JP4051936B2 - 電気光学装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に好適な電気光学装置、電子機器、及び電子機器の駆動方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置が携帯電話などの携帯用機器に搭載されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、携帯電話を端末する画像や動画コンテンツの配信サービスが開始されるにいたり、携帯電話の表示装置に対して、低消費電力化や長寿命化はもちろんのこと、多階調表示機能、高画質、及び優れた視認性まで要求されるようになってきている。そこで、本発明の目的は、上記のこれらの要求に対応する、表示装置に好適な電気光学装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電気光学装置は、１画素内にエレクトロルミネッセンス素子と、液晶素子と、を含んでいる。エレクトロルミネッセンス素子の特徴は、例えば、電気信号に対する応答が速いため、動画表示に適していることであり、一方、液晶素子の特徴は、例えば、低電力で液晶の配向制御を行うことができるため、低消費電力化が容易であるということである。したがって、画素内にエレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子を配置することにより、低消費電力で、しかも優れた動画表示機能を有する表示装置に好適な電気光学装置が得られる。なお、係る電気光学装置においては、必要に応じてエレクトロルミネッセンス素子を液晶素子のバックライトとしても利用することができる。
【０００５】
本発明の第２の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、スイッチング素子をさらに含むこと、を特徴とする。係る電気光学装置は、エレクトロルミネッセンス素子または液晶素子を制御するのに適した構成を有している。ここで、スイッチング素子は、エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子と共に１画素内に配置されることが好ましいが、電気光学装置のいずれかの部分に備えられていても良い。なお、スイッチング素子として、例えば、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、高温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、非晶質シリコン薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、またはシリコンベースのトランジスタを用いることができる。
【０００６】
本発明の第３の電気光学装置は、スイッチング素子を含む層の上方に、エレクトロルミネッセンス素子を含む層及び液晶素子を含む層が配置されていること、を特徴とする。なお、スイッチング素子として、例えば、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、高温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、非晶質シリコン薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、またはシリコンベースのトランジスタを用いることができる。
【０００７】
本発明の第４の電気光学装置は、本発明の第３の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子を含む層の上方に前記液晶素子を含む層が配置されていること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の第３及び４の電気光学装置は、エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子を備え、かつ、電気光学装置薄型に適した構成を有している。
本発明の第５の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子は前記エレクトロルミネッセンス素子及び前記液晶素子のうち少なくともいずれかを制御する機能を有すること、を特徴とする。係る電気光学装置において、スイッチング素子によりエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度の調節をすることが可能である。
【０００９】
本発明の第６の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記液晶素子は反射型液晶素子としての機能を有すること、を特徴とする。係る電気光学装置はバックライトなどの光源を設ける必要が特にはないので、低消費電力で動作させることができる。
【００１０】
本発明の第７の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、暗所では、少なくとも前記エレクトロルミネッセンス素子の輝度が制御され、明所では、少なくとも前記液晶素子の輝度が制御されること、を特徴とする。係る電気光学装置は、明所における視認性に優れ、かつ低消費電力化にも対応している。
【００１１】
本発明の第８の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極と、前記液晶素子の一方の電極と、が共用されていること、を特徴とする。
【００１２】
本発明の第９の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極と、前記液晶素子の反射板と、が共用されていること、を特徴とする。
【００１３】
本発明の第８及び第９の電気光学装置において、エレクトロルミネッセンス素子用の電極のうち少なくとも１つの電極は、液晶表示素子用の電極または反射板と共用されているので、本発明の第８及び第９の電気光学装置は、薄型の電気光学装置に適した構成を有している。また、光の透過する層が少ないため、十分な光の利用効率も確保するができる。さらに、係る電気光学装置の製造では、製造の工程数を低減することも可能となる。
【００１４】
本発明の第１０の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子はオン状態及びオフ状態のうちいずれかの状態に制御されること、を特徴とする。係る電気光学装置において、D/Aコンバーターをあえて備える必要はなく、駆動回路はデジタルだけで良い。また、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の内蔵が可能となる。したがって、係る電気光学装置は、スイッチング素子を動作させる周辺回路の占有面積の低減に適した構成を有している。
【００１５】
本発明の第１１の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、
前記画素は副画素を含み、前記副画素は、エレクトロルミネッセンス素子、液晶素子及びスイッチング素子を含むこと、を特徴とする。係る電気光学装置においては、副画素に含まれるエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を制御できるので、係る電気光学装置は多階調表示が可能な構成を有している。
【００１６】
本発明の第１２の電気光学装置は、本発明の第１１の電気光学装置において、前記スイッチング素子はオン状態及びオフ状態のうちいずれかの状態に制御されること、を特徴とする。
【００１７】
係る電気光学装置においては、D/Aコンバーターをあえて備える必要はなくなる。また、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の内蔵が可能となる。したがって、係る電気光学装置は、スイッチング素子を動作させる周辺回路の占有面積の低減に適した構成を有している。さらに、エレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を制御することにより多階調表示を行うのに適した構成を有している。
【００１８】
本発明の第１３の電気光学装置は、本発明の第１２の電気光学装置において、階調は、画素の平均輝度の関数として設定されていること、を特徴とする。つまり、係る電気光学装置は、副画素に含まれるエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を２値制御し、画素毎に平均することで、階調表示を行う電気光学装置である。したがって、個々の素子のばらつきがあっても優れた画質均一性を得ることが可能である。
【００１９】
本発明の第１４の電気光学装置は、上記の本発明の第１または第２の電気光学装置において、 前記画素ごとにスタティックランダムアクセスメモリを備えること、を特徴とする。
【００２０】
本発明の第１５の電気光学装置は、本発明の第１１乃至１３のいずれかの電気光学装置において、前記副画素ごとに、スタティックランダムアクセスメモリを備えること、を特徴とする。
【００２１】
本発明の第１４及び第１５の電気光学装置は、スタティックランダムアクセスメモリを有しているため、データの書き換え時に走査動作を行えばよいので、走査周波数の低減や走査間引きなどを可能とすることができる。したがって、係る電気光学装置は低消費電力化や長寿命化に対して適した構成を有している。
【００２２】
本発明の第１６の電気光学装置は、上記の本発明の第１４または１５に記載の電気光学装置において、表示データの書き換え時に走査の動作が行われること、を特徴とする。係る電気光学装置は、低消費電力化に好適な機能を有している。本発明の第１７の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子は薄膜トランジスタから構成されていること、を特徴とする。
