JP7100577B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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Description

本開示は、表示装置および電子機器に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、単に、「有機EL素子」と略称する場合がある)を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置(以下、単に、「有機EL表示装置」と略称する場合がある)が注目されている。有機EL表示装置は、自発光型であり、消費電力が低いという特性を有しており、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するので、実用化に向けての開発、商品化が鋭意進められている(例えば特許文献1、2など参照)。
特開2013-44890号公報 特開2012-255874号公報
有機EL表示装置は、駆動回路の微細化を進めることで、高精細化を実現できる。そこで、駆動回路の微細化を進めるにあたり、画面の表示性能を低下させずに、駆動回路を微細化することが求められる。
そこで、本開示では、画面の表示性能の向上及び高精細化が可能な、新規かつ改良された表示装置および電子機器を提案する。
本開示によれば、発光部及び前記発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子を複数有し、前記駆動回路は、前記発光部を制御する駆動トランジスタと、映像信号の書き込みを制御する映像信号書き込みトランジスタと、容量素子と、を備え、前記駆動トランジスタは、一方のソース・ドレイン領域が電流供給線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記発光部及び前記容量素子の第1ノードに接続され、ゲート電極が前記容量素子の第2ノードに接続され、前記映像信号書込みトランジスタは、一方のソース・ドレイン領域がデータ線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記駆動トランジスタのゲート電極に接続され、ゲート電極が走査線に接続され、前記駆動トランジスタと、前記映像信号書き込みトランジスタとはキャリア移動度が異なる、表示装置が提供される。
また本開示によれば、上記の表示装置を備える、電子機器が提供される。
以上説明したように本開示によれば、画面の表示性能の向上及び高精細化が可能な、新規かつ改良された表示装置および電子機器を提供することが出来る。
なお、上記の効果は必ずしも限定的なものではなく、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書に示されたいずれかの効果、または本明細書から把握され得る他の効果が奏されてもよい。
駆動トランジスタ及び映像信号書き込みトランジスタの断面例を示す説明図である。 本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置の構成例を示す説明図である。 画素アレイ部11のそれぞれの画素15の構成例を示す説明図である。 画素15の動作例をタイミングチャートで示す説明図である。 画素15に形成される映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvの断面の構成例を示す説明図である。 画素15に形成される映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvの断面の別の構成例を示す説明図である。 画素15の断面例を示す説明図である。 画素15の断面例を示す説明図である。 駆動トランジスタTdrvの電圧電流特性の例を示す説明図である。 画素15の別の断面例を示す説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
なお、説明は以下の順序で行うものとする。
1.本開示の実施の形態
1.1.概要
1.2.表示装置及び画素の構成例
1.3.画素の動作例
1.4.断面例
2.まとめ
<1.本開示の実施の形態>
[1.1.概要]
まず、本開示の実施の形態について詳細に説明する前に、本開示の実施の形態の概要について説明する。
上述したように、近年、有機EL素子を用いた有機エレクトロルミネッセンス表示装置(以下、単に、「有機EL表示装置」と略称する場合がある)が注目されている。有機EL表示装置は、自発光型であり、消費電力が低いという特性を有しており、また、高精細度の高速ビデオ信号に対しても十分な応答性を有するので、実用化に向けての開発、商品化が鋭意進められている。
有機EL表示装置の画素を駆動させる駆動回路の一つに、1つの画素あたり、有機EL素子を駆動するための駆動トランジスタと、映像信号を書き込むための映像信号書き込みトランジスタの2つのトランジスタで構成される2Tr駆動回路がある。
有機EL表示装置の駆動回路を、シリコン半導体プロセスによってシリコンウェハ上に形成すると、微細化が容易になる。駆動回路が微細化出来ると、有機EL表示装置の高精細化を実現できる。一方、駆動トランジスタにnチャネル型MOSトランジスタを用い、駆動トランジスタの動作の安定化のためにp型ウェルを設置した場合、有機EL素子が発光すると、駆動トランジスタのソース電位も上昇する。駆動トランジスタのソース電位が上昇すると、p型ウェルと駆動トランジスタとの電位も上昇する。p型ウェルと駆動トランジスタとの電位も上昇すると、いわゆる基板バイアス効果に起因して駆動トランジスタの電流が減少する。駆動トランジスタの電流が減少すると、有機EL素子の輝度が低下する。
そこで、上記特許文献1では、基板バイアス効果を抑制するために、p型シリコン基板に形成された埋め込みn型ウェル内のp型ウェルに駆動トランジスタを形成し、駆動トランジスタのソースとp型ウェルとを電気的に接続する技術が開示されている。この技術では基板バイアス効果の抑制は可能になるが、その一方で駆動トランジスタのp型ウェルを、隣接する駆動回路間で電気的に分離する必要がある。
図1は、駆動トランジスタ及び映像信号書き込みトランジスタの断面例を示す説明図である。図1に示したのは、p型シリコン基板に形成された埋め込みn型ウェル内のp型ウェルに駆動トランジスタが形成されている例を示したものである。図1に示したように、駆動トランジスタのp型ウェルを、隣接する駆動回路間で電気的に分離するために、駆動トランジスタのp型ウェル間にn型ウェルを形成すると、駆動回路の微細化が困難になる。
