JP2013168341A - 有機el装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体基板のウェルとソース・ドレインとの間のリーク電流を低減して所望の輝度が得られる有機EL装置および電子機器を提供すること。
【解決手段】本適用例の有機EL装置は、半導体基板と、半導体基板に形成された駆動用のトランジスター140と、トランジスター140のドレイン領域140dに接続された電源線116と、トランジスター140のソース領域140sに接続された有機EL素子とを備え、トランジスター140のソース領域140sの幅SWおよびドレイン領域140dの幅DWは、トランジスター140のチャネル幅CWよりも小さい。これにより、半導体基板のウェルとソース領域140sおよびドレイン領域140dの接触面積が小さくなりリーク電流が低減される。
【選択図】図4

Description

本発明は、有機EL(Electro Luminescence)装置およびこれを備えた電子機器に関する。
有機EL装置として、半導体基板に形成された駆動回路上に有機EL素子が設けられたアクティブ駆動型の有機ELディスプレイ装置が知られている(特許文献1)。上記駆動回路は、半導体基板に形成されたCMOSLSIを用いて構成されている。
このような有機ELディスプレイ装置によれば、画素の高精細化が可能であるとしている。
特開2009−288435号公報
有機EL素子における発光の輝度は、これを流れる電流量によって決まる。有機EL素子に電流を流す駆動用トランジスターを半導体基板(半導体ウェハ)を用いて形成すると、駆動用トランジスターのソースやドレインと基板領域(Well;ウェル)との間にリーク電流が生ずる。有機EL素子に流れる電流量に対して該リーク電流の割合が小さいときには、該リーク電流による輝度の変化が目立たないが、例えば有機EL素子が高精細になると所望の輝度を得るための電流量が小さくなり、該リーク電流の影響を受け易くなる。つまり該リーク電流の影響で所望の輝度が得られないおそれがある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る有機EL装置は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された駆動用トランジスターと、前記駆動用トランジスターのソースおよびドレインのうち一方に接続された電源線と、前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインのうち他方に接続された有機EL素子とを備え、前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインの少なくとも一方の幅は、前記駆動用トランジスターのチャネル幅よりも小さいことを特徴とする。
駆動用トランジスターのソースやドレインと半導体基板のウェルとの間のリーク電流の大きさは、ソースやドレインとウェルとの接触面積に比例する。
本適用例の構成によれば、駆動用トランジスターのソースおよびドレインの幅をチャネルの幅以上の幅で形成する場合に比べて、ソースおよびドレインの少なくとも一方と半導体基板のウェルとの間で生ずるリーク電流を低減することができる。
また、駆動用トランジスターに接続される有機EL素子が小型になったとしてもリーク電流の影響を受け難くして、所望の輝度が得られる有機EL装置を提供できる。
[適用例2]上記適用例に係る有機EL装置において、前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインのうち前記有機EL素子に接続される方の幅が前記チャネル幅よりも小さいとしてもよい。
この構成によれば、ソースおよびドレインのうち有機EL素子に接続される方の幅がチャネル幅より小さいのでリーク電流の影響を効果的に抑制できる。
[適用例3]上記適用例に係る有機EL装置において、前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインの幅が前記チャネル幅よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、ソースおよびドレインの双方の幅がチャネル幅よりも小さいので、リーク電流の影響をより効果的に抑制できる。
[適用例4]上記適用例に係る有機EL装置において、第1トランジスターを有し、前記駆動用トランジスターおよび前記第1トランジスターの双方のチャネルが連続して形成されており、前記双方のチャネルを中継する導電部の幅が前記駆動用トランジスターの前記チャネル幅よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、駆動用トランジスターだけでなく第1トランジスターとの間においてもリーク電流の影響を受け難くすることができる。
[適用例5]上記適用例に係る有機EL装置において、前記導電部は屈曲しており、屈曲部分における前記導電部の幅が、前記駆動用トランジスターの前記チャネル幅よりも小さいことが好ましい。
この構成によれば、駆動用トランジスターのチャネルと第1トランジスターのチャネルを中継する導電部を屈曲させることに伴ってリーク電流が増加することを抑制することができる。
[適用例6]上記適用例に係る有機EL装置において、前記駆動用トランジスター以外に他のトランジスターを有し、前記他のトランジスターのゲート長よりも、前記駆動用トランジスターのゲート長のほうが大きいことが好ましい。
この構成によれば、駆動用トランジスターのゲート長を他のトランジスターに比べて大きくすることで、駆動用トランジスターの特性のばらつきを抑えることができる。つまり、リーク電流の影響が受け難く、且つ安定した動作が実現された有機EL装置を提供できる。
[適用例7]上記適用例に係る有機EL装置において、前記駆動用トランジスター以外に他のトランジスターを有し、前記他のトランジスターのチャネル面積よりも、前記駆動用トランジスターのチャネル面積のほうが大きいことが好ましい。
この構成によれば、他のトランジスターに比べてチャネル面積を大きくすることによっても、駆動用トランジスターの特性ばらつきを低減できる。
[適用例8]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に係る有機EL装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、所望の輝度が得られる有機EL装置を備え、見栄えがよい表示が可能な電子機器を提供することができる。
第1実施形態の有機EL装置の構成を示す概略斜視図。 第1実施形態の有機EL装置の電気的な構成を示すブロック図。 第1実施形態の有機EL装置の画素の等価回路図。 (a)および(b)は画素回路におけるトランジスターなどの配置を示す概略平面図。 図4(b)のA−A’線で切った駆動用トランジスターの構造を示す概略断面図。 第2実施形態の有機EL装置における画素回路の構成を示す等価回路図。 (a)および(b)は第2実施形態の画素回路の配置を示す概略平面図。 図7(b)のB−B’線で切った画素回路の構造を示す概略断面図。 電子機器としてのヘッドマウントディスプレイを示す斜視図。 (a)〜(c)は変形例のアクティブ領域の形状を示す概略平面図。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。なお、使用する図面は、説明する部分が認識可能な状態となるように、適宜拡大または縮小して表示している。
なお、以下の形態において、例えば「基板上に」と記載された場合、基板の上に接するように配置される場合、または基板の上に他の構成物を介して配置される場合、または基板の上に一部が接するように配置され、一部が他の構成物を介して配置される場合を表すものとする。
(第1実施形態)
<有機EL装置>
本実施形態の有機EL装置について、図1〜図5を参照して説明する。図1は有機EL装置の構成を示す概略斜視図、図2は有機EL装置の電気的な構成を示すブロック図、図3は有機EL装置の画素の等価回路図、図4(a)および(b)は画素回路におけるトランジスターなどの配置を示す概略平面図、図5は図4(b)のA−A’線で切った駆動用トランジスターの構造を示す概略断面図である。
図1に示すように、本実施形態の有機EL装置100は、有機ELパネル10と、中継基板としてのフレキシブル回路基板(以降、FPCと呼ぶ)74と、ケース72とを備えている。
有機ELパネル10は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のいずれかの発光が得られるサブ画素SGが複数配列した画素領域Eを有している。同色の発光が得られるサブ画素SGが第1の方向に配列し、第1の方向と交差する方向に異なる色の発光が得られるサブ画素SGが繰り返し配置されている。各サブ画素SGには発光素子として有機EL素子が設けられている。このようなサブ画素SGの配置はストライプ方式と呼ばれているが、これに限定されるものではない。R,G,Bに対応する3つのサブ画素SGを1つの表示単位画素として、表示がなされるものである。
このような有機ELパネル10は、サブ画素SGにR,G,Bの各色に対応したカラーフィルター(CF)と、白色発光する有機EL素子とを組み合わせたトップエミッション型を採用することができる。
FPC74は、長手方向の一方の端部に配列した複数の外部接続用端子76を有している。また、長手方向の他方の端部に有機ELパネル10と電気的に接続するための実装用端子(図示省略)を備えている。外部接続用端子76と実装用端子と繋ぐ配線75が長手方向に配列して設けられている。
FPC74が接続された有機ELパネル10は、画素領域Eを望むことができる四角形の開口部72aを有する枠体状のケース72内に収容されている。また、有機ELパネル10はFPC74がケース72からはみ出した状態でケース72内に収容されている。ケース72は、例えば金属などの熱伝導性材料や熱伝導性材料を含む組成物からなり、四隅にはケース72を筐体などに取り付け可能な取り付け孔72bが設けられている。これにより有機ELパネル10を駆動することによって生ずる発熱をケース72やケース72を取り付けた筐体から放熱可能となっている。
図2に示すように、有機EL装置100は、走査線駆動回路210、電源線駆動回路220およびデータ線駆動回路230を含んだ有機ELパネル10を有する構成となっている。
画素領域Eには、m行の走査線112が図において横(X)方向に沿って設けられ、n列のデータ線114が、縦(Y)方向に沿って、かつ、各走査線112と互いに電気的に絶縁を保つように設けられている。
X方向とY方向とに配列したサブ画素SGごとに画素回路110が設けられている。画素回路110は、m行の走査線112とn列のデータ線114との交差部に対応して、それぞれ設けられている。なお、m、nは、いずれも自然数である。
画素領域Eには、1行ごとに個別の電源線116および給電線117が設けられている。なお、図2では省略されているが、共通電極が各画素回路110にわたって設けられて、素子電源の低位側の電位Vctが供給される。
また、走査線112や画素回路110など行を便宜的に区別するために、図2において上から順に1、2、3、…、(m−1)、m行目と呼ぶ場合がある。同様にデータ線114および画素回路110の列を便宜的に区別するために、図2において左から順に1、2、3、…、(n−1)、n列目と呼ぶ場合がある。
有機EL装置100では、画素回路110がマトリックス状に配列する画素領域Eの周辺に制御回路200、走査線駆動回路210、電源線駆動回路220およびデータ線駆動回路230が設けられている。
制御回路200は、走査線駆動回路210、電源線駆動回路220およびデータ線駆動回路230の動作を制御するほか、各画素回路110で表現すべきサブ画素SGの階調(輝度)を指定する階調データをデータ線駆動回路230に供給する。
走査線駆動回路210は、1、2、3、…、(m−1)、m行目の走査線112にそれぞれ走査信号Gw(1)、Gw(2)、Gw(3)、…、Gw(m−1)、Gw(m)を供給して、各フレームにおいて1〜m行目を順次走査するものである。なお、フレームとは、1カット(コマ)分の画像を有機EL装置100に表示させるのに要する期間をいい、垂直走査周波数が60Hzであれば、その1周期分の16.67ミリ秒の期間をいう。