【００２３】
本発明の第１８の電気光学装置は、本発明の第１７に記載の電気光学装置において、前記薄膜トランジスタには、摂氏600度以下の低温プロセスにより製造された多結晶シリコン薄膜トランジスタが用いられること、を特徴とする。低温プロセスにより、多結晶シリコン薄膜トランジスタを、例えば、耐熱性に劣るガラスを含む基板上にも設けることができるので、係る電気光学装置の製造コストを低減できる。さらに、プロセス温度がさらに低い場合、プラスティック基板などの柔軟性に富む基板上に電気光学装置を配置することができる。従って、係る電気光学装置を柔軟性に富むものとすることができる。
【００２４】
本発明の第１９の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の発光層は有機材料から構成されていること、を特徴とする。発光層を構成する有機材料を適宜選択することにより、フルカラー表示をすることができる。
【００２５】
本発明の第２０の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の発光層は有機高分子材料から構成されていること、を特徴とする。有機高分子材料からなる発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子は低電力で駆動させることができるので、係る電気光学装置は電気光学装置の低消費電力化に適した構成を有している。なお、本発明の第１９及び第２０の電気光学装置の発光層を形成する際は、蒸着法などの気相プロセスの他、スピンコート、ロールコート、及びインクジェットなどの液相プロセスも利用できる。
【００２６】
本発明の第２１の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記液晶素子の液晶としてねじれ角１８０度以上のスーパーツイストネマティック液晶が用いられること、を特徴とする。係る電気光学装置においては、低電圧で液晶素子を駆動することが可能であるため、電気光学装置の消費電力を低減することができる。
【００２７】
本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を表示部として備えている。
【００２８】
本発明の電気光学装置の駆動方法は、複数の種類の電気光学素子を備えた電気光学装置の駆動方法であって、前記複数の種類の電気光学素子の使用条件を所定の物理量の測定結果に基づいて設定すること、を特徴とする。ここで、「電気光学素子の使用条件を所定の物理量の測定結果に基づいて設定する」とは、例えば、電気光学装置の使用される温度、外光の光量、電気光学素子の輝度、電気光学素子の抵抗値などの測定結果に応じて、例えば、複数の種類の電気光学素子のうち適した電気光学素子の組み合わせや使用する電気光学素子の個数を選択すること、あるいは電気光学素子に供給する電力の基準となる電源の電位を調整することを意味している。
【００２９】
電気光学装置を、例えば携帯用電子機器の表示装置として用いる場合は、視認性と同時に低消費電力であることが要求される場合がある。そのような場合、測定した外光の光量と、電気光学素子の種類による消費電力に基づいて、適した電気光学素子の組み合わせを選択することにより、視認性に加えて低消費電力という条件も満たすこともできる。
【００３０】
上記の電気光学装置の駆動方法において、前記複数の種類の電気光学素子として、発光素子と液晶素子を使用することができる。
【００３１】
上記の電気光学装置の駆動方法は、発光素子や液晶素子などの複数の種類の電気光学素子が一画素内に配置された電気光学装置の駆動方法としても有用である。
【００３２】
本発明の電子機器の駆動方法は、複数の種類の電気光学素子を備えた電子機器の駆動方法であって、所定の物理量を測定する第１のステップと、前記第１のステップにおいて得られた測定結果に基づいて、前記複数の種類の電気光学素子の使用条件を設定する第２のステップと、を含むこと、を特徴とする。 所定の物理量の例としては、上述のように温度、外光の光量、電気光学素子の輝度、または電気光学素子の抵抗値などが挙げられる。
【００３３】
ここで、「使用条件を設定する」とは、例えば、電子機器の使用環境、液晶素子または発光素子などの使用時間の増大等による電気光学素子劣化の程度に応じて、液晶素子及び発光素子の使用条件を設定するということである。具体的には、液晶素子及び発光素子のうち、適切な電気光学素子の組み合わせや、使用する電気光学素子の種類などを選択することが挙げられる。また、この電気光学装置を表示装置として使用する場合は、表示装置の一部を他方の電気光学素子を用いて表示することも可能である。
【００３４】
上記の電子機器において、光量を測定する手段を設けることにより、外光の量や電気光学素子の輝度を測定することができる。さらに、液晶素子や有機エレクトロルミネッセンス素子など電気光学素子の使用条件を設定するための信号を前記電気光学装置に供給する手段を設けることにより、光量の測定結果に基づいて電気光学素子の使用条件を設定することができる。
【００３５】
また、ここで「光量」が、電気光学装置の置かれた環境における外光の光量である場合は、電気光学装置の使用環境、例えば、暗所か明所かを考慮して電気光学素子の使用形態を設定することができる。
【００３６】
「光量」が、電気光学素子の輝度に対応する場合は、電気光学素子の劣化の程度を測定することになり、電気光学素子の劣化の程度に応じて電気光学素子の使用形態を設定することができる。これにより、例えば、電気光学素子に供給する電力を所定の輝度となるように調整することも可能となる。
【００３７】
上記の電子機器において、さらに、前記手段によって測定された光量に基づいて、前記液晶素子及び前記有機エレクトロルミネッセンス素子のそれぞれの使用形態を設定するための信号を前記電気光学装置に供給する手段を備えたているを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００３９】
図１は、本発明の実施の形態に係る電気光学装置の断面図である。スイッチング素子として薄膜トランジスタと、エレクトロルミネッセンス素子として有機エレクトロルミネッセンス素子と、液晶素子として反射型液晶素子とを備えている。薄膜トランジスタは、多結晶シリコンからなる半導体層12内に、形成されたソース領域およびドレイン領域15、ゲート絶縁膜13、ゲート電極14、第１層間絶縁膜16ソース電極およびドレイン電極17を含んでいる。有機エレクトロルミネッセンス素子は下層電極21、発光層22、画素電極23から構成されている。反射型液晶素子は下層電極21、画素電極23、液晶31、対向電極32、カラーフィルタ33、及び偏光板35から構成されている。画素電極23は有機エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子の画素電極として共用されており、下層電極21が金属など光反射効率の高い材料から構成されている場合は、下層電極21は液晶素子の反射板として機能する。係る構成を有する電気光学装置においては、有機エレクトロルミネッセンス表示素子からの発光は無偏光であるため、その発光が液晶素子によって変調されることはなく、有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光は、偏光板35の側から視認することができる。さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光色と、カラーフィルタ33の光透過色とを一致させておけば、カラーフィルタにより光利用効率が低下することはない。
【００４０】
係る電気光学装置の構成によれば、必要に応じて有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子のそれぞれの有する利点を活用することができる。例えば、係る電気光学装置は、暗所及び明所において、それぞれ、少なくとも有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子を用いることができる構成を有しており、これにより、優れた視認性と低消費電力化という両立の困難な性能を併せ持つことができる。すなわち、例えば、明所では、通常、視認性などの点で問題となる有機エレクトロルミネッセンス素子の代わりに反射型液晶素子を動作させて、係る電気光学装置の表示装置としての視認性を向上させる。この時、さらに下層電極２１には逆方向に電圧を印加することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子には電流が供給されず、消費電力も低減できる。
【００４１】
また、係る電気光学装置において、同じ薄膜トランジスタで、有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子とを駆動することができるので、それぞれの素子に対して薄膜トランジスタを設ける場合に比べて、コスト面でも利点を有している。また、薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子の下層に配置されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光面積あるいは反射型液晶素子の開口率を低下させることはなく、さらに、薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子および液晶素子の下層に形成されるので、スタティックランダムアクセスメモリのような複雑な回路を配置することができる。
【００４２】
