JP2014078225A - 情報処理装置の駆動方法及びプログラム - Google Patents

情報処理装置の駆動方法及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】入力方法の多様化に対応可能な情報処理装置の駆動方法を提供する。
【解決手段】操作体(例えば、指)の始点におけるXYZ空間の座標と、一定時間経過後を終点として、終点での操作体のXYZ空間の座標とを取得し、終点におけるZ座標と、一定時間内におけるX−Y平面での移動距離を算出する。そして、操作面から操作体までの垂直方向の距離のしきい値と、水平方向の移動距離のしきい値との双方を超えた場合にのみ、信号を出力する情報処理装置の駆動方法を提供する。これにより、操作体の水平方向の移動に加えて、垂直方向の移動を追加した3次元の動作(ジェスチャ)による入力操作を行うことが可能となる。
【選択図】図2

Description

本明細書で開示する発明は、情報処理装置、特に、タッチパネルを具備する情報処理装置の駆動方法に関する。また、そのプログラムに関する。
近年、操作体による接触又は近接を検出することができるタッチパネルと、表示パネルと、を有する情報処理装置が普及している。
タッチパネルは、指又はスタイラスなどが指し示した位置を検出し、その位置情報を含む信号を生成することができる位置入力装置である。そして、画像表示領域にタッチパネルを重ねることで得られる情報処理装置は、タッチスクリーンとも呼ばれており、画像表示領域において画像の表示を行うと共に、ユーザーが画像表示領域のどの位置を指し示したかを情報として得ることができる。
下記の特許文献1には、タッチパネルと液晶表示パネルとを有する情報表示装置について記載されている。
タッチスクリーンは、位置入力装置としての機能と、表示装置としての機能とを併せ持つことになるため、操作性が高く、タッチパッドやマウスのような位置入力装置を用いた場合に比べて情報処理装置を小型化しやすい。従って、タッチパネルを、フラットパネルディスプレイのような薄型の表示装置に付加することで、情報処理装置をさらに小型化、或いは薄型化することができる。そのため、タッチパネルが付加された表示装置は、据え置き型のみならず、携帯型を含めた様々な情報処理装置への応用が期待できる。
特開2001−022508号公報
タッチパネルを備えた情報処理装置の小型化や機能の多様化に伴い、情報処理装置に対する入力方法の多様化が望まれる。
よって、本発明の一態様では、入力方法の多様化に対応可能な情報処理装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様に係るタッチパネルは、操作体(例えば、指)の始点におけるXYZ空間の座標と、一定時間経過後を終点として、終点での操作体のXYZ空間の座標とを取得し、終点におけるZ座標と、一定時間内におけるX−Y平面での移動距離を算出する。そして、操作面から操作体までの垂直方向の距離のしきい値と、水平方向の移動距離のしきい値との双方を超えた場合にのみ、信号を出力する。これにより、操作体の水平方向の移動に加えて、垂直方向の移動を追加した3次元の動作(ジェスチャ)による入力操作を行うことが可能となる。よって、入力操作の多様化を実現することができる。また、3次元の動作(ジェスチャ)による入力によって、ユーザーが直感的に操作を行うことが可能となる。より具体的には、例えば以下の駆動を行う。
本発明の一態様は、画像を表示する表示面、及び操作体が近接又は接触する操作面を有する情報処理装置の駆動方法であって、操作面から操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、操作体の第1の座標を取得するステップと、一定時間後の操作体の第2の座標を取得するステップと、第2の座標の垂直方向の距離がしきい値を超え、且つ、第1の座標及び第2の座標から計算される操作体の水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備えた情報処理装置の駆動方法である。
また、本発明の一態様は、画像を表示する表示面、及び操作体が近接又は接触する操作面を有する情報処理装置の駆動方法であって、操作面から操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、操作体の第1の座標を取得するステップと、一定時間後の操作体の第2の座標を取得するステップと、第2の座標の垂直方向の距離がしきい値を超えている場合に、第1の座標及び第2の座標から操作体の水平方向の移動距離を計算するステップと、水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備えた情報処理装置の駆動方法である。
また、本発明の他の一態様は、上記のいずれか一に記載の画像切り替え信号を出力可能なタッチパネルと、表示部とを有し、表示部は、入力される第1の駆動信号を保持し、第1の駆動信号に応じて表示面に表示する画像を変化する表示素子を含む画素回路と、第1の駆動信号を、画素回路に出力する第1の駆動回路と、画素回路を選択する第2の駆動信号を、画素回路に出力する第2の駆動回路を有し、第2の駆動回路は、第2の駆動信号を、画素回路に1秒間に30回以上の頻度で出力する第1のモードと、0.1回未満の頻度で出力する第2のモードを備え、画像切り替え信号が、第2のモードのときに入力されると、第1のモードに切り替わり、第2の駆動信号を1回以上出力する、情報処理装置の駆動方法である。
また、上記の情報処理装置の駆動方法において、第2の駆動信号を1回以上出力した後に、第2のモードに再度切り替わってもよい。
また、本発明の一態様は、上述の駆動方法を実行可能なプログラムも含む。すなわち、本発明の他の一態様は、操作体が近接又は接触する操作面から操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、操作体の第1の座標を取得するステップと、一定時間後の操作体の第2の座標を取得するステップと、第2の座標の垂直方向の距離がしきい値を超え、且つ、第1の座標及び第2の座標から計算される操作体の水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備える処理を演算装置に実行させるプログラムである。
本発明の一態様により、情報処理装置への新たな入力方法を実現することができる。
情報処理装置の構成を示すブロック図。 タッチパネルの動作方法の一例を示すフローチャート。 携帯情報端末の動作例を説明する図。 携帯情報端末の動作例を説明する図。 実施の形態に係る情報処理装置を説明するブロック図。 実施の形態に係る情報処理装置の表示部の構成を説明するブロック図および回路図。 実施の形態に係る情報処理装置の表示部の構成の変形例を説明するブロック図。 実施の形態に係るプログラムを実行する演算装置の構成を説明する図。 本発明の一態様の情報処理装置を説明する図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は、以下の説明に限定されず、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。よって、本発明は以下に示す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。
なお、本発明の情報処理装置の表示部には、液晶表示パネル、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光パネル、電子ペーパー、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)等や、トランジスタを画素部に有しているその他の表示パネルを適用することができる。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る情報処理装置の構成例と、当該情報処理装置に具備されるタッチパネルの動作方法の一例について、図1乃至図4を参照して説明する。
<情報処理装置の構成例>
本発明の一態様に係る情報処理装置の構成を示すブロック図を、図1に一例として示す。なお、本明細書では、ブロック図において、回路を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとして示しているが、実際の回路は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの回路が複数の機能に係わることもあり得る。
図1に示す情報処理装置は、表示部100と、演算装置102と、タッチパネル104とを有する。
