JP2023093390A - 表示装置、及び電子機器 - Google Patents

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肇 木村
Hajime Kimura
達則 井上
Tatsunori Inoue
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Abstract

【課題】表示品位の高い表示装置を提供する。【解決手段】画素と、回路と、を有する表示装置である。画素は、発光デバイスと、駆動トランジスタと、第1スイッチと、第2スイッチと、第1容量と、を有する。回路は、第3スイッチと、第4スイッチと、第5スイッチと、第2容量と、を有する。第1スイッチの第1端子は、第1容量の第1端子と、駆動トランジスタのソース又はドレインの一方と、発光デバイスのアノードと、に電気的に接続されている。駆動トランジスタのゲートは、第2スイッチの第1端子と、第1容量の第2端子と、に電気的に接続されている。第1スイッチの第2端子は、第3スイッチの第1端子と、第2容量の第1端子と、に電気的に接続されている。第2容量の第2端子は、第4スイッチの第1端子と、第5スイッチの第1端子と、に電気的に接続されている。【選択図】図1

Description

本発明の一態様は、表示装置、及び電子機器に関する。
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、駆動方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、信号処理装置、プロセッサ、電子機器、システム、それらの駆動方法、それらの製造方法、又はそれらの検査方法を一例として挙げることができる。
近年、VR(仮想現実)、AR(拡張現実)などのXR(Extended Reality又はCross Reality)向けの電子機器、スマートフォンなどの携帯電話、タブレット型情報端末、ノート型PC(パーソナルコンピュータ)等が有する表示装置において、様々な面で改良が進められている。例えば、画面解像度が高い、色再現性(NTSC比)が高い、駆動回路が小さい、又は消費電力が低い、表示装置の開発が行われている。
特に、表示装置の画素密度(精細度)、及び色再現性を高くすることで、表示される画像が鮮明となり、現実感を高めることができる。また、特許文献1には、有機EL(Electroluminescence)材料が含まれる発光デバイスを備えた、高画素数、高精細の表示装置が開示されている。
国際公開第2019/220278号
特に、有機EL材料が含まれる発光デバイスを有する表示装置の精細度を高くすることで、発光デバイスが形成されている領域(発光面)の面積は小さくなる。発光デバイスの領域(発光面)の面積が小さくなったとき、発光デバイスが発光するために必要な電流の量は小さくなるが、許容電流の量も小さくなる。つまり、発光デバイスの表示装置の精細度を高くすることで、発光デバイスに流すことができる電流量の範囲が狭まるため、発光デバイスの輝度の調整には、細かい電流量を制御する必要がある。
本発明の一態様は、発光デバイスに流れる電流の量を細かく制御することができる表示装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、精細度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、表示品位が高い表示装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、新規の表示装置を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、上述した表示装置を含む電子機器を提供することを課題の一とする。
なお、本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び他の課題の全てを解決する必要はない。
(1)
本発明の一態様は、画素と、回路と、を有する、表示装置である。画素は、発光デバイスと、駆動トランジスタと、第1スイッチと、第2スイッチと、第1容量と、を有する。また、回路は、第3スイッチと、第4スイッチと、第5スイッチと、第2容量と、駆動回路と、を有する。第1スイッチの第1端子は、第1容量の第1端子と、駆動トランジスタのソース又はドレインの一方と、発光デバイスのアノードと、に電気的に接続されている。また、駆動トランジスタのゲートは、第2スイッチの第1端子と、第1容量の第2端子と、に電気的に接続されている。また、第1スイッチの第2端子は、第3スイッチの第1端子と、第2容量の第1端子と、に電気的に接続されている。また、第2容量の第2端子は、第4スイッチの第1端子と、第5スイッチの第1端子と、に電気的に接続されている。また、第5スイッチの第2端子は、駆動回路に電気的に接続されている。駆動回路は、第5スイッチの第2端子に、画像データ信号を送信する機能を有する。
(2)
又は、本発明の一態様は、上記(1)において、第1スイッチは、nチャネル型の第1トランジスタを有し、第2スイッチは、nチャネル型の第2トランジスタを有する構成としてもよい。特に、第1トランジスタのソース又はドレインの一方は、第1スイッチの第1端子に電気的に接続され、第1トランジスタのソース又はドレインの他方は、第1スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第2トランジスタのソース又はドレインの一方は、第2スイッチの第1端子に電気的に接続され、第2トランジスタのソース又はドレインの他方は、第2スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。
(3)
又は、本発明の一態様は、上記(1)の構成と異なる、画素と、回路と、を有する、表示装置である。画素は、発光デバイスと、駆動トランジスタと、第1スイッチと、第2スイッチと、第6スイッチと、第7スイッチと、第1容量と、第3容量と、を有する。また、回路は、第3スイッチと、第4スイッチと、第5スイッチと、第2容量と、駆動回路と、を有する。また、駆動トランジスタは、第1ゲートと、第2ゲートと、を有する。また、第1スイッチの第1端子は、第6スイッチの第1端子と、第1容量の第1端子と、第3容量の第1端子と、駆動トランジスタのソース又はドレインの一方と、発光デバイスのアノードと、に電気的に接続されている。また、駆動トランジスタの第1ゲートは、第2スイッチの第1端子と、第6スイッチの第2端子と、第1容量の第2端子と、に電気的に接続されている。また、第3容量の第2端子は、駆動トランジスタの第2ゲートと、第7スイッチの第1端子と、に電気的に接続されている。また、第1スイッチの第2端子は、第3スイッチの第1端子と、第2容量の第1端子と、に電気的に接続されている。また、第2容量の第2端子は、第4スイッチの第1端子と、第5スイッチの第1端子と、に電気的に接続されている。また、第5スイッチの第2端子は、駆動回路に電気的に接続されている。駆動回路は、第5スイッチの第2端子に、画像データ信号を送信する機能を有する。
(4)
又は、本発明の一態様は、上記(3)において、第1スイッチは、nチャネル型の第1トランジスタを有し、第2スイッチは、nチャネル型の第2トランジスタを有し、第6スイッチは、nチャネル型の第6トランジスタを有し、第7スイッチは、nチャネル型の第7トランジスタを有する構成としてもよい。特に、第1トランジスタのソース又はドレインの一方は、第1スイッチの第1端子に電気的に接続され、第1トランジスタのソース又はドレインの他方は、第1スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第2トランジスタのソース又はドレインの一方は、第2スイッチの第1端子に電気的に接続され、第2トランジスタのソース又はドレインの他方は、第2スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第6トランジスタのソース又はドレインの一方は、第6スイッチの第1端子に電気的に接続され、第6トランジスタのソース又はドレインの他方は、第6スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第7トランジスタのソース又はドレインの一方は、第7スイッチの第1端子に電気的に接続され、第7トランジスタのソース又はドレインの他方は、第7スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。
(5)
又は、本発明の一態様は、上記(1)乃至(4)のいずれか一において、第3スイッチは、nチャネル型の第3トランジスタを有し、第4スイッチは、nチャネル型の第4トランジスタを有し、第5スイッチは、nチャネル型の第5トランジスタを有する構成としてもよい。特に、第3トランジスタのソース又はドレインの一方は、第3スイッチの第1端子に電気的に接続され、第3トランジスタのソース又はドレインの他方は、第3スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第4トランジスタのソース又はドレインの一方は、第4スイッチの第1端子に電気的に接続され、第4トランジスタのソース又はドレインの他方は、第4スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。また、第5トランジスタのソース又はドレインの一方は、第5スイッチの第1端子に電気的に接続され、第5トランジスタのソース又はドレインの他方は、第5スイッチの第2端子に電気的に接続されていることが好ましい。
(6)
又は、本発明の一態様は、上記(1)乃至(5)のいずれか一において、発光デバイスは、有機ELデバイスを有する構成としてもよい。
(7)
又は、本発明の一態様は、上記(1)乃至(6)のいずれか一の表示装置と、筐体と、を有する、電子機器である。
本発明の一態様によって、発光デバイスに流れる電流の量を細かく制御することができる表示装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、精細度が高い表示装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、表示品位が高い表示装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、新規の表示装置を提供することができる。又は、本発明の一態様によって、上述した表示装置を含む電子機器を提供することができる。
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
図1は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図2は、表示装置の構成例を示すブロック図である。 図3(A)乃至図3(C)は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図4は、トランジスタのソース-ドレイン間電流とゲート-ソース間電圧の特性を示す図である。 図5(A)乃至図5(C)は、回路に入力される画像データ信号と、当該回路から出力された画像データ信号と、の電位の関係を示す図である。 図6は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図7(A)及び図7(B)は、回路のレイアウト例を示す平面図である。 図8(A)乃至図8(C)は、表示装置に含まれる画素の構成例を示す回路図である。 図9は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図10は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図11は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図12は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図13(A)及び図13(B)は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図14は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図15は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図16(A)及び図16(B)は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図17は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図18は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図19は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図20は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図21は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図22は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図23は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図24は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図25は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図26(A)乃至図26(C)は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図27は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図28(A)乃至図28(C)は、回路に入力される画像データ信号と、当該回路から出力された画像データ信号と、の電位の関係を示す図である。 図29は、回路のレイアウト例を示す平面図である。 図30(A)及び図30(B)は、表示装置に含まれている回路の構成例を示す回路図である。 図31は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図32は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図33は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図34は、表示装置の動作方法例を示すタイミングチャートである。 図35は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図36は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図37は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図38は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図39は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図40は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図41は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図42は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図43は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図44は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図45は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図46は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図47は、表示装置の構成例を示す回路図である。 図48(A)乃至図48(C)は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図49(A)は、表示装置の表示部の一例を示す平面模式図であり、図49(B)は、表示装置の駆動回路領域の一例を示す平面模式図である。 図50(A)及び図50(B)は、表示装置の構成例を示す平面模式図である。 図51(A)及び図51(B)は、表示装置の構成例を示すブロック図である。 図52は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図53(A)乃至図53(C)は、表示装置の構成例の一部の領域を示す断面模式図である。 図54は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図55は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図56は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図57は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図58は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図59(A)は、表示装置の構成例を示す断面模式図であり、図59(B)及び図59(C)は、トランジスタの構成例を示す断面図である。 図60は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図61は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図62は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図63(A)は、表示装置の構成例を示す断面模式図であり、図63(B)は、発光デバイスの構成例を示す断面模式図である。 図64は、表示装置の構成例を示す断面模式図である。 図65(A)乃至図65(D)は、LEDパッケージの構成例を示す断面模式図である。 図66(A)及び図66(B)は、LEDパッケージの構成例を示す平面模式図である。 図67(A)は、表示装置の構成例を示す断面模式図であり、図67(B)は、表示装置に備わる基板と当該基板上の発光ダイオードの構成例を示す断面模式図である。 図68(A)乃至図68(F)は、発光デバイスの構成例を示す図である。 図69(A)乃至図69(C)は、発光デバイスの構成例を示す図である。 図70(A)は、表示装置に含まれる画素回路の構成例を示す回路図であり、図70(B)は、表示装置に含まれる画素回路の構成例を示す斜視模式図である。 図71(A)乃至図71(G)は、画素の一例を示す平面図である。 図72(A)乃至図72(F)は、画素の一例を示す平面図である。 図73(A)乃至図73(H)は、画素の一例を示す平面図である。 図74(A)乃至図74(D)は、画素の一例を示す平面図である。 図75(A)乃至図75(G)は、画素の一例を示す平面図である。 図76(A)は、トランジスタの構成例を示す平面模式図であり、図76(B)、及び図76(C)は、トランジスタの構成例を示す断面模式図である。 図77(A)及び図77(B)は、表示モジュールの構成例を示す図である。 図78(A)乃至図78(F)は、電子機器の構成例を示す図である。 図79(A)乃至図79(D)は、電子機器の構成例を示す図である。 図80(A)乃至図80(C)は、電子機器の構成例を示す図である。 図81(A)乃至図81(H)は、電子機器の構成例を示す図である。
本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子(例えば、トランジスタ、ダイオード、又はフォトダイオード)を含む回路、同回路を有する装置をいう。また、半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、及びパッケージにチップを収納した電子部品のそれぞれは半導体装置の一例である。また、例えば、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、及び電子機器は、それ自体が半導体装置である場合があり、半導体装置を有している場合がある。
また、本明細書等において、XとYとが接続されていると記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも、図又は文章に開示されているものとする。X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、又は層)であるとする。
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示デバイス、発光デバイス、又は負荷)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、又は、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している。
なお、XとYとの間に、素子と電源線(例えば、VDD(高電源電位)、VSS(低電源電位)、GND(接地電位)、又は所望の電位を与える配線)との両方が配置されている場合には、XとYとが電気的に接続されている、とは規定しないものとする。なお、XとYとの間に電源線のみが配置されている場合には、XとYとの間に別の素子がないため、XとYとは、直接接続されている、ということになる。よって、XとYとの間に、電源線のみが配置されている場合には、「XとYとは、電気的に接続されている」ともいえる。しかし、XとYとの間に、素子と電源線の両方が配置されている場合には、Xと電源線とが(素子を介して)電気的に接続されており、Yと電源線とが電気的に接続されている、ということになるが、XとYとは、電気的に接続されている、とは規定されない。なお、XとYとの間に、トランジスタのゲートとソースとを介している場合には、XとYとが電気的に接続されている、とは規定しないものとする。なお、XとYとの間に、トランジスタのゲートとドレインとを介している場合には、XとYとが電気的に接続されている、とは規定しないものとする。つまり、トランジスタの場合には、XとYとの間に、トランジスタのドレインとソースとを介している場合には、XとYとが電気的に接続されている、と規定するものとする。なお、XとYとの間に、容量素子が配置されている場合には、XとYとが電気的に接続されている、と規定する場合と規定しない場合がある。例えば、デジタル回路又はロジック回路の構成において、XとYとの間に、容量素子が配置されている場合には、XとYとが電気的に接続されている、とは規定しない場合がある。一方、例えば、アナログ回路の構成において、XとYとの間に、容量素子が配置されている場合には、XとYとが電気的に接続されている、と規定する場合がある。
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(例えば、インバータ、NAND回路、又はNOR回路)、信号変換回路(例えば、デジタルアナログ変換回路、アナログデジタル変換回路、又はガンマ補正回路)、電位レベル変換回路(例えば、昇圧回路若しくは降圧回路といった電源回路、又は信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(例えば、信号振幅若しくは電流量などを大きくできる回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、又はバッファ回路)、信号生成回路、記憶回路、又は制御回路)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)と、を含むものとする。
また、例えば、「XとYとトランジスタのソース(第1端子、又は第2端子の一方に言い換える場合がある)とドレイン(第1端子、又は第2端子の他方に言い換える場合がある)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース、トランジスタのドレイン、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。又は、「トランジスタのソースは、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレインはYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース、トランジスタのドレイン、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。又は、「Xは、トランジスタのソースとドレインとを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース、トランジスタのドレイン、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソースと、ドレインとを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、又は層)であるとする。
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、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。
また、本明細書等において、「抵抗素子」とは、例えば、0Ωよりも高い抵抗値を有する回路素子、又は0Ωよりも高い抵抗値を有する配線とすることができる。そのため、本明細書等において、「抵抗素子」は、抵抗値を有する配線、ソース-ドレイン間に電流が流れるトランジスタ、ダイオード、又はコイルを含むものとする。そのため、「抵抗素子」という用語は、「抵抗」、「負荷」、又は「抵抗値を有する領域」という用語に言い換えることができる場合がある。逆に「抵抗」、「負荷」、又は「抵抗値を有する領域」という用語は、「抵抗素子」という用語に言い換えることができる場合がある。抵抗値としては、例えば、好ましくは1mΩ以上10Ω以下、より好ましくは5mΩ以上5Ω以下、更に好ましくは10mΩ以上1Ω以下とすることができる。また、例えば、1Ω以上1×10Ω以下としてもよい。
また、本明細書等において、「容量素子」とは、例えば、0Fよりも高い静電容量の値を有する回路素子、0Fよりも高い静電容量の値を有する配線の領域、寄生容量、又はトランジスタのゲート容量とすることができる。また、「容量素子」、「寄生容量」、又は「ゲート容量」という用語は、「容量」という用語に言い換えることができる場合がある。逆に、「容量」という用語は、「容量素子」、「寄生容量」、又は「ゲート容量」という用語に言い換えることができる場合がある。また、「容量」(3端子以上の「容量」を含む)は、絶縁体と、当該絶縁体を挟んだ一対の導電体と、を含む構成となっている。そのため、「容量」の「一対の導電体」という用語は、「一対の電極」、「一対の導電領域」、「一対の領域」、又は「一対の端子」に言い換えることができる。また、「一対の端子の一方」、及び「一対の端子の他方」という用語は、それぞれ第1端子、及び第2端子と呼称する場合がある。なお、静電容量の値としては、例えば、0.05fF以上10pF以下とすることができる。また、例えば、1pF以上10μF以下としてもよい。
また、本明細書等において、トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインと呼ばれる3つの端子を有する。ゲートは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子である。ソース又はドレインとして機能する2つの端子は、トランジスタの入出力端子である。2つの入出力端子は、トランジスタの導電型(nチャネル型又はpチャネル型)及びトランジスタの3つの端子に与えられる電位の高低によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。このため、本明細書等においては、ソース、又はドレインという用語は、互いに言い換えることができる場合がある。また、本明細書等では、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)、「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)という表記を用いる。なお、トランジスタの構造によっては、上述した3つの端子に加えて、バックゲートを有する場合がある。この場合、本明細書等において、トランジスタのゲート又はバックゲートの一方を第1ゲートと呼称し、トランジスタのゲート又はバックゲートの他方を第2ゲートと呼称することがある。更に、同じトランジスタにおいて、「ゲート」と「バックゲート」の用語は互いに入れ換えることができる場合がある。また、トランジスタが、3以上のゲートを有する場合は、本明細書等においては、それぞれのゲートを第1ゲート、第2ゲート、第3ゲートなどと呼称することがある。
例えば、本明細書等において、トランジスタの一例としては、ゲート電極が2個以上のマルチゲート構造のトランジスタを用いることができる。マルチゲート構造にすると、チャネル形成領域が直列に接続されるため、複数のトランジスタが直列に接続された構造となる。よって、マルチゲート構造により、オフ電流の低減、トランジスタの耐圧向上(信頼性の向上)を図ることができる。または、マルチゲート構造により、飽和領域で動作する時に、ドレインとソースとの間の電圧が変化しても、ドレインとソースとの間の電流があまり変化せず、傾きがフラットである電圧・電流特性を得ることができる。傾きがフラットである電圧・電流特性を利用すると、理想的な電流源回路、又は非常に高い抵抗値をもつ能動負荷を実現することができる。その結果、特性のよい差動回路又はカレントミラー回路などを実現することができる。
また、本明細書等において、「発光デバイス」、及び「受光デバイス」といった回路素子は、「アノード」、及び「カソード」と呼ばれる極性を有する場合がある。「発光デバイス」の場合、順バイアスをかける(「カソード」に対する正電位を「アノード」に印加する)ことにより、「発光デバイス」を発光させることができる場合がある。また、「受光デバイス」の場合、ゼロバイアス、又は逆バイアスをかけて(「カソード」に対する負電位を「アノード」に印加して)、かつ光を「受光デバイス」に照射することにより、「アノード」-「カソード」間に電流が発生することがある。上述したとおり、「アノード」及び「カソード」は、「発光デバイス」、「受光デバイス」などの回路素子における入出力端子として扱われることがある。本明細書等では、「発光デバイス」、「受光デバイス」などの回路素子における、「アノード」、「カソード」のそれぞれを端子(第1端子、第2端子など)と呼称する場合がある。例えば、「アノード」又は「カソード」の一方を第1端子と呼称し、「アノード」又は「カソード」の他方を第2端子と呼称する場合がある。
また、回路図上では、単一の回路素子が図示されている場合でも、当該回路素子が複数の回路素子を有する場合がある。例えば、回路図上に1個の抵抗が記載されている場合は、2個以上の抵抗が直列に電気的に接続されている場合を含むものとする。また、例えば、回路図上に1個の容量が記載されている場合は、2個以上の容量が並列に電気的に接続されている場合を含むものとする。また、例えば、回路図上に1個のトランジスタが記載されている場合は、2個以上のトランジスタが直列に電気的に接続され、かつそれぞれのトランジスタのゲート同士が電気的に接続されている場合を含むものとする。また、同様に、例えば、回路図上に1個のスイッチが記載されている場合は、当該スイッチが2個以上のトランジスタを有し、2個以上のトランジスタが直列、又は並列に電気的に接続され、それぞれのトランジスタのゲート同士が電気的に接続されている場合を含むものとする。
また、本明細書等において、ノードは、回路構成、及びデバイス構造に応じて、端子、配線、電極、導電層、導電体、不純物領域等と言い換えることが可能である。また、端子、配線等をノードと言い換えることが可能である。
また、本明細書等において、「電圧」と「電位」は、適宜言い換えることができる。「電圧」は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位(接地電位)とすると、「電圧」を「電位」に言い換えることができる。なお、グラウンド電位は必ずしも0Vを意味するとは限らない。また、電位は相対的なものであり、基準となる電位が変わることによって、配線に与えられる電位、回路などに印加される電位、回路などから出力される電位なども変化する。
また、本明細書等において、「高レベル電位」、及び「低レベル電位」という用語は、特定の電位を意味するものではない。例えば、2本の配線において、両方とも「高レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの高レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。また、同様に、2本の配線において、両方とも「低レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの低レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。
また、「電流」とは、電荷の移動現象(電気伝導)のことであり、例えば、「正の荷電体の電気伝導が起きている」という記載は、「その逆向きに負の荷電体の電気伝導が起きている」と換言することができる。そのため、本明細書等において、「電流」とは、特に断らない限り、キャリアの移動に伴う電荷の移動現象(電気伝導)をいうものとする。ここでいうキャリアとしては、例えば、電子、正孔、アニオン、カチオン、及び錯イオンが挙げられ、電流の流れる系(例えば、半導体、金属、電解液、及び真空中)によってキャリアが異なる。また、配線等における「電流の向き」は、正電荷となるキャリアが移動する方向とし、正の電流量で記載する。換言すると、負電荷となるキャリアが移動する方向は、電流の向きと逆の方向となり、負の電流量で表現される。そのため、本明細書等において、電流の正負(又は電流の向き)について断りがない場合、「素子Aから素子Bに電流が流れる」の記載は「素子Bから素子Aに電流が流れる」に言い換えることができるものとする。また、「素子Aに電流が入力される」の記載は「素子Aから電流が出力される」に言い換えることができるものとする。
また、本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
また、本明細書等において、「上に」及び「下に」といった配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている場合がある。また、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ものである。従って、明細書等で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。例えば、「導電体の上面に位置する絶縁体」の表現は、示している図面の向きを180度回転することによって、「導電体の下面に位置する絶縁体」と言い換えることができる。
また、「上」又は「下」といった用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。また、同様に、例えば、「絶縁層Aの上方の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。また、同様に、例えば、「絶縁層Aの下方の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの下に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、本明細書等において、マトリクス状に配置された構成要素、及びその位置関係を説明するために、「行」及び「列」といった語句を使用する場合がある。また、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ものである。従って、明細書等で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。例えば、「行方向」という表現は、示している図面の向きを90度回転することによって、「列方向」と言い換えることができる場合がある。
また、本明細書等において、マトリクス状に配置された構成要素を電気的に接続する配線は、行方向又は列方向に延設することができる。例えば、本明細書等で、「配線Aが行方向に延設している」と説明している場合、配線Aは列方向にも延設できる場合がある。逆も同様に、「配線Aが列方向に延設している」と説明している場合、配線Aは行方向にも延設できる場合がある。つまり、マトリクス状に配置された構成要素を電気的に接続する配線が延設される方向は、本明細書等に記載している方向に限定されず、行方向又は列方向とすることができる場合がある。
また、本明細書等において、「膜」及び「層」といった語句は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、場合によっては、又は、状況に応じて、「膜」、及び「層」といった語句を使わずに、別の用語に入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」又は「導電膜」という用語を、「導電体」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁層」、又は「絶縁膜」という用語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書等において「電極」、「配線」、及び「端子」といった用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」又は「配線」といった用語は、複数の「電極」、又は「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。また、例えば、「端子」は「配線」、又は「電極」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。更に、「端子」の用語は、「電極」、「配線」、及び「端子」から選ばれた二以上が一体となって形成されている場合なども含む。そのため、例えば、「電極」は「配線」又は「端子」の一部とすることができ、また、例えば、「端子」は「配線」又は「電極」の一部とすることができる。また、「電極」、「配線」、又は「端子」という用語は、場合によって、「領域」という用語に置き換える場合がある。
また、本明細書等において、「配線」、「信号線」、及び「電源線」といった用語は、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「配線」という用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号線」又は「電源線」といった用語を、「配線」という用語に変更することが可能な場合がある。「電源線」といった用語は、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」といった用語は、「電源線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、配線に印加されている「電位」という用語を、場合によっては、又は、状況に応じて、「信号」という用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号」といった用語は、「電位」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書等では、半導体装置の動作方法を説明するため、タイミングチャートを用いる場合がある。また、本明細書等に用いるタイミングチャートは、理想的な動作方法例を示したものであり、当該タイミングチャートに記載されている、期間、信号(例えば、電位、又は電流)の大きさ、及びタイミングは、特に断りがない場合は限定されない。本明細書等において、タイミングチャートにおける各配線(ノードを含む)に入力される信号(例えば、電位又は電流)の大きさ、及びタイミングは、変更を行うことができる。例えば、タイミングチャートに2つの期間が等間隔に記載されていたとしても、2つの期間の長さは互いに異なる場合がある。また、例えば、2つの期間において、一方の期間が長く、かつ他方の期間が短く記載されていたとしても、両者の期間の長さは等しくてもよい場合があり、又は、一方の期間が短くかつ他方の期間が長くしてもよい場合がある。
本明細書等において、金属酸化物(metal oxide)とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体(透明酸化物導電体を含む)、酸化物半導体(Oxide Semiconductor又は単にOSともいう)などに分類される。例えば、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物が含まれている場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が、増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも1つを有するトランジスタのチャネル形成領域を構成し得る場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体(metal oxide semiconductor)と呼称することができる。また、OSトランジスタと記載する場合においては、金属酸化物又は酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。
また、本明細書等において、半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体の欠陥準位密度が高くなること、キャリア移動度が低下すること、又は結晶性が低下すること、が起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素と、第2族元素と、第13族元素と、第14族元素と、第15族元素と、主成分以外の遷移金属とがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、及び窒素がある。具体的には、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、及び第15族元素(但し、酸素、水素は含まない)がある。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、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。又は、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。そのため、スイッチは、制御端子とは別に、電流を流す端子を2つ、又は3つ以上有する場合がある。一例としては、電気的なスイッチ、機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイオード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイオード、及びダイオード接続のトランジスタ)、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、例えば、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態、又はソース電極とドレイン電極との間に電流を流すことができる状態、をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性(導電型)は特に限定されない。
機械的なスイッチの一例としては、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ)技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
また、本明細書等において、メタルマスク、またはFMM(ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク)を用いて作製されるデバイスをMM(メタルマスク)構造のデバイスと呼称する場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク、またはFMMを用いることなく作製されるデバイスをMML(メタルマスクレス)構造のデバイスと呼称する場合がある。
なお、本明細書等において、各色の発光デバイス(ここでは青(B)、緑(G)、及び赤(R))で、発光層を作り分ける、または発光層を塗り分ける構造をSBS(Side By Side)構造と呼ぶ場合がある。また、本明細書等において、白色光を発することのできる発光デバイスを白色発光デバイスと呼ぶ場合がある。なお、白色発光デバイスは、着色層(例えば、カラーフィルタ)と組み合わせることで、フルカラー表示の表示装置とすることができる。
また、発光デバイスは、シングル構造と、タンデム構造とに大別することができる。シングル構造のデバイスは、一対の電極間に1つの発光ユニットを有し、当該発光ユニットは、1以上の発光層を含む構成とすることが好ましい。2つの発光層を用いて白色発光を得る場合、2つの発光層の各々の発光色が補色の関係となるような発光層を選択すればよい。例えば、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光デバイス全体として白色発光する構成を得ることができる。また、3つ以上の発光層を用いて白色発光を得る場合、3つ以上の発光層のそれぞれの発光色があわさることで発光デバイス全体として白色発光することができる構成とすればよい。
タンデム構造のデバイスは、一対の電極間に2つ以上の複数の発光ユニットを有し、各発光ユニットは、1つ以上の発光層を含む構成とすることが好ましい。白色発光を得るには、複数の発光ユニットの発光層からの光を合わせて白色発光が得られる構成とすればよい。なお、白色発光が得られる構成については、シングル構造の構成と同様である。なお、タンデム構造のデバイスにおいて、複数の発光ユニットの間には、電荷発生層などの中間層を設けると好適である。
また、上述の白色発光デバイス(シングル構造またはタンデム構造)と、SBS構造の発光デバイスと、を比較した場合、SBS構造の発光デバイスは、白色発光デバイスよりも消費電力を低くすることができる。消費電力を低く抑えたい場合は、SBS構造の発光デバイスを用いると好適である。一方で、白色発光デバイスは、製造プロセスがSBS構造の発光デバイスよりも簡単であるため、製造コストを低くすることができる、又は製造歩留まりを高くすることができるため、好適である。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が-10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、-5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「略平行」又は「概略平行」とは、二つの直線が-30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」又は「概略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
また、本明細書等において、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、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)との少なくとも一つの内容に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことができる。
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)との少なくとも一つの図に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることができる。
本明細書に記載の実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、本発明は、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、実施の形態の発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
また、本明細書の図面において、各実施の形態に係る構成を説明するため、平面図を用いる場合がある。平面図とは、一例として、構成を鉛直方向から視た面を示す図、又は構成を水平方向に切断した面(切り口)を示す図である。また、平面図にかくれ線(例えば破線)が記載されていることで、構成に含まれている複数の要素の位置関係、又は当該複数の要素の重なりの関係を示すことができる。なお、本明細書等において、「平面図」という用語は、「平面模式図」、「投影図」、「上面図」、又は「下面図」という用語に置き換えることができるものとする。また、状況によっては、構成を水平方向に切断した面(切り口)でなく、水平方向とは異なる方向に切断した面(切り口)を平面図と呼ぶ場合がある。
また、本明細書の図面において、各実施の形態に係る構成を説明するため、断面図を用いる場合がある。断面図とは、一例として、構成を水平方向から視た面を示す図、又は構成を鉛直方向に切断した面(切り口)を示す図である。なお、本明細書等において、「断面図」という用語は、「断面模式図」、「正面図」、又は「側面図」という用語に置き換えることができるものとする。また、状況によっては、構成を鉛直方向に切断した面(切り口)でなく、鉛直方向とは異なる方向に切断した面(切り口)を断面図と呼ぶ場合がある。
本明細書等において、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号に“_1”、“[n]”、“[m,n]”等の識別用の符号を付記して記載する場合がある。また、図面等において、符号に“_1”、“[n]”、“[m,n]”等の識別用の符号を付記している場合、本明細書等において区別する必要が無いときには、識別用の符号を記載しない場合がある。
また、本明細書の図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
<表示装置の構成例1>
図2には、本発明の一態様の表示装置を示している。表示装置DSP0は、一例として、画素アレイALPと、行ドライバ回路RWDと、列ドライバ回路CLMと、を有する。
画素アレイALPは、一例として、m×n個(mは1以上の整数とし、nは1以上の整数とする)の画素PXを有する。複数の画素PXは、画素アレイALP内において、m行n列のマトリクス状に配置されている。なお、図2には、複数の画素PXとして、画素PX[1,1]と、画素PX[m,1]と、画素PX[1,n]と、画素PX[m,n]と、画素PX[i,j](iは1以上m以下の整数とし、jは1以上n以下の整数とする)を抜粋して示している。
画素PXは、表示画素としての機能を有する。表示画素は、一例として、液晶表示デバイス、発光デバイスの一方又は双方が適用された画素とすることができる。また、発光デバイスとしては、例えば、有機EL素子(OLED(Organic Light Emitting Diode))、無機EL素子、LED(マイクロLED含む)、QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode)、及び半導体レーザが挙げられる。なお、本実施の形態では、画素PXには、有機EL材料が含まれる発光デバイスが適用されたものとして説明する。特に高輝度発光が可能な発光デバイスから発光される光の輝度としては、例えば、500cd/m以上、好ましくは1000cd/m以上10000cd/m以下、さらに好ましくは2000cd/m以上5000cd/m以下とすることができる。
また、画素アレイALPには、一例として、配線GL[1]乃至配線GL[m]のそれぞれが行方向に延設されている。また、画素アレイALPには、一例として、配線SL[1]乃至配線SL[n]のそれぞれが列方向に延設されている。
画素PX[i,j]は、一例として、配線GL[i]と、配線SL[j]と、に電気的に接続されている。
配線SL[j]は、一例として、画素PX[i,j]に対して、画像データ信号を送信する配線として機能する。
なお、図2には、画素アレイにおいて1列につき1本の配線SLが延設されているように図示しているが、1列に延設される配線SLの数は、1本に限定されない。つまり、画素アレイALPの1列に延設される配線SLの本数は2本以上としてもよい。
配線GL[i]は、一例として、画像データ信号の供給先となる画素PX[i,j]を選択するための選択信号を送信する配線として機能する。また、配線GL[i]は、一例として、画素PX[i,j]に含まれている駆動トランジスタのしきい値電圧を補正するために、画素PX[i,j]を選択するための選択信号を送信する配線としても機能してもよい。また、配線GL[i]は、画素PX[i,j]に含まれているスイッチのオン状態とオフ状態との切り替えを行う制御信号(デジタル電位)を送信するための配線としても機能してもよい。
なお、図2には、画素アレイにおいて1行につき1本の配線GLが延設されているように図示しているが、1行に延設される配線GLの数は、1本に限定されない。つまり、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は2本以上としてもよい。例えば、1行に延設される配線GLの数は、画素PXの回路構成に応じて定めることができ、画素PXの回路構成によっては、配線GLの本数は2本以上としてもよい。
行ドライバ回路RWDは、一例として、駆動回路GDを有する。
駆動回路GDは、一例として、配線GL[1]乃至配線GL[m]に電気的に接続されている。
駆動回路GDは、一例として、画像データ信号の供給先となる、画素アレイALPの1行目乃至m行目から選ばれた一を選択して、選択された行に配置されている複数の画素PXに対して、選択信号を送信する機能を有する。このため、駆動回路GDには、デマルチプレクサが備わっていてもよい。なお、当該選択信号としては、例えば、アナログ電位、デジタル電位(高レベル電位又は低レベル電位)、又はパルス電位とすることができる。また、駆動回路GDは、画像データ信号の供給先となる画素PXを選択するだけでなく、画素PXに含まれているトランジスタのしきい値電圧の補正を行うための選択信号を送信する機能を有してもよい。
列ドライバ回路CLMは、一例として、駆動回路SDと、回路CD[1]乃至回路CD[n]と、を有する。
また、回路CD[1]乃至回路CD[n]のそれぞれは、駆動回路SDに電気的に接続されている。また、回路CD[j]は、一例として、配線SL[j]に電気的に接続されている。
駆動回路SDは、一例として、画素アレイALPに含まれる画素PXに対して、画像データ信号を送信する機能を有する。また、画像データ信号の送信方法によっては、駆動回路SDには、デマルチプレクサが備わっていてもよい。なお、当該画像データ信号としては、例えば、アナログ電位、デジタル電位(高レベル電位又は低レベル電位)、又はパルス電位とすることができる。
回路CD[j]は、一例として、駆動回路SDから入力された画像データ信号をレベルシフトして、レベルシフトされた画像データ信号を配線SL[j]に送信する機能を有する。
次に、画素PX、及び回路CDの構成例について、説明する。図1に示す表示装置DSP3Aは、図2の表示装置DSP0の一例であって、図1には、画素アレイALPに含まれる複数の画素PXのうちの1個と、その画素PXに電気的に接続されている、行ドライバ回路RWDの駆動回路GDと、列ドライバ回路CLMの回路CD及び駆動回路SDと、を抜粋して示している。
図1の表示装置DSP3Aにおいて、画素PXは、一例として、トランジスタM2と、スイッチSW1と、スイッチSW6と、容量C1と、発光デバイスLDと、を有する。また、回路CDは、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、容量C2と、を有する。特に、トランジスタM2は、画素PXにおける駆動トランジスタとして機能する。
トランジスタM2には、一例として、OSトランジスタを適用することが好ましい。特に、OSトランジスタのチャネル形成領域に含まれる金属酸化物としては、例えば、インジウム酸化物、ガリウム酸化物、及び亜鉛酸化物が挙げられる。また、金属酸化物は、インジウムと、元素Mと、亜鉛と、の中から選ばれる一種または複数種を有することが好ましい。なお、元素Mは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、コバルト、及びマグネシウムから選ばれた一種または複数種である。特に、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
特に、半導体層に用いる金属酸化物には、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、スズ、及び亜鉛を含む酸化物(ITZO(登録商標)とも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム、ガリウム、スズ、及び亜鉛を含む酸化物を用いることが好ましい。または、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAZOとも記す)を用いることが好ましい。または、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAGZOとも記す)を用いることが好ましい。なお、OSトランジスタについては、実施の形態5で詳述する。
また、トランジスタM2には、OSトランジスタ以外のトランジスタを適用してもよい。例えば、トランジスタM2には、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(以後、Siトランジスタと呼称する。)を適用することができる。また、シリコンとしては、例えば、単結晶シリコン、非晶質シリコン(水素化アモルファスシリコンという場合がある)、微結晶シリコン、または多結晶シリコン(低温多結晶シリコンを含む)を用いることができる。
また、トランジスタM2には、OSトランジスタ、Siトランジスタ以外では、例えば、ゲルマニウムがチャネル形成領域に含まれているトランジスタ、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、窒化ガリウム、又はシリコンゲルマニウムといった化合物半導体がチャネル形成領域に含まれているトランジスタ、カーボンナノチューブがチャネル形成領域に含まれるトランジスタ、又は有機半導体がチャネル形成領域に含まれるトランジスタを用いることができる。
なお、図1に図示しているトランジスタM2は、nチャネル型トランジスタとしているが、状況に応じて、又は、場合によって、pチャネル型トランジスタとしてもよい。また、nチャネル型トランジスタをpチャネル型トランジスタに置き換えた場合、画素PXが正常に動作するように、画素PXに入力される電位を適切に変更する必要がある。なお、これについては、図1だけでなく、明細書の他の箇所に記載されているトランジスタ、又は他の図面に図示されているトランジスタについても同様である。また、本実施の形態では、トランジスタM2をnチャネル型トランジスタとして、画素PXの構成、及び動作を説明する。
また、トランジスタM2は、ソース-ドレイン間電圧でなく、ゲート-ソース間電圧に応じた電流をソース-ドレイン間に流す動作をすることが好ましい。つまり、トランジスタM2は、オン状態のときには、飽和領域で動作することが好ましい。トランジスタM2を飽和領域で動作させることによって、トランジスタM2に流れる電流の量をゲート-ソース間電圧によって定めることができる。また、トランジスタM2を飽和領域で動作させることによって、トランジスタM2のソース-ドレイン間電圧が変化しても、ドレイン電流が大きく変化しない。つまり、トランジスタM2に流れる電流の量をゲート-ソース間電圧によって定めることによって、トランジスタM2は、発光デバイスLDのアノード-カソード間に、安定した電流を流すことができる。また、状況によっては、トランジスタM2は、オン状態のときには、線形領域で動作してもよい。又は、トランジスタM2は、サブスレッショルド領域で動作してもよい。
なお、上述したトランジスタの説明は、トランジスタM2だけでなく、他の明細書の個所に記載されているトランジスタ、及び図面で記載しているトランジスタについても同様に適用できるものとする。
スイッチSW1と、スイッチSW6と、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、のそれぞれには、例えば、アナログスイッチ、及びトランジスタといった電気的なスイッチを適用することができる。特に、スイッチSW1と、スイッチSW6と、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、には、電気的なスイッチとして、上述したトランジスタが用いられることが好ましく、OSトランジスタが用いられることがより好ましい。なお、スイッチSW1と、スイッチSW6と、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、に電気的なスイッチを用いる場合、当該電気的なスイッチには、OSトランジスタ以外としては、トランジスタM2に適用できるトランジスタを用いることができる。具体的には、当該トランジスタとしては、Siトランジスタとすることができる。また、スイッチSW1、スイッチSW6と、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、には、例えば、機械的なスイッチを適用してもよい。
なお、本明細書等では、図1に示すスイッチSW1と、スイッチSW6と、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、のそれぞれは、制御端子に高レベル電位が与えられているときにオン状態になり、制御端子に低レベル電位が与えられているときにオフ状態になるものとする。
図1において、発光デバイスLDは、一例として、有機EL素子を有する自発光型の発光デバイスとする。なお、画素PXに適用できる発光デバイスLDの構成については、実施の形態4で詳述する。
画素PXにおいて、スイッチSW1の第1端子は、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、容量C1の第1端子と、に電気的に接続され、スイッチSW1の第2端子は、配線SLに電気的に接続され、スイッチSW1の制御端子は、配線GL1に電気的に接続されている。また、トランジスタM2のゲートは、容量C1の第2端子と、スイッチSW6の第1端子と、に電気的に接続され、トランジスタM2の第2端子は、配線VE2に電気的に接続されている。また、スイッチSW6の第2端子は、配線VE6に電気的に接続され、スイッチSW6の制御端子は、配線GL6に電気的に接続されている。また、発光デバイスLDのカソードは、配線VE0に電気的に接続されている。
なお、本実施の形態では、トランジスタM2のゲートと、容量C1の第2端子と、スイッチSW6の第1端子と、の電気的な接続点をノードN1と呼称する。また、スイッチSW1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、容量C1の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、の電気的な接続点をノードN2と呼称する。
回路CDにおいて、容量C2の第1端子は、配線SLと、スイッチSW13の第1端子と、に電気的に接続され、容量C2の第2端子は、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW13の第1端子は、配線VE4に電気的に接続され、スイッチSW13の制御端子は、配線SWL13に電気的に接続されている。また、スイッチSW11の第2端子は、配線VE3に電気的に接続され、スイッチSW11の制御端子は、配線SWL11に電気的に接続されている。また、スイッチSW12の第2端子は、駆動回路SDに電気的に接続され、スイッチSW12の制御端子は、配線SWL12に電気的に接続されている。
なお、本実施の形態では、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、容量C2の第2端子と、の電気的な接続点をノードN3と呼称する。
配線VE0、配線VE2、配線VE3、配線VE4、及び配線VE6のそれぞれは、一例として、定電位を与える配線として機能する。つまり、配線VE0、配線VE2、配線VE3、配線VE4、及び配線VE6のそれぞれは、電源線として機能してもよい。配線VE0、配線VE2、配線VE3、配線VE4、及び配線VE6のそれぞれが与える定電位は、互いに等しくてもよく、又は互いに異なっていてもよい。又は、配線VE0、配線VE2、配線VE3、配線VE4、及び配線VE6のそれぞれが与える電位の一部は、等しく、残りは異なる電位であってもよい。また、配線VE0、配線VE2、配線VE3、配線VE4、及び配線VE6から選ばれた一以上は、定電位ではなく、パルス電位を与える配線として機能してもよい。
特に、図1の画素PXにおいて、配線VE0は、発光デバイスLDのカソードに対して電位を与える配線として機能することが好ましい。また、配線VE2は、発光デバイスLDのアノードに対して電位を与える配線として機能することが好ましい。
なお、図1の画素PXにおいて、発光デバイスLDのカソードは配線VE0に電気的に接続され、発光デバイスLDのアノードは、トランジスタM2を介して配線VE2に電気的に接続されている構成となっているが、発光デバイスLDのアノードは配線VE0に電気的に接続され、発光デバイスLDのカソードは、配線VE2に電気的に接続されている構成としてもよい。つまり、前者の発光デバイスLDの構成を順積み構成とした場合、本発明の一態様の表示装置に係る画素の発光デバイスは、逆積み構成としてもよい。この場合、配線VE0は、発光デバイスLDのアノードに対して電位を与える配線として機能し、配線VE2は、発光デバイスLDのカソードに対して電位を与える配線として機能する。
発光デバイスLDを有機EL素子とした場合、アノードとして機能する下部電極上に、一例として、有機EL材料である正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、及び電子注入層をこの順で形成し、電子注入層上にカソードとして機能する上部電極を形成することで、発光デバイスLDを作製することができる(本明細書では、この有機EL材料の積層順を順積み構成又は逆積み構成の一方という)。なお、上記段落のとおり、発光デバイスLDのアノードとカソードを入れ換える場合は、下部電極上に、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、及び正孔注入層をこの順に形成し、正孔注入層上に上部電極を形成すればよい(本明細書では、この有機EL材料の積層順を順積み構成又は逆積み構成の他方という)。この場合、下部電極はカソードとして機能し、上部電極は、アノードとして機能する。
配線GL1及び配線GL6は、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図1に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は2本となる。
配線SWL11は、スイッチSW11のオン状態とオフ状態との切り替えを行う制御信号(デジタル電位)を送信するための配線として機能する。また、同様に、配線SWL12は、スイッチSW12のオン状態とオフ状態との切り替えを行う制御信号(デジタル電位)を送信するための配線として機能する。また、同様に、配線SWL13は、スイッチSW13のオン状態とオフ状態との切り替えを行う制御信号(デジタル電位)を送信するための配線として機能する。
<<表示装置の動作方法例1>>
次に、図1の表示装置DSP3Aの動作方法の一例について説明する。
図3(A)乃至図3(C)は、表示装置DSP3Aの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図3(A)のタイミングチャートには、期間T31乃至期間T36のそれぞれにおける、配線GL1、配線GL6、配線SWL11、配線SWL12、配線SWL13、及びノードN3の電位の変化を示している。また、図3(B)、及び図3(C)には、期間T31乃至期間T36のそれぞれにおける、ノードN1及びノードN2の電位の変化を示している。また、図3(B)及び図3(C)において、ノードN1の電位変化は実線で示し、ノードN2の電位変化は一点鎖線で示している。なお、図3(B)のタイミングチャートは、トランジスタM2のしきい値電圧が0Vよりも小さい場合を示し、図3(C)のタイミングチャートは、トランジスタM2のしきい値電圧が0Vよりも大きい場合を示している。
なお、図3(A)において、Highは高レベル電位を示し、Lowは低レベル電位を示している。
配線VE3には、定電位として、Vrefが与えられているものとする。また、配線VE4には、定電位として、Vinitが与えられているものとする。なお、Vrefは、Vinitよりも高い電位とすることが好ましい。本動作方法例では、Vrefは、特に断らない限りは、Vinitよりも高い電位として説明する。
また、配線VE2には、定電位として、VANが与えられているものとする。また、配線VE0には、定電位として、VCTが与えられているものとする。また、VANは、VCTよりも高い電位とする。なお、VANは、Vinitよりも高い電位とする。
また、Vinit-VCTの電圧は、発光デバイスLDが発光しない電圧とする。つまり、発光デバイスLDのしきい値電圧をVtheとしたとき、Vinit-VCT<Vtheとなるように、Vinit、VCTが設定されていることが好ましい。又は、VinitとVCTとを互いに等しい電位として、発光デバイスLDのアノード-カソード間を0Vにしてもよい。又は、VinitをVCTよりも低い電位として、発光デバイスLDのアノード-カソード間に逆バイアスの電圧(アノードの電位よりもカソードの電位が高い状態)を印加してもよい。
また、トランジスタM2のしきい値電圧をVthとする。なお、Vthは、Vref-Vinitよりも低い電圧とする。
また、配線VE6には、定電位として、Vrefが与えられているものとする。つまり、配線VE6に与えられる定電位は、配線VE3に与えられる定電位と等しいことが好ましい。また、そのため、配線VE3及び配線VE6は、互いに電気的に接続されている構成とすることが好ましい。又は、配線VE3及び配線VE6は、同一の配線である構成とすることが好ましい(この場合、配線VE3と配線VE6は互いに符号を入れ換えて説明することができる)。なお、状況によっては、配線VE6に与えられる定電位は、配線VE3に与えられる定電位と異なっていてもよい。
なお、Vrefは、一例として、発光デバイスLDが発光しない程度の電位とすることが好ましい。具体的には、トランジスタM2のゲートの電位がVrefであり、かつトランジスタM2がオン状態であっても、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧は、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも低くなることが好ましい。
例えば、トランジスタM2がオン状態であり、かつトランジスタM2のソース(第1端子)の電位をVとしたとき、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vref-Vは、Vthよりも高くなる。換言すると、トランジスタM2のソース(第1端子)の電位Vは、V<Vref-Vthを満たしている。また、このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧はV-VCTとなり、発光デバイスLDが発光しない条件としては、V-VCT<Vtheとなればよい。換言すると、トランジスタM2のソース(第1端子)の電位Vは、V<VCT+Vtheを満たせばよい。
ここで、例えば、VrefとVCTとを互いに等しい電位とした場合、V<Vref-Vth、及びV<VCT+Vtheより、-Vth<Vtheが成り立つ。したがって、VrefとVCTとが互いに等しい場合、-Vth<Vtheが成り立つことで、Vrefは、発光デバイスLDが発光しない程度の電位とすることができる。なお、本動作方法例では、特に断らない限りは、VrefとVCTとを互いに等しい電位とする。
[期間T31よりも前]
