CN111406280A - 半导体装置、显示装置、电子设备及工作方法 - Google Patents

半导体装置、显示装置、电子设备及工作方法 Download PDF

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Abstract

提供一种驱动晶体管的特性偏差得到抑制并进行图像数据的校正的半导体装置。一种包括图像数据保持部、校正数据保持部、驱动电路部、显示元件及阈值电压校正电路部的半导体装置。图像数据保持部具有保持第一图像数据的功能,校正数据保持部具有保持校正数据的功能及通过图像数据保持部保持第一图像数据生成对应于第一图像数据及校正数据的第二图像数据的功能。驱动电路部具有生成对应于第二图像数据的电流的功能以及使该电流流过显示元件的功能。阈值电压校正电路部具有校正驱动电路部的驱动晶体管的阈值电压的功能。通过上述结构,半导体装置可以进行图像数据的校正、驱动晶体管的阈值电压的校正及根据第二图像数据的显示。

Description

半导体装置、显示装置、电子设备及工作方法
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、电子设备及工作方法。
本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外,本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。因此,具体而言,作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的例子可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、蓄电装置、摄像装置、存储装置、处理器、电子设备、系统、它们的驱动方法、它们的制造方法或它们的检查方法。
背景技术
近年来,对智能手机等移动电话机、平板信息终端、笔记本型PC(个人计算机)、便携式游戏机等所包括的显示装置在各种方面上进行改良。例如,对显示装置进行开发,以提高分辨率及颜色再现性,减小驱动电路或者降低功耗等。另外,例如,为了提高显示装置的显示质量,积极研发能够降低像素中的驱动晶体管的特性偏差的电路等。尤其是,专利文献1中公开了一种具有能够校正驱动晶体管的阈值电压的电路的像素电路的发明。
另外,可以举出作为显示装置的像素电路中的开关元件使用将氧化物半导体用于半导体薄膜的晶体管的技术等。
作为可以应用于晶体管的半导体薄膜,硅类半导体材料被广泛地周知。作为其他材料,氧化物半导体受到关注。作为氧化物半导体,例如,已知除了如氧化铟、氧化锌等单元金属氧化物之外还有多元金属氧化物。在多元金属氧化物中,有关In-Ga-Zn氧化物(以下也称为IGZO)的研究尤为火热。
通过对IGZO的研究,在氧化物半导体中,发现了既不是单晶也不是非晶的CAAC(c-axis aligned crystalline:c轴取向结晶)结构及nc(nanocrystalline:纳米晶)结构(参照非专利文献1至非专利文献3)。非专利文献1及非专利文献2中公开了一种使用具有CAAC结构的氧化物半导体制造晶体管的技术。非专利文献4及非专利文献5中公开了即使在结晶性低于CAAC结构及nc结构的氧化物半导体中也具有微小的结晶。
将IGZO用于活性层的晶体管具有极低的关态电流(参照非专利文献6),已知有利用了该特性的LSI及显示装置(参照非专利文献7及非专利文献8)。另外,在专利文献2中公开了将在活性层中包含IGZO的晶体管用于显示装置的像素电路的发明。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2017-10000号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2010-156963号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]S.Yamazakietal.,“SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers”,2012,volume43,issue1,p.183-186
[非专利文献2]S.Yamazakietal.,“JapaneseJournalofAppliedPhysics”,2014,volume53,Number4S,p.04ED18-1-04ED18-10
[非专利文献3]S.Itoetal.,“TheProceedingsofAM-FPD’13DigestofTechnicalPapers”,2013,p.151-154
[非专利文献4]S.Yamazakietal.,“ECS Journal of Solid State Science andTechnology”,2014,volume 3,issue 9,p.Q3012-Q3022
[非专利文献5]S.Yamazaki,“ECSTransactions”,2014,volume64,issue10,p.155-164
[非专利文献6]K.Katoetal.,“JapaneseJournalofAppliedPhysics”,2012,volume51,p.021201-1-021201-7
[非专利文献7]S.Matsudaetal.,“2015SymposiumonVLSITechnologyDigestofTechnicalPapers”,2015,p.T216-T217
[非专利文献8]S.Amanoetal.,“SIDSymposiumDigestofTechnicalPapers”,2010,volume41,issue1,p.626-629
发明内容
发明所要解决的技术问题
为了显示高质量的图像,例如,显示装置被要求为高分辨率、多色调、广色域等。例如,为了在包括有机EL(Electro Luminescence:电致发光)元件等发光元件的显示装置中显示显示品质高的图像,需要抑制驱动晶体管的特性偏差并对发送至像素的图像数据进行适当地校正。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种抑制驱动晶体管特性偏差并能够对图像数据进行校正的像素电路(本说明书等中记作半导体装置)。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该半导体装置的显示装置。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该显示装置的电子设备。另外,本发明的一个方式的目的之一是提供一种该半导体装置、该显示装置、该电子设备的工作方法。
注意,本发明的一个方式的目的不局限于上述目的。上述目的并不妨碍其他目的的存在。此外,其他目的是上面没有提到而将在下面的记载中进行说明的目的。所属技术领域的普通技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出该上面没有提到的目的。此外,本发明的一个方式实现上述目的及其他目的中的至少一个目的。此外,本发明的一个方式并不需要实现所有的上述目的及其他目的。
解决技术问题的手段
(1)
本发明的一个方式是一种包括图像数据保持部、校正数据保持部、驱动电路部、显示元件及阈值电压校正电路部的半导体装置。其中,驱动电路部包括具有背栅极的第一晶体管。第一晶体管的第一端子与显示元件的输入端子电连接。图像数据保持部具有保持第一图像数据的功能。校正数据保持部具有保持校正数据的功能以及通过图像数据保持部保持第一图像数据生成对应于第一图像数据及校正数据的第二图像数据的功能。驱动电路部具有通过对第一晶体管的栅极施加对应于第二图像数据的第一电位在第一晶体管的第一端子-第二端子间生成第一电流的功能以及使第一电流流过显示元件的功能。阈值电压校正电路部具有对驱动电路部中的第一晶体管的阈值电压进行校正的功能。
(2)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(1)的结构的半导体装置,其还包括第一至第三电容器。图像数据保持部包括第二晶体管。校正数据保持部包括第三晶体管。阈值电压校正电路包括第四晶体管。第二晶体管的第一端子与第一电容器的第一端子电连接。第三晶体管的第一端子与第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子电连接。第一晶体管的第一端子与第二电容器的第二端子及第三电容器的第一端子电连接。第一晶体管的背栅极与第四晶体管的第一端子及第三电容器的第二端子电连接。
(3)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(2)的结构的半导体装置,其中第一至第四晶体管分别在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(4)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(2)或(3)的结构的半导体装置,其中驱动电路部包括第五晶体管,第三晶体管的第一端子与显示元件的输入端子通过第五晶体管的第一端子-第二端子间电连接。
(5)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(4)的结构的半导体装置,其中第五晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(6)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(2)至(5)中任一个结构的半导体装置,其还包括第六晶体管。第六晶体管的第一端子与第一晶体管的栅极电连接,第六晶体管的第二端子与第一晶体管的第一端子电连接。
(7)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(6)的结构的半导体装置,其中第六晶体管的沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(8)
另外,本发明的一个方式是一种具有上述(2)至(7)中任一个结构的半导体装置,其具有第一功能至第三功能。第一功能包括:使第三晶体管变为导通状态,对第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子施加第一初始化电位的功能;使第四晶体管变为导通状态,对第一晶体管的背栅极施加第二初始化电位的功能;对第一晶体管的第一端子、第二电容器的第二端子及第三电容器的第一端子施加第三初始化电位的功能;使第三晶体管变为关闭状态,利用第二电容器保持第一初始化电位与第三初始化电位的电位差的功能;切断第一晶体管的第一端子向显示元件的输入端子的电流,对第一晶体管的第一端子-第二端子间施加电压使第一晶体管变为导通状态,然后在第一晶体管的第一端子的电位变为第二电位而第一晶体管变为关闭状态时利用第三电容器保持第二初始化电位与第二电位的电位差的功能。第二功能包括:使第三晶体管变为导通状态来对第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子写入对应于校正数据的第三电位的功能;使第三晶体管变为关闭状态利用第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子保持第三电位的功能。第三功能包括:使第二晶体管变为导通状态来对第一电容器的第一端子写入对应于第一图像数据的第四电位的功能;通过对第一电容器的第一端子写入第四电位使第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子所保持的第三电位变为对应于第二图像数据的第一电位的功能。
(9)
另外,本发明的一个方式是一种显示装置,其包括具有上述(1)至(8)中的任一个的结构的显示装置及外围电路。
(10)
另外,本发明的一个方式是一种电子设备,其包括具有上述(9)的结构的显示装置及框体。
(11)
另外,本发明的一个方式是一种包括图像数据保持部、校正数据保持部、驱动电路部、显示元件及阈值电压校正电路部的半导体装置的工作方法。其中,驱动电路部包括具有背栅极的第一晶体管。半导体装置的工作方法包括阈值电压校正期间、校正数据写入期间、图像数据写入期间及图像显示期间。阈值电压校正期间包括通过阈值电压校正电路部对第一晶体管的背栅极提供电位对第一晶体管的阈值电压进行校正的期间。校正数据写入期间包括对校正数据保持部写入校正数据的期间。图像数据写入期间包括对图像数据保持部写入第一图像数据使校正数据保持部生成对应于第一图像数据及校正数据的第二图像数据的期间。图像显示期间包括通过对第一晶体管的栅极施加对应于第二图像数据的第一电位使驱动电路部在第一晶体管的第一端子-第二端子间生成第一电流并使第一电流流过显示元件的期间。
(12)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(11)的工作方法的半导体装置的工作方法,其还包括初始化期间。半导体装置包括第一电容器至第三电容器。图像数据保持部包括第二晶体管。校正数据保持部包括第三晶体管。阈值电压校正电路部包括第四晶体管。第二晶体管的第一端子与第一电容器的第一端子电连接。第三晶体管的第一端子与第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子电连接。第一晶体管的第一端子与第二电容器的第二端子、第三电容器的第一端子及显示元件的输入端子电连接,第一晶体管的背栅极与第四晶体管的第一端子及第三电容器的第二端子电连接。初始化期间包括:使第三晶体管变为导通状态来对第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子施加第一初始化电位的期间;使第四晶体管变为导通状态来对第一晶体管的背栅极及第三电容器的第二端子施加第二初始化电位的期间;以及对第一晶体管的第一端子、第二电容器的第二端子及第三电容器的第一端子施加第三初始化电位的期间。阈值电压校正期间包括:切断从第一晶体管的第一端子向显示元件的电流的期间;第三晶体管变为关闭状态,第二电容器保持第一初始化电位与第三初始化电位的电位差的期间;对第一晶体管的第二端子施加高电位直到第一晶体管的第一端子的电位达到使第一晶体管变为关闭状态的第二电位为止使第一晶体管的第一端子-第二端子间流过第二电流的期间;第四晶体管变为关闭状态,第三电容器保持第二电位与第二初始化电位的电位差的期间。校正数据写入期间包括:第三晶体管变为导通状态,对第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子施加对应于校正数据的第三电位的期间;第三晶体管变为关闭状态,利用第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子保持第三电位的期间。图像数据写入期间包括:第二晶体管变为导通状态对第一电容器的第一端子施加对应于第一图像数据的第四电位的期间;通过对第一电容器的第一端子写入第四电位使第一晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子所保持的第三电位变为对应于第二图像数据的第一电位的期间。
(13)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(12)的工作方法的显示装置的工作方法,其中第一至第四晶体管各在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(14)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(12)或(13)的工作方法的半导体装置的工作方法。其中,驱动电路部包括第五晶体管。第三晶体管的第一端子与显示元件的输入端子通过第五晶体管的第一端子-第二端子间电连接。初始化期间、校正数据写入期间及图像数据写入期间包括第五晶体管变为关闭状态的期间。图像显示期间包括第五晶体管变为导通状态的期间。
(15)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(14)的工作方法的半导体装置的工作方法。其中,第五晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(16)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(12)至(15)中的任一个的工作方法的半导体装置的工作方法。其中,半导体装置包括第六晶体管。第六晶体管的第一端子与第一晶体管的栅极电连接。第六晶体管的第二端子与第一晶体管的第一端子电连接。阈值电压校正期间包括第六晶体管变为导通状态的期间。
(17)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(16)的工作方法的半导体装置的工作方法。其中,第六晶体管的沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
(18)
另外,本发明的一个方式是一种包括上述(11)至(17)的任一个所述的半导体装置的工作方法的显示装置的工作方法。显示装置包括多个半导体装置以矩阵状配置的显示部。多个半导体装置的一部分用作第一像素及第二像素。第一像素与第二像素在显示部中位于不同的行。第一像素在进行阈值电压校正期间的工作时,第二像素分别进行校正数据写入期间及图像数据写入期间的工作。
发明效果
根据本发明的一个方式可以提供一种驱动晶体管特性偏差得到抑制并能够进行图像数据的校正的半导体装置。另外,根据本发明的一个方式可以提供一种具有该半导体装置的显示装置。另外,根据本发明的一个方式可以提供一种具有该显示装置的电子设备。另外,根据本发明的一个方式可以提供一种该半导体装置、该显示装置、该电子设备的工作方法。
另外,本发明的一个方式可以提供一种具有电路面积小的源极驱动电路的显示装置。另外,本发明的一个方式可以提供一种具有功耗低的源极驱动电路的显示装置。
注意,本发明的一个方式的效果不局限于上述效果。上述效果并不妨碍其他效果的存在。此外,其他效果是上面没有提到而将在下面的记载中进行说明的效果。所属技术领域的普通技术人员可以从说明书或附图等的记载中导出并适当抽出该上面没有提到的效果。此外,本发明的一个方式实现上述效果及其他效果中的至少一个效果。由此,本发明的一个方式根据情况有时不包括以上举出的效果。
附图说明
[图1]是示出显示装置的一个例子的方框图。
[图2]是说明像素的结构实例的方框图。
[图3]是说明像素的结构实例的方框图。
[图4]是示出像素的结构实例的电路图。