表示部100は、各画素110にトランジスタ105及び表示素子106を有する画素部107と、画素部107の動作を制御する、例えば、信号線駆動回路108及び走査線駆動回路109などの駆動回路111とを有する。走査線駆動回路109は、画素部107が有する画素110を、トランジスタ105のスイッチングを制御することで選択する。信号線駆動回路108は、選択された画素110の表示素子106への、画像信号の入力を制御する。
タッチパネル104は、表示部100の画素部107と重なるように配置されており、ユーザーがスタイラスまたは指などの操作体をタッチパネル104に接触させる、或いはタッチパネル104近傍に近づけると、近接センサーによって操作体が検出され、操作体の位置情報を含む操作信号が生成される。
また、タッチパネル104は、タッチパネル用制御回路を有し、該制御回路によって、操作信号に含まれる位置情報を用い、画素部107において画像の書き換えを行うか否かを選択する。そして、選択された結果を演算装置102に出力する。
演算装置102は、表示部100が有する信号線駆動回路108及び走査線駆動回路109への、画像信号、駆動信号及び電源電位の供給を制御する。なお、駆動信号はパルスによって駆動回路111の動作を制御するための信号であるが、駆動回路111の構成によって、その動作に必要な駆動信号の種類は異なる。例えば、駆動信号には、シフトレジスタの動作を制御するスタート信号及びクロック信号、記憶回路におけるデータ保持のタイミングを制御するラッチ信号等が挙げられる。信号線駆動回路108と走査線駆動回路109は、駆動信号及び電源電位の供給により、上記動作を行うことができる。
なお、タッチパネル104において指し示した位置と、当該位置と重なる画素部107の位置の対応関係を、キャリブレーションと呼ばれる位置補正操作によりあらかじめ抽出、或いは補正する。その対応関係のデータは、演算装置102が有する記憶回路、或いは、タッチパネル用制御回路が有する記憶回路に保存しておけばよい。
<タッチパネルの動作例>
図2のフローチャートを用いて、情報処理装置に具備されるタッチパネルの入力操作の検出処理の手順について説明する。入力操作の検出処理は、タッチパネル用制御回路にて行われる。
まず、ステータス0(St300)を開始状態として、タッチパネルに搭載された近接センサーが、所定のユーザー操作を行うための操作体(例えば、指)の検出を行う(St302)。そして、操作面からの操作体までの垂直方向の距離が閾値(以下、垂直方向の距離の閾値をth1とも表記する)以下となった場合には(St304:Yes)、イベントの発生を認識する(St306)。
イベントが発生すると、操作体の始点の座標P1(X1,Y1,Z1)を取得する(St308)。そして、一定時間経過後の操作体の位置を、終点としてその座標P2(X2,Y2,Z2)を取得する(St310)。なお、操作体が指の場合には、所定の一点を代表点として認識して座標を取得すればよい。
ここで、取得した座標P2の垂直方向の座標Z2がth1以下であった場合(St312:No)、以降のステップへは進まずにステータス0へと戻る。また、Z2がth1より大きかった場合(St312:Yes)、取得したP1及びP2から操作体の水平方向の移動距離を計算する(St314)。操作体の水平方向の移動距離は、{(X1−X2)+(Y1−Y2)1/2によって得られる。
水平方向の移動距離が、閾値(以下、水平方向の移動距離の閾値をth2とも表記する)を超える場合(St316:Yes)には、図1に示す演算装置へ画像切り替え信号を出力する(St318)。また、水平方向の移動距離がth2以下である場合には、演算装置への画像切り替え信号の出力は行わずに、ステータス0へと戻る。
このように、本実施の形態で示すタッチパネルは、ユーザー操作による操作体の近接を検出し、一定時間内での操作体の水平方向の移動距離及び一定時間経過後の垂直方向の座標に応じて、演算装置への信号の出力の有無を選択する。すなわち、タッチ、スライド、ドラッグといった従来使用されていた操作体の水平方向の移動による入力操作に、垂直方向の移動を追加した3次元の動作(ジェスチャ)による入力操作を行うことが可能となる。よって、入力操作の多様化を実現することができる。また、3次元の動作(ジェスチャ)による入力によって、ユーザーが直感的に操作を行うことが可能となる。
なお、図2においては、座標P2を取得後、Z2がth1より大きい場合に、水平方向の移動距離を計算するフローチャートを例に示したが、本実施の形態はこれに限られない。すなわち、本実施の形態におけるタッチパネルの動作は、取得したP1及びP2から得られる水平方向の移動距離がth2より大きく、且つ、一定時間後の操作面から操作体までの垂直方向の距離がth1より大きい場合に、画像切り替え信号を出力すればよい。したがって、例えば、P2を取得後に、水平方向の移動距離を計算し、当該移動距離がth2より大きい場合に、Z2がth1より大きいか否かを計算してもよいし、Z2の位置及び移動距離がth1及びth2より大きいか否かを同時に計算してもよい。
<情報処理装置の動作の具体例>
以下では、本発明の一態様の情報処理装置のより具体的な動作例として、近接型のタッチパネルを備えた携帯情報端末の動作を例に挙げて説明する。ここでは、表示面に文書を表示し、指等の操作体によるジェスチャによって、文書のページをめくる処理(ページめくり動作と呼ぶ。)を行う場合を例に挙げて説明する。
なお、以下では、画像を表示する表示面と、操作体が近接又は接触する操作面とが重畳している場合について説明する。また、ここでは、指等の操作体の位置(座標)の基準となる面を操作面として説明する。
ここで、表示面と操作面とが必ずしも重畳する必要はない。例えば表示面を備えるディスプレイと、近接型のタッチパネルとを任意の場所に個別に設置し、近接型のタッチパネルの一面と平行な操作面に対して、ジェスチャ動作を行うこともできる。
図3(A)は、携帯情報端末200を示している。携帯情報端末200は筐体201に近接型のタッチパネルが具備された表示面202を備える。筐体201には、起動、選択、決定などの動作を行うためのスイッチ203等を備える。
図3(A)は、携帯情報端末200の表示面202に文書の画像を表示させた状態を示している。
図3(B−1)、(B−2)は指204によって、ページめくり動作のジェスチャが行われている状態を示している。図3(B−1)はX−Y平面に、図3(B−2)はX−Z平面に、それぞれ投影した場合の指204の代表点205の軌跡を破線で示している。
時刻T1において、代表点205はそのZ方向の座標が閾値th1以下になるように近接する。このとき取得される座標P1の座標は(X1,Y1,Z1)となる。
その後、代表点205はZ方向の座標がth1以下の範囲内で移動した後、そのZ方向の座標が閾値th1を超える座標にまで移動する。ここで、時刻T1から一定時間後の時刻T2での代表点205の座標P2は、(X2,Y2,Z2)となる。
ここで、代表点205の時刻T2でのZ座標Z2が閾値th1よりも大きく、且つ、時刻T1からT2の間の代表点205の水平方向の移動距離Lが、閾値th2よりも大きい場合に、ページめくり動作のジェスチャとして認識され、ページめくり動作が実行される。
図4(A)は、ページめくり動作が行われている途中段階を示している。指204が表示面202の右側から左側に向けて移動したことに伴い、表示面202に表示された文書の右ページがめくられるように動作する。
図4(B)は、ページめくり動作が完了した状態を示している。図4(B)は、図3(A)に示す状態から1ページ進んだ文書が表示された状態となっている。
以上のように、表示面に表示される文書等の画像の処理を、指等の操作体の動作(ジェスチャ)により、ユーザーが直感的に行うことができる。
なお、閾値th1、閾値th2や、移動距離Lを計算するための一定時間の値などは、ユーザーが個別に設定できるようにすることが好ましい。
また、時刻T1から時刻T2の間に、X方向(表示画像に対して横方向)の変位が一定値を超えない場合には、ページめくり動作を行わないようにすることもできる。例えばX−Y平面に投影したP1とP2を結ぶ直線と、Y方向(表示画像に対して縦方向)との角度が、0度以上5度未満の時には、ページめくり動作を行わないようにすると、よりユーザーに対して直感的な操作を実現できる。
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の情報処理装置の構成について、図5、図6および図7を参照しながら説明する。
図5は、本発明の一態様の情報処理装置の構成を説明するブロック図である。
図6は、情報処理装置の表示部の構成を説明するブロック図および回路図である。
図7は、情報処理装置の表示部の構成の変形例を説明するブロック図である。