なお、液晶の配向性をより向上させるために、画素電極23上には、配向膜を介して液晶３１を配置することも可能である。液晶の配向方法としては、種々の方法が採用可能であるが、具体的には、例えば、ラビング、斜方蒸着、紫外線照射などの方法が挙げられる。
【００４３】
図２は、図１に示された構造を有する電気光学装置に係る画素等価回路を示す図であり、複数の走査線41および複数の信号線42がマトリクス状に配置され、各走査線41と各信号線42との交点に対応して、薄膜トランジスタ43、スタティックランダムアクセスメモリ44、反射型液晶素子45、有機エレクトロルミネッセンス素子46が備えられている。
【００４４】
本実施形態では階調は2ビットで表されるので、信号線42として低ビットの信号線421と高ビットの信号線422が配置され、これに対応して、薄膜トランジスタ43として低ビットの薄膜トランジスタ431と高ビットの薄膜トランジスタ432が配置され、スタティックランダムアクセスメモリ44として低ビットのスタティックランダムアクセスメモリ441と高ビットのスタティックランダムアクセスメモリ442が配置されている。さらに、反射型液晶素子45として低ビットの反射型液晶素子451と高ビットの反射型液晶素子452が配置されている。有機エレクトロルミネッセンス素子46として低ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子461と高ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子462が配置されている。
【００４５】
走査線41に選択パルスが印加されている間に、信号線42に画像信号が印加され、薄膜トランジスタ43を通じて、スタティックランダムアクセスメモリ44に保持される。反射型液晶素子45への電圧印加により、光反射が制御される。また、有機エレクトロルミネッセンス素子46への電流供給により、発光が制御される。本実施形態の電気光学装置は画像信号を保持することができるスタティックランダムアクセスメモリ44を備えているので、一定周期で走査を行う必要がなく、画像表示を変更する際にのみ、走査を行えば良い。したがって、係る電気光学装置は消費電力の低減に適した構成を有している。
【００４６】
また、係る電気光学装置は、この薄膜トランジスタのオン状態及びオフ状態のいずれかを選択する、デジタル（２値）駆動方式による階調表示に適した構成を有している。例えば、反射型液晶素子の輝度を輝度０と輝度１とし、同様に有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度も輝度０と輝度１とすれば、輝度１の状態あるいは輝度０の状態にある有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子の合計の占有面積は階調に対応することになる。このような階調方式は、通常、面積階調方式と呼ばれている（M. Kimura, et al, Proc. Euro Display '99 Late-News Papers (1999) 71、M. Kimura, et al, Proc. IDW '99 (1999) 171、M. Kimura, et al, Dig. AM-LCD 2000 (2000) 245、M. Kimura, et al, to be published in J. SID 8 (2000) 1、特開平09-090345、特開平10-068931、特開平09-233107、特願平11-305740）。
【００４７】
係る電気光学装置では、低ビットの反射型液晶素子451と高ビットの反射型液晶素子452の面積比は1:2になっている。光反射量は光反射面積に比例するので、光反射量も1:2であり、4階調が得られる。低ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子461と高ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子462の面積比は1:2になっている。発光量は発光面積に比例するので、発光量も1:2であり、4階調が得られる。なお、3ビット以上の階調に対しても、本発明の思想は有効である。
【００４８】
なお、本実施形態では、CMOSインバータ型のスタティックランダムアクセスメモリ44が用いられているが、デプレッション負荷型、高抵抗多結晶シリコン負荷型など、いかなるスタティックランダムアクセスメモリ44が用いられても、本発明の思想は有効である。
【００４９】
反射型液晶素子の液晶材料としては、種々の液晶性化合物を用いることができるが、例えば、ねじれ角180度以上のスーパーツイストネマティック液晶が用いることができる。ねじれ角180度以上のスーパーツイストネマティック液晶を含む反射型液晶素子は、低電圧駆動が可能であるという利点を有している。また、本実施形態では、反射型液晶表示素子の液晶材料として、また、スタティックランダムアクセスメモリにより定常駆動されるので、応答速度もそれほど遅くならない。
【００５０】
有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層としては種々の電界発光材料を用いることができるが、例えば、パラフェニレンビニレン及びその誘導体などの有機高分子を用いることができる。有機高分子を発光層とする有機エレクトロルミネッセンス素子は低電力で駆動することができるため、電気光学装置の消費電力を低減することができる。
【００５１】
本実施形態ではスイッチング素子として、薄膜トランジスタを用いているが、要求される性能に応じて、例えば、薄膜ダイオードも用いることができる。
【００５２】
図３は、本発明に係る実施形態のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタを低温プロセスを用いて製造する工程を示す図である。具体的には、まず、アレイ基板11上に、SiH4を用いたPECVDや、Si2H6を用いたLPCVDにより、アモルファスシリコンを成膜する。エキシマレーザー等のレーザー照射や、固相成長により、アモルファスシリコンは再結晶化させ、多結晶シリコン12を形成する（図３(a)）。多結晶シリコン12をパターニングした後、ゲート絶縁膜13を成膜する。成膜およびパターニングによりゲート電極14を形成する（図３(b)）。リンやボロンなどの不純物をゲート電極を用いて自己整合的に多結晶シリコン12に打ち込み、CMOS構造のソース領域およびドレイン領域15を形成する。第１層間絶縁膜16を成膜し、コンタクトホールを開孔し、成膜およびパターニングによりソース電極およびドレイン電極17を形成する（図３(c)）。
【００５３】
なお、図３には示されてはいないが、摂氏600度以下のいわゆる低温プロセスを用いることにより、スタティックランダムアクセスメモリとして用いられる薄膜トランジスタもスイッチング素子用の薄膜トランジスタと合わせて、ガラス基板上に形成する。
【００５４】
図４は、本発明の実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子の製造工程を示す図である。第２層間絶縁膜18を成膜し、下層電極21を成膜後、パターニングして形成する。発光層22を、スピンコート（T. Shimoda, M. Kimura, et al, Proc. Asia Display 98, 217(1998)）、スキージ塗り、インクジェットプロセス（T. Shimoda, S. Seki, et al, Dig. SID 99 (1999) 376、S. Kanbe, et al, Proc. Euro Display 99 Late-News Papers (1999) 85）などの液相プロセスや、スパッタ、蒸着などの真空プロセスにより、成膜する。コンタクトホールを開孔し、画素電極23を成膜後、パターニングすることにより形成する（図４(a)）。その後、通常の工程により、反射型液晶素子を形成する（電子ディスプレイフォーラム98 講演集 セッション4 モバイルの主役を担うカラー液晶ディスプレイ）。
【００５５】
なお、シフトレジスタ、走査線ドライバー、信号線ドライバー、あるいはCPUなどの周辺回路は、以上の工程が終了後、配置することができるが、スイッチング素子やスタティックランダムアクセスメモリを形成する際に、シフトレジスタ、走査線ドライバー、信号線ドライバー、あるいはCPUなどの周辺回路もガラス基板上に一体形成することもできる。
【００５６】
つぎに、上記の電気光学装置を適用した電子機器のいくつかの事例について説明する。図５は前述の電気光学装置を適用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示ユニット１１０６とにより構成され、この表示ユニット１１０６が前述の電気光学装置１００を備えている。
【００５７】
図６は前述の電気光学装置１００をその表示部に適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２のほか、受話口１２０４、送話口１２０６とともに、前述の電気光学装置１００を備えている。
【００５８】
図７は前述の電気光学装置１００を、そのファインダに適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで通常のカメラは、被写体の光像によりフィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には、前述の電気光学装置１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、電気光学装置１００は被写体を表示するファインダとして機能する。また、ケース１３０２の観察側（図においては裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含んだ受光ユニット１３０４が設けられている。
