電池を組み込みやすい形態であるため、電磁石23は筐体20に設けることが好ましいが、フレーム10に電池を組み込める場合は、フレーム10に電磁石23を設け、筐体20に金属プレート11を設ける構成であってもよい。
なお、筐体20が軽量であり、強力な磁力を必要としない場合は、電磁石の代わりに永久磁石を用いることもできる。また、電磁石と永久磁石の両方を用いてもよい。また、フレーム10側および筐体20側の一方がオス型、他方がメス型の接手などを用いることもできる。
金属プレート11の表面側には、ピン型、半球型または円錐型などの凸部12が設けられていることが好ましい。また、筐体20の第1の面24には、凸部12を挿入または重ねて合致させることができる凹部22が設けられていることが好ましい。図2Aの破線矢印で示すように、凸部12と凹部22を合致させることで、フレーム10を直接目視できない状態でも位置合わせを容易に行うことができる。
なお、凸部12は、金属プレート11の一部であってもよいし、金属プレート11に固定された構成であってもよい。または、フレーム10の装着面の反対側に凸部12を設け、金属プレート11に当該凸部12を貫通する開口部が設けられていてもよい。
なお、図3A、図3Bに示すように、フレーム10の装着面と反対側の形状および金属プレート11の表面、ならびに筐体20の第1の面24を平面としてもよい。このような構成では、図1A、図1Bに示す構成と比べてフレーム10の厚みが増すが、筐体20を小さくすることができる。また、金属プレート11と筐体20が接する面が平面であるため、上述した凸部12および凹部22の位置合わせが容易になり、着装しやすくなる。
図1A、図1Bまたは図3A、図3Bに示すような、フレーム10および筐体20を分離型の構成とすることで、比較的重量のある筐体20と軽量のフレーム10のそれぞれの着脱作業を分けることができる。したがって、軽量のフレーム10は常時装着し、必要なときに筐体20を取り付けるような使い方をすることで、着脱時の煩雑さを解消することができる。また、比較的重量のある筐体20のみを簡単に取り外すことができるため、使用者の疲労も低減することができる。
また、筐体20には、助力装置を接続してもよい。図4Aは、筐体20に助力装置を接続した例を説明する図である。図4Aでは、多関節型アーム30と、ブッシュ33(内面にベアリングが設けられた筒状のスライド部)およびシャフト34を有するスライド機構と、バランサー36を組み合わせた構成の助力装置を例示している。
なお、バランサーとは、ゼンマイなどの張力を利用してバランスをとることで、吊り下げた物の重さをゼロに近づけ、軽い力で物を上下移動するための機器である。
多関節型アーム30は曲げまたは回転が行える複数の軸32を有し、様々な方向に動かされた筐体20に追随し支持することができる。なお、図4Aに図示している多関節型アーム30は一例であり、さらに多くの軸を有する多関節型アームであってもよい。または、動く方向が1方向(上下または左右)または2方向(上下および左右)のみに限定されるような軸を備えた多関節型アームであってもよい。また、多関節型アームは、スプリング、伸縮アームなどを有していてもよい。
スライド機構は、表面が平滑な金属製のシャフト34に嵌め込まれたブッシュ33を有し、ブッシュ33を直線移動させることができる。多関節型アーム30にスライド機構を接続することで、筐体20が上下に動かされた場合の抵抗を多関節型アーム30のみよりも低下させることができる。なお、スライド機構を設けない構成とすることもできる。
スライド機構により抵抗は低減するが、多関節型アーム30の重量が筐体にかかるため、バランサー36により重量感を低減させることが好ましい。例えば、シャフト34の上部にスプリング式のバランサー36を設置し、ワイヤー35を介してブッシュ33とバランサー36を接続する。このような構成とすることで、多関節型アームが接続されたブッシュ33を上下方向に移動させる際の重さを軽減させることができ、かつブッシュ33を任意の位置で停止させることができる。
なお、スライド機構を設けない場合は、多関節型アーム30と筐体20との接続部近傍または筐体20にワイヤー35を接続してもよい。
また、筐体20は、ケーブル38を介して制御ユニット37と接続することができる。制御ユニット37は、ケーブル38を介して映像データおよび電源等を筐体20に供給することができる。ケーブル38は助力装置を伝わせて筐体20と接続することができるため、使用者はケーブル38の抵抗をほとんど受けることがなく、動きやすくなる。また、ケーブル38から映像データおよび電源を供給することができるため、無線機器および電池を不要にすることができ、筐体部全体の重さを低減することができる。
このように、助力装置を用いることで、図4B1乃至図4B5に示すように、様々な方向に筐体20を動かした場合でも助力装置が追随して筐体部全体の重さを軽減させることができ、使用者の疲労を低減させることができる。
なお、図4Aに示す助力装置と筐体20との接続構成は一例であり、例えば、図5Aに示すように天井50に固定した多関節型アーム30を筐体20と接続してもよい。または、図5Bに示すように、天井50に固定したバランサー36と筐体20をワイヤー35を介して接続してもよい。なお、多関節型アームは、壁または床に固定することもできる。
図6Aは、筐体20に組み込まれる表示ユニット60を説明する図である。図6Bは、表示ユニット60の要素を説明する図である。
使用者は、光学機器21近傍に眼を近づけることで、表示パネル61で表示される画像を見ることができる。使用者は、光学機器21によって視野角が広げられた状態で当該画像を視認することから、没入感、臨場感を得ることができる。
表示パネル61の表示面には、直線偏光板62および位相差板63を貼り合わすことができる。
光学機器21は、例えば、ハーフミラー71と、レンズ72と、位相差板73と、反射偏光板74と、レンズ75を有する構成とすることができる。光学機器21は、薄型である形状からパンケーキレンズと呼ばれることもある。
このような構成とし、表示パネル61が発する光を直線偏光または円偏光に変換して利用することで、光路上に配置された要素で反射および透過を選択的に行うことができる。したがって、限られた空間内で光路長を確保することができ、光学機器の焦点距離を短くすることができる。
2組の表示ユニット60は、レンズ75の表面が内側に露出するように筐体20に組み込まれる。一方の表示ユニット60は右眼用、他方の表示ユニット60は左眼用になり、それぞれの表示ユニット60で視差に対応した画像を表示することで、画像の立体感を感じることができる。
また、筐体20、フレーム10または保持具13に入力端子および出力端子が設けられていてもよい。入力端子には映像出力機器等からの映像信号、電池を充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子としては、例えば音声出力端子として機能し、イヤフォン、ヘッドフォン等を接続することができる。なお、無線通信により音声データを出力可能な構成とする場合、または外部の映像出力機器から音声を出力する場合には、当該音声出力端子を設けなくてもよい。
また、筐体20、フレーム10または保持具13の内部に無線通信モジュールおよび記憶モジュールなどが設けられていてもよい。無線通信モジュールにより無線通信を行い、視聴するコンテンツをダウンロードして記憶モジュールに保存しておくことができる。これにより、ユーザーはダウンロードしたコンテンツをオフラインで視聴することができる。
また、筐体20内に視線検知センサが設けられていてもよい。例えば、電源オン、電源オフ、スリープ、音量調整、チャンネル変更、メニュー表示、選択、決定、戻る、などの操作ボタン、および動画の再生、停止、一時停止、早送り、早戻しなどの操作ボタンを表示させ、当該操作ボタンを視認することで、それぞれの操作を行うことができる。また、電磁石23に通電するための操作ボタンを表示させ、視線検知による操作で筐体20の着脱を行ってもよい。
また、筐体20内に瞬きを検知する光センサを設け、上記に例示する操作を瞬き動作により行ってもよい。例えば、一定時間内の瞬き回数、眼を閉じている時間の違いなどを上記操作に割り当てることができる。また、筐体20内にマイクを設け、上記に例示する操作を音声認識により行ってもよい。
上述した視線検知、瞬きの検出または音声認識により、電子機器の操作および筐体20の着脱などを指等で筐体20に触れることなく、衛生的に行うことができる。すなわち、本発明の一態様の電子機器は、手指での操作が困難な場合がある工事現場、医療現場などでの使用にも適する。なお、周囲の状況が把握できるように、筐体20にはカメラが接続され、当該カメラで撮影される映像をリアルタイムに表示ユニット60で表示できる構成を有していてもよい。
図7Aは、図6Bに示す表示パネル61を説明する図である。表示パネル61は、画素アレイ84と、回路85と、回路86を有する。画素アレイ84は、列方向および行方向に配置された画素80を有する。
画素80は、複数の副画素81を有することができる。副画素81は、表示用の光を発する機能を有する。
なお、本明細書では、一つの「画素」の中で独立した動作が行われる最小単位を便宜的に「副画素」と定義して説明を行うが、「画素」を「領域」と置き換え、「副画素」を「画素」と置き換えてもよい。
副画素81は、可視光を発する発光デバイスを有する。発光デバイスとしては、OLED(Organic Light Emitting Diode)またはQLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)などのEL素子を用いることが好ましい。EL素子が有する発光物質としては、蛍光を発する物質(蛍光材料)、燐光を発する物質(燐光材料)、熱活性化遅延蛍光を示す物質(熱活性化遅延蛍光(Thermally activated delayed fluorescence:TADF)材料)、無機化合物(量子ドット材料など)などが挙げられる。また、発光デバイスとして、マイクロLED(Light Emitting Diode)などのLEDを用いることもできる。
