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JP2016038490A - 表示パネル、表示モジュール、及び電子機器 - Google Patents

表示パネル、表示モジュール、及び電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】可撓性を有し、消費電力の低い、また、可撓性を有する、全天候型の表示パネルを提供する。【解決手段】可撓性を有する表示パネルであって、第1の表示素子103及び第2の表示素子107を有し、第1の表示素子103は、第2の表示素子107と重なる第1の部分を有し、第1の部分は、第2の表示素子107側に光を射出することができる機能を有し、第2の表示素子107は、光の透過率が可変である部分を有する。【選択図】図2

Description

本発明の一態様は、表示パネル、表示モジュール、表示装置、及び電子機器に関する。または、本発明の一態様は、表示装置の駆動方法に関する。
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は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物(コンポジション・オブ・マター)に関する。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、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置(例えば、タッチセンサなど)、出力装置、入出力装置(例えば、タッチパネルなど)、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法を一例として挙げることができる。
近年、可撓性を有する基板(以下、可撓性基板とも記す)上に半導体素子、表示素子、又は発光素子などの機能素子が設けられたフレキシブルデバイスの開発が進められている。フレキシブルデバイスの代表的な例としては、照明装置、画像表示装置の他、トランジスタなどの半導体素子を有する種々の半導体回路などが挙げられる。
表示装置は様々な用途への応用が期待されている。表示装置としては、例えば、発光素子を有する発光装置や、液晶素子を有する液晶表示装置が開発されている。
エレクトロルミネッセンス(EL:Electroluminescence)を利用した発光素子(EL素子とも記す)は、薄型軽量化が容易である、入力信号に対し高速に応答可能である、直流低電圧電源を用いて駆動可能である等の特徴を有する。
例えば、特許文献1には、フィルム基板上に、スイッチング素子であるトランジスタや有機EL素子を備えたフレキシブルなアクティブマトリクス型の発光装置が開示されている。
また、特許文献2には、液晶による光の散乱を利用して表示を行う、高分子分散型液晶(PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子分散液晶、ポリマー分散型液晶ともいう)を用いた液晶表示装置が開示されている。高分子分散型液晶を用いた液晶表示装置は、偏光板や配向膜を必要としないため、コストの削減や、消費電力の低減を図ることができる。
特開2003−174153号公報 特開2012−3250号公報
本発明の一態様は、消費電力の低い表示パネルもしくは表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、全天候型の表示パネルもしくは表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、利便性の高い表示パネルもしくは表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、周囲の明るさによらず、視認性の高い表示パネルもしくは表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、可撓性を有する表示パネルもしくは表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、表示パネルもしくは表示装置の薄型化又は軽量化を目的の一とする。
または、本発明の一態様は、新規な表示パネル、表示装置、入出力装置、又は電子機器などを提供することを目的の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、可撓性を有する表示パネルであって、第1の表示素子及び第2の表示素子を有し、第1の表示素子は、第1の表示素子と第2の表示素子とが、互いに重なる第1の部分を有し、第1の表示素子の第1の部分は、第2の表示素子側に光を射出することができる機能を有し、第2の表示素子は、光の透過率が可変である部分を有する、表示パネルである。
また、本発明の一態様は、可撓性を有する表示パネルであって、第1の基板、第2の基板、第1の接着層、第1の表示素子、及び第2の表示素子を有し、接着層は、第1の基板と第2の基板との間に位置し、第1の表示素子は、第1の基板と接着層との間に位置し、第2の表示素子は、第2の基板と接着層との間に位置し、第1の表示素子は、第1の電極、発光性の有機化合物を含む層(以下、EL層と記す)、及び第2の電極を有し、EL層は、第1の電極と第2の電極との間に位置し、第2の表示素子は、第3の電極、液晶を含む層、及び第4の電極を有し、液晶を含む層は、第3の電極と第4の電極との間に位置し、第1の表示素子は、第1の表示素子と第2の表示素子とが、互いに重なる第1の部分を有し、第1の表示素子の第1の部分は、第2の表示素子側に光を射出することができる機能を有し、第2の表示素子は、光の透過率が可変である部分を有する、表示パネルである。
上記各構成において、第1の電極は、第1の基板と第2の電極との間に位置し、第1の電極は、可視光を反射することができる機能を有し、第2の電極は、可視光を透過することができる機能を有し、第3の電極は、可視光を透過することができる機能を有し、第4の電極は、可視光を透過することができる機能を有することが好ましい。
上記各構成において、第2の接着層、第3の接着層、第1の絶縁層、第2の絶縁層、第1のトランジスタ、及び第2のトランジスタを有し、第1の絶縁層は、第1の基板と第1の表示素子の間に位置し、第2の接着層は、第1の基板と第1の絶縁層の間に位置し、第2の絶縁層は、第2の基板と第2の表示素子の間に位置し、第3の接着層は、第2の基板と第2の絶縁層の間に位置し、第1のトランジスタと第1の電極とは、電気的に接続され、第2のトランジスタと第4の電極とは、電気的に接続されることが好ましい。
上記各構成において、着色層及び遮光層を有し、第1の表示素子の第1の部分は、着色層と重なる部分を有し、第2のトランジスタは、遮光層と重なる部分を有し、着色層は、第2の基板と第4の電極の間に位置し、着色層と遮光層とは、同一平面上に設けられている部分を有することが好ましい。
上記各構成において、液晶を含む層は、高分子分散型液晶又は高分子ネットワーク型液晶を含むことが好ましい。
また、本発明の一態様は、上記各構成が適用された表示パネルに、FPC(Flexible printed circuit)もしくはTCP(Tape Carrier Package)などのコネクターが取り付けられた表示モジュールである。または、本発明の一態様は、上記各構成が適用された表示パネルに、COG(Chip On Glass)方式等によりICが実装された表示モジュールである。
また、上記各構成の表示パネルや表示モジュールを用いた電子機器も本発明の一態様である。例えば、本発明の一態様は、上記各構成の表示パネル又は表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、又は操作ボタンと、を有する、電子機器である。
また、本発明の一態様は、表示パネル、検知器、及び駆動装置を有し、表示パネルは、可撓性を有し、表示パネルは、第1の表示素子及び第2の表示素子を有し、検知器は、表示パネルが使用される環境の明るさを検知して、検知情報を供給することができる機能を有し、駆動装置は、検知情報を供給され、かつ表示パネルを駆動することができる機能を有し、駆動装置は、検知情報が所定の明るさ未満の情報を含む場合に、画像信号を第1の表示素子に供給し、かつ光を透過する状態にする信号を第2の表示素子に供給し、検知情報が所定の明るさ以上の情報を含む場合に、画像情報を第2の表示素子に供給することができる機能を有する、表示装置である。
また、本発明の一態様は、検知情報を取得する第1のステップと、検知情報が所定の明るさ未満の情報を含む場合に第3のステップに進み、検知情報が所定の明るさ以上の情報を含む場合に第4のステップに進む第2のステップと、画像信号を第1の表示素子に供給し且つ光を透過する状態にする信号を第2の表示素子に供給する第3のステップと、画像情報を第2の表示素子に供給する第4のステップと、を有する、表示装置の駆動方法である。
本発明の一態様により、消費電力の低い表示パネルもしくは表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、全天候型の表示パネルもしくは表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、利便性の高い表示パネルもしくは表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、周囲の明るさによらず、視認性の高い表示パネルもしくは表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、可撓性を有する表示パネルもしくは表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、表示パネルもしくは表示装置の薄型化又は軽量化が可能となる。
または、本発明の一態様により、新規な表示パネル、表示装置、入出力装置、又は電子機器などを提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示パネルの一例を示す図。 本発明の一態様の表示装置の一例を示す図。 本発明の一態様の表示装置の駆動方法の一例を示す図。 表示パネルの作製方法の一例を示す図。 表示パネルの作製方法の一例を示す図。 表示パネルの作製方法の一例を示す図。 表示パネルの作製方法の一例を示す図。 CAAC−OSの断面におけるCs補正高分解能TEM像、及びCAAC−OSの断面模式図。 CAAC−OSの平面におけるCs補正高分解能TEM像。 CAAC−OS及び単結晶酸化物半導体のXRDによる構造解析を説明する図。 CAAC−OSの電子回折パターンを示す図。 In−Ga−Zn酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。 CAAC−OS及びnc−OSの成膜モデルを説明する模式図。 InGaZnOの結晶及びペレットを説明する図。 CAAC−OSの成膜モデルを説明する模式図。 電子機器及び照明装置の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下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、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、本明細書において、結晶が三方晶又は菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示パネルについて、図1〜図6を用いて説明する。
本発明の一態様は、可撓性を有する表示パネルであって、第1の表示素子及び第2の表示素子を有し、第1の表示素子は、第2の表示素子と重なる第1の部分を有し、第1の表示素子の第1の部分は、第2の表示素子側に光を射出することができる機能を有し、第2の表示素子は、光の透過率が可変である部分を有する、表示パネルである。
本発明の一態様において、第1の表示素子は、発光素子であり、例えば、有機EL素子を適用できる。第2の表示素子は、光を透過する状態と、光を透過しない状態(例えば、光を散乱する状態)とで切り替わることができる素子であり、例えば、高分子分散型液晶又は高分子ネットワーク型液晶を用いた液晶素子を適用できる。
本発明の一態様の表示パネルは、周囲の明るさや、表示パネルへの外光の入射状況に応じて、表示に用いる素子を切り替える(第1の表示素子又は第2の表示素子のどちらを用いて表示するか選択する)ことで、使用者が、周囲の明るさによらず、表示パネルの表示を十分に視認することができる。
例えば、表示パネルに外光が十分に入射されるときは、外光と第2の表示素子を用いて表示を行うことができる。これにより、表示パネルの消費電力を低減させることができる。また、表示パネルの周囲が暗く、表示パネルに入射される外光が少なくても、第1の表示素子からの発光を第2の表示素子が透過する状態とすることで、第1の表示素子を用いて表示を行うことができる。このように、本発明の一態様により、周囲の明るさによらず、視認性が高く利便性の高い表示パネル又は全天候型の表示パネルを実現できる。また、本発明の一態様の表示パネルは、基板等に可撓性を有する材料を用いることで、可撓性を有する表示パネルとすることができる。例えば、基板に有機樹脂フィルムを用いることで、表示パネルのフレキシブル化、薄型化、軽量化等が可能となる。
本発明の一態様の表示パネルは、第1の表示素子1つに対して第2の表示素子を1つ有してもよいし、2つ以上有してもよい。例えば、第1の表示素子で構成される画素の数と第2の表示素子で構成される画素の数が同一であると、第1の表示素子を用いた表示と第2の表示素子を用いた表示が同等の解像度となり、好ましい。
図1(A)は、表示パネル100の上面図である。図1(B)は、図1(A)の一点鎖線A1−A2間の断面図である。
表示パネル100は、基板101、素子層113、接着層105、素子層117、及び基板109を有する。表示パネル100は、基板101と基板109との間に、素子層113及び素子層117を有する。表示パネル100は、素子層113と素子層117の間に、接着層105を有する。
基板101及び基板109はそれぞれ可撓性を有する。なお、基板の一部が可撓性を有していてもよいし、基板全体が可撓性を有していてもよい。
素子層113及び素子層117は、それぞれ、表示素子を有する。各素子層は、さらに、表示素子を駆動するためのトランジスタ等を有していてもよい。素子層113が有する表示素子と、素子層117が有する表示素子とは、互いに重なる素子領域102(画素ともいう)を有する。図1(A)に示すように、素子領域102はマトリクス状に配置され、表示装置の表示領域110を構成している。
図2(A)〜(C)は、それぞれ、図1(A)の一点鎖線B1−B2間の断面図である。なお、図2(A)〜(C)は、それぞれ表示素子103の構成が異なる形態を示している。図2(A)は、表示素子103に塗り分け方式の有機EL素子を適用する場合の一例である。図2(B)は、表示素子103に白色の光を射出する有機EL素子を適用する場合の一例である。図2(C)は、有機EL素子に微小共振器構造(マイクロキャビティともいう)を組み合わせた場合の一例である。
表示パネル100は、基板101、素子層113、接着層105、素子層117、及び基板109を有する。1つの素子領域102には、1つの表示素子103と1つの表示素子107とが重なる領域を有する。素子領域102において、着色層181は、表示素子103及び表示素子107と重なるように配置する。
素子層113は、トランジスタ層121及び表示素子103を有する。
本実施の形態では、表示素子103に有機EL素子を用いる。表示素子103は、下部電極131、EL層133、及び上部電極135を有する。下部電極131は、可視光を反射することができる。上部電極135は、可視光を透過することができる。下部電極131の端部は、絶縁層141によって覆われている。
発光素子を用いて表示を行う場合、複数の発光素子は、それぞれ独立に、発光状態又は非発光状態となる。発光素子を用いた表示は、表示パネルの周囲が暗くても視認性が高い。
図2(A)に示すように、塗り分け方式の発光素子を用いてもよい。発光層等を塗り分けることで、素子領域102によって発光素子の発光色を異ならせることができる。例えば、赤色、黄色、緑色、青色、又は白色の光を呈する発光層をEL層に用いることができる。
図2(B)に示すように、白色の光を射出する発光素子を用いてもよい。発光素子は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、電荷発生層を介して積層されたEL層を複数有するタンデム素子であってもよい。例えば、青色の光を呈する発光層を有する蛍光発光ユニットと、緑色の光を呈する発光層及び赤色の光を呈する発光層を有する燐光発光ユニットと、を有し、白色の光を呈するタンデム素子を用いることができる。
