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JP7032073B2 - 表示装置及び半導体装置 - Google Patents
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Description

本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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。特に、本発明の一態様は、表示装置、入出力装置、半導体装置、発光装置、電子機器、照明装置、それらの駆動方法、またはそれらの作製方法に関する。特に、表示装置(表示パネル)に関する。または、表示装置を備える入出力装置、半導体装置、電子機器、発光装置、照明装置、またはそれらの作製方法に関する。
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、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、発光装置、表示装置、電子機器、および照明装置は半導体装置を有している場合がある。
近年、低消費電力で駆動可能な表示装置のひとつとして電子ペーパーが注目されている。電子ペーパーは、低消費電力化や電源を切っても画像を保持できるという利点を有しており、電子書籍やポスターへの利用が期待されている。
これまでに様々な種類・方式を用いた電子ペーパーが提案されており、電子ペーパーにおいても液晶表示装置等と同様に、画素のスイッチング素子としてトランジスタを用いたアクティブマトリクス型の電子ペーパーが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、を用いた表示装置の開発が進められている。特許文献2乃至4には、MEMSを用いた表示素子を有する画素回路が開示されている。
特開2002-169190号公報 特開2014-142405号公報 特表2014-522509号公報 特表2014-523659号公報
電子ペーパーやMEMSを用いた表示装置は、光環境が明るい場合、その消費電力を低減することができる。一方、暗所においては、高コントラストな有機EL素子が適用された表示装置の方が視認性に優れている場合がある。有機EL素子を用いる場合、特に、バッテリを電源に用いる機器においては、表示装置の消費電力が大きな割合を占めるため、表示装置の低消費電力化が求められている。
携帯型の電子機器は、屋内外を問わず、視認性の高い表示が行え、かつ消費電力の低減された表示装置を有することが望まれている。
本発明の一態様は、視認性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、多様な表示が可能な表示装置を提供することを目的の一つとする。または、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な表示装置を提供することを目的の一つとする。または上記表示装置(表示パネル)を備えた半導体装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置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。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。また、上記以外の課題は、明細書等の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様の表示装置は、画素を有し、画素は、自発光型の表示素子と、反射型の表示素子と、を有する。自発光型の表示素子は、反射型の表示素子より、表示面側に配置され、反射型の表示素子は、電極より供給された電力により配置を変える光量調節手段を有し、反射型の表示素子は、光量調節手段にて光を遮蔽し、反射光の強度を変化させる。
上記構成において、泳動粒子を有し、光量調節手段は、泳動粒子であり、泳動粒子は、マイクロカプセルに内蔵されると好ましい。
上記各構成において、表示装置は、画素を複数備え、複数の画素には、第1の画素と、第2の画素と、第3の画素と、が含まれると好ましい。第1の画素は、第1の色で着色された泳動粒子を有し、第2の画素は、第2の色で着色された泳動粒子を有し、第3の画素は、第3の色で着色された泳動粒子を有し、第2の色で着色された泳動粒子は、第1の色で着色された泳動粒子とは異なる色を備え、第3の色で着色された泳動粒子は、第1の色で着色された泳動粒子および第2の色で着色された泳動粒子とは異なる色を備えると好ましい。
また上記構成において、第1の画素は、第1の色で着色された溶液を備え、第2の画素は、第2の色で着色された溶液を備え、第3の画素は、第3の色で着色された溶液を備え、第2の色で着色された溶液は、第1の色で着色された溶液とは異なる色を備え、第3の色で着色された溶液は、第1の色で着色された溶液および第2の色で着色された溶液とは異なる色を備えてもよい。
上記構成において、光半透過層と、光反射層と、を有し、光量調節手段は、光半透過層、または光反射層、であり、光半透過層と、光反射層と、の距離は、電気的または磁気的作用により、変化が可能であり、光半透過層は、光反射層と、自発光型の表示素子との間に挟まれる領域を有すると好ましい。
上記各構成において、自発光型の表示素子は、可視光を透過し、反射型の表示素子は、自発光型の表示素子を透過した光を反射することができると好ましい。
上記構成において、シャッターと、を有し、光量調節手段は、シャッターであると好ましい。このとき光反射層を有し、自発光型の表示素子は、可視光を透過し、光反射層は、自発光型の表示素子を透過した光を反射することができると好ましい。
上記各構成において、1層または2層以上の着色膜を有すると好ましい。着色膜の1層は、少なくとも反射型の表示素子と、自発光型の表示素子との間に挟まれる領域を有すると好ましい。または、自発光型の表示素子は、少なくとも着色膜の1層と、反射型の表示素子との間に挟まれる領域を有すると好ましい。
上記構成の表示装置において、自発光型の表示素子による画像と、反射型の表示素子による画像との両方を視認できる。
自発光型の表示素子と反射型の表示素子とを厚さ方向に重ねる構造とすることにより、外光の照度が大きい環境下では反射型の表示素子にて表示を行い、外光の照度が小さい環境下では自発光型の表示素子にて表示を行うことで、多様な表示が可能となり、また視認性の向上と低消費電力化とを達成することができる。反射型の表示素子である電子ペーパーは光を反射させることができるが、光を透過させるためにはレイアウト上の工夫など制約が大きく難しい。光干渉型のMEMS方式表示素子でも同様である。
本発明の一態様の表示装置は、反射型の表示素子を下層に、有機EL素子を例とする自発光型の表示素子を上層に形成することにより、視認性の向上と低消費電力化とを達成することができる。ここでいう反射型の表示素子は、泳動粒子、またはMEMS、を含む。
本発明の一態様の半導体装置は、キーボード、ハードウェアボタン、ポインティングデバイス、タッチセンサ、照度センサ、撮像装置、音声入力装置、視点入力装置、姿勢検出装置、のうち一以上と、上記構成の表示装置と、を含む。
視認性の高い表示装置を提供することができる。または、多様な表示が可能な表示装置を提供することができる。または、低消費電力の表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置を提供することができる。または上記表示装置(表示パネル)を備えた半導体装置を提供することができる。または、新規な半導体装置を提供することができる。
本発明の一態様の表示装置の画素の簡略図。 本発明の一態様の表示装置の画素の簡略図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 本発明の一態様の表示装置の有する構造体の断面図。 実施の形態に係る表示装置の構成を説明するブロック図。 実施の形態に係る情報処理装置の表示部の構成を説明するブロック図。 実施の形態に係る表示装置に用いることができる表示パネルの構成を説明する図。 実施の形態に係る表示装置に用いることができる表示パネルの構成を説明する断面図。 実施の形態に係る表示装置に用いることができる表示パネルの構成を説明する断面図。 実施の形態に係る、投影型静電容量方式のタッチセンサ。 実施の形態に係る表示装置に用いることができる表示パネルの画素回路を説明する回路図。 実施の形態に係る、発光素子の作製方法を示す図。 実施の形態に係る入出力装置に用いることができる入力部の構成を説明するブロック図。 実施の形態に係る入出力装置に用いることができる入出力パネルの構成を説明する図。 実施の形態に係る入出力装置に用いることができる入出力パネルの構成を説明する断面図。 実施の形態に係る入出力装置に用いることができる入出力パネルの構成を説明する断面図。 実施の形態に係る、シャッター方式のMEMS表示素子の構造例を示す図。 実施の形態に係る、表示装置の投影図。 実施の形態に係る、MEMSシャッターの構造例を示す図。 実施の形態に係る、遮光手段を含む制御回路を示す図。 実施の形態に係る、光干渉方式のMEMS表示素子の断面図および斜視図。 実施の形態に係る、光干渉方式のMEMS表示素子の断面図。 実施の形態に係る表示装置に用いることができる表示パネルの構成を説明する断面図。 実施の形態に係る、導電膜あるいは絶縁膜の積層構造を示す図。 実施の形態に係る、電子機器の一例を示す図。 実施の形態に係る、電子機器及び照明装置の一例を示す図。 実施の形態に係る、電子機器の一例を示す図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、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。従って、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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
なお、本明細書等における「第1」、「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図1(A)、図1(B)、図1(C)、を用いて説明する。
本発明の一態様の表示装置は、表示パネルを有する。本発明の一態様の表示装置は、2以上の基板を含む。本実施の形態で説明する表示パネルは、画素702(i,j)を有する。なお、i,jは、いずれも独立した変数であり、いずれも1以上の整数である。図1(A)には、本発明の一態様の表示装置の、一つの画素702(i,j)の構造と光路との簡略図を示す。
画素702(i,j)には、反射型の表示素子である、第1の表示素子750(i,j)を有する。第1の表示素子750(i,j)は、泳動粒子、またはMEMS素子を有する。
反射型の表示素子である、本発明の一態様の第1の表示素子750(i,j)は、電極より供給された電力により配置を変える光量調節手段にて光を遮蔽し、反射光の強度を変化させる。上記光量調節手段とは、泳動粒子、またはシャッター、または光の一部を反射する膜、または光を反射する膜、等である。これに対し、液晶材料を有する反射型の表示装置は、電極より供給された電力により配向を変える液晶材料にて光の偏光を制御し、表示装置中に固定された偏光板にて特定の偏光を有する光を遮蔽することで、反射光の強度を変化させる。
反射型の表示素子に偏光板を有する場合、特定の偏光を有しない光に対する、偏光板の透過率は低いため、表示が暗くなる。本発明の一態様の表示装置は、第1の表示素子750(i,j)は液晶を含む層を有しないことから、構造中に偏光板を設ける必要がない。
本発明の一態様の泳動粒子は、泳動粒子含有層内で、電界により泳動することができる。すなわち泳動粒子は荷電粒子であり、荷電体を用いることができる。本発明の一態様の第1の表示素子750(i,j)に泳動粒子含有層が含まれる場合、泳動粒子含有層の内部の粒子は、電界により泳動することができる泳動粒子である。
画素702(i,j)には、自発光型の表示素子である、第2の表示素子550(i,j)を有する。第2の表示素子550(i,j)は可視光を透過する。第2の表示素子550(i,j)は、第1の表示素子750(i,j)より、表示面側に配置される。
画素702(i,j)には、着色膜CF、を有しても良い。但し、第2の表示素子550(i,j)が色表示することができ、この光を第1の表示素子750(i,j)が反射させ表示をさせる場合は、着色膜CFを有さなくても色表示が可能である。
本発明の一態様の表示装置にて表示面より画像として視認される光の一は、外光である光L1を、第1の表示素子750(i,j)により選択的に、第1の表示素子750(i,j)にて矢印750A方向に反射させた、光L2である。
また、本発明の一態様の表示装置にて表示面より画像として視認される光の一は、第2の表示素子550(i,j)により矢印750A方向に照射された、光L3である。
また、本発明の一態様の表示装置にて表示面より画像として視認される光の一は、第2の表示素子550(i,j)から照射された光L4を、第1の表示素子750(i,j)にて矢印750A方向に反射させた、光L5である。
図1(A)に示される構造では、光L3は、第1の表示素子750(i,j)を介さず視認することができる。すなわち、表示時に輝度の損失が小さくなり、視認性が良好になる。
図1(A)に示される構造では、第1の表示素子750(i,j)は、基板710と基板770との間に形成されている。
また、図1(B)のように、基板710と基板770との間に、第1の表示素子750(i,j)と第2の表示素子550(i,j)とを有しても良い。このとき、光L2と光L3、光L5の、それぞれの間に表示の視差を小さくすることができる。
また、図1(C)のように、着色膜を有する構造としても良い。このとき、着色膜CF1、着色膜CF2、のいずれか1あるいは両方と有する構造とする。また第2の表示素子550(i,j)から照射される光L3及び光L4を白色光としても色表示ができる。また、着色膜を複数有することで、所望の光の色純度を向上させることができる。
上記図1(A)、図1(B)、図1(C)の構造の特徴は、互いに適宜組み合わせることができる。
本発明の一態様の、図1(A)の構造を有する表示装置の例を、図2(A)、図2(B)に例示する。図2(A)と、図2(B)と、はいずれも画素702(i,j)を含む構造体の簡略図である。
図2(A)の構造体は、第1の電極751(i,j)と第2の電極752とを有する。第1の表示素子750(i,j)に、泳動粒子含有層753を有する。泳動粒子含有層753に、マイクロカプセル401と、バインダー402と、を有する。マイクロカプセル401内に、正に帯電したある色の粒子401aと、負に帯電した異なる色の粒子401bと、を有する。粒子401aと粒子401bとはそれぞれ泳動粒子を用いることができる。また隔壁層403を有する。このような泳動粒子を用いた表示素子は、画像保持の為の電気を必要としない、いわゆるメモリ効果があり、また画像の書き換え時にも小さい消費電力を使用する。
例えば粒子401aが黒色であり、粒子401bが画素ごとに異なる着色がなされていてもよい。このとき本発明の一態様の表示装置は第1の表示素子750(i,j)が着色膜を有さなくても色表示をすることができる。例えば赤色、緑色、青色、の3種類で着色された粒子401bを、異なる画素にて有することで色表示をすることができる。または3の着色は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンでも良い。
図2(B)の構造体は、第1の表示素子750(i,j)に、マイクロカプセルの代わりに、帯電した高分子ポリマー微粒子等を設けたものである。この場合、正に帯電したある色の高分子ポリマー微粒子と、負に帯電した異なる色の高分子ポリマー微粒子を第1の電極751(i,j)と第2の電極752の間に設けた構成とすればよい。
また、正に帯電したある色の粒子と、負に帯電した異なる色の粒子を含むマイクロカプセルを用いても良い。このとき本発明の一態様の表示装置はカラーフィルタ層を用いずに、色表示することができる。
図2(B)に示すようなマイクロカップ方式とするときは、隔壁層404を設け、それぞれ異なる色を有する溶液405a、溶液405b、溶液405c、を隔壁層404間に封入し、粒子401a、401bを封入すればよい。例えば溶液405a、溶液405b、溶液405cをそれぞれ赤色、緑色、青色、の3種類で着色することで色表示をすることができる。または3種類の着色は、それぞれイエロー、マゼンタ、シアンでも良い。
図2(A)、図2(B)それぞれに示された構造体とも、第2の表示素子550(i,j)が基板770上に設けられる。第2の表示素子550(i,j)については後述の部分で説明するが、発光性の有機化合物を含む層を有することで作製できる。
以上に示した構造体を有することで、泳動粒子含有層753にかかる電界を制御し、泳動粒子含有層753中の泳動粒子の配置を制御することができる。この泳動粒子の配置の制御により、本発明の一態様の表示装置は表示を実現することができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、基板上に、反射型の表示素子が形成される表示装置の構成について説明する。具体的には、自発光型の表示素子が形成されている面の方向に光を反射させるように、基板上に反射型の表示素子が形成され、反射型の表示素子上に、自発光型の表示素子が形成される表示装置の構成について説明する。
<表示装置の構成例1>
本発明の一態様の表示パネルに用いることができる画素702(i,j)の構成の一例を説明する。図3(A)には構造体601が示される。
本発明の一態様の表示パネルの画素702(i,j)には、第1の表示素子750(i,j)、第2の表示素子550(i,j)を備える。
本発明の一態様の表示パネルは、画素702(i,j)において、トランジスタSW、トランジスタM、第1の電極751(i,j)、第2の電極752、泳動粒子含有層753を有する。第2の電極752は第1の電極751(i,j)との間に泳動粒子の配置を制御する電界が形成されるように配置される。
本発明の一態様の表示パネルは、着色膜CF、遮光膜BMを有する。本発明の一態様の表示パネルは、絶縁膜771、絶縁膜721、絶縁膜718、絶縁膜716、絶縁膜701、絶縁体KB1、絶縁膜706を有する。絶縁体KB1は、図2(A)で示される隔壁層403と同じ機能を有する。
図3(A)では、第1の電極751(i,j)、第2の電極752が対向して配設される領域を有する。図3(A)には第1の電極751(i,j)、第2の電極752、泳動粒子含有層753を含み、かつ遮光膜BMと重ならない領域に点線が描かれており、およそこの領域が第1の表示素子750(i,j)の表示領域である。
また、本発明の一態様の表示パネルは、基板710または基板770を有する。
トランジスタSWは、ゲート電極が走査線と電気的に接続され、第1の電極が信号線と電気的に接続される。
図3(B)に示すように、半導体膜708、導電膜704、絶縁膜706、導電膜712Aおよび導電膜712Bを備えるトランジスタを、トランジスタSWに用いることができる。なお、導電膜704は半導体膜708と重なる領域を備え、導電膜712Aおよび導電膜712Bは半導体膜708と電気的に接続される。また、絶縁膜706は、半導体膜708および導電膜704の間に挟まれる領域を備える。
導電膜704はゲート電極の機能を備え、絶縁膜706はゲート絶縁膜の機能を備える。また、導電膜712Aはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の一方を備え、導電膜712Bはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の他方を備える。
着色膜CFは、第1の表示素子750(i,j)と重なる領域を備える。
遮光膜BMは、第1の表示素子750(i,j)と重なる領域に開口部を備える。
また、絶縁膜771は、泳動粒子含有層753および遮光膜BMに挟まれる領域または、泳動粒子含有層753および着色膜CFに挟まれる領域を備える。
基板770は、基板710と重なる領域を備え、基板710との間に第1の表示素子750(i,j)を挟む領域を備える。
絶縁膜721は、泳動粒子含有層753およびトランジスタSWに挟まれる領域を備える。絶縁膜718は、絶縁膜721およびトランジスタSWに挟まれる領域を備える。絶縁膜716は、絶縁膜718およびトランジスタSWの間に挟まれる領域を備える。絶縁膜701は、トランジスタSWおよび基板710の間に挟まれる領域を備える。絶縁膜706は、絶縁膜716および絶縁膜701の間に挟まれる領域を備える。
本発明の一態様の表示パネルは、接合層505を有する。接合層505は、第2の表示素子550(i,j)および基板770の間に挟まれる領域を備え、第2の表示素子550(i,j)を基板770上に貼り合せる機能を備える。
本発明の一態様の表示パネルは絶縁膜501Cと、絶縁層521と、絶縁膜528と、絶縁層518および絶縁層516を有する。絶縁膜501C上には、樹脂層500Aを有する。
本発明の一態様の表示パネルは、半導体膜508、導電膜504、導電膜512Aおよび導電膜512Bを備えるトランジスタMを有する。なお、絶縁層506は、半導体膜508および導電膜504の間に挟まれる領域を備える(図3(C)参照)。半導体膜508は、導電膜504と重ならない第1の領域508Aおよび第2の領域508Bと、第1の領域508Aおよび第2の領域508Bの間に導電膜504と重なる第3の領域508Cと、を備える。
本発明の一態様の表示パネルの第2の表示素子550(i,j)は、第3の電極551(i,j)を有する。第3の電極551(i,j)は、接続部522において、トランジスタMの導電膜512Bと電気的に接続し、第2の表示素子550(i,j)の第4の電極552を共通電位を与える配線と電気的に接続する。また第3の電極551(i,j)と、第4の電極552と、の間に発光性の材料を含む層553(i,j)と、を有する。図3(A)中には第3の電極551(i,j)と、第4の電極552と、の間に発光性の材料を含む層553(i,j)を含む点線が描かれており、およそこの領域が第2の表示素子550(i,j)の表示領域である。
トランジスタMにより、第2の表示素子550(i,j)を駆動することができる。また第4の電極552と接合層505との間に、保護層560を備える。
<反射型表示素子>
第1の表示素子750(i,j)の各構成の詳細について図2(A)および図2(B)を用いて説明する。第1の表示素子750(i,j)は反射型の表示素子である。
本発明の一態様の表示パネルは、第1の表示素子750(i,j)に、泳動粒子を有することができる。
第1の表示素子750(i,j)は、第1の電極751(i,j)と、第2の電極752(対向電極と呼んでもよい)と、第1の電極751(i,j)と第2の電極752との間に設けられた泳動粒子含有層753によって構成される。なお、泳動粒子含有層753に含まれる泳動粒子としては、正に帯電したある色の粒子401aとして酸化チタンなどを適用することができ、負に帯電した異なる色の粒子401bとしてカーボンブラックなどを適用することができる。また、導電体、絶縁体、半導体、磁性材料、液晶材料、強誘電性材料、エレクトロルミネセント材料、エレクトロクロミック材料、磁気泳動材料から選ばれた一の材料、またはこれらの複合材料を適用することもできる。
正に帯電した粒子、あるいは負に帯電した粒子、は第1の電極751(i,j)と、第2の電極752と、により付与される電場により移動して、画像が表示される構成とすることができる。泳動粒子含有層の構成は、電子ペーパーに適用する方式(マイクロカプセル型電気泳動、水平移動型電気泳動、垂直移動型電気泳動、ツイストボール方式、マイクロカップ方式、帯電トナー、電子粉流体(登録商標)等)により適宜用いる材料を選択すればよい。
ここでは、マイクロカプセルを用いた第1の表示素子750(i,j)の作製方法を説明する。
まず基板710上に形成された第1の電極751(i,j)と隔壁層403との上に、泳動粒子含有層753を形成する。例えば、マイクロカプセルが分散されて固定されたバインダー402を第1の電極751(i,j)上に設ける。続いて、泳動粒子含有層753上に第2の電極752を形成する。ここでは、あらかじめ表面上に第2の電極752が形成されたバインダー402を用いることにより、第1の電極751(i,j)上にマイクロマプセル401及び第2の電極752を設ける。
マイクロカプセル401は、正に帯電したある色の粒子401aと、負に帯電した異なる色の粒子401bを含み、カプセル内に含まれる溶媒中に分散して存在している。そして、第1の電極751(i,j)と第2の電極752により付与される電場によって、ある色又は他の色の粒子がマイクロカプセル401内部の一方に偏析してコントラストを画素毎に変えることにより画像を表示する。マイクロカプセル401の直径は、一例では1μm以上1mm以下とすることができる。
また、バインダー402として、樹脂フィルムを用いることができ、当該樹脂フィルム内にマイクロカプセル401を分散させて固定することができる。このように、あらかじめマイクロカプセル401が分散されて固定されたバインダー402を用いることによって、作製工程を簡略化することができる。