回路85および回路86は、副画素81を駆動するためのドライバ回路である。回路85はソースドライバ回路、回路86はゲートドライバ回路としての機能を有することができる。回路85および回路86には、例えば、シフトレジスタ回路などを用いることができる。
なお、図7Bに示すように、回路85および回路86を層87に設け、画素アレイ84を層88に設け、層87と層88が重なる構成としてもよい。当該構成とすることで、狭額縁の表示装置を形成することができる。
また、ドライバ回路を画素アレイ84の下層に設けることで配線長を短く、配線容量を小さくすることができる。したがって、高速動作ができ、かつ低消費電力で動作する表示パネルとすることができる。
また、図7Bに示すように、回路85および回路86を分割配置することで、画素アレイ84を部分的に駆動することができる。例えば、画素アレイ84の部分的な画像データの書き換えを行うことができる。また、画素アレイ84を部分的に異なる動作周波数で動作させることができる。
なお、図7Bに示す回路85および回路86の配置、面積は一例であり、適宜変更することができる。また、回路85および回路86の一部は、画素アレイ84と同一の層に形成することもできる。また、層87には、記憶回路、演算回路、および通信回路などの回路が設けられていてもよい。
当該構成は、例えば、層87を単結晶シリコン基板に設け、回路85および回路86をチャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(以下、Siトランジスタ)で形成し、層88に設ける画素アレイ84が有する画素回路をチャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ(以下、OSトランジスタ)で形成することができる。OSトランジスタは薄膜で形成することができ、Siトランジスタ上に積層して形成することができる。
なお、図7Cに示すように、層87と層88との間にOSトランジスタが設けられる層89を有する構成としてもよい。層89には、画素アレイ84が有する画素回路の一部をOSトランジスタで設けることができる。または、回路85および回路86の一部をOSトランジスタで設けることができる。または、層87に設けることができる記憶回路、演算回路、および通信回路などの回路の一部をOSトランジスタで設けることができる。
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および実施例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、本発明の一態様の電子機器に適用することのできる表示パネルの構成例について説明する。以下で例示する表示パネルは、実施の形態1の表示パネル61に適用することができる。
本発明の一態様は、発光素子(発光デバイスともいう)を有する表示パネルである。表示パネルは、発光色の異なる2つ以上の画素を有する。画素は、それぞれ発光素子を有する。発光素子は、それぞれ一対の電極と、その間にEL層を有する。発光素子は、有機EL素子(有機電界発光素子)であることが好ましい。発光色の異なる2つ以上の発光素子は、それぞれ異なる発光材料を含むEL層を有する。例えば、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、または青色(B)の光を発する3種類の発光素子を有することで、フルカラーの表示パネルを実現できる。
発光色がそれぞれ異なる複数の発光素子を有する表示パネルを作製する場合、少なくとも発光材料を含む層(発光層)をそれぞれ島状に形成する必要がある。EL層の一部または全部を作り分ける場合、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島状の有機膜を形成する方法が知られている。しかしながらこの方法では、メタルマスクの精度、メタルマスクと基板との位置ずれ、メタルマスクのたわみ、および蒸気の散乱などによる成膜される膜の輪郭の広がりなど、様々な影響により、島状の有機膜の形状および位置に設計からのずれが生じるため、表示パネルの高精細化、および高開口率化が困難である。また、蒸着の際に、層の輪郭がぼやけて、端部の厚さが薄くなることがある。つまり、島状の発光層は場所によって厚さにばらつきが生じることがある。また、大型、高解像度、または高精細な表示パネルを作製する場合、メタルマスクの寸法精度の低さ、および熱などによる変形により、製造歩留まりが低くなる懸念がある。そのため、ペンタイル配列などの特殊な画素配列方式を採用することなどにより、疑似的に精細度(画素密度ともいう)を高める対策が取られていた。
なお、本明細書等において、島状とは、同一工程において同一材料を用いて形成された2以上の層が物理的に分離されている状態であることを示す。例えば、島状の発光層とは、当該発光層と、隣接する発光層とが、物理的に分離されている状態であることを示す。
本発明の一態様は、EL層をファインメタルマスク(FMM)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を用いて、微細なパターンに加工する。これにより、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パネルを実現できる。さらに、EL層を作り分けることができるため、極めて鮮やかで、コントラストが高く、表示品位の高い表示パネルを実現できる。なお、例えば、EL層をメタルマスクと、フォトリソグラフィ法と、の双方を用いて微細なパターンに加工してもよい。
また、EL層の一部または全部を物理的に分断することができる。これにより、隣接する発光素子間で共通に用いる層(共通層ともいう)を介した、発光素子間のリーク電流を抑制することができる。これにより、意図しないクロストークに起因した発光を防ぐことができ、コントラストの極めて高い表示パネルを実現できる。特に、低輝度における電流効率の高い表示パネルを実現できる。
本発明の一態様は、白色発光の発光素子と、カラーフィルタとを組み合わせた表示パネルとすることもできる。この場合、異なる色の光を呈する画素(副画素)に設けられる発光素子に、それぞれ同じ構成の発光素子を適用することができ、全ての層を共通層とすることができる。さらに、それぞれのEL層の一部または全部を、フォトリソグラフィ法を用いた工程で分断してもよい。これにより、共通層を介したリーク電流が抑制され、コントラストの高い表示パネルを実現できる。特に、導電性の高い中間層を介して、複数の発光層を積層したタンデム構造を有する素子では、当該中間層を介したリーク電流を効果的に防ぐことができるため、高い輝度、高い精細度、および高いコントラストを兼ね備えた表示パネルを実現できる。
EL層をフォトリソグラフィ法を用いて加工する場合、発光層の一部が露出し、劣化の要因となる場合がある。そのため、少なくとも島状の発光層の側面を覆う絶縁層を設けることが好ましい。当該絶縁層は、島状のEL層の上面の一部を覆う構成としてもよい。当該絶縁層としては、水および酸素に対してバリア性を有する材料を用いることが好ましい。例えば、水または酸素を拡散しにくい、無機絶縁膜を用いることができる。これにより、EL層の劣化を抑制し、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
さらに、隣接する2つの発光素子間には、いずれの発光素子のEL層も設けられない領域(凹部)を有する。当該凹部を覆って共通電極、または共通電極および共通層を形成する場合、共通電極がEL層の端部の段差により分断されてしまう現象(段切れともいう)が生じ、EL層上の共通電極が絶縁してしまう場合がある。そこで、隣接する2つの発光素子間に位置する局所的な段差を、平坦化膜として機能する樹脂層により埋める構成(LFP:Local Filling Planarizationともいう)とすることが好ましい。当該樹脂層は、平坦化膜としての機能を有する。これにより、共通層または共通電極の段切れを抑制し、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
以下では、本発明の一態様の表示パネルの、より具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
[構成例1]
図8Aに、本発明の一態様の表示パネル100の上面概略図を示す。表示パネル100は、基板101上に、赤色を呈する発光素子110R、緑色を呈する発光素子110G、および青色を呈する発光素子110Bをそれぞれ複数有する。図8Aでは、各発光素子の区別を簡単にするため、各発光素子の発光領域内にR、G、Bの符号を付している。
発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bは、それぞれマトリクス状に配列している。図8Aは、一方向に同一の色の発光素子が配列する、いわゆるストライプ配列を示している。なお、発光素子の配列方法はこれに限られず、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、発光素子110G、および発光素子110Bとしては、例えばOLED(Organic Light Emitting Diode)、またはQLED(Quantum−dot Light Emitting Diode)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、有機化合物だけでなく、無機化合物(量子ドット材料など)を用いることができる。
また、図8A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。
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(長方形)、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。なお、本明細書等において、上面形状とは、平面視における形状、つまり、上から見た形状のことをいう。
