JP2017041876A - 半導体装置、表示パネル、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態では、階調電圧生成回路としての機能を有する半導体装置の一例について説明する。
図1は、半導体装置10を説明するための、回路構成の一例を示す回路図である。
<半導体装置の動作>
次いで図2に示す半導体装置10Aの動作の具体例を示し、本発明の一態様の作用について説明する。
図8に示すD/A変換回路11は、電圧生成回路11aと、PTL(パストランジスタロジック)11bと、PTL11cを有する。
図9に示すトランスコンダクタンスアンプ15は、端子IN1、IN2に、電圧VHI、VLOが入力される。図9に示すトランスコンダクタンスアンプ15は、トランジスタ17A及び17Bを流れる電流IB_LBに応じて、電流I1N、I1Pを出力する。トランジスタ17A及び17Bは、図2に示す電流源17に対応する。
図12に示すトランスコンダクタンスアンプ19は、入力端子に電圧VO、VLOが入力される。トランスコンダクタンスアンプ19は、電流源21を構成するトランジスタ21Aおよびトランジスタ21Bにバイアス電圧VB3、VB4を与えて定電流IBを流す。トランスコンダクタンスアンプ19は、電圧VO、VLOの差に応じてトランスコンダクタンスアンプ19の出力電流、すなわち電流IB/2+ΔI1Nおよび電流IB/2−ΔI1Nを変化させる。図12では、矢印を付して回路間を流れる電流を図示している。
上述したように本実施の形態の構成は、下位ビットの階調電圧に応じた電流をトランスコンダクタンスアンプで生成する際、トランスコンダクタンスアンプに与える電圧VHI、VLOは、下位ビットの最上位ビットのデジタル信号に応じて、2つの入力端子に対して切り替えて入力する構成とする。トランスコンダクタンスアンプから出力される電流の最大値及び最小値の双方にオフセット電圧に応じた変化分が加わるため、オフセット電圧に起因した階調電圧のばらつきを抑制することができる。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した、階調電圧生成回路として機能する半導体装置を含む表示装置の回路ブロック図について説明する。図13には、ソースドライバ、ゲートドライバ、表示部の回路ブロック図を示している。
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置の断面構造の一例について、図15を参照して説明する。
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を用いた応用例として、表示パネルに適用する例、該表示パネルを表示モジュールに適用する例、該表示モジュールの応用例、及び電子機器への応用例について、図16乃至図18を用いて説明する。
半導体装置の表示パネルへの実装例について、図16(A)、(B)を用いて説明する。
次いで図16(A)、(B)の表示パネルを用いた表示モジュールの応用例について、図17を用いて説明を行う。
次いで、コンピュータ、携帯情報端末(携帯電話、携帯型ゲーム機、音響再生装置なども含む)、電子ペーパー、テレビジョン装置(テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう)、デジタルビデオカメラなどの電子機器の表示パネルを、上述の表示モジュールを適用した表示パネルとする場合について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を適用可能な表示パネルの構成について、図20乃至図23を参照しながら説明する。
表示パネル700は、信号線S1(j)と、画素702(i,j)と、を有する(図20(B−1)および図20(B−2)参照)。
表示パネルは、基板670、基板770、構造体KB1、封止材705および接合層605、を有する。
作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を基板670等に用いることができる。具体的には厚さ0.7mmの無アルカリガラスを用いることができる。
例えば、透光性を備える材料を基板770に用いることができる。具体的には、基板670に用いることができる材料から選択された材料を基板770に用いることができる。具体的には厚さ0.7mmまたは厚さ0.1mm程度まで研磨した無アルカリガラスを用いることができる。
例えば、有機材料、無機材料または有機材料と無機材料の複合材料を構造体KB1等に用いることができる。これにより、構造体KB1等を挟む構成の間に所定の間隔を設けることができる。
無機材料、有機材料または無機材料と有機材料の複合材料等を封止材705等に用いることができる。
例えば、封止材705に用いることができる材料を接合層605に用いることができる。
例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の複合材料を、絶縁膜621等に用いることができる。
例えば、絶縁膜621に用いることができる材料を絶縁膜628等に用いることができる。具体的には、厚さ1μmのポリイミドを含む膜を絶縁膜628に用いることができる。
例えば、絶縁膜621に用いることができる材料を第2の絶縁膜601Cに用いることができる。具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を第2の絶縁膜601Cに用いることができる。これにより、画素回路または第2の表示素子等への不純物の拡散を抑制することができる。
導電性を備える材料を配線等に用いることができる。具体的には、導電性を備える材料を、信号線S1(j)、信号線S2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOM、配線ANO、端子619B、端子619C、導電膜611Bまたは導電膜611C等に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料を第1の導電膜または第2の導電膜に用いることができる。
画素回路630(i,j)は、信号線S1(j)、信号線S2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOMおよび配線ANOと電気的に接続される(図22参照)。
例えば、ボトムゲート型またはトップゲート型等のトランジスタをスイッチSW1、スイッチSW2、トランジスタM、トランジスタMD等に用いることができる。
例えば、光の反射または透過を制御する機能を備える表示素子を、第1の表示素子750(i,j)等に用いることができる。例えば、液晶素子と偏光板を組み合わせた構成またはシャッター方式のMEMS表示素子等を用いることができる。反射型の表示素子を用いることにより、表示パネルの消費電力を抑制することができる。具体的には、反射型の液晶表示素子を第1の表示素子750に用いることができる。
