(57)【要約】  【課題】  可撓性を有しかつ軽量で安価な表示装置および電子応用装置を提供する。  【解決手段】  複数の画素からなる表示部を有する表示装置、例えば液晶ディスプレイにおいて、各画素の周囲にシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０を多数設けて補助電源とする。太陽電池４０は一対の電極３６、３７間および３８、３９間に橋渡しする形でアッセンブルする。シリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０は、例えばｐ型層とｎ型層とが交互に積層された構造を有する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素からなる表示部を有する表示装置において、
上記画素の周囲に少なくとも一つの太陽電池が設けられている
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
上記画素の周囲に複数の太陽電池が設けられていることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項３】
上記太陽電池は柱状半導体からなることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項４】
上記柱状半導体はナノワイヤーからなることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
上記柱状半導体はシリコンナノワイヤーからなることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項６】
上記画素の周囲に第１の電極が設けられ、この第１の電極の外側に第２の電極が設けられ、上記柱状半導体からなる太陽電池はその一端および他端がそれぞれ上記第１の電極および上記第２の電極と電気的に接続されるように設けられていることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項７】
上記柱状半導体は少なくとも一つのｐｎ接合を有することを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項８】
上記表示装置は液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項９】
複数の画素からなる表示部を有する電子応用装置において、
上記画素の周囲に少なくとも一つの太陽電池が設けられている
ことを特徴とする電子応用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、表示装置および電子応用装置に関し、例えば、液晶ディスプレイに適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年では、携帯電話や小型パソコン等の携帯端末となる小型機器の需要が急速に伸びる傾向にあり、携帯性の観点から様々な検討がなされている。特に、携帯利用を目的とした機器の場合、屋外等への運搬性や外力に対する耐衝撃性が重要視され、軽量でかつ落下等に対する破損を生じ難いことが要求される。
【０００３】
特に近年、紙のような薄くて軽い持ち運び可能な可撓性（フレキシブル）の表示装置に対するニーズが高まってきている。このような携帯可能な表示装置としては、様々な手法によるものが提案されているが、表示装置によっては非常に大きな消費電力を必要とするものも少なくない。その場合、表示装置を駆動させるための電源としては、非常に大きなバッテリーを必要とする場合や、逆にバッテリー部分を小さくした場合には携帯時の駆動時間に制限が出る場合も少なくない。
【０００４】
一方、家庭用テレビの画面サイズは大面積、薄型の要望が大きくなっているが、こちらは大面積化に伴いその消費電力は非常に大きなものとなってきている。そのため、その補助電源として太陽電池を用いることは、バッテリーを長時間駆動させるためには極めて有効な方法である。
【０００５】
また、透明液晶ディスプレイの裏側に太陽電池を設けることで発電機能と表示機能とを複合化した太陽電池モバイル表示システムが提案されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】第８回「高効率太陽電池および太陽光発電システム」ワークショップ、          福井（２０００）、第１８３頁
【０００６】
なお、Lieverらにより、ラングミュアー・ブロジェット（Langmuir-Blodget）法を利用して、シリコンナノワイヤーをパターニングしてあらかじめ形成した電極位置に複数同時にアッセンブリする方法が提案されている（例えば、非特許文献２）。
【０００７】
【非特許文献２】Nano Letters,Vol.3,No.7(2003)p.951
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の太陽電池の作製方法では、基板として単結晶シリコン基板等の半導体基板を用いるが、基板の上にアモルファスの薄膜太陽電池を積層するものが多く、基板の可撓性に制限が出るほか、太陽電池素子自体の厚さが厚すぎる上に、太陽電池自体が重い、太陽電池の受光エリアが有効に使いにくい等数えあげれば切りがない程、非常に多くの問題を生じる。
また、非特許文献１で提案された表示システムも、上記と同様な問題がある。