図8B、図8Cはそれぞれ、図8A中の一点鎖線A1−A2、一点鎖線A3−A4に対応する断面概略図である。図8Bには、基板101上に設けられる発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bの断面概略図を示し、図8Cには、接続電極111Cと共通電極113とが接続される接続部140の断面概略図を示している。なお、基板101には、発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bがそれぞれ有する画素電極と接続する画素回路の要素が設けられている。
発光素子110Rは、画素電極111R、有機層112R、共通層114、および共通電極113を有する。発光素子110Gは、画素電極111G、有機層112G、共通層114、および共通電極113を有する。発光素子110Bは、画素電極111B、有機層112B、共通層114、および共通電極113を有する。共通層114と共通電極113は、発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bに共通に設けられる。
発光素子110Rが有する有機層112Rは、少なくとも赤色の光を発する発光性の有機化合物を有する。発光素子110Gが有する有機層112Gは、少なくとも緑色の光を発する発光性の有機化合物を有する。発光素子110Bが有する有機層112Bは、少なくとも青色の光を発する発光性の有機化合物を有する。有機層112R、有機層112G、および有機層112Bは、それぞれEL層とも呼ぶことができ、少なくとも発光性の物質を含む層(発光層)を有する。
以下では、発光素子110R、発光素子110G、および発光素子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、および有機層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。
有機層112、および共通層114は、それぞれ独立に電子注入層、電子輸送層、正孔注入層、およ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、正孔輸送層、発光層、電子輸送層の積層構造を有し、共通層114が電子注入層を有する構成とすることができる。
画素電極111R、画素電極111G、および画素電極111Bは、それぞれ発光素子毎に設けられている。また、共通電極113および共通層114は、各発光素子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)の表示パネルとすることができ、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)の表示パネル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)の表示パネル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、および発光素子110B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。
画素電極111の端部はテーパ形状を有することが好ましい。画素電極111の端部がテーパ形状を有する場合、画素電極111の端部に沿って設けられる有機層112も、テーパ形状とすることができる。画素電極111の端部をテーパ形状とすることで、画素電極111の端部を乗り越えて設けられる有機層112の被覆性を高めることができる。また、画素電極111の側面をテーパ形状とすることで、作製工程中の異物(例えば、ゴミ、またはパーティクルなどともいう)を、洗浄などの処理により除去することが容易となり好ましい。
なお、本明細書等において、テーパ形状とは、構造の側面の少なくとも一部が、基板面に対して傾斜して設けられている形状のことを指す。例えば、傾斜した側面と基板面とがなす角(テーパ角ともいう)が90°未満である領域を有すると好ましい。
有機層112は、フォトリソグラフィ法を用いて島状に加工されている。そのため、有機層112は、その端部において、上面と側面との成す角が90度に近い形状となる。一方、FMM(Fine Metal Mask)などを用いて形成された有機膜は、その厚さが端部に近いほど徐々に薄くなる傾向があり、例えば1μm以上10μm以下の範囲にわたって、上面がスロープ状に形成されるため、上面と側面の区別が困難な形状となる。
隣接する2つの発光素子間には、絶縁層125、樹脂層126および層128を有する。
隣接する2つの発光素子間において、互いの有機層112の側面が樹脂層126を挟んで対向して設けられている。樹脂層126は、隣接する2つの発光素子の間に位置し、それぞれの有機層112の端部、および2つの有機層112の間の領域を埋めるように設けられている。樹脂層126は、滑らかな凸状の上面形状を有しており、樹脂層126の上面を覆って、共通層114および共通電極113が設けられている。
樹脂層126は、隣接する2つの発光素子間に位置する段差を埋める平坦化膜として機能する。樹脂層126を設けることにより、共通電極113が有機層112の端部の段差により分断されてしまう現象(段切れともいう)が生じ、有機層112上の共通電極が絶縁してしまうことを防ぐことができる。
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、およ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。
樹脂層126は、可視光を吸収する材料を含んでいてもよい。例えば、樹脂層126自体が可視光を吸収する材料により構成されていてもよいし、樹脂層126が、可視光を吸収する顔料を含んでいてもよい。樹脂層126としては、例えば、赤色、青色、または緑色の光を透過し、他の光を吸収するカラーフィルタとして用いることのできる樹脂、またはカーボンブラックを顔料として含み、ブラックマトリクスとして機能する樹脂などを用いることができる。
絶縁層125は、有機層112の側面に接して設けられている。また絶縁層125は、有機層112の上端部を覆って設けられている。また絶縁層125の一部は、基板101の上面に接して設けられている。
絶縁層125は、樹脂層126と有機層112との間に位置し、樹脂層126が有機層112に接することを防ぐための保護膜として機能する。有機層112と樹脂層126とが接すると、樹脂層126の形成時に用いられる有機溶媒などにより有機層112が溶解する可能性がある。そのため、有機層112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112の側面を保護することが可能となる。
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、およ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、およ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、窒化シリコン膜およ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法、PLD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。
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、およ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る構成としてもよい。これにより、光取り出し効率を向上させることができる。
層128は、有機層112のエッチング時に、有機層112を保護するための保護層(マスク層、犠牲層ともいう)の一部が残存したものである。層128には、上記絶縁層125に用いることのできる材料を用いることができる。特に、層128と絶縁層125とに同じ材料を用いると、加工のための装置等を共通に用いることができるため、好ましい。
特にALD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はピンホールが少ないため、EL層を保護する機能に優れ、絶縁層125および層128に好適に用いることができる。
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、インジウム亜鉛酸化物、インジウムスズ酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物などの半導体材料または導電性材料を用いてもよい。
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、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。
図8C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140を示している。接続部140では、接続電極111C上において、絶縁層125および樹脂層126に開口部が設けられる。当該開口部において、接続電極111Cと共通電極113とが電気的に接続されている。
なお、図8C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140を示しているが、接続電極111C上に共通層114を介して共通電極113が設けられていてもよい。特に共通層114にキャリア注入層を用いた場合などでは、当該共通層114に用いる材料の電気抵抗率が十分に低く、且つ厚さも薄く形成できるため、共通層114が接続部140に位置していても問題は生じない場合が多い。これにより、共通電極113と共通層114とを同じ遮蔽マスクを用いて形成することができるため、製造コストを低減できる。
[構成例2]
以下では、上記構成例1とは一部の構成が異なる表示パネルについて説明する。なお、上記構成例1と共通する部分はこれを参照し、説明を省略する場合がある。
