УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ И СОСТАВНОЕ УСТРОЙСТВО ОТОБРАЖЕНИЯ
DISPLAY DEVICE AND COMPOSITE DISPLAY DEVICE

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к технической области плоского устройства отображения, а более точно к устройству отображения, использующему неорганический люминесцентный слой.
Уровень техники
В настоящее время разрабатывается устройство отображения или светоизлучающее устройство, использующие органический электролюминесцентный (ЭЛ) элемент.
Однако, когда в качестве органического ЭЛ элемента используется органический материал, существует проблема, заключающаяся в том, что этот материал ухудшается из-за влажности или тому подобного и имеет короткий срок службы. В дополнение, вследствие неустойчивости к повреждению органический слой органического ЭЛ элемента не может быть осажден напылением; и к тому же трудно использовать способ напыления для того, чтобы сформировать пленку на таком органическом слое.
Кроме того, когда изготавливается панель цветного отображения, необходимо формировать органические пленки из разных материалов, соответствующих трем цветам; и трудно увеличивать размер области, а также существует проблема, заключающаяся в том, что устройство отображения становится дорогостоящим.
Неорганический материал, используемый для неорганического ЭЛ элемента, является превосходящим материал органического ЭЛ элемента ввиду более длительного срока службы. Кроме того, неорганический ЭЛ элемент позволяет выбирать многие виды способов осаждения (такие как напыление или тому подобные) вследствие своей устойчивости к повреждению и позволяет легко иметь дело с крупногабаритной подложкой.
Однако традиционный неорганический ЭЛ элемент должен применяться с напряжением в примерно 100 В для испускания света и не может управляться схемой возбуждения (такой как тонкопленочный транзистор или тому подобное).
Хотя имеется документ, раскрывающий, что был изготовлен дисплей с использованием неорганического ЭЛ элемента, управляемого тонкопленочным транзистором, для этого дисплея требуется высокое напряжение, и поэтому технология массового производства еще не была внедрена; и, таким образом, неорганический ЭЛ элемент не был использован для дисплея высокого разрешения или тому подобного.
В последнее время был разработан неорганический ЭЛ материал, который способен к испусканию света при более низком напряжении, чем в традиционной технологии (патентный документ 1). Более точно, известно, что неорганический ЭЛ материал, содержащий ZnS, испускает свет с высокой яркостью при напряжении в несколько вольт (меньшем, чем десять вольт), и ожидается, что этот материал будет обеспечивать возможность регулирования испускания света тонкопленочным транзистором вследствие низкого напряжения; а также ожидается, что устройство цветного отображения, использующее белый неорганический ЭЛ элемент и цветовой фильтр, будет массово производиться вследствие высокой яркости.
Патентный документ 1: JP-A2005-336275
Раскрытие изобретения
Задачи, решаемые изобретением
Настоящее изобретение предлагает устройство отображения и дисплей, допускающий управление TFT (тонкопленочными транзисторами), с использованием неорганического ЭЛ элемента, который испускает свет при низком напряжении.
Средство для решения задач
Для решения обсужденных выше задач устройство отображения по настоящему изобретению имеет подложку и пиксельный электрод, расположенный на этой подложке, неорганический люминесцентный слой, расположенный на пиксельном электроде, противоположный электрод, расположенный на неорганическом люминесцентном слое, и тонкопленочный транзистор, который прикладывает напряжение между пиксельным электродом и противоположным электродом и побуждает неорганический люминесцентный слой испускать свет в его проводящем состоянии.
Кроме того, в устройстве отображения по данному варианту реализации подложка и пиксельный электрод являются прозрачными, и люминесцентный свет, испускаемый из неорганического люминесцентного слоя, пропускается через пиксельный электрод и подложку, чтобы испускаться наружу.
Кроме того, устройство отображения по данному варианту реализации включает в себя цветовой фильтр, расположенный в местоположении, где излучается люминесцентный свет, пропускаемый через подложку.