本実施の形態で例示して説明する情報処理装置600は、表面に画像を表示する画素部631と、入力される第1の駆動信号(S信号ともいう)633_Sを保持し、S信号633_Sに応じて画素部631に画像を表示する表示素子635を含む画素回路634と、S信号633_Sを画素回路634に出力する第1の駆動回路(S駆動回路ともいう)633と、画素回路634を選択する第2の駆動信号(G信号ともいう)632_Gを画素回路634に出力する第2の駆動回路(G駆動回路ともいう)632と、操作体の近接を検知して画像切り替え信号500_Cを出力するタッチパネル500と、を有する。
そして、G駆動回路632は、G信号632_Gを画素回路に1秒間に30回以上の頻度で出力する第1のモードと、0.1回未満の頻度で出力する第2のモードを備える。また、G駆動回路632は、画像切り替え信号500_Cが第2のモードのときにタッチパネル500から入力されると第1のモードに切り替わり、G信号632_Gを1回以上出力し、その後第2のモードに切り替わる。
また、画素回路634は画素631pに設けられ、画素631pは画素部631に複数設けられ、画素部631は表示部630に設けられている。
情報処理装置600は演算装置620を備える。演算装置620は、タッチパネル500から画像切り替え信号500_Cが入力される。また、演算装置620は表示部630に画像切り替え信号500_Cを含む制御信号625_Cと、画像信号625_Vと、を出力する。
表示部630はDコントローラ638を備え、Dコントローラ638はS駆動回路633とG駆動回路632を制御する。
表示部630は光供給部650を備える。光供給部650は画素部631に光を供給する。
本実施の形態の情報処理装置600は、上記構成を有することで操作体の水平方向の移動距離のみならず垂直方向の座標を検出して、情報処理装置の操作に利用することができる。その結果、入力方法の多様化に対応可能な情報処理装置の駆動方法を提供することができる。
また、本実施の形態の情報処理装置600の駆動方法によれば、操作体からの入力がない期間表示を書き換える頻度を低減できる。その結果、操作者へ与えうる目の疲労が低減された情報処理装置を提供することができる。
なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
なお、本明細書においてトランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの極性及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。
本明細書においてトランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。
本明細書においてトランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみが、第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されている状態とは、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方が第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方に接続され、第1のトランジスタのソースまたはドレインの他方が第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方に接続されている状態を意味する。
本明細書において接続とは、電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
本明細書において回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
以下に、本発明の一態様の情報処理装置を構成する個々の要素について説明する。
<2−1.表示部>
表示部630は、各画素に表示素子635を有する画素部631と、S駆動回路633、G駆動回路632などの駆動回路を有する。画素部631は、表示素子635が設けられた画素631pを、複数有する。
なお、本実施の形態では、液晶素子を表示素子635に用いる場合を説明する。
表示部630に入力される画像信号625_Vは、S駆動回路633に与えられる。また、電源電位、制御信号625_Cは、S駆動回路633及びG駆動回路632に与えられる。
なお、制御信号625_Cには、タッチパネル500が出力する画像切り替え信号500_Cの他、S駆動回路633の動作を制御するS駆動回路用のスタートパルス信号SP、S駆動回路用のクロック信号CK、ラッチ信号LP、G駆動回路632の動作を制御するG駆動回路用のスタートパルス信号SP、G駆動回路用のクロック信号CK、パルス幅制御信号PWCなどが含まれる。
表示部630の構成の一例を図6(A)に示す。
図6(A)に示す表示部630には、画素部631に、複数の画素631pと、画素631pを行毎に選択するための複数の走査線Gと、選択された画素631pに画像信号625_Vから生成されたS信号633_Sを供給するための複数の信号線Sとが設けられている。
走査線GへのG信号632_Gの入力は、G駆動回路632により制御されている。信号線SへのS信号633_Sの入力は、S駆動回路633により制御されている。複数の画素631pは、走査線Gの少なくとも一つと、信号線Sの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。
なお、画素部631に設けられる配線の種類及びその数は、画素631pの構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図6(A)に示す画素部631の場合、x列×y行の画素631pがマトリクス状に配置されており、信号線S1乃至信号線Sx、走査線G1乃至走査線Gyが、画素部631内に配置されている場合を例示している。
<2−1−1.画素>
図6(B)に、画素631pの構成を一例として示す。各画素631pは、表示素子635と、当該表示素子635へのS信号633_Sの供給を制御するトランジスタ634tと、表示素子635の第1電極と第2電極間の電圧を保持するための容量素子634cとを有する。
<2−1−1a.表示素子(液晶素子)>
表示素子635は、第1電極と、第2電極と、第1電極と第2電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層とを有している。表示素子635は、第1電極と第2電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化して、透過率が変化する。よって、表示素子635は、S信号633_Sの電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。
<2−1−1b.トランジスタ>
トランジスタ634tは、表示素子635の第1電極に、信号線Sの電位を与えるか否かを制御する。表示素子635の第2電極には、所定の基準電位Vcomが与えられている。
なお、本発明の一態様の情報処理装置の駆動方法を適用することができる情報処理装置に好適なトランジスタの構成については、実施の形態3において詳細に説明する。
<2−1−2.画素回路>
トランジスタ634tと表示素子635の接続関係の一例について、図6(B)を参照しながら説明する。
トランジスタ634tのゲートが、走査線G1から走査線Gyのいずれか1つに接続されている。トランジスタ634tのソース及びドレインの一方は、信号線S1から信号線Sxのいずれか1つに接続され、トランジスタ634tのソース及びドレインの他方は、表示素子635の第1電極に接続されている。
なお、画素631pは、必要に応じて、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を、さらに有していても良い。
図6(B)に例示する画素631pは、S信号633_Sの画素631pへの入力を制御するスイッチング素子として、一のトランジスタ634tを用いる。しかし、一のスイッチング素子として機能する、複数のトランジスタを、画素631pに用いていてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良いし、直列と並列が組み合わされて接続されていても良い。
<2−2.Dコントローラ>
Dコントローラ638は、演算装置620において生成された画像信号625_Vを表示部630に送る。
Dコントローラ638は、垂直同期信号、水平同期信号などの同期信号を用いて、スタートパルス信号SP、ラッチ信号LP、パルス幅制御信号PWCなどの制御信号を生成し、画像切り替え信号500_Cと共に表示部630に供給する機能を有する。なお、表示部630は、クロック信号CKなどの制御信号も供給される。
また、反転制御回路をDコントローラ638に設け、Dコントローラ638が、反転制御回路が通知するタイミングに従って、画像信号625_Vの極性を反転させる機能を備える構成とすることもできる。具体的に、画像信号625_Vの極性の反転は、Dコントローラ638において行われても良いし、Dコントローラ638からの命令に従って、表示部630内で行われても良い。