図9Aに、表示パネル100aの断面概略図を示す。表示パネル100aは、発光素子の構成が異なる点、および着色層を有する点で、表示パネル100と主に相違している。
表示パネル100aは、白色光を呈する発光素子110Wを有する。発光素子110Wは、画素電極111、有機層112W、共通層114、および共通電極113を有する。有機層112Wは、白色発光を呈する。例えば、有機層112Wは、発光色が補色の関係となる2種類以上の発光材料を含む構成とすることができる。例えば、有機層112Wは、赤色の光を発する発光性の有機化合物と、緑色の光を発する発光性の有機化合物と、青色の光を発する発光性の有機化合物と、を有する構成とすることができる。また、青色の光を発する発光性の有機化合物と、黄色の光を発する発光性の有機化合物と、を有する構成としてもよい。
隣接する2つの発光素子110W間において、それぞれの有機層112Wは分断されている。これにより、有機層112Wを介して隣接する発光素子110W間に流れるリーク電流を抑制することができ、当該リーク電流に起因したクロストークを抑制できる。そのため、コントラスト、および色再現性の高い表示パネルを実現できる。
保護層121上には、平坦化膜として機能する絶縁層122が設けられ、絶縁層122上には着色層116R、着色層116G、および着色層116Bが設けられている。
絶縁層122としては、有機樹脂膜、または上面が平坦化された無機絶縁膜を用いることができる。絶縁層122は、着色層116R、着色層116G、および着色層116Bの被形成面を成すため、絶縁層122の上面が平坦であることで、着色層116R等の厚さを均一にできるため、色純度を高めることができる。なお、着色層116R等の厚さが不均一であると、光の吸収量が着色層116Rの場所によって変わるため、色純度が低下してしまう恐れがある。
[構成例3]
図9Bに、表示パネル100bの断面概略図を示す。
発光素子110Rは、画素電極111、導電層115R、有機層112W、および共通電極113を有する。発光素子110Gは、画素電極111、導電層115G、有機層112W、および共通電極113を有する。発光素子110Bは、画素電極111、導電層115B、有機層112W、および共通電極113を有する。導電層115R、導電層115G、および導電層115Bはそれぞれ透光性を有し、光学調整層として機能する。
画素電極111に、可視光を反射する膜を用い、共通電極113に、可視光に対して反射性と透過性の両方を有する膜を用いることにより、微小共振器(マイクロキャビティ)構造を実現することができる。このとき、導電層115R、導電層115G、および導電層115Bの厚さをそれぞれ、最適な光路長となるように調整することで、白色発光を呈する有機層112を用いた場合であっても、発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bからは、それぞれ異なる波長の光が強められた光を得ることができる。
さらに、発光素子110R、発光素子110G、および発光素子110Bの光路上には、それぞれ着色層116R、着色層116G、着色層116Bが設けられることで、色純度の高い光を得ることができる。
また、画素電極111、導電層115R、導電層115G、および導電層115Bの端部を覆う絶縁層123が設けられている。絶縁層123は、端部がテーパ形状を有していることが好ましい。絶縁層123を設けることで、その上に形成される有機層112W、共通電極113、および保護層121などによる被覆性を高めることができる。
有機層112Wおよび共通電極113は、それぞれ一続きの膜として、各発光素子に共通して設けられている。このような構成とすることで、表示パネルの作製工程を大幅に簡略化できるため好ましい。
ここで、画素電極111は、その端部が垂直に近い形状であることが好ましい。これにより、絶縁層123の表面に傾斜が急峻な部分を形成することができ、この部分を被覆する有機層112Wの一部に厚さの薄い部分を形成すること、または有機層112Wの一部を分断することができる。そのため、フォトリソグラフィ法などを用いた有機層112Wの加工を行うことなく、隣接する発光素子間に生じる有機層112Wを介したリーク電流を抑制することができる。
以上が、表示パネルの構成例についての説明である。
[画素のレイアウト]
以下では、主に、図8Aとは異なる画素レイアウトについて説明する。発光素子(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。
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、副画素の上面形状は、発光素子の発光領域の上面形状に相当する。
図10Aに示す画素150には、Sストライプ配列が適用されている。図10Aに示す画素150は、発光素子110a、110b、110cの、3つの副画素から構成される。例えば、発光素子110aを青色の発光素子とし、発光素子110bを赤色の発光素子とし、発光素子110cを緑色の発光素子としてもよい。
図10Bに示す画素150は、角が丸い略台形または略三角形の上面形状を有する発光素子110aと、角が丸い略台形または略三角形の上面形状を有する発光素子110bと、角が丸い略四角形または略六角形の上面形状を有する発光素子110cと、を有する。また、発光素子110aは、発光素子110bよりも発光面積が広い。このように、各発光素子の形状およびサイズはそれぞれ独立に決定することができる。例えば、信頼性の高い発光素子ほど、サイズを小さくすることができる。例えば、発光素子110aを緑色の発光素子とし、発光素子110bを赤色の発光素子とし、発光素子110cを青色の発光素子としてもよい。
図10Cに示す画素124a、124bには、ペンタイル配列が適用されている。図10Cでは、発光素子110aおよび発光素子110bを有する画素124aと、発光素子110bおよび発光素子110cを有する画素124bと、が交互に配置されている例を示す。例えば、発光素子110aを赤色の発光素子とし、発光素子110bを緑色の発光素子とし、発光素子110cを青色の発光素子としてもよい。
図10Dおよび図10Eに示す画素124a、124bは、デルタ配列が適用されている。画素124aは上の行(1行目)に、2つの発光素子(発光素子110a、110b)を有し、下の行(2行目)に、1つの発光素子(発光素子110c)を有する。画素124bは上の行(1行目)に、1つの発光素子(発光素子110c)を有し、下の行(2行目)に、2つの発光素子(発光素子110a、110b)を有する。例えば、発光素子110aを赤色の発光素子とし、発光素子110bを緑色の発光素子とし、発光素子110cを青色の発光素子としてもよい。
図10Dは、各発光素子が、角が丸い略四角形の上面形状を有する例であり、図10Eは、各発光素子が、円形の上面形状を有する例である。
図10Fは、各色の発光素子がジグザグに配置されている例である。具体的には、上面視において、列方向に並ぶ2つの発光素子(例えば、発光素子110aと発光素子110b、または、発光素子110bと発光素子110c)の上辺の位置がずれている。例えば、発光素子110aを赤色の発光素子とし、発光素子110bを緑色の発光素子とし、発光素子110cを青色の発光素子としてもよい。
フォトリソグラフィ法では、加工するパターンが微細になるほど、光の回折の影響を無視できなくなるため、露光によりフォトマスクのパターンを転写する際に忠実性が損なわれ、レジストマスクを所望の形状に加工することが困難になる。そのため、フォトマスクのパターンが矩形であっても、角が丸まったパターンが形成されやすい。したがって、発光素子の上面形状が、多角形の角が丸い形状、楕円形、または円形などになることがある。
さらに、本発明の一態様の表示パネルの作製方法では、レジストマスクを用いてEL層を島状に加工する。EL層上に形成したレジスト膜は、EL層の耐熱温度よりも低い温度で硬化する必要がある。そのため、EL層の材料の耐熱温度およびレジスト材料の硬化温度によっては、レジスト膜の硬化が不十分になる場合がある。硬化が不十分なレジスト膜は、加工時に所望の形状から離れた形状をとることがある。その結果、EL層の上面形状が、多角形の角が丸い形状、楕円形、または円形などになることがある。例えば、上面形状が正方形のレジストマスクを形成しようとした場合に、円形の上面形状のレジストマスクが形成され、EL層の上面形状が円形になることがある。
なお、EL層の上面形状を所望の形状とするために、設計パターンと、転写パターンとが、一致するように、あらかじめマスクパターンを補正する技術(OPC(Optical Proximity Correction:光近接効果補正)技術)を用いてもよい。具体的には、OPC技術では、マスクパターン上の図形コーナー部などに補正用のパターンを追加する。
以上が、画素のレイアウトに関する説明である。
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および実施例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、本発明の一態様の電子機器に適用することのできる表示パネルの他の構成例について説明する。
本実施の形態の表示パネルは、高精細な表示パネルであり、特にヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、および、眼鏡型のAR向け機器などの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適している。
[表示モジュール]
図11Aに、表示モジュール280の斜視図を示す。表示モジュール280は、表示パネル200Aと、FPC290と、を有する。なお、表示モジュール280が有する表示パネルは表示パネル200Aに限られず、後述する表示パネル200B乃至表示パネル200Fのいずれかであってもよい。
表示モジュール280は、基板291および基板292を有する。表示モジュール280は、表示部281を有する。表示部281は、画像を表示する領域である。