【００５９】
撮影者が電気光学装置１００に表示された被写体像を確認しシャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１３０８のメモリに転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００にあっては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図に示されるように、前者のビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、また、後者のデ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により回路基板１３０８のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
【００６０】
なお、本発明の電気光学装置１００が適用される電子機器としては、図５のパーソナルコンピュータや、図６の携帯電話、図７のディジタルスチルカメラの他にも、テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した電気光学装置１００が適用可能なのは言うまでもない。なお、電気光学装置１００に用いられる電気光学素子としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子、反射型液晶素子、透過型液晶素子、電気泳動素子、及び電子放出素子などが挙げられる。
【００６１】
図８は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。この電子機器は、電気光学装置を、表示部51及び光量測定装置52を備えている。表示部５１に用いられる電気光学素子としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子、反射型液晶素子、透過型液晶素子、電気泳動素子、及び電子放出素子などから用途や要求される性能等に応じて適宜選択することができる。消費電力及び視認性を両立するためには、有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子という複数の電気光学素子を用いることが好ましい。
【００６２】
なお、光量測定装置52とは光量の測定が可能であれば、いかなる材料、構造、または方式のものであっても良い。代表的なものとしては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤ、またはフォトダイオードなどが挙げられる。
【００６３】
次に、図９を用いて、図８に示した電子機器における電気光学素子の使用形態の設定方法について述べる。基本的には、光量測定装置５２を用いて測定された外光の光量が適宜設定された所定の値よりも大きいか小さいかで、電気光学素子の使用形態を設定するというものである。
【００６４】
図１に示した電気光学装置を図８に示した電子機器の表示部５１として使用した例を挙げて具体的に説明すれば、外光の光量の測定の結果、暗所であれば、有機エレクトロルミネッセンス素子を動作させ、明所であれば、反射型液晶素子を動作させる。具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子を動作させるときは、図１に示した下部電極21に、有機エレクトロルミネッセンス素子が順方向電圧となるような電圧を印加する。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子が、画素電極23から下部電極21へと電流を流すようなダイオード特性を持つときには、下部電極21に、画素電極23より低い電圧を印加する。逆の場合は、下部電極21に、画素電極23より高い電圧を印加する。このとき、反射型液晶素子も応答するが、有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光は無偏光なので、発光が変調されることはない。
【００６５】
また、反射型液晶素子を動作させるときは、下部電極21に、有機エレクトロルミネッセンス素子が逆方向電圧となるような電圧を印加する。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子が、画素電極23から下部電極21へと電流を流すようなダイオード特性を持つときには、下部電極21に、画素電極23より高い電圧を印加する。逆の場合は、下部電極21に、画素電極23より低い電圧を印加する。逆方向電圧であれば、電流は流れず、発光はせず、消費電力が無駄に増加することはない。
【００６６】
なお、図８に示した電子機器では、外光の光量によって電気光学素子の使用形態が設定されるが、例えば、電気光学素子の劣化状況、あるいはバッテリの残量等を測定した結果に基づいて電気光学素子の使用形態を設定することもできるし、切替え用スイッチボタンなどによって使用者自身でも電気光学素子の使用形態を設定することができる。
【００６７】
また、電気光学素子の駆動方法は、要求される消費電力、表示パネルのサイズ、表示品位、及び製造コストなどに応じて、アクティブ駆動方法及びパッシブ駆動方法のうち適切な方法を選択することができる。
【００６８】
電気光学素子の階調方式としては、種々の階調方式が採用可能である。例えば、上述の面積階調方式以外にも、電気光学素子に供給する電流または印加する電圧をアナログ的に制御することにより階調を得る方式や、電気光学素子のオン状態にある期間を制御して階調を得る、いわゆる時間階調方式などが採用可能である。なお、面積階調方式を採用する場合は、スタティックランダムアクセスメモリを使用することにより消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電気光学装置の断面図。
【図２】本発明の実施形態の電気光学装置の画素等価回路図。
【図３】本発明の実施形態の薄膜トランジスタの製造工程を示す図。
【図４】本発明の実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子の製造工程を示す図。
【図５】本発明に係る電気光学装置が実装されたモバイル型のパーソナルコンピュータに適用した場合の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る電気光学装置が実装された携帯電話機の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る電気光学装置がファインダ部分に適用されたディジタルスチルカメラの一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図。
【図９】本発明の実施の形態に係る電子機器の動作を示す図。
【符号の説明】
１１ アレイ基板
１２ 多結晶シリコン
１３ ゲート絶縁膜
１４ ゲート電極
１５ ソース領域およびドレイン領域
１６ 第１層間絶縁膜
１７ ソース電極およびドレイン電極
１８ 第２層間絶縁膜
２１ 下層電極
２２ 発光層
２３ 画素電極
３１ 液晶
３２ 対向電極
３３ カラーフィルタ
３４ 対向基板
３５ 偏光板
４１ 走査線
４２ 信号線
４２１ 低ビットの信号線
４２２ 高ビットの信号線
４３ 薄膜トランジスタ
４３１ 低ビットの薄膜トランジスタ
４３２ 高ビットの薄膜トランジスタ
４４ スタティックランダムアクセスメモリ
４４１ 低ビットのスタティックランダムアクセスメモリ
４４２ 高ビットのスタティックランダムアクセスメモリ
４５ 反射型液晶表示素子
４５１ 低ビットの副反射型液晶表示素子
４５２ 高ビットの副反射型液晶表示素子
４６ 有機エレクトロルミネッセンス表示素子
４６１ 低ビットの副有機エレクトロルミネッセンス表示素子
４６２ 高ビットの副有機エレクトロルミネッセンス表示素子
５１ 表示部
５２ 光量測定装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に好適な電気光学装置、電子機器、及び電子機器の駆動方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
液晶表示装置や有機エレクトロルミネッセンス表示装置などの表示装置が携帯電話などの携帯用機器に搭載されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
現在、携帯電話を端末する画像や動画コンテンツの配信サービスが開始されるにいたり、携帯電話の表示装置に対して、低消費電力化や長寿命化はもちろんのこと、多階調表示機能、高画質、及び優れた視認性まで要求されるようになってきている。そこで、本発明の目的は、上記のこれらの要求に対応する、表示装置に好適な電気光学装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電気光学装置は、１画素内にエレクトロルミネッセンス素子と、液晶素子と、を含んでいる。エレクトロルミネッセンス素子の特徴は、例えば、電気信号に対する応答が速いため、動画表示に適していることであり、一方、液晶素子の特徴は、例えば、低電力で液晶の配向制御を行うことができるため、低消費電力化が容易であるということである。したがって、画素内にエレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子を配置することにより、低消費電力で、しかも優れた動画表示機能を有する表示装置に好適な電気光学装置が得られる。なお、係る電気光学装置においては、必要に応じてエレクトロルミネッセンス素子を液晶素子のバックライトとしても利用することができる。
【０００５】