[图5]是说明像素的结构实例的方框图。
[图6]是示出像素的结构实例的电路图。
[图7]是示出像素的结构实例的电路图。
[图8]是示出像素的工作例子的时序图。
[图9]是说明像素的工作及向布线施加电压的时序的一个例子的图。
[图10]是示出显示部与其外围电路的结构实例的方框图。
[图11]是示出显示装置的一个例子的俯视图。
[图12]是示出触摸面板的一个例子的透视图。
[图13]是示出显示装置的一个例子的截面图。
[图14]是示出晶体管的结构实例的截面图。
[图15]是示出晶体管的结构实例的截面图。
[图16]是示出电子设备的一个例子的透视图。
[图17]是示出电子设备的一个例子的透视图。
[图18]是示出根据阈值电压校正的电流变化率的图表。
[图19]是示出图像数据(电压)与流过晶体管的电流量的关系的图表。
[图20]是示出晶体管的漏极电流与栅极-源极间电压的特性的图表。
[图21]是试制的显示装置的外观照片。
具体实施方式
在本说明书等中,金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(Oxide Semiconductor,也可以简称为OS)等。例如,在将金属氧化物用于晶体管的活性层的情况下,有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之,在金属氧化物能够构成包括具有放大作用、整流作用及开关作用中的至少一个的晶体管的沟道形成区域时,该金属氧化物称为金属氧化物半导体(metal oxide semiconductor),简称为OS。此外,可以将OS FET(或OS晶体管)换称为包含金属氧化物或氧化物半导体的晶体管。
此外,在本说明书等中,有时将包含氮的金属氧化物也称为金属氧化物(metaloxide)。此外,也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。
实施方式1
在本实施方式中,说明本发明的一个方式的半导体装置、具有该半导体装置的显示装置。
<显示装置的结构>
首先,对显示装置的结构例子进行说明。图1是表示包括发光元件,如无机EL元件及有机EL元件等的显示装置的一个例子的方框图。在显示装置DD中,作为显示部PA及显示部PA的外围电路包括源极驱动电路SD及栅极驱动器电路GD。
显示部PA包括多个像素PIX。注意,图1仅示出在显示部PA中包括的多个像素PIX之一,而省略其他像素PIX。另外,优选矩阵状地配置显示部PA所包括的多个像素PIX。
在图1中,像素PIX通过布线DL与源极驱动电路SD电连接。再者,像素PIX通过布线GL与栅极驱动器电路GD电连接。注意,显示部PA因为包括多个像素PIX,所以可以使多个像素PIX与布线DL电连接。与此同样,可以使多个像素PIX与布线GL电连接。另外,根据显示部PA所包括的像素PIX的个数,可以分别设置多个布线DL及多个布线GL。再说,根据像素PIX的电路结构,可以采用一个像素PIX与多个布线DL或多个布线GL电连接的结构。
像素PIX可以包括一个以上的子像素。例如,对像素PIX可以使用包括一个子像素的结构(红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及白色(W)等中的一个颜色)、包括三个子像素的结构(红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的三个颜色等)、或者包括四个子像素的结构(红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及白色(W)的四个颜色、或者红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及黄色(Y)的四个颜色等)。注意,适用于子像素的颜色要素不局限上述,根据必要可以组合青色(C)及品红色(M)等。
源极驱动电路SD具有生成要输入到显示部PA所包括的像素PIX的图像数据的功能、将该图像数据发送到像素PIX的功能。
例如,源极驱动电路SD可以包括移位寄存器SR、锁存电路LAT、电平转换电路LVS、D/A转换电路DAC、放大器电路AMP及数据总线布线DB。在图1中,移位寄存器SR的输出端子与锁存电路LAT的时钟输入端子电连接,锁存电路LAT的输入端子与数据总线布线DB电连接,锁存电路LAT的输出端子与电平转换电路LVS的输入端子电连接,电平转换电路LVS的输出端子与D/A转换电路DAC的输入端子电连接,D/A转换电路DAC的输出端子与放大器电路AMP的输入端子电连接,放大器电路AMP的输出端子与显示部PA电连接。
注意,图1所示的锁存电路LAT、电平转换电路LVS、D/A转换电路DAC、放大器电路AMP是对一个布线DL设置的。换言之,根据布线DL的个数,需要分别设置多个锁存电路LAT、多个电平转换电路LVS、多个D/A转换电路DAC及多个放大器电路AMP。另外,此时,移位寄存器SR具有对多个锁存电路LAT的时钟输入端子的每一个依次发送脉冲信号的结构即可。
数据总线布线DB是用来发送包含要输入到显示部PA的图像数据的数字信号的布线。该图像数据具有灰度,灰度越大,可以越平滑地表现颜色或亮度得的变化,因此可以在显示部PA中显示更自然的图像。然而,灰度越大,该图像数据的数据量越大,因此需要高分辨能力的D/A转换电路。
对锁存电路LAT的输入端子从数据总线布线DB输入包含图像数据的数字信号。并且,根据从移位寄存器SR发送的信号,锁存电路LAT进行保持该图像数据的工作和将所保持的该图像数据从输出端子输出的工作中的一个。
电平转换电路LVS具有将输入信号转换为具有振幅更大的电压或振幅更小的电压的输出信号的功能。在图1中,电平转换电路LVS具有将从锁存电路LAT发送的包含图像数据的数字信号的振幅电压转换为数字模拟转换电路DAC适当工作的振幅电压的功能。
D/A转换电路DAC具有将被输入的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号的功能及将该模拟信号从输出端子输出的功能。尤其是,在显示部PA中表示多色调的图像数据的情况下,D/A转换电路DAC需要为高分辨能力的D/A转换电路。
放大器电路AMP具有将输入到输入端子的模拟信号放大并将模拟信号从输出端子输出的功能。通过在D/A转换电路DAC和显示部PA之间设置放大器电路AMP,可以将图像数据稳定地发送到显示部PA。作为放大器电路AMP,可以使用包括运算放大器等的电压跟随器电路等。注意,在作为放大器电路使用具有差分输入电路的电路的情况下,该差分输入电路的偏置电压优选为无限趋近于0V。
通过进行上述工作,源极驱动电路SD可以将从数据总线布线DB发送的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号并将该信号发送到显示部PA。
栅极驱动器电路GD具有在显示部PA所包括的多个像素PIX中选择被输入图像数据的任何像素PIX的功能。
作为对显示部PA输入图像数据的方法,例如有如下:栅极驱动器电路GD对与某一个布线GL电连接的多个像素PIX发送选择信号,使包含在多个像素PIX中的图像数据的写入开关元件为导通状态,然后,从源极驱动电路SD通过布线DL对多个像素PIX发送图像数据来进行写入。
注意,本发明的一个方式不局限于图1所示的显示装置DD的结构。作为本发明的一个方式,例如根据设计规格、目的等的情况,适当地改变显示装置DD的构成要素。
<像素的结构实例1>
接着,说明像素PIX的结构实例。作为像素PIX,例如,可以使用图2A的方框图所示的像素PIX。另外,图2A为了示出与像素PIX的电连接关系,还示出栅极驱动器电路GD、源极驱动电路SD、显示部PA、布线DL和布线GL。
图2A所示的像素PIX包括图像数据保持部101、驱动电路部102和显示元件103。
图像数据保持部101与驱动电路部102电连接,驱动电路部102与显示元件103电连接。
图像数据保持部101具有保持从源极驱动电路SD通过布线DL发送的图像数据的功能。另外,图像数据保持部101可以包括用来保持图像数据的写入开关元件、电容器等。
显示元件103具有控制从像素PIX射出的光的功能。该光的强度(也可以称为亮度、灰度的高度等)根据保持在图像数据保持部101的图像数据而决定。
作为显示元件103,例如,可以使用无机EL元件、有机EL元件等发光元件、透射型液晶元件、反射型液晶元件等。
驱动电路部102具有对应图像数据保持部101所保持的图像数据驱动显示元件103的功能。例如,当作为显示元件103使用有机EL元件等其发光亮度由电流决定的元件时,驱动电路部102可以包括对该电流进行控制的驱动晶体管。另外,驱动晶体管具有对显示元件103提供驱动电流的功能。
布线VA与像素PIX电连接。布线VA例如可以为用来在图像数据保持部101中保持图像数据的电容线、用来驱动驱动电路部102的电压供应线等。因此,布线VA可以为一个或多个。另外,布线VA的结构可以根据像素PIX的结构适当地改变而不局限于上述结构。例如,当显示元件103为有机EL元件等发光元件时,布线VA可以为用于驱动该发光元件的电流供应线。另外,例如,当显示元件103为液晶元件时,与其为发光元件的情况不同,布线VA不需要为电流供应线。
虽然在图1的显示装置DD的说明中说明了布线GL具有在对像素PIX写入图像数据时预先发送选择信号的功能,但是,在图2A所示的包括像素PIX的显示装置DD中,布线GL也可以具有发送用来切换图2A的像素PIX与布线VA间的导通状态、非导通状态的信号的功能。因此,可以设置多个布线GL以发送多个信号。由此,可以暂时停止从布线VA供应的电压及/或电流。
<像素的结构实例2>
另外,像素PIX也可以具有对图像数据进行校正的功能。图2B的方框图示出具有该功能的像素PIX的结构。图2B所示的像素PIX是对图2A的像素PIX设置了校正数据保持部104的结构。
校正数据保持部104与图像数据保持部101及驱动电路部102电连接。
校正数据保持部104具有保持从电路WSD经由布线WDL传送的校正数据的功能以及根据该校正数据校正图像数据保持部101保持的图像数据的功能。
在该情况下,驱动电路部102具有根据校正数据保持部104中被校正的图像数据来驱动显示元件103的功能。
另外,校正数据保持部104可以包括用于保持校正数据的写入开关元件、电容器等。
作为图像数据的校正方法,例如,可以举出使用电容器的方法。具体而言,在校正数据保持部104中,电容器的一对端子中的一个保持相当于校正数据的第一电位,然后使该电容器的一对端子中的另一个变为电浮动状态。在图像数据保持部101中,该电容器的一对端子中的另一个保持相当于图像数据的第二电位。由此,该电容器的一对端子中的一个端子的第一电位通过电容耦合对应第二电位升降,变为第三电位。该第三电位相当于被校正的图像数据。然后,通过将第三电位供应给驱动电路部102,驱动电路部102可以对应第三电位进行显示元件103的驱动。
电路WSD具有生成用于对显示部PA中的像素PIX所显示的图像进行校正的校正数据的功能以及将该校正数据发送给像素PIX的功能。另外,虽然图2B中示出电路WSD和源极驱动电路SD的双方,例如也可以采用源极驱动电路SD具有上述电路WSD的功能的结构。具体而言,可以采用如下结构:在源极驱动电路SD的内部或者输出目的地处设置解复用器等,并从一个电路对布线DL、布线WDL发送图像数据、校正数据。
通过将图2B所示的像素PIX用于显示装置DD,可以对应校正数据保持部104保持的校正数据对图像数据保持部101所保持的图像数据进行图像校正。这里的图像校正例如为亮度提升、多灰度图像转换等。
注意,在图2B中,当可以利用源极驱动电路SD生成从电路WSD向像素PIX传送的校正数据时,可以省略电路WSD而使布线WDL与源极驱动电路SD电连接。图3示出该结构。图3所示的像素PIX及外围电路具有如下结构:源极驱动电路SD生成图像数据并通过布线DL将该图像数据发送至图像数据保持部101,源极驱动电路SD生成校正数据并通过布线WDL将该校正数据发送至校正数据保持部104。通过将图3所示的电路结构用于显示装置DD中,可以缩小显示装置DD的电路面积。
《像素的电路结构实例1》
接着,说明图2B所示的像素PIX的具体的电路结构。图4示出图2B所示的像素PIX的电路结构实例。
图4所示的像素PIX包括晶体管Tr1至晶体管Tr5、电容器C1、电容器C2及发光元件LD。此外,布线DL、布线WDL、布线GL1至布线GL3、布线VL、布线AL、布线CAT与像素PIX电连接。
晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4及晶体管Tr5分别用作开关元件。晶体管Tr3用作控制流过发光元件LD的电流的驱动晶体管。另外,晶体管Tr1至晶体管Tr5可以使用实施方式3所记载的结构。
布线DL为用来对像素PIX发送图像数据的布线,可以用作相当于图2B所示的布线DL的布线。另外,布线WDL为用来发送对应该图像数据的校正数据的布线,可以用作相当于图2B所示的布线WDL的布线。另外,布线GL1至布线GL3各为像素PIX的选择信号线,可以用作相当于图2B所示的布线GL的布线。
布线VL是用来对像素PIX中的特定的节点供应预定的电位的布线。再者,布线AL是用来供应流过发光元件LD的电流的布线。布线VL及布线AL可以用作相当于图2B所示的布线VA的布线。
布线CAT是用来对发光元件LD的输出端子供应预定的电位的布线。作为预定的电位可以采用例如基准电位、低电平电位及比它们更低的电位等。另外,布线CAT可以用作相当于图2B所示的布线VA的布线。在显示部PA中的多个像素PIX中,布线CAT优选用作供应给公共电位的布线。
晶体管Tr1的第一端子与电容器C1的第一端子电连接,晶体管Tr1的第二端子与布线DL电连接,晶体管Tr1的栅极与布线GL1电连接。晶体管Tr2的第一端子与晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子及电容器C2的第一端子电连接,晶体管Tr2的第二端子与布线WDL电连接,晶体管Tr2的栅极与布线GL2电连接。
注意,在本实施方式中,将晶体管Tr1的第一端子与电容器C1的第一端子的电连接点表示为节点ND1,将晶体管Tr2的第一端子与晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子的电连接点表示为节点ND2。
晶体管Tr3的第一端子与布线AL电连接,晶体管Tr3的第二端子与晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子及电容器C2的第二端子电连接。晶体管Tr4的第二端子与布线VL电连接,晶体管Tr4的栅极与布线GL1电连接。晶体管Tr5的第二端子与发光元件LD的输入端子电连接,晶体管Tr5的栅极与布线GL3电连接。发光元件LD的输出端子与布线CAT电连接。
晶体管Tr3的第二端子与发光元件LD通过晶体管Tr5的第一端子-第二端子间电连接,所以晶体管Tr5是能够对晶体管Tr3的第二端子与发光元件LD的输入端子间的导通状态或非导通状态进行切换的开关元件。
电容器C1具有保持节点ND1与节点ND2间的电位差的功能,电容器C2具有保持晶体管Tr3的第二端子与栅极间的电位差的功能。
在图4的像素PIX中,优选晶体管Tr1至晶体管Tr5中的至少一个为OS晶体管。尤其是,OS晶体管优选在沟道形成区中包括含有铟、元素M(元素M为铝、镓、钇或锡)、锌中的至少一个的氧化物。另外,将在实施方式4中对该氧化物进行详细说明。通过将该OS晶体管用作晶体管Tr1至晶体管Tr5中的至少一个,可以使采用该晶体管的晶体管的关态电流极小。当对电容器C1的第一端子(节点ND1)保持数据时,通过作为晶体管Tr1使用OS晶体管,可以防止因关态电流导致的保持在节点ND1中的数据的损坏。同样地,当对晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子及电容器C2的第一端子(节点ND2)保持数据时,通过作为晶体管Tr2使用OS晶体管,可以防止因关态电流导致的保持在节点ND2中的数据的损坏。另外,当暂时停止发光元件LD的发光时,通过作为晶体管Tr5使用OS晶体管,可以防止因关态电流导致发光元件LD发光。另外,通过对所有晶体管Tr1至晶体管Tr5采用OS晶体管,可以同时形成各晶体管,所以可以缩短显示部PA的制造工序。也就是说,由于可以缩短显示部PA的生产时间,所以可以增加某单位时间内的生产数。
另外,晶体管Tr1至晶体管Tr5中的至少一个例如可以使用沟道形成区中包含硅的晶体管(以下记作Si晶体管)。作为硅,例如可以采用,氢化非晶硅、微晶硅、多晶硅、单晶硅等。另外,也可以作为晶体管Tr1至晶体管Tr5中的部分晶体管采用Si晶体管,剩下的晶体管采用OS晶体管。
图2B所示的图像数据保持部101例如可以包括图4所示的晶体管Tr1。另外,驱动电路部102例如可以包括图4所示的晶体管Tr3至晶体管Tr5。另外,显示元件103例如可以包括图4所示的发光元件LD。校正数据保持部104例如可以包括图4所示的晶体管Tr2。另外,由于图像数据保持部101、驱动电路部102、校正数据保持部104都具有保持图4所示的电容器C1、电容器C2的电位的功能,所以无法确定电容器C1、电容器C2分别包括在哪个电路中。换言之,可以说电容器C1、电容器C2包括在图像数据保持部101、驱动电路部102和校正数据保持部104中的任一个中。
但是,在图2中,显示装置DD的显示质量有时受驱动电路部102中的驱动晶体管特性偏差的影响。尤其是,当作为显示元件103使用发光元件LD时,所受的影响更大,所以为了提高显示装置DD的显示质量,需要对用作驱动晶体管的晶体管Tr3的阈值电压进行校正。当利用显示部PA的外部电路校正阈值电压时,该外部电路需要取得流过驱动晶体管的第一端子与第二端子间的电流并利用该电流逐次进行图像数据的运算,所以有时阈值电压的校正所需的时间变长导致功耗变大。
<像素的结构实例3>
鉴于上述问题,本发明的一个方式采用下述结构:在包括图像数据保持部101及校正数据保持部104的像素PIX中设置对驱动电路部102中的驱动晶体管的阈值电压进行校正的阈值电压校正电路部。由此,不需要通过显示部PA的外部电路进行对应驱动晶体管的阈值电压的图像数据的运算,由此可以在显示装置DD中省略该外部电路。另外,通过作为阈值电压校正电路部采用向驱动晶体管的背栅极施加预定电位来校正阈值电压的方式,可以省略用来校正驱动晶体管的阈值电压的对图像数据的运算处理。
图5A的方框图示出为本发明的一个方式的半导体装置的像素PIX的电路结构的例子。
图5A所示的像素PIX包括图像数据保持部101、驱动电路部102、显示元件103、校正数据保持部104和阈值电压校正电路部105。图5A所示的像素PIX是对图2B的像素PIX设置了阈值电压校正电路部105的结构。