電源線駆動回路220は、1、2、3、…、(m−1)、m行目の電源線116にそれぞれ信号Vel(1)、Vel(2)、Vel(3)、…、Vel(m−1)、Vel(m)を供給するとともに、これらの信号の電位を、走査線駆動回路210による走査に同期して低位側の電位Vel_Lと高位側の電位Vel_Hとで切り替える。また、電源線駆動回路220は、1、2、3、…、(m−1)、m行目の給電線117に、それぞれランプ信号Vrmp(1)、Vrmp(2)、Vrmp(3)、…、Vrmp(m−1)、Vrmp(m)を、走査線駆動回路210による走査に同期して供給する。
なお、画素回路110の駆動方法によっては、給電線117に少なくとも一定の期間、固定電位を供給する形態にも適用可能である。
データ線駆動回路230は、走査線駆動回路210によって走査された行に位置する画素回路110に対し、初期化電位、または、当該画素回路110の階調データに応じた電位のデータ信号を、データ線114を介して供給するものである。便宜的に、1、2、3、…、(n−1)、n列目のデータ線114の各々に供給されたデータ信号を、それぞれVd(1)、Vd(2)、Vd(3)、…、Vd(n−1)、Vd(n)と表記している。
図3を参照して、画素回路110の等価回路について説明する。なお、図3には、i行目及び当該i行目に隣り合う(i+1)行目の走査線112と、j列目及び当該j列目に隣り合う(j+1)列目のデータ線114との交差に対応する2×2の計4画素分の画素回路110が示されている。ここで、i、(i+1)は、画素回路110が配列する行を一般的に示す場合の記号であって、1以上m以下の整数である。同様に、j、(j+1)は、画素回路110が配列する列を一般的に示す場合の記号であって、1以上n以下の整数である。
図3に示されるように、各画素回路110は、Nチャネル型のトランジスター130,140と、容量素子135,137と、有機EL素子150とを有する。ここで、各画素回路110については電気的にみれば互いに同一構成なので、i行j列に位置するもので代表して説明する。
i行j列の画素回路110においてトランジスター130,140は、シリコン基板などの半導体基板に形成されたトランジスターである。トランジスター130は、スイッチングトランジスターとして機能するものである。トランジスター140は、本発明の駆動用トランジスターとして機能するものである。トランジスター130のゲートはi行目の走査線112に電気的に接続される一方、ソース又はドレインの一方はj列目のデータ線114に電気的に接続され、そのソース又はドレインの他方は容量素子135の一端と、トランジスター140のゲートとにそれぞれ接続されている。容量素子135の他端は、トランジスター140のソース、容量素子137の一端および有機EL素子150の陽極150aにそれぞれ電気的に接続されている。容量素子135は、トランジスター140のゲートおよびソース間の電圧を保持する第1容量として機能する。
一方、トランジスター140のドレインは、i行目の電源線116に接続されている。また、容量素子137の他端は、i行目の給電線117に接続されている。容量素子137は、トランジスター140のソースと給電線117との間に電気的に介挿された第2容量として機能する。
便宜的に、i行j列の画素回路110において、トランジスター130のドレインを大文字のDと表記し、トランジスター140のゲート(トランジスター130のソースおよび容量素子135の一端)を小文字のgと表記している。
また、トランジスター140のドレイン(電源線116に接続)を小文字のdと表記し、トランジスター140のソース(容量素子137の一端および有機EL素子150の陽極150aに接続)を小文字のsと表記している。
有機EL素子150の陰極は、電位Vctに保たれた共通電極118に接続されている。共通電極118は、画素領域Eに配置された複数の画素回路110に亘って共通接続されている。
なお、前述したようにトランジスター130,140は、半導体基板に形成されており、基板領域(Well;ウェル)にも電位Vctが与えられている。つまり、有機EL素子150の陰極とウェルとは同じ電位Vctとなっている。
図3において、Gw(i)、Gw(i+1)は、それぞれi、(i+1)行目の走査線112に供給される走査信号を示している。Vel(i)、Vel(i+1)は、それぞれi、(i+1)行目の電源線116に供給される信号を示し、Vrmp(i)、Vrmp(i+1)は、それぞれi、(i+1)行目の給電線117に供給されるランプ信号を示している。また、Vd(j)、Vd(j+1)は、それぞれj、(j+1)列目のデータ線114に供給されるデータ信号を示している。
走査信号によってトランジスター130が選択される(ON状態になる)と、画像信号に基づくデータ信号がトランジスター130を経由してトランジスター140のゲートに供給される。トランジスター140は、ゲートの電位により、ドレインとソース間の導通状態が制御されている。これによりゲートとソースとの間に設けられた容量素子135に保持された電位に応じて電源線116からトランジスター140を経由して有機EL素子150に電流が流れる。つまり選択されたサブ画素SGの有機EL素子150に画像信号に応じた電流が流れる。
有機EL素子150は、互いに対向する陽極150aと陰極(共通電極118)とで有機EL材料からなる発光層を挟持した構造のOLED(Organic Light Emitting Diode)であり、陽極150aから陰極(共通電極118)に向かって流れる電流に応じた輝度にて発光する。なお、上記構造であるために、有機EL素子150の陽極150aと陰極(共通電極118)との間には容量成分152が発生する。
なお、本実施形態では、各トランジスター130,140を流れる電流の向き、言い換えればキャリアとしての電子が流れる向き(電流の向きと反対)に応じて、各トランジスター130,140に電子が流入する側をソースと呼び、ゲート電位に応じて電子の流れが制御されて放出される側をドレインと呼ぶ。
上記において、トランジスター140のドレインは、i行目の電源線116に接続されており、トランジスター140のソースは、有機EL素子150の陽極150aに電気的に接続されているとしたが、これは、有機EL素子150を発光させるために流れる電流の向きに合わせてソース又はドレインと説明した。しかしながら、トランジスター140のチャネル型、電位関係に応じてトランジスター140のソースとドレインは、入れ替わってもよい。いずれにしても、トランジスター140のドレイン及びソースの一方は、i行目の電源線116に接続され、トランジスター140のドレイン及びソースの他方は、有機EL素子150の陽極150aに接続されていればよい。