期間T31よりも前において、配線GL1、配線GL6、配線SWL11、配線SWL12、及び配線SWL13のそれぞれには、低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13のそれぞれの制御端子には、低レベル電位が与えられるため、これらのスイッチのそれぞれは、オフ状態となっている。
また、期間T31よりも前において、ノードN1及びノードN2のそれぞれの電位は、特に限定されないものとする。例えば、図3(B)及び図3(C)の、後述する期間T31では、ノードN1の電位は上昇している例を示しているが、期間T31よりも前のノードN1の電位は、期間T31において低下するような電位としてもよい。また、例えば、図3(B)及び図3(C)の、後述する期間T31では、ノードN2の電位は低下している例を示しているが、期間T31よりも前のノードN2の電位は、期間T31において上昇するような電位としてもよい。
また、期間T31よりも前において、ノードN3の電位は不定としている。そのため、図3(A)のタイミングチャートの期間T31よりも前におけるノードN3の電位を、ハッチングとして図示している。
[期間T31]
期間T31では、配線GL1、配線GL6、配線SWL11、及び配線SWL13に高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSW11、及びスイッチSW13のそれぞれの制御端子には、高レベル電位が与えられるため、これらのスイッチのそれぞれはオン状態となる。
スイッチSW1及びスイッチSW13のそれぞれがオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれと、配線VE4と、の間が導通状態となる。このため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及び発光デバイスLDのアノード(ノードN2)には配線VE4からの電位Vinitが与えられる(図3(B)及び図3(C)参照)。
また、スイッチSW6がオン状態となっているため、トランジスタM2のゲート、及び容量C1の第2端子(ノードN1)のそれぞれと配線VE6との間が導通状態となる。このため、トランジスタM2のゲート、及び容量C1の第2端子(ノードN1)には、配線VE6からの電位Vrefが与えられる(図3(B)及び図3(C)参照)。
このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vinit-VCTとなる。上述したとおり、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧がVinit-VCTであるとき、発光デバイスLDは発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れない)。
トランジスタM2のゲートの電位はVrefとなり、トランジスタM2の第1端子の電位はVinitとなり、トランジスタM2の第2端子の電位はVANOとなるため、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧は、Vref-Vinitとなる。ゲート-ソース間電圧Vref-Vinitは、Vthよりも高い電圧であるため、トランジスタM2はオン状態となる。また、発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れないものとすると、トランジスタM2とスイッチSW1とスイッチSW13とを介する、配線VE4と配線VE2との間で電流が流れる。
また、スイッチSW13がオン状態となっているため、容量C2の第1端子と、配線VE4と、の間が導通状態となる。このため、容量C2の第1端子には配線VE4からの電位Vinitが与えられる。
また、スイッチSW11がオン状態となっているため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子のそれぞれと配線VE3との間が導通状態となる。このため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子(ノードN3)には、配線VE3からの電位Vrefが与えられる(図3(A)参照)。
このとき、容量C2の第1端子-第2端子間の電圧は、Vref-Vinitとなる。
なお、図3(A)のタイミングチャートの期間T31では、同じタイミングで配線GL1、配線GL6、配線SWL11、及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位が入力されているが、期間T31内であれば、配線GL1、配線GL6、配線SWL11、及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位が入力されるタイミングは、互いに異なっていてもよい。
[期間T32]
期間T32では、配線SWL13に低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW13の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW13は、オフ状態となる。このため、トランジスタM2の第1端子と、配線VE4との間が非導通状態となる。
スイッチSW13がオフ状態になる直前では、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vref-Vinitは、トランジスタM2のしきい値電圧Vthよりも大きいため、トランジスタM2はオン状態となっている。スイッチSW13がオフ状態になることで、配線VE4からトランジスタM2の第1端子への電位Vinitの印加が無くなるため、ノードN2に供給された負電荷は、トランジスタM2の第1端子-第2端子間を介して、配線VE2に放電される。換言すると、スイッチSW13がオフ状態になることで、トランジスタM2とスイッチSW1とスイッチSW13とを介する、配線VE2-配線VE4間に電流が流れなくなるため、ノードN2には、配線VE2からの正電荷が供給される。これにより、ノードN2の電位が上昇する。
ノードN2の電位が上昇することで、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧も低くなる。トランジスタM2のゲート-ソース間電圧が、トランジスタM2のしきい値電圧Vthまで低くなることで、トランジスタM2はオフ状態となり、配線VE2からノードN2への正電荷の供給が止まる。つまり、ノードN2の電位が、VinitからVref-Vthに達したとき、トランジスタM2がオフ状態となる。トランジスタM2がオフ状態となっているため、ノードN2の電位は、Vref-Vthから変化しない(図3(B)及び図3(C)参照)。
また、このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、(Vref-Vth)-VCTとなる。また、Vref=VCTとしているため、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、-Vthとなる。-Vthが発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも低いとき(-Vth<Vtheを満たすとき)、発光デバイスLDは発光しない。
また、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧-Vthが、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも低いとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流は流れないものとする。これに加えて、トランジスタM2がオフ状態、スイッチSW13がオフ状態となっているため、ノードN2及び配線SLはフローティング状態となる。
[期間T33]
期間T33では、配線SWL11に低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW11の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW11はオフ状態となる。
スイッチSW11がオフ状態となっているため、容量C2の第2端子及びスイッチSW12の第1端子のそれぞれと配線VE3との間が非導通状態となる。このとき、ノードN3はフローティング状態となる。
[期間T34]
期間T34では、配線SWL12に高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW12の制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW12はオン状態となる。
特に、スイッチSW12がオン状態になったとき、駆動回路SDは、スイッチSW12を介して、容量C2の第2端子(ノードN3)に対して、画素PXに表示する画像に応じた画像データ信号を送信するものとする。なお、当該画像データ信号は電位Vdataとする。また、VdataはVrefよりも低い電位とする。
このため、ノードN3の電位はVrefからVdataに変化する。また、配線SL及びノードN2は、フローティング状態となっているため、ノードN3の電位変化に伴う容量C2における容量結合により、配線SL及びノードN2の電位も変化する。配線SL及びノードN2の電位の変化量は、例えば、容量C1の静電容量、容量C2の静電容量、トランジスタM2のゲート容量、スイッチSW1に係る寄生容量、スイッチSW13に係る寄生容量、発光デバイスLDに係る寄生容量、及び配線SLに係る寄生容量によって決まる。本動作方法例では、簡易的に説明するため、配線SL及びノードN2の電位の変化量は、容量C1の静電容量及び容量C2の静電容量によって定められるものとして説明する。
容量C1の静電容量をCとし、容量C2の静電容量をCとして、ノードN3の電位がVrefからVdataに変化したとき、配線SL及びノードN2の電位には、変化量として、ΔVdata=(Vdata-Vref)×C/(C+C)が与えられる。そのため、配線SL及びノードN2の電位は、Vref-Vth+ΔVdataとなる。なお、図3(B)及び図3(C)では、VTC=Vref-Vth+ΔVdataとしている。また、前述したとおり、Vdataは、Vrefよりも低い電位であるため、ΔVdata<0であることに注意されたい。
一方、容量C1の第2端子(ノードN1)には、期間T34よりも前から、配線VE6からの電位Vrefが与えられているため、ノードN3の電位がVrefからVdataへ変化する期間であっても、容量C1の第2端子(ノードN1)の電位はVrefのまま変化しない。
上記より、期間T34におけるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧をVdrv1とすると、Vdrv1=(ノードN1の電位)-(ノードN2の電位)=Vth-ΔVdataとなる。-ΔVdata>0であるため、容量C1の第1端子-第2端子間に保持される電圧Vdrv1は、画素PXに表示する画像に応じた電位-ΔVdataと、トランジスタM2のしきい値電圧Vthとの和となる。
ところで、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vdrv1は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthよりも大きくなるため、トランジスタM2はオン状態となり、配線VE2からトランジスタM2を介してノードN2に電流が流れる。ここで、トランジスタM2が飽和領域で動作する場合を考える。トランジスタM2の第1端子-第2端子間に流れる電流の量は、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧VGSに応じて決まる。具体的には、飽和領域で動作するトランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流の量Iは、トランジスタのゲート-ソース間電圧VGSとトランジスタのしきい値電圧Vthの差の2乗に比例するため、I=kμ(VGS-Vthが成り立つ。但し、kはトランジスタの構造に依存する比例定数であり、μはトランジスタの電界効果移動度である。上記の式のVGSに、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vdrv1を代入することで、I=kμ(-ΔVdata=kμ(ΔVdataとなり、トランジスタM2に流れる電流の量Iは、しきい値電圧Vthに依存せず、ΔVdataによって定められる。
また、期間T34では、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vtheよりも低いため、発光デバイスLDは発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流は流れない)。このため、配線SL及びノードN2には、配線VE2からトランジスタM2を介して正電荷が供給されるため、ノードN2の電位が上昇する。なお、期間T34において、容量C1の第2端子と配線VE6との間は導通状態となっており、また、容量C2の第2端子と駆動回路SDとの間が導通状態となっているため、ノードN2の電位の変化によって、ノードN1及びノードN3のそれぞれの電位は変化しない。
期間T34でのノードN2の電位の上昇によって、トランジスタM2の電界効果移動度の補正が行われる。具体的には、期間T34でスイッチSW12がオン状態になってから、後述する期間T35でスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12がオフ状態になるまでの間にノードN2の電位が上昇して、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vdrv1が低くなる。図3(B)及び図3(C)では、ノードN2の電位がVTC=Vref-Vth+ΔVdataになったあとに、ノードN2の電位がΔVμだけ上昇してVTC+ΔVμとなり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧がVdrv1からVdrv2に低下した例を示している。ただし、ΔVμは、Vref-Vth>VTC+ΔVμ、つまり、-ΔVdata>ΔVμ>0を満たす電位とする。つまりトランジスタM2のゲート-ソース間電圧が低下して、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量が小さくなることで、トランジスタM2の電界効果移動度の補正が行われる。
なお、本動作方法例では、期間T34でスイッチSW12がオン状態になってから、後述する期間T35でスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12がオフ状態になるまでを、電界効果移動度の補正期間と呼称する。
例えば、トランジスタM2の電界効果移動度がμである場合と、μよりも小さいμである場合を考える。このとき、トランジスタM2のソース-ドレイン間電流Idsとゲート-ソース間電圧VGSの特性は、図4に示すとおりとなる。具体的には、同じゲート-ソース間電圧では、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間電流のほうが、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間電流よりも大きくなる。なお、図4では、ゲート-ソース間電圧がVdrv1であるとき、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間電流をIds1Aとし、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間電流をIds1Bとしている。
電界効果移動度の補正期間中における、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量は、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量よりも大きくなる。このため、電界効果移動度の補正期間中において、ノードN2の電位の変化量は、電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合よりも、電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合のほうが大きくなる。このため、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅は、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅よりも大きくなる。なお、図4では、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅をΔVμAとし、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅をΔVμBとしている。
電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合において、ゲート-ソース間電圧がVdrv1からVdrv2Aまで低下したものとし、また、電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合において、ゲート-ソース間電圧がVdrv1からVdrv2Bまで低下したものとする。つまり、Vdrv1-ΔVμA=Vdrv2A、及びVdrv1-ΔVμB=Vdrv2Bが成り立つ。また、図4に示すとおり、電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合において、ゲート-ソース間電圧がVdrv2Aのときのソース-ドレイン間電流をIds2Aとし、電界効果移動度がμであるトランジスタM2の場合において、ゲート-ソース間電圧がVdrv2Bのときのソース-ドレイン間電流をIds2Bとする。
電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅ΔVμAは、電界効果移動度がμであるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧の低下幅ΔVμBよりも大きいため、ゲート-ソース間電圧がVdrv2のときのIds2AとIds2Bの電流量の差ΔIds1は、ゲート-ソース間電圧がVdrv1のときのIds1AとIds1Bの電流量の差ΔIds2よりも小さくなる。
複数の画素PXに含まれているトランジスタM2のそれぞれの電界効果移動度にばらつきがあっても、上述したとおり、電界効果移動度の補正期間を設けることによって、電界効果移動度のばらつきによる、トランジスタM2のソース-ドレイン間電流の量のばらつきを低減することができる。
[期間T35]
期間T35では、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12に低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれの制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれは、オフ状態となる。
スイッチSW1がオフ状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、配線SLとの間が非導通状態となる。また、スイッチSW6がオフ状態となっているため、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれと、配線VE6との間が非導通状態となる。また、スイッチSW12がオフ状態となっているため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW11の第1端子のそれぞれと、駆動回路SDとの間が非導通状態となる。
また、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧はVdrv2=Vref-VTC-ΔVμ=Vth-ΔVdata-ΔVμである。-ΔVdata>ΔVμ>0であるため、Vdrv2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthよりも大きくなり、トランジスタM2は、オン状態となっている。
このため、トランジスタM2及び発光デバイスLDを介して、配線VE2-配線VE0間に電流が流れる。
このとき、配線VE2-配線VE0間の電圧VAN-VCTは、トランジスタM2と、発光デバイスLDと、で分圧される。本動作方法例では、期間T35の動作によって、トランジスタM2の第1端子(ノードN2)の電位は、VTC+ΔVμからVに昇圧されるものとする(図3(B)及び図3(C)参照)。
また、トランジスタM2の第1端子(ノードN2)の電位がVTC+ΔVμからVに昇圧することにより、容量C1の容量結合によって、トランジスタM2のゲート(ノードN1)の電位も変化する。本動作方法例では、期間T35の動作によって、トランジスタM2のゲート(ノードN1)の電位は、VrefからVに昇圧されるものとする(図3(B)及び図3(C)参照)。
なお、上述した容量C1の容量結合による、ノードN1の電位の変化量は、容量C1の静電容量、トランジスタM2のゲート容量、及びスイッチSW6に係る寄生容量によって決まる。なお、本動作方法例では、簡易的に説明するため、ここでのノードN1の電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとする。つまり、ノードN2の電位の変化量をΔV(=V-(VTC+ΔVμ))としたとき、ノードN1の電位の変化量もΔVとなる。これは、ノードN1の周辺における容量結合係数が1である場合に相当する。
また、ノードN1では、ΔV=V-Vrefとなるため、この式にノードN2の電位の変化量ΔV=V-VTC-ΔVμを代入すると、V-V=Vref-VTC-ΔVμ=Vth-ΔVdata-ΔVμ=Vdrv2が得られる。つまり、期間T35におけるスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれをオフ状態にする直前と、オフ状態にした後のトランジスタM2のゲート-ソース間電圧は、互いに等しい。
上記より、期間T31乃至期間T35までの動作を行うことで、トランジスタM2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthが補正され、かつトランジスタM2の電界効果移動度が補正された電流を生成することができる。
また、発光デバイスLDのアノードの電位がVとなるので、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、V-VCTとなる。また、発光デバイスLDのアノード-カソード間には、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流(I=kμ(V-V-Vth=kμ(ΔVdata+ΔVμ)が流れるため、発光デバイスLDは発光する。発光デバイスLDが有機EL素子である場合、発光デバイスLDの発光輝度は、発光デバイスLDのアノード-カソード間に流れる電流の量によって決まる。つまり、発光デバイスLDの発光輝度は、駆動回路SDから入力される画像データ信号Vdataによって定められる。
ところで、駆動回路SDから出力された画像データ信号Vdataは、回路CDを介することで、Vinit+K×(Vdata-Vref)に変化する。つまり、Vinit+K×(Vdata-Vref)が画素PXに入力される。なお、K=C/(C+C)としている。ここで、画素の階調レベルの最小値をVdata_minとし、画素の階調レベルの最大値をVdata_maxとして、画像データ信号Vdataが複数の電位Vdata_min乃至Vdata_maxのいずれか一をとる場合を考える。Vdata_min乃至Vdata_maxの複数の電位のそれぞれは、回路CDを介して画素PXに入力されることによって、Vinit+K×(Vdata_min-Vref)乃至Vinit+K×(Vdata_max-Vref)に変化する。なお、本明細書では、画像データ信号を回路CDを介して別の電位に変化させることを、電位変換(レベルシフト)と呼称する。
refがVinitよりも高い場合、駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVinit+K×(Vdata_min-Vref)乃至Vinit+K×(Vdata_max-Vref)の関係は、図5(A)のとおりとなる。つまり、駆動回路SDから出力される画像データ信号が、回路CDを介して画素PXに入力されることによって、画像データ信号の電位範囲が狭くなり、かつ画像データ信号の電位の刻み幅も低くなる。これにより、画素PXに入力される画像データ信号の電位を細かく変化させることができるため、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる。
また、配線VE6が与える電位をVrefとし、配線VE3が与える電位をVrefAとし、かつVrefAがVinitよりも低く、VrefがVinitよりも高い場合、駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVinit+K×(Vdata_min-VrefA)乃至Vinit+K×(Vdata_max-VrefA)の関係は、図5(B)のとおりとなる。また、画像データ信号の電位の刻み幅を低くして、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる点については、図5(A)と同様である。
また、配線VE6が与える電位をVrefとし、配線VE3が与える電位をVrefAとし、かつVrefAとVinitとが互いに等しく、VrefがVinitよりも高い場合、駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVinit+K×(Vdata_min-VrefA)乃至Vinit+K×(Vdata_max-VrefA)の関係は、図5(C)のとおりとなる。また、画像データ信号の電位の刻み幅を低くして、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる点については、図5(A)及び図5(B)と同様である。
なお、図3(A)のタイミングチャートの期間T35では、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12のそれぞれには低レベル電位が、同じタイミングで入力されているが、期間T35内であれば、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12のそれぞれに電位が入力されるタイミングは、互いに異なっていてもよい。
[期間T36]
期間T36では、配線GL1及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1及びスイッチSW13のそれぞれの制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW1及びスイッチSW13のそれぞれはオン状態となる。
スイッチSW1がオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれと、配線SLとの間が導通状態となる。また、スイッチSW13がオン状態となっているため、配線SL及び容量C2の第1端子のそれぞれと、配線VE4との間が導通状態となる。このため、容量C1の第1端子とトランジスタM2の第1端子と発光デバイスLDのアノード(ノードN2)には、配線VE4からの電位Vinitが与えられる。
このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vinit-VCTとなる。上述したとおり、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧がVinit-VCTであるとき、発光デバイスLDは発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れない)。
つまり、期間T36の動作を行うことで、発光デバイスLDの発光を停止することができる。
上述した期間T31乃至期間T36の動作を行うことによって、画素PXのトランジスタM2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthに依存せず、かつトランジスタM2の電界効果移動度を補正した電流を出力することができ、当該電流を発光デバイスLDに供給することができる。
表示装置の画素アレイに含まれている複数の画素の駆動トランジスタのそれぞれのしきい値電圧及び電界効果移動度は、当該表示装置の作製工程、及び作製環境によって、ばらつく可能性がある。つまり、同じ画像データ信号を異なる画素に供給しても、それぞれの画素のトランジスタのしきい値電圧及び電界効果移動度の一方又は両方が異なる場合は、それぞれのトランジスタに流れる電流の量も異なり、それぞれの画素の発光デバイスの発光輝度が異なることがある。結果として、発光デバイスの発光輝度にムラが生じてしまうため、表示装置の画像の表示品位が低下してしまう。
一方で、本発明の一態様として、表示装置DSP3Aを用いることで、画素PXのトランジスタM2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthに依存せず、かつ電界効果移動度を補正した電流を生成することができるため、画素アレイALPのそれぞれの画素PXに含まれている発光デバイスの発光輝度のムラの発生を防ぐことができる。このため、表示装置DSP3Aを用いることにより、従来よりも表示品位を高めることができる。
また、上述した期間T31乃至期間T36の動作を行うことによって、表示装置DSP3Aの画素PXの発光デバイスLDに流れる電流の量をより細かく制御することができる。
表示装置の精細度が高くなる場合、画素アレイに含まれている複数の画素の発光デバイスが形成されている領域(発光面)の面積は小さくなる。発光デバイスの領域(発光面)の面積が小さくなったとき、発光デバイスが発光するために必要な電流の量は小さくなるが、許容電流の量も小さくなる。そのため、発光デバイスの発光の輝度を正確に調整するためには、微少な電流の制御が必要になる。
本発明の一態様として、表示装置DSP3Aを用いることで、発光デバイスLDに流れる電流の量を細かく制御することができるため、画素PXの発光デバイスLDの発光の輝度を細かく調整することができる。そのため、表示装置DSP3Aを用いることで、画像の階調を細かく設定することができるため、従来よりも表示品位を高めることができる。また、表示装置DSP3Aの回路構成において、発光デバイスLDに流れる電流の量を小さくすることができるため、過電流によって発光デバイスLDが壊れることを防ぐことができる。
<<表示装置の動作方法例2>>
図3(A)乃至図3(C)では、表示装置DSP3Aの画素アレイALPに含まれる1つの画素PXに関する動作について説明した。ここでは、表示装置DSP3Aにおける画素アレイALPの全体の動作について説明する。
なお、表示装置DSP0に表示装置DSP3Aの構成を適用しているため、表示装置DSP0の回路CD[1]乃至回路CD[n]には、図1の回路CDが適用されているものとする。また、画素PX[1,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれには、図1の画素PXが適用されているものとする。
図6は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる複数の画素PXへの画像データの書き込み方法の一例を示したタイミングチャートである。
図6のタイミングチャートは、期間U1から期間U7までの間、及びその近傍の期間における、ノードN3[1]、ノードN3[2]、ノードN3[n]、配線GL1[1]、配線GL1[2]、及び配線GL1[m]の電位の変化と、容量C1[1,1]、容量C1[1,2]、容量C1[1,n]、容量C1[2,1]、容量C1[2,2]、容量C1[2,n]、容量C1[m,1]、容量C1[m,2]、及び容量C1[m,n]のそれぞれの第1端子-第2端子間に保持される画像データの変化と、を示している。
なお、ノードN3[1]は、表示装置DSP0における回路CD[1]に含まれるノードN3に相当する。同様に、ノードN3[2]は、表示装置DSP0における回路CD[2](図2に図示しない)に含まれるノードN3に相当し、ノードN3[n]は、表示装置DSP0における回路CD[n]に含まれるノードN3に相当する。
また、配線GL1[1]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいて1行目に延設されている、図1の配線GL1に相当する。同様に、配線GL1[2]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいて2行目に延設されている、図1の配線GL1に相当し、配線GL1[m]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいてm行目に延設されている、図1の配線GL1に相当する。
また、容量C1[1,1]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,1]が有する、図1の容量C1に相当する。同様に、容量C1[1,2]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,2](図2に図示しない)が有する、図1の容量C1に相当し、容量C1[1,n]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,n]が有する、図1の容量C1に相当する。以後、容量C1[i,j]という表記は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[i,j]が有する、図1の容量C1に相当するものとして扱う。
また、図6のタイミングチャートにおける期間U1、期間U3、及び期間U6のそれぞれでは、所定の行に位置している複数の画素PXに対して、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作が行われるものとする。また、図6のタイミングチャートにおける期間U2、期間U4、及び期間U7のそれぞれでは、所定の行に位置している複数の画素PXに対して、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作が行われるものとする。
期間U1より前では、容量C1[1,1]には電圧Vdrv2[1,1]_0が保持され、容量C1[1,2]には電圧Vdrv2[1,2]_0が保持され、容量C1[1,n]には電圧Vdrv2[1,n]_0が保持され、容量C1[2,1]には電圧Vdrv2[2,1]_0が保持され、容量C1[2,2]には電圧Vdrv2[2,2]_0が保持され、容量C1[2,n]には電圧Vdrv2[2,n]_0が保持され、容量C1[m,1]には電圧Vdrv2[m,1]_0が保持され、容量C1[m,2]には電圧Vdrv2[m,2]_0が保持され、容量C1[m,n]には電圧Vdrv2[m,n]_0が保持されている。なお、Vdrv2[i,j]は、画素PX[i,j]における、図3(B)のタイミングチャートのVdrv2に相当する。
また、期間U1より前では、配線GL1[1]乃至配線GL1[m]のそれぞれには低レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPの全ての画素PXのスイッチSW1の制御端子のそれぞれに低レベル電位が与えられるため、全ての画素PXのスイッチSW1はオフ状態となる。また、この動作により、画素アレイALPの全ての画素PXの発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れるため、発光デバイスLDは発光する。
期間U1では、画素アレイALPの1行目に位置している画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作が行われる。これにより、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれの電位は、Vrefとなる。
また、期間U1では、配線GL1[1]には高レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPの1行目に配置されている画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに高レベル電位が与えられるため、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれのスイッチSW1はオン状態となる。また、この動作により、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れなくなるため、これらの発光デバイスLDは非発光となる。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作によって、期間U1より前において、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[1,1]乃至容量C1[1,n]のそれぞれに保持されている電圧Vdrv2[1,1]_0乃至Vdrv2[1,n]_0が初期化されて、容量C1[1,1]乃至容量C1[1,n]のそれぞれにトランジスタM2のしきい値電圧の補正用の電圧が書き込まれる。なお、図6の期間U1の容量C1[1,1]、容量C1[1,2]、及び容量C1[1,n]には、補正用の電圧を記載していない。
期間U2では、画素アレイALPの1行目に位置している画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作が行われる。このとき、一例として、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれには、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]に書き込まれる画像データに応じた信号として、電位V[1,1]_1乃至V[1,n]_1が入力される。なお、V[1,1]_1乃至V[1,n]_1は、図3(A)乃至図3(C)の説明のVdataに相当する。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作によって、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[1,1]乃至容量C1[1,n]のそれぞれの第1端子には、V[1,1]_1乃至V[1,n]_1がレベルシフトされた電位が入力される。これにより、容量C1[1,1]乃至容量C1[1,n]のそれぞれには、画像データに応じた電位としてVdrv2[1,1]_1乃至Vdrv2[1,n]_1が保持される。
その後、配線GL1[1]には低レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPの1行目に配置されている画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに低レベル電位が与えられるため、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれのスイッチSW1はオフ状態となる。また、この動作により、画素PX[1,1]乃至画素PX[1,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れるため、これらの発光デバイスLDは、当該電流の量に応じた輝度の光を発する。なお、当該電流の量は、図3(A)乃至図3(C)の説明のとおり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧、つまり容量C1に保持されている電圧に応じて決まる。つまり、画素PX[1,1]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[1,1]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[1,2]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[1,2]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[1,n]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[1,n]_1に応じた輝度の光を発する。
期間U3では、画素アレイALPの2行目に位置している画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作が行われる。これにより、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれの電位は、Vrefとなる。
また、期間U3では、配線GL1[2]には高レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPの2行目に配置されている画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに高レベル電位が与えられるため、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれのスイッチSW1はオン状態となる。また、この動作により、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れなくなるため、これらの発光デバイスLDは非発光となる。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作によって、期間U3より前において、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[2,1]乃至容量C1[2,n]のそれぞれに保持されている電圧Vdrv2[2,1]_0乃至Vdrv2[2,n]_0が初期化されて、容量C1[2,1]乃至容量C1[2,n]のそれぞれにトランジスタM2のしきい値電圧の補正用の電圧が書き込まれる。なお、図6の期間U3の容量C1[2,1]、容量C1[2,2]、及び容量C1[2,n]には、補正用の電圧を記載していない。
期間U4では、画素アレイALPの2行目に位置している画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作が行われる。このとき、一例として、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれには、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]に書き込まれる画像データに応じた信号として、電位V[2,1]_1乃至V[2,n]_1が入力される。なお、V[2,1]_1乃至V[2,n]_1は、図3(A)乃至図3(C)の説明のVdataに相当する。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作によって、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[2,1]乃至容量C1[2,n]のそれぞれの第1端子には、V[2,1]_1乃至V[2,n]_1がレベルシフトされた電位が入力される。これにより、容量C1[2,1]乃至容量C1[2,n]のそれぞれには、画像データに応じた電位としてVdrv2[2,1]_1乃至Vdrv2[2,n]_1が保持される。
その後、配線GL1[2]には低レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPの2行目に配置されている画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに低レベル電位が与えられるため、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれのスイッチSW1はオフ状態となる。また、この動作により、画素PX[2,1]乃至画素PX[2,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れるため、これらの発光デバイスLDは、当該電流の量に応じた輝度の光を発する。なお、当該電流の量は、図3(A)乃至図3(C)の説明のとおり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧、つまり容量C1に保持されている電圧に応じて決まる。つまり、画素PX[2,1]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[2,1]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[2,2]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[2,2]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[2,n]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[2,n]_1に応じた輝度の光を発する。
期間U5では、期間U1及び期間U2(期間U3及び期間U4)と同様に、3行目乃至m-1行目の各行において、画素PXに対して画像データが書き込まれる。なお、期間U5での画素PXへの画像データの書き込みは、行毎に逐次的に行われる。
期間U6では、画素アレイALPのm行目に位置している画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作が行われる。これにより、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれの電位は、Vrefとなる。
また、期間U6では、配線GL1[m]には高レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPのm行目に配置されている画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに高レベル電位が与えられるため、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれのスイッチSW1はオン状態となる。また、この動作により、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れなくなるため、これらの発光デバイスLDは非発光となる。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T31乃至期間T33の動作によって、期間U6より前において、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[m,1]乃至容量C1[m,n]のそれぞれに保持されている電圧Vdrv2[m,1]_0乃至Vdrv2[m,n]_0が初期化されて、容量C1[1,1]乃至容量C1[1,n]のそれぞれにトランジスタM2のしきい値電圧の補正用の電圧が書き込まれる。なお、図6の期間U6の容量C1[m,1]、容量C1[m,2]、及び容量C1[m,n]には、補正用の電圧を記載していない。
期間U7では、画素アレイALPのm行目に位置している画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]において、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作が行われる。このとき、一例として、ノードN3[1]乃至ノードN3[n]のそれぞれには、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]に書き込まれる画像データに応じた信号として、電位V[m,1]_1乃至V[m,n]_1が入力される。なお、V[m,1]_1乃至V[m,n]_1は、図3(A)乃至図3(C)の説明のVdataに相当する。
また、図3(A)のタイミングチャートの期間T34乃至期間T36の動作によって、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれに含まれている、容量C1[m,1]乃至容量C1[m,n]のそれぞれの第1端子には、V[m,1]_1乃至V[m,n]_1がレベルシフトされた電位が入力される。これにより、容量C1[m,1]乃至容量C1[m,n]のそれぞれには、画像データに応じた電位としてVdrv2[m,1]_1乃至Vdrv2[m,n]_1が保持される。
その後、配線GL1[m]には低レベル電位が入力されている。これにより、画素アレイALPのm行目に配置されている画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のスイッチSW1の制御端子のそれぞれに低レベル電位が与えられるため、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれのスイッチSW1はオフ状態となる。また、この動作により、画素PX[m,1]乃至画素PX[m,n]のそれぞれの発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れるため、これらの発光デバイスLDは、当該電流の量に応じた輝度の光を発する。なお、当該電流の量は、図3(A)乃至図3(C)の説明のとおり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧、つまり容量C1に保持されている電圧に応じて決まる。つまり、画素PX[m,1]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[m,1]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[m,2]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[m,2]_1に応じた輝度の光を発し、画素PX[m,n]の発光デバイスLDは、電圧Vdrv2[m,n]_1に応じた輝度の光を発する。
上記のとおり、期間U1乃至期間U7の動作を行うことによって、表示装置DSP3Aの構成を適用した表示装置DSP0は、画像を表示することができる。また、期間U1乃至期間U7の動作を繰り返す度に、表示装置DSP0に表示される画像を更新することができる。
また、上述した表示装置DSP0の動作方法は、本発明の一態様の表示装置に係る動作方法に限定されない。例えば、本発明の一態様の表示装置に係る動作方法は、図2の表示装置DSP0が、1フレーム期間中において、画素PXに含まれるスイッチのオン状態・オフ状態の制御、及び画素PXに与えられる電圧の制御の一方又は両方によって、画素PXの発光デバイスをパルス状に発光させて、画像を表示する方法としてもよい。逆に言えば、図2の表示装置DSP0は、1フレーム期間内において、画素PXの発光デバイスが発光している以外の期間では、画素PXの発光デバイスを発光させないことができる。つまり、表示装置DSP0は、1フレーム期間中に、画像の表示と黒表示を行う動作(Duty駆動と呼ばれる)を行うことができる。
また、図2の表示装置DSP0に動画を表示させる場合、表示装置DSP0のフレーム周波数は、30Hz以上、60Hz以上、120Hz以上、165Hz以上、又は240Hz以上とすればよい。また、図2の表示装置DSP0に静止画を表示させる場合、表示装置DSP0のフレーム周波数は、10Hz以下、5Hz以下、1Hz以下、0.5Hz以下、又は0.1Hz以下とすればよい。
<<表示装置のレイアウト例>>
図7(A)及び図7(B)のそれぞれは、図1の表示装置DSP3Aの一部の回路構成の一例を示したレイアウト図(平面図)である。また、図7(A)は、回路CDのレイアウト図を示し、図7(B)は、画素PXのレイアウト図を示している。
図7(A)のレイアウト図では、図1の回路CDに含まれているスイッチSW11には、トランジスタM11を適用し、また、図1の回路CDに含まれているスイッチSW12には、トランジスタM12を適用し、また、図1の回路CDに含まれているスイッチSW13には、トランジスタM13を適用している。また、図7(B)のレイアウト図では、図1の画素PXに含まれているスイッチSW1には、トランジスタM1を適用し、また、図1の画素PXに含まれているスイッチSW6には、トランジスタM6を適用している。
また、図7(A)及び図7(B)のそれぞれにおいて、回路CD及び画素PXは、導電体GEMと、導電体SDMBと、導電体SDMTと、半導体SMCと、導電体PLGと、を有する。なお、図7(A)及び図7(B)のそれぞれには、回路CD及び画素PXに含まれている絶縁体を図示していない。
半導体SMCは、一例として、導電体GEMの下方に位置している。また、導電体GEMは、一例として、導電体SDMBの下方に位置している。また、導電体SDMBは、一例として、導電体SDMTの下方に位置している。つまり、図7(A)、及び図7(B)において、回路CD、及び画素PXは、半導体SMC、導電体GEM、導電体SDMB、及び導電体SDMTの順に形成されている。
導電体GEMの一部は、一例として、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタM11乃至トランジスタM13のそれぞれのゲート(第1ゲートと呼称する場合がある)として機能する。
半導体SMC、導電体GEM、導電体SDMB、及び導電体SDMTのそれぞれは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。具体的には、例えば、導電体GEMを形成する場合には、導電体GEMとなる導電材料をスパッタリング法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、PLD(Pulsed Laser Deposition)法、及びALD(Atomic Layer Deposition)法から選ばれた一以上の方法を用いて形成し、その後に、フォトリソグラフィ法によって所望のパターンを形成すればよい。また、半導体SMC、導電体SDMB、及び導電体SDMTについても、上記と同様の方法により形成を行うことができる。
また、半導体SMCと導電体GEMとの間、導電体GEMと導電体SDMBの間、及び導電体SDMBと導電体SDMTの間には、絶縁体が設けられていてもよい。特に、半導体SMCと導電体GEMとの間に設けられる絶縁体は、ゲート絶縁膜(第1のゲート絶縁膜、フロントゲート絶縁膜と呼称する場合がある)として機能する場合がある。
また、半導体SMCと導電体SDMBとの間、半導体SMCと導電体SDMTとの間、及び導電体GEMと導電体SDMTとの間のそれぞれには、配線又はプラグとして機能する導電体PLGが設けられている。導電体PLGは、例えば、上記の絶縁体に開口部を形成し、当該開口部に導電体PLGとなる導電材料を埋めることにより、形成される。なお、導電体PLGの形成後には、導電体PLG及び周辺の絶縁体のそれぞれの膜面の高さを揃えるために、化学機械研磨法などを用いた平坦化処理によって平坦化がなされていてもよい。
図7(A)、及び図7(B)のそれぞれに図示している、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13のそれぞれは、一例として、半導体SMCと、導電体GEMと、絶縁体と、導電体PLGと、のそれぞれの一部を有する。
また、図7(A)に示す容量C2、及び図7(B)に示す容量C1のそれぞれは、導電体SDMBと、導電体SDMTと、のそれぞれの一部を有する。また、具体的には、容量C1及び容量C2のそれぞれは、導電体SDMBと、導電体SDMTと、のそれぞれの一部が互いに重なる領域を有する。つまり、容量C1及び容量C2のそれぞれにおいて、導電体SDMBの一部は、一対の電極の一方として機能し、導電体SDMTの一部は、一対の電極の他方として機能する。なお、容量C1及び容量C2に含まれる導電体SDMBと導電体SDMTとの間には、誘電率が高い絶縁体が設けられていることが好ましい。
また、図7(B)に図示している導電体ECは、一例として、導電体SDMB上に形成されている。導電体ECは、導電体SDMTの上方に位置している発光デバイスLD(図7(B)に図示しない)のアノードと、導電体SDMBと、を互いに電気的に接続するための配線、又はプラグとして機能する。
なお、本発明の一態様の表示装置に係るレイアウト図は、図7(A)及び図7(B)に限定されない。本発明の一態様の表示装置に係るレイアウト図は、適宜変更がなされた図7(A)又は図7(B)としてもよい。
<<表示装置の変更例>>
なお、上記で説明した本発明の一態様の表示装置に係る画素は、図1に示す画素PXに限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図1の画素PXの構成としてもよい。
図1の画素PXの変更例を、図8(A)に示す。図8(A)に示す画素PXは、トランジスタM2がバックゲートを有する点で、図1の画素PXと異なっている。
具体的には、図8(A)に図示しているトランジスタM2は、一例としては、チャネルの上下にゲートを有する構造のトランジスタとしており、トランジスタM2は、第1ゲートと第2ゲートとを有する。便宜上、一例として、第1ゲートをゲート(フロントゲートと記載する場合がある。)、第2ゲートをバックゲートとして区別するように記載しているが、第1ゲートと第2ゲートは互いに入れ替えることができる。そのため、本明細書等において、「ゲート」という語句は「バックゲート」という語句と入れ替えて記載することができる。同様に、「バックゲート」という語句は「ゲート」という語句と入れ替えて記載することができる。具体例としては、「ゲートは第1配線に電気的に接続され、バックゲートは第2配線に電気的に接続されている」という接続構成は、「バックゲートは第1配線に電気的に接続され、ゲートは第2配線に電気的に接続されている」という接続構成として置き換えることができる。
また、本発明の一態様の表示装置に係る画素PXは、トランジスタのバックゲートの接続構成に依らない。図8(A)に図示されているトランジスタM2には、バックゲートが図示され、当該バックゲートの接続構成については図示されていないが、当該バックゲートの電気的な接続先は、設計の段階で決めることができる。例えば、バックゲートを有するトランジスタにおいて、そのトランジスタのオン電流を高めるために、ゲートとバックゲートとを電気的に接続してもよい。つまり、トランジスタM2のゲートとバックゲートとを電気的に接続してもよい。また、例えば、バックゲートを有するトランジスタにおいて、そのトランジスタのしきい値電圧を変動させるため、または、そのトランジスタのオフ電流を小さくするために、外部回路に電気的に接続されている配線を設けて、当該外部回路によってトランジスタのバックゲートに固定電位、又は可変電位を与えてもよい。なお、これについては、図8(A)だけでなく、明細書の他の箇所に記載されているトランジスタ、及び他の図面に図示されているトランジスタについても同様である。
また、図8(A)の画素PXでは、トランジスタM2のゲートが、スイッチSW6の第1端子と、容量C1の第2端子と、に電気的に接続されている構成となっているが、図8(B)に示すとおり、画素PXは、トランジスタM2のゲートでなく、トランジスタM2のバックゲートが、スイッチSW6の第1端子と、容量C1の第2端子と、に電気的に接続されている構成としてもよい。
また、上述したとおり、図1に示す画素PXに含まれているスイッチSW1と、スイッチSW6と、には、トランジスタといった電気的なスイッチを適用することができる。具体的には、画素PXは、図8(C)に示すとおり、スイッチSW1がトランジスタM1を有し、スイッチSW6がトランジスタM6を有する構成とすることができる。なお、トランジスタM1及びトランジスタM6のそれぞれには、トランジスタM2に適用できるトランジスタを用いることができる。
上記のとおり、図1の表示装置DSP3Aは、画素PX内の容量C1と、画素PX外の容量C2によって、画像データ信号の電位変換を行っている。ところで、例えば、容量C1に、トランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧を書き込んでいる場合、ノードN1の電位変化によって、ノードN2の電位は、ノードN1の電位変化にC/(C+C)を乗じた電位が加わるため、容量C1に書き込まれているトランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧がずれてしまうことがある(ノードN1の電位変化がノードN2の電位変化と同じ場合、容量C1に書き込まれているトランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧はずれない)。しかし、図1の表示装置DSP3Aは、図3(B)及び図3(C)のタイミングチャートより、ノードN1の電位は、期間T31、期間T35、及び期間T36以外では変化せず、また、期間T35、及び期間T36では、容量C2の第1端子(配線SL)と容量C1の第1端子との間は非導通状態となっているため、ノードN2の電位変化による、ノードN1の電位変化は、容量C1の影響を受けない。つまり、ノードN2の電位が変化する場合、ノードN1の電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量とほぼ同じとなる。
<表示装置の構成例2>
次に、図1の表示装置DSP3Aとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図9に示す。図9に示す表示装置DSP3Bは、図1の表示装置DSP3Aの変更例であって、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及びスイッチSW1の第1端子とのそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間に、スイッチSW7が設けられている点で、図1の表示装置DSP3Aと異なっている。
スイッチSW7の第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW7の第2端子は、発光デバイスLDのアノードに電気的に接続されている。また、スイッチSW7の制御端子は、配線GL7に電気的に接続されている。
図9の表示装置DSP3Bにおいて、配線GL7は、配線GL1と配線GL6と共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図9に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は3本となる。
<<表示装置の動作方法例3>>
次に、図9の表示装置DSP3Bの動作方法の一例について説明する。
図10は、表示装置DSP3Bの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図10のタイミングチャートは、図3(A)のタイミングチャートの変更例であって、図3(A)のタイミングチャートに、配線GL7の電位の変化も加えて示したものである。そのため、表示装置DSP3Bの、配線GL7の電位の変化以外の動作については、図3(A)乃至図3(C)のタイミングチャートの説明を参照することができる。
期間T31乃至期間T34、及び期間T36において、配線GL7には、低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW7の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW7はオフ状態となっている。
つまり、期間T31乃至期間T34、及び期間T36では、スイッチSW1の第1端子、容量C1の第1端子、及びトランジスタM2の第1端子(ノードN2)のそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間が非導通状態となるため、発光デバイスLDのアノードにはノードN2の電位が与えられない。また、スイッチSW7がオフ状態となっているため、配線VE2から、トランジスタM2を介して、発光デバイスLDのアノードに電流は供給されない。このため、発光デバイスLDは発光しない。
また、期間T35において、配線GL7には高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW7の制御端子には高レベル電位が与えられるため、スイッチSW7はオン状態となっている。
つまり、期間T35では、トランジスタM2の第1端子と発光デバイスLDのアノードとの間が導通状態となるため、配線VE2からトランジスタM2を介して発光デバイスLDのアノードに電流が供給される。このため、発光デバイスLDが発光する。なお当該電流は、図3(A)乃至図3(C)の説明のとおり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧に応じて決まる。
上述したとおり、表示装置DSP3Bを用いることによって、発光デバイスLDに電流を供給するか否かを選択することができる。これにより、例えば、期間T31乃至期間T34において、トランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれの補正を行うとき、ノードN2の電位と配線VE0が与える電位との差が、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも高くなるような動作、及び条件であっても、スイッチSW7をオフ状態にすることで、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れることを防ぐことができる。つまり、表示装置DSP3BのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正する期間T31乃至期間T34において、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れることによるノードN2の電位の変化を防ぎ、かつ発光デバイスLDの発光を防ぐことができる。
<表示装置の構成例3>
次に、図1の表示装置DSP3A及び図9の表示装置DSP3Bとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図11に示す。図11に示す表示装置DSP3Cは、図1の表示装置DSP3Aの変更例であって、トランジスタM2の第2端子と配線VE2との間に、スイッチSW8が設けられている点で、図1の表示装置DSP3Aと異なっている。
スイッチSW8の第1端子は、トランジスタM2の第2端子に電気的に接続されている。また、スイッチSW8の第2端子は、配線VE2に電気的に接続されている。また、スイッチSW8の制御端子は、配線GL8に電気的に接続されている。
図11の表示装置DSP3Cにおいて、配線GL8は、配線GL1と配線GL6と共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図11に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は3本となる。
なお、本発明の一態様の表示装置は、図11の表示装置DSP3Cの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置の構成は、適宜変更がなされていてもよい。例えば、図11の表示装置DSP3Cは、図12に示す表示装置DSP3CAの構成に変更してもよい。図12の表示装置DSP3CAは、図11の表示装置DSP3Cの変更例であって、スイッチSW1の第1端子、容量C1の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードと、トランジスタM2の第1端子と、の間にスイッチSW8が設けられている点で、表示装置DSP3Cと異なっている。
<<表示装置の動作方法例4>>
次に、図11の表示装置DSP3Cの動作方法の一例について説明する。なお、当該動作方法は、図12の表示装置DSP3CAが行う動作方法とすることができる。
図13(A)は、表示装置DSP3Cの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図13(A)のタイミングチャートは、図3(A)のタイミングチャートの変更例であって、図3(A)のタイミングチャートに、配線GL8の電位の変化も加えて示したものである。そのため、表示装置DSP3Cの、配線GL8の電位の変化以外の動作については、図3(A)乃至図3(C)のタイミングチャートの説明を参照することができる。
期間T31、期間T33、期間T34、及び期間T36において、配線GL8には、低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW8の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW8はオフ状態となっている。
つまり、期間T31、期間T33、及び期間T36では、配線VE2とトランジスタM2の第2端子との間が非導通状態となるため、トランジスタM2の第2端子には配線VE2の電位VANOが与えられない。
また、期間T32、期間T34、及び期間T35において、配線GL8には、高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW8の制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW8はオン状態となっている。
つまり、期間T32、期間T34、及び期間T35では、配線VE2とトランジスタM2の第2端子との間が導通状態となるため、トランジスタM2の第2端子には配線VE2の電位VANOが与えられる。
上述したとおり、表示装置DSP3Cでは、トランジスタM2のしきい値電圧Vthを容量C1に保持する期間T32、トランジスタM2の電界効果移動度を補正する期間T34、及び発光デバイスLDを発光させる期間T35以外では、配線VE2からの電位VANOをトランジスタM2の第2端子への供給を防ぐことができる。これにより、例えば、期間T31、期間T33、及び期間T36における、配線VE2からトランジスタM2の第2端子へのリーク電流を低減することができる。
表示装置DSP3Cの動作方法は、図13(A)のタイミングチャートではなく、図13(B)のタイミングチャートを適用してもよい。図13(B)のタイミングチャートは、図13(A)のタイミングチャートの変更例であって、期間T34において配線GL8に低レベル電位が与えられている点で、図13(A)と異なっている。
図13(B)に示すとおり、期間T34において配線GL8に低レベル電位が与えられることによって、スイッチSW8がオフ状態となる。期間T34において、画素PXの容量C1の第1端子-第2端子間の電圧がVdrv1となったとき(画素PXに駆動回路SDからの画像データ信号が供給されたとき)、トランジスタM2はオン状態となるが、スイッチSW8がオフ状態となることで、トランジスタM2の第1端子-第2端子間に電流は流れなくなる。つまり、画素PXのトランジスタM2の電界効果移動度の補正を行わない場合は、表示装置DSP0に表示装置DSP3Cの構成を適用して、図13(B)のタイミングチャートの動作を行えばよい。
また、表示装置DSP3Cの動作方法と同様に、表示装置DSP3CAの動作方法は、図13(A)のタイミングチャートではなく、図13(B)のタイミングチャートを適用してもよい。このため、表示装置DSP0に表示装置DSP3CAの構成を適用した場合でも、画素PXのトランジスタM2の電界効果移動度の補正を行わない動作を選択することができる。
<表示装置の構成例4>
次に、表示装置DSP3A、表示装置DSP3B、表示装置DSP3C、及び表示装置DSP3CAとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図14に示す。図14に示す表示装置DSP3Dは、図1の表示装置DSP3Aの変更例であって、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及びスイッチSW1の第1端子のそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間に、スイッチSW7が設けられている点と、トランジスタM2の第2端子と配線VE2との間に、スイッチSW8が設けられている点と、で図1の表示装置DSP3Aと異なっている。
トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、及びスイッチSW1の第1端子とのそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間に、スイッチSW7が設けられている点については、図9の表示装置DSP3Bの説明を参照することができる。また、トランジスタM2の第2端子と配線VE2との間に、スイッチSW8が設けられている点については、図11の表示装置DSP3Cの説明を参照することができる。