反転制御回路は、画像信号625_Vの極性を反転させるタイミングを、同期信号を用いて定める機能を有する。例示する反転制御回路は、カウンタと、信号生成回路とを有する。
カウンタは、水平同期信号のパルスを用いてフレーム期間の数を数える機能を有する。
信号生成回路は、カウンタにおいて得られたフレーム期間の数の情報を用いて、連続する複数フレーム期間ごとに画像信号625_Vの極性を反転させるべく、画像信号625_Vの極性を反転させるタイミングを、Dコントローラ638に通知する機能を有する。
<2−3.演算装置>
演算装置620は、表示部630に入力する画像信号625_Vを生成する。なお、画像信号625_VをDコントローラ638に直接入力する構成を有していても良い。
<2−4.光供給部>
光供給部650には、複数の光源が設けられている。Dコントローラ638は、光供給部制御回路を介して光供給部650が有する光源の駆動を制御する。
光供給部650の光源としては、冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード(LED)、電場を加えることでルミネッセンス(Electroluminescence)が発生するOLED素子などを用いることができる。
特に、光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成が好ましい。光源が発する光に含まれる青色を呈する光は、眼の角膜や水晶体で吸収されずに、網膜まで到達する。したがって光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成とすることで、長期的な網膜への影響(例えば、加齢黄斑変性など)や、夜中まで青色の光に暴露された際の概日リズム(サーカディアン・リズム:Circadian rhythm)への悪影響などを低減できる。また、主に400nmより長い波長を有する光を含み、400nm以下の波長を有する光(UVAともいう)を含まない光源が好ましい。
<2−5.画素部の駆動方法>
図6(A)に例示する画素部631が図6(B)に例示する構成の画素631pを有する場合の、当該画素部631の動作の一例を説明する。
第1フレーム期間において、走査線G1にパルスを有するG信号632_Gが入力されることで、走査線G1が選択される。選択された走査線G1に接続された複数の各画素631pにおいて、トランジスタ634tが導通状態になる。
トランジスタ634tが導通状態の時(1ライン期間)に、信号線S1から信号線Sxに画像信号625_Vから生成したS信号633_Sの電位が与えられる。そして、導通状態のトランジスタ634tを介して、S信号633_Sの電位に応じた電荷が容量素子634cに蓄積され、S信号633_Sの電位が液晶素子を用いた表示素子635の第1電極に与えられる。
第1フレーム期間の走査線G1が選択されている期間において、正の極性のS信号633_Sが全ての信号線S1乃至信号線Sxに、順に入力される。走査線G1と、信号線S1乃至信号線Sxとにそれぞれ接続された画素631p内の第1電極(G1S1)乃至第1電極(G1Sx)には、正の極性のS信号633_Sが与えられる。
液晶素子を用いた表示素子635の透過率が、S信号633_Sの電位によって制御され、各画素が階調を表示する。
同様にして、走査線G2から走査線Gyが順に選択され、走査線G1が選択されていた期間と同様の動作が、走査線G2から走査線Gyの各走査線に接続された画素631pにおいて順次繰り返される。上記動作により、画素部631において、第1フレームの画像を表示することができる。
なお、本発明の一態様では、必ずしも走査線G1乃至走査線Gyを順に選択する必要はない。
なお、S駆動回路633から信号線S1乃至信号線Sxに、S信号633_Sを順に入力する点順次駆動を用いることも、一斉にS信号633_Sを入力する線順次駆動を用いることができる。或いは、複数の信号線Sごとに順に、S信号633_Sを入力する駆動方法を用いていても良い。
また、プログレッシブ方式を用いた走査線Gの選択方法に限らず、インターレース方式を用いて走査線Gの選択を行うようにしても良い。
また、任意の一フレーム期間において、全ての信号線に入力されるS信号633_Sの極性が同一であっても、任意の一フレーム期間において、一の信号線ごとに、画素に入力されるS信号633_Sの極性が反転していても良い。
また、表示部630の構成の変形例を図7に示す。
図7に示す表示部630には、複数の領域に分割された画素部631(具体的には第1領域631a、第2領域631b、第3領域631c)に、複数の画素631pと、画素631pを行毎に選択するための複数の走査線Gと、選択された画素631pにS信号633_Sを供給するための複数の信号線Sとが設けられている。
それぞれの領域に設けられた走査線GへのG信号632_Gの入力は、それぞれのG駆動回路632により制御されている。信号線SへのS信号633_Sの入力は、S駆動回路633により制御されている。複数の画素631pは、走査線Gの少なくとも一つと、信号線Sの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。
このような構成とすることで、画素部631を分割して駆動することができる。
例えば、タッチパネル500から画像切り替え信号500_Cと共に、当該信号が入力される領域を指定する座標を取得し、その座標に対応する特定の領域のみ後述する第1のモードとし、他の領域を後述する第2のモードとしてもよい。この動作により、タッチパネルの操作が行われなかった領域、すなわち動作の不要な領域のG駆動回路の動作を停止することができ、消費電力を低減することができる。
<2−6.G駆動回路632の第1のモードと第2のモード>
G信号632_Gが入力された画素回路634には、S信号633_Sが入力され、画素回路634はS信号633_Sの電位を保持する。言い換えると、S信号633_Sの電位が書き込まれた状態を保持する。
表示データが書き込まれた画素回路634は、S信号633_Sに応じた表示状態を維持する。なお、表示状態を維持するとは、表示状態の変化が一定の範囲より大きくならないように保持することをいう。上記一定の範囲は、適宜設定される範囲であり、例えば使用者が表示画像を閲覧する場合に、同じ表示画像であると認識できる表示状態の範囲に設定することが好ましい。
G駆動回路632は第1のモードと第2のモードを備える。
<2−6−1.第1のモード>
G駆動回路632の第1のモードは、G信号632_Gを、画素に1秒間に30回以上好ましくは1秒間に60回以上960回未満の頻度で出力する。
第1のモードでは、S信号633_Sを各画素631pに高い頻度で供給することができる。その結果、例えば動画像をなめらかに表示することができる。
<2−6−2.第2のモード>
G駆動回路632の第2のモードは、G信号632_Gを、画素に1日に1回以上1秒間に0.1回未満の頻度、好ましくは1時間に1回以上1秒間に1回未満の頻度で出力する。
G信号632_Gが入力されない画素回路634は、S信号633_Sを保持し、その電位に応じた表示状態を引き続き維持する。
第2のモードでは、画素の表示が頻繁に書き換えられないためチラつき(フリッカーともいう)のない画像を表示することができる。その結果、当該情報処理装置の使用者の目の疲労を低減できる。また、G駆動回路632の動作頻度を低減することができる。その結果、G駆動回路632の動作にともなう消費電力を低減できる。
なお、第2のモードを有するG駆動回路632を用いて駆動する画素回路は、S信号633_Sを長い期間保持する構成が好ましい。例えば、トランジスタ634tのリーク電流は、オフ状態において小さいものほど好ましい。
オフ状態においてリーク電流が小さいトランジスタ634tの構成の一例について、実施の形態3に詳細に説明する。
<2−6−3.二つのモード間の移行>
Dコントローラ638を介して、画像切り替え信号500_Cが、第2のモードのときにタッチパネル500から入力されると、G駆動回路632は第2のモードから第1のモードに切り替わり、G信号632_Gを1回以上出力し、その後前記第2のモードに切り替わる。
例えば、タッチパネル500がページめくり動作を検知した場合、タッチパネル500は画像切り替え信号500_Cを演算装置620に出力する。
演算装置620は、ページめくり動作を含む画像信号625_Vを生成し、画像切り替え信号500_Cを含む制御信号625_Cと共に当該画像信号625_Vを出力する。
Dコントローラ638は、画像切り替え信号500_CをG駆動回路632に出力し、ページめくり動作を含む画像信号625_VをS駆動回路633に出力する。
