以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。
本発明の表示装置は、画素部と、画素部を駆動する走査線駆動回路及び信号線駆動回路を有する。走査線駆動回路から画素部へ延長して複数の走査線が配置されている。また、信号線駆動回路から画素部へ延長して複数の信号線が配置されている。そして、これらの走査線と信号線に対応してマトリクスに複数の画素が配置されている。
走査線駆動回路は、信号の書き込みを行う画素を選択する信号を走査線に供給する。そして、信号線駆動回路は画素へ書き込む信号を信号線へ供給する。つまり、走査線駆動回路により選択された画素へ、信号線駆動回路から出力された信号の書き込みを行う。
画素は、表示素子と、書き込まれた信号を保存する手段と、書き込まれた信号によって表示素子の駆動を制御する手段とを有する。よって、信号の書き込まれた画素は、その信号を保存し、その信号にしたがった状態(点灯状態または非点灯状態)を維持する。
よって、画像を表示する場合には通常、全ての画素を選択し、それらの画素にそれぞれの信号の書き込みを行って動画や静止画を表示することができる。
ここで、本発明の表示装置は、パーシャル表示を行うことができる。パーシャル表示のときには、画素部の一部(例えば、画素部のi行目からj行目までの画素)を表示領域とし、他の領域は非表示領域とする。そして、走査線駆動回路が非表示領域を選択している間において、信号線駆動回路の動作を停止する。なお、このとき、走査線駆動回路が非表示領域を選択している間ずっと信号線駆動回路の動作を停止している場合に限らず、一部の間だけ信号線駆動回路の動作を停止させていても構わない。
なお、信号線駆動回路の動作を停止させるとは、例えば信号線駆動回路へクロック信号(CLK)やクロック反転信号(CLKB)などの入力を止め、信号線駆動回路内のシフトレジスタ回路の動作を停止させることをいう。つまり、信号線駆動回路にシリアルに入力されるビデオ信号を画素の各列に対応したパラレルのビデオ信号に変換するタイミングをとるためのサンプリングパルスを出力するシフトレジスタ回路の動作を停止させることをいう。
そして、信号線駆動回路の動作を停止させているとき、信号線駆動回路から信号線には非表示信号を供給する。よって、信号線駆動回路の動作を停止させているときに走査線が選択している画素へ非表示信号を入力することができる。
なお、この非表示信号とは画素を非点灯にする信号とは限らない。つまり、画素部内において非表示信号が入力された画素は表示に関わらない背景画を構成するようにすればよい。この背景画とは白表示でもいいし、黒表示でもいい。表示装置の消費電力が小さくなるような状態であればよい。
このように、パーシャル表示のとき、高速に動作する信号線駆動回路内のシフトレジスタ回路を停止させることにより、消費電力を低減することができる。
(実施の形態1)
本実施の形態では、通常表示モードと節電モードを有し、節電モードにおいて信号線駆動回路内のシフトレジスタ回路の動作を停止する手段を有する表示装置の基本構成について図1を用いて説明する。
信号線駆動回路101、走査線駆動回路102および画素部103を有する。そして信号線駆動回路101から画素部103へ延長して複数の信号線S1〜Snが配置され、走査線駆動回路102から画素部103へ延長して複数の走査線G1〜Gmが配置されている。また、画素部103には走査線G1〜Gmと信号線S1〜Snに対応して複数の画素104がマトリクスに配置されている。つまり、p行q列の画素は走査線Gp(走査線G1〜Gmのうちいずれか一)と信号線Sq(信号線S1〜Snのうちいずれか一)に接続されている。
走査線駆動回路102には、クロック信号(G_CLK)、クロック反転信号(G_CLKB)、スタートパルス信号(G_SP)などの信号が入力される。
クロック信号(G_CLK)は、一定の間隔でH(High)とL(Low)を繰り返す信号で、クロック反転信号(G_CLKB)は、クロック信号(G_CLK)と極性の反転する信号である。なお、クロック信号とクロック反転信号とをまとめてクロック信号ということもある。そして、これらの信号により、走査線駆動回路102の同期をとったり、処理の実行のタイミングを制御する。よって、走査線駆動回路102にスタートパルス信号(G_SP)が入力されると、クロック信号(G_CLK)やクロック反転信号(G_CLKB)にしたがって、画素行を選択するタイミングの走査信号が生成される。つまり、この走査信号は、走査線駆動回路102に接続された走査線を介して画素を一行づつ順に選択するタイミングの信号である。
また、信号線駆動回路101には、クロック信号(S_CLK)、クロック反転信号(S_CLKB)、スタートパルス信号(S_SP)、ビデオ信号(Video Data)、制御信号(S_WE)などの信号が入力される。
クロック信号(S_CLK)は、一定の間隔でH(High)とL(Low)を繰り返す信号で、クロック反転信号(S_CLKB)は、クロック信号(S_CLK)と極性の反転する信号である。そして、これらの信号により、信号線駆動回路101の同期をとったり、処理の実行のタイミングを制御する。よって、信号線駆動回路101にスタートパルス信号(S_SP)が入力されると、クロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)にしたがって、画素の列に対応したサンプリングパルスが生成される。つまり、サンプリングパルスは、ある画素へ書き込むビデオ信号が信号線駆動回路101に入力されているときに、その画素の列のデータとして変換するためのタイミングを制御する信号である。よってこのサンプリングパルスにより、シリアルのデータとして信号線駆動回路101に入力されるビデオ信号(Video Data)をパラレルのデータにすることができる。なお、線順次方式の表示装置の場合には、このパラレルのビデオ信号のデータは、信号線駆動回路101で保持し、同時に信号線S1〜Snのそれぞれへ供給する。また、点順次方式の場合には、サンプリングパルスのタイミングに従ってシリアルのビデオ信号のデータをパラレルのビデオ信号のデータとして順々に信号線S1〜Snのそれぞれに供給する。こうして、信号線駆動回路101は、それぞれ各列の画素に応じたビデオ信号を信号線S1〜Snのそれぞれへ供給する。
したがって、走査線駆動回路102によって生成された走査信号のタイミングで信号の書き込みを行う画素行が選択される。そして、信号線駆動回路101から信号線S1〜Snに供給されたビデオ信号は、選択された画素行の各列の画素104に書き込まれる。そして、各画素104は書き込まれたビデオ信号のデータを一定期間保存する。
通常の表示モードにおいては、各画素行が順次選択され、全ての画素104に各画素104に対応したビデオ信号が書き込まれる。そして、各画素104は、書き込まれた信号のデータを一定期間保持することによって、点灯又は非点灯の状態を維持する。
そして、節電モードにおいては、パーシャル表示を行う。パーシャル表示のときには、画素部103の一部(例えば、画素部のi行目からj行目までの画素)を表示領域とし、他の領域は非表示領域とする。そして、走査線駆動回路102が非表示領域を選択している間において、信号線駆動回路101の動作を停止する。なお、このとき、走査線駆動回路102が非表示領域を選択している間ずっと信号線駆動回路101の動作を停止している場合に限らず、一部の間だけ信号線駆動回路101の動作を停止させていても構わない。
なお、信号線駆動回路101の動作を停止させるとは、例えば信号線駆動回路101へクロック信号(CLK)やクロック反転信号(CLKB)などの入力を止め、信号線駆動回路101内のシフトレジスタ回路の動作を停止させることをいう。つまり、信号線駆動回路101にシリアルに入力されるビデオ信号を画素の各列に対応したパラレルのビデオ信号に変換するタイミングをとるためのサンプリングパルスを出力するシフトレジスタ回路の動作を停止させることをいう。
そして、信号線駆動回路101の動作を停止させているときには、信号線駆動回路101から信号線S1〜Snには非表示信号を供給する。よって、信号線駆動回路の動作を停止させているときに走査線が選択している画素へ非表示信号を入力することができる。なお、この非表示信号とは画素を非点灯にする信号とは限らない。つまり、画素部内において非表示信号が入力された画素は表示に関わらない背景画を構成するようにすればよい。この背景画とは白表示でもいいし、黒表示でもいい。消費電力が小さくなるような状態であればよい。画素104に入力する信号がアナログ信号である場合には、非表示にする信号とは、ある階調を示す任意の信号でよい。例えば、非表示領域がずっと非点灯であると、表示領域の画素と非表示領域の画素との劣化の進行が大きく異なってしまい、焼き付き現象が生じてしまう。よって、非表示信号としては、画素部の階調の平均となるような階調の信号とするとよい。
こうして、通常の表示モードにおいては全面表示を行い、節電モードにおいてはパーシャル表示を行うことができる。例えば、通常の表示モードにおいては、図2(A)に示すように、全面表示を行い、節電モードにおいては、図2(B)に示すように表示画面の上部を表示領域とし、表示画面の下部を非表示領域としたり、図2(C)に示すように表示画面上部と下部を非表示領域とし、その間の領域を表示領域としたりすることができる。そして、節電モードにおいて大幅に消費電力を低減することができる。
なお、非表示領域の画素を選択しないようにしてもよい。つまり、図11に示す表示装置のように、走査線駆動回路102に制御信号(G_WE)を入力し、例えば、制御信号(G_WE)がLレベルのときには、走査線駆動回路102内のシフトレジスタ回路の出力にもとづいて画素が選択され、制御信号(G_WE)がHレベルのときには、いずれの画素も選択されないようにしてもよい。
次に、本実施の形態の表示装置に適用可能な信号線駆動回路の一例を図4に示す。
図4に示す信号線駆動回路はシフトレジスタ回路401、第1のラッチ回路402、第2のラッチ回路403、切り替え回路404を有する。切り替え回路404は各段にアナログスイッチ405とトランジスタ406を有する。各アナログスイッチ405は、第2のラッチ回路403の各段の出力端子と各信号線S1〜Snとを導通または非導通にするように接続されている。また、各トランジスタ406は配線408と各信号線S1〜Snとを導通または非導通にするように接続されている。なお、配線408には、各画素へ入力する非表示信号となる電位が印加されている。
シフトレジスタ回路401には、クロック信号(S_CLK)、クロック反転信号(S_CLKB)、スタートパルス信号(S_SP)が入力される。そして、これらの信号にしたがって順次サンプリングパルスが出力される。
シフトレジスタ回路401から出力されるサンプリングパルスは第1のラッチ回路402に入力され、そのサンプリングパルスのタイミングにしたがってビデオ信号(Video Data)が第1のラッチ回路402に保持される。
第1のラッチ回路402において、最終段までビデオ信号の保持が完了すると、水平帰線期間中に、第2のラッチ回路403にラッチパルス(Latch Pulse)が入力され、第1のラッチ回路402に保持されていたビデオ信号は、一斉に第2のラッチ回路403に転送される。
第2のラッチ回路403に転送されたビデオ信号は、切り替え回路404に入力される。さらに、切り替え回路404には制御信号(S_WE)が入力されており、この信号により、第2のラッチ回路403に保持された信号を信号線S1〜Snに供給するか、画素を非表示にする信号をS1〜Snに供給するかが制御される。つまり、アナログスイッチ405の制御端子には、制御信号(S_WE)と、インバータ407を介すことにより得られる制御信号(S_WE)の反転した信号とが入力される。また、制御信号(S_WE)の反転した信号はトランジスタ406のゲート端子にも入力される。そして、アナログスイッチ405とトランジスタ406とは相補的にオンオフする。アナログスイッチ405がオンしたときには、第2のラッチ回路403の各段の出力端子と各信号線S1〜Snとが導通し、このとき、トランジスタ406はオフする。そして、アナログスイッチ405がオフしたときには、第2のラッチ回路403の各段の出力端子と各信号線S1〜Snとは非導通となり、トランジスタ406はオンする。よって、トランジスタ406のソース端子の接続された配線408と信号線S1〜Snとが導通する。
つまり、制御信号(S_WE)がHレベルのときには、切り替え回路404から画素へ非表示信号が出力され、制御信号(S_WE)がLレベルのときには、切り替え回路404からビデオ信号が出力される。
続いて、本構成の信号線駆動回路を適用した表示装置における節電モードにおいて、表示画面上部と下部を表示領域とし、その間の領域(i行目〜j行目の画素)を非表示領域とした場合のタイミングチャートを図3に示す。
なお、制御信号(S_WE)がHレベルのときには信号線駆動回路から信号線に非表示信号が出力される。この制御信号(S_WE)をLレベルからHレベルにするタイミングは、i−1行目の画素のビデオ信号が第2のラッチ回路403に転送され、i−1行目の画素にビデオ信号の書き込みが完了した後である。つまり、i行目の画素のビデオ信号が第1のラッチ回路402に入力されている間か、i行目の画素のビデオ信号が第1のラッチ回路402に保持し終わった直後に制御信号(S_WE)をLレベルからHレベルにする。
そして、制御信号(S_WE)をHレベルからLレベルするタイミングはj+1行目の画素のビデオ信号が第2のラッチ回路403に転送し終わった直後からj+2行目の画素のビデオ信号が第2のラッチ回路403に転送されるまでの間である。
また、制御信号(S_WE)がLレベルからHレベルになるとき、クロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)のシフトレジスタ回路401への入力を停止する。
そして、クロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)を復帰させる場合、制御信号(S_WE)をHレベルからLレベルにするタイミングよりも1水平期間以上早く復帰させる。つまり、j+1行目の画素のビデオ信号が第1のラッチ回路402に入力され始める前にクロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)を復帰させる。
こうして、制御信号(S_WE)がHレベルの間にj+1行目の画素のビデオ信号を第1のラッチ回路402から第2のラッチ回路403に転送し、制御信号(S_WE)がLレベルになったときにj+1行目の画素のビデオ信号を信号線駆動回路から信号線へ出力することができる。
なお、シフトレジスタ回路401へクロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)の入力を停止している間は、スタートパルス(S_SP)信号の入力も停止してもよい。
こうして、表示画面の中央数行(i行目〜j行目の画素行)が非表示領域となり、その上下の画素行(1行目〜i−1行目の画素行、j+1行目〜n行目の画素行)が表示領域となる。そして、パーシャル表示のとき高速動作する信号線駆動回路の動作を停止することができるため、消費電力を低減することができる。
また、本発明の表示装置は図4に示したような信号線駆動回路を有する線順次駆動方式の表示装置に限られず、点順次駆動方式の表示装置であってもよい。点順次駆動方式の表示装置に適用可能な信号線駆動回路を図40に示す。