つまり、図14に示すとおり、画素PXにスイッチSW7が設けられることによって、表示装置DSP3Dは、図9の表示装置DSP3Bと同様に、トランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正する期間において、発光デバイスLDの発光を防ぐことができる。また、図14に示すとおり、画素PXにスイッチSW8が設けられることによって、表示装置DSP3Dは、図11の表示装置DSP3Cと同様に、トランジスタM2のしきい値電圧Vthを容量C1に保持する期間、トランジスタM2の電界効果移動度を補正する期間、及び発光デバイスLDが発光する期間以外において、配線VE2からの電位をトランジスタM2の第2端子への供給を防ぐことができる。また、表示装置DSP3Dは、表示装置DSP3Cと同様に、画素PXのトランジスタM2の電界効果移動度の補正を行わない動作を選択することができる。
なお、本発明の一態様の表示装置は、図14の表示装置DSP3Dの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置の構成は、適宜変更がなされていてもよい。例えば、図14の表示装置DSP3Dは、図15に示す表示装置DSP3DAの構成に変更してもよい。図15の表示装置DSP3DAは、図14の表示装置DSP3Dの変更例であって、スイッチSW1の第1端子、及び容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、の間にスイッチSW8が設けられている点で、表示装置DSP3Dと異なっている。
図15の表示装置DSP3DAにおいて、スイッチSW8の第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、容量C1の第2端子と、スイッチSW7の第1端子と、に電気的に接続され、スイッチSW8の第2端子は、トランジスタM2の第1端子に電気的に接続されている。
<<表示装置の動作方法例5>>
次に、図14の表示装置DSP3Dの動作方法の一例について説明する。なお、当該動作方法は、図15の表示装置DSP3DAが行う動作方法とすることができる。
図16(A)は、表示装置DSP3Dの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図16(A)のタイミングチャートは、図3(A)のタイミングチャートの変更例であって、図3(A)のタイミングチャートに、配線GL7及び配線GL8の電位の変化も加えて示したものである。そのため、表示装置DSP3Dの、配線GL7及び配線GL8の電位の変化以外の動作については、図3(A)乃至図3(C)のタイミングチャートの説明を参照することができる。また、配線GL7の電位の変化については、図10のタイミングチャートの説明を参照することができる。また、配線GL8の電位の変化については、図13(A)及び図13(B)のタイミングチャートの説明を参照することができる。
表示装置DSP3D及び表示装置DSP3DAは、図16(A)のタイミングチャートに示す動作方法例を行うことで、トランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正する期間において、発光デバイスLDの発光を防ぐことができ、かつトランジスタM2のしきい値電圧Vthを容量C1に保持する期間、トランジスタM2の電界効果移動度を補正する期間、及び発光デバイスLDが発光する期間以外において、配線VE2からの電位をトランジスタM2の第2端子への供給を防ぐことができる。
表示装置DSP3D及び表示装置DSP3DAの動作方法は、図16(A)のタイミングチャートではなく、図16(B)のタイミングチャートを適用してもよい。図16(B)のタイミングチャートは、図16(A)のタイミングチャートの変更例であって、期間T31において配線GL8に高レベル電位が与えられている点で、図16(A)と異なっている。
図16(B)に示すとおり、期間T31において配線GL8に高レベル電位が与えられることによって、スイッチSW8がオン状態となる。期間T31では、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧がVref-Vinitとなり、Vref-VinitはトランジスタM2のしきい値電圧Vthよりも高くなる場合がある。つまり、トランジスタM2がオン状態となる場合がある。しかし、期間T31において、スイッチSW7はオフ状態となっているため、スイッチSW8及びトランジスタM2のそれぞれがオン状態であっても、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れず、結果として、発光デバイスLDは発光しない。
表示装置DSP3C及び表示装置DSP3CAと比較すると、表示装置DSP3C及び表示装置DSP3CAでは、スイッチSW7が設けられていないため、期間T31においてスイッチSW8がオフ状態でないと、トランジスタM2を介して発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れてしまい、発光デバイスLDが発光する恐れがある。
図14の表示装置DSP3D及び図15の表示装置DSP3DAのとおり、スイッチSW7及びスイッチSW8を設けた場合、図16(A)及び図16(B)のタイミングチャートの期間T31では、スイッチSW8はオン状態であってもよく、オフ状態であってもよい。
<表示装置の構成例5>
次に、表示装置DSP3A、表示装置DSP3B、表示装置DSP3C、表示装置DSP3D、表示装置DSP3CA、及び表示装置DSP3DAとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図17に示す。図17に示す表示装置DSP3Eは、図14の表示装置DSP3Dの変更例であって、発光デバイスLDに並列に電気的に接続されるようにスイッチSW9が設けられている点で、表示装置DSP3Dと異なっている。
スイッチSW9の第1端子は、発光デバイスLDのアノードと、スイッチSW7の第2端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW9の第2端子は、発光デバイスLDのアノードと、配線VE0と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW9の制御端子は、配線GL9に電気的に接続されている。
図17の表示装置DSP3Eにおいて、配線GL9は、配線GL1と配線GL6と配線GL7と配線GL8と共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図17に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は5本となる。
なお、本発明の一態様の表示装置は、図17の表示装置DSP3Eの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置の構成は、適宜変更がなされていてもよい。例えば、図17の表示装置DSP3Eは、図18に示す表示装置DSP3EAの構成に変更してもよい。図18の表示装置DSP3EAは、図17の表示装置DSP3Eの変更例であって、スイッチSW1の第1端子、容量C1の第1端子、及びスイッチSW7の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、の間にスイッチSW8が設けられている点で、表示装置DSP3Eと異なっている。
<<表示装置の動作方法例6>>
次に、図17の表示装置DSP3Eの動作方法の一例について説明する。なお、当該動作方法は、図18の表示装置DSP3EAが行う動作方法とすることができる。
図19は、表示装置DSP3Eの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図19のタイミングチャートは、図16(A)のタイミングチャートの変更例であって、図16(A)のタイミングチャートに、配線GL9の電位の変化も加えて示したものである。そのため、表示装置DSP3Eの、配線GL9の電位の変化以外の動作については、図16(A)のタイミングチャートの説明を参照することができる。
期間T35において、配線GL9には、低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW9の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW9はオフ状態となっている。
つまり、期間T35では、配線VE0と発光デバイスLDのカソードのそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間が非導通状態となるため、発光デバイスLDのアノードにはスイッチSW9を介して配線VE0からの電位VCTが供給されない。一方で、期間T35では、スイッチSW7及びスイッチSW8のそれぞれがオン状態であるため、発光デバイスLDのアノードには、配線VE2からの電流が流れる。そのため、発光デバイスLDは発光する。
期間T31乃至期間T34、及び期間T36において、配線GL9には、高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW9の制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW9はオン状態となっている。
つまり、期間T31乃至期間T34、及び期間T36では、配線VE0と発光デバイスLDのカソードのそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間が導通状態となるため、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧が0Vとなる。また、スイッチSW7がオフ状態となっているため、スイッチSW7を介してノードN2と発光デバイスLDのアノードとの間に電流は流れない。
特に、期間T31乃至期間T34、及び期間T36は、元々、発光デバイスLDが発光しない期間であるが、これらの期間でスイッチSW9をオン状態にすることによって、発光デバイスLDのアノードに蓄積されている電荷を、スイッチSW9を介して、配線VE0に排出することができる。つまり、発光デバイスLDが発光しない期間において、表示装置DSP3E及び表示装置DSP3EAは、スイッチSW9が設けられていない表示装置(例えば、表示装置DSP3A、表示装置DSP3B、表示装置DSP3C、表示装置DSP3D、表示装置DSP3CA、及び表示装置DSP3DA)よりも速く、発光デバイスLDのアノードに蓄積されている電荷を放電することができる。これにより、発光デバイスLDの発光状態をより早く消光状態に移行することができる。
<表示装置の構成例6>
次に、表示装置DSP3A、表示装置DSP3B、表示装置DSP3C、表示装置DSP3D、表示装置DSP3E、表示装置DSP3CA、表示装置DSP3DA、及び表示装置DSP3EAとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図20に示す。図20に示す表示装置DSP3Fは、図1の表示装置DSP3Aの変更例であって、画素PXにスイッチSW13I及び容量C2Iが設けられている点と、回路CDにスイッチSW13及び容量C2が設けられていない点と、で表示装置DSP3Aと異なっている。
このため、表示装置DSP3Fの説明において、表示装置DSP3Aの内容と共通している部分については、表示装置DSP3Aの説明を参照することができる。
表示装置DSP3Fにおいて、スイッチSW13Iの第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、に電気的に接続されている。また、スイッチSW13Iの第2端子は、配線VE4に電気的に接続されている。また、スイッチSW13Iの制御端子は、配線GL13に電気的に接続されている。
また、容量C2Iの第1端子は、スイッチSW1の第2端子に電気的に接続されている。また、容量C2Iの第2端子は、配線SLに電気的に接続されている。
また、スイッチSW11の第1端子は、配線SLと、スイッチSW12の第1端子と、に電気的に接続されている。
配線GL13は、配線GL1及び配線GL6と共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図20に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は3本となる。
なお、表示装置DSP3Fでは、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSW13Iの第1端子と、容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、の電気的な接続点をノードN2と呼称する。また、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、の電気的な接続点をノードN3と呼称する。なお、本構成例の表示装置DSP3Fの場合、ノードN3を配線SLに置き換えて説明できる場合がある。
表示装置DSP3Fにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP3AのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP3Aの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。つまり、表示装置DSP3Fは、表示装置DSP3Aにおいて回路CDに含まれているスイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP3Fの動作方法は、表示装置DSP3Aの動作方法において、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換えて説明することができる場合がある。
表示装置DSP3Fは、表示装置DSP3Aと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
なお、本発明の一態様の表示装置の構成は、表示装置DSP3Fの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図20の表示装置DSP3Fの構成としてもよい。
図20の表示装置DSP3Fの変更例を、図21に示す。図21に示す表示装置DSP3Gは、スイッチSW1の第2端子が容量C2Iの第1端子ではなく配線SLに電気的に接続されている点と、スイッチSW1の第1端子が発光デバイスLDのアノードではなく容量C2Iの第2端子に電気的に接続されている点と、容量C2Iの第1端子が発光デバイスLDのアノードに電気的に接続されている点と、で図20の表示装置DSP3Fと異なっている。
つまり、表示装置DSP3Fは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、容量C2I、スイッチSW1、及び発光デバイスLDが順に設けられている構成となっており、表示装置DSP3Gは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、スイッチSW1、容量C2I、及び発光デバイスLDが順に設けられている構成となっている。
なお、本実施の形態では、図20の表示装置DSP3Fにおいて、スイッチSW1の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、の間の電気的な接続点をノードN4と呼称する。
また、表示装置DSP3Gにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP3AのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP3Aの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。また、ノードN4は、表示装置DSP3AのノードN3に相当する。つまり、表示装置DSP3GAは、表示装置DSP3Aにおいて回路CDに含まれているスイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP3GAの動作方法は、表示装置DSP3Aの動作方法において、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN4をノードN3に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換えて説明することができる場合がある。
表示装置DSP3Gも、表示装置DSP3Aと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
図21の表示装置DSP3Gの変更例を、図22に示す。図22に示す表示装置DSP3GAは、画素PXにスイッチSW11Iが設けられている点と、回路CDにスイッチSW11が設けられていない点と、で表示装置DSP3Gと異なっている。つまり、図22に示す表示装置DSP3GAは、画素PXにスイッチSW11IとスイッチSW13Iと容量C2Iとが設けられている点と、回路CDにスイッチSW11とスイッチSW13と容量C2とが設けられていない点と、で表示装置DSP3Aと異なっている。
表示装置DSP3GAにおいて、スイッチSW11Iの第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW11Iの第2端子は、配線VE3に電気的に接続されている。また、スイッチSW11Iの制御端子は、配線GL11に電気的に接続されている。
また、容量C2Iの第1端子は、スイッチSW13Iの第1端子と、容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、に電気的に接続されている。また、スイッチSW1の第2端子は、配線SLに電気的に接続されている。
また、スイッチSW12の第1端子は、配線SLに電気的に接続されている。
配線GL11は、配線GL1、配線GL6、及び配線GL13と共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図22に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は4本となる。
表示装置DSP3GAにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP3AのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP3Aの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。また、スイッチSW11Iは、表示装置DSP3AのスイッチSW11に相当する。また、配線GL11は、配線SWL11に相当する。また、ノードN4は、表示装置DSP3AのノードN3に相当する。つまり、表示装置DSP3GAは、表示装置DSP3Aにおいて回路CDに含まれているスイッチSW11、スイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW11I、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP3GAの動作方法は、表示装置DSP3Aの動作方法において、スイッチSW11をスイッチSW11Iに置き換え、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN3をノードN4に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換え、配線SWL11を配線GL11に置き換えて説明することができる場合がある。
表示装置DSP3GAは、表示装置DSP3Aと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
また、表示装置DSP3Aの動作方法例で説明したとおり、配線VE3と配線VE6のそれぞれが与える電位は互いに等しくすることができる。この場合、配線VE3と配線VE6は、1本の配線としてまとめてもよい。一例として、図23には、表示装置DSP3GAにおいて、配線VE3と配線VE6を1本の配線VE3にまとめた構成の表示装置DSP3GBを示している。
図22の表示装置DSP3GAと、図23の表示装置DSP3GBと、は異なる、表示装置DSP3Gの別の変更例を、図24に示す。図24に示す表示装置DSP3GCは、図22の表示装置DSP3GBの更なる変更例であって、回路CDにスイッチSW12が設けられていない点で表示装置DSP3GBと異なっている。つまり、図24に示す表示装置DSP3GCは、画素PXにスイッチSW11I、スイッチSW12I、スイッチSW13I、及び容量C2Iが設けられている点と、列ドライバ回路CLMに回路CDが設けられていない点と、で表示装置DSP3Aと異なっている。
なお、便宜上、表示装置DSP3GCでは、表示装置DSP3GAのスイッチSW1をスイッチSW12Iと表記し、また、表示装置DSP3GAの配線GL1を配線GL12と表記している。
表示装置DSP3GCにおいて、駆動回路SDは、配線SLに電気的に接続され、配線SLは、スイッチSW12Iの第2端子に電気的に接続されている。
表示装置DSP3GCは、表示装置DSP3GAにおいて、回路CDに設けられているスイッチSW12と画素PXに設けられているスイッチSW1とを、スイッチSW12Iとして兼用した構成となっている。このため、表示装置DSP3GAは、図24の表示装置DSP3GCのとおり、回路CD内にスイッチSW12を設けない構成に変更することができる。
表示装置DSP3GCの動作方法は、表示装置DSP3Aの動作方法において、スイッチSW11をスイッチSW11Iに置き換え、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN3をノードN4に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換え、配線SWL11を配線GL11に置き換え、配線SWL12を配線GL12に置き換えて説明することができる場合がある。なお、表示装置DSP3Aの配線GL1が与える信号については、表示装置DSP3GCでは考えなくてもよい。
本実施の形態で説明したとおり、図1の表示装置DSP3Aとその変更例は、画素PX内の容量C1と、画素PX外の容量C2と、によって、画像データ信号の電位変換を行っている。これにより、発光デバイスLDに流れる電流の量を細かく制御することができる。また、電流の量を細かく制御できるため、発光デバイスの領域(発光面)の面積を小さくすることができ、その結果、表示装置の精細度を高くすることができる。また、図1の表示装置DSP3Aとその変更例は、画素PXへの画像データの書き込みの前にトランジスタM2のしきい値電圧の補正と、画像データの書き込み時の後にトランジスタM2の電界効果移動度の補正と、を行うことができる。発光デバイスLDの発光輝度はアノード-カソード間に流れる電流の量によって決まるため、上述した補正を行うことによって、発光デバイスLDに適切な量の電流を流すことができ、表示装置の表示品位を高めることができる。
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2)
本実施の形態では、上記で説明した表示装置DSP3Aとは異なる、本発明の一態様の表示装置について説明する。
<表示装置の構成例1>
図25には、実施の形態1で説明した図2の表示装置DSP0に適用できる、画素PXと、回路CDと、のそれぞれの構成例を示している。図25は表示装置DSP4Aを示し、図1と同様に、画素アレイALPに含まれる複数の画素PXのうちの1個と、その画素PXに電気的に接続されている、行ドライバ回路RWDの駆動回路GDと、列ドライバ回路CLMの回路CD及び駆動回路SDと、を抜粋して示している。
図25の表示装置DSP4Aにおいて、画素PXは、一例として、トランジスタM2と、スイッチSW1と、スイッチSW6と、スイッチSWAと、スイッチSWBと、容量C1と、容量C3と、発光デバイスLDと、を有する。また、回路CDは、スイッチSW11と、スイッチSW12と、スイッチSW13と、容量C2と、を有する。
なお、図25に示しているトランジスタM2は、図1に示しているトランジスタM2に適用できるトランジスタを用いることができる。但し、図25のトランジスタM2は、バックゲートを有する点で、図1のトランジスタM2と異なっている。
また、図25に示しているスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13には、図1に示しているスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13に適用できるスイッチを用いることができる。
また、本明細書等では、図25に示すスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13のそれぞれは、制御端子に高レベル電位が与えられているときにオン状態になり、制御端子に低レベル電位が与えられているときにオフ状態になるものとする。
発光デバイスLDについては、実施の形態1で説明した発光デバイスLDの記載を参照することができる。
画素PXにおいて、スイッチSW1の第1端子は、スイッチSWAの第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、に電気的に接続され、スイッチSW1の第2端子は、配線SLに電気的に接続され、スイッチSW1の制御端子は、配線GL1に電気的に接続されている。また、スイッチSWAの第2端子は、スイッチSW6の第1端子と、トランジスタM2のゲートと、容量C1の第2端子と、に電気的に接続され、スイッチSWAの制御端子は、配線GLAに電気的に接続されている。また、スイッチSW6の第2端子は、配線VE6に電気的に接続され、スイッチSW6の制御端子は、配線GL6に電気的に接続されている。また、トランジスタM2の第2端子は、配線VE2に電気的に接続され、トランジスタM2のバックゲートは、容量C3の第2端子と、スイッチSWBの第1端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSWBの第2端子は、配線VE5に電気的に接続され、スイッチSWBの制御端子は、配線GLBに電気的に接続されている。また、発光デバイスLDのカソードは、配線VE0に電気的に接続されている。
なお、本実施の形態では、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSWAの第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、の電気的な接続点をノードN2と呼称する。また、トランジスタM2のゲートと、容量C1の第2端子と、スイッチSWAの第2端子と、スイッチSW6の第1端子と、の電気的な接続点をノードN1と呼称する。また、トランジスタM2のバックゲートと、容量C3の第2端子と、スイッチSWBの第1端子と、の電気的な接続点をノードNBと呼称する。
回路CDにおいて、容量C2の第1端子は、配線SLと、スイッチSW13の第1端子と、に電気的に接続され、容量C2の第2端子は、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW11の第2端子は、配線VE3に電気的に接続され、スイッチSW11の制御端子は、配線SWL11に電気的に接続されている。また、スイッチSW12の第2端子は、駆動回路SDに電気的に接続され、スイッチSW12の制御端子は、配線SWL12に電気的に接続されている。また、スイッチSW13の第2端子は、配線VE4に電気的に接続され、スイッチSW13の制御端子は、配線SWL13に電気的に接続されている。
なお、本実施の形態では、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、容量C2の第2端子と、の電気的な接続点をノードN3と呼称する。
配線VE0、及び配線VE2乃至配線VE6のそれぞれは、一例として、定電位を与える配線として機能する。つまり、配線VE0、及び配線VE2乃至配線VE6のそれぞれは、電源線として機能してもよい。配線VE0、及び配線VE2乃至配線VE6のそれぞれが与える定電位は、互いに等しくてもよく、又は互いに異なっていてもよい。又は、配線VE0、及び配線VE2乃至配線VE6のそれぞれが与える電位の一部は、等しく、残りは異なる電位であってもよい。また、配線VE0、及び配線VE2乃至配線VE6は、定電位ではなく、パルス電位を与える配線として機能してもよい。
特に、図25の画素PXにおいて、配線VE0は、発光デバイスLDのカソードに対して電位を与える配線として機能することが好ましい。また、配線VE2は、発光デバイスLDのアノードに対して電位を与える配線として機能することが好ましい。
なお、図25の画素PXに備わる発光デバイスLDでは、アノードがトランジスタM2の第1端子と、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSWAの第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、に電気的に接続され、カソードが配線VE0に電気的に接続されているが、アノードに配線VE0が電気的に接続され、カソードにトランジスタM2の第1端子と、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSWAの第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、が電気的に接続されてもよい。この場合、配線VE0は、発光デバイスLDのアノードに対して電位を与える配線として機能し、配線VE2は、発光デバイスLDのカソードに対して電位を与える配線として機能する。
配線GL1、配線GL6、配線GLA、及び配線GLBは、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図25に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は4本となる。
配線SWL11、配線SWL12、及び配線SWL13のそれぞれは、図1に示す配線SWL11、配線SWL12、及び配線SWL13の説明を参照することができる。
<<表示装置の動作方法例1>>
次に、図25の表示装置DSP4Aの動作方法の一例について説明する。
図26(A)乃至図26(C)は、表示装置DSP4Aの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図26(A)のタイミングチャートには、期間T41乃至期間T48のそれぞれにおける、配線GL1、配線GL6、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、配線SWL12、配線SWL13、及びノードN3の電位の変化を示している。また、図26(B)には、期間T41乃至期間T48のそれぞれにおける、ノードN1、及びノードN2の電位の変化を示し、図26(C)には、期間T41乃至期間T48のそれぞれにおける、ノードN2及びノードNBの電位の変化を示している。また、図26(B)及び図26(C)において、ノードN1の電位変化は実線で示し、ノードN2の電位変化は一点鎖線で示し、ノードNBの電位変化は二点鎖線で示している。
なお、図26(A)において、Highは高レベル電位を示し、Lowは低レベル電位を示している。
配線VE3には、定電位として、Vrefが与えられているものとする。また、配線VE4には、定電位として、Vinitが与えられているものとする。なお、Vrefは、Vinitよりも高い電位とすることが好ましい。本動作方法例では、Vrefは、特に断らない限りは、Vinitよりも高い電位として説明する。
また、配線VE2には、定電位として、VANが与えられているものとする。また、配線VE0には、定電位として、VCTが与えられているものとする。また、VANは、VCTよりも高い電位とする。なお、VANは、Vinitよりも高い電位とする。
また、Vinit-VCTの電圧は、発光デバイスLDが発光しない電圧とする。つまり、発光デバイスLDのしきい値電圧をVtheとしたとき、Vinit-VCT<Vtheとなるように、Vinit、VCTが設定されていることが好ましい。又は、VinitとVCTとを互いに等しい電位として、発光デバイスLDのアノード-カソード間を0Vにしてもよい。又は、VinitをVCTよりも低い電位として、発光デバイスLDのアノード-カソード間に逆バイアスの電圧(アノードの電位よりもカソードの電位が高い状態)を印加してもよい。
また、トランジスタM2のしきい値電圧をVthとする。なお、Vthは、Vref-Vinitよりも低い電圧とする。
配線VE5には、定電位として、Vref2が与えられているものとする。なお、Vref2は、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧がVref2-Vinitであるとき、トランジスタM2のしきい値電圧が0Vよりも低くなる電位とすることが好ましい。なお、本動作方法例では、特に断らない限りは、Vref2は、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧がVref2-Vinitであるとき、トランジスタM2のしきい値電圧が0Vよりも低くなる電位とする。
また、配線VE6には、定電位として、Vrefが与えられているものとする。つまり、配線VE6に与えられる定電位は、配線VE3に与えられる定電位と等しいことが好ましい。また、そのため、配線VE3及び配線VE6は、互いに電気的に接続されている構成とすることが好ましい。又は、配線VE3及び配線VE6は、同一の配線である構成とすることが好ましい(この場合、配線VE3と配線VE6は互いに符号を入れ換えて説明することができる)。なお、状況によっては、配線VE6に与えられる定電位は、配線VE3に与えられる定電位と異なっていてもよい。
なお、Vrefは、一例として、発光デバイスLDが発光しない程度の電位とすることが好ましい。具体的には、トランジスタM2のゲートの電位がVrefであり、かつトランジスタM2がオン状態であっても、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧は、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも低くなることが好ましい。
例えば、トランジスタM2がオン状態であり、かつトランジスタM2のソース(第1端子)の電位をVとしたとき、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vref-Vは、Vthよりも高くなる。換言すると、トランジスタM2のソース(第1端子)の電位Vは、V<Vref-Vthを満たしている。また、このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧はV-VCTとなり、発光デバイスLDが発光しない条件としては、V-VCT<Vtheとなればよい。換言すると、トランジスタM2のソース(第1端子)の電位Vは、V<VCT+Vtheを満たせばよい。
ここで、例えば、VrefとVCTとを互いに等しい電位とした場合、V<Vref-Vth、及びV<VCT+Vtheより、-Vth<Vtheが成り立つ。したがって、VrefとVCTとが互いに等しい場合、-Vth<Vtheが成り立つことで、Vrefは、発光デバイスLDが発光しない程度の電位とすることができる。なお、本動作方法例では、特に断らない限りは、VrefとVCTとを互いに等しい電位とする。
配線VE5には、定電位として、Vref2が与えられているものとする。なお、Vref2は、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧がVref2-Vinitであるとき、トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vよりも低くなるような電位とすることが好ましい。
なお、Vref2は、一例として、発光デバイスLDが発光しない程度の電位とすることが好ましい。具体的には、トランジスタM2のバックゲートの電位がVref2であり、かつトランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vよりも低い状態であっても、発光デバイスLDのアノード-カソード間電圧は、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも低くなることが好ましい。
例えば、Vref2は、VCTと互いに等しい電位としてもよい。又は、Vref2は、Vref及びVCTと互いに等しい電位としてもよい。
[期間T41よりも前]
期間T41よりも前において、配線GL1、配線GL6、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、配線SWL12、及び配線SWL13のそれぞれには、低レベル電位が与えられている。そのため、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13のそれぞれの制御端子には、低レベル電位が与えられるため、これらのスイッチのそれぞれは、オフ状態となっている。
また、期間T41よりも前において、ノードN3の電位は不定としている。そのため、図26(A)のタイミングチャートの期間T41よりも前におけるノードN3の電位を、ハッチングとして図示している。
また、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧が、トランジスタM2のしきい値電圧Vthよりも高い場合、トランジスタM2及び発光デバイスLDを介して、配線VE2-配線VE0間で電流が流れる。このため、期間T41よりも前では、発光デバイスLDは発光していることがある。
[期間T41]
期間T41では、配線GL1、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、及び配線SWL13に高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、及びスイッチSW13のそれぞれの制御端子には、高レベル電位が与えられるため、これらのスイッチのそれぞれは、オン状態となる。
スイッチSW1、スイッチSW13、及びスイッチSWAのそれぞれがオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、トランジスタM2のゲート、容量C1の第1端子、容量C1の第2端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれと配線VE4との間が導通状態となる。このため、トランジスタM2のゲート、及び容量C1の第2端子(ノードN1)と、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノード(ノードN2)と、には配線VE4からの電位Vinitが与えられる(図26(B)及び図26(C)参照)。
また、スイッチSWBがオン状態となっているため、トランジスタM2のバックゲート、及び容量C3の第2端子のそれぞれと配線VE5との間が導通状態となる。このため、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子(ノードNB)には、配線VE5からの電位Vref2が与えられる(図26(C)参照)。
また、このとき、発光デバイスLDのアノードには、配線VE4からの電位Vinitが与えられているため、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vinit-VCTとなる。上述したとおり、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧がVinit-VCTであるとき、発光デバイスLDは、発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れない)。
スイッチSWAがオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子とトランジスタM2のゲートとの間は導通状態となっている。このため、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧は0Vである。また、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧は、Vref2-Vinitとなっているため、トランジスタM2のしきい値電圧Vthは0Vよりも低くなる。このため、トランジスタM2はオン状態となる。また、トランジスタM2がオン状態となることで、トランジスタM2とスイッチSW1とスイッチSW13とを介する、配線VE2と配線VE4との間で電流が流れる。
また、スイッチSW11がオン状態となっているため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子のそれぞれと配線VE3との間が導通状態となる。このため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子(ノードN3)には、配線VE3からの電位Vrefが与えられる(図26(A)参照)。
このとき、容量C2の第1端子-第2端子間の電圧は、Vref-Vinitとなる。
なお、図26(A)のタイミングチャートの期間T41では、同じタイミングで配線GL1、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位が入力されているが、期間T41内であれば、配線GL1、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位が入力されるタイミングは、互いに異なっていてもよい。
[期間T42]
期間T42では、配線SWL13に低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW13の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW13は、オフ状態となる。このため、トランジスタM2の第1端子、トランジスタM2のゲート、容量C1の第1端子、容量C1の第2端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、配線VE4と、の間が非導通状態となる。
ところで、上述したとおり、スイッチSW13がオフ状態になる直前では、トランジスタM2のゲート、及びトランジスタM2の第1端子のそれぞれの電位はVinitとなっているため、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧は、0Vとなる。また、トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vよりも低くなっているため、トランジスタM2はオン状態となる。
期間T42において、スイッチSW13がオフ状態になることで、配線VE4からトランジスタM2の第1端子、及びトランジスタM2のゲートへの電位Vinitの印加が無くなるため、ノードN1及びノードN2に供給された負電荷は、トランジスタM2の第1端子-第2端子間を介して、配線VE2に放電される。換言すると、スイッチSW13がオフ状態になることで、トランジスタM2とスイッチSW1とスイッチSW13を介する、配線VE2-配線VE4間に電流が流れなくなるため、ノードN1及びノードN2には、配線VE2からの正電荷が供給される。これにより、ノードN1及びノードN2のそれぞれの電位が上昇する。
ノードN1、及びノードN2のそれぞれの電位が上昇することで、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧が低くなる。トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧の低下によって、トランジスタM2のしきい値電圧VthがトランジスタM2のゲート-ソース間電圧である0Vに達したとき、トランジスタM2はオフ状態となり、配線VE2からの正電荷の充電(配線VE2への負電荷の放電)が止まる。このときのバックゲート-ソース間電圧をΔVとする。また、スイッチSWBはオン状態となっており、ノードNBの電位はVref2であるため、このときのノードN1及びノードN2のそれぞれの電位はVref2-ΔVとなる。また、トランジスタM2がオフ状態になったとき、配線VE2からノードN1及びノードN2への正電荷の充電(ノードN1及びノードN2から配線VE2への負電荷の放電)が止まるため、ノードN1及びノードN2のそれぞれの電位は、Vref2-ΔVから変化しない(図26(B)及び図26(C)参照)。また、トランジスタM2がオフ状態となることで、ノードN1及びノードN2は、フローティング状態となる。
[期間T43]
期間T43では、配線GLBに低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSWBの制御端子には低レベル電位が与えられるため、スイッチSWBはオフ状態となる。
スイッチSWBがオフ状態となっているため、容量C3の第2端子、及びトランジスタM2のバックゲートのそれぞれと、配線VE5との間が非導通状態となる。このとき、ノードNBは、フローティング状態となる。また、これにより、容量C3の第1端子-第2端子間の電圧ΔVを保持することができる。
[期間T44]
期間T44では、配線GL6に高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW6の制御端子には高レベル電位が与えられるため、スイッチSW6はオン状態となる。
スイッチSW6がオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、トランジスタM2のゲート、容量C1の第1端子、容量C1の第2端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN1及びノードN2)と、配線VE6と、の間が導通状態となる。このため、トランジスタM2のゲート、及び容量C1の第2端子(ノードN1)と、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノード(ノードN2)には配線VE6からの電位Vrefが与えられる(図26(B)及び図26(C)参照)。つまり、ノードN1、ノードN2、及び配線SLのそれぞれの電位がVref2-ΔVからVrefに変化する。
また、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子のそれぞれ(ノードNB)は、フローティング状態となっているため、容量C3における容量結合により、ノードN2の電位変化に伴って、ノードNBの電位も変化する。なお、容量C3の容量結合による、ノードNBの電位の変化量は、容量C3の静電容量、トランジスタM2のゲート容量、及びスイッチSWBに係る寄生容量によって決まる。なお、本動作方法例では、簡易的に説明するため、ここでのノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとする。つまり、ノードN2の電位の変化量はVref-(Vref2-ΔV)であるため、ノードNBの電位の変化量もVref-(Vref2-ΔV)となる。これは、ノードNBの周辺における容量結合係数が1である場合に相当する。また、図26(B)及び図26(C)では、ΔVRDY=Vref-(Vref2-ΔV)としている。上記より、ノードNBの電位は、Vref2からVref+ΔVに変化する。
また、上述したとおり、ノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しくしているため、ノードNB及びノードN2のそれぞれの電位の変化の前後において、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧はΔVのまま変化しない。つまり、期間T44において、ノードNB及びノードN2のそれぞれの電位の変化によって、トランジスタM2のしきい値電圧Vthは変化しない。
ところで、期間T44において、スイッチSW1及びスイッチSW6のそれぞれがオン状態となっているため、容量C2の第1端子と配線VE6との間が導通状態となる。このため、配線SL及び容量C2の第1端子には配線VE6からの電位Vrefが与えられる。つまり、配線SL及び容量C2の第1端子の電位がVref2-ΔVからVrefに変化する。一方、容量C2の第2端子(ノードN3)には、期間T44よりも前から、配線VE3からの電位Vrefが与えられているため、配線SL及び容量C2の第1端子のそれぞれの電位がVref2-ΔVからVrefへ変化する期間であっても、容量C2の第2端子(ノードN3)の電位はVrefのまま変化しない。このため、容量C3の第1端子-第2端子間の電圧は0Vとなる。
なお、期間T44において、トランジスタM2の第1端子とトランジスタM2のゲートとの間は導通状態となっているため、ゲート-ソース間電圧は、期間T43から引き続き0Vとなる。また、トランジスタM2のしきい値電圧Vthは0Vとなっているため、期間T44でのトランジスタM2はオフ状態となっている。
[期間T45]
期間T45では、配線GLA及び配線SWL11のそれぞれに低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSWA及びスイッチSW11のそれぞれの制御端子には低レベル電位が与えられるため、スイッチSWA及びスイッチSW11のそれぞれはオフ状態となる。
スイッチSWAがオフ状態となっているため、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれ(ノードN1)と、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)との間が非導通状態となる。なお、このとき、スイッチSW6はオン状態であるため、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれ(ノードN1)には、期間T44から引き続き、配線VE6からの電位Vrefが与えられる。
また、期間T45では、スイッチSW13はオフ状態となっている。また、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧がVref-VCT(=0)であるため、発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れない(発光デバイスLDが発光しない)。このため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、配線SLと、は、フローティング状態となる。
また、スイッチSW11がオフ状態となっているため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子のそれぞれと、配線VE3との間が非導通状態となる。このとき、ノードN3は、フローティング状態となる。
[期間T46]
期間T46では、配線GL12に高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW12の制御端子には高レベル電位が与えられるため、スイッチSW12はオン状態となる。
特に、スイッチSW12がオン状態になったとき、駆動回路SDは、スイッチSW12を介して、容量C2の第2端子(ノードN3)に対して、画素PXに表示する画像に応じた画像データ信号を送信するものとする。なお、当該画像データ信号は、電位Vdataとする。また、VdataはVrefよりも低い電位とする。
このため、ノードN3の電位はVrefからVdataに変化する。また、配線SL、及びノードN2は、フローティング状態となっているため、容量C2における容量結合により、ノードN3の電位変化に伴って、配線SL及びノードN2の電位も変化する。配線SL、及びノードN2の電位の変化量は、例えば、容量C1の静電容量、容量C2の静電容量、容量C3の静電容量、トランジスタM2のゲート容量、スイッチSW1に係る寄生容量、スイッチSWBに係る寄生容量、スイッチSW13に係る寄生容量、発光デバイスLDに係る寄生容量、及び配線SLに係る寄生容量によって決まる。本動作方法例では、簡易的に説明するため、配線SL、及びノードN2の電位の変化量は、容量C1の静電容量、容量C2の静電容量、容量C3の静電容量によって定められるものとして説明する。
ノードN3の電位がVrefからVdataに変化したとき、配線SL及びノードN2の電位には、変化量として、ΔVdata=J×(Vdata-Vref)が与えられる。なお、Jは、容量C1の静電容量C、容量C2の静電容量C、容量C3の静電容量Cに応じて定められる定数であって、例えば、ノードN1、ノードN3、及びノードNBのそれぞれがフローティング状態でないとき、J=C/(C+C+C)となる。また、例えば、ノードNBのみがフローティング状態であるとき、J=C/(C+C)となる。そのため、配線SL及びノードN2の電位は、Vref+ΔVdataとなる。なお、図26(B)及び図26(C)では、VTC=Vref+ΔVdataとしている。また、前述したとおり、Vdataは、Vrefよりも低い電位であるため、ΔVdata<0であることに注意されたい。
一方、容量C1の第2端子(ノードN1)には、期間T46よりも前から、配線VE6からの電位Vrefが与えられているため、ノードN3の電位がVrefからVdataへ変化する期間であっても、容量C1の第2端子(ノードN1)の電位はVrefのまま変化しない。
上記より、期間T46におけるトランジスタM2のゲート-ソース間電圧をVdrv1とすると、Vdrv1=(ノードN1の電位)-(ノードN2の電位)=-ΔVdataとなる。なお、-ΔVdata>0であるため、Vdrv1>0である。
なお、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子のそれぞれ(ノードNB)は、フローティング状態となっているため、ノードN2の電位が変化することで、容量C3の容量結合によってノードNBの電位も変化する。なお、期間T44の説明のとおり、ノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとしているため(ノードNBの周辺における容量結合係数を1としているため)、結果として、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧はΔVのまま変化しない(トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vから変化しない)。具体的には、ノードN2の電位がVrefからVref+ΔVdataに変化したとき、ノードNBの電位は、Vref+ΔVからVref+ΔV+ΔVdataに変化する。
ところで、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧はVdrv1であり、トランジスタM2のしきい値電圧Vthは0Vであるため、Vdrv1>Vthとなって、トランジスタM2はオン状態となる。これにより、配線VE2からトランジスタM2を介してノードN2に電流が流れる。ここで、トランジスタM2が飽和領域で動作する場合を考える。トランジスタM2の第1端子-第2端子間に流れる電流の量は、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧VGSに応じて決まる。具体的には、飽和領域で動作するトランジスタのソース-ドレイン間に流れる電流の量Iは、トランジスタのゲート-ソース間電圧VGSとトランジスタのしきい値電圧Vthの差の2乗に比例するため、I=kμ(VGS-Vthが成り立つ。但し、kはトランジスタの構造に依存する比例定数であり、μはトランジスタの電界効果移動度である。上記の式のVGSにトランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vdrv1を代入し、かつVthに0Vを代入することで、I=kμ(-ΔVdata=kμ(ΔVdataとなり、トランジスタM2に流れる電流の量Iは、しきい値電圧Vthに依存せず、ΔVdataによって定められる。
また、期間T46では、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vtheよりも低いため、発光デバイスLDは発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流は流れない)。このため、配線SL及びノードN2には、配線VE2からトランジスタM2を介して正電荷が供給されるため、ノードN2の電位が上昇する。
なお、期間T46において、容量C1の第2端子と配線VE6との間は導通状態となっており、また、容量C2の第2端子と駆動回路SDとの間が導通状態となっているため、ノードN2の電位の変化によって、ノードN1、及びノードN3のそれぞれの電位は変化しない。
期間T46でのノードN2の電位の上昇によって、トランジスタM2の電界効果移動度の補正が行われる。具体的には、期間T46でスイッチSW12がオン状態になってから、後述する期間T47でスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12がオフ状態になるまでの間にノードN2の電位が上昇して、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧Vdrv1が低くなる。図26(B)、及び図26(C)では、ノードN2の電位がVTC=Vref+ΔVdataになったあとに、ノードN2の電位がΔVμだけ上昇してVTC+ΔVμとなり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧がVdrv1からVdrv2に低下した例を示している。ただし、ΔVμは、Vref>VTC+ΔVμ、つまり、-ΔVdata>ΔVμ>0を満たす電位とする。つまりトランジスタM2のゲート-ソース間電圧が低下して、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量が小さくなることで、トランジスタM2の電界効果移動度の補正が行われる。
なお、本動作方法例では、期間T46でスイッチSW12がオン状態になってから、後述する期間T47でスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12がオフ状態になるまでを、電界効果移動度の補正期間と呼称する。
また、電界効果移動度の補正については、実施の形態1の図4の説明を参照することができる。
複数の画素PXに含まれているトランジスタM2のそれぞれの電界効果移動度にばらつきがあっても、上述したとおり、電界効果移動度の補正期間を設けることによって、電界効果移動度のばらつきによる、トランジスタM2のソース-ドレイン間電流の量のばらつきを低減することができる。
なお、電界効果移動度の補正期間において、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子のそれぞれ(ノードNB)は、フローティング状態となっているため、ノードN2の電位が変化することで、容量C3の容量結合によってノードNBの電位も変化する。なお、期間T44の説明のとおり、ノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとしているため(ノードNBの周辺における容量結合係数を1としているため)、結果として、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧はΔVのまま変化しない(トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vから変化しない)。具体的には、ノードN2の電位がVTCからVTC+ΔVμに変化したとき、ノードNBの電位は、Vref+ΔV+ΔVdata=VTC+ΔVからVref+ΔV+ΔVdata+ΔVμ=VTC+ΔV+ΔVμに変化する。
[期間T47]
期間T47では、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12のそれぞれに低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれの制御端子には低レベル電位が与えられるため、スイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12はオフ状態となる。
スイッチSW1がオフ状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、配線SLとの間が非導通状態となる。また、スイッチSW6がオフ状態となっているため、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれと、配線VE6との間が非導通状態となる。また、スイッチSW12がオフ状態となっているため、容量C2の第2端子及びスイッチSW11の第1端子のそれぞれと、駆動回路SDとの間が非導通状態となる。
また、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧はVdrv2=Vref-VTC-ΔVμ=-ΔVdata-ΔVμである。-ΔVdata>ΔVμ>0であり、トランジスタM2のしきい値電圧Vthは0Vであるため、トランジスタM2は、オン状態となっている。
このため、トランジスタM2及び発光デバイスLDを介して、配線VE2と配線VE0との間に電流が流れる。
このとき、配線VE2と配線VE0との間の電圧VAN-VCTは、トランジスタM2と、発光デバイスLDと、で分圧される。本動作方法例では、期間T47の動作によって、トランジスタM2の第1端子(ノードN2)の電位は、VTC+ΔVμからVに昇圧されるものとする(図26(B)、及び図26(C)参照)。
また、トランジスタM2の第1端子(ノードN2)の電位がVTC+ΔVμからVに昇圧することにより、容量C1の容量結合によって、トランジスタM2のゲート(ノードN1)の電位も変化する。本動作方法例では、期間T47の動作によって、トランジスタM2のゲート(ノードN1)の電位は、VrefからVに昇圧されるものとする(図26(B)及び図26(C)参照)。
なお、上述した容量C1の容量結合による、ノードN1の電位の変化量は、容量C1の静電容量、トランジスタM2のゲート容量、スイッチSWAに係る寄生容量、及びスイッチSW6に係る寄生容量によって決まる。なお、本動作方法例では、簡易的に説明するため、ここでのノードN1の電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとする。つまり、ノードN2の電位の変化量をΔVC1(=V-(VTC+ΔVμ))としたとき、ノードN1の電位の変化量もΔVC1となる。これは、ノードN1の周辺における容量結合係数が1である場合に相当する。
また、ノードN1では、ΔVC1=V-Vrefとなるため、この式にノードN2の電位の変化量ΔV=V-(VTC+ΔVμ)を代入すると、V-V=Vref-VTC-ΔVμ=-ΔVdata-ΔVμ=Vdrv2が得られる。つまり、期間T47におけるスイッチSW1、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれをオフ状態にする直前と、オフ状態にした後のトランジスタM2のゲート-ソース間電圧は、互いに等しい。
また、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子のそれぞれ(ノードNB)は、フローティング状態となっているため、ノードN2の電位が変化することで、容量C3の容量結合によってノードNBの電位も変化する。なお、期間T44の説明のとおり、ノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとしているため(ノードNBの周辺における容量結合係数を1としているため)、結果として、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧はΔVのまま変化しない(トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vから変化しない)。具体的には、ノードN2の電位がVTC+ΔVμからVTC+ΔVμ+ΔVC1に変化したとき、ノードNBの電位は、VTC+ΔV+ΔVμからVTC+ΔV+ΔVμ+ΔVC1に変化する。
上記より、期間T41乃至期間T47までの動作を行うことで、トランジスタM2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vに補正され、かつトランジスタM2の電界効果移動度が補正された電流を生成することができる。
また、発光デバイスLDのアノードの電位がVとなるので、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、V-VCTとなる。また、発光デバイスLDのアノード-カソード間には、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流(I=kμ(V-V-Vth=kμ(ΔVdata+ΔVμ)が流れるため、発光デバイスLDは発光する。発光デバイスLDが有機EL素子である場合、発光デバイスLDの発光輝度は、発光デバイスLDのアノード-カソード間に流れる電流の量によって決まる。つまり、発光デバイスLDの発光輝度は、駆動回路SDから入力される画像データ信号Vdataによって定められる。
ところで、駆動回路SDから出力された画像データ信号Vdataは、回路CDを介することで、Vref+J×(Vdata-Vref)に変化する。つまり、Vref+J×(Vdata-Vref)が画素PXに入力される。ここで、画素の階調レベルの最小値をVdata_minとし、画素の階調レベルの最大値をVdata_maxとして、画像データ信号Vdataが複数の電位Vdata_min乃至Vdata_maxのいずれか一をとる場合を考える。Vdata_min乃至Vdata_maxの複数の電位のそれぞれは、回路CDを介して画素PXに入力されることによって、Vref+J×(Vdata_min-Vref)乃至Vref+J×(Vdata_max-Vref)に変化する。
駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVref+J×(Vdata_min-Vref)乃至Vref+J×(Vdata_max-Vref)の関係は、図28(A)のとおりとなる。つまり、駆動回路SDから出力される画像データ信号が、回路CDを介して画素PXに入力されることによって、画像データ信号の電位範囲が狭くなり、かつ画像データ信号の電位の刻み幅も低くなる。これにより、画素PXに入力される画像データ信号の電位を細かく変化させることができるため、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる。
また、配線VE6が与える電位をVrefとし、配線VE3が与える電位をVrefAとし、かつVrefAがVrefよりも高い場合、駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVref+J×(Vdata_min-VrefA)乃至Vref+J×(Vdata_max-VrefA)の関係は、図28(B)のとおりとなる。また、画像データ信号の電位の刻み幅を低くして、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる点については、図28(A)と同様である。
また、配線VE6が与える電位をVrefとし、配線VE3が与える電位をVrefAとし、かつVrefAがVrefよりも低い場合、駆動回路SDから出力される画像データ信号Vdata_min乃至Vdata_maxのそれぞれと、回路CDを介して画素PXに入力されるVref+J×(Vdata_min-VrefA)乃至Vref+J×(Vdata_max-VrefA)の関係は、図28(C)のとおりとなる。また、画像データ信号の電位の刻み幅を低くして、トランジスタM2のソース-ドレイン間に流れる電流の量を細かく変化させることができる点については、図28(A)、及び図28(B)と同様である。
なお、図26(A)のタイミングチャートの期間T47では、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12のそれぞれには低レベル電位が、同じタイミングで入力されているが、期間T35内であれば、配線GL1、配線GL6、及び配線SWL12のそれぞれに電位が入力されるタイミングは、互いに異なっていてもよい。
[期間T48]
期間T48では、配線GL1、配線GL6、配線GLA、及び配線SWL11のそれぞれに高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、及びスイッチSW11のそれぞれの制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、及びスイッチSW11のそれぞれはオン状態となる。
スイッチSW1がオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、配線SLとの間が導通状態となる。また、スイッチSW6がオン状態となっているため、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれ(ノードN1)と、配線VE6との間が導通状態となる。また、スイッチSWAがオン状態となっているため、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれ(ノードN1)と、の間が導通状態となる。これにより、配線SLと、トランジスタM2のゲート及び容量C1の第2端子のそれぞれ(ノードN1)と、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及び発光デバイスLDのアノードのそれぞれ(ノードN2)と、には、配線VE6からの電位Vrefが与えられる(図26(B)及び図26(C)参照)。
また、トランジスタM2のバックゲート及び容量C3の第2端子のそれぞれ(ノードNB)は、フローティング状態となっているため、ノードN2の電位が変化することで、容量C3の容量結合によってノードNBの電位も変化する。なお、期間T44の説明のとおり、ノードNBの電位の変化量は、ノードN2の電位の変化量と等しいものとしているため(ノードNBの周辺における容量結合係数を1としているため)、結果として、トランジスタM2のバックゲート-ソース間電圧はΔVのまま変化しない(トランジスタM2のしきい値電圧Vthが0Vから変化しない)。具体的には、ノードN2の電位がVTC+ΔVμ+ΔVC1からVrefに変化したとき、ノードNBの電位は、VTC+ΔV+ΔVμ+ΔVC1からVref+ΔVに変化する。
このとき、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧は、Vref-VCTとなる。上述したとおり、発光デバイスLDのアノード-カソード間の電圧がVref-VCTであるとき、発光デバイスLDは、発光しない(発光デバイスLDのアノード-カソード間には電流が流れない)。
つまり、期間T48の動作を行うことで、発光デバイスLDの発光を停止することができる。
また、スイッチSW11がオン状態となっているため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子のそれぞれと配線VE3との間が導通状態となる。このため、容量C2の第2端子、及びスイッチSW12の第1端子(ノードN3)には、配線VE3からの電位Vrefが与えられる(図26(A)参照)。
期間T48の動作を行うことで、容量C1の第1端子-第2端子間に保持されたΔVdataが消去される。具体的には、期間T48におけるノードN1、ノードN2、ノードN3、及びノードNBのそれぞれの電位は、期間T44においてスイッチSW6がオン状態になったあとのノードN1、ノードN2、ノードN3、及びノードNBのそれぞれの電位と等しくなる。また、期間T48におけるスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、スイッチSW12、及びスイッチSW13のそれぞれのオン状態・オフ状態は、期間T44におけるこれらのスイッチのオン状態・オフ状態と同じである。つまり、期間T48の動作を行うことで、期間T44におけるスイッチSW6がオン状態になったあとの動作に移行することができる。
このため、期間T48の動作の後に、例えば、期間T45及び期間T46の動作を行うことで、画素PXに別の画像データを書き込むことができ、更にその後に期間T47の動作を行うことで、発光デバイスLDは、当該画像データに基づいた輝度の光を発することができる。つまり、期間T48の動作の後に期間T45乃至期間T47の動作を繰り返すことで、表示装置DSP4Aは画像(例えば、静止画又は動画)を表示し続けることができる。