隔壁層403は、各画素領域を区分する機能を有する。用いる絶縁体材料及び形成方法は他の絶縁体層と同様で良いが、カーボンブラックや黒色の顔料を分散させておくと良い。隣接する画素をこのように区分することで、クロストークを無くし、液晶表示装置などでもあるようにブラックストライプとしての機能を付加して画像を鮮明にすることができる。第1の表示素子750(i,j)の面積は適宜決定すれば良いが、泳動粒子を含むマイクロカプセルが各画素電極毎に一つ又は複数個入る面積とするものであり、例えば100×400μmとすると良い。マイクロカプセル401は、泳動粒子含有層753内では必ずしも球状でなくてもよく、例えば球状から歪んだ形でも良い。
以上のような構成とすることで、泳動粒子含有層753にかかる電界を制御し、泳動粒子含有層753における泳動粒子の配置を制御することができる。
上記マイクロカプセルを設ける方法としては、ロールコーター法や印刷法、またはスプレー法等を用いても良い。
例えば、第1の電極751(i,j)上に泳動粒子含有層753をロールコーター法で形成する。次に、第2の電極752があらかじめ表面上に形成された基板770を泳動粒子含有層753上に配設する。ここでは、基板770上に半硬化された有機樹脂を形成し、その上に第2の電極752を形成し、その後、第2の電極752が形成された面側を泳動粒子含有層側に向けて基板770を加熱し圧着して、基板710と基板770とを接着させる。
なお、上記構成は一例に過ぎず、開示する発明の一態様である表示装置を上記構成に限定する必要はない。
<基板710、基板770>
作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を基板710または基板770等に用いることができる。例えば、厚さ0.7mm以下厚さ0.1mm以上の材料を基板710または基板770に用いることができる。具体的には、厚さ0.1mm程度まで研磨した材料を用いることができる。
例えば、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の面積が大きなガラス基板を基板710または基板770等に用いることができる。これにより、大型の表示装置を作製することができる。
有機材料、無機材料または有機材料と無機材料等の複合材料等を基板710または基板770等に用いることができる。例えば、ガラス、セラミックス、金属等の無機材料を基板710または基板770等に用いることができる。
具体的には、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、アルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラス、石英またはサファイア等を、基板710または基板770等に用いることができる。具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸窒化物膜等を、基板710または基板770等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を、基板710または基板770等に用いることができる。ステンレス・スチールまたはアルミニウム等を、基板710または基板770等に用いることができる。
例えば、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を基板710または基板770等に用いることができる。これにより、半導体素子を基板710または基板770等に形成することができる。
例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチック等の有機材料を基板710または基板770等に用いることができる。具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を、基板710または基板770等に用いることができる。
例えば、金属板、薄板状のガラス板または無機材料等の膜を樹脂フィルム等に貼り合わせた複合材料を基板710または基板770等に用いることができる。例えば、繊維状または粒子状の金属、ガラスもしくは無機材料等を樹脂フィルムに分散した複合材料を、基板710または基板770等に用いることができる。例えば、繊維状または粒子状の樹脂もしくは有機材料等を無機材料に分散した複合材料を、基板710または基板770等に用いることができる。
また、単層の材料または複数の層が積層された材料を、基板710または基板770等に用いることができる。例えば、基板と基板に含まれる不純物の拡散を防ぐ絶縁膜等が積層された材料を、基板710または基板770等に用いることができる。具体的には、ガラスとガラスに含まれる不純物の拡散を防ぐ酸化シリコン層、窒化シリコン層または酸化窒化シリコン層等から選ばれた一または複数の膜が積層された材料を、基板710または基板770等に用いることができる。または、樹脂と樹脂を透過する不純物の拡散を防ぐ酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜等が積層された材料を、基板710または基板770等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層材料等を基板710または基板770等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはシリコーン等のシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を基板710または基板770等に用いることができる。
具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)またはアクリル等を基板710または基板770等に用いることができる。
また、紙または木材などを基板710または基板770等に用いることができる。
例えば、可撓性を有する基板を基板710または基板770等に用いることができる。
なお、トランジスタまたは容量素子等を基板に直接形成する方法を用いることができる。また、例えば作製工程中に加わる熱に耐熱性を有する工程用の基板にトランジスタまたは容量素子等を形成し、形成されたトランジスタまたは容量素子等を基板710または基板770等に転置する方法を用いることができる。これにより、例えば可撓性を有する基板にトランジスタまたは容量素子等を形成できる。
<絶縁膜721>
例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の複合材料を、絶縁膜721等に用いることができる。
具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸化窒化物膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を、絶縁膜721等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を含む膜を、絶縁膜721等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の積層材料もしくは複合材料などを絶縁膜721等に用いることができる。また、感光性を有する材料を用いて形成してもよい。
これにより、例えば絶縁膜721と重なるさまざまな構造に由来する段差を平坦化することができる。
<絶縁膜701>
例えば、絶縁膜721に用いることができる材料を絶縁膜701に用いることができる。具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を絶縁膜701に用いることができる。これにより、トランジスタSWやトランジスタMへの不純物の拡散を抑制することができる。
<自発光型表示素子>
以下、第2の表示素子550(i,j)の各構成の詳細について説明する。第2の表示素子550(i,j)は自発光型の表示素子である。
<樹脂層500A>
樹脂層500Aは、自発光型の表示素子の保護層として機能する他、自発光型の表示素子を作製する工程において、剥離される部分である。材料は感光性樹脂を用いることができる。詳細は後述の部分にて説明する。
<第2の表示素子550(i,j)>
第2の表示素子550(i,j)は、第3の電極551(i,j)、第4の電極552、及び発光性の材料を含む層553(i,j)を有する。本発明の一態様では、第2の表示素子550(i,j)を、発光素子とも言う。発光性の材料を含む層553(i,j)については、後述の部分で詳細な説明をする。
第3の電極551(i,j)、第4の電極552、は、可視光を透過する材料を用いることができる。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を、第3の電極551(i,j)、または第4の電極552に用いることができる。
第3の電極551(i,j)、第4の電極552として、400nm以上700nm以下の波長領域において30%以上の光反射率及び50%以上の光透過率を有する、半透過性の層(光半透過層)を形成することにより、発光性の材料を含む層553(i,j)からの発光を多重反射させて共振させる、所謂微小光共振器(マイクロキャビティ)としての機能を有してもよい。後述の部分で説明するが、この多重反射は、反射型表示素子の第2の電極752を例とする電極を半透過性とし、多重反射させて共振させてもよい。
<接合層505>
接合層505には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
<絶縁層521>
例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の複合材料を、絶縁層521等に用いることができる。
具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸化窒化物膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を、絶縁層521等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を含む膜を、絶縁層521等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の積層材料もしくは複合材料などを絶縁層521等に用いることができる。また、感光性を有する材料を用いて形成してもよい。
これにより、例えば絶縁層521と重なるさまざまな構造に由来する段差を平坦化することができる。
<絶縁膜528>
例えば、絶縁層521に用いることができる材料を絶縁膜528等に用いることができる。具体的には、厚さ1μmのポリイミドを含む膜を絶縁膜528に用いることができる。
<絶縁膜501C>
例えば、絶縁層521に用いることができる材料を絶縁膜501Cに用いることができる。具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を絶縁膜501Cに用いることができる。これにより、画素回路または第2の表示素子等への不純物の拡散を抑制することができる。
例えば、シリコン、酸素および窒素を含む厚さ200nmの膜を絶縁膜501Cに用いることができる。
<トランジスタM>
また、トランジスタSWと同じ材料にて、トランジスタMを形成することができる。第2の表示素子550の第1の電極をトランジスタMの第2の電極と電気的に接続し、第2の表示素子550の第2の電極を共通電位を供給する配線と電気的に接続する。これにより、第2の表示素子550を駆動することができる。
<駆動回路SD>
図示していないが、駆動回路SDは、例えば、画像情報に基づいて、画素回路に供給する画像信号を生成する機能を備える。具体的には、極性が反転する信号を生成する機能を備える。これにより、第1の表示素子750(i,j)、第2の表示素子550(i,j)を駆動することができる。
例えば、第1の表示素子750(i,j)、第2の表示素子550(i,j)を駆動する、シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路SDに用いることができる。
例えば、集積回路を駆動回路SDに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に形成された集積回路を駆動回路SDに用いることができる。
例えば、COG(Chip on glass)法を用いて、駆動回路SDを端子に実装することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、集積回路を端子に実装することができる。または、COF(Chip on Film)法を用いて、集積回路を端子にすることが実装できる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、基板上に、反射型の表示素子が、自発光型の表示素子が形成されている面の方向に光を反射させるように形成され、反射型の表示素子上に、自発光型の表示素子が形成された表示装置の作製方法について説明する。本実施の形態では、本発明の一態様の、図3に示される表示装置の作製方法について説明する。
図4(A)には、基板500に自発光型表示素子を有した構造体601Aを示す。図4(B)には、基板770に着色膜CF、絶縁体KB1、遮光膜BMと、絶縁膜771と、を有した構造体601Bを示す。図4(C)には、基板710に反射型表示素子の回路を形成した構造体601Cを示す。尚、基板500は基板710と同様のものを用いることができる。
図4(B)に示される構造体601B中、第2の電極752に接して、絶縁体KB1が所望の位置に形成されている。絶縁体KB1は、アクリル樹脂膜等の有機樹脂膜をパターニングすることで形成することができる。
構造体601A、構造体601B、構造体601Cを得た後、構造体601Bと構造体601Cとを対向させ、泳動粒子を含むマイクロカプセルがあらかじめ分散されて固定されたバインダーにて、貼り合わせる。
図5(A)に示すように構造体601Bと構造体601Cを貼りあわせることで、反射型表示素子を有する構造体601Dとなる。次いで構造体601Dに、構造体601Aを貼りあわせる。すると図5(B)に示される構造体601Eのような構造となる。
以下に、構造体601Aの作製方法、構造体601Aと構造体601Dとを貼りあわせる方法、構造体601Eから、基板500を剥離する方法、を説明する。
<構造体601Aの作製方法>
後述するが、構造体601Aは基板500と、その上に作製された構造とを分離(剥離)する。その際、構造体601Aにはレーザを用いて、樹脂層500Aに光を照射される。本発明の一態様の表示装置は、トランジスタMのチャネル形成領域に、金属酸化物を有することが好ましい。なぜなら樹脂層500Aの耐熱温度以下でトランジスタMを形成することができるからである。
トランジスタのチャネル形成領域に低温ポリシリコン(LTPS(Low Temperature Poly-Silicon))を用いる場合、500℃から550℃程度の温度をかける必要があるため、樹脂層に耐熱性が求められる。また、レーザ結晶化の工程でのダメージを緩和するため、樹脂層の厚膜化が必要となる。
一方、金属酸化物を用いたトランジスタは、350℃以下、さらには300℃以下で形成することができる。そのため、樹脂層に高い耐熱性は求められない。したがって、樹脂層の耐熱温度を低くすることができ、材料の選択の幅が広がる。また、金属酸化物を用いたトランジスタは、レーザ結晶化の工程が不要であるため、樹脂層の厚さを薄くすることができる。樹脂層に高耐熱性が要求されず、薄膜化できることで、デバイス作製の大幅なコストダウンが期待できる。また、LTPSを用いる場合に比べて、工程が簡略化でき好ましい。
絶縁層を介して樹脂層の凹部の底面と重なる導電層は、トランジスタが有する電極または金属酸化物と同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
例えば、トランジスタの電極として用いる金属、合金、酸化物導電層等の各種導電材料を該導電層に用いることができる。
または、例えば、同一の材料及び同一の工程で、導電層として用いる金属酸化物層と、トランジスタの半導体層として用いる金属酸化物層と、を形成する。その後、導電層として用いる金属酸化物層のみを低抵抗化させる(酸化物導電層にする、ともいえる)。
または、例えば、同一の材料及び同一の工程で、導電層として用いる金属酸化物層と、トランジスタの電極(例えばゲート電極)として用いる金属酸化物層と、を形成する。その後、導電層として用いる金属酸化物層と、トランジスタの電極として用いる金属酸化物層と、の双方を、低抵抗化させる。
金属酸化物は、膜中の酸素欠損、及び膜中の不純物濃度(代表的には水素、水等)のうち少なくとも一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、金属酸化物層へ酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、または酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が低減する処理を選択することによって、金属酸化物層または酸化物導電層の有する抵抗率を制御することができる。
具体的には、プラズマ処理を用いて、金属酸化物の抵抗率を制御することができる。例えば、希ガス(He、Ne、Ar、Kr、Xe)、水素、ボロン、リン、及び窒素の中から選ばれた一種以上を含むガスを用いて行うプラズマ処理を適用できる。プラズマ処理は、例えば、Ar雰囲気下、Arと窒素の混合ガス雰囲気下、Arと水素の混合ガス雰囲気下、アンモニア雰囲気下、Arとアンモニアの混合ガス雰囲気下、または窒素雰囲気下等で行うことができる。これにより、金属酸化物層のキャリア密度を高め、抵抗率を低くすることができる。
または、イオン注入法、イオンドーピング法、もしくはプラズマイマージョンイオンインプランテーション法などを用いて、水素、ボロン、リン、または窒素を金属酸化物層に注入して、金属酸化物層の抵抗率を低くすることができる。
または、水素及び窒素のうち少なくとも一方を含む膜を金属酸化物層に接して形成し、当該膜から金属酸化物層に水素及び窒素のうち少なくとも一方を拡散させる方法を用いることができる。これにより、金属酸化物層のキャリア密度を高め、抵抗率を低くすることができる。
金属酸化物層に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子(または酸素が脱離した部分)に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。これにより、金属酸化物層のキャリア密度を高め、抵抗率を低くすることができる。
表示装置の作製工程で加熱処理を行う場合、金属酸化物層が加熱されることで、金属酸化物層から酸素が放出され、酸素欠損が増えることがある。これにより、金属酸化物層の抵抗率を低くすることができる。
なお、このように、金属酸化物層を用いて形成された酸化物導電層は、キャリア密度が高く低抵抗な金属酸化物層、導電性を有する金属酸化物層、または導電性の高い金属酸化物層ということもできる。
本発明の一態様の表示装置が有する樹脂層500Aの厚さは、0.1μm以上3μm以下である。樹脂層を薄く形成することで、低コストで表示装置を作製できる。また、表示装置の軽量化及び薄型化が可能となる。また、表示装置の可撓性を高めることができる。
本発明の一態様では、樹脂層の耐熱温度以下の温度で、トランジスタ等を形成する。樹脂層の耐熱性は、例えば、加熱による重量減少率、具体的には5%重量減少温度等で評価できる。本発明の一態様では、樹脂層の5%重量減少温度は、450℃以下が好ましく、400℃以下がより好ましく、400℃未満がより好ましく、350℃未満がさらに好ましい。
本発明の一態様では、線状レーザを用いてレーザ光を照射する。LTPS等の製造ラインのレーザ装置を使用することができるため、これらの装置の有効利用が可能である。線状レーザは、矩形長尺状に集光(線状レーザビームに成形)して、樹脂層に光を照射する。
[作製方法例1]
まず、基板500上に、感光性を有する材料を用いて、樹脂層500Aを形成する。
特に、感光性及び熱硬化性を有する材料を用いることが好ましい。本実施の形態では、感光性及び熱硬化性を有する材料を用いる例を示す。
具体的には、材料を成膜した後に膜を加熱し、樹脂層500Aを形成する。尚、該加熱する処理は、材料を成膜した後に行うことから、ポストベーク処理とも記すことができる。
加熱処理により、樹脂層500A中の脱ガス成分(例えば、水素、水等)を低減することができる。特に、樹脂層500A上に形成する各層の作製温度よりも高い温度で加熱することが好ましい。例えば、トランジスタの作製温度が350℃までである場合、樹脂層500Aとなる膜を350℃より高く450℃以下で加熱することが好ましく、400℃以下がより好ましく、375℃以下がさらに好ましい。これにより、トランジスタの作製工程における、樹脂層500Aからの脱ガスを大幅に抑制することができる。
樹脂層500Aは、可撓性を有する。基板500は、樹脂層500Aよりも可撓性が低い。
樹脂層500Aは、感光性のポリイミド樹脂(photo sensitive polyimide、PSPIともいう)を用いて形成されることが好ましい。
そのほか、樹脂層500Aの形成に用いることができる感光性を有する材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
樹脂層500Aは、スピンコータを用いて形成することが好ましい。スピンコート法を用いることで、大判基板に薄い膜を均一に形成することができる。
樹脂層500Aは、粘度が5cP以上500cP未満、好ましくは5cP以上100cP未満、より好ましくは10cP以上50cP以下の溶液を用いて形成することが好ましい。溶液の粘度が低いほど、塗布が容易となる。また、溶液の粘度が低いほど、気泡の混入を抑制でき、良質な膜を形成できる。
樹脂層500Aの厚さは、0.01μm以上10μm未満であることが好ましく、0.1μm以上3μm以下であることがより好ましく、0.5μm以上1μm以下であることがさらに好ましい。低粘度の溶液を用いることで、樹脂層500Aを薄く形成することが容易となる。樹脂層500Aの厚さを上記範囲とすることで、表示装置の可撓性を高めることができる。ただし、これに限定されず、樹脂層500Aの厚さは、10μm以上としてもよい。例えば、樹脂層500Aの厚さを10μm以上200μm以下としてもよい。樹脂層500Aの厚さを10μm以上とすることで、表示装置の剛性を高めることができるため好適である。
そのほか、樹脂層500Aの形成方法としては、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等が挙げられる。
樹脂層500Aの熱膨張係数は、0.1ppm/℃以上20ppm/℃以下であることが好ましく、0.1ppm/℃以上10ppm/℃以下であることがより好ましい。樹脂層500Aの熱膨張係数が低いほど、加熱により、トランジスタ等を構成する層にクラックが生じることや、トランジスタ等が破損することを抑制できる。
表示装置の表示面側に樹脂層500Aが位置する場合、樹脂層500Aは、可視光に対する透光性が高いことが好ましい。
基板500は、搬送が容易となる程度に剛性を有し、かつ作製工程にかかる温度に対して耐熱性を有する。基板500に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、樹脂、半導体、金属または合金などが挙げられる。ガラスとしては、例えば、無アルカリガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス等が挙げられる。
次に、樹脂層500A上に、絶縁膜501Cを形成する。
絶縁膜501Cは、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度で形成する。前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
絶縁膜501Cは、樹脂層500Aに含まれる不純物が、後に形成するトランジスタや表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。例えば、絶縁膜501Cは、樹脂層500Aを加熱した際に、樹脂層500Aに含まれる水分等がトランジスタや表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁膜501Cは、バリア性が高いことが好ましい。
絶縁膜501Cとしては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を2以上積層して用いてもよい。特に、樹脂層500A上に窒化シリコン膜を形成し、窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を形成することが好ましい。
無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜となるため、高温で形成することが好ましい。
絶縁膜501Cの成膜時の基板温度は、室温(25℃)以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、絶縁膜501C上に、トランジスタMを形成する。