例えば、配線等に用いる材料を第1の電極751(i,j)に用いることができる。具体的には、反射膜を第1の電極751(i,j)に用いることができる。
例えば、可視光を反射する材料を反射膜に用いることができる。具体的には、銀を含む材料を反射膜に用いることができる。例えば、銀およびパラジウム等を含む材料または銀および銅等を含む材料を反射膜に用いることができる。
非開口部の総面積に対する開口部751Hの総面積の比の値が大きすぎると、第1の表示素子750(i,j)を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口部751Hの総面積の比の値が小さすぎると、第2の表示素子650(i,j)を用いた表示が暗くなってしまう。
例えば、可視光について透光性を有し且つ導電性を備える材料を、第2の電極752に用いることができる。
例えば、ポリイミド等を含む材料を配向膜AF1または配向膜AF2に用いることができる。具体的には、所定の方向に配向するようにラビング処理または光配向技術を用いて形成された材料を用いることができる。
所定の色の光を透過する材料を着色膜CF1に用いることができる。これにより、着色膜CF1を例えばカラーフィルターに用いることができる。
光の透過を妨げる材料を遮光膜BMに用いることができる。これにより、遮光膜BMを例えばブラックマトリクスに用いることができる。
例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を絶縁膜771に用いることができる。
例えば、偏光板、位相差板、拡散フィルム、反射防止膜または集光フィルム等を機能膜770Pに用いることができる。または、2色性色素を含む偏光板を機能膜770Pに用いることができる。
例えば、発光素子を第2の表示素子650(i,j)に用いることができる。具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子または発光ダイオードなどを、第2の表示素子650(i,j)に用いることができる。
シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路GDに用いることができる。例えば、トランジスタMD、容量素子等を駆動回路GDに用いることができる。具体的には、トランジスタMと同一の工程で形成することができる半導体膜を備えるトランジスタを用いることができる。
例えば、集積回路を駆動回路SDに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に形成された集積回路を駆動回路SDに用いることができる。
酸化物半導体膜の抵抗率を制御する方法について説明する。
以上の実施の形態、及び実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
以下では、上記実施の形態中で言及しなかった語句の定義について説明する。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、一例としては、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、そのときは、R(赤)G(緑)B(青)の色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Rの画素とGの画素とBの画素との三画素から構成されるものとする。
本明細書等において、表示素子とは、電気的作用または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものである。表示素子の一例としては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子、LEDチップ(白色LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、カーボンナノチューブを用いた表示素子、液晶素子、電子インク、電子粉流体(登録商標)エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、プラズマディスプレイパネル(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェロメトリック・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、圧電セラミックディスプレイなど)、カーボンナノチューブを用いた表示素子、または、量子ドットを用いた表示素子など、がある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク、電子粉流体(登録商標)、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。量子ドットを各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。なお、量子ドットは、表示素子としてではなく、バックライトの一部に設けてもよい。量子ドットを用いることにより、色純度の高い表示を行うことができる。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。なお、LEDチップを用いる場合、LEDチップの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDチップを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDチップが有するGaN半導体層は、MOCVDで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDチップが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。また、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間(例えば、表示素子が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板との間)に、乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、MEMSなどが水分によって動きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。
本明細書等において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
IN2 端子
VB3 バイアス電圧
VB5 バイアス電圧
VB8 バイアス電圧