また、表示装置DSP4Aにおいて、画素PXに含まれている容量C3の第1端子と第2端子との間には、トランジスタM2のしきい値電圧Vthを0Vに設定する電位、ΔVが保持されているため、画素PXに画像データを書き込む度に、期間T41乃至期間T43でのトランジスタM2のしきい値電圧の補正を行う必要はなくなる。この点からも、上記のとおり、表示装置DSP4Aは、期間T48の動作の後に期間T45乃至期間T47の動作を繰り返し行って、画像(例えば、静止画、又は動画)を表示し続けることができる。
また、上記では、期間T48の動作後は期間T44に移行する例を示したが、トランジスタM2のしきい値電圧Vthを再度補正したい場合は、期間T48において、配線GL6、及び配線SWL12に低レベル電位を与え、配線GL1、配線GLA、配線GLB、配線SWL11、及び配線SWL13のそれぞれに高レベル電位を与えればよい。これにより、この場合の期間T48におけるノードN1、ノードN2、ノードN3、及びノードNBのそれぞれの電位は、期間T41においてスイッチSW1、スイッチSWA、スイッチSWB、スイッチSW11、及びスイッチSW13のそれぞれがオン状態、スイッチSW6、及びスイッチSW12のそれぞれがオフ状態になったあとのノードN1、ノードN2、ノードN3、及びノードNBのそれぞれの電位と等しくなるため、期間T48から期間T41への移行が可能となる。そして、期間T41に移行した後は、期間T42及び期間T43のそれぞれの動作を行うことで、トランジスタM2のしきい値電圧Vthを再度補正することができる。
また、上記期間T48から期間T41への移行では、トランジスタM2のしきい値電圧Vthの補正の頻度は、自由に決めることができる。また、例えば、表示装置DSP4Aがフレーム周波数60Hzで動作する場合、しきい値電圧の補正が行われる回数は1秒間につき1回以上60回以下に設定することができる。また、例えば、表示装置DSP4Aがフレーム周波数120Hzで動作する場合、しきい値電圧の補正が行われる回数は1秒間につき1回以上120回以下に設定することができる。このため、トランジスタM2のしきい値電圧Vthの補正は、例えば、画素PXに画像を書き込む度に1回行ってもよいし、表示装置DSP4Aの駆動中において1秒間に1回の頻度で行ってもよい。
表示装置DSP4Aは、上述した期間T41乃至期間T48の動作を行うことによって、表示装置DSP3Aと同様に、画素PXのトランジスタM2は、トランジスタM2のしきい値電圧Vthに依存せず、かつトランジスタM2の電界効果移動度を補正した電流を出力することができ、当該電流を発光デバイスLDに供給することができる。
また、上述した期間T41乃至期間T48の動作を行うことによって、表示装置DSP3Aと同様に、表示装置DSP4Aの画素PXの発光デバイスLDに流れる電流の量をより細かく制御することができる。
なお、本発明の一態様の表示装置に係る動作方法は、上述した図26(A)乃至図26(C)の期間T41乃至期間T48に限定されない。本発明の一態様の表示装置に係る動作方法は、図26(A)乃至図26(C)の期間T41乃至期間T48に適宜変更がなされたものとしてもよい。
例えば、図25の表示装置DSP4Aの動作方法である、図26(A)のタイミングチャートは、図27に示すタイミングチャートに変更してもよい。図27のタイミングチャートは、期間T42から期間T44までの間において、配線GL1に低レベル電位が入力されている点で、図26(A)のタイミングチャートと異なっている。
図26(A)の期間T42では、スイッチSW1の制御端子には、配線GL1からの高レベル電位が入力されているため、スイッチSW1はオン状態となっている。このため、図26(A)の期間T42でのノードN1及びノードN2の電位変化に伴って、配線SLでの電位変化も起こる。
一方で、図27の期間T42では、スイッチSW1の制御端子には低レベル電位が入力されているため、スイッチSW1はオフ状態となる。このため、図27の期間T42でのノードN1及びノードN2の電位変化に伴って、配線SLでの電位の変化は起こらない。つまり、図27の期間T42では、配線SL及び容量C2の第1端子への電荷の供給は行われないため、ノードN1及びノードN2への電位変化が、図26(B)の期間T42よりも早く行われる場合がある。このため、容量C3への電圧ΔVの書き込みを速くすることができる。
図27の期間T43では、スイッチSW1の制御端子には低レベル電位が入力されて、スイッチSW1はオフ状態となる。また、期間T43において、配線GLBからスイッチSWBに低レベル電位が与えられて、スイッチSWBがオフ状態となる。これにより、容量C3に書き込まれている電圧ΔVが保持される。
図27の期間T44では、スイッチSW1の制御端子には、配線GL1からの高レベル電位が入力されているため、スイッチSW1はオン状態となる。また、スイッチSW6の制御端子には、配線GL6からの高レベル電位が入力されているため、スイッチSW6はオン状態となる。これにより、ノードN1、ノードN2、及び容量C2の第1端子には、配線VE6からの電位Vrefが与えられる。つまり、図27の期間T44の動作によって、ノードN1、ノードN2、及び容量C2の第1端子のそれぞれの電位は、図26(B)の期間T44におけるノードN1、ノードN2、及び容量C2の第1端子のそれぞれの電位と同じとなる。
このため、図27の期間T44以降の動作については、図26(A)の期間T44以降の動作を参照する。
上述したとおり、表示装置DSP4Aは、図27に示すタイミングチャートで動作しても、図26(A)乃至図26(C)のタイミングチャートの動作と同様に、トランジスタM2のしきい値電圧Vthに依存せず、かつトランジスタM2の電界効果移動度を補正した電流を生成することができ、当該電流を発光デバイスLDに供給することができる。また、表示装置DSP4Aは、図27のタイミングチャートの動作を行うことでも、図26(A)のタイミングチャートの動作と同様に、表示装置DSP4Aの画素PXの発光デバイスLDに流れる電流の量を細かく制御することができる。
<<表示装置の動作方法例2>>
図26(A)乃至図26(C)では、表示装置DSP4Aの画素アレイALPに含まれる1つの画素PXに関する動作について説明した。ここでは、表示装置DSP4Aの構成を適用した表示装置DSP0における画素アレイALPの全体の動作について説明する。
表示装置DSP4Aの構成を適用した表示装置DSP0における画素アレイALPの全体の動作は、実施の形態1で説明した、表示装置DSP3Aの構成を適用した表示装置DSP0における画素アレイALPの全体の動作と同様とすることができる。つまり、表示装置DSP4Aの構成を適用した表示装置DSP0における画素アレイALPの全体の動作の一例として、図6のタイミングチャートを適用することができる。以下、当該動作については、実施の形態1で説明した、表示装置DSP3Aの構成を適用した表示装置DSP0における画素アレイALPの全体の動作と異なる部分について説明し、それ以外の部分については実施の形態1の説明を参照することができる。
ノードN3[1]は、表示装置DSP0における回路CD[1]に含まれるノードN3に相当する。同様に、ノードN3[2]は、表示装置DSP0における回路CD[2](図2に図示しない)に含まれるノードN3に相当し、ノードN3[n]は、表示装置DSP0における回路CD[n]に含まれるノードN3に相当する。
また、配線GL1[1]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいて1行目に延設されている、図25の配線GL1に相当する。同様に、配線GL1[2]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいて2行目に延設されている、図25の配線GL1に相当し、配線GL1[m]は、表示装置DSP0の画素アレイALPにおいてm行目に延設されている、図25の配線GL1に相当する。
また、容量C1[1,1]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,1]が有する、図25の容量C1に相当する。同様に、容量C1[1,2]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,2](図2に図示しない)が有する、図25の容量C1に相当し、容量C1[1,n]は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[1,n]が有する、図25の容量C1に相当する。以後、容量C1[i,j]という表記は、表示装置DSP0の画素アレイALPに含まれる画素PX[i,j]が有する、図25の容量C1に相当するものとして扱う。
なお、図6のタイミングチャートにおける期間U1、期間U3、及び期間U6のそれぞれは、所定の行に位置している複数の画素PXに対して、図26(A)のタイミングチャートの期間T41乃至期間T45の動作が行われるものとする。また、図6のタイミングチャートにおける期間U2、期間U4、及び期間U7のそれぞれでは、所定の行に位置している複数の画素PXに対して、図26(A)のタイミングチャートの期間T46乃至期間T48の動作が行われるものとする。
上記のとおり、期間U1乃至期間U7の動作を行うことによって、表示装置DSP4Aの構成を適用した表示装置DSP0は、画像を表示することができる。また、期間U1乃至期間U7の動作を繰り返す度に、表示装置DSP0に表示される画像を更新することができる。
<<表示装置のレイアウト例>>
図29は、図25の表示装置DSP4Aの一部の回路構成の一例を示したレイアウト図(平面図)である。具体的には、図29は、画素PXのレイアウト図を示している。なお、表示装置DSP4Aの回路CDのレイアウト図は、一例として、図7(A)のレイアウト図を参照することができる。
図29のレイアウト図では、図25の画素PXに含まれているスイッチSW1には、トランジスタM1を適用し、図25の画素PXに含まれているスイッチSW6には、トランジスタM6を適用し、図25の画素PXに含まれているスイッチSWAには、トランジスタMAを適用し、図25の画素PXに含まれているスイッチSWBには、トランジスタMBを適用している。
また、図29において、画素PXは、導電体BGMと、導電体GEMと、導電体SDMBと、導電体SDMTと、半導体SMCと、導電体PLGと、を有する。なお、図29には、画素PXに含まれている絶縁体を図示していない。
導電体BGMは、一例として、半導体SMCの下方に位置している。また、半導体SMCは、一例として、導電体GEMの下方に位置している。また、導電体GEMは、一例として、導電体SDMBの下方に位置している。また、導電体SDMBは、一例として、導電体SDMTの下方に位置している。つまり、図29において、回路CD、及び画素PXは、導電体BGM、半導体SMC、導電体GEM、導電体SDMB、及び導電体SDMTの順に形成されている。
導電体GEMの一部は、一例として、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、及びトランジスタMBのそれぞれのゲート(第1ゲートと呼称する場合がある)として機能する。また、導電体BGMの一部は、一例として、トランジスタM2のバックゲート(第2ゲートと呼称する場合がある)として機能する。
導電体BGM、半導体SMC、導電体GEM、導電体SDMB、及び導電体SDMTのそれぞれは、例えば、フォトリソグラフィ法を用いて形成することができる。具体的には、例えば、導電体GEMを形成する場合には、導電体GEMとなる導電材料をスパッタリング法、CVD法、PLD法、及びALD法から選ばれた一以上の方法を用いて形成し、その後に、フォトリソグラフィ法によって所望のパターンを形成すればよい。また、導電体BGM、半導体SMC、導電体SDMB、及び導電体SDMTについても、上記と同様の方法により形成を行うことができる。
また、導電体BGMと半導体SMCとの間、半導体SMCと導電体GEMとの間、導電体GEMと導電体SDMBの間、及び導電体SDMBと導電体SDMTの間には、絶縁体が設けられていてもよい。特に、半導体SMCと導電体GEMとの間に設けられる絶縁体は、第1のゲート絶縁膜(フロントゲート絶縁膜と呼称する場合がある)として機能する場合がある。また、導電体BGMと半導体SMCとの間に設けられる絶縁体は、第2のゲート絶縁膜(バックゲート絶縁膜と呼称する場合がある)として機能する場合がある。
また、導電体BGMと導電体SDMTとの間、半導体SMCと導電体SDMBとの間、半導体SMCと導電体SDMTとの間、及び導電体GEMと導電体SDMTとの間のそれぞれには、配線、又はプラグとして機能する導電体PLGが設けられている。導電体PLGは、例えば、上記の絶縁体に開口部を形成し、当該開口部に導電体PLGとなる導電材料を埋めることにより、形成される。なお、導電体PLGの形成後には、導電体PLG及び周辺の絶縁体のそれぞれの膜面の高さを揃えるために、化学機械研磨法などを用いた平坦化処理によって平坦化がなされていてもよい。
図29に図示している、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、及びトランジスタMBのそれぞれは、一例として、半導体SMCと、導電体GEMと、絶縁体と、導電体PLGと、のそれぞれの一部を有する。更に、トランジスタM2は、一例として、導電体BGMの一部を有する。
また、図29に図示している、容量C1及び容量C3は、導電体SDMBと、導電体SDMTと、のそれぞれの一部を有する。また、具体的には、容量C1及び容量C3のそれぞれは、導電体SDMBと、導電体SDMTと、のそれぞれの一部が互いに重なる領域を有する。つまり、容量C1及び容量C3のそれぞれにおいて、導電体SDMBの一部は、一対の電極の一方として機能し、導電体SDMTの一部は、一対の電極の他方として機能する。なお、容量C1及び容量C3に含まれる導電体SDMBと導電体SDMTとの間には、誘電率が高い絶縁体が設けられていることが好ましい。
また、図29に図示している導電体ECは、一例として、導電体SDMB上に形成されている。導電体ECは、導電体SDMTの上方に位置している発光デバイスLD(図29に図示しない)のアノードと、導電体SDMBと、を互いに電気的に接続するための配線、又はプラグとして機能する。
<<表示装置の変更例1>>
なお、上記で説明した本発明の一態様の表示装置に係る回路CDは、図25に示す回路CDに限定されない。本発明の一態様に係る回路CDは、適宜変更がなされた図25の回路CDの構成としてもよい。
例えば、図25に示す回路CDには、新たに容量を追加してもよい。具体的には、図30(A)の回路CDに示すとおり、回路CDには容量C4が設けられており、容量C4の第1端子は、スイッチSW13の第1端子と、容量C2の第1端子と、配線SLと、に電気的に接続されている構成としてもよい。また、容量C4の第2端子は、配線VE7に電気的に接続されている。
配線VE7は、一例として、定電位を与える配線として機能する。つまり、配線VE7は、電源線として機能してもよい。なお、配線VE7が与える定電位は、配線VE0、配線VE2、配線VE3乃至配線VE6のいずれかが与える定電位と等しくてもよく、又は異なっていてもよい。
図30(A)のとおり、回路CDに容量C4を加えることによって、図26(A)のタイミングチャートの期間T46における、ノードN3の電位変化による、配線SL及びノードN2の電位の変化量を更に小さくすることができる。具体的には、容量C4の静電容量をCとしたとき、ノードN3の電位変化による、配線SL及びノードN2の電位の変化量は、ノードN3の電位変化に、C/(C+C+C+C)を乗じた値となる場合がある。但し、ノードNBがフローティング状態であるとき、ノードN3の電位変化による、配線SL、及びノードN2の電位の変化量は、ノードN3の電位変化に、C/(C+C+C)を乗じた値となる場合がある。
また、図30(A)では、容量C4を回路CDの内部に設けたが、容量C4は、回路CDの外部に設けてもよい。具体的には、例えば、図31に示す表示装置DSP4AAのとおり、配線SLと、容量C4の第1端子と、が電気的に接続され、配線VE7と、容量C4の第2端子と、が電気的に接続されていてもよい。
また、図示しないが、図31に示している容量C4及び配線VE7と同様に、本明細書、図面等で説明している、全ての回路CDにおいて、回路CDに含まれている容量、及び複数のスイッチの一部は、回路CDの外部に設けられていてもよい。つまり、本発明の一態様は、本明細書、図面等に示した回路CDの構成に限定されず、例えば、本明細書、図面などに示した回路CDに含まれている回路素子の一部は、回路CDの外部に設けることができる。
また、例えば、図25の表示装置DSP4Aの回路CDは、図30(B)の回路CDに構成を変更してもよい。図30(B)の回路CDは、インバータ回路INVを有する点と、スイッチSW12の制御端子が、配線SWL12ではなく、配線SWL11に電気的に接続されている点と、で図25の回路CDと異なっている。
図30(B)に示す回路CDを、図25の表示装置DSP4Aに適用することによって、配線SWL12を設ける必要が無くなるため、表示装置DSP4Aの回路面積を低減することができる場合がある。
また、図示しないが、スイッチSW12として、制御端子に高レベル電位が入力されているときにオフ状態となり、制御端子に低レベル電位が入力されているときにオン状態となる、スイッチを適用する場合、スイッチSW12の制御端子は、インバータ回路INVを介さずに、配線SWL11に電気的に接続してもよい。
<<表示装置の変更例2>>
なお、上記で説明した本発明の一態様の表示装置の構成は、図25に示す表示装置DSP4Aに限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図25の表示装置DSP4Aの構成としてもよい。
例えば、表示装置DSP4Aに含まれるそれぞれのスイッチには、図32に示す表示装置DSP4AXのとおり、トランジスタが含まれる構成としてもよい。具体的には、図32の表示装置DSP4AXの画素PXは、スイッチSW1がトランジスタM1を有し、スイッチSW6がトランジスタM6を有し、スイッチSWAがトランジスタMAを有し、スイッチSWBがトランジスタMBを有する構成となっている。また、図32の表示装置DSP4AXの回路CDは、スイッチSW11がトランジスタM11を有し、スイッチSW12がトランジスタM12を有し、スイッチSW13がトランジスタM13を有する構成となっている。
なお、表示装置DSP4AXに含まれているトランジスタM1、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMB、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13から選ばれた一以上は、図8(A)に示すトランジスタM2のとおり、バックゲートを有してもよい。また、図32では、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMB、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13のそれぞれは、nチャネル型のトランジスタとしているが、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMB、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13から選ばれた一以上は、pチャネル型のトランジスタとしてもよい。
また、表示装置DSP4AXに含まれているトランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMB、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13から選ばれた一以上は、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ(OSトランジスタ)としてもよい。また、選ばれなかったトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物以外の半導体材料を有するトランジスタとしてもよい。金属酸化物以外の半導体材料としては、例えば、シリコンを用いることができる。また、シリコンとしては単結晶シリコン、非晶質シリコン(水素化アモルファスシリコンという場合がある)、微結晶シリコン、または多結晶シリコン(低温多結晶シリコンを含む)を用いることができる。一例として、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMBには、OSトランジスタを適用し、トランジスタM11乃至トランジスタM13には、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを適用することができる。また、トランジスタM1、トランジスタM2、トランジスタM6、トランジスタMA、トランジスタMB、及びトランジスタM11乃至トランジスタM13から選ばれた一以上は、Siトランジスタとしてもよい。
なお、図32では、表示装置DSP4AXのスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、及びスイッチSW11乃至スイッチSW13のそれぞれは、1個のトランジスタを有するスイッチとしているが、スイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、及びスイッチSW11乃至スイッチSW13から選ばれた一以上は、2個以上のトランジスタを有するスイッチとしてもよい。2個以上のトランジスタを有するスイッチとしては、例えば、アナログスイッチが挙げられる。
また、表示装置DSP4AXのスイッチSW1、スイッチSW6、スイッチSWA、スイッチSWB、及びスイッチSW11乃至スイッチSW13のそれぞれが2個以上のトランジスタを有するスイッチである場合、1個のスイッチに含まれている2個以上のトランジスタは、チャネル形成領域に異なる半導体材料を有するトランジスタとしてもよい。例えば、1個のスイッチには、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタと、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタと、が含まれていてもよい。
なお、上述したスイッチの説明は、表示装置DSP4A、及び表示装置DSP4AXが有する各スイッチだけでなく、他の明細書の個所に記載されているスイッチ、及び図面で記載しているスイッチについても同様に適用できるものとする。また、上述したトランジスタの説明は、表示装置DSP4A、及び表示装置DSP4AXが有するトランジスタだけでなく、他の明細書の個所に記載されているトランジスタ、及び図面で記載しているトランジスタについても同様に適用できるものとする。
<<表示装置の変更例3>>
次に、表示装置DSP4Aとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図33に示す。図33に示す表示装置DSP4Bは、図25の表示装置DSP4Aの変更例であって、トランジスタM2の第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、スイッチSW1の第1端子、及びスイッチSWAの第1端子のそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間に、スイッチSW7が設けられている点で図25の表示装置DSP4Aと異なっている。
このため、表示装置DSP4Bの説明において、表示装置DSP4Aの内容と共通している部分については、表示装置DSP4Aの説明を参照することができる。
表示装置DSP4Bにおいて、スイッチSW7の第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSWAの第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW7の第2端子は、発光デバイスLDのアノードに電気的に接続されている。また、スイッチSW7の制御端子は、配線GL7に電気的に接続されている。
図33の表示装置DSP4Bにおいて、配線GL7は、配線GL1、配線GL6、配線GLA、及び配線GLBと共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図33に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は5本となる。
次に、図33の表示装置DSP4Bの動作方法の一例について説明する。
図34は、表示装置DSP4Bの動作方法の一例を示すタイミングチャートである。具体的には、図34のタイミングチャートは、図26(A)のタイミングチャートの変更例であって、図26(A)のタイミングチャートに、配線GL7の電位の変化も加えて示したものである。そのため、表示装置DSP4Bの、配線GL7の電位の変化以外の動作については、図26(A)乃至図26(C)のタイミングチャートの説明を参照することができる。
期間T41乃至期間T46、及び期間T48において、配線GL7には、低レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW7の制御端子には、低レベル電位が与えられるため、スイッチSW7はオフ状態となっている。
つまり、期間T41乃至期間T46、及び期間T48では、スイッチSW1の第1端子、スイッチSWAの第1端子、容量C1の第1端子、容量C3の第1端子、及びトランジスタM2の第1端子(ノードN2)のそれぞれと、発光デバイスLDのアノードとの間が非導通状態となるため、発光デバイスLDのアノードにはノードN2の電位が与えられない。また、スイッチSW7がオフ状態となっているため、配線VE2から、トランジスタM2を介して、発光デバイスLDのアノードに電流は供給されない。このため、発光デバイスLDは発光しない。
また、期間T47において、配線GL7には、高レベル電位が与えられている。これにより、スイッチSW7の制御端子には、高レベル電位が与えられるため、スイッチSW7はオン状態となっている。
つまり、期間T47では、トランジスタM2の第1端子と発光デバイスLDのアノードとの間が導通状態となるため、配線VE2からトランジスタM2を介して発光デバイスLDのアノードに電流が供給される。このため、発光デバイスLDが発光する。なお当該電流は、図26(A)乃至図26(C)の説明のとおり、トランジスタM2のゲート-ソース間電圧に応じて決まる。
上述したとおり、表示装置DSP4Bを用いることによって、発光デバイスLDに電流を供給するか否かを選択することができる。これにより、例えば、期間T41乃至期間T46において、トランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれの補正を行うとき、ノードN2の電位と配線VE0が与える電位との差が、発光デバイスLDのしきい値電圧Vtheよりも高くなるような動作及び条件であっても、スイッチSW7をオフ状態にすることで、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れることを防ぐことができる。つまり、表示装置DSP4BのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正する期間T41乃至期間T46において、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れることによるノードN2の電位の変化を防ぎ、かつ発光デバイスLDの発光を防ぐことができる。
なお、本発明の一態様の表示装置の構成は、表示装置DSP4Bの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図33の表示装置DSP4Bの構成としてもよい。
図33の表示装置DSP4Bの変更例を、図35に示す。図35に示す表示装置DSP4BAは、スイッチSW7の第1端子がトランジスタM2の第1端子でなく発光デバイスLDのカソードに直接電気的に接続されている点と、スイッチSW7の第2端子が配線VE0に電気的に接続されている点と、で図33の表示装置DSP4Bと異なっている。
つまり、表示装置DSP4Bは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、スイッチSW1、スイッチSW7、及び発光デバイスLDが順に設けられている構成となっており、表示装置DSP4BAは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、スイッチSW1、発光デバイスLD、及びスイッチSW7が順に設けられている構成となっている。
表示装置DSP4BAも、表示装置DSP4Bと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正する期間T41乃至期間T46において、発光デバイスLDのアノード-カソード間に電流が流れることによるノードN2の電位の変化を防ぎ、かつ発光デバイスLDの発光を防ぐことができる。
図35の表示装置DSP4BAとは異なる、表示装置DSP4Bの別の変更例を、図36に示す。図36に示す表示装置DSP4BBは、図33の表示装置DSP4Bの変更例であって、発光デバイスLDに並列に電気的に接続されるようにスイッチSW9が設けられている点で、表示装置DSP4Bと異なっている。
スイッチSW9の第1端子は、発光デバイスLDのアノードと、スイッチSW7の第2端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW9の第2端子は、発光デバイスLDのアノードと、配線VE0と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW9の制御端子は、配線GL9に電気的に接続されている。
図36の表示装置DSP4BBにおいて、配線GL9は、配線GL1と配線GL6と配線GL7と配線GLAと配線GLBと共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図36に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は6本となる。
図36の表示装置DSP4BBの動作方法の一例としては、図34に示したタイミングチャートを参照することができる。また、配線GL9には、一例として、図34のタイミングチャートにおいて、配線GL7に与えられる信号の論理が反転された信号が入力されるものとする。
つまり、図36の表示装置DSP4BAは、実施の形態1で説明した、図17の表示装置DSP3E、及び図18の表示装置DSP3EAと同様に、発光デバイスLDが発光しない期間(例えば、期間T41乃至期間T46、又は期間T48)において、発光デバイスLDのアノードに蓄積されている電荷を、スイッチSW9を介して、配線VE0に排出することができる。
このため、表示装置DSP4BAは、スイッチSW9が設けられていない表示装置(例えば、表示装置DSP4A、表示装置DSP4AA、表示装置DSP4B、及び表示装置DSP4BA)よりも速く、発光デバイスLDのアノードに蓄積されている電荷を放電することができる。これにより、発光デバイスLDの発光状態をより早く消光状態に移行することができる。
<<表示装置の変更例4>>
次に、表示装置DSP4A、表示装置DSP4AA、及び表示装置DSP4AX、表示装置DSP4B、表示装置DSP4BA、表示装置DSP4BBとは異なる、図2の表示装置DSP0の一例を図37に示す。図37に示す表示装置DSP4Cは、図25の表示装置DSP4Aの変更例であって、画素PXにスイッチSW13I及び容量C2Iが設けられている点と、回路CDにスイッチSW13及び容量C2が設けられていない点と、で表示装置DSP4Aと異なっている。
このため、表示装置DSP4Cの説明において、表示装置DSP4Aの内容と共通している部分については、表示装置DSP4Aの説明を参照することができる。
表示装置DSP4Cにおいて、スイッチSW13Iの第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSWAの第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、に電気的に接続されている。また、スイッチSW13Iの第2端子は、配線VE4に電気的に接続されている。また、スイッチSW13Iの制御端子は、配線GL13に電気的に接続されている。
また、容量C2Iの第1端子は、スイッチSW1の第2端子に電気的に接続されている。また、容量C2Iの第2端子は、配線SLに電気的に接続されている。
また、スイッチSW11の第1端子は、配線SLと、スイッチSW12の第1端子と、に電気的に接続されている。
配線GL13は、配線GL1、配線GL6、配線GLA、及び配線GLBと共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図37に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は5本となる。
なお、表示装置DSP4Cでは、スイッチSW1の第1端子と、スイッチSW13Iの第1端子と、容量C1の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、の電気的な接続点をノードN2と呼称する。また、スイッチSW11の第1端子と、スイッチSW12の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、の電気的な接続点をノードN3と呼称する。なお、本構成例の表示装置DSP4Cの場合、ノードN3を配線SLに置き換えて説明できる場合がある。
表示装置DSP4Cにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP4AのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP4Aの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。つまり、表示装置DSP4Cは、表示装置DSP4Aにおいて回路CDに含まれているスイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP4Cの動作方法は、表示装置DSP4Aの動作方法において、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換えて説明することができる場合がある。
表示装置DSP4Cは、表示装置DSP4Aと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
図37の表示装置DSP4Cの変更例を、図38に示す。図38に示す表示装置DSP4CAは、スイッチSW13Iの第1端子が、スイッチSW1の第1端子ではなく、スイッチSW1の第2端子と容量C2Iの第1端子とに電気的に接続されている点で、表示装置DSP4Cと異なっている。
また、図38の表示装置DSP4CAとは異なる、表示装置DSP4Cの別の変更例を、図39に示す。図39に示す表示装置DSP4CBは、スイッチSW13Iの第1端子が、スイッチSW1の第1端子及び第2端子ではなく、スイッチSWAの第2端子と容量C1の第2端子とスイッチSW6の第1端子とトランジスタM2のゲートとに電気的に接続されている点で、表示装置DSP4C及び表示装置DSP4CAと異なっている。
表示装置DSP4CA及び表示装置DSP4CBは、表示装置DSP4Cと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
なお、本発明の一態様の表示装置は、表示装置DSP4C、表示装置DSP4CA、及び表示装置DSP4CBの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図37の表示装置DSP4Cの構成としてもよい。
図37の表示装置DSP4Cの変更例を、図40に示す。図40に示す表示装置DSP4Dは、スイッチSW1の第2端子が容量C2Iの第1端子ではなく配線SLに電気的に接続されている点と、スイッチSW1の第1端子が発光デバイスLDのアノードではなく容量C2Iの第2端子に電気的に接続されている点と、容量C2Iの第1端子が発光デバイスLDのアノードに電気的に接続されている点と、で図37の表示装置DSP4Cと異なっている。
つまり、表示装置DSP4Cは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、容量C2I、スイッチSW1、及び発光デバイスLDが順に設けられている構成となっており、表示装置DSP4Dは、配線SLから配線VE0までの間の電気的な経路には、スイッチSW1、容量C2I、及び発光デバイスLDが順に設けられている構成となっている。
なお、本実施の形態では、図40の表示装置DSP4Dにおいて、スイッチSW1の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、の間の電気的な接続点をノードN4と呼称する。
また、表示装置DSP4Dにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP4CのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP4Cの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。また、ノードN4は、表示装置DSP4CのノードN3に相当する。つまり、表示装置DSP4Dは、表示装置DSP4Cにおいて回路CDに含まれているスイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP4Dの動作方法は、表示装置DSP4Cの動作方法において、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN4をノードN3に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換えて説明することができる場合がある。
表示装置DSP4Dも、表示装置DSP4Cと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
図40の表示装置DSP4Dの変更例を、図41に示す。図41に示す表示装置DSP4DAは、スイッチSW13Iの第1端子が、容量C2Iの第1端子ではなく、スイッチSWAの第2端子と容量C1の第2端子とスイッチSW6の第1端子とトランジスタM2のゲートとに電気的に接続されている点で、表示装置DSP4Dと異なっている。
表示装置DSP4DAは、表示装置DSP4Dと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
また、図41の表示装置DSP4DAとは異なる、図40の表示装置DSP4Dの変更例を図42に示す。図42に示す表示装置DSP4DBは、画素PXにスイッチSW11Iが設けられている点と、回路CDにスイッチSW11が設けられていない点と、で表示装置DSP4Dと異なっている。つまり、図42に示す表示装置DSP4DBは、画素PXにスイッチSW11IとスイッチSW13Iと容量C2Iとが設けられている点と、回路CDにスイッチSW11とスイッチSW13と容量C2とが設けられていない点と、で表示装置DSP4Dと異なっている。
表示装置DSP4DBにおいて、スイッチSW11Iの第1端子は、スイッチSW1の第1端子と、容量C2Iの第2端子と、に電気的に接続されている。また、スイッチSW11Iの第2端子は、配線VE3に電気的に接続されている。また、スイッチSW11Iの制御端子は、配線GL11に電気的に接続されている。
また、容量C2Iの第1端子は、スイッチSW13Iの第1端子と、容量C1の第1端子と、容量C3の第1端子と、トランジスタM2の第1端子と、発光デバイスLDのアノードと、に電気的に接続されている。また、スイッチSW1の第2端子は、配線SLに電気的に接続されている。
また、スイッチSW12の第1端子は、配線SLに電気的に接続されている。
配線GL11は、配線GL1、配線GL6、配線GL13、配線GLA、及び配線GLBと共に、図2の配線GL[1]乃至配線GL[m]の1本に相当する。つまり、図42に示す画素PXの回路構成の場合、画素アレイALPの1行に延設される配線GLの本数は6本となる。
表示装置DSP4DBにおいて、スイッチSW13Iは、表示装置DSP4CのスイッチSW13に相当し、容量C2Iは、表示装置DSP4Cの容量C2に相当する。また、配線GL13は、配線SWL13に相当する。また、スイッチSW11Iは、表示装置DSP4CのスイッチSW11に相当する。また、配線GL11は、配線SWL11に相当する。また、ノードN4は、表示装置DSP4CのノードN3に相当する。つまり、表示装置DSP4DBは、表示装置DSP4Cにおいて回路CDに含まれているスイッチSW11、スイッチSW13及び容量C2のそれぞれを、スイッチSW11I、スイッチSW13I及び容量C2Iとして画素PXに設けた構成となっている。このため、表示装置DSP4DBの動作方法は、表示装置DSP4Cの動作方法において、スイッチSW11をスイッチSW11Iに置き換え、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN3をノードN4に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換え、配線SWL11を配線GL11に置き換えて説明することができる場合がある。
また、表示装置DSP4DBにおいて、スイッチSW13Iの第1端子は、容量C2Iの第1端子ではなく、図41の表示装置DSP4DAと同様に、スイッチSWAの第2端子と容量C1の第2端子とスイッチSW6の第1端子とトランジスタM2のゲートとに電気的に接続されていてもよい。つまり、表示装置DSP4DBは、図43に示す表示装置DSP4DBAのとおり、配線VE4からノードN4までの間の電気的な経路には、スイッチSW13I、スイッチSWA、及び容量C2Iが順に設けられている構成に変更してもよい。
表示装置DSP4DB、及び表示装置DSP4DBAは、表示装置DSP4Cと同様の動作方法を行うことで、画素PXのトランジスタM2のしきい値電圧及び電界効果移動度のそれぞれを補正して、画素PXに画像を表示することができる。
また、表示装置DSP4Aの動作方法例で説明したとおり、配線VE3と配線VE6のそれぞれが与える電位は互いに等しくすることができる。この場合、配線VE3と配線VE6は、1本の配線としてまとめてもよい。一例として、図44には、表示装置DSP4DBにおいて、配線VE3と配線VE6を1本の配線VE3にまとめた構成の表示装置DSP4DCを示している。
また、表示装置DSP4DCにおいて、スイッチSW13Iの第1端子は、容量C2Iの第1端子ではなく、図41の表示装置DSP4DAと同様に、スイッチSWAの第2端子と容量C1の第2端子とスイッチSW6の第1端子とトランジスタM2のゲートとに電気的に接続されていてもよい。つまり、表示装置DSP4DCは、図45に示す表示装置DSP4DCAのとおり、配線VE4からノードN4までの間の電気的な経路には、スイッチSW13I、スイッチSWA、及び容量C2Iが順に設けられている構成に変更してもよい。
図42の表示装置DSP4DBとは異なる、表示装置DSP4Dの別の変更例を、図46に示す。図46に示す表示装置DSP4DDは、図42の表示装置DSP4DBの更なる変更例であって、回路CDにスイッチSW12が設けられていない点で表示装置DSP4DBと異なっている。つまり、図46に示す表示装置DSP4DDは、画素PXにスイッチSW11I、スイッチSW12I、スイッチSW13I、及び容量C2Iが設けられている点と、列ドライバ回路CLMに回路CDが設けられていない点と、で表示装置DSP4Dと異なっている。
なお、便宜上、表示装置DSP4DDでは、表示装置DSP4DBのスイッチSW1をスイッチSW12Iと表記し、また、表示装置DSP4DBの配線GL1を配線GL12と表記している。
表示装置DSP4DDにおいて、駆動回路SDは、配線SLに電気的に接続され、配線SLは、スイッチSW12Iの第2端子に電気的に接続されている。
表示装置DSP4DDは、表示装置DSP4DBにおいて、回路CDに設けられているスイッチSW12と画素PXに設けられているスイッチSW1とを、スイッチSW12Iとして兼用した構成となっている。このため、表示装置DSP4DBは、図46の表示装置DSP4DDのとおり、回路CD内にスイッチSW12を設けない構成に変更することができる。
表示装置DSP4DDの動作方法は、表示装置DSP4Cの動作方法において、スイッチSW11をスイッチSW11Iに置き換え、スイッチSW13をスイッチSW13Iに置き換え、容量C2を容量C2Iに置き換え、ノードN3をノードN4に置き換え、配線SWL13を配線GL13に置き換え、配線SWL11を配線GL11に置き換え、配線SWL12を配線GL12に置き換えて説明することができる場合がある。なお、表示装置DSP4Cの配線GL1が与える信号については、表示装置DSP4DDでは考えなくてもよい。
また、表示装置DSP4DDにおいて、スイッチSW13Iの第1端子は、容量C2Iの第1端子ではなく、図41の表示装置DSP4DAと同様に、スイッチSWAの第2端子と容量C1の第2端子とスイッチSW6の第1端子とトランジスタM2のゲートとに電気的に接続されていてもよい。つまり、表示装置DSP4DDは、図47に示す表示装置DSP4DDAのとおり、配線VE4からノードN4までの間の電気的な経路には、スイッチSW13I、スイッチSWA、及び容量C2Iが順に設けられている構成に変更してもよい。
本実施の形態で説明したとおり、図25の表示装置DSP4Aとその変更例は、画素PX内の容量C1と、画素PX外の容量C2と(場合によっては容量C3も含める)、によって、画像データ信号の電位変換を行っている。ところで、例えば、容量C1に、トランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧を書き込んでいる場合、画像データの書き換えのときに、トランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧も初期化されてしまう。一方、図25の表示装置DSP4Aとその変更例に示すとおり、容量C3にトランジスタM2のしきい値電圧の補正をするための電圧を書き込む構成とすることで、画像データの書き換えのときに、容量C3に保持されたしきい値電圧の補正をするための電圧を初期化する必要が無くなるため、画像データの書き込み速度を速めることができる。
本実施の形態では、実施の形態1で説明した画素PX、及び回路CDと構成が異なる表示装置DSP4Aの構成例、及びその変更例について説明した。上記のとおり、本発明の一態様において、画素PX、及び回路CDの構成は、適宜変更がなされていてもよい。
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3)
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明した表示装置の構成の一例について説明する。図48(A)は、上記の実施の形態で説明した表示装置の一例の断面模式図である。表示装置DSPは、一例として、画素層PXALと、配線層LINLと、回路層SICLと、を有する。
配線層LINLは、回路層SICL上に設けられ、画素層PXALは、配線層LINL上に設けられている。なお、画素層PXALは、後述する駆動回路領域DRVを含む領域に重畳している。
回路層SICLは、基板BSと、駆動回路領域DRVと、を有する。
基板BSには、例えば、単結晶基板(例えば、シリコン又はゲルマニウムを材料とした半導体基板)を用いることができる。また、基板BSには、単結晶基板以外では、例えば、SOI(Silicon On Insulator)基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、サファイアガラス基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムを用いることができる。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、及びソーダライムガラスが挙げられる。可撓性基板、貼り合わせフィルム、及び基材フィルムの一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)、及びポリテトラフルオロエチレン(PTFE)に代表されるプラスチックが挙げられる。また、別の一例としては、アクリル樹脂等の合成樹脂が挙げられる。また、別の一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、及びポリ塩化ビニルが挙げられる。また、別の一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ樹脂、無機蒸着フィルム、及び紙類が挙げられる。なお、表示装置DSPの作製工程において熱処理が含まれている場合、基板BSには、熱に対して耐性の高い材料を選択することが好ましい。
なお、本実施の形態では、基板BSは、シリコンを材料として有する半導体基板として説明する。そのため、駆動回路領域DRVに含まれるトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ(以後、Siトランジスタと呼称する)とすることができる。
駆動回路領域DRVは、基板BS上に設けられている。
駆動回路領域DRVは、一例として、後述する画素層PXALに含まれる画素を駆動させるための駆動回路を有する。なお、駆動回路領域DRVの具体的な構成例については、後述する。
配線層LINLは、回路層SICL上に設けられている。
配線層LINLには、一例として、配線が設けられている。また、配線層LINLに含まれている配線は、例えば、下方に設けられる駆動回路領域DRVに含まれる駆動回路と、上方に設けられる画素層PXALに含まれる回路と、を電気的に接続する配線として機能する。
画素層PXALは、一例として、複数の画素(例えば、図2の画素PX[1,1]乃至画素PX[m,n])を有する。
図49(A)は、表示装置DSPの平面図の一例であって、表示部DISのみを示している。なお、表示部DISは、画素層PXALの平面図とすることができる。
また、図49(A)の表示装置DSPにおいて、表示部DISは、一例として、p行q列(pは1以上の整数であって、qは1以上の整数である)の領域に分割されている。このため、表示部DISは、表示領域ARA[1,1]乃至表示領域ARA[p,q]を有する構成となる。なお、図49(A)では、一例として、表示領域ARA[1,1]、表示領域ARA[2,1]、表示領域ARA[p-1,1]、表示領域ARA[p,1]、表示領域ARA[1,2]、表示領域ARA[2,2]、表示領域ARA[p-1,2]、表示領域ARA[p,2]、表示領域ARA[1,q-1]、表示領域ARA[2,q-1]、表示領域ARA[p-1,q-1]、表示領域ARA[p,q-1]、表示領域ARA[1,q]、表示領域ARA[2,q]、表示領域ARA[p-1,q]、及び表示領域ARA[p,q]のそれぞれを抜粋して示している。
例えば、表示部DISを32個の領域に分割したい場合、p=4、q=8として、図49(A)に適用すればよい。ところで、表示装置DSPの画面解像度が8K4Kである場合、表示画素の数は7680×4320となる。また、表示部DISの副画素が赤(R)、緑(G)、及び青(B)の3色である場合、全ての副画素の数は、7680×4320×3個となる。ここで、画面解像度が8K4Kである表示部DISの画素アレイを32個の領域に分割した場合、1個の領域あたりの表示画素の数は、960×1080となり、また、その表示装置DSPの副画素が赤(R)、緑(G)、及び青(B)の3色である場合、1個の領域あたりの副画素の数は、960×1080×3個となる。
ここで、図49(A)の表示装置DSPにおいて、表示部DISがp行q列の領域に分割されている場合における、回路層SICLに含まれている駆動回路領域DRVについて考える。
図49(B)は、表示装置DSPの平面図の一例であって、回路層SICLに含まれている駆動回路領域DRVのみを示している。
図49(A)の表示装置DSPでは、表示部DISがp行q列の領域に分割されているため、分割された表示領域ARA[1,1]乃至表示領域ARA[p,q]のそれぞれには、対応した駆動回路が必要となる。具体的には、駆動回路領域DRVもp行q列の領域に分割して、分割された各領域に駆動回路を設ければよい。
図49(B)の表示装置DSPでは、駆動回路領域DRVをp行q列の領域に分割した構成を示している。そのため、駆動回路領域DRVは、回路領域ARD[1,1]乃至回路領域ARD[p,q]を有する。なお、図49(B)では、一例として、回路領域ARD[1,1]、回路領域ARD[2,1]、回路領域ARD[p-1,1]、回路領域ARD[p,1]、回路領域ARD[1,2]、回路領域ARD[2,2]、回路領域ARD[p-1,2]、回路領域ARD[p,2]、回路領域ARD[1,q-1]、回路領域ARD[2,q-1]、回路領域ARD[p-1,q-1]、回路領域ARD[p,q-1]、回路領域ARD[1,q]、回路領域ARD[2,q]、回路領域ARD[p-1,q]、及び回路領域ARD[p,q]のそれぞれを抜粋して示している。
回路領域ARD[1,1]乃至回路領域ARD[p,q]のそれぞれは、列ドライバ回路CLMと、行ドライバ回路RWDと、を有する。例えば、駆動回路領域DRVのh行目k列目(hは1以上p以下の整数とし、kは1以上q以下の整数とする)に位置する回路領域ARD[h,k](図49(B)に図示しない)に含まれている列ドライバ回路CLMと、行ドライバ回路RWDと、は、表示部DISのh行目k列目に位置する表示領域ARA[h,k]に含まれている複数の画素を駆動させることができる。
列ドライバ回路CLMは、例えば、対応する表示領域ARAに含まれている複数の画素に画像信号を送信するソースドライバ回路が含まれている。このため、図48(A)の表示装置DSPは、図2の表示装置DSP0と同様に、列ドライバ回路CLMが配線SL[1]乃至配線SL[n]に電気的に接続されている構成とすることが好ましい。また、列ドライバ回路CLMは、デジタルデータの画像信号をアナログデータに変換するデジタルアナログ変換回路を有してもよい。
行ドライバ回路RWDは、例えば、対応する表示領域ARAにおいて、画像信号の送信先となる複数の表示画素を選択するためのゲートドライバ回路を有する。このため、図48(A)又は図49(A)の表示装置DSPは、図2の表示装置DSP0と同様に、行ドライバ回路RWDが配線GL[1]乃至配線GL[m]に電気的に接続されている構成とすることが好ましい。
なお、図48(A)、図49(A)、及び図49(B)に示す表示装置DSPは、表示部DISの表示領域ARA[h,k]と、回路領域ARD[h,k]と、が互いに重畳する構成となっているが、本発明の一態様の表示装置は、これに限定されない。本発明の一態様の表示装置の構成は、必ずしも表示領域ARA[h,k]と回路領域ARD[h,k]とが互いに重畳していなくてもよい。
例えば、図48(B)に示すとおり、表示装置DSPは、基板BS上に駆動回路領域DRVだけでなく、領域LIAが設けられている構成としてもよい。
領域LIAには、一例として、配線が設けられている。また、領域LIAに含まれている配線は、配線層LINLに含まれる配線と電気的に接続されていてもよい。また、このとき、表示装置DSPは、領域LIAに含まれる配線と配線層LINLに含まれる配線とにより、駆動回路領域DRVに含まれる回路と、画素層PXALに含まれる回路と、が電気的に接続される構成としてもよい。また、表示装置DSPは、駆動回路領域DRVに含まれる回路と、領域LIAに含まれる配線又は回路と、の間が配線層LINLに含まれる配線を介して電気的に接続される構成としてもよい。
また、領域LIAには、一例として、GPU(Graphics Processing Unit)が含まれていてもよい。また、表示装置DSPにタッチパネルが含まれている場合には、領域LIAには、当該タッチパネルに含まれるタッチセンサを制御するセンサコントローラが含まれていてもよい。また、表示装置DSPの表示素子として液晶素子が適用されている場合、ガンマ補正回路が含まれていてもよい。また、領域LIAには、表示装置DSPの外部からの入力信号を処理する機能を有するコントローラが含まれていてもよい。また、領域LIAには、上述した回路、及び回路領域ARDに含まれている駆動回路に供給する電圧を生成するための電圧生成回路が含まれていてもよい。
また、表示装置DSPの表示素子として有機EL材料が用いられた発光デバイスが適用されている場合、領域LIAには、EL補正回路が含まれていてもよい。EL補正回路は、例えば、有機EL材料が含まれている発光デバイスに入力される電流量を適切に調整する機能を有する。有機EL材料が含まれている発光デバイスの発光時における輝度は電流に比例するため、当該発光デバイスに電気的に接続されている駆動トランジスタの特性が良くない場合には、当該発光デバイスにて発光する光の輝度は所望の輝度よりも低くなることがある。EL補正回路は、例えば、当該発光デバイスに流れる電流量をモニタリングして、当該電流量が所望の電流量よりも小さいときに、当該発光デバイスに流れる電流量を大きくして、当該発光デバイスにて発光する輝度を高くすることができる。また、逆に、当該電流量が所望の電流量よりも大きいときに、当該発光デバイスに流れる電流量を小さく調整してもよい。
図50(A)は、図48(B)に示す表示装置DSPの平面図の一例であって、実線で示した駆動回路領域DRVと、点線で示した表示部DISと、を示している。また、図50(A)の表示装置DSPでは、一例として、駆動回路領域DRVが領域LIAによって囲まれている構成を示している(回路層SICLのみを示した表示装置DSPの平面図の一例を図50(B)に示す)。このため、図50(A)に示すとおり、駆動回路領域DRVは、平面図において、表示部DISの内側に重畳するように配置されている。
また、図50(A)に示す表示装置DSPは、図49(A)と同様に、表示部DISが表示領域ARA[1,1]乃至表示領域ARA[p,q]に分割されているものとし、駆動回路領域DRVも回路領域ARD[1,1]乃至回路領域ARD[p,q]に分割されているものとする。
図50(A)に示すとおり、一例として、表示領域ARAと、その表示領域ARAに含まれる画素を駆動させる駆動回路を含む回路領域ARDと、の対応関係を太い矢印で図示している。具体的には、回路領域ARD[1,1]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[1,1]に含まれる画素を駆動させ、回路領域ARD[2,1]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[2,1]に含まれる画素を駆動させる。また、回路領域ARD[p-1,1]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[p-1,1]に含まれる画素を駆動させ、回路領域ARD[p,1]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[p,1]に含まれる画素を駆動させる。また、回路領域ARD[1,q]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[1,q]に含まれる画素を駆動させ、回路領域ARD[2,q]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[2,q]に含まれる画素を駆動させる。また、回路領域ARD[p-1,n]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[p-1,q]に含まれる画素を駆動させ、回路領域ARD[p,q]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[p,q]に含まれる画素を駆動させる。つまり、図50(A)には図示しないが、h行k列に位置する回路領域ARD[h,k]に含まれている駆動回路は、表示領域ARA[h,k]に含まれる画素を駆動させる。
図48(B)において、回路層SICL内の回路領域ARDに含まれる駆動回路と、画素層PXAL内の表示領域ARAに含まれる画素と、を配線層LINLに含まれる配線によって電気的に接続することによって、表示装置DSPの構成は、必ずしも表示領域ARA[h,k]と回路領域ARD[h,k]とが互いに重畳しない構成とすることができる。そのため、駆動回路領域DRVと、表示部DISと、の位置関係は、図50(A)に示す表示装置DSPの平面図に限定されず、駆動回路領域DRVの配置を自由に決めることができる。
なお、図48(A)及び図48(B)に示す表示装置DSPは、配線層LINLが設けられている構成となっているが、本発明の一態様は、これに限定されない。本発明の一態様の表示装置は、例えば、図48(C)に示すとおり、回路層SICL上に画素層PXALが配置されている構成としてもよい。
また、図49(B)、及び図50(A)に示している、回路領域ARD[1,1]乃至回路領域ARD[p,q]のそれぞれにおいて、列ドライバ回路CLM及び行ドライバ回路RWDの配置は、本発明の一態様の表示装置の構成に限定されない。図49(B)、及び図50(A)において、列ドライバ回路CLM、及び行ドライバ回路RWDは互いに交わるように(十字となるように)配置されているが、1つの回路領域ARD内において、列ドライバ回路CLM、及び行ドライバ回路RWDは様々な形状として配置されてもよい。
図49(A)乃至図50(B)に示すとおり、表示部DISを複数の表示領域ARAに分割し、かつそれぞれの表示領域ARAに対応する駆動回路を設けることによって、複数の表示領域ARAに含まれる回路を独立に駆動を行うことができる。例えば、画像データを頻繁に書き換える表示領域ARAには、対応する回路領域ARDに備わる列ドライバ回路CLM及び行ドライバ回路RWDのフレーム周波数を高くして駆動し、また、画像データを頻繁に書き換えない表示領域ARAには、対応する回路領域ARDに備わる列ドライバ回路CLM、及び行ドライバ回路RWDのフレーム周波数を低くして駆動することができる。具体的には、動画など画像データを多く書き換える表示領域ARAに対応する列ドライバ回路CLM及び行ドライバ回路RWDは、60Hz以上、120Hz以上、165Hz以上、又は240Hz以上の高いフレーム周波数で動作すればよい。また、静止画など画像データを頻繁に書き換えない表示領域ARAに対応する列ドライバ回路CLM及び行ドライバ回路RWDは、5Hz以下、1Hz以下、0.5Hz以下、又は0.1Hz以下の低いフレーム周波数で動作すればよい。このように、表示装置DSPの表示部DISを表示領域ARA[1,1]乃至表示領域ARA[m,n]に分割することによって、表示領域ARAに表示する画像に応じて書き換え頻度(フレーム周波数)を変化させることができる。つまり、表示装置DSPは、表示部DISにおいて、表示領域ARA[1,1]乃至表示領域ARA[m,n]から選ばれた二に、互いに異なるフレーム周波数で画像を表示させることができる。
次に、表示装置DSPに含まれる各構成要素の例について説明する。図51(A)は、図48(A)、又は図48(B)の表示装置DSPの一例を示したブロック図である。図51(A)に示す表示装置DSPは、表示部DISと、周辺回路PRPHと、を有する。
周辺回路PRPHは、複数の行ドライバ回路RWDを含む回路GDSと、複数の列ドライバ回路CLMを含む回路SDSと、分配回路DMGと、分配回路DMSと、制御部CTRと、記憶装置MDと、電圧生成回路PGと、タイミングコントローラTMCと、クロック信号生成回路CKSと、画像処理部GPSと、インターフェースINTと、を有する。なお、周辺回路PRPHは、一例として、図48(A)及び図48(B)における回路層SICLに含まれている回路とすることができる。
なお、表示装置DSPにおいて、複数の行ドライバ回路RWDを含む駆動回路領域DRVは、図48(A)乃至図50(B)に示すとおり、複数の表示領域ARAを含む画素層PXALに重畳しているが、図51(A)では、便宜上、表示部DISの外側に複数の行ドライバ回路RWDが一列に並ぶように図示している。同様に、複数の列ドライバ回路CLMのそれぞれを含む駆動回路領域DRVは、複数の表示領域ARAを含む画素層PXALに重畳しているが、図51(A)では、便宜上、表示部DISの外側に複数の列ドライバ回路CLMが一行に並ぶように図示している。
周辺回路PRPHは、例えば、図48(A)及び図48(B)に示す回路層SICLに含まれる。また、周辺回路PRPHに含まれる回路GDS及び回路SDSは、例えば、図48(A)及び図48(B)に示す駆動回路領域DRVに含まれる。
また、図48(B)の表示装置DSPの場合、分配回路DMGと、分配回路DMSと、制御部CTRと、記憶装置MDと、電圧生成回路PGと、タイミングコントローラTMCと、クロック信号生成回路CKSと、画像処理部GPSと、インターフェースINTと、から選ばれた一以上は、領域LIAに含まれていてもよい。また、上述した回路のうち領域LIAに含まれない回路は、外部回路として、領域LIAに含まれる回路、駆動回路領域DRVに含まれる回路の一方又は双方に電気的に接続されてもよい。
分配回路DMGと、分配回路DMSと、制御部CTRと、記憶装置MDと、電圧生成回路PGと、タイミングコントローラTMCと、クロック信号生成回路CKSと、画像処理部GPSと、インターフェースINTと、のそれぞれは、バス配線BWを介して相互に各種信号を送受信する。
インターフェースINTは、例えば、外部装置から出力される、表示装置DSPに画像を表示するための画像データを、周辺回路PRPH内の回路に取り込むための回路としての機能を有する。また、ここでの外部装置としては、例えば、記録メディアの再生機、HDD(Hard Disk Drive)、又はSSD(Solid State Drive)といった不揮発性記憶装置が挙げられる。また、インターフェースINTは、周辺回路PRPH内の回路から表示装置DSPの外側の装置に信号を出力する回路としてもよい。
また、無線通信によって、外部装置からインターフェースINTに画像データが入力される場合、インターフェースINTは、一例として、画像データを受信するアンテナ、混合器、増幅回路、及びアナログデジタル変換回路から選ばれた一以上を有する構成とすることができる。
制御部CTRは、インターフェースINTを介して外部装置から送られる各種制御信号を処理し、周辺回路PRPHに含まれる各種回路を制御する機能を有する。
記憶装置MDは、一時的に情報及び画像信号を保持する機能を有する。この場合、記憶装置MDは、例えば、フレームメモリ(フレームバッファと呼ばれる場合がある)として機能する。また、記憶装置MDは、インターフェースINTを介して外部装置から送られた情報、及び制御部CTRで処理した情報の一方又は双方を一時的に保持する機能を有してもよい。なお、記憶装置MDとしては、例えば、SRAM(Static Random Access Memory)及びDRAM(Dynamic Random Access Memory)の一方又は双方を適用することができる。
電圧生成回路PGは、表示部DISに含まれる画素回路と、周辺回路PRPHに含まれる回路と、のそれぞれに供給するための電源電圧を生成する機能を有する。なお、電圧生成回路PGは、電圧を供給する回路を選択する機能を有してもよい。例えば、電圧生成回路PGは、表示部DISに静止画を表示させている期間では、回路GDS、回路SDS、画像処理部GPS、タイミングコントローラTMC、及びクロック信号生成回路CKSから選ばれた一以上に対しての電圧供給を停止することによって、表示装置DSP全体の消費電力を低減することができる。
タイミングコントローラTMCは、回路GDSに含まれている複数の行ドライバ回路RWD、回路SDSに含まれている複数の列ドライバ回路CLMで使用されるタイミング信号を生成する機能を有する。なお、タイミング信号の生成に、クロック信号生成回路CKSで生成されたクロック信号を用いることができる。
画像処理部GPSは、表示部DISに画像を描画するための処理を行う機能を有する。例えば、画像処理部GPSは、GPUを有してもよい。特に、画像処理部GPSは、並列にパイプライン処理を行う構成とすることにより、表示部DISに表示させるための画像データを高速に処理することができる。また、画像処理部GPSは、エンコードされた画像を復元するためのデコーダとしての機能も有することができる。
また、画像処理部GPSは、表示部DISに表示する画像の色調を補正する機能を有してもよい。この場合、画像処理部GPSが、調光回路及び調色回路の一方又は双方が設けられていることが好ましい。また、表示部DISに含まれている表示画素回路に有機EL素子が含まれている場合、画像処理部GPSは、EL補正回路が設けられていてもよい。
また、上記で説明した画像補正には、人工知能を用いてもよい。例えば、画素に備えられている表示デバイスに流れる電流(又は表示デバイスに印加される電圧)をモニタリングして取得し、表示部DISに表示された画像をイメージセンサで取得し、電流(又は電圧)と画像を人工知能の演算(例えば、人工ニューラルネットワーク)の入力データとして扱い、その出力結果で当該画像の補正の有無を判断させてもよい。
また、人工知能の演算は、画像補正だけでなく、画像データのアップコンバート処理にも応用することができる。これにより、画面解像度の小さい画像データを表示部DISの画面解像度に合わせて、アップコンバートを行うことで、表示品位の高い画像を表示部DISに表示させることができる。
なお、上述した人工知能の演算には、例えば、画像処理部GPSに含まれるGPUを用いて行うことができる。つまり、GPUを用いて、各種補正の演算(例えば、色ムラ補正、又はアップコンバート)を行うことができる。
なお、本明細書等において、人工知能の演算を行うGPUをAIアクセラレータと呼称する。つまり、本明細書等では、GPUをAIアクセラレータと置き換えて説明する場合がある。
クロック信号生成回路CKSは、クロック信号を生成する機能を有する。また、例えば、クロック信号生成回路CKSは、表示部DISに表示する画像に応じて、クロック信号のフレーム周波数を変化することができる構成としてもよい。
分配回路DMGは、バス配線BWから受け取った信号を、当該信号の内容に応じて、複数の表示領域ARAの一に含まれる画素を駆動させる行ドライバ回路RWDに送信する機能を有する。
分配回路DMSは、バス配線BWから受け取った信号を、当該信号の内容に応じて、複数の表示領域ARAの一に含まれる画素を駆動させる列ドライバ回路CLMに送信する機能を有する。
なお、図51(A)に示す表示装置DSPにおいて、デジタル信号の送信技術としては、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)が使用されていてもよい。又は、eDP(embedded DisplayPort)又はiDP(internal DisplayPort)が使用されていてもよい。
また、図51(A)には図示していないが、周辺回路PRPHには、レベルシフタが含まれていてもよい。レベルシフタは、一例として、各回路に入力される信号を適切なレベルに変換する機能を有する。
なお、図51(A)に示した表示装置DSPの周辺回路PRPHの構成は一例であって、状況に応じて、周辺回路PRPHに含まれる回路構成を変更してもよい。例えば、表示装置DSPが、各回路の駆動電圧を外部から供給を受ける構成である場合、表示装置DSP内で当該駆動電圧を生成する必要はなくなるため、この場合、表示装置DSPは、電圧生成回路PGが含まれない構成としてもよい。
また、例えば、図51(A)に示した表示装置DSPにおいて、上記に羅列した回路(構成要素)(分配回路DMG、分配回路DMS、制御部CTR、記憶装置MD、電圧生成回路PG、タイミングコントローラTMC、クロック信号生成回路CKS、画像処理部GPS、インターフェースINT)のそれぞれが、表示装置DSPに含まれない構成としてもよい。具体的には、図51(B)に示すとおり、上記に羅列した回路(構成要素)を含む周辺回路PRPHが、表示装置DSPの外に設けられていてもよい。また、図51(B)では、回路GDSと分配回路DMGとの間と、回路SDSと分配回路DMSとの間と、で信号の送受信を行う様子を示しているが、回路GDSと分配回路DMGとの間と、回路SDSと分配回路DMSとの間と、の信号の送受信は、インターフェースINTを介して行われてもよい。また、図51(B)に示す表示装置DSPの構成は、例えば、図48(C)の表示装置DSPに適用することができる。また、図51(B)では、上記に羅列した回路(構成要素)が表示装置DSPの外に設けられている例を示したが、上記に羅列した回路(構成要素)から選ばれた一以上が外部回路として、駆動回路領域DRVに含まれる残りの回路に電気的に接続されてもよい。
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4)
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例について説明する。
<表示装置の構成例1>