また、図2(C)に示すように、微小共振器構造を発光素子に組み合わせて用いることができる。例えば、発光素子の下部電極及び上部電極を用いて微小共振器構造を構成し、発光素子から特定の光を効率よく取り出してもよい。
具体的には、可視光を反射する反射膜を下部電極131に用い、可視光の一部を透過し一部を反射する半透過・半反射膜を上部電極135に用いる。そして、所定の波長を有する光が効率よく取り出されるように、下部電極131と上部電極135の間の光学距離を調整する。
例えば、第1の下部電極131R、第2の下部電極131G、及び第3の下部電極131Bは、EL層133からの所望の光を共振させ、その波長を強めることができるように、光学距離を調整する機能を有する。なお、光学距離を調整する層は、下部電極131に限られず、発光素子を構成する少なくとも一つの層により光学距離を調整すればよい。
なお、図2(B)、(C)の構成は、EL層133を塗り分けずに発光素子を作製することができるため、表示パネル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、表示パネルの高精細化を容易とすることができる。
素子層117は、トランジスタ層191及び表示素子107を有する。また、素子層117は、着色層181及び遮光層183を有していてもよい。着色層181及び遮光層183は、トランジスタ層191及び表示素子107の間に位置する。
本実施の形態では、表示素子107に液晶素子を用いる。表示素子107は、電極171、液晶を含む層173、及び電極175を有する。電極171は、可視光を透過することができる。電極175は、可視光を透過することができる。
液晶素子を用いて表示を行う場合、複数の液晶素子は、それぞれ独立に、可視光を透過する状態又は可視光を透過しない状態(例えば可視光を散乱する状態)となる。このような液晶素子を用いることで、外光を光源として利用した表示を行うことができ、表示パネルの低消費電力化を実現できる。
液晶素子は、アクティブマトリクス方式であっても、パッシブマトリクス方式であってもよい。
液晶を含む層173は、網目状の構造を備える高分子と網目状の構造を有する高分子から相分離した液晶を含む。
液晶を含む層173には、高分子分散型液晶を用いることが好ましい。高分子分散型液晶は、液晶を高分子中に分散させた層を液晶層として用いる液晶方式である。液晶は、粒径が約0.1μm以上20μm以下(代表的には1μm程度)の微小粒である。なお、駆動方法としてはPDLCモードを用いる。
また、液晶を含む層173には、高分子ネットワーク型液晶(PNLC(Polymer Network Liquid Crystal))を用いてもよい。高分子ネットワーク型液晶は、高分子ネットワーク中に液晶が連続的に配置された層を液晶層として用いる液晶方式である。
液晶を含む層173は、高分子ネットワークを形成する高分子層中に液晶粒が分散された構成となっている。
液晶粒としては、ネマティック液晶を用いることができる。
また、高分子層(ポリマー層)としては光硬化樹脂を用いることができる。光硬化樹脂は、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマーでもよく、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマーでもよく、これらを混合させたものでもよい。また、液晶性のものでも非液晶性のものでもよく、両者を混合させてもよい。光硬化樹脂は、用いる光重合開始剤の反応する波長の光で硬化する樹脂を選択すれば良く、代表的には紫外線硬化樹脂を用いることができる。
例えば、液晶を含む層173は、ネマティック液晶を用いた液晶粒、光硬化樹脂を用いた高分子層、及び光重合開始剤を含む液晶材料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して硬化し、形成することができる。
光重合開始剤は、光照射によってラジカルを発生させるラジカル重合開始剤でもよく、酸を発生させる酸発生剤でもよく、塩基を発生させる塩基発生剤でもよい。
液晶を含む層173を形成する方法として、ディスペンサ法(滴下法)や、毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
また、高分子分散型液晶は、あらかじめ液晶を配向させず、かつ入射した光に偏光を行わないため、配向膜及び偏光板を設けなくてもよい。
従って、高分子分散型液晶を用いた表示パネルは、配向膜及び偏光板を設けないため、配向膜及び偏光板による光の吸収がなく、より高輝度な明るい表示画面とすることができる。よって、光の利用効率がよいため、低消費電力化にもなる。配向膜及び偏光板にかかる工程やコストを削減することができ、より高スループット、低コストを実現できる。また配向膜を設けないためラビング処理も不要となり、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の表示パネルの不良や破損を軽減することができる。よって表示パネルを歩留まりよく作製でき、生産性を向上させることが可能となる。特に、トランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。よってトランジスタを有する表示パネルに高分子分散型液晶材料を用いることはより効果的である。
例えば、屈折率の異方性Δnが0.15以上、好ましくは0.2以上の液晶材料を用いることができる。また、配向した状態の液晶材料とおよそ等しい屈折率を備える高分子を用いることができる。
液晶材料の屈折率の異方性が大きいと、光を散乱する効果が高められ、液晶を含む層173を薄くすることができる。これにより、駆動電圧を低減することができる。
また、材料の比誘電率Δεが大きいと、駆動電圧を低減することができる。
例えば、液晶材料を含むモノマーを重合して、液晶を含む層173を形成することができる。具体的には、液晶材料と、重量百分率でおよそ20%以上30%未満のモノマーと、を含む組成物に紫外線を照射する。紫外線が照射されたモノマーは、液晶材料と相分離しながら重合し、液晶を含む層173を形成することができる。例えば、アクリル系の材料をモノマーに用いることができる。
液晶を含む層173の厚さであるセルギャップは2μm以上30μm以下(好ましくは3μm以上8μm以下)とすればよい。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ(膜厚)の最大値とする。
高分子分散型液晶の動作原理を説明する。液晶を含む層173において、電極171と電極175に電圧を印加しない場合(オフ状態ともいう)は、高分子層内に分散している液晶粒はランダムに配列し高分子の屈折率と液晶分子の屈折率とが異なるため、液晶粒によって、入射した光は散乱された状態となる。
一方、電極171と電極175に電圧を印加した場合(オン状態ともいう)、液晶を含む層173に電界が形成され、液晶粒内の液晶分子は電界方向に配列し高分子の屈折率と液晶分子短軸の屈折率とがほぼ一致するため、入射した光は液晶粒で散乱されず、液晶を含む層173を透過する。よって、液晶を含む層173は透光性となり透明な状態となる。
後述するように、本発明の一態様の表示パネルでは、表示素子103が有する反射電極を利用することにより、外部からの入射光は、液晶を含む層173で散乱した後、該反射電極で反射して、再度、液晶を含む層173に入射するため、液晶を含む層173の2倍の厚さの液晶を含む層173と同等の散乱効果が得られる。したがって、本発明の一態様では、セルギャップを狭くすることができる。セルギャップを狭くすることができると、表示素子107を低電圧で駆動でき好ましい。
トランジスタ層121及びトランジスタ層191は、それぞれ、表示素子を駆動するためのトランジスタを有する。各トランジスタ層は、さらに、抵抗素子、容量素子等の機能素子を有していてもよい。
図3(A)〜(C)を用いて、本発明の一態様の表示パネルの表示方法を説明する。
図3(A)は、表示素子103を動作させて画像を表示する例である。図3(A)では、すべての素子領域102(つまり、すべての画素)において、電極171と電極175の間に電圧が印加された状態となっている。この状態において、液晶を含む層173は可視光を透過する状態174となり、白地の矢印で示すように、表示素子103から射出した光が透過し、画像として表示される。表示素子103を用いることで、屋内での使用等であっても、視認性が高い表示、又は鮮やかな表示を行うことができる。
なお、表示素子103を動作させて画像を表示する際、液晶を含む層173が可視光を散乱する状態となっていてもよい。例えば、表示素子103に点欠陥(輝点欠陥)が生じた場合、表示素子103が射出した光を、液晶を含む層173により散乱させることで、輝点の発光強度を弱め、輝点を見難くすることが可能となる。
図3(B)は、表示素子107を動作させて画像を表示する例である。図3(B)に示す二点鎖線の円内の拡大図を図3(C)に示す。表示素子107は外光の反射を利用して表示を行う。ここでは、赤色の着色層181Rを用いた画素と青色の着色層181Bを用いた画素において、電極171と電極175の間に電圧を印加した場合を例示する。着色層181R及び着色層181Bと重なる液晶を含む層173は可視光を透過する状態174となり、これらの画素に入射した外光(太い点線)は、まず着色層でそれぞれ赤色光、青色光となって液晶を含む層173を通過する。そして、太い実線の矢印で示すように、可視光を反射する下部電極131で反射され、再度、液晶を含む層173と着色層を通過して、画像として表示される。
一方、緑色の着色層181Gを用いた画素の電極171と電極175の間には電圧は印加されず、画素に入射した外光(太い点線の矢印)は着色層181Gで緑色光となり液晶を含む層173に入射した後、細い点線の矢印で示すように、液晶を含む層173内で様々な方向に散乱される。また、液晶を含む層173を通過し表示素子103の下部電極131に到達した光も、下部電極131により反射され、再度、液晶を含む層173に入射し、液晶を含む層173内で様々な方向に散乱される。また、液晶を含む層173を再度通過し、着色層181Gに再度入射した光は、液晶を含む層173での散乱により減衰しており、ほとんど表示パネルから取り出されない。この状況が表示パネルにおける黒表示の状態となる。
本発明の一態様の表示パネルにおいて、着色層の膜厚は、通常の透過型液晶表示パネルに使用する場合に対して半分程度の膜厚とすることが可能である。着色層が薄いと、表示素子103から射出する光の減衰が抑制でき好ましい。表示素子107では外光の反射を使用するため、表示素子内で発光させる必要がなく、消費電力を抑えることが可能となる。
表示パネルは、液晶を含む層173の散乱時に黒表示を行う構成に限られない。例えば、図2(C)に示すように、表示素子103に微小共振器構造を用いる場合などでは、液晶を含む層173の透過時に、表示パネルは黒表示の状態となってもよい。
微小共振器構造を用いると、表示素子103での外光の反射が抑制され、外光がほとんど表示パネルから取り出されないことがある。この状況を表示パネルにおける黒表示の状態としてもよい。この場合、液晶を含む層173での散乱による反射光を着色層から取り出すことで、画像を表示することができる。
図4〜図6に本発明の一態様の表示パネルの具体例を示す。なお、図1〜図3を用いて詳述した構成については、説明を省略する場合がある。
図4(A)に示す表示パネル100は、表示領域110と駆動回路202を有する。表示領域110には、素子領域がマトリクス状に配置されている。図4(A)では、赤色の着色層を用いた素子領域102R、緑色の着色層を用いた素子領域102G、青色の着色層を用いた素子領域102Bの3種類の素子領域(画素)を有する例を示す。さらに、白色の光を射出する(着色層を有していない)素子領域や、黄色の着色層を用いた素子領域を有していてもよい。また、図4(A)に示す表示パネルには、FPC445及びFPC485が電気的に接続されている。
図4(A)に示す一点鎖線A−B、C−D、及びE−F間の断面図を図4(B)に示す。
図4(B)に示す表示パネル100は、表示素子103に塗り分け方式の有機EL素子を適用する場合の一例である。
図4(B)に示す表示パネル100は、基板101、表示素子103、接着層105、表示素子107、絶縁層141、着色層181、遮光層183、及び基板109を有する。表示素子103は、下部電極131、EL層133、及び上部電極135を有する。表示素子107は、電極171、液晶を含む層173、及び電極175を有する。
さらに、図4(B)に示す表示パネル100は、接着層453、絶縁層455、トランジスタ470a、トランジスタ470b、導電層471、容量素子473、絶縁層457、絶縁層461a、絶縁層461b、導電層462、接着層403、遮光層404、絶縁層405、絶縁層406、絶縁層407、絶縁層416a、絶縁層416b、絶縁層416c、トランジスタ420a、トランジスタ420b、導電層436、導電層437、導電層438、導電層439、導電層482、及び接続体483を有する。
基板101と絶縁層455は接着層453で貼り合わされている。基板109と絶縁層405は接着層403で貼り合わされている。絶縁層405や絶縁層455に防湿性の高い膜を用いると、発光素子等の表示素子やトランジスタに水等の不純物が侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が高くなるため好ましい。
絶縁層455上には、トランジスタ470a、トランジスタ470b、導電層471、容量素子473等が設けられている。
トランジスタ420a及びトランジスタ470aは、表示領域110に含まれる。トランジスタ470aは、表示素子103と電気的に接続されている。具体的には、トランジスタ470aのソース又はドレインが、導電層462を介して下部電極131と電気的に接続されている。トランジスタ420aは、表示素子107と電気的に接続されている。具体的には、トランジスタ420aのソース又はドレインが、導電層437及び導電層439を介して、電極175と電気的に接続されている。
また、トランジスタ420b及びトランジスタ470bは、駆動回路202に含まれる。一点鎖線E−F間の断面図に示すトランジスタのソース又はドレインは、導電層436及び導電層438を介して、電極171と電気的に接続されている。
図4(B)では、ゲート電極を2つ有する構造のトランジスタを例示したが、本発明の一態様はこれに限られない。例えば、同一平面上に設けられた2つのトランジスタのうち、一方が1つのゲート電極を有する構造であり、他方が2つのゲート電極を有する構造であってもよい。また、例えば、表示領域110と駆動回路202とで、トランジスタの構造が異なっていてもよい。
導電層471は、駆動回路202に外部からの信号(ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子と電気的に接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC485を設ける例を示している。工程数の増加を防ぐため、導電層471は、発光部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製することが好ましい。導電層471は、導電層482及び接続体483を介して、FPC485と電気的に接続されている。
基板109と遮光層183の間に設けられるトランジスタや配線等に用いる導電層は、表示パネルの使用者から視認される場合がある。特に、電極や配線に光の反射性が高い導電層や透光性の低い導電層を用いると、使用者が該電極や該配線を視認しやすくなる。表示パネルの表示品位の向上のためには、これら電極や配線が使用者に視認されにくいことが好ましい。そこで、遮光層404を設けることが好ましい。遮光層404は基板109から厚さ方向で最も近い導電層と、基板109との間に設けることが好ましい。これにより、表示パネルの使用者に電極や配線が視認されることを抑制でき、表示品位の向上を図ることができる。
絶縁層407及び絶縁層457は、それぞれ、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する。絶縁層406、絶縁層416a、絶縁層416b、絶縁層416c、絶縁層461a、及び絶縁層461bには、それぞれ、トランジスタや導電層等に起因する表面凹凸を低減するために平坦化機能を有する絶縁層を選択することが好適である。
図5に、本発明の一態様の表示パネルの別の例を示す。図5に示す表示パネルは、表示素子103に有機EL素子に微小共振器構造を組み合わせた場合の一例である。なお、先に説明した構成と同様の構成については説明を省略する場合がある。