次に、画素回路110における各構成の具体的な配置について、図4(a)および(b)を参照して説明する。
図4(a)に示すように、走査線112はX方向に延在し、データ線114はY方向に延在している。電源線116と給電線117とは並列してX方向に延在している。互いに交差する走査線112とデータ線114、および電源線116や給電線117によって区切られた領域(以降、サブ画素領域と呼ぶ)にトランジスター130,140、容量素子135,137が配置されている。図4において有機EL素子150は図示されていないが、トランジスター130,140、容量素子135,137が配置されたサブ画素領域に対して重畳されて設けられている。
トランジスター130のアクティブ領域130aは、長手方向が走査線112に沿うように走査線112の近傍に配置されている。走査線112はアクティブ領域130aに向かってY方向に突出した突出部112aを有し、アクティブ領域130aに重なる突出部112aの部分がトランジスター130のゲート電極として機能している。当該ゲート電極に対応するアクティブ領域130aの部分がチャネル領域である。アクティブ領域130aはチャネル領域と、チャネル領域を挟むソース領域130sとドレイン領域130dとを有している。データ線114とドレイン領域130dとの間に2つの中継電極41,61が設けられ、それぞれの中継電極41,61の端部に設けられたコンタクトホール31、コンタクトホール51、コンタクトホール53によって、ドレイン領域130dとデータ線114とが接続されている。
トランジスター140のアクティブ領域140aは、長手方向がデータ線114に沿ったY方向に延在するようにサブ画素領域の中央付近に配置されている。アクティブ領域140aと重なってゲート電極21が配置されている。ゲート電極21は、Y方向に延在する本体部21aと、本体部21aの端部からデータ線114側に向かって突出した2つの突出部21b,21cとを有している。突出部21cよりも幅が大きい突出部21bがアクティブ領域140aと重なっている。突出部21bと重なったアクティブ領域140aの部分がチャネル領域140cである。アクティブ領域140aは、チャネル領域140cと、チャネル領域140cを挟むソース領域140sとドレイン領域140dとを有している。電源線116はドレイン領域140dに向かってY方向に突出した突出部116aを有している。ドレイン領域140dと突出部116aとが重なった部分にコンタクトホール35が設けられ、コンタクトホール35と突出部116aとを介してドレイン領域140dと電源線116とが接続されている。
ゲート電極21とトランジスター130のソース領域130sとの間に延在する中継電極42が設けられ、中継電極42の端部に設けられたコンタクトホール32とコンタクトホール33とにより、ソース領域130sとゲート電極21とが接続されている。
ゲート電極21の一方の突出部21cは容量素子135の一方の容量電極として機能するものである。そして、突出部21cとソース領域140sとに重なるように平面視で略四角形の他方の容量電極43がサブ画素領域のほぼ中央に配置されている。容量電極43の角部にコンタクトホール34が設けられ、容量電極43とソース領域140sとが接続されている。
容量電極43は他の角部から給電線117に向かってY方向に突出する突出部43aを有している。給電線117もまた突出部43aに向かってY方向に突出する突出部117aを有している。突出部43aと突出部117aとが重なり合った部分が容量素子137の一対の容量電極として機能している。
容量素子137とトランジスター140との間に、Y方向に延在する2つの中継電極62,63が設けられている。中継電極62の一方の端部は容量電極43と重なるように設けられ、重なった部分に設けられたコンタクトホール52を介して中継電極62と容量電極43とが接続されている。中継電極63の一方の端部は中継電極62の他方の端部と重なるように設けられ、重なった部分に設けられたコンタクトホール54を介して中継電極62と中継電極63とが接続されている。中継電極63の他方の端部にはコンタクトホール92が設けられ、コンタクトホール92を介して中継電極63と図示省略した有機EL素子150の陽極150aとが接続されている。つまり、有機EL素子150の陽極150aは容量素子135および容量素子137の他方の容量電極とトランジスター140のソースとに接続されている。
図4(b)に示すように、駆動用トランジスターとしてのトランジスター140において、ソース領域140sの幅SWとドレイン領域140dの幅DWはチャネル領域140cの幅CW(以降、チャネル幅CWと呼ぶ)よりも小さい。チャネル領域140cの長さGL(以降、ゲート長GLと呼ぶ)は、トランジスター130のゲート長よりも大きい。言い換えれば、トランジスター140のゲート面積(チャネル面積)はトランジスター130のゲート面積(チャネル面積)よりも大きい。
図5に示すように、Nチャネル型のトランジスター140を始めとする画素回路110の各構成は、半導体基板11に作り込まれる。半導体基板11は例えばシリコン基板であって、その表層にP型の不純物が注入されて不純物拡散層(Well)12(以降、ウェル12と呼ぶ)が形成されている。ウェル12の表面を酸化シリコンなどの絶縁膜で覆い、これをチャネル領域140cに対応させてパターニングすることによりゲート絶縁膜13が形成される。また、ゲート絶縁膜13を覆う導電膜を成膜し、これをパターニングすることによりゲート電極21が形成される。ゲート電極21を形成した後に、ソース領域140sとドレイン領域140dとに対応する領域にN型の不純物が注入される。これにより、P型のチャネル領域140cと、チャネル領域140cを挟むN型のソース領域140sおよびドレイン領域140dを有するアクティブ領域140aができあがり、Nチャネル型のトランジスター140が構成される。同じくNチャネル型のトランジスター130も同様な方法を用いて形成される。