図52は、本発明の一態様の表示装置の一例を示した断面図である。図52に示す表示装置1000は、一例として、基板310上に画素回路及び駆動回路が設けられた構成となっている。なお、上記で説明した実施の形態の図2の表示装置DSP0の構成は、図52の表示装置1000の構成とすることができる。なお、本実施の形態で説明する画素回路は、上記の実施の形態で説明した、表示画素回路とすることができる。
また、例えば、図48(A)及び図48(B)の表示装置DSPに示す回路層SICLと、配線層LINLと、画素層PXALと、は、図52の表示装置1000のとおりに構成することができる。回路層SICLは、一例として、基板310を有し、基板310上には、トランジスタ300が形成されている。また、トランジスタ300の上方には、配線層LINLが設けられており、配線層LINLには、トランジスタ300、後述するトランジスタ500、後述する発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bを電気的に接続する配線が設けられている。また、配線層LINLの上方には、画素層PXALが設けられており、画素層PXALは、一例として、トランジスタ500と、発光デバイス130(図52では、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130B)を有する。
このため、トランジスタ500は、実施の形態1及び実施の形態2で説明した画素PXに含まれるトランジスタとすることができる。具体的には、例えば、トランジスタ500は、図1又は図25に示す画素PXに含まれているトランジスタM2とすることができる。また、例えば、トランジスタ500は、図1の表示装置DSP3Aが有するスイッチに含まれているトランジスタ、又は図25の表示装置DSP4Aが有するスイッチに含まれているトランジスタとすることができる。
また、発光デバイス130は、実施の形態1及び実施の形態2で説明した画素PXに含まれる発光デバイスLDとすることができる。
なお、図1又は図25に示す回路CDは、例えば、画素層PXALに含まれていてもよい。つまり、回路CDに含まれているトランジスタは、トランジスタ500の構造としてもよい。また、図1又は図25に示す回路CDは、例えば、回路層SICLに含まれていてもよい。つまり、回路CDに含まれているトランジスタは、トランジスタ300の構造としてもよい。
基板310には、例えば、実施の形態3で説明した基板BSに適用できる基板を用いることができる。なお、表示装置1000の作製工程において熱処理が含まれている場合、基板310には、熱に対して耐性の高い基板を選択することが好ましい。
表示装置の対角サイズは、例えば、基板310の種類と大きさによって定めることができる。例えば、テレビジョン装置向けに、又はデジタルサイネージ用途の電子機器向けに、30インチ以上、50インチ以上、70インチ以上、又は100インチ以上の対角サイズの表示装置を作製する場合、基板310としては、ガラス基板を用いればよい。また、例えば、XR向け機器向けに、又はウェアラブル型情報端末向けに、10インチ以下、5インチ以下、1.5インチ以下、又は1インチ以下の対角サイズの表示装置を作製する場合、基板310としては、半導体基板を用いればよい。
また、表示装置1000の画面比率(アスペクト比)については、特に限定はない。例えば、表示装置1000は、1:1(正方形)、4:3、16:9、16:10、21:9、又は32:9といった様々な画面比率に対応することができる。
なお、本実施の形態では、基板310は、シリコンを材料として有する半導体基板として説明する。
トランジスタ300は、基板310上に設けられ、素子分離層312と、導電体316と、絶縁体315と、絶縁体317と、基板310の一部からなる半導体領域313と、ソース領域又はドレイン領域として機能する低抵抗領域314a及び低抵抗領域314bと、を有する。このため、トランジスタ300は、Siトランジスタとなっている。なお、図52では、トランジスタ300のソース又はドレインの一方が、後述する導電体328を介して、後述する導電体330、及び導電体356に電気的に接続されている構成を示しているが、本発明の一態様の表示装置の電気的な接続構成は、これに限定されない。本発明の一態様の表示装置は、例えば、トランジスタ300のゲートが、導電体328を介して、導電体330、及び導電体356に電気的に接続されている構成としてもよい。
トランジスタ300は、例えば、半導体領域313の上面及びチャネル幅方向の側面が、ゲート絶縁膜として機能する絶縁体315を介して導電体316に覆われる構成にすることによって、Fin型にすることができる。トランジスタ300をFin型にすることにより、実効上のチャネル幅が増大することができ、トランジスタ300のオン特性を向上させることができる。また、ゲート電極の電界の寄与を高くすることができるため、トランジスタ300のオフ特性を向上させることができる。
なお、トランジスタ300は、pチャネル型トランジスタあるいはnチャネル型トランジスタのいずれでもよい。またはトランジスタ300を複数設け、pチャネル型トランジスタ及びnチャネル型トランジスタの双方を用いてもよい。
トランジスタ300において、半導体領域313のチャネルが形成される領域と、その近傍の領域と、ソース領域又はドレイン領域となる低抵抗領域314a及び低抵抗領域314bと、には、シリコン系半導体などの半導体を含むことが好ましく、具体的には、単結晶シリコンを含むことが好ましい。又は、上述した各領域は、例えば、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、ヒ化アルミニウムガリウム、又は、窒化ガリウムを用いて形成されてもよい。又は、トランジスタ300は、結晶格子に応力を与え、格子間隔を変化させることで有効質量を制御したシリコンを用いた構成としてもよい。又は、トランジスタ300は、例えば、ヒ化ガリウムとヒ化アルミニウムガリウムを用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor)としてもよい。
ゲート電極として機能する導電体316は、ヒ素又はリンといったn型の導電性を付与する元素、もしくはホウ素又はアルミニウムといったp型の導電性を付与する元素を含むシリコンといった半導体材料を用いることができる。又は、導電体316には、例えば、金属材料、合金材料、又は金属酸化物材料といった導電性材料を用いることができる。
なお、導電体の材料によって仕事関数が決まるため、当該導電体の材料を選択することで、トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。具体的には、導電体に窒化チタン、及び窒化タンタルの一方又は双方の材料を用いることが好ましい。さらに導電性と埋め込み性を両立するために導電体にタングステン、及びアルミニウムの一方又は双方の金属材料を積層として用いることが好ましく、特にタングステンを用いることが耐熱性の点で好ましい。
素子分離層312は、基板310上に形成されている複数のトランジスタ同士を分離するために設けられている。素子分離層は、例えば、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法、STI(Shallow Trench Isolation)法、又はメサ分離法を用いて形成することができる。
なお、図52に示すトランジスタ300は一例であり、その構造に限定されず、回路構成、駆動方法などに応じて適切なトランジスタを用いればよい。例えば、トランジスタ300は、Fin型ではなく、プレーナ型の構造としてもよい。
図52に示すトランジスタ300には、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁体326が、基板310側から順に積層して設けられている。
絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁体326として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、及び窒化アルミニウムから選ばれた一以上を用いればよい。
なお、本明細書などにおいて、酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。例えば、酸化窒化シリコンと記載した場合は、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンと記載した場合は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
絶縁体322は、絶縁体320及び絶縁体322に覆われているトランジスタ300によって生じる段差を平坦化する平坦化膜としての機能を有していてもよい。例えば、絶縁体322の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)法を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
また、絶縁体324には、基板310又はトランジスタ300から、絶縁体324より上方の領域(例えば、トランジスタ500、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bなどが設けられている領域)に、水、及び水素といった不純物などが拡散しないようなバリア性を有する絶縁膜(バリア絶縁膜と呼称する)を用いることが好ましい。したがって、絶縁体324は、水素原子、水素分子、及び水分子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。また、状況によっては、絶縁体324は、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、又はNO)、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。
水素の脱離量は、例えば、昇温脱離ガス分析法(TDS:Thermal Desorption Spectroscopy)を用いて分析することができる。例えば、絶縁体324の水素の脱離量は、TDS分析において、膜の表面温度が50℃から500℃の範囲において、水素原子に換算した脱離量が、絶縁体324の面積当たりに換算して、10×1015atoms/cm以下、好ましくは5×1015atoms/cm以下であればよい。
なお、絶縁体326は、絶縁体324よりも誘電率が低いことが好ましい。例えば、絶縁体326の比誘電率は4未満が好ましく、3未満がより好ましい。また、例えば、絶縁体326の比誘電率は、絶縁体324の比誘電率の0.7倍以下が好ましく、0.6倍以下がより好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。
また、絶縁体320、絶縁体322、絶縁体324、及び絶縁体326には、絶縁体326より上方に設けられている発光デバイスなどと接続する導電体328及び導電体330が埋め込まれている。なお、導電体328及び導電体330は、プラグ又は配線としての機能を有する。また、プラグ又は配線としての機能を有する導電体は、複数の構造をまとめて同一の符号を付与する場合がある。また、本明細書等において、配線と、配線と接続するプラグとが一体物であってもよい。すなわち、導電体の一部が配線として機能する場合、及び導電体の一部がプラグとして機能する場合もある。
各プラグ、及び配線(導電体328及び導電体330)の材料としては、金属材料、合金材料、金属窒化物材料、及び金属酸化物材料から選ばれた一以上の導電性材料を、単層又は積層して用いることができる。耐熱性と導電性を両立するタングステン、又はモリブデンといった高融点材料を用いることが好ましく、タングステンを用いることが好ましい。又は、アルミニウム、又は銅といった低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。低抵抗導電性材料を用いることで配線抵抗を低くすることができる。
絶縁体326及び導電体330上には、配線層を設けてもよい。例えば、図52において、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354が、絶縁体326及び導電体330の上方に、順に積層して設けられている。また、絶縁体350、絶縁体352、及び絶縁体354には、導電体356が形成されている。導電体356は、トランジスタ300と接続するプラグ又は配線としての機能を有する。なお導電体356は、導電体328及び導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体350は、絶縁体324と同様に、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体352、及び絶縁体354としては、絶縁体326と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体352、及び絶縁体354は、層間絶縁膜、及び平坦化膜としての機能を有する。また、導電体356は、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。
なお、水素に対するバリア性を有する導電体としては、例えば、窒化タンタルを用いるとよい。また、窒化タンタルと導電性が高いタングステンを積層することで、配線としての導電性を保持したまま、トランジスタ300からの水素の拡散を抑制することができる。この場合、水素に対するバリア性を有する窒化タンタル層が、水素に対するバリア性を有する絶縁体350と接する構造であることが好ましい。
また、絶縁体354及び導電体356の上方には、絶縁体512が設けられている。
図52において、トランジスタ500は、絶縁体512上に設けられている。絶縁体512は、酸素、水素に対してバリア性のある物質を用いることが好ましい。具体的には、例えば、絶縁体512には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、及び窒化アルミニウムから選ばれた一以上を用いればよい。
水素に対するバリア性を有する膜の一例として、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。ここで、酸化物半導体を有する半導体素子(例えば、トランジスタ500)に、水素が拡散することで、当該半導体素子の特性が低下する場合がある。したがって、トランジスタ500とトランジスタ300との間に、水素の拡散を抑制する膜を用いることが好ましい。水素の拡散を抑制する膜とは、具体的には、水素の脱離量が少ない膜とする。
また、例えば、絶縁体512には、絶縁体320と同様の材料を用いることができる。また、これらの絶縁体に、比較的誘電率が低い材料を適用することで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体512には、酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を用いることができる。
また、絶縁体512上には、絶縁体514が設けられ、絶縁体514上には、トランジスタ500が設けられている。また、トランジスタ500上には、絶縁体574が形成されており、また、絶縁体574上には、絶縁体581が形成されている。
絶縁体574、及び絶縁体581については、実施の形態5で詳述する。
絶縁体514には、基板310又は絶縁体512よりも下方の回路素子が設けられる領域などから、トランジスタ500が設けられている領域に、水及び水素といった不純物を抑制する膜(バリア性を有する膜)を用いることが好ましい。したがって、絶縁体514には、例えば、CVD法で形成した窒化シリコンを用いることができる。
図52に示すトランジスタ500は、上述したとおり、金属酸化物をチャネル形成領域に含むOSトランジスタである。なお、OSトランジスタについては、実施の形態5で詳述する。
絶縁体581上には、絶縁体592、及び絶縁体594がこの順に形成されている。また、絶縁体592及び絶縁体594には、導電体596が埋め込まれている。導電体596は、トランジスタ300と接続するプラグ、又は配線としての機能を有する。なお導電体596は、導電体328、及び導電体330と同様の材料を用いて設けることができる。
なお、例えば、絶縁体592には、絶縁体324と同様に、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体594には、絶縁体326と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体594は、層間絶縁膜、及び平坦化膜としての機能を有する。また、導電体596は、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する導電体を含むことが好ましい。
絶縁体594及び導電体596上には、絶縁体598及び絶縁体599が形成されている。
絶縁体598は、一例として、絶縁体324と同様に、水素、酸素、及び水から選ばれた一以上に対するバリア性を有する絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体599としては、絶縁体326と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁体を用いることが好ましい。また、絶縁体599は、層間絶縁膜及び平坦化膜としての機能を有する。
絶縁体599上には、発光デバイス130R、発光デバイス130G、発光デバイス130B、及び接続部140が形成されている。
接続部140は、カソードコンタクト部と呼ばれる場合があり、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bのそれぞれのカソードに電気的に接続されている。図52では、接続部140は、後述する導電体112a乃至導電体112cから選ばれた一以上の導電体と、後述する導電体126a乃至導電体126cから選ばれた一以上の導電体と、後述する導電体129a乃至導電体129cから選ばれた一以上の導電体と、後述する共通層114と、後述する共通電極115と、を有する。
なお、接続部140は、平面図において表示部の四辺を囲むように設けられてもよく、又は、表示部内(例えば、隣り合う発光デバイス130同士の間)に設けられてもよい。
発光デバイス130Rは、導電体112aと、導電体112a上の導電体126aと、導電体126a上の導電体129aと、を有する。導電体112a、導電体126a、導電体129aの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。
発光デバイス130Gは、導電体112bと、導電体112b上の導電体126bと、導電体126b上の導電体129bと、を有する。発光デバイス130Rと同様に、導電体112b、導電体126b、及び導電体129bの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。
発光デバイス130Bは、導電体112cと、導電体112c上の導電体126cと、導電体126c上の導電体129cと、を有する。発光デバイス130R、及び発光デバイス130Gと同様に、導電体112c、導電体126c、及び導電体129cの全てを画素電極と呼ぶこともでき、一部を画素電極と呼ぶこともできる。
導電体112a乃至導電体112c、及び導電体126a乃至導電体126cには、例えば、反射電極として機能する導電層を用いることができる。反射電極として機能する導電層には、可視光に対して反射率の高い導電体として、例えば、銀、アルミニウム、銀(Ag)とパラジウム(Pd)と銅(Cu)の合金膜(Ag-Pd-Cu(APC)膜)を適用することができる。また、導電体112a乃至導電体112c、及び導電体126a乃至導電体126cには、一対のチタンで挟まれたアルミニウムの積層膜(Ti、Al、Tiの順の積層膜)、又は一対のインジウム錫酸化物(ITOと呼ばれる場合がある)で挟まれた銀の積層膜(ITO、Ag、ITOの順の積層膜)を用いることができる。
また、例えば、導電体112a乃至導電体112cに反射電極として機能する導電層を用いて、導電体126a乃至導電体126cに、透光性が高い導電体を用いてもよい。透光性が高い導電体としては、例えば、銀とマグネシウムの合金、及びインジウム錫酸化物が挙げられる。
導電体129a乃至導電体129cには、例えば、透明電極として機能する導電層を用いることができる。透明電極として機能する導電層としては、例えば、上述した透光性が高い導電体とすることができる。
また、後に詳述する発光デバイス130に、マイクロキャビティ構造(微小共振器構造)を設けてもよい。マイクロキャビティ構造とは、発光層の下面と下部電極の上面との距離を、当該発光層が発する光の色の波長に応じた厚さにする構造を指す。この場合、上部電極(共通電極)である導電体129a乃至導電体129cに透光性及び光反射性を有する導電材料を用い、下部電極(画素電極)である導電体112a乃至導電体112c、及び導電体126a乃至導電体126cとして光反射性を有する導電材料を用いること好ましい。
マイクロキャビティ構造とは、下部電極と発光層の光学的距離を(2n-1)λ/4(ただし、nは1以上の自然数、λは増幅したい発光の波長)に調節した構造を指す。これにより、下部電極によって反射されて戻ってきた光(反射光)は、発光層から上部電極に直接入射する光(入射光)と大きな干渉を起こす。そのため、波長λのそれぞれの反射光と入射光との位相を合わせ発光層からの発光をより増幅させることができる。一方で、反射光と入射光とが波長λ以外である場合、位相が合わなくなるため、共振せずに減衰する。
導電体112aは、絶縁体599に設けられた開口を介して、絶縁体594に埋め込まれている導電体596と接続されている。また、導電体112aの端部よりも外側に導電体126aの端部が位置している。導電体126aの端部と導電体129aの端部は、揃っている、または概略揃っている。
発光デバイス130Gにおける導電体112b、導電体126b、及び導電体129bと、及び、発光デバイス130Bにおける導電体112c、導電体126c、及び導電体129cと、については、発光デバイス130Rにおける導電体112a、導電体126a、及び導電体129aと同様であるため詳細な説明は省略する。
導電体112a、導電体112b、及び導電体112cには、絶縁体599に設けられた開口を覆うように凹部が形成される。当該凹部には、層128が埋め込まれている。
層128は、導電体112a、導電体112b、及び導電体112cの凹部を平坦化する機能を有する。導電体112a上、及び導電体112a上に位置する層128上には、導電体126aが設けられている。同様に、導電体112b上、及び導電体112b上に位置する層128上には、導電体126bが設けられている。また、同様に、導電体112c上、及び導電体112c上に位置する層128上には、導電体126cが設けられている。つまり、導電体112aと導電体126aとが互いに電気的に接続され、導電体112bと導電体126bとが互いに電気的に接続され、導電体112cと導電体126cとが互いに電気的に接続されている。また、上記の構成によって、導電体112aの上方と、導電体112bの上方と、導電体112cの上方の領域に加えて、導電体112a上乃至導電体112c上の凹部を埋めるそれぞれの層128の上方の領域も発光領域として使用でき、画素の開口率を高めることができる。
層128は、絶縁層であってもよく、導電層であってもよい。層128には、各種無機絶縁材料、有機絶縁材料、及び導電材料を適宜用いることができる。特に、層128は、絶縁材料を用いて形成されることが好ましい。
層128には、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。例えば、層128には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、又はこれら樹脂の前駆体を適用することができる。また、層128として、感光性の樹脂を用いることができる。感光性の樹脂としては、ポジ型の材料、又はネガ型の材料が挙げられる。
感光性の樹脂を用いることにより、露光及び現像の工程のみで層128を作製することができ、ドライエッチング、あるいはウェットエッチングによる導電体112a、導電体112b、及び導電体112cの表面への影響を低減することができる。また、ネガ型の感光性樹脂を用いて層128を形成することにより、絶縁体599の開口の形成に用いるフォトマスク(露光マスク)と同一のフォトマスクを用いて、層128を形成できる場合がある。
なお、図52では、層128の上面が平坦部を有する例を示すが、層128の形状は、特に限定されない。図53(A)乃至図53(C)に、層128の変更例を示す。
図53(A)及び図53(C)に示すように、層128の上面は、断面図において、中央及びその近傍が窪んだ形状、つまり、凹曲面を有する構成とすることができる。
また、図53(B)に示すように、層128の上面は、断面図において、中央及びその近傍が膨らんだ形状、つまり、凸曲面を有する構成とすることができる。
また、層128の上面は、凸曲面及び凹曲面の一方または双方を有していてもよい。また、層128の上面が有する凸曲面及び凹曲面の数はそれぞれ限定されず、一つ又は複数とすることができる。
また、層128の上面の高さと、導電体112aの上面の高さと、は、一致または概略一致していてもよく、互いに異なっていてもよい。例えば、層128の上面の高さは、導電体112aの上面の高さより低くてもよく、高くてもよい。
また、図53(A)は、導電体112aに形成された凹部の内部に層128が収まっている例ともいえる。一方、図53(C)のように、導電体112aに形成された凹部の外側に層128が存在する、つまり、当該凹部よりも層128の上面の幅が広がって形成されていてもよい。
発光デバイス130Rは、第1の層113aと、第1の層113a上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。また、発光デバイス130Gは、第2の層113bと、第2の層113b上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。また、発光デバイス130Bは、第3の層113cと、第3の層113c上の共通層114と、共通層114上の共通電極115と、を有する。
なお、第1の層113aは、導電体126aの上面及び側面と導電体129aの上面及び側面を覆うように形成されている。同様に、第2の層113bは、導電体126bの上面及び側面と導電体129bの上面及び側面を覆うように形成されている。また、同様に、第3の層113cは、導電体126cの上面及び側面と導電体129cの上面及び側面を覆うように形成されている。したがって、導電体126a、導電体126b、及び導電体126cが設けられている領域全体を、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bの発光領域として用いることができるため、画素の開口率を高めることができる。
発光デバイス130Rにおいて、第1の層113a及び共通層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。また、同様に、発光デバイス130Gにおいて、第2の層113b及び共通層114をまとめてEL層と呼ぶこともできる。また、同様に、発光デバイス130Bにおいて、第3の層113c及び共通層114をまとめてEL層と呼ぶことができる。
本実施の形態の発光デバイスの構成に、特に限定はなく、シングル構造であってもタンデム構造であってもよい。
第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、フォトリソグラフィ法により島状に加工されている。そのため、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、それぞれその端部において、上面と側面との成す角が90度に近い形状となる。一方、例えば、FMM(Fine Metal Mask)を用いて形成された有機膜は、その厚さが端部に近いほど徐々に薄くなる傾向があり、例えば、1μm以上10μm以下の範囲にわたって、上面がスロープ状に形成されるため、上面と側面の区別が困難な形状となる。
第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、上面と側面の区別が明瞭となる。これにより、隣接する第1の層113aと第2の層113bにおいて、第1の層113aの側面の一と、第2の層113bの側面の一は、互いに対向して配置される。これは、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのうちいずれの組み合わせにおいても同様である。
第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのそれぞれは、少なくとも発光層を有する。例えば、第1の層113aが、赤色の光を発する発光層を有し、第2の層113bが緑色の光を発する発光層を有し、第3の層113cが、青色の光を発する発光層を有する構成であると好ましい。また、それぞれの発光層は、上記以外の色としては、シアン、マゼンタ、黄または白を適用することができる。
また、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、それぞれ、正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロック層、電荷発生層、電子ブロック層、電子輸送層、及び電子注入層のうち1つ以上を有してもよい。
例えば、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、及び電子輸送層を有していてもよい。また、正孔輸送層と発光層との間に電子ブロック層を有していてもよい。また、電子輸送層上に電子注入層を有していてもよい。
また、例えば、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのそれぞれは、電子注入層、電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層を有していてもよい。特に、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのそれぞれにおいて、電子注入層、電子輸送層、発光層、及び正孔輸送層がこの順で積層されていることが好ましい。また、電子輸送層と発光層との間に正孔ブロック層を有していてもよい。また、正孔輸送層上に正孔注入層を有していてもよい。
第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、発光層と、発光層上のキャリア輸送層(電子輸送層または正孔輸送層)と、を有することが好ましい。第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cの表面は、表示装置の作製工程中に露出する場合があるため、キャリア輸送層を発光層上に設けることで、発光層が最表面に露出することを抑制し、発光層が受けるダメージを低減することができる。これにより、発光デバイスの信頼性を高めることができる。
また、第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cは、例えば、第1の発光ユニット、電荷発生層、及び第2の発光ユニットを有する構成にしてもよい。例えば、第1の層113aが、赤色の光を発する発光ユニットを2つ以上有する構成であり、第2の層113bが緑色の光を発する発光ユニットを2つ以上有する構成であり、第3の層113cが、青色の光を発する発光ユニットを2つ以上有する構成であると好ましい。
第2の発光ユニットは、発光層と、発光層上のキャリア輸送層(電子輸送層又は正孔輸送層)と、を有することが好ましい。第2の発光ユニットの表面は、表示装置の作製工程中に露出するため、キャリア輸送層を発光層上に設けることで、発光層が最表面に露出することを抑制し、発光層が受けるダメージを低減することができる。これにより、発光デバイスの信頼性を高めることができる。
共通層114は、例えば、電子注入層、又は正孔注入層を有する。又は、共通層114は、電子輸送層と電子注入層とを積層して有していてもよく、正孔輸送層と正孔注入層とを積層して有していてもよい。共通層114は、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bで共有されている。
また、共通電極115は、発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bで共有されている。また、図52に示すように、複数の発光デバイスが共通して有する共通電極115は、接続部140に含まれている導電体に電気的に接続される。
第1の層113a、第2の層113b、及び第3の層113cのそれぞれの側面は、絶縁体125及び絶縁体127によって覆われている。第1の層113aと絶縁体125との間にはマスク層118aが位置する。また、第2の層113bと絶縁体125との間にはマスク層118bが位置し、第3の層113cと絶縁体125との間にはマスク層118cが位置する。第1の層113a上、第2の層113b上、第3の層113c上、絶縁体125上、及び絶縁体127上に、共通層114が設けられ、共通層114上に共通電極115が設けられている。共通層114及び共通電極115は、それぞれ、複数の発光デバイスに共通して設けられるひとつなぎの膜である。
絶縁体125は、無機材料を有する絶縁層とすることができる。絶縁体125には、例えば、酸化絶縁膜、窒化絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、及び窒化酸化絶縁膜から選ばれた一以上の無機絶縁膜を用いることができる。絶縁体125は単層構造であってもよく積層構造であってもよい。酸化絶縁膜としては、例えば、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化マグネシウム膜、インジウムガリウム亜鉛酸化物膜、酸化ガリウム膜、酸化ゲルマニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、酸化ネオジム膜、酸化ハフニウム膜、又は酸化タンタル膜が挙げられる。窒化絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、又は窒化アルミニウム膜が挙げられる。酸化窒化絶縁膜としては、例えば、酸化窒化シリコン膜、又は酸化窒化アルミニウム膜が挙げられる。窒化酸化絶縁膜としては、例えば、窒化酸化シリコン膜、又は窒化酸化アルミニウム膜が挙げられる。特に、酸化アルミニウム膜は、エッチング工程において、EL層との選択比が高く、後述する絶縁体127の形成において、EL層を保護する機能を有するため、好ましい。特にALD法により形成した酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、または酸化シリコン膜等の無機絶縁膜を絶縁体125に適用することで、ピンホールが少なく、EL層を保護する機能に優れた絶縁体125を形成することができる。また、絶縁体125は、ALD法により形成した膜と、スパッタリング法により形成した膜と、の積層構造としてもよい。絶縁体125は、例えば、ALD法によって形成された酸化アルミニウム膜と、スパッタリング法によって形成された窒化シリコン膜と、の積層構造であってもよい。
絶縁体125は、水及び酸素の一方又は双方に対するバリア絶縁層としての機能を有することが好ましい。また、絶縁体125は、水及び酸素の一方又は双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁体125は、水及び酸素の一方又は双方を捕獲、または固着する(ゲッタリングともいう)機能を有することが好ましい。
絶縁体125が、バリア絶縁層としての機能、又はゲッタリング機能を有することで、外部から各発光デバイスに拡散しうる不純物(代表的には、水及び酸素の一方又は双方)の侵入を抑制することが可能な構成となる。当該構成とすることで、信頼性の高い発光デバイス、さらには、信頼性の高い表示パネルを提供することができる。
また、絶縁体125は、不純物濃度が低いことが好ましい。これにより、絶縁体125からEL層に不純物が混入し、EL層が劣化することを抑制することができる。また、絶縁体125において、不純物濃度を低くすることで、水及び酸素の一方又は双方に対するバリア性を高めることができる。例えば、絶縁体125は、水素濃度及び炭素濃度の一方、好ましくは双方が十分に低いことが望ましい。
絶縁体127としては、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。有機材料としては、感光性の有機樹脂を用いることが好ましく、例えば、アクリル樹脂を含む感光性の樹脂組成物を用いればよい。また、絶縁体127の材料の粘度は、1cP以上1500cP以下とすればよく、1cP以上12cP以下とすることが好ましい。絶縁体127の材料の粘度を上記の範囲にすることで、後述する、テーパ形状を有する絶縁体127を、比較的容易に形成することができる。なお、本明細書などにおいて、アクリル樹脂とは、ポリメタクリル酸エステル、またはメタクリル樹脂だけを指すものではなく、広義のアクリル系ポリマー全体を指す。
なお、絶縁体127は、後述するように側面にテーパ形状を有していればよく、絶縁体127に用いることができる有機材料は上記に限られるものではない。例えば、絶縁体127として、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、又はこれら樹脂の前駆体を適用することができる場合がある。また、絶縁体127として、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルブチラル、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂といった有機材料を適用することができる場合がある。また、絶縁体127には、例えば、感光性の樹脂としてはフォトレジストを用いることができる場合がある。なお、感光性の樹脂としては、ポジ型の材料、またはネガ型の材料が挙げられる。
絶縁体127には可視光を吸収する材料を用いてもよい。絶縁体127が発光デバイスからの発光を吸収することで、発光デバイスから絶縁体127を介して隣接する発光デバイスに光が漏れること(迷光)を抑制することができる。これにより、表示パネルの表示品位を高めることができる。また、表示パネルに偏光板を用いなくても、表示品位を高めることができるため、表示パネルの軽量化及び薄型化を図ることができる。
可視光を吸収する材料としては、黒色などの顔料を含む材料、染料を含む材料、光吸収性を有する樹脂材料(例えば、ポリイミド)、及び、カラーフィルタに用いることのできる樹脂材料(カラーフィルタ材料)が挙げられる。特に、2色又は3色以上のカラーフィルタ材料を積層または混合した樹脂材料を用いると、可視光の遮蔽効果を高めることができるため好ましい。特に3色以上のカラーフィルタ材料を混合させることで、黒色または黒色近傍の樹脂層とすることが可能となる。
絶縁体127は、例えば、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ法、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、又はナイフコートといった湿式の成膜方法を用いて形成することができる。特に、スピンコートにより、絶縁体127となる有機絶縁膜を形成することが好ましい。
絶縁体127は、EL層の耐熱温度よりも低い温度で形成する。絶縁体127を形成する際の基板温度としては、代表的には、200℃以下、好ましくは180℃以下、より好ましくは160℃以下、より好ましくは150℃以下、より好ましくは140℃以下である。
以下では、発光デバイス130Rと発光デバイス130Gの間の絶縁体127の構造について説明を行う。なお、発光デバイス130Gと発光デバイス130Bの間の絶縁体127、及び発光デバイス130Bと発光デバイス130Rの間の絶縁体127などについても同様のことが言えるものとする。また、以下では、第2の層113b上の絶縁体127の端部を例に挙げて説明する場合があるが、第1の層113a上の絶縁体127の端部、及び第3の層113c上の絶縁体127の端部についても同様のことが言えるものとする。
絶縁体127は、表示装置の断面図において、側面にテーパ角θ1のテーパ形状を有することが好ましい。テーパ角θ1は、絶縁体127の側面と基板面のなす角である。ただし、基板面に限らず、絶縁体125の平坦部の上面、又は第2の層113bの平坦部の上面と、絶縁体127の側面がなす角としてもよい。また、絶縁体127の側面をテーパ形状にすることにより、絶縁体125の側面、及びマスク層118aの側面もテーパ形状となる場合がある。
絶縁体127のテーパ角θ1は、90°未満であり、60°以下が好ましく、45°以下がより好ましい。絶縁体127の側面端部をこのような順テーパ形状にすることで、絶縁体127の側面端部上に設けられる、共通層114及び共通電極115に、段切れ、または局所的な薄膜化などを生じさせることなく、被覆性良く成膜することができる。これにより、共通層114及び共通電極115の面内均一性を向上させることができるので、表示装置の表示品位を向上させることができる。
また、表示装置の断面図において、絶縁体127の上面は凸曲面形状を有することが好ましい。絶縁体127の上面の凸曲面形状は、中心に向かってなだらかに膨らんだ形状であることが好ましい。また、絶縁体127上面の中心部の突曲面部が、側面端部のテーパ部に滑らかに接続される形状であることが好ましい。絶縁体127をこのような形状にすることで、絶縁体127上全体で、共通層114及び共通電極115を被覆性良く成膜することができる。
また、絶縁体127は、二つのEL層の間の領域(例えば、第1の層113aと第2の層113bとの間の領域)に形成される。このとき、絶縁体127の一部又は全部が、一方のEL層(例えば、第1の層113a)の側面端部と、もう一方のEL層(例えば、第2の層113b)の側面端部に挟まれる位置に配置されることになる。
また、絶縁体127の一方の端部が画素電極として機能する導電体126aと重なり、絶縁体127の他方の端部が画素電極として機能する導電体126bと重なることが好ましい。このような構造にすることで、絶縁体127の端部を第1の層113a(第2の層113b)の概略平坦な領域の上に形成することができる。よって、絶縁体127を上記の通りテーパ形状に加工することが比較的容易になる。
以上のように、絶縁体127などを設けることにより、第1の層113aの概略平坦な領域から第2の層113bの概略平坦な領域まで、共通層114及び共通電極115に段切れ箇所、及び局所的に膜厚が薄い箇所が形成されるのを防ぐことができる。よって、各発光デバイス間において、共通層114及び共通電極115に、段切れ箇所に起因する接続不良、及び局所的に膜厚が薄い箇所に起因する電気抵抗の上昇が発生するのを抑制することができる。
本実施の形態の表示装置は、発光デバイス間の距離を狭くすることができる。具体的には、発光デバイス間の距離、EL層間の距離、または画素電極間の距離を、10μm未満、8μm以下、5μm以下、3μm以下、2μm以下、1μm以下、500nm以下、200nm以下、100nm以下、90nm以下、70nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、15nm以下、または10nm以下とすることができる。別言すると、本実施の形態の表示装置は、隣接する2つの島状のEL層の間隔が1μm以下の領域を有し、好ましくは0.5μm(500nm)以下の領域を有し、さらに好ましくは100nm以下の領域を有する。このように、各発光デバイス間の距離を狭めることで、高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を提供することができる。
発光デバイス130R上、発光デバイス130G上、及び発光デバイス130B上にはそれぞれ、保護層131が設けられている。保護層131は、発光デバイス130を保護するパッシベーション膜として機能する膜である。発光デバイスを覆う保護層131を設けることで、発光デバイスに水及び酸素といった不純物が入り込むことを抑制し、発光デバイス130の信頼性を高めることができる。
保護層131には、例えば、酸化アルミニウム、窒化シリコン、又は窒化酸化シリコンを用いることができる。
保護層131と、基板110と、は接着層107を介して接着されている。発光デバイスの封止には、固体封止構造又は中空封止構造などが適用できる。図52では、基板310と基板110との間の空間が、接着層107で充填されており、固体封止構造が適用されている。または、当該空間を不活性ガス(例えば、窒素又はアルゴン)で充填し、中空封止構造を適用してもよい。このとき、接着層107は、発光デバイスと重ならないように設けられていてもよい。また、当該空間を、枠状に設けられた接着層107とは異なる樹脂で充填してもよい。
接着層107には、紫外線硬化型の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤といった各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シートを用いてもよい。
表示装置1000は、トップエミッション型である。発光デバイスが発する光は、基板110側に射出される。そのため、基板110には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。例えば、基板110には、基板310及び基板BSに適用できる基板のうち、可視光に対する透過性が高い基板を選択すればよい。画素電極は可視光を反射する材料を含み、対向電極(共通電極115)は可視光を透過する材料を含む。
上記の構成例を表示装置に適用することによって、高い画面解像度、かつ高い精細度を有する表示装置を実現することができる。具体的には、例えば、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K(画素数3840×2160)、8K(画素数7680×4320)の画面解像度の表示装置を実現できる場合がある。また、具体的には、例えば、100ppi以上、300ppi以上、500ppi以上、1000ppi以上、2000ppi以上、3000ppi以上、又は5000ppi以上の精細度の表示装置を実現することができる場合がある。
なお、本発明の一態様の表示装置の構成は、図52に示す表示装置1000の構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図52の表示装置1000の構成としてもよい。以下に、本発明の一態様の表示装置である、図52の表示装置の変更例を説明する。
<表示装置の構成例2>
例えば、図52に示す表示装置1000の画素層PXALは、トランジスタ500が2層以上積層されている構成となっていてもよい。図54に示す表示装置1000Aは、図52の表示装置1000の画素層PXALに含まれているトランジスタ500が2層積層された構成例となっている。なお、図54に示す表示装置1000Aは、画素層PXALのみを図示しており、回路層SICL、及び配線層LINLについては、図52の表示装置1000の構成を参照することができる。
表示装置1000において、画素に含まれるトランジスタの数を増やしたい場合、図54の表示装置1000Aに示す構成を適用すればよい。
<表示装置の構成例3>
また、例えば、図52に示す表示装置1000の回路層SICLには、トランジスタ300に加えて、OSトランジスタが含まれていてもよい。図55に示す表示装置1000B1は、回路層SICLにおいて、トランジスタ300の上方に、OSトランジスタであるトランジスタ300OSが積層されている構成例となっている。なお、図55に示す表示装置1000B1は、回路層SICL、配線層LINL、及び画素層PXALのトランジスタ500が含まれている層のみを図示しており、画素層PXALの発光デバイスが含まれる層については、図52の表示装置1000の構成を参照することができる。
金属酸化物を用いてp型半導体を作製することは、移動度及び信頼性の観点から難しいため、OSトランジスタで構成される回路は、nチャネル型の単極性回路となることが多い。そこで、図55の表示装置1000B1において、トランジスタ300OSをn型トランジスタとし、トランジスタ300をp型トランジスタとして、図55の回路層SICLに含まれる回路をCMOS回路として構成することができる。特に、OSトランジスタをn型トランジスタとし、Siトランジスタをp型トランジスタとして構成された回路は、LTPOと呼ばれる場合がある。
また、例えば、図52に示す表示装置1000の回路層SICLは、トランジスタ300の代わりに、OSトランジスタが形成されている構成となっていてもよい。図56に示す表示装置1000B2は、図52の表示装置1000の回路層SICLに、トランジスタ300の代わりに、OSトランジスタであるトランジスタ300OSが形成されている構成例となっている。
なお、図56に示す表示装置1000B2において、基板310には、半導体基板以外の基板を用いることができる。例えば、基板310には、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、サファイアガラス基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムを用いることができる。なお、表示装置の作製工程において熱処理が含まれている場合、基板310には、熱に対して耐性の高い材料を選択することが好ましい。
また、例えば、図52に示す表示装置1000の回路層SICLは、トランジスタ300の代わりに、チャネル形成領域に低温ポリシリコンを含むトランジスタ(以後、LTPSトランジスタと呼称する)が形成されている構成となっていてもよい。図57に示す表示装置1000B3は、図52の表示装置1000の回路層SICLに、トランジスタ300の代わりに、LTPSトランジスタであるトランジスタ300LTが形成されている構成例となっている。
トランジスタ300LTは、基板310上に設けられている。トランジスタ300LTは、絶縁体361と、絶縁体362と、絶縁体363と、絶縁体364と、導電体366と、導電体367と、低抵抗領域368pと、半導体領域368iと、導電体369と、を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。また、本明細書等において、低抵抗領域368pと、半導体領域368iと、をまとめて、半導体層368と呼称する。特に、半導体層368に含まれる半導体材料に、例えば、低温ポリシリコンを適用することで、トランジスタ300LTをLTPSトランジスタとすることができる。LTPSトランジスタは、電界効果移動度が高く、周波数特性が良好である。
また、図57において、導電体367は、トランジスタ300LTにおける第1のゲート(ゲート又はバックゲートの一方と呼称する場合がある)として機能する。また、導電体366は、トランジスタ300LTにおける第2のゲート(ゲート又はバックゲートの他方と呼称する場合がある)として機能する。また、半導体層368の一対の低抵抗領域368pの一方は、トランジスタ300LTにおけるソース又はドレインの一方として機能し、半導体層368の一対の低抵抗領域368pの他方は、トランジスタ300LTにおけるソース又はドレインの他方として機能する。また、絶縁体363は、トランジスタ300LTにおける第1のゲート絶縁膜として機能し、絶縁体362は、トランジスタ300LTにおける第2のゲート絶縁膜として機能する。
図57において、基板310上には絶縁体361が形成されている。また、絶縁体361上の一部の領域には導電体366が形成されている。また、絶縁体361と導電体366と、を覆うように絶縁体362が形成されている。また、導電体366及び絶縁体362に重畳し、かつ絶縁体362上の一部の領域に半導体層368が形成されている。また、絶縁体362と半導体層368と、を覆うように絶縁体363が形成されている。また、導電体366、絶縁体362、半導体層368、及び絶縁体363に重畳し、かつ絶縁体363上の一部の領域に導電体367が形成されている。また、絶縁体363と導電体367と、を覆うように、絶縁体364が形成されている。また、低抵抗領域368pに重畳している絶縁体363及び絶縁体364の領域に開口部が設けられ、当該開口部を埋めるように、絶縁体364上に導電体369が形成されている。
絶縁体361、絶縁体362、絶縁体363、及び絶縁体364には、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、及び窒化アルミニウムから選ばれた一以上を用いればよい。
特に、絶縁体361には、絶縁体361の下方の領域(例えば、基板310)からの不純物(例えば、金属イオン、金属原子、酸素原子、酸素分子、水素原子、水素分子、及び水分子)が拡散しないようなバリア絶縁膜を用いることが好ましい。
低抵抗領域368pは、不純物元素を含む領域である。例えば、トランジスタ300LTをnチャネル型トランジスタとする場合には、低抵抗領域368pにはリン又はヒ素を添加すればよい。一方、トランジスタ300LTをpチャネル型とする場合には、低抵抗領域368pにはホウ素又はアルミニウムを添加すればよい。また、トランジスタ300LTのしきい値電圧を制御するために、半導体領域368iに、上述した不純物が添加されていてもよい。
なお、トランジスタ300LTは、pチャネル型トランジスタ、あるいはnチャネル型トランジスタのいずれでもよい。または、回路層SICLにトランジスタ300LTを複数設けて、pチャネル型トランジスタ及びnチャネル型トランジスタの双方を用いてもよい。
導電体366及び導電体367には、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステンといった金属を用いることができる。又は、導電体366及び導電体367には、上述した金属から選ばれた二以上を主成分とする合金を用いることができる。又は、導電体366及び導電体367には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)、タングステンを含むインジウム酸化物、タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、チタンを含むインジウム酸化物、チタンを含むITO、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウムを含むZnO、又はシリコンを含むインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いることができる。又は、導電体366及び導電体367には、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた半導体(例えば、多結晶シリコン、又は酸化物半導体)、又はシリサイド(例えば、ニッケルシリサイド)を用いてもよい。又は、導電体366及び導電体367には、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。または、導電性ペースト(例えば、銀、カーボン、又は銅を含む導電性ペースト)、又は導電性ポリマー(例えば、ポリチオフェン)を用いて形成してもよい。導電性ペーストは、安価であり、好ましい。導電性ポリマーは、塗布しやすく、好ましい。又は、導電体366及び導電体367の一方又は双方は、上記の材料を含む単層構造、又は上記の材料から選ばれた二以上が重なった構造(積層構造)とすることができる。
導電体369は、トランジスタ300LTの低抵抗領域368pに電気的に接続される配線として機能する。つまり、導電体369は、トランジスタ300LTにおけるソース又はドレインとして機能する。なお、導電体369には、導電体366、及び導電体367に適用できる材料を用いることができる。
また、例えば、図52に示す表示装置1000の回路層SICLは、基板が複数枚貼り合わされた構成としてもよい。図58に示す表示装置1000B4の回路層SICLは、基板310と、基板310Aと、を有し、基板310の上方側の面と、基板310Aの下方側の面と、が貼り合わされた構成となっている。なお、図58では、回路層SICL、及び画素層PXALのトランジスタ500が含まれている層のみを図示しており、配線層LINLと、画素層PXALの発光デバイスが含まれる層と、については、図52の表示装置1000の構成を参照することができる。
図58の表示装置1000B4において、基板310から絶縁体326及び導電体330までの構成は、図52の表示装置1000の説明を参酌する。
絶縁体326及び導電体330上には、図52の表示装置1000と同様に、絶縁体350及び絶縁体352が順に形成されている。
また、絶縁体350及び絶縁体352のそれぞれの、一部の導電体330と重畳する領域に開口部が形成されて、当該開口部を埋めるように導電体358が設けられている。また、導電体358は、絶縁体352上にも形成されている。その後、エッチング工程などによって、導電体358を配線、端子、又はパッドといった形にパターニングする。
導電体358としては、例えば、銅、アルミニウム、錫、亜鉛、タングステン、銀、白金、又は金を用いることができる。なお、導電体358は、後述する導電体319Aに用いられている材料と同一の成分で構成されていることが好ましい。
次に、絶縁体352及び導電体358を覆うように絶縁体380を成膜し、その後、導電体358が露出するまで、化学機械研磨(CMP)法を用いた平坦化処理を行う。これにより、導電体358を配線、端子、又はパッドとして、基板310に形成することができる。
絶縁体380は、水及び水素といった不純物の拡散を抑制する膜(バリア性を有する膜)を用いることが好ましい。つまり、絶縁体380としては、絶縁体324に適用できる材料を用いることが好ましい。又は、絶縁体380としては、例えば、絶縁体326と同様に、配線間に生じる寄生容量を低減するために、比誘電率が比較的低い絶縁体を用いてもよい。つまり、絶縁体380としては、絶縁体326に適用できる材料を用いてもよい。また、絶縁体380は、後述する絶縁体382に用いられている材料と同一の成分で構成されていることが好ましい。
次に、基板310Aについて説明する。基板310Aは、例えば、基板310に適用することができる半導体基板を用いることができる。
また、基板310A上には、基板310と同様にトランジスタ、絶縁体及び導電体が形成されている。具体的には、基板310A上には、トランジスタ300Aが形成され、トランジスタ300Aを覆うように絶縁体320Aが形成され、絶縁体320A上に絶縁体322A、絶縁体324A、絶縁体326A、及び絶縁体350Aが順に形成されている。なお、絶縁体320Aには、絶縁体320に適用できる材料を用いることができる。同様に、絶縁体322Aには、絶縁体322に適用できる材料を用いることができ、絶縁体324Aには、絶縁体324に適用できる材料を用いることができ、絶縁体326Aには、絶縁体326に適用できる材料を用いることができ、絶縁体350Aには、絶縁体350に適用できる材料を用いることができる。
また、絶縁体320A及び絶縁体322Aには、導電体328と同様に、プラグ又は配線として機能する導電体328Aが埋め込まれている。また、絶縁体324A及び絶縁体326Aには、導電体330と同様に、プラグ又は配線として機能する導電体330Aが埋め込まれている。なお、導電体328Aには、導電体328に適用できる材料を用いることができ、導電体330Aには、導電体330に適用できる材料を用いることができる。
表示装置1000B4の絶縁体350Aより上方の構成については、表示装置1000の説明を参照することができる。
また、基板310Aのトランジスタ300Aが形成されている面とは反対側の面には、絶縁体382が形成されている。絶縁体382には、上述したとおり、絶縁体380に適用できる材料を用いることができる。
また、絶縁体320A及び絶縁体322Aには、導電体328Aが形成されている開口部の他にも、導電体358に重畳する領域に開口部が設けられている。また、導電体358に重畳する領域に形成されている開口部の側面には、絶縁体318Aが形成され、残りの開口部に導電体319Aが形成される。特に、導電体319Aは、TSV(Through Silicon Via)と呼ばれる場合がある。
導電体319Aには、上述したとおり、導電体358に適用できる材料を用いることができる。また、絶縁体318Aは、例えば、基板310Aと導電体319Aとを絶縁する機能を有する。なお、絶縁体318Aとしては、例えば、絶縁体320又は絶縁体324に適用できる材料を用いることが好ましい。
絶縁体380及び導電体358は、基板310側の貼り合わせ層として機能し、絶縁体382及び導電体319Aは、基板310A側の貼り合わせ層として機能する。つまり、基板310に形成されている絶縁体380、及び導電体358と、基板310Aに形成されている絶縁体382及び導電体319Aと、は、一例として、貼り合わせ工程によって、接合することができる。
貼り合わせ工程を行う前工程としては、例えば、基板310側において、絶縁体380及び導電体358のそれぞれの表面の高さを一致させるため平坦化処理が行われる。また、同様に、基板310側において、絶縁体382及び導電体319Aのそれぞれの表面の高さを一致させるため平坦化処理が行われる。
貼り合わせ工程で、絶縁体380と絶縁体382との接合、つまり絶縁層同士の接合を行うとき、研磨(例えば、CMP法)によって高い平坦性を与えた後に、酸素プラズマ等で親水性処理をした表面同士を接触させて仮接合し、熱処理による脱水で本接合を行う親水性接合法などを用いることができる。親水性接合法も原子レベルでの結合が起こるため、機械的に優れた接合を得ることができる。
また、導電体358と導電体319Aとの接合、つまり導電体同士の接合を行うとき、表面の酸化膜および不純物の吸着層をスパッタリング処理などで除去し、清浄化および活性化した表面同士を接触させて接合する表面活性化接合法を用いることができる。または、温度と圧力を併用して表面同士を接合する拡散接合法を用いることができる。両者とも原子レベルでの結合が起こるため、電気的だけでなく機械的にも優れた接合を得ることができる。
上述した、貼り合わせ工程を行うことによって、基板310側の導電体358を、基板310A側の導電体319Aに電気的に接続することができる。また、基板310側の絶縁体380と、基板310A側の絶縁体382と、の機械的な強度を有する接続を得ることができる。
基板310と基板310Aを貼り合わせる場合、それぞれの接合面には絶縁層と金属層が混在するため、例えば、表面活性化接合法及び親水性接合法を組み合わせて行えばよい。例えば、研磨後に表面を清浄化し、金属層の表面に酸化防止処理を行ったのちに親水性処理を行って接合する方法などを用いることができる。また、金属層の表面を金などの難酸化性金属とし、親水性処理を行ってもよい。
なお、基板310と基板310Aとの貼り合わせとしては、上述した方法以外の接合方法を用いてもよい。例えば、基板310と基板310Aとの貼り合わせの方法として、フリップチップボンディングの方法を用いてもよい。また、フリップチップボンディングの方法を用いる場合、基板310側の導電体358の上方に、又は基板310A側の導電体319Aの下方に、例えばバンプといった接続端子を設けてもよい。フリップチップボンディングとしては、例えば、異方性導電粒子を含む樹脂を絶縁体380と絶縁体382との間、及び導電体358と導電体319Aとの間に注入して接合する方法、又は銀錫はんだを用いて接合する方法などが挙げられる。又は、バンプ、及びバンプに接続される導電体のそれぞれが金である場合、超音波接合法を用いることができる。また、衝撃などの物理的応力の軽減、又は熱的応力の軽減を図るために、上記のフリップチップボンディングの方法に加えて、アンダーフィル剤を絶縁体380と絶縁体382との間、及び導電体358と導電体319Aとの間に注入してもよい。また、例えば、基板310と基板310Aとの貼り合わせとしては、ダイボンディングフィルムを用いてもよい。
<表示装置の構成例4>
また、例えば、図52に示す表示装置1000の画素層PXALに含まれているトランジスタ500は、別の構成のトランジスタとしてもよい。図59(A)に示す表示装置1000Cは、図52の表示装置1000において、トランジスタ500の代わりに、BGTC(Bottom-Gate Top-Contact)型のトランジスタとしてトランジスタ200が用いられた構成例となっている。なお、図59(A)は、表示装置1000Cの画素層PXALのみを図示しており、回路層SICL、及び配線層LINLについては、図52の表示装置1000の構成を参照することができる。
図59(A)の表示装置1000Cにおいて、配線層LINLの上方には、絶縁体322が設けられている。
絶縁体322には、絶縁体320に適用できる材料を用いることができる。
絶縁体322上には、複数のトランジスタ200が形成されている。複数のトランジスタ200は、例えば、同一の材料及び同一の工程により作製することができる。
絶縁体322上には、絶縁体211、絶縁体213、絶縁体215、及び絶縁体214がこの順で設けられている。絶縁体211は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁体213は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁体215は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁体214は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数及びトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても2層以上の積層であってもよい。
トランジスタを覆う絶縁層の選ばれた一層以上に、水及び水素といった不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア層として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、表示装置の信頼性を高めることができる。
絶縁体211、絶縁体213、及び絶縁体215には、それぞれ、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、及び窒化アルミニウム膜が挙げられる。また、絶縁体211、絶縁体213、及び絶縁体215には、例えば、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、絶縁体211、絶縁体213、及び絶縁体215は、単層構造としてもよいし、上述した絶縁膜が二以上重なった構造(積層構造)としてもよい。
平坦化層として機能する絶縁体214には、有機絶縁層が好適である。有機絶縁層に用いることができる材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体が挙げられる。また、絶縁体214を、有機絶縁層と、無機絶縁層との積層構造にしてもよい。絶縁体214の最表層は、エッチング保護層としての機能を有することが好ましい。これにより、後述する導電体112a、導電体126a、又は導電体129aの加工時に、絶縁体214に凹部が形成されることを抑制することができる。又は、絶縁体214には、導電体112a、導電体126a、又は導電体129aの加工時に、凹部が設けられてもよい。
なお、絶縁体214は、図52の表示装置1000における絶縁体599に相当する。そのため、図59(A)の表示装置1000Cの絶縁体214上に位置する絶縁体、又は導電体の形成方法は、図52の表示装置1000の絶縁体599上に位置する絶縁体、又は導電体の形成方法において、絶縁体599を絶縁体214に置き換えたものとして説明することができる。
複数のトランジスタ200は、ゲートとして機能する導電体221と、ゲート絶縁層として機能する絶縁体211と、ソース及びドレインとして機能する導電体222a及び導電体222bと、半導体層231と、ゲート絶縁層として機能する絶縁体213と、ゲートとして機能する導電体223と、を有する。ここでは、トランジスタ300と同様に、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。絶縁体211は、導電体221と半導体層231との間に位置する。絶縁体213は、導電体223と半導体層231との間に位置する。
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
複数のトランジスタ200のそれぞれには、チャネルが形成される半導体層を2つのゲートで挟持する構成が適用されている。2つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。または、2つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
また、トランジスタ200の構造は、図59(A)に示す構造に限られない。図59(A)の表示装置1000Cのトランジスタ200は、例えば、図59(B)及び図59(C)に示すTGSA(Top Gate Self Align)型のトランジスタの構造を適用してもよい。
トランジスタ200A及びトランジスタ200Bのそれぞれは、ゲートとして機能する導電体221と、ゲート絶縁層として機能する絶縁体211と、チャネル形成領域231i及び一対の低抵抗領域231nを有する半導体層231と、一対の低抵抗領域231nの一方と接続する導電体222aと、一対の低抵抗領域231nの他方と接続する導電体222bと、ゲート絶縁層として機能する絶縁体225と、ゲートとして機能する導電体223と、導電体223を覆う絶縁体215と、を有する。絶縁体211は、導電体221とチャネル形成領域231iとの間に位置する。絶縁体225は、少なくとも導電体223とチャネル形成領域231iとの間に位置する。さらに、トランジスタを覆う絶縁体218を設けてもよい。
図59(B)に示すトランジスタ200Aでは、絶縁体225が半導体層231の上面及び側面を覆う例を示す。導電体222a及び導電体222bは、それぞれ、絶縁体225及び絶縁体215に設けられた開口を介して低抵抗領域231nと接続される。導電体222a及び導電体222bのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
一方、図59(C)に示すトランジスタ200Bでは、絶縁体225は、半導体層231のチャネル形成領域231iと重なり、低抵抗領域231nとは重ならない。例えば、導電体223をマスクとして絶縁体225を加工することで、図59(C)に示す構造を作製できる。図59(C)では、絶縁体225及び導電体223を覆って絶縁体215が設けられ、絶縁体215の開口を介して、導電体222a及び導電体222bがそれぞれ低抵抗領域231nと接続されている。
<表示装置の構成例5>
また、例えば、図52に示す表示装置1000には、タッチセンサ機能を有するパネル(タッチパネルと呼ばれる場合がある)を設けてもよい。図60に示す表示装置1000Dは、一例として、保護層131上に、樹脂層147、絶縁体103、導電体104、絶縁体105、及び導電体106がこの順に形成されている。
樹脂層147は、有機絶縁材料を含むことが好ましい。有機絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体が挙げられる。
絶縁体103は、無機絶縁材料を含むことが好ましい。無機絶縁材料としては、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、及び酸化ハフニウムといった酸化物または窒化物が挙げられる。
導電体104及び導電体106は、タッチセンサの電極として機能する。タッチセンサの方式として、相互容量方式を用いる場合では、例えば、導電体104及び導電体106の一方に、パルス電位が与えられ、他方にアナログ-デジタル(A-D)変換回路、またはセンスアンプといった検知回路が電気的に接続される構成にしてもよい。この場合、導電体104と導電体106との間に容量が形成される。導電体104又は導電体106に指などが近づくと、容量の大きさが変化する(具体的には、容量が小さくなる)。この容量の変化は、導電体104及び導電体106の一方にパルス電位を与えたときに、他方に生じる信号の振幅の大きさの変化として表れる。これにより、指などの接触及び近接を検知することができる。
絶縁体105には、例えば、無機絶縁膜又は有機絶縁膜を用いることができる。具体的には、絶縁体105には、例えば、アクリル樹脂、又はエポキシ樹脂といった樹脂を用いることができる。又は、絶縁体105には、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸化アルミニウムといった無機絶縁材料を用いることができる。なお、絶縁体105は、単層構造としてもよいし、積層構造としてもよい。
<表示装置の構成例6>