阈值电压校正电路部105与驱动电路部102电连接。
阈值电压校正电路部105具有校正驱动电路部102中的驱动晶体管的阈值电压的功能。另外,阈值电压校正电路部105还可以包括用来保持校正阈值电压的内容的开关元件、电容器等。
阈值电压校正电路部105通过与布线GL、布线VA等电连接,可以利用布线GL发送的选择信号、布线VA发送的电压及/或电流工作。
通过将图5A所示的像素PIX用于显示装置DD,除了可以利用图像数据保持部101和校正数据保持部104校正图像数据之外,还可以利用阈值电压校正电路部105校正驱动电路部102中的驱动晶体管的阈值电压。
另外,使用图5A所示的像素PIX的显示装置DD适用于将有机EL元件等发光元件用作显示元件的显示装置等。有机EL元件等发光元件的亮度由流过发光元件的电流的大小决定,所以当使该电流流过的驱动晶体管特性有偏差时会导致显示装置的显示质量下降。通过将图5A所示的像素PIX用于显示装置,可以对驱动晶体管的阈值电压进行校正,因此流过该驱动晶体管的电流不会因晶体管特性偏差而增大或减少,由此可以防止显示装置的显示质量下降。另外,通过利用图5A所示的像素PIX中的校正数据保持部104对图像数据进行校正,可以提高显示装置的显示质量。尤其是,大型显示装置中驱动晶体管特性偏差有变大的倾向,通过将图5A所示的像素PIX用于该显示装置,可以降低该特性偏差的影响。另外,由于在像素PIX的内部进行阈值电压的校正,所以不需要进行阈值电压的校正的外部电路而可以降低成本。
另外,图5A所示的像素PIX及外围电路结构可以与图3同样地省略电路WSD而利用源极驱动电路SD生成校正数据并通过布线WDL将该校正数据发送至校正数据保持部104。图5B示出该结构。通过将图5B所示的电路结构用于显示装置DD,可以省略电路WSD,由此可以缩小显示装置DD的电路面积。
《像素的电路结构实例2》
接着,对图5A和图5B所示的像素PIX的具体电路结构进行说明。图6A中示出图5A和图5B所示的像素PIX的电路结构实例。
图6A所示的像素PIX是对图4所示的像素PIX设置了晶体管Tr7、电容器C3的结构。另外,图6A所示的像素PIX在晶体管Tr3具有背栅极这一点上与图4所示的像素PIX不同。
晶体管Tr3的背栅极与晶体管Tr7的第一端子、电容器C3的第一端子电连接。晶体管Tr7的第二端子与布线BGL电连接,晶体管Tr7的栅极与布线GL4电连接。电容器C3的第二端子与晶体管Tr3的第二端子、晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子及电容器C2的第二端子电连接。
另外,在本实施例中,将晶体管Tr3的第二端子、晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子、电容器C2的第二端子、电容器C3的第二端子的电连接点称为节点ND3,将晶体管Tr3的背栅极、晶体管Tr7的第一端子、电容器C3的第一端子的电连接点称为节点ND4。
与布线GL1至布线GL3同样,布线GL4是对像素PIX的选择信号线且相当于图5A和图5B所示的布线GL。
布线BGL是用来对像素PIX内的特定节点施加预定电位的布线。另外,布线BGL可以为相当于图5A和图5B所示的布线VA的布线。
晶体管Tr7用作开关元件。另外,晶体管Tr7可以使用实施方式3中记载的晶体管的结构。再者,晶体管Tr7优选与晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr5同样都为OS晶体管。晶体管Tr7的其他方面可以参照晶体管Tr1至晶体管Tr5的记载。
图5A和图5B所示的阈值电压校正电路部105例如可以包括晶体管Tr7。另外,由于驱动电路部102、阈值电压校正电路部105都具有保持图6A所示的电容器C3的电位的功能,所以无法确定电容器C3包括在哪个电路中。换言之,可以说电容器C3包括在驱动电路部102、阈值电压校正电路部105中的任一个中。
另外,图6A所示的晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5、晶体管Tr7也可以是具有背栅极的晶体管。图6B所示的像素PIX是对图6A所示的像素PIX中的晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5及晶体管Tr7分别设置背栅极的结构。在图6B中,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5、晶体管Tr7的栅极与背栅极电连接。栅极与背栅极电连接的晶体管可以提高该晶体管的通态电流,所以通过采用图6B所示的结构可以使像素PIX高速工作。注意,虽然在图6B所示的像素PIX中晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5、晶体管Tr7都采用栅极与背栅极连接的结构,但是也可以采用利用其他的布线对背栅极施加电位的结构。另外,虽然图6B所示的像素PIX中晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5、晶体管Tr7都设置有背栅极,也可以采用仅对部分晶体管设置背栅极的结构。
《像素的电路结构实例3》
图7A示出与图6A所示的PIX不同的图5A和图5B所示的像素PIX的电路结构实例。
图7A所示的像素PIX是对图6A所示的像素PIX设置了晶体管Tr6的结构。
晶体管Tr6的第一端子与晶体管Tr2的第二端子、晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子电连接,晶体管Tr6的第二端子与晶体管Tr3的第二端子、晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子、电容器C2的第二端子及电容器C3的第二端子电连接,晶体管Tr6的栅极与布线GL4电连接。
晶体管Tr6用作开关元件。另外,晶体管Tr6可以采用实施方式3记载的结构。再者,晶体管Tr6优选与晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr5同样都为OS晶体管。晶体管Tr6的其他方面可以参照晶体管Tr1至晶体管Tr5的记载。
当想要比图6A所示的像素PIX更精确地校正作为驱动晶体管的晶体管Tr3的阈值电压时,优选如图7A所示地在像素PIX中设置晶体管Tr6。当校正阈值电压时,考虑到其工作原理,最好使晶体管Tr3的第二端子(节点ND3)与节点ND2的电位尽量相等,所以通过采用图7A所示的像素PIX,当校正阈值电压时,节点ND3与节点ND2的电位差可以比图6A所示的像素PIX的电位差更接近0V。
但是,驱动电路部102和校正数据保持部104共享晶体管Tr6的开关功能,所以无法确定晶体管Tr6包括在哪个电路中。换言之,可以说晶体管Tr6包括在驱动电路部102、校正数据保持部104中的任一个中。
《像素的电路结构实例4》
图7B示出与图6A和图6B及图7A所示的PIX不同的图5A和图5B所示的像素PIX的电路结构实例。
图7B所示的像素PIX去除了图6A所示的像素PIX中的晶体管Tr5。图7B所示的像素PIX比图6A和图6B、图7A所示的像素PIX的晶体管数少,所以可以缩小像素电路面积并提高开口率。另外,在图7B所示的像素PIX中,当不使发光元件LD发光时,不对发光元件LD的输入端子提供电流即可,可以对应想要不使发光元件LD发光的时序降低对布线AL施加的电位或者对晶体管Tr3的栅极施加使其变为关闭状态的电位。尤其是,当降低对布线AL施加的电位的情况下,优选使布线AL的电位低于布线CAT的电位。
<像素的工作例子>
接着,对上述像素电路尤其是图6A所示的像素PIX的工作例子进行说明。
图8是图6A所示的像素PIX的工作例子的时序图。图8所示的时序图表示时刻T1之前及时刻T1至时刻T7及时刻T7以后的布线DL、布线WDL、布线VL、布线BGL、布线GL1至布线GL4、节点ND1至节点ND4的电位变化。注意,图8所记载的high表示高电平电位,low表示低电平电位。另外,图8所记载的VGND表示基准电位。
注意,在时刻T1之前、时刻T1至时刻T7及时刻T7以后,布线VL一直被施加V1,布线BGL一直被施加V0。电位V1低于布线AL被施加的电压,电位V0高于V1
注意,在该工作例子中,在没有特殊说明的情况下,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5和晶体管Tr7在导通状态时都在线性区域中工作。也就是说,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4、晶体管Tr5、晶体管Tr7的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压,使得这些晶体管在线性区域中工作。
此外,在该工作例子中,除非特别叙述,晶体管Tr3在饱和区域中工作。也就是说,对晶体管Tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压,使得该晶体管在饱和区域中工作。注意,即使晶体管Tr3的工作偏离理想的饱和区域中的工作,也只要所得到的电流的精度在所希望的范围内就可以看作对晶体管Tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行了适当的偏压。
[即将进入时刻T1之前]
在即将进入时刻T1之前,布线GL1及布线GL3被施加高电平电位而布线GL2及布线GL4被施加低电平电位。当布线GL1的电位为高电平电位时,晶体管Tr1及晶体管Tr4的栅极都被施加高电平电位,晶体管Tr1及晶体管Tr4变为导通状态。也就是说,布线DL与节点ND1间变为导通状态,布线VL与节点ND3间变为导通状态。另外,当布线GL2的电位为低电平电位时,晶体管Tr2的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr2变为关闭状态。也就是说,布线WDL与节点ND2间变为非导通状态。并且,当布线GL3的电位为高电平电位时,晶体管Tr5的栅极被施加高电平电位,晶体管Tr5变为导通状态。也就是说,发光元件LD的输入端子与晶体管Tr5的第一端子间变为导通状态。再者,当布线GL4的电位为低电平电位时,晶体管Tr7的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr7变为关闭状态。也就是说,布线BGL与节点ND4间变为非导通状态。
在即将进入时刻T1之前,布线DL被施加电位VGND,布线WDL被施加电位V1。晶体管Tr1为导通状态,节点ND1的电位变为VGND。另外,由于晶体管Tr4为导通状态,节点ND3与提供电位V1的布线VL变为导通状态,但是此时由于晶体管Tr5也为导通状态,所以节点ND3的电位比V1低。并且,布线WDL被施加电位V1
另外,在节点ND2的电位和晶体管Tr3的源极的电位之间的差异(栅极-源极电压)高于晶体管Tr3的阈值电压的情况下,晶体管Tr3处于导通状态,根据晶体管Tr3的栅极-源极电压,决定晶体管Tr3的源极-漏极之间流过的电流。此时,在晶体管Tr3的第二端子为源极的情况下,从布线AL通过晶体管Tr3及晶体管Tr5对发光元件LD的输入端子流过电流。由此发光元件LD发光。另外,在该工作例子中,节点ND2的电位是使晶体管Tr3变为关闭状态的电位,在图8所示的时序图中将节点ND2的电位记作VGND
[时刻T1至时刻T2(第一初始化期间)]
在时刻T1至时刻T2的期间,布线GL2及布线GL4被施加高电平电位。由此,晶体管Tr2、晶体管Tr7的栅极都被施加高电平电位,因此晶体管Tr2、晶体管Tr7都变为导通状态。由此,节点ND2的电位变为V1,节点ND4的电位变为V0。但是,由于晶体管Tr5为导通状态,所以与时刻T1以前一样节点ND3仍为比电位V1低的电位。
[时刻T2至时刻T3(第二初始化期间)]
在时刻T2至时刻T3的期间,布线GL3被施加低电平电位。由此,晶体管Tr5的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr5变为关闭状态。因此,没有电流从节点ND3经由晶体管Tr5流到发光元件LD的输入端子。
由于晶体管Tr5为关闭状态且晶体管Tr4为导通状态,节点ND3的电位上升至V1。严格来说,布线VL与节点ND3间隔着晶体管Tr4,所以节点ND3的电位为比V1低的接近V1的值。此时,节点ND2(晶体管Tr3的栅极)的电位与节点ND3(晶体管Tr3的第二端子)的电位几乎都为V1,电容器C2的第一端子-第二端子间的电位几乎为0V。
当使用图7A所示的像素PIX时,在时刻T2至时刻T3的期间,布线GL4被施加高电平电位,晶体管Tr6变为导通状态。由此,晶体管Tr3的栅极与第二端子间变为导通状态,电容器C2的第一端子-第二端子间的电位几乎为0V。
[时刻T3至时刻T4(阈值电压校正期间)]
在时刻T3至时刻T4的期间,布线GL1及布线GL2被施加低电平电位。由此,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4的栅极都被施加低电平电位,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4变为关闭状态。当晶体管Tr1变为关闭状态时,电容器C1的第一端子(节点ND1)保持电位VGND,当晶体管Tr2变为关闭状态时,电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子、晶体管Tr3的栅极(节点ND2)保持电位V1
在此,假定通过节点ND3的电位V1和布线AL的电位,晶体管Tr3的第一端子-第二端子间被施加高偏压。此时,晶体管Tr3变为导通状态,电流从晶体管Tr3的第一端子流向第二端子。
另一方面,由于晶体管Tr4及晶体管Tr5为关闭状态,节点ND3的电位因该电流而升高。另外,由于电容器C2的第一端子-第二端子间的电压几乎为0V且晶体管Tr2为关闭状态(节点ND2为电浮动状态),所以晶体管Tr3的栅极-源极电压在节点ND3的电位升高时也不变,仍保持几乎为0V的状态不变。
节点ND3的电位一直升高直到晶体管Tr3变为关闭状态为止。晶体管Tr3的栅极-源极电压几乎为0V,当晶体管Tr3的阈值电压变为0以上时或者超过0时,晶体管Tr3变为关闭状态。也就是说,当晶体管Tr3的背栅极-源极间电压变为使晶体管Tr3的阈值电压为0的电压时,晶体管Tr3变为关闭状态。当使晶体管Tr3的阈值电压为0的晶体管Tr3的背栅极-源极间电压为VC时,节点ND3的电位为V0-VC
另外,由于节点ND2为电浮动状态,所以在节点ND3的电位从V1升至V0-VC的同时节点ND2的电位也升高。节点ND2升高的电压由节点ND2与节点ND3间的电容耦合系数决定。
另外,由于晶体管Tr1为关闭状态,节点ND1为电浮动状态。因此,随着节点ND2的电位升高,节点ND1的电位也升高。节点ND1升高的电压由节点ND1与节点ND2间的电容耦合系数决定。
另外,当使用图7A所示的像素PIX时,在时刻T3至时刻T4的期间,晶体管Tr3的栅极与第二端子间为导通状态,所以图7A所示的像素PIX与上述图6A所示的像素PIX同样工作。另外,图7A所示的像素PIX的时刻T4以后的工作参照下述图6A所示的像素PIX的工作说明。
[时刻T4至时刻T5(校正数据写入期间)]
在时刻T4至时刻T5的期间,布线GL1及布线GL2被施加高电平电位,布线GL4被施加低电平电位。由此,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4的栅极被施加高电平电位,晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4变为导通状态。晶体管Tr7的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr7变为关闭状态。因此,节点ND4变为电浮动状态,节点ND4的电位被电容器C3的第一端子保持。
另外,在该工作例子中,在时刻T4,同时对布线GL1、布线GL2及布线GL4输入信号,但是在实际电路中从各布线发送的各信号有时发生延迟,所以有时各信号不被同时输入像素PIX。考虑到信号延迟,优选在确保节点ND4变为电浮动状态之后,再在时刻T4对布线GL1及布线GL2施加高电平电位。也就是说,优选在时刻T4之前对布线GL4施加低电平电位。
另外,在时刻T4至时刻T5的期间,相当于校正数据的电位VW被施加到布线WDL。
由于晶体管Tr1为导通状态,所以布线DL与节点ND1间变为导通状态。因此,从布线DL向节点ND1施加电位VGND。另外,由于晶体管Tr2为导通状态,所以布线WDL与节点ND2间变为导通状态。因此,从布线WDL向节点ND2施加电位VW
由于晶体管Tr4为导通状态,所以布线VL与节点ND3间变为导通状态。因此,从布线VL向节点ND3施加有电位V1。但是,由于晶体管Tr7为关闭状态(节点ND4为电浮动状态),所以随着节点ND3的电位变化,节点ND4的电位也发生变化。在此,通过使节点ND3与节点ND4的电容耦合系数为1,节点ND4的电位从V0变为V1+VC。此时,晶体管Tr3的背栅极-源极间电压保持时刻T3至时刻T4期间的该电压VC不发生变化,时刻T4至时刻T5的晶体管Tr3的阈值电压为0。
[时刻T5至时刻T6(图像数据写入期间)]
在时刻T5至时刻T6的期间,布线GL2被施加低电平电位。由此,晶体管Tr2的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr2变为关闭状态。晶体管Tr2变为关闭状态,电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子、晶体管Tr3的栅极(节点ND2)保持电位VW
另外,在时刻T5至时刻T6的期间,布线DL被施加相当于图像数据的电位VDATA
由于晶体管Tr1为导通状态,所以布线DL与节点ND1间变为导通状态。因此,从布线DL向节点ND1施加电位VDATA。但是,由于晶体管Tr2为关闭状态(节点ND2为电浮动状态),所以随着节点ND1的电位变化,节点ND2的电位也发生变化。尤其是,当电容器C1的静电电容值充分大于电容器C2的静电电容值时,节点ND1与节点ND2间的电容耦合系数无限接近1,所以节点ND1的电位变化量与节点ND2的电位变化量几乎相同。此时,节点ND2为VDATA+VW
[时刻T6至时刻T7(图像显示期间)]
在时刻T6至时刻T7的期间,布线GL1被施加低电平电位。由此,晶体管Tr1的栅极被施加低电平电位,晶体管Tr1变为关闭状态。由于晶体管Tr1变为关闭状态,电容器C1的第一端子(节点ND1)保持电位VDATA