Кроме того, в устройстве отображения по данному варианту реализации противоположный электрод является прозрачным, и люминесцентный свет, испускаемый из неорганического люминесцентного слоя, пропускается через противоположный электрод, чтобы испускаться наружу.
Кроме того, устройство отображения по данному варианту реализации включает в себя цветовой фильтр, расположенный в местоположении, где излучается люминесцентный свет, пропускаемый через противоположный электрод.
Кроме того, в устройстве отображения по данному варианту реализации неорганический люминесцентный слой содержит, например, сульфид цинка.
Составное устройство отображения по данному варианту реализации включает в себя первый пиксельный электрод, первый неорганический люминесцентный слой, первый противоположный электрод и первый тонкопленочный транзистор, расположенные поверх одной поверхности подложки, а также второй пиксельный электрод, второй неорганический люминесцентный слой, второй противоположный электрод и второй тонкопленочный транзистор, расположенные поверх другой поверхности той же подложки, причем подложка, первый и второй пиксельные электроды, второй противоположный электрод являются прозрачными. Когда первый и второй тонкопленочные транзисторы находятся в проводящем состоянии, между первым пиксельным электродом и первым противоположным электродом и между вторым пиксельным электродом и вторым противоположным электродом прикладывается напряжение; и первый и второй неорганические люминесцентные слои соответственно испускают свет; второй неорганический люминесцентный слой расположен в том же местоположении, что и первый неорганический люминесцентный слой, прямо позади его стороны, люминесцентный свет первого неорганического люминесцентного слоя пропускается через первый пиксельный электрод, подложку и второй пиксельный электрод в этом порядке, чтобы излучаться на второй неорганический люминесцентный слой, и далее пропускается через второй неорганический люминесцентный слой и второй противоположный электрод, чтобы испускаться наружу; и люминесцентный свет второго неорганического люминесцентного слоя пропускается через второй противоположный электрод, чтобы испускаться наружу.
Кроме того, составное устройство отображения по данному варианту реализации включает в себя цветовой фильтр, размещенный в местоположении, где излучается люминесцентный свет, пропускаемый через второй противоположный электрод.
Кроме того, в составном устройстве отображения по данному варианту реализации первый и второй неорганические люминесцентные слои содержат, например, сульфид цинка.
Результат изобретения
Ожидается, что неорганический люминесцентный материал будет стойким к повреждениям и будет иметь длительный срок службы по сравнению с органическим люминесцентным материалом.
Неорганический люминесцентный слой может быть сформирован способом напыления.
Противоположный электрод, формируемый на неорганическом люминесцентном слое, может быть сформирован способом напыления.
Неорганический люминесцентный слой может возбуждаться при низком напряжении, и испускание им света может регулироваться тонкопленочным транзистором.
Кроме того, поскольку неорганический люминесцентный слой является термостойким, устройство отображения типа с излучением снизу (от англ. «bottom-emission type display device») и устройство отображения типа с излучением сверху (от англ. «top-emission type display device») могут быть размещены на одной и той же подложке, а испускаемый ими свет может перекрываться.
Используя содержащую сульфид цинка пленку для неорганического люминесцентного слоя, можно получать высокую яркость, а для испускания света достаточно низкого напряжения в 10 В или менее.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичное изображение для иллюстрации устройства отображения типа с излучением снизу из числа устройств отображения по данному варианту реализации.
Фиг.2 - схематичное изображение для иллюстрации устройства отображения типа с излучением сверху из числа устройств отображения по данному варианту реализации.
Фиг.3 - схематичное изображение для иллюстрации составного устройства отображения по данному варианту реализации.
Фиг.4 - вид сверху для иллюстрации внутренней структуры устройства отображения по данному варианту реализации.
Фиг.5(A) - пример схемы возбуждения для устройства отображения по данному варианту реализации и фиг.5(B) - пример схемы возбуждения для жидкокристаллического устройства отображения.