駆動回路を微細化しようとすれば、駆動トランジスタのサイズを、n型ウェル領域を形成するスペースを確保するために小さくする必要がある。しかし、例えばゲート長を縮小すると、駆動トランジスタの特性ばらつきが増大する。駆動トランジスタの特性ばらつきの増大は、各駆動回路に設けられる有機EL素子の輝度のばらつきが増大することに繋がり、画面のユニフォーミティが損なわれる。従って、p型シリコン基板に形成された埋め込みn型ウェル内のp型ウェルに駆動トランジスタを形成すると、駆動回路の微細化と、画面のユニフォーミティを向上させることとを両立させることが困難になる。
また、駆動トランジスタとして単結晶シリコンウェハに形成したMOSトランジスタを用いる技術もある。しかし、単結晶シリコンウェハに形成したMOSトランジスタを駆動トランジスタとして用いると、移動度補正が過剰にかかり、画面のユニフォーミティが損なわれる。特許文献2では、移動度補正が過剰にかかる現象に起因する表示むらを抑制する技術が開示されている。特許文献2では、駆動トランジスタのp型ウェル(バックゲート)の電位を、閾値電圧が高くなるように制御することで、移動度補正が過剰にかかることを避ける技術が開示されている。しかし、基板バイアスを制御する回路や端子を設けると、駆動回路の高集積密度化、すなわち、表示装置の高精細化の妨げとなる。
そこで本件開示者は、上述した内容に鑑み、有機EL素子などの自発光デバイスを用いた表示装置において、画面の表示性能の向上及び高精細化が可能な技術について鋭意検討を行った。その結果、本件開示者は、以下で説明するように、自発光デバイスを用いた表示装置において、画面の表示性能の向上及び高精細化が可能な技術を考案するに至った。
以上、本開示の実施の形態の概要について説明した。
[1.2.表示装置及び画素の構成例]
続いて、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置の構成例を説明する。図2は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置の構成例を示す説明図である。以下、図2を用いて本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置の構成例について説明する。
なお、以下の回路構成の説明においては、「電気的に接続」を単に「接続」と記載するし、この「電気的に接続」は、直接に接続されることに限らず、他のトランジスタ(スイッチングトランジスタが典型例である)その他の電気素子(能動素子に限らず受動素子でもよい)を介して接続されることも含む。
図2に示したように、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、画素アレイ部11と、ライトスキャナ12と、ドライブスキャナ13と、水平セレクタ14と、を含んで構成される。
画素アレイ部11は、有機EL素子OLEDを含む複数の画素15が行列状に2次元配置される。有機EL表示装置1がカラー表示に対応している場合、カラー画像を形成する単位となる1つの画素(単位画素)は複数の副画素(サブピクセル)から構成され、この副画素それぞれが図2の画素15に相当する。具体的には、カラー表示対応の表示装置において、1つの画素は、例えば、赤色(R)光を発光する副画素、緑色(G)光を発光する副画素、青色(B)光を発光する副画素の3つの副画素から構成される。なお、1つの画素としては、RGB3色の副画素の組み合わせに限られるものではなく、3色の副画素にさらに1色または複数色の副画素を加えて1つの画素を構成することも可能である。具体的には、輝度向上のために白色(W)光を発光する副画素を加えて1つの画素を構成したり、色再現範囲を拡大するために補色光を発光する少なくとも1つの副画素を加えて1つの画素を構成したりすることも可能である。
画素アレイ部11においては、m行n列の画素15の配列に対して、行方向(画素行の画素の配列方向)に沿って走査線WSと電源供給線DSとが、画素行毎に配線されている。さらに、m行n列の画素15の配列に対して、列方向(画素列の画素の配列方向)に沿って信号線16が画素列毎に配線されている。
走査線WSは、ライトスキャナ12の対応する行の端にそれぞれ接続されている。電源供給線DSは、ドライブスキャナ13の対応する行の端にそれぞれ接続されている。
ライトスキャナ12は、クロックパルスに同期してスタートパルスを順にシフト(転送)するシフトレジスタ回路等によって構成されている。ライトスキャナ12は、画素アレイ部11のそれぞれの画素15への映像信号の信号電圧の書込みに際して、走査線WSに対して書込み走査信号を順次供給することによって、画素アレイ部11のそれぞれの画素15を行単位で順番に走査(線順次走査)する。
ドライブスキャナ13は、クロックパルスに同期してスタートパルスを順にシフトするシフトレジスタ回路等によって構成されている。ドライブスキャナ13は、ライトスキャナ12による線順次走査に同期して、第1電源電位Vccpと、第1電源電位Vccpよりも低い第2電源電位Viniとで切替え可能な電源電位を電源供給線DSに供給する。この電源電位の第1電源電位Vccp、第2電源電位Viniの切替えによって、それぞれの画素15の発光状態と非発光状態との制御が行われる。
水平セレクタ14は、図示せぬ信号供給源から供給される輝度情報に応じた映像信号の信号電圧Vsigと基準電圧Vofsとを選択的に出力する。ここで、基準電圧Vofsは、映像信号の信号電圧Vsigの基準となる電位(例えば、映像信号の黒レベルに相当する電位)であり、後述する閾値補正処理の際に用いられる。
水平セレクタ14から出力される信号電圧Vsigおよび基準電圧Vofsは、信号線16を介して画素アレイ部11のそれぞれの画素15に対して、ライトスキャナ12による走査によって選択された画素行の単位で書込まれる。すなわち、水平セレクタ14は、信号電圧Vsigを行単位で書込む線順次書込みの駆動形態をとっている。
以上、図2を用いて本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の構成例について説明した。続いて、画素アレイ部11のそれぞれの画素15の具体的な構成例について説明する。
図3は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1における、画素アレイ部11のそれぞれの画素15の構成例を示す説明図である。以下、図3を用いて画素15の構成例について説明する。
図3に示したように、画素15は、有機EL素子OLEDと、駆動トランジスタTdrvと、映像信号書き込みトランