JP4896315B2 - 発光装置および電子機器 - Google Patents
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光装置の駆動回路および駆動回路を用いた発光装置に関し、特に、絶縁体上に作成される薄膜トランジスタを有するアクティブマトリクス型発光装置の駆動回路および駆動回路を用いたアクティブマトリクス型発光装置に関する。その中で特に、映像ソースとしてデジタル映像信号を用い、画素部に有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子を始めとする自発光素子を用いたアクティブマトリクス型発光装置の駆動回路および駆動回路を用いたアクティブマトリクス型発光装置に関する。
【0002】
EL素子は、エレクトロルミネッセンス(Electro Luminescence:電場を加えることで発生するルミネッセンス)が得られる有機化合物を含む層(以下、EL層と記す)と、陽極と、陰極とを有する。有機化合物におけるルミネッセンスには、一重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(蛍光)と三重項励起状態から基底状態に戻る際の発光(リン光)とがあるが、本発明はどちらの発光を用いた発光装置にも適用可能である。
【0003】
なお、本明細書では、陽極と陰極の間に設けられた全ての層をEL層と定義する。EL層には具体的に、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層等が含まれる。基本的にEL素子は、陽極/発光層/陰極が順に積層された構造を有しており、この構造に加えて、陽極/正孔注入層/発光層/陰極や、陽極/正孔注入層/発光層/電子輸送層/陰極等の順に積層した構造を有していることもある。
【0004】
また、本明細書中では、陽極、EL層及び陰極で形成される素子をEL素子と呼ぶ。
【0005】
【従来の技術】
近年、絶縁体上、特にガラス基板上に半導体薄膜を形成した発光装置、特に薄膜トランジスタ(以下TFTと表記する)を用いたアクティブマトリクス型発光装置の普及が顕著となっている。TFTを使用したアクティブマトリクス型発光装置は、マトリクス状に配置された数十万から数百万のTFTを有し、各画素の電荷を制御することによって画像の表示を行っている。
【0006】
さらに最近の技術として、画素を構成する画素TFTの他に、画素部の周辺部に、TFTを用いて駆動回路を同時形成するポリシリコンTFTに関する技術が発展してきており、装置の小型化、低消費電力化に大いに貢献し、それに伴って、近年その応用分野の拡大が著しいモバイル機器の表示部等に、発光装置は不可欠なデバイスとなってきている。
【0007】
また、LCD(液晶ディスプレイ)に替わるフラットパネルディスプレイとして、有機EL等の自発光材料を応用した、発光装置が注目を集めており、活発な研究が行われている。
【0008】
デジタル方式の発光装置の一例の概略図を、図13に示す。中央に画素部1307が配置されている。画素部には、ソース信号線、ゲート信号線に加え、EL素子に電流を供給するための、電流供給線1306が配置されている。画素部の上側には、ソース信号線を制御するための、ソース信号線駆動回路1301が配置されている。ソース信号線駆動回路1301は、シフトレジスタ回路1303、第1のラッチ回路1304、第2のラッチ回路1305等を有する。画素部の左右には、ゲート信号線を制御するための、ゲート信号線駆動回路1302が配置されている。なお、図13においては、ゲート信号線駆動回路1302は、画素部の左右両側に配置されているが、片側配置でも構わない。ただし、両側配置とした方が、駆動効率、駆動信頼性の面から見て望ましい。
【0009】
ソース信号線駆動回路1301に関しては、図14に示すような構成を有しており、シフトレジスタ回路(SR)1401、第1のラッチ回路(LAT1)1402、第2のラッチ回路(LAT2)1403等を有する。なお、図14では図示していないが、必要に応じてバッファ回路、レベルシフタ回路等を配置しても良い。
【0010】
図13および図14を用いて動作について簡単に説明する。まず、シフトレジスタ回路1303(図14中、SRと表記)にクロック信号(S−CLK、S−CLKb)およびスタートパルス(S−SP)が入力され、順次サンプリングパルスが出力される。続いて、サンプリングパルスは第1のラッチ回路1304(図14中、LAT1と表記)に入力され、同じく第1のラッチ回路1304に入力されたデジタル映像信号(Digital Data)をそれぞれ保持していく。この期間を、ドットデータサンプリング期間という。ここで、D1が最上位ビット(MSB:Most Significant Bit)、D3が最下位ビット(LSB:Least Significant Bit)である。第1のラッチ回路1304において、1水平周期、それぞれ1ビット分のデジタル映像信号の保持が完了すると、帰線期間中に、第1のラッチ回路1304で保持されているデジタル映像信号は、ラッチ信号(Latch Pulse)の入力に従い、一斉に第2のラッチ回路1305(図14中、LAT2と表記)へと転送される。第1のラッチ回路から、第2のラッチ回路にデジタル映像信号が転送される期間を、ラインデータラッチ期間という。
【0011】
一方、ゲート信号線側駆動回路1302において、シフトレジスタ(図示せず)に、ゲート側クロック信号(G−CLK)、ゲート側スタートパルス(G−SP)が入力される。シフトレジスタは、これら入力信号に基づいて、順次パルスを出力し、バッファ等(図示せず)を経由して、ゲート信号線選択パルスとして出力され、順次ゲート信号線を選択していく。
【0012】
ソース信号線側駆動回路1301の第2のラッチ回路1305に転送されたデータは、ゲート信号線選択パルスによって選択されている列の画素に書き込まれる。
【0013】
続いて、画素部1307の駆動について説明する。図19に、図13の画素部1307の一部を示す。図19(A)は、3×3画素のマトリクスを示している。点線枠1900にて囲まれた部分が1画素であり、図19(B)にその拡大図を示す。図19(B)において、1901は、画素に信号を書き込む時のスイッチング素子として機能するTFT(以下、スイッチング用TFTという)である。このスイッチング用TFT1901にはNチャネル型もしくはPチャネル型のいずれの極性を用いても良い。1902はEL素子1903に供給する電流を制御するための素子(電流制御素子)として機能するTFT(以下、EL駆動用TFTという)である。EL駆動用TFT1902にPチャネル型を用いる場合には、EL素子1903の陽極1909と電流供給線1907との間に配置する。別の構成方法として、EL駆動用TFT1902にNチャネル型を用いて、EL素子1903の陰極1910と陰極電極1908との間に配置したりすることも可能である。しかし、TFTの動作としてソース接地が良いこと、EL素子1903の製造上の制約などから、EL駆動用TFT1902にはPチャネル型を用い、EL素子1903の陽極1909と電流供給線1907との間にEL駆動用TFT1902を配置する方式が一般的であり、多く採用されている。1904は、ソース信号線1906から入力される信号(電圧)を保持するための保持容量である。図19(B)での保持容量1904の一方の端子は、電流供給線1907に接続されているが、専用の配線を用いることもある。スイッチング用TFT1901のゲート電極は、ゲート信号線1905に、ソース領域は、ソース信号線1906に接続されている。
【0014】
次に、同図19を参照して、アクティブマトリクス型発光装置の回路の動作について説明する。まず、ゲート信号線1905が選択されると、スイッチング用TFT1901のゲート電極に電圧が印加され、スイッチング用TFT1901が導通状態になる。すると、ソース信号線1906の信号(電圧)が保持容量1904に蓄積される。保持容量1904の電圧は、EL駆動用TFT1902のゲート・ソース間電圧VGSとなるため、保持容量1904の電圧に応じた電流がEL駆動用TFT1902とEL素子1903に流れる。その結果、EL素子1903が点灯する。
【0015】
EL素子1903の輝度、つまりEL素子1903を流れる電流量は、EL駆動用TFT1902のVGSによって制御出来る。VGSは、保持容量1904の電圧であり、それはソース信号線1906に入力される信号(電圧)である。つまり、ソース信号線1906に入力される信号(電圧)を制御することによって、EL素子1903の輝度を制御する。最後に、ゲート信号線1905を非選択状態にして、スイッチング用TFT1901のゲートを閉じ、スイッチング用TFT1901を非導通状態にする。その時、保持容量1904に蓄積された電荷は保持される。よって、EL駆動用TFT1902のVGSは、そのまま保持され、VGSに応じた電流が、EL駆動用TFT1902を経由してEL素子1903に流れ続ける。
【0016】
EL素子の駆動等に関しては、SID99 Digest : P372 :“Current Status and future of Light-Emitting Polymer Display Driven by Poly-Si TFT”、ASIA DISPLAY98 : P217 :“High Resolution Light Emitting Polymer Display Driven by Low Temperature Polysilicon Thin Film Transistor with Integrated Driver”、Euro Display99 Late News : P27 :“3.8 Green OLED with Low Temperature Poly-Si TFT”などに報告されている。
【0017】
次に、EL素子の階調表示の方式について述べる。アナログ階調方式は、EL駆動用TFTの電流特性のばらつきに弱いという欠点がある。つまり、EL駆動用TFTの電流特性が異なると、同じゲート電圧を印可しても、EL駆動用TFTとEL素子を流れる電流値が変わってしまう。その結果EL素子の明るさ、つまり階調が変わってしまう。
【0018】
そこで、EL駆動用TFTの特性ばらつきの影響を小さくするために、デジタル階調方式と呼ぶ方式が考案されている。この方式は、EL駆動用TFTのゲート電圧の絶対値|VGS|が点灯開始電圧以下の状態(ほとんど電流が流れない)と、輝度飽和電圧よりも大きい状態(最大に近い電流が流れている)、という2つの状態で階調を制御する方式である。この場合、EL駆動用TFTのゲート電圧の絶対値|VGS|を輝度飽和電圧よりも十分大きくしておけば、EL駆動用TFTの電流特性がばらついても、電流値はIMAXに近くなる。よって、EL駆動用TFTのばらつきの影響を非常に小さく出来る。以上のように、ON状態(最大電流が流れているため明るい)とOFF状態(電流が流れないため暗い)の2つの状態で階調を制御するため、この方式はデジタル階調方式と呼ばれている。
【0019】
しかしながら、デジタル階調方式の場合、このままでは2階調しか表示できない。そこで、別の方式と組み合わせて、多階調化を図る技術が複数提案されている。
【0020】
多階調化を図る方式の一つとして、時間階調方式がある。時間階調方式とは、EL素子が点灯している時間を制御して、その点灯時間の長短によって階調を出す方式である。つまり、1フレーム期間を、複数のサブフレーム期間に分割し、点灯しているサブフレーム期間の数や長さを制御して、階調を表現している。
【0021】
図101を参照する。図20は、時間階調方式を用いた、回路の駆動タイミングについて簡単に示している。フレーム周波数を60[Hz]とし、時間階調方式によって、画素数VGA(640×480画素)の発光装置において、3ビットの階調を得る例である。ソース信号線駆動回路に関しては、図14に示した回路を用いるものとする。
【0022】
一般に発光装置は、図20(A)に示すように、1秒間に60回程度、画面の描画を行う。これにより、人間の眼にフリッカ(画面のちらつき)を感じさせることなく、画面の表示が出来る。そして、画面を1回描画する期間を、1フレーム期間という。
【0023】
図20(A)に示すように、時間階調方式においては、1フレーム期間を、階調ビット数分のサブフレーム期間に分割する。ここでは3ビットであるので、3つのサブフレーム期間に分割している。1つのサブフレーム期間は、さらにアドレス期間(Ta)とサステイン(点灯)期間(Ts)に分けられる(図20(B))。SF1でのサステイン期間をTs1と呼ぶことにする。SF2、SF3の場合においても同様に、Ts2、Ts3と呼ぶことにする。アドレス期間は、1フレーム分の映像信号を画素に書き込む期間であるので、いずれのサブフレーム期間においても長さが等しい(図20(C))。サステイン期間は、ここではTs1:Ts2:Ts3=22:21:20=4:2:1というように、2のべき乗の比を有する。
【0024】
アドレス期間においては、1行目から順にゲート信号線が選択され、順次デジタル映像信号の書き込みが行われる。図20(C)は、画素数VGAの発光装置を例としているので、480行分繰り返される。1行あたりの処理期間を、1水平期間と表記している。
【0025】
さらに、1水平期間においては、クロック信号(S−CLK、S−CLKb)とスタートパルス(SP)とに従って、順次サンプリングパルスがシフトレジスタ(SR)から出力され、デジタル映像信号の処理を行う。この期間をドットデータサンプリング期間という。画素数VGAの発光装置においては、1行あたり640画素を有しており、デジタル映像信号の処理は640画素分、繰り返される。
【0026】
1行分(640画素分)のデジタル映像信号の処理が終了すると、水平帰線期間中にラッチパルスが入力され、第1のラッチ回路(LAT1)で保持されていたデジタル映像信号は、一斉に第2のラッチ回路(LAT2)に転送され、その後1行分のデジタル映像信号が同時に画素に書き込まれる。
【0027】
階調表示の方法としては、Ts1からTs3までのサステイン(点灯)期間において、EL素子を点灯させるか点灯させないかのいずれかの状態に制御することにより、1フレーム期間内の総点灯時間の長短によって輝度を制御している。この例では、点灯するサステイン(点灯)期間の組み合わせにより、23=8通りの点灯時間の長さを決定することが出来るため、8階調を表示できる。このように点灯時間の長短を利用して階調表現を行う。
【0028】
さらに階調数を増やす場合は、1フレーム期間の分割数を増やしていけばよい。1フレーム期間をn個のサブフレームに期間に分割した場合、サステイン(点灯)期間の長さの比率はTs1:Ts2:・・・・・Ts(n-1):Tsn=2(n-1):2(n-2):・・・・・21:20となり、2n通りの階調を表現することが可能となる。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】
一般的なアクティブマトリクス型発光装置においては、動画の表示をスムーズに行うため、前述の図20(A)に示したように、1秒間に60回前後、画面表示の更新が行われる。すなわち、1フレーム毎にデジタル映像信号を供給し、その都度画素への書き込みを行う必要がある。たとえ、映像が静止画であったとしても、1フレーム毎に同一の信号を供給しつづけなければならないため、駆動回路が連続して同じデジタル映像信号の繰り返し処理を行う必要がある。
【0030】
静止画のデジタル映像信号を一旦、外部の記憶回路に書き込み、以後は1フレーム毎に外部の記憶回路から発光装置にデジタル映像信号を供給する方法もあるが、いずれの場合にも外部の記憶回路と駆動回路は動作し続ける必要があることに変わりはない。
【0031】
特にモバイル機器においては、低消費電力化が大きく望まれている。さらに、このモバイル機器においては、静止画モードで使用されることが大部分を占めているにもかかわらず、前述のように駆動回路は静止画表示の際にも動作し続けているため、低消費電力化への足かせとなっている。
【0032】
本発明は前述のような問題点を鑑見て、新規の回路を用いることにより、静止画の表示時における駆動回路の消費電力を低減することを課題とする。
【0033】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明では次のような手段を用いた。
【0034】
画素内に複数の記憶回路を配置し、画素毎にデジタル映像信号を記憶させる。静止画の場合、一度書き込みを行えば、それ以降、画素に書き込まれる情報は同様であるので、フレーム毎に信号の入力を行わなくとも、記憶回路に記憶されている信号を読み出すことによって静止画を継続的に表示することができる。すなわち、静止画を表示する際は、最低1フレーム分の信号の処理動作を行って以降は、ソース信号線駆動回路を停止させておくことが可能となり、それに伴って電力消費を大きく低減することが可能となる。
【0035】
以下に、本発明の発光装置の構成について記載する。
【0036】
本発明の発光装置は、
複数の画素を有する発光装置において、
前記複数の画素はそれぞれ、複数の記憶回路を有することを特徴としている。
【0037】
本発明の発光装置は、
複数の画素を有する発光装置において、
前記複数の画素はそれぞれ、nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号をmフレーム分(mは自然数、1≦m)記憶するn×m個の記憶回路を有することを特徴としている。
【0038】
本発明の発光装置は、
複数の画素を有する発光装置において、
前記複数の画素はそれぞれ、ソース信号線と、n本(nは自然数、2≦n)の書き込み用ゲート信号線と、n本の読み出し用ゲート信号線と、n個の書き込み用トランジスタと、n個の読み出し用トランジスタと、nビットのデジタル映像信号をmフレーム分(mは自然数、1≦m)記憶するn×m個の記憶回路と、n個の書き込み用記憶回路選択部と、n個の読み出し用記憶回路選択部と、電流供給線と、EL駆動用トランジスタと、EL素子とを有し、
前記n個の書き込み用トランジスタのゲート電極はそれぞれ、前記n本の書き込み用ゲート信号線の、それぞれ異なるいずれか1本と電気的に接続され、ソース領域とドレイン領域とはそれぞれ、一方はソース信号線と電気的に接続され、他方は前記n個の書き込み用記憶回路選択部の、それぞれ異なるいずれか1個の信号入力部と電気的に接続され、
前記n個の書き込み用記憶回路選択部はそれぞれm個の信号出力部を有し、前記m個の信号出力部はそれぞれ、異なるm個の前記記憶回路の信号入力部と電気的に接続され、
前記n個の読み出し用記憶回路選択部はそれぞれm個の信号入力部を有し、前記m個の信号入力部はそれぞれ、前記異なるm個の前記記憶回路の信号出力部と電気的に接続され、
前記n個の読み出し用トランジスタのゲート電極はそれぞれ、前記n本の読み出し用ゲート信号線の、それぞれ異なるいずれか1本と電気的に接続され、ソース領域とドレイン領域とはそれぞれ、一方は前記n個の前記読み出し用記憶回路選択部の、それぞれ異なるいずれか1個の信号出力部と電気的に接続され、他方は、前記EL駆動用トランジスタのゲート電極と電気的に接続され、前記EL駆動用トランジスタのソース領域とドレイン領域とは、一方は前記電流供給線と電気的に接続され、他方は前記EL素子の一方の電極と電気的に接続されていることを特徴としている。
【0039】
本発明の発光装置は、
複数の画素を有する発光装置において、
前記複数の画素はそれぞれ、n本(nは自然数、2≦n)のソース信号線と、書き込み用ゲート信号線と、n本の読み出し用ゲート信号線と、n個の書き込み用トランジスタと、n個の読み出し用トランジスタと、nビットのデジタル映像信号をmフレーム分(mは自然数、1≦m)記憶するn×m個の記憶回路と、n個の書き込み用記憶回路選択部と、n個の読み出し用記憶回路選択部と、電流供給線と、EL駆動用トランジスタと、EL素子とを有し、
前記n個の書き込み用トランジスタのゲート電極はそれぞれ、前記書き込み用ゲート信号線と電気的に接続され、ソース領域とドレイン領域とはそれぞれ、一方は前記n本のソース信号線の、それぞれ異なる1本と電気的に接続され、他方は他方は前記n個の書き込み用記憶回路選択部の、それぞれ異なるいずれか1個の信号入力部と電気的に接続され、
前記n個の書き込み用記憶回路選択部はそれぞれm個の信号出力部を有し、前記m個の信号出力部はそれぞれ、異なるm個の前記記憶回路の信号入力部と電気的に接続され、
前記n個の読み出し用記憶回路選択部はそれぞれm個の信号入力部を有し、前記m個の信号入力部はそれぞれ、前記異なるm個の前記記憶回路の信号出力部と電気的に接続され、
前記n個の読み出し用トランジスタのゲート電極はそれぞれ、前記n本の読み出し用ゲート信号線の、それぞれ異なるいずれか1本と電気的に接続され、ソース領域とドレイン領域とはそれぞれ、一方は前記n個の前記読み出し用記憶回路選択部の、それぞれ異なるいずれか1個の信号出力部と電気的に接続され、他方は、前記EL駆動用トランジスタのゲート電極と電気的に接続され、前記EL駆動用トランジスタのソース領域とドレイン領域とは、一方は前記電流供給線と電気的に接続され、他方は前記EL素子の一方の電極と電気的に接続されていることを特徴としている。
【0040】
本発明の発光装置は、
請求項3もしくは請求項4のいずれか1項において、
前記書き込み用記憶回路選択部は、前記m個の記憶回路のうちいずれか1個を選択して、前期書き込み用トランジスタのソース領域とドレイン領域のうち一方と導通して前記デジタル映像信号の記憶回路への書き込みを行い、
前記読み出し用記憶回路選択部は、前記デジタル映像信号が記憶されている前記記憶回路のうちいずれか1個を選択して、前記読み出し用トランジスタのソース領域とドレイン領域のうち一方と導通して前記記憶されたデジタル映像信号の読み出しを行うことを特徴としている。
【0041】
本発明の発光装置は、
請求項3において、
クロック信号とスタートパルスとにしたがって、順次サンプリングパルスを出力するシフトレジスタと、
前記サンプリングパルスにしたがって、nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号を保持する第1のラッチ回路と、
前記第1のラッチ回路に保持された前記nビットのデジタル映像信号が転送される第2のラッチ回路と、
前記第2のラッチ回路に転送された前記nビットのデジタル映像信号を1ビットずつ順に選択し、前記ソース信号線に出力する、ビット信号選択スイッチとを有することを特徴としている。
【0042】
本発明の発光装置は、
請求項4において、
クロック信号とスタートパルスとにしたがって、順次サンプリングパルスを出力するシフトレジスタと、
前記サンプリングパルスにしたがって、nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号のうち、1ビットの前記デジタル映像信号を保持し、前記ソース信号線に前記1ビットの前記デジタル映像信号を出力する第1のラッチ回路とを有することを特徴としている。
【0043】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項において、
前記記憶回路はスタティック型メモリ(SRAM)であることを特徴としている。
【0044】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項において、
前記記憶回路は強誘電体メモリ(FeRAM)であることを特徴としている。
【0045】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項において、
前記記憶回路はダイナミック型メモリ(DRAM)であることを特徴としている。
【0046】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項10のいずれか1項において、
前記記憶回路は、ガラス基板上に形成されていることを特徴としている。
【0047】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項10のいずれか1項において、
前記記憶回路は、プラスチック基板上に形成されていることを特徴としている。
【0048】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項10のいずれか1項において、
前記記憶回路は、ステンレス基板上に形成されていることを特徴としている。
【0049】
本発明の発光装置は、
請求項1乃至請求項10のいずれか1項において、
前記記憶回路は、単結晶ウェハ上に形成されていることを特徴としている。
【0050】
本発明の発光装置の駆動方法は、
nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号を用いて映像の表示を行う発光装置の駆動方法において、
前記発光装置は、ソース信号線駆動回路と、ゲート信号線駆動回路と、複数の画素とを有し
前記ソース信号線駆動回路においては、
シフトレジスタからサンプリングパルスが出力されてラッチ回路に入力され、
前記ラッチ回路においては、前記サンプリングパルスにしたがって前記デジタル映像信信号が保持され、
前記保持されたデジタル映像信号はソース信号線へと書き込みが行われ、
前記ゲート信号線駆動回路においては、
ゲート信号線選択パルスが出力されてゲート信号線が選択され、
前記複数の画素においてはそれぞれ、
前記ゲート信号線が選択されている行において、
ソース信号線より入力されるnビットのデジタル映像信号の記憶回路への書き込みと、
前記記憶回路に記憶された前記nビットのデジタル映像信号の読み出しとを行うことを特徴としている。
【0051】
本発明の発光装置の駆動方法は、
nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号を用いて映像の表示を行う発光装置の駆動方法において、
前記発光装置は、ソース信号線駆動回路と、ゲート信号線駆動回路と、複数の画素とを有し
前記ソース信号線駆動回路においては、
シフトレジスタからサンプリングパルスが出力されてラッチ回路に入力され、
前記ラッチ回路においては、前記サンプリングパルスにしたがって前記デジタル映像信信号が保持され、
前記保持されたデジタル映像信号はソース信号線へと書き込みが行われ、
前記ゲート信号線駆動回路は、ゲート信号線選択パルスを出力して、前記ゲート信号線を、1行目から順次選択し、
前記複数の画素においては、1行目から順次前記nビットのデジタル映像信号の書き込みが行われることを特徴としている。
【0052】
本発明の発光装置の駆動方法は、
nビット(nは自然数、2≦n)のデジタル映像信号を用いて映像の表示を行う発光装置の駆動方法において、
前記発光装置は、ソース信号線駆動回路と、ゲート信号線駆動回路と、複数の画素とを有し
前記ソース信号線駆動回路においては、
シフトレジスタからサンプリングパルスが出力されてラッチ回路に入力され、
前記ラッチ回路においては、前記サンプリングパルスにしたがって前記デジタル映像信信号が保持され、
前記保持されたデジタル映像信号はソース信号線へと書き込みが行われ、
前記ゲート信号線駆動回路は、ゲート信号線選択パルスを、前記ゲート信号線の任意の行を特定して出力することによって選択し、
前記複数の画素においては、前記ゲート信号線が選択されている任意の行において、前記nビットのデジタル映像信号の書き込みが行われることを特徴としている。
【0053】
本発明の発光装置の駆動方法は、
請求項15乃至請求項17のいずれか1項において、
静止画像の表示期間においては、
前記記憶回路に記憶された前記nビットのデジタル映像信号を繰り返し読み出して静止画像の表示を行うことにより、前記ソース信号線駆動回路を停止することを特徴としている。
【0054】
【発明の実施の形態】
図2は、本発明の、複数の記憶回路を有する画素を用いた発光装置における、ソース信号線駆動回路および一部の画素の構成を示したものである。この回路は、3ビットデジタル階調信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路201、第1のラッチ回路202、第2のラッチ回路203、ビット信号選択スイッチ204、画素205を有する。210は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号であり、画素の説明とともに後述する。
【0055】
図1は、図2における画素205における回路構成を詳細に示したものである。この画素は、3ビットデジタル階調に対応したものであり、EL素子(EL)123、保持容量(Cs)121、記憶回路(A1〜A3およびB1〜B3)等を有している。101はソース信号線、102〜104は書き込み用ゲート信号線、105〜107は、読み出し用ゲート信号線、108〜110は書き込み用TFT、111〜113は読み出し用TFT、114は第1の書き込み用記憶回路選択部、115は第1の読み出し用記憶回路選択部、116は第2の書き込み用記憶回路選択部、117は第2の読み出し用記憶回路選択部、118は第3の書き込み用記憶回路選択部、119は第3の読み出し用記憶回路選択部、122はEL駆動用TFTである。
【0056】
図1に示した画素が有する記憶回路(A1〜A3およびB1〜B3)は、それぞれ1ビットのデジタル映像信号を記憶することが出来、ここではA1〜A3を1組、B1〜B3を1組として用い、各々3ビットのデジタル映像信号の記憶を行う。つまり、図1に示した画素は、3ビットのデジタル映像信号を2フレーム分記憶することが出来る。
【0057】
図3は、図1に示した本発明の表示装置におけるタイミングチャートである。表示装置は3ビットデジタル階調、VGAのものを対象としている。図1〜図3を用いて、駆動方法について説明する。なお、各番号は、図1〜図3のものをそのまま用いる(図番は省略する)。
【0058】
図2および図3(A)(B)を参照する。図3(A)において、各フレーム期間をα、β、γ、δと表記して説明する。まず、フレーム期間αにおける回路動作について説明する。
【0059】
従来のデジタル方式の駆動回路の場合と同様に、シフトレジスタ回路201にクロック信号(S−CLK、S−CLKb)およびスタートパルス(S−SP)が入力され、順次サンプリングパルスが出力される。続いて、サンプリングパルスは第1のラッチ回路202(LAT1)に入力され、同じく第1のラッチ回路202に入力されたデジタル映像信号(Digital Data)をそれぞれ保持していく。この期間を、本明細書においてはドットデータサンプリング期間と表記する。1水平期間分のドットデータサンプリング期間は、図3(A)において1〜480で示す各期間である。デジタル映像信号は3ビットであり、D1がMSB(Most Significant Bit)、D3がLSB(Least Significant Bit)である。第1のラッチ回路202において、1水平周期分のデジタル映像信号の保持が完了すると、帰線期間中に、第1のラッチ回路202で保持されているデジタル映像信号は、ラッチ信号(Latch Pulse)の入力に従い、一斉に第2のラッチ回路203(LAT2)へと転送される。
【0060】
続いて、再びシフトレジスタ回路201から出力されるサンプリングパルスに従い、次水平周期分のデジタル映像信号の保持動作が行われる。
【0061】
一方、第2のラッチ回路203に転送されたデジタル映像信号は、画素内に配置された記憶回路に書き込まれる。図3(B)に示すように、次列のドットデータサンプリング期間をI、IIおよびIIIと3分割し、第2のラッチ回路に保持されているデジタル映像信号をソース信号線に出力する。このとき、ビット信号選択スイッチ204によって、各ビットの信号が順番にソース信号線に出力されるように選択的に接続される。
【0062】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されて、書き込み用TFT108が導通し、記憶回路選択部114が記憶回路A1を選択し、記憶回路A1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されて書き込み用TFT109が導通し、記憶回路選択部116が記憶回路A2を選択し、記憶回路A2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されて書き込み用TFT110が導通し、記憶回路選択部118が記憶回路A3を選択し、記憶回路A3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0063】
以上で、1水平期間分のデジタル映像信号の処理が終了する。図3(B)の期間は、図3(A)において※印で示された期間である。以上の動作を最終段まで行うことにより、1フレーム分のデジタル映像信号が記憶回路Aに書き込まれる。
【0064】
ところで、本発明の発光装置においては、3ビットのデジタル階調を、時間階調方式により表現する。時間階調方式とは、画素に印加する電圧によって輝度の制御を行う通常の方式と異なり、画素には2種類の電圧のみを印加してON、OFFの2状態を用い、点灯時間の差を利用して階調を得る方式である。時間階調方式においてnビットの階調表現を行う際には、その表示期間をn個の期間に分割し、各期間の長さの比を2n-1:2n-2:・・・:20のように2のべき乗とし、どの期間で画素をONの状態にするかによって、点灯時間の長さに差を生じ、もって階調の表現を行う。
【0065】
また、表示期間の長さを2のべき乗以外の区分によって階調表示を行うようにしても表示は可能である。
【0066】
以上をふまえて、フレーム期間βにおける動作について説明する。最終段における記憶回路への書き込みが終了すると、1フレーム目の表示が行われる。図3(C)は、3ビットの時間階調方式について説明する図である。今、デジタル映像信号は、ビットごとに記憶回路A1〜A3に記憶されている。Ts1は、第1ビットデータによる表示期間、Ts2は、第2ビットデータによる表示期間、Ts3は、第3ビットデータによる表示期間であり、各表示期間の長さは、Ts1:Ts2:Ts3=4:2:1となっている。
【0067】
ここでは3ビットであるから、輝度は0〜7までの8段階が得られる。Ts1〜Ts3のいずれの期間においても表示が行われない場合には輝度0、全ての期間を用いて表示を行えば輝度7を得る。例えば、輝度5を表示したい場合には、Ts1とTs3において画素をONの状態とし、表示させればよい。
【0068】
具体的に図を用いて説明する。Ts1においては、読み出し用ゲート信号線105にパルスが入力されて、読み出し用TFT111が導通し、記憶回路選択部115が記憶回路A1を選択し、記憶回路A1に記憶されたデジタル映像信号にしたがってEL素子を点灯させる。続いて、Ts2においては、読み出し用ゲート信号線106にパルスが入力されて、読み出し用TFT112が導通し、記憶回路選択部117が記憶回路A2を選択し、記憶回路A2に記憶されたデジタル映像信号にしたがってEL素子を点灯させる。最後に、Ts3においては、読み出し用ゲート信号線107にパルスが入力されて、読み出し用TFT113が導通し、記憶回路選択部119が記憶回路A3を選択し、記憶回路A3に記憶されたデジタル映像信号によってEL素子を点灯させる。
【0069】
以上のようにして、1フレーム期間分の表示が行われる。一方、駆動回路側では、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が行われている。第2のラッチ回路へのデジタル映像信号の転送までは前述と同様の手順である。続く記憶回路への書き込み期間においては、前のフレーム期間でデジタル映像信号を記憶した記憶回路とは異なる記憶回路を用いる。
【0070】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されて、書き込み用TFT108が導通し、記憶回路選択部114が記憶回路B1を選択し、記憶回路B1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されて、書き込み用TFT109が導通し、記憶回路選択部116が記憶回路B2を選択し、記憶回路B2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されて、書き込み用TFT110が導通し、記憶回路選択部118が記憶回路B3を選択し、記憶回路B3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0071】
続いて、フレーム期間γに入り、記憶回路B1〜B3に記憶されたデジタル映像信号に従って2フレーム目の表示が行われる。同時に、次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、1フレーム目の表示が終了した記憶回路A1〜A3に再び記憶される。
【0072】
その後、記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示がフレーム期間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0073】
以上の動作を繰り返して、映像の表示が継続的に行われる。ここで、静止画を表示する場合には、最初の動作で記憶回路A1〜A3にいったんデジタル映像信号が記憶されてからは、各フレーム期間で記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号を反復して読み出せば良い。したがってこの静止画が表示されている期間中は、ソース信号線駆動回路の駆動を停止させることが出来る。
【0074】
さらに、記憶回路へのデジタル映像信号の書き込み、あるいは記憶回路からのデジタル映像信号の読み出しは、ゲート信号線1本単位で行うことが可能である。すなわち、ソース信号線駆動回路を短期間のみ動作させ、画面の一部のみを書き換えるなどといった表示方法をとることも出来る。
【0075】
つまり、ソース信号線駆動回路およびゲート信号線駆動回路を、デコーダ等を用いて構成することにより、画素部の任意の場所を選択することが出来る。よって、書き換えの必要のない部分は引き続き記憶回路に書き込まれているデジタル映像信号に従って表示を行い、必要な場所のみ、書き換えを行うことが出来る。
【0076】
また、本実施形態においては、1画素内にA1〜A3およびB1〜B3の記憶回路を有し、3ビットのデジタル映像信号を2フレーム分だけ記憶する機能を有しているが、本発明はこの数に限定しない。つまり、nビットのデジタル映像信号をmフレーム分だけ記憶するには、1画素内にn×m個の記憶回路を有していれば良い。
【0077】
以上の方法により、画素内に実装された記憶回路を用いてデジタル映像信号の記憶を行うことにより、静止画を表示する際に各フレーム期間で記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を反復して用い、ソース信号線駆動回路を駆動することなく、継続的に静止画表示が可能となる。よって、発光装置の低消費電力化に大きく貢献することが出来る。
【0078】
また、ソース信号線駆動回路に関しては、ビット数に応じて増加するラッチ回路等の配置の問題から、必ずしも絶縁体上に一体形成する必要はなく、その一部あるいは全部を外付けで構成しても良い。
【0079】
さらに、本実施形態にて示した、発光装置のソース信号線駆動回路においては、ビット数に応じたラッチ回路を配置しているが、1ビット分のみ配置して動作させることも可能である。この場合、上位ビットから下位ビットのデジタル映像信号を直列にラッチ回路に入力すれば良い。
【0080】
【実施例】
以下に本発明の実施例について記述する。
【0081】
[実施例1]
本実施例においては、実施形態において示した回路における記憶回路選択部を、具体的にトランジスタ等を用いて構成し、その動作について説明する。
【0082】
図4(A)は、図1に示した画素と同様のもので、記憶回路選択部114〜119を実際に回路で構成した例である。図中、各部に付した番号において、図1と同じ部位については、図1と同じ番号を付している。記憶回路A1〜A3およびB1〜B3の各々に、書き込み選択用TFT401、403、405、407、409、411と、読み出し選択用TFT402、404、406、408、410、412とを設け、記憶回路選択信号線413、414をもって制御する。
【0083】
図4(B)は、記憶回路の一例を示したものである。点線枠450で示される部分が記憶回路(図4(A)中、A1〜A3およびB1〜B3で示す部分)であり、451は書き込み選択用TFT、452は読み出し選択用TFTである。ここで示した記憶回路には、ループ状に接続された2つのインバータを用いてなるスタティック型メモリ(Static RAM : SRAM)を用いているが、記憶回路に関してはこの構成に限定しない。ここで、記憶回路にSRAMを使用する場合には、画素は特に保持容量(Cs)121を持たない構造としても良い。
【0084】
本実施例にて図4(A)で示した回路の駆動は、実施形態にて図3を用いて示したタイミングチャートに従って駆動することが出来る。図3、図4(A)を用いて、記憶回路選択部の実際の駆動方法を加えて、回路動作について説明する。
なお、各番号は、図3、図4(A)のものをそのまま用いる(図番は省略する)。
【0085】
図3(A)(B)を参照する。図3(A)において、各フレーム期間をα、β、γ、δと表記して説明する。まず、フレーム期間αにおける回路動作について説明する。
【0086】
シフトレジスタ回路から第2のラッチ回路までの駆動方法に関しては実施形態にて示したものと同様であるのでそれに従う。
【0087】
まず、記憶回路選択信号線413にパルスが入力されて書き込み選択用TFT401、405、409が導通し、記憶回路A1〜A3への書き込みが可能な状態となる。期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されてTFT108が導通し、記憶回路A1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されてTFT109が導通し、記憶回路A2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されてTFT110が導通し、記憶回路A3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0088】
以上で、1水平期間分のデジタル映像信号の処理が終了する。図3(B)の期間は、図3(A)において※印で示された期間である。以上の動作を最終段まで行うことにより、1フレーム分のデジタル映像信号が記憶回路A1〜A3に書き込まれる。
【0089】
続いて、フレーム期間βにおける動作について説明する。最終段における記憶回路への書き込みが終了すると、1フレーム目の表示が行われる。図3(C)は、3ビットの時間階調方式について説明する図である。今、デジタル映像信号は、ビットごとに記憶回路A1〜A3に記憶されている。Ts1は、第1ビットデータによる表示期間、Ts2は、第2ビットデータによる表示期間、Ts3は、第3ビットデータによる表示期間であり、各表示期間の長さは、Ts1:Ts2:Ts3=4:2:1となっている。
【0090】
ただし、表示期間の長さを2のべき乗以外の区分によって階調表示を行うようにしても表示は可能である。
【0091】
ここでは3ビットであるから、輝度は0〜7までの8段階が得られる。Ts1〜Ts3のいずれの期間においても表示が行われない場合には輝度0、全ての期間を用いて表示を行えば輝度7を得る。例えば、輝度5を表示したい場合には、Ts1とTs3において画素をONの状態とし、表示させればよい。
【0092】
具体的に図を用いて説明する。記憶回路への書き込み動作が終了した後、表示期間に移る際に、記憶回路選択信号線413に入力されていたパルスが終了し、同時に記憶回路選択信号線414にパルスが入力され、書き込み用TFT401、405、409は非導通状態となり、読み出し用TFT402、406、410が導通して、記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となる。Ts1においては、読み出し用ゲート信号線105にパルスが入力されて、読み出し用TFT111が導通し、記憶回路A1に記憶されたデジタル映像信号にしたがってEL素子123が点灯する。続いて、Ts2においては、読み出し用ゲート信号線106にパルスが入力されて、読み出し用TFT112が導通し、記憶回路A2に記憶されたデジタル映像信号にしたがってEL素子123が点灯する。最後に、Ts3においては、読み出し用ゲート信号線107にパルスが入力されて、読み出し用TFT113が導通し、記憶回路A3に記憶されたデジタル映像信号によってEL素子123が点灯する。
【0093】
以上のようにして、1フレーム期間分の表示が行われる。一方、駆動回路側では、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が行われている。第2のラッチ回路へのデジタル映像信号の転送までは前述と同様の手順である。続く記憶回路への書き込み期間においては、記憶回路B1〜B3を用いる。
【0094】
なお、記憶回路A1〜A3に信号が書き込まれる期間においては、記憶回路A1〜A3への書き込み用TFT401、405、409が導通しているが、同時に記憶回路B1〜B3からの読み出し用TFT404、408、412も導通している。同様に、記憶回路A1〜A3からの読み出し用TFT402、406、410が導通しているときは、同時に記憶回路B1〜B3への書き込み用TFT403、407、411も導通しており、互いの記憶回路はあるフレーム期間において書き込みと読み出しが交互に行われる。
【0095】
期間Iでは、書き込み用ゲート信号線102にパルスが入力されて、書き込み用TFT108が導通し、記憶回路B1にデジタル映像信号が書き込まれる。続いて、期間IIでは、書き込み用ゲート信号線103にパルスが入力されて、書き込み用TFT109が導通し、記憶回路B2にデジタル映像信号が書き込まれる。最後に、期間IIIでは、書き込み用ゲート信号線104にパルスが入力されて、書き込み用TFT110が導通し、記憶回路B3にデジタル映像信号が書き込まれる。
【0096】
続いて、フレーム期間γに入り、記憶回路B1〜B3に記憶されたデジタル映像信号に従って2フレーム目の表示が行われる。同時に、次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、1フレーム目の表示が終了した記憶回路A1〜A3に再び記憶される。
【0097】
その後、記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示がフレーム期間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0098】
以上の手順を繰り返すことにより、映像の表示を行う。なお、静止画の表示を行う場合には、あるフレームのデジタル映像信号の、記憶回路への書き込みが終了したら、ソース信号線駆動回路を停止させ、同じ記憶回路に書き込まれている信号を毎フレームで読み込んで表示を行う。このような方法により、静止画の表示中における消費電力を大きく低減することが出来る。
【0099】
[実施例2]
本実施例においては、画素部の記憶回路への書き込みを点順次で行うことにより、ソース信号線駆動回路の第2のラッチ回路を省略した例について記す。
【0100】
図5は、記憶回路を有する画素を用いた発光装置における、ソース信号線駆動回路および一部の画素の構成を示したものである。この回路は、3ビットデジタル階調信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路501、ラッチ回路502、画素503を有する。510は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号であり、画素の説明とともに後述する。
【0101】
図21は、図5に示した画素503の回路構成の詳細図である。実施例1と同様、3ビットデジタル階調に対応したものであり、複数の記憶回路(A1〜A3およびB1〜B3)を有している。書き込み用記憶回路選択部2114、2116,2118および読み出し用記憶回路選択部2115、2117、2119を、実施例1にならって構成したものを図6に示す。601は第1ビット(MSB)信号用ソース信号線、602は第2ビット信号用ソース信号線、603は第3ビット(LSB)信号用ソース信号線、604は書き込み用ゲート信号線、605〜607は、読み出し用ゲート信号線、608〜610は書き込み用TFT、611〜613は読み出し用TFTである。記憶回路選択部は、書き込み選択用TFT614、616、618、620、622、624および読み出し選択用TFT615、617、619、621、623、625等を用いて構成される。626および627は、記憶回路選択信号線である。電流供給線628、保持容量(Cs)629、EL駆動用TFT630、EL素子631は実施例1と同様のもので良い。
【0102】
図7は、本実施例にて示した回路の駆動に関するタイミングチャートである。図6および図7を用いて説明する。
【0103】
シフトレジスタ回路501からラッチ回路(LAT1)502までの動作は実施形態および実施例1と同様に行われる。図7(B)に示すように、第1段目でのラッチ動作が終了すると、直ちに画素の記憶回路への書き込みを開始する。書き込み用ゲート信号線604にパルスが入力され、書き込み用TFT608〜610が導通し、さらに記憶回路選択信号線626にパルスが入力されて書き込み選択用TFT614、618、622が導通して、記憶回路A1〜A3への書き込みが可能な状態となる。ラッチ回路502に保持されたビット毎のデジタル映像信号は、3本のソース信号線601〜603を経由して、同時に書き込まれる。
【0104】
第1段目でラッチ回路に保持されたデジタル映像信号が、記憶回路へ書き込まれているとき、次段では続くサンプリングパルスに従って、ラッチ回路においてデジタル映像信号の保持が行われている。このようにして、順次記憶回路への書き込みが行われていく。
【0105】
以上を1水平期間(図7(A)中、※※で示す期間)内に行い、ゲート信号線の本数分が繰り返されて、フレーム期間αにおける1フレーム分のデジタル映像信号の記憶回路への書き込みが終了すると、フレーム期間βで示される、1フレーム目の表示期間に移る。書き込み用ゲート信号線604に入力されていたパルスが停止し、さらに記憶回路選択信号線626に入力されていたパルスが停止し、代わって記憶回路選択信号線627にパルスが入力されて読み出し選択用TFT615、619、623が導通し、記憶回路A1〜A3からの読み出しが可能な状態となる。
【0106】
続いて、実施形態および実施例1等で示した時間階調方式により、図7(C)に示すように、表示期間Ts1では、読み出し用ゲート信号線605にパルスが入力されて読み出し用TFT611が導通し、記憶回路A1に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われる。続いてTs2では、読み出し用ゲート信号線606にパルスが入力されて読み出し用TFT612が導通し、記憶回路A2に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われ、同様にTs3では、読み出し用ゲート信号線607にパルスが入力されて読み出し用TFT613が導通し、記憶回路A3に書き込まれているデジタル映像信号により、表示が行われる。
【0107】
以上で、1フレーム目の表示期間が完了する。フレーム期間βでは、同時に次のフレームにおけるデジタル映像信号の処理が行われる。ラッチ回路502へのデジタル映像信号の保持までは前述と同様の手順である。続く記憶回路への書き込み期間においては、記憶回路B1〜B3を用いる。
【0108】
なお、記憶回路A1〜A3に信号が書き込まれる期間においては、記憶回路A1〜A3への書き込み用TFT614、618、622が導通しているが、同時に記憶回路B1〜B3からの読み出し用TFT617,621,625も導通している。同様に、記憶回路A1〜A3からの読み出し用TFT615,619,623が導通しているときは、同時に記憶回路B1〜B3への書き込み用TFT616,620,624も導通しており、互いの記憶回路は、あるフレーム期間において書き込みと読み出しが交互に行われる。
【0109】
記憶回路B1〜B3への書き込み動作、読み出し動作は記憶回路A1〜A3の場合と同様である。記憶回路B1〜B3への書き込みが終了すると、フレーム期間γに入り、2フレーム目の表示期間に移る。さらにこのフレーム期間では、次のフレームにおけるデジタル映像信号の処理が行われる。ラッチ回路502へのデジタル映像信号の保持までは前述と同様の手順である。続く記憶回路への書き込み期間においては、再び記憶回路A1〜A3を用いる。
【0110】
その後、記憶回路A1〜A3に記憶されたデジタル映像信号の表示がフレーム期間δで行われ、同時に次のフレーム期間のデジタル映像信号の処理が開始される。このデジタル映像信号は、2フレーム目の表示が終了した記憶回路B1〜B3に再び記憶される。
【0111】
以上の手順を繰り返すことにより、映像の表示を行う。なお、静止画の表示を行う場合には、あるフレームのデジタル映像信号の、記憶回路への書き込みが終了したら、ソース信号線駆動回路を停止させ、同じ記憶回路に書き込まれている信号を毎フレームで読み込んで表示を行う。このような方法により、静止画の表示中における消費電力を大きく低減することが出来る。さらに、実施例1にて示した回路と比較すると、ラッチ回路の数を1/2とすることが出来、回路配置の省スペース化による装置全体の小型化に貢献出来る。
【0112】
[実施例3]
本実施例においては、実施例2にて示した、第2のラッチ回路を省略した発光装置の回路構成を応用し、線順次駆動により画素内の記憶回路への書き込みを行う方法を用いた発光装置の例について記す。
【0113】
図17は、本実施例にて示す発光装置のソース信号線駆動回路の回路構成例を示している。この回路は、3ビットデジタル階調信号に対応したものであり、シフトレジスタ回路1701、ラッチ回路1702、スイッチ回路1703、画素1704を有する。1710は、ゲート信号線駆動回路あるいは外部から直接供給される信号である。画素の回路構成に関しては、実施例2のものと同様で良いので、図6をそのまま参照する。
【0114】
図18は、本実施例にて示した回路の駆動に関するタイミングチャートである。図6、図17および図18を用いて説明する。
【0115】
シフトレジスタ回路1701からサンプリングパルスが出力され、ラッチ回路1702で、サンプリングパルスに従ってデジタル映像信号を保持するまでの動作は、実施例1および実施例2と同様である。本実施例では、ラッチ回路1702と画素1704内の記憶回路との間に、スイッチ回路1703を有しているため、ラッチ回路でのデジタル映像信号の保持が完了しても、直ちに記憶回路への書き込みが開始されない。ドットデータサンプリング期間が終了するまでの間は、スイッチ回路1703は閉じたままであり、その間、ラッチ回路ではデジタル映像信号が保持され続ける。
【0116】
図18(B)に示すように、1水平期間分のデジタル映像信号の保持が完了すると、その後の帰線期間中にラッチ信号(Latch Pulse)が入力されてスイッチ回路1703が一斉に開き、ラッチ回路1702で保持されていたデジタル映像信号は一斉に画素1704内の記憶回路に書き込まれる。このときの書き込み動作に関わる、画素1704内の動作、さらに次のフレーム期間における表示の再の読み出し動作に関わる、画素1704内の動作については、実施例2と同様で良いので、ここでは説明を省略する。
【0117】
以上の方法によって、ラッチ回路を省略したソース信号線駆動回路においても、線順次の書き込み駆動を容易に行うことが出来る。
【0118】
[実施例4]
本実施例では、本発明の発光装置の画素部とその周辺に設けられる駆動回路部(ソース信号線側駆動回路、ゲート信号線側駆動回路、画素選択信号線側駆動回路)のTFTを同時に作製する方法について説明する。但し、説明を簡単にするために、駆動回路部に関しては基本単位であるCMOS回路を図示することとする。
【0119】
まず、図10(A)に示すように、コーニング社の#7059ガラスや#1737ガラスなどに代表されるバリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラスから成る基板5001上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜などの絶縁膜から成る下地膜5002を形成する。例えば、プラズマCVD法でSiH4、NH3、N2Oから作製される酸化窒化シリコン膜5002aを10〜200[nm](好ましくは50〜100[nm])形成し、同様にSiH4、N2Oから作製される酸化窒化水素化シリコン膜5002bを50〜200[nm](好ましくは100〜150[nm])の厚さに積層形成する。本実施例では下地膜5002を2層構造として示したが、前記絶縁膜の単層膜または2層以上積層させた構造として形成しても良い。
【0120】
島状半導体層5003〜5006は、非晶質構造を有する半導体膜をレーザー結晶化法や公知の熱結晶化法を用いて作製した結晶質半導体膜で形成する。この島状半導体層5003〜5006の厚さは25〜80[nm](好ましくは30〜60[nm])の厚さで形成する。結晶質半導体膜の材料に限定はないが、好ましくはシリコンまたはシリコンゲルマニウム(SiGe)合金などで形成すると良い。
【0121】
レーザー結晶化法で結晶質半導体膜を作製するには、パルス発振型または連続発光型のエキシマレーザーやYAGレーザー、YVO4レーザーを用いる。これらのレーザーを用いる場合には、レーザー発振器から放射されたレーザー光を光学系で線状に集光し半導体膜に照射する方法を用いると良い。結晶化の条件は実施者が適宣選択するものであるが、エキシマレーザーを用いる場合はパルス発振周波数30[Hz]とし、レーザーエネルギー密度を100〜400[mJ/cm2](代表的には200〜300[mJ/cm2])とする。また、YAGレーザーを用いる場合にはその第2高調波を用いパルス発振周波数1〜10[kHz]とし、レーザーエネルギー密度を300〜600[mJ/cm2](代表的には350〜500[mJ/cm2])とすると良い。そして幅100〜1000[μm]、例えば400[μm]で線状に集光したレーザー光を基板全面に渡って照射し、この時の線状レーザー光の重ね合わせ率(オーバーラップ率)を80〜98[%]として行う。
【0122】
次いで、島状半導体層5003〜5006を覆うゲート絶縁膜5007を形成する。ゲート絶縁膜5007はプラズマCVD法またはスパッタ法を用い、厚さを40〜150[nm]としてシリコンを含む絶縁膜で形成する。本実施例では、120[nm]の厚さで酸化窒化シリコン膜で形成する。勿論、ゲート絶縁膜はこのような酸化窒化シリコン膜に限定されるものでなく、他のシリコンを含む絶縁膜を単層または積層構造として用いても良い。例えば、酸化シリコン膜を用いる場合には、プラズマCVD法でTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とO2とを混合し、反応圧力40[Pa]、基板温度300〜400[℃]とし、高周波(13.56[MHz])、電力密度0.5〜0.8[W/cm2]で放電させて形成することが出来る。このようにして作製される酸化シリコン膜は、その後400〜500[℃]の熱アニールによりゲート絶縁膜として良好な特性を得ることが出来る。
【0123】
そして、ゲート絶縁膜5007上にゲート電極を形成するための第1の導電膜5008と第2の導電膜5009とを形成する。本実施例では、第1の導電膜5008をTaで50〜100[nm]の厚さに形成し、第2の導電膜5009をWで100〜300[nm]の厚さに形成する。
【0124】
Ta膜はスパッタ法で、TaのターゲットをArでスパッタすることにより形成する。この場合、Arに適量のXeやKrを加えると、Ta膜の内部応力を緩和して膜の剥離を防止することが出来る。また、α相のTa膜の抵抗率は20[μΩcm]程度でありゲート電極に使用することが出来るが、β相のTa膜の抵抗率は180[μΩcm]程度でありゲート電極とするには不向きである。α相のTa膜を形成するために、Taのα相に近い結晶構造をもつ窒化タンタルを10〜50[nm]程度の厚さでTaの下地に形成しておくとα相のTa膜を容易に得ることが出来る。
【0125】
W膜を形成する場合には、Wをターゲットとしたスパッタ法で形成する。その他に6フッ化タングステン(WF6)を用いる熱CVD法で形成することも出来る。いずれにしてもゲート電極として使用するためには低抵抗化を図る必要があり、W膜の抵抗率は20[μΩcm]以下にすることが望ましい。W膜は結晶粒を大きくすることで低抵抗率化を図ることが出来るが、W中に酸素などの不純物元素が多い場合には結晶化が阻害され高抵抗化する。このことより、スパッタ法による場合、純度99.9999[%]のWターゲットを用い、さらに成膜時に気相中からの不純物の混入がないように十分配慮してW膜を形成することにより、抵抗率9〜20[μΩcm]を実現することが出来る。
【0126】
なお、本実施例では、第1の導電膜5008をTa、第2の導電膜5009をWとしたが、特に限定されず、いずれもTa、W、Ti、Mo、Al、Cuなどから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金材料もしくは化合物材料で形成してもよい。また、リン等の不純物元素をドーピングした多結晶シリコン膜に代表される半導体膜を用いてもよい。本実施例以外の他の組み合わせの一例で望ましいものとしては、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をWとする組み合わせ、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をAlとする組み合わせ、第1の導電膜5008を窒化タンタル(TaN)で形成し、第2の導電膜5009をCuとする組み合わせが挙げられる。
【0127】
次に、レジストによるマスク5010を形成し、電極及び配線を形成するための第1のエッチング処理を行う。本実施例ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用い、エッチング用ガスにCF4とCl2を混合し、1[Pa]の圧力でコイル型の電極に500[W]のRF(13.56[MHz])電力を投入してプラズマを生成して行う。基板側(試料ステージ)にも100[W]のRF(13.56[MHz])電力を投入し、実質的に負の自己バイアス電圧を印加する。CF4とCl2を混合した場合にはW膜及びTa膜とも同程度にエッチングされる。
【0128】
上記エッチング条件では、レジストによるマスクの形状を適したものとすることにより、基板側に印加するバイアス電圧の効果により第1の導電層及び第2の導電層の端部がテーパー形状となる。テーパー部の角度は15〜45°となる。ゲート絶縁膜上に残渣を残すことなくエッチングするためには、10〜20[%]程度の割合でエッチング時間を増加させると良い。W膜に対する酸化窒化シリコン膜の選択比は2〜4(代表的には3)であるので、オーバーエッチング処理により、酸化窒化シリコン膜が露出した面は20〜50[nm]程度エッチングされることになる。こうして、第1のエッチング処理により第1の導電層と第2の導電層から成る第1の形状の導電層5011〜5016(第1の導電層5011a〜5016aと第2の導電層5011b〜5016b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第1の形状の導電層5011〜5016で覆われない領域は20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
(図10(A))
【0129】
そして、第1のドーピング処理を行いN型を付与する不純物元素を添加する。ドーピングの方法はイオンドープ法もしくはイオン注入法で行えば良い。イオンドープ法の条件はドーズ量を1×1013〜5×1014[atoms/cm2]とし、加速電圧を60〜100[keV]として行う。N型を付与する不純物元素として15族に属する元素、典型的にはリン(P)または砒素(As)を用いるが、ここではリン(P)を用いる。この場合、導電層5011〜5015がN型を付与する不純物元素に対するマスクとなり、自己整合的に第1の不純物領域5017〜5025が形成される。第1の不純物領域5017〜5025には1×1020〜1×1021[atoms/cm3]の濃度範囲でN型を付与する不純物元素を添加する。(図10(B))