トランジスター140を覆って酸化シリコンなどからなる層間絶縁膜14が形成される。層間絶縁膜14には、ソース領域140sに貫通するコンタクトホール34と、ドレイン領域140dに貫通するコンタクトホール35とが形成される。さらに、これらのコンタクトホール34,35を埋めると共に、層間絶縁膜14の表面を覆う導電膜が成膜され、これをパターニングしてソース領域140sに接続される容量電極43や、ドレイン領域140dに接続される突出部116aを含む電源線116が形成される。
このようなNチャネル型のトランジスター140において、ドレイン領域140dとソース領域140sとの間に流れる駆動電流Idは、ゲート電極21に与えられる電位によって制御される。駆動電流Idは、電源線116からトランジスター140を経由して容量電極43すなわち有機EL素子150に流れるものである。その一方で、ウェル12には一定の電位が与えられるので、P型のウェル12とN型のドレイン領域140dやソース領域140sとの間にリーク電流ILが流れる。リーク電流ILは駆動電流Idに比べて一般的には小さいものの、サブ画素SGの大きさすなわち有機EL素子150の大きさが小さく高精細になると所定の輝度を得るための駆動電流Idの大きさも小さくなり、リーク電流ILを無視できなくなる。リーク電流ILが相対的に大きくなると有機EL素子150を実質流れる電流量が低下して所定の輝度が得られなくなるおそれがある。所定の輝度とは一定の電流量を流したときの輝度であり、例えば定格電流時の輝度を言う。
それゆえに、本実施形態では、図4(b)に示したように、ソース領域140sの幅SWとドレイン領域140dの幅DWをそれぞれチャネル幅CWよりも小さくした。
本実施形態によれば、ソース領域140sの幅SWおよびドレイン領域140dの幅DWがチャネル幅CWと同じである場合に比べて、ウェル12とソース領域140sおよびドレイン領域140dが接する面積を小さくできる。リーク電流ILの大きさは、ウェル12とソース領域140sおよびドレイン領域140dのそれぞれが接する面積に比例するので、本実施形態によりリーク電流ILを低減できる。
また、本実施形態によれば、トランジスター140のゲート長GLおよびチャネル幅CWは、トランジスター130よりも大きい。つまり、トランジスター140のチャネル領域140cの面積が大きくなっているので、トランジスター140のチャネル領域140cの面積に起因する特性ばらつきを抑えることができる。
総括すると、本実施形態では、トランジスター140の特性ばらつきを抑えるために、チャネル領域140cの面積を大きくする一方で、ソース領域140sおよびドレイン領域140dの幅をチャネル幅CWよりも小さくしている。ソース領域140sおよびドレイン領域140dの幅をチャネル幅CWと同じとすると、リーク電流ILの影響を受け易くなるため、ソース領域140sおよびドレイン領域140dの幅をチャネル幅CWよりも小さくして、ウェル12との接触面積を小さくし、リーク電流ILの影響を受け難くした。これにより、リーク電流ILを低減し、有機EL素子150において所望の輝度が安定して得られる有機EL装置100を提供できる。所望の輝度とは有機EL素子150に流れる電流量に応じた輝度を言う。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態の有機EL装置について、図6〜図8を参照して説明する。図6は第2実施形態の有機EL装置における画素回路の構成を示す等価回路図、図7(a)および(b)は第2実施形態の画素回路の配置を示す概略平面図、図8は図7(b)のB−B’線で切った画素回路の構造を示す概略断面図である。
第2実施形態における有機EL装置は、第1実施形態に対して画素回路110の構成を異ならせたものである。具体的には、第1実施形態がNチャネル型の2つのトランジスター130,140を用いて構成されているのに対して、第2実施形態はPチャネル型の5つのトランジスターを用いて構成されている。第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付して詳細の説明は省略する。また、画素領域Eに設けられた各画素回路110については電気的にみれば互いに同一構成なので、ここでは、i行目、j列の画素回路110を例にとって説明する。
図6に示すように、本実施形態の画素回路110は、Pチャネル型のトランジスター221〜225と、有機EL素子150と、容量素子132とを含む。この画素回路110には、走査信号Gwr(i)、制御信号Gel(i)、Gcmp(i)、Gorst(i)が供給される。ここで、走査信号Gwr(i)、制御信号Gel(i)、Gcmp(i)、Gorst(i)は、それぞれi行目に対応して走査線駆動回路210によって供給されるものである。このため、走査信号Gwr(i)、制御信号Gel(i)、Gcmp(i)、Gorst(i)は、i行目であれば、着目しているj列以外の他の列の画素回路110にも共通に供給される。
トランジスター222は、ゲートがi行目の走査線112に接続され、ドレインまたはソースの一方がj列目のデータ線114に接続され、他方がトランジスター221におけるゲート(g)と、容量素子132の一端と、トランジスター223のソースまたはドレインの一方とにそれぞれ接続されている。すなわち、トランジスター222は、トランジスター221のゲート(g)とデータ線114との間に電気的に接続され、トランジスター221のゲート(g)と、データ線114との間の電気的な接続を制御する、書込トランジスターとして機能する。ここで、トランジスター221のゲートについては、他のノードと区別するためにgと表記する。
トランジスター221は、ソースが電源線116に接続され、ドレインがトランジスター223のソースまたはドレインの他方と、トランジスター224のソースとにそれぞれ接続されている。ここで、電源線116には、画素回路110において電源の高位側となる電位Velが給電される。このトランジスター221は、ゲートおよびソース間の電圧に応じた電流を流す本発明の駆動用トランジスターとして機能する。
トランジスター223のゲートには制御信号Gcmp(i)が供給される。トランジスター223は、トランジスター221のドレインおよびゲート(g)間の電気的な接続を制御する、閾値補償トランジスターとして機能する。