また、例えば、図52に示す表示装置1000の保護層131は、1層ではなく、2層以上の積層構造としてもよい。保護層131は、例えば、1層目として無機材料の絶縁体を適用し、2層目として有機材料の絶縁体を適用し、3層目として無機材料の絶縁体を適用した、3層の積層構造としてもよい。図61には、保護層131aを無機材料の絶縁体とし、保護層131bを有機材料の絶縁体とし、保護層131cを無機材料の絶縁体として、保護層131a、保護層131b、及び保護層131cを含む保護層131を多層構造とした、表示装置1000Eの一部の断面図を図示している。なお、図61に示すとおり、保護層131bに有機材料の絶縁体を適用することで、保護層131bを平坦化膜として用いることができる。
<表示装置の構成例7>
また、例えば、図52の表示装置1000には、着色層(カラーフィルタ)などが含まれていてもよい。図62に示す表示装置1000Fは、一例として、接着層107と基板110との間に着色層166R、着色層166G、及び着色層166Bが含まれている構成となっている。なお、着色層166R、着色層166G、及び着色層166Bは、例えば、基板110に形成することができる。また、発光デバイス130Rが赤色(R)の発光を呈する発光層を有し、発光デバイス130Gが緑色(G)の発光を呈する発光層を有し、発光デバイス130Bが青色(B)の発光を呈する発光層を有する場合、着色層166Rを赤色とし、着色層166Gを緑色とし、着色層166Bを青色としている。
なお、着色層166Rと着色層166Gとの間、着色層166Gと着色層166Bとの間、及び着色層166Bと着色層166Rとの間には、黒色の樹脂(ブラックマトリクスと呼ばれる場合がある)を設けてもよい(図示しない)。表示装置1000Fに黒色の樹脂を設けることによって、発光デバイスで発せられた光が隣の画素が有する着色層に入射することを防ぐことができる場合がある。これにより、表示のコントラストを高めることができるため、表示装置1000Fの表示品位を高めることができる。
<表示装置の構成例8>
また、例えば、図52の表示装置1000は、有機EL素子を含む発光デバイスではなく、LED(マイクロLEDを含む)が含まれている発光デバイスの構成としてもよい。図63(A)の表示装置1000Gにおいて、一例として、導電体126a上に接続層152aが設けられ、接続層152a上にLEDチップ150aが設けられ、LEDチップ150a上に共通電極115が設けられている。同様に、導電体126b上に接続層152bが設けられ、接続層152b上にLEDチップ150bが設けられ、LEDチップ150b上に共通電極115が設けられている。また、同様に、導電体126c上に接続層152cが設けられ、接続層152c上にLEDチップ150cが設けられ、LEDチップ150c上に共通電極115が設けられている。
また、図63(A)の表示装置1000Gでは、一例として、接続層152aと、LEDチップ150aと、の側面に絶縁体125が形成されている。このとき、絶縁体125をALD法によって形成することで、LEDチップ150aと、導電体126aとの間にも絶縁体125を形成することができる。なお、これは、LEDチップ150bと導電体126bとの間の絶縁体125、及び、LEDチップ150cと導電体126cとの間の絶縁体125についても同様である。
LEDチップとは、基板上に、カソードとして機能する電極と、アノードとして機能する電極と、p型の半導体と、n型の半導体と、発光層と、が設けられた発光ダイオードである。なお、本明細書等において、LEDチップという用語は、発光ダイオードという用語に置き換えて説明することができる場合がある。
特に、本明細書等において、LEDチップの面積が10000μm以下の発光ダイオードをマイクロ発光ダイオード、LEDチップの面積が10000μmより大きく1mm以下の発光ダイオードをミニ発光ダイオード、LEDチップの面積が1mmより大きい発光ダイオードをマクロ発光ダイオードと記す場合がある。なお、ここでのLEDチップの面積とは、例えば、後述する図65(A)、図65(C)、及び図65(D)における、基板181の上面又は下面の面積とすることができる。又は、LEDチップの面積とは、例えば、後述する図65(B)における電極183Aの上面又は下面の面積とすることができる。
例えば、LEDチップの面積が100μm以下の発光ダイオードは、マイクロ発光ダイオード(マイクロLED)チップといえる。また、例えば、面積が1mmのLEDパッケージに適用可能な発光ダイオードとして、マイクロLEDチップまたはミニLEDチップを用いることができる場合がある。
本発明の一態様の表示装置において、LEDパッケージには、マイクロ発光ダイオード、ミニ発光ダイオード、及びマクロ発光ダイオードのいずれかを用いてもよい。特に、本発明の一態様の表示装置は、マイクロ発光ダイオードまたはミニ発光ダイオードを有することが好ましく、マイクロ発光ダイオードを有することがより好ましい。
特に、発光ダイオードのLEDチップの面積は、1mm以下が好ましく、10000μm以下がより好ましく、3000μm以下がより好ましく、700μm以下がさらに好ましい。
また、発光ダイオードの光を射出する領域の面積は、1mm以下が好ましく、10000μm以下がより好ましく、3000μm以下がより好ましく、700μm以下がさらに好ましい。なお、ここでの発光ダイオードの光を射出する領域の面積とは、例えば、後述する図65(A)乃至図65(D)における、発光層184の上面又は下面の面積とすることができる。
本実施の形態では、特に、発光ダイオードとして、マイクロ発光ダイオードを用いる場合の例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロ発光ダイオードについて説明する。ただし、発光ダイオードに特に限定はなく、例えば、量子井戸接合を有するマイクロ発光ダイオード、ナノコラムを用いた発光ダイオードなどを用いてもよい。
LEDチップ150aの具体的な構成例を図63(B)に示す。LEDチップ150aは、一例として、接続層152a上に位置する基板153aと、基板153a上に位置する接続層154aと、接続層154a上に位置する導電体155aと、導電体155a上に位置する半導体層156aと、半導体層156a上に位置する発光層157aと、発光層157a上に位置する半導体層158aと、を有する。また、LEDチップ150b及びLEDチップ150cも、LEDチップ150aと同様の構成としてもよい。また、LEDチップ150a乃至LEDチップ150cは、発光層(発光する色)のみ異なって、他は同一の構成としてもよい。なお、半導体層158a上には、共通電極115が位置している。また、図63(B)には、LEDチップ150aの他に、導電体126a、接続層152a、共通電極115、及び保護層131も図示している。
接続層152aには、導電性の材料を用いることができる。接続層152aには、例えば、金、銀、及び錫といった金属、これらの金属を有する合金、導電性フィルム、又は導電性ペーストを用いることができる。接続層152aは、例えば、金を好適に用いることができる。接続層152aの形成は、印刷法、転写法、又は吐出法を用いることができる。
基板153a及び接続層154aのそれぞれには、例えば、導電性のシリコン基板、炭化ケイ素(SiC)基板、ヒ化ガリウム(GaAs)基板、金属基板、または合金基板を用いることができる。金属基板として、タングステン、銅、金、ニッケル、及びチタンの一以上を含む基板が挙げられる。合金基板として、一例として、Si-Al合金基板が挙げられる。
導電体155aは、接続層154aを介して基板153aに電気的に接続される。導電体155aには、例えば、反射電極として機能する導電層を用いることができる。つまり、導電体155aには、導電体112a乃至導電体112c、又は導電体126a乃至導電体126cに適用できる材料を用いることができる。
基板153aは、接続層152aを介して導電体126aに電気的に接続される。表示装置1000Gの場合、接続層152a、基板153a、接続層154a、及び導電体155aは、まとめて画素電極として機能する。
発光層157aは、半導体層156aと半導体層158aとに挟持される。発光層157aでは、電子と正孔が再結合することにより光を発する機能を有する。半導体層156a及び半導体層158aの一方はn型の半導体層を用いることができ、他方はp型の半導体層を用いることができる。発光層157aは、n型、i型、又はp型の半導体層を用いることができる。つまり、半導体層156a、発光層157a、及び半導体層158aはいずれも半導体層を用いることができる。なお、半導体層156a、発光層157a、及び半導体層158aをまとめて、LED層、又は発光ダイオードと呼ばれる場合がある。
LED層は、赤色光、黄色光、緑色光、青色光、又は紫外光といった光を呈するように形成される。LED層の構成は特に限定されず、pn接合又はpin接合を有するホモ構造、ヘテロ構造、又はダブルへテロ構造であってもよく、MIS(Metal Insulator Semiconductor)接合であってもよい。LED層は、超格子構造、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造であってもよい。また、LED層は、ナノコラムLEDが含まれていてもよい。
LED層は、例えば、第13族元素及び第15族元素を含む化合物を用いることができる。第13族元素として、アルミニウム、ガリウム、及びインジウムが挙げられる。第15族元素として、窒素、リン、ヒ素、及びアンチモンが挙げられる。LED層は、例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、窒化ガリウム(GaN)、インジウム・窒化ガリウム化合物、またはセレン・亜鉛化合物を用いることができる。
例えば、紫外から青までの波長帯の光を発するLED層には、窒化ガリウムを用いることができる。紫外から緑までの波長帯の光を発するLED層には、インジウム・窒化ガリウム化合物を用いることができる。緑から赤までの波長帯の光を発するLED層には、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、またはガリウム・ヒ素化合物を用いることができる。赤外の波長帯の光を発するLED層には、ガリウム・ヒ素化合物を用いることができる。
また、表示装置1000Gは、表示部に複数のLEDチップを設けた構成となっているが、単一のLEDチップで表示部全体を構成してもよい。
また、表示装置1000Gは、単一のLEDチップが1つの色の光を射出する構成となっているが、単一のLEDチップが2つ以上の色を射出する構成としてもよい。つまり、表示装置1000Gが有するLEDチップは、色毎に、n型又はp型の一方の半導体層と発光層とn型又はp型の他方の半導体層の積層構造が設けられている構成としてもよい。
また、表示装置1000Gとは異なる、LED(マイクロLEDを含む)が含まれている発光デバイスを有する表示装置の構成を図64に示す。図64に示す表示装置1000Hは、パッケージされているLEDチップが表示装置に実装されている点で表示装置1000Gと異なる。具体的には、表示装置1000Hは、画素層PXALに、発光デバイスとしてLEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bが設けられている構成となっている。
図64の表示装置1000Hにおいて、一例として、絶縁体599上に、導電体111a乃至導電体111cと、導電体112a乃至導電体112cと、が設けられている。また、導電体111a上乃至導電体111c上と、導電体112a上乃至導電体112c上と、絶縁体599上と、に保護層116が設けられている。また、保護層116は、絶縁体599の、導電体596を底面とする開口部を埋めるように形成されている。特に、保護層116は、導電体111a乃至導電体111cと、導電体112a乃至導電体112cと、のそれぞれの端部を覆うように設けられていることが好ましい。
保護層116は、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、又はシリコーン樹脂といった樹脂が好適である。保護層116を設けることで、後述する導電体117a及び導電体117bが互いに接して短絡することを抑制することができる。なお、保護層116は、状況によっては、絶縁体599上と、導電体111a上乃至導電体111c上と、導電体112a上乃至導電体112c上と、に設けなくてもよい。
保護層116の、導電体111a乃至導電体111cのそれぞれの一部と重なる領域、及び導電体112a乃至導電体112cのそれぞれの一部と重なる領域には、開口部が設けられている。また、保護層116上には、導電体117a及び導電体117bが設けられている。特に、導電体117aは、保護層116の、導電体112a乃至導電体112cのそれぞれの一部と重なる領域に設けられる開口部を埋めるように設けられ、導電体117bは、保護層116の、導電体111a乃至導電体111cのそれぞれの一部と重なる領域に設けられる開口部を埋めるように設けられる。
導電体117a及び導電体117bには、例えば、銀、カーボン、又は銅といった材料を有する導電性ペースト、金、又ははんだといった材料を有するバンプを好適に用いることができる。また、導電体117a(導電体117b)に電気的に接続される導電体112a乃至導電体112c(導電体111a乃至導電体111c)、及び後述する電極172(電極173)のそれぞれは、導電体117a(導電体117b)とのコンタクト抵抗の低い導電材料を用いることが好ましい。例えば、導電体117a(導電体117b)に銀ペーストを用いる場合、導電体112a乃至導電体112c(導電体111a乃至導電体111c)、及び後述する電極172(電極173)のそれぞれに適用できる導電材料をアルミニウム、チタン、銅、又は銀とパラジウムと銅の合金(Ag-Pd-Cu(APC))とすることによって、導電体117a(導電体117b)とのコンタクト抵抗を低くすることができる。
導電体117a上、及び導電体117b上には、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bが実装されている。なお、図64の表示装置1000Hに含まれるLEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bの具体的な構成例を、図65(A)に示す。
図65(A)のLEDパッケージ170は、基板171、電極172、電極173、ヒートシンク174、接着層175、ケース176、ワイヤ177、ワイヤ179、封止層178、ボール189、及びLEDチップ180を有する。
また、LEDチップ180は、基板181と、半導体層182と、電極183と、発光層184と、半導体層185と、電極186と、電極187と、を有する。
基板171は、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、ポリイミド基板、セラミック基板、アルミナ基板、又は窒化アルミニウム基板を用いることができる。
電極172及び電極173は、基板171の上面、側面、及び下面に形成されている。特に、基板171の上面、側面、及び下面で形成された電極172は、1本の配線として機能し、同様に、基板171の上面、側面、及び下面で形成された電極173は、別の1本の配線として機能する。なお、電極172と電極173との間は、非導通状態となっている。
また、基板171には、ヒートシンク174が設けられている。ヒートシンク174は、一例として、LEDチップ180で発生した熱を放熱する機能を有する。
なお、電極172、電極173、及びヒートシンク174は、互いに同一の材料とすることができる。同一の材料としては、例えば、ニッケル、銅、銀、白金、又は金から選ばれた一元素、又は当該元素を50%以上含む合金材料を用いることができる。
また、電極172、電極173、及びヒートシンク174は、互いに同一の工程で形成することができる。
LEDチップ180は、接着層175によって、基板171上に貼り合わされている。具体的には、LEDチップ180の基板181は、接着層175を介して、基板171に設けられているヒートシンク174と重なるように設けられている。接着層175の材料は特に限定されない。例えば、接着層175の材料として、導電性を有する接着剤を用いることで、LEDチップ180の放熱性を高めることができる。
基板181には、例えば、サファイア基板、炭化シリコン基板、シリコン基板、又は窒化ガリウム基板といった単結晶基板を用いることができる。
LEDチップ180において、基板181上には、半導体層182が形成されている。また、半導体層182上の一部には、電極183が形成され、また、半導体層182上の別の一部には、発光層184が形成されている。また、発光層184上には、半導体層185が形成され、半導体層185上には、電極186が形成され、電極186上の一部には、電極187が形成されている。
LEDチップ180において、発光層184は、半導体層182と半導体層185とによって挟持されている。発光層184では、電子と正孔が結合して光を発する。また、半導体層182と半導体層185の一方はn型の半導体層であり、半導体層182と半導体層185の他方はp型の半導体層である。
また、図64の表示装置1000Hに実装されている、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170BのそれぞれのLEDチップに含まれている発光ダイオードにおいて、一対の半導体層と、当該一対の半導体層の間の発光層と、を有する積層構造は、赤色、緑色、又は青色といった光を呈するように形成されている。このため、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170BのそれぞれのLEDチップ毎に、発光ダイオードが発する光の色を自由に決めることができる。当該積層構造には、例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、ガリウム窒化物、インジウム・窒化ガリウム化合物、又はセレン・亜鉛化合物を用いることができる。
また、LEDパッケージ170のLEDチップ180に含まれている発光ダイオードが発する色は、赤色、緑色、及び青色以外では、シアン、マゼンタ、黄色、又は白色とすることができる。
電極183は、ワイヤ177を介して、電極172に電気的に接続されている。つまり、電極183は、発光ダイオードの画素電極として機能する。また、電極187は、ワイヤ179を介して、電極173に電気的に接続されている。つまり、電極187は、発光ダイオードの共通電極として機能する。
電極183とワイヤ177との接合方法、電極172とワイヤ177との接合方法、電極187とワイヤ179との接合方法、及び電極173とワイヤ179との接合方法としては、例えば、ワイヤーボンディング法が挙げられる。また、ワイヤーボンディング法の種類として、熱圧着法及び超音波ボンディング法が挙げられる。また、ワイヤーボンディング法による、ワイヤ177及びワイヤ179の接合工程によって、電極172上、電極173上、電極183上、及び電極187上には、ワイヤ179と同じ材料のボール189が形成される。
電極183、電極186、及び電極187のそれぞれには、例えば、導電体111a乃至導電体111c、又は導電体112a乃至導電体112cに適用できる材料を用いることが好ましい。特に、LEDチップ180の発光層184は、LEDパッケージ170の上方に光を射出するため、電極186は、導電体111a乃至導電体111c、及び導電体112a乃至導電体112cに適用できる材料のうち、透光性を有する導電材料を用いることが好ましい。同様の理由により、電極187も、導電体111a乃至導電体111c、又は導電体112a乃至導電体112cに適用できる材料のうち、透光性を有する導電材料を用いることが好ましい。
ワイヤ177及びワイヤ179には、例えば、金、金を含む合金、銅、又は銅を含む合金といった金属の細線を用いることができる。
ケース176の材料には、樹脂を用いることができる。また、ケース176は、封止層178の側面を覆っていればよく、LEDチップ180の上面を覆っていなくてもよい。つまり、例えば、LEDチップ180の上面側では、封止層178が露出してもよい。また、ケース176の内側の側面、具体的には、LEDチップ180の周囲(基板181、半導体層182、電極183、発光層184、半導体層185、電極186、及び電極187のそれぞれの周囲)に、セラミックス等からなるリフレクタを設けることが好ましい。LEDチップ180の発光層184から発した光の一部がリフレクタによって反射することで、より多くの光をLEDパッケージ170から取り出すことができる。
ケース176の内部は、封止層178で充填されている。封止層178には、例えば、可視光に対する透過性を有する樹脂を適用することが好ましい。具体的には、封止層178には、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂といった紫外線硬化性樹脂、又は可視光硬化性樹脂を用いることができる。
また、例えば、表示装置1000Hの樹脂層148上、LEDパッケージ170R上、LEDパッケージ170G上、及びLEDパッケージ170B上のそれぞれの面には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層(拡散フィルムなど)、反射防止層、及び集光フィルムが挙げられる。また、表示装置1000Hの樹脂層148上、LEDパッケージ170R上、LEDパッケージ170G上、及びLEDパッケージ170B上のそれぞれの面には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜、衝撃吸収層等の表面保護層を配置してもよい。例えば、表面保護層として、ガラス層又はシリカ層(SiO層)を設けることで、表面汚染及び傷の発生を抑制することができ、好ましい。また、表面保護層としては、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、酸化アルミニウム(AlO)、ポリエステル系材料、またはポリカーボネート系材料などを用いてもよい。なお、表面保護層には、可視光に対する透過率が高い材料を用いることが好ましい。また、表面保護層には、硬度が高い材料を用いることが好ましい。
次に、表示装置1000HのLEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bに適用できる、図65(A)のLEDパッケージ170とは異なるLEDパッケージの構成例を説明する。
図65(B)に示すLEDパッケージ170A1は、基板171上にはLEDチップ180Aが設けられている点で、図65(A)のLEDパッケージ170と異なっている。なお、LEDチップ180Aの画素電極は、ワイヤ177でなく接着層175によって電極172に接着されている。
図65(B)のLEDパッケージ170A1は、基板171、電極172、電極173、接着層175、ケース176、ワイヤ179、封止層178、ボール189、及びLEDチップ180Aを有する。
また、図65(B)のLEDパッケージ170A1において、LEDチップ180Aは、電極183Aと、電極183A上に設けられた発光ダイオードと、を有する構成となっている。当該発光ダイオードは、半導体層182と、発光層184と、半導体層185と、電極186と、電極187と、を有する。
電極183Aには、例えば、導電性基板を用いることができる。導電性基板の種類としては、例えば、金属基板が挙げられる。
また、電極183A上には、半導体層182、発光層184、半導体層185、電極186、及び電極187が順に形成されている。
なお、半導体層182、発光層184、半導体層185、電極186、及び電極187のそれぞれについては、図65(A)のLEDパッケージ170の説明を参照することができる。
図65(B)のLEDパッケージ170A1において、電極172及び電極173は、基板171の上面、側面、及び下面に形成されている。特に、電極172は、基板171の、LEDチップ180Aが設けられる領域にも形成されている。また、基板171の上面、側面、及び下面で形成された電極172は、1本の配線として機能し、同様に、基板171の上面、側面、及び下面で形成された電極173は、別の1本の配線として機能する。なお、電極172と電極173との間は、非導通状態となっている。
また、LEDチップ180Aは、接着層175によって、基板171上に貼り合わされている。具体的には、LEDチップ180Aの電極183Aは、接着層175を介して、基板171に設けられている電極172の一部の領域と重なるように設けられている。なお、接着層175は、導電性を有する接着剤とする。
上記のとおり、発光ダイオードを導電性基板上に形成したLEDチップ180Aを用いる場合、LEDチップ180Aの画素電極と、基板171の電極172と、を、ワイヤ177でなく、接着層175を用いて接合することによって、LEDパッケージ170A2を構成することができる。
次に、表示装置1000HのLEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bに適用できる、図65(A)のLEDパッケージ170、及び図65(B)のLEDパッケージ170A1とは異なるLEDパッケージの構成例を説明する。
図65(C)に示すLEDパッケージ170A2は、ケース176の内側に色変換層190が設けられている点で、図65(A)のLEDパッケージと異なっている。
なお、図65(C)では、色変換層190が封止層178の上方に設けられている構成を示すが、色変換層190の配置はこれに限定されない。例えば、色変換層190は、封止層178の内部に分散されていてもよい。
色変換層190としては、蛍光体、量子ドット(QD:Quantum dot)を用いることが好ましい。特に量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。色変換層190に量子ドットを用いることで、表示装置1000Hの表示品位を高めることができる。
色変換層190は、LEDパッケージ170A2のLEDチップ180に含まれている発光層184から発した光を、別の色の光に変換する機能を有する。
色変換層190には、例えば、青色の光を緑色の光に変換する色変換層、又は青色の光を赤色の光に変換する色変換層を用いることができる。例えば、赤色の副画素において、青色の発光ダイオードが設けられているとき、青色の発光ダイオードから発せられた青色の光は、色変換層190を介することによって、赤色の光に変換されて、ケース176の上方、すなわち表示装置1000Hの外部に射出される。また、例えば、緑色の副画素において、青色の発光ダイオードが設けられているとき、青色の発光ダイオードから発せられた青色の光は、色変換層190を介することによって、緑色の光に変換されて、ケース176の上方、すなわち表示装置1000Hの外部に射出される。
色変換層190は、液滴吐出法(例えば、インクジェット法)、塗布法、インプリント法、又は各種印刷法(スクリーン印刷、オフセット印刷)を用いて形成することができる。また、色変換層190には、量子ドットフィルム等の色変換フィルムを用いることができる。
蛍光体としては、蛍光体が表面に印刷又は塗装された有機樹脂層、又は蛍光体が混合された有機樹脂層を用いることができる。
量子ドットを構成する材料としては、特に限定は無く、例えば、第14族元素、第15族元素、第16族元素、複数の第14族元素からなる化合物、第4族から第14族に属する元素と第16族元素との化合物、第2族元素と第16族元素との化合物、第13族元素と第15族元素との化合物、第13族元素と第17族元素との化合物、第14族元素と第15族元素との化合物、第11族元素と第17族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、又は半導体クラスターが挙げられる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組み合わせが挙げられる。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いてもよい。
量子ドットの構造としては、コア型、コア-シェル型、コア-マルチシェル型などが挙げられる。また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。
量子ドットは、サイズ(直径)が小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドットのサイズを変更させることにより、スペクトル(強度分布)において、紫外領域、可視領域、及び赤外領域の波長領域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ(直径)は、例えば、0.5nm以上20nm以下、好ましくは1nm以上10nm以下である。量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、発光スペクトルのピークがより狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、又はその他の形状であってもよい。棒状の量子ドットである量子ロッドは、指向性を有する光を呈する機能を有する。
または、LEDパッケージ170A2は、その内部または上方に、色変換層190と着色層の積層構造を有していてもよい。これにより、色変換層190によって変換された光が、着色層を通過することで、光の色純度を高められる。また、LEDチップ180(基板181、半導体層182、電極183、発光層184、半導体層185、電極186、及び電極187)と重なる位置に、発光層184が発する光の色と同色の着色層を設けてもよい。同色の着色層を設けると、発光層184が発する光の色純度を高めることができる。また、LEDパッケージ170A2に着色層を設けない場合は、作製工程を簡略化できる。
なお、着色層は、特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料、又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
上記のとおり、LEDチップ180の上方に、色変換層を設けることによって、色純度の良い光をLEDパッケージ170A2から射出することができる。
なお、上述した色変換層は、表示装置1000Hだけでなく、本実施の形態で説明した他の表示装置に設けてもよい。
次に、表示装置1000HのLEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bに適用できる、図65(A)のLEDパッケージ170、図65(B)のLEDパッケージ170A1、図65(C)のLEDパッケージ170A2とは異なるLEDパッケージの構成例を説明する。
図65(D)に示すLEDパッケージ170A3は、基板171上に設けられているLEDチップ180の基板181が、電極183及び電極187の上方に位置している点で、図65(A)のLEDパッケージ170と異なっている。
この構成の場合、発光層184からの光をLEDパッケージ170A3の上方に射出するため、基板181は透光性を有することが好ましい。
また、図65(D)のLEDパッケージ170A3において、LEDチップ180の電極183の上面及び電極187の上面は、基板171側に向いているため、電極183と電極172との接合、及び電極187と電極173との接合は、ワイヤではなく、バンプとして機能する導電体によって行われる。具体的には、電極183と電極172とは、導電体191によって接合され、また、電極187と電極173とは、導電体192によって接合されている。
なお、導電体191及び導電体192には、導電体117a又は導電体117bに適用できる材料を用いることができる。
次に、LEDパッケージ170に設けることができるLEDチップ180の個数について説明する。図66(A)は、図65(A)のLEDパッケージ170の平面図の一例である。なお、図66(A)では、LEDチップ180の構成要素である基板181を示している。上記では、図66(A)に示すとおり、LEDパッケージ170が基板171上に1個のLEDチップ180を有する構成を例として説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。例えば、LEDパッケージ170は、基板171上に、1個ではなく複数のLEDチップが設けられた構成としてもよい。
図66(B)には、一例として、基板171上に、LEDチップ180R、LEDチップ180G、及びLEDチップ180Bの3個を設けたLEDパッケージ170Sの構成を示している。なお、図66(B)では、LEDチップ180Rの構成要素である基板181Rと、LEDチップ180Gの構成要素である基板181Gと、LEDチップ180Bの構成要素である基板181Bと、を示している。LEDパッケージ170Sに設けられるLEDチップ180R、LEDチップ180G、及びLEDチップ180Bのそれぞれに含まれるそれぞれの発光ダイオードは、互いに異なる色を発光する発光層を有してもよい。例えば、基板181Rに赤色の光を発する発光ダイオードを設け、基板181Gに緑色の光を発する発光ダイオードを設け、基板181Bに青色の光を発する発光ダイオードを設けることによって、LEDパッケージ170Sは、赤色、緑色、及び青色の三色の光を射出することができる。
上記で説明した、LEDパッケージ170、LEDパッケージ170A1、LEDパッケージ170A2、LEDパッケージ170A3、及びLEDパッケージ170Sにおいて、発光ダイオード(LEDチップ180R、LEDチップ180G、及びLEDチップ180B)は、同じ構成のトランジスタによって駆動されてもよく、それぞれ異なる構成のトランジスタによって駆動されてもよい。例えば、図64の表示装置1000Hにおいて、LEDパッケージ170Rに含まれているLEDチップ180Rを駆動するトランジスタと、LEDパッケージ170Gに含まれているLEDチップ180Gを駆動するトランジスタと、LEDパッケージ170Bに含まれているLEDチップ180Bを駆動するトランジスタと、は、トランジスタのサイズ、チャネル長、チャネル幅、及び構造などから選ばれた一つ以上が互いに異なっていてもよい。具体的には、所望の輝度で発光させるために必要な電流量に応じて、色ごとにトランジスタのチャネル長及びチャネル幅の一方又は双方を変えてもよい。
図64の表示装置1000Hにおいて、保護層116の上面と、導電体117aの上面及び側面と、導電体117bの上面及び側面と、LEDパッケージ170Rの側面と、LEDパッケージ170Gの側面と、LEDパッケージ170Bの側面と、には、樹脂層148が覆われていてもよい。樹脂層148に、黒色の樹脂を用いると、表示装置1000Hの表示のコントラストを高めることができる。また、樹脂層148の上面、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bのそれぞれの上面から選ばれた一以上には、表面保護層及び衝撃吸収層の一方、又は他方を設けてもよい。また、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bのそれぞれは上方に光を射出する構成であるため、LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bの上面に設けられる層は、可視光に対する透過性を有することが好ましい。
LEDパッケージ170R、LEDパッケージ170G、及びLEDパッケージ170Bにおいて、導電体112a乃至導電体112c、導電体117a、及び電極172の全ては、画素電極と呼ばれる場合がある。また、導電体112a乃至導電体112c、導電体117a、及び電極172から選ばれた導電体の一部が画素電極と呼ばれる場合がある。
なお、本発明の一態様の表示装置は、図63に示す表示装置1000G、又は図64に示す表示装置1000Hの構成に限定されない。本発明の一態様の表示装置は、適宜変更がなされた図63(A)に示す表示装置1000G、又は図64の表示装置1000Hの構成としてもよい。
例えば、本発明の一態様の表示装置は、基板310の上方に複数のLEDパッケージ170が実装された構成ではなく、基板310の上方に、複数の発光ダイオードが形成された基板が貼り合わされた構成としてもよい。
図67(A)は、一例として、図64の表示装置1000Hの保護層116まで形成された構成(以後、この構成を積層体SSTと呼称する。)に、複数の発光ダイオードが形成された基板410が貼り合わされた、表示装置1000Iを示している。また、図67(B)には、複数の発光ダイオードが形成された基板410を示している。
なお、図67(A)及び図67(B)には、複数の発光ダイオードとして、発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bを図示している。また、発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bをまとめて発光ダイオード420と呼称する場合がある。
発光ダイオード420Rは、一例として、電極183a、半導体層182a、発光層184a、半導体層185a、及び電極186aを有する。また、発光ダイオード420Gは、一例として、電極183b、半導体層182b、発光層184b、半導体層185b、及び電極186bを有する。また、発光ダイオード420Bは、一例として、電極183c、半導体層182c、発光層184c、半導体層185c、及び電極186cを有する。
図67(B)の基板410において、基板410上には、半導体層185a乃至半導体層185cが形成されている。また、半導体層185a上乃至半導体層185c上のそれぞれには、発光層184a乃至発光層184cが形成されている。また、発光層184a上には、半導体層182aが形成され、発光層184b上には、半導体層182bが形成され、発光層184c上には、半導体層182cが形成されている。また、基板410の上面、半導体層185a乃至半導体層185cの上面と側面、発光層184a乃至発光層184cの側面、及び半導体層182a乃至半導体層182cの上面と側面、を覆うように保護層411が形成されている。
なお、保護層411には、半導体層182aの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と、当該開口部の底面である半導体層182aの上面を覆うように、電極183aが形成されている。同様に、保護層411には、半導体層182bの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と、当該開口部の底面である半導体層182bの上面を覆うように、電極183bが形成されている。同様に、保護層411には、半導体層182cの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と、当該開口部の底面である半導体層182cの上面を覆うように、電極183cが形成されている。
また、保護層411には、半導体層182a及び発光層184aに重ならず、かつ半導体層185aの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と当該開口部の底面である半導体層185aの上面を覆うように、電極186aが形成されている。同様に、保護層411には、半導体層182b及び発光層184bに重ならず、かつ半導体層185bの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と当該開口部の底面である半導体層185bの上面を覆うように、電極186bが形成されている。同様に、保護層411には、半導体層182c及び発光層184cに重ならず、かつ半導体層185cの一部と重なる領域に開口部が設けられており、保護層411上の一部と当該開口部の底面である半導体層185cの上面を覆うように、電極186cが形成されている。
表示装置1000Iは、トップエミッション型である。発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bが発する光は、基板410側に射出される。そのため、基板410には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。例えば、基板410には、基板BSに適用できる基板のうち、可視光に対する透過性が高い基板を選択すればよい。
図67(A)及び図67(B)に示すとおり、発光層184aは、半導体層182aと半導体層185aとに挟持されている。発光層184aでは、電子と正孔が結合して光を発する。また、半導体層182aと半導体層185aの一方はn型の半導体層であり、半導体層182aと半導体層185aの他方はp型の半導体層である。同様に、発光層184bは、半導体層182bと半導体層185bとに挟持されている。発光層184bでは、電子と正孔が結合して光を発する。また、半導体層182bと半導体層185bの一方はn型の半導体層であり、半導体層182bと半導体層185bの他方はp型の半導体層である。同様に、発光層184cは、半導体層182cと半導体層185cとに挟持されている。発光層184cでは、電子と正孔が結合して光を発する。また、半導体層182cと半導体層185cの一方はn型の半導体層であり、半導体層182cと半導体層185cの他方はp型の半導体層である。
また、図67(A)の表示装置1000Iに実装されている、発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bのそれぞれにおいて、一対の半導体層と、当該一対の半導体層の間の発光層と、を有する積層構造は、赤色、緑色、又は青色といった光を呈するように形成されている。このため、発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bのそれぞれが発する光の色を自由に決めることができる。例えば、発光ダイオード420Rは、赤色光を発する発光ダイオードとし、発光ダイオード420Gは、緑色光を発する発光ダイオードとし、発光ダイオード420Bは、青色光を発する発光ダイオードとすることができる。また、当該積層構造には、図64のLEDパッケージ170に含まれる発光ダイオードに適用することができる積層構造を用いることができる。
また、発光ダイオード420が発する光の色は、赤色、緑色、及び青色以外では、例えば、シアン、マゼンタ、黄色または白色とすることができる。
保護層411には、例えば、絶縁体105に適用できる無機絶縁膜、又は有機絶縁膜を用いることができる。また、保護層411には、例えば、図65(A)のLEDパッケージ170の封止層178に適用できる材料を用いることができる。
積層体SSTには、それぞれバンプとして機能する導電体193a乃至導電体193c、及び導電体194a乃至導電体194cを用いて、基板410が貼り合わされている。具体的には、積層体SSTに備わる導電体112aと、発光ダイオード420Rの電極183aと、が導電体194aを介して接合され、積層体SSTに備わる導電体111aと、発光ダイオード420Rの電極186aと、が導電体193aを介して接合され、積層体SSTに備わる導電体112bと、発光ダイオード420Gの電極183bと、が導電体194bを介して接合され、積層体SSTに備わる導電体111bと、発光ダイオード420Gの電極186bと、が導電体193bを介して接合され、積層体SSTに備わる導電体112cと、発光ダイオード420Bの電極183cと、が導電体194cを介して接合され、積層体SSTに備わる導電体111cと、発光ダイオード420Bの電極186cと、が導電体193cを介して接合されている。
なお、導電体193a乃至導電体193c、及び導電体194a乃至導電体194cには、導電体117a、又は導電体117bに適用できる材料を用いることができる。
また、表示装置1000Iには、図65(C)のLEDパッケージ170A2に用いられた色変換層190を用いてもよい。具体的には発光ダイオード420R、発光ダイオード420G、及び発光ダイオード420Bが射出する光の経路上で、かつ半導体層185a乃至半導体層185cから選ばれた一以上と基板410との間に、色変換層190を設けることにより、発光層から射出された光の色を色変換層190によって別の色に変換することができる。
なお、上述した複数の表示装置の構成例は、互いに適宜組み合わせることができる。
<発光デバイスの構成例>
次に、上述した表示装置の発光デバイス130に適用できる、発光デバイスの構成例について説明する。
図68(A)に示すように、発光デバイスは、一対の電極(下部電極761及び上部電極762)の間に、EL層763を有する。EL層763は、層780、発光層771、及び層790を含む層とすることができる。
発光層771は、少なくとも発光物質(発光材料ともいう)を有する。
下部電極761が陽極であり、上部電極762が陰極である場合、層780は、正孔注入性の高い物質を含む層(正孔注入層)、正孔輸送性の高い物質を含む層(正孔輸送層)、及び電子ブロック性の高い物質を含む層(電子ブロック層)のうち一つまたは複数を有する。また、層790は、電子注入性の高い物質を含む層(電子注入層)、電子輸送性の高い物質を含む層(電子輸送層)、及び正孔ブロック性の高い物質を含む層(正孔ブロック層)のうち一つまたは複数を有する。下部電極761が陰極であり、かつ上部電極762が陽極である場合、層780と層790は互いに上記と逆の構成になる。
一対の電極間に設けられた層780、発光層771、及び層790を有する構成は単一の発光ユニットとして機能することができ、本明細書では図68(A)の構成をシングル構造と呼ぶ。
また、図68(B)は、図68(A)に示す発光デバイスが有するEL層763の変更例である。具体的には、図68(B)に示す発光デバイスは、下部電極761上の層781と、層781上の層782と、層782上の発光層771と、発光層771上の層791と、層791上の層792と、層792上の上部電極762と、を有する。
下部電極761が陽極であり、かつ上部電極762が陰極である場合、例えば、層781を正孔注入層とし、層782を正孔輸送層とし、層791を電子輸送層とし、層792を電子注入層とすることができる。また、下部電極761が陰極であり、かつ上部電極762が陽極である場合、層781を電子注入層とし、層782を電子輸送層とし、層791を正孔輸送層とし、層792を正孔注入層とすることができる。このような層構造とすることで、発光層771に効率よくキャリアを注入し、発光層771内におけるキャリアの再結合の効率を高めることができる。
なお、図68(C)及び図68(D)に示すように、層780と層790との間に複数の発光層(発光層771、発光層772、及び発光層773)が設けられる構成もシングル構造のバリエーションである。なお、図68(C)及び図68(D)では、発光層を3層有する例を示すが、シングル構造の発光デバイスにおける発光層は、2層であってもよく、4層以上であってもよい。また、シングル構造の発光デバイスは、2つの発光層の間に、バッファ層を有していてもよい。
また、図68(E)及び図68(F)に示すように、複数の発光ユニット(発光ユニット763a及び発光ユニット763b)が電荷発生層785(中間層ともいう)を介して直列に接続された構成を本明細書ではタンデム構造と呼ぶ。なお、タンデム構造をスタック構造と呼んでもよい。タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光デバイスとすることができる。また、タンデム構造は、シングル構造と比べて、同じ輝度を得るために必要な電流を低減できるため、信頼性を高めることができる。
なお、図68(D)及び図68(F)は、表示装置が、発光デバイスと重なる層764を有する例である。図68(D)は、層764が、図68(C)に示す発光デバイスと重なる例であり、図68(F)は、層764が、図68(E)に示す発光デバイスと重なる例である。
層764としては、色変換層及びカラーフィルタ(着色層)の一方または双方を用いることができる。
図68(C)及び図68(D)において、発光層771、発光層772、及び発光層773に、同じ色の光を発する発光物質、さらには、同じ発光物質を用いてもよい。例えば、発光層771、発光層772、及び発光層773に、青色の光を発する発光物質を用いてもよい。青色の光を呈する副画素においては、発光デバイスが発する青色の光を取り出すことができる。また、赤色の光を呈する副画素及び緑色の光を呈する副画素においては、図68(D)に示す層764として色変換層を設けることで、発光デバイスが発する青色の光をより長波長の光に変換し、赤色または緑色の光を取り出すことができる。
また、発光層771、発光層772、及び発光層773に、それぞれ異なる色の光を発する発光物質を用いてもよい。特に、発光デバイスは、発光層771、発光層772、及び発光層773がそれぞれ発する光が合わさることによって、白色発光が得られる構成とすることが好ましい。例えば、シングル構造の発光デバイスは、青色の光を発する発光物質を有する発光層と、青色の光よりも長波長の可視光を発する発光物質を有する発光層と、を有することが好ましい。
例えば、シングル構造の発光デバイスが3層の発光層を有する場合、赤色(R)の光を発する発光物質を有する発光層と、緑色(G)の光を発する発光物質を有する発光層と、青色(B)の光を発する発光物質を有する発光層と、を有することが好ましい。発光層の積層順としては、例えば、陽極側から、赤色(R)発光層、緑色(G)発光層、青色(B)発光層、又は陽極側から、赤色(R)発光層、青色(B)発光層、緑色(G)発光層とすることができる。このとき、赤色(R)発光層と緑色(G)発光層又は青色(B)発光層との間にバッファ層が設けられていてもよい。
また、例えば、シングル構造の発光デバイスが2層の発光層を有する場合、青色(B)の光を発する発光物質を有する発光層、及び、黄色(Y)の光を発する発光物質を有する発光層を有する構成が好ましい。当該構成をBYシングル構造と呼称する場合がある。
図68(D)に示す層764として、カラーフィルタを設けてもよい。白色光がカラーフィルタを透過することで、所望の色の光を得ることができる。
白色の光を発する発光デバイスは、2種類以上の発光物質を含むことが好ましい。白色発光を得るには、2つの発光物質の各々の発光が補色の関係となるような発光物質を選択すればよい。例えば、第1の発光層の発光色と第2の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光デバイス全体として白色発光する発光デバイスを得ることができる。また、3つ以上の発光層を用いて白色発光を得る場合、3つ以上の発光層のそれぞれの発光色が合わさることで発光デバイス全体として白色発光することができる構成とすればよい。
また、図68(E)及び図68(F)において、発光層771と、発光層772と、に同じ色の光を発する発光物質、さらには、同じ発光物質を用いてもよい。
例えば、各色の光を呈する副画素が有する発光デバイスにおいて、発光層771と、発光層772と、にそれぞれ青色の光を発する発光物質を用いてもよい。青色の光を呈する副画素においては、発光デバイスが発する青色の光を取り出すことができる。また、赤色の光を呈する副画素及び緑色の光を呈する副画素においては、図68(F)に示す層764として色変換層を設けることで、発光デバイスが発する青色の光をより長波長の光に変換し、赤色又は緑色の光を取り出すことができる。
また、各色の光を呈する副画素に、図68(E)又は図68(F)に示す構成の発光デバイスを用いる場合、副画素によって、異なる発光物質を用いてもよい。具体的には、赤色の光を呈する副画素が有する発光デバイスにおいて、発光層771と、発光層772と、にそれぞれ赤色の光を発する発光物質を用いてもよい。同様に、緑色の光を呈する副画素が有する発光デバイスにおいて、発光層771と、発光層772と、にそれぞれ緑色の光を発する発光物質を用いてもよい。青色の光を呈する副画素が有する発光デバイスにおいて、発光層771と、発光層772と、にそれぞれ青色の光を発する発光物質を用いてもよい。このような構成の表示装置は、タンデム構造の発光デバイスが適用されており、かつ、SBS構造であるといえる。そのため、タンデム構造のメリットと、SBS構造のメリットの両方を併せ持つことができる。これにより、高輝度発光が可能であり、信頼性の高い表示装置を実現することができる。
また、図68(E)及び図68(F)において、発光層771と、発光層772と、に異なる色の光を発する発光物質を用いてもよい。発光層771が発する光と、発光層772が発する光と、が補色の関係である場合、白色発光が得られる。図68(F)に示す層764として、カラーフィルタを設けてもよい。白色光がカラーフィルタを透過することで、所望の色の光を得ることができる。
なお、図68(E)及び図68(F)において、発光ユニット763aが1層の発光層771を有し、発光ユニット763bが1層の発光層772を有する例を示すが、これに限られない。発光ユニット763a及び発光ユニット763bは、それぞれ、2層以上の発光層を有していてもよい。
また、図68(E)及び図68(F)では、発光ユニットを2つ有する発光デバイスを例示したが、これに限られない。発光デバイスは、発光ユニットを3つ以上有していてもよい。
具体的には、図69(A)及び図69(C)に示す発光デバイスの構成が挙げられる。
図69(A)は、発光ユニットを3つ有する構成である。なお、発光ユニットを2つ有する構成を2段タンデム構造と、発光ユニットを3つ有する構成を3段タンデム構造と、それぞれ呼称してもよい。
また、図69(A)の発光デバイスは、複数の発光ユニット(発光ユニット763a、発光ユニット763b、及び発光ユニット763c)が電荷発生層(電荷発生層785a-b、及び電荷発生層785b-c)を介して、それぞれ直列に接続された構成となっている。具体的には、図68(A)に示す発光デバイスは、発光ユニット763a、電荷発生層785a-b、発光ユニット763b、電荷発生層785b-c、及び発光ユニット763cがこの順に積層されている構成となっている。また、発光ユニット763aは、層780aと、発光層771と、層790aと、を有し、発光ユニット763bは、層780bと、発光層772と、層790bと、を有し、発光ユニット763cは、層780cと、発光層773と、層790cと、を有する。
なお、電荷発生層785a-b、及び電荷発生層785b-cについては、上述した電荷発生層785の説明を参照することができる。
なお、図69(A)に示す構成においては、発光層771、発光層772、及び発光層773は、それぞれ同じ色の光を発する発光物質を有すると好ましい。具体的には、発光層771、発光層772、及び発光層773が、それぞれ赤色(R)の発光物質を有する構成(いわゆるR\R\Rの3段タンデム構造)、発光層771、発光層772、及び発光層773が、それぞれ緑色(G)の発光物質を有する構成(いわゆるG\G\Gの3段タンデム構造)、または発光層771、発光層772、及び発光層773が、それぞれ青色(B)の発光物質を有する構成(いわゆるB\B\Bの3段タンデム構造)とすることができる。なお、図69(A)に示す構成において、発光層771、発光層772、及び発光層773のそれぞれは、互いに異なる色を発する発光物質を有してもよい。また、図69(A)に示す構成は、発光層771、発光層772、及び発光層773のそれぞれが発した光の色が合わさって、白色(W)となる構成としてもよい。また、図69(A)に示す構成には、図69(B)又は図69(C)と同様にカラーフィルタとして層764を設けてもよい。
なお、それぞれ同じ色の光を発する発光物質としては、上記の構成に限定されない。例えば、図69(B)に示すように、複数の発光層を有する発光ユニットを積層したタンデム型の発光デバイスとしてもよい。図69(B)は、複数の発光ユニット(発光ユニット763a及び発光ユニット763b)が電荷発生層785を介して、直列に接続された構成である。また、発光ユニット763aは、層780aと、発光層771aと、発光層771bと、発光層771cと、層790aと、を有し、発光ユニット763bは、層780bと、発光層772aと、発光層772bと、発光層772cと、層790bと、を有する。
図69(B)に示す構成においては、発光層771a、発光層771b、及び発光層771cの発光が合わさることで、発光ユニット763aの白色発光(W)が可能となる。また、発光層772a、発光層772b、及び発光層772cの発光が合わさることで、発光ユニット763bの白色発光(W)が可能となる。すなわち、図69(C)に示す構成においては、W\Wの2段タンデム構造である。なお、発光層771a、発光層771b、及び発光層771cの発光物質の積層順については、特に限定はない。同様に、発光層772a、発光層772b、及び発光層772cのそれぞれの積層順についても、特に限定はない。実施者が適宜最適な積層順を選択することができる。また、図示しないが、図53(B)に示す構成は、W\W\Wの3段タンデム構造、または4段以上のタンデム構造としてもよい。
また、タンデム構造の発光デバイスを用いる場合、黄色(Y)の光を発する発光ユニットと、青色(B)の光を発する発光ユニットとを有するB\Yの2段タンデム構造、赤色(R)と緑色(G)の光を発する発光ユニットと、青色(B)の光を発する発光ユニットとを有するRG\Bの2段タンデム構造、青色(B)の光を発する発光ユニットと、黄色(Y)の光を発する発光ユニットと、青色(B)の光を発する発光ユニットとをこの順で有するB\Y\Bの3段タンデム構造、青色(B)の光を発する発光ユニットと、黄緑色(YG)の光を発する発光ユニットと、青色(B)の光を発する発光ユニットとをこの順で有するB\YG\Bの3段タンデム構造、青色(B)の光を発する発光ユニットと、緑色(G)の光を発する発光ユニットと、青色(B)の光を発する発光ユニットとをこの順で有するB\G\Bの3段タンデム構造などが挙げられる。なお、「a・b」は、1つの発光ユニットにaの光を発する発光物質とbの光を発する発光物質とを有することを意味する。
また、図69(C)に示すように、1つの発光物質を有する発光ユニットと、複数の発光物質を有する発光ユニットと、を組み合わせてもよい。
具体的には、図69(C)に示す構成においては、複数の発光ユニット(発光ユニット763a、発光ユニット763b、及び発光ユニット763c)が電荷発生層(電荷発生層785a-b、及び電荷発生層785b-c)を介して、それぞれ直列に接続された構成である。また、発光ユニット763aは、層780aと、発光層771と、層790aと、を有し、発光ユニット763bは、層780bと、発光層772aと、発光層772bと、発光層772cと、層790bと、を有し、発光ユニット763cは、層780cと、発光層773と、層790cと、を有する。
例えば、図69(C)に示す構成において、発光ユニット763aが青色(B)の光を発する発光ユニットであり、発光ユニット763bが赤色(R)、緑色(G)、及び黄緑色(YG)の光を発する発光ユニットであり、発光ユニット763cが青色(B)の光を発する発光ユニットである、B\R・G・YG\Bの3段タンデム構造などを適用することができる。
例えば、発光ユニットの積層数と色の順番としては、陽極側から、BとYとの2段構造、Bと発光ユニットXとの2段構造、BとYとBとの3段構造、Bと発光ユニットXとBとの3段構造が挙げられ、発光ユニットXにおける発光層の積層数と色の順番としては、陽極側から、Rの発光層とYの発光層との2層構造、Rの発光層とGの発光層との2層構造、Gの発光層とRの発光層との2層構造、Gの発光層とRの発光層とGの発光層との3層構造、または、Rの発光層とGの発光層とRの発光層との3層構造などとすることができる。また、2つの発光層の間に他の層が設けられていてもよい。
なお、図68(C)、及び図68(D)においても、図68(B)に示すように、層780と、層790と、をそれぞれ独立に、2層以上の層からなる積層構造としてもよい。
また、図68(E)及び図68(F)において、発光ユニット763aは、層780a、発光層771、及び層790aを有し、発光ユニット763bは、層780b、発光層772、及び層790bを有する。
下部電極761が陽極であり、かつ上部電極762が陰極である場合、層780a及び層780bは、それぞれ、正孔注入層、正孔輸送層、及び電子ブロック層のうち一つまたは複数を有する。また、層790a及び層790bは、それぞれ、電子注入層、電子輸送層、及び正孔ブロック層のうち一つまたは複数を有する。下部電極761が陰極であり、上部電極762が陽極である場合、層780aと層790aは互いに上記と逆の構成になり、層780bと層790bも互いに上記と逆の構成になる。
下部電極761が陽極であり、上部電極762が陰極である場合、例えば、層780aは、正孔注入層と、正孔注入層上の正孔輸送層と、を有し、さらに、正孔輸送層上の電子ブロック層を有していてもよい。また、層790aは、電子輸送層を有し、さらに、発光層771と電子輸送層との間の正孔ブロック層を有していてもよい。また、層780bは、正孔輸送層を有し、さらに、正孔輸送層上の電子ブロック層を有していてもよい。また、層790bは、電子輸送層と、電子輸送層上の電子注入層と、を有し、さらに、発光層772と電子輸送層との間の正孔ブロック層を有していてもよい。下部電極761が陰極であり、上部電極762が陽極である場合、例えば、層780aは、電子注入層と、電子注入層上の電子輸送層と、を有し、さらに、電子輸送層上の正孔ブロック層を有していてもよい。また、層790aは、正孔輸送層を有し、さらに、発光層771と正孔輸送層との間の電子ブロック層を有していてもよい。また、層780bは、電子輸送層を有し、さらに、電子輸送層上の正孔ブロック層を有していてもよい。また、層790bは、正孔輸送層と、正孔輸送層上の正孔注入層と、を有し、さらに、発光層772と正孔輸送層との間の電子ブロック層を有していてもよい。
また、タンデム構造の発光デバイスを作製する場合、2つの発光ユニットは、電荷発生層785を介して積層される。電荷発生層785は、少なくとも電荷発生領域を有する。電荷発生層785は、一対の電極間に電圧を印加したときに、2つの発光ユニットの一方に電子を注入し、他方に正孔を注入する機能を有する。
次に、発光デバイスに用いることができる材料について説明する。
下部電極761と上部電極762のうち、光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。また、表示装置が赤外光を発する発光デバイスを有する場合には、光を取り出す側の電極には、可視光及び赤外光を透過する導電膜を用い、光を取り出さない側の電極には、可視光及び赤外光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
また、光を取り出さない側の電極にも可視光を透過する導電膜を用いてもよい。この場合、反射層と、EL層763との間に当該電極を配置することが好ましい。つまり、EL層763の発光は、当該反射層によって反射されて、表示装置から取り出されてもよい。
発光デバイスの一対の電極を形成する材料としては、金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを適宜用いることができる。当該材料としては、具体的には、アルミニウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、ガリウム、亜鉛、インジウム、スズ、モリブデン、タンタル、タングステン、パラジウム、金、白金、銀、イットリウム、及びネオジムといった金属、及びこれらを適宜組み合わせて含む合金が挙げられる。また、当該材料としては、例えば、インジウムスズ酸化物(In-Sn酸化物、ITOともいう)、In-Si-Sn酸化物(ITSOともいう)、インジウム亜鉛酸化物(In-Zn酸化物)、及びIn-W-Zn酸化物が挙げられる。また、当該材料としては、アルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)が挙げられる。アルミニウムを含む合金としては、例えば、アルミニウム(Al)とニッケル(Ni)とランタン(La)との合金(Al-Ni-La)が挙げられる。また、当該材料としては、銀とパラジウムと銅の合金(Ag-Pd-Cu、APCとも記す)が挙げられる。その他、当該材料としては、上記例示のない元素周期表の第1族または第2族に属する元素(例えば、リチウム、セシウム、カルシウム、又はストロンチウム)、ユウロピウム、イッテルビウムなどの希土類金属及びこれらを適宜組み合わせて含む合金、及びグラフェンが挙げられる。
発光デバイスには、微小光共振器(マイクロキャビティ)構造が適用されていることが好ましい。したがって、発光デバイスが有する一対の電極の一方は、可視光に対する透過性及び反射性を有する電極(半透過・半反射電極)を有することが好ましく、他方は、可視光に対する反射性を有する電極(反射電極)を有することが好ましい。発光デバイスがマイクロキャビティ構造を有することで、発光層から得られる発光を両電極間で共振させ、発光デバイスから射出される光を強めることができる。
なお、半透過・半反射電極は、例えば、可視光に対する透過性及び反射性を有する導電体を用いることが好ましい。また、例えば、半透過・半反射電極は、反射電極として用いることができる導電層と、可視光に対する透過性を有する電極(透明電極ともいう)として用いることができる導電層と、の積層構造としてもよい。
透明電極の光の透過率は、40%以上とする。例えば、発光デバイスの透明電極には、可視光(波長400nm以上750nm未満の光)の透過率が40%以上である電極を用いることが好ましい。半透過・半反射電極の可視光の反射率は、10%以上95%以下、好ましくは30%以上80%以下とする。反射電極の可視光の反射率は、40%以上100%以下、好ましくは70%以上100%以下とする。また、これらの電極の抵抗率は、1×10-2Ωcm以下が好ましい。
発光デバイスは少なくとも発光層を有する。また、発光デバイスは、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子ブロック材料、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質)を含む層をさらに有していてもよい。例えば、発光デバイスは、発光層の他に、正孔注入層、正孔輸送層、正孔ブロック層、電荷発生層、電子ブロック層、電子輸送層、及び電子注入層のうち1層以上を有する構成とすることができる。
発光デバイスには低分子化合物及び高分子化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。発光デバイスを構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、又は塗布法といった方法で形成することができる。
発光層は、1種または複数種の発光物質を有する。発光物質としては、例えば、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、又は赤色といった発光色を呈する物質を適宜用いる。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。
発光物質としては、蛍光材料、燐光材料、TADF材料、及び量子ドット材料が挙げられる。
蛍光材料としては、例えば、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、及びナフタレン誘導体が挙げられる。
燐光材料としては、例えば、4H-トリアゾール骨格、1H-トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、ピリミジン骨格、ピラジン骨格、又はピリジン骨格を有する有機金属錯体(特にイリジウム錯体)、電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体(特にイリジウム錯体)、白金錯体、及び希土類金属錯体が挙げられる。
発光層は、発光物質(ゲスト材料)に加えて、1種または複数種の有機化合物(例えば、ホスト材料、及びアシスト材料)を有していてもよい。1種または複数種の有機化合物としては、正孔輸送性の高い物質(正孔輸送性材料)及び電子輸送性の高い物質(電子輸送性材料)の一方または双方を用いることができる。正孔輸送性材料としては、後述の、正孔輸送層に用いることができる正孔輸送性の高い材料を用いることができる。電子輸送性材料としては、後述の、電子輸送層に用いることができる電子輸送性の高い材料を用いることができる。また、1種または複数種の有機化合物として、バイポーラ性材料、又はTADF材料を用いてもよい。
発光層は、例えば、燐光材料と、励起錯体を形成しやすい組み合わせである正孔輸送性材料及び電子輸送性材料と、を有することが好ましい。このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質(燐光材料)へのエネルギー移動であるExTET(Exciplex-Triplet Energy Transfer)を用いた発光を効率よく得ることができる。発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光を得ることができる。この構成により、発光デバイスの高効率、低電圧駆動、及び長寿命を同時に実現できる。
正孔注入層は、陽極から正孔輸送層に正孔を注入する層であり、正孔注入性の高い材料を含む層である。正孔注入性の高い材料としては、芳香族アミン化合物、又は正孔輸送性材料とアクセプター性材料(電子受容性材料)とを含む複合材料などが挙げられる。
正孔輸送性材料としては、後述の、正孔輸送層に用いることができる正孔輸送性の高い材料を用いることができる。
アクセプター性材料としては、例えば、元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物を用いることができる。具体的には、当該金属の酸化物としては、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化タングステン、酸化マンガン、及び酸化レニウムが挙げられる。中でも特に、酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。また、フッ素を含む有機アクセプター性材料を用いることもできる。また、キノジメタン誘導体、クロラニル誘導体、及びヘキサアザトリフェニレン誘導体といった有機アクセプター性材料を用いることもできる。
例えば、正孔注入性の高い材料には、正孔輸送性材料と、上述の元素周期表における第4族乃至第8族に属する金属の酸化物(代表的には酸化モリブデン)と、を含む材料を用いてもよい。
正孔輸送層は、正孔注入層によって、陽極から注入された正孔を発光層に輸送する層である。正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む層である。正孔輸送性材料としては、1×10-6cm/Vs以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香族化合物(例えば、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、及びフラン誘導体)、芳香族アミン(芳香族アミン骨格を有する化合物)といった正孔輸送性の高い材料が好ましい。
電子ブロック層は、発光層に接して設けられる。電子ブロック層は、正孔輸送性を有し、かつ、電子をブロックすることが可能な材料を含む層である。電子ブロック層には、上記正孔輸送性材料のうち、電子ブロック性を有する材料を用いることができる。
電子ブロック層は、正孔輸送性を有するため、正孔輸送層と呼ぶこともできる。また、正孔輸送層のうち、電子ブロック性を有する層を、電子ブロック層と呼ぶこともできる。
電子輸送層は、電子注入層によって、陰極から注入された電子を発光層に輸送する層である。電子輸送層は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送性材料としては、1×10-6cm/Vs以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。電子輸送性材料には、例えば、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体等の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン配位子を有するキノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、及び含窒素複素芳香族化合物を含むπ電子不足型複素芳香族化合物といった電子輸送性の高い材料を用いることができる。
正孔ブロック層は、発光層に接して設けられる。正孔ブロック層は、電子輸送性を有し、かつ正孔をブロックすることが可能な材料を含む層である。正孔ブロック層には、上記電子輸送性材料のうち、正孔ブロック性を有する材料を用いることができる。
正孔ブロック層は、電子輸送性を有するため、電子輸送層と呼ぶこともできる。また、電子輸送層のうち、正孔ブロック性を有する層を正孔ブロック層と呼ぶこともできる。
電子注入層は、陰極から電子輸送層に電子を注入する層であり、電子注入性の高い材料を含む層である。電子注入性の高い材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。電子注入性の高い材料としては、電子輸送性材料とドナー性材料(電子供与性材料)とを含む複合材料を用いることもできる。
また、電子注入性の高い材料の最低空軌道(LUMO:Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位は、陰極に用いる材料の仕事関数の値との差が小さい(具体的には0.5eV以下)であることが好ましい。