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
ここではトランジスタMとして、金属酸化物を含む半導体膜508を有する、トップゲート構造のトランジスタを作製する場合を示す。
本発明の一態様において、トランジスタの半導体には、金属酸化物を用いる。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
トランジスタMは、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度で形成する。トランジスタMは、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
表示装置が有する導電層には、それぞれ、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、もしくはタングステン等の金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。または、酸化インジウム、ITO、タングステンを含むインジウム酸化物、タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、チタンを含むインジウム酸化物、チタンを含むITO、インジウム亜鉛酸化物、ZnO、ガリウムを含むZnO、またはシリコンを含むインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。また、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた、多結晶シリコンもしくは金属酸化物等の半導体、またはニッケルシリサイド等のシリサイドを用いてもよい。また、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。また、不純物元素を含有させた金属酸化物等の半導体を用いてもよい。または、銀、カーボン、もしくは銅等の導電性ペースト、またはポリチオフェン等の導電性ポリマーを用いて形成してもよい。導電性ペーストは、安価であり、好ましい。導電性ポリマーは、塗布しやすく、好ましい。
半導体膜508は、金属酸化物膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該金属酸化物膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
金属酸化物膜の成膜時の基板温度は、350℃以下が好ましく、室温以上200℃以下がより好ましく、室温以上130℃以下がさらに好ましい。
金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)は、0%以上30%以下が好ましく、5%以上30%以下がより好ましく、7%以上15%以下がさらに好ましい。
金属酸化物膜は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。金属酸化物膜は、例えば少なくともインジウム、亜鉛及びM(アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウム)を含むIn-M-Zn系酸化物で表記される膜を含むことが好ましい。
また導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
トランジスタMにおいて、導電膜504はゲート電極として機能し、絶縁層506はゲート絶縁層として機能し、導電膜512A及び導電膜512Bは、それぞれソースまたはドレインのいずれか一方として機能する(図3(C))。
以上の工程により、樹脂層500A上に絶縁膜501C、トランジスタMを形成することができる。
次に、トランジスタMを覆う絶縁層516を形成する。絶縁層516は、絶縁膜501Cと同様の方法により形成することができる。
また、絶縁層516として、酸素を含む雰囲気下で成膜した酸化シリコン膜や酸化窒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。さらに、当該酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜上に窒化シリコン膜などの酸素を拡散、透過しにくい絶縁層518を積層することが好ましい。酸素を含む雰囲気下で形成した酸化物絶縁膜は、加熱により多くの酸素を放出しやすい絶縁膜とすることができる。このような酸素を放出する酸化絶縁膜と、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことにより、半導体膜508に酸素を供給することができる。その結果、半導体膜508中の酸素欠損、及び半導体膜508と絶縁層506の界面の欠陥を修復し、欠陥準位を低減することができる。これにより、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
本発明の一態様では、絶縁層516の上に、さらに絶縁層518を形成する。
次に、絶縁層518上に絶縁層521を形成する。絶縁層521は、後に形成する表示素子の被形成面を有する層であるため、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層521は、絶縁膜501Cに用いることのできる有機絶縁膜または無機絶縁膜を援用できる。
絶縁層521は、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層521は、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
絶縁層521に有機絶縁膜を用いる場合、絶縁層521の形成時に樹脂層500Aにかかる温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
絶縁層521に無機絶縁膜を用いる場合、成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、絶縁層521、絶縁層518、絶縁層516に、導電膜512Bに達する開口を形成する。
その後、第3の電極551(i,j)を形成する。第3の電極551(i,j)は、その一部が自発光型である第2の表示素子550(i,j)の画素電極として機能する。第3の電極551(i,j)は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。
第3の電極551(i,j)は、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度で形成する。第3の電極551(i,j)は、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
導電膜の成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、第3の電極551(i,j)の端部を覆う絶縁膜528を形成する。絶縁膜528は、絶縁膜501Cに用いることのできる有機絶縁膜または無機絶縁膜を援用できる。
絶縁膜528は、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁膜528は、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
絶縁膜528に有機絶縁膜を用いる場合、絶縁膜528の形成時に樹脂層500Aにかかる温度は、室温以上350℃以下が好ましく、室温以上300℃以下がさらに好ましい。
絶縁膜528に無機絶縁膜を用いる場合、成膜時の基板温度は、室温以上350℃以下が好ましく、100℃以上300℃以下がさらに好ましい。
次に、発光性の材料を含む層553(i,j)及び第4の電極552を形成する。第4の電極552は、その一部が自発光型である第2の表示素子550(i,j)の共通電極として機能する。
発光性の材料を含む層553(i,j)は、蒸着法、塗布法、印刷法、吐出法などの方法で形成することができる。発光性の材料を含む層553(i,j)を画素毎に作り分ける場合、メタルマスクなどのシャドウマスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法等により形成することができる。発光性の材料を含む層553(i,j)を画素毎に作り分けない場合には、メタルマスクを用いない蒸着法を用いることができる。
発光性の材料を含む層553(i,j)には、低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。
第4の電極552は、蒸着法やスパッタリング法等を用いて形成することができる。
第4の電極552は、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度かつ発光性の材料を含む層553(i,j)の耐熱温度以下の温度で形成する。また、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
以上のようにして、自発光型である第2の表示素子550(i,j)を形成することができる。自発光型である第2の表示素子550(i,j)は、一部が画素電極として機能する第3の電極551(i,j)、発光性の材料を含む層553(i,j)、及び一部が共通電極として機能する第4の電極552が積層された構成を有する。
ここでは、自発光型である第2の表示素子550(i,j)として、トップエミッション型の発光素子を作製する例を示したが、本発明の一態様はこれに限られない。
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型のいずれであってもよい。光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
図示しないが、第4の電極552を覆って絶縁層を形成してもよい。この絶縁層は、自発光型である第2の表示素子550(i,j)に水などの不純物が拡散することを抑制する保護層として機能する。自発光型である第2の表示素子550(i,j)は、絶縁層によって封止される。
絶縁層は、樹脂層500Aの耐熱温度以下の温度かつ自発光型である第2の表示素子550(i,j)の耐熱温度以下の温度で形成する。絶縁層は、前述のポストベーク処理における加熱温度より低い温度で形成することが好ましい。
次に、第4の電極552上に保護層560を形成する。保護層560は、表示装置の最表面に位置する層として用いることができる。保護層560は、可視光に対する透過性が高いことが好ましい。
保護層560として、上述した絶縁膜501Cに用いることのできる有機絶縁膜を用いると、表示装置の表面に傷がつくことや、クラックが生じてしまうことを抑制できるため好ましい。
<構造体601Dと、構造体601Aとの貼りあわせ>
図5(B)には、接合層505を用いて保護層560上に構造体601Dを貼り合わせた例を示す。
接合層505には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
<基板500の剥離>
次に、基板500を介して樹脂層500Aにレーザ光611を照射する。レーザ光611は、例えば、図6(A)においては、左側から右側に走査される線状レーザビームで、その長軸は、その走査方向及びその入射方向(下から上)に垂直である。
樹脂層500Aは、レーザ光611を吸収する。
レーザ光611の照射により、樹脂層500Aは脆弱化される。または、レーザ光611の照射により、樹脂層500Aと基板500の密着性が低下する。
レーザ光611としては、少なくともその一部が基板500を透過し、かつ樹脂層500Aに吸収される波長の光を選択して用いる。レーザ光611は、可視光線から紫外線の波長領域の光であることが好ましい。例えば波長が200nm以上400nm以下の光、好ましくは波長が250nm以上350nm以下の光を用いることができる。特に、波長308nmのエキシマレーザを用いると、生産性に優れるため好ましい。エキシマレーザは、LTPSにおけるレーザ結晶化にも用いるため、既存のLTPS製造ラインの装置を流用することができ、新たな設備投資を必要としないため好ましい。また、Nd:YAGレーザの第三高調波である波長355nmのUVレーザなどの固体UVレーザ(半導体UVレーザともいう)を用いてもよい。固体レーザはガスを用いないため、エキシマレーザに比べて、ランニングコストを約1/3にでき、好ましい。また、ピコ秒レーザ等のパルスレーザを用いてもよい。
レーザ光611として、線状のレーザ光を用いる場合には、基板500と光源とを相対的に移動させることでレーザ光611を走査し、剥離したい領域に亘ってレーザ光611を照射する。
次に、基板500を構造体601Eから分離する。
例えば、基板500に垂直方向に引っ張る力をかけることにより、基板500を構造体601Eから剥離することができる。具体的には、基板500の上面の一部を吸着し、上方に引っ張ることにより、基板500を引き剥がすことができる。
基板500と絶縁膜501Cとの間に、刃物などの鋭利な形状の器具を差し込むことで分離の起点を形成してもよい。または、鋭利な形状の器具で樹脂層500Aを切り込み、分離の起点を形成してもよい。
分離面は、樹脂層500A及び基板500等の材料及び形成方法、並びに、光照射の条件等によって、様々な位置となり得る。
樹脂層500Aは、構造体601Eの保護層となるが、透過率等を考慮し、樹脂層500Aを完全に除去してもよい。
これにより図6(B)に示される構造体601Fを得る。以上の工程により、基板上に、反射型の表示素子が、自発光型の表示素子が形成されている面の方向に光を反射させるように形成され、反射型の表示素子上に、自発光型の表示素子が形成された表示装置を作製することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、図3の構造とは異なる、本発明の一態様の表示装置について説明する。
<表示装置の構成例2>
図7には、構造体601と構成要素の一部が異なる構造体602を示す。構造体602も、第1の電極751(i,j)と、第2の電極752とが対向して配設されている。
本発明の一態様の図7で示される構造体602を含む表示パネルは、基板770を有する。
トランジスタSWは第1の表示素子750(i,j)の表示を駆動する。トランジスタMは、第2の表示素子550(i,j)の表示を駆動する。トランジスタSWと、トランジスタMと、の半導体層はいずれも絶縁膜501C上に接して形成される。
トランジスタSWと基板770との間、あるいはトランジスタMと基板770との間に、泳動粒子含有層753を有する。すなわち、絶縁膜501Cと、基板770との間に、第1の表示素子750(i,j)が配設される。
トランジスタSWとトランジスタMとを、同じ材料及び構造で形成した、本発明の一態様の構造体602を含む表示装置は、構造体601を含む表示装置に比べて工程数が少なく、生産性が良い。
構造体602の作製方法について、図8(A)及び図8(B)を用いて説明する。
図8(A)の構造体602Aの作製方法として、まず基板780上に、樹脂層500Aを形成する。構造体601同様、樹脂層500Aは感光性のポリイミド樹脂を用いて形成されることが好ましい。次いで、絶縁膜501C上に、構造体601同様の方法で、トランジスタSWとトランジスタMとを形成する。トランジスタSWとトランジスタMと、は、ポリイミド樹脂の耐熱温度以下で形成する。一例として、金属酸化物を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。
次いで、絶縁層518、絶縁層521を形成する。絶縁層518、絶縁層521には開口部を設け、第3の電極551(i,j)を形成する。次いで絶縁膜528を形成した後、発光性の材料を含む層553(i,j)、第4の電極552を形成する。
次いで保護層560、樹脂層500Bを形成し、さらに形成した接合層505Bを用いて基板500を貼りあわせる。すると、構造体602Aが形成される。尚、構造体602Aでは樹脂層500Bと接合層505Bとを形成しているが、接合層505Bのみを形成しても良い。
ここで、構造体602Aの基板780側からレーザ光611(図示せず)を照射する。樹脂層500Aは、樹脂層500Bより、レーザ光611の照射にて剥離しやすい材料を用いる。すると、樹脂層500Aを境に、構造体602Aから基板780が剥離される。
樹脂層500Aを酸素プラズマ処理等で除去後、露出した絶縁膜501Cに接して絶縁層501Dを形成する(図8(B)参照)。絶縁層501Dは、不純物の拡散防止および平坦化のために形成する。絶縁層501Dは絶縁膜501Cと同じ材料を用いることができる。但し、不純物の拡散防止および平坦化が不要であれば形成しなくても良い。
次いで、絶縁膜721を形成する。絶縁膜721は不純物の拡散防止および平坦化を目的としている。
絶縁膜721、絶縁層501D、とを開口し、トランジスタSWのソース電極またはドレイン電極に電気的に接続するように、第1の電極751(i,j)を形成する。すると、構造体602Bのような構造となる。
一方、基板500には第1の電極751(i,j)を形成する。第2の電極752は、共通電位を与える配線と電気的に接続する。
その後、構造体601の作製方法と同様に、泳動粒子を含むマイクロカプセルがあらかじめ分散されて固定されたバインダーで基板770と基板500とを貼りあわせ、着色膜CFを有する基板770との間に泳動粒子含有層753を形成する。このような工程で、構造体602のような構造となる。
<表示装置の構成例3>
図9には、構造体601と構成要素の一部が異なる構造体603を示す。構造体603も、第1の電極751(i,j)、第2の電極752が対向して配設されている。
本発明の一態様の構造体603を含む表示パネルは、基板710と、基板770と、を有する。
トランジスタSWは第1の表示素子750(i,j)の表示を駆動する。トランジスタMは、第2の表示素子550(i,j)の表示を駆動する。トランジスタMの半導体層は絶縁膜501Cに接して形成される。トランジスタSWの半導体層は絶縁膜706に接して形成される。
構造体603は、第1の表示素子750(i,j)と、第2の表示素子550(i,j)との間に、絶縁膜501Cが配設される。また、第1の表示素子750(i,j)と、基板710との間に、絶縁膜706が配設される。
図9の反射型表示素子はマイクロカップ方式であり、隔壁層404が配設され、その間に粒子401aと粒子401bとが設けられている。粒子401aと粒子401bとは、互いに異なる着色が成されている。このマイクロカップ方式は、マイクロカプセル方式同様、本発明の一態様の反射型表示素子に用いることができる。
<表示装置の構成例4>
図10には、構造体603と構成要素の一部が異なる構造体604を示す。
本発明の一態様の構造体604を含む表示パネルは、絶縁膜772に接して着色膜CF2、遮光膜BM2が形成される。すなわち、基板770に接して形成された着色膜CF1、遮光膜BM1と合わせて、着色膜と遮光膜とがそれぞれ2層、基板と垂直方向にて重なっている領域を有する。
構造体604は、第2の表示素子550(i,j)を白色光を照射する自発光型の表示素子とすることができる。また、着色膜を複数有することで、所望の光の色純度を向上させることができる。
本発明の一態様である表示素子を構成する構造体は、いずれも基板上に、反射型の表示素子が、自発光型の表示素子が形成されている面の方向に光を反射させるように形成され、また反射型の表示素子上に、自発光型の表示素子が形成されている。本発明の一態様は、この構成を特徴とする構造体であり、着色膜、トランジスタM、トランジスタSW、が構造体のどこに形成されていても良い。
本発明の一態様の表示素子を構成する構造体は、感光性樹脂を用い、レーザ処理による剥離工程により作製されることが好ましい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態1において説明する表示装置に用いることができる表示パネル700の構成について説明する。
図11は本発明の一態様の表示装置の構成を説明するブロック図である。表示装置は表示パネルを有する。
図12は本発明の一態様の表示装置の表示パネルの構成を説明するブロック図である。図12は図11に示す構成とは異なる構成を説明するブロック図である。
図13は本発明の一態様の表示装置に用いることができる表示パネルの構成を説明する図である。図13(A)は表示パネルの上面図であり、図13(B)は図13(A)に示す表示パネルの画素の一部を説明する上面図である。図13(C)は図13(B)に示す画素の構成を説明する模式図である。
図14および図15は表示パネルの構成を説明する断面図である。図14(A)は図13(A)の切断線X1-X2、切断線X3-X4、切断線X5-X6における断面図であり、図14(B)は図14(A)の一部を説明する図である。
図15は図13(A)の切断線X7-X8、切断線X9-X10における断面図である。
図17は本発明の一態様の表示パネルが備える画素回路の構成を説明する回路図である。
なお、本明細書において、1以上の整数を値にとる変数を符号に用いる場合がある。例えば、1以上の整数の値をとる変数pを含む(p)を、最大p個の構成要素のいずれかを特定する符号の一部に用いる場合がある。また、例えば、1以上の整数の値をとる変数mおよび変数nを含む(m,n)を、最大m×n個の構成要素のいずれかを特定する符号の一部に用いる場合がある。
本実施の形態で説明する表示パネル700は、表示領域231を有する(図11参照)。また、表示パネル700は、駆動回路GDまたは駆動回路SDを備えることができる。表示パネル700は、演算装置等から、情報V11および情報V12を取得する機能を備える。上記演算装置は、表示パネル700が映像等を所望の表示方法で表示できるように、情報V11および情報V12を生成することができる。例えば、映像のうち動画情報を情報V11に含ませ、静止画情報を情報V12に含ませる、等である。表示パネル700は、情報V11に基づいて、第1の表示素子を表示し、情報V12に基づいて、第2の表示素子を表示する。
また、表示パネルは、複数の駆動回路を有することができる。例えば、表示パネル700Bは、駆動回路GDAおよび駆動回路GDBを有する(図12参照)。
<表示領域231>
表示領域231は、一群の複数の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)と、他の一群の複数の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)と、走査線G1(i)と、を有する(図11または図17参照)。また、走査線G2(i)と、配線CSCOMと、第3の導電膜ANOと、信号線S1(j)と、信号線S2(j)と、を有する。なお、iは1以上m以下の整数であり、jは1以上n以下の整数であり、mおよびnは1以上の整数である。
一群の複数の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)は画素702(i,j)を含み、一群の複数の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)は行方向(図中に矢印R1で示す方向)に配設される。
他の一群の複数の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は画素702(i,j)を含み、他の一群の複数の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は行方向と交差する列方向(図中に矢印C1で示す方向)に配設される。
走査線G1(i)および走査線G2(i)は、行方向に配設される一群の複数の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)と電気的に接続される。
列方向に配設される他の一群の複数の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は、信号線S1(j)および信号線S2(j)と電気的に接続される。
<駆動回路GD>
駆動回路GDは、制御情報に基づいて選択信号を供給する機能を有する。
一例を挙げれば、制御情報に基づいて、30Hz以上、好ましくは60Hz以上の頻度で一の走査線に選択信号を供給する機能を備える。これにより、動画像をなめらかに表示することができる。
例えば、制御情報に基づいて、30Hz未満、好ましくは1Hz未満より好ましくは一分に一回未満の頻度で一の走査線に選択信号を供給する機能を備える。これにより、フリッカーが抑制された状態で静止画像を表示することができる。
また、例えば、複数の駆動回路を備える場合、駆動回路GDAが選択信号を供給する頻度と、駆動回路GDBが選択信号を供給する頻度を、異ならせることができる。具体的には、フリッカーが抑制された状態で静止画像を表示する領域より高い頻度で、動画像を滑らかに表示する領域に選択信号を供給することができる。
<駆動回路SD、駆動回路SD1、駆動回路SD2>
駆動回路SDは、駆動回路SD1と、駆動回路SD2と、を有する。駆動回路SD1は、情報V11に基づいて画像信号を供給する機能を有し、駆動回路SD2は、情報V12に基づいて画像信号を供給する機能を有する(図11参照)。