トランジスター224のゲートには制御信号Gel(i)が供給され、ドレインがトランジスター225のソースと有機EL素子150の陽極150aとにそれぞれ接続されている。すなわち、トランジスター224は、トランジスター221のドレインと、陽極150aとの間の電気的な接続を制御する発光制御用トランジスターとして機能する。
トランジスター225のゲートにはi行目に対応した制御信号Gorst(i)が供給され、ドレインはj列目の給電線117に接続されて電位Vorstに保たれている。このトランジスター225は、給電線117と、陽極150aとの間の電気的な接続を制御する初期化トランジスターとして機能する。
容量素子132の他端は、電源線116に接続される。このため、容量素子132は、トランジスター221のゲート・ソース間の電圧を保持する第1保持容量として機能する。
本実施形態においてトランジスター221〜225は半導体基板に形成されるので、トランジスター221〜225の基板電位については電位Velとしている。
第1実施形態と同様に、本実施形態の有機EL素子150の陽極150aは、画素回路110ごとに個別に設けられる画素電極である。これに対して、有機EL素子150の陰極は、画素回路110のすべてに亘って共通接続されている共通電極118であり、画素回路110において電源の低位側となる電位Vctに保たれている。
図7(a)および(b)に示すように、半導体基板において、まず、トランジスター221〜224のアクティブ領域221a〜224aが連続して形成される。トランジスター225のアクティブ領域225aは他のトランジスター221〜224に対して分離して形成される。
アクティブ領域222aおよびアクティブ領域223aならびにアクティブ領域224aは、データ線114に沿ってY方向に延在するように形成されている。アクティブ領域221aは、アクティブ領域223aとアクティブ領域224aとの間に接続され、その後Y方向に延在するように折れ曲がった状態で形成されている。
アクティブ領域221aのソース領域221sと重なるように略四角形の下容量電極132aが設けられる。また、アクティブ領域221aのY方向に延在する部分と重なるようにゲート電極221gが形成される。ゲート電極221gは、下容量電極132aと重なる上容量電極132bと繋がって形成される。ゲート電極221gおよび上容量電極132bを形成する工程では、同時に他のアクティブ領域222a〜アクティブ領域225aと重なる位置に、それぞれ対応するゲート電極222g,223g,224g,225gが島状(正方形に近い四角形)に独立して形成される。アクティブ領域とゲート電極とが重なった部分がチャネル領域となる。
走査線112は、ゲート電極222gと上容量電極132bの上を通過してX方向に延在するように形成される。走査線112とゲート電極222gとが重なる位置にコンタクトホール95aが形成され、走査線112とゲート電極222gとが接続される。
電源線116は、上容量電極132bをY方向において迂回しつつ、走査線112と並んでX方向に延在するように形成される。
ゲート電極224gとゲート電極225gの上を通過してX方向に延在するように、並行する2本の信号線141,142が形成される。加えて、ゲート電極221gとゲート電極223gの上を通過してX方向に延在する信号線143が形成される。
信号線141とゲート電極224gとが重なる位置にコンタクトホール98が形成され、信号線141とゲート電極224gとが接続される。信号線141には画素回路110に対応した制御信号Gel(i)が供給される(図6参照)。
信号線142とゲート電極225gとが重なる位置にコンタクトホール99が形成され、信号線142とゲート電極225gとが接続される。信号線142には画素回路110に対応した制御信号Gorst(i)が供給される(図6参照)。
信号線143とゲート電極223gとが重なる位置にコンタクトホール95bが形成され、信号線143とゲート電極223gとが接続される。信号線143には画素回路110に対応した制御信号Gcmp(i)が供給される(図6参照)。
X方向に隣り合うサブ画素SGを挟んでY方向に延在するデータ線114と給電線117とが形成される。
アクティブ領域222aのソース領域222sとデータ線114との間に中継電極81が形成され、中継電極81の端部に形成されたコンタクトホール91a,91bによって、ソース領域222sとデータ線114とが接続されている。
ゲート電極221gと上容量電極132bとの接続部分と、アクティブ領域222aとアクティブ領域223aの中継部分との間に中継電極82が形成されている。中継電極82の端部に形成されたコンタクトホール92a,92bによって、該中継部分とゲート電極221g(上容量電極132b)が接続されている。該中継部分は、アクティブ領域222aのドレイン領域222dとアクティブ領域223aのソース領域223sとを兼ねるものである。
アクティブ領域221aのソース領域221sからX方向に延在する中継電極83と、中継電極83の端部と重なりY方向に電源線116上まで延在する中継電極84とが形成される。
中継電極83,84のそれぞれの端部にコンタクトホール93a,93b,93cが形成され、ソース領域221sと電源線116とが電気的に接続される。
下容量電極132aと電源線116とが重なり合った部分にコンタクトホール94が形成され、下容量電極132aと電源線116とが接続される。これにより、下容量電極132aと上容量電極132bとで構成される容量素子132がトランジスター221のゲート電極221gと電源線116との間に形成される。
アクティブ領域224aのドレイン領域224dからY方向に延在する中継部分85aと、ドレイン領域224dからアクティブ領域225aのドレイン領域225dに向かってX方向に延在する中継部分85bとを有するL字状の中継電極85が形成される。中継電極85の端部と角部とにそれぞれコンタクトホール96a,96b,96cが形成され、ドレイン領域224dとドレイン領域225dとが電気的に接続される。コンタクトホール96aには図示省略された有機EL素子150の陽極150aが接続される。
アクティブ領域225aのソース領域225sと給電線117との間にX方向に延在する中継電極86が形成される。中継電極86の端部に形成されたコンタクトホール97a,97bにより、ソース領域225sと給電線117とが電気的に接続される。