電子注入層には、例えば、リチウム、セシウム、イッテルビウム、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF、xは任意数)、8-(キノリノラト)リチウム(略称:Liq)、2-(2-ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPP)、2-(2-ピリジル)-3-ピリジノラトリチウム(略称:LiPPy)、4-フェニル-2-(2-ピリジル)フェノラトリチウム(略称:LiPPP)、リチウム酸化物(LiO)、炭酸セシウムといったアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はこれらの化合物を用いることができる。また、電子注入層は、2以上の積層構造としてもよい。当該積層構造としては、例えば、1層目にフッ化リチウムを用い、2層目にイッテルビウムを設ける構成が挙げられる。
電子注入層は、電子輸送性材料を有していてもよい。例えば、非共有電子対を備え、電子不足型複素芳香環を有する化合物を、電子輸送性材料に用いることができる。具体的には、ピリジン環、ジアジン環(例えば、ピリミジン環、ピラジン環、又はピリダジン環)、及びトリアジン環から選ばれた1つ以上を有する化合物を用いることができる。
なお、非共有電子対を備える有機化合物のLUMO準位は、-3.6eV以上-2.3eV以下であると好ましい。また、一般にCV(サイクリックボルタンメトリ)、光電子分光法、光吸収分光法、逆光電子分光法等により、有機化合物の最高被占軌道(HOMO:Highest Occupied Molecular Orbital)準位及びLUMO準位を見積もることができる。
例えば、4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:BPhen)、2,9-ジ(ナフタレン-2-イル)-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(略称:NBPhen)、ジキノキサリノ[2,3-a:2’,3’-c]フェナジン(略称:HATNA)、又は2,4,6-トリス[3’-(ピリジン-3-イル)ビフェニル-3-イル]-1,3,5-トリアジン(略称:TmPPPyTz)を、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。なお、NBPhenはBPhenと比較して、高いガラス転移温度(Tg)を備え、耐熱性に優れる。
電荷発生層は、上述の通り、少なくとも電荷発生領域を有する。電荷発生領域は、アクセプター性材料を含むことが好ましく、例えば、上述の正孔注入層に適用可能な、正孔輸送性材料とアクセプター性材料とを含むことが好ましい。
また、電荷発生層は、電子注入性の高い材料を含む層を有することが好ましい。当該層は、電子注入バッファ層と呼ぶこともできる。電子注入バッファ層は、電荷発生領域と電子輸送層との間に設けられることが好ましい。電子注入バッファ層を設けることで、電荷発生領域と電子輸送層との間の注入障壁を緩和することができるため、電荷発生領域で生じた電子を電子輸送層に容易に注入することができる。
電子注入バッファ層は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を含むことが好ましく、例えば、アルカリ金属の化合物又はアルカリ土類金属の化合物を含む構成とすることができる。具体的には、電子注入バッファ層は、アルカリ金属と酸素とを含む無機化合物、又はアルカリ土類金属と酸素とを含む無機化合物を有することが好ましく、リチウムと酸素とを含む無機化合物(例えば、酸化リチウム(LiO))を有することがより好ましい。その他、電子注入バッファ層には、上述の電子注入層に適用可能な材料を好適に用いることができる。
電荷発生層は、電子輸送性の高い材料を含む層を有することが好ましい。当該層は、電子リレー層と呼ぶこともできる。電子リレー層は、電荷発生領域と電子注入バッファ層との間に設けられることが好ましい。電荷発生層が電子注入バッファ層を有さない場合、電子リレー層は、電荷発生領域と電子輸送層との間に設けられることが好ましい。電子リレー層は、電荷発生領域と電子注入バッファ層(または電子輸送層)との相互作用を防いで、電子をスムーズに受け渡す機能を有する。
電子リレー層としては、銅(II)フタロシアニン(略称:CuPc)といったフタロシアニン系の材料、又は金属-酸素結合と芳香族配位子を有する金属錯体を用いることが好ましい。
なお、上述した電荷発生領域、電子注入バッファ層、及び電子リレー層は、断面形状、又は特性などによって明確に区別できない場合がある。
なお、電荷発生層は、アクセプター性材料の代わりに、ドナー性材料を有していてもよい。例えば、電荷発生層としては、上述した電子注入層に適用可能な、電子輸送性材料とドナー性材料とを含む層を有していてもよい。
発光ユニットを積層する際、2つの発光ユニットの間に電荷発生層を設けることで、駆動電圧の上昇を抑制することができる。
<画素回路の構成例>
ここで、画素層PXALに備えることができる画素回路の構成例について、説明する。
図70(A)及び図70(B)では、画素層PXALに備えることができる画素回路の構成例、及び画素回路に接続される発光デバイス130について示している。また、図70(A)は、画素層PXALに備えられる画素回路400に含まれる各回路素子の接続を示す図であり、図70(B)は、駆動回路30を備える回路層SICL、画素回路が有する複数のトランジスタを備える層OSL、発光デバイス130を備える層EMLの上下関係を模式的に示す図である。なお、図70(B)に示す表示装置1000の画素層PXALは、一例として、層OSL及び層EMLを有している。また、図70(B)に示す層OSLに含まれているトランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cは、一例として、図52におけるトランジスタ500、又は図59(A)におけるトランジスタ200に相当する。また、図70(B)に示す層EMLに含まれている発光デバイス130は、図52における発光デバイス130R、発光デバイス130G、又は発光デバイス130Bに相当する。
図70(A)及び図70(B)に一例として示す画素回路400は、トランジスタ500A、トランジスタ500B、トランジスタ500C、及び容量600を備える。トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cは、一例として上述したトランジスタ500、又はトランジスタ200に適用できるトランジスタとすることができる。つまり、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cは、OSトランジスタとすることができる。又は、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cは、一例として、Siトランジスタとすることができる。特に、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500CをOSトランジスタとした場合、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cのそれぞれは、バックゲートを備えていることが好ましく、この場合、バックゲートにゲートと同じ信号を与える構成、バックゲートにゲートと異なる信号を与える構成とすることができる。なお、図70(A)及び図70(B)では、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cにバックゲートを図示しているが、トランジスタ500A、トランジスタ500B、及びトランジスタ500Cは、バックゲートを有さない構成としてもよい。
トランジスタ500Bは、トランジスタ500Aと電気的に接続されるゲートと、発光デバイス130と電気的に接続される第1の端子と、配線ANOと電気的に接続される第2の端子と、を備える。配線ANOは、発光デバイス130に電流を供給するための電位を与えるための配線である。
トランジスタ500Aは、トランジスタ500Bのゲートと電気的に接続される第1の端子と、ソース線として機能する配線SLと電気的に接続される第2の端子と、ゲート線として機能する配線G1の電位に基づいて、オン状態又はオフ状態との切り替えを制御する機能を有するゲートと、を備える。
トランジスタ500Cは、配線V0と電気的に接続される第1の端子と、発光デバイス130と電気的に接続される第2の端子と、ゲート線として機能する配線G2の電位に基づいて、オン状態又はオフ状態との切り替えを制御する機能を有するゲートと、を備える。配線V0は、基準電位を与えるための配線、及び画素回路400を流れる電流を駆動回路30に出力するための配線である。
容量600は、トランジスタ500Bのゲートと電気的に接続される導電膜と、トランジスタ500Cの第2の端子と電気的に接続される導電膜を備える。
発光デバイス130は、トランジスタ500Bの第1の端子に電気的に接続される第1の端子と、配線VCOMに電気的に接続される第2の端子と、を備える。配線VCOMは、発光デバイス130に電流を供給するための電位を与えるための配線である。
これにより、トランジスタ500Bのゲートに与えられる画像信号に応じて発光デバイス130が射出する光の強度を制御することができる。またトランジスタ500Cを介して与えられる配線V0の基準電位によって、トランジスタ500Bのゲート-ソース間電圧のばらつきを抑制することができる。
また配線V0から、画素パラメータの設定に用いることのできる電流値を出力することができる。より具体的には、配線V0は、トランジスタ500Bに流れる電流、又は発光デバイス130に流れる電流を、外部に出力するためのモニタ線として機能させることができる。配線V0に出力された電流は、例えばソースフォロア回路により電圧に変換され、外部に出力される。または、例えばA-Dコンバータによりデジタル信号に変換され、上記の実施の形態で説明した、周辺回路PRPHに含まれるAIアクセラレータに出力することができる。
なお、図70(B)に一例として示す構成では、画素回路400と、駆動回路30と、を電気的に接続する配線を短くすることができるため、当該配線の配線抵抗を小さくすることができる。よって、データの書き込みを高速に行うことができるため、表示装置1000を高速に駆動させることができる。これにより、表示装置1000が有する画素回路400を多くしても十分なフレーム期間を確保することができるため、表示装置1000の画素密度を高めることができる。また、表示装置1000の画素密度を高めることにより、表示装置1000により表示される画像の精細度を高めることができる。例えば、表示装置1000の画素密度を、500ppi以上、好ましくは1000ppi以上、より好ましくは3000ppi以上、更に好ましくは5000ppi以上、更に好ましくは6000ppi以上とすることができる。よって、表示装置1000は、例えば、AR又はVR用の表示装置とすることができ、ヘッドマウントディスプレイといった、表示部とユーザの距離が近い電子機器に好適に適用することができる。
<画素のレイアウト>
ここでは、画素レイアウトについて説明する。副画素の配列に特に限定はなく、様々な方法を適用することができる。副画素の配列としては、例えば、ストライプ配列、Sストライプ配列、マトリクス配列、デルタ配列、ベイヤー配列、及びペンタイル配列が挙げられる。
また、副画素の上面形状としては、例えば、三角形、四角形(例えば、長方形及び正方形を含む)、五角形などの多角形、これら多角形の角が丸い形状、楕円形、又は円形が挙げられる。ここで、副画素の上面形状は、発光デバイスの発光領域の上面形状に相当する。
図71(A)に示す画素80には、ストライプ配列が適用されている。図71(A)に示す画素80は、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cの3つの副画素から構成される。例えば、図72(A)に示すように、副画素80aを赤色の副画素Rとし、副画素80bを緑色の副画素Gとし、副画素80cを青色の副画素Bとしてもよい。
図71(B)に示す画素80には、Sストライプ配列が適用されている。図71(B)に示す画素80は、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cの3つの副画素から構成される。例えば、図72(B)に示すように、副画素80aを青色の副画素Bとし、副画素80bを赤色の副画素Rとし、副画素80cを緑色の副画素Gとしてもよい。
図71(C)は、各色の副画素がジグザグに配置されている例である。具体的には、平面図において、列方向に並ぶ2つの副画素(例えば、副画素80aと副画素80b、又は副画素80bと副画素80c)の上辺の位置がずれている。例えば、図72(C)に示すように、副画素80aを赤色の副画素Rとし、副画素80bを緑色の副画素Gとし、副画素80cを青色の副画素Bとしてもよい。
図71(D)に示す画素80は、角が丸い略台形の上面形状を有する副画素80aと、角が丸い略三角形の上面形状を有する副画素80bと、角が丸い略四角形または略六角形の上面形状を有する副画素80cと、を有する。また、副画素80aは、副画素80bよりも発光面積が広い。このように、各副画素の形状及びサイズはそれぞれ独立に決定することができる。例えば、信頼性の高い発光デバイスを有する副画素ほど、サイズを小さくすることができる。例えば、図72(D)に示すように、副画素80aを緑色の副画素Gとし、副画素80bを赤色の副画素Rとし、副画素80cを青色の副画素Bとしてもよい。
図71(E)に示す画素70A及び画素70Bには、ペンタイル配列が適用されている。図71(E)では、副画素80a及び副画素80bを有する画素70Aと、副画素80b及び副画素80cを有する画素70Bと、が交互に配置されている例を示す。例えば、図72(E)に示すように、副画素80aを赤色の副画素Rとし、副画素80bを緑色の副画素Gとし、副画素80cを青色の副画素Bとしてもよい。
図71(F)及び図71(G)に示す画素70A及び画素70Bは、デルタ配列が適用されている。画素70Aは上の行(1行目)に、2つの副画素(副画素80a、及び副画素80b)を有し、下の行(2行目)に、1つの副画素(副画素80c)を有する。画素70Bは上の行(1行目)に、1つの副画素(副画素80c)を有し、下の行(2行目)に、2つの副画素(副画素80a及び副画素80b)を有する。例えば、図72(F)に示すように、副画素80aを赤色の副画素Rとし、副画素80bを緑色の副画素Gとし、副画素80cを青色の副画素Bとしてもよい。
図71(F)は、各副画素が、角が丸い略四角形の上面形状を有する例であり、図71(G)は、各副画素が、円形の上面形状を有する例である。
フォトリソグラフィ法では、加工するパターンが微細になるほど、光の回折の影響を無視できなくなるため、露光によりフォトマスクのパターンを転写する際に忠実性が損なわれ、レジストマスクを所望の形状に加工することが困難になる。そのため、フォトマスクのパターンが矩形であっても、角が丸まったパターンが形成されやすい。したがって、副画素の上面形状が、多角形の角が丸い形状、楕円形、又は円形になることがある。
さらに、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、レジストマスクを用いてEL層を島状に加工する。EL層上に形成したレジスト膜は、EL層の耐熱温度よりも低い温度で硬化する必要がある。そのため、EL層の材料の耐熱温度及びレジスト材料の硬化温度によっては、レジスト膜の硬化が不十分になる場合がある。硬化が不十分なレジスト膜は、加工時に所望の形状から離れた形状をとることがある。その結果、EL層の上面形状が、多角形の角が丸い形状、楕円形、又は円形などになることがある。例えば、上面形状が正方形のレジストマスクを形成しようとした場合に、円形の上面形状のレジストマスクが形成され、EL層の上面形状が円形になることがある。
なお、EL層の上面形状を所望の形状とするために、設計パターンと、転写パターンとが、一致するように、あらかじめマスクパターンを補正する技術(OPC(Optical Proximity Correction:光近接効果補正)技術)を用いてもよい。具体的には、OPC技術では、マスクパターン上の図形コーナー部などに補正用のパターンを追加する。
図73(A)乃至図73(C)に示す画素80は、ストライプ配列が適用されている。
図73(A)は、各副画素が、長方形の上面形状を有する例であり、図73(B)は、各副画素が、2つの半円と長方形をつなげた上面形状を有する例であり、図73(C)は、各副画素が、楕円形の上面形状を有する例である。
図73(D)乃至図73(F)に示す画素80は、マトリクス配列が適用されている。
図73(D)は、各副画素が、正方形の上面形状を有する例であり、図73(E)は、各副画素が、角が丸い略正方形の上面形状を有する例であり、図73(F)は、各副画素が円形の上面形状を有する例である。
図73(A)乃至図73(F)に示す画素80は、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dの、4つの副画素から構成される。副画素80a、副画素80b、副画素80c、副画素80dは、それぞれ異なる色の光を発する。例えば、図74(A)及び図74(B)に示すように、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dは、それぞれ、赤色、緑色、青色、及び白色の副画素とすることができる。または、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dは、それぞれ、赤色、緑色、青色、及び赤外光を発光する副画素とすることができる。
副画素80dは、発光デバイスを有する。当該発光デバイスは、一例として、画素電極と、EL層と、共通電極と、を有する。なお、上記画素電極は、導電体112a乃至導電体112c、又は導電体126a乃至導電体126cと同様の材料を用いればよい。また、上記EL層は、例えば、第1の層113a、第2の層113b、又は第3の層113cと同様の材料を用いればよい。
図73(G)では、1つの画素80が2行3列で構成されている例を示す。画素80は、上の行(1行目)に、3つの副画素(副画素80a、副画素80b、及び副画素80c)を有し、下の行(2行目)に、3つの副画素80dを有する。言い換えると、画素80は、左の列(1列目)に、副画素80a及び副画素80dを有し、中央の列(2列目)に副画素80b及び副画素80dを有し、右の列(3列目)に副画素80c及び副画素80dを有する。図73(G)に示すように、上の行と下の行との副画素の配置を揃える構成とすることで、製造プロセスで生じうるゴミなどを効率よく除去することが可能となる。したがって、表示品位の高い表示装置を提供することができる。
図73(H)では、1つの画素80が、2行3列で構成されている例を示す。画素80は、上の行(1行目)に、3つの副画素(副画素80a、副画素80b、及び副画素80c)を有し、下の行(2行目)に、1つの副画素(副画素80d)を有する。言い換えると、画素80は、左の列(1列目)に、副画素80aを有し、中央の列(2列目)に副画素80bを有し、右の列(3列目)に副画素80cを有し、さらに、この3列にわたって、副画素80dを有する。
なお、図73(G)及び図73(H)に示す画素80において、例えば、図74(C)及び図74(D)に示すように、副画素80aを赤色の副画素Rとし、副画素80bを緑色の副画素Gとし、副画素80cを青色の副画素Bとし、副画素80dを白色の副画素Wとすることができる。
次に、図63の表示装置1000G、及び図64の表示装置1000Hに適用できる画素レイアウトの一例について説明する。表示装置1000G、及び表示装置1000Hの画素レイアウトは、図63の表示装置1000GのLEDチップ150a乃至LEDチップ150cの平面図(上面図)、又は図64の表示装置1000HのLEDチップ180R、LEDチップ180G、及びLEDチップ180Bの平面図(上面図)とみなすことができる。
図75(A)に示す画素80は、各副画素が長方形の上面形状を有し、かつ各副画素の長辺が隣り合うように配置されている例を示している。なお、各副画素は、互いに接するように配置されていてもよいし、互いに接しないように配置されていてもよい。
図75(A)に示す画素80は、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cの3つの副画素から構成される。一例として、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれは、異なる色の光を発する。例えば、ここでの異なる色としては、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)とすることができる。このため、図75(B)に示すように、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の副画素とすることができる。
なお、図75(B)において、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれが発する光の色は、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)以外では、シアン(C)、マゼンタ(M)、黄色(Y)、及び白色(W)とすることができる。
また、図75(A)に示す画素80の副画素の数は3つとしているが、図75(A)に示す画素80の副画素の数は、1つとしてもよいし、2つとしてもよいし、4つ以上としてもよい。例えば、図75(C)に示すように、画素80は、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dの4つの副画素から構成される。図75(C)の画素80は、図75(A)の画素80と同様に、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dのそれぞれが、異なる色の光を発する構成とすることができる。例えば、ここでの異なる色としては、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)とすることができる。このため、図75(D)に示すように、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)の副画素とすることができる。
なお、図75(D)において、副画素80a、副画素80b、副画素80c、及び副画素80dのそれぞれが発する光の色は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)、及び白色(W)以外では、シアン(C)、マゼンタ(M)、及び黄色(Y)とすることができる。
なお、図75(A)及び図75(C)の画素80では、各副画素の長辺が隣り合うように配置されている例を示しているが、画素80は、各副画素の短辺が隣り合うように配置されていてもよい。
図75(E)は、各副画素が正方形の上面形状を有し、かつ電極が形成されている例を示している。
図75(E)に示す画素80は、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cの3つの副画素と、電極として機能する導電体81と、から構成される。
一例として、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれは、異なる色の光を発する。例えば、ここでの異なる色としては、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)とすることができる。このため、図75(F)に示すように、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)の副画素とすることができる。
なお、図75(F)において、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれが発する光の色は、赤色(R)、緑色(G)、及び青色(B)以外では、シアン(C)、マゼンタ(M)、黄色(Y)、及び白色(W)とすることができる。
また、導電体81は、例えば、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cに備わる発光ダイオードの共通電極としての機能を有する。特に、当該共通電極としては、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれに含まれている発光ダイオードのカソード電極として機能することが好ましい。
導電体81は、例えば、図65(A)のLEDパッケージ170における、電極172、又は電極173に相当する。そのため、導電体81に適用できる材料は、例えば、電極172、又は電極173に適用できる材料を用いることができる。
なお、導電体81は、図75(G)に示すとおり、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cのそれぞれが、導電体81の上方に位置するように設けられていてもよい。つまり、導電体81上に、副画素80a、副画素80b、及び副画素80cが設けられている。図75(G)の画素80の導電体81は、図65(B)のLEDパッケージ170A1における、電極172に相当する。
また、図75(G)の画素80には、図65(B)のLEDパッケージ170A1における電極173に相当する導電体を図示していないが、図75(G)の画素80には、電極173に相当する導電体を有していてもよい。
また、図75(E)に示す画素80の電極は1つとしているが、図75(E)に示す画素80の電極の数は、2つ以上としてもよい。例えば、画素80には、副画素の数に応じて、電極の数を決めてもよい。一例として、図75(E)の画素80において、3つの副画素のそれぞれに、アノード電極及びカソード電極を設ける場合、画素80に設けられる電極の数は6つとなる。また、一例として、図75(E)の画素80において、3つの副画素のそれぞれに、アノード電極と、カソード電極となる共通電極と、を設ける場合、画素80に設けられる電極の数は4つとすることができる。
また、図75(E)の画素80は、導電体81が正方形の上面形状となっているが、導電体81の上面形状は、角が丸い略台形、角が丸い略正方形、角が丸い略六角形、半円と長方形を繋げた形状、円形、又は楕円形といった様々な形状としてもよい。
また、図71(A)乃至図71(G)、図73(A)乃至図73(H)、図75(A)、及び図75(C)のそれぞれに示している画素80に含まれている複数の副画素の一は、導電体81に置き換えた構成としてもよい。
なお、本明細書等で開示された、絶縁体、導電体、及び半導体は、PVD(Physical Vapor Deposition)法、又はCVD法により形成することができる。PVD法としては、例えば、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、又はPLD法が挙げられる。また、CVD法としては、プラズマCVD法、及び熱CVD法が挙げられる。特に、熱CVD法としては、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、及びALD法などが挙げられる。
熱CVD法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
熱CVD法は、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
また、ALD法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ(高速バルブとも呼ぶ)を切り替えて2種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第1の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス(例えば、アルゴン、或いは窒素)などを導入し、第2の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第2の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第1の原料ガスを排出した後、第2の原料ガスを導入してもよい。第1の原料ガスが基板の表面に吸着して第1の薄い層を成膜し、後から導入される第2の原料ガスと反応して、第2の薄い層が第1の薄い層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なFETを作製する場合に適している。
MOCVD法、及びALD法といった熱CVD法は、これまでに記載した実施形態に開示された金属膜、半導体膜、及び無機絶縁膜といった様々な膜を形成することができ、例えば、In-Ga-Zn-O膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム(In(CH)、トリメチルガリウム(Ga(CH)、及びジメチル亜鉛(Zn(CH)を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム(Ga(C)を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛(Zn(C)を用いることもできる。
例えば、ALD法を利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒とハフニウム前駆体化合物を含む液体(例えば、ハフニウムアルコキシド、テトラキスジメチルアミドハフニウム(TDMAH、Hf[N(CH)といったハフニウムアミド)を気化させた原料ガスと、酸化剤としてオゾン(O)の2種類のガスを用いる。また、他の材料としては、テトラキス(エチルメチルアミド)ハフニウムが挙げられる。
例えば、ALD法を利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体(例えば、トリメチルアルミニウム(TMA、Al(CH))を気化させた原料ガスと、酸化剤としてHOの2種類のガスを用いる。また、他の材料としては、トリス(ジメチルアミド)アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス(2,2,6,6-テトラメチル-3,5-ヘプタンジオナート)が挙げられる。
例えば、ALD法を利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサクロロジシランを被成膜面に吸着させ、酸化性ガス(例えば、O、又は一酸化二窒素)のラジカルを供給して吸着物と反応させる。
例えば、ALD法を利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、WFガスとBガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、WFガスとHガスを順次繰り返し導入してタングステン膜を形成する。なお、Bガスに代えてSiHガスを用いてもよい。
例えば、ALD法を利用する成膜装置により酸化物半導体膜としてIn-Ga-Zn-O膜を成膜する場合には、プリカーサ(一般的には、例えば、前駆体、又は金属プリカーサと呼ばれる場合がある)と酸化剤(一般的には、例えば、反応剤、リアクタント、又は非金属プリカーサと呼ばれる場合がある)を順次繰り返し導入して形成する。具体的には、例えば、プリカーサであるIn(CHガスと酸化剤であるOガスを導入してIn-O層を形成し、その後、プリカーサであるGa(CHガスと酸化剤であるOガスを導入してGaO層を形成し、更にその後プリカーサであるZn(CHガスと酸化剤であるOガスを導入してZnO層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてIn-Ga-O層、In-Zn-O層、又はGa-Zn-O層といった混合酸化物層を形成しても良い。なお、Oガスに替えて不活性ガス(例えば、アルゴン)で水をバブリングして得られたHOガスを用いても良いが、Hを含まないOガスを用いる方が好ましい。また、In(CHガスに替えて、In(Cガスを用いても良い。また、Ga(CHガスに替えて、Ga(Cガスを用いても良い。また、Zn(CHガスに替えて、Zn(C)2ガスを用いても良い。
また、本発明の一態様の表示装置に備わる表示部の画面率(アスペクト比)については、特に限定はない。例えば、表示部としては、1:1(正方形)、4:3、16:9、16:10、21:9、又は32:9といった様々な画面比率に対応することができる。
また、本発明の一態様の表示装置に備わる表示部の形状は、特に限定はない。例えば、表示部としては、矩形型、多角形(例えば、八角形など)、円型、又は楕円型といった様々な形状に対応することができる。
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、本発明の一態様に係る半導体装置に用いることができるトランジスタ、具体的には実施の形態4で説明したトランジスタ500について説明する。
<トランジスタの構成例>
図76(A)、図76(B)、及び図76(C)は、本発明の一態様に係る半導体装置に用いることができるトランジスタ500の平面図及び断面図である。
図76(A)は、トランジスタ500の平面図である。また、図76(B)、及び図76(C)は、トランジスタ500の断面図である。ここで、図76(B)は、図76(A)にA1-A2の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ500のチャネル長方向の断面図でもある。また、図76(C)は、図76(A)にA3-A4の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ500のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、図76(A)の平面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
図76(A)乃至図76(C)に示すように、トランジスタ500は、金属酸化物531aと、金属酸化物531bと、導電体542aと、導電体542bと、絶縁体580と、導電体560と、絶縁体550と、を有する。
金属酸化物531aは、一例として、基板(図示しない)の上に配置されている。また、金属酸化物531bは、金属酸化物531aの上に配置されている。また、導電体542a及び導電体542bは、金属酸化物531bの上に、互いに離隔して配置されている。また、絶縁体580は、導電体542a及び導電体542b上に配置されている。特に、絶縁体580は、導電体542aと導電体542bの間の領域に開口部が形成されている。また、導電体560は、当該開口部の中に配置されている。また、絶縁体550は、金属酸化物531b、導電体542a、導電体542b、及び絶縁体580と、導電体560と、の間に配置されている。ここで、図76(B)及び図76(C)に示すように、導電体560の上面は、絶縁体550、及び絶縁体580の上面と略一致することが好ましい。なお、以下において、金属酸化物531a及び金属酸化物531bをまとめて金属酸化物531という場合がある。また、導電体542a及び導電体542bをまとめて導電体542という場合がある。
図76(A)乃至図76(C)に示すトランジスタ500では、導電体542a及び導電体542bの導電体560側の側面が、概略垂直な形状を有している。なお、図76(A)乃至図76(C)に示すトランジスタ500は、これに限られるものではなく、導電体542a及び導電体542bの側面と底面がなす角が、10°以上80°以下、好ましくは、30°以上60°以下としてもよい。また、導電体542a及び導電体542bの対向する側面が、複数の面を有していてもよい。
なお、トランジスタ500では、チャネルが形成される領域(以下、チャネル形成領域ともいう)と、その近傍において、金属酸化物531a及び金属酸化物531bの2層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、金属酸化物531bの単層構造、又は3層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、金属酸化物531a及び金属酸化物531bのそれぞれが2層以上の積層構造を有していてもよい。
ここで、導電体560は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体542a及び導電体542bは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体560は、絶縁体580の開口、及び導電体542aと導電体542bに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。ここで、導電体560、導電体542a、及び導電体542bの配置は、絶縁体580の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ500において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体560を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるため、トランジスタ500の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、表示装置を高精細にすることができる。また、表示装置を狭額縁にすることができる。
図76(B)に示すように、導電体560は、絶縁体550の内側に設けられた導電体560aと、導電体560aの内側に埋め込まれるように設けられた導電体560bと、を有することが好ましい。なお、図76(B)及び図76(C)では、導電体560を2層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体560が、単層構造であってもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。
トランジスタ500は、基板(図示しない)の上に配置された絶縁体514と、絶縁体514上に配置された絶縁体516と、絶縁体516に埋め込まれるように配置された導電体505と、絶縁体516と導電体505上に配置された絶縁体522と、絶縁体522上に配置された絶縁体524と、を有することが好ましい。絶縁体524上に金属酸化物531aが配置されることが好ましい。
図76(B)及び図76(C)に示すように、絶縁体522、絶縁体524、金属酸化物531a、金属酸化物531b、導電体542a、導電体542b、及び絶縁体550と、絶縁体580と、の間に絶縁体554が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体554は、図76(B)及び図76(C)に示すように、絶縁体550の側面と、導電体542aの上面及び側面と、導電体542bの上面及び側面と、金属酸化物531aの側面と、金属酸化物531bの側面と、絶縁体524の側面と、絶縁体522の上面と、に接することが好ましい。
トランジスタ500の上に、層間膜として機能する絶縁体574、及び絶縁体581が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体574は、導電体560、絶縁体550、及び絶縁体580の上面に接して配置されることが好ましい。
絶縁体522、絶縁体554、及び絶縁体574は、水素(例えば、水素原子及び水素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体522、絶縁体554、及び絶縁体574は、絶縁体524、絶縁体550、及び絶縁体580より水素透過性が低いことが好ましい。また、絶縁体522及び絶縁体554は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体522及び絶縁体554は、絶縁体524、絶縁体550、及び絶縁体580より酸素透過性が低いことが好ましい。
トランジスタ500と電気的に接続し、プラグとして機能する導電体540(導電体540a及び導電体540b)が設けられることが好ましい。なお、プラグとして機能する導電体540の側面に接して絶縁体541(絶縁体541a及び絶縁体541b)が設けられる。つまり、絶縁体554、絶縁体580、絶縁体574及び絶縁体581の開口の内壁に接して絶縁体541が設けられる。また、絶縁体541の側面に接して導電体540の第1の導電体が設けられ、さらに内側に導電体540の第2の導電体が設けられる構成にしてもよい。ここで、導電体540の上面の高さと、絶縁体581の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ500では、導電体540の第1の導電体および導電体540の第2の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体540を単層、又は3層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
トランジスタ500は、チャネル形成領域を含む金属酸化物531(金属酸化物531a及び金属酸化物531b)に、酸化物半導体として機能する金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう)を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物531のチャネル形成領域となる金属酸化物として、バンドギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上のものを用いることが好ましい。
上記金属酸化物として、少なくともインジウム(In)又は亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。特に、インジウム(In)及び亜鉛(Zn)の双方を含むことが好ましい。また、これらに加えて、元素Mが含まれていることが好ましい。元素Mとして、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、スズ(Sn)、ホウ素(B)、チタン(Ti)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、ジルコニウム(Zr)、モリブデン(Mo)、ランタン(La)、セリウム(Ce)、ネオジム(Nd)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、マグネシウム(Mg)、又はコバルト(Co)の一以上を用いることができる。特に、元素Mは、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、イットリウム(Y)、及びスズ(Sn)から選ばれた一以上とすることが好ましい。また、元素Mは、Ga及びSnの一方又は双方を有することがさらに好ましい。
また、金属酸化物531bは、導電体542と重ならない領域の膜厚が、導電体542と重なる領域の膜厚より薄くなる場合がある。これは、導電体542a及び導電体542bを形成する際に、金属酸化物531bの上面の一部を除去することにより形成される。金属酸化物531bの上面には、導電体542となる導電膜を成膜した際に、当該導電膜との界面近傍に抵抗の低い領域が形成される場合がある。このように、金属酸化物531bの上面の導電体542aと導電体542bの間に位置する、抵抗の低い領域を除去することにより、当該領域にチャネルが形成されることを防ぐことができる。
本発明の一態様により、サイズが小さいトランジスタを有し、精細度が高い表示装置を提供することができる。又は、オン電流が大きいトランジスタを有し、輝度が高い表示装置を提供することができる。又は、動作が速いトランジスタを有し、動作が速い表示装置を提供することができる。又は、電気特性が安定したトランジスタを有し、信頼性が高い表示装置を提供することができる。又は、オフ電流が小さいトランジスタを有し、消費電力が低い表示装置を提供することができる。
本発明の一態様である表示装置に用いることができるトランジスタ500の詳細な構成について説明する。
導電体505は、金属酸化物531及び導電体560に重なる領域を有するように配置する。また、導電体505は、絶縁体516に埋め込まれて設けられることが好ましい。
導電体505は、導電体505a及び導電体505bを有する。導電体505aは、絶縁体516に設けられた開口の底面及び側壁に接して設けられる。導電体505bは、導電体505aに形成された凹部に埋め込まれるように設けられる。ここで、導電体505bの上面の高さは、導電体505aの上面の高さおよび絶縁体516の上面の高さと略一致する。
導電体505aは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、及びNO)、及び銅原子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体505aに、水素の拡散を低減する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電体505bに含まれる水素といった不純物が、絶縁体524等を介して、金属酸化物531に拡散することを抑制できる。また、導電体505aに、酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電体505bが酸化されて導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、及び酸化ルテニウムが挙げられる。したがって、導電体505aには、上記導電性材料を単層または積層とすればよい。例えば、導電体505aには、窒化チタンを用いればよい。
また、導電体505bには、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。例えば、導電体505bには、タングステンを用いればよい。
ここで、導電体560は、第1のゲート(トップゲートと呼称する場合がある)電極として機能する場合がある。また、導電体505は、第2のゲート(ボトムゲートと呼称する場合がある)電極として機能する場合がある。その場合、導電体505に印加する電位を、導電体560に印加する電位と連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ500のVthを制御することができる。特に、導電体505に負の電位を印加することにより、トランジスタ500のVthをより大きくし、オフ電流を小さくすることが可能となる。したがって、導電体505に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体560に印加する電位が0Vのときのドレイン電流を小さくすることができる。
導電体505は、金属酸化物531におけるチャネル形成領域よりも、大きく設けるとよい。特に、図76(C)に示すように、導電体505は、金属酸化物531のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延在していることが好ましい。つまり、金属酸化物531のチャネル幅方向における側面の外側において、導電体505及び導電体560は、絶縁体を介して互いに重畳していることが好ましい。
上記構成を有することで、第1のゲート電極としての機能を有する導電体560の電界と、第2のゲート電極としての機能を有する導電体505の電界によって、金属酸化物531のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
図76(C)に示すように、導電体505は延在させて、配線としても機能させている。ただし、これに限られることなく、導電体505の下に、配線として機能する導電体を設ける構成にしてもよい。
絶縁体514は、水及び水素といった不純物が、基板側からトランジスタ500に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体514は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、及びNO)、及び銅原子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する(上記不純物が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)絶縁性材料を用いることが好ましい。
例えば、絶縁体514には、酸化アルミニウム又は窒化シリコンを用いることが好ましい。これにより、水及び水素といった不純物が絶縁体514よりも基板側からトランジスタ500側に拡散することを抑制できる。または、絶縁体524等に含まれる酸素が、絶縁体514よりも基板側に、拡散することを抑制できる。
層間膜として機能する絶縁体516、絶縁体580、及び絶縁体581は、絶縁体514よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体516、絶縁体580、及び絶縁体581には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は窒化シリコンを用いることができる。また、絶縁体516、絶縁体580、及び絶縁体581には、例えば、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素と窒素を添加した酸化シリコン、又は空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。また、絶縁体516、絶縁体580、及び絶縁体581に適用できる材料は、上述した材料を適宜組み合わせたものとしてもよい。
絶縁体522及び絶縁体524は、ゲート絶縁体としての機能を有する。
ここで、金属酸化物531と接する絶縁体524では、加熱により酸素が脱離されていることが好ましい。本明細書等では、加熱により離脱する酸素を過剰酸素と呼ぶことがある。例えば、絶縁体524には、酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを適宜用いればよい。酸素を含む絶縁体を金属酸化物531に接して設けることにより、金属酸化物531中の酸素欠損を低減し、トランジスタ500の信頼性を向上させることができる。
絶縁体524として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、TDS分析にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が1.0×1018atoms/cm以上、好ましくは1.0×1019atoms/cm以上、さらに好ましくは2.0×1019atoms/cm以上、または3.0×1020atoms/cm以上である酸化物膜である。なお、上記TDS分析時における膜の表面温度は、100℃以上700℃以下、又は100℃以上400℃以下の範囲が好ましい。
絶縁体522は、絶縁体514と同様に、水及び水素といった不純物が、基板側からトランジスタ500に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。例えば、絶縁体522は、絶縁体524より水素透過性が低いことが好ましい。絶縁体522、絶縁体554、及び絶縁体574によって、絶縁体524、金属酸化物531、及び絶縁体550を囲むことにより、外方から水又は水素といった不純物がトランジスタ500に侵入することを抑制することができる。
さらに、絶縁体522は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。例えば、絶縁体522は、絶縁体524より酸素透過性が低いことが好ましい。絶縁体522が、酸素及び不純物の拡散を抑制する機能を有することで、金属酸化物531が有する酸素が、基板側へ拡散することを低減でき、好ましい。また、導電体505が、絶縁体524及び金属酸化物531が有する酸素と反応することを抑制することができる。
絶縁体522は、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、又はアルミニウムとハフニウムとを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)が挙げられる。このような材料を用いて絶縁体522を形成した場合、絶縁体522は、金属酸化物531からの酸素の放出、並びにトランジスタ500の周辺部から金属酸化物531への水素といった不純物の混入を抑制する層として機能する。
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又は、これらの絶縁体を窒化処理してもよい。又は、上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン、又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
絶縁体522は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、又は(Ba,Sr)TiO(BST)といったいわゆるhigh-k材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いてもよい。トランジスタの微細化及び高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、例えば、リーク電流といった問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にhigh-k材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
なお、絶縁体522及び絶縁体524が、2層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。例えば、絶縁体522の下に絶縁体524と同様の絶縁体を設ける構成にしてもよい。
金属酸化物531は、金属酸化物531aと、金属酸化物531a上の金属酸化物531bと、を有する。金属酸化物531b下に金属酸化物531aを有することで、金属酸化物531aよりも下方に形成された構造物から、金属酸化物531bへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、金属酸化物531は、各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物層の積層構造を有することが好ましい。例えば、金属酸化物531が、少なくともインジウム(In)と、元素Mと、を含む場合、金属酸化物531aを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物531aに含まれる元素Mの原子数の割合が、金属酸化物531bを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物531bに含まれる元素Mの原子数の割合より高いことが好ましい。また、金属酸化物531aに含まれる元素Mの、Inに対する原子数比が、金属酸化物531bに含まれる元素Mの、Inに対する原子数比より大きいことが好ましい。
金属酸化物531aの伝導帯下端のエネルギーが、金属酸化物531bの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、金属酸化物531aの電子親和力が、金属酸化物531bの電子親和力より小さいことが好ましい。
ここで、金属酸化物531a及び金属酸化物531bの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、金属酸化物531a及び金属酸化物531bの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、金属酸化物531aと金属酸化物531bとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、金属酸化物531aと金属酸化物531bが、酸素以外に共通の元素を有する(主成分とする。)ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、金属酸化物531bがIn-Ga-Zn酸化物の場合、金属酸化物531aには、In-Ga-Zn酸化物、Ga-Zn酸化物、又は酸化ガリウムを用いることができる。
具体的には、金属酸化物531aとして、In:Ga:Zn=1:3:4[原子数比]、又は1:1:0.5[原子数比]の金属酸化物を用いればよい。また、金属酸化物531bとして、In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比]、4:2:3[原子数比]、又は3:1:2[原子数比]の金属酸化物を用いればよい。
このとき、キャリアの主たる経路は金属酸化物531bとなる。金属酸化物531aを上述の構成とすることで、金属酸化物531aと金属酸化物531bとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ500は高いオン電流、及び高い周波数特性を得ることができる。
金属酸化物531b上には、ソース電極及びドレイン電極として機能する導電体542(導電体542a、および導電体542b)が設けられる。導電体542には、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、上述した金属元素から選ばれた二以上を成分とする合金、又は上述した金属から選ばれた二以上を組み合わせた合金を用いることが好ましい。例えば、導電体542には、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、又はランタンとニッケルを含む酸化物が用いられることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、及びランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料であり、また、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
金属酸化物531と接するように上記導電体542を設けることで、金属酸化物531の導電体542近傍において、酸素濃度が低減する場合がある。また、金属酸化物531の導電体542近傍において、導電体542に含まれる金属と、金属酸化物531の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、金属酸化物531の導電体542近傍の領域において、キャリア濃度が増加し、当該領域は、低抵抗領域となる。
ここで、導電体542aと導電体542bとの間の領域は、絶縁体580の開口に重畳して形成される。これにより、導電体542aと導電体542bの間に導電体560を自己整合的に配置することができる。
絶縁体550は、ゲート絶縁体として機能する。絶縁体550は、金属酸化物531bの上面に接して配置することが好ましい。また、絶縁体550には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、又は窒化シリコンを用いることができる。又は、絶縁体550には、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素と窒素とを添加した酸化シリコン、又は空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
絶縁体550は、絶縁体524と同様に、絶縁体550中の水及び水素といった不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体550の膜厚は、1nm以上20nm以下とするのが好ましい。
絶縁体580、絶縁体554、導電体542、及び金属酸化物531bと、絶縁体550と、の間に絶縁体を設けてもよい。当該絶縁体には、例えば、酸化アルミニウム、又は酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。当該絶縁体を設けることで、金属酸化物531bからの酸素の脱離、金属酸化物531bへの酸素の過剰供給、導電体542の酸化のうち一以上を抑制できる。
絶縁体550と導電体560との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体550から導電体560への酸素拡散を抑制することが好ましい。これにより、絶縁体550の酸素による導電体560の酸化を抑制することができる。
当該金属酸化物は、ゲート絶縁体の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁体550に酸化シリコン又は酸化窒化シリコンを用いる場合、当該金属酸化物には、比誘電率が高いhigh-k材料である金属酸化物を用いることが好ましい。ゲート絶縁体を、絶縁体550と当該金属酸化物との積層構造とすることで、熱に対して安定、且つ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、ゲート絶縁体の物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚(EOT)の薄膜化が可能となる。
具体的には、当該金属酸化物には、例えば、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、又はマグネシウムから選ばれた一種又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。特に、当該金属酸化物には、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、又はアルミニウムとハフニウムとを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)を用いることが好ましい。
導電体560は、図76(B)及び図76(C)では2層構造として示しているが、単層構造でもよいし、3層以上の積層構造であってもよい。
導電体560aは、上述の、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子(例えば、NO、NO、及びNO)、及び銅原子といった不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。または、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体560aが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体550に含まれる酸素により、導電体560bが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウムが挙げられる。
導電体560bは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体560は、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体560bは積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
図76(A)及び図76(C)に示すように、金属酸化物531bの導電体542と重ならない領域、言い換えると、金属酸化物531のチャネル形成領域において、金属酸化物531の側面が導電体560で覆うように配置されている。これにより、第1のゲート電極としての機能する導電体560の電界を、金属酸化物531の側面に作用させやすくなる。よって、トランジスタ500のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。
絶縁体554は、絶縁体514と同様に、水及び水素といった不純物が、絶縁体580側からトランジスタ500に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。例えば、絶縁体554は、絶縁体524より水素透過性が低いことが好ましい。さらに、図76(B)及び図76(C)に示すように、絶縁体554は、絶縁体550の側面と、導電体542aの上面及び側面と、導電体542bの上面及び側面と、金属酸化物531aの側面と、金属酸化物531bの側面と、絶縁体524の側面と、に接することが好ましい。このような構成にすることで、絶縁体580に含まれる水素が、導電体542a、導電体542b、金属酸化物531a、金属酸化物531b、及び絶縁体524の上面若しくは側面から金属酸化物531に侵入することを抑制できる。
さらに、絶縁体554は、酸素(例えば、酸素原子及び酸素分子の一方又は双方)の拡散を抑制する機能を有する(上記酸素が透過しにくい)ことが好ましい。例えば、絶縁体554は、絶縁体580又は絶縁体524より酸素透過性が低いことが好ましい。
絶縁体554は、スパッタリング法を用いて成膜されることが好ましい。絶縁体554を、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体524の絶縁体554と接する領域近傍に酸素を添加することができる。これにより、当該領域から、絶縁体524を介して金属酸化物531中に酸素を供給することができる。ここで、絶縁体554が、上方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物531から絶縁体580へ拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体522が、下方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物531から基板側へ拡散することを防ぐことができる。このようにして、金属酸化物531のチャネル形成領域に酸素が供給される。これにより、金属酸化物531の酸素欠損を低減し、トランジスタのノーマリーオン化(ゲートとソース間に0Vの電圧を印加した場合にチャネルが存在し、トランジスタに電流が流れる状態)を抑制することができる。
絶縁体554として、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。なお、アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、及びアルミニウムとハフニウムとを含む酸化物(ハフニウムアルミネート)が挙げられる。
絶縁体580は、絶縁体554を介して、絶縁体524、金属酸化物531、及び導電体542上に設けられる。例えば、絶縁体580には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素と窒素とを添加した酸化シリコン、又は空孔を有する酸化シリコンが用いられることが好ましい。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、及び空孔を有する酸化シリコンといった材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
絶縁体580中の水及び水素といった不純物の濃度が低減されていることが好ましい。また、絶縁体580の上面は、平坦化されていてもよい。
絶縁体574は、絶縁体514と同様に、水及び水素といった不純物が、上方から絶縁体580に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。絶縁体574には、例えば、絶縁体514又は絶縁体554に用いることができる絶縁体を用いればよい。
絶縁体574の上に、層間膜として機能する絶縁体581を設けることが好ましい。絶縁体581は、絶縁体524等と同様に、膜中の水及び水素といった不純物の濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体581、絶縁体574、絶縁体580、及び絶縁体554に形成された開口部に、導電体540a及び導電体540bを配置する。導電体540a及び導電体540bは、導電体560を挟んで対向して設ける。なお、導電体540a及び導電体540bの上面の高さは、絶縁体581の上面の高さと、略一致することが好ましい。
なお、絶縁体581、絶縁体574、絶縁体580、及び絶縁体554の開口部の内壁に接して、絶縁体541aが設けられ、その側面に接して導電体540aの第1の導電体が形成されている。当該開口部の底部の一部又は全部には導電体542aが位置しており、導電体540aが導電体542aと接する。同様に、絶縁体581、絶縁体574、絶縁体580、及び絶縁体554の開口部の内壁に接して、絶縁体541bが設けられ、その側面に接して導電体540bの第1の導電体が形成されている。当該開口部の底部の一部又は全部には導電体542bが位置しており、導電体540bが導電体542bと接する。
導電体540a及び導電体540bは、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体540a及び導電体540bは積層構造としてもよい。
導電体540を積層構造とする場合、導電体542、絶縁体554、絶縁体580、絶縁体574、及び絶縁体581と接する導電体には、上述した、水及び水素といった不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。例えば、当該導電体には、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、又は酸化ルテニウムを用いることが好ましい。また、水及び水素といった不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体は、単層構造又は積層構造を有してもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体580に添加された酸素が導電体540a及び導電体540bに吸収されることを抑制できる。また、絶縁体581より上層から水又は水素といった不純物が、導電体540a及び導電体540bを通じて金属酸化物531に混入することを抑制できる。
絶縁体541a及び絶縁体541bには、例えば、絶縁体554に用いることができる絶縁体を用いればよい。絶縁体541a及び絶縁体541bには、絶縁体554に接して設けられるため、絶縁体580から水及び水素といった不純物が、導電体540a及び導電体540bを通じて金属酸化物531に混入することを抑制できる。また、絶縁体580に含まれる酸素が導電体540a及び導電体540bに吸収されることを抑制できる。
図示しないが、導電体540a及び導電体540bのそれぞれの上面に接して配線として機能する導電体を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、又はアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。当該導電体は、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成されていてもよい。
<トランジスタの構成材料>
トランジスタ500に用いることができる構成材料について説明する。
[基板]
トランジスタ500を形成する基板には、例えば、絶縁体基板、半導体基板、又は導電体基板を用いればよい。絶縁体基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板(イットリア安定化ジルコニア基板等)、樹脂基板が挙げられる。また、半導体基板としては、例えば、シリコン若しくはゲルマニウムが含まれている半導体基板が挙げられる。又は、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、若しくは酸化ガリウムが含まれている化合物半導体基板が挙げられる。さらには、半導体基板としては、前述した半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えば、SOI基板が挙げられる。導電体基板としては、例えば、黒鉛基板、金属基板、合金基板、及び導電性樹脂基板が挙げられる。又は、導電体基板としては、例えば、金属の窒化物を有する基板、及び金属の酸化物を有する基板が挙げられる。さらには、導電体基板としては、例えば、絶縁体基板に導電体又は半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体又は絶縁体が設けられた基板、導電体基板に半導体又は絶縁体の一方が設けられた基板が挙げられる。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子としては、例えば、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、又は記憶素子が挙げられる。
[絶縁体]
絶縁体としては、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、及び金属窒化酸化物が挙げられる。