図11Bに、基板291側の構成を模式的に示した斜視図を示している。基板291上には、回路部282と、回路部282上の画素回路部283と、画素回路部283上の画素部284と、が積層されている。また、基板291上の画素部284と重ならない部分に、FPC290と接続するための端子部285が設けられている。端子部285と回路部282とは、複数の配線により構成される配線部286により電気的に接続されている。
画素部284は、周期的に配列した複数の画素284aを有する。図11Bの右側に、1つの画素284aの拡大図を示している。画素284aは、赤色の光を発する発光素子110R、緑色の光を発する発光素子110G、および、青色の光を発する発光素子110Bを有する。
画素回路部283は、周期的に配列した複数の画素回路283aを有する。1つの画素回路283aは、1つの画素284a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283aには、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283a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パネルが実現されている。
回路部282は、画素回路部283の各画素回路283aを駆動する回路を有する。例えば、ゲート線駆動回路、および、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、記憶回路、および電源回路等の少なくとも一つを有していてもよい。また、回路部282に設けられるトランジスタが画素回路283aの一部を構成してもよい。すなわち、画素回路283aが、画素回路部283が有するトランジスタと、回路部282が有するトランジスタと、により構成されていてもよい。
FPC290は、外部から回路部282にビデオ信号および電源電位等を供給するための配線として機能する。また、FPC290上にICが実装されていてもよい。
表示モジュール280は、画素部284の下側に画素回路部283および回路部282の一方または双方が重ねて設けられた構成とすることができるため、表示部281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281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284aを極めて高密度に配置することが可能で、表示部281の精細度を極めて高くすることができる。例えば、表示部281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284a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280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、または眼鏡型の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280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280は極めて高精細な表示部281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280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。
[表示パネル200A]
図12に示す表示パネル200Aは、基板301、発光素子110R、110G、110B、容量240、および、トランジスタ310を有する。
基板301は、図11Aおよび図11Bにおける基板291に相当する。
トランジスタ310は、基板301にチャネル形成領域を有するトランジスタである。基板301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310は、基板301の一部、導電層311、低抵抗領域312、絶縁層313、および、絶縁層314を有する。導電層311は、ゲート電極として機能する。絶縁層313は、基板301と導電層311の間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。低抵抗領域312は、基板301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314は、導電層311の側面を覆って設けられる。
また、基板301に埋め込まれるように、隣接する2つのトランジスタ310の間に素子分離層315が設けられている。
また、トランジスタ310を覆って絶縁層261が設けられ、絶縁層261上に容量240が設けられている。
容量240は、導電層241と、導電層245と、これらの間に位置する絶縁層243を有する。導電層241は、容量240の一方の電極として機能し、導電層245は、容量240の他方の電極として機能し、絶縁層243は、容量240の誘電体として機能する。
導電層241は絶縁層261上に設けられ、絶縁層254に埋め込まれている。導電層241は、絶縁層261に埋め込まれたプラグ271によってトランジスタ310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243は導電層241を覆って設けられる。導電層245は、絶縁層243を介して導電層241と重なる領域に設けられている。
容量240を覆って、絶縁層255aが設けられ、絶縁層255a上に絶縁層255bが設けられ、絶縁層255b上に絶縁層255cが設けられている。
絶縁層255a、絶縁層255b、および絶縁層255cには、それぞれ無機絶縁膜を好適に用いることができる。例えば、絶縁層255aおよび絶縁層255cに酸化シリコン膜を用い、絶縁層255bに窒化シリコン膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁層255bは、エッチング保護膜として機能させることができる。本実施の形態では、絶縁層255cの一部がエッチングされ、凹部が形成されている例を示すが、絶縁層255cに凹部が設けられていなくてもよい。
絶縁層255c上に発光素子110R、発光素子110G、および、発光素子110Bが設けられている。発光素子110R、発光素子110G、および、発光素子110Bの構成は、実施の形態2を参照できる。
表示パネル200Aは、発光色ごとに、発光デバイスを作り分けているため、低輝度での発光と高輝度での発光で色度の変化が小さい。また、有機層112R、112G、112Bがそれぞれ離隔しているため、高精細な表示パネルであっても、隣接する副画素間におけるクロストークの発生を抑制することができる。したがって、高精細であり、かつ、表示品位の高い表示パネルを実現することができる。
隣り合う発光素子の間の領域には、絶縁層125、樹脂層126、および層128が設けられる。
発光素子の画素電極111R、画素電極111G、および、画素電極111Bは、絶縁層255a、絶縁層255b、および、絶縁層255cに埋め込まれたプラグ256、絶縁層254に埋め込まれた導電層241、および、絶縁層261に埋め込まれたプラグ271によってトランジスタ310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255cの上面の高さと、プラグ256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。
また、発光素子110R、110G、および110B上には保護層121が設けられている。保護層121上には、接着層171によって基板170が貼り合わされている。
隣接する2つの画素電極111間には、画素電極111の上面端部を覆う絶縁層が設けられていない。そのため、隣り合う発光素子の間隔を極めて狭くすることができる。したがって、高精細、または、高解像度の表示パネルとすることができる。
[表示パネル200B]
図13に示す表示パネル200B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310Aと、トランジスタ310Bとが積層された構成を有する。なお、以降の表示パネルの説明では、先に説明した表示パネルと同様の部分については説明を省略することがある。
表示パネル200Bは、トランジスタ310B、容量240、発光デバイスが設けられた基板301Bと、トランジスタ310Aが設けられた基板301Aとが、貼り合された構成を有する。
ここで、基板301Bの下面に絶縁層345が設けられ、基板301A上に設けられた絶縁層261の上には絶縁層346を設けられている。絶縁層345、346は、保護層として機能する絶縁層であり、基板301Bおよび基板301Aに不純物が拡散することを抑制することができる。絶縁層345、346としては、保護層121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301Bには、基板301Bおよび絶縁層345を貫通するプラグ343が設けられる。ここで、プラグ343の側面を覆って、保護層として機能する絶縁層344を設けることが好ましい。
また、基板301Bは、絶縁層345の下側に、導電層342が設けられる。導電層342は、絶縁層335に埋め込まれており、導電層342と絶縁層335の下面は平坦化されている。また、導電層342はプラグ343と電気的に接続されている。
一方、基板301Aには、絶縁層346上に導電層341が設けられている。導電層341は、絶縁層336に埋め込まれており、導電層341と絶縁層336の上面は平坦化されている。
導電層341および導電層342としては、同じ導電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、また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341および導電層342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。