図5に示す表示パネルは、基板101、表示素子103、接着層105、表示素子107、絶縁層141、着色層181、遮光層183、及び基板109を有する。表示素子103は、第1の電極とEL層の間に光学調整層132を有する。
さらに、図5に示す表示パネルは、接着層453、絶縁層455、トランジスタ470a、トランジスタ470b、導電層471、トランジスタ474、絶縁層457、絶縁層459、絶縁層461a、絶縁層461b、導電層462、接着層403、絶縁層405、絶縁層407、絶縁層409、絶縁層416、トランジスタ420a、トランジスタ420b、導電層421、絶縁層428、接続体443、絶縁層467、及び接続体483を有する。
また、図5に示す表示パネルは、タッチパネルと貼り合わされている。タッチパネルは、基板888、接着層889、絶縁層893、容量素子880、絶縁層897、接着層898、及び基板899を有する。表示パネルの基板109とタッチパネルの基板899は、接着層879で貼り合わされている。
基板888及び基板899は、可撓性を有する。基板888及び基板899は、基板101や基板109に用いることができる材料を適用することができる。
接着層879、接着層889、接着層898には、接着層105に用いることができる材料を適用することができる。なお、タッチパネルは、基板を有していなくてもよく、表示パネルの基板109とタッチパネルの絶縁層897を、接着層で貼り合わせてもよい。
絶縁層897は、絶縁層405及び絶縁層455に用いることができる材料を適用することができる。
容量素子880は、複数の導電層896と、該複数の導電層896と接続する導電層894と、導電層896及び導電層894の間の絶縁層895と、を有する。導電層894を介して、複数の導電層896は電気的に接続されている。容量素子880は、絶縁層893に覆われていてもよい。導電層896は、接続体892を介してFPC891と電気的に接続する。
導電層894及び導電層896は、透光性を有する導電性材料を用いて形成する。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。なお、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。還元する方法としては、熱を加える方法等を挙げることができる。
なお、導電層894、導電層896などの導電膜、つまり、タッチパネルを構成する配線や電極に用いることのできる材料として、一例としては、ITO、インジウム亜鉛酸化物などの透明導電膜などが望ましいが、その他の材料としては、例えば、抵抗値が低いものが望ましい。一例として、銀、銅、アルミニウム、カーボンナノチューブ、グラフェン、ハロゲン化金属(ハロゲン化銀など)などを用いてもよい。さらに、非常に細くした(例えば、直径が数ナノメートル)多数の導電体を用いて構成される金属ナノワイヤを用いてもよい。または、導電体を網目状にした金属メッシュを用いてもよい。一例としては、Agナノワイヤ、Cuナノワイヤ、Alナノワイヤ、Agメッシュ、Cuメッシュ、又はAlメッシュなどを用いてもよい。Agナノワイヤの場合、光透過率は89%以上、シート抵抗値は40Ω/□以上100Ω/□以下を実現することができる。なお、透過率が高いため、表示素子に用いる電極、例えば、画素電極や共通電極に、金属ナノワイヤ、金属メッシュ、カーボンナノチューブ、グラフェンなどを用いてもよい。
トランジスタ474は、表示領域110に含まれる。図5では、素子領域に、ゲート電極を1つ有する構造のトランジスタを適用し、駆動回路にゲート電極を2つ有する構造のトランジスタを適用する例を示す。
導電層421は、駆動回路202に外部からの信号や電位を伝達する外部入力端子と電気的に接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC445を設ける例を示している。導電層421は、接続体443を介して、FPC445と電気的に接続されている。
絶縁層409及び絶縁層459は、それぞれ、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する。
絶縁層428は、スペーサとしての機能を有し、表示素子107が有する一対の電極の間隔を調整することができる。また、絶縁層467は、スペーサとしての機能を有し、表示素子103が有する一対の電極の間隔を調整することができる。
図6に、本発明の一態様の表示パネルの別の例を示す。図5に示す表示パネルは、トップエミッション型であったが、図6では、ボトムエミッション型の例を示す。なお、先に説明した構成と同様の構成については説明を省略する場合がある。
図6に示す表示パネルは、基板101、表示素子103、接着層105a、接着層105b、表示素子107、絶縁層141、着色層181、遮光層183、及び基板109を有する。
さらに、図6に示す表示パネルは、接着層453、トランジスタ470a、トランジスタ470b、導電層471、絶縁層455、絶縁層457、絶縁層459、絶縁層461a、絶縁層461b、導電層462、接着層403、絶縁層405、絶縁層407、絶縁層409、絶縁層416、トランジスタ420a、トランジスタ420b、導電層421、絶縁層428、接続体443、基板451、絶縁層467、及び接続体483を有する。
基板451は、可撓性を有する。基板451は、基板101や基板109に用いることができる材料を適用することができる。
図6では、絶縁層455と基板451が接着層105aにより貼り合わされ、基板451と表示素子107の電極が接着層105bにより貼り合わされている例を示す。表示パネルは、基板451を有していなくてもよく、絶縁層455と表示素子107の電極が接着層で貼り合わせてもよい。
図6では、図5とは異なる構造のトランジスタを適用する例を示す。具体的には、トランジスタのチャネル形成領域となる半導体膜の一部の領域上に、ゲート電極及びゲート絶縁膜を形成したのち、半導体膜の、ゲート電極及びゲート絶縁膜に覆われていない領域を低抵抗化して、ソース領域及びドレイン領域を形成する、セルフアライン(自己整合)構造のトランジスタを示す。
次に、表示パネルに用いることができる材料等を説明する。なお、本明細書中で先に説明した構成については説明を省略する場合がある。
基板101及び基板109には、ガラス、石英、有機樹脂、金属、合金などの材料を用いることができる。表示パネルの表示面側の基板には、可視光を透過する材料を用いる。
特に、可撓性基板を用いることが好ましい。例えば、有機樹脂や可撓性を有する程度の厚さのガラス、金属、合金を用いることができる。
ガラスに比べて有機樹脂は比重が小さいため、可撓性基板として有機樹脂を用いると、ガラスを用いる場合に比べて表示パネルを軽量化でき、好ましい。
基板には、靱性が高い材料を用いることが好ましい。これにより、耐衝撃性に優れ、破損しにくい表示パネルを実現できる。例えば、有機樹脂基板や、厚さの薄い金属基板もしくは合金基板を用いることで、ガラス基板を用いる場合に比べて、軽量であり、破損しにくい表示パネルを実現できる。
金属材料や合金材料は熱伝導性が高く、基板全体に熱を容易に伝導できるため、表示パネルの局所的な温度上昇を抑制することができ、好ましい。金属材料や合金材料を用いた基板の厚さは、10μm以上200μm以下が好ましく、20μm以上50μm以下であることがより好ましい。
金属基板や合金基板を構成する材料としては、特に限定はないが、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、又は、アルミニウム合金もしくはステンレス等の金属の合金などを好適に用いることができる。
また、基板に、熱放射率が高い材料を用いると表示パネルの表面温度が高くなることを抑制でき、表示パネルの破壊や信頼性の低下を抑制できる。例えば、基板を金属基板と熱放射率の高い層(例えば、金属酸化物やセラミック材料を用いることができる)の積層構造としてもよい。
可撓性基板は、上記材料を用いた層が、装置の表面を傷などから保護するハードコート層(例えば、窒化シリコン層など)や、押圧を分散可能な材質の層(例えば、アラミド樹脂層など)等と積層されて構成されていてもよい。
可撓性基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示パネルとすることができる。
例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタや表示素子を形成することができる。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、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)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。
つまり、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
接着層105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、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。又は、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が機能素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、発光素子からの光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
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、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、トップゲート型又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。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、シリコン、ゲルマニウム、有機半導体等が挙げられる。または、In−Ga−Zn系金属酸化物などの、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくとも一つを含む酸化物半導体を用いてもよい。
特に、表示素子103に接続されるトランジスタ、及び表示素子107に接続されるトランジスタに、オフ状態においてリークする電流が極めて小さいトランジスタを用いると、画像信号を保持することができる時間を長くすることができる。例えば、画像信号の書き込みを11.6μHz(1日に1回)以上0.1Hz(1秒間に0.1回)未満の頻度、好ましくは0.28mHz(1時間に1回)以上1Hz(1秒間に1回)未満の頻度としても画像を保持することができる。これにより、画像信号の書き込みの頻度を低減することができる。その結果、表示パネル100の消費電力を削減することができる。もちろん、画像信号の書き込みを30Hz(1秒間に30回)以上、好ましくは60Hz(1秒間に60回)以上960Hz(1秒間に960回)未満の頻度とすることもできる。
オフ状態においてリークする電流が極めて小さいトランジスタとしては、例えば、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを用いることができる。具体的には、少なくともインジウム(In)、亜鉛(Zn)及びM(Al、Ga、Ge、Y、Zr、Sn、La、CeまたはHf等の金属)を含むIn−M−Zn酸化物で表記される材料を含む酸化物半導体を、好適に半導体層に用いることができる。または、InとZnの双方を含むことが好ましい。
例えば、ソースとドレインとの間の電圧を0.1V、5V、または、10V程度とした場合に、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流を数yA/μm乃至数zA/μmにまで低減することが可能となる。
酸化物半導体膜を構成する酸化物半導体として、例えば、In−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物、In−Ga系酸化物を用いることができる。
なお、ここで、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
本発明の一態様に好適に用いることができる、酸化物半導体については、実施の形態4で詳述する。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又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。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。例えば、単結晶シリコン、ポリシリコンまたはアモルファスシリコンなどをトランジスタの半導体層に適用できる。
トランジスタの特性安定化等のため、下地膜を設けることが好ましい。下地膜としては、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜などの無機絶縁膜を用い、単層で又は積層して作製することができる。下地膜はスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法(プラズマCVD法、熱CVD法、MOCVD(Metal Organic CVD)法など)、ALD(Atomic Layer Deposition)法、塗布法、印刷法等を用いて形成できる。なお、下地膜は、必要で無ければ設けなくてもよい。
発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流又は電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、発光ダイオード(LED)、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
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。
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、又はこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金、アルミニウム、ニッケル、及びランタンの合金(Al−Ni−La)等のアルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)や、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金(Ag−Pd−Cu、APCとも記す)、銀とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム合金膜に接する金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、アルミニウム合金膜の酸化を抑制することができる。該金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタン、酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とITOの積層膜、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いることができる。
微小共振器構造を組み合わせる場合、発光素子の上部電極には、半透過・半反射電極を用いることができる。半透過・半反射電極は、反射性を有する導電性材料と透光性を有する導電性材料により形成される。該導電性材料としては、可視光の反射率が20%以上80%以下、好ましくは40%以上70%以下であり、かつその抵抗率が1×10−2Ω・cm以下の導電性材料が挙げられる。半透過・半反射電極としては、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを1種又は複数種用いて形成することができる。とくに、仕事関数が小さい(3.8eV以下)材料を用いることが好ましい。例えば、元素周期表の第1族又は第2族に属する元素(リチウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等)、これら元素を含む合金(例えば、Ag−Mg、Al−Li)、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀等を用いることができる。また、半透過・半反射電極としては、スパッタリング法、蒸着法、印刷法または塗布法等を用いて形成することができる。