在对布线GL1施加低电平电位之后,对布线GL3施加高电平电位。由此,晶体管Tr5的栅极被施加高电平电位,晶体管Tr5变为导通状态。通过晶体管Tr5变为导通状态,从布线AL流出的电流经晶体管Tr3及晶体管Tr5被输入到发光元件LD的输入端子,由此发光元件LD发光。
此时,发光元件LD的亮度由发光元件LD中流过的电流决定。由基尔霍夫定律可知流过发光元件LD的电流与流过晶体管Tr3的源极-漏极间的电流基本相等,发光元件LD的亮度由晶体管Tr3的栅极-源极电压决定。晶体管Tr3的栅极及源极分别与电容器C2的第一端子及第二端子电连接,发光元件LD的亮度由晶体管Tr3的栅极的电位VDATA+VW决定。因此,发光元件LD以对应校正数据和图像数据的亮度发光。
另外,此时,发光元件LD的输入端子与输出端子间被施加电压并且布线CAT被施加预定的电位,所以晶体管Tr3的第二端子、晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子、电容器C2的第二端子、电容器C3的第二端子的电连接点的电位升高。并且,节点ND1、节点ND2、节点ND4为电浮动状态,随着该电连接点的电位升高,有时节点ND1、节点ND2、节点ND4的电位也因电容耦合升高。在图8的时序图中,时刻T7以后的节点ND1、节点ND2的电位高于时刻T6至时刻T7间的节点ND1、节点ND2的电位。
如上所述,图6A所示的像素PIX可以通过进行图8的时序图中的时刻T1至时刻T7及其附近的时刻的工作,来进行向图像数据的校正以及驱动晶体管的阈值电压的校正。
<显示装置的工作例子>
但是,当包括图6A所示的像素PIX的显示装置DD为大型显示装置时,与像素PIX电连接的布线的电阻变大,有时驱动晶体管的阈值电压校正等的处理需要较长时间。因此,在利用该显示装置正常显示图像时,该显示装置的工作频率可能下降。
下面说明针对上述问题的工作例子。在该工作例子中,对将图6A所示的多个像素PIX以矩阵状配置的显示部PA用于该显示装置的例子进行说明。
图9示出显示部PA中的第i行、第i+1行、第i+2行(i为3以上的整数)中的像素PIX的工作顺序、布线DL发送数据的时序以及布线WDL发送数据的时序。
图9所记载的时刻T1至时刻T6相当于图8的时序图所记载的时刻T1至时刻T6。也就是说,第i行记载的期间PD1至期间PD5分别相当于上述像素电路的工作例子的“第一初始化期间”、“第二初始化期间”、“阈值电压校正期间”、“校正数据写入期间”、“图像数据写入期间”。在图9中,作为一个例子,期间PD1至期间PD5的时间分别为0.5μs、1.5μs、19μs、2.0μs、2.0μs。
尤其是,如上所述,当包括像素PIX的显示装置为大型显示装置时,有时驱动晶体管的阈值电压校正等处理所需的时间较长。为此,将期间PD3的时间设定得比其他期间(PD1、PD2、PD4、PD5)长。
另外,在图9所示的像素PIX的工作中,尤其是在期间PD4及期间PD5的工作中,i行、i+1行及i+2行中的各像素PIX分别被写入恰当的校正数据及图像数据。为此,在如下说明中对i行、i+1行及i+2行中的多个像素PIX中互为同一列的像素PIX进行说明。
如图9所示,除第i行的像素PIX之外,第i+1行、第i+2行的像素PIX也进行期间PD1至期间PD5的工作。但是,在第i行、第i+1行、第i+2行中,期间PD1、期间PD2、期间PD4、期间PD5彼此不重叠。换言之,当某一行的像素PIX处于期间PD1、期间PD2、期间PD4、期间PD5中的任一个时,该行以外的像素PIX处于期间PD3。
在图9所示的显示装置的工作例子中,从布线DL的数据发送工作包括期间PDGND和期间PDDATA[i-2]至期间PDDATA[i+2]。期间PDGND是对布线DL施加电位VGND的期间。期间PDDATA[k](k为i-2以上且i+2以下的整数)是对布线DL施加对应写入第k行中的像素PIX的节点ND1的图像数据的电位的期间。
另外,在图9所示的显示装置的工作例子中,从布线WDL的数据发送工作包括期间PDV1和期间PDW[i-2]至期间PDW[i+2]。期间PDV1是对布线WDL施加电位V1的期间。期间PDW[k]是对布线WDL施加对应写入第k行中的像素PIX的节点ND2的校正数据的电位(相当于上述像素电路的工作例子中说明的VW)的期间。
在多个行中的一个行中的像素PIX的工作中,在期间PD1(第一初始化期间),为了使节点ND1的电位为VGND,对布线DL施加电位VGND。也就是说,在该行的像素PIX中进行期间PD1的工作时,布线DL中进行期间PDGND的工作。另外,在期间PD1,为了使节点ND2的电位为V1,对布线WDL施加电位V1。也就是说,当该行的像素PIX中进行期间PD1的工作时,布线WDL中进行期间PDV1的工作。
在多个行中的一个行中的像素PIX的工作中,在期间PD4(校正数据写入期间),为了对节点ND2写入校正数据,对布线WDL施加对应该校正数据的电位。也就是说,当第I行(I为1以上的整数)的像素PIX中进行期间PD4的工作时,布线WDL中进行期间PDW[I]的工作。
作为多个行中的一个行中的像素PIX的工作,在期间PD5(图像数据写入期间)对节点ND1写入图像数据,布线DL被施加对应于该图像数据的电位。也就是说,在第I行的像素PIX中进行期间PD5的工作时,布线DL进行期间PDDATA[I]的工作。
如图9所示,当在第i+1行的像素PIX中进行驱动晶体管的阈值电压的校正时,该行的像素PIX进行期间PD3的工作。此时,在第i+1行的像素PIX中,由于不需要通过布线DL向节点ND1写入电位以及通过布线WDL向节点ND2写入电位,所以可以改变布线DL及布线WDL的电位。为此,当第i+1行的像素PIX进行期间PD3的工作时,在第i行的像素PIX中,可以在期间PD4及期间PD5的每一个的工作中改变布线DL的电位及布线WDL的电位。也就是说,在进行第i+1行的像素PIX的驱动晶体管的阈值电压校正期间,可以对第i行的像素PIX写入图像数据及校正数据。另外,如图9所示,在进行第i+2行的像素PIX的驱动晶体管的阈值电压的校正时,同样地,也可以改变布线DL的电位及布线WDL的电位,由此可以对第i+1行的像素PIX写入图像数据及校正数据。
注意,虽然在图9中按第i行至第i+2行的顺序对各行的像素PIX写入校正数据及图像数据,但是像素PIX的校正数据及图像数据的写入顺序不局限于图9。像素PIX的校正数据及图像数据的写入顺序例如也可以采用先对奇数行的像素PIX依次写入再对偶数行的像素PIX依次写入的顺序。
注意,本发明的一个方式的工作方法不局限于上述期间PD1至期间PD5。在本说明书等中,图9所示的各工作期间按功能进行分类,彼此为独立的工作期间。然而,在实际工作等中,难以针对各功能对像素PIX的工作进行分类,有时一个工作可能涉及多个其他工作或者多个工作可能都与一个工作有关。为此,图9所示的工作期间不局限于说明书中说明的各工作期间,可以根据情况适当地改写。具体而言,可以根据情况改变各工作期间的顺序或者进行工作的添加或削除等。例如,在本说明书等中,在图9所示的像素PIX的工作中,分别将期间PD1及期间PD2作为第一初始化期间和第二初始化期间分开说明,但是第一初始化期间及第二初始化期间也可以同时进行。为此,第一初始化期间及第二初始化期间可以统称为初始化期间。
如上所述,通过在进行某行的像素PIX的驱动晶体管的阈值电压的校正时对其他行的像素PIX进行图像数据及校正数据的写入工作,可以抑制因驱动晶体管的阈值电压的校正导致显示装置的工作频率下降,由此与现有的工作方法相比可以提高工作频率。
<源极驱动电路SD及电路WSD的电路结构实例>
在此,说明像素PIX及外围电路具有图5A所示的结构且像素PIX进行图8所示的时序图的工作时的源极驱动电路SD与电路WSD的电路结构实例。
图10A示出图5A中的源极驱动电路SD与电路WSD的电路结构实例。注意,图10A为了示出与像素PIX的连接结构,还示出了显示部PA。
源极驱动电路SD包括晶体管Tr11、晶体管Tr12及电路SDa。另外,电路WSD包括晶体管Tr13、晶体管Tr14及电路WSDa。
在图10中,晶体管Tr11至晶体管Tr14分别为n沟道型晶体管,但是也可以使所有晶体管Tr11至晶体管Tr14或其中的部分晶体管为p沟道型晶体管。另外,晶体管Tr11至晶体管Tr14优选为关态电流低的OS晶体管。
另外,图10示出晶体管Tr11至晶体管Tr14为具有背栅极的晶体管的情况,但是所有晶体管Tr11至晶体管Tr14或者其中的部分晶体管也可以为不具有背栅极的晶体管。另外,为了增大通态电流,晶体管Tr11至晶体管Tr14分别具有栅极与背栅极电连接的结构,但是所有晶体管Tr11至晶体管Tr14的背栅极或者其中部分晶体管的背栅极也可以与施加有任意电位的布线电连接。
在源极驱动电路SD中,晶体管Tr11的第一端子与电路SDa电连接,晶体管Tr11的第二端子与晶体管Tr12的第一端子及布线DL电连接。晶体管Tr11的栅极与布线SELD电连接,晶体管Tr12的第二端子与布线GNDL电连接,晶体管Tr12的栅极与布线SELG电连接。
为了在显示部PA显示图像,电路SDa具有生成对应该图像的电位VDATA并将该电位VDATA输出到晶体管Tr11的第一端子的功能。电路SDa例如可以采用图1所示的源极驱动电路SD的结构。也就是说,为了生成图像数据,电路SDa可以包括移位寄存器SR、锁存电路LAT、电平移位电路LVS、数字模拟转换电路DAC、放大器电路AMP及数据总线布线DB。在该情况下,可以使放大器电路AMP的输出端子与晶体管Tr11的第一端子电连接。
在电路WSD中,晶体管Tr13的第一端子与电路WSDa电连接,晶体管Tr13的第二端子与晶体管Tr14的第一端子、布线WDL电连接。晶体管Tr13的栅极与布线SELW电连接,晶体管Tr14的第二端子与布线V1L电连接,晶体管Tr14的栅极与布线SELV电连接。
为了利用校正数据对显示部PA所显示的图像进行校正,电路WSDa具有对应该校正数据生成电位VW并将该电位VW输出到晶体管Tr13的第一端子的功能。与电路SDa同样,电路WSDa例如可以包括移位寄存器SR、锁存电路LAT、电平移位电路LVS、数字模拟转换电路DAC、放大器电路AMP及数据总线布线DB。在该情况下,可以使放大器电路AMP的输出端子与晶体管Tr13的第一端子电连接。
布线SELD、布线SELG、布线SELW、布线SELV分别是用来对晶体管Tr11至晶体管Tr14的栅极供应电位的布线,可以利用该电位分别将晶体管Tr11至晶体管Tr14切换为导通状态或关闭状态。
布线GNDL是对布线DL提供基准电位VGND的布线,布线V1L是对布线WDL提供电位V1的布线。
在此,将具体说明当像素PIX的工作是图8的时序图所示的工作例子时图10A的源极驱动电路SD与电路WSD的工作。
在时刻T4前及时刻T5后,布线WDL的电位为V1。在时刻T4前及时刻T5后的电路WSD中进行如下工作,对布线SELW施加低电平电位使晶体管Tr13变为关闭状态并对布线SELV施加高电平电位使晶体管Tr14变为导通状态。由此,布线V1L与布线WDL间变为导通状态,布线WDL的电位变为V1
另外,在时刻T4至时刻T5的期间,布线WDL的电位为VW。在时刻T4至时刻T5的电路WSD中进行如下工作,对布线SELW施加高电平电位使晶体管Tr13变为导通状态并对布线SELV施加低电平电位使晶体管Tr14变为关闭状态。并且,电路WSDa输出对应于校正数据的电位VW,所以布线WDL的电位变为VW
在时刻T5前及时刻T6后,布线DL的电位为VGND。在时刻T5前及时刻T6后的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELD施加低电平电位使晶体管Tr11变为关闭状态并对布线SELG施加高电平电位使晶体管Tr12变为导通状态。由此,布线GNDL与布线DL间变为导通状态,布线DL的电位变为VGND
另外,在时刻T5至时刻T6的期间,布线DL的电位为VDATA。时刻T5至时刻T6的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELD施加高电平电位使晶体管Tr11变为导通状态并对布线SELG施加低电平电位使晶体管Tr12变为关闭状态。再者,电路SDa输出对应于图像数据的电位VDATA,所以布线DL的电位变为VDATA
当图5A所示的像素PIX进行图8所示的时序图的工作时,通过使源极驱动电路SD及电路WSD具有图10A所示的结构,可以适时地分别对布线DL及布线WDL施加适当的电位。
另外,当像素PIX及外围电路具有图5B所示的结构且像素PIX进行图8所示的时序图的工作时,源极驱动电路SD例如可以具有图10B的电路结构。
图10B所示的源极驱动电路SD包括晶体管Tr11至晶体管Tr14及电路SDa。另外,晶体管Tr11至晶体管Tr14及电路SDa可以参照图10A的晶体管Tr11至晶体管Tr14及电路SDa的说明。
电路SDa与晶体管Tr11的第一端子及晶体管Tr13的第一端子电连接。晶体管Tr11的第二端子与晶体管Tr12的第一端子及布线DL电连接。晶体管Tr13的第二端子与晶体管Tr14的第一端子及布线WDL电连接。晶体管Tr12的第二端子与布线GNDL电连接,晶体管Tr14的第二端子与布线V1L电连接。晶体管Tr11的栅极与布线SELD电连接,晶体管Tr12的栅极与布线SELG电连接,晶体管Tr13的栅极与布线SELW电连接,晶体管Tr14的栅极与布线SELV电连接。
布线SELD、布线SELG、布线SELW、布线SELV、布线V1L及布线GNDL可以分别参照图10A的布线SELD、布线SELG、布线SELW、布线SELV、布线V1L及布线GNDL的说明。
根据晶体管Tr11、晶体管Tr13、电路SDa的连接结构,图5B所示的源极驱动电路SD选择布线DL和布线WDL中的一方并对所选择的布线供应电位。另外,电路SDa具有生成用于对布线DL施加的对应于图像数据的电位VDATA以及用于对布线WDL施加的对应于校正数据的电位VW的功能。为此,当电路SDa生成电位VDATA并将其输出时,通过使晶体管Tr11为导通状态并使晶体管Tr13为关闭状态,可以对布线DL施加电位VDATA。当电路SDa生成电位VW并将其输出时,通过使晶体管Tr11为关闭状态并使晶体管Tr13为导通状态,可以对布线WDL施加电位VW
另外,当对布线DL施加基准电位VGND时,可以使晶体管Tr11为关闭状态并使晶体管Tr12为导通状态。另外,当对布线WDL施加基准电位V1时,可以使晶体管Tr13为关闭状态并使晶体管Tr14为导通状态。
在此,将具体说明像素PIX的工作是图8的时序图所示的工作例子时图10B的源极驱动电路SD的工作。
在时刻T4前及时刻T5后,布线WDL的电位为V1。在时刻T4前及时刻T5后的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELW施加低电平电位使晶体管Tr13变为关闭状态并对布线SELV施加高电平电位使晶体管Tr14变为导通状态。由此,布线V1L与布线WDL间变为导通状态,布线WDL的电位变为V1
另外,在时刻T4至时刻T5的期间,布线WDL的电位为VW。在时刻T4至时刻T5的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELW施加高电平电位使晶体管Tr13变为导通状态并对布线SELV施加低电平电位使晶体管Tr14变为关闭状态。并且,电路SDa输出对应于校正数据的电位VW,所以布线WDL的电位变为VW
在时刻T5前及时刻T6后,布线DL的电位为VGND。在时刻T5前及时刻T6后的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELD施加低电平电位使晶体管Tr11变为关闭状态并对布线SELG施加高电平电位使晶体管Tr12变为导通状态。由此,布线GNDL与布线DL间变为导通状态,布线DL的电位变为VGND
另外,在时刻T5至时刻T6的期间,布线DL的电位为VDATA。在时刻T5至时刻T6的源极驱动电路SD中进行如下工作,对布线SELD施加高电平电位使晶体管Tr11变为导通状态并对布线SELG施加低电平电位使晶体管Tr12变为关闭状态。再者,电路SDa输出对应于图像数据的电位VDATA,所以布线WDL的电位变为VDATA
当图5B所示的像素PIX进行图8所示的时序图的工作时,通过使源极驱动电路SD具有图10B所示的结构,可以适时地分别对布线DL及布线WDL施加适当的电位。
在本说明书等中,按照功能对构成要素进行分类并在框图中以彼此独立的方框表示。然而,在实际的电路等中难以根据功能分类构成要素,有时一个电路涉及到多个功能或者多个电路涉及到一个功能。因此,方框图所示的方框的分割不局限于说明书中说明的构成要素,而可以根据情况适当地不同。
注意,本发明的一个方式不局限于上述图2A和图2B、图3、图5A和图5B所示的像素PIX。本发明的一个方式也可以对图2A和图2B、图3、图5A和图5B所示的像素PIX的结构进行适当地改变。例如,虽然图5A和图5B所示的像素PIX中图像数据保持部101、驱动电路部102、校正数据保持部104彼此电连接,但是也可以省略图像数据保持部101与驱动电路部102间的电连接。也就是说,也可以通过校正数据保持部104从图像数据保持部101向驱动电路部102发送图像数据。另外,例如,也可以省略驱动电路部102与校正数据保持部104间的电连接。也就是说,从校正数据保持部104向图像数据保持部101发送校正数据,由图像数据保持部101生成经过校正的图像数据,并将其发送至驱动电路部102。
注意,本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式及/或实施例适当地组合。
实施方式2
在本实施方式中,作为显示元件,对使用EL元件的显示装置的结构例进行说明。注意,本实施方式中省略了已在实施方式1中进行了说明的驱动电路部及阈值电压校正电路部的说明。
在图11A中,以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215的方式设置密封剂4005,显示部215被密封剂4005及第二衬底4006密封。
显示部215设置有包括实施方式1所示的像素PIX的像素阵列。
在图11A中,扫描线驱动电路221a、信号线驱动电路231a、信号线驱动电路232a及共通线驱动电路241a都包括设置在印刷电路板4041上的多个集成电路4042。集成电路4042由单晶半导体或多晶半导体形成。信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a具有实施方式1所示的源极驱动器电路SD的功能。扫描线驱动电路221a具有实施方式1所示的栅极驱动器电路GD的功能。共通线驱动电路241a具有对实施方式1所示的像素PIX包括的预定电路元件施加规定电位或者供给电流的功能。尤其是,共通线驱动电路241a与像素PIX可以通过实施方式1所示的布线VA电连接。