G駆動回路632は第2のモードから第1のモードに切り替わり、G信号632_Gを頻繁に出力する。
一方、S駆動回路633は、ページめくり動作を含む画像信号625_Vから生成したS信号633_Sを画素回路634に出力する。
画素631pは、G信号632_Gが頻繁に入力されるため、ページめくり動作を含む画像信号625_Vが多数入力される。具体的には、多数のフレームを短時間に表示できるため、なめらかなページめくり動作を含む画像信号625_Vを表示できる。
<2−7.オーバードライブ駆動>
液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的に十数msec程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されやすい。そこで、本発明の一態様では、液晶素子を用いた表示素子635に印加する電圧を一時的に大きくして液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしてもよい。オーバードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画質を改善することができる。
また、トランジスタ634tが非導通状態になった後においても、液晶素子を用いた表示素子635の透過率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧が変化しやすい。
例えば、液晶素子を用いた表示素子635に並列で接続される容量素子634cの容量値が小さい場合、上述した液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧の変化は顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短くすることができるので、トランジスタ634tが非導通状態になった後における液晶素子を用いた表示素子635の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子を用いた表示素子635に並列で接続される容量素子634cの容量値が小さい場合でも、トランジスタ634tが非導通状態になった後に、液晶素子を用いた表示素子635の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態3)
上記実施の形態で例示したトランジスタのチャネルが形成される領域に好適に用いることができる半導体の一例について、以下に説明する。
酸化物半導体は、エネルギーギャップが3.0eV以上と大きく、キャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流(オフ電流)を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。
酸化物半導体膜をトランジスタに適用する場合、酸化物半導体膜の膜厚は2nm以上40nm以下とすることが好ましい。
トランジスタに適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特にInとZnを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)、スズ(Sn)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、チタン(Ti)、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタノイド(例えば、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ガドリニウム(Gd))から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn系酸化物、Sn−Zn系酸化物、Al−Zn系酸化物、Zn−Mg系酸化物、Sn−Mg系酸化物、In−Mg系酸化物、In−Ga系酸化物、In−Ga−Zn系酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Zn系酸化物、Sn−Ga−Zn系酸化物、Al−Ga−Zn系酸化物、Sn−Al−Zn系酸化物、In−Hf−Zn系酸化物、In−Zr−Zn系酸化物、In−Ti−Zn系酸化物、In−Sc−Zn系酸化物、In−Y−Zn系酸化物、In−La−Zn系酸化物、In−Ce−Zn系酸化物、In−Pr−Zn系酸化物、In−Nd−Zn系酸化物、In−Sm−Zn系酸化物、In−Eu−Zn系酸化物、In−Gd−Zn系酸化物、In−Tb−Zn系酸化物、In−Dy−Zn系酸化物、In−Ho−Zn系酸化物、In−Er−Zn系酸化物、In−Tm−Zn系酸化物、In−Yb−Zn系酸化物、In−Lu−Zn系酸化物、In−Sn−Ga−Zn系酸化物、In−Hf−Ga−Zn系酸化物、In−Al−Ga−Zn系酸化物、In−Sn−Al−Zn系酸化物、In−Sn−Hf−Zn系酸化物、In−Hf−Al−Zn系酸化物を用いることができる。
ここで、In−Ga−Zn系酸化物とは、InとGaとZnを主成分として有する酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素が入っていてもよい。
また、酸化物半導体として、InMO(ZnO)(m>0、且つ、mは整数でない)で表記される材料を用いてもよい。なお、Mは、Ga、Fe、Mn及びCoから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、InSnO(ZnO)(n>0、且つ、nは整数)で表記される材料を用いてもよい。
例えば、In:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=3:1:2、あるいはIn:Ga:Zn=2:1:3の原子数比のIn−Ga−Zn系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がキャリアである電子を生じる要因となる。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理(脱水素化処理)を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。
なお、酸化物半導体膜への脱水化処理(脱水素化処理)によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、脱水化処理(脱水素化処理)によって減少した酸素を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。
このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理(脱水素化処理)により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、i型(真性)化またはi型に限りなく近く実質的にi型(真性)である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく(ゼロに近く)、キャリア密度が1×1017/cm以下、1×1016/cm以下、1×1015/cm以下、1×1014/cm以下、1×1013/cm以下であることをいう。
またこのように、i型又は実質的にi型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温(25℃程度)にて1×10−18A以下、好ましくは1×10−21A以下、さらに好ましくは1×10−24A以下、または85℃にて1×10−15A以下、好ましくは1×10−18A以下、さらに好ましくは1×10−21A以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、nチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも1V以上、2V以上または3V以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。
酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜などをいう。
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満の大きさの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。
CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、CAAC−OS膜について詳細な説明を行う。
CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。