本発明の第２の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、スイッチング素子をさらに含むこと、を特徴とする。係る電気光学装置は、エレクトロルミネッセンス素子または液晶素子を制御するのに適した構成を有している。ここで、スイッチング素子は、エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子と共に１画素内に配置されることが好ましいが、電気光学装置のいずれかの部分に備えられていても良い。なお、スイッチング素子として、例えば、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、高温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、非晶質シリコン薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、またはシリコンベースのトランジスタを用いることができる。
【０００６】
本発明の第３の電気光学装置は、スイッチング素子を含む層の上方に、エレクトロルミネッセンス素子を含む層及び液晶素子を含む層が配置されていること、を特徴とする。なお、スイッチング素子として、例えば、低温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、高温多結晶シリコン薄膜トランジスタ、非晶質シリコン薄膜トランジスタ、薄膜ダイオード、またはシリコンベースのトランジスタを用いることができる。
【０００７】
本発明の第４の電気光学装置は、本発明の第３の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子を含む層の上方に前記液晶素子を含む層が配置されていること、を特徴とする。
【０００８】
本発明の第３及び４の電気光学装置は、エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子を備え、かつ、電気光学装置薄型に適した構成を有している。
本発明の第５の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子は前記エレクトロルミネッセンス素子及び前記液晶素子のうち少なくともいずれかを制御する機能を有すること、を特徴とする。係る電気光学装置において、スイッチング素子によりエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度の調節をすることが可能である。
【０００９】
本発明の第６の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記液晶素子は反射型液晶素子としての機能を有すること、を特徴とする。係る電気光学装置はバックライトなどの光源を設ける必要が特にはないので、低消費電力で動作させることができる。
【００１０】
本発明の第７の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、暗所では、少なくとも前記エレクトロルミネッセンス素子の輝度が制御され、明所では、少なくとも前記液晶素子の輝度が制御されること、を特徴とする。係る電気光学装置は、明所における視認性に優れ、かつ低消費電力化にも対応している。
【００１１】
本発明の第８の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極と、前記液晶素子の一方の電極と、が共用されていること、を特徴とする。
【００１２】
本発明の第９の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極と、前記液晶素子の反射板と、が共用されていること、を特徴とする。
【００１３】
本発明の第８及び第９の電気光学装置において、エレクトロルミネッセンス素子用の電極のうち少なくとも１つの電極は、液晶表示素子用の電極または反射板と共用されているので、本発明の第８及び第９の電気光学装置は、薄型の電気光学装置に適した構成を有している。また、光の透過する層が少ないため、十分な光の利用効率も確保するができる。さらに、係る電気光学装置の製造では、製造の工程数を低減することも可能となる。
【００１４】
本発明の第１０の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子はオン状態及びオフ状態のうちいずれかの状態に制御されること、を特徴とする。係る電気光学装置において、D/Aコンバーターをあえて備える必要はなく、駆動回路はデジタルだけで良い。また、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の内蔵が可能となる。したがって、係る電気光学装置は、スイッチング素子を動作させる周辺回路の占有面積の低減に適した構成を有している。
【００１５】
本発明の第１１の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、
前記画素は副画素を含み、前記副画素は、エレクトロルミネッセンス素子、液晶素子及びスイッチング素子を含むこと、を特徴とする。係る電気光学装置においては、副画素に含まれるエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を制御できるので、係る電気光学装置は多階調表示が可能な構成を有している。
【００１６】
本発明の第１２の電気光学装置は、本発明の第１１の電気光学装置において、前記スイッチング素子はオン状態及びオフ状態のうちいずれかの状態に制御されること、を特徴とする。
【００１７】
係る電気光学装置においては、D/Aコンバーターをあえて備える必要はなくなる。また、薄膜トランジスタにより構成される駆動回路の内蔵が可能となる。したがって、係る電気光学装置は、スイッチング素子を動作させる周辺回路の占有面積の低減に適した構成を有している。さらに、エレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を制御することにより多階調表示を行うのに適した構成を有している。
【００１８】
本発明の第１３の電気光学装置は、本発明の第１２の電気光学装置において、階調は、画素の平均輝度の関数として設定されていること、を特徴とする。つまり、係る電気光学装置は、副画素に含まれるエレクトロルミネッセンス素子または液晶素子の輝度を２値制御し、画素毎に平均することで、階調表示を行う電気光学装置である。したがって、個々の素子のばらつきがあっても優れた画質均一性を得ることが可能である。
【００１９】
本発明の第１４の電気光学装置は、上記の本発明の第１または第２の電気光学装置において、 前記画素ごとにスタティックランダムアクセスメモリを備えること、を特徴とする。
【００２０】
本発明の第１５の電気光学装置は、本発明の第１１乃至１３のいずれかの電気光学装置において、前記副画素ごとに、スタティックランダムアクセスメモリを備えること、を特徴とする。
【００２１】
本発明の第１４及び第１５の電気光学装置は、スタティックランダムアクセスメモリを有しているため、データの書き換え時に走査動作を行えばよいので、走査周波数の低減や走査間引きなどを可能とすることができる。したがって、係る電気光学装置は低消費電力化や長寿命化に対して適した構成を有している。
【００２２】
本発明の第１６の電気光学装置は、上記の本発明の第１４または１５に記載の電気光学装置において、表示データの書き換え時に走査の動作が行われること、を特徴とする。係る電気光学装置は、低消費電力化に好適な機能を有している。本発明の第１７の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記スイッチング素子は薄膜トランジスタから構成されていること、を特徴とする。
【００２３】
本発明の第１８の電気光学装置は、本発明の第１７に記載の電気光学装置において、前記薄膜トランジスタには、摂氏600度以下の低温プロセスにより製造された多結晶シリコン薄膜トランジスタが用いられること、を特徴とする。低温プロセスにより、多結晶シリコン薄膜トランジスタを、例えば、耐熱性に劣るガラスを含む基板上にも設けることができるので、係る電気光学装置の製造コストを低減できる。さらに、プロセス温度がさらに低い場合、プラスティック基板などの柔軟性に富む基板上に電気光学装置を配置することができる。従って、係る電気光学装置を柔軟性に富むものとすることができる。
【００２４】
本発明の第１９の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の発光層は有機材料から構成されていること、を特徴とする。発光層を構成する有機材料を適宜選択することにより、フルカラー表示をすることができる。
【００２５】
本発明の第２０の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記エレクトロルミネッセンス素子の発光層は有機高分子材料から構成されていること、を特徴とする。有機高分子材料からなる発光層を有するエレクトロルミネッセンス素子は低電力で駆動させることができるので、係る電気光学装置は電気光学装置の低消費電力化に適した構成を有している。なお、本発明の第１９及び第２０の電気光学装置の発光層を形成する際は、蒸着法などの気相プロセスの他、スピンコート、ロールコート、及びインクジェットなどの液相プロセスも利用できる。
【００２６】
本発明の第２１の電気光学装置は、上記の電気光学装置において、前記液晶素子の液晶としてねじれ角１８０度以上のスーパーツイストネマティック液晶が用いられること、を特徴とする。係る電気光学装置においては、低電圧で液晶素子を駆動することが可能であるため、電気光学装置の消費電力を低減することができる。