[表示パネル200C]
図14に示す表示パネル200Cは、導電層341と導電層342を、バンプ347を介して接合する構成を有する。
図14に示すように、導電層341と導電層342の間にバンプ347を設けることで、導電層341と導電層342を電気的に接続することができる。バンプ347は、例えば、金(Au)、ニッケル(Ni)、インジウム(In)、錫(Sn)などを含む導電材料を用いて形成することができる。また例えば、バンプ347として半田を用いる場合がある。また、絶縁層345と絶縁層346の間に、接着層348を設けてもよい。また、バンプ347を設ける場合、絶縁層335および絶縁層336を設けない構成にしてもよい。
[表示パネル200D]
図15に示す表示パネル200Dは、トランジスタの構成が異なる点で、表示パネル200Aと主に相違する。
トランジスタ320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320は、半導体層321、絶縁層323、導電層324、一対の導電層325、絶縁層326、および、導電層327を有する。
基板331は、図11Aおよび図11Bにおける基板291に相当する。
基板331上に、絶縁層332が設けられている。絶縁層332は、基板331から水または水素などの不純物がトランジスタ320に拡散すること、および半導体層321から絶縁層332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332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332上に導電層327が設けられ、導電層327を覆って絶縁層326が設けられている。導電層327は、トランジスタ320の第1のゲート電極として機能し、絶縁層326の一部は、第1のゲート絶縁層として機能する。絶縁層326の少なくとも半導体層321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326の上面は、平坦化されていることが好ましい。
半導体層321は、絶縁層326上に設けられる。半導体層321は、半導体特性を示す金属酸化物(酸化物半導体ともいう)膜を有することが好ましい。一対の導電層325は、半導体層321上に接して設けられ、ソース電極およびドレイン電極として機能する。
一対の導電層325の上面および側面、並びに半導体層321の側面等を覆って絶縁層328が設けられ、絶縁層328上に絶縁層264が設けられている。絶縁層328は、半導体層321に絶縁層264等から水または水素などの不純物が拡散すること、および半導体層321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328としては、上記絶縁層332と同様の絶縁膜を用いることができる。
絶縁層328および絶縁層264に、半導体層321に達する開口が設けられている。当該開口の内部に、半導体層321の上面に接する絶縁層323と、導電層324とが埋め込まれている。導電層324は、第2のゲート電極として機能し、絶縁層323は第2のゲート絶縁層として機能する。
導電層324の上面、絶縁層323の上面、および絶縁層264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329および絶縁層265が設けられている。
絶縁層264および絶縁層265は、層間絶縁層として機能する。絶縁層329は、トランジスタ320に絶縁層265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329としては、上記絶縁層328および絶縁層332と同様の絶縁膜を用いることができる。
一対の導電層325の一方と電気的に接続するプラグ274は、絶縁層265、絶縁層329、および絶縁層264に埋め込まれるように設けられている。ここで、プラグ274は、絶縁層265、絶縁層329、絶縁層264、および絶縁層328のそれぞれの開口の側面、および導電層325の上面の一部を覆う導電層274aと、導電層274aの上面に接する導電層274bとを有することが好ましい。このとき、導電層274aとして、水素およ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。
なお、本実施の形態の表示パネル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320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、インジウムおよ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、およ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。
または、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン(低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど)などが挙げられる。
半導体層に用いることのできる金属酸化物としては、例えば、インジウム酸化物、ガリウム酸化物、および亜鉛酸化物が挙げられる。また、金属酸化物は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、の中から選ばれる二種または三種を有することが好ましい。なお、元素Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、およびマグネシウムから選ばれた一種または複数種である。特に、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、およびスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
なお、半導体層に金属酸化物を用いる場合、当該金属酸化物は、スパッタリング法、またはALD法を用いて形成すると好適である。スパッタリング法を用いて金属酸化物を形成する場合、生産性を高めて、且つ膜密度を高めることができる。ALD法を用いて金属酸化物を形成する場合、膜の被覆性を高めることができる。
特に、半導体層に用いる金属酸化物として、インジウム、ガリウム、および亜鉛を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、スズ、および亜鉛を含む酸化物(ITZO(登録商標)とも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、ガリウム、スズ、および亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。または、インジウム、アルミニウム、および亜鉛を含む酸化物(IAZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、アルミニウム、ガリウム、および亜鉛を含む酸化物(IAGZOとも記す)を用いることが好ましい。
半導体層に用いる金属酸化物が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、例えば、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=1:3:2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、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、および、In:M:Zn=5:2:5またはその近傍の組成が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±30%の範囲を含む。
また、元素Mは、ガリウム、またはスズを用いることが好ましい。なお、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせてもよい。また、半導体層にIn:M:Zn=40:1:10、およびその近傍の金属酸化物を用いることが好ましい。具体的には、In:Sn:Zn=40:1:10、およびその近傍の金属酸化物を好適に用いることができる。
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、半導体層は、組成が異なる2層以上の金属酸化物層を有していてもよい。例えば、In:M:Zn=1:3:4[原子数比]もしくはその近傍の組成の第1の金属酸化物層と、当該第1の金属酸化物層上に設けられるIn:M:Zn=1:1:1[原子数比]もしくはその近傍の組成の第2の金属酸化物層と、の積層構造を好適に用いることができる。また、元素Mとして、ガリウムまたはアルミニウムを用いることが特に好ましい。
また、例えばインジウム酸化物、インジウムガリウム酸化物、およびIGZOの中から選ばれるいずれか一と、IAZO、IAGZO、およびITZO(登録商標)の中から選ばれるいずれか一と、の積層構造などを用いてもよい。
結晶性を有する酸化物半導体としては、CAAC(c−axis−aligned crystalline)−OS、nc(nanocrystalline)−OS等が挙げられる。
OSトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が極めて高い。また、OSトランジスタは、オフ状態におけるソース−ドレイン間のリーク電流(オフ電流ともいう)が著しく小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量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。また、OSトランジスタを適用することで、表示パネルの消費電力を低減することができる。