一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。
なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
また、CAAC−OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CAAC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。
CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
CAAC−OS膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜することができる。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がa−b面から劈開し、a−b面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま被成膜面に到達することで、CAAC−OS膜を成膜することができる。
平板状のスパッタリング粒子は、例えばa−b面に平行な面の円相当径が3nm以上10nm以下、厚さ(a−b面に垂直な方向の長さ)が0.7nm以上1nm未満である。なお、平板状のスパッタリング粒子は、a−b面に平行な面が正三角形又は正六角形であってもよい。ここで、面の円相当径とは、面の面積と等しい正円の直径をいう。
また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
成膜時の基板温度を高めることで、基板に到達した平板状のスパッタリング粒子のマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。このとき、スパッタリング粒子が正に帯電することで、スパッタリング粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパッタリング粒子が偏って不均一に重なることがなく、厚さの均一なCAAC−OS膜を成膜することができる。具体的には、基板温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜することが好ましい。
また、成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素および窒素など)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。
CAAC−OS膜を成膜した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下とする。また、加熱処理の時間は1分以上24時間以下、好ましくは6分以上4時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気又は酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、CAAC−OS膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理によりCAAC−OS膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。また、加熱処理を行うことで、CAAC−OS膜の結晶性をさらに高めることができる。なお、加熱処理は、1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下又は1Pa以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、CAAC−OS膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
スパッタリング用ターゲットの一例として、In−Ga−Zn−O化合物ターゲットについて以下に示す。
InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末を所定のmol数で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn−O化合物ターゲットとする。なお、X、YおよびZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末およびZnO粉末が、1:1:1、1:1:2、1:3:2、2:1:3、2:2:1、3:1:1、3:1:2、3:1:4、4:2:3、8:4:3、またはこれらの近傍の値とすることができる。なお、粉末の種類、およびその混合するmol数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
または、CAAC−OS膜は、以下の方法により形成してもよい。
まず、第1の酸化物半導体膜を1nm以上10nm未満の厚さで成膜する。第1の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を100℃以上500℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を30体積%以上、好ましくは100体積%として成膜する。
次に、加熱処理を行い、第1の酸化物半導体膜を結晶性の高い第1のCAAC−OS膜とする。加熱処理の温度は、350℃以上740℃以下、好ましくは450℃以上650℃以下とする。また、加熱処理の時間は1分以上24時間以下、好ましくは6分以上4時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第1の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第1の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下または1Pa以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第1の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
第1の酸化物半導体膜は、厚さが1nm以上10nm未満であることにより、厚さが10nm以上である場合と比べ、加熱処理によって容易に結晶化させることができる。
次に、第1の酸化物半導体膜と同じ組成である第2の酸化物半導体膜を10nm以上50nm以下の厚さで成膜する。第2の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を100℃以上500℃以下、好ましくは150℃以上450℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を30体積%以上、好ましくは100体積%として成膜する。
次に、加熱処理を行い、第2の酸化物半導体膜を第1のCAAC−OS膜から固相成長させることで、結晶性の高い第2のCAAC−OS膜とする。加熱処理の温度は、350℃以上740℃以下、好ましくは450℃以上650℃以下とする。また、加熱処理の時間は1分以上24時間以下、好ましくは6分以上4時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第2の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第2の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下または1Pa以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第2の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
以上のようにして、合計の厚さが10nm以上であるCAAC−OS膜を形成することができる。
また、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。
例えば、酸化物半導体膜を、酸化物半導体膜(便宜上、第1層と呼ぶ)とゲート絶縁膜との間に、第1層を構成する元素からなり、第1層よりも電子親和力が0.2eV以上小さい第2層を設けてもよい。このとき、ゲート電極から電界が印加されると、第1層にチャネルが形成され、第2層にはチャネルが形成されない。第1層は、第2層と構成する元素が同じであるため、第1層と第2層との界面において、界面散乱がほとんど起こらない。従って、第1層とゲート絶縁膜との間に第2層を設けることによって、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