【００２７】
本発明に係る電子機器は、上記の電気光学装置を表示部として備えている。
【００２８】
本発明の電気光学装置の駆動方法は、複数の種類の電気光学素子を備えた電気光学装置の駆動方法であって、前記複数の種類の電気光学素子の使用条件を所定の物理量の測定結果に基づいて設定すること、を特徴とする。ここで、「電気光学素子の使用条件を所定の物理量の測定結果に基づいて設定する」とは、例えば、電気光学装置の使用される温度、外光の光量、電気光学素子の輝度、電気光学素子の抵抗値などの測定結果に応じて、例えば、複数の種類の電気光学素子のうち適した電気光学素子の組み合わせや使用する電気光学素子の個数を選択すること、あるいは電気光学素子に供給する電力の基準となる電源の電位を調整することを意味している。
【００２９】
電気光学装置を、例えば携帯用電子機器の表示装置として用いる場合は、視認性と同時に低消費電力であることが要求される場合がある。そのような場合、測定した外光の光量と、電気光学素子の種類による消費電力に基づいて、適した電気光学素子の組み合わせを選択することにより、視認性に加えて低消費電力という条件も満たすこともできる。
【００３０】
上記の電気光学装置の駆動方法において、前記複数の種類の電気光学素子として、発光素子と液晶素子を使用することができる。
【００３１】
上記の電気光学装置の駆動方法は、発光素子や液晶素子などの複数の種類の電気光学素子が一画素内に配置された電気光学装置の駆動方法としても有用である。
【００３２】
本発明の電子機器の駆動方法は、複数の種類の電気光学素子を備えた電子機器の駆動方法であって、所定の物理量を測定する第１のステップと、前記第１のステップにおいて得られた測定結果に基づいて、前記複数の種類の電気光学素子の使用条件を設定する第２のステップと、を含むこと、を特徴とする。 所定の物理量の例としては、上述のように温度、外光の光量、電気光学素子の輝度、または電気光学素子の抵抗値などが挙げられる。
【００３３】
ここで、「使用条件を設定する」とは、例えば、電子機器の使用環境、液晶素子または発光素子などの使用時間の増大等による電気光学素子劣化の程度に応じて、液晶素子及び発光素子の使用条件を設定するということである。具体的には、液晶素子及び発光素子のうち、適切な電気光学素子の組み合わせや、使用する電気光学素子の種類などを選択することが挙げられる。また、この電気光学装置を表示装置として使用する場合は、表示装置の一部を他方の電気光学素子を用いて表示することも可能である。
【００３４】
上記の電子機器において、光量を測定する手段を設けることにより、外光の量や電気光学素子の輝度を測定することができる。さらに、液晶素子や有機エレクトロルミネッセンス素子など電気光学素子の使用条件を設定するための信号を前記電気光学装置に供給する手段を設けることにより、光量の測定結果に基づいて電気光学素子の使用条件を設定することができる。
【００３５】
また、ここで「光量」が、電気光学装置の置かれた環境における外光の光量である場合は、電気光学装置の使用環境、例えば、暗所か明所かを考慮して電気光学素子の使用形態を設定することができる。
【００３６】
「光量」が、電気光学素子の輝度に対応する場合は、電気光学素子の劣化の程度を測定することになり、電気光学素子の劣化の程度に応じて電気光学素子の使用形態を設定することができる。これにより、例えば、電気光学素子に供給する電力を所定の輝度となるように調整することも可能となる。
【００３７】
上記の電子機器において、さらに、前記手段によって測定された光量に基づいて、前記液晶素子及び前記有機エレクトロルミネッセンス素子のそれぞれの使用形態を設定するための信号を前記電気光学装置に供給する手段を備えたているを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００３９】
図１は、本発明の実施の形態に係る電気光学装置の断面図である。スイッチング素子として薄膜トランジスタと、エレクトロルミネッセンス素子として有機エレクトロルミネッセンス素子と、液晶素子として反射型液晶素子とを備えている。薄膜トランジスタは、多結晶シリコンからなる半導体層12内に、形成されたソース領域およびドレイン領域15、ゲート絶縁膜13、ゲート電極14、第１層間絶縁膜16ソース電極およびドレイン電極17を含んでいる。有機エレクトロルミネッセンス素子は下層電極21、発光層22、画素電極23から構成されている。反射型液晶素子は下層電極21、画素電極23、液晶31、対向電極32、カラーフィルタ33、及び偏光板35から構成されている。画素電極23は有機エレクトロルミネッセンス素子及び液晶素子の画素電極として共用されており、下層電極21が金属など光反射効率の高い材料から構成されている場合は、下層電極21は液晶素子の反射板として機能する。係る構成を有する電気光学装置においては、有機エレクトロルミネッセンス表示素子からの発光は無偏光であるため、その発光が液晶素子によって変調されることはなく、有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光は、偏光板35の側から視認することができる。さらに、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光色と、カラーフィルタ33の光透過色とを一致させておけば、カラーフィルタにより光利用効率が低下することはない。
【００４０】
係る電気光学装置の構成によれば、必要に応じて有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子のそれぞれの有する利点を活用することができる。例えば、係る電気光学装置は、暗所及び明所において、それぞれ、少なくとも有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子を用いることができる構成を有しており、これにより、優れた視認性と低消費電力化という両立の困難な性能を併せ持つことができる。すなわち、例えば、明所では、通常、視認性などの点で問題となる有機エレクトロルミネッセンス素子の代わりに反射型液晶素子を動作させて、係る電気光学装置の表示装置としての視認性を向上させる。この時、さらに下層電極２１には逆方向に電圧を印加することにより、有機エレクトロルミネッセンス素子には電流が供給されず、消費電力も低減できる。
【００４１】
また、係る電気光学装置において、同じ薄膜トランジスタで、有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子とを駆動することができるので、それぞれの素子に対して薄膜トランジスタを設ける場合に比べて、コスト面でも利点を有している。また、薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子の下層に配置されるので、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光面積あるいは反射型液晶素子の開口率を低下させることはなく、さらに、薄膜トランジスタは、有機エレクトロルミネッセンス素子および液晶素子の下層に形成されるので、スタティックランダムアクセスメモリのような複雑な回路を配置することができる。
【００４２】
なお、液晶の配向性をより向上させるために、画素電極23上には、配向膜を介して液晶３１を配置することも可能である。液晶の配向方法としては、種々の方法が採用可能であるが、具体的には、例えば、ラビング、斜方蒸着、紫外線照射などの方法が挙げられる。
【００４３】
図２は、図１に示された構造を有する電気光学装置に係る画素等価回路を示す図であり、複数の走査線41および複数の信号線42がマトリクス状に配置され、各走査線41と各信号線42との交点に対応して、薄膜トランジスタ43、スタティックランダムアクセスメモリ44、反射型液晶素子45、有機エレクトロルミネッセンス素子46が備えられている。
【００４４】
本実施形態では階調は2ビットで表されるので、信号線42として低ビットの信号線421と高ビットの信号線422が配置され、これに対応して、薄膜トランジスタ43として低ビットの薄膜トランジスタ431と高ビットの薄膜トランジスタ432が配置され、スタティックランダムアクセスメモリ44として低ビットのスタティックランダムアクセスメモリ441と高ビットのスタティックランダムアクセスメモリ442が配置されている。さらに、反射型液晶素子45として低ビットの反射型液晶素子451と高ビットの反射型液晶素子452が配置されている。有機エレクトロルミネッセンス素子46として低ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子461と高ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子462が配置されている。
【００４５】
走査線41に選択パルスが印加されている間に、信号線42に画像信号が印加され、薄膜トランジスタ43を通じて、スタティックランダムアクセスメモリ44に保持される。反射型液晶素子45への電圧印加により、光反射が制御される。また、有機エレクトロルミネッセンス素子46への電流供給により、発光が制御される。本実施形態の電気光学装置は画像信号を保持することができるスタティックランダムアクセスメモリ44を備えているので、一定周期で走査を行う必要がなく、画像表示を変更する際にのみ、走査を行えば良い。したがって、係る電気光学装置は消費電力の低減に適した構成を有している。
【００４６】
また、係る電気光学装置は、この薄膜トランジスタのオン状態及びオフ状態のいずれかを選択する、デジタル（２値）駆動方式による階調表示に適した構成を有している。例えば、反射型液晶素子の輝度を輝度０と輝度１とし、同様に有機エレクトロルミネッセンス素子の輝度も輝度０と輝度１とすれば、輝度１の状態あるいは輝度０の状態にある有機エレクトロルミネッセンス素子及び反射型液晶素子の合計の占有面積は階調に対応することになる。このような階調方式は、通常、面積階調方式と呼ばれている（M. Kimura, et al, Proc. Euro Display '99 Late-News Papers (1999) 71、M. Kimura, et al, Proc. IDW '99 (1999) 171、M. Kimura, et al, Dig. AM-LCD 2000 (2000) 245、M. Kimura, et al, to be published in J. SID 8 (2000) 1、特開平09-090345、特開平10-068931、特開平09-233107、特願平11-305740）。
【００４７】
係る電気光学装置では、低ビットの反射型液晶素子451と高ビットの反射型液晶素子452の面積比は1:2になっている。光反射量は光反射面積に比例するので、光反射量も1:2であり、4階調が得られる。低ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子461と高ビットの有機エレクトロルミネッセンス素子462の面積比は1:2になっている。発光量は発光面積に比例するので、発光量も1:2であり、4階調が得られる。なお、3ビット以上の階調に対しても、本発明の思想は有効である。
【００４８】
なお、本実施形態では、CMOSインバータ型のスタティックランダムアクセスメモリ44が用いられているが、デプレッション負荷型、高抵抗多結晶シリコン負荷型など、いかなるスタティックランダムアクセスメモリ44が用いられても、本発明の思想は有効である。
【００４９】
反射型液晶素子の液晶材料としては、種々の液晶性化合物を用いることができるが、例えば、ねじれ角180度以上のスーパーツイストネマティック液晶が用いることができる。ねじれ角180度以上のスーパーツイストネマティック液晶を含む反射型液晶素子は、低電圧駆動が可能であるという利点を有している。また、本実施形態では、反射型液晶表示素子の液晶材料として、また、スタティックランダムアクセスメモリにより定常駆動されるので、応答速度もそれほど遅くならない。
【００５０】
有機エレクトロルミネッセンス素子の発光層としては種々の電界発光材料を用いることができるが、例えば、パラフェニレンビニレン及びその誘導体などの有機高分子を用いることができる。有機高分子を発光層とする有機エレクトロルミネッセンス素子は低電力で駆動することができるため、電気光学装置の消費電力を低減することができる。
【００５１】
本実施形態ではスイッチング素子として、薄膜トランジスタを用いているが、要求される性能に応じて、例えば、薄膜ダイオードも用いることができる。
【００５２】
図３は、本発明に係る実施形態のスイッチング素子として用いられる薄膜トランジスタを低温プロセスを用いて製造する工程を示す図である。具体的には、まず、アレイ基板11上に、SiH4を用いたPECVDや、Si2H6を用いたLPCVDにより、アモルファスシリコンを成膜する。エキシマレーザー等のレーザー照射や、固相成長により、アモルファスシリコンは再結晶化させ、多結晶シリコン12を形成する（図３(a)）。多結晶シリコン12をパターニングした後、ゲート絶縁膜13を成膜する。成膜およびパターニングによりゲート電極14を形成する（図３(b)）。リンやボロンなどの不純物をゲート電極を用いて自己整合的に多結晶シリコン12に打ち込み、CMOS構造のソース領域およびドレイン領域15を形成する。第１層間絶縁膜16を成膜し、コンタクトホールを開孔し、成膜およびパターニングによりソース電極およびドレイン電極17を形成する（図３(c)）。
【００５３】
なお、図３には示されてはいないが、摂氏600度以下のいわゆる低温プロセスを用いることにより、スタティックランダムアクセスメモリとして用いられる薄膜トランジスタもスイッチング素子用の薄膜トランジスタと合わせて、ガラス基板上に形成する。
【００５４】
図４は、本発明の実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子の製造工程を示す図である。第２層間絶縁膜18を成膜し、下層電極21を成膜後、パターニングして形成する。発光層22を、スピンコート（T. Shimoda, M. Kimura, et al, Proc. Asia Display 98, 217(1998)）、スキージ塗り、インクジェットプロセス（T. Shimoda, S. Seki, et al, Dig. SID 99 (1999) 376、S. Kanbe, et al, Proc. Euro Display 99 Late-News Papers (1999) 85）などの液相プロセスや、スパッタ、蒸着などの真空プロセスにより、成膜する。コンタクトホールを開孔し、画素電極23を成膜後、パターニングすることにより形成する（図４(a)）。その後、通常の工程により、反射型液晶素子を形成する（電子ディスプレイフォーラム98 講演集 セッション4 モバイルの主役を担うカラー液晶ディスプレイ）。
【００５５】
なお、シフトレジスタ、走査線ドライバー、信号線ドライバー、あるいはCPUなどの周辺回路は、以上の工程が終了後、配置することができるが、スイッチング素子やスタティックランダムアクセスメモリを形成する際に、シフトレジスタ、走査線ドライバー、信号線ドライバー、あるいはCPUなどの周辺回路もガラス基板上に一体形成することもできる。
【００５６】
つぎに、上記の電気光学装置を適用した電子機器のいくつかの事例について説明する。図５は前述の電気光学装置を適用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示ユニット１１０６とにより構成され、この表示ユニット１１０６が前述の電気光学装置１００を備えている。
【００５７】
図６は前述の電気光学装置１００をその表示部に適用した携帯電話機の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２のほか、受話口１２０４、送話口１２０６とともに、前述の電気光学装置１００を備えている。
【００５８】
図７は前述の電気光学装置１００を、そのファインダに適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には外部機器との接続についても簡易的に示している。ここで通常のカメラは、被写体の光像によりフィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号を生成する。ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース１３０２の背面には、前述の電気光学装置１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、電気光学装置１００は被写体を表示するファインダとして機能する。また、ケース１３０２の観察側（図においては裏面側）には、光学レンズやＣＣＤなどを含んだ受光ユニット１３０４が設けられている。
【００５９】
撮影者が電気光学装置１００に表示された被写体像を確認しシャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、回路基板１３０８のメモリに転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００にあっては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図に示されるように、前者のビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、また、後者のデ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により回路基板１３０８のメモリに格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
【００６０】
なお、本発明の電気光学装置１００が適用される電子機器としては、図５のパーソナルコンピュータや、図６の携帯電話、図７のディジタルスチルカメラの他にも、テレビや、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部として、前述した電気光学装置１００が適用可能なのは言うまでもない。なお、電気光学装置１００に用いられる電気光学素子としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子、反射型液晶素子、透過型液晶素子、電気泳動素子、及び電子放出素子などが挙げられる。
【００６１】
図８は、本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図である。この電子機器は、電気光学装置を、表示部51及び光量測定装置52を備えている。表示部５１に用いられる電気光学素子としては、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子、反射型液晶素子、透過型液晶素子、電気泳動素子、及び電子放出素子などから用途や要求される性能等に応じて適宜選択することができる。消費電力及び視認性を両立するためには、有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子という複数の電気光学素子を用いることが好ましい。
【００６２】
なお、光量測定装置52とは光量の測定が可能であれば、いかなる材料、構造、または方式のものであっても良い。代表的なものとしては、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤ、またはフォトダイオードなどが挙げられる。