図40に示す信号線駆動回路は、シフトレジスタ回路4001と、サンプリングスイッチ4002と、切り替え回路4003とを有する。シフトレジスタ回路4001は、複数段のフリップフロップ回路(FF)4004と複数段のAND回路4005を有する。AND回路4005の入力端子は隣り合うフリップフロップ回路4004の出力端子と接続されている。よって、各AND回路4005の出力端子からは順次シフトするサンプリングパルスが出力される。
また、サンプリングスイッチ4002は各段にスイッチ4006を有している。各段のAND回路4005の出力端子は、各段のスイッチ4006の制御端子と接続されている。よって、サンプリングパルスにしたがって各スイッチ4006が順次オンする。
また、切り替え回路4003は各段にアナログスイッチ4007とトランジスタ4008を有している。そして、ビデオ信号が入力されるビデオ線は、各段毎のスイッチ4006及びアナログスイッチ4007を介して信号線S1〜Snと接続されている。また、各トランジスタ4008は配線4009と各信号線S1〜Snとを導通または非導通にするように接続されている。なお、配線4009には、各画素に入力する非表示信号となる電位が印加されている。
つまり、アナログスイッチ4007の制御端子には、制御信号(S_WE)と、インバータ4010を介すことにより得られる制御信号(S_WE)の反転した信号とが入力される。また、制御信号(S_WE)の反転した信号はトランジスタ4008のゲート端子にも入力される。そして、アナログスイッチ4007とトランジスタ4008とは相補的にオンオフする。アナログスイッチ4007がオンしたときには、ビデオ線と各信号線S1〜Snとが導通し、このとき、トランジスタ4008はオフする。そして、アナログスイッチ4007がオフしたときには、ビデオ線と各信号線S1〜Snとは非導通となり、トランジスタ4008はオンする。よって、トランジスタ4008のソース端子の接続された配線4009と信号線S1〜Snとが導通する。
つまり、制御信号(S_WE)がHレベルのときには、切り替え回路4003から画素へ非表示信号が出力され、制御信号(S_WE)がLレベルのときには、切り替え回路4003からビデオ信号が出力される。
また、点順次駆動方式の表示装置における節電モードにおいて、表示画面上部と下部を表示領域とし、その間の領域(i行目〜j行目の画素)を非表示領域とした場合のタイミングチャートを図41に示す。
この場合には、i−1行目の画素のビデオ信号が画素に書き込まれたら、制御信号(S_WE)がLレベルからHレベルにする。また、このときクロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)の信号線駆動回路への入力も停止する。
そして、j+1行目の画素のビデオ信号が信号線駆動回路に入力される直前に制御信号(S_WE)をHレベルからLレベルにする。また、このときクロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)の信号線駆動回への入力も停止する。
なお、シフトレジスタ回路4001へクロック信号(S_CLK)やクロック反転信号(S_CLKB)の入力を停止している間は、スタートパルス(S_SP)信号の入力も停止してもよい。
こうして、表示画面の中央数行(i行目〜j行目の画素行)が非表示領域となり、その上下の画素行(1行目〜i−1行目の画素行、j+1行目〜n行目の画素行)が表示領域となる。そして、パーシャル表示のとき高速動作する信号線駆動回路の動作を停止することができるため、消費電力を低減することができる。
また、本実施の形態における表示装置において、より好適な表示パネルの構成を図6に示す。図6の表示パネルは外部から信号が入力される接続端子部605と信号線駆動回路601とが画素部603を挟んで形成されている。基板600上に信号線駆動回路601、走査線駆動回路602、画素部603及び接続端子部605を有している。画素部603上には、画素部603を覆うように対向電極604が形成され、対向電極604は、接続端子部605に形成された対向電極の低電源電位が入力される複数の接続端子607から延長した接続端子607のパッドより幅広の配線とコンタクトホール608を介して接続されている。そして、ビデオ信号が入力される接続端子606はビデオ線609により信号線駆動回路601と接続されている。また、クロック信号(S_CLK)が入力される接続端子611はクロック線610により信号線駆動回路601と接続されている。本構成の場合には、FPCから対向電極604への電源供給ラインの抵抗(接続端子607とFPC端子との接触抵抗や、対向電極604と接続端子607との間の配線抵抗など)を小さくすることができる。よって、電源供給ラインでの電圧降下を低減し、対向電極604の電位を正常にすることができる。そして、ビデオ線609やクロック線610のように引き回し配線が長くなっても、パーシャル表示の際には、ビデオ線609やクロック線610に信号を入力しないため消費電力の低減を図ることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態においては、ELディスプレイなどのように表示素子が電流駆動型表示素子(以下発光素子という)である場合の表示装置に本発明を適用した場合について説明する。
まず、本実施の形態の表示装置に適用可能な画素構成について図8を用いて説明する。ここでは、一画素のみを図示しているが、表示装置の画素部には行方向と列方向にマトリクスに複数の画素が配置されている。図8に示す画素は、第1のトランジスタ(スイッチングトランジスタ)802、第2のトランジスタ(駆動トランジスタ)801、容量素子803、発光素子804、第1の配線(走査線)805、第2の配線(信号線)806及び第3の配線(電源線)807を有している。
第1のトランジスタ802は、ゲート端子が第1の配線805に接続され、第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が第2の配線806に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が第2のトランジスタ801のゲート端子と接続されている。また、第1のトランジスタ802の第2端子は容量素子803を介して第3の配線807と接続されている。また、第2のトランジスタ801は、第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が第3の配線807に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が発光素子804の第1の電極(画素電極)と接続されている。発光素子804の第2の電極(対向電極)808には低電源電位が印加されている。なお、低電源電位とは、第3の配線807に印加される高電源電位を基準にして低電源電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND電位又は0Vなどが印加されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子804に印加する。そして、発光素子804に電流を流して発光素子804を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子804の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
なお、容量素子803は、第2のトランジスタ801のゲート電位を保持できる場所に接続すればよく、例えば、容量素子803は、一方の電極を第2のトランジスタ801のゲート端子、他方の電極を第3の配線807とは異なる別の配線に接続してもよい。また、容量素子803は第2のトランジスタ801のゲート容量を代用して削除しても良い。
続いて、画素の動作について説明する。
画素への信号の書き込みの際には、第1の配線805に第1のトランジスタ802がオンするHレベルの信号を供給する。すると、第1のトランジスタ802がオンし、信号の書き込みを行う画素が選択される。そして、第2の配線806から画素にビデオ信号が書き込まれる。つまり、ビデオ信号に相当する電圧分の電荷が容量素子803に蓄積される。そして、第1の配線805に供給する信号をLレベルにし、第1のトランジスタ802がオフすると容量素子803はその電圧を保持する。なお、第2のトランジスタ801のゲート端子と第1端子との間の電圧が、第2のトランジスタ801のゲートソース間電圧Vgsに相当する。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、第2のトランジスタ801のゲート端子には、第2のトランジスタ801が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号(オンするときVsig(L)、オフするときVsig(H))を入力する。つまり、第2のトランジスタ801は線形領域で動作させる。つまり、スイッチとして動作させる。
よって、第2のトランジスタ801がオンするビデオ信号Vsig(L)であるときには、理想的には第3の配線807に印加されている電源電位Vddはそのまま発光素子804の第1の電極に加わることになる。
なお、第1の配線805に供給する信号のHレベルは、画素を非点灯にするビデオ信号(第2のトランジスタ801をオフにするゲート電位Vsig(H))よりも第1のトランジスタ802のしきい値電圧Vth分以上高い電位V1とすることが望ましい。なぜなら、第1のトランジスタ802はNチャネル型トランジスタであるため、第2の配線806にVsig(H)が入力されると、第1端子がドレイン端子となる。したがって、第1のトランジスタ802は、第2端子(このときにはソース端子)がゲート端子の電位より、第1のトランジスタ802のしきい値電圧Vth分低い電位でオフしてしまう。つまり、第1のトランジスタ802のゲート電位がV1より小さいと、第2の配線806に供給されたVsig(H)を第2のトランジスタ801のゲート端子に入力することができなくなってしまうからである。すると、第2のトランジスタ801を完全にオフにすることができず、発光素子804がわずかに発光してしまうことがある。
また、第1の配線805に供給する信号のLレベルは、Vsig(L)よりも低い電位とすることが望ましい。例えば、第1の配線805に供給する信号のLレベルが、画素を点灯にするビデオ信号(第2のトランジスタ801がオンするゲート電位Vsig(L))と等しい電位である場合、Vsig(H)が書き込まれている画素は、他の行の画素への信号書き込みのために第2の配線806にVsig(L)が供給されると、第1のトランジスタ802のゲートソース間電圧は0Vとなる。すると、第1のトランジスタ802がノーマリーオンとなってしまっているときにはオフ電流が流れてしまう。したがって、容量素子803に蓄積された電荷が放電し、第2のトランジスタ801のゲート電位が低くなることにより、第2のトランジスタ801に電流が流れ、発光素子804がわずかに発光してしまうことがある。
次に、上述した画素構成を有する表示装置の構成を図7に示す。表示装置は信号線駆動回路701、走査線駆動回路702及び画素部703を有する。信号線駆動回路701から画素部703へ延長して信号線S1〜Snが配置され、走査線駆動回路702から画素部703へ延長して走査線G1〜Gmが配置されている。そして、走査線G1〜Gmと信号線S1〜Snに対応してマトリクスに画素704が配置されている。
そして、画素704は駆動トランジスタ705、スイッチングトランジスタ706、容量素子707及び発光素子708を有する。スイッチングトランジスタ706はゲート端子が走査線G1〜Gmのいずれか一に接続され、第1端子(ソース端子またはドレイン端子)が信号線S1〜Snのいずれか一に接続されている。スイッチングトランジスタ706の第2端子(ソース端子またはドレイン端子)は駆動トランジスタ705のゲート端子に接続されている。また、駆動トランジスタ705は第1端子(ソース端子またはドレイン端子)が発光素子708の画素電極に接続され、第2端子(ソース端子またはドレイン端子)が電源線P1〜Pnのいずれか一に接続されている。
走査線駆動回路702の動作については実施の形態1で示した図1の走査線駆動回路702の動作と同様であるためここでは省略する。また、信号線駆動回路701としては実施の形態1で示した図4の信号線駆動回路を適用することが可能でありここでは説明を省略する。
ここで、デジタル時間階調法において、高精細化及び高階調表示を実現するために、画素への信号の書き込み動作と、画素への信号の消去動作を同時に行う技術が用いられている。つまり、画素への信号の書き込みが行われると、その画素は直ぐに発光期間(サスティン期間)となるような駆動方法において、画素への信号の書き込み期間(アドレス期間)より短い発光時間を設けるため、次に画素への信号書き込みが行われる前に、画素へ書き込まれた信号の消去を行うものである。このような駆動方法について図5を用いて説明する。
図5は時間経過に伴った1フレーム期間の動作について説明する図である。図5において、横方向は時間経過を表し、縦方向は走査線の走査行数を表している。
画像表示を行うとき、書き込み動作と発光動作とが繰り返し行われる。一画面(1フレーム)分の書き込み動作と発光動作を行う期間を1フレーム期間という。1フレーム分の信号の処理について特に限定はないが、画像をみる人がちらつき(フリッカ)を感じないように少なくとも1秒間に60回程度とすることが好ましい。
1フレーム期間は、図5に示すように、アドレス期間Ta1、Ta2、Ta3、Ta4とサスティン期間Ts1、Ts2、Ts3、Ts4とを含む4つのサブフレーム期間に時分割されている。つまり、それぞれの画素行については、書き込み時間Tb1、Tb2、Tb3、Tb4と発光時間Ts1(i)、Ts2(i)、Ts3(i)、Ts4(i)とに時分割されている。発光するための信号が入力された画素の発光素子は、サスティン期間において発光状態となっている。各々のサブフレーム期間における発光時間の長さの比は、Ts1(i):Ts2(i):Ts3(i):Ts4(i)=23:22:21:20=8:4:2:1となっている。これによって4ビット階調を表現することができる。但し、ビット数及び階調数はここに記すものに限定されず、例えば8つのサブフレーム期間を設け8ビット階調を行えるようにしてもよい。
1フレーム期間における動作について説明する。まず、アドレス期間Ta1において、1行目から最終行まで、それぞれの行の書き込み時間Tb1に書き込み動作が行われる。つまり、1行目から順に走査線に走査信号が入力され、画素が選択される。そして、画素が選択されているときに、信号線から画素へビデオ信号が入力され、その電位によってサスティン期間Ts1における各画素の点灯、非点灯が制御される。従って、行によって画素の書き込み動作の開始時間が異なる。書き込み動作が終了した行から順にサスティン期間Ts1へと移る。当該サスティン期間において、発光するための信号が入力されている画素の発光素子は発光状態となっている。また、サスティン期間Ts1が終了した行から順に次のサブフレーム期間の信号書き込み動作に移り、それぞれの信号書き込み時間Tb2において、同様に1行目から最終行まで順に書き込み動作が行われる。このように、同様にアドレス期間Ta2、Ta3、Ta4において画素へビデオ信号が入力され、その電位によってサスティン期間Ts2、Ts3、Ts4における各画素の点灯、非点灯が制御される。以上のような動作を繰り返し、サスティン期間Ts4迄終了する。