Пояснение ссылочных номеров
11, 21 устройство отображения
31 составное устройство отображения
100, 111, 211 подложка
105, 205 управляющий транзистор
118, 218 пиксельный электрод
121, 221 неорганический люминесцентный слой
123, 233 противоположный электрод
141, 241, 341 цветовой фильтр
Наилучшие варианты осуществления изобретения
Вариант реализации будет описан со ссылкой на активную матрицу типа TFT для устройств отображения с жидкокристаллическим или органическим ЭЛ элементом.
Ссылочные номера 11 и 21 на фиг.1 и фиг.2 указывают примеры устройств отображения по настоящему изобретению. Устройство отображения на фиг.1 является устройством типа с излучением снизу; а устройство 21 отображения на фиг.2 является устройством типа с излучением сверху. TFT может быть сформирован из монокристаллического кремния, аморфного кремния или поликремния.
Эти устройства 11 и 21 отображения включают в себя подложки 111 и 211 соответственно; на подложках 111 и 211 сформированы соответственно изолирующие пленки 112 и 212; и на каждой из изолирующих пленок 112 и 212 выполнены один или более тонкопленочных транзисторов (TFT).
Среди этих тонкопленочных транзисторов управляющий транзистор указан обозначениями 105 или 205 на фиг.1 или 2.
На управляющем транзисторе 105, 205 размещена первая изолирующая пленка 114, 214; а на поверхности первой изолирующей пленки 114, 214 размещены структурированный электрод 116s, 216s истока и структурированный электрод 116d, 216d стока.
Управляющий транзистор 105, 205 включает в себя электрод 131, 231 затвора, изолирующую пленку 132, 232 затвора и полупроводниковый слой 133, 233. Изолирующая пленка 132, 232 затвора проложена между электродом 131, 231 затвора и полупроводниковым слоем 133, 233.
На полупроводниковом слое 133, 233 в его обоих крайних положениях соответственно размещены истоковая область 134s, 234s и стоковая область 134d, 234d, которые обладают типом проводимости, противоположным полупроводниковому слою 133, 233.
Электрод 116s, 216s истока и электрод 116d, 216d стока подсоединены к истоковой области 134s, 234s и стоковой области 134d, 234d соответственно.
Управляющий транзистор 105, 205 сконфигурирован следующим образом: когда напряжение прикладывается к электроду 131, 231 затвора, как описано позже, в полупроводниковом слое 133, 233 образуется обращенный слой; истоковая область 134s, 234s и стоковая область 134d, 234d соединяются через этот обращенный слой; и тогда управляющий транзистор 105, 205 становится проводящим.
На электроде 116d, 216d стока и электроде 116s, 216s истока расположена вторая изолирующая пленка 117, 217; а на второй изолирующей пленке 117, 217 расположены множество структурированных пиксельных электродов 118, 218.
Здесь во вторую изолирующую пленку 117, 217 заделан проводящий разъем 119, 219; и электрод 116s, 216s истока и пиксельный электрод 118, 218 электрически соединены друг с другом этим разъемом 119, 219.
Между пиксельными электродами 118, 218 сформирована изолирующая разделительная стенка 122, 222 для разделения каждого из пиксельных электродов 118, 218, и в области, отделенной разделительной стенкой 122, 222, размещен неорганический люминесцентный слой 121, 221. Нижняя поверхность неорганического люминесцентного слоя 121, 221 находится в контакте с пиксельным электродом 118, 218.
На поверхности неорганического слоя 121, 221 размещен противоположный электрод 123, 223; а на поверхности противоположного электрода 123, 223 дополнительно размещена защитная пленка 124, 224. Поверхность неорганического люминесцентного слоя 121, 221 находится в контакте с противоположным электродом 123, 223.
В устройстве 11 отображения типа с излучением снизу на фиг.1 на задней поверхности подложки 111 размещен цветовой фильтр 141; а в устройстве 21 отображения типа с излучением сверху на фиг.2 цветовой фильтр 241 расположен на противоположном электроде 223.