駆動回路SD1は、一の表示素子と電気的に接続される画素回路に供給する画像信号を生成する機能を備える。具体的には、極性が反転する信号を生成する機能を備える。
駆動回路SD2は、一の表示素子とは異なる方法を用いて表示をする他の表示素子と電気的に接続される画素回路に供給する画像信号を生成する機能を備える。例えば、有機EL素子を駆動することができる。
例えば、シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路SDに用いることができる。
例えば、駆動回路SD1および駆動回路SD2が集積された集積回路を、駆動回路SDに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に形成された集積回路を駆動回路SDに用いることができる。
例えば、COG(Chip on glass)法またはCOF(Chip on Film)法を用いて、集積回路を端子にすることが実装できる。具体的には、異方性導電膜を用いて、集積回路を端子に実装することができる。
<画素の構成例>
画素702(i,j)は、第1の表示素子750(i,j)、第2の表示素子550(i,j)および機能層520の一部を備える(図13(C)、図14(A)および図15参照)。尚、本実施の形態で示される第1の表示素子750(i,j)の有する、泳動粒子でありかつ負に帯電した粒子401bは、表示装置内に3種類の色を有することができる。例えば粒子401bとして、第1の表示素子750(i,j)には赤色に着色された粒子を、第1の表示素子750(i,j+1)には緑色に着色された粒子を、第1の表示素子750(i,j+2)には青色に着色された粒子を備えることができる(図示せず)。このとき表示パネル700は着色膜を形成しなくても、カラー表示(色表示)が可能である。
<機能層>
機能層520は、第1の導電膜と、第2の導電膜と、絶縁膜501Cとを含む(図14(A)および図14(B)参照)。また、機能層520は、絶縁層521と、絶縁膜528と、絶縁層518および絶縁層516を含む。また、画素回路530(i,j)を含む(図14(A)、図17参照)。
なお、機能層520は、基板570および基板770の間に挟まれる領域を備える。
<絶縁膜501C>
絶縁膜501Cは、第1の導電膜および第2の導電膜の間に挟まれる領域を備え、絶縁膜501Cは開口部591Aを備える(図15参照)。
<第1の導電膜>
例えば、第1の表示素子750(i,j)の第1の電極751(i,j)を、第1の導電膜に用いることができる。第1の導電膜は、第1の電極751(i,j)と電気的に接続される。
<第2の導電膜>
例えば、導電膜512Bを第2の導電膜に用いることができる。第2の導電膜は、第1の導電膜と重なる領域を備える。第2の導電膜は、開口部591Aにおいて第1の導電膜と電気的に接続される(図15参照)。ところで、絶縁膜501Cに設けられた開口部591Aにおいて第2の導電膜と電気的に接続される第1の導電膜を、貫通電極ということができる。
第2の導電膜は、画素回路530(i,j)と電気的に接続される。例えば、画素回路530(i,j)のスイッチSW1に用いるトランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜を、第2の導電膜に用いることができる。
<画素回路>
画素回路530(i,j)は、第1の表示素子750(i,j)および第2の表示素子550(i,j)を駆動する機能を備える(図17参照)。
スイッチ、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、インダクタまたは容量素子等を画素回路530(i,j)に用いることができる。
例えば、単数または複数のトランジスタをスイッチに用いることができる。または、並列に接続された複数のトランジスタ、直列に接続された複数のトランジスタ、直列と並列が組み合わされて接続された複数のトランジスタを、一のスイッチに用いることができる。
例えば、画素回路530(i,j)は、信号線S1(j)、信号線S2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOMおよび第3の導電膜ANOと電気的に接続される(図17参照)。なお、導電膜512Aは、信号線S1(j)と電気的に接続される(図15および図17参照)。
画素回路530(i,j)は、スイッチSW1、容量素子C11を含む(図17参照)。
画素回路530(i,j)は、スイッチSW2、トランジスタMおよび容量素子C12を含む。
例えば、走査線G1(i)と電気的に接続されるゲート電極と、信号線S1(j)と電気的に接続される第1の電極と、を有するトランジスタを、スイッチSW1に用いることができる。
容量素子C11は、スイッチSW1に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続される第1の電極と、配線CSCOMと電気的に接続される第2の電極と、を有する。
例えば、走査線G2(i)と電気的に接続されるゲート電極と、信号線S2(j)と電気的に接続される第1の電極と、を有するトランジスタを、スイッチSW2に用いることができる。
トランジスタMは、スイッチSW2に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続されるゲート電極と、第3の導電膜ANOと電気的に接続される第1の電極と、を有する。
なお、半導体膜をゲート電極との間に挟むように設けられた導電膜を備えるトランジスタを、トランジスタMに用いることができる。例えば、トランジスタMのゲート電極と同じ電位を供給することができる配線と電気的に接続される導電膜を当該導電膜に用いることができる。
容量素子C12は、スイッチSW2に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続される第1の電極と、トランジスタMの第1の電極と電気的に接続される第2の電極と、を有する。
なお、第1の表示素子750(i,j)の第1の電極を、スイッチSW1に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続する。また、第1の表示素子750(i,j)の第2の電極を、配線VCOM1と電気的に接続する。これにより、第1の表示素子750(i,j)を駆動することができる。
また、第2の表示素子550(i,j)の第3の電極551(i,j)をトランジスタMの第2の電極と電気的に接続し、第2の表示素子550(i,j)の第4の電極552を第4の導電膜VCOM2と電気的に接続する。これにより、第2の表示素子550(i,j)を駆動することができる。
<第1の表示素子750(i,j)>
例えば、光の反射または透過を制御する機能を備える表示素子を、第1の表示素子750(i,j)に用いることができる。具体的には、反射型の表示素子を第1の表示素子750(i,j)に用いることができる。または、シャッター方式のMEMS表示素子等を用いることができる。反射型の表示素子を用いることにより、表示パネルの消費電力を抑制することができる。
第1の表示素子750(i,j)は、第1の電極751(i,j)、第2の電極752および泳動粒子含有層753を備える。第2の電極752は、第1の電極751(i,j)との間に泳動粒子の配置を制御する電界が形成されるように配置される(図14(A)および図15参照)。
<第2の表示素子550(i,j)>
例えば、光を射出する機能を備える表示素子を第2の表示素子550(i,j)に用いることができる。具体的には、有機EL素子等を用いることができる。
第2の表示素子550(i,j)は、絶縁膜501Cに向けて光を射出する機能を備える(図14(A)参照)。
第2の表示素子550(i,j)は、第2の表示素子550(i,j)を用いた表示を、第1の表示素子750(i,j)を用いた表示を視認できる範囲の一部において視認できるように配設される。例えば、外光を反射する強度を制御して画像情報を表示する第1の表示素子750(i,j)に外光が入射し反射する方向を、破線の矢印で図中に示す(図15参照)。また、第1の表示素子750(i,j)を用いた表示を視認できる範囲の一部に第2の表示素子550(i,j)が光を射出する方向を、実線の矢印で図中に示す(図14(A)参照)。
第2の表示素子550(i,j)は、第3の電極551(i,j)と、第4の電極552と、発光性の材料を含む層553(j)と、を備える(図14(A)参照)。
第4の電極552は、第3の電極551(i,j)と重なる領域を備える。
発光性の材料を含む層553(j)は、第3の電極551(i,j)および第4の電極552の間に挟まれる領域を備える。
第3の電極551(i,j)は、接続部522において、画素回路530(i,j)と電気的に接続される。なお、第3の電極551(i,j)は、第3の導電膜ANOと電気的に接続され、第4の電極552は、第4の導電膜VCOM2と電気的に接続される(図17参照)。
<中間膜>
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、中間膜754Cと、中間膜754Dと、を有する。
中間膜754Cは導電膜511Cと接する領域を備える。中間膜754Dは導電膜511Dと接する領域を備える。
<絶縁層521、絶縁膜528、絶縁層518、絶縁層516等>
絶縁層521は、画素回路530(i,j)および第2の表示素子550(i,j)の間に挟まれる領域を備える。
絶縁膜528は、絶縁層521および基板570の間に配設され、第2の表示素子550(i,j)と重なる領域に開口部を備える。
第3の電極551(i,j)の周縁に沿って形成される絶縁膜528は、第3の電極551(i,j)および第4の電極552の短絡を防止する。
絶縁層518は、絶縁層521および画素回路530(i,j)の間に挟まれる領域を備える。
絶縁層516は、絶縁層518および画素回路530(i,j)の間に挟まれる領域を備える。
<端子等>
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、端子519Bおよび端子519Cを有する。
端子519Bは、導電膜511Bと、中間膜754Bと、を備え、中間膜754Bは、導電膜511Bと接する領域を備える。端子519Bは、例えば信号線S1(j)と電気的に接続される(図14(A)、17参照)。
端子519Cは、導電膜511Cと、中間膜754Cと、を備え、中間膜754Cは、導電膜511Cと接する領域を備える。導電膜511Cは、例えば配線VCOM1と電気的に接続される(図15、17参照)。
導電材料CPは、端子519Cと第2の電極752の間に挟まれ、端子519Cと第2の電極752を電気的に接続する機能を備える。例えば、導電性の粒子を導電材料CPに用いることができる。
<基板等>
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、基板570と、基板770と、を有する。
基板770は、基板570と重なる領域を備える。基板770は、基板570との間に機能層520を挟む領域を備える。
<接合層、封止材、構造体等>
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、接合層505と、封止材705と、絶縁体KB1と、を有する。
接合層505は、機能層520および基板570の間に挟まれる領域を備え、機能層520および基板570を貼り合せる機能を備える。
封止材705は、機能層520および基板770の間に挟まれる領域を備え、機能層520および基板770を貼り合わせる機能を備える。
絶縁体KB1は、機能層520および基板770の間に所定の間隙を設ける機能を備える。また絶縁体KB1は各画素領域を区分する隔壁としての機能を有する。
<遮光膜等>
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、遮光膜BMと、絶縁膜771と、を有する。
遮光膜BMは、第1の表示素子750(i,j)と重なる領域に開口部を備える(図15参照)。
絶縁膜771は、遮光膜BMと泳動粒子含有層753の間に挟まれる領域を備える。
<構成要素の例>
表示パネル700は、基板570、基板770、絶縁体KB1、封止材705または接合層505を有する。
また、表示パネル700は、機能層520、絶縁層521または絶縁膜528を有する。
また、表示パネル700は、信号線S1(j)、信号線S2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOMまたは第3の導電膜ANOを有する(図17参照)。
また、表示パネル700は、第1の導電膜または第2の導電膜を有する。
また、表示パネル700は、端子519B、端子519C、導電膜511Bまたは導電膜511Cを有する。
また、表示パネル700は、画素回路530(i,j)またはスイッチSW1を有する。
また、表示パネル700は、第1の表示素子750(i,j)、第1の電極751(i,j)、反射膜、開口部、泳動粒子含有層753または第2の電極752を有する。
また、表示パネル700は、遮光膜BM、絶縁膜771を有する。
また、表示パネル700は、第2の表示素子550(i,j)、第3の電極551(i,j)、第4の電極552または発光性の材料を含む層553(j)を有する。
また、表示パネル700は、絶縁膜501Cを有する。
また、表示パネル700は、駆動回路GDまたは駆動回路SDを有する。
<基板570>
作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を基板570等に用いることができる。例えば、厚さ0.7mm以下厚さ0.1mm以上の材料を基板570に用いることができる。具体的には、厚さ0.1mm程度まで研磨した材料を用いることができる。
例えば、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の面積が大きなガラス基板を基板570等に用いることができる。これにより、大型の表示装置を作製することができる。
有機材料、無機材料または有機材料と無機材料等の複合材料等を基板570等に用いることができる。例えば、ガラス、セラミックス、金属等の無機材料を基板570等に用いることができる。
具体的には、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、アルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラス、石英またはサファイア等を、基板570等に用いることができる。具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸窒化物膜等を、基板570等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を、基板570等に用いることができる。ステンレス・スチールまたはアルミニウム等を、基板570等に用いることができる。
例えば、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を基板570等に用いることができる。これにより、半導体素子を基板570等に形成することができる。
例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチック等の有機材料を基板570等に用いることができる。具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を、基板570等に用いることができる。
例えば、金属板、薄板状のガラス板または無機材料等の膜を樹脂フィルム等に貼り合わせた複合材料を基板570等に用いることができる。例えば、繊維状または粒子状の金属、ガラスもしくは無機材料等を樹脂フィルムに分散した複合材料を、基板570等に用いることができる。例えば、繊維状または粒子状の樹脂もしくは有機材料等を無機材料に分散した複合材料を、基板570等に用いることができる。
また、単層の材料または複数の層が積層された材料を、基板570等に用いることができる。例えば、基材と基材に含まれる不純物の拡散を防ぐ絶縁膜等が積層された材料を、基板570等に用いることができる。具体的には、ガラスとガラスに含まれる不純物の拡散を防ぐ酸化シリコン層、窒化シリコン層または酸化窒化シリコン層等から選ばれた一または複数の膜が積層された材料を、基板570等に用いることができる。または、樹脂と樹脂を透過する不純物の拡散を防ぐ酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜等が積層された材料を、基板570等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層材料等を基板570等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはシリコーン等のシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を基板570等に用いることができる。
具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)またはアクリル等を基板570等に用いることができる。または、シクロオレフィンポリマー(COP)、シクロオレフィンコポリマー(COC)等を用いることができる。
また、紙または木材などを基板570等に用いることができる。
例えば、可撓性を有する基板を基板570等に用いることができる。
なお、トランジスタまたは容量素子等を基板に直接形成する方法を用いることができる。また、例えば作製工程中に加わる熱に耐熱性を有する工程用の基板にトランジスタまたは容量素子等を形成し、形成されたトランジスタまたは容量素子等を基板570等に転置する方法を用いることができる。これにより、例えば可撓性を有する基板にトランジスタまたは容量素子等を形成できる。
<基板770>
例えば、透光性を備える材料を基板770に用いることができる。具体的には、基板570に用いることができる材料から選択された材料を基板770に用いることができる。
例えば、アルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラスまたはサファイア等を、基板770に好適に用いることができる。これにより、使用に伴う表示パネルの破損や傷付きを防止することができる。
<絶縁体KB1>
例えば、有機材料、無機材料または有機材料と無機材料の複合材料を絶縁体KB1等に用いることができる。これにより、所定の間隔を、絶縁体KB1等を挟む構成の間に設けることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の複合材料などを絶縁体KB1に用いることができる。また、感光性を有する材料を用いて形成してもよい。
<封止材705>
無機材料、有機材料または無機材料と有機材料の複合材料等を封止材705等に用いることができる。
例えば、熱溶融性の樹脂または硬化性の樹脂等の有機材料を、封止材705等に用いることができる。
例えば、反応硬化型接着剤、光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤または/および嫌気型接着剤等の有機材料を封止材705等に用いることができる。
具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等を含む接着剤を封止材705等に用いることができる。
<接合層505>
例えば、封止材705に用いることができる材料を接合層505に用いることができる。
<絶縁層521>
例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の複合材料を、絶縁層521等に用いることができる。
具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸化窒化物膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を、絶縁層521等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を含む膜を、絶縁層521等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の積層材料もしくは複合材料などを絶縁層521等に用いることができる。また、感光性を有する材料を用いて形成してもよい。
これにより、例えば絶縁層521と重なるさまざまな構造に由来する段差を平坦化することができる。
<絶縁膜528>
例えば、絶縁層521に用いることができる材料を絶縁膜528等に用いることができる。具体的には、厚さ1μmのポリイミドを含む膜を絶縁膜528に用いることができる。
<絶縁膜501A>
例えば、絶縁層521に用いることができる材料を絶縁膜501Aに用いることができる。また、例えば、水素を供給する機能を備える材料を絶縁膜501Aに用いることができる。
具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料と、シリコンおよび窒素を含む材料と、を積層した材料を、絶縁膜501Aに用いることができる。例えば、加熱等により水素を放出し、放出した水素を他の構成に供給する機能を備える材料を、絶縁膜501Aに用いることができる。具体的には、作製工程中に取り込まれた水素を加熱等により放出し、他の構成に供給する機能を備える材料を絶縁膜501Aに用いることができる。
例えば、原料ガスにシラン等を用いる化学気相成長法により形成されたシリコンおよび酸素を含む膜を、絶縁膜501Aに用いることができる。
具体的には、シリコンおよび酸素を含む厚さ200nm以上600nm以下の材料と、シリコンおよび窒素を含む厚さ200nm程度の材料と、を積層した材料を絶縁膜501Aに用いることができる。
<絶縁膜501C>
例えば、絶縁層521に用いることができる材料を絶縁膜501Cに用いることができる。具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を絶縁膜501Cに用いることができる。これにより、画素回路または第2の表示素子等への不純物の拡散を抑制することができる。
例えば、シリコン、酸素および窒素を含む厚さ200nmの膜を絶縁膜501Cに用いることができる。
<中間膜754B、中間膜754C>
例えば、10nm以上500nm以下、好ましくは10nm以上100nm以下の厚さを有する膜を、中間膜754Bまたは中間膜754Cに用いることができる。
例えば、水素を透過または供給する機能を備える材料を中間膜に用いることができる。
例えば、導電性を備える材料を中間膜に用いることができる。
例えば、透光性を備える材料を中間膜に用いることができる。
具体的には、インジウムおよび酸素を含む材料、インジウム、ガリウム、亜鉛および酸素を含む材料またはインジウム、スズおよび酸素を含む材料等を中間膜に用いることができる。なお、これらの材料は水素を透過する機能を備える。
具体的には、インジウム、ガリウム、亜鉛および酸素を含む厚さ50nmの膜または厚さ100nmの膜を中間膜に用いることができる。
なお、エッチングストッパーとして機能する膜が積層された材料を中間膜に用いることができる。具体的には、インジウム、ガリウム、亜鉛および酸素を含む厚さ50nmの膜と、インジウム、スズおよび酸素を含む厚さ20nmの膜と、をこの順で積層した積層材料を中間膜に用いることができる。
<配線、端子、導電膜>
導電性を備える材料を配線等に用いることができる。具体的には、導電性を備える材料を、信号線S1(j)、信号線S2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOM、第3の導電膜ANO、端子519B、端子519C、導電膜511Bまたは導電膜511C等に用いることができる。
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線等に用いることができる。
具体的には、アルミニウム、金、白金、銀、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウムまたはマンガンから選ばれた金属元素などを、配線等に用いることができる。または、上述した金属元素を含む合金などを、配線等に用いることができる。特に、銅とマンガンの合金がウエットエッチング法を用いた微細加工に好適である。
具体的には、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等を配線等に用いることができる。
具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を、配線等に用いることができる。
具体的には、グラフェンまたはグラファイトを含む膜を配線等に用いることができる。
例えば、酸化グラフェンを含む膜を形成し、酸化グラフェンを含む膜を還元することにより、グラフェンを含む膜を形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
例えば、金属ナノワイヤーを含む膜を配線等に用いることができる。具体的には、銀を含むナノワイヤーを用いることができる。
具体的には、導電性高分子を配線等に用いることができる。
なお、例えば、導電材料ACF1を用いて、端子519Bとフレキシブルプリント基板FPC1を電気的に接続することができる。