サスティン期間Ts4のように、最終行目までの書込動作が終了する前に、既に発光時間を終えた行におけるサスティン期間を強制的に終了させたいときは、消去時間Teにより画素に書き込まれたビデオ信号を消去し、強制的に非発光の状態となるように制御する。そして、強制的に非発光状態にした行については、一定期間、非発光の状態を保つ(この期間を非発光期間Te4とする。)。そして、最終行目の書き込み期間が終了したら直ちに、一行目から順に次のフレーム期間(またはサブフレーム期間)のアドレス期間に移行する。これによって、発光時間がアドレス期間より短いサブフレーム期間を設けることができる。
このように、各サブフレーム期間において発光した時間の積算時間が、1フレーム期間における各々の画素の発光時間となり、これによって階調が表現される。
なお、サブフレーム期間におけるサスティン期間の長いものから順に並んでいるが、必ずしもこのような並びにする必要はなく、例えばサスティン期間の短いものから順に並べられていてもよいし、またはサスティン期間の長いものと短いものとがランダムに並んでいてもよい。
このような駆動方法を実現する表示装置の画素構成を図10に示す。駆動トランジスタ1001と、スイッチングトランジスタ1002と、容量素子1003と、発光素子1004と、第1の走査線1005と、信号線1006と、電源線1007と、消去用トランジスタ1009と、第2の走査線1010と、を有する。
スイッチングトランジスタ1002は、ゲート端子が走査線1005に接続され、第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が信号線1006に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が駆動トランジスタ1001のゲート端子と接続されている。また、スイッチングトランジスタ1002の第2端子は容量素子1003を介して電源線1007と接続されている。さらに、駆動トランジスタ1001は第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が電源線1007に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が発光素子1004の第1電極(画素電極)と接続されている。発光素子1004の第2の電極(対向電極)1008には低電源電位Vssが印加されている。なお、低電源電位Vssとは、電源線1007に印加される高電源電位Vddを基準にしてVss<Vddを満たす電位であり、低電源電位Vssとしては例えばGND、0Vなどが印加されていても良い。この高電源電位Vddと低電源電位Vssとの電位差を発光素子1004に印加して、発光素子1004に電流を流すことにより発光素子1004を発光させるため、高電源電位Vddと低電源電位Vssとの電位差が発光素子1004の順方向しきい値電圧となるようにそれぞれの電位を設定する。
また、容量素子1003と並列に消去用トランジスタが設けられている。つまり、消去用トランジスタ1009の第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が駆動トランジスタ1001のゲート端子に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が電源線1007に接続されている。また、消去用トランジスタ1009のゲート端子は第2の走査線1010に接続されている。なお、容量素子1003は駆動トランジスタ1001のゲート容量を代用して削除しても良い。
まず、画素への信号の書き込み動作について説明する。第1の走査線1005で画素が選択されているとき、つまりスイッチングトランジスタ1002がオンになっているときに信号線1006から画素にビデオ信号を入力する。そして、ビデオ信号に相当する電圧分の電荷が容量素子1003に蓄積され、スイッチングトランジスタ1002がオフすると容量素子1003はその電圧を保持する。この電圧は駆動トランジスタ1001のゲート端子と第1端子間の電圧であり、駆動トランジスタ1001のゲートソース間電圧Vgsに相当する。
なお、一般に、トランジスタ(ここでは簡単のため、Nチャネル型トランジスタであるとする)の動作領域は、線形領域と飽和領域とに分けることが出来る。その境目は、ドレインソース間電圧をVds、ゲートソース間電圧をVgs、しきい値電圧をVthとすると、(Vgs−Vth)=Vdsの時になる。 (Vgs−Vth)<Vdsの場合は飽和領域になり、理想的には、Vdsが変化しても、電流値はほとんど変わらない。つまり、Vgsの大きさだけによって電流値が決まる。一方、(Vgs−Vth)>Vdsの場合は、線形領域であり、Vds、Vgsの大きさによって電流値が決まる。そして、線形領域の場合には、Vgsが大きいため、Vdsを小さくすることができる。つまり、ソース端子とドレイン端子の電位をほぼ等しくできる。よって、トランジスタを線形領域で動作させると、トランジスタをスイッチとして機能させることができる。
よって、本画素のように電圧入力電圧駆動方式場合には、駆動トランジスタ1001をスイッチとして機能させるためゲート端子には、駆動トランジスタ1001が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号を入力する。
よって、画素が点灯するときには、駆動トランジスタ1001が線形領域でオンするビデオ信号を信号線1006から入力する。すると、駆動トランジスタ1001は、ほぼスイッチとして機能するので、理想的には電源線1007に印加されている電源電位Vddがそのまま発光素子1004の第1の電極に加わるようになる。一方、画素が非点灯であるときには、駆動トランジスタ1001が十分にオフするビデオ信号を信号線1006から入力する。
つまり、理想的には発光素子1004に印加する電圧を一定にし、発光素子1004から得られる輝度を一定にする。そして、1フレーム期間内に複数のサブフレーム期間を設け、各サブフレーム期間の信号書き込み期間(アドレス期間)に各画素へのビデオ信号の書き込みを行い、発光期間(サスティン期間)の間、各画素はそのビデオ信号を保持する。そして、ビデオ信号に応じて画素が点灯又は非点灯するようになる。なお、発光時間がアドレス期間より短いサブフレームにおいては、消去期間に各画素に保持された信号を消去する。そして、サブフレーム期間毎に画素の点灯又は非点灯を制御し、1フレーム期間のうち、点灯している時間の合計によって、階調を表現する。
次に、消去期間における画素へ書き込まれたビデオ信号の消去動作について説明する。第2の走査線1010で画素を選択し、消去用トランジスタ1009をオンさせることにより、容量素子1003に保持された電圧を消去する。つまり、容量素子1003に蓄積された電荷を放電し、容量素子1003の両電極の電位を等しくする。こうして、駆動トランジスタ1001のゲートとソースの電位を等しくして駆動トランジスタ1001をオフさせている。
また、同様の駆動方法を実現する他の画素構成について図9を用いて説明する。ここでは、一画素のみを図示しているが、表示装置の画素部には行方向と列方向にマトリクスに複数の画素が配置されている。
図9に示す画素は、駆動トランジスタ901、スイッチングトランジスタ902、容量素子903、発光素子904、第1の走査線905、信号線906、電源線907、整流素子909、第2の走査線910を有している。スイッチングトランジスタ902は、ゲート端子が第1の走査線905に接続され、第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が信号線906に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が駆動トランジスタ901のゲート端子と接続されている。さらに、駆動トランジスタ901のゲート端子は整流素子909を介して第2の走査線910と接続されている。また、スイッチングトランジスタ902の第2端子は容量素子903を介して電源線907と接続されている。また、駆動トランジスタ901は、第1端子(ソース端子又はドレイン端子)が電源線907に接続され、第2端子(ソース端子又はドレイン端子)が発光素子904の第1の電極(画素電極)と接続されている。発光素子904の第2の電極(対向電極)908には低電源電位が印加されている。なお、低電源電位とは、電源線907に印加される高電源電位を基準にして低電源電位<高電源電位を満たす電位であり、低電源電位としては例えばGND、0Vなどが印加されていても良い。この高電源電位と低電源電位との電位差を発光素子904に印加して、発光素子904に電流を流して発光素子904を発光させるため、高電源電位と低電源電位との電位差が発光素子904の順方向しきい値電圧以上となるようにそれぞれの電位を設定する。
なお、容量素子903は、駆動トランジスタ901のゲート電位を保持できる場所に接続すればよく、例えば、容量素子903は、一方の電極を駆動トランジスタ901のゲート端子、他方の電極を電源線907とは異なる別の配線に接続してもよい。また、容量素子903は駆動トランジスタ901のゲート容量を代用して削除しても良い。
続いて、画素の動作について説明する。
画素への信号の書き込みの際には、第1の走査線905にスイッチングトランジスタ902がオンするHレベルの信号を入力する。すると、スイッチングトランジスタ902がオンし、信号の書き込みを行う画素が選択される。そして、信号線906から画素にビデオ信号が書き込まれる。つまり、ビデオ信号に相当する電圧分の電荷が容量素子903に蓄積される。そして、第1の走査線905をLレベルにし、スイッチングトランジスタ902がオフすると容量素子903はその電圧を保持する。なお、駆動トランジスタ901のゲート端子と第1端子との間の電圧が、駆動トランジスタ901のゲートソース間電圧Vgsに相当する。
ここで、電圧入力電圧駆動方式の場合には、駆動トランジスタ901のゲート端子には、駆動トランジスタ901が十分にオンするか、オフするかの二つの状態となるようなビデオ信号(オンするときVsig(L)、オフするときVsig(H))を入力する。つまり、駆動トランジスタ901は線形領域で動作させる。つまり、スイッチとして動作させる。
よって、駆動トランジスタ901がオンするビデオ信号Vsig(L)であるときには、理想的には電源線907に印加されている電源電位Vddはそのまま発光素子904の第1の電極に加わることになる。
なお、第1の走査線905のHレベルの信号は、画素を非点灯にするビデオ信号(駆動トランジスタ901をオフにするゲート電位Vsig(H))よりもスイッチングトランジスタ902のしきい値電圧Vth分以上高い電位V1とすることが望ましい。なぜなら、スイッチングトランジスタ902はNチャネル型トランジスタであるため、信号線906にVsig(H)が入力されると、第1端子がドレイン端子となる。したがって、スイッチングトランジスタ902は、第2端子(このときにはソース端子)がゲート端子の電位より、スイッチングトランジスタ902のしきい値電圧Vth分低い電位でオフしてしまう。つまり、スイッチングトランジスタ902のゲート電位がV1より小さいと、信号線906に入力されたVsig(H)を駆動トランジスタ901のゲート端子に入力することができなくなってしまうからである。すると、駆動トランジスタ901を完全にオフにすることができず、発光素子904がわずかに発光してしまうことがある。
また、第1の走査線905のLレベルの信号は、Vsig(L)よりも低い電位とすることが望ましい。例えば、第1の走査線905のLレベルの信号が、画素を点灯にするビデオ信号(駆動トランジスタ901がオンするゲート電位Vsig(L))と等しい電位である場合、Vsig(H)が書き込まれている画素は、他の行の画素への信号書き込みのために信号線906にVsig(L)が入力されると、スイッチングトランジスタ902のゲートソース間電圧は0Vとなる。すると、スイッチングトランジスタ902がノーマリーオンとなってしまっているときにはオフ電流が流れてしまう。したがって、容量素子903に蓄積された電荷が放電し、駆動トランジスタ901のゲート電位が低くなることにより、駆動トランジスタ901に電流が流れ、発光素子904がわずかに発光してしまうことがある。
次に、消去動作について説明する。消去動作時には、第2の走査線910にHレベルの信号を入力する。すると、整流素子909に電流が流れ、容量素子903によって保持されていた駆動トランジスタ901のゲート電位がある所定の電位になるようにすることができる。つまり、駆動トランジスタ901のゲート端子の電位が、所定の電位になるようにし、信号書き込み期間に画素へ書き込まれたビデオ信号に関わらず、駆動トランジスタ901を強制的にオフさせることができる。なお、駆動トランジスタ901のゲート端子の電位は第2の走査線910よりも整流素子909のしきい値電圧分低い電位となる。
このとき、第2の走査線910に入力するHレベルの信号は、電源線907に入力される高電源電位以上の電位とすることが望ましい。このHレベルの信号の電位を適宜設定することにより、消去期間において駆動トランジスタ901を強制的にオフさせる場合に、駆動トランジスタ901のゲート端子の電位をソース端子の電位よりも高くすることができる。したがって、駆動トランジスタ901がノーマリーオンの場合でも駆動トランジスタ901をオフにし、発光素子904がわずかに発光してしまうのを防ぐことができる。
なお、第2の走査線910のHレベル信号は、第1の走査線905のHレベル信号と同じでもよい。その結果、電源数を削減することができる。
なお、消去動作時以外は、第2の走査線910はLレベルの信号とする。このLレベルの信号の電位は、画素を点灯とするビデオ信号(駆動トランジスタ901をオンにするゲート電位Vsig(L))以下の電位とすることが望ましい。しかし、このLレベルの電位を低くし過ぎると、画素に非点灯のビデオ信号(駆動トランジスタ901をオフにするゲート電位Vsig(H))が書き込まれていた場合に、整流素子909に印加される逆バイアス電圧が大きくなってしまうことにより、整流素子909へ流れるオフ電流(逆方向電流ともいう)が大きくなってしまい、容量素子903に保持した電荷が漏れてしまう。そして、駆動トランジスタ901のゲート電位が低くなり、駆動トランジスタ901のオフ電流が大きくなってしまう。よって、好ましくは、このLレベルの信号の電位は、画素を点灯にするビデオ信号(駆動トランジスタ901をオンにするゲート電位Vsig(L))と等しくするとよい。
なお、消去動作時とは、その画素に書き込まれたビデオ信号を消去するときのことであり、図5で示したタイミングチャートにおいての消去時間Teに相当する。また、消去期間とは、その画素への消去動作後から次にその画素へ信号の書き込みを行うまでの期間であり、図5で示したタイミングチャートにおいての消去期間Te4に相当する期間である。
続いて、上述した駆動方法の適用可能な表示装置の構成を図38に示す。つまり、図9や図10の画素構成を有する表示装置の構成例である。
信号線駆動回路3801、第1の走査線駆動回路3802、第2の走査線駆動回路3805、画素部3803と、を有している。また、信号線駆動回路3801から列方向に延長した信号線S1〜Snと、第1の走査線駆動回路3802及び第2の走査線駆動回路3805から行方向に延長したそれぞれの第1の走査線G1〜Gm、第2の走査線R1〜Rmに対応して、複数の画素3804が画素部3803にマトリクスに配置されている。