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、又はメッキ法を用いて形成することができる。
下部電極131及び上部電極135の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層133に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層133において再結合し、EL層133に含まれる発光物質が発光する。
EL層133は少なくとも発光層を有する。EL層133は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。
EL層133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。EL層133を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
発光素子は、2以上の発光物質を含んでいてもよい。これにより、例えば、白色発光の発光素子を実現することができる。例えば2以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより白色発光を得ることができる。例えば、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、又はO(橙)等の発光を示す発光物質や、R、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質を用いることができる。例えば、青の発光を示す発光物質と、黄の発光を示す発光物質を用いてもよい。このとき、黄の発光を示す発光物質の発光スペクトルは、緑及び赤のスペクトル成分を含むことが好ましい。また、発光素子の発光スペクトルは、可視領域の波長(例えば350nm以上750nm以下、又は400nm以上800nm以下など)の範囲内に2以上のピークを有することが好ましい。
EL層133は、複数の発光層を有していてもよい。EL層133において、複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、分離層を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と、燐光発光層との間に、分離層を設けてもよい。
分離層は、例えば、燐光発光層中で生成する燐光材料等の励起状態から蛍光発光層中の蛍光材料等へのデクスター機構によるエネルギー移動(特に三重項エネルギー移動)を防ぐために設けることができる。分離層は数nm程度の厚さがあればよい。具体的には、0.1nm以上20nm以下、あるいは1nm以上10nm以下、あるいは1nm以上5nm以下である。分離層は、単一の材料(好ましくはバイポーラ性の物質)、又は複数の材料(好ましくは正孔輸送性材料及び電子輸送性材料)を含む。
分離層は、該分離層と接する発光層に含まれる材料を用いて形成してもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。例えば、燐光発光層が、ホスト材料、アシスト材料、及び燐光材料(ゲスト材料)からなる場合、分離層を、該ホスト材料及びアシスト材料で形成してもよい。上記構成を別言すると、分離層は、燐光材料を含まない領域を有し、燐光発光層は、燐光材料を含む領域を有する。これにより、分離層と燐光発光層とを燐光材料の有無で蒸着することが可能となる。また、このような構成とすることで、分離層と燐光発光層を同じチャンバーで成膜することが可能となる。これにより、製造コストを削減することができる。
遮光層は、隣接する着色層の間に設けられている。遮光層は隣接する発光素子からの光を遮光し、隣接する発光素子間における混色を抑制する。ここで、着色層の端部を、遮光層と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。遮光層としては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができ、例えば、金属材料や顔料や染料を含む樹脂材料を用いてブラックマトリクスを形成すればよい。なお、遮光層は、駆動回路部などの発光部以外の領域に設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制できるため好ましい。
着色層は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。各着色層は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ法を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。また、白色の副画素では、発光素子と重ねて透明又は白色等の樹脂を配置してもよい。
絶縁層405や絶縁層455としては、防湿性の高い絶縁膜を用いることが好ましい。又は、絶縁層405や絶縁層455は、意図しない不純物の発光素子等への拡散を防ぐ機能を有していることが好ましい。
防湿性の高い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
例えば、防湿性の高い絶縁膜の水蒸気透過量は、1×10−5[g/m・day]以下、好ましくは1×10−6[g/m・day]以下、より好ましくは1×10−7[g/m・day]以下、さらに好ましくは1×10−8[g/m・day]以下とする。
発光素子は、一対の防湿性の高い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性の低下を抑制できる。
絶縁層407、絶縁層409、絶縁層457及び絶縁層459としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層406、絶縁層416a、絶縁層416b、絶縁層416c、絶縁層461a、及び絶縁層461bとしては、例えば、ポリイミド、アクリル、ポリアミド、ポリイミドアミド、ベンゾシクロブテン系樹脂等の有機材料をそれぞれ用いることができる。また、低誘電率材料(low−k材料)等を用いることができる。また、絶縁膜を複数積層させることで、各絶縁層を形成してもよい。
絶縁層141としては、有機絶縁材料又は無機絶縁材料を用いて形成する。樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、又はフェノール樹脂等を用いることができる。特に感光性の樹脂材料を用い、下部電極上に開口部を形成し、その開口部の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
絶縁層141の形成方法は、特に限定されないが、フォトリソグラフィ法、スパッタ法、蒸着法、液滴吐出法(インクジェット法等)、印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷等)等を用いればよい。
絶縁層428及び絶縁層467は、それぞれ、無機絶縁材料、有機絶縁材料、金属材料等を用いて形成することができる。例えば、無機絶縁材料や有機絶縁材料としては、上記絶縁層に用いることができる各種材料が挙げられる。
トランジスタの電極や配線、又は発光素子の補助電極等として機能する、表示パネルに用いる導電層は、例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらの元素を含む合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。また、導電層は、導電性の金属酸化物を用いて形成してもよい。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム(In等)、酸化スズ(SnO等)、ZnO、ITO、インジウム亜鉛酸化物(In−ZnO等)又はこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
接続体としては、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。
本明細書等において、表示素子、表示素子を有するパネルである表示パネル、発光素子、及び発光素子を有するパネルである発光パネルは、様々な形態を用いること、又は様々な素子を有することができる。表示素子、表示パネル、発光素子又は発光パネルの一例としては、EL素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイパネル(PDP)、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)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)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、カーボンナノチューブなど、電気磁気的作用により、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ものがある。EL素子を用いた表示パネルの一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示パネルの一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示パネルの一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク、電子粉流体、又は電気泳動素子を用いた表示パネルの一例としては、電子ペーパーなどがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部又は全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部又は全部が、アルミニウム、銀などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。なお、LEDを用いる場合、LEDの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDが有するGaN半導体層は、MOCVDで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。
例えば、本明細書等において、画素に能動素子(アクティブ素子、非線形素子)を有するアクティブマトリクス方式、又は画素に能動素子を有しないパッシブマトリクス方式を用いることができる。
アクティブマトリクス方式では、トランジスタだけでなく、様々な能動素子を用いることができる。例えば、MIM(Metal Insulator Metal)、又はTFD(Thin Film Diode)などを用いることも可能である。これらの素子は、製造工程が少ないため、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。又は、これらの素子は、素子のサイズが小さいため、開口率を向上させることができ、低消費電力化や高輝度化を図ることができる。
パッシブマトリクス方式では、能動素子を用いないため、製造工程を少なくすることができ、製造コストの低減、又は歩留まりの向上を図ることができる。又は、パッシブマトリクス方式では、能動素子を用いないため、開口率を向上させることができ、低消費電力化、又は高輝度化などを図ることができる。
なお、本発明の一態様の表示パネルは、表示パネルとして用いてもよいし、照明パネルとして用いてもよい。例えば、バックライトやフロントライトなどの光源、つまり、表示パネルのための照明パネルとして活用してもよい。
以上のように、本発明の一態様の表示パネルは、表示素子103と表示素子107を有し、表示素子107は高分子分散型液晶を有し、表示素子107は表示素子103が射出する光を透過する状態または散乱する状態にすることができる機能を備える。これにより、表示素子を選択的に利用することができ、低消費電力化及び利便性に優れた新規な表示パネルを提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置とその駆動方法について図7及び図8を用いて説明する。
図7は本発明の一態様の表示装置を説明するブロック図である。図7に示す表示装置200は、表示パネル100と、検知器215と、駆動装置213を有する。
表示パネル100には、実施の形態1で説明した、本発明の一態様の表示パネルを用いることができる。
検知器215は、表示装置200が使用される環境の明るさを検知することができる。検知器215は、該検知した明るさの情報を含む検知情報を駆動装置213に供給することができる。例えば、光電変換素子と光電変換素子が供給する信号に基づいて、環境の照度を検出および出力する回路を検知器215に用いることができる。検知器215は、例えば、フォトダイオード、CCD又はCMOイメージセンサ等を有していてもよい。
駆動装置213は、検知器215から供給された情報を元に表示パネル100の駆動方法を決定し、表示パネル100を駆動することができる。
駆動装置213は、検知情報が所定の明るさ未満の情報を含む場合に、画像信号を表示素子103に供給し、かつ光を透過する状態にする信号を表示素子107に供給し、検知情報が所定の明るさ以上の情報を含む場合に、画像情報を表示素子107に供給する機能を有する。
次に、図8に示すフローチャートを用いて、表示装置200の駆動方法の一例を説明する。
まず、表示装置200内の検知器215を用いて、照度を検出する(ステップS101)。
ステップS101で、検知された照度が、所定の照度X未満であれば、表示素子107に透過信号を供給する(ステップS102)。これにより、表示素子107が光を透過する状態となる。そして、画像信号を表示素子103に供給し、画像を表示させる(ステップS103)。
一方、ステップS101で、検知された照度が、所定の照度X以上であれば、表示素子103をオフ状態とする(ステップS104)。そして、画像信号を表示素子107に供給し、画像を表示させる(ステップS105)。
そして、タイマー等で予め設定した時間が経過した後にステップS101に戻り、再度照度を検出し、上記ステップを繰り返す。
表示素子103では自発光により画像を表示させるため電力消費を伴うが、表示素子107は外光を利用して画像を表示させる。したがって、照度が高い環境下においては、外光及び表示素子107を用いて画像表示することで、表示装置の消費電力を大幅に削減することができる。また、本発明の一態様の表示装置は、照度により自動で表示状態が変えることができるため、使用者がどちらの表示素子を用いるかを常に設定する必要はない。ゆえに、低消費電力化で利便性に優れた表示装置を提供することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示パネルの作製方法について、図9〜図12を用いて説明する。
まず、作製基板201上に剥離層203を形成し、剥離層203上に被剥離層205を形成する(図9(A))。また、作製基板221上に剥離層223を形成し、剥離層223上に被剥離層225を形成する(図9(B))。
ここでは、島状の剥離層を形成する例を示したがこれに限られない。この工程では、作製基板から被剥離層を剥離する際に、作製基板と剥離層の界面、剥離層と被剥離層の界面、又は剥離層中で剥離が生じるような材料を選択する。本実施の形態では、被剥離層と剥離層の界面で剥離が生じる場合を例示するが、剥離層や被剥離層に用いる材料の組み合わせによってはこれに限られない。なお、被剥離層が積層構造である場合、剥離層と接する層を特に第1の層と記す。
例えば、剥離層がタングステン膜と酸化タングステン膜との積層構造である場合、タングステン膜と酸化タングステン膜との界面(又は界面近傍)で剥離が生じることで、被剥離層側に剥離層の一部(ここでは酸化タングステン膜)が残ってもよい。また被剥離層側に残った剥離層は、その後除去してもよい。
作製基板には、少なくとも作製行程中の処理温度に耐えうる耐熱性を有する基板を用いる。作製基板としては、例えばガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラミック基板、金属基板、樹脂基板、プラスチック基板などを用いることができる。
作製基板にガラス基板を用いる場合、作製基板と剥離層との間に、下地膜として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の絶縁膜を形成すると、ガラス基板からの汚染を防止でき、好ましい。