【００６３】
次に、図９を用いて、図８に示した電子機器における電気光学素子の使用形態の設定方法について述べる。基本的には、光量測定装置５２を用いて測定された外光の光量が適宜設定された所定の値よりも大きいか小さいかで、電気光学素子の使用形態を設定するというものである。
【００６４】
図１に示した電気光学装置を図８に示した電子機器の表示部５１として使用した例を挙げて具体的に説明すれば、外光の光量の測定の結果、暗所であれば、有機エレクトロルミネッセンス素子を動作させ、明所であれば、反射型液晶素子を動作させる。具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子を動作させるときは、図１に示した下部電極21に、有機エレクトロルミネッセンス素子が順方向電圧となるような電圧を印加する。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子が、画素電極23から下部電極21へと電流を流すようなダイオード特性を持つときには、下部電極21に、画素電極23より低い電圧を印加する。逆の場合は、下部電極21に、画素電極23より高い電圧を印加する。このとき、反射型液晶素子も応答するが、有機エレクトロルミネッセンス素子からの発光は無偏光なので、発光が変調されることはない。
【００６５】
また、反射型液晶素子を動作させるときは、下部電極21に、有機エレクトロルミネッセンス素子が逆方向電圧となるような電圧を印加する。例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子が、画素電極23から下部電極21へと電流を流すようなダイオード特性を持つときには、下部電極21に、画素電極23より高い電圧を印加する。逆の場合は、下部電極21に、画素電極23より低い電圧を印加する。逆方向電圧であれば、電流は流れず、発光はせず、消費電力が無駄に増加することはない。
【００６６】
なお、図８に示した電子機器では、外光の光量によって電気光学素子の使用形態が設定されるが、例えば、電気光学素子の劣化状況、あるいはバッテリの残量等を測定した結果に基づいて電気光学素子の使用形態を設定することもできるし、切替え用スイッチボタンなどによって使用者自身でも電気光学素子の使用形態を設定することができる。
【００６７】
また、電気光学素子の駆動方法は、要求される消費電力、表示パネルのサイズ、表示品位、及び製造コストなどに応じて、アクティブ駆動方法及びパッシブ駆動方法のうち適切な方法を選択することができる。
【００６８】
電気光学素子の階調方式としては、種々の階調方式が採用可能である。例えば、上述の面積階調方式以外にも、電気光学素子に供給する電流または印加する電圧をアナログ的に制御することにより階調を得る方式や、電気光学素子のオン状態にある期間を制御して階調を得る、いわゆる時間階調方式などが採用可能である。なお、面積階調方式を採用する場合は、スタティックランダムアクセスメモリを使用することにより消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電気光学装置の断面図。
【図２】本発明の実施形態の電気光学装置の画素等価回路図。
【図３】本発明の実施形態の薄膜トランジスタの製造工程を示す図。
【図４】本発明の実施例の有機エレクトロルミネッセンス素子と反射型液晶素子の製造工程を示す図。
【図５】本発明に係る電気光学装置が実装されたモバイル型のパーソナルコンピュータに適用した場合の一例を示す図である。
【図６】本発明に係る電気光学装置が実装された携帯電話機の一例を示す図である。
【図７】本発明に係る電気光学装置がファインダ部分に適用されたディジタルスチルカメラの一例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電子機器を示す図。
【図９】本発明の実施の形態に係る電子機器の動作を示す図。
【符号の説明】
１１ アレイ基板
１２ 多結晶シリコン
１３ ゲート絶縁膜
１４ ゲート電極
１５ ソース領域およびドレイン領域
１６ 第１層間絶縁膜
１７ ソース電極およびドレイン電極
１８ 第２層間絶縁膜
２１ 下層電極
２２ 発光層
２３ 画素電極
３１ 液晶
３２ 対向電極
３３ カラーフィルタ
３４ 対向基板
３５ 偏光板
４１ 走査線
４２ 信号線
４２１ 低ビットの信号線
４２２ 高ビットの信号線
４３ 薄膜トランジスタ
４３１ 低ビットの薄膜トランジスタ
４３２ 高ビットの薄膜トランジスタ
４４ スタティックランダムアクセスメモリ
４４１ 低ビットのスタティックランダムアクセスメモリ
４４２ 高ビットのスタティックランダムアクセスメモリ
４５ 反射型液晶表示素子
４５１ 低ビットの副反射型液晶表示素子
４５２ 高ビットの副反射型液晶表示素子
４６ 有機エレクトロルミネッセンス表示素子
４６１ 低ビットの副有機エレクトロルミネッセンス表示素子
４６２ 高ビットの副有機エレクトロルミネッセンス表示素子
５１ 表示部
５２ 光量測定装置
Claims (16)
- 複数の走査線と、複数の信号線と、前記複数の走査線と前記複数の信号線との交点に対応して設けられた複数の画素とを備え、
前記各画素は、エレクトロルミネッセンス素子と、液晶素子と、前記エレクトロルミネッセンス素子及び前記液晶素子の両方の駆動を制御するスイッチング素子と、を含む複数の副画素を含み、
前記各副画素において、前記各エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極と前記各液晶素子の一方の電極とが共通の画素電極として共用されるとともに、対応する前記スイッチング素子に電気的に接続されており、
前記各画素において、前記各副画素内のスイッチング素子は共通の走査線に接続しており、前記各スイッチング素子を介して異なる信号線からそれぞれ対応する前記画素電極に信号が供給されることにより、前記エレクトロルミネッセンス素子及び前記液晶素子の両方が駆動されること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１に記載の電気光学装置において、
前記スイッチング素子を含む層の上方に、前記エレクトロルミネッセンス素子を含む層及び前記液晶素子を含む層が配置されていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項２に記載の電気光学装置において、
前記エレクトロルミネッセンス素子を含む層の上方に前記液晶素子を含む層が配置されていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記液晶素子は反射型液晶素子としての機能を有すること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の電気光学装置において、
暗所では、少なくとも前記エレクトロルミネッセンス素子の輝度が制御され、明所では、少なくとも前記液晶素子の輝度が制御されること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記エレクトロルミネッセンス素子の他方の電極と前記液晶素子の反射板とが共用されていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記スイッチング素子はオン状態及びオフ状態のうちいずれかの状態に制御されること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項７に記載の電気光学装置において、
階調は、前記画素の平均輝度の関数として設定されていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至６のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記画素ごとにスタティックランダムアクセスメモリを備えること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項９に記載の電気光学装置において、
前記副画素ごとに、スタティックランダムアクセスメモリを備えること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項９または１０に記載の電気光学装置において、
表示データの書き換え時に走査が行われること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至１１のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記スイッチング素子は薄膜トランジスタを含むこと、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至１２のいずれかに記載の電気光学装置において、
前記エレクトロルミネッセンス素子の発光層は有機材料から構成されていること、
を特徴とする電気光学装置。 - 請求項１乃至１３のいずれかに記載の電気光学装置を表示部として備えた電子機器。
- 請求項１４に記載の電子機器において、
光量を測定する手段をさらに備え、前記手段によって測定された光量に基づいて、前記液晶素子及び前記エレクトロルミネッセンス素子のそれぞれの使用条件を設定するための信号を前記電気光学装置に供給する手段を備えたこと、
を特徴とする電子機器。 - 請求項１５に記載の電子機器において、
前記光量は、前記電気光学装置の置かれた環境における外光の光量あるいは前記液晶素子または前記有機エレクトロルミネッセンス素子を用いて画像を表示した際の表示輝度であること、
を特徴とする電子機器。
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