第1の走査線駆動回路3802には、クロック信号(G_CLK)、クロック反転信号(G_CLKB)、スタートパルス信号(G_SP)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、選択する画素行の第1の走査線Gp(第1の走査線G1〜Gmのうちいずれか一)に信号を出力する。そして、信号の書き込みを行う画素行を選択する。
また、第2の走査線駆動回路3805には、クロック信号(R_CLK)、クロック反転信号(R_CLKB)、スタートパルス信号(R_SP)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、選択する画素行の第2の走査線Rp(第2の走査線R1〜Rmのうちいずれか一)に信号を出力する。そして、信号の消去を行う画素行を選択する。
また、信号線駆動回路3801には、クロック信号(S_CLK)、クロック反転信号(S_CLKB)、スタートパルス信号(S_SP)、ビデオ信号(Video Data)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、各信号線S1〜Snへそれぞれ各列の画素に応じたビデオ信号を出力する。また、信号線駆動回路3801には制御信号(S_WE)が入力され、この信号にしたがって通常表示モードにはビデオ信号を出力し、節電モードにおいては非表示信号を出力する。
よって、信号線S1〜Snに供給されたビデオ信号は、第1の走査線Gp(走査線G1〜Gmのうちいずれか一)に入力された信号によって選択された画素行の各列の画素3804に書き込まれる。そして、各第1の走査線G1〜Gmにより各画素行が選択され、全ての画素3804に各画素3804に対応したビデオ信号が書き込まれる。そして、各画素3804は書き込まれたビデオ信号のデータを一定期間保持する。そして各画素3804は、書き込まれた信号のデータを一定期間保持することによって、点灯又は非点灯の状態を維持することができる。また、アドレス期間より短いサスティン期間のサブフレーム期間では第2の走査線R1〜Rmにより各画素行を選択し、全ての画素3804に消去信号を入力する。
なお、上述した駆動方法は図8に示した画素によっても実現することができる。その場合の表示装置の構成を図39に示し、以下動作について説明する。
信号線駆動回路3901、第1の走査線駆動回路3902、第2の走査線駆動回路3905、画素部3903を有し、画素部3903には画素3904が走査線G1〜Gmと信号線S1〜Snに対応してマトリクスに配置されている。第1の走査線駆動回路3902にはシフトレジスタ回路3906と、シフトレジスタ回路3906と各走査線G1〜Gmとの導通または非導通状態を制御するスイッチ3908を有している。また、第2の走査線駆動回路3905にはシフトレジスタ回路3907と、シフトレジスタ回路3906と各走査線G1〜Gmとの導通または非導通を制御するスイッチ3909を有している。
なお、走査線Gp(走査線G1〜Gmのいずれか一)は図8の第1の配線805に相当し、信号線Sq(信号線S1〜Snのうちいずれか一)は図8の第2の配線806に相当する。
第1の走査線駆動回路3902には、クロック信号(G_CLK)、クロック反転信号(G_CLKB)、スタートパルス信号(G_SP)、制御信号(G_WE)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、選択する画素行の第1の走査線Gp(第1の走査線G1〜Gmのうちいずれか一)に画素を選択する信号を出力する。なお、このときの信号は図42のタイミングチャートに示すように1水平期間の前半に出力されるパルスである。つまり、シフトレジスタ回路3906から出力される信号はスイッチ3908がオンしているときにだけ走査線G1〜Gmに出力される。
第2の走査線駆動回路3905には、クロック信号(R_CLK)、クロック反転信号(R_CLKB)、スタートパルス信号(R_SP)、制御信号(R_WE)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、選択する画素行の第2の走査線Ri(第2の走査線R1〜Rmのうちいずれか一)に信号を出力する。なお、このときの信号は図42のタイミングチャートに示すように1水平期間の後半に出力されるパルスである。つまり、シフトレジスタ回路3907から出力される信号はスイッチ3909がオンしているときにだけ走査線G1〜Gmに出力される。
また、信号線駆動回路3901には、クロック信号(S_CLK)、クロック反転信号(S_CLKB)、スタートパルス信号(S_SP)、ビデオ信号(Video Data)、出力制御信号(S_WE)などの信号が入力される。そして、それらの信号にしたがって、各信号線S1〜Snへそれぞれ各列の画素に応じた信号を出力する。制御信号(S_WE)により信号線駆動回路3901から出力される信号が制御される。つまり、制御信号(S_WE)がLレベルのときには、ビデオ信号が出力され、Hレベルのときには消去信号や非表示信号が出力される。
よって、信号線S1〜Snに入力されたビデオ信号は、第1の走査線駆動回路3902から走査線Gi(走査線G1〜Gmのうちいずれか一)に入力された信号によって選択された画素行の各列の画素3904に書き込まれる。そして、各走査線G1〜Gmにより各画素行が選択され、全ての画素3904に各画素3904に対応したビデオ信号が書き込まれる。そして、各画素3904は書き込まれたビデオ信号のデータを一定期間保持する。各画素3904は、ビデオ信号のデータを一定期間保持することによって、点灯又は非点灯の状態を維持することができる。
また、第2の走査線駆動回路3905から走査線Gi(走査線G1〜Gmのうちいずれか一)に入力された信号によって選択された画素行の各列の画素3904には、画素を非点灯とする信号(消去信号ともいう)が信号線S1〜Snから書き込まれる。そして、各走査線G1〜Gmにより各画素行を選択することで、非点灯期間を設定することができる。例えば、第2の走査線駆動回路3905から走査線Giに入力された信号によってi行目の画素が選択される時間は、図5において、消去時間Teである。
(実施の形態3)
本実施の形態では、液晶表示装置のように、印加電圧により画素の輝度が変化する表示素子を用いた場合の表示装置に本発明を適用した場合について説明する。本実施の形態で示す画素は、アナログ電圧を保持する回路とデジタル信号メモリ回路を有する。つまり、節電モードのときに、パーシャル表示を行う場合、非表示領域の画素にはデジタル信号を記憶させることで、非表示領域の画素へのリフレッシュ動作を大幅に減らす、若しくは無くすことができる。
まず、図12に画素の基本構成を示す。ここでは、一画素のみを図示しているが、表示装置の画素部には行方向と列方向にマトリクスに複数の画素が配置されている。画素はアナログ電圧保持回路と1201と、デジタル信号メモリ回路1202と、表示素子1203と、信号線1204と、第1のスイッチ1205と、第2のスイッチ1206とを有する。
本構成の場合、画素を選択する際にスイッチ1205をオンにする。
そして、通常表示モードのときの全画素、及び節電モードの表示領域の画素は、第2のスイッチ1206でアナログ電圧保持回路1201を選択する。そして、信号線1204からビデオ信号に相当するアナログ電圧をアナログ電圧保持回路1201に入力する。
アナログ電圧保持回路1201は、このアナログ電圧を保持し、表示素子1203に印加する。こうして、アナログ電圧にしたがって画素の階調が表現される。そして、1フレーム期間毎に信号線1204からアナログ電圧がアナログ電圧保持回路1201に入力される。
そして、節電モードの非表示領域の画素は、第2のスイッチ1206でデジタル信号メモリ回路1202を選択する。そして、信号線1204から非表示にするデジタル信号をデジタル信号メモリ回路1202に入力する。
デジタル信号メモリ回路1202は、このデジタル信号を記憶し、表示素子1203の画素電極に電位を印加する。そして、非表示領域の画素に書き込まれた信号は、デジタル信号メモリ回路1202によって記憶されるため、節電モードのとき非表示領域の画素への信号の書き換えの回数を大幅に減らす、または書き換える必要がなくなる。そのため消費電力を大幅に減らすことができます。
なお、通常表示モードのときには、ビデオ信号としてアナログ電圧を画素へ入力し、節電モードのときには、表示領域及び非表示領域ともに全ての画素へビデオ信号としてデジタル信号を書き込むようにしてもよい。その場合には、デジタル信号では2階調しか表現できないため面積快調法を組み合わせて用いて多階調表示を行うことができる。また、通常表示モードを動画表示とし、節電モードを静止画表示としてもよい。
図13及び図14を用いて面積階調を用いた場合について説明する。
図13の表示装置は、第1の信号線駆動回路1301と、第2の信号線駆動回路1302と画素部1303と、走査線駆動回路1304とを有し、画素部1303には、画素1305が走査線と信号線に対応してマトリクスに配置されている。
画素1305は副画素1306a、副画素1306b、副画素1306cを有する。この副画素の点灯領域に重み付けをする。例えば、点灯領域の大きさを22:21:20という比率にする。こうすることにより、3ビットつまり8階調表示が可能となる。
なお、副画素1306aの第1スイッチ1307は信号線Daに接続され、副画素1306bの第1スイッチ1307は信号線Dbに接続され、副画素1306cの第1スイッチ1307が信号線Dcに接続されている。そして、走査線駆動回路1304から走査線Sに入力する信号により、副画素1306a、副画素1306b及び副画素1306cのそれぞれの第1スイッチ1307のオンオフを制御する。つまり、選択されている画素は、第1スイッチ1307がオンしている。そして、アナログ電圧保持回路1309又はデジタル信号メモリ回路1310にそれぞれの信号線からアナログ電圧又はデジタル信号を書き込む。
つまり、通常表示モードの場合、走査線Sに信号を入力して第1スイッチ1307をオンにし、第2スイッチ1308でアナログ電圧保持回路1309を選択する。そして、第1の信号線駆動回路1301から信号線Da、信号線Db、信号線Dcへビデオ信号に相当するアナログ電圧が入力される。そして、各副画素のアナログ電圧保持回路1309にアナログ電圧が保持される。なお、このとき同じ画素列に接続された各信号線Da、信号線Db、信号線Dcに入力されるアナログ電圧は等しい電圧又は概略等しい電圧とする。よって、アナログ電圧の大きさによって、階調を表すことができる。
一方、節電モードの場合、走査線Sに信号を入力して第1スイッチ1307をオンにし、第2スイッチ1308でデジタル信号メモリ回路1310を選択する。そして、第2の信号線駆動回路1302から信号線Da、信号線Db、信号線Dcへビデオ信号に相当するデジタル信号が入力される。そして、デジタル信号が各副画素のデジタル信号メモリ回路1310に記憶される。なお、このとき各信号線Da、信号線Db、信号線Dcに入力されるデジタル信号は各副画素の点灯領域の大きさに対応した各ビットの信号が入力される。よって、デジタル信号によって各副画素の点灯又は非点灯を選択することにより、階調を表すことができる。
次に図14の構成について説明する。図14の表示装置は、第1の信号線駆動回路1401と、第2の信号線駆動回路1402と画素部1403と、走査線駆動回路1404とを有し、画素部1403には、画素1405が走査線と信号線に対応してマトリクスに配置されている。
画素1405は副画素1406a、副画素1406b、副画素1406cを有する。この副画素の点灯領域に重み付けをする。例えば、点灯領域の大きさを22:21:20という比率にする。こうすることにより、3ビットつまり8階調表示が可能となる。
なお、副画素1406a、副画素1406b、副画素1406cのそれぞれの第1スイッチ1407は信号線Dに接続されている。そして、副画素1406aの第1スイッチ1407は走査線駆動回路1404から走査線Saに入力する信号により、副画素1406bの第1スイッチ1407は走査線駆動回路1404から走査線Sbに入力する信号により、副画素1406cの第1スイッチ1407は走査線駆動回路1404から走査線Scに入力する信号によりオンオフを制御する。つまり、選択されている画素は、第1スイッチ1407がオンしている。そして、アナログ電圧保持回路1409又はデジタル信号メモリ回路1410にそれぞれの信号線からアナログ電圧又はデジタル信号を書き込む。
つまり、通常表示モードの場合、走査線Sa、走査線Sb、走査線Scに順次信号を入力して各副画素の第1スイッチ1407をオンにし、第2スイッチ1408でアナログ電圧保持回路1409を選択する。そして、第1の信号線駆動回路1401から信号線Dへビデオ信号に相当するアナログ電圧が入力される。そして、各副画素のアナログ電圧保持回路1409に順次アナログ電圧が保持される。なお、このとき各副画素が選択されている間の信号線Dに入力されるアナログ電圧は等しい電圧又は概略等しい電圧とする。よって、アナログ電圧の大きさによって、階調を表すことができる。
一方、節電モードの場合、走査線Sa、走査線Sb、走査線Scに順次信号を入力して各副画素の第1スイッチ1407をオンにし、第2スイッチ1408でデジタル信号メモリ回路1410を選択する。そして、第2の信号線駆動回路1402から信号線Dへビデオ信号に相当するデジタル信号が入力される。そして、デジタル信号が各副画素のデジタル信号メモリ回路1410に順次記憶される。なお、このとき各副画素が選択されている間にそれぞれの副画素の点灯領域の大きさに対応した各ビットのデジタル信号が入力される。よって、デジタル信号によって各副画素の点灯又は非点灯を選択することにより、階調を表すことができる。
よって、本発明の表示装置は、節電モードの場合においてパーシャル表示を行えば、非表示領域の画素の信号の書き換えを大幅に減らす、若しくは無くすことができる。
また、図15にアナログ電圧保持回路とデジタル信号メモリ回路を有する画素の構成例を示す。画素は画素選択スイッチ1501と、第1のスイッチ1502と、第2のスイッチ1503と、第3のスイッチ1504と、第1のインバータ1505と第2のインバータ1506と表示素子1508と、信号線1509と、容量素子1510とを有する。
画素に信号を書き込む際には、画素選択スイッチ1501をオンにする。
ここで、通常表示モードのときには、第1のスイッチ1502及び第2のスイッチ1503をオフにする。なお、第3のスイッチ1504はオンでもオフでもどちらでもよい。そして、信号線1509からビデオ信号に相当するアナログ電圧が入力され、容量素子1510にこのアナログ電圧分の電荷が蓄積される。そして、画素選択スイッチ1501をオフすることにより、容量素子1510にこのアナログ電圧が保持される。
こうして、アナログ電圧にしたがって階調が表現される。
一方、節電モードのときには、まず第1のスイッチ1502をオンにし、第2のスイッチ1503をオフにする。そして、第3のスイッチ1504をオフからオンにする。そして、信号線1509からビデオ信号に相当するデジタル信号が第1のインバータ1505に入力され、第1のインバータ1505からの出力が第2のインバータ1506に入力される。すると、第2のインバータ1506の出力が容量素子1510及び表示素子1508に入力される。そして、画素選択スイッチ1501をオフしても、第2のインバータ1506の出力を表示素子1508の画素電極に入力し続けることができる。なお、デジタル信号による駆動能力が高い場合には第1のスイッチ1502と第3のスイッチ1504とを同時にオンしてもよい。
デジタル信号が画素に書き込まれると、図16(A)のようにデジタル信号が記憶される。つまり、矢印に示すように第1のインバータ1505の出力が第2のインバータ1506の入力端子に入力され、第2のインバータ1506の出力が第1のインバータ1505の入力端子に入力され、画素への書き込みが行われた際のデジタル信号を記憶し続けることができる。
なお、表示素子1508に液晶素子を適用する場合、液晶素子に直流電圧が長期間に渡って印加されると、液晶素子は焼き付きなどを生じるため、定期的に液晶素子へ印加する電圧を反転することがよい。よって、画素選択スイッチ1501をオフにし、第3のスイッチ1504をオンにした状態で、図16(A)、(B)に示すように定期的に第1のスイッチ1502と第2のスイッチ1503とを交互にオンオフする。そして、この第1のスイッチ1502と第2のスイッチ1503とを定期的にオンオフするタイミングで対向電極1511に印加する電位も変化させ、白表示の画素においては、表示素子1508に印加する電圧を交流電圧が印加されるようにする。一方、黒表示の画素においては、表示素子1508に印加される電圧は、液晶素子のしきい値電圧以下となるようにする。
例えば、信号線1509から入力されるデジタル信号(Digital Video Data)がHigh(Hレベルともいう)のときに、その画素が点灯(白表示)、デジタル信号(Digital Video Data)がLow(Lレベルともいう)のときに、その画素が非点灯(黒表示)となる場合について図17を用いて説明する。このとき、画素への信号書き込み期間には対向電極1511に印加する電位はLレベルにしておく。書き込み時間(画素への信号書き込み期間のうち、選択されている画素へ信号を書き込む時間をいう)には、画素選択スイッチ1501をオン(on)、第1のスイッチ1502をオン(on)、第2のスイッチ1503をオフ(off)にした状態で、第3のスイッチ1504をオフ(off)からオン(on)にする。そして、節電モード期間には、画素選択スイッチ1501はオフ(off)にし、第3のスイッチをオン(on)にしておく。
そして、図17に示すように、書き込み時間(画素への信号書き込み期間のうち、選択されている画素へ信号を書き込む時間をいう)に信号線1509からHighのデジタル信号(Digital Video Data)が入力される画素では、節電モード期間において、第1のスイッチ1502がオン(on)、第2のスイッチ1503がオフ(off)し、第2のインバータ1506のHレベルの出力が表示素子1508の画素電極に入力されるとき、表示素子1508の対向電極1511にはLレベルの電位を印加する。また、第1のスイッチ1502がオフ(off)、第2のスイッチ1503がオン(on)し、第1のインバータ1505のLレベルの出力が表示素子1508の画素電極に入力されるとき、表示素子1508の対向電極1511にはHレベルの電位を印加する。こうして、表示素子1508に交流電圧を印加し続けることができる。
一方、書き込み時間(画素への信号書き込み期間のうち、選択されている画素へ信号を書き込む時間をいう)に信号線1509からLowのデジタル信号(Digital Video Data)が入力される画素では、節電モード期間において、第1のスイッチ1502がオン(on)、第2のスイッチ1503がオフ(off)し、第2のインバータ1506のLレベルの出力が表示素子1508の画素電極に入力されるとき、表示素子1508の対向電極1511にはLレベルの電位を印加する。また、第1のスイッチ1502がオフ(off)、第2のスイッチ1503がオン(on)し、第1のインバータ1505のHレベルの出力が表示素子1508の画素電極に入力されるとき、表示素子1508の対向電極1511にはHレベルの電位を印加する。こうして、表示素子1508に印加される電圧は液晶素子のしきい値電圧以下の電圧とすることができる。
また、なお、節電モードのときには、面積階調法などを用いて、階調を表現することができる。
図18を用いて面積階調を適用した場合について簡単に説明する。画素は副画素1800a、副画素1800b、副画素1800cを有する。この副画素の点灯領域に重み付けをする。例えば、点灯領域の大きさを20:21:22という比率にする。こうすることにより、3ビットつまり8階調表示が可能となる。
なお、図18の画素選択スイッチ1801、第1のスイッチ1802、第2のスイッチ1803、第3のスイッチ1804、第1のインバータ1805、第2のインバータ1806、表示素子1808、容量素子1810は、それぞれ図15の画素の画素選択スイッチ1501、第1のスイッチ1502、第2のスイッチ1503、第3のスイッチ1504、第1のインバータ1505、第2のインバータ1506、表示素子1508、容量素子1510に相応する。そして、図15に示す信号線1509として、図18ではそれぞれの副画素毎に設けられている。つまり、副画素1800aの画素選択スイッチ1801は信号線Daと、副画素1800bの画素選択スイッチ1801は信号線Dbと、副画素1800cの画素選択スイッチ1801は信号線Dcと接続されている。そして、それぞれの信号線からそれぞれの副画素の点灯領域の大きさに対応した各ビットのデジタル信号が入力される。よって、デジタル信号によって各副画素の点灯又は非点灯を選択することにより、階調を表すことができる。
続いて、アナログ電圧保持回路とデジタル信号メモリ回路を有する画素の他の構成例を図19に示す。画素は第1の画素選択スイッチ1901と、第2の画素選択スイッチ1904と、第1の容量素子1902と、第2の容量素子1905と、表示素子1903と、トランジスタ1906と、第1のスイッチ1907と、第2のスイッチ1908と、信号線1909と、第1の電源線1910と、第2の電源線1911とを有する。第1の電源線1910にはVrefhとVreflが交互に印加され、第2の電源線1911にはVcomが印加されている。ここで、Vrefhは、(Vrefh>Vcom)且つ(Vrefh−Vcom)>VLCD 、Vreflは、(Vrefl<Vcom)且つ(Vcom−Vrefl)>VLCD を満たすような電位であり、Vrefh又はVreflを表示素子1903の一方の電極に印加し、Vcomを他方の電極に印加したときに、表示素子1903にしきい値電圧VLCD以上の電圧が印加されるようにする。また、表示素子1903の対向電極1912には、第2の電源線1911と等しい電位又は概略等しい電位を印加しておく。つまり、表示素子1903の画素電極にVcomが印加されたときに、表示素子1903がしきい値電圧VLCD以下となるようにする。
本画素の動作について説明する。通常表示モードの場合には、図20に示すように、第1の画素選択スイッチ1901をオンにし、第2の画素選択スイッチ1904、第1のスイッチ1907及び第2のスイッチ1908をオフにしておく。そして、信号線1909には、画素の階調にしたがったアナログ電位が入力される。このアナログ電位がビデオ信号に相当する。なお、図20は図19の画素と同じ構成であるため、符号については図19を参照されたい。
続いて、節電モードの場合について説明する。まず、第2の画素選択スイッチ1904をオンにし、第1の画素選択スイッチ1901、第1のスイッチ1907及び第2のスイッチ1908をオフにする。そして、信号線1909には、デジタル信号が入力される。このデジタル信号がビデオ信号に相当する。すると、図21(A)に示すように第2の容量素子1905にこの信号が書き込まれる。
次に、第2の画素選択スイッチ1904をオフにし、第1の画素選択スイッチ1901及び第2のスイッチ1908をオフにしたまま第1のスイッチ1907をオンにする。すると、図21(B)に示すように第1の電源線1910の電位Vrefhが第1の容量素子1902の一方の電極に印加される。そして、第1の容量素子1902の他方の電極には第2の電源線1911の電位Vcomが印加されていることから、容量素子1902には電位差(Vrefh−Vcom)分の電荷が蓄積される。なお、このとき表示素子1903の画素電極には電源電位Vrefhの電位が印加されている。
続いて、第1の画素選択スイッチ1901及び第2の画素選択スイッチ1904をオフにしたまま、第1のスイッチ1907をオフにし、第2のスイッチ1908をオンにする。すると、トランジスタ1906は、第2の容量素子1905に書き込まれたデジタル信号にしたがってそのオンオフが制御される。
つまり、第2の容量素子1905に書き込まれたデジタル信号がHレベルのときには、トランジスタ1906がオンするため図21(C)に示すように第2の電源線1911の電位Vcomが第1の容量素子1902の両電極に印加される。そして、表示素子1903の画素電極にはVcomの電位が印加される。なお、表示素子1903の対向電極1912には、Vcomと等しい電位が印加してあるため、このとき表示素子1903にはほとんど電圧が印加されない。よって、この画素は非点灯となる。一方、第2の容量素子1905に書き込まれたデジタル信号がLレベルのときには、トランジスタ1906がオフするため図21(D)に示すように、そのまま第1の容量素子1902は電圧を保持する。よって、表示素子1903の画素電極に印加される電位はVrefhのままなので、この画素は点灯する。
続いて、次のフレーム期間において、第1の電源線1910に印加する電位をVreflにして同様の動作を行う。すると、点灯する画素の表示素子1903には、前のフレーム期間の表示素子1903とは逆のバイアスの電圧が印加される。こうして、1フレーム期間毎に第1の電源線1910に印加する電位を変化させることにより、表示素子1903へ印加するバイアスの向きを変えることができるため、表示素子1903の焼き付きを防止することができる。
なお、第2の容量素子1905に保持されたデジタル信号は、トランジスタ1906のオンオフを制御することができればよいため、第2の容量素子1905に蓄積された電荷が多少放電してしまっても正常に動作することができる。よって、節電モードにおける非表示領域の画素へのデジタル信号の周期的な書き換えは、数フレーム期間又は十数フレーム期間毎に行えばよい。よって、消費電力を低減することが可能である。
なお、本発明の表示装置へ適用可能な画素構成は上記に限られない。そして、デジタル信号メモリ回路には図15に示したようにスタティックメモリ(Static Memory)を用いてもよいし、図19に示したようなダイナミックメモリ(Dynamic Memory)を用いてもよいし、これらを組み合わせてもよい。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態2で示した画素構成を有する表示パネルの構成について図22(a)、(b)を用いて説明する。
なお、図22(a)は、表示パネルを示す上面図、図22(b)は図22(a)をA−A’で切断した断面図である。点線で示された信号線駆動回路2201、画素部2202、第1の走査線駆動回路2203、第2の走査線駆動回路2206を有する。また、封止基板2204、シール材2205を有し、シール材2205で囲まれた内側は、空間2207になっている。
なお、配線2208は第1の走査線駆動回路2203、第2の走査線駆動回路2206及び信号線駆動回路2201に入力される信号を伝送するための配線であり、外部入力端子となるFPC(フレキシブルプリントサーキット)2209からビデオ信号、クロック信号、スタートパルス信号等を受け取る。FPC2209と表示パネルとの接続部上にはICチップ(メモリ回路や、バッファ回路などが形成された半導体チップ)2222がCOG(Chip On Glass)等で実装されている。なお、ここではFPCしか図示されていないが、このFPCにはプリント配線基盤(PWB)が取り付けられていても良い。本明細書における表示装置とは、表示パネル本体だけでなく、それにFPCもしくはPWBが取り付けられた状態をも含むものとする。
次に、断面構造について図22(b)を用いて説明する。基板2210上には画素部2202とその周辺駆動回路(第1の走査線駆動回路2203、第2の走査線駆動回路2206及び信号線駆動回路2201)が形成されているが、ここでは、信号線駆動回路2201と、画素部2202が示されている。
なお、信号線駆動回路2201はTFT2220やTFT2221を有している。また、本実施の形態では、基板上に周辺駆動回路を一体形成した表示パネルを示すが、必ずしもその必要はなく、周辺駆動回路の全部若しくは一部をICチップなどに形成し、COGなどで実装しても良い。
また、画素部2202はTFT2211と、TFT2212とを有している。なお、TFT2212のソース電極は第1の電極(画素電極)2213と接続されている。また、第1の電極2213の端部を覆って絶縁物2214が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。
また、カバレッジを良好なものとするため、絶縁物2214の上端部または下端部に曲率を有する曲面が形成されるようにする。例えば、絶縁物2214の材料としてポジ型の感光性アクリルを用いた場合、絶縁物2214の上端部のみに曲率半径(0.2μm〜3μm)を有する曲面を持たせることが好ましい。また、絶縁物2214として、感光性の光によってエッチャントに不溶解性となるネガ型、或いは光によってエッチャントに溶解性となるポジ型のいずれも使用することができる。
第1の電極2213上には、有機化合物を含む層2216、および第2の電極(対向電極)2217がそれぞれ形成されている。ここで、陽極として機能する第1の電極2213に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。
また、有機化合物を含む層2216は、蒸着マスクを用いた蒸着法、またはインクジェット法によって形成される。有機化合物を含む層2216には、元素周期表第4族金属錯体をその一部に用いることとし、その他、組み合わせて用いることのできる材料としては、低分子系材料であっても高分子系材料であっても良い。また、有機化合物を含む層に用いる材料としては、通常、有機化合物を単層もしくは積層で用いる場合が多いが、本実施の形態においては、有機化合物からなる膜の一部に無機化合物を用いる構成も含めることとする。さらに、公知の三重項材料を用いることも可能である。
さらに、有機化合物を含む層2216上に形成される第2の電極2217に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCa3N2)を用いればよい。なお、有機化合物を含む層2216で生じた光が第2の電極2217を透過させる場合には、第2の電極(陰極)2217として、膜厚を薄くした金属薄膜と、透明導電膜(ITO(酸化インジウム酸化スズ合金)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。
さらにシール材2205で封止基板2204を基板2210と貼り合わせることにより、基板2210、封止基板2204、およびシール材2205で囲まれた空間2207に発光素子2218が備えられた構造になっている。なお、空間2207には、不活性気体(窒素やアルゴン等)が充填される場合の他、シール材2205で充填される構成も含むものとする。