図7(b)に示すように、駆動用トランジスターとしてのトランジスター221のソース領域221sの幅SWはチャネル領域221cの幅CW(以降、チャネル幅CWと呼ぶ)よりも小さい。また、アクティブ領域221aに対してX方向に折れ曲がった導電部としてのドレイン領域221dと、トランジスター224の導電部としてのソース領域224sと、トランジスター223の導電部としてのドレイン領域223dとは連続して形成されている。折れ曲がったドレイン領域221dのY方向の幅DW1はチャネル幅CWよりも小さい。また、トランジスター221およびトランジスター223ならびにトランジスター224を中継する折れ曲がった導電部の屈曲部分に相当するドレイン領域223dのX方向の幅DW2は、駆動用のトランジスター221のチャネル領域221cのチャネル幅CWよりも小さい。
さらに、アクティブ領域221aとゲート電極221gとが重なるチャネル領域221cのゲート長GLは他のトランジスター222,223,224,225のゲート長よりも大きい。各アクティブ領域221a,222a,223a,224a,225aの幅は、この場合ほぼ同じであるから、駆動用トランジスター221のチャネル領域221cの面積が他のトランジスター222,223,224,225に比べて大きい。
本実施形態では、アクティブ領域221aとアクティブ領域223aおよびアクティブ領域224aが連続して形成されている。つまり、駆動トランジスター221に対して、トランジスター223とトランジスター224のうち少なくとも一方が本発明の第1トランジスターに相当するものである。
なお、本実施形態では、各トランジスター221,222,223,224,225に電子が流入する側をドレインと呼び、ゲート電位に応じて電子の流れが制御されて放出される側をソースと呼ぶ。
図8に示すように、駆動用のトランジスター221と発光制御用のトランジスター224は、半導体基板11に形成される。
第1実施形態で述べたように半導体基板11は例えばシリコン基板であって、本実施形態では、その表層にN型の不純物が注入されて不純物拡散層(Well)12N(以降、ウェル12Nと呼ぶ)が形成されている。ウェル12Nの表面を酸化シリコンなどの絶縁膜で覆い、これをチャネル領域221cに対応させてパターニングすることによりゲート絶縁膜13が形成される。また、ゲート絶縁膜13を覆う導電膜を成膜し、これをパターニングすることによりゲート電極221gが形成される。ゲート電極221gを形成した後に、ソース領域221sとドレイン領域221dとに対応する領域にP型の不純物が注入される。これにより、N型のチャネル領域221cと、チャネル領域221cを挟むP型のソース領域221sおよびドレイン領域221dを有するアクティブ領域221aができあがり、Pチャネル型のトランジスター221が構成される。同じくPチャネル型のトランジスター224も同様な方法を用いて形成される。半導体基板11において、チャネル領域221cとチャネル領域224cとはウェル12Nを共有しているので連続している。他のトランジスター222,223も同様な方法で形成される。
トランジスター221,224を覆って酸化シリコンなどからなる層間絶縁膜14が形成される。層間絶縁膜14には、ソース領域221sに貫通するコンタクトホール93aと、ドレイン領域224dに貫通するコンタクトホール96bと、コンタクトホール96aとが形成される。さらに、これらのコンタクトホール93a,96a,96bを埋めると共に、層間絶縁膜14の表面を覆う導電膜が成膜され、これをパターニングしてソース領域221sに接続される中継電極83(下容量電極132a)や、ドレイン領域224dに接続される中継電極85の中継部分85aが形成される。
第2実施形態によれば、駆動用トランジスターとしてのトランジスター221のソース領域221sの幅SWは、トランジスター221のチャネル幅CWより小さい。同じくトランジスター221と第1トランジスターとしてのトランジスター224とを電気的に繋ぐ導電部の屈曲部分の幅(ドレイン領域221dのY方向の幅DW1やドレイン領域223dのX方向の幅DW2)もチャネル幅CWより小さい。したがって、幅SW、幅DW1、幅DW2をそれぞれチャネル幅CWと同じとする場合に比べて、ソース領域221sおよび導電部(ドレイン領域221d,223d、ソース領域224s)とウェル12Nとの接触面積を小さくしてリーク電流ILを低減することができる。
駆動用のトランジスター221のゲート長GLは他のトランジスター222,223,224,225のゲート長よりも大きい、すなわち、チャネル領域221cの面積が他のトランジスター222,223,224,225よりも大きい。したがって、他のトランジスター222,223,224,225に比べてトランジスター221の特性ばらつきを抑えることができる。
さらに、トランジスター221とトランジスター223およびトランジスター224はチャネルが半導体基板11のウェル12Nを介して連続している。トランジスター221とトランジスター223およびトランジスター224は上記導電部で中継されているので、トランジスター221とトランジスター223およびトランジスター224を電気的に接続させる中継電極が不要である。加えて、トランジスター221とトランジスター223およびトランジスター224を中継する上記導電部は屈曲して形成されている。したがって、画素回路110の構成を簡略化して小型化できる。
(第3実施形態)
次に、本実施形態の電子機器について、図9を参照して説明する。図9は電子機器としてのヘッドマウントディスプレイを示す斜視図である。
図9に示すように、電子機器の一例としてのヘッドマウントディスプレイ500は、眼鏡のような形状をしており、頭部に装着することができる。ヘッドマウントディスプレイ500は、本体部501と、本体部501の両端部から延びる柄としての一対の支持部502とを備えている。本体部501には左眼と右眼とにそれぞれ画像を表示して視認させる上記実施形態の有機EL装置100が搭載されている。
このようなヘッドマウントディスプレイ500によれば、小型で高精細なサブ画素SGを有する有機EL装置100が搭載されているので、優れた表示品質の映像を両眼で認識することができる。左眼用と右眼用にそれぞれ有機EL装置100が設けられているのでサイドバイサイド方式の3D(立体)映像も楽しむことができる。