剥離層は、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素、該元素を含む合金材料、又は該元素を含む化合物材料等を用いて形成できる。シリコンを含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。また、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化亜鉛、二酸化チタン、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、In−Ga−Zn酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。剥離層に、タングステン、チタン、モリブデンなどの高融点金属材料を用いると、被剥離層の形成工程の自由度が高まるため好ましい。
剥離層は、例えばスパッタリング法、プラズマCVD法、塗布法(スピンコーティング法、液滴吐出法、ディスペンス法等を含む)、印刷法等により形成できる。剥離層の厚さは例えば10nm以上200nm以下、好ましくは20nm以上100nm以下とする。
剥離層が単層構造の場合、タングステン層、モリブデン層、又はタングステンとモリブデンの混合物を含む層を形成することが好ましい。また、タングステンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、モリブデンの酸化物もしくは酸化窒化物を含む層、又はタングステンとモリブデンの混合物の酸化物もしくは酸化窒化物を含む層を形成してもよい。なお、タングステンとモリブデンの混合物とは、例えば、タングステンとモリブデンの合金に相当する。
また、剥離層として、タングステンを含む層とタングステンの酸化物を含む層の積層構造を形成する場合、タングステンを含む層を形成し、その上層に酸化物で形成される絶縁膜を形成することで、タングステン層と絶縁膜との界面に、タングステンの酸化物を含む層が形成されることを活用してもよい。また、タングステンを含む層の表面を、熱酸化処理、酸素プラズマ処理、亜酸化窒素(NO)プラズマ処理、オゾン水等の酸化力の強い溶液での処理等を行ってタングステンの酸化物を含む層を形成してもよい。またプラズマ処理や加熱処理は、酸素、窒素、亜酸化窒素単独、あるいは該ガスとその他のガスとの混合気体雰囲気下で行ってもよい。上記プラズマ処理や加熱処理により、剥離層の表面状態を変えることにより、剥離層と後に形成される絶縁膜との密着性を制御することが可能である。
なお、作製基板と被剥離層の界面で剥離が可能な場合には、剥離層を設けなくてもよい。例えば、作製基板としてガラスを用い、ガラスに接してポリイミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネート、アクリル等の有機樹脂を形成する。次に、レーザ照射や加熱処理を行うことで、作製基板と有機樹脂の密着性を向上させる。そして、有機樹脂上に絶縁膜やトランジスタ等を形成する。その後、先のレーザ照射よりも高いエネルギー密度でレーザ照射を行う、又は、先の加熱処理よりも高い温度で加熱処理を行うことで、作製基板と有機樹脂の界面で剥離することができる。また、剥離の際には、作製基板と有機樹脂の界面に液体を浸透させて分離してもよい。
当該方法では、耐熱性の低い有機樹脂上に絶縁膜やトランジスタ等を形成するため、作製工程で基板に高温をかけることが難しい。ここで、酸化物半導体を用いたトランジスタは、高温の作製工程が必須でないため、有機樹脂上に好適に形成することができる。
なお、該有機樹脂を、装置を構成する基板として用いてもよいし、該有機樹脂を除去し、被剥離層の露出した面に接着剤を用いて別の基板を貼り合わせてもよい。
または、作製基板と有機樹脂の間に金属層を設け、該金属層に電流を流すことで該金属層を加熱し、金属層と有機樹脂の界面で剥離を行ってもよい。
被剥離層として形成する層に特に限定は無い。例えば、図4に示す表示パネルを作製する場合は、被剥離層205として、絶縁層455、トランジスタ470a、トランジスタ470b、表示素子103等を形成し、被剥離層225として、絶縁層405、遮光層404、トランジスタ420a、トランジスタ420b、着色層181、遮光層183、表示素子107等を形成すればよい。
剥離層に接して形成する絶縁層405、455は、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、又は窒化酸化シリコン膜等を用いて、単層又は多層で形成することが好ましい。
該絶縁層は、スパッタリング法、プラズマCVD法、塗布法、印刷法等を用いて形成することが可能であり、例えば、プラズマCVD法によって成膜温度を250℃以上400℃以下として形成することで、緻密で非常に防湿性の高い膜とすることができる。なお、絶縁層の厚さは10nm以上3000nm以下、さらには200nm以上1500nm以下が好ましい。
次に、作製基板201と作製基板221とを、それぞれの被剥離層が形成された面が対向するように、接着層207を用いて貼り合わせ、接着層207を硬化させる(図9(C))。
なお、作製基板201と作製基板221の貼り合わせは減圧雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、図9(C)では、剥離層203との剥離層223の大きさが異なる場合を示したが、図9(D)に示すように、同じ大きさの剥離層を用いてもよい。
接着層207は剥離層203、被剥離層205、被剥離層225、及び剥離層223と重なるように配置する。そして、接着層207の端部は、剥離層203又は剥離層223の少なくとも一方(先に剥離したい方)の端部よりも内側に位置することが好ましい。これにより、作製基板201と作製基板221が強く密着することを抑制でき、後の剥離工程の歩留まりが低下することを抑制できる。
接着層207には、例えば、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型の接着剤等を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。接着剤としては、所望の領域にのみ配置できる程度に流動性の低い材料を用いることが好ましい。例えば、接着シート、粘着シート、シート状もしくはフィルム状の接着剤を用いてもよい。例えば、OCA(optical clear adhesive)フィルムを好適に用いることができる。
接着剤は、貼り合わせ前から粘着性を有していてもよく、貼り合わせ後に加熱や光照射によって粘着性を発現してもよい。
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、大気中の水分の侵入による機能素子の劣化を抑制でき、装置の信頼性が向上するため好ましい。
次に、レーザ光の照射により、剥離の起点を形成する(図10(A)(B))。
作製基板201及び作製基板221はどちらから剥離してもよい。剥離層の大きさが異なる場合、大きい剥離層を形成した基板から剥離してもよいし、小さい剥離層を形成した基板から剥離してもよい。一方の基板上にのみ半導体素子、発光素子、表示素子等の素子を作製した場合、素子を形成した側の基板から剥離してもよいし、他方の基板から剥離してもよい。ここでは、作製基板201を先に剥離する例を示す。
レーザ光は、硬化状態の接着層207と、被剥離層205と、剥離層203とが重なる領域に対して照射する(図10(A)の矢印P1参照)。
第1の層の一部を除去することで、剥離の起点を形成できる(図10(B)の点線で囲った領域参照)。このとき、第1の層だけでなく、被剥離層205の他の層や、剥離層203、接着層207の一部を除去してもよい。
レーザ光は、剥離したい剥離層が設けられた基板側から照射することが好ましい。剥離層203と剥離層223が重なる領域にレーザ光の照射をする場合は、被剥離層205及び被剥離層225のうち被剥離層205のみにクラックを入れることで、選択的に作製基板201及び剥離層203を剥離することができる(図10(B)の点線で囲った領域参照。ここでは被剥離層205を構成する各層の一部を除去する例を示す。)。
そして、形成した剥離の起点から、被剥離層205と作製基板201とを分離する(図10(C)(D))。これにより、被剥離層205を作製基板201から作製基板221に転置することができる。なお、剥離の起点よりも外側に形成された接着層207は、作製基板201側又は作製基板221の少なくとも一方に残存することになる。図10(C)(D)では双方の側に残存する例を示すがこれに限られない。
例えば、剥離の起点から、物理的な力(人間の手や治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理等)によって被剥離層と作製基板201とを分離すればよい。
また、剥離層203と被剥離層との界面に水などの液体を浸透させて作製基板201と被剥離層とを分離してもよい。毛細管現象により液体が剥離層203と被剥離層の間にしみこむことで、容易に分離することができる。また、剥離時に生じる静電気が、被剥離層に含まれる機能素子に悪影響を及ぼすこと(半導体素子が静電気により破壊されるなど)を抑制できる。
次に、露出した被剥離層205と基板231とを、接着層233を用いて貼り合わせ、接着層233を硬化させる(図11(A))。
なお、被剥離層205と基板231の貼り合わせは減圧雰囲気下で行うことが好ましい。
次に、レーザ光の照射により、剥離の起点を形成する(図11(B)(C))。
レーザ光は、硬化状態の接着層233と、被剥離層225と、剥離層223とが重なる領域に対して照射する(図11(B)の矢印P2参照)。第1の層の一部を除去することで、剥離の起点を形成できる(図11(C)の点線で囲った領域参照。ここでは被剥離層225を構成する各層の一部を除去する例を示す。)。このとき、第1の層だけでなく、被剥離層225の他の層や、剥離層223、接着層233の一部を除去してもよい。
レーザ光は、剥離層223が設けられた作製基板221側から照射することが好ましい。
そして、形成した剥離の起点から、被剥離層225と作製基板221とを分離する(図11(D))。これにより、被剥離層205及び被剥離層225を基板231に転置することができる。なお、剥離の起点よりも外側に形成された接着層233は、作製基板221側又は基板231の少なくとも一方に残存することになる。図11(D)では双方の側に残存する例を示すがこれに限られない。
以上に示した本発明の一態様の表示パネルの作製方法では、それぞれ剥離層及び被剥離層が設けられた一対の作製基板を貼り合わせた後、レーザ光の照射により剥離の起点を形成し、それぞれの剥離層と被剥離層とを剥離しやすい状態にしてから、剥離を行う。これにより、剥離工程の歩留まりを向上させることができる。
また、それぞれ被剥離層が形成された一対の作製基板をあらかじめ貼り合わせた後に、剥離をし、作製したい装置を構成する基板を貼り合わせることができる。したがって、被剥離層の貼り合わせの際に、可撓性が低い作製基板どうしを貼り合わせることができ、可撓性基板どうしを貼り合わせた際よりも貼り合わせの位置合わせ精度を向上させることができる。
なお、図12(A)に示すように、剥離したい被剥離層205の端部は、剥離層203の端部よりも内側に位置するよう形成することが好ましい。これにより、剥離工程の歩留まりを高くすることができる。また、剥離したい被剥離層205が複数ある場合、図12(B)に示すように、被剥離層205ごとに剥離層203を設けてもよいし、図12(C)に示すように、1つの剥離層203上に複数の被剥離層205を設けてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示パネル等に適用できる酸化物半導体について図13〜図20を用いて説明する。
<酸化物半導体の構造について>
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
酸化物半導体は、例えば、非単結晶酸化物半導体と単結晶酸化物半導体とに分けられる。または、酸化物半導体は、例えば、結晶性酸化物半導体と非晶質酸化物半導体とに分けられる。
なお、非単結晶酸化物半導体としては、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、CAAC−OS、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。
まずは、CAAC−OSについて説明する。
CAAC−OSは、c軸配向した複数の結晶部(ペレットともいう。)を有する酸化物半導体の一つである。
透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって、CAAC−OSの明視野像及び回折パターンの複合解析像(高分解能TEM像ともいう。)を観察することで複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能TEM像によっても明確なペレット同士の境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OSは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
例えば、図13(A)に示すように、試料面と略平行な方向から、CAAC−OSの断面の高分解能TEM像を観察する。ここでは、球面収差補正(Spherical Aberration Corrector)機能を用いてTEM像を観察する。なお、球面収差補正機能を用いた高分解能TEM像を、以下では、特にCs補正高分解能TEM像と呼ぶ。なお、Cs補正高分解能TEM像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡JEM−ARM200Fなどによって行うことができる。
図13(A)の領域(1)を拡大したCs補正高分解能TEM像を図13(B)に示す。図13(B)より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OSの膜を形成する面(被形成面ともいう。)又は上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OSの被形成面又は上面と平行に配列する。
図13(B)において、CAAC−OSは特徴的な原子配列を有する。図13(C)は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図13(B)及び図13(C)より、ペレット一つの大きさは1nm以上3nm以下程度であり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは0.8nm程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶(nc:nanocrystal)と呼ぶこともできる。
ここで、Cs補正高分解能TEM像から、基板5120上のCAAC−OSのペレット5100の配置を模式的に示すと、レンガ又はブロックが積み重なったような構造となる(図13(D)参照。)。図13(C)で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図13(D)に示す領域5161に相当する。
また、例えば、図14(A)に示すように、試料面と略垂直な方向から、CAAC−OSの平面のCs補正高分解能TEM像を観察する。図14(A)の領域(1)、領域(2)及び領域(3)を拡大したCs補正高分解能TEM像を、それぞれ図14(B)、図14(C)及び図14(D)に示す。図14(B)、図14(C)及び図14(D)より、ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状又は六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
例えば、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSに対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いてout−of−plane法による構造解析を行うと、図15(A)に示すように回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OSの結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面又は上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OSのout−of−plane法による構造解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OSは、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