【０００９】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、可撓性を有しかつ軽量で安価な表示装置および電子応用装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
複数の画素からなる表示部を有する表示装置において、
画素の周囲に少なくとも一つの太陽電池が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明の第２の発明は、
複数の画素からなる表示部を有する電子応用装置において、
画素の周囲に少なくとも一つの太陽電池が設けられている
ことを特徴とするものである。
【００１２】
この発明においては、典型的には、画素の周囲に複数の太陽電池が設けられる。この太陽電池は、典型的には柱状半導体からなる。この柱状半導体の材料としては、各種の半導体を用いることができ、必要に応じて選ばれるが、具体的には、シリコン（Ｓｉ）やゲルマニウム（Ｇｅ）などの元素半導体のほか、シリコンとゲルマニウムとの混晶半導体（Ｓｉ−Ｇｅ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、インジウムリン（ＩｎＰ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの化合物半導体を用いることができ、単結晶であることが望ましいが、多結晶やアモルファスであってもよい。この柱状半導体の直径は、必要に応じて選ぶことができるものであるが、ｐｎ接合部で光電変換を効率良く行う観点からは、入射光（例えば、太陽光）の侵入長と同程度もしくはそれ以下程度に小さい方が望まく、好適には最大径が１μｍ以下、より好適には５００ｎｍ以下、さらに好適には１００ｎｍ以下であり、一方、取り扱いの容易さや製造の容易などの観点からは、小さすぎないことが望ましく、そのため好適には１ｎｍ以上である。この柱状半導体の長さは必要に応じて選ぶことができるものであるが、例えば数ｍｍ程度以下であり、典型的には１０μｍ程度以下である。この柱状半導体は、最も典型的にはナノワイヤー、特にシリコンナノワイヤーである。
【００１３】
典型的な例では、各画素の周囲に第１の電極が設けられ、この第１の電極の外側にこの第１の電極を取り囲むように第２の電極が設けられる。そして、柱状半導体からなる太陽電池は、その一端および他端がそれぞれ第１の電極および第２の電極と電気的に接続されるように設けられる。柱状半導体は少なくとも一つのｐｎ接合を有し、必要に応じて、ｐ型層とｎ型層とを交互に積層することにより形成される複数のｐｎ接合を有する。
【００１４】
表示装置および電子応用装置は基本的にはどのようなものであってもよく、特に種類を選ばないが、具体的には、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Electroluminescence)ディスプレイなどであってよい。
【００１５】
上述のように構成されたこの発明においては、画素の周囲に少なくとも一つの太陽電池が設けられているため、可撓性を損なうことなく表示装置または電子応用装置に発電機能を持たせることができるとともに、太陽電池の重さが装置全体に占める割合を極めて小さくすることができる。さらに、画像等の表示に影響をほとんど与えることなく、太陽電池による受光エリアを有効に使うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、可撓性を有しかつ軽量で安価な表示装置および電子応用装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１はこの発明の一実施形態による液晶ディスプレイの表示部を示す。
図１に示すように、この液晶ディスプレイにおいては、画素１１がマトリクックス状に配置され、縦横に延びる各画素の間の領域が太陽電池／配線領域１２となっている。後述のように、太陽電池／配線領域１２の太陽電池により発電された電気は別途設けられた２次電池（図示せず）に蓄えられる。図２に一つの画素１１およびその周囲の太陽電池／配線領域１２を示す。
【００１８】
液晶ディスプレイの一つの画素１１の部分の断面構造を図３に示す。
図３に示すように、この液晶ディスプレイにおいては、透明ガラス基板や透明プラスチック基板などの基板２１上に画素スイッチングトランジスタとして薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）２２が設けられている。このＴＦＴ２２においては、例えば多結晶シリコン膜２３に、低不純物濃度ソース領域２４および高不純物濃度ソース領域２５と低不純物濃度ドレイン領域２６および高不純物濃度ドレイン領域２７とが設けられている。この多結晶シリコン膜２３上には例えばＳｉＯ2 膜からなるゲート絶縁膜２８が設けられ、さらにその上に例えばアルミニウムからなるゲート電極２９が設けられている。符号３０はこのＴＦＴ２２を覆うように設けられた例えばＳｉＯ2 膜からなる層間絶縁膜を示す。この層間絶縁膜３０には開口３０ａ、３０ｂが設けられ、これらの開口３０ａ、３０ｂを通じて高不純物濃度ソース領域２５および高不純物濃度ドレイン領域２７にそれぞれ電極３１、３２が接続されている。また、この層間絶縁膜３０上には、画素１１を取り囲むように、ソース線やゲート線などを含む配線電極３３が設けられている。符号３４はこの配線電極３３を覆うように設けられた例えばＳｉＯ2 膜からなる層間絶縁膜を示す。
【００１９】