通过FPC(Flexibleprintedcircuit:柔性印刷电路)4018向扫描线驱动电路221a、共通线驱动电路241a、信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a供应各种信号及电位。
包括于扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a中的集成电路4042具有对显示部215供应选择信号的功能。包括在信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042具有对显示部215供应图像信号的功能。集成电路4042被安装在与由第一衬底4001上的密封剂4005围绕的区域不同的区域中。
注意,对集成电路4042的连接方法没有特别的限制,可以使用引线键合法、COG(Chip On Glass)法、TCP(Tape Carrier Package)法以及COF(Chip On Film)法等。
图11B示出利用COG法安装包含于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042的例子。另外,通过将驱动电路的一部分或整体形成在形成有显示部215的衬底上,可以形成系统整合型面板(system-on-panel)。
图11B示出将扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a形成在形成有显示部215的衬底上的例子。通过同时形成驱动电路与显示部215内的像素电路,可以减少构件数。由此,可以提高生产率。
另外,在图11B中,以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215、扫描线驱动电路221a以及共通线驱动电路241a的方式设置密封剂4005。显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a上设置有第二衬底4006。由此,显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a通过第一衬底4001、密封剂4005及第二衬底4006与显示元件密封在一起。
虽然图11B中示出另行形成信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a并将其安装至第一衬底4001的例子,但是本发明的一个方式不局限于该结构,也可以另行形成扫描线驱动电路并进行安装,或者另行形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分并进行安装。
此外,显示装置有时包括显示元件为密封状态的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。
设置于第一衬底上的显示部及扫描线驱动电路包括多个晶体管。作为该晶体管,可以使用OS晶体管或沟道形成区包含硅的晶体管。
外围驱动电路所包括的晶体管及显示部的像素电路所包括的晶体管的结构既可以具有相同的结构又可以具有不同的结构。外围驱动电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构,又可以组合两种以上的结构。同样地,像素电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构,又可以组合两种以上的结构。
另外,可以在第二衬底4006上设置后面所述的输入装置4200。图11A和图11B所示的对显示装置设置输入装置4200的结构能够用作触摸屏。
对本发明的一个方式的触摸屏所包括的感测元件(也称为传感元件)没有特别的限制。还可以将能够检测出手指、触屏笔等检测对象的接近或接触的各种传感器用作感测元件。
例如,作为传感器的方式,可以利用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式、压敏式等各种方式。
在本实施方式中,以包括静电电容式的感测元件的触摸屏为例进行说明。
作为静电电容式,有表面型静电电容式、投影型静电电容式等。另外,作为投影型静电电容式,有自电容式、互电容式等。优选使用互电容式,因为可以同时进行多点感测。
本发明的一个方式的触摸屏可以采用贴合了分别制造的显示装置和感测元件的结构、在支撑显示元件的衬底和对置衬底中的一方或双方设置有构成感测元件的电极等的结构等各种各样的结构。
图12A和图12B示出触摸屏的一个例子。图12A是触摸屏4210的透视图。图12B是输入装置4200的透视示意图。注意,为了明确起见,只示出典型的构成要素。
触摸屏4210具有贴合了分别制造的显示装置与感测元件的结构。
触摸屏4210包括重叠设置的输入装置4200和显示装置。
输入装置4200包括衬底4263、电极4227、电极4228、多个布线4237、多个布线4238及多个布线4239。例如,电极4227可以与布线4237或布线4239电连接。另外,电极4228可以与布线4239电连接。FPC4272b可以与多个布线4237及多个布线4238分别电连接。FPC4272b可以设置有IC4273b。
显示装置的第一衬底4001与第二衬底4006之间可以设置触摸传感器。当在第一衬底4001与第二衬底4006之间设置触摸传感器时,除了静电电容式触摸传感器之外还可以使用利用光电转换元件的光学式触摸传感器。
图13是沿着图11B中的点划线N1-N2的截面图。图13所示的显示装置包括电极4015,该电极4015与FPC4018的端子通过各向异性导电层4019电连接。另外,在图13中,电极4015在形成于绝缘层4112、绝缘层4111及绝缘层4110的开口中与布线4014电连接。
电极4015与第一电极层4030使用同一导电层形成,布线4014与晶体管4010及晶体管4011的源电极及漏电极使用同一导电层形成。
另外,设置在第一衬底4001上的显示部215和扫描线驱动电路221a包括多个晶体管。在图13中,示出显示部215中的晶体管4010及扫描线驱动电路221a中的晶体管4011。虽然图13中作为晶体管4010及晶体管4011示出底栅极型晶体管,但是也可以使用顶栅极型晶体管。另外,晶体管4010可以使用实施方式1中说明的晶体管Tr5。晶体管4011可以使用实施方式1中说明的栅极驱动电路GD中的晶体管。
在图13中,在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外,绝缘层4112上形成有分隔壁4510。
另外,晶体管4010及晶体管4011设置在绝缘层4102上。另外,晶体管4010及晶体管4011包括形成在绝缘层4111上的电极4017。电极4017可以用作背栅电极。
另外,图13所示的显示装置包括电容器4020。电容器4020包括与晶体管4010的栅电极以同一工序形成的电极4021以及与源电极及漏电极以同一工序形成的电极。这些电极隔着绝缘层4103彼此重叠。另外,电容器4020可以使用实施方式1中说明的电容器C2和电容器C3中的一个。
一般而言,考虑在像素部中配置的晶体管的泄漏电流等设定在显示装置的像素部中设置的电容器的容量以使其能够在指定期间保持电荷。电容器的容量考虑晶体管的关态电流等设定即可。
设置在显示部215中的晶体管4010与显示元件电连接。
另外,图13所示的显示装置包括绝缘层4111及绝缘层4102。作为绝缘层4111及绝缘层4102,使用不易使杂质元素透过的绝缘层。通过由绝缘层4111和绝缘层4102夹持晶体管,可以防止来自外部的杂质混入半导体层。
作为显示装置所包括的显示元件,可以应用利用电致发光的发光元件(也称为EL元件)。EL元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(也称为EL层)。当使一对电极之间产生高于EL元件的阈值电压的电位差时,空穴从阳极一侧注入到EL层中,而电子从阴极一侧注入到EL层中。被注入的电子和空穴在EL层中重新结合,由此,包含在EL层中的发光物质发光。
EL元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物被区别,通常前者被称为有机EL元件,而后者被称为无机EL元件。
在有机EL元件中,通过施加电压,电子从一个电极注入到EL层中,而空穴从另一个电极注入到EL层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合,发光有机化合物形成激发态,当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理,这种发光元件被称为电流激发型发光元件。
EL层除了发光化合物以外也可以还包括空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等。
EL层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
无机EL元件根据其元件结构而分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括发光层,其中发光材料的粒子分散在粘合剂中,并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL元件是其中发光层夹在电介质层之间,并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构,其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。注意,这里作为发光元件使用有机EL元件进行说明。
为了取出发光,使发光元件的一对电极中的至少一个为透明。在衬底上形成有晶体管及发光元件。作为发光元件可以采用从与该衬底相反一侧的表面取出发光的顶部发射结构;从衬底一侧的表面取出发光的底部发射结构;以及从两个表面取出发光的双面发射结构。
图13是作为显示元件使用发光元件的发光显示装置(也称为“EL显示装置”)的一个例子。被用作显示元件的发光元件4513与设置在显示部215中的晶体管4010电连接。虽然发光元件4513具有第一电极层4030、发光层4511及第二电极层4031的叠层结构,但是不局限于该结构。根据从发光元件4513取出光的方向等,可以适当地改变发光元件4513的结构。另外,发光元件4513可以使用实施方式1中说明的发光元件LD。
分隔壁4510使用有机绝缘材料或无机绝缘材料形成。尤其优选使用感光树脂材料,在第一电极层4030上形成开口部,并且将该开口部的侧面形成为具有连续曲率的倾斜面。
发光层4511可以使用一个层构成,也可以使用多个层的叠层构成。
发光元件4513的发光颜色可以根据构成发光层4511的材料变为白色、红色、绿色、蓝色、青色、品红色或黄色等。
作为实现彩色显示的方法,有如下方法:组合发光颜色为白色的发光元件4513和着色层的方法;以及在每个像素设置发光颜色不同的发光元件4513的方法。前者的方法的生产率比后者的方法高。另一方面,在后者的方法中,需要根据每个像素形成发光层4511,所以其生产率比前者的方法低。但是,在后者的方法中,可以得到其色纯度比前者的方法高的发光颜色。通过在后者的方法中使发光元件4513具有微腔结构,可以进一步提高色纯度。
发光层4511也可以包含量子点等无机化合物。例如,通过将量子点用于发光层,也可以将其用作发光材料。
为了防止氧、氢、水分、二氧化碳等侵入发光元件4513,也可以在第二电极层4031及分隔壁4510上形成保护层。作为保护层,可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜、DLC(Diamond Like Carbon)膜等。此外,在由第一衬底4001、第二衬底4006以及密封剂4005密封的空间中设置有填充剂4514并被密封。如此,为了不暴露于外部气体,优选使用气密性高且脱气少的保护薄膜(粘合薄膜、紫外线固化树脂薄膜等)、覆盖材料进行封装(封入)。
作为填充剂4514,除了氮或氩等惰性气体以外,也可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂,例如可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。填充剂4514也可以包含干燥剂。
作为密封剂4005,可以使用玻璃粉等玻璃材料或者两液混合型树脂等在常温下固化的固化树脂、光固化树脂、热固化树脂等树脂材料。密封剂4005也可以包含干燥剂。
另外,根据需要,也可以在发光元件的光射出面上适当地设置诸如偏振片或者圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、滤色片等的光学薄膜。此外,也可以在偏振片或者圆偏振片上设置抗反射膜。例如,可以进行抗眩光处理,该处理是通过利用表面的凹凸扩散反射光来降低反射眩光的处理。
通过使发光元件具有微腔结构,能够提取色纯度高的光。另外,通过组合微腔结构和滤色片,可以防止反射眩光,而可以提高图像的可见度。
关于对显示元件施加电压的第一电极层及第二电极层(也称为像素电极层、公共电极层、对置电极层等),根据取出光的方向、设置电极层的地方以及电极层的图案结构而选择其透光性、反射性,即可。
作为第一电极层4030及第二电极层4031,可以使用包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的氧化铟、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等具有透光性的导电材料。
此外,第一电极层4030及第二电极层4031可以使用钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)等金属、或者、其合金或其氮化物中的一种以上形成。
此外,第一电极层4030及第二电极层4031可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合体)的导电组成物形成。作为导电高分子,可以使用所谓的π电子共轭导电高分子。例如,可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯及噻吩中的两种以上构成的共聚物或其衍生物等。
此外,由于晶体管容易因静电等而损坏,所以优选设置用来保护驱动电路的保护电路。保护电路优选使用非线性元件构成。
注意,本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式及/或实施例适当地组合。
实施方式3
在本实施方式中说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置或显示装置的晶体管的结构。
可以使用底栅型晶体管或顶栅型晶体管等各种方式的晶体管来制造本发明的一个方式的半导体装置或显示装置。因此,以适合现有的生产线的方式很容易地更换所使用的半导体层材料或晶体管结构。
[底栅型晶体管]
图14A1是底栅型晶体管的一种的沟道保护型晶体管810的截面图。在图14A1中,晶体管810形成在衬底771上。此外,晶体管810在衬底771上隔着绝缘层772包括电极746。另外,在电极746上隔着绝缘层726包括半导体层742。电极746可以被用作栅电极,并且绝缘层726被用作栅极绝缘层。
另外,在半导体层742的沟道形成区域上包括绝缘层741。此外,在绝缘层726上以与半导体层742的一部分接触的方式包括电极744a及电极744b。电极744a可以用作源电极和漏电极中的一个。电极744b用作源电极和漏电极中的另一个。电极744a的一部分及电极744b的一部分形成在绝缘层741上。
绝缘层741可以被用作沟道保护层。通过在沟道形成区域上设置绝缘层741,可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被露出。由此,可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742的沟道形成区域被蚀刻。根据本发明的一个方式,可以实现电特性良好的晶体管。
另外,晶体管810在电极744a、电极744b及绝缘层741上包括绝缘层728,在绝缘层728上包括绝缘层729。
当将氧化物半导体用于半导体层742时,优选将能够从半导体层742的一部分中夺取氧而产生氧缺陷的材料用于电极744a及电极744b的至少与半导体层742接触的部分。半导体层742中的产生氧缺陷的区域的载流子浓度增加,该区域n型化而成为n型区域(有时称为n+层)。因此,该区域能够被用作源区域或漏区域。当将氧化物半导体用于半导体层742时,作为能够从半导体层742中夺取氧而产生氧缺陷的材料的一个例子,可以举出钨、钛等。
通过在半导体层742中形成源区域及漏区域,可以降低电极744a及电极744b与半导体层742的接触电阻。因此,可以使场效应迁移率及阈值电压等晶体管的电特性良好。
当将硅等半导体用于半导体层742时,优选在半导体层742与电极744a之间及半导体层742与电极744b之间设置被用作n型半导体或p型半导体的层。用作n型半导体或p型半导体的层可以被用作晶体管的源区域或漏区域。
绝缘层729优选使用具有防止杂质从外部扩散到晶体管中或者降低杂质的扩散的功能的材料形成。此外,根据需要也可以省略绝缘层729。
图14A2所示的晶体管811与晶体管810之间的不同之处在于:晶体管811在绝缘层729上包括可以用作背栅电极的电极723。电极723可以使用与栅电极746同样的材料及方法形成。
一般而言,背栅电极使用导电层来形成,并以半导体层的沟道形成区域被栅电极与背栅电极夹住的方式设置。因此,背栅电极可以具有与栅电极同样的功能。背栅电极的电位可以与栅电极相等,也可以为接地电位(GND电位)或任意电位。另外,通过不跟栅电极联动而独立地改变背栅电极的电位,可以改变晶体管的阈值电压。
电极746及电极723都可以被用作栅电极。因此,绝缘层726、绝缘层728及绝缘层729都可以被用作栅极绝缘层。另外,也可以将电极723设置在绝缘层728与绝缘层729之间。
注意,当将电极746和电极723中的一个称为“栅电极”时,将另一个称为“背栅电极”。例如,在晶体管811中,当将电极723称为“栅电极”时,将电极746称为“背栅电极”。另外,当将电极723用作“栅电极”时,晶体管811是顶栅型晶体管之一种。此外,有时将电极746和电极723中的一个称为“第一栅电极”,有时将另一个称为“第二栅电极”。