一方、CAAC−OSに対し、c軸に略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による構造解析を行うと、2θが56°近傍にピークが現れる。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。CAAC−OSの場合は、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行っても、図15(B)に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、InGaZnOの単結晶酸化物半導体であれば、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合、図15(C)に示すように(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。したがって、XRDを用いた構造解析から、CAAC−OSは、a軸及びb軸の配向が不規則であることが確認できる。
次に、CAAC−OSであるIn−Ga−Zn酸化物に対し、試料面に平行な方向からプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターン(制限視野透過電子回折パターンともいう。)を図16(A)に示す。図16(A)より、例えば、InGaZnOの結晶の(009)面に起因するスポットが確認される。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットがc軸配向性を有し、c軸が被形成面又は上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直な方向からプローブ径が300nmの電子線を入射させたときの回折パターンを図16(B)に示す。図16(B)より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、CAAC−OSに含まれるペレットのa軸及びb軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図16(B)における第1リングは、InGaZnOの結晶の(010)面及び(100)面などに起因すると考えられる。また、図16(B)における第2リングは(110)面などに起因すると考えられる。
このように、それぞれのペレット(ナノ結晶)のc軸が、被形成面又は上面に略垂直な方向を向いていることから、CAAC−OSをCANC(C−Axis Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
CAAC−OSは、不純物濃度の低い酸化物半導体である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径(又は分子半径)が大きいため、酸化物半導体内部に含まれると、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
また、CAAC−OSは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。例えば、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
また、CAAC−OSを用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
次に、微結晶酸化物半導体について説明する。
微結晶酸化物半導体は、高分解能TEM像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、又は1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、又は1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶を有する酸化物半導体を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)と呼ぶ。また、nc−OSは、例えば、高分解能TEM像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、CAAC−OSにおけるペレットと同じ起源を有する可能性がある。そのため、以下ではnc−OSの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OSに対し、ペレットよりも大きい径のX線を用いるXRD装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、nc−OSに対し、ペレットよりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子回折(制限視野電子回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc−OSに対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように(リング状に)輝度の高い領域が観測される場合がある。また、nc−OSに対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
このように、それぞれのペレット(ナノ結晶)の結晶方位が規則性を有さないことから、nc−OSをNANC(Non−Aligned nanocrystals)を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、nc−OSは、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OSは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OSは、CAAC−OSと比べて欠陥準位密度が高くなる。
次に、非晶質酸化物半導体について説明する。
非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。
非晶質酸化物半導体は、高分解能TEM像において結晶部を確認することができない。
非晶質酸化物半導体に対し、XRD装置を用いた構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。
非晶質構造については、様々な見解が示されている。例えば、原子配列に全く秩序性を有さない構造を完全な非晶質構造(completely amorphous structure)と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離又は第2近接原子間距離まで秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。したがって、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有することから、例えば、CAAC−OS及びnc−OSを、非晶質酸化物半導体又は完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。
なお、酸化物半導体は、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体を、特に非晶質ライク酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like Oxide Semiconductor)と呼ぶ。
a−like OSは、高分解能TEM像において鬆(ボイドともいう。)が観察される場合がある。また、高分解能TEM像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
以下では、酸化物半導体の構造による電子照射の影響の違いについて説明する。
a−like OS、nc−OS及びCAAC−OSを準備する。いずれの試料もIn−Ga−Zn酸化物である。
まず、各試料の高分解能断面TEM像を取得する。高分解能断面TEM像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
さらに、各試料の結晶部の大きさを計測する。図17は、各試料の結晶部(22箇所から45箇所)の平均の大きさの変化を調査した例である。図17より、a−like OSは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図17中に(1)で示すように、TEMによる観察初期においては1.2nm程度の大きさだった結晶部(初期核ともいう。)が、累積照射量が4.2×10/nmにおいては2.6nm程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、nc−OS及びCAAC−OSは、電子照射開始時から電子の累積照射量が4.2×10/nmになるまでの範囲で、電子の累積照射量によらず結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図17中の(2)で示すように、TEMによる観察の経過によらず、結晶部の大きさは1.4nm程度であることがわかる。また、図17中の(3)で示すように、TEMによる観察の経過によらず、結晶部の大きさは2.1nm程度であることがわかる。
このように、a−like OSは、TEMによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なnc−OS、及びCAAC−OSであれば、TEMによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られないことがわかる。
なお、a−like OS及びnc−OSの結晶部の大きさの計測は、高分解能TEM像を用いて行うことができる。例えば、InGaZnOの結晶は層状構造を有し、In−O層の間に、Ga−Zn−O層を2層有する。InGaZnOの結晶の単位格子は、In−O層を3層有し、またGa−Zn−O層を6層有する、計9層がc軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、(009)面の格子面間隔(d値ともいう。)と同程度であり、結晶構造解析からその値は0.29nmと求められている。そのため、高分解能TEM像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が0.28nm以上0.30nm以下である箇所においては、それぞれの格子縞がInGaZnOの結晶のa−b面に対応する。
また、酸化物半導体は、構造ごとに密度が異なる場合がある。例えば、ある酸化物半導体の組成がわかれば、該組成と同じ組成における単結晶の密度と比較することにより、その酸化物半導体の構造を推定することができる。例えば、単結晶の密度に対し、a−like OSの密度は78.6%以上92.3%未満となる。また、例えば、単結晶の密度に対し、nc−OSの密度及びCAAC−OSの密度は92.3%以上100%未満となる。なお、単結晶の密度に対し密度が78%未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
上記について、具体例を用いて説明する。例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶InGaZnOの密度は6.357g/cmとなる。よって、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、a−like OSの密度は5.0g/cm以上5.9g/cm未満となる。また、例えば、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]を満たす酸化物半導体において、nc−OSの密度及びCAAC−OSの密度は5.9g/cm以上6.3g/cm未満となる。
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成の単結晶に相当する密度を算出することができる。所望の組成の単結晶の密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて算出すればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて算出することが好ましい。
なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、a−like OS、微結晶酸化物半導体、CAAC−OSのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損が少ない)酸化物半導体は、キャリア密度を低くすることができる。したがって、そのような酸化物半導体を、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。CAAC−OS及びnc−OSは、a−like OS及び非晶質酸化物半導体よりも不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体となりやすい。したがって、CAAC−OS又はnc−OSを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性(ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体は、キャリアトラップが少ない。そのため、CAAC−OS又はnc−OSを用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
<成膜モデル>
以下では、CAAC−OS及びnc−OSの成膜モデルの一例について説明する。
図18(A)は、スパッタリング法によりCAAC−OSが成膜される様子を示した成膜室内の模式図である。
ターゲット5130は、バッキングプレートに接着されている。バッキングプレートを介してターゲット5130と向かい合う位置には、複数のマグネットが配置される。該複数のマグネットによって磁場が生じている。マグネットの磁場を利用して成膜速度を高めるスパッタリング法は、マグネトロンスパッタリング法と呼ばれる。
ターゲット5130は、多結晶構造を有し、いずれかの結晶粒には劈開面が含まれる。
一例として、In−Ga−Zn酸化物を有するターゲット5130の劈開面について説明する。図19(A)に、ターゲット5130に含まれるInGaZnOの結晶の構造を示す。なお、図19(A)は、c軸を上向きとし、b軸に平行な方向からInGaZnOの結晶を観察した場合の構造である。
図19(A)より、近接する二つのGa−Zn−O層において、それぞれの層における酸素原子同士が近距離に配置されていることがわかる。そして、酸素原子が負の電荷を有することにより、近接する二つのGa−Zn−O層は互いに反発する。その結果、InGaZnOの結晶は、近接する二つのGa−Zn−O層の間に劈開面を有する。
基板5120は、ターゲット5130と向かい合うように配置しており、その距離d(ターゲット−基板間距離(T−S間距離)ともいう。)は0.01m以上1m以下、好ましくは0.02m以上0.5m以下とする。成膜室内は、ほとんどが成膜ガス(例えば、酸素、アルゴン、又は酸素を5体積%以上の割合で含む混合ガス)で満たされ、0.01Pa以上100Pa以下、好ましくは0.1Pa以上10Pa以下に制御される。ここで、ターゲット5130に一定以上の電圧を印加することで、放電が始まり、プラズマが確認される。なお、ターゲット5130の近傍には磁場によって、高密度プラズマ領域が形成される。高密度プラズマ領域では、成膜ガスがイオン化することで、イオン5101が生じる。イオン5101は、例えば、酸素の陽イオン(O)やアルゴンの陽イオン(Ar)などである。
イオン5101は、電界によってターゲット5130側に加速され、やがてターゲット5130と衝突する。このとき、劈開面から平板状又はペレット状のスパッタ粒子であるペレット5100a及びペレット5100bが剥離し、叩き出される。なお、ペレット5100a及びペレット5100bは、イオン5101の衝突の衝撃によって、構造に歪みが生じる場合がある。
ペレット5100aは、三角形、例えば正三角形の平面を有する平板状又はペレット状のスパッタ粒子である。また、ペレット5100bは、六角形、例えば正六角形の平面を有する平板状又はペレット状のスパッタ粒子である。なお、ペレット5100a及びペレット5100bなどの平板状又はペレット状のスパッタ粒子を総称してペレット5100と呼ぶ。ペレット5100の平面の形状は、三角形、六角形に限定されない、例えば、三角形が複数個合わさった形状となる場合がある。例えば、三角形(例えば、正三角形)が2個合わさった四角形(例えば、ひし形)となる場合もある。