【0130】
次に、図10(C)に示すように、レジストマスクは除去しないまま、第2のエッチング処理を行う。エッチングガスにCF4とCl2とO2とを用い、W膜を選択的にエッチングする。この時、第2のエッチング処理により第2の形状の導電層5026〜5031(第1の導電層5026a〜5031aと第2の導電層5026b〜5031b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第2の形状の導電層5026〜5031で覆われない領域はさらに20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0131】
W膜やTa膜のCF4とCl2の混合ガスによるエッチング反応は、生成されるラジカルまたはイオン種と反応生成物の蒸気圧から推測することが出来る。WとTaのフッ化物と塩化物の蒸気圧を比較すると、Wのフッ化物であるWF6が極端に高く、その他のWCl5、TaF5、TaCl5は同程度である。従って、CF4とCl2の混合ガスではW膜及びTa膜共にエッチングされる。しかし、この混合ガスに適量のO2を添加するとCF4とO2が反応してCOとFになり、FラジカルまたはFイオンが多量に発生する。その結果、フッ化物の蒸気圧が高いW膜のエッチング速度が増大する。一方、TaはFが増大しても相対的にエッチング速度の増加は少ない。また、TaはWに比較して酸化されやすいので、O2を添加することでTaの表面が酸化される。Taの酸化物はフッ素や塩素と反応しないためさらにTa膜のエッチング速度は低下する。従って、W膜とTa膜とのエッチング速度に差を作ることが可能となりW膜のエッチング速度をTa膜よりも大きくすることが可能となる。
【0132】
そして、図11(A)に示すように第2のドーピング処理を行う。この場合、第1のドーピング処理よりもドーズ量を下げて高い加速電圧の条件としてN型を付与する不純物元素をドーピングする。例えば、加速電圧を70〜120[keV]とし、1×1013[atoms/cm2]のドーズ量で行い、図10(B)で島状半導体層に形成された第1の不純物領域の内側に新たな不純物領域を形成する。ドーピングは、第2の形状の導電層5026〜5030を不純物元素に対するマスクとして用い、第1の導電層5026a〜5030aの下側の領域にも不純物元素が添加されるようにドーピングする。こうして、第3の不純物領域5032〜5036が形成される。この第3の不純物領域5032〜5036に添加されたリン(P)の濃度は、第1の導電層5026a〜5030aのテーパー部の膜厚に従って緩やかな濃度勾配を有している。なお、第1の導電層5026a〜5030aのテーパー部と重なる半導体層において、第1の導電層5026a〜5030aのテーパー部の端部から内側に向かって若干、不純物濃度が低くなっているものの、ほぼ同程度の濃度である。
【0133】
図11(B)に示すように第3のエッチング処理を行う。エッチングガスにCHF6を用い、反応性イオンエッチング法(RIE法)を用いて行う。第3のエッチング処理により、第1の導電層5026a〜5031aのテーパー部を部分的にエッチングして、第1の導電層が半導体層と重なる領域が縮小される。第3のエッチング処理によって、第3の形状の導電層5037〜5042(第1の導電層5037a〜5042aと第2の導電層5037b〜5042b)を形成する。このとき、ゲート絶縁膜5007においては、第3の形状の導電層5037〜5042で覆われない領域はさらに20〜50[nm]程度エッチングされ薄くなった領域が形成される。
【0134】
第3のエッチング処理によって、第3の不純物領域5032〜5036においては、第1の導電層5037a〜5041aと重なる第3の不純物領域5032a〜5036aと、第1の不純物領域と第3の不純物領域との間の第2の不純物領域5032b〜5036bとが形成される。
【0135】
そして、図11(C)に示すように、Pチャネル型TFTを形成する島状半導体層5004に第1の導電型とは逆の導電型の第4の不純物領域5043〜5048を形成する。第3の形状の導電層5038bを不純物元素に対するマスクとして用い、自己整合的に不純物領域を形成する。このとき、Nチャネル型TFTを形成する島状半導体層5003、5005、5006および配線部5042はレジストマスク5200で全面を被覆しておく。不純物領域5043〜5048にはそれぞれ異なる濃度でリンが添加されているが、ジボラン(B2H6)を用いたイオンドープ法で形成し、そのいずれの領域においても不純物濃度が2×1020〜2×1021[atoms/cm3]となるようにする。
【0136】
以上までの工程でそれぞれの島状半導体層に不純物領域が形成される。島状半導体層と重なる第3の形状の導電層5037〜5041がゲート電極として機能する。また、5042は島状のソース信号線として機能する。
【0137】
レジストマスク5200を除去した後、導電型の制御を目的として、それぞれの島状半導体層に添加された不純物元素を活性化する工程を行う。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法で行う。その他に、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を適用することが出来る。熱アニール法では酸素濃度が1[ppm]以下、好ましくは0.1[ppm]以下の窒素雰囲気中で400〜700[℃]、代表的には500〜600[℃]で行うものであり、本実施例では500[℃]で4時間の熱処理を行う。ただし、第3の形状の導電層5037〜5042に用いた配線材料が熱に弱い場合には、配線等を保護するため層間絶縁膜(シリコンを主成分とする)を形成した後で活性化を行うことが好ましい。
【0138】
さらに、3〜100[%]の水素を含む雰囲気中で、300〜450[℃]で1〜12時間の熱処理を行い、島状半導体層を水素化する工程を行う。この工程は熱的に励起された水素により半導体層のダングリングボンドを終端する工程である。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起された水素を用いる)を行っても良い。
【0139】
次いで、図12(A)に示すように、第1の層間絶縁膜5055を酸化窒化シリコン膜から100〜200[nm]の厚さで形成する。その上に有機絶縁物材料から成る第2の層間絶縁膜5056を形成した後、第1の層間絶縁膜5055、第2の層間絶縁膜5056、およびゲート絶縁膜5007に対してコンタクトホールを形成し、各配線(接続配線、信号線を含む)5057〜5062、5064をパターニング形成した後、接続配線5062に接する画素電極5063をパターニング形成する。
【0140】
第2の層間絶縁膜5056としては、有機樹脂を材料とする膜を用い、その有機樹脂としてはポリイミド、ポリアミド、アクリル、BCB(ベンゾシクロブテン)等を使用することが出来る。特に、第2の層間絶縁膜5056は平坦化の意味合いが強いので、平坦性に優れたアクリルが好ましい。本実施例ではTFTによって形成される段差を十分に平坦化しうる膜厚でアクリル膜を形成する。好ましくは1〜5[μm](さらに好ましくは2〜4[μm])とすれば良い。
【0141】
コンタクトホールの形成は、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用い、N型の不純物領域5017、5018、5021、5023〜5025またはP型の不純物領域5043〜5048に達するコンタクトホール、配線5042に達するコンタクトホール、電源供給線に達するコンタクトホール(図示せず)、およびゲート電極に達するコンタクトホール(図示せず)をそれぞれ形成する。
【0142】
また、配線(接続配線、信号線を含む)5057〜5062、5064として、Ti膜を100[nm]、Tiを含むアルミニウム膜を300[nm]、Ti膜150[nm]をスパッタ法で連続形成した3層構造の積層膜を所望の形状にパターニングしたものを用いる。勿論、他の導電膜を用いても良い。
【0143】
また、本実施例では、画素電極5063としてMgAg膜を110[nm]の厚さに形成し、パターニングを行った。画素電極5063を接続配線5062と接して重なるように配置することでコンタクトを取っている。この画素電極5063がEL素子の陽極となる。(図12(A))
【0144】
次に、図12(B)に示すように、珪素を含む絶縁膜(本実施例では酸化珪素膜)を500[nm]の厚さに形成し、画素電極5063に対応する位置に開口部を形成して、バンクとして機能する第3の層間絶縁膜5065を形成する。開口部を形成する際、ウエットエッチング法を用いることで容易にテーパー形状の側壁とすることが出来る。開口部の側壁が十分になだらかでないと段差に起因するEL層の劣化が顕著な問題となってしまうため、注意が必要である。
【0145】
次に、EL層5066および陰極(透明電極)5067を、真空蒸着法を用いて大気解放しないで連続形成する。なお、EL層5066の膜厚は80〜200[nm](典型的には100〜120[nm])、陰極5067は、ITO膜にて形成した。
【0146】
この工程では、赤色に対応する画素、緑色に対応する画素および青色に対応する画素に対して順次、EL層および陰極を形成する。但し、EL層は溶液に対する耐性に乏しいためフォトリソグラフィ技術を用いずに各色個別に形成しなくてはならない。そこでメタルマスクを用いて所望の画素以外を隠し、必要箇所だけ選択的にEL層および陰極を形成するのが好ましい。
【0147】
即ち、まず赤色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて赤色発光のEL層を選択的に形成する。次いで、緑色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて緑色発光のEL層を選択的に形成する。次いで、同様に青色に対応する画素以外を全て隠すマスクをセットし、そのマスクを用いて青色発光のEL層を選択的に形成する。なお、ここでは全て異なるマスクを用いるように記載しているが、同じマスクを使いまわしても構わない。
【0148】
ここではRGBに対応した3種類のEL素子を形成する方式を用いたが、白色発光のEL素子とカラーフィルタを組み合わせた方式、青色または青緑発光のEL素子と蛍光体(蛍光性の色変換層:CCM)とを組み合わせた方式、陰極(対向電極)に透明電極を利用してRGBに対応したEL素子を重ねる方式などを用いても良い。
【0149】
なお、EL層5066としては公知の材料を用いることが出来る。公知の材料としては、駆動電圧を考慮すると有機材料を用いるのが好ましい。例えば正孔注入層、正孔輸送層、発光層および電子注入層でなる4層構造をEL層とすれば良い。
【0150】
次に、同じゲート信号線にゲート電極が接続されたスイッチング用TFTを有する画素(同じラインの画素)上に、メタルマスクを用いて陰極5067を形成する。なお本実施例では陰極5067としてMgAgを用いたが、本発明はこれに限定されない。陰極5067として他の公知の材料を用いても良い。
【0151】
最後に、窒化珪素膜でなるパッシベーション膜5068を300[nm]の厚さに形成する。パッシベーション膜5068を形成しておくことで、EL層5066を水分等から保護することができ、EL素子の信頼性をさらに高めることが出来る。
【0152】
こうして図12(B)に示すような構造のELディスプレイパネルが完成する。なお、本実施例におけるELディスプレイパネルの作成工程においては、回路の構成および工程の関係上、ゲート電極を形成している材料であるTa、Wによってソース信号線を形成し、ソース、ドレイン電極を形成している配線材料であるAlによってゲート信号線を形成しているが、異なる材料を用いても良い。
【0153】
なお、上記の行程により作成されるアクティブマトリクス型発光装置におけるTFTはトップゲート構造をとっているが、ボトムゲート構造のTFTやその他の構造のTFTに対しても本実施例は容易に適用され得る。
【0154】
また、本実施例においては、ガラス基板を使用しているが、ガラス基板に限らず、プラスチック基板、ステンレス基板、単結晶ウェハ等、ガラス基板以外のものを使用することによっても実施が可能である。
【0155】
ところで、本実施例のELディスプレイパネルは、画素部だけでなく駆動回路部にも最適な構造のTFTを配置することにより、非常に高い信頼性を示し、動作特性も向上しうる。また結晶化工程においてNi等の金属触媒を添加し、結晶性を高めることも可能である。それによって、ソース信号線駆動回路の駆動周波数を10[MHz]以上にすることが可能である。
【0156】
まず、極力動作速度を落とさないようにホットキャリア注入を低減させる構造を有するTFTを、駆動回路部を形成するCMOS回路のNチャネル型TFTとして用いる。なお、ここでいう駆動回路としては、シフトレジスタ、バッファ、レベルシフタ、線順次駆動におけるラッチ、点順次駆動におけるトランスミッションゲートなどが含まれる。