<第1の導電膜、第2の導電膜>
例えば、配線等に用いることができる材料を第1の導電膜または第2の導電膜に用いることができる。
また、第1の電極751(i,j)または配線等を第1の導電膜に用いることができる。
また、スイッチSW1に用いることができるトランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜512Bまたは配線等を第2の導電膜に用いることができる。
<第1の表示素子750(i,j)>
例えば、光の反射を制御する機能を備える表示素子を、第1の表示素子750(i,j)に用いることができる。
第1の表示素子750(i,j)は、第1電極と、第2電極と、泳動粒子含有層と、を有する。泳動粒子含有層は、第1電極および第2電極の間の電圧を用いて泳動粒子の配置を制御することができる泳動粒子を含む。
<泳動粒子含有層753>
例えば、実施の形態2で示された材料を用いることができる。
<第1の電極751(i,j)>
例えば、透光性を備える導電膜と、開口部を備える反射膜と、を積層した材料を第1の電極751(i,j)に用いることができる。
<第2の電極752>
例えば、導電性を備える材料を、第2の電極752に用いることができる。可視光について透光性を備える材料を、第2の電極752に用いることができる。
例えば、導電性酸化物、光が透過する程度に薄い金属膜または金属ナノワイヤーを第2の電極752に用いることができる。
具体的には、インジウムを含む導電性酸化物を第2の電極752に用いることができる。または、厚さ1nm以上10nm以下の金属薄膜を第2の電極752に用いることができる。また、銀を含む金属ナノワイヤーを第2の電極752に用いることができる。
具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、アルミニウムを添加した酸化亜鉛などを、第2の電極752に用いることができる。
第1の電極751(i,j)、第2の電極752のうち、自発光型の表示素子が形成される面から遠い方の電極は、反射膜を例とする、配線等に用いる材料を用いることができる。
<着色膜>
図示していないが、所定の色の光を透過する材料を着色膜に用い形成しても良い。これにより、着色膜を例えばカラーフィルタに用いることができる。例えば、青色、緑色または赤色の光を透過する材料を着色膜に用いることができる。また、黄色の光または白色の光等を透過する材料を着色膜に用いることができる。
なお、照射された光を所定の色の光に変換する機能を備える材料を着色膜に用いることができる。具体的には、量子ドットを着色膜に用いることができる。これにより、色純度の高い表示をすることができる。
<遮光膜BM>
光の透過を妨げる材料を遮光膜BMに用いることができる。これにより、遮光膜BMを例えばブラックマトリクスに用いることができる。
<絶縁膜771>
例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を絶縁膜771に用いることができる。
<第2の表示素子550(i,j)>
例えば、発光素子を第2の表示素子550(i,j)に用いることができる。具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子または発光ダイオードなどを、第2の表示素子550(i,j)に用いることができる。例えば、発光性の有機化合物を発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。
例えば、量子ドットを発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。これにより、半値幅が狭く、鮮やかな色の光を発することができる。
例えば、青色の光を射出するように積層された積層材料、緑色の光を射出するように積層された積層材料または赤色の光を射出するように積層された積層材料等を、発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。
例えば、信号線S2(j)に沿って列方向に長い帯状の積層材料を、発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。
また、例えば、白色の光を射出するように積層された積層材料を、発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。具体的には、青色の光を射出する蛍光材料を含む発光性の材料を含む層と、緑色および赤色の光を射出する蛍光材料以外の材料を含む層または黄色の光を射出する蛍光材料以外の材料を含む層と、を積層した積層材料を、発光性の材料を含む層553(j)に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料を第3の電極551(i,j)に用いることができる。具体的には、可視光について反射性を有する材料を、第3の電極551(i,j)に用いることができる。または、可視光について透光性を有する材料を、第3の電極551(i,j)に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料から選択された、可視光について透光性を有する材料を、第4の電極552に用いることができる。
具体的には、導電性酸化物またはインジウムを含む導電性酸化物、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを、第4の電極552に用いることができる。または、光が透過する程度に薄い金属膜を第4の電極552に用いることができる。または、光の一部を透過し、光の他の一部を反射する金属膜を第4の電極552に用いることができる。これにより、微小共振器構造を第2の表示素子550(i,j)に設けることができる。その結果、所定の波長の光を他の光より効率よく取り出すことができる。
<駆動回路GD>
シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路GDに用いることができる。例えば、トランジスタMD、容量素子等を駆動回路GDに用いることができる。具体的には、スイッチSW1に用いることができるトランジスタまたはトランジスタMと同一の工程で形成することができる半導体膜を備えるトランジスタを用いることができる。
なお、トランジスタMと同一の構成を、トランジスタMDに用いることができる。
<トランジスタ>
例えば、同一の工程で形成することができる半導体膜を駆動回路および画素回路のトランジスタに用いることができる。
例えば、ボトムゲート型のトランジスタまたはトップゲート型のトランジスタなどを駆動回路のトランジスタまたは画素回路のトランジスタに用いることができる。
ところで、例えば、アモルファスシリコンを半導体に用いるボトムゲート型のトランジスタの製造ラインは、金属酸化物を半導体に用いるボトムゲート型のトランジスタの製造ラインに容易に改造できる。また、例えばポリシリコンを半導体に用いるトップゲート型の製造ラインは、金属酸化物を半導体に用いるトップゲート型のトランジスタの製造ラインに容易に改造できる。いずれの改造も、既存の製造ラインを有効に活用することができる。
例えば、14族の元素を含む半導体を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、シリコンを含む半導体を半導体膜に用いることができる。例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、微結晶シリコンまたはアモルファスシリコンなどを半導体膜に用いたトランジスタを用いることができる。
なお、半導体にポリシリコンを用いるトランジスタの作製に要する温度は、半導体に単結晶シリコンを用いるトランジスタに比べて低い。
また、ポリシリコンを半導体に用いるトランジスタの電界効果移動度は、アモルファスシリコンを半導体に用いるトランジスタに比べて高い。これにより、画素の開口率を向上することができる。また、極めて高い精細度で設けられた画素と、ゲート駆動回路およびソース駆動回路を同一の基板上に形成することができる。その結果、電子機器を構成する部品数を低減することができる。
ポリシリコンを半導体に用いるトランジスタの信頼性は、アモルファスシリコンを半導体に用いるトランジスタに比べて優れる。
また、化合物半導体を用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、ガリウムヒ素を含む半導体を半導体膜に用いることができる。
また、有機半導体を用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、ポリアセン類またはグラフェンを含む有機半導体を半導体膜に用いることができる。
例えば、金属酸化物を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、インジウムを含む金属酸化物またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む金属酸化物を半導体膜に用いることができる。
一例を挙げれば、オフ状態におけるリーク電流が、半導体膜にアモルファスシリコンを用いたトランジスタより小さいトランジスタを用いることができる。具体的には、金属酸化物を半導体膜に用いたトランジスタを用いることができる。
例えば、半導体膜508、導電膜504、導電膜512Aおよび導電膜512Bを備えるトランジスタをスイッチSW1に用いることができる(図14(B)参照)。なお、絶縁層506は、半導体膜508および導電膜504の間に挟まれる領域を備える。
導電膜504は、半導体膜508と重なる領域を備える。導電膜504はゲート電極の機能を備える。絶縁層506はゲート絶縁膜の機能を備える。
導電膜512Aおよび導電膜512Bは、半導体膜508と電気的に接続される。導電膜512Aはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の一方を備え、導電膜512Bはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の他方を備える。
例えば、タンタルおよび窒素を含む厚さ10nmの膜と、銅を含む厚さ300nmの膜と、を積層した導電膜を導電膜504に用いることができる。なお、銅を含む膜は、絶縁層506との間に、タンタルおよび窒素を含む膜を挟む領域を備える。
例えば、シリコンおよび窒素を含む厚さ400nmの膜と、シリコン、酸素および窒素を含む厚さ200nmの膜と、を積層した材料を絶縁層506に用いることができる。なお、シリコンおよび窒素を含む膜は、半導体膜508との間に、シリコン、酸素および窒素を含む膜を挟む領域を備える。
例えば、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む厚さ25nmの膜を、半導体膜508に用いることができる。
例えば、タングステンを含む厚さ50nmの膜と、アルミニウムを含む厚さ400nmの膜と、チタンを含む厚さ100nmの膜と、をこの順で積層した導電膜を、導電膜512Aまたは導電膜512Bに用いることができる。なお、タングステンを含む膜は、半導体膜508と接する領域を備える。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置の構成について、図19乃至図22を参照しながら説明する。本発明の一態様の入出力装置は、図7に示される構造体602のように、第1の表示素子750(i,j)と、第2の表示素子550(i,j)との間に、トランジスタSWとトランジスタMとが形成された構造を有する。第1の表示素子750(i,j)と、第2の表示素子550(i,j)とは、基板770と基板570との間に形成される。検知素子775(g,h)と第2の表示素子550(i,j)との間に、基板570を有する。
図19は本発明の一態様の入出力装置の構成を説明するブロック図である。
図20は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる入出力パネルの構成を説明する図である。図20(A)は入出力パネルの上面図である。図20(B-1)は入出力パネルの入力部の一部を説明する模式図であり、図20(B-2)は図20(B-1)の一部を説明する模式図である。図20(C)は入出力装置に用いることができる画素702(i,j)の構成を説明する模式図である。
図21および図22は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる入出力パネルの構成を説明する図である。図21(A)は図20(A)の切断線X1-X2、切断線X3-X4、切断線X5-X6における断面図であり、図21(B)は図21(A)の一部の構成を説明する断面図である。
図22は図20(A)の切断線X7-X8、X9-X10、X11-X12における断面図である。
図22において第1の表示素子750(i,j)に到達する光の透過路は、奥行きを考慮されて示されており、したがって光の透過路と別の素子が重なって示されていても、透過路は確保されることを意味する。
本実施の形態で説明する入出力装置は、表示部230と、入力部240と、を有する(図19参照)。なお、入出力装置は、入出力パネル700TP2を備える。
入力部240は検知領域241を備え、検知領域241は表示部230の表示領域231と重なる領域を備える。検知領域241は、表示領域231と重なる領域に近接するものを検知する機能を備える(図21(A)参照)。
<入力部240>
入力部240は、検知領域241、発振回路OSCおよび検知回路DCを備える(図19参照)。
検知領域241は、一群の検知素子775(g,1)乃至検知素子775(g,q)と、他の一群の検知素子775(1,h)乃至検知素子775(p,h)と、を有する。なお、gは1以上p以下の整数であり、hは1以上q以下の整数であり、pおよびqは1以上の整数である。
一群の検知素子775(g,1)乃至検知素子775(g,q)は、検知素子775(g,h)を含み、行方向(図中に矢印R2で示す方向)に配設される。なお、図19に矢印R2で示す方向は、図19に矢印R1で示す方向と同じであっても良いし、異なっていてもよい。
また、他の一群の検知素子775(1,h)乃至検知素子775(p,h)は、検知素子775(g,h)を含み、行方向と交差する列方向(図中に矢印C2で示す方向)に配設される。
行方向に配設される一群の検知素子775(g,1)乃至検知素子775(g,q)は、制御線CL(g)と電気的に接続される電極C(g)を含む(図20(B-2)参照)。
列方向に配設される他の一群の検知素子775(1,h)乃至検知素子775(p,h)は、検知信号線ML(h)と電気的に接続される電極M(h)を含む。
制御線CL(g)は、導電膜BR(g,h)を含む(図21(A)参照)。導電膜BR(g,h)は、検知信号線ML(h)と重なる領域を備える。
絶縁膜706は、検知信号線ML(h)および導電膜BR(g,h)の間に挟まれる領域を備える。これにより、検知信号線ML(h)および導電膜BR(g,h)の短絡を防止することができる。
<検知素子775(g,h)>
検知素子775(g,h)は、制御線CL(g)および検知信号線ML(h)と電気的に接続される。
検知素子775(g,h)は透光性を備える。検知素子775(g,h)は、電極C(g)と、電極M(h)と、を備える。
例えば、画素702(i,j)と重なる領域に開口部を備える導電膜を、電極C(g)および検知信号線ML(h)に用いることができる。これにより、表示パネルの表示を遮ることなく、表示パネルと重なる領域に近接するものを検知することができる。また、入出力装置の厚さを薄くすることができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。
電極C(g)は、制御線CL(g)と電気的に接続される。
電極M(h)は、検知信号線ML(h)と電気的に接続され、電極M(h)は、表示パネル700と重なる領域に近接するものによって一部が遮られる電界を、電極C(g)との間に形成するように配置される。
制御線CL(g)は、制御信号を供給する機能を備える。
検知信号線ML(h)は検知信号を供給される機能を備える。
検知素子775(g,h)は表示パネル700と重なる領域に近接するものとの距離および制御信号に基づいて変化する検知信号を供給する機能を備える。
これにより、表示装置を用いて画像情報を表示しながら、表示装置と重なる領域に近接するものを検知することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。
<発振回路OSC>
発振回路OSCは、制御線CL(g)と電気的に接続され、制御信号を供給する機能を備える。例えば、矩形波、のこぎり波また三角波等を制御信号に用いることができる。
<検知回路DC>
検知回路DCは、検知信号線ML(h)と電気的に接続され、検知信号線ML(h)の電位の変化に基づいて検知信号を供給する機能を備える。なお、検知信号は、例えば、位置情報P1を含む。
<表示部230>
例えば、実施の形態1乃至実施の形態5において説明する表示装置を表示部230に用いることができる。
<入出力パネル700TP2>
入出力パネル700TP2は、機能層720を備える点およびトップゲート型のトランジスタを有する点が、例えば、実施の形態2において説明する表示パネル700とは異なる。ここでは、異なる部分について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分について上記の説明を援用する。
機能層720は、例えば、制御線CL(g)と、検知信号線ML(h)と、検知素子775(g,h)と、を備える(図21または図22参照)。
なお、制御線CL(g)および第2の電極752の間または検知信号線ML(h)および第2の電極752の間に、0.2μm以上16μm以下、好ましくは1μm以上8μm以下、より好ましくは2.5μm以上4μm以下の間隔を備える。
<導電膜511D>
また、本実施の形態で説明する入出力パネル700TP2は、導電膜511Dを有する(図22参照)。
なお図示しないが、制御線CL(g)および導電膜511Dの間に導電材料CP等を配設し、制御線CL(g)と導電膜511Dを電気的に接続することができる。または、検知信号線ML(h)および導電膜511Dの間に導電材料CP等を配設し、検知信号線ML(h)と導電膜511Dを、電気的に接続することができる。例えば、配線等に用いることができる材料を導電膜511Dに用いることができる。
<機能膜770P、770D>
本実施の形態で説明する入出力パネル700TP2は、機能膜770P、770Dを有しても良い(図21(A)参照)。機能膜770P、770Dのうち何れかは、自発光素子の円偏光のうち特定のものを透過させることができる、いわゆる円偏光板の機能を有すると好ましい。但し、着色層を形成した場合は円偏光板の形成は不要である。機能膜770P、770Dは上記目的で、表示パネル700に形成しても良い。
機能膜770P、770Dを有するとき、厚さ0.7mm以下厚さ0.1mm以上の材料を基板570に用いてもよい。具体的には、厚さを薄くするために研磨した基板を用いることができる。これにより、機能膜770P、770Dを第1の表示素子750(i,j)に近づけて配置することができる。その結果、画像のボケを低減し、画像を鮮明に表示することができる。
<端子519D>
また、本実施の形態で説明する入出力パネル700TP2は、端子519Dを有する。端子519Dは、導電膜511Dと電気的に接続する。
端子519Dは、導電膜511Dと、中間膜754Dと、を備え、中間膜754Dは、導電膜511Dと接する領域を備える。
例えば、配線等に用いることができる材料を端子519Dに用いることができる。具体的には、端子519Bまたは端子519Cと同じ構成を端子519Dに用いることができる(図22参照)。
なお、例えば、導電材料ACF2を用いて、端子519Dとフレキシブルプリント基板FPC2を電気的に接続することができる。これにより、例えば、端子519Dを用いて制御信号を制御線CL(g)に供給することができる。または、端子519Dを用いて検知信号を、検知信号線ML(h)から供給されることができる。
<スイッチSW1、トランジスタM、トランジスタMD>
スイッチSW1に用いることができるトランジスタ、トランジスタMおよびトランジスタMDは、絶縁膜501Cと重なる領域を備える導電膜504と、絶縁膜501Cおよび導電膜504の間に挟まれる領域を備える半導体膜508と、を備える。なお、導電膜504はゲート電極の機能を備える(図21(B)参照)。
半導体膜508は、導電膜504と重ならない第1の領域508Aおよび第2の領域508Bと、第1の領域508Aおよび第2の領域508Bの間に導電膜504と重なる第3の領域508Cと、を備える。
トランジスタMDは、第3の領域508Cおよび導電膜504の間に絶縁層506を備える。なお、絶縁層506はゲート絶縁膜の機能を備える。
第1の領域508Aおよび第2の領域508Bは、第3の領域508Cに比べて抵抗率が低く、ソース領域の機能またはドレイン領域の機能を備える。
例えば、金属酸化物膜に希ガスを含むガスを用いるプラズマ処理を施して、第1の領域508Aおよび第2の領域508Bを半導体膜508に形成することができる。
また、例えば、導電膜504をマスクに用いることができる。これにより、第3の領域508Cの一部の形状を、導電膜504の端部の形状に自己整合させることができる。
トランジスタMDは、第1の領域508Aと接する導電膜512Aと、第2の領域508Bと接する導電膜512Bと、を備える。導電膜512Aおよび導電膜512Bは、ソース電極またはドレイン電極の機能を備える。
例えば、トランジスタMDと同一の工程で形成することができるトランジスタをトランジスタMに用いることができる。
このように作製されるタッチセンサを有する表示装置は、キーボード、ハードウェアボタン、ポインティングデバイス、照度センサ、撮像装置、音声入力装置、視点入力装置、姿勢検出装置、のうち一以上と組み合わせて、半導体装置を作製することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる発光素子、特に発光性の材料を含む層553(i,j)について、図18を用いて説明する。
<発光素子の構成例>
まず、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる発光素子の構成について、図18を用いて説明する。図18は、発光素子160の断面模式図である。
なお、発光素子160としては、無機化合物及び有機化合物のいずれか一方または双方を用いることができる。発光素子160に用いる有機化合物としては、低分子化合物または高分子化合物が挙げられる。高分子化合物は、熱的に安定で、塗布法等により容易に均一性に優れた薄膜を形成することができるため好適である。
図18に示す発光素子160は、一対の電極(導電膜138及び導電膜144)を有し、該一対の電極間に設けられたEL層142を有する。EL層142は、少なくとも発光層150を有する。
また、図18に示すEL層142は、発光層150の他に、正孔注入層151、正孔輸送層152、電子輸送層153、及び電子注入層154等の機能層を有する。
なお、本実施の形態においては、一対の電極のうち、導電膜138を陽極として、導電膜144を陰極として説明するが、発光素子160の構成としては、その限りではない。つまり、導電膜138を陰極とし、導電膜144を陽極とし、当該電極間の各層の積層を、逆の順番にしてもよい。すなわち、陽極側から、正孔注入層151と、正孔輸送層152と、発光層150と、電子輸送層153と、電子注入層154と、が積層する順番とすればよい。
なお、EL層142の構成は、図18に示す構成に限定されず、発光層150の他に、正孔注入層151、正孔輸送層152、電子輸送層153、及び電子注入層154の中から選ばれた少なくとも一つを有する構成とすればよい。あるいは、EL層142は、正孔または電子の注入障壁を低減する、正孔または電子の輸送性を向上する、正孔または電子の輸送性を阻害する、または電極による消光現象を抑制する、ことができる等の機能を有する機能層を有する構成としてもよい。なお、機能層はそれぞれ単層であっても、複数の層が積層された構成であってもよい。
発光層150には、低分子化合物および高分子化合物を用いることができる。
なお、本明細書等において、高分子化合物とは、分子量分布を有し、平均分子量が、1×10乃至1×10である重合体である。また、低分子化合物とは、分子量分布を有さず、分子量が、1×10以下の化合物である。
また、高分子化合物は、一つまたは複数の構成単位が重合している化合物である。すなわち、該構成単位とは、高分子化合物が1以上有する単位をいう。
また、高分子化合物は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよく、その他の態様であってもよい。
高分子化合物の末端基が重合活性基を有する場合、発光素子において発光特性または輝度寿命の低下を引き起こす可能性がある。したがって、高分子化合物の末端基は、安定な末端基であると好ましい。該安定な末端基としては、主鎖と共有結合している基が好ましく、炭素-炭素結合を介してアリール基または複素環基と結合する基が好ましい。