10 半導体装置
10A 半導体装置
11 D/A変換回路
11a 電圧生成回路
11b パストランジスタロジック
11c パストランジスタロジック
11d 抵抗
11e トランジスタ
11f トランジスタ
11g トランジスタ
11h トランジスタ
13 回路
14 差動増幅回路
15 トランスコンダクタンスアンプ
16A トランジスタ
16B トランジスタ
17 電流源
17A トランジスタ
18 差動増幅回路
19 トランスコンダクタンスアンプ
20A トランジスタ
20B トランジスタ
21 電流源
21A トランジスタ
21B トランジスタ
22 トランジスタ
23 電流電圧変換回路
41 トランジスタ
43 トランジスタ
45 電圧生成回路
47 パストランジスタロジック
49 抵抗
51 トランジスタ
53 トランジスタ
55 差動増幅回路
57 カレントミラー回路
59 カレントミラー回路
100 半導体装置
100A 半導体装置
200 ソースドライバ
201 ゲートドライバ
202 表示部
203 画素
203A 画素
203B 画素
211 デジタル回路部
231 トランジスタ
212 D/Aコンバータ
232 容量素子
233 液晶素子
213 出力回路部
221 トランジスタ
222 トランジスタ
223 EL素子
500 基板
501 チャネル形成領域
502 低濃度不純物領域
503 高濃度不純物領域
504a ゲート絶縁膜
504b ゲート絶縁膜
505a ゲート電極層
505b ゲート電極層
506a ソース電極層
506b ドレイン電極層
506c ソース電極層
506d ドレイン電極層
507 金属間化合物領域
508a サイドウォール絶縁膜
508b サイドウォール絶縁膜
509 素子分離絶縁膜
510 トランジスタ
511 チャネル形成領域
512 低濃度不純物領域
513 高濃度不純物領域
517 金属間化合物領域
520 トランジスタ
521 層間絶縁膜
522 層間絶縁膜
523 配線
711 表示部
712 ソースドライバ
712A ゲートドライバ
712B ゲートドライバ
713 基板
714 ソースドライバIC
715 FPC
716 外部回路基板
901 筐体
902 筐体
903a 表示部
903b 表示部
904 選択ボタン
905 キーボード
910 電子書籍端末
911 筐体
912 筐体
913 表示部
914 表示部
915 軸部
916 電源
917 操作キー
918 スピーカー
920 テレビジョン装置
921 筐体
922 表示部
923 スタンド
924 リモコン操作機
930 本体
931 表示部
932 スピーカー
933 マイク
934 操作ボタン
941 本体
942 表示部
943 操作スイッチ
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003 FPC
8004 タッチパネル
8005 FPC
8006 表示パネル
8007 バックライトユニット
8008 光源
8009 フレーム
8010 プリント基板
8011 バッテリー
AF1 配向膜
AF2 配向膜
C1 容量素子
C2 容量素子
CF1 着色膜
G1 走査線
G2 走査線
KB1 構造体
S1 信号線
S2 信号線
SW1 スイッチ
SW2 スイッチ
ANO 配線
CSCOM 配線
VCOM1 配線
VCOM2 配線
601C 絶縁膜
604 導電膜
605 接合層
606 絶縁膜
608 半導体膜
611B 導電膜
611C 導電膜
612A 導電膜
612B 導電膜
616 絶縁膜
618 絶縁膜
619B 端子
619C 端子
620 機能層
621 絶縁膜
622 接続部
624 導電膜
628 絶縁膜
630 画素回路
650 表示素子
651 電極
652 電極
653 発光性の有機化合物を含む層
670 基板
671 電極
691A 開口部
691B 開口部
691C 開口部
700 表示パネル
702 画素
705 封止材
750 表示素子
751 電極
751H 開口部
752 電極
753 液晶材料を含む層
770 基板
770P 機能膜
771 絶縁膜
Claims (6)
- Nビット(Nは2以上の自然数)のデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する半導体装置であって、
デジタルアナログ変換回路と、第1の差動増幅回路と、第2の差動増幅回路と、電流電圧変換回路と、切り替え回路と、を有し、
前記デジタルアナログ変換回路は、上位の(N−M)ビット(Mは、Nより小さい自然数)のデジタル信号を基に第1の電圧及び第2の電圧を生成する機能を有し、
前記第1の差動増幅回路は、第1の電流源に流れる電流に応じて、前記第1の電圧と、前記第2の電圧との差に応じた第1の電流を生成する機能を有し、
前記第2の差動増幅回路は、第2の電流源に流れる電流に応じて、前記第1の電圧と、前記半導体装置の出力電圧との差異に応じた第2の電流を生成する機能を有し、
前記電流電圧変換回路は、前記第1の電流と前記第2の電流との和に応じた電流に応じて、前記出力電圧を生成する機能を有し、
前記第1の差動増幅回路は、第1の入力端子及び第2の入力端子を有し、
前記切り替え回路は、前記第1の電圧を前記第1の入力端子に与え、前記第2の電圧を前記第2の入力端子に与える第1の状態と、前記第1の電圧を前記第2の入力端子に与え、前記第2の電圧を前記第1の入力端子に与える第2の状態と、切り替える機能を有し、
前記切り替え回路は、前記Mビットのデジタル信号に従って、前記第1の状態と前記第2の状態とを切り替える機能を有する、半導体装置。 - 請求項1において、前記デジタルアナログ変換回路は、直列に接続された抵抗素子と、前記(N−M)ビットのデジタル信号が与えられるパストランジスタロジックと、を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1または2において、前記第1の差動増幅回路及び前記第2の差動増幅回路は、トランスコンダクタンスアンプであることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記第1の電流源は、直列に接続された抵抗素子と、前記Mビットのデジタル信号が与えられるパストランジスタロジックと、を有し、
前記パストランジスタロジックで選択された電圧値を基に電流を生成することを特徴とする半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれか一に記載の半導体装置と、
表示装置と、を有することを特徴とする表示パネル。 - 請求項5に記載の表示パネルと、
操作ボタンと、を有することを特徴とする電子機器。
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