Цветовой фильтр 141, 241 включает в себя пропускающие части 142, 242, соответствующие R, G и B (R, G и B обозначают соответственно красный, зеленый и синий цвета), и светозапорную черную матрицу 143, 243, размещенную между пропускающими частями 142, и свет, пропускаемый через соседние пропускающие части 142, 242, сконфигурирован не смешиваться вместе и иметь единственный цвет из числа R, G и B.
В устройстве 11 отображения типа с излучением снизу не только подложка 111, но и материалы, расположенные между неорганическим люминесцентным слоем 121 и нижней подложкой 111, такие как пиксельный электрод 118 и первая и вторая изолирующие пленки 114 и 117 или тому подобные, являются прозрачными. Когда напряжение прикладывается к неорганическому люминесцентному слою 121 и этот люминесцентный слой 121 испускает свет, испущенный свет пропускается через эти материалы (такие как пиксельный электрод 118 или тому подобное) и подложку 111 под низом неорганического люминесцентного слоя 121, чтобы испускаться в заднюю сторону подложки 111.
Люминесцентный свет, испускаемый в заднюю сторону подложки 111, пропускается через пропускающую часть 142 цветового фильтра 141 и окрашивается любым из R, G и B.
В устройстве 21 отображения типа с излучением сверху на фиг.2 материалы на верхней стороне неорганического люминесцентного слоя 221, такие как противоположный электрод 223 и защитная пленка 224, обладают прозрачностью; и люминесцентный свет, испускаемый из неорганического люминесцентного слоя 221, пропускается через противоположный электрод 223 или тому подобное, чтобы испускаться наружу. В устройстве 21 отображения типа с излучением сверху люминесцентный свет не пропускается через подложку 211.
Как и в случае устройства 11 отображения с излучением снизу, люминесцентный свет, пропускаемый через противоположный электрод 223 и испускаемый наружу, пропускается через пропускающую часть 242 цветового фильтра 241, чтобы окрашиваться любым из R, G и B.
S
D
dd
S
D
Фиг.4 представляет собой схематический вид сверху для иллюстрации внутренности устройства 11, 21 отображения, и в нем сформированы строка L развертки и строка L данных, которые образованы металлическими пленками (строка L напряжения питания на чертеже опущена). Строки L развертки и строки L данных скомпонованы в решетку на подложке 111, 211.
S
D
Ссылочный номер 310 обозначает область пикселя, окруженную строками L развертки и строками L данных; и многочисленные области 310 пикселей скомпонованы в матрицу на подложке 111, 211. В пределах каждой из областей 310 пикселей размещена пиксельная часть 301, где расположен неорганический люминесцентный слой 121, 221, и схемная часть 302, где расположена схема для управления испусканием света.
dd
Фиг.5(a) представляет собой принципиальную схему цепи, которая управляет устройством 11, 21 отображения по данному варианту реализации, и здесь показана схема типа с возбуждением постоянным током, которая прикладывает напряжение питания постоянного тока V (DC) к неорганическому люминесцентному слою 121, 221 для испускания света.
Схемная часть 302 включает в себя вышеуказанный управляющий транзистор 105, 205, диффузионную емкость 322 и транзистор 321 выборки.
Электрод истока управляющего транзистора 105, 205 подсоединен к пиксельному электроду 118, 218. Пиксельный электрод 118, 218 находится в плотном контакте с одной боковой поверхностью неорганического люминесцентного слоя 121, 221, а противоположный электрод 123, 223 находится в плотном контакте с другой боковой поверхностью неорганического люминесцентного слоя 121, 221. Противоположный электрод 123, 223 подсоединен к потенциалу земли.
dd
D
S
D
S
D
Электрод стока управляющего транзистора 105, 205 подсоединен к строке L напряжения питания, а электрод затвора подсоединен к строке L данных через транзистор 321 выборки. Вывод затвора транзистора 321 выборки подсоединен к строке L развертки, а электрод затвора управляющего транзистора 105, 205 подсоединен к строке L данных, когда транзистор 321 выборки становится проводящим согласно полярности или амплитуде напряжения затвора, приложенного к строке L развертки. Когда транзистор 321 выборки выключается, электрод затвора управляющего транзистора 105, 205 отсоединяется от строки L данных.