また、画素回路に含まれる発光デバイスの発光輝度を高くする場合、発光デバイス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。したがって、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が小さい。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数を多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、「消費電力の低減」、「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。
[表示パネル200F]
図16に示す表示パネル200Fは、基板301にチャネルが形成されるトランジスタ310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320とが積層された構成を有する。
トランジスタ310を覆って絶縁層261が設けられ、絶縁層261上に導電層251が設けられている。また導電層251を覆って絶縁層262が設けられ、絶縁層262上に導電層252が設けられている。導電層251および導電層252は、それぞれ配線として機能する。また、導電層252を覆って絶縁層263および絶縁層332が設けられ、絶縁層332上にトランジスタ320が設けられている。また、トランジスタ320を覆って絶縁層265が設けられ、絶縁層265上に容量240が設けられている。容量240とトランジスタ320とは、プラグ274により電気的に接続されている。
トランジスタ320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310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310およびトランジスタ320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、表示パネルを小型化することが可能となる。
[表示パネル200G]
図17に示す表示パネル200Gは、図16に示す表示パネル200Fのトランジスタ320をトランジスタ320A(縦型トランジスタ)に置き換えた構成である。なお、トランジスタ320をトランジスタ320Aに置き換える構成は、図15に示す表示パネル200Dにも適用することができる。
トランジスタ320AのXZ平面における断面図を図18Aに示す。また、配線440を含む、XY平面における断面図を、図18Bに示す。
トランジスタ320Aは、酸化物半導体470と、絶縁体430と、導電体420を有する。酸化物半導体470は半導体層として機能し、絶縁体430はゲート絶縁体として機能し、導電体420はゲート電極として機能する。また、配線450は、トランジスタ320Aのソース電極またはドレイン電極の一方として機能する領域を有する。また、配線440は、トランジスタ320Aのソース電極またはドレイン電極の他方として機能する領域を有する。
配線440および絶縁体480には、配線450に達する開口部490が貫通して設けられている。開口部490は上面が概略円形の柱状形状を有する。このような構成にすることで、メモリセルの微細化または高集積化を図ることができる。なお、開口部490の側面は、配線450の上面に対して垂直であることが好ましい。
酸化物半導体470の少なくとも一部は、開口部490に配置されている。なお、酸化物半導体470は、開口部490において配線450の上面に接する領域と、配線440の側面に接する領域と、絶縁体480の側面に接する領域と、を有する。
絶縁体430は、少なくとも一部が開口部490を覆うように配置されている。導電体420は、少なくとも一部が開口部490に位置するように配置されている。なお、導電体420は、開口部490を埋め込むように設けることが好ましく、集積度を高めるために上面形状は概略円形であることが好ましい。
図18Aに示すように、酸化物半導体470は、領域470iと、領域470iを挟むように設けられる領域470naおよび領域470nbと、を有する。
領域470naは、酸化物半導体470の配線450と接する領域である。領域470naの少なくとも一部は、トランジスタ320Aのソース領域およびドレイン領域の一方として機能する。領域470nbは、酸化物半導体470の配線440と接する領域である。領域470nbの少なくとも一部は、トランジスタ320Aのソース領域およびドレイン領域の他方として機能する。図18Bに示すように、配線440は酸化物半導体470の外周全体に接する。よって、トランジスタ320Aのソース領域およびドレイン領域の他方は、酸化物半導体470の、配線440と同じ層に形成される部分の外周全体に形成されうる。
領域470iは、酸化物半導体470において、領域470naと領域470nbに挟まれる領域である。領域470iの少なくとも一部が、トランジスタ320Aのチャネル形成領域として機能する。つまり、トランジスタ320Aのチャネル形成領域は、配線450と配線440の間の領域に位置する酸化物半導体470の一部に形成される。また、トランジスタ320Aのチャネル形成領域は、酸化物半導体470において、絶縁体480と接する領域またはその近傍の領域に位置する、ということもできる。
トランジスタ320Aのチャネル長は、ソース領域とドレイン領域の間の距離となる。つまり、トランジスタ320Aのチャネル長は、配線450上の絶縁体480の厚さによって決定される、ということができる。図18Aは、トランジスタ320Aのチャネル長Lを破線の両矢印で示している。チャネル長Lは、断面視において、酸化物半導体470と配線450が接する領域の端部と、酸化物半導体470と配線440が接する領域の端部との距離となる。つまり、チャネル長Lは、断面視における絶縁体480の開口部490側の側面の長さに相当する。
従来のトランジスタでは、チャネル長がフォトリソグラフィの露光限界で設定されていたが、本発明の一態様においては、絶縁体480の膜厚でチャネル長を設定することができる。よって、トランジスタ320Aのチャネル長をフォトリソグラフィの露光限界以下の非常に微細な構造(例えば、60nm以下、50nm以下、40nm以下、30nm以下、20nm以下、または10nm以下であって、1nm以上、または5nm以上)にすることができる。これにより、トランジスタ320Aのオン電流を大きくすることができる。
さらに、上記のように、開口部490に、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域を形成することができる。これにより、チャネル形成領域、ソース領域、およびドレイン領域が、XY平面上に別々に設けられていた従来のトランジスタと比較して、トランジスタ320Aの占有面積を低減できる。これにより、画素密度を高めることができる。
このように、開口部490において、絶縁体480の側面に沿ってチャネル形成領域を有するトランジスタを縦型トランジスタとも呼ぶ。
また、酸化物半導体470のチャネル形成領域を含むXY平面においても、図18Bと同様に、酸化物半導体470、絶縁体430、および導電体420は、同心円状に設けられる。よって、中心に設けられた導電体420の側面は、絶縁体430を介して、酸化物半導体470の側面と対向する。つまり、上面視において、酸化物半導体470の周全体がチャネル形成領域になる。このとき、例えば、酸化物半導体470の外周の長さによって、トランジスタ320Aのチャネル幅が決まる。つまり、トランジスタ320Aのチャネル幅は、開口部490の最大幅(上面視において開口部490が円形である場合は最大径)の大きさによって決定される、ということができる。図18Aおよび図18Bは、開口部490の最大幅Dを二点鎖線の両矢印で示している。図18Bは、トランジスタ320Aのチャネル幅Wを一点鎖線の両矢印で示している。開口部490の最大幅Dの大きさを大きくすることで、単位面積当たりのチャネル幅を大きくし、オン電流を大きくすることができる。
フォトリソグラフィ法を用いて開口部490を形成する場合、開口部490の最大幅Dはフォトリソグラフィの露光限界で設定される。また、開口部490の最大幅Dは、開口部490に設ける、酸化物半導体470、絶縁体430、および導電体420それぞれの膜厚によって設定される。開口部490の最大幅Dは、例えば、5nm以上、10nm以上、または20nm以上であって、100nm以下、60nm以下、50nm以下、40nm以下、または30nm以下が好ましい。なお、上面視において開口部490が円形である場合、開口部490の最大幅Dは開口部490の直径に相当し、チャネル幅Wは“D×π”と算出することができる。
また、本発明の一態様の記憶装置においては、トランジスタ320Aのチャネル長Lは、少なくともトランジスタ320Aのチャネル幅Wよりも小さいことが好ましい。本発明の一態様に係るトランジスタ320Aのチャネル長Lは、トランジスタ320Aのチャネル幅Wに対し、0.1倍以上0.99倍以下、好ましくは0.5倍以上0.8倍以下である。このような構成にすることで、良好な電気特性および高い信頼性を有するトランジスタを実現できる。
また、上面視で概略円形になるように開口部490を形成することで、酸化物半導体470、絶縁体430、および導電体420は、同心円状に設けられる。これにより、導電体420と酸化物半導体470の距離が概略均一になるため、酸化物半導体470にゲート電界を概略均一に印加することができる。
半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタのチャネル形成領域は、ソース領域およびドレイン領域よりも、酸素欠損が少ない、または水素、窒素、金属元素などの不純物濃度が低いことが好ましい。例えば、酸化物半導体のチャネル形成領域におけるアルミニウムの濃度は、1×1022atoms/cm以下が好ましく、1×1021atoms/cm以下がより好ましく、1×1020atoms/cm以下がより好ましく、5×1019atoms/cm以下がより好ましく、1×1019atoms/cm以下がより好ましく、5×1018atoms/cm以下がより好ましく、1×1018atoms/cm以下がさらに好ましい。