本発明は、上記した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う有機EL装置および該有機EL装置を適用する電子機器もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。上記実施形態以外にも様々な変形例が考えられる。以下、変形例を挙げて説明する。
(変形例1)第1実施形態におけるトランジスター140のアクティブ領域140aの形状は、これに限定されない。図10(a)〜(c)は変形例のアクティブ領域の形状を示す概略平面図である。例えば、チャネル領域140cの幅に対して幅が小さくなったソース領域140sおよびドレイン領域140dの平面的な配置は、チャネル領域140cの長手方向における中心線に対して線対称に配置されている必要はなく、図10(a)に示すように該中心線に対して片側に寄って配置されたり、図10(b)に示すように該中心線に対して互いに異なる側に寄って配置されていてもよい。画素回路110の他の構成との位置関係によって適宜配置を決めることができる。
また、ソース領域140sとドレイン領域140dのうちの一方の幅をチャネル領域140cの幅よりも小さくすればよい。特に、図4(a)に示すようにドレイン領域140dは電源線116に接続される。電源線116に与えられる電位は、給電線117に与えられる電位よりも高い。ウェル12に与えられる固定電位も給電線117に与えられる電位よりも高く設定されるので、電源線116に接続されたドレイン領域140dからウェル12に漏れるリーク電流ILの大きさは、ソース領域140sからウェル12に漏れるリーク電流ILよりも小さくなる。
したがって、図10(c)に示すように、電源線116に接続されないソース領域140sの幅をチャネル幅よりも小さくすることが効果的である。なお、第2実施形態の駆動用のPチャネル型のトランジスター221では、ソース領域221sを電源線116に接続しているので、この場合には、ドレイン領域221dの幅DW1をチャネル幅CWより小さくすることが効果的である。
(変形例2)本発明を適用可能な有機ELパネル10は、トップエミッション型に限定されない。例えば、サブ画素SGにおいて異なる発光色(R,G,B)をそれぞれ発光可能なボトムエミッション型の有機ELパネルにも適用することができる。
(変形例3)上記実施形態の有機EL装置100を適用可能な電子機器は、ヘッドマウントディスプレイ500に限定されない。例えば、投射型のHUD(ヘッドアップディスプレイ)、PDAやPOSなどの携帯型情報端末、デジタルスチルカメラ、ビューファインダー型あるいはモニター直視型のビデオレコーダー、カーナビゲーションシステムなどの表示部として好適に用いることができる。
11…半導体基板、100…有機EL装置、130,222,223,224,225…他のトランジスター、140,221…駆動用トランジスターとしてのトランジスター、140c,221c…チャネル領域、140d,221d…ドレイン領域、140s,221s…ソース領域、150…有機EL素子、223,224…第1トランジスターとしてのトランジスター、500…電子機器としてのヘッドマウントディスプレイ、CW…チャネル幅。

Claims (8)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板に形成された駆動用トランジスターと、
    前記駆動用トランジスターのソースおよびドレインのうち一方に接続された電源線と、
    前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインのうち他方に接続された有機EL素子とを備え、
    前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインの少なくとも一方の幅は、前記駆動用トランジスターのチャネル幅よりも小さいことを特徴とする有機EL装置。
  2. 前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインのうち前記有機EL素子に接続される方の幅が前記チャネル幅よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
  3. 前記駆動用トランジスターの前記ソースおよび前記ドレインの幅が前記チャネル幅よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の有機EL装置。
  4. 第1トランジスターを有し、
    前記駆動用トランジスターおよび前記第1トランジスターの双方のチャネルが連続して形成されており、
    前記双方のチャネルを中継する導電部の幅が前記駆動用トランジスターの前記チャネル幅よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の有機EL装置。
  5. 前記導電部は屈曲しており、屈曲部分における前記導電部の幅が、前記駆動用トランジスターの前記チャネル幅よりも小さいことを特徴とする請求項4に記載の有機EL装置。
  6. 前記駆動用トランジスター以外に他のトランジスターを有し、
    前記他のトランジスターのゲート長よりも、前記駆動用トランジスターのゲート長のほうが大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機EL装置。
  7. 前記駆動用トランジスター以外に他のトランジスターを有し、
    前記他のトランジスターのチャネル面積よりも、前記駆動用トランジスターのチャネル面積のほうが大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の有機EL装置。
  8. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の有機EL装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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