発光層150に低分子化合物を用いる場合、ホスト材料として機能する低分子化合物に加えて、発光性の低分子化合物をゲスト材料として有すると好ましい。発光層150中では、ホスト材料が、少なくともゲスト材料より重量比で多く存在し、ゲスト材料は、ホスト材料中に分散される。
ゲスト材料としては、発光性の有機化合物を用いればよく、該発光性の有機化合物としては、蛍光を発することができる物質(以下、蛍光性化合物ともいう)または燐光を発することができる物質(以下、燐光性化合物ともいう)を用いることができる。
本発明の一態様の発光素子160においては、一対の電極(導電膜138及び導電膜144)間に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔(ホール)が、それぞれEL層142に注入され、電流が流れる。そして、注入された電子及び正孔が再結合することによって、励起子が形成される。キャリア(電子および正孔)の再結合によって生じる励起子のうち、一重項励起子と三重項励起子の比(以下、励起子生成確率)は、統計的確率により、1:3となる。そのため、蛍光性化合物を用いた発光素子において、発光に寄与する一重項励起子が生成する割合は25%であり、発光に寄与しない三重項励起子が生成する割合は75%となる。一方、燐光性化合物を用いた発光素子においては、一重項励起子及び三重項励起子の双方が発光に寄与することができる。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子より、燐光性化合物を用いた発光素子の方が、高い発光効率となるため好ましい。
なお、励起子はキャリア(電子および正孔)対のことである。励起子はエネルギーを有するため、励起子が生成した材料は励起状態となる。
発光層150に高分子化合物を用いる場合、該高分子化合物は、構成単位として、正孔を輸送する機能(正孔輸送性)を有する骨格と、電子を輸送する機能(電子輸送性)を有する骨格とを有すると好ましい。あるいは、π電子過剰型複素芳香族骨格または芳香族アミン骨格の少なくとも一つを有し、π電子不足型複素芳香族骨格を有すると好ましい。これらの骨格が、直接または他の骨格を介して結合する。
また、高分子化合物が、正孔輸送性を有する骨格と、電子輸送性を有する骨格と、を有する場合、キャリアバランスを容易に制御することが可能となる。そのため、キャリア再結合領域の制御も簡便に行うことができる。そのためには、正孔輸送性を有する骨格と、電子輸送性を有する骨格と、の構成比率は、1:9から9:1(モル比)の範囲が好ましく、電子輸送性を有する骨格が、正孔輸送性を有する骨格より、構成比率が高いことが、さらに好ましい。
また、高分子化合物は、構成単位として、正孔輸送性を有する骨格および電子輸送性を有する骨格の他に、発光性の骨格を有しても良い。高分子化合物が、発光性の骨格を有する場合、高分子化合物の全構成単位に対する発光性の骨格の構成比率は低いことが好ましく、具体的には、好ましくは0.1mol%以上10mol%以下であり、より好ましくは0.1mol%以上5mol%以下である。
なお、発光素子160に用いる高分子化合物としては、各構成単位の結合方向、結合角、結合長などが異なる化合物を有する場合がある。また、各構成単位が異なる置換基を有してもよく、各構成単位の間に異なる骨格を有していてもよい。また、各構成単位の重合法が異なっていてもよい。
また、発光層150は、ホスト材料として機能する高分子化合物に加えて、発光性の低分子材料をゲスト材料として有してもよい。このとき、ホスト材料として機能する高分子化合物中に、発光性の低分子化合物がゲスト材料として分散され、該高分子化合物が、少なくとも発光性の低分子化合物より重量比で多く存在する。発光性の低分子化合物の含有量は、高分子化合物に対する重量比で、好ましくは0.1wt%以上10wt%以下であり、より好ましくは0.1wt%以上5wt%以下である。
このようにして得られた高い発光効率を有する発光素子を、本発明の一態様の表示装置に用いることにより、より視認性が向上された表示装置を作製することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態8)
本発明の一態様の表示装置は、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、デジタル・マイクロ・シャッター(DMS)、MIRASOL(登録商標)、インターフェロメトリック・モジュレーション(IMOD)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、など、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有する。
反射型表示装置に液晶表示装置に用いる場合、表示装置が有する偏光板の透過率は50%以下である。本発明の一態様の表示装置は、構造中に偏光板を有しないため、外光または発光素子の光の強度の低減を抑えて表示に用いることができる。
本発明の一態様の反射型である第1の表示素子750(i,j)に用いることができる、シャッター方式のMEMS表示素子の構造例を図23乃至図26にて説明する。
図23に示す表示装置100は、表示部102と、支持体106に複数備えられたシャッター状の光量調節手段104を有する。
本発明の一態様の反射型表示素子にて、表示部102は、光反射層を有する。すなわち、シャッター状の光量調節手段104を透過した光が表示部102にて反射し、再度シャッター状の光量調節手段104を透過したとき、この反射型表示素子にて光が視認できる。
シャッター状の光量調節手段104は、表示部102にて反射する光について遮光状態と透過状態を切り替えることができる。なお、光量調節手段104は上記遮光状態と透過状態を切り替えることができる機構を有すればよく、例えば、開口部を有する遮光層と当該開口部を遮光することができる可動遮光層からなるシャッターなどを用いることができる。
本発明の一態様の反射型表示素子にて、表示部102に、画像を表示させても良い。図24は、表示装置100の具体的な投影図である。表示装置100は、行および列内に配置された複数の支持体106a乃至支持体106d(総称して支持体106ともいう)を有する。支持体106は、光量調節手段104と、開口部112とを有し、表示部102の画素110に対応している。また、支持体106そのものは透光性を有している。特定の画素110に対応する色固有の支持体106のうちの1つ以上を選択的に透過状態にすることによって、表示装置100は、カラーの画素110を生成することが可能である。
また、表示部102は、パッシブマトリクス型としてもよいし、トランジスタによって素子の駆動が制御されるアクティブマトリクス型としてもよい。いずれの場合においても、各画素と電気的に接続される配線を格子状に設ける必要がある。開口率の向上を図る点において、表示部の配線として用いる導電膜としては透光性を有する導電材料が好ましい。
また、表示部102をアクティブマトリクス型とする場合、トランジスタも透光性を有する材料で形成するのが好ましい。トランジスタに用いる透光性を有する半導体膜としては、金属酸化物膜を用いるのが好ましい。当該金属酸化物膜としては、In-Sn-Ga-Zn酸化物や、In-Ga-Zn酸化物、In-Sn-Zn酸化物、In-Al-Zn酸化物、Sn-Ga-Zn酸化物、Al-Ga-Zn酸化物、Sn-Al-Zn酸化物や、In-Zn酸化物、Sn-Zn酸化物などが用いられる。
光量調節手段104は、MEMS技術を用いて形成するMEMSシャッターである。光量調節手段104は、MEMS構造体部とMEMS駆動素子部とを設ける。MEMS構造体部は、3次元的な立体構造を有し、かつ一部が可動する微小構造体であるシャッターを複数有する。
また、MEMS構造体部には、遮光層および可動遮光層の他に可動遮光層を基板平面に平行にスライドさせるためのアクチュエータや、可動遮光層を支持する構造体などが含まれる。
また、アクチュエータを介して可動遮光層を駆動させるトランジスタがMEMS駆動素子部に形成される。MEMS駆動素子部に用いるトランジスタは透光性を有する材料で形成されることが好ましく、表示部102で用いるトランジスタと同様のものを用いることができる。また、MEMS駆動素子部の配線として用いる導電膜としては透光性を有する導電材料が好ましい。
また、各支持体106は、走査線114、信号線116、電源線118と電気的に接続され、これらの配線から供給される電位に応じて、光量調節手段104の遮光状態と透過状態を切り替える。
次に、光量調節手段104として用いることのできるMEMSシャッターの構造例について図25を用いて説明する。
図25は、シャッター300である。シャッター300は駆動部311に結合された可動遮光層302を有する。駆動部311は開口部304を有する遮光層(図面が煩雑となるため図示せず)上に設けられており、2つの柔軟性を有するアクチュエータ315を有する。可動遮光層302の一方の辺は、アクチュエータ315と電気的に接続されている。アクチュエータ315は、可動遮光層302を、開口部304を有する遮光層表面に平行な横方向に移動させる機能を有する。
アクチュエータ315は、可動遮光層302および構造体319と電気的に接続する可動電極321と、構造体323と電気的に接続する可動電極325とを有する。可動電極325は、可動電極321に隣接しており、可動電極325の一端は構造体323と電気的に接続し、他端は自由に動くことができる。また、可動電極325の自由に動くことが可能な端部は、可動電極321および構造体319の接続部で最も近くなるように、湾曲している。
可動遮光層302の他方の辺は、駆動部311によって及ぼされた力に対抗する復元力を有するスプリング317に接続されている。スプリング317は構造体327に接続されている。
構造体319、構造体323、構造体327は、開口部304を有する遮光層の表面の近傍において、可動遮光層302、アクチュエータ315、およびスプリング317を、浮遊させる機械的支持体として機能する。
可動遮光層302の下方には、遮光層で囲まれる開口部304が設けられる。なお、可動遮光層302および開口部304の形状はこれに限られるものではない。
シャッター300に含まれる構造体323は、トランジスタ(図示せず)と電気的に接続する。当該トランジスタは、可動遮光層を駆動するためのトランジスタである。これにより、構造体323に接続される可動電極325に、トランジスタを介して任意の電圧を印加することができる。また、構造体319、構造体327は、それぞれ接地電極(GND)と接続する。このため、構造体319に接続する可動電極321、および構造体327に接続するスプリング317の電位は、GNDとなっている。なお、構造体319、構造体327は、任意の電圧を印加できる共通電極と電気的に接続されてもよい。また、スプリング317、構造体327を駆動部311に置き換えて2つの駆動部311をもつシャッターとしてもよい。
可動電極325に電圧が印加されると、可動電極325と可動電極321との間の電位差により、可動電極321および可動電極325が電気的に引き寄せあう。この結果、可動電極321に接続する可動遮光層302が、構造体323の方へ引きよせられ、構造体323の方へ横方向に移動する。可動電極321はスプリングとして働くため、可動電極321と可動電極325との間の電位差が除去されると、可動電極321は、可動電極321に蓄積された応力を解放しながら、可動遮光層302をその初期位置に押し戻す。なお、可動電極321が可動電極325に引き寄せられている状態で、開口部304が可動遮光層302に塞がれるように設定してもよいし、逆に開口部304上に可動遮光層302が重ならないように設定してもよい。
また素子内に磁界を発生させ、可動電極321または可動電極325に対して磁気的な力を加え、上記と同様の動作をさせても良い。このような電気的なまたは磁気的な作用による、遮光手段すなわちMEMSシャッターの動作により、シャッター内にて選択的に光を透過させることが可能となる。
シャッター300の作製方法について、以下に説明する。開口部304を有する遮光層上にフォトリソグラフィ工程により所定の形状を有する犠牲層を形成する。犠牲層としては、ポリイミド、アクリル等の有機樹脂、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン等の無機絶縁膜等で形成することができる。なお、本明細書などにおいて、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものを指し、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものを指すものとする。ここで、酸素および窒素の含有量は、ラザフォード後方散乱法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)または水素前方散乱法(HFS:Hydrogen Forward scattering Spectrometry)を用いて測定するものとする。
次に、犠牲層上に印刷法、スパッタリング法、蒸着法等により遮光性を有する材料を形成した後、選択的にエッチングをしてシャッター300を形成する。遮光性を有する材料としては例えば、クロム、モリブデン、ニッケル、チタン、銅、タングステン、タンタル、ネオジム、アルミニウム、シリコンなどの半導体、金属、合金または酸化物などを用いることができる。または、インクジェット法によりシャッター300を形成する。シャッター300は、厚さ100nm以上5μm以下で形成することが好ましい。
次に、犠牲層を除去することで、空間において可動式のシャッター300を形成することができる。なお、この後、シャッター300の表面を酸素プラズマ、熱酸化等で酸化し、酸化膜を形成することが好ましい。または、原子層蒸着法、CVD法により、シャッター300の表面に、アルミナ、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、DLC(Diamond-Like Carbon)等の絶縁膜を形成することが好ましい。当該絶縁膜をシャッター300に設けることで、シャッター300の経年劣化を低減することができる。
次に、遮光手段を含む制御回路200について図26を用いて説明する。
図26は、表示装置内の制御回路200の概略図である。制御回路200は、遮光手段を遮光状態にするアクチュエータと透過状態にするアクチュエータを有するシャッターを含む支持体206内の画素210のアレイを制御する。アレイ内の画素210は、それぞれが実質的に正方形の形状であり、ピッチ、すなわち、画素間の距離は、180μm乃至200μmである。
制御回路200は、各行の各画素210について、走査線204を有し、各列の各画素210について、第1の信号線208aおよび第2の信号線208bを有する。第1の信号線は、遮光手段を透過状態にする信号を供給し、第2の信号線は、遮光手段を遮光状態にする信号を供給する。制御回路200は、さらに、充電線212と、作動線214と、共通電源線215とを有する。これらの充電線212、作動線214および共通電源線215は、アレイ内の複数行および複数列内の画素210間で共有される。
各画素210は、遮光手段を透過状態にするために充電するトランジスタ216と、遮光手段を透過状態にするために放電するトランジスタ218と、遮光手段を透過状態にするためにデータを書き込むためのトランジスタ217と、容量素子219を有する。なお、トランジスタ216とトランジスタ218は、透過状態にするアクチュエータと電気的に接続されている。
また、各画素210は、遮光手段を遮光状態にするために充電するトランジスタ220と、遮光手段を遮光状態にするために放電するトランジスタ222と、遮光手段を遮光状態にするためにデータを書き込むためのトランジスタ227と、容量素子229を有する。なお、トランジスタ220とトランジスタ222は、遮光状態にするアクチュエータと電気的に接続されている。
また、トランジスタ216、トランジスタ218、トランジスタ220およびトランジスタ222は、金属酸化物以外の材料をチャネル領域に用いたトランジスタであり、十分な高速動作が可能である。
さらに、トランジスタ217およびトランジスタ227は高純度化された金属酸化物をチャネル領域として用いる。高純度化された金属酸化物をチャネル領域として用いるトランジスタは、非導通状態となることによって、浮遊状態となるノード(たとえば、トランジスタ217と、トランジスタ218と、容量素子219とが接続されたノード、トランジスタ220と、トランジスタ227と、容量素子229とが接続されたノード)においてデータを保持することができ、オフ電流が極めて小さい。オフ電流が極めて小さいため、リフレッシュ動作が不要となるか、または、リフレッシュ動作の頻度を極めて低くすることが可能となるため、消費電力を十分に低減することができる。
実際、金属酸化物によって形成されたチャネルの幅Wが1mのトランジスタのオフ電流を測定した結果、ドレイン電圧VDが+1Vまたは+10Vの場合、ゲート電圧VGが-5Vから-20Vの範囲では、トランジスタのオフ電流は検出限界である1×10-12A以下、すなわち、単位チャネル幅(1μm)あたり1aA(1×10-18A)以下となることがわかった。さらにより正確な測定を行った結果、室温(25℃)におけるオフ電流は、ソース-ドレイン電圧が4Vおよび3.1Vにおいて、それぞれ約40zA/μm(つまり、4×10-20A/μm)、10zA/μm(1×10-20A/μm)以下であることが分かった。85℃においても、ソース-ドレイン電圧が3.1Vでは100zA/μm(1×10-19A/μm)以下であることが分かった。
このように、高純度化された金属酸化物を用いたトランジスタではオフ電流が十分に小さいことが確認された。なお、オフ電流のより正確な測定に関しては、特開2011-166130号公報を参照されたい。
また、トランジスタ217およびトランジスタ227の金属酸化物膜と同一平面上に導電膜を形成し、該導電膜を容量素子219および容量素子229の電極の一方として用いる。このような導電膜を用いて形成した容量素子上は、段差が小さく、集積化しやすくなるため、表示装置を微細化することができる。たとえば、容量素子上に遮光手段の一部やトランジスタが重畳し、占有面積が小さく、微細化した表示装置を作製することができる。
制御回路200は、最初に充電線212に電圧を印加する。充電線212はトランジスタ216およびトランジスタ220のそれぞれのゲートとドレインに接続されており、この電圧の印加によって、トランジスタ216およびトランジスタ220を導通させる。充電線212は、支持体206のシャッターの作動に必要な最小限の電圧(例えば15V)が印加される。遮光手段を遮光状態にするアクチュエータと透過状態にするアクチュエータが充電された後は、充電線212は0Vになり、トランジスタ216およびトランジスタ220は非導通状態となる。両方のアクチュエータの電荷は、保持される。
画素の各行は、走査線204に書き込み電圧Vを供給することによって、順に画素210に書き込まれる。画素210の特定の行が書き込まれている間、制御回路200は、データ電圧を画素210の各列に対応した第1の信号線208aまたは第2の信号線208bの一方に印加する。書き込まれる行の走査線204への電圧Vの印加により、対応する行のトランジスタ217およびトランジスタ227は、導通する。トランジスタ217およびトランジスタ227が導通すると、第1の信号線208aおよび第2の信号線208bから供給される電荷は、容量素子219および容量素子229にそれぞれ保持される。
制御回路200において、作動線214は、トランジスタ218およびトランジスタ222のそれぞれのソースに接続される。作動線214を共通電源線215の電位よりもかなり大きな電位にすることで、容量素子219および容量素子229にそれぞれ保持されている電荷に関わらず、トランジスタ218およびトランジスタ222が導通することはない。制御回路200における作動は、作動線214の電位を共通電源線215の電位以下にし、トランジスタ218またはトランジスタ222は、いずれかの容量素子219または容量素子229に保持されたデータの電荷によって導通/非導通が決まる。
トランジスタ218またはトランジスタ222が導通する場合、遮光手段を遮光状態にするアクチュエータの電荷または透過状態にするアクチュエータの電荷はトランジスタ218またはトランジスタ222を介して流出する。たとえば、トランジスタ218のみを導通することによって、透過状態にするアクチュエータの電荷はトランジスタ218を介して作動線214に流出する。結果として、支持体206のシャッターと透過状態にするアクチュエータとの間に電位差が生じ、シャッターは透過状態にするアクチュエータのほうに電気的に引き寄せられ、透過状態となる。
図29(A)に、表示装置100が自発光型である第2の表示素子550(i,j)と積層したときの、構造体605の断面の概略図を示す。図29(A)は位置関係を説明する図であり、図中の各部分の厚さや長さを正確には表していない。また着色膜CFの配設については他の実施の形態を参考とすれば良く、図示を省略している。表示装置100は、基板770上に接して形成されている。また自発光型である第2の表示素子550(i,j)は、基板500上に形成されている。基板500は、接合層505により基板770が貼り付けられ、固定されている。
表示装置100が含む、開口部304と可動遮光層302とは、自発光型である第2の表示素子550(i,j)と少なくとも一部が重なるように配置される。すなわち、自発光型である第2の表示素子550(i,j)から出た光の一部は、開口部304を透過し、表示部102にて矢印750A方向に反射される場合がある。
構造体319、可動電極321、構造体323、可動電極325、のいずれに外光が到達しても、視認することはできないことから、これらの部分は、自発光型である第2の表示素子550(i,j)の表示領域と重ならないことが望ましい。
このような金属酸化物膜を用いた、シャッター方式のMEMS表示素子は、フレームレートを高速にすることができ、より高品位な表示が可能となる。
(実施の形態9)
〔光干渉方式のMEMS表示素子〕
本発明の一態様の反射型である第1の表示素子750(i,j)に用いることができる、光干渉方式のMEMS表示素子の構造例を図27(A)および図27(B)に示す。図27(A)は断面の模式図であり、図27(B)は斜視図である。本実施の形態の光干渉方式のMEMS表示素子は、パッシブマトリクス型である。
自発光型である第2の表示素子550(i,j)は矢印750Aの方向に光を照射し、反射型である第1の表示素子750(i,j)は、矢印750Aの方向に光を反射させる。
反射型である第1の表示素子750(i,j)は、反射電極851、空隙852、支持部853、絶縁膜854、半透過性の電極855、を有する。
反射電極851は、列方向に延在し、半透過性の電極855は行方向に延在する。
支持部853は四隅で列方向電極である反射電極851を支えている。半透過性の電極855と、反射電極851との間に一定以上の電圧を与えることにより、両電極の間で静電力が発生する。反射電極851および支持部853付近にて上記静電力で変形可能な部分があり、空隙852の矢印750Aの方向に沿った長さを変えることができる。半透過性の電極855と反射電極851とは光量調節手段であると言える。
光L11が入射したとき、半透過性の電極855にて反射される光L12と、反射電極851にて反射される光L13と、の干渉光により特定の色の反射光を強めている。
本発明の一態様の光干渉方式のMEMS表示素子の構造例を、図28で示される断面図で示す。図28は、図27(B)に示されたA1とA2との間の線分を含む断面の例である。図28は図27(A)と上下逆に描かれており、矢印750Aの方向に光を反射させることができる。またA1側には、赤色の光を表示させる画素PI1を有し、A2側には、緑色の光を表示させる画素PI2を有する。画素PI1と画素PI2との間は、支持部が形成される領域SAである。
図28に示される構造は、基板860に接して、絶縁膜861を有する。絶縁膜861は、基板の平坦化や、光学設計の必要から形成し、酸化珪素膜や酸化アルミニウム等の絶縁性材料を用いることができる。以下の絶縁膜も上記の絶縁性材料を用いることができる。
絶縁膜861に接して、導電膜862と、絶縁膜863と、導電膜864と、が行方向に延在するように形成される。導電膜862と導電膜864とは、Al、Mo、Cr、あるいはこれらの混合物を一例とする、導電性をもつ材料を用いることができる。導電膜862は光の反射を低減し、また導電膜864との間での光路長の差を適当な大きさとすることで、所望な波長の光を反射させることができる。
絶縁膜861及び導電膜864に接して、絶縁膜865が形成される。絶縁膜865と導電膜864の上に、導電膜866と絶縁膜867とが形成される。絶縁膜865は一例では酸化珪素を材料とし、膜厚は470nmである。
導電膜862と、導電膜866と、は可視光を透過させる。例えば波長が400nm以上800nm未満の範囲の光に対する反射率が5%以上100%未満であって、且つ透過率が10%以上100%未満である導電膜を用いる。導電膜862と、導電膜866と、に用いることのできる材料の一例としては、厚さ1nm乃至30nm、好ましくは1nm乃至15nmの銀(Ag)を含む導電性材料、またはアルミニウム(Al)を含む導電性材料などを用いればよい。本実施の形態では、導電膜862と、導電膜866と、にそれぞれ膜厚7nmのMo-Cr合金を用いる。絶縁膜867の膜厚は、一例では40nmである。