通过隔着半导体层742设置电极746以及电极723并将电极746及电极723的电位设定为相同,半导体层742中的载流子流过的区域在厚度方向上更加扩大,所以载流子的移动量增加。其结果是,晶体管811的通态电流增大,并且场效应迁移率也增高。
因此,晶体管811是相对于占有面积具有较大的通态电流的晶体管。即,可以相对于所要求的通态电流缩小晶体管811的占有面积。根据本发明的一个方式,可以缩小晶体管的占有面积。因此,根据本发明的一个方式,可以实现集成度高的半导体装置。
另外,由于栅电极及背栅电极使用导电层形成,因此具有防止在晶体管的外部产生的电场影响到形成有沟道的半导体层的功能(尤其是对静电等的电场遮蔽功能)。另外,当将背栅电极形成得比半导体层大以使用背栅电极覆盖半导体层时,能够提高电场遮蔽功能。
另外,通过使用具有遮光性的导电膜形成背栅电极,能够防止光从背栅电极一侧入射到半导体层。由此,能够防止半导体层的光劣化,并防止晶体管的阈值电压漂移等电特性劣化。
根据本发明的一个方式,可以实现可靠性良好的晶体管。另外,可以实现可靠性良好的半导体装置。
图14B1示出作为底栅型的晶体管之一的沟道保护型晶体管820的截面图。晶体管820具有与晶体管810大致相同的结构,而晶体管820的与晶体管810不同之处在于:绝缘层741覆盖半导体层742的端部。另外,在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的开口部中,半导体层742与电极744a电连接。另外,在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的其他开口部中,半导体层742与电极744b电连接。绝缘层741的与沟道形成区域重叠的区域可以被用作沟道保护层。
图14B2所示的晶体管821与晶体管820的不同之处在于:晶体管821在绝缘层729上包括可以被用作背栅电极的电极723。
通过设置绝缘层741,可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742露出。因此,可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被薄膜化。
另外,与晶体管810及晶体管811相比,晶体管820及晶体管821的电极744a与电极746之间的距离及电极744b与电极746之间的距离更长。因此,可以减少产生在电极744a与电极746之间的寄生电容。此外,可以减少产生在电极744b与电极746之间的寄生电容。根据本发明的一个方式,可以提供一种电特性良好的晶体管。
图14C1所示的晶体管825是底栅型晶体管之一的沟道蚀刻型晶体管。在晶体管825中,不使用绝缘层741形成电极744a及电极744b。因此,在形成电极744a及电极744b时露出的半导体层742的一部分有时被蚀刻。另一方面,由于不设置绝缘层741,可以提高晶体管的生产率。
图14C2所示的晶体管826与晶体管825的不同之处在于:晶体管826在绝缘层729上具有可以用作背栅电极的电极723。
[顶栅极型晶体管]
图15A1所例示的晶体管842是顶栅型晶体管之一。晶体管842的与晶体管810、晶体管811、晶体管820、晶体管821、晶体管825及晶体管826不同之处在于:在形成绝缘层729之后形成电极744a及电极744b。电极744a及电极744b在形成于绝缘层728及绝缘层729中的开口与半导体层742电连接。
另外,去除不与电极746重叠的绝缘层726的一部分,以电极746及剩余的绝缘层726为掩模将杂质755引入到半导体层742,由此可以在半导体层742中以自对准(self-alignment)的方式形成杂质区域(参照图15A3)。晶体管842包括绝缘层726超过电极746的端部延伸的区域。半导体层742的通过绝缘层726被引入杂质755的区域的杂质浓度低于不通过绝缘层726被引入杂质755的区域。因此,在半导体层742的不与电极746重叠的区域中形成LDD(Lightly Doped Drain:轻掺杂漏极)区域。
图15A2所示的晶体管843与晶体管842的不同之处在于晶体管843包括电极723。晶体管843包括形成在衬底771上的电极723。电极723具有隔着绝缘层772与半导体层742层叠的区域。电极723可以用作背栅电极。
另外,如图15B1所示的晶体管844及图15B2所示的晶体管845那样,也可以完全去除不与电极746重叠的区域的绝缘层726。另外,如图15C1所示的晶体管846及图15C2所示的晶体管847那样,也可以不去除绝缘层726。
在晶体管842至晶体管847中,也可以在形成电极746之后以电极746为掩模而将杂质755引入到半导体层742,由此在半导体层742中自对准地形成杂质区域。根据本发明的一个方式,可以实现电特性良好的晶体管。另外,根据本发明的一个方式,可以实现集成度高的半导体装置。
注意,本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式及/或实施例适当地组合。
实施方式4
本实施方式中,对可用于上述的实施方式中已说明的OS晶体管的金属氧化物CAC-OS(Cloud-Aligned Composite Oxide Semiconductor)及CAAC-OS(c-axis AlignedCrystalline Oxide Semiconductor)的结构进行说明。注意,在本说明书等中,CAC表示功能或材料的构成的一个例子,CAAC表示结晶结构的一个例子。
〈金属氧化物的构成〉
CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能,在材料的另一部分中具有绝缘性的功能,作为材料的整体具有半导体的功能。此外,在将CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的活性层的情况下,导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能,绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用,可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分离,可以最大限度地提高各功能。
CAC-OS或CAC-metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能,绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。此外,在材料中,导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。另外,导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外,有时导电性区域被观察为其边缘模糊且以云状连接。
在CAC-OS或CAC-metal oxide中,有时导电性区域及绝缘性区域以0.5nm以上且10nm以下,优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外,CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如,CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分构成。在该结构中,当使载流子流过时,载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外,具有窄隙的成分与具有宽隙的成分互补作用,与具有窄隙的成分联动地在具有宽隙的成分中载流子流过。因此,在将上述CAC-OS或CAC-metal oxide用于晶体管的沟道形成区域时,在晶体管的开启状态中可以得到高电流驱动力,即大通态电流及高场效应迁移率。
就是说,也可以将CAC-OS或CAC-metal oxide称为基质复合材料(matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
〈金属氧化物的结构〉
氧化物半导体被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体,例如有CAAC-OS、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystalline oxidesemiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
CAAC-OS具有c轴取向性,其多个纳米晶在a-b面方向上连结而结晶结构具有畸变。注意,畸变是指在多个纳米晶连结的区域中晶格排列一致的区域与其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。
虽然纳米晶基本上是六角形,但是并不局限于正六角形,有不是正六角形的情况。此外,在畸变中有时具有五角形及七角形等晶格排列。另外,在CAAC-OS的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。即,可知通过使晶格排列畸变,可抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS可容许因如下原因而发生的畸变:在a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等。
CAAC-OS有具有层状结晶结构(也称为层状结构)的倾向,在该层状结晶结构中层叠有包含铟及氧的层(下面称为In层)和包含元素M、锌及氧的层(下面称为(M,Zn)层)。另外,铟和元素M彼此可以取代,在用铟取代(M,Zn)层中的元素M的情况下,也可以将该层表示为(In,M,Zn)层。另外,在用元素M取代In层中的铟的情况下,也可以将该层表示为(In,M)层。
CAAC-OS为结晶性高的氧化物半导体。另外,在CAAC-OS中观察不到明确的晶界,因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。另外,氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入或缺陷的生成等而降低,因此可以说CAAC-OS是杂质或缺陷(氧缺陷等)少的氧化物半导体。因此,包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此,包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。另外,CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存;thermal budget)也具有稳定性。因此,在对OS晶体管使用CAAC-OS时,能够扩大制造工序的自由度。
在nc-OS中,微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域,特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。另外,nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此,在膜整体中观察不到取向性。所以,有时nc-OS在某些分析方法中与a-likeOS或非晶氧化物半导体没有差别。
a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说,a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。
氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
〈具有氧化物半导体的晶体管〉
在此,对将上述氧化物半导体用于晶体管的情况进行说明。
通过将上述氧化物半导体用于晶体管,可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外,可以实现可靠性高的晶体管。
另外,优选将载流子密度低的氧化物半导体用于晶体管。在以降低氧化物半导体膜的载流子密度为目的的情况下,可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中,将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。例如,氧化物半导体的载流子密度可以低于8×1011/cm3,优选低于1×1011/cm3,更优选低于1×1010/cm3且为1×10-9/cm3以上。
另外,因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度,所以有可能具有较低的陷阱态密度。
此外,被氧化物半导体的陷阱能级俘获的电荷到消失需要较长的时间,有时像固定电荷那样动作。因此,有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成有沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
因此,为了使晶体管的电特性稳定,降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度,优选还降低附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
〈杂质〉
在此,说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时,氧化物半导体中形成缺陷能级。因此,将氧化物半导体中及氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下,优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外,当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时,有时形成缺陷能级而形成载流子。因此,使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此,优选降低氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度。具体而言,将利用SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度设定为1×1018atoms/cm3以下,优选为2×1016atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含氮时,产生作为载流子的电子,并载流子密度增加,而氧化物半导体容易被n型化。其结果,将含有氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此,优选尽可能地减少氧化物半导体中的氮,例如,利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度小于5×1019atoms/cm3,优选为5×1018atoms/cm3以下,更优选为1×1018atoms/cm3以下,进一步优选为5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水,因此有时形成氧缺陷。当氢进入该氧缺陷时,有时产生作为载流子的电子。另外,有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合,产生作为载流子的电子。因此,使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此,优选尽可能地减少氧化物半导体中的氢。具体而言,在氧化物半导体中,利用SIMS测得的氢浓度低于1×1020atoms/cm3,优选低于1×1019atoms/cm3,更优选低于5×1018atoms/cm3,进一步优选低于1×1018atoms/cm3
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域,可以使晶体管具有稳定的电特性。
注意,本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式及/或实施例适当地组合。
实施方式5
在本实施方式中,说明将上述的实施方式中已说明的半导体装置或显示装置应用于电子设备的产品例子。
〈笔记本式个人计算机〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于信息终端装置所具备的显示器。图16A示出信息终端装置之一的笔记本式个人计算机,其包括框体5401、显示部5402、键盘5403及指向装置5404等。
〈智能手表〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于可穿戴终端。图16B是可穿戴终端之一种的智能手表,该智能手表包括框体5901、显示部5902、操作按钮5903、表把5904、表带5905等。另外,也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5902。另外,可以通过在显示装置设置触摸面板来附加位置输入装置的功能。或者,也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外,作为操作按钮5903,可以具备启动智能手表的电源开关、操作智能手表的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5902点灯或关灯的开关等中的至少一个。另外,在图16B所示的智能手表中示出两个操作按钮5903,但是智能手表所包括的操作按钮的数量不局限于此。另外,表把5904被用作调整智能手表的时间的表冠。另外,表把5904除了调整时间以外还可以被用作操作智能手表的软件的输入接口。此外,图16B所示的智能手表为包括表把5904的结构,但是不局限于此,也可以为不具有表把5904的结构。
〈视频摄像机〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于视频摄像机。图16C所示的视频摄像机包括第一框体5801、第二框体5802、显示部5803、操作键5804、透镜5805及连接部5806等。操作键5804及透镜5805设置在第一框体5801中,而显示部5803设置在第二框体5802中。并且,第一框体5801和第二框体5802由连接部5806连接,由连接部5806可以改变第一框体5801和第二框体5802之间的角度。显示部5803的影像也可以根据连接部5806所形成的第一框体5801和第二框体5802之间的角度切换。