ペレット5100は、成膜ガスの種類などに応じて厚さが決定する。理由は後述するが、ペレット5100の厚さは、均一にすることが好ましい。また、スパッタ粒子は厚みのないペレット状である方が、厚みのあるサイコロ状であるよりも好ましい。例えば、ペレット5100は、厚さを0.4nm以上1nm以下、好ましくは0.6nm以上0.8nm以下とする。また、例えば、ペレット5100は、幅を1nm以上3nm以下、好ましくは1.2nm以上2.5nm以下とする。ペレット5100は、上述の図17中の(1)で説明した初期核に相当する。例えば、In−Ga−Zn酸化物を有するターゲット5130にイオン5101を衝突させる場合、図19(B)に示すように、Ga−Zn−O層、In−O層及びGa−Zn−O層の3層を有するペレット5100が飛び出してくる。なお、図19(C)は、ペレット5100をc軸に平行な方向から観察した場合の構造である。したがって、ペレット5100は、二つのGa−Zn−O層(パン)と、In−O層(具)と、を有するナノサイズのサンドイッチ構造と呼ぶこともできる。
ペレット5100は、プラズマを通過する際に電荷を受け取ることで、側面が負又は正に帯電する場合がある。ペレット5100は、側面に酸素原子を有し、当該酸素原子が負に帯電する可能性がある。このように、側面が同じ極性の電荷を帯びることにより、電荷同士の反発が起こり、平板状の形状を維持することが可能となる。なお、CAAC−OSが、In−Ga−Zn酸化物である場合、インジウム原子と結合した酸素原子が負に帯電する可能性がある。または、インジウム原子、ガリウム原子又は亜鉛原子と結合した酸素原子が負に帯電する可能性がある。また、ペレット5100は、プラズマを通過する際にインジウム原子、ガリウム原子、亜鉛原子及び酸素原子などと結合することで成長する場合がある。上述の図17中の(2)と(1)の大きさの違いが、プラズマ中での成長分に相当する。ここで、基板5120が室温程度である場合、ペレット5100がこれ以上成長しないためnc−OSとなる(図18(B)参照。)。成膜可能な温度が室温程度であることから、基板5120が大面積である場合でもnc−OSの成膜は可能である。なお、ペレット5100をプラズマ中で成長させるためには、スパッタリング法における成膜電力を高くすることが有効である。成膜電力を高くすることで、ペレット5100の構造を安定にすることができる。
図18(A)及び図18(B)に示すように、例えば、ペレット5100は、プラズマ中を凧のように飛翔し、ひらひらと基板5120上まで舞い上がっていく。ペレット5100は電荷を帯びているため、ほかのペレット5100が既に堆積している領域が近づくと、斥力が生じる。ここで、基板5120の上面では、基板5120の上面に平行な向きの磁場(水平磁場ともいう。)が生じている。また、基板5120及びターゲット5130間には、電位差が与えられているため、基板5120からターゲット5130に向けて電流が流れている。したがって、ペレット5100は、基板5120の上面において、磁場及び電流の作用によって、力(ローレンツ力)を受ける。このことは、フレミングの左手の法則によって理解できる。
ペレット5100は、原子一つと比べると質量が大きい。そのため、基板5120の上面を移動するためには何らかの力を外部から印加することが重要となる。その力の一つが磁場及び電流の作用で生じる力である可能性がある。なお、ペレット5100に与える力を大きくするためには、基板5120の上面において、基板5120の上面に平行な向きの磁場が10G以上、好ましくは20G以上、さらに好ましくは30G以上、より好ましくは50G以上となる領域を設けるとよい。または、基板5120の上面において、基板5120の上面に平行な向きの磁場が、基板5120の上面に垂直な向きの磁場の1.5倍以上、好ましくは2倍以上、さらに好ましくは3倍以上、より好ましくは5倍以上となる領域を設けるとよい。
このとき、マグネットと基板5120とが相対的に移動すること、又は回転することによって、基板5120の上面における水平磁場の向きは変化し続ける。したがって、基板5120の上面において、ペレット5100は、様々な方向への力を受け、様々な方向へ移動することができる。
また、図18(A)に示すように基板5120が加熱されている場合、ペレット5100と基板5120との間で摩擦などによる抵抗が小さい状態となっている。その結果、ペレット5100は、基板5120の上面を滑空するように移動する。ペレット5100の移動は、平板面を基板5120に向けた状態で起こる。その後、既に堆積しているほかのペレット5100の側面まで到達すると、側面同士が結合する。このとき、ペレット5100の側面にある酸素原子が脱離する。脱離した酸素原子によって、CAAC−OS中の酸素欠損が埋まる場合があるため、欠陥準位密度の低いCAAC−OSとなる。なお、基板5120の上面の温度は、例えば、100℃以上500℃未満、150℃以上450℃未満、又は170℃以上400℃未満とすればよい。即ち、基板5120が大面積である場合でもCAAC−OSの成膜は可能である。
また、ペレット5100が基板5120上で加熱されることにより、原子が再配列し、イオン5101の衝突で生じた構造の歪みが緩和される。歪みの緩和されたペレット5100は、ほぼ単結晶となる。ペレット5100がほぼ単結晶となることにより、ペレット5100同士が結合した後に加熱されたとしても、ペレット5100自体の伸縮はほとんど起こり得ない。したがって、ペレット5100間の隙間が広がることで結晶粒界などの欠陥を形成し、クレバス化することがない。
また、CAAC−OSは、単結晶酸化物半導体が一枚板のようになっているのではなく、ペレット5100(ナノ結晶)の集合体がレンガ又はブロックが積み重なったような配列をしている。また、その間には結晶粒界を有さない。そのため、成膜時の加熱、成膜後の加熱又は曲げなどで、CAAC−OSに縮みなどの変形が生じた場合でも、局部応力を緩和する、又は歪みを逃がすことが可能である。したがって、可とう性を有する半導体装置に適した構造である。なお、nc−OSは、ペレット5100(ナノ結晶)が無秩序に積み重なったような配列となる。
ターゲットをイオンでスパッタした際に、ペレットだけでなく、酸化亜鉛などが飛び出す場合がある。酸化亜鉛はペレットよりも軽量であるため、先に基板5120の上面に到達する。そして、0.1nm以上10nm以下、0.2nm以上5nm以下、又は0.5nm以上2nm以下の酸化亜鉛層5102を形成する。図20に断面模式図を示す。
図20(A)に示すように、酸化亜鉛層5102上にはペレット5105aと、ペレット5105bと、が堆積する。ここで、ペレット5105aとペレット5105bとは、互いに側面が接するように配置している。また、ペレット5105cは、ペレット5105b上に堆積した後、ペレット5105b上を滑るように移動する。また、ペレット5105aの別の側面において、酸化亜鉛とともにターゲットから飛び出した複数の粒子5103が基板5120の加熱により結晶化し、領域5105a1を形成する。なお、複数の粒子5103は、酸素、亜鉛、インジウム及びガリウムなどを含む可能性がある。
そして、図20(B)に示すように、領域5105a1は、ペレット5105aと同化し、ペレット5105a2となる。また、ペレット5105cは、その側面がペレット5105bの別の側面と接するように配置する。
次に、図20(C)に示すように、さらにペレット5105dがペレット5105a2上及びペレット5105b上に堆積した後、ペレット5105a2上及びペレット5105b上を滑るように移動する。また、ペレット5105cの別の側面に向けて、さらにペレット5105eが酸化亜鉛層5102上を滑るように移動する。
そして、図20(D)に示すように、ペレット5105dは、その側面がペレット5105a2の側面と接するように配置する。また、ペレット5105eは、その側面がペレット5105cの別の側面と接するように配置する。また、ペレット5105dの別の側面において、酸化亜鉛とともにターゲットから飛び出した複数の粒子5103が基板5120の加熱により結晶化し、領域5105d1を形成する。
以上のように、堆積したペレット同士が接するように配置し、ペレットの側面において成長が起こることで、基板5120上にCAAC−OSが形成される。したがって、CAAC−OSは、nc−OSよりも一つ一つのペレットが大きくなる。上述の図17中の(3)と(2)の大きさの違いが、堆積後の成長分に相当する。
また、ペレット5100の隙間が極めて小さくなることで、一つの大きなペレットが形成される場合がある。大きなペレットは、単結晶構造を有する。例えば、大きなペレットの大きさが、上面から見て10nm以上200nm以下、15nm以上100nm以下、又は20nm以上50nm以下となる場合がある。したがって、トランジスタのチャネル形成領域が、大きなペレットよりも小さい場合、チャネル形成領域として単結晶構造を有する領域を用いることができる。また、ペレットが大きくなることで、トランジスタのチャネル形成領域、ソース領域及びドレイン領域として単結晶構造を有する領域を用いることができる場合がある。
このように、トランジスタのチャネル形成領域などが、単結晶構造を有する領域に形成されることによって、トランジスタの周波数特性を高くすることができる場合がある。
以上のようなモデルにより、ペレット5100が基板5120上に堆積していくと考えられる。したがって、エピタキシャル成長とは異なり、被形成面が結晶構造を有さない場合においても、CAAC−OSの成膜が可能であることがわかる。例えば、基板5120の上面(被形成面)の構造が非晶質構造(例えば非晶質酸化シリコン)であっても、CAAC−OSを成膜することは可能である。
また、CAAC−OSは、被形成面である基板5120の上面に凹凸がある場合でも、その形状に沿ってペレット5100が配列することがわかる。例えば、基板5120の上面が原子レベルで平坦な場合、ペレット5100はab面と平行な平面である平板面を下に向けて並置する。ペレット5100の厚さが均一である場合、厚さが均一で平坦、かつ高い結晶性を有する層が形成される。そして、当該層がn段(nは自然数。)積み重なることで、CAAC−OSを得ることができる。
一方、基板5120の上面が凹凸を有する場合でも、CAAC−OSは、ペレット5100が凹凸に沿って並置した層がn段(nは自然数。)積み重なった構造となる。基板5120が凹凸を有するため、CAAC−OSは、ペレット5100間に隙間が生じやすい場合がある。ただし、ペレット5100間で分子間力が働き、凹凸があってもペレット間の隙間はなるべく小さくなるように配列する。したがって、凹凸があっても高い結晶性を有するCAAC−OSとすることができる。
したがって、CAAC−OSは、レーザ結晶化が不要であり、大面積のガラス基板などであっても均一な成膜が可能である。
このようなモデルによってCAAC−OSが成膜されるため、スパッタ粒子が厚みのないペレット状である方が好ましい。なお、スパッタ粒子が厚みのあるサイコロ状である場合、基板5120上に向ける面が一定とならず、厚さや結晶の配向を均一にできない場合がある。
以上に示した成膜モデルにより、非晶質構造を有する被形成面上であっても、高い結晶性を有するCAAC−OSを得ることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
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21〜図24を用いて説明する。
本発明の一態様の表示パネル等を用いて、曲面を有し、視認性が高く、消費電力の低い電子機器や照明装置を作製できる。また、本発明の一態様の表示パネル等を用いて、可撓性を有し、視認性が高く、消費電力の低い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(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、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、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、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。
また、本発明の一態様の電子機器又は照明装置は可撓性を有するため、家屋やビルの内壁もしくは外壁、又は、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も可能である。
また、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、リチウムイオン電池、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。
図21(A)、(B)、(C1)、(C2)、(D)、(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パネル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、且つ視認性が高く、消費電力の低い電子機器を提供できる。
図21(A)に携帯電話機の一例を示す。携帯電話機7100は、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21(A)に示す携帯電話機7100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。
図21(B)にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置7200は、筐体7201に表示部7000が組み込まれている。ここでは、スタンド7203により筐体7201を支持した構成を示している。
図21(B)に示すテレビジョン装置7200の操作は、筐体7201が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機7211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7211は、当該リモコン操作機7111から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機7211が備える操作キー又はタッチパネルにより、チャンネルや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7200は、受信機や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又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)又は双方向(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21(C1)、(C2)、(D)、(E)に携帯情報端末の一例を示す。各携帯情報端末は、筐体7301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、又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。
図21(C1)は、携帯情報端末7300の斜視図であり、図21(C2)は携帯情報端末7300の上面図である。図21(D)は、携帯情報端末7310の斜視図である。図21(E)は、携帯情報端末7320の斜視図である。
本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又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7300、携帯情報端末7310及び携帯情報端末7320は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、図21(C1)、(D)に示すように、3つの操作ボタン7302を一の面に表示し、矩形で示す情報7303を他の面に表示することができる。図21(C1)、(C2)では、携帯情報端末の上側に情報が表示される例を示し、図21(D)では、携帯情報端末の横側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く、図21(E)では、情報7304、情報7305、情報7306がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。