導電膜866は、表示面内で信号を遅延なく導通させるためには膜厚が小さいため、導電膜864と電気的に接続し、導電性を確保している。
絶縁膜867に接して、空隙868Rと空隙868Gとが設けられる。空隙868Rがある領域に、画素PI1を有する。空隙868Gがある領域に、画素PI2を有する。画素PI1と画素PI2とでは表示する色が異なることから、光路長の差も異なるため、空隙868Rと空隙868Gとは、矢印750Aの方向に沿った厚さが異なる。一例では、空隙868Rの厚さを220nmとし、空隙868Gの厚さを150nmとする。尚、青色の画素領域での空隙の厚さは310nmとすればよい。
空隙868Rと空隙868Gとは、実施の形態8で示したように、犠牲層と犠牲層除去により形成される。
また、絶縁膜867に接して、絶縁膜869が形成される。絶縁膜869は図27(A)および図27(B)において支持部853の一部を成している。
絶縁膜869に接して、導電膜870、導電膜871、絶縁膜872、導電膜873が形成される。一例として、導電膜870に膜厚10nmのMoが、導電膜871に膜厚30nmのAlが、形成される。導電膜873は膜厚30nmのAlが形成される。絶縁膜872は一例では酸化珪素にて、PI1を含む領域では180nmの膜厚、PI2を含む領域では460nmの膜厚で形成される。尚、青色の画素領域では絶縁膜872は75nmとすればよい。
導電膜870、導電膜871、絶縁膜872、導電膜873の積層構造は変形が可能であり、すなわち積層構造が空隙868Rあるいは空隙868Gと重なる部分は、変位可能である。導電膜866と導電膜870との間で静電力が発生することにより、空隙868Rあるいは空隙868Gの厚さは0になることが可能であり、反射光の強度を決めることができる。
絶縁膜872の膜厚を、画素PI1と画素PI2とで変えることで、上記空隙の厚さによる光干渉効果以外に、導電膜870と導電膜873との間でも光干渉効果を発生させることができる。
図29(B)に、光干渉方式のMEMS表示素子である反射型である第1の表示素子750(i,j)が自発光型である第2の表示素子550(i,j)と積層したときの、構造体606の断面の概略図を示す。図29(B)は位置関係を説明する図であり、図中の各部分の厚さや長さを正確には表していない。また着色膜CFの配設については他の実施の形態を参考とすれば良く、図示を省略している。
光干渉方式のMEMS表示素子である反射型である第1の表示素子750(i,j)が含む、画素PI1、画素PI2を例とする画素PIは、自発光型である第2の表示素子550(i,j)と少なくとも一部が重なるように配置される。すなわち、自発光型である第2の表示素子550(i,j)から出た光の一部は、画素PIにて矢印750A方向に反射される場合がある。
支持部が形成される領域SAに外光が到達しても、視認することはできないことから、これらの部分は、自発光型である第2の表示素子550(i,j)の表示領域と重ならないことが望ましい。または、支持部が形成される領域SAは、トランジスタMと重なることが好ましい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態10)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる半導体材料について説明する。
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductorまたは単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)、略してOSと呼ぶことができる。また、OS FETと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。
また、本明細書等において、CAAC(c-axis aligned crystal)、及びCAC(Cloud-Aligned Composite)と記載する場合がある。なお、CAACは結晶構造の一例を表し、CACは機能、または材料の構成の一例を表す。
また、本明細書等において、CAC-OSまたはCAC-metal oxideとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、CAC-OSまたはCAC-metal oxideを、トランジスタの活性層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子(またはホール)を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC-OSまたはCAC-metal oxideに付与することができる。CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、本明細書等において、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ0.5nm以上10nm以下、好ましくは0.5nm以上3nm以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記CAC-OSまたはCAC-metal oxideをトランジスタのチャネル領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、CAC-OSまたはCAC-metal oxideは、マトリックス複合材(matrix composite)、または金属マトリックス複合材(metal matrix composite)と呼称することもできる。
<CAC-OSの構成>
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることができるCAC(Cloud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。
CAC-OSとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OS(CAC-OSの中でもIn-Ga-Zn酸化物を、特にCAC-IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2Z2(X2、Y2、およびZ2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4Z4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2Z2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。
つまり、CAC-OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1+x0)Ga(1-x0)(ZnO)m0(-1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa-b面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、CAC-OSは、金属酸化物の材料構成に関する。CAC-OSとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC-OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、CAC-OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC-OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
CAC-OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。
CAC-OSは、X線回折(XRD:X-ray diffraction)測定法のひとつであるOut-of-plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa-b面方向、およびc軸方向の配向は見られないことが分かる。
またCAC-OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC-OSの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano-crystal)構造を有することがわかる。
また例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
CAC-OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC-OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2Z2、またはInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
従って、CAC-OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2Z2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。
また、CAC-OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC-OSは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
このような高い電界効果移動度を有する半導体素子を本発明の一態様の表示装置に用いることにより、視認性と高精細化を両立する、新規な表示装置を作製することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態11)
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に、可視光において半透過性を有する層と、透過性を有する層と、反射性を有する層とを用いて、色純度を高め、色再現性の良好な表示装置を実現する例を、図30を用いて説明する。図30(A)は、図2で示された構造体601である。図30(B)は、図30(A)に示した部位531の拡大図である。
発光素子(自発光型表示素子)をマイクロキャビティ構造とする場合、第3の電極551(i,j)を入射光量のうち一定光量の光を透過して一定光量の光を反射する(半透過)導電性材料を用いて形成し、第4の電極552を、反射率の高い(可視光の反射率が50%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下)導電性材料と、透過率の高い(可視光の透過率が50%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下)導電性材料の積層で形成する。ここでは、第4の電極552を、光を反射する導電性材料で形成された第4の電極552aと、光を透過する導電性材料で形成された第4の電極552bの積層としている。第4の電極552bは、発光性の材料を含む層553(i,j)と第4の電極552aの間に設ける(図30(B)参照)。第3の電極551(i,j)は半反射電極として、第4の電極552aは反射電極として機能できる。
例えば、第3の電極551(i,j)として、厚さ1nm乃至30nm、好ましくは1nm乃至15nmの銀(Ag)を含む導電性材料、またはアルミニウム(Al)を含む導電性材料などを用いればよい。本実施の形態では、第3の電極551(i,j)として厚さ10nmの銀とマグネシウムを含む導電性材料を用いる。
また、第4の電極552aとして厚さ50nm乃至500nm、好ましくは50nm乃至200nmの銀(Ag)を含む導電性材料、またはアルミニウム(Al)を含む導電性材料などを用いればよい。本実施の形態では、第4の電極552aとして厚さ100nmの銀を含む導電性材料を用いる。
また、第4の電極552bとして厚さ1nm乃至200nm、好ましくは5nm乃至100nmのインジウム(In)を含む導電性酸化物、または亜鉛(Zn)を含む導電性酸化物などを用いればよい。本実施の形態では、第4の電極552bとしてインジウム錫酸化物を用いる。また、第4の電極552aの下に、さらに導電性酸化物を設けてもよい。
第4の電極552bの厚さtを変えることで、第3の電極551(i,j)と発光性の材料を含む層553(i,j)の界面から第4の電極552aと第4の電極552bの界面までの光学的距離dを任意の値に設定することができる。画素ごとに第4の電極552bの厚さtを変えることで、同じ発光性の材料を含む層553(i,j)を用いても、画素ごとに異なる発光スペクトルを有する発光素子を設けることができる。よって、各発光色の色純度を高め、色再現性の良好な表示装置を実現することができる。また、画素ごと(発光色ごと)に発光性の材料を含む層553(i,j)を形成する必要がないため、表示装置の作製工程を少なくし、生産性を高めることができる。また、表示装置の高精細化を容易とすることができる。
なお、光学的距離dの調整方法は上記の調整方法に限定されない。例えば、発光性の材料を含む層553(i,j)の膜厚を変えることで光学的距離dを調整してもよい。
また、第2の表示素子550(i,j)と重畳する位置に着色膜CFを設けて、第2の表示素子550(i,j)が照射する光が着色膜CFを透過して外部に射出する構成としてもよい。
このような構成により、表示装置の視認性を高めることができる。本発明の一態様によれば、色純度の高い、より表示品位の良好な表示装置を実現することができる。
(実施の形態12)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に適用可能な、タッチセンサの構成について説明する。表示装置とは別にタッチセンサの電極が組み込まれている場合には、アウトセル型タッチパネル(またはアウトセル型タッチセンサ付表示装置)という場合がある。
なおタッチパネルとは、タッチセンサを搭載した表示装置(または表示モジュール)を指す。タッチパネルは、タッチスクリーンという場合がある。なお、表示装置を有しておらず、タッチセンサのみで構成されている部材に対して、そのような部材のことをタッチパネルと呼ぶ場合もある。または、タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチセンサ付表示装置、表示装置付タッチパネル、または、表示モジュール、などとも呼ばれる場合もある。
なお表示装置の素子基板側にタッチセンサの電極が組み込まれている場合には、フルインセル型タッチパネル(またはフルインセル型タッチセンサ付表示装置)という場合がある。フルインセル型タッチパネルは、例えば、素子基板側に作り込まれる電極をタッチセンサ用の電極としても用いているものである。
また表示装置の素子基板側のみならず、対向基板側にもタッチセンサの電極が組み込まれている場合には、ハイブリッドインセル型タッチパネル(またはハイブリッドインセル型タッチセンサ付表示装置)という場合がある。ハイブリッドインセル型タッチパネルは、例えば、素子基板側に作り込まれる電極と、対向基板側に作り込まれる電極とをタッチセンサ用の電極としても用いているものである。
また対向基板側にタッチセンサの電極が組み込まれている場合には、オンセル型タッチパネル(またはオンセル型タッチセンサ付表示装置)という場合がある。オンセル型タッチパネルは、例えば、対向基板側に作り込まれる電極をタッチセンサ用の電極としても用いているものである。
タッチパネルを有する表示モジュールは、上述したフルインセル型、ハイブリッドインセル型またはオンセル型のように、表示装置にタッチセンサの機能を組み込む。表示モジュールは、上部と下部カバーとの間に、FPCに接続されたタッチパネル、フレーム、プリント基板、バッテリ順に有する。
上記実施の形態で説明した表示装置を、表示モジュールに含まれる表示装置に用いることができる。そのため、表示モジュールは、狭額縁化や、表示品質の向上を図ることができる。
上部カバー及び下部カバーは、表示装置またはタッチパネル等のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチセンサおよびタッチパネルは、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを用いることができる。
フレームは、表示装置またはタッチパネル等の保護機能の他、プリント基板の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレームは、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板は、表示装置またはタッチパネル等を駆動するための各種信号を出力する回路を有する。プリント基板上の各回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリによる電源であってもよい。バッテリは、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュールには、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
また、図16で説明されるように、タッチパネルと、本発明の表示装置とを貼りつける構成でもよい。
入出力パネル700TP1は、表示部501とタッチセンサ595を備える(図16(B)参照)。また、入出力パネル700TP1は、基板510、基板570および基板590を有する。
基板510および基板570には、画素回路および発光素子(例えば第1の発光素子)が形成されており、実施の形態3で示された作製方法により、貼り合わされている。基板590にはタッチセンサが形成されている。すなわち、基板510および基板570に、基板590が貼り合わさり、入出力パネル700TP1が作製される。貼りあわせた後、このような構成において、タッチセンサを基板590から分離する、もしくは基板590を薄くすることにより、入出力パネル700TP1の厚さを小さくすることができる。
表示部501は、基板510、基板510上に複数の画素および当該画素に信号を供給することができる複数の配線511、および画像信号線駆動回路503s(1)を備える。複数の配線511は、基板510の外周部にまで引き回され、その一部が端子519を構成している。端子519はFPC509(1)と電気的に接続する。
<タッチセンサ>
基板590には、タッチセンサ595と、タッチセンサ595と電気的に接続する複数の配線598を備える。複数の配線598は基板590の外周部に引き回され、その一部は端子を構成する。そして、当該端子はFPC509(2)と電気的に接続される。なお、図16(B)では明瞭化のため、基板590の裏面側(基板510と対向する面側)に設けられるタッチセンサ595の電極や配線等を実線で示している。
タッチセンサ595として、例えば静電容量方式のタッチセンサを適用できる。静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。
投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
以下では、投影型静電容量方式のタッチセンサを適用する場合について、図16(B)を用いて説明する。
なお、指等の検知対象の近接または接触を検知することができるさまざまなセンサを適用することができる。
投影型静電容量方式のタッチセンサ595は、電極591と電極592を有する。電極591は複数の配線598のいずれかと電気的に接続し、電極592は複数の配線598の他のいずれかと電気的に接続する。
電極592は、図16(A)、(B)に示すように、一方向に繰り返し配置された複数の四辺形が角部で接続された形状を有する。
電極591は四辺形であり、電極592が延在する方向と交差する方向に繰り返し配置されている。
配線594は、電極592を挟む二つの電極591を電気的に接続する。このとき、電極592と配線594の交差部の面積ができるだけ小さくなる形状が好ましい。これにより、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、透過率のムラを低減できる。その結果、タッチセンサ595を透過する光の輝度ムラを低減することができる。
なお、電極591、電極592の形状はこれに限られず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極591をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極592を、電極591と重ならない領域ができるように離間して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する2つの電極592の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。
接続層599は、配線598とFPC509(2)を電気的に接続する。接続層599としては、様々な異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態13)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び照明装置について、図面を用いて説明する。
本発明の一態様の表示装置を用いて、電子機器や照明装置を作製できる。本発明の一態様の表示装置において可撓性を有する基板を用いることにより、可撓性を有する電子機器や照明装置を作製できる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器または照明装置は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの)を有していてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画または動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部または電子機器に内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能等を有することができる。なお、本発明の一態様の電子機器が有する機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
図32(A)乃至(E)に、湾曲した表示部7000を有する電子機器の一例を示す。表示部7000はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。なお、表示部7000は可撓性を有していてもよい。
表示部7000は、本発明の一態様の表示装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い電子機器を提供できる。
図32(A)、(B)に携帯電話機の一例を示す。図32(A)に示す携帯電話機7100及び図32(B)に示す携帯電話機7110は、それぞれ、筐体7101、表示部7000、操作ボタン7103、外部接続ポート7104、スピーカ7105、マイク7106等を有する。図32(B)に示す携帯電話機7110は、さらに、カメラ7107を有する。
各携帯電話機は、表示部7000にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部7000に触れることで行うことができる。
また、操作ボタン7103の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部7000に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
また、携帯電話機内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯電話機の向き(縦か横か)を判断して、表示部7000の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部7000を触れること、操作ボタン7103の操作、またはマイク7106を用いた音声入力等により行うこともできる。
図32(C)、(D)に携帯情報端末の一例を示す。図32(C)に示す携帯情報端末7200及び図32(D)に示す携帯情報端末7210は、それぞれ、筐体7201及び表示部7000を有する。さらに、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク、アンテナ、カメラ、またはバッテリ等を有していてもよい。表示部7000にはタッチセンサを備える。携帯情報端末の操作は、指やスタイラスなどで表示部7000に触れることで行うことができる。
本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとしてそれぞれ用いることができる。本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
携帯情報端末7200及び携帯情報端末7210は、文字及び画像情報等をその複数の面に表示することができる。例えば、図32(C)、(D)に示すように、3つの操作ボタン7202を一の面に表示し、矩形で示す情報7203を他の面に表示することができる。図32(C)では、携帯情報端末の上面に情報が表示される例を示し、図32(D)では、携帯情報端末の側面に情報が表示される例を示す。また、携帯情報端末の3面以上に情報を表示してもよい。