〈移动电话机〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于移动电话机。图16D示出具有信息终端的功能的移动电话机,该移动电话机包括框体5501、显示部5502、麦克风5503、扬声器5504以及操作按钮5505。另外,也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5502。另外,可以通过在显示装置设置触摸面板来附加位置输入装置的功能。或者,也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外,作为操作按钮5505,可以具备启动移动电话机的电源开关、操作移动电话机的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5502点灯或关灯的开关等中的任一个。
另外,在图16D所示的移动电话机中示出两个操作按钮5505,但是移动电话机所包括的操作按钮的数量不局限于此。此外,虽然未图示,但是图16D所示的移动电话机也可以包括发光装置,其用途为闪光灯或照明。
〈电视装置〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于电视装置。图16E所示的电视装置包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006等。可以将例如是50英寸以上或100英寸以上的大型的显示部9001组装到电视装置。
〈移動体〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于作为移动体的汽车的驾驶座位周边。
例如,图16F是示出汽车室内的前挡风玻璃周边的图。图16F示出安装在仪表盘的显示面板5701、显示面板5702、显示面板5703以及安装在立柱的显示面板5704。
显示面板5701至显示面板5703可以提供导航信息、速度表、转速计、行驶距离、加油量、排档状态、空调的设定以及其他各种信息。另外,使用者可以适当地改变显示面板所显示的显示内容及布置等,可以提高设计性。显示面板5701至显示面板5703还可以被用作照明装置。
通过将由设置在车体的摄像单元拍摄的影像显示在显示面板5704上,可以补充被立柱遮挡的视野(死角)。也就是说,通过显示由设置在汽车外侧的摄像单元拍摄的影像,可以补充死角,从而可以提高安全性。另外,通过显示补充看不到的部分的影像,可以更自然、更舒适地确认安全。显示面板5704可以被用作照明装置。
〈电子广告用的电子设备〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于用来电子广告的显示器。图17A示出可以挂墙的数字标牌(Digital Signage)的例子。图17A示出数字标牌6200挂在墙壁6201上的情况。
〈折叠式平板信息终端〉
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于平板信息终端。图17B示出具有可以折叠的结构的平板信息终端。图17B所示的信息终端包括框体5321a、框体5321b、显示部5322及操作按钮5323。尤其是,显示部5322包括柔性基材,由该基材能够实现可以折叠的结构。
另外,框体5321a及框体5321b由铰链部5321c结合,并且可以由铰链部5321c对折。此外,显示部5322设置于框体5321a、框体5321b及铰链部5321c。
此外,虽然未图示,图16A至图16C、图16E、图17A及图17B所示的电子设备也可以具有包括麦克风及扬声器的结构。通过采用这种结构,例如可以在上述电子设备中附加声音输入功能。
此外,虽然未图示,但是图16A、图16B、图16D、图17A及图17B所示的电子设备也可以具有包括相机的结构。
另外,虽然未图示,但是图16A至图16F、图17A及图17B所示的电子设备可以在框体的内部设置传感器该传感器具有测量如下因素的功能:力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线等)。尤其是,通过设置具有陀螺仪传感器或加速度传感器等测定倾斜度的传感器的测定装置,可以判断图16D所示的移动电话机的方向(该移动电话机相对于垂直方向朝向哪个方向)而将显示部5502的屏面显示根据该移动电话机的方向自动切换。
另外,虽然未图示,但是图16A至图16F、图17A及图17B所示的电子设备也可以包括取得指纹、静脉、虹膜或声纹等生物信息的装置。通过采用该结构,可以实现具有生物识别功能的电子设备。
图16A至图16E及图17A所示的电子设备的显示部可以使用柔性基材。具体而言,该显示部也可以具有在柔性基材上设置晶体管、电容器及显示元件等的结构。通过使用该结构,不仅可以实现其框体如图16A至图16E及图17A所示地具有平坦的面的电子设备,而且可以实现如图16F所示的仪表盘及立柱那样其框体具有曲面的电子设备。
作为可用于图16A至图16F、图17A及图17B的显示部的柔性基材,举出可以使用如下对可见光具有透光性的材料的例子:聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂(PEN)、聚醚砜树脂(PES)、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、聚卤化乙烯树脂、芳香族聚酰胺树脂及环氧树脂等。另外,也可以使用这些材料的混合物或叠层。
注意,本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式及/或实施例适当地组合。
[实施例1]
<计算及其结果1>
在图6A所示的像素PIX的电路结构中,为了确认是否对驱动晶体管的阈值电压进行了适当的校正工作,利用电路模拟器进行了计算。在此,使相当于像素PIX的驱动晶体管的晶体管Tr3的阈值电压为0V并意图性地使该阈值电压从0V开始变化,计算该条件下流过发光元件LD的电流的变化量并对该结果进行说明。
该计算使用的软件是SILVACO公司制造的Gateway(version3.4.1.R)电路模拟器。使用该模拟器计算对应于晶体管Tr3的阈值电压Vth变化的发光元件LD的电流变化率。另外,以变化后的阈值电压Vth为-1V、-0.5V、0V、0.5V、1V的五个条件分别计算相应的电流变化率。
在该计算条件下,将相当于图像数据的Vdata设定为5V,将相当于校正数据的VW设定为5V。另外,作为与像素PIX电连接的布线,将对布线GL1至GL4施加的高电平电位设定为15V,低电平电位设定为-5V,布线VL的电位设定为0.5V,布线BGL的电位设定为-10V,布线AL的电位设定为13V,并将对布线CAT施加的基准电位VGND设定为-4V。
将晶体管Tr3的阈值电压Vth从0V开始变化时流过发光元件LD的电流记作IEL,将该阈值电压的变化为0,即,驱动晶体管的阈值电压为0时流过发光元件LD的电流记作IEL0,IEL-IEL0=△IEL。通过计算△IEL/IEL×100%求出发光元件LD的电流变化率。
图18示出该计算的结果。图18示出阈值电压Vth的变化量在-1V至1V之间时的发光元件LD的电流变化率。由该计算结果可知,当阈值电压Vth在-1V至1V之间时,电流变化率被抑制在-10%至10%左右的范围内。
通常,晶体管在饱和区域工作时,该晶体管中流过的电流量与栅极-源极电压与阈值电压之差的二次方成正比,所以,即便阈值电压变化极小,晶体管中流过的电流变化也会非常大。另一方面,由图6A所示的像素PIX的电路结构中电流变化率被抑制在-10%至10%左右的范围内这一计算结果可知晶体管Tr3的阈值电压得到了适度的校正。
如上所述,通过在对某行的像素PIX的驱动晶体管的阈值电压进行校正时(图8中的时刻T3至时刻T4或图9中的期间PD3)对其他的行中的像素PIX写入校正数据及图像数据,可以提高显示装置的工作频率。
注意,本实施例可以与本说明书所示的各实施方式或其他的实施例适当地组合。
[实施例2]
<计算与其结果2>
接着,在图6B所示的像素PIX的电路结构中,为了确认是否对驱动晶体管的阈值电压进行了适当的校正工作,利用电路模拟器进行了计算。在此,计算了校正相当于像素PIX的驱动晶体管的晶体管Tr3的阈值电压时流过发光元件LD的电流量,并对该计算结果进行说明。
该计算所使用的软件与上述计算同样都使用了SILVACO公司制造的Smartspice(4.26.7.R)电路模拟器。利用该模拟器在图6B所示的像素PIX的电路结构中设定各种晶体管Tr3的阈值电压并对校正该阈值电压时流过发光元件LD的电流量进行了计算。
图19是利用该电路模拟器进行计算的结果,并示出横轴为从布线DL、布线WDL分别输入到校正数据保持部(节点ND1)、图像数据保持部(节点ND2)的同一电压(V)(以下称为数据电压)而纵轴为流过发光元件LD的驱动电流(A)的图表。
另外,图19分别示出相当于驱动晶体管的晶体管Tr3的阈值电压为-0.9V、-0.4V、0.1V、0.6V、1.1V、1.6V、2.1V、2.6V、3.1V这九种条件时的情况。
由图19可知,数据电压高时,例如,数据电压为7.0V时,流过驱动晶体管的电流量在上述九个条件下为1.85×10-6A至2.80×10-6A左右的范围内。当以驱动晶体管的阈值电压为1.1V的条件为基准考虑时,可知根据校正的电流量的变化在-20%以上且20%以下左右的范围内。
注意,本实施例可以与本说明书所示的各实施方式或其他的实施例适当地组合。
[实施例3]
<试制品>
实际试制了上述实施方式中说明的显示装置。在本实施例中,对该显示装置中的晶体管的特性、该显示装置的详细结构以及该显示装置的亮度测试结果进行说明。
图20A和图20B是示出沟道形成区含有为CAAC-OS的In-Ga-Zn氧化物的OS晶体管的漏极电流ID与栅极-源极间电压VG的特性的图表。尤其是,图20A示出LSI规格为沟道长度为60nm、沟道宽度60nm的OS晶体管的特性,图20B示出该显示装置中的沟道长度为6μm、沟道宽度为4μm的OS晶体管的漏极电流ID与栅极-源极间电压VG及场效应迁移率μFE[cm2/Vs]的特性的图表。
图20A所示的特性CHR1、CHR2分别示出源极-漏极间电压为0.1V、1.2V时的特性。如图20A所示,OS晶体管作为LSI的规格呈现良好的特性,关态电流比测量下限还小。
图20B所示的特性CHR3、CHR4分别表示源极-漏极间电压为0.1V、10V时的特性。注意,特性CHR3、CHR4对应于箭头A的方向的纵轴。另外,图20B中的特性CHR5表示OS晶体管的栅极-源极间电压与场效应迁移率的特性。注意,特性CHR5对应于箭头B的方向的纵轴。如图20B所示,OS晶体管与LSI的规格同样,作为对应显示装置的规格呈现良好的特性,关态电流比测量下限还小。
另外,由于具有图20B的特性的OS晶体管的关态电流小,所以可以将其用于图4所示的晶体管Tr1、Tr2及图6A和图6B所示的晶体管Tr1、Tr2、Tr7。另外,也可以将其用于图4所示的晶体管Tr1至Tr4及图6A和图6B的晶体管Tr1至Tr6的所有晶体管。
图21示出作为像素采用图6B所示的像素PIX实际试制的显示装置的样子。注意,像素PIX采用上述OS晶体管。该显示装置使用具有柔性的衬底制造,所以该显示装置的显示部可以对折。
以下示出该显示装置的具体规格。
[表1]
屏幕尺寸 8.65英寸
像素数 1200×1920
像素尺寸 96μm×96μm
分辨率 265ppi
开口率 17.4%
着色方法 分别涂布方式
发光方式 顶部发射
源极驱动器 COG
扫描驱动器 与像素部同时形成
下表分别示出在将全白色的图像数据保持在图像数据保持部(节点ND2)时(仅图像数据)该显示装置的亮度以及除了图像数据之外还将显示全白色的校正数据保持在校正数据保持部(节点ND1)时(图像数据+校正数据)该显示装置的亮度。
[表2]
仅图像数据 图像数据+校正数据
亮度[cd/m<sup>2</sup>] 801 1145
由上表可知,通过将图像数据保持在图像数据保持部(节点ND2)中并将校正数据保持在校正数据保持部(节点ND3)中,与将图像数据保持在图像数据保持部(节点ND2)的情况相比,显示装置的亮度提高。
另外,当使该显示装置的整个屏幕的4%发光时,该4%的区域的峰值亮度约为2000cd/m2
如上所述,通过制造作为像素使用图6B所示的像素PIX的显示装置,可以以更高亮度显示图像数据。这是由于如下缘故:由于采用像素PIX的校正数据保持部(节点ND3)保持校正数据的结构,所以可以将显示装置的源极驱动器的输出以上的电压施加到驱动晶体管(晶体管Tr3)的栅极。因此,该显示装置的源极驱动器不需要过高的输出电压而可以降低源极驱动器的功耗。
注意,本实施例可以与本说明书所示的各实施方式或其他的实施例适当地组合。
(关于本说明书等的记载的附记)
下面,对本说明书中所记载的实施方式及实施例中的各结构及说明附加注释。
〈关于实施方式及实施例所示的本发明的一个方式的附记〉
各实施方式及实施例所示的结构可以与其他实施方式及实施例所示的结构适当地组合而构成本发明的一个方式。另外,当在一个方式中示出多个结构例子时,可以适当地组合结构例子。
另外,可以将某一实施方式或实施例中说明的内容(或其一部分)应用/组合/替换成该实施方式或实施例中说明的其他内容(或其一部分)和另一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)中的至少一个内容。
注意,实施方式或实施例中说明的内容是指各实施方式或实施例中利用各种附图所说明的内容或者利用说明书所记载的文章而说明的内容。
另外,通过将某一实施方式或实施例中示出的附图(或其一部分)与该附图的其他部分、该实施方式或实施例中示出的其他附图(或其一部分)和另一个或多个其他实施方式或实施例中示出的附图(或其一部分)中的至少一个附图组合,可以构成更多图。
〈关于序数词的附记〉
在本说明书等中,“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加上的。因此,其不是为了限定构成要素的个数而附加上的。此外,其不是为了限定构成要素的顺序而附加上的。另外,例如,本说明书等的实施方式(或实施例)之一中附有“第一”的构成要素有可能在其他的实施方式(或实施例)或权利要求书中附有“第二”的序数词。另外,例如,本说明书等的实施方式(或实施例)之一中附有“第一”的构成要素有可能在其他实施方式或权利要求书中被省略“第一”。
〈关于说明附图的记载的附记〉
参照附图对实施方式(或实施例)进行说明。但是,所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实,就是实施方式(或实施例)可以以多个不同形式来实施,其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此,本发明不应该被解释为仅限定在实施方式(或实施例)所记载的内容中。注意,在实施方式(或实施例的结构)中的发明的结构中,在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分,而省略反复说明。
在本说明书等中,为方便起见,使用了“上”、“下”等表示配置的词句,以参照附图说明构成要素的位置关系。构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此,表示配置的词句不局限于本说明书等中所示的记载,根据情况可以适当地更换表达方式。例如,如果是“位于导电体的顶面的绝缘体”的表述,通过将所示的附图的方向旋转180度,则可以换称为“位于导电体的下面的绝缘体”。
此外,“上”或“下”这样的词句不限定构成要素的位置关系为“正上”或“正下”且直接接触的情况。例如,当记载为“绝缘层A上的电极B”时,不一定必须在绝缘层A上直接接触地形成有电极B,也可以包括绝缘层A与电极B之间包括其他构成要素的情况。
在附图中,为便于清楚地说明,有时夸大表示大小、层的厚度或区域。因此,本发明并不一定限定于上述尺寸。附图是为了明确起见而示出任意的大小的,而不局限于附图所示的形状或数值等。例如,可以包括噪声或定时偏差等所引起的信号、电压或电流的不均匀等。
在透视图等的附图中,为了明确起见,有时省略部分构成要素的图示。
在附图中,有时使用同一附图标记表示同一构成要素、具有相同功能的构成要素、由同一材料构成的构成要素或者同时形成的构成要素等,并且有时省略重复说明。
〈关于可以改称的记载的附记〉
在本说明书等中,在说明晶体管的连接关系时,使用将源极和漏极中的一方记为“源极和漏极中的一个”(第一电极或第一端子),将源极和漏极中的另一方记为“源极和漏极中的另一个”(第二电极或第二端子)的表述。这是因为晶体管的源极和漏极根据晶体管的结构或工作条件等而互换的缘故。注意,可以将晶体管的源极和漏极根据情况适当地改称为源极(漏极)端子、源极(漏极)电极等。另外,在本说明书等中,有时将栅极以外的两个端子称为第一端子及第二端子或第三端子及第四端子。注意,在本说明书等中,沟道形成区域指的是形成沟道的区域,通过对栅极施加电位形成该区域,而可以使电流流过源极-漏极之间。
另外,在使用极性不同的晶体管的情况或电路工作中的电流方向变化的情况等下,源极及漏极的功能有时相互调换。因此,在本说明书等中,“源极”和“漏极”可以互相调换。
另外,在本说明书等中,“电极”或“布线”这样的词句不在功能上限定其构成要素。例如,有时将“电极”用作“布线”的一部分,反之亦然。再者,“电极”或“布线”这样的词句还包括多个“电极”或“布线”被形成为一体的情况等。
另外,在本说明书等中,可以适当地调换电压和电位。电压是指与基准电位之间的电位差,例如在基准电位为接地电位时,可以将电压换称为电位。接地电位不一定意味着0V。注意,电位是相对的,对布线等供应的电位有时根据基准电位而变化。
在本说明书等中,根据情况或状态,可以互相调换“膜”和“层”等词句。例如,有时可以将“导电层”变换为“导电膜”。此外,有时可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。另外,根据情况或状态,可以使用其他词句代替“膜”和“层”等词句。例如,有时可以将“导电层”或“导电膜”变换为“导电体”。此外,例如有时可以将“绝缘层”或“绝缘膜”变换为“绝缘体”。
在本说明书等中,根据情况或状态,可以互相调换“布线”、“信号线”及“电源线”等词句。例如,有时可以将“布线”变换为“信号线”等。此外,例如有时可以将“布线”变换为“电源线”等。反之亦然,有时可以将“信号线”或“电源线”变换为“布线”。有时可以将“电源线”等变换为“信号线”等。反之亦然,有时可以将“信号线”变换为“电源线”等。另外,根据情况或状态,可以互相将施加到布线的“电位”变换为“信号”等。反之亦然,有时可以将“信号”等变换为“电位”。