【0157】
本実施例の場合、Nチャネル型TFTの活性層は、ソース領域、ドレイン領域、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重なるオーバーラップLDD領域(LOV領域)、ゲート絶縁膜を間に挟んでゲート電極と重ならないオフセットLDD領域(LOFF領域)およびチャネル形成領域を含む。
【0158】
また、CMOS回路のPチャネル型TFTは、ホットキャリア注入による劣化が殆ど気にならないので、特にLDD領域を設けなくても良い。勿論、Nチャネル型TFTと同様にLDD領域を設け、ホットキャリア対策を講じることも可能である。
【0159】
その他、駆動回路において、チャネル形成領域を双方向に電流が流れるようなCMOS回路、即ち、ソース領域とドレイン領域の役割が入れ替わるようなCMOS回路が用いられる場合、CMOS回路を形成するNチャネル型TFTは、チャネル形成領域の両サイドにチャネル形成領域を挟む形でLDD領域を形成することが好ましい。このような例としては、点順次駆動に用いられるトランスミッションゲートなどが挙げられる。また駆動回路において、オフ電流を極力低く抑える必要のあるCMOS回路が用いられる場合、CMOS回路を形成するNチャネル型TFTは、LOV領域を有していることが好ましい。このような例としては、やはり、点順次駆動に用いられるトランスミッションゲートなどが挙げられる。
【0160】
なお、実際には図12(B)の状態まで完成したら、さらに外気に曝されないように、気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(ラミネートフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)や透光性のシーリング材でパッケージング(封入)することが好ましい。その際、シーリング材の内部を不活性雰囲気にしたり、内部に吸湿性材料(例えば酸化バリウム)を配置したりするとEL素子の信頼性が向上する。
【0161】
また、パッケージング等の処理により気密性を高めたら、基板上に形成された素子又は回路から引き回された端子と外部信号端子とを接続するためのコネクタ(フレキシブルプリントサーキット:FPC)を取り付けて製品として完成する。このような出荷出来る状態にまでした状態を本明細書中では発光装置という。
【0162】
また、本実施例で示す工程に従えば、発光装置の作製に必要なフォトマスクの数を抑えることが出来る。その結果、工程を短縮し、製造コストの低減及び歩留まりの向上に寄与することが出来る。
【0163】
[実施例5]
ここで本発明の発光装置における画素部のさらに詳細な断面構造を図9に示す。
【0164】
図9において、基板4501上に設けられたスイッチング用TFT4502は本実施例ではNチャネル型TFTを用いる。本実施例ではダブルゲート構造としているが、構造および作製プロセスに大きな違いはないので説明は省略する。但し、ダブルゲート構造とすることで実質的に2つのTFTが直列された構造となり、オフ電流値を低減することができるという利点がある。なお、本実施例ではダブルゲート構造としているが、シングルゲート構造でも構わないし、トリプルゲート構造やそれ以上のゲート本数を持つマルチゲート構造でも構わない。また、Pチャネル型TFTを用いて形成しても構わない。
【0165】
また、EL駆動用TFT4503は、ここではNチャネル型TFTを用いる。スイッチング用TFT4502のドレイン配線4504は配線(図示せず)によってEL駆動用TFT4503のゲート電極4506に電気的に接続されている。
【0166】
ところで、発光装置の駆動電圧が高い(10[V]以上)場合には、駆動回路を構成するTFTが、特にNチャネル型においてホットキャリア等による劣化の危険性が高いため、Nチャネル型TFTのドレイン側、あるいはソース側とドレイン側との両方に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に重なる位置にLDD領域(GOLD領域)を設ける構造が極めて有効となる。対して、駆動電圧が低い(10[V]以下)場合には、ホットキャリアによる劣化の心配はほとんど無いため、特にGOLD領域を設ける必要はない。ただし、画素部におけるスイッチング用TFT4502には、OFF電流を低く抑えるために、Nチャネル型TFTのドレイン側、あるいはソース側とドレイン側との両方に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に重ならない位置にLDD領域を設ける構造が極めて有効となる。このとき、EL駆動用TFT4503に関しては、特にLDD領域を設ける必要性は無いが、スイッチング用TFT4502にLDD領域を形成する際に、EL駆動用TFT4503の部分をレジストで覆うためには専用のマスクが必要となる。よって、本実施例においては、マスク枚数の増加を避けるため、EL駆動用TFT4503を、スイッチング用TFT4502と同じ構造(LDD領域を有する構造)で形成した。
【0167】
また、本実施例ではEL駆動用TFT4503をシングルゲート構造で図示しているが、複数のTFTを直列に接続したマルチゲート構造としても良い。さらに、複数のTFTを並列につなげて実質的にチャネル形成領域を複数に分割し、熱の放射を高い効率で行えるようにした構造としても良い。このような構造は熱による劣化対策として有効である。
【0168】
また、EL駆動用TFT4503のゲート電極4506を含む配線(図示せず)は、EL駆動用TFT4503のドレイン配線4512と絶縁膜を介して一部で重なり、その領域では保持容量が形成される。この保持容量はEL駆動用TFT4503のゲート電極4506にかかる電圧を保持する機能を有する。
【0169】
スイッチング用TFT4502およびEL駆動用TFT4503の上には第1の層間絶縁膜4514が設けられ、その上に樹脂絶縁膜でなる第2の層間絶縁膜4515が形成される。
【0170】
4517は反射性の高い導電膜でなる画素電極(EL素子の陰極)であり、EL駆動用TFT4503のドレイン領域に一部が覆い被さるように形成され、電気的に接続される。画素電極4517としてはアルミニウム合金膜、銅合金膜または銀合金膜など低抵抗な導電膜またはそれらの積層膜を用いることが好ましい。勿論、他の導電膜との積層構造としても良い。
【0171】
次に有機樹脂膜4516を画素電極4517上に形成し、画素電極4517に面する部分をパターニングした後、EL層4519が形成される。なおここでは図示していないが、R(赤)、G(緑)、B(青)の各色に対応した発光層を作り分けても良い。発光層とする有機EL材料としてはπ共役ポリマー系材料を用いる。代表的なポリマー系材料としては、ポリパラフェニレンビニレン(PPV)系、ポリビニルカルバゾール(PVK)系、ポリフルオレン系などが挙げられる。
【0172】
また、第2の層間絶縁膜4515と、有機樹脂膜4516との間に、さらに1層の層間絶縁膜を追加することにより、発光層を形成している領域の直下にも、TFTの配置が可能となる。このようにすることで、画素内で駆動用のTFTの占有面積が増大するような場合にも、面積の大きい発光層を配置することが出来る。
【0173】
なお、PPV系有機EL材料としては様々な型のものがあるが、例えば「H.Shenk, H.Becker, O.Gelsen, E.Kluge, W.Kreuder and H.Spreitzer :“Polymers for Light Emitting Diodes”,Euro Display,Proceedings,1999,p.33-37」や特開平10−92576号公報に記載されたような材料を用いれば良い。
【0174】
具体的な発光層としては、赤色に発光する発光層にはシアノポリフェニレンビニレン、緑色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン、青色に発光する発光層にはポリフェニレンビニレン若しくはポリアルキルフェニレンを用いれば良い。膜厚は30〜150[nm](好ましくは40〜100[nm])とすれば良い。
【0175】
但し、以上の例は発光層として用いることのできる有機EL材料の一例であって、これに限定する必要はまったくない。発光層、電荷輸送層または電荷注入層を自由に組み合わせてEL層(発光およびそのためのキャリアの移動を行わせるための層)を形成すれば良い。
【0176】
例えば、本実施例ではポリマー系材料を発光層として用いる例を示したが、低分子系有機EL材料を用いても良い。また、電荷輸送層や電荷注入層として炭化珪素等の無機材料を用いることも可能である。これらの有機EL材料や無機材料は公知の材料を用いることができる。
【0177】
陽極4523まで形成された時点でEL素子4510が完成する。なお、ここでいうEL素子4510とは、画素電極(陰極)4517と、発光層4519と、保持容量(図示せず)とを指す。
【0178】
ところで、本実施例では、陽極4523の上にさらにパッシベーション膜4524を設けている。パッシベーション膜4524としては窒化珪素膜または窒化酸化珪素膜が好ましい。この目的は、外部とEL素子とを遮断することであり、有機EL材料の酸化による劣化を防ぐ意味と、有機EL材料からの脱ガスを抑える意味との両方を併せ持つ。これにより発光装置の信頼性が高められる。
【0179】
以上のように本実施例において説明してきた発光装置は、オフ電流値の十分に低いスイッチング用TFTと、ホットキャリア注入に強いEL駆動用TFTとを有する。従って、高い信頼性を有し、且つ、良好な画像表示が可能な発光装置が得られる。
【0180】
本実施例において説明した構造を有するEL素子の場合、発光層4519で発生した光は、矢印で示されるようにTFTが形成された基板の逆方向に向かって放射されるため、画素部を構成する素子数が増えた場合にも、開口率の低下を心配する必要がないため、本発明への適用は特に有効である。
【0181】
[実施例6]
実施例1〜実施例3にて示した、本発明の発光装置の画素部においては、記憶回路としてスタティック型メモリ(Static RAM : SRAM)を用いて構成していたが、記憶回路はSRAMのみに限定されない。本発明の発光装置の画素部に適用可能な記憶回路には、他にダイナミック型メモリ(Dynamic RAM : DRAM)等があげられる。本実施例においては、それらの記憶回路を用いて回路を構成する例を紹介する。
【0182】
図8は、画素に配置された記憶回路A1〜A3およびB1〜B3にDRAMを用いた例を示している。基本的な構成は、実施例1で示した回路と同様である。記憶回路A1〜A3およびB1〜B3に用いたDRAMに関しては、一般的な構成のものを用いれば良い。本実施例では、構成の簡単な、インバータおよび容量によって構成したものを用いて図示している。
【0183】
ソース信号線駆動回路の動作は、実施例1と同様である。ここで、SRAMと異なり、DRAMの場合、一定期間ごとに記憶回路への再書き込み(以後、この動作をリフレッシュと表記する)が必要であるため、リフレッシュ用TFT801〜803を有する。リフレッシュは、静止画を表示している期間(記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を繰り返し読み出して表示を行っている期間)のあるタイミングで、リフレッシュ用TFT801〜803をそれぞれ導通させ、画素部における電荷を、記憶回路側にフィードバックすることによって行われる。
【0184】
さらに、特に図示しないが、他の形式の記憶回路として、強誘電体メモリ(Ferroelectric RAM : FeRAM)を利用して本発明の発光装置の画素部を構成することも可能である。FeRAMは、SRAMやDRAMと同等の書き込み速度を有する不揮発性メモリであり、その書き込み電圧が低い等の特徴を利用して、本発明の発光装置のさらなる低消費電力化が可能である。またその他、フラッシュメモリ等によっても、構成は可能である。
【0185】
[実施例7]
本発明を適用して作成した駆動回路を用いたアクティブマトリクス型表示装置には様々な用途がある。本実施例では、本発明を適用して作成した駆動回路を用いた表示装置を組み込んだ電子機器について説明する。
【0186】
このような表示装置には、携帯情報端末(電子手帳、モバイルコンピュータ、携帯電話等)、ビデオカメラ、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、テレビ等が挙げられる。それらの一例を図15および図16に示す。
【0187】
図15(A)は携帯電話であり、本体2601、音声出力部2602、音声入力部2603、表示部2604、操作スイッチ2605、アンテナ2606から構成されている。本発明は表示部2604に適用することができる。
【0188】