なお、シール材2205にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板2204に用いる材料としてガラス基板や石英基板の他、FRP(Fiberglass−Reinforced Plastics)、PVF(ポリビニルフロライド)、マイラー、ポリエステルまたはアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
以上のようにして、本発明の画素構成を有する表示パネルを得ることができる。なお、上述した構成は一例であって本発明の表示パネルの構成はこれに限定されない。
図22示すように、信号線駆動回路2201、画素部2202、第1の走査線駆動回路2203及び第2の走査線駆動回路2206を一体形成することで、表示装置の低コスト化が図れる。
なお、表示パネルの構成としては、図22(a)に示したように信号線駆動回路2201、画素部2202、第1の走査線駆動回路2203及び第2の走査線駆動回路2206を一体形成した構成に限られず、信号線駆動回路2201に相当する図28に示す信号線駆動回路2801をICチップ上に形成して、COG等で表示パネルに実装した構成としても良い。なお、図28(a)の基板2800、画素部2802、第1の走査線駆動回路2804、第2の走査線駆動回路2803、FPC2805、ICチップ2806、ICチップ2807、封止基板2808、シール材2809は図22(a)の基板2210、画素部2202、第1の走査線駆動回路2203、第2の走査線駆動回路2206、FPC2209、ICチップ2222、ICチップ2223、封止基板2204、シール材2205に相当する。
つまり、駆動回路の高速動作が要求される信号線駆動回路のみを、CMOS等を用いてICチップに形成し、低消費電力化を図る。また、ICチップはシリコンウエハ等の半導体チップとすることで、より高速動作且つ低消費電力化を図れる。
そして、第2の走査線駆動回路2803や第1の走査線駆動回路2804を画素部2802と一体形成することで、低コスト化が図れる。
こうして、高精細な表示装置の低コスト化が図れる。また、FPC2805と基板2800との接続部において機能回路(メモリやバッファ)が形成されたICチップを実装することで基板面積を有効利用することができる。
また、図22(a)の信号線駆動回路2201、第1の走査線駆動回路2203及び第2の走査線駆動回路2206に相当する図28(b)の信号線駆動回路2811、第1の走査線駆動回路2814及び第2の走査線駆動回路2813をICチップ上に形成して、COG等で表示パネルに実装した構成としても良い。この場合には高精細な表示装置をより低消費電力にすることが可能である。よって、より消費電力が少ない表示装置とするためには、画素部に用いられるトランジスタの半導体層にはポリシリコンを用いることが望ましい。なお、図28(b)の基板2810、画素部2812、第FPC2815、ICチップ2816、ICチップ2817、封止基板2818、シール材2822は図22(a)の基板2210、画素部2202、FPC2209、ICチップ2222、ICチップ2223、封止基板2204、シール材2205に相当する。
また、画素部2812のトランジスタの半導体層にアモルファスシリコンを用いることにより低コスト化を図ることができる。さらに、大型の表示パネルを作製することも可能となる。
また、画素の行方向及び列方向に第2の走査線駆動回路、第1の走査線駆動回路及び信号線駆動回路を設けなくても良い。例えば、図29(a)に示すようにICチップ上に形成された周辺駆動回路2901が図28(b)に示す、第1の走査線駆動回路2814、第2の走査線駆動回路2813及び信号線駆動回路2811の機能を有するようにしても良い。なお、図29(a)の基板2900、画素部2902、第FPC2904、ICチップ2905、ICチップ2906、封止基板2907、シール材2908は図22(a)の基板2210、画素部2202、FPC2209、ICチップ2222、ICチップ2223、封止基板2204、シール材2205に相当する。
なお、図29(a)の表示装置の配線の接続を説明する模式図を図29(b)に示す。基板2910、周辺駆動回路2911、画素部2912、FPC2913、FPC2914有する。FPC2913より周辺駆動回路2911に外部からの信号及び電源電位が入力される。そして、周辺駆動回路2911からの出力は、画素部2912の有する画素に接続された行方向及び列方向の配線に入力される。
さらに、発光素子2218に適用可能な発光素子の例を図23(a)、(b)に示す。つまり、実施の形態1、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4及び本実施の形態で示した画素に適用可能な発光素子の構成について図23(a)、(b)を用いて説明する。なお、ここでは、一例として有機材料を用いた発光素子を示すが、もちろん本発明には無機材料を用いた発光素子も適用することができる。
図23(a)の発光素子は、基板2301の上に陽極2302、正孔注入材料からなる正孔注入層2303、その上に正孔輸送材料からなる正孔輸送層2304、発光層2305、電子輸送材料からなる電子輸送層2306、電子注入材料からなる電子注入層2307、そして陰極2308を積層させた素子構造である。ここで、発光層2305は、一種類の発光材料のみから形成されることもあるが、2種類以上の材料から形成されてもよい。また本発明の素子の構造は、この構造に限定されない。
また、図23(a)で示した各機能層を積層した積層構造の他、高分子化合物を用いた素子、発光層に三重項励起状態から発光する三重項発光材料を利用した高効率素子など、バリエーションは多岐にわたる。ホールブロック層によってキャリヤの再結合領域を制御し、発光領域を二つの領域にわけることによって得られる白色発光素子などにも応用可能である。
図23(a)に示す本発明の素子作製方法は、まず、陽極2302(ITO)を有する基板2301に正孔注入材料、正孔輸送材料、発光材料を順に蒸着する。次に電子輸送材料、電子注入材料を蒸着し、最後に陰極2308を蒸着で形成する。
次に、正孔注入材料、正孔輸送材料、電子輸送材料、電子注入材料、発光材料の材料に好適な材料を以下に列挙する。
正孔注入材料としては、有機化合物であればポルフィリン系の化合物や、フタロシアニン(以下「H2Pc」と記す)、銅フタロシアニン(以下「CuPc」と記す)などが有効である。また、使用する正孔輸送材料よりもイオン化ポテンシャルの値が小さく、かつ、正孔輸送機能をもつ材料であれば、これも正孔注入材料として使用できる。導電性高分子化合物に化学ドーピングを施した材料もあり、ポリスチレンスルホン酸(以下「PSS」と記す)をドープしたポリエチレンジオキシチオフェン(以下「PEDOT」と記す)や、ポリアニリンなどが挙げられる。また、絶縁体の高分子化合物も陽極の平坦化の点で有効であり、ポリイミド(以下「PI」と記す)がよく用いられる。さらに、無機化合物も用いられ、金や白金などの金属薄膜の他、酸化アルミニウム(以下「アルミナ」と記す)の超薄膜などがある。
正孔輸送材料として最も広く用いられているのは、芳香族アミン系(すなわち、ベンゼン環−窒素の結合を有するもの)の化合物である。広く用いられている材料として、4,4’−ビス(ジフェニルアミノ)−ビフェニル(以下、「TAD」と記す)や、その誘導体である4,4’−ビス[N−(3−メチルフェニル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、「TPD」と記す)、4,4’−ビス[N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ]−ビフェニル(以下、「α−NPD」と記す)がある。4,4’,4”−トリス(N,N− ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン(以下、「TDATA」と記す)、4,4’,4”−トリス[N−(3−メチルフェニル)−N− フェニル−アミノ]−トリフェニルアミン(以下、「MTDATA」と記す)などのスターバースト型芳香族アミン化合物が挙げられる。
電子輸送材料としては、金属錯体がよく用いられ、先に述べたAlq、BAlq、トリス(4−メチル−8−キノリノラト)アルミニウム(以下、「Almq」と記す)、ビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]−キノリナト)ベリリウム(以下、「BeBq」と記す)などのキノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体などがある。また、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾオキサゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BOX)2」と記す)、ビス[2−(2−ヒドロキシフェニル)−ベンゾチアゾラト]亜鉛(以下、「Zn(BTZ)2」と記す)などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体もある。さらに、金属錯体以外にも、2−(4−ビフェニリル)−5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール(以下、「PBD」と記す)、OXD−7などのオキサジアゾール誘導体、TAZ、3−(4−tert−ブチルフェニル)−4−(4−エチルフェニル)−5−(4−ビフェニリル)−23、4−トリアゾール(以下、「p−EtTAZ」と記す)などのトリアゾール誘導体、バソフェナントロリン(以下、「BPhen」と記す)、BCPなどのフェナントロリン誘導体が電子輸送性を有する。
電子注入材料としては、上で述べた電子輸送材料を用いることができる。その他に、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化セシウムなどの金属ハロゲン化物や、酸化リチウムなどのアルカリ金属酸化物のような絶縁体の、超薄膜がよく用いられる。また、リチウムアセチルアセトネート(以下、「Li(acac)」と記す)や8−キノリノラト−リチウム(以下、「Liq」と記す)などのアルカリ金属錯体も有効である。
発光材料としては、先に述べたAlq、Almq、BeBq、BAlq、Zn(BOX)2、Zn(BTZ)2などの金属錯体の他、各種蛍光色素が有効である。蛍光色素としては、青色の4,4’−ビス(2,2 − ジフェニル−ビニル)−ビフェニルや、赤橙色の4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピランなどがある。また、三重項発光材料も可能であり、白金ないしはイリジウムを中心金属とする錯体が主体である。三重項発光材料として、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム、ビス(2−(4’−トリル)ピリジナト−N,C2’)アセチルアセトナトイリジウム(以下「acacIr(tpy)2」と記す)、 2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23Hポルフィリン−白金などが知られている。
以上で述べたような各機能を有する材料を、各々組み合わせ、高信頼性の発光素子を作製することができる。
また、図23(b)に示すように図23(a)とは逆の順番に層を形成した発光素子を用いることができる。つまり、基板2311の上に陰極2318、電子注入材料からなる電子注入層2317、その上に電子輸送材料からなる電子輸送層2316、発光層2315、正孔輸送材料からなる正孔輸送層2314、正孔注入材料からなる正孔注入層2313、そして陽極2312を積層させた素子構造である。
また、発光素子は発光を取り出すために少なくとも陽極又は陰極の一方が透明であればよい。そして、基板上にTFT及び発光素子を形成し、基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出や、基板側の面から発光を取り出す下面射出や、基板側及び基板とは反対側の面から発光を取り出す両面射出構造の発光素子があり、本発明の画素構成はどの射出構造の発光素子にも適用することができる。
上面射出構造の発光素子について図24(a)を用いて説明する。
基板2400上に駆動用TFT2401が形成され、駆動用TFT2401のソース電極に接して第1の電極2402が形成され、その上に有機化合物を含む層2403と第2の電極2404が形成されている。
また、第1の電極2402は発光素子の陽極である。そして第2の電極2404は発光素子の陰極である。つまり、第1の電極2402と第2の電極2404とで有機化合物を含む層2403が挟まれているところが発光素子となる。
また、ここで、陽極として機能する第1の電極2402に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、窒化チタン膜、クロム膜、タングステン膜、Zn膜、Pt膜などの単層膜の他、窒化チタンとアルミニウムを主成分とする膜との積層、窒化チタン膜とアルミニウムを主成分とする膜と窒化チタン膜との3層構造等を用いることができる。なお、積層構造とすると、配線としての抵抗も低く、良好なオーミックコンタクトがとれ、さらに陽極として機能させることができる。光を反射する金属膜を用いることで光を透過させない陽極を形成することができる。
また、陰極として機能する第2の電極2404に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCa3N2)からなる金属薄膜と、透明導電膜(インジウムスズ酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。こうして薄い金属薄膜と、透明性を有する透明導電膜を用いることで光を透過させることが可能な陰極を形成することができる。
こうして、図24(a)の矢印に示すように発光素子からの光を上面に取り出すことが可能になる。つまり、図22の表示パネルに適用した場合には、封止基板2204側に光が射出することになる。従って上面射出構造の発光素子を表示装置に用いる場合には封止基板2204は光透過性を有する基板を用いる。
また、光学フィルムを設ける場合には、封止基板2204に光学フィルムを設ければよい。
なお、第1の電極2402を陰極として機能するMgAg、MgIn、AlLi等の仕事関数の小さい材料からなる金属膜を用いることができる。そして、第2の電極2404にはITO(インジウムスズ酸化物)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)などの透明導電膜を用いることができる。よって、この構成によれば、上面射出の透過率を高くすることができる。
また、下面射出構造の発光素子について図24(b)を用いて説明する。射出構造以外は図24(a)と同じ構造の発光素子であるため同じ符号を用いて説明する。
ここで、陽極として機能する第1の電極2402に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜などの透明導電膜を用いることができる。透明性を有する透明導電膜を用いることで光を透過させることが可能な陽極を形成することができる。
また、陰極として機能する第2の電極2404に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCa3N2)からなる金属膜を用いることができる。こうして、光を反射する金属膜を用いることで光が透過しない陰極を形成することができる。
こうして、図24(b)の矢印に示すように発光素子からの光を下面に取り出すことが可能になる。つまり、図22の表示パネルに適用した場合には、基板2210側に光が射出することになる。従って下面射出構造の発光素子を表示装置に用いる場合には基板2240は光透過性を有する基板を用いる。
また、光学フィルムを設ける場合には、基板2210に光学フィルムを設ければよい。
両面射出構造の発光素子について図24(c)を用いて説明する。射出構造以外は図24(a)と同じ構造の発光素子であるため同じ符号を用いて説明する。
ここで、陽極として機能する第1の電極2402に用いる材料としては、仕事関数の大きい材料を用いることが望ましい。例えば、ITO(インジウムスズ酸化物)膜、インジウム亜鉛酸化物(IZO)膜などの透明導電膜を用いることができる。透明性を有する透明導電膜を用いることで光を透過させることが可能な陽極を形成することができる。
また、陰極として機能する第2の電極2404に用いる材料としては、仕事関数の小さい材料(Al、Ag、Li、Ca、またはこれらの合金MgAg、MgIn、AlLi、CaF2、またはCa3N2)からなる金属薄膜と、透明導電膜(ITO(インジウムスズ酸化物)、酸化インジウム酸化亜鉛合金(In2O3―ZnO)、酸化亜鉛(ZnO)等)との積層を用いるのが良い。こうして薄い金属薄膜と、透明性を有する透明導電膜を用いることで光を透過させることが可能な陰極を形成することができる。
こうして、図24(c)の矢印に示すように発光素子からの光を両面に取り出すことが可能になる。つまり、図22の表示パネルに適用した場合には、基板2210側と封止基板2204側に光が射出することになる。従って両面射出構造の発光素子を表示装置に用いる場合には基板2210および封止基板2204は、ともに光透過性を有する基板を用いる。
また、光学フィルムを設ける場合には、基板2210および封止基板2204の両方に光学フィルムを設ければよい。
また、白色の発光素子とカラーフィルターを用いてフルカラー表示を実現する表示装置にも本発明を適用することが可能である。
図25に示すように、基板2500上に下地膜2502が形成され、その上に駆動用TFT2501が形成され、駆動用TFT2501のソース電極に接して第1の電極2503が形成され、その上に有機化合物を含む層2504と第2の電極2505が形成されている。
また、第1の電極2503は発光素子の陽極である。そして第2の電極2505は発光素子の陰極である。つまり、第1の電極2503と第2の電極2505とで有機化合物を含む層2504が挟まれているところが発光素子となる。図25の構成では白色光を発光する。そして、発光素子の上部に赤色のカラーフィルター2506R、緑色のカラーフィルター2506G、青色のカラーフィルター2506Bを設けられており、フルカラー表示を行うことができる。また、これらのカラーフィルターを隔離するブラックマトリクス(BMともいう)2507が設けられている。
上述した発光素子の構成は組み合わせて用いることができ、本発明の画素構成を有する表示装置に適宜用いることができる。また、上述した表示パネルの構成や、発光素子は例示であり、もちろん本発明の画素構成は他の構成の表示装置に適用することもできる。
次に、表示パネルの画素部の部分断面図を示す。
まず、トランジスタの半導体層に結晶性半導体膜(ポリシリコン(p−Si)膜)を用いた場合について図26及び図27を用いて説明する。
ここで、半導体層は、例えば基板上にアモルファスシリコン(a−Si)膜を公知の成膜法で形成する。なお、アモルファスシリコン膜に限定する必要はなく、非晶質構造を含む半導体膜(微結晶半導体膜を含む)であれば良い。さらに非晶質シリコンゲルマニウム膜などの非晶質構造を含む化合物半導体膜でも良い。
そして、アモルファスシリコン膜をレーザ結晶化法や、RTAやファーネスアニール炉を用いた熱結晶化法や、結晶化を助長する金属元素を用いた熱結晶化法などとにより結晶化させる。もちろん、これらを組み合わせて行っても良い。
上述した結晶化によって、非晶質半導体膜に部分的に結晶化された領域が形成される。
さらに、部分的に結晶性が高められた結晶性半導体膜を所望の形状にパターニングして、結晶化された領域から島状の半導体膜を形成する。この半導体膜をトランジスタの半導体層に用いる。なお、パターニングとは、膜を形状加工することをいい、フォトリソグラフィー技術によって膜のパターンを形成すること(例えば、感光性アクリルにコンタクトホールを形成することや、感光性アクリルをスペーサとなるように形状加工することも含む)や、フォトリソグラフィー技術によってマスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いてエッチング加工を行うことなどをいう。
図26に示すように、基板2601上に下地膜2602が形成され、その上に半導体層が形成されている。半導体層は駆動トランジスタ2618のチャネル形成領域2603及びソース又はドレイン領域となる不純物領域2605、並びに容量素子2619の下部電極となるチャネル形成領域2606、LDD領域2607及び不純物領域2608を有する。なお、チャネル形成領域2603及びチャネル形成領域2606にはチャネルドープが行われていても良い。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板などを用いることができる。また、下地膜2602としては、窒化アルミ(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
半導体層上にはゲート絶縁膜2609を介してゲート電極2610及び容量素子の上部電極2611が形成されている。
駆動トランジスタ2618及び容量素子2619を覆って層間絶縁膜2612が形成され、層間絶縁膜2612上にコンタクトホールを介して、配線2613が不純物領域2605と接し、配線2621が不純物領域2608と接している。配線2613に接して画素電極2614が形成され、画素電極2614の端部及び配線2613を覆って第2の層間絶縁物2615が形成されている。ここでは、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることにより形成する。そして、画素電極2614上に有機化合物を含む層2616及び対向電極2617が形成され、画素電極2614と対向電極2617とで有機化合物を含む層2616が挟まれた領域では発光素子2620が形成されている。
また、図26(b)に示すように、容量素子2619の下部電極の一部を構成するLDD領域が、上部電極2611と重なるような領域26202を設けても良い。なお、図26(a)と共通するところは共通の符号を用い、説明は省略する。
また、図27(a)に示すように、駆動トランジスタ2618の不純物領域2605と接する配線2613と同じ層に形成された第2の上部電極26301を有していても良い。なお、図26(a)と共通するところは共通の符号を用い、説明は省略する。第2の上部電極26301と上部電極2611とで層間絶縁膜2612を挟みこみ、第2の容量素子を構成している。また、第2の上部電極26301は不純物領域2608と接しているため、上部電極2611とチャネル形成領域2606とでゲート絶縁膜2609を挟みこんで構成される第1の容量素子と、上部電極2611と第2の上部電極26301とで層間絶縁膜2612を挟みこんで構成される第2の容量素子と、が並列に接続され、第1の容量素子と第2の容量素子からなる容量素子26302を構成している。この容量素子26302の容量は第1の容量素子と第2の容量素子の容量を加算した合成容量であるため、小さい面積で大きな容量の容量素子を形成することができる。つまり、本発明の画素構成の容量素子として用いるとより開口率の向上が図れる。
また、図27(b)に示すような容量素子の構成としても良い。基板2701上に下地膜2702が形成され、その上に半導体層が形成されている。半導体層は駆動トランジスタ2718のチャネル形成領域2703及びソース又はドレイン領域となる不純物領域2705を有する。なお、チャネル形成領域2703はチャネルドープが行われていても良い。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板などを用いることができる。また、下地膜2702としては、窒化アルミ(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
半導体層上にはゲート絶縁膜2706を介してゲート電極2707及び第1の電極2708が形成されている。
駆動トランジスタ2718及び第1の電極2708を覆って第1の層間絶縁膜2709が形成され、第1の層間絶縁膜2709上にコンタクトホールを介して配線2710が不純物領域2705と接している。また、配線2710と同じ材料からなる同層の第2の電極2711が形成される。
さらに、配線2710及び第2の電極2711を覆うように第2の層間絶縁膜2712が形成され、第2の層間絶縁膜2712上にコンタクトホールを介して、配線2710と接して画素電極2713が形成されている。また、画素電極2713のと同じ材料からなる同層の第3の電極2714が形成されている。ここで、第1の電極2708、第2の電極2711及び第3の電極2714からなる容量素子2719が形成される。
画素電極2713と第3の電極2714の端部を覆って絶縁物2715が形成され、第3の絶縁物2715及び第3の電極2714上に有機化合物を含む層2716及び対向電極2717が形成され、画素電極2713と対向電極2717とで有機化合物を含む層2716が挟まれた領域では発光素子2720が形成されている。
上述したように、結晶性半導体膜を半導体層に用いたトランジスタの構成は図26及び図27に示したような構成が挙げられる。なお、図26及び図27に示したトランジスタの構造はトップゲートの構造のトランジスタの一例である。つまり、トランジスタはP型でもN型でもよい。N型の場合には、LDD領域はゲート電極と重なっていても良いし、ゲート電極と重なっていなくても良いし、又はLDD領域の一部の領域が重なっていてもよい。さらに、ゲート電極はテーパー形状でもよく、ゲート電極のテーパー部の下部にLDD領域が自己整合的に設けられていても良い。また、ゲート電極は二つに限られず三以上のマルチゲート構造でも良いし、一つのゲート電極でも良い。
また、半導体層にポリシリコン(p−Si)を用いたトランジスタの構成として、基板と半導体層の間にゲート電極が挟まれた構造、つまり、半導体層の下にゲート電極が位置するボトムゲートのトランジスタを適用した表示パネルの部分断面を図30に示す。
基板3001上に下地膜3002が形成されている。さらに下地膜3002上にゲート電極3003が形成されている。また、ゲート電極と同層に同じ材料からなる第1の電極3004が形成されている。ゲート電極3003の材料にはリンが添加された多結晶シリコンを用いることができる。多結晶シリコンの他に、金属とシリコンの化合物であるシリサイドでもよい。
また、ゲート電極3003及び第1の電極3004を覆うようにゲート絶縁膜3005が形成されている。ゲート絶縁膜3005としては酸化珪素膜や窒化珪素膜などが用いられる。
また、ゲート絶縁膜3005上に、半導体層が形成されている。半導体層は駆動トランジスタ3022のチャネル形成領域3006、LDD領域3007及びソース又はドレイン領域となる不純物領域3008、並びに容量素子3023の第2の電極となるチャネル形成領域3009、LDD領域3010及び不純物領域3011を有する。なお、チャネル形成領域3006及びチャネル形成領域3009はチャネルドープが行われていても良い。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板などを用いることができる。また、下地膜3002としては、窒化アルミ(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
半導体層を覆って第1の層間絶縁膜3012が形成され、第1の層間絶縁膜3012上にコンタクトホールを介して配線3013が不純物領域3008と接している。また、配線3013と同層に同じ材料で第3の電極3014が形成されている。第1の電極3004、第2の電極、第3の電極3014によって容量素子3023が構成されている。
また、第1の層間絶縁膜3012には開口部3015が形成されている。駆動トランジスタ3022、容量素子3023及び開口部3015を覆うように第2の層間絶縁膜3016が形成され、第2の層間絶縁膜3016上にコンタクトホールを介して、画素電極3017が形成されている。また、画素電極3017の端部を覆って絶縁物3018が形成されている。例えば、ポジ型の感光性アクリル樹脂膜を用いることができる。そして、画素電極3017上に有機化合物を含む層3019及び対向電極3020が形成され、画素電極3017と対向電極3020とで有機化合物を含む層3019が挟まれた領域では発光素子3021が形成されている。そして、発光素子3021の下部に開口部3015が位置している。つまり、発光素子3021からの発光を基板側から取り出すときには開口部3015を有するため透過率を高めることができる。
また、図30(a)において画素電極3017と同層に同じ材料を用いて第4の電極3024を形成して、図30(b)のような構成としてもよい。すると、第1の電極3004、第2の電極、第3の電極3014及び第4の電極3024によって構成される容量素子3025を形成することができる。
次に、トランジスタの半導体層にアモルファスシリコン(a−Si:H)膜を用いた場合について説明する。図31にはトップゲートのトランジスタ、図32及び図30にはボトムゲートのトランジスタの場合について示す。
アモルファスシリコンを半導体層に用いた順スタガ構造のトランジスタの断面を図31(a)に示す。に示すように、基板3101上に下地膜3102が形成されている。さらに下地膜3102上に画素電極3103が形成されている。また、画素電極3103と同層に同じ材料からなる第1の電極3104が形成されている。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板などを用いることができる。また、下地膜3102としては、窒化アルミ(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
また、下地膜3102上に配線3105及び配線3106が形成され、画素電極3103の端部が配線3105で覆われている。配線3105及び配線3106の上部にN型の導電型を有するN型半導体層3107及びN型半導体層3108が形成されている。また、配線3106と配線3105の間であって、下地膜3102上に半導体層3109が形成されている。そして、半導体層3109の一部はN型半導体層3107及びN型半導体層3108上にまで延長されている。なお、この半導体層はアモルファスシリコン(a−Si:H)、微結晶半導体(μ−Si:H)等の非結晶性を有する半導体膜で形成されている。また、半導体層3109上にゲート絶縁膜3110が形成されている。また、ゲート絶縁膜3110と同層の同じ材料からなる絶縁膜3111が第1の電極3104上にも形成されている。なお、ゲート絶縁膜3110としては酸化珪素膜や窒化珪素膜などが用いられる。
また、ゲート絶縁膜3110上に、ゲート電極3112が形成されている。また、ゲート電極と同層に同じ材料でなる第2の電極3113が第1の電極3104上に絶縁膜3111を介して形成されている。第1の電極3104及び第2の電極3113で絶縁膜3111を挟まれた容量素子3119が形成されている。また、画素電極3103の端部、駆動トランジスタ3118及び容量素子3119を覆い、絶縁物3114が形成されている。
絶縁物3114及びその開口部に位置する画素電極3103上に有機化合物を含む層3115及び対向電極3116が形成され、画素電極3103と対向電極3116とで有機化合物を含む層3115が挟まれた領域では発光素子3117が形成されている。
また、図31(a)に示す第1の電極3104を図31(b)に示すように第1の電極3120で形成してもよい。第1の電極3120は配線3105及び3106と同層の同一材料で形成されている。
また、アモルファスシリコンを半導体層に用いたボトムゲート構造のトランジスタを用いた表示パネルの部分断面を図32に示す。
基板3201上に下地膜3202が形成されている。さらに下地膜3202上にゲート電極3203が形成されている。また、ゲート電極と同層に同じ材料からなる第1の電極3204が形成されている。ゲート電極3203の材料にはリンが添加された多結晶シリコンを用いることができる。多結晶シリコンの他に、金属とシリコンの化合物であるシリサイドでもよい。
また、ゲート電極3203及び第1の電極3204を覆うようにゲート絶縁膜3205が形成されている。ゲート絶縁膜3205としては酸化珪素膜や窒化珪素膜などが用いられる。
また、ゲート絶縁膜3205上に、半導体層3206が形成されている。また、半導体層3206と同層に同じ材料からなる半導体層3207が形成されている。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板、プラスチック基板などを用いることができる。また、下地膜3202としては、窒化アルミ(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
半導体層3206上にはN型の導電性を有するN型半導体層3208、3209が形成され、半導体層3207上にはN型半導体層3210が形成されている。
N型半導体層3208、3209上にはそれぞれ配線3211、3212が形成され、N型半導体層3210上には配線3211及び3212と同層の同一材料からなる導電層3213が形成されている。
半導体層3207、N型半導体層3210及び導電層3213からなる第2の電極が構成される。なお、この第2の電極と第1の電極3204でゲート絶縁膜3205を挟み込んだ構造の容量素子3220が形成されている。
また、配線3211の一方の端部は延在し、その延在した配線3211上部に接して画素電極3214が形成されている。
また、画素電極3214の端部、駆動トランジスタ3219及び容量素子3220を覆うように絶縁物3215が形成されている。
画素電極3214及び絶縁物3215上には有機化合物を含む層3216及び対向電極3217が形成され、画素電極3214と対向電極3217とで有機化合物を含む層3216が挟まれた領域では発光素子3218が形成されている。
容量素子の第2の電極の一部となる半導体層3207及びN型半導体層3210は設けなくても良い。つまり第2の電極は導電層3213とし、第1の電極3204と導電層3213でゲート絶縁膜が挟まれた構造の容量素子としてもよい。
なお、図32(a)において、配線3211を形成する前に画素電極3214を形成することで、図32(b)に示すような、画素電極3214からなる第2の電極3221と第1の電極3204でゲート絶縁膜3205が挟まれた構造の容量素子3222を形成することができる。
なお、図32では、逆スタガ型のチャネルエッチ構造のトランジスタについて示したが、もちろんチャネル保護構造のトランジスタでも良い。チャネル保護構造のトランジスタの場合について、図30(a)、(b)を用いて説明する。
図33(a)に示すチャネル保護型構造のトランジスタは図32(a)に示したチャネルエッチ構造の駆動トランジスタ3219の半導体層3206のチャネルが形成される領域上にエッチングのマスクとなる絶縁物3301が設けられている点が異なり、他の共通しているところは共通の符号を用いている。
また、同様に、図30(b)に示すチャネル保護型構造のトランジスタは図32(b)に示したチャネルエッチ構造の駆動トランジスタ3219の半導体層3206のチャネルが形成される領域上にエッチングのマスクとなる絶縁物3301が設けられている点が異なり、他の共通しているところは共通の符号を用いている。
本発明の画素を構成するトランジスタの半導体層(チャネル形成領域やソース領域やドレイン領域など)に非晶質半導体膜を用いることで、製造コストを削減することができる。
なお、本発明の画素構成の適用することができるトランジスタの構造や、容量素子の構造は上述した構成に限られず、さまざまな構成のトランジスタの構造や、容量素子の構造のものを用いることができる。
(実施の形態5)
本発明の表示装置は様々な電子機器に適用することができる。具体的には電子機器の表示部に適用することができる。そのような電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを備えた装置)などが挙げられる。
図34(A)はディスプレイであり、筐体34001、支持台34002、表示部34003、スピーカー部34004、ビデオ入力端子34005等を含む。本発明の画素構成を有する表示装置を表示部34003に用いることができる。なお、ディスプレイは、パーソナルコンピュータ用、テレビジョン放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示装置が含まれる。本発明の表示装置を表示部34003に用いたディスプレイは、消費電力を抑えることができる。
近年、ディスプレイの大型化のニーズが強くなっている。そして、ディスプレイの大型化に伴い価格の上昇が問題となっている、よって、いかに製造コストの削減を図り、高品質な製品を少しでも低価格に抑えるかが課題となる。
図34(B)はカメラであり、本体34101、表示部34102、受像部34103、操作キー34104、外部接続ポート34105、シャッター34106等を含む。
近年、デジタルカメラなどの高性能化に伴い、生産競争は激化している。そして、いかに高性能なものを低価格に抑えるかが重要となる。本発明の表示装置を表示部34102に用いたデジタルカメラは、消費電力を抑えることができる。
図34(C)はコンピュータであり、本体34201、筐体34202、表示部34203、キーボード34204、外部接続ポート34205、ポインティングマウス34206等を含む。本発明の表示装置を表示部34203に用いたコンピュータは、消費電力を抑えることができる。
図34(D)はモバイルコンピュータであり、本体34301、表示部34302、スイッチ34303、操作キー34304、赤外線ポート34305等を含む。本発明の表示装置を表示部34302に用いたモバイルコンピュータは、通常モードと節電モードとを切り替えることによって消費電力を抑えることができる。
図34(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体34401、筐体34402、表示部A34403、表示部B34404、記録媒体(DVD等)読み込み部34405、操作キー34406、スピーカー部34407等を含む。表示部A34403は主として画像情報を表示し、表示部B34404は主として文字情報を表示することができる。本発明の表示装置を表示部A34403や表示部B34404に用いた画像再生装置は、通常モードと節電モードとを切り替えることによって消費電力を抑えることができる。
図34(F)はゴーグル型ディスプレイであり、本体34501、表示部34502、アーム部34503を含む。本発明の表示装置を表示部34502に用いたゴーグル型ディスプレイは、通常モードと節電モードとを切り替えることによって消費電力を抑えることができる。
図34(G)はビデオカメラであり、本体342001、表示部342002、筐体342003、外部接続ポート342004、リモコン受信部342005、受像部342006、バッテリー342007、音声入力部342008、操作キー342009、接眼部34610等を含む。本発明の表示装置を表示部342002に用いたビデオカメラは、通常モードと節電モードとを切り替えることによって消費電力を抑えることができる。
図34(H)は携帯電話機であり、本体34701、筐体34702、表示部34703、音声入力部34704、音声出力部34705、操作キー34706、外部接続ポート34707、アンテナ34708等を含む。
近年、携帯電話機はゲーム機能やカメラ機能、電子マネー機能等を搭載し、高付加価値の携帯電話機のニーズが強くなっている。さらに、ディスプレイも高精細なものが求められている。本発明の表示装置を表示部34703に用いた携帯電話機は、通常モードと節電モードとを切り替えることによって消費電力を抑えることができる。
このように多機能化し、携帯電話機は使用頻度が高まる一方で、一回の充電により長時間使用できることが要求される。
例えば、図28(b)や図29(a)に示すように周辺駆動回路をICチップ上に形成し、CMOS等を用いることにより低消費電力化を図ることが可能である。
このように本発明は、あらゆる電子機器に適用することが可能である。
(実施の形態6)
本実施の形態において、本発明の表示装置を表示部に有する携帯電話の構成例について図37を用いて説明する。
表示パネル3710はハウジング3700に脱着自在に組み込まれる。ハウジング3700は表示パネル3710のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。表示パネル3710を固定したハウジング3700はプリント基板3701に嵌入されモジュールとして組み立てられる。
表示パネル3710はFPC3711を介してプリント基板3701に接続される。プリント基板3701には、スピーカ3702、マイクロフォン3703、送受信回路3704、CPU及びコントローラなどを含む信号処理回路3705が形成されている。このようなモジュールと、入力手段3706、バッテリ3707を組み合わせ、筐体3709に収納する。表示パネル3710の画素部は筐体3709に形成された開口窓から視認できように配置する。
表示パネル3710は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)で表示パネル3710に実装しても良い。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部とともに形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した表示パネルの構成は、図28(a)に一例を示してある。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力化を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
また、さらに消費電力の低減を図るため、図28(b)や図29(a)に示すように、基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネルに実装しても良い。そして、画素部には、非晶質半導体膜をトランジスタの半導体層に用いることで製造コストの削減を図ることができる。
また、本実施例に示した構成は携帯電話の一例であって、本発明の表示装置はこのような構成の携帯電話に限られず様々な構成の携帯電話に適用することができる。
(実施の形態7)
図35は表示パネル3501と、回路基板3502を組み合わせたELモジュールを示している。表示パネル3501は画素部3503、走査線駆動回路3504及び信号線駆動回路3505を有している。回路基板3502には、例えば、コントロール回路3506や信号分割回路3507などが形成されている。表示パネル3501と回路基板3502は接続配線3508によって接続されている。接続配線にはFPC等を用いることができる。
表示パネル3501は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネル3501に実装するとよい。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いて表示パネル3501に実装しても良い。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部とともに形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した構成は図28(a)に一例を示してある。
また、さらに消費電力の低減を図るため、ガラス基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)表示パネルに実装してもよい。
なお、非晶質半導体膜を、画素を構成するトランジスタの半導体層に適用する場合には、基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)で表示パネルに実装するとよい。なお、基板上に画素部を形成し、その基板上に周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した構成は図28(b)に一例を示してある。
このELモジュールによりELテレビ受像機を完成させることができる。図36は、ELテレビ受像機の主要な構成を示すブロック図である。チューナ3601は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像信号増幅回路3602と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路3603と、その映像信号を駆動回路の入力仕様に変換するためのコントロール回路3506により処理される。コントロール回路3506は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路3507を設け、入力デジタル信号をm個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ3601で受信した信号のうち、音声信号は音声信号増幅回路3604に送られ、その出力は音声信号処理回路3605を経てスピーカー3606に供給される。制御回路3607は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部3608から受け、チューナ3601や音声信号処理回路3605に信号を送出する。
図34(A)に示すように、図35のELモジュールを筐体34001に組みこんで、テレビ受像機を完成させることができる。ELモジュールにより、表示部34003が形成される。また、スピーカー部34004、ビデオ入力端子34005などが適宜備えられている。
勿論、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。