〈关于词句的定义的附记〉
下面,对上述实施方式及实施例中提到的词句的定义进行说明。
〈〈关于半导体的杂质〉〉
半导体的杂质例如是构成半导体层的主要成分之外的物质。例如,浓度低于0.1原子%的元素是杂质。有时由于包含杂质而例如发生在半导体中形成DOS(Density ofStates:态密度)、载流子迁移率降低或结晶性降低等情况。在半导体是氧化物半导体时,作为改变半导体的特性的杂质,例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的过渡金属等,特别是,例如有氢(也包含在水中)、锂、钠、硅、硼、磷、碳、氮等。在半导体是氧化物半导体时,例如有时氢等杂质的混入导致氧缺陷的产生。此外,在半导体是硅层时,作为改变半导体的特性的杂质,例如有氧、除了氢之外的第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等。
〈〈开关〉〉
在本说明书等中,开关是指具有通过变为导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过的功能的元件。或者,开关是指具有选择并切换电流路径的功能的元件。
例如,可以使用电开关或机械开关等。换言之,开关只要可以控制电流就不局限于特定的开关。
电开关的例子包括晶体管(例如双极晶体管或MOS晶体管)、二极管(例如PN二极管、PIN二极管、肖特基二极管、金属-绝缘体-金属(MIM:Metal Insulator Metal)二极管、金属-绝缘体-半导体(MIS:Metal Insulator Semiconductor)二极管或者二极管接法的晶体管等)或者组合这些元件的逻辑电路。
当作为开关使用晶体管时,晶体管的“导通状态”是指晶体管的源电极与漏电极在电性上短路的状态。另外,晶体管的“非导通状态”是指晶体管的源电极与漏电极在电性上断开的状态。当仅将晶体管用作开关时,对晶体管的极性(导电型)没有特别的限制。
作为机械开关的一个例子,可以举出像数字微镜装置(DMD:Digital MicromirrorDevice)那样的利用MEMS(微电子机械系统)技术的开关。该开关具有以机械方式可动的电极,并且通过移动该电极来控制导通和非导通而进行工作。
〈〈连接〉〉
注意,在本说明书等中,当记载为“X与Y连接”时,包括如下情况:X与Y电连接的情况;X与Y在功能上连接的情况;以及X与Y直接连接的情况。因此,不局限于附图或文中所示的连接关系等规定的连接关系,还包括附图或文中所示的连接关系以外的连接关系。
这里使用的X和Y为对象物(例如,装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜和层等)。
作为X和Y电连接的情况的一个例子,可以在X和Y之间连接一个以上的能够电连接X和Y的元件(例如开关、晶体管、电容器、电感器、电阻器、二极管、显示元件、发光元件、负载等)。另外,开关具有控制开启和关闭的功能。换言之,通过使开关处于导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过。
作为X和Y在功能上连接的情况的一个例子,可以在X和Y之间连接一个以上的能够在功能上连接X和Y的电路(例如,逻辑电路(反相器、NAND电路、NOR电路等)、信号转换电路(DA转换电路、AD转换电路、γ(伽马)校正电路等)、电位电平转换电路(电源电路(升压电路、降压电路等)、改变信号的电位电平的电平转换器电路等)、电压源、电流源、切换电路、放大电路(能够增大信号振幅或电流量等的电路、运算放大器、差动放大电路、源极跟随电路、缓冲器电路等)、信号产生电路、存储电路、控制电路等)。注意,例如,即使在X与Y之间夹有其他电路,当从X输出的信号传送到Y时,也可以说X与Y在功能上是连接着的。
此外,当明确地记载为“X与Y电连接”时,包括如下情况:X与Y电连接的情况(换言之,以中间夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况);X与Y在功能上连接的情况(换言之,以中间夹有其他电路的方式在功能上连接X与Y的情况);以及X与Y直接连接的情况(换言之,以中间不夹有其他元件或其他电路的方式连接X与Y的情况)。换言之,当明确记载有“电连接”时,与只明确记载有“连接”的情况相同。
注意,例如,在晶体管的源极(或第一端子等)通过Z1(或没有通过Z1)与X电连接,晶体管的漏极(或第二端子等)通过Z2(或没有通过Z2)与Y电连接的情况下以及在晶体管的源极(或第一端子等)与Z1的一部分直接连接,Z1的另一部分与X直接连接,晶体管的漏极(或第二端子等)与Z2的一部分直接连接,Z2的另一部分与Y直接连接的情况下,可以表示为如下。
例如,可以表达为“X、Y、晶体管的源极(或第一端子等)及晶体管的漏极(或第二端子等)互相电连接,并按X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)及Y的顺序电连接”。或者,可以表达为“晶体管的源极(或第一端子等)与X电连接,晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接,并以X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)、Y的顺序依次电连接”。或者,可以表达为“X通过晶体管的源极(或第一端子等)及晶体管的漏极(或第二端子等)与Y电连接,X、晶体管的源极(或第一端子等)、晶体管的漏极(或第二端子等)、Y依次设置为相互连接”。通过使用与这种例子相同的表达方法规定电路结构中的连接顺序,可以区别晶体管的源极(或第一端子等)与晶体管的漏极(或第二端子等)而决定技术范围。注意,这些表达方法只是一个例子而已,不局限于上述表达方法。在此,X、Y、Z1及Z2为对象物(例如,装置、元件、电路、布线、电极、端子、导电膜及层等)。
另外,即使在电路图上独立的构成要素彼此电连接,也有时一个构成要素兼有多个构成要素的功能。例如,在布线的一部分用作电极时,一个导电膜兼有布线和电极的两个构成要素的功能。因此,本说明书中的“电连接”的范畴内还包括这种一个导电膜兼有多个构成要素的功能的情况。
[符号说明]
DD显示装置、PA显示部、GD栅极驱动器电路、SD源极驱动电路、WSD电路、PIX像素、SR移位寄存器、LAT锁存电路、LVS电平移位电路、DAC数字模拟转换电路、AMP放大器电路、GL布线、VA布线、DB数据总线布线、Tr1晶体管、Tr2晶体管、Tr3晶体管、Tr4晶体管、Tr5晶体管、Tr6晶体管、Tr7晶体管、C1电容器、C2电容器、C3电容器、LD发光元件、GL1布线、GL2布线、GL3布线、GL4布线、DL布线、WDL布线、VL布线、AL布线、BGL布线、CAT布线、ND1节点、ND2节点、ND3节点、ND4节点、SDa电路、WSDa电路、Tr11晶体管、Tr12晶体管、Tr13晶体管、Tr14晶体管、SELD布线、SELG布线、SELV布线、SELW布线、GNDL布线、V1L布线、101图像数据保持部、102驱动电路部、103显示元件、104校正数据保持部、105阈值电压校正电路部、215显示部、221a扫描线驱动电路、231a信号线驱动电路、232a信号线驱动电路、241a共通线驱动电路、723电极、726绝缘层、728绝缘层、729绝缘层、741绝缘层、742半导体层、744a电极、744b电极、746电极、755杂质、771衬底、772绝缘层、810晶体管、811晶体管、820晶体管、821晶体管、825晶体管、826晶体管、842晶体管、843晶体管、844晶体管、845晶体管、846晶体管、847晶体管、4001第一衬底、4005密封剂、4006第二衬底、4010晶体管、4011晶体管、4014布线、4015电极、4017电极、4018FPC、4019各向异性导电层、4020电容器、4021电极、4030第一电极层、4031第二电极层、4041印刷电路板、4042集成电路、4102绝缘层、4103绝缘层、4110绝缘层、4111绝缘层、4112绝缘层、4200输入装置、4210触摸屏、4227电极、4228电极、4237布线、4238布线、4239布线、4263衬底、4272b FPC、4273b IC、4510分隔壁、4511发光层、4513发光元件、4514填充剂、5321a框体、5321b框体、5321c铰链部、5322显示部、5323操作按钮、5401框体、5402显示部、5403键盘、5404指向装置、5501框体、5502显示部、5503麦克风、5504扬声器、5505操作按钮、5701显示面板、5702显示面板、5703显示面板、5704显示面板、5801第一框体、5802第二框体、5803显示部、5804操作键、5805透镜、5806连接部、5901框体、5902显示部、5903操作按钮、5904表把、5905表带、6200数字标牌、6201墙壁、9000框体、9001显示部、9003扬声器、9005操作键、9006连接端子。

Claims (18)

1.一种半导体装置,包括:
图像数据保持部;
校正数据保持部;
驱动电路部;
显示元件;以及
阈值电压校正电路部,
其中,所述驱动电路部包括具有背栅极的第一晶体管,
所述第一晶体管的第一端子与所述显示元件的输入端子电连接,
所述图像数据保持部具有保持第一图像数据的功能,
所述校正数据保持部具有保持校正数据的功能以及通过所述图像数据保持部保持所述第一图像数据生成对应于所述第一图像数据及所述校正数据的第二图像数据的功能,
所述驱动电路部具有通过对所述第一晶体管的栅极施加对应于所述第二图像数据的第一电位在所述第一晶体管的第一端子-第二端子间生成第一电流的功能以及使所述第一电流流过所述显示元件的功能,
所述阈值电压校正电路部具有校正所述驱动电路部中的所述第一晶体管的阈值电压的功能。
2.根据权利要求1所述的半导体装置,还包括:
第一至第三电容器,
其中所述图像数据保持部包括第二晶体管,
所述校正数据保持部包括第三晶体管,
所述阈值电压校正电路包括第四晶体管,
所述第二晶体管的第一端子与所述第一电容器的第一端子电连接,
所述第三晶体管的第一端子与所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子电连接,
所述第一晶体管的第一端子与所述第二电容器的第二端子及所述第三电容器的第一端子电连接,
所述第一晶体管的背栅极与所述第四晶体管的第一端子及所述第三电容器的第二端子电连接。
3.根据权利要求2所述的半导体装置,其中所述第一至第四晶体管的沟道形成区中含有金属氧化物和硅中的一方。
4.根据权利要求2或3所述的半导体装置,其中所述驱动电路部包括第五晶体管,并且所述第三晶体管的第一端子与所述显示元件的输入端子通过所述第五晶体管的第一端子-第二端子间电连接。
5.根据权利要求4所述的半导体装置,其中所述第五晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的半导体装置,还包括:
第六晶体管,
其中所述第六晶体管的第一端子与所述第一晶体管的栅极电连接,
并且所述第六晶体管的第二端子与所述第一晶体管的第一端子电连接。
7.根据权利要求6所述的半导体装置,其中所述第六晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的半导体装置,还具有第一功能至第三功能,
所述第一功能包括:
使所述第三晶体管变为导通状态,对所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子施加第一初始化电位;
使所述第四晶体管变为导通状态,对所述第一晶体管的背栅极及所述第三电容器的第二端子施加第二初始化电位;
对所述第一晶体管的第一端子、所述第二电容器的第二端子及所述第三电容器的第一端子施加第三初始化电位;
使所述第三晶体管变为关闭状态,利用所述第二电容器保持所述第一初始化电位与所述第三初始化电位的电位差;以及
切断所述第一晶体管的第一端子向所述显示元件的输入端子的电流,对所述第一晶体管的第一端子-第二端子间施加电压使第一晶体管变为导通状态,然后,在所述第一晶体管的第一端子的电位变为第二电位而第一晶体管变为关闭状态时利用所述第三电容器保持所述第二初始化电位与所述第二电位的电位差,
所述第二功能包括:
使所述第三晶体管变为导通状态来对所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子写入对应于所述校正数据的第三电位;以及
使所述第三晶体管变为关闭状态,利用所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子保持所述第三电位,
所述第三功能包括:
使所述第二晶体管变为导通状态,对所述第一电容器的第一端子写入对应所述第一图像数据的第四电位;
通过对所述第一电容器的第一端子写入所述第四电位,所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子所保持的所述第三电位变为对应于所述第二图像数据的所述第一电位。
9.一种显示装置,包括:
权利要求1至8中任一项所述的半导体装置;以及
外围电路。
10.一种电子设备,包括:
权利要求9所述的显示装置;以及
框体。
11.一种包括图像数据保持部、校正数据保持部、驱动电路部、显示元件及阈值电压校正电路部的半导体装置的工作方法,
其中,所述驱动电路部包括具有背栅极的第一晶体管,
所述第一晶体管的第一端子与所述显示元件的输入端子电连接,
所述半导体装置的工作方法包括阈值电压校正期间、校正数据写入期间、图像数据写入期间和图像显示期间,
所述阈值电压校正期间包括通过所述阈值电压校正电路部对所述第一晶体管的背栅极提供电位对所述第一晶体管的阈值电压进行校正的期间,
所述校正数据写入期间包括对所述校正数据保持部写入校正数据的期间,
所述图像数据写入期间包括对所述图像数据保持部写入第一图像数据使所述校正数据保持部生成对应于所述第一图像数据及所述校正数据的第二图像数据的期间,
所述图像显示期间包括通过对所述第一晶体管的栅极施加对应于所述第二图像数据的第一电位使所述驱动电路部在所述第一晶体管的第一端子-第二端子间生成第一电流并使所述第一电流流过所述显示元件的期间。
12.根据权利要求11所述的半导体装置的工作方法,还包括初始化期间,
其中所述半导体装置包括第一电容器至第三电容器,
所述图像数据保持部包括第二晶体管,
所述校正数据保持部包括第三晶体管,
所述阈值电压校正电路部包括第四晶体管,
所述第二晶体管的第一端子与所述第一电容器的第一端子电连接,
所述第三晶体管的第一端子与所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子电连接,
所述第一晶体管的第一端子与所述第二电容器的第二端子、所述第三电容器的第一端子及所述显示元件的输入端子电连接,
所述第一晶体管的背栅极与所述第四晶体管的第一端子及所述第三电容器的第二端子电连接,
所述初始化期间包括:
使所述第三晶体管变为导通状态来对所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子施加第一初始化电位的期间;
使所述第四晶体管变为导通状态来对所述第一晶体管的背栅极及所述第三电容器的第二端子施加第二初始化电位的期间;以及对所述第一晶体管的第一端子、所述第二电容器的第二端子及所述第三电容器的第一端子施加第三初始化电位的期间,
所述阈值电压校正期间包括:
切断从所述第一晶体管的第一端子向所述显示元件的电流的期间,
所述第三晶体管变为关闭状态,所述第二电容器保持所述第一初始化电位与所述第三初始化电位的电位差的期间;
对所述第一晶体管的第二端子施加高电位直到所述第一晶体管的第一端子的电位达到使所述第一晶体管变为关闭状态的第二电位为止来使所述第一晶体管的第一端子-第二端子间流过第二电流的期间;以及
所述第四晶体管变为关闭状态,所述第三电容器保持所述第二电位与所述第二初始化电位的电位差的期间,
所述校正数据写入期间包括:
所述第三晶体管变为导通状态,对所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子施加对应于所述校正数据的第三电位的期间;以及
所述第三晶体管变为关闭状态,所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子保持所述第三电位的期间,
所述图像数据写入期间包括:
所述第二晶体管变为导通状态,对所述第一电容器的第一端子施加对应于所述第一图像数据的第四电位的期间;以及
通过对所述第一电容器的第一端子写入所述第四电位,所述第一晶体管的栅极、所述第一电容器的第二端子及所述第二电容器的第一端子所保持的所述第三电位变为对应于所述第二图像数据的所述第一电位的期间。
13.根据权利要求12所述的显示装置的工作方法,
其中所述第一至第四晶体管的沟道形成区中含有金属氧化物和硅中的一方。
14.根据权利要求12或13所述的半导体装置的工作方法,
其中所述驱动电路部包括第五晶体管,
所述第三晶体管的第一端子与所述显示元件的输入端子通过所述第五晶体管的第一端子-第二端子间电连接,
所述初始化期间、所述校正数据写入期间、所述图像数据写入期间包括所述第五晶体管变为关闭状态的期间,
所述图像显示期间包括所述第五晶体管变为导通状态的期间。
15.根据权利要求14所述的半导体装置的工作方法,
其中所述第五晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的半导体装置的工作方法,
其中所述半导体装置包括第六晶体管,
所述第六晶体管的第一端子与所述第一晶体管的栅极电连接,
所述第六晶体管的第二端子与所述第一晶体管的第一端子电连接,
并且所述阈值电压校正期间包括所述第六晶体管变为导通状态的期间。
17.根据权利要求16所述的半导体装置的工作方法,
其中所述第六晶体管在沟道形成区包含金属氧化物和硅中的一方。
18.一种包括权利要求11至17中任一项所述的半导体装置的工作方法的显示装置的工作方法,
其中所述显示装置包括多个所述半导体装置以矩阵状配置的显示部,
所述多个所述半导体装置的一部分用作第一像素及第二像素,
所述第一像素与所述第二像素在所述显示部中位于不同的行,
所述第一像素在进行所述阈值电压校正期间的工作时,所述第二像素分别进行所述校正数据写入期间及所述图像数据写入期间的工作。
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