また、酸素欠損近傍の水素が、酸素欠損に水素が入った欠陥(以下、VHと呼ぶ場合がある)を形成し、キャリアとなる電子を生成する場合があるため、チャネル形成領域においては、VHも低減されていることが好ましい。このように、トランジスタのチャネル形成領域は、キャリア濃度が低い高抵抗領域である。よってトランジスタのチャネル形成領域は、i型(真性)または実質的にi型であるということができる。
また、半導体層に酸化物半導体を用いるトランジスタのソース領域およびドレイン領域は、チャネル形成領域よりも、酸素欠損が多い、VHが多い、または水素、窒素、金属元素などの不純物濃度が高い、ことでキャリア濃度が増加し、低抵抗化した領域である。すなわち、トランジスタのソース領域およびドレイン領域は、チャネル形成領域と比較して、キャリア濃度が高く、低抵抗なn型の領域である。
なお、図18A等では、開口部490の側面が配線450の上面に対して垂直となるように、開口部490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、開口部490の側面は、テーパ形状になってもよい。
図19Aには、図18とは異なる構成を有する縦型トランジスタであるトランジスタ320Bの、XZ平面における断面図を示している。また、図19Bには、XY平面における断面図を示している。
トランジスタ320Bは、トランジスタ320Aと比較して、配線450を有さない点、絶縁体460上に設けられる点、及び配線440に代えて配線440Sと配線440Dを有する点、酸化物半導体470の形状が異なる点で、主に相違している。配線440Sは、ソース電極としての機能を有し、配線440Dは、ドレイン電極としての機能を有する。
酸化物半導体470は環状の形状を有する。具体的には、開口部490において、配線440Sの側面に接する領域と、配線440Dの側面に接する領域と、絶縁体480の側面に接する領域と、を有する。ここでは、酸化物半導体470が配線440S及び配線440Dの上面と接しない構成としている。このような形状の酸化物半導体470は、例えば異方性のエッチングにより加工することで形成することができる。
図19Bに示すように、配線440Sと配線440Dの幅Hは、開口部490の最大幅Dよりも小さい。このとき、開口部490の円周方向が、トランジスタ320Bのチャネル長方向に相当する。ここでは、酸化物半導体470が環状の形状を有するため、配線440Sから配線440Dへの電流経路(すなわちチャネル)が2種類存在する。なお、酸化物半導体470は必ずしも環状の形状とする必要はなく、配線440Sと配線440Dの両方と接する構成としてもよい。
チャネル長は、開口部490の形状、及び大きさによって制御することができる。例えばチャネル長を大きくしたい場合には、開口部490の周長を長くすればよい。また平面視において開口部490が円形であ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。例えば、平面視において開口部490が、円形の他、楕円形、角の丸い四角形などとすることができる。また、正三角形、正方形、正五角形をはじめとした正多角形、正多角形以外の多角形としてもよい。また、星形多角形などの、少なくとも一つの内角が180度を超える多角形である、凹多角形とすると、チャネル幅を大きくできる。そのほか、楕円形、角の丸い多角形、直線と曲線とを組み合わせた閉曲線などとすることができる。このとき、開口部490の最大幅は、開口部490の最上部の形状に合わせて適宜算出するとよい。例えば、平面視において開口部が正方形または長方形である場合、開口部490の最大幅は、開口部490の最上部の対角線の長さとするとよい。
また、図19Aに示すように、酸化物半導体470の高さがトランジスタ320Bのチャネル幅Wとなる。そのため、トランジスタ320Bのチャネル幅Wは、絶縁体480の厚さによって制御することができる。そのため、トランジスタ320Bのチャネル幅をフォトリソグラフィの露光限界以下の非常に微細な構造(例えば60nm以下、50nm以下、40nm以下、30nm以下、20nm以下、または10nm以下であって、1nm以上、または5nm以上)にすることができる。
トランジスタ320Aは、チャネル長が極めて小さく、チャネル幅を大きくできるトランジスタであり、高いオン電流を実現することができる。一方、トランジスタ320Bはチャネル幅が極めて小さく、チャネル長を大きくできるトランジスタであり、適度なオン電流を実現でき、設計が容易となる。トランジスタ320Aとトランジスタ320Bとは、作製工程の一部を兼ねることができ、同一基板上に作り分けることができる。例えば、表示装置においては、トランジスタ320Bを、発光素子に流れる電流を制御するための駆動トランジスタに適用し、トランジスタ320Aを、スイッチとして機能するトランジスタに適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および実施例と適宜組み合わせて実施することができる。
10:フレーム、11:金属プレート、12:凸部、13:保持具、20:筐体、21:光学機器、22:凹部、23:電磁石、24:第1の面、30:多関節型アーム、32:軸、33:ブッシュ、34:シャフト、35:ワイヤー、36:バランサー、37:制御ユニット、38:ケーブル、50:天井、60:表示ユニット、61:表示パネル、62:直線偏光板、63:位相差板、71:ハーフミラー、72:レンズ、73:位相差板、74:反射偏光板、75:レンズ、80:画素、81:副画素、84:画素アレイ、85:回路、86:回路、87:層、88:層、89:層、100a:表示パネル、100b:表示パネル、100:表示パネル、101:基板、110a:発光素子、110B:発光素子、110b:発光素子、110c:発光素子、110G:発光素子、110R:発光素子、110W:発光素子、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、111:画素電極、112B:有機層、112G:有機層、112R:有機層、112W:有機層、112:有機層、113:共通電極、114:共通層、115B:導電層、115G:導電層、115R:導電層、116B:着色層、116G:着色層、116R:着色層、121:保護層、122:絶縁層、123:絶縁層、124a:画素、124b:画素、125:絶縁層、126:樹脂層、128:層、140:接続部、150:画素、170:基板、171:接着層、200A:表示パネル、200B:表示パネル、200C:表示パネル、200D:表示パネル、200F:表示パネル、200G:表示パネル、240:容量、241:導電層、243:絶縁層、245:導電層、251:導電層、252:導電層、254:絶縁層、255a:絶縁層、255b:絶縁層、255c:絶縁層、256:プラグ、261:絶縁層、262:絶縁層、263:絶縁層、264:絶縁層、265:絶縁層、271:プラグ、274a:導電層、274b:導電層、274:プラグ、280:表示モジュール、281:表示部、282:回路部、283a:画素回路、283:画素回路部、284a:画素、284:画素部、285:端子部、286:配線部、290:FPC、291:基板、292:基板、301A:基板、301B:基板、301:基板、310A:トランジスタ、310B:トランジスタ、310:トランジスタ、311:導電層、312:低抵抗領域、313:絶縁層、314:絶縁層、315:素子分離層、320A:トランジスタ、320B:トランジスタ、320:トランジスタ、321:半導体層、323:絶縁層、324:導電層、325:導電層、326:絶縁層、327:導電層、328:絶縁層、329:絶縁層、331:基板、332:絶縁層、335:絶縁層、336:絶縁層、341:導電層、342:導電層、343:プラグ、344:絶縁層、345:絶縁層、346:絶縁層、347:バンプ、348:接着層、420:導電体、430:絶縁体、440:配線、440D:配線、440S:配線、450:配線、460:絶縁体、470i:領域、470na:領域、470nb:領域、470:酸化物半導体、480:絶縁体、490:開口部

Claims (8)

  1.  ゴーグル型の電子機器であって、
     フレームと、筐体と、
     を有し、
     前記筐体は内部に表示パネルおよび光学機器を有し、
     前記筐体は第1の面に電磁石を有し、
     前記フレームは頭部に装着される面の反対側に金属プレートを有し、
     前記電磁石が前記金属プレートを引き付けることにより、前記筐体の前記第1の面と前記金属プレートを向い合わせて固定する電子機器。
  2.  請求項1において、
     前記金属プレートは表面に凸部を有し、
     前記筐体は前記第1の面に凹部を有し、
     前記凸部を前記凹部に合致させることにより位置合わせを行う電子機器。
  3.  請求項1において、
     前記金属プレートの表面側は凸曲面を有し、
     前記筐体の前記第1の面は凹曲面を有する電子機器。
  4.  請求項1において、
     前記金属プレートの表面および前記筐体の前記第1の面は平面を有する電子機器。
  5.  請求項1乃至4のいずれか一項において、
     前記筐体に助力装置が接続されている電子機器。
  6.  請求項5において、
     前記助力装置は、多関節型アーム、スライド機構、バランサーから選ばれた一つ以上で構成される電子機器。
  7.  請求項1乃至4のいずれか一項において、
     前記表示パネルは、有機EL素子を有する電子機器。
  8.  請求項1乃至4のいずれか一項において、
     前記光学機器は、ハーフミラー、レンズ、位相差板、および反射偏光板を有する電子機器。
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