なお、情報の例としては、SNS(ソーシャル・ネットワーキング・サービス)の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名もしくは送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報が表示されている位置に、情報の代わりに、操作ボタン、アイコンなどを表示してもよい。
例えば、携帯情報端末7200の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末7200を収納した状態で、その表示(ここでは情報7203)を確認することができる。
具体的には、着信した電話の発信者の電話番号または氏名等を、携帯情報端末7200の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末7200をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
図32(E)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7300は、筐体7301に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7303により筐体7301を支持した構成を示している。
図32(E)に示すテレビジョン装置7300の操作は、筐体7301が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7311により行うことができる。または、表示部7000にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7000に触れることで操作してもよい。リモコン操作機7311は、当該リモコン操作機7311から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7311が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部7000に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置7300は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向(送信者から受信者)または双方向(送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など)の情報通信を行うことも可能である。
図32(F)に、湾曲した発光部を有する照明装置の一例を示す。
図32(F)に示す照明装置が有する発光部は、本発明の一態様の表示装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した発光部を備え、且つ信頼性の高い照明装置を提供できる。
図32(F)に示す照明装置7400の備える発光部7411は、凸状に湾曲した2つの発光部が対称的に配置された構成となっている。したがって照明装置7400を中心に全方位を照らすことができる。
また、照明装置7400が備える発光部は可撓性を有していてもよい。発光部を可塑性の部材または可動なフレームなどの部材で固定し、用途に合わせて発光部の発光面を自在に湾曲可能な構成としてもよい。
照明装置7400は、操作スイッチ7403を備える台部7401と、台部7401に支持される発光部を有する。
なおここでは、台部によって発光部が支持された照明装置について例示したが、発光部を備える筐体を天井に固定する、または天井からつり下げるように用いることもできる。発光面を湾曲させて用いることができるため、発光面を凹状に湾曲させて特定の領域を明るく照らす、または発光面を凸状に湾曲させて部屋全体を明るく照らすこともできる。
図33(A)乃至(I)に、可撓性を有し、曲げることのできる表示部7001を有する携帯情報端末の一例を示す。
表示部7001は、本発明の一態様の表示装置等を用いて作製される。例えば、曲率半径0.01mm以上150mm以下で曲げることができる表示装置等を適用できる。また、表示部7001はタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部7001に触れることで携帯情報端末を操作することができる。本発明の一態様により、可撓性を有する表示部を備え、且つ信頼性の高い電子機器を提供できる。
図33(A)、(B)は、携帯情報端末の一例を示す斜視図である。携帯情報端末7500は、筐体7501、表示部7001、引き出し部材7502、操作ボタン7503等を有する。
携帯情報端末7500は、筐体7501内にロール状に巻かれた可撓性を有する表示部7001を有する。引き出し部材7502を用いて表示部7001を引き出すことができる。
また、携帯情報端末7500は内蔵された制御部によって映像信号を受信可能で、受信した映像を表示部7001に表示することができる。また、携帯情報端末7500にはバッテリが内蔵されている。また、筐体7501にコネクターを接続する端子部を備え、映像信号及び電力を有線により外部から直接供給する構成としてもよい。
また、操作ボタン7503によって、電源のON、OFF動作や表示する映像の切り替え等を行うことができる。なお、図33(A)、(B)では、携帯情報端末7500の側面に操作ボタン7503を配置する例を示すが、これに限られず、携帯情報端末7500の表示面と同じ面(おもて面)や、裏面に配置してもよい。
図33(B)には、表示部7001を引き出した状態の携帯情報端末7500を示す。この状態で表示部7001に映像を表示することができる。また、表示部7001の一部がロール状に巻かれた図33(A)の状態と表示部7001を引き出した図33(B)の状態とで、携帯情報端末7500が異なる表示を行う構成としてもよい。例えば、図33(A)の状態のときに、表示部7001のロール状に巻かれた部分を非表示とすることで、携帯情報端末7500の消費電力を下げることができる。
なお、表示部7001を引き出した際に表示部7001の表示面が平面状となるように固定するため、表示部7001の側部に補強のためのフレームを設けていてもよい。
なお、この構成以外に、筐体にスピーカを設け、映像信号と共に受信した音声信号によって音声を出力する構成としてもよい。
図33(C)乃至(E)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図33(C)では、展開した状態、図33(D)では、展開した状態または折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態、図33(E)では、折りたたんだ状態の携帯情報端末7600を示す。携帯情報端末7600は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により一覧性に優れる。
表示部7001はヒンジ7602によって連結された3つの筐体7601に支持されている。ヒンジ7602を介して2つの筐体7601間を屈曲させることにより、携帯情報端末7600を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。
図33(F)、(G)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図33(F)では、表示部7001が内側になるように折りたたんだ状態、図33(G)では、表示部7001が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末7650を示す。携帯情報端末7650は表示部7001及び非表示部7651を有する。携帯情報端末7650を使用しない際に、表示部7001が内側になるように折りたたむことで、表示部7001の汚れ及び傷つきを抑制できる。
図33(H)に、可撓性を有する携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末7700は、筐体7701及び表示部7001を有する。さらに、入力手段であるボタン7703a、7703b、音声出力手段であるスピーカ7704a、7704b、外部接続ポート7705、マイク7706等を有していてもよい。また、携帯情報端末7700は、可撓性を有するバッテリ7709を搭載することができる。バッテリ7709は例えば表示部7001と重ねて配置してもよい。
筐体7701、表示部7001、及びバッテリ7709は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末7700を所望の形状に湾曲させること、及び携帯情報端末7700に捻りを加えることが容易である。例えば、携帯情報端末7700は、表示部7001が内側または外側になるように折り曲げて使用することができる。または、携帯情報端末7700をロール状に巻いた状態で使用することもできる。このように筐体7701及び表示部7001を自由に変形することが可能であるため、携帯情報端末7700は、落下した場合、または意図しない外力が加わった場合であっても、破損しにくいという利点がある。
また、携帯情報端末7700は軽量であるため、筐体7701の上部をクリップ等で把持してぶら下げて使用する、または、筐体7701を磁石等で壁面に固定して使用するなど、様々な状況において利便性良く使用することができる。
図33(I)に腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末7800は、バンド7801、表示部7001、入出力端子7802、操作ボタン7803等を有する。バンド7801は、筐体としての機能を有する。また、携帯情報端末7800は、可撓性を有するバッテリ7805を搭載することができる。バッテリ7805は例えば表示部7001またはバンド7801等と重ねて配置してもよい。
バンド7801、表示部7001、及びバッテリ7805は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末7800を所望の形状に湾曲させることが容易である。
操作ボタン7803は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末7800に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン7803の機能を自由に設定することもできる。
また、表示部7001に表示されたアイコン7804に指等で触れることで、アプリケーションを起動することができる。
また、携帯情報端末7800は、通信規格に準拠した近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
また、携帯情報端末7800は入出力端子7802を有していてもよい。入出力端子7802を有する場合、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子7802を介して充電を行うこともできる。なお、本実施の形態で例示する携帯情報端末の充電動作は、入出力端子を介さずに非接触電力伝送により行ってもよい。
図31(A)に自動車7900の外観を示す。図31(B)に自動車7900の運転席を示す。自動車7900は、車体7901、車輪7902、フロントガラス7903、ライト7904、フォグランプ7905等を有する。
本発明の一態様の表示装置は、自動車7900の表示部などに用いることができる。例えば、図31(B)に示す表示部7910乃至表示部7917に本発明の一態様の表示装置を設けることができる。
表示部7910と表示部7911は、自動車のフロントガラスに設けられている。本発明の一態様では、表示装置が有する電極を、透光性を有する導電性材料で作製することによって、反対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置とすることができる。シースルー状態の表示装置であれば、自動車7900の運転時にも視界の妨げになることがない。よって、本発明の一態様の表示装置を自動車7900のフロントガラスに設置することができる。なお、表示装置に、トランジスタなどを設ける場合には、有機半導体材料を用いた有機トランジスタ、または金属酸化物を用いたトランジスタなど、透光性を有するトランジスタを用いるとよい。
表示部7912はピラー部分に設けられている。表示部7913はダッシュボード部分に設けられている。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部7912に映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補完することができる。同様に、表示部7913では、ダッシュボードで遮られた視界を補完することができ、表示部7914では、ドアで遮られた視界を補完することができる。すなわち、自動車の外側に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。
また、表示部7917は、ハンドルに設けられている。表示部7915、表示部7916、または表示部7917はナビゲーション情報、スピードメーター、タコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定など、その他様々な情報を提供することができる。また、表示部に表示される表示項目及びレイアウトなどは、使用者の好みに合わせて適宜変更することができる。なお、上記情報は、表示部7910乃至表示部7914にも表示することができる。
なお、表示部7910乃至表示部7917は照明装置として用いることも可能である。
本発明の一態様の表示装置が適用される表示部は平面であってもよい。この場合、本発明の一態様の表示装置は、曲面及び可撓性を有さない構成であってもよい。
図31(C)、(D)に、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)の一例を示す。デジタルサイネージは、筐体8000、表示部8001、及びスピーカ8003等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、または操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
図31(D)は円柱状の柱に取り付けられたデジタルサイネージである。
表示部8001が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部8001が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部8001にタッチパネルを適用することで、表示部8001に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
図31(E)に示す携帯型ゲーム機は、筐体8101、筐体8102、表示部8103、表示部8104、マイクロフォン8105、スピーカ8106、操作キー8107、スタイラス8108等を有する。
図31(E)に示す携帯型ゲーム機は、2つの表示部(表示部8103と表示部8104)を有する。なお、本発明の一態様の電子機器が有する表示部の数は、2つに限定されず1つであっても3つ以上であってもよい。電子機器が複数の表示部を有する場合、少なくとも1つの表示部が本発明の一態様の表示装置を有していればよい。
図31(F)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体8111、表示部8112、キーボード8113、ポインティングデバイス8114等を有する。
表示部8112に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
ACF2 導電材料
BM 遮光膜
BM1 遮光膜
BM2 遮光膜
BR(g,h) 導電膜
C(g) 電極
C2 矢印
CF 着色膜
CF1 着色膜
CF2 着色膜
CP 導電材料
DC 検知回路
GD 駆動回路
GDA 駆動回路
GDB 駆動回路
FPC2 プリント基板
KB1 絶縁体
L1 光
L2 光
L3 光
L4 光
L5 光
L12 光
L13 光
M トランジスタ
MD トランジスタ
M(h) 電極
ML(h) 信号線
P1 位置情報
PI1 画素
PI2 画素
R1 矢印
R2 矢印
S1 信号線
S2 信号線
SA 領域
SD 駆動回路
SD1 駆動回路
SD2 駆動回路
SW トランジスタ
SW1 スイッチ
SW2 スイッチ
V11 情報
V12 情報
VCOM1 配線
100 表示装置
102 表示部
104 光量調節手段
110 画素
116 信号線
138 導電膜
144 導電膜
208a 信号線
208b 信号線
210 画素
216 トランジスタ
217 トランジスタ
218 トランジスタ
220 トランジスタ
222 トランジスタ
227 トランジスタ
230 表示部
231 表示領域
240 入力部
241 検知領域
311 駆動部
319 構造体
321 可動電極
323 構造体
325 可動電極
327 構造体
401 マイクロカプセル
402 バインダー
500 基板
500A 樹脂層
500B 樹脂層
501 表示部
501A 絶縁膜
501C 絶縁膜
501D 絶縁層
503s 駆動回路
504 導電膜
505 接合層
505B 接合層
506 絶縁層
508 半導体膜
508A 領域
508B 領域
508C 領域
509 FPC
510 基板
511 配線
511B 導電膜
511C 導電膜
511D 導電膜
512A 導電膜
512B 導電膜
516 絶縁層
518 絶縁層
519 端子
519B 端子
519C 端子
519D 端子
520 機能層
521 絶縁層
522 接続部
528 絶縁膜
550 第2の表示素子
551 電極
552 電極
552a 電極
552b 電極
553(i,j) 発光性の材料を含む層
553(j) 発光性の材料を含む層
560 保護層
590 基板
591 電極
592 電極
594 配線
595 タッチセンサ
598 配線
599 接続層
570 基板
601 構造体
601A 構造体
601B 構造体
601C 構造体
601D 構造体
601E 構造体
601F 構造体
602 構造体
602A 構造体
602B 構造体
603 構造体
604 構造体
605 構造体
606 構造体
611 レーザ光
700 表示パネル
700TP1 入出力パネル
700TP2 入出力パネル
701 絶縁膜
702 画素
704 導電膜
705 封止材
706 絶縁膜
708 半導体膜
710 基板
712A 導電膜
712B 導電膜
716 絶縁膜
718 絶縁膜
720 機能層
721 絶縁膜
750 第1の表示素子
750A 矢印
751 電極
752 電極
753 泳動粒子含有層
754B 中間膜
754C 中間膜
754D 中間膜
770 基板
771 絶縁膜
772 絶縁膜
775 検知素子
780 基板
851 反射電極
854 絶縁膜
855 電極
860 基板
861 絶縁膜
862 導電膜
863 絶縁膜
864 導電膜
865 絶縁膜
866 導電膜
867 絶縁膜
869 絶縁膜
870 導電膜
871 導電膜
872 絶縁膜
873 導電膜
7000 表示部
7001 表示部
7100 携帯電話機
7101 筐体
7103 操作ボタン
7104 外部接続ポート
7105 スピーカ
7106 マイク
7107 カメラ
7110 携帯電話機
7200 携帯情報端末
7201 筐体
7202 操作ボタン
7203 情報
7210 携帯情報端末
7300 テレビジョン装置
7301 筐体
7303 スタンド
7311 リモコン操作機
7400 照明装置
7401 台部
7403 操作スイッチ
7411 発光部
7500 携帯情報端末
7501 筐体
7502 部材
7503 操作ボタン
7600 携帯情報端末
7601 筐体
7602 ヒンジ
7650 携帯情報端末
7651 非表示部
7700 携帯情報端末
7701 筐体
7703a ボタン
7703b ボタン
7704a スピーカ
7704b スピーカ
7705 外部接続ポート
7706 マイク
7709 バッテリ
7800 携帯情報端末
7801 バンド
7802 入出力端子
7803 操作ボタン
7804 アイコン
7805 バッテリ
7900 自動車
7901 車体
7902 車輪
7903 フロントガラス
7904 ライト
7905 フォグランプ
7910 表示部
7911 表示部
7912 表示部
7913 表示部
7914 表示部
7915 表示部
7916 表示部
7917 表示部
8000 筐体
8001 表示部
8003 スピーカ
8101 筐体
8102 筐体
8103 表示部
8104 表示部
8105 マイクロフォン
8106 スピーカ
8107 操作キー
8108 スタイラス
8111 筐体
8112 表示部
8113 キーボード
8114 ポインティングデバイス

Claims (11)

  1. 自発光型の表示素子と、前記自発光型の表示素子と電気的に接続された第1のトランジスタと、反射型の表示素子と、前記反射型の表示素子と電気的に接続された第2のトランジスタと、を有する画素を備え、
    前記自発光型の表示素子は、前記反射型の表示素子より、表示面側に配置され、
    断面視において、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとの間に前記自発光型の表示素子及び前記反射型の表示素子が配置され、且つ、前記第1のトランジスタと前記第2のトランジスタとは、重なるように配置され、
    前記反射型の表示素子は、電極より供給された電力により配置を変える光量調節手段を有し、
    前記反射型の表示素子は、前記光量調節手段にて光を遮蔽し、反射光の強度を変化させる表示装置。
  2. 請求項1において、
    記光量調節手段は、泳動粒子であり、
    前記泳動粒子は、マイクロカプセルに内蔵される表示装置。
  3. 請求項2において、
    前記画素を複数備え、
    前記複数の画素には、第1乃至第3の画素が含まれ、
    前記第1の画素は、第1の色で着色された泳動粒子を有し、
    前記第2の画素は、第2の色で着色された泳動粒子を有し、
    前記第3の画素は、第3の色で着色された泳動粒子を有し、
    前記第2の色で着色された泳動粒子は、前記第1の色で着色された泳動粒子とは異なる色を備え、
    前記第3の色で着色された泳動粒子は、前記第1の色で着色された泳動粒子および前記第2の色で着色された泳動粒子とは異なる色を備える、表示装置。
  4. 請求項2において、
    前記画素を複数備え、
    前記複数の画素には、第1乃至第3の画素が含まれ、
    前記第1の画素は、第1の色で着色された溶液を備え、
    前記第2の画素は、第2の色で着色された溶液を備え、
    前記第3の画素は、第3の色で着色された溶液を備え、
    前記第2の色で着色された溶液は、前記第1の色で着色された溶液とは異なる色を備え、
    前記第3の色で着色された溶液は、前記第1の色で着色された溶液および前記第2の色で着色された溶液とは異なる色を備える表示装置。
  5. 請求項1において、
    光半透過層と、光反射層と、を有し、
    前記光量調節手段は、前記光半透過層または前記光反射層であり、
    前記光半透過層と前記光反射層との距離は、電気的または磁気的作用により、変化が可能であり、
    前記光半透過層は、前記光反射層と前記自発光型の表示素子との間に挟まれる領域を有する表示装置。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れか1項において、
    前記自発光型の表示素子は、可視光を透過し、
    前記反射型の表示素子は、前記自発光型の表示素子を透過した光を反射することができる表示装置。
  7. 請求項1において、
    シャッターと、光反射層と、を有し、
    前記光量調節手段は、前記シャッターであり、
    前記シャッターと前記光反射層とは、重ねて配置される表示装置。
  8. 請求項7において、
    前記自発光型の表示素子は、可視光を透過し、
    前記光反射層は、前記自発光型の表示素子を透過した光を反射することができる表示装置。
  9. 請求項1乃至請求項8の何れか1項において、
    1層または2層以上の着色膜を有し、
    前記着色膜の1層は、少なくとも前記反射型の表示素子と前記自発光型の表示素子との間に挟まれる領域を有する表示装置。
  10. 請求項1乃至請求項8の何れか1項において、
    1層または2層以上の着色膜を有し、
    前記自発光型の表示素子は、少なくとも前記着色膜の1層と前記反射型の表示素子との間に挟まれる領域を有する表示装置。
  11. キーボード、ハードウェアボタン、ポインティングデバイス、タッチセンサ、照度センサ、撮像装置、音声入力装置、視点入力装置、姿勢検出装置のうち一以上と、
    請求項1乃至請求項10に記載の表示装置と、を含む半導体装置。
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