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7300の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末7300を収納した状態で、その表示(ここでは情報7303)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又は氏名等を、携帯情報端末7300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7300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21(F)〜(H)に、湾曲した発光部を有する照明装置の一例を示している。
図21(F)〜(H)に示す各照明装置が有する発光部は、本発明の一態様の表示パネル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、且つ視認性が高く、消費電力の低い照明装置を提供できる。
図21(F)に示す照明装置7400は、波状の発光面を有する発光部7402を備える。したがってデザイン性の高い照明装置となっている。
図21(G)に示す照明装置7410の備える発光部7412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7410を中心に全方位を照らすことができる。
図21(H)に示す照明装置7420は、凹状に湾曲した発光部7422を備える。したがって、発光部7422からの発光を、照明装置7420の前面に集光するため、特定の範囲を明るく照らす場合に適している。また、このような形態とすることで、影ができにくいとう効果を奏する。
また、照明装置7400、照明装置7410及び照明装置7420の備える各々の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や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、照明装置7410及び照明装置7420は、それぞれ、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、又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、又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22(A1)、(A2)、(B)〜(I)に、可撓性を有する表示部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パネル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パネル等を適用できる。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、且つ視認性が高く、消費電力の低い電子機器を提供できる。
図22(A1)は、携帯情報端末の一例を示す斜視図であり、図9(A2)は、携帯情報端末の一例を示す側面図である。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。
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、映像信号や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22(A1)、(A2)、(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22(B)には、表示部7001を引き出し部材7502により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22(A1)の状態と表示部7001を引き出し部材7502により引き出した図22(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22(A1)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22(C)〜(E)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図22(C)では、展開した状態、図22(D)では、展開した状態又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22(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22(F)、(G)に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図22(F)では、表示部7001が外側になるように折りたたんだ状態、図22(G)では、表示部7001が内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の汚れや傷つきを抑制できる。
図22(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や、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が内側又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、又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、又は、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22(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やバンド7801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ションシステムにより、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、通信規格され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23(A)に自動車9700の外観を示す。図23(B)に自動車9700の運転席を示す。自動車9700は、車体9701、車輪9702、ダッシュボード9703、ライト9704等を有する。本発明の一態様の表示パネルは、自動車9700の表示部などに用いることができる。例えば、図23(B)に示す表示部9710乃至表示部9715に本発明の一態様の表示パネルを設けることができる。
表示部9710と表示部9711は、自動車のフロントガラスに設けられた表示装置である。本発明の一態様の表示パネルの少なくとも一部を、透光性を有する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9700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パネルを自動車9700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、表示装置を駆動するための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や、酸化物半導体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9712はピラー部分に設けられた表示装置である。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9712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。表示部9713はダッシュボード部分に設けられた表示装置である。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9713に映し出すことによって、ダッシュボード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、図24は、運転席と助手席にベンチシートを採用した自動車の室内を示している。表示部9721は、ドア部に設けられた表示装置である。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部9721に映し出すことによって、ドアで遮られた視界を補完することができる。また、表示部9722は、ハンドルに設けられた表示装置である。表示部9723は、ベンチシートの座面の中央部に設けられた表示装置である。なお、表示装置を座面や背もたれ部分などに設置して、当該表示装置を、当該表示装置の発熱を熱源としたシートヒーターとして利用することもできる。
表示部9714、表示部9715、または表示部9722はナビゲーション情報、スピードメーターやタコメーター、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やレイアウトなどは、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9710乃至表示部9713、表示部9721、表示部9723にも表示することができる。また、表示部9710乃至表示部9715、表示部9721乃至表示部9723は照明装置として用いることも可能である。また、表示部9710乃至表示部9715、表示部9721乃至表示部9723は加熱装置として用いることも可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
100 表示パネル
101 基板
102 素子領域
102B 素子領域
102G 素子領域
102R 素子領域
103 表示素子
105 接着層
105a 接着層
105b 接着層
107 表示素子
109 基板
110 表示領域
113 素子層
117 素子層
121 トランジスタ層
131 下部電極
131B 下部電極
131G 下部電極
131R 下部電極
132 光学調整層
133 EL層
135 上部電極
141 絶縁層
171 電極
173 液晶を含む層
174 可視光を透過する状態
175 電極
181 着色層
181B 着色層
181G 着色層
181R 着色層
183 遮光層
191 トランジスタ層
200 表示装置
201 作製基板
202 駆動回路
203 剥離層
205 被剥離層
207 接着層
213 駆動装置
215 検知器
221 作製基板
223 剥離層
225 被剥離層
231 基板
233 接着層
403 接着層
404 遮光層
405 絶縁層
406 絶縁層
407 絶縁層
409 絶縁層
416 絶縁層
416a 絶縁層
416b 絶縁層
416c 絶縁層
420a トランジスタ
420b トランジスタ
421 導電層
428 絶縁層
436 導電層
437 導電層
438 導電層
439 導電層
443 接続体
445 FPC
451 基板
453 接着層
455 絶縁層
457 絶縁層
459 絶縁層
461a 絶縁層
461b 絶縁層
462 導電層
467 絶縁層
470a トランジスタ
470b トランジスタ
471 導電層
473 容量素子
474 トランジスタ
482 導電層
483 接続体
485 FPC
879 接着層
880 容量素子
888 基板
889 接着層
891 FPC
892 接続体
893 絶縁層
894 導電層
895 絶縁層
896 導電層
897 絶縁層
898 接着層
899 基板
5100 ペレット
5100a ペレット
5100b ペレット
5101 イオン
5102 酸化亜鉛層
5103 粒子
5105a ペレット
5105a1 領域
5105a2 ペレット
5105b ペレット
5105c ペレット
5105d ペレット
5105d1 領域
5105e ペレット
5120 基板
5130 ターゲット
5161 領域
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
7111 リモコン操作機
7200 テレビジョン装置
7201 筐体
7203 スタンド
7211 リモコン操作機
7300 携帯情報端末
7301 筐体
7302 操作ボタン
7303 情報
7304 情報
7305 情報
7306 情報
7310 携帯情報端末
7320 携帯情報端末
7400 照明装置
7401 台部
7402 発光部
7403 操作スイッチ
7410 照明装置
7412 発光部
7420 照明装置
7422 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
9700 自動車
9701 車体
9702 車輪
9703 ダッシュボード
9704 ライト
9710 表示部
9711 表示部
9712 表示部
9713 表示部
9714 表示部
9715 表示部
9721 表示部
9722 表示部
9723 表示部

Claims (8)

  1. 可撓性を有する表示パネルであって、
    第1の表示素子及び第2の表示素子を有し、
    前記第1の表示素子は、前記第1の表示素子と前記第2の表示素子とが、互いに重なる第1の部分を有し、
    前記第1の表示素子の前記第1の部分は、前記第2の表示素子側に光を射出することができる機能を有し、
    前記第2の表示素子は、光の透過率が可変である部分を有する、表示パネル。
  2. 可撓性を有する表示パネルであって、
    第1の基板、第2の基板、第1の接着層、第1の表示素子、及び第2の表示素子を有し、
    前記接着層は、前記第1の基板と前記第2の基板との間に位置し、
    前記第1の表示素子は、前記第1の基板と前記接着層との間に位置し、
    前記第2の表示素子は、前記第2の基板と前記接着層との間に位置し、
    前記第1の表示素子は、第1の電極、発光性の有機化合物を含む層、及び第2の電極を有し、
    前記発光性の有機化合物を含む層は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、
    前記第2の表示素子は、第3の電極、液晶を含む層、及び第4の電極を有し、
    前記液晶を含む層は、前記第3の電極と前記第4の電極との間に位置し、
    前記第1の表示素子は、前記第1の表示素子と前記第2の表示素子とが、互いに重なる第1の部分を有し、
    前記第1の表示素子の前記第1の部分は、前記第2の表示素子側に光を射出することができる機能を有し、
    前記第2の表示素子は、光の透過率が可変である部分を有する、表示パネル。
  3. 請求項2において、
    前記第1の電極は、前記第1の基板と前記第2の電極との間に位置し、
    前記第1の電極は、可視光を反射することができる機能を有し、
    前記第2の電極は、可視光を透過することができる機能を有し、
    前記第3の電極は、可視光を透過することができる機能を有し、
    前記第4の電極は、可視光を透過することができる機能を有する、表示パネル。
  4. 請求項2又は3において、
    第2の接着層、第3の接着層、第1の絶縁層、第2の絶縁層、第1のトランジスタ、及び第2のトランジスタを有し、
    前記第1の絶縁層は、前記第1の基板と前記第1の表示素子の間に位置し、
    前記第2の接着層は、前記第1の基板と前記第1の絶縁層の間に位置し、
    前記第2の絶縁層は、前記第2の基板と前記第2の表示素子の間に位置し、
    前記第3の接着層は、前記第2の基板と前記第2の絶縁層の間に位置し、
    前記第1のトランジスタと前記第1の電極とは、電気的に接続され、
    前記第2のトランジスタと前記第4の電極とは、電気的に接続される、表示パネル。
  5. 請求項4において、
    着色層及び遮光層を有し、
    前記第1の表示素子の第1の部分は、前記着色層と重なる部分を有し、
    前記第2のトランジスタは、前記遮光層と重なる部分を有し、
    前記着色層は、前記第2の基板と前記第4の電極の間に位置し、
    前記着色層と前記遮光層とは、同一平面上に設けられている部分を有する、表示パネル。
  6. 請求項2乃至5のいずれか一項において、
    前記液晶を含む層は、高分子分散型液晶又は高分子ネットワーク型液晶を含む、表示パネル。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示パネルと、
    FPCと、を有する、表示モジュール。
  8. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載の表示パネル、又は請求項7に記載の表示モジュールと、
    アンテナ、バッテリ、筐体、スピーカ、マイク、操作スイッチ、又は操作ボタンと、を有する、電子機器。
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