例えば、トランジスタの微細化、又は高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流といった問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、high-k材料を用いることで物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。
比誘電率の高い絶縁体としては、例えば、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムとハフニウムとを有する酸化物、アルミニウムとハフニウムとを有する酸化窒化物、シリコンとハフニウムとを有する酸化物、シリコンとハフニウムとを有する酸化窒化物、及びシリコンとハフニウムとを有する窒化物が挙げられる。
比誘電率が低い絶縁体としては、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素と窒素とを添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、及び樹脂が挙げられる。
酸化物半導体を用いたトランジスタは、水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁体(絶縁体514、絶縁体522、絶縁体554、及び絶縁体574)で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム、及びタンタルから選ばれた一以上を含む絶縁体を、単層で、または積層で用いればよい。具体的には、水及び水素といった不純物と、酸素と、の透過を抑制する機能を有する絶縁体としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、及び酸化タンタルといった金属酸化物、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化酸化シリコン、及び窒化シリコンといった金属窒化物が挙げられる。
ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する絶縁体であることが好ましい。例えば、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを金属酸化物531と接する構造とすることで、金属酸化物531が有する酸素欠損を補償することができる。
[導電体]
導電体としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、及びランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素から選ばれた二以上を成分とする合金、又は上述した金属元素から選ばれた二以上を組み合わせた合金を用いることが好ましい。あるいは、導電体には、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムとを含む窒化物、タンタルとアルミニウムとを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムとを含む酸化物、ランタンとニッケルとを含む酸化物を用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、及びランタンとニッケルを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、又は、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。あるいは、導電体には、不純物元素(例えば、リン)を含有させた多結晶シリコンに代表される電気伝導度が高い半導体、又はシリサイド(例えば、ニッケルシリサイド)を用いてもよい。
上記の材料で形成される導電体を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
なお、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物を用いる場合において、ゲート電極として機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素および酸素を含む導電性材料を用いることが好ましい。例えば、当該導電体には、前述した金属元素及び窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、例えば、当該導電体には、窒化チタン、及び窒化タンタルといった窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、例えば、当該導電体には、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、又はシリコンを添加したインジウム錫酸化物を用いてもよい。また、例えば、当該導電体には、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、外方の絶縁体等から混入する水素を捕獲することができる場合がある。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したOSトランジスタに用いることができる金属酸化物(以下、酸化物半導体ともいう。)について説明する。
OSトランジスタに用いる金属酸化物は、少なくともインジウム又は亜鉛を有することが好ましく、インジウム及び亜鉛を有することがより好ましい。例えば、金属酸化物は、インジウムと、M(Mは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、スズ、シリコン、ホウ素、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、及びコバルトから選ばれた一種又は複数種)と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Mは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種又は複数種であることが好ましく、ガリウムがより好ましい。
金属酸化物は、スパッタリング法、有機金属化学気相成長(MOCVD)法といった化学気相成長(CVD)法、又は原子層堆積(ALD)法などにより形成することができる。
以降では、金属酸化物の一例として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物について説明する。なお、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物を、In-Ga-Zn酸化物と呼ぶ場合がある。
<結晶構造の分類>
酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス(completely amorphousを含む)、CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)、CAC(cloud-aligned composite)、単結晶(single crystal)、及び多結晶(poly crystal)等が挙げられる。
なお、膜又は基板の結晶構造は、X線回折(XRD:X-Ray Diffraction)スペクトルを用いて評価することができる。例えば、GIXD(Grazing-Incidence XRD)測定で得られるXRDスペクトルを用いて評価することができる。なお、GIXD法は、薄膜法またはSeemann-Bohlin法ともいう。また、以下では、GIXD測定で得られるXRDスペクトルを、単に、XRDスペクトルと記す場合がある。
例えば、石英ガラス基板では、XRDスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するIn-Ga-Zn酸化物膜では、XRDスペクトルのピークの形状が左右非対称である。XRDスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、XRDスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法(NBED:Nano Beam Electron Diffraction)によって観察される回折パターン(極微電子線回折パターンともいう)にて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温成膜したIn-Ga-Zn酸化物膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温成膜したIn-Ga-Zn酸化物は、単結晶又は多結晶でもなく、非晶質状態でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
<<酸化物半導体の構造>>
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体として、例えば、上述のCAAC-OS、及びnc-OSがある。また、非単結晶酸化物半導体には、例えば、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体(a-like OS:amorphous-like oxide semiconductor)、非晶質酸化物半導体が挙げられる。
ここで、上述したCAAC-OS、nc-OS、及びa-like OSの詳細について、説明を行う。
[CAAC-OS]
CAAC-OSは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はc軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、CAAC-OS膜の厚さ方向、CAAC-OS膜の被形成面の法線方向、またはCAAC-OS膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、CAAC-OSは、a-b面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、CAAC-OSは、c軸配向し、a-b面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、1つ又は複数の微小な結晶(最大径が10nm未満である結晶)で構成される。結晶領域が1つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は10nm未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は、数十nm程度となる場合がある。
また、In-Ga-Zn酸化物において、CAAC-OSは、インジウム(In)、酸素を有する層(以下、In層)と、ガリウム(Ga)、亜鉛(Zn)、及び酸素を有する層(以下、(Ga,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムとガリウムは、互いに置換可能である。よって、(Ga,Zn)層にはインジウムが含まれる場合がある。また、In層にはガリウムが含まれる場合がある。なお、In層には亜鉛が含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能TEM(Transmission Electron Microscope)像において、格子像として観察される。
CAAC-OS膜に対し、例えば、XRD装置を用いて構造解析を行うと、θ/2θスキャンを用いたOut-of-plane XRD測定では、c軸配向を示すピークが2θ=31°またはその近傍に検出される。なお、c軸配向を示すピークの位置(2θの値)は、CAAC-OSを構成する金属元素の種類と組成により変動する場合がある。
また、例えば、CAAC-OS膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点(スポット)が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット(ダイレクトスポットともいう)を対称中心として、点対称の位置に観測される。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、例えば、五角形、七角形等の格子配列を有する場合がある。なお、CAAC-OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリー)を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC-OSが、a-b面方向において酸素原子の配列が稠密でないこと、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化すること、などによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、及び電界効果移動度の低下の一方又は双方を引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないCAAC-OSは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、CAAC-OSを構成するには、Znを有する構成が好ましい。例えば、In-Zn酸化物、及びIn-Ga-Zn酸化物は、In酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
CAAC-OSは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、CAAC-OS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。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入、及び欠陥の生成の一方又は双方によって低下する場合があるため、CAAC-OSは不純物および欠陥(例えば、酸素欠損)の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、CAAC-OSを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC-OSを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、CAAC-OSは、製造工程における高い温度(所謂サーマルバジェット)に対しても安定である。したがって、OSトランジスタにCAAC-OSを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
[nc-OS]
nc-OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。別言すると、nc-OSは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、1nm以上10nm以下、特に1nm以上3nm以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、nc-OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc-OSは、分析方法によっては、a-like OSおよび非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、nc-OS膜に対し、XRD装置を用いて構造解析を行うと、θ/2θスキャンを用いたOut-of-plane XRD測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、nc-OS膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径(例えば50nm以上)の電子線を用いる電子線回折(制限視野電子線回折ともいう。)を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、nc-OS膜に対し、ナノ結晶の大きさと近い、又はナノ結晶より小さいプローブ径(例えば1nm以上30nm以下)の電子線を用いる電子線回折(ナノビーム電子線回折ともいう。)を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
[a-like OS]
a-like OSは、nc-OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。a-like OSは、鬆又は低密度領域を有する。即ち、a-like OSは、nc-OS及びCAAC-OSと比べて、結晶性が低い。また、a-like OSは、nc-OS及びCAAC-OSと比べて、膜中の水素濃度が高い。
<<酸化物半導体の構成>>
次に、上述のCAC-OSの詳細について、説明を行う。なお、CAC-OSは材料構成に関する。
[CAC-OS]
CAC-OSとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上3nm以下、又はその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上3nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状又はパッチ状ともいう。
さらに、CAC-OSとは、第1の領域と、第2の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第1の領域が、膜中に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。つまり、CAC-OSは、当該第1の領域と、当該第2の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSを構成する金属元素に対するIn、Ga、及びZnの原子数比のそれぞれを、[In]、[Ga]、及び[Zn]と表記する。例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSにおいて、第1の領域は、[In]が、CAC-OS膜の組成における[In]よりも大きい領域である。また、第2の領域は、[Ga]が、CAC-OS膜の組成における[Ga]よりも大きい領域である。または、例えば、第1の領域は、[In]が、第2の領域における[In]よりも大きく、且つ、[Ga]が、第2の領域における[Ga]よりも小さい領域である。また、第2の領域は、[Ga]が、第1の領域における[Ga]よりも大きく、且つ、[In]が、第1の領域における[In]よりも小さい領域である。
具体的には、上記第1の領域は、インジウム酸化物、又はインジウム亜鉛酸化物が主成分である領域である。また、上記第2の領域は、ガリウム酸化物、又はガリウム亜鉛酸化物が主成分である領域である。つまり、上記第1の領域を、Inを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第2の領域を、Gaを主成分とする領域と言い換えることができる。
なお、上記第1の領域と、上記第2の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
また、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSとは、In、Ga、Zn、及びOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とする領域と、一部にInを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、CAC-OSは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
CAC-OSは、例えば基板を加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(例えば、代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましい。例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とする。
また、例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、Inを主成分とする領域(第1の領域)と、Gaを主成分とする領域(第2の領域)とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
ここで、第1の領域は、第2の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第1の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第1の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
一方、第2の領域は、第1の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第2の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
したがって、CAC-OSをトランジスタに用いる場合、第1の領域に起因する導電性と、第2の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能(On/Offさせる機能)をCAC-OSに付与することができる。つまり、CAC-OSとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、CAC-OSをトランジスタに用いることで、高いオン電流(Ion)、高い電界効果移動度(μ)、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
また、CAC-OSを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、CAC-OSは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a-like OS、CAC-OS、nc-OS、及びCAAC-OSのうち、二種以上を有していてもよい。
<酸化物半導体を有するトランジスタ>
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
特に、チャネルが形成される半導体層として、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IGZOとも記す)を用いることが好ましい。又は、半導体層としては、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAZOとも記す)を用いてもよい。又は、半導体層としては、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、及び亜鉛(Zn)を含む酸化物(IAGZOとも記す)を用いてもよい。
トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は1×1017cm-3以下、好ましくは1×1015cm-3以下、さらに好ましくは1×1013cm-3以下、より好ましくは1×1011cm-3以下、さらに好ましくは1×1010cm-3未満であり、1×10-9cm-3以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物は、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、及びシリコンが挙げられる。なお、酸化物半導体中の不純物とは、例えば、酸化物半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物と言える。
<不純物>
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコン又は炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体中のシリコンまたは炭素の濃度(二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1017atoms/cm以下とする。
酸化物半導体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオンとなりやすい。このため、SIMSにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm以下、好ましくは2×1016atoms/cm以下にする。
酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオンとなりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、SIMSにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、5×1019atoms/cm未満、好ましくは5×1018atoms/cm以下、より好ましくは1×1018atoms/cm以下、さらに好ましくは5×1017atoms/cm以下にする。
酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオンとなりやすい。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、SIMSにより得られる酸化物半導体中の水素濃度を、1×1020atoms/cm未満、好ましくは1×1019atoms/cm未満、より好ましくは5×1018atoms/cm未満、さらに好ましくは1×1018atoms/cm未満にする。
不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器に適用できる表示モジュールについて説明する。
<表示モジュールの構成例>
初めに、本発明の一態様の電子機器に適用できる表示装置を備えた表示モジュールについて説明する。
図77(A)に、表示モジュール1280の斜視図を示す。表示モジュール1280は、表示装置1000と、FPC1290と、を有する。
表示モジュール1280は、基板1291及び基板1292を有する。表示モジュール1280は、表示部1281を有する。表示部1281は、表示モジュール1280における画像を表示する領域であり、後述する画素部1284に設けられる各画素からの光を視認できる領域である。
図77(B)に、基板1291側の構成を模式的に示した斜視図を示している。基板1291上には、回路部1282と、回路部1282上の画素回路部1283と、画素回路部1283上の画素部1284と、が積層されている。また、基板1291上の画素部1284と重ならない部分に、FPC1290と接続するための端子部1285が設けられている。端子部1285と回路部1282とは、複数の配線により構成される配線部1286により電気的に接続されている。
なお、画素部1284及び画素回路部1283は、例えば、前述した画素層PXALに相当する。また、回路部1282は、例えば、前述した回路層SICLに相当する。
画素部1284は、周期的に配列した複数の画素1284aを有する。図77(B)の右側に、1つの画素1284aの拡大図を示している。画素1284aは、発光色が互いに異なる発光デバイス1430a、発光デバイス1430b、及び発光デバイス1430cを有する。なお、発光デバイス1430a、発光デバイス1430b、及び発光デバイス1430cは、例えば、前述した発光デバイス130R、発光デバイス130G、及び発光デバイス130Bに相当する。前述した複数の発光デバイスは、図77(B)に示すようにストライプ配列で配置してもよい。また、デルタ配列及びペンタイル配列といった様々な配列方法を適用することができる。
画素回路部1283は、周期的に配列した複数の画素回路1283aを有する。
1つの画素回路1283aは、1つの画素1284aが有する3つの発光デバイスの発光を制御する回路である。1つの画素回路1283aは、1つの発光デバイスの発光を制御する回路が3つ設けられる構成としてもよい。例えば、画素回路1283aは、1つの発光デバイスにつき、1つの選択トランジスタと、1つの電流制御用トランジスタ(駆動トランジスタ)と、容量と、を少なくとも有する構成とすることができる。このとき、選択トランジスタのゲートにはゲート信号が、ソース及びドレインの一方にはソース信号が、それぞれ入力される。これにより、アクティブマトリクス型の表示装置が実現されている。
回路部1282は、画素回路部1283の各画素回路1283aを駆動する回路を有する。例えば、ゲート線駆動回路及びソース線駆動回路の一方又は双方を有することが好ましい。このほか、演算回路、メモリ回路、及び電源回路から選ばれた一以上を有していてもよい。
FPC1290は、外部から回路部1282に画像信号又は電源電位を供給するための配線として機能する。また、FPC1290上にICが実装されていてもよい。
表示モジュール1280は、画素部1284の下側に画素回路部1283及び回路部1282の一方又は双方が積層された構成とすることができるため、表示部1281の開口率(有効表示面積比)を極めて高くすることができる。例えば表示部1281の開口率は、40%以上100%未満、好ましくは50%以上95%以下、より好ましくは60%以上95%以下とすることができる。また、画素1284aを極めて高密度に配置することが可能で、表示部1281の精細度を極めて高くすることができる。例えば、表示部1281には、2000ppi以上、好ましくは3000ppi以上、より好ましくは5000ppi以上、さらに好ましくは6000ppi以上であって、20000ppi以下、または30000ppi以下の精細度で、画素1284aが配置されることが好ましい。
このような表示モジュール1280は、極めて高精細であることから、ヘッドマウントディスプレイなどのVR向け機器、又はメガネ型のAR向け機器に好適に用いることができる。例えば、レンズを通して表示モジュール1280の表示部を視認する構成の場合であっても、表示モジュール1280は極めて高精細な表示部1281を有するためにレンズで表示部を拡大しても画素が視認されず、没入感の高い表示を行うことができる。また、表示モジュール1280はこれに限られず、比較的小型の表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。例えば腕時計などの装着型の電子機器の表示部に好適に用いることができる。
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8)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器の一例として、表示装置が適用された電子機器の例について説明する。
図78(A)及び図78(B)には、ヘッドマウントディスプレイである電子機器8300の外観を示している。
電子機器8300は、筐体8301、表示部8302、操作ボタン8303、及びバンド状の固定具8304を有する。
操作ボタン8303は、電源ボタンなどの機能を有する。また、電子機器8300は、操作ボタン8303の他にボタンを有していてもよい。
また、図78(C)に示すように、表示部8302と使用者の目の位置との間に、レンズ8305を有していてもよい。レンズ8305により、使用者は表示部8302を拡大して観ることができるため、より臨場感が高まる。このとき、図78(C)に示すように、視度調節のためにレンズの位置を変化させるダイヤル8306を有していてもよい。
表示部8302には、例えば、極めて精細度が高い表示装置を用いることが好ましい。表示部8302に極めて精細度が高い表示装置を用いることによって、図78(C)のようにレンズ8305を用いて表示部8302を拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
図78(A)乃至図78(C)には、1枚の表示部8302を有する場合の例を示している。このような構成とすることで、部品点数を削減することができる。
表示部8302は、左右2つの領域にそれぞれ右目用の画像と左目用の画像との2つの画像を並べて表示することができる。これにより、両眼視差を用いた立体映像を表示することができる。
また、表示部8302の全域に亘って、両方の目で視認可能な一つの画像を表示してもよい。これにより、視野の両端に亘ってパノラマ映像を表示することが可能となるため、現実感が高まる。
ここで、電子機器8300は、ユーザの頭部の大きさ、目の位置などに応じて、表示部8302の曲率を適切な値に変化させる機構を有することが好ましい。例えば、表示部8302の曲率を調整するためのダイヤル8307を操作することで、ユーザ自身が表示部8302の曲率を調整してもよい。又は、筐体8301にユーザの頭部の大きさ、又は目の位置を検出するセンサ(例えば、カメラ、接触式センサ、及び非接触式センサ)を設け、センサの検出データに基づいて表示部8302の曲率を調整する機構を有していてもよい。
また、レンズ8305を用いる場合には、表示部8302の曲率と同期して、レンズ8305の位置及び角度を調整する機構を備えることが好ましい。又は、ダイヤル8306が、レンズの角度を調整する機能を有していてもよい。
図78(E)及び図78(F)には、表示部8302の曲率を制御する駆動部8308を備える例を示している。駆動部8308は、表示部8302の一部又は全部と固定されている。駆動部8308は、表示部8302と固定される部分が変形又は移動することにより、表示部8302を変形させる機能を有する。
図78(E)には、頭部の大きさが比較的大きなユーザ8310が筐体8301を装着している場合の模式図である。このとき、表示部8302の形状が、曲率が比較的小さく(曲率半径が大きく)なるように、駆動部8308により調整されている。
一方、図78(F)には、ユーザ8310と比較して頭部の大きさが小さいユーザ8311が、筐体8301を装着している場合を示している。また、ユーザ8311は、ユーザ8310と比較して、両目の間隔が狭い。このとき、表示部8302の形状は、表示部8302の曲率が大きく(曲率半径が小さく)なるように、駆動部8308により調整される。図78(F)には、図78(E)での表示部8302の位置及び形状を破線で示している。
このように、電子機器8300は、表示部8302の曲率を調整する機構を有することで、老若男女様々なユーザに、最適な表示を提供することができる。
また、表示部8302に表示するコンテンツに応じて、表示部8302の曲率を変化させることで、ユーザに高い臨場感を与えることもできる。例えば、表示部8302の曲率を振動させることで揺れを表現することができる。このように、コンテンツ内の場面に合わせた様々な演出をすることができ、ユーザに新たな体験を提供することができる。さらにこのとき、筐体8301に設けた振動モジュールと連動させることにより、より臨場感の高い表示が可能となる。
なお、電子機器8300は、図78(D)に示すように2つの表示部8302を有していてもよい。
2つの表示部8302を有することで、使用者は片方の目につき1つの表示部を見ることができる。これにより、視差を用いた3次元表示を行う際であっても、高い画面解像度の映像を表示することができる。また、表示部8302は使用者の目を概略中心とした円弧状に湾曲している。これにより、使用者の目から表示部の表示面までの距離が一定となるため、使用者はより自然な映像を見ることができる。また、表示部からの光の輝度及び色度が見る角度によって変化してしまうような場合であっても、表示部の表示面の法線方向に使用者の目が位置するため、実質的にその影響を無視することができるため、より現実感のある映像を表示することができる。
図79(A)乃至図79(C)は、図78(A)乃至図78(D)のそれぞれに示す電子機器8300とは異なる、電子機器8300の外観を示す図である。具体的には、例えば、図79(A)乃至図79(C)は、頭部に装着する固定具8304aを有する点と、一対のレンズ8305を有する点と、において、図78(A)乃至図78(D)と異なっている。
使用者は、レンズ8305を通して、表示部8302の表示を視認することができる。なお、表示部8302を湾曲して配置させると、使用者が高い臨場感を感じることができるため好ましい。また、表示部8302の異なる領域に表示された別の画像を、レンズ8305を通して視認することで、視差を用いた3次元表示を行うこともできる。なお、表示部8302を1つ設ける構成に限らず、表示部8302を2つ設け、使用者の片方の目につき1つの表示部を配置してもよい。
なお、表示部8302には、例えば、極めて精細度が高い表示装置を用いることが好ましい。表示部8302に極めて精細度が高い表示装置を用いることによって、図79(C)のようにレンズ8305を用いて表示部8302を拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
また、本発明の一態様の電子機器である、ヘッドマウントディスプレイは、図79(D)に示すグラス型のヘッドマウントディスプレイである電子機器8200の構成であってもよい。
電子機器8200は、装着部8201、レンズ8202、本体8203、表示部8204、及びケーブル8205を有している。また装着部8201には、バッテリ8206が内蔵されている。
ケーブル8205は、バッテリ8206から本体8203に電力を供給する。本体8203は無線受信機を備え、受信した映像情報を表示部8204に表示させることができる。また、本体8203はカメラを備え、使用者の眼球又はまぶたの動きの情報を入力手段として用いることができる。
また、装着部8201には、使用者に触れる位置に、使用者の眼球の動きに伴って流れる電流を検知可能な複数の電極が設けられ、視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流により、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部8201には、温度センサ、圧力センサ、及び加速度センサといった各種センサを有していてもよく、これにより、電子機器8200は、使用者の生体情報を表示部8204に表示する機能を有してもよい。また、電子機器8200は、使用者の頭部の動きに合わせて表示部8204に表示する映像を変化させる機能を有していてもよい。
図80(A)乃至図80(C)は、図78(A)乃至図78(D)、及び図79(A)乃至図79(C)のそれぞれに示す電子機器8300、図79(D)に示す電子機器8200とは異なる、電子機器8750の外観を示す図である。
図80(A)は、電子機器8750の正面、上面、及び左側面を示す斜視図であり、図80(B)及び図80(C)は、電子機器8750の背面、底面、及び右側面を示す斜視図である。
電子機器8750は、一対の表示装置8751、筐体8752、一対の装着部8754、緩衝部材8755、一対のレンズ8756を有する。一対の表示装置8751は、筐体8752の内部の、レンズ8756を通して視認できる位置にそれぞれ設けられている。
ここで、一対の表示装置8751の一方は、一例として、図10に示す表示装置DSPなどに対応している。また図示しないが、図80(A)乃至図80(C)に示す電子機器8750は、先の実施の形態で説明した処理部を有する電子部品(例えば、実施の形態3で説明した周辺回路PRPHなど)を有する。また、図示しないが、図80(A)乃至図80(C)に示す電子機器8750は、カメラを有する。当該カメラは、使用者の眼及びその近傍を撮像することができる。また、図示しないが、図80(A)乃至図80(C)に示す電子機器8750では、動き検出部、オーディオ、制御部、通信部、及びバッテリを筐体8752内に備える。
電子機器8750は、VR向けの電子機器である。電子機器8750を装着した使用者は、レンズ8756を通して表示装置8751に表示される画像を視認することができる。また一対の表示装置8751に異なる画像を表示させることで、視差を用いた3次元表示を行うこともできる。
また、筐体8752の背面側には、入力端子8757と、出力端子8758とが設けられている。入力端子8757には映像出力機器からの画像信号、または筐体8752内に設けられるバッテリを充電するための電力を供給するケーブルを接続することができる。出力端子8758としては、例えば音声出力端子として機能し、イヤホン、又はヘッドホンを接続することができる。
また、筐体8752は、レンズ8756及び表示装置8751が、使用者の眼の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ8756と表示装置8751との距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。
上記カメラ、表示装置8751、及び上記電子部品を用いることで、電子機器8750は、電子機器8750の使用者の状態を推定し、推定した使用者の状態に関する情報を表示装置8751に表示することができる。または、電子機器8750とネットワークを介して接続された電子機器の使用者の状態に関する情報を、表示装置8751に表示することができる。
緩衝部材8755は、使用者の顔(例えば、額又は頬)に接触する部分である。緩衝部材8755が使用者の顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材8755は、使用者が電子機器8750を装着した際に使用者の顔に密着するよう、緩衝部材8755には柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、ウレタン、及びスポンジといった素材を用いることができる。また、当該素材の表面を布、又は革(例えば、天然皮革又は合成皮革)で覆ったものを用いると、使用者の顔と緩衝部材8755との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。また、このような素材を用いると、肌触りが良いことに加え、寒い季節などに装着した際に、使用者に冷たさを感じさせないため好ましい。緩衝部材8755又は装着部8754などの、使用者の肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニング又は交換が容易となるため好ましい。
本実施の形態の電子機器は、さらに、イヤホン8754Aを有していてもよい。イヤホン8754Aは、通信部(図示しない)を有し、無線通信機能を有する。イヤホン8754Aは、無線通信機能により、音声データを出力することができる。なお、イヤホン8754Aは、骨伝導イヤホンとして機能する振動機構を有していてもよい。
またイヤホン8754Aは、図80(C)に図示するイヤホン8754Bのように、装着部8754に直接接続されている構成、又は有線接続されている構成とすることができる。また、イヤホン8754B及び装着部8754はマグネットを有していてもよい。これにより、イヤホン8754Bを装着部8754に磁力によって固定することができ、収納が容易となり好ましい。
イヤホン8754Aはセンサ部を有してもよい。当該センサ部を用いて、当該電子機器の使用者の状態を推定することができる。
また、本発明の一態様の電子機器は、上述した構成例のいずれか一に加えて、アンテナ、バッテリ、カメラ、スピーカ、マイク、タッチセンサ、及び操作ボタンから選ばれた一以上を有してもよい。
本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池(例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池))、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、及び銀亜鉛電池が挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像、情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、4K2K、8K4K、16K8K、又はそれ以上の画面解像度を有する映像を表示させることができる。
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9)
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
以下で例示する電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を備えるものである。したがって、高い精細度が実現された電子機器である。
本発明の一態様は、表示装置と、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、タッチセンサ、及び操作ボタンから選ばれた一以上を有する。
本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、実施の形態8で説明した二次電池の説明を参照することができる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。なお、アンテナとしては、例えば、実施の形態8で説明したアンテナの説明を参照することができる。
本発明の一態様の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、4K2K、8K4K、16K8K、又はそれ以上の画面解像度を有する映像を表示させることができる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、ノート型のパーソナルコンピュータ、モニタ装置、デジタルサイネージ、パチンコ機、又はゲーム機といった比較的大きな画面を備える電子機器が挙げられる。また、電子機器としては、例えば、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、又は音響再生装置といった比較的小さな画面を備える電子機器も挙げられる。
本発明の一態様が適用された電子機器は、家屋又はビルといった建物の内壁又は外壁に沿って組み込むことができる。また、当該電子機器は、自動車等の内装又は外装が有する平面又は曲面に沿って組み込むことができる。
[携帯電話]
図81(A)に示す情報端末5500は、情報端末の一種である携帯電話(スマートフォン)である。情報端末5500は、筐体5510と、表示部5511と、を有しており、入力用インターフェースとして、タッチパネルが表示部5511に備えられ、ボタンが筐体5510に備えられている。
[ウェアラブル端末]
図81(B)は、ウェアラブル端末の一例である情報端末5900の外観を示す図である。情報端末5900は、筐体5901、表示部5902、操作ボタン5903、竜頭5904、及びバンド5905を有する。
[情報端末]
また、図81(C)には、ノート型情報端末5300が図示されている。図81(C)に示すノート型情報端末5300には、一例として、筐体5330aに表示部5331が備えられ、筐体5330bにキーボード部5350が備えられている。
なお、上述では、電子機器としてスマートフォン、ウェアラブル端末、及びノート型情報端末を例として、それぞれ図81(A)乃至図81(C)に図示したが、スマートフォン、ウェアラブル端末、及びノート型情報端末以外の情報端末にも適用することができる。スマートフォン、ウェアラブル端末、及びノート型情報端末以外の情報端末としては、例えば、PDA(Personal Digital Assistant)、デスクトップ用情報端末、及びワークステーションが挙げられる。
[カメラ]
図81(D)は、ファインダー8100を取り付けた状態のカメラ8000の外観を示す図である。
カメラ8000は、筐体8001、表示部8002、操作ボタン8003、及びシャッターボタン8004を有する。またカメラ8000には、着脱可能なレンズ8006が取り付けられている。
なおカメラ8000は、レンズ8006と筐体とが一体となっていてもよい。
カメラ8000は、シャッターボタン8004を押す、又はタッチパネルとして機能する表示部8002をタッチすることにより撮像することができる。
筐体8001は、電極を有するマウントを有し、ファインダー8100のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー8100は、筐体8101、表示部8102、及びボタン8103を有する。
筐体8101は、カメラ8000のマウントと係合するマウントにより、カメラ8000に取り付けられている。ファインダー8100はカメラ8000から受信した映像を表示部8102に表示させることができる。
ボタン8103は、電源ボタンとしての機能を有する。
表示部8002及び表示部8102の一方又は双方に本発明の一態様の表示装置を適用することができる。なお、ファインダーが内蔵されたカメラ8000であってもよい。
[ゲーム機]
図81(E)は、ゲーム機の一例である携帯ゲーム機5200の外観を示す図である。携帯ゲーム機5200は、筐体5201、表示部5202、及びボタン5203を有する。
また、携帯ゲーム機5200の映像は、テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ、ゲーム用ディスプレイ、又はヘッドマウントディスプレイに備えられる表示装置によって、出力することができる。
携帯ゲーム機5200に上記実施の形態で説明した表示装置を適用することによって、低消費電力の携帯ゲーム機5200を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。
図81(E)では、ゲーム機の一例として携帯ゲーム機を図示しているが、本発明の一態様の電子機器はこれに限定されない。本発明の一態様の電子機器としては、例えば、据え置き型ゲーム機、娯楽施設(例えば、ゲームセンター又は遊園地)に設置されるアーケードゲーム機、及びスポーツ施設に設置されるバッティング練習用の投球マシンなどが挙げられる。
[テレビジョン装置]
図81(F)は、テレビジョン装置を示す斜視図である。テレビジョン装置9000は、筐体9002、表示部9001、スピーカ9003、操作キー9005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子9006、及びセンサ9007(例えば、力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい、若しくは光(可視光線、又は不可視光線(例えば、赤外線、又は紫外線)を含む)を測定する機能、又は検知する機能を含むもの)を有する。本発明の一態様の表示装置は、テレビジョン装置に備えることができる。テレビジョン装置は、例えば、50インチ以上、又は100インチ以上の表示部9001を組み込むことが可能である。
テレビジョン装置9000に上記実施の形態で説明した表示装置を適用することによって、低消費電力のテレビジョン装置9000を実現することができる。また、低消費電力により、回路からの発熱を低減することができるため、発熱によるその回路自体、周辺回路、及びモジュールへの影響を少なくすることができる。
[移動体]
本発明の一態様の表示装置は、移動体である自動車の運転席周辺に適用することもできる。
図81(G)は、自動車の室内におけるフロントガラス周辺を表す図である。図81(G)では、ダッシュボードに取り付けられた表示パネル5701、表示パネル5702、表示パネル5703の他、ピラーに取り付けられた表示パネル5704を図示している。
表示パネル5701乃至表示パネル5703には、ナビゲーション情報、スピードメーター、タコメーター、走行距離、燃料計、ギア状態、又は空調の設定のうち一以上を表示することができる。また、表示パネルに表示される表示項目及びレイアウトは、ユーザの好みに合わせて適宜変更することができ、デザイン性を高めることが可能である。表示パネル5701乃至表示パネル5703は、照明装置として用いることも可能である。
表示パネル5704には、車体に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、ピラーで遮られた視界(死角)を補完することができる。すなわち、自動車の外側に設けられた撮像手段からの画像を表示することによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。表示パネル5704は、照明装置として用いることもできる。
本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル5701乃至表示パネル5704に適用できる。
なお、上述では、移動体の一例として自動車について説明しているが、移動体は自動車に限定されない。例えば、移動体としては、電車、モノレール、船、及び飛行体(例えば、ヘリコプター、無人航空機(ドローン)、飛行機、及びロケット)なども挙げることができ、これらの移動体に本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
[電子看板]
図81(H)は、壁に取り付けが可能な電子看板(デジタルサイネージ)の例を示している。図81(H)は、電子看板6200が壁6201に取り付けられている様子を示している。本発明の一態様の表示装置は、例えば、電子看板6200の表示部に適用することができる。また、電子看板6200には、タッチパネルなどのインターフェースなどが設けられていてもよい。
なお、上記では、電子看板の一例として、壁に取り付けが可能な電子機器の例を示しているが、電子看板の種類はこれに限定されない。例えば、電子看板としては、柱に取り付けるタイプ、地面に置くスタンドタイプ、又は建築物の屋上若しくは側壁に設置するタイプが挙げられる。
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。
DSP:表示装置、DSP0:表示装置、DSP3A:表示装置、DSP3B:表示装置、DSP3C:表示装置、DSP3CA:表示装置、DSP3D:表示装置、DSP3DA:表示装置、DSP3E:表示装置、DSP3EA:表示装置、DSP3F:表示装置、DSP3G:表示装置、DSP3GA:表示装置、DSP3GB:表示装置、DSP3GC:表示装置、DSP4A:表示装置、DSP4AA:表示装置、DSP4AX:表示装置、DSP4B:表示装置、DSP4BA:表示装置、DSP4BB:表示装置、DSP4C:表示装置、DSP4CA:表示装置、DSP4CB:表示装置、DSP4D:表示装置、DSP4DA:表示装置、DSP4DB:表示装置、DSP4DBA:表示装置、DSP4DC:表示装置、DSP4DCA:表示装置、DSP4DD:表示装置、DSP4DDA:表示装置、PXAL:画素層、EML:層、OSL:層、LINL:配線層、SICL:回路層、LIA:領域、BS:基板、DIS:表示部、DRV:駆動回路領域、ARA[1,1]:領域、ARA[1,2]:領域、ARA[1,q-1]:領域、ARA[1,q]:領域、ARA[2,1]:領域、ARA[2,2]:領域、ARA[2,q-1]:領域、ARA[2,q]:領域、ARA[p-1,1]:領域、ARA[p-1,2]:領域、ARA[p-1,q-1]:領域、ARA[p-1,q]:領域、ARA[p,1]:領域、ARA[p,2]:領域、ARA[p,q-1]:領域、ARA[p,q]:領域、ARD[1,1]:回路領域、ARD[1,2]:回路領域、ARD[1,q-1]:回路領域、ARD[1,q]:回路領域、ARD[2,1]:回路領域、ARD[2,2]:回路領域、ARD[2,q-1]:回路領域、ARD[2,q]:回路領域、ARD[p-1,1]:回路領域、ARD[p-1,2]:回路領域、ARD[p-1,q-1]:回路領域、ARD[p-1,q]:回路領域、ARD[p,1]:回路領域、ARD[p,2]:回路領域、ARD[p,q-1]:回路領域、ARD[p,q]:回路領域、PRPH:周辺回路、SD:駆動回路、SDS:回路、DMS:分配回路、GD:駆動回路、GDS:回路、DMG:分配回路、CTR:制御部、MD:記憶装置、PG:電圧生成回路、GPS:画像処理部、CKS:クロック信号生成回路、TMC:タイミングコントローラ、BW:バス配線、CLM:列ドライバ回路、RWD:行ドライバ回路、CD:回路、CD[1]:回路、CD[j]:回路、CD[n]:回路、ALP:画素アレイ、PX:画素、PX[1,1]:画素、PX[m,1]:画素、PX[1,n]:画素、PX[m,n]:画素、PX[i,j]:画素、M1:トランジスタ、M2:トランジスタ、M6:トランジスタ、MA:トランジスタ、MB:トランジスタ、M11:トランジスタ、M12:トランジスタ、M13:トランジスタ、SW1:スイッチ、SW6:スイッチ、SW7:スイッチ、SW8:スイッチ、SW9:スイッチ、SWA:スイッチ、SWB:スイッチ、SW11:スイッチ、SW11I:スイッチ、SW12:スイッチ、SW12I:スイッチ、SW13:スイッチ、SW13I:スイッチ、C1:容量、C2:容量、C2I:容量、C3:容量、C4:容量、LD:発光デバイス、INV:インバータ回路、N1:ノード、N2:ノード、N3:ノード、N4:ノード、NB:ノード、SL:配線、SL[1]:配線、SL[j]:配線、SL[n]:配線、GL:配線、GL[1]:配線、GL[j]:配線、GL[n]:配線、GL1:配線、GL6:配線、GL7:配線、GL8:配線、GL9:配線、GLA:配線、GLB:配線、GL11:配線、GL12:配線、GL13:配線、SWL11:配線、SWL12:配線、SWL13:配線、VE0:配線、VE2:配線、VE3:配線、VE4:配線、VE5:配線、VE6:配線、VE7:配線、G1:配線、G2:配線、ANO:配線、VCOM:配線、V0:配線、BGM:導電体、SDMB:導電体、SDMT:導電体、GEM:導電体、SMC:半導体、PLG:導電体、EC:導電体、T31:期間、T32:期間、T33:期間、T34:期間、T35:期間、T36:期間、T41:期間、T42:期間、T43:期間、T44:期間、T45:期間、T46:期間、T47:期間、T48:期間、U1:期間、U2:期間、U3:期間、U4:期間、U5:期間、U6:期間、U7:期間、30:駆動回路、70A:画素、70B:画素、80:画素、80a:副画素、80b:副画素、80c:副画素、80d:副画素、81:導電体、103:絶縁体、104:導電体、105:絶縁体、106:導電体、107:接着層、110:基板、111a:導電体、111b:導電体、111c:導電体、112a:導電体、112b:導電体、112c:導電体、113a:第1の層、113b:第2の層、113c:第3の層、114:共通層、115:共通電極、116:保護層、117a:導電体、117b:導電体、118a:マスク層、125:絶縁体、126a:導電体、126b:導電体、126c:導電体、127:絶縁体、128:層、129a:導電体、129b:導電体、129c:導電体、130:発光デバイス、130R:発光デバイス、130G:発光デバイス、130B:発光デバイス、131:保護層、131a:保護層、131b:保護層、131c:保護層、140:接続部、147:樹脂層、148:樹脂層、150a:LEDチップ、150b:LEDチップ、150c:LEDチップ、152a:接続層、152b:接続層、152c:接続層、153a:基板、154a:接続層、155a:導電体、156a:半導体層、157a:発光層、158a:半導体層、166R:着色層、166G:着色層、166B:着色層、170:LEDパッケージ、170A1:LEDパッケージ、170A2:LEDパッケージ、170A3:LEDパッケージ、170R:LEDパッケージ、170G:LEDパッケージ、170B:LEDパッケージ、170S:LEDパッケージ、171:基板、175:接着層、178:封止層、180:LEDチップ、180A:LEDチップ、180R:LEDチップ、180G:LEDチップ、180B:LEDチップ、181:基板、181R:基板、181G:基板、181B:基板、182:半導体層、182a:半導体層、182b:半導体層、182c:半導体層、184:発光層、184a:発光層、184b:発光層、184c:発光層、185:半導体層、185a:半導体層、185b:半導体層、185c:半導体層、190:色変換層、191:導電体、192:導電体、193a:導電体、193b:導電体、193c:導電体、194a:導電体、194b:導電体、194c:導電体、200:トランジスタ、200A:トランジスタ、200B:トランジスタ、211:絶縁体、213:絶縁体、214:絶縁体、215:絶縁体、218:絶縁体、221:導電体、222a:導電体、222b:導電体、223:導電体、225:絶縁体、231:半導体層、231n:低抵抗領域、231i:チャネル形成領域、300:トランジスタ、300A:トランジスタ、300OS:トランジスタ、300LT:トランジスタ、310:基板、310A:基板、312:素子分離層、313:半導体領域、314a:低抵抗領域、314b:低抵抗領域、315:絶縁体、316:導電体、317:絶縁体、318A:絶縁体、319A:導電体、320:絶縁体、320A:絶縁体、322:絶縁体、322A:絶縁体、324:絶縁体、324A:絶縁体、326:絶縁体、326A:絶縁体、328:導電体、328A:導電体、330:導電体、330A:導電体、350:絶縁体、350A:絶縁体、352:絶縁体、354:絶縁体、356:導電体、358:導電体、361:絶縁体、362:絶縁体、363:絶縁体、364:絶縁体、366:導電体、367:導電体、368:半導体層、368i:半導体領域、368p:低抵抗領域、369:導電体、380:絶縁体、382:絶縁体、400:画素回路、410:基板、411:保護層、420R:発光ダイオード、420G:発光ダイオード、420B:発光ダイオード、500:トランジスタ、500A:トランジスタ、500B:トランジスタ、500C:トランジスタ、505:導電体、505a:導電体、505b:導電体、512:絶縁体、514:絶縁体、516:絶縁体、522:絶縁体、524:絶縁体、540:導電体、540a:導電体、540b:導電体、541:絶縁体、541a:絶縁体、541b:絶縁体、542:導電体、542a:導電体、542b:導電体、550:絶縁体、554:絶縁体、560:導電体、560a:導電体、560b:導電体、574:絶縁体、580:絶縁体、581:絶縁体、592:絶縁体、594:絶縁体、596:導電体、598:絶縁体、599:絶縁体、600:容量、761:下部電極、762:上部電極、763:EL層、764:層、771:発光層、771a:発光層、771b:発光層、771c:発光層、772:発光層、772a:発光層、772b:発光層、772c:発光層、773:発光層、780:層、780a:層、780b:層、780c:層、781:層、782:層、785:電荷発生層、790:層、790a:層、790b:層、790c:層、791:層、792:層、1000:表示装置、1000A:表示装置、1000B1:表示装置、1000B2:表示装置、1000B3:表示装置、1000B4:表示装置、1000C:表示装置、1000D:表示装置、1000E:表示装置、1000F:表示装置、1000G:表示装置、1000H:表示装置、1000I:表示装置、1280:表示モジュール、1281:表示部、1290:FPC、1282:回路部、1283:画素回路部、1283a:画素回路、1284:画素部、1284a:画素、1285:端子部、1286:配線部、1291:基板、1292:基板、1430a:発光デバイス、1430b:発光デバイス、1430c:発光デバイス、5200:携帯ゲーム機、5201:筐体、5202:表示部、5203:ボタン、5300:ノート型情報端末、5330a:筐体、5330b:筐体、5331:表示部、5350:キーボード部、5500:情報端末、5510:筐体、5511:表示部、5701:表示パネル、5702:表示パネル、5703:表示パネル、5704:表示パネル、5900:情報端末、5901:筐体、5902:表示部、5903:操作ボタン、5904:竜頭、5905:バンド、6200:電子看板、6201:壁、8000:カメラ、8001:筐体、8002:表示部、8003:操作ボタン、8004:シャッターボタン、8006:レンズ、8100:ファインダー、8101:筐体、8102:表示部、8103:ボタン、8200:電子機器、8201:装着部、8202:レンズ、8203:本体、8204:表示部、8205:ケーブル、8206:バッテリ、8300:電子機器、8301:筐体、8302:表示部、8303:操作ボタン、8304:固定具、8304a:固定具、8305:レンズ、8310:ユーザ、8311:ユーザ、8750:電子機器、8751:表示装置、8752:筐体、8754:装着部、8754A:イヤホン、8754B:イヤホン、8755:緩衝部材、8756:レンズ、8757:入力端子、8758:出力端子、9000:テレビジョン装置、9001:表示部、9002:筐体、9003:スピーカ、9005:操作キー、9006:接続端子、9007:センサ

Claims (8)

  1. 画素と、回路と、を有し、
    前記画素は、発光デバイスと、駆動トランジスタと、第1スイッチと、第2スイッチと、第1容量と、を有し、
    前記回路は、第3スイッチと、第4スイッチと、第5スイッチと、第2容量と、駆動回路と、を有し、
    前記第1スイッチの第1端子は、前記第1容量の第1端子と、前記駆動トランジスタのソース又はドレインの一方と、前記発光デバイスのアノードと、に電気的に接続され、
    前記駆動トランジスタのゲートは、前記第2スイッチの第1端子と、前記第1容量の第2端子と、に電気的に接続され、
    前記第1スイッチの第2端子は、前記第3スイッチの第1端子と、前記第2容量の第1端子と、に電気的に接続され、
    前記第2容量の第2端子は、前記第4スイッチの第1端子と、前記第5スイッチの第1端子と、に電気的に接続され、
    前記第5スイッチの第2端子は、前記駆動回路に電気的に接続され、
    前記駆動回路は、前記第5スイッチの第2端子に、画像データ信号を送信する機能を有する、
    表示装置。
  2. 請求項1において、
    前記第1スイッチは、nチャネル型の第1トランジスタを有し、
    前記第2スイッチは、nチャネル型の第2トランジスタを有し、
    前記第1トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第1トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第2トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第2トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2スイッチの第2端子に電気的に接続されている、
    表示装置。
  3. 請求項2において、
    前記第3スイッチは、nチャネル型の第3トランジスタを有し、
    前記第4スイッチは、nチャネル型の第4トランジスタを有し、
    前記第5スイッチは、nチャネル型の第5トランジスタを有し、
    前記第3トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第3トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第4トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第4スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第4トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第5トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第5トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第5スイッチの第2端子に電気的に接続されている、
    表示装置。
  4. 画素と、回路と、を有し、
    前記画素は、発光デバイスと、駆動トランジスタと、第1スイッチと、第2スイッチと、第6スイッチと、第7スイッチと、第1容量と、第3容量と、を有し、
    前記回路は、第3スイッチと、第4スイッチと、第5スイッチと、第2容量と、駆動回路と、を有し、
    前記駆動トランジスタは、第1ゲートと、第2ゲートと、を有し、
    前記第1スイッチの第1端子は、前記第6スイッチの第1端子と、前記第1容量の第1端子と、前記第3容量の第1端子と、前記駆動トランジスタのソース又はドレインの一方と、前記発光デバイスのアノードと、に電気的に接続され、
    前記駆動トランジスタの前記第1ゲートは、前記第2スイッチの第1端子と、前記第6スイッチの第2端子と、前記第1容量の第2端子と、に電気的に接続され、
    前記第3容量の第2端子は、前記駆動トランジスタの前記第2ゲートと、前記第7スイッチの第1端子と、に電気的に接続され、
    前記第1スイッチの第2端子は、前記第3スイッチの第1端子と、前記第2容量の第1端子と、に電気的に接続され、
    前記第2容量の第2端子は、前記第4スイッチの第1端子と、前記第5スイッチの第1端子と、に電気的に接続され、
    前記第5スイッチの第2端子は、前記駆動回路に電気的に接続され、
    前記駆動回路は、前記第5スイッチの第2端子に、画像データ信号を送信する機能を有する、
    表示装置。
  5. 請求項4において、
    前記第1スイッチは、nチャネル型の第1トランジスタを有し、
    前記第2スイッチは、nチャネル型の第2トランジスタを有し、
    前記第6スイッチは、nチャネル型の第6トランジスタを有し、
    前記第7スイッチは、nチャネル型の第7トランジスタを有し、
    前記第1トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第1トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第2トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第2スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第2トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第6トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第6スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第6トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第6スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第7トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第7スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第7トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第7スイッチの第2端子に電気的に接続されている、
    表示装置。
  6. 請求項5において、
    前記第3スイッチは、nチャネル型の第3トランジスタを有し、
    前記第4スイッチは、nチャネル型の第4トランジスタを有し、
    前記第5スイッチは、nチャネル型の第5トランジスタを有し、
    前記第3トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第3スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第3トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第4トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第4スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第4トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第4スイッチの第2端子に電気的に接続され、
    前記第5トランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第5スイッチの第1端子に電気的に接続され、
    前記第5トランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第5スイッチの第2端子に電気的に接続されている、
    表示装置。
  7. 請求項1乃至請求項6のいずれか一において、
    前記発光デバイスは、有機ELデバイスを有する、
    表示装置。
  8. 請求項7の表示装置と、筐体と、を有する、
    電子機器。
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JP2023105105A (ja) * 2020-05-29 2023-07-28 株式会社三洋物産 遊技機

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