配線電極３３の上方の部分の層間絶縁膜３４上には太陽電池部３５が設けられている。この太陽電池部３５の詳細を図４に示す。図４に示すように、この太陽電池部３５においては、画素１１から外側に向かって順に四つの電極３６、３７、３８、３９が設けられている。これらの電極３６、３７、３８、３９は、画素１１の周囲を完全に取り囲むように設けられてもよいし、途中で分断されていてもよい。そして、電極３６、３７の間にこれらを橋渡しする形でシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０が多数接続されている。同様に、電極３８、３９の間にもこれらを橋渡しする形でシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０が多数接続されている。これらの電極３６、３７、３８、３９は、リソグラフィーおよびエッチングを用いる方法や、印刷技術などにより容易に形成することができる。このシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０は、例えば、ｐ型層とｎ型層とがその軸方向に交互に積層されたタンデム構造を有している。このシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０の直径は例えば１〜１００ｎｍ程度、長さは例えば１〜１０μｍ程度である。ここで、このシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０を電極３６、３７の間および電極３８、３９の間に橋渡しされるようにアッセンブリする方法としては、例えば非特許文献２で提案された方法を用いることができる。
【００２０】
符号４１は電極３６、３７、３８、３９を覆うようにして設けられた例えばＳｉＯ2 膜からなる層間絶縁膜を示す。電極３２の一端の上方の部分の層間絶縁膜３４、４１には開口４２が設けられており、この開口４２を通じて電極３２上にプラグ電極４３が設けられている。そして、このプラグ電極４３と電気的に接続された状態で層間絶縁膜４１上に例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明電極からなる画素電極４４が設けられている。この画素電極４４と対向して透明電極からなる共通電極４５が設けられ、この共通電極４５の裏面に設けられた液晶配向膜４６と画素電極４４との間に液晶４７が封入されている。符号４８は液晶４７を画素毎に分離するためのスペーサを示す。
【００２１】
一方、基板２１の裏面にはバックライト４９が設けられており、その上にさらに２次電池５０が設けられている。この２次電池５０の一対の入力端子は、図示省略した配線により、電極３６、３７のそれぞれに接続されるとともに、電極３８、３９のそれぞれに接続されている。そして、太陽電池４０により発電された電気がこの２次電池５０に蓄えられるようになっている。
【００２２】
この一実施形態によれば、次のような多くの利点を得ることができる。すなわち、各画素１１の周囲にシリコンナノワイヤーからなる極微小の太陽電池４０が設けられているので、太陽電池４０全体の重量を無視できるほど小さく抑えて液晶ディスプレイの軽量化を図りつつ、液晶ディスプレイに発電機能を持たせることができる。また、シリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０はその全体で光を吸収するため、この太陽電池４０は極微小であるため多数設けることが可能であることもあいまって、画素１１と画素１１との間の狭いスペースでも十分に多くの発電量を得ることができ、極めて優れた補助電源となる。そして、こうして発電した電気を２次電池５０に蓄えることができるので、電気の有効利用を図ることができる。また、この太陽電池４０は環境負荷の少ないシリコンを用いたものである点でも優れている。また、特に基板２１として可撓性に優れたプラスチック基板などを用いることにより、可撓性の液晶ディスプレイを得ることができる。さらに、画素１１の周囲の領域は従来、ブラックマトリックスの形成に使われているが、このブラックマトリックスを形成する部分にシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０を配置しているところ、このシリコンナノワイヤーからなる太陽電池４０は画素１１の周囲の光を十分に吸収するため、ブラックマトリックスを設けずとも同様な効果を得ることができる。言い換えると、従来ブラックマトリックス部で吸収されていた光のエネルギーを有効に利用することが可能となる。
【００２３】
以上この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、プロセスなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の一実施形態による液晶ディスプレイの表示部を示す平面図である。
【図２】この発明の一実施形態による液晶ディスプレイの表示部の一つの画素部を示す平面図である。
【図３】この発明の一実施形態による液晶ディスプレイの要部の断面図である。
【図４】この発明の一実施形態による液晶ディスプレイの表示部の画素間に設けられる太陽電池部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１…画素、１２…太陽電池／配線領域、２１…基板、２２…ＴＦＴ、３６、３７、３８、３９…電極、４０…太陽電池、４７…液晶、４９…バックライト、５０…２次電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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