図15(B)はビデオカメラであり、本体2611、表示部2612、音声入力部2613、操作スイッチ2614、バッテリー2615、受像部2616から成っている。本発明は表示部2612に適用することができる。
【0189】
図15(C)はモバイルコンピュータあるいは携帯型情報端末であり、本体2621、カメラ部2622、受像部2623、操作スイッチ2624、表示部2625で構成されている。本発明は表示部2625に適用することができる。
【0190】
図15(D)はヘッドマウントディスプレイであり、本体2631、表示部2632、アーム部2633で構成される。本発明は表示部2632に適用することができる。
【0191】
図15(E)はテレビであり、本体2641、スピーカー2642、表示部2643、受信装置2644、増幅装置2645等で構成される。本発明は表示部2643に適用することができる。
【0192】
図15(F)は携帯書籍であり、本体2651、表示部2652、記憶媒体2653、操作スイッチ2654、アンテナ2655から構成されており、ミニディスク(MD)やDVD(Digital Versatile Disc)に記憶されたデータや、アンテナで受信したデータを表示するものである。本発明は表示部2652に適用することができる。
【0193】
図16(A)はパーソナルコンピュータであり、本体2701、画像入力部2702、表示部2703、キーボード2704で構成される。本発明は表示部2703に適用することができる。
【0194】
図16(B)はプログラムを記録した記録媒体を用いるプレーヤーであり、本体2711、表示部2712、スピーカー部2713、記録媒体2714、操作スイッチ2715で構成される。なお、この装置は記録媒体としてDVD(Digtial Versatile Disc)、CD等を用い、音楽鑑賞や映画鑑賞やゲームやインターネットを行うことができる。本発明は表示部2712に適用することができる。
【0195】
図16(C)はデジタルカメラであり、本体2721、表示部2722、接眼部2723、操作スイッチ2724、受像部(図示しない)で構成される。本発明は表示部2722に適用することができる。
【0196】
図16(D)は片眼のヘッドマウントディスプレイであり、表示部2731、バンド部2732で構成される。本発明は表示部2731に適用することができる。
【発明の効果】
各画素の内部に配置された複数の記憶回路を用いてデジタル映像信号の記憶を行うことにより、静止画を表示する際に各フレーム期間で記憶回路に記憶されたデジタル映像信号を反復して用い、継続的に静止画表示を行う際に、ソース信号線駆動回路を停止させておくことが可能となる。よって、発光装置全体の低消費電力化に大きく貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 複数の記憶回路を内部に有する本発明の画素の回路図。
【図2】 本発明の画素を用いて表示を行うためのソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図3】 本発明の画素を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図4】 複数の記憶回路を内部に有する本発明の画素の詳細な回路図。
【図5】 第2のラッチ回路を持たないソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図6】 図5のソース信号線駆動回路によって駆動される、本発明を応用した画素の詳細な回路図。
【図7】 図5および図6に記載の回路を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図8】 記憶回路にダイナミック型メモリを用いる場合の本発明の画素の詳細な回路図。
【図9】 図10〜図12に示した発光装置とは異なる方向に発光するEL素子の構造を有する発光装置の断面を示す図。
【図10】 本発明の画素を有する発光装置の作成工程例を示す図。
【図11】 本発明の画素を有する発光装置の作成工程例を示す図。
【図12】 本発明の画素を有する発光装置の作成工程例を示す図。
【図13】 従来の発光装置の全体の回路構成を簡略に示す図。
【図14】 従来の発光装置のソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図15】 本発明の画素を有する表示装置の適用が可能な電子機器の例を示す図。
【図16】 本発明の画素を有する表示装置の適用が可能な電子機器の例を示す図。
【図17】 第2のラッチ回路を持たないソース信号線駆動回路の回路構成例を示す図。
【図18】 図17に記載の回路を用いて表示を行うためのタイミングチャートを示す図。
【図19】 従来の発光装置の画素部の拡大図。
【図20】 発光装置における時間階調方式のタイミングを示す図。
【図21】 図5のソース信号線駆動回路によって駆動される画素の回路図。
Claims (9)
- nビット(nは2以上の自然数)のデジタル映像信号を用いた発光装置において、
前記発光装置が有する複数の画素はそれぞれ、
第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された第1の選択部と、
前記第1の選択部とそれぞれが電気的に接続された、前記デジタル映像信号をmフレーム(mは2以上の自然数)分記憶するm個の記憶回路と、
前記m個の記憶回路のそれぞれと電気的に接続された第2の選択部と、
ソース又はドレインの一方が前記第2の選択部と電気的に接続された第2のトランジスタと、をn組と、
ソース又はドレインの一方がEL素子に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が電流供給線に電気的に接続された第3のトランジスタと、を有し、
n個の前記第1のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第1のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、共通するソース信号線と電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第2のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
1フレーム分の前記デジタル映像信号は、ビットごとに前記n組の記憶回路のそれぞれに記憶され、
前記ビットのそれぞれを表示期間の長さに対応させることで、時間階調方式によるnビットの階調表現を行うことを特徴とする発光装置。 - nビット(nは2以上の自然数)のデジタル映像信号を用いた発光装置において、
同一基板上に設けられた複数の画素、ソース信号線駆動回路及びゲート信号線駆動回路を有し、
前記複数の画素はそれぞれ、
第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された第1の選択部と、
前記第1の選択部とそれぞれが電気的に接続された、前記デジタル映像信号をmフレーム(mは2以上の自然数)分記憶するm個の記憶回路と、
前記m個の記憶回路のそれぞれと電気的に接続された第2の選択部と、
ソース又はドレインの一方が前記第2の選択部と電気的に接続された第2のトランジスタと、をn組と、
ソース又はドレインの一方がEL素子に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が電流供給線に電気的に接続された第3のトランジスタと、を有し、
n個の前記第1のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第1のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、共通するソース信号線と電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第2のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
1フレーム分の前記デジタル映像信号は、ビットごとに前記n組の記憶回路のそれぞれに記憶され、
前記ビットのそれぞれを表示期間の長さに対応させることで、時間階調方式によるnビットの階調表現を行い、
前記ソース信号線駆動回路は、前記ソース信号線に電気的に接続され、
前記ゲート信号線駆動回路は、前記第1のゲート信号線及び前記第2のゲート信号線に電気的に接続されることを特徴とする発光装置。 - nビット(nは2以上の自然数)のデジタル映像信号を用いた発光装置において、
前記発光装置が有する複数の画素はそれぞれ、
第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された第1の選択部と、
前記第1の選択部とそれぞれが電気的に接続された、前記デジタル映像信号をmフレーム(mは2以上の自然数)分記憶するm個の記憶回路と、
前記m個の記憶回路のそれぞれと電気的に接続された第2の選択部と、
ソース又はドレインの一方が前記第2の選択部と電気的に接続された第2のトランジスタと、をn組と、
ソース又はドレインの一方がEL素子に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が電流供給線に電気的に接続された第3のトランジスタと、を有し、
n個の前記第1のトランジスタのゲートは、共通する第1のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、それぞれ異なるソース信号線と電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第2のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
1フレーム分の前記デジタル映像信号は、ビットごとに前記n組の記憶回路のそれぞれに記憶され、
前記ビットのそれぞれを表示期間の長さに対応させることで、時間階調方式によるnビットの階調表現を行うことを特徴とする発光装置。 - nビット(nは2以上の自然数)のデジタル映像信号を用いた発光装置において、
同一基板上に設けられた複数の画素、ソース信号線駆動回路及びゲート信号線駆動回路を有し、
前記複数の画素はそれぞれ、
第1のトランジスタと、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続された第1の選択部と、
前記第1の選択部とそれぞれが電気的に接続された、前記デジタル映像信号をmフレーム(mは2以上の自然数)分記憶するm個の記憶回路と、
前記m個の記憶回路のそれぞれと電気的に接続された第2の選択部と、
ソース又はドレインの一方が前記第2の選択部と電気的に接続された第2のトランジスタと、をn組と、
ソース又はドレインの一方がEL素子に電気的に接続され、ソース又はドレインの他方が電流供給線に電気的に接続された第3のトランジスタと、を有し、
n個の前記第1のトランジスタのゲートは、共通する第1のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、それぞれ異なるソース信号線と電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのゲートは、それぞれ異なる第2のゲート信号線に電気的に接続され、
n個の前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続され、
1フレーム分の前記デジタル映像信号は、ビットごとに前記n組の記憶回路のそれぞれに記憶され、
前記ビットのそれぞれを表示期間の長さに対応させることで、時間階調方式によるnビットの階調表現を行い、
前記ソース信号線駆動回路は、前記ソース信号線に電気的に接続され、
前記ゲート信号線駆動回路は、前記第1のゲート信号線及び前記第2のゲート信号線に電気的に接続されることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項4のいずれか一において、
前記第1乃至第3のトランジスタは、薄膜トランジスタであることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記記憶回路は、スタティック型メモリ(SRAM)であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記記憶回路は、ダイナミック型メモリ(DRAM)であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれか一において、
前記記憶回路は、強誘電体メモリ(FeRAM)であることを特徴とする発光装置。 - 請求項1乃至請求項8のいずれか一に記載の発光装置と、操作スイッチとを具備したことを特徴とする電子機器。
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