さらに、ゲート絶縁膜に酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いる場合、ゲート絶縁膜に含まれるシリコンが、酸化物半導体膜に混入することがある。酸化物半導体膜にシリコンが含まれると、酸化物半導体膜の結晶性の低下、キャリア移動度の低下などが起こる。従って、チャネルの形成される第1層のシリコン濃度を低減するために、第1層とゲート絶縁膜との間に第2層を設けることが好ましい。同様の理由により、第1層を構成する元素からなり、第1層よりも電子親和力が0.2eV以上小さい第3層を設け、第1層を第2層および第3層で挟むことが好ましい。
このような構成とすることで、チャネルの形成される領域へのシリコンなどの不純物の拡散を低減さらには防止することができるため、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。
なお、酸化物半導体膜をCAAC−OS膜とするためには、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を2.5×1021/cm以下とする。好ましくは、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を、1.4×1021/cm未満、より好ましくは4×1019/cm未満、さらに好ましくは2.0×1018/cm未満とする。酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度が、1.4×1021/cm以上であると、トランジスタの電界効果移動度の低下の恐れがあり、4.0×1019/cm以上であると、酸化物半導体膜と接する膜との界面で酸化物半導体膜がアモルファス化する恐れがあるためである。また、酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度を2.0×1018/cm未満とすることで、トランジスタの信頼性のさらなる向上並びに酸化物半導体膜におけるDOS(density of state)の低減が期待できる。なお、酸化物半導体膜中のシリコン濃度は、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)で測定することができる。
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様のプログラムについて、図8を参照しながら説明する。
本実施の形態で例示して説明するプログラムは、操作面から操作体までの垂直方向の距離がしきい値(th1)以下となったことを検知するステップと、当該操作体の水平方向の移動距離及び垂直方向の座標を計測するステップと、一定時間内に当該水平方向の移動距離がしきい値(th2)より大きくなり、且つ、操作面から操作体までの垂直方向の距離がしきい値(th1)を超える場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備える処理を演算装置に実行させるプログラムである。
これにより、操作体の水平方向の移動距離のみならず垂直方向の座標を利用することができる。その結果、入力方法の多様化に対応可能な情報処理装置の駆動方法を提供することができる。
図8は本発明の一態様のプログラムを実行する演算装置2000の構成例を説明するブロック図である。
演算装置2000は、中央演算器2111、記憶装置2112および伝送路2114を有する。伝送路2114は、中央演算器2111、記憶装置2112および入出力インターフェース2115を互いに接続し、情報の伝送を行う。
入出力装置2200は、入出力インターフェース2115を介して伝送路2114に接続される。入出力装置2200は情報を、演算装置2000の外部から入力、または演算装置2000の外部に出力するための装置である。
入出力装置2200としては、通信機器、ネットワーク接続機器または、ハードディスク、リムーバブルメモリなどの書き込み可能な外部記憶装置をその一例として挙げることができる。
入力装置2201としては、キーボード、ポインティングデバイスまたはタッチパネルなどのヒューマンインターフェース機器、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなど等のカメラ、スキャナー、CDROM、DVDROMなど読み取り専用の外部記憶装置をその一例としてあげることができる。
出力装置2202としては、表示パネル、スピーカ、プリンタなどを一例として挙げることができる。
本発明の一態様のプログラムは、あらかじめ書き込まれた読み取り専用の記憶媒体または、ネットワークを介してダウンロードにより、頒布されうる。
演算装置2000の中央演算器2111は、本発明の一態様のプログラムを入出力装置2200の外部記憶装置から記憶装置2112に読み込む。次いで、上述のプログラムの手順に従って演算処理を実行する。
演算装置2000は、プログラムの実行結果を、入出力インターフェース2115を介して出力装置2202に出力する。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様であるタッチパネルを備える情報処理装置の例について、図9を参照して説明する。
図9(A)に示す情報処理装置は、折り畳み式の情報端末の一例である。
図9(A)に示す情報処理装置は、筐体1021aと、筐体1021bと、筐体1021aに設けられたパネル1022aと、筐体1021bに設けられたパネル1022bと、軸部1023と、ボタン1024と、接続端子1025と、記録媒体挿入部1026と、スピーカ1027と、を備える。
筐体1021aと筐体1021bは、軸部1023により接続される。
図9(A)に示す情報処理装置は、軸部1023を有するため、パネル1022aとパネル1022bを対向させて折り畳むことができる。
ボタン1024は、筐体1021bに設けられる。なお、筐体1021aにボタン1024を設けてもよい。例えば、電源ボタンとしての機能を有するボタン1024を設けることより、ボタン1024を押すことで情報処理装置に対する電源電圧の供給を制御できる。
接続端子1025は、筐体1021aに設けられる。なお、筐体1021bに接続端子1025が設けられていてもよい。また、接続端子1025が筐体1021a及び筐体1021bの一方又は両方に複数設けられていてもよい。接続端子1025は、図9(A)に示す情報処理装置と他の機器を接続するための端子である。
記録媒体挿入部1026は、筐体1021aに設けられる。筐体1021bに記録媒体挿入部1026が設けられていてもよい。また、記録媒体挿入部1026が筐体1021a及び筐体1021bの一方又は両方に複数設けられていてもよい。例えば、記録媒体挿入部にカード型記録媒体を挿入することにより、カード型記録媒体のデータを情報処理装置に読み出し、又は情報処理装置内のデータをカード型記録媒体に書き込むことができる。
スピーカ1027は、筐体1021bに設けられる。スピーカ1027は、音声を出力する。なお、筐体1021aにスピーカ1027を設けてもよい。
なお、筐体1021a又は筐体1021bにマイクを設けてもよい。筐体1021a又は筐体1021bにマイクが設けられることにより、例えば図9(A)に示す情報処理装置を電話機として機能させることができる。
図9(A)に示す情報処理装置は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有し、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。
図9(B)に示す情報処理装置は、据え置き型情報端末の一例である。図9(B)に示す情報処理装置は、筐体1031と、筐体1031に設けられたパネル1032と、ボタン1033と、スピーカ1034と、を具備する。
なお、筐体1031の甲板部1035にパネル1032と同様のパネルを設けてもよい。
さらに、筐体1031に券などを出力する券出力部、硬貨投入部、及び紙幣挿入部などを設けてもよい。
ボタン1033は、筐体1031に設けられる。例えば、ボタン1033が電源ボタンであれば、ボタン1033を押すことで情報処理装置に対する電源電圧の供給を制御できる。
スピーカ1034は、筐体1031に設けられる。スピーカ1034は、音声を出力する。
図9(B)に示す情報処理装置は、例えば現金自動預け払い機、チケットなどの注文をするための情報通信端末(マルチメディアステーションともいう)、又は遊技機としての機能を有し、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。
図9(C)に示す情報処理装置は、据え置き型情報端末の一例である。図9(C)に示す情報処理装置は、筐体1041と、筐体1041に設けられたパネル1042と、筐体1041を支持する支持台1043と、ボタン1044と、接続端子1045と、スピーカ1046と、を備える。