D
D
Когда электрод затвора подсоединен к строке L данных, управляющий транзистор 105, 205 становится проводящим или выключается согласно полярности или амплитуде напряжения на строке L данных.
dd
dd
Когда управляющий транзистор 105, 205 становится проводящим, пиксельный электрод 118, 218 подсоединяется к строке L напряжения питания, и к неорганическому люминесцентному слою 121, 221 прикладывается напряжение V питания для испускания света.
D
Диффузионная емкость 322 подсоединена между электродом затвора и электродом стока управляющего транзистора 105, 205, и диффузионная емкость 322 заряжается напряжением строки L данных, подсоединенной к электроду затвора, когда управляющий транзистор 105, 205 находится в проводящем состоянии.
Когда транзистор 321 выборки выключен в этом состоянии, управляющий транзистор 105, 205 удерживается проводящим посредством зарядного напряжения диффузионной емкости 322.
D
D
После того как напряжение строки L данных было изменено на полярность и амплитуду для выключения управляющего транзистора 105, 205, когда транзистор 321 становится проводящим, и электрод затвора управляющего транзистора 105, 205 подсоединяется к строке L данных, управляющий транзистор 105, 205 выключается и одновременно зарядное напряжение диффузионной емкости 322 разряжается, а испускание света прекращается.
L
D
Фиг.5(b) показывает схему возбуждения для жидкокристаллического устройства отображения, в котором емкость C жидкого кристалла, которая является эквивалентной схемой жидкого кристалла, подсоединена к потенциалу земли на одном конце и подсоединена к строке L данных на другом конце через транзистор Tr выборки.
L
st
Емкость C жидкого кристалла соединена параллельно с диффузионной емкостью C.
S
L
st
Электрод затвора транзистора Tr выборки подсоединен к строке L развертки. Емкость C жидкого кристалла и диффузионная емкость C сконфигурированы заряжаться или разряжаться вместе, когда транзистор Tr выборки становится проводящим.
Несмотря на то что в вышеприведенном примере диффузионная емкость 322 по данному варианту реализации подсоединена между электродом затвора и электродом стока управляющего транзистора 105, 205, диффузионная емкость 322 может быть подсоединена между выводом транзистора 321 выборки и потенциалом земли, как в случае жидкокристаллического устройства отображения.
Неорганический люминесцентный слой 121, 221, используемый в данном варианте реализации, является превосходящим по отношению к люминесцентному слою из органического соединения (органическому ЭЛ слою) по той причине, что неорганический люминесцентный слой не претерпевает ухудшения светимости или термического разложения, даже когда нагревается до высокой температуры. Соответственно, даже когда дополнительный неорганический люминесцентный слой далее формируется после того, как уже был сформирован один неорганический люминесцентный слой, этот сформированный ранее неорганический люминесцентный слой не ухудшается под действием тепла при формировании последующего неорганического люминесцентного слоя, и можно накапливать множество слоев из неорганических люминесцентных слоев и формировать дополнительный люминесцентный слой на другой стороне подложки после того, как неорганический люминесцентный слой был сформирован на одной стороне подложки.
Ссылочный номер 31 на фиг.3 обозначает составное устройство отображения по данному варианту реализации. В этом составном устройстве 31 отображения такие же элементы, как на фиг.1 и 2, обозначены идентичным ссылочным номером, а их описание опущено. Составное устройство 31 отображения включает в себя неорганические люминесцентные слои 121 и 221 соответственно на одной стороне и противоположной ей стороне подложки 100, обладающей прозрачностью. Из этих неорганических люминесцентных слоев 121 и 221 один неорганический люминесцентный слой 121 составляет устройство 331 отображения типа с излучением снизу на одной стороне подложки 100, а другой неорганический люминесцентный слой 221 составляет устройство 322 отображения типа с излучением сверху на другой стороне подложки 100.
Кроме общего использования подложки 100, другие элементы являются такими же, как и таковые в устройстве 11, 21 отображения, показанном на фиг.1 и 2, но в этом составном устройстве 31 отображения пиксельный электрод 218 устройства 332 отображения типа с излучением сверху выполнен из прозрачной проводящей пленки, а подложка 100 также является прозрачной, тогда как в устройстве 21 отображения типа с излучением сверху на фиг.2 пиксельный электрод 218 необязательно является прозрачным.
Люминесцентный свет, испускаемый из неорганического люминесцентного слоя 121 устройства 331 отображения типа с излучением снизу, пропускается через внутренность устройства 331 отображения типа с излучением снизу, подложку 100, пиксельный электрод 218 устройства 332 отображения типа с излучением сверху, достигает неорганического люминесцентного слоя 221 устройства 332 отображения типа с излучением сверху и пропускается через неорганический люминесцентный слой 221 и противоположный электрод 223, чтобы испускаться наружу.
То есть люминесцентный свет, испускаемый из устройства 331 отображения типа с излучением снизу, пропускается через внутренность устройства 332 отображения типа с излучением сверху, чтобы испускаться наружу.
Люминесцентный свет, испускаемый из неорганического люминесцентного слоя 221 устройства 332 отображения типа с излучением сверху, пропускается через противоположный электрод 223 внутри устройства 332 отображения типа с излучением сверху, чтобы испускаться наружу.
Таким образом, поскольку в составном устройстве 31 отображения на фиг.3 люминесцентный свет устройства 331 отображения типа с излучением снизу также испускается из местоположения, где испускается люминесцентный свет устройства 332 отображения типа с излучением сверху, люминесцентный свет при одновременном испускании имеет суммированную величину света и высокую яркость.
Цветовой фильтр 341 размещен на поверхности устройства 332 отображения типа с излучением сверху.
Цветовой фильтр 341 также включает в себя пропускающие части 342 R, G и B, а также черную матрицу 343, подобную таковой в обсужденных выше цветовых фильтрах 141, 241. Пропускающие части 342 размещены в местоположениях, куда доходит люминесцентный свет, испускаемый из составного устройства 31 отображения, и этот люминесцентный свет окрашивается любым из R, G и B после того, как он был пропущен через пропускающую часть 342.
Если устройство 331 отображения типа с излучением снизу и устройство 332 отображения с излучением сверху испускают свет поочередно, то время испускания для каждого из неорганических люминесцентных слоев 121 и 221 становится короче, а их срок службы становится более продолжительным.
В составном устройстве 31 отображения неорганический люминесцентный слой 121 устройства 331 отображения типа с излучением снизу может формироваться первым, а неорганический люминесцентный слой 221 устройства 332 отображения типа с излучением сверху может формироваться позже или возможна их обратная очередность.
Кроме того, устройство 331 отображения типа с излучением снизу и устройство 332 отображения типа с излучением сверху могут формироваться по отдельности и после этого приклеиваться друг к другу.
Каждый из вышеуказанных транзисторов может формироваться с использованием кристаллического кремния в дополнение к поликристаллическому кремнию и аморфному кремнию.
Неорганический люминесцентный слой 121, 221 может формироваться либо способом напыления, либо способом испарения, но для крупногабаритной подложки подходит способ напыления. Кроме того, неорганический люминесцентный слой 121, 221 может формироваться нанесением покрытия и высушиванием или же нанесением покрытия, высушиванием и обжигом неорганического люминесцентного материала.
dd
Неорганический люминесцентный слой 121, 221 побуждается испускать свет прикладыванием напряжения V питания постоянного тока в каждом из вышеприведенных случаев, но для испускания света может прикладываться и напряжение переменного тока (AC), поскольку испускание регулируется тонкопленочным транзистором.