なお、筐体1041に外部機器に接続させるための接続端子を設けてもよい。
ボタン1044は、筐体1041に設けられる。例えば、ボタン1044が電源ボタンであれば、ボタン1044を押すことで情報処理装置に対する電源電圧の供給を制御できる。
接続端子1045は、筐体1041に設けられる。接続端子1045は、図9(C)に示す情報処理装置と他の機器を接続するための端子である。例えば、接続端子1045により図9(C)に示す情報処理装置とパーソナルコンピュータを接続すると、パーソナルコンピュータから入力されるデータ信号に応じた画像をパネル1042に表示させることができる。例えば、図9(C)に示す情報処理装置のパネル1042が接続する他の情報処理装置のパネルより大きければ、当該他の情報処理装置の表示画像を拡大することができ、複数の人が同時に視認しやすくなる。
スピーカ1046は、筐体1041に設けられる。スピーカ1046は、音声を出力する。
図9(C)に示す情報処理装置は、例えば出力モニタ、パーソナルコンピュータ、及びテレビジョン装置の一つ又は複数としての機能を有し、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。
図9(D)及び図9(E)に示す情報処理装置は、携帯型情報端末の一例である。
図9(D)に示す携帯情報端末1010は、筐体1011に組み込まれたパネル1012Aの他、操作ボタン1013、スピーカ1014、その他図示しないマイク、ステレオヘッドフォンジャック、メモリカード挿入口、カメラ、USBコネクタなどの外部接続ポート等を備えている。
図9(D)に示す携帯情報端末1010は、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。
図9(E)に示す携帯情報端末1020は、筐体1011の側面に添うように湾曲したパネル1012Bを具備する例である。タッチパネル及び表示素子の支持基板として、曲面を有する基板を適用することで、曲面を有するパネルを具備する携帯型情報端末とすることができる。
図9(E)に示す携帯情報端末1020は、筐体1011に組み込まれたパネル1012Bの他、操作ボタン1013、スピーカ1014、マイク1015、その他図示しないステレオヘッドフォンジャック、メモリカード挿入口、カメラ、USBコネクタなどの外部接続ポート等を備えている。
図9(D)及び図9(E)に示す携帯型情報端末は、例えば電話機、電子書籍、パーソナルコンピュータ、及び遊技機の一つ又は複数としての機能を有する。
図9(F)に示す情報処理装置は、折り畳み式の情報端末の一例である。
図9(F)に示す情報処理装置は、筐体1051と筐体1052と筐体1051に設けられたパネル1054と、筐体1052に設けられたパネル1055と、スピーカ1056と、起動ボタン1057と、接続端子1025と、を備える。
図9(F)に示す情報処理装置は、筐体1051と筐体1052が軸部1053によって接続され、筐体1051と筐体1052を折り畳むことができる。
図9(F)に示す情報処理装置は、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。
例えば、パネル1054にキーボード等の入力キーを表示させ、これをタッチする動作と、パネル1054上でジェスチャ入力を行う動作とを組み合わせて、パネル1055に表示させたアプリケーションを操作することができる。
以上が図9に示す情報処理装置の例の説明である。
図9を参照して説明したように、本実施の形態に係る情報処理装置は、上記実施の形態で示した駆動方法を実行することができる。したがって多様な入力方法が実現でき、また操作者への目の疲労が低減されている。
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
100 表示部
102 演算装置
104 タッチパネル
105 トランジスタ
106 表示素子
107 画素部
108 信号線駆動回路
109 走査線駆動回路
110 画素
111 駆動回路
200 携帯情報端末
201 筐体
202 表示面
203 スイッチ
204 指
205 代表点
500 タッチパネル
500_C 信号
600 情報処理装置
620 演算装置
625_C 制御信号
625_V 画像信号
630 表示部
631 画素部
631a 領域
631b 領域
631c 領域
631p 画素
632 G駆動回路
632_G G信号
633 S駆動回路
633_S S信号
634 画素回路
634c 容量素子
634t トランジスタ
635 表示素子
638 Dコントローラ
650 光供給部
1010 携帯情報端末
1011 筐体
1012A パネル
1012B パネル
1013 操作ボタン
1014 スピーカ
1015 マイク
1020 携帯情報端末
1021a 筐体
1021b 筐体
1022a パネル
1022b パネル
1023 軸部
1024 ボタン
1025 接続端子
1026 記録媒体挿入部
1027 スピーカ
1031 筐体
1032 パネル
1033 ボタン
1034 スピーカ
1035 甲板部
1041 筐体
1042 パネル
1043 支持台
1044 ボタン
1045 接続端子
1046 スピーカ
1051 筐体
1052 筐体
1053 軸部
1054 パネル
1055 パネル
1056 スピーカ
1057 起動ボタン
2000 演算装置
2111 中央演算器
2112 記憶装置
2114 伝送路
2115 入出力インターフェース
2200 入出力装置
2201 入力装置
2202 出力装置

Claims (5)

  1. 画像を表示する表示面、及び操作体が近接又は接触する操作面を有する情報処理装置の駆動方法であって、
    前記操作面から前記操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、
    前記操作体の第1の座標を取得するステップと、
    一定時間後の前記操作体の第2の座標を取得するステップと、
    前記第2の座標の前記垂直方向の距離が前記しきい値を超え、且つ、前記第1の座標及び前記第2の座標から計算される前記操作体の水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備えた、情報処理装置の駆動方法。
  2. 画像を表示する表示面、及び操作体が近接又は接触する操作面を有する情報処理装置の駆動方法であって、
    前記操作面から前記操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、
    前記操作体の第1の座標を取得するステップと、
    一定時間後の前記操作体の第2の座標を取得するステップと、
    前記第2の座標の前記垂直方向の距離が前記しきい値を超えている場合に、前記第1の座標及び前記第2の座標から前記操作体の水平方向の移動距離を計算するステップと、
    前記水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備えた、情報処理装置の駆動方法。
  3. 請求項1または2に記載の前記画像切り替え信号を出力可能なタッチパネルと、表示部とを有する情報処理装置の駆動方法であって、
    前記表示部は、
    入力される第1の駆動信号を保持し、前記第1の駆動信号に応じて前記表示面に表示する画像を変化する表示素子を含む画素回路と、
    前記第1の駆動信号を、前記画素回路に出力する第1の駆動回路と、
    前記画素回路を選択する第2の駆動信号を、前記画素回路に出力する第2の駆動回路を有し、
    前記第2の駆動回路は、
    前記第2の駆動信号を、前記画素回路に1秒間に30回以上の頻度で出力する第1のモードと、0.1回未満の頻度で出力する第2のモードを備え、
    前記画像切り替え信号が、前記第2のモードのときに入力されると、前記第1のモードに切り替わり、前記第2の駆動信号を1回以上出力する、情報処理装置の駆動方法。
  4. 請求項3において、前記第2の駆動信号を1回以上出力した後に、前記第2のモードに再度切り替わる、情報処理装置の駆動方法。
  5. 操作体が近接又は接触する操作面から前記操作体までの垂直方向の距離がしきい値以下となったことを検知するステップと、
    前記操作体の第1の座標を取得するステップと、
    一定時間後の前記操作体の第2の座標を取得するステップと、
    前記第2の座標の前記垂直方向の距離が前記しきい値を超え、且つ、前記第1の座標及び前記第2の座標から計算される前記操作体の水平方向の移動距離がしきい値より大きい場合に、画像切り替え信号を出力するステップと、を備える処理を演算装置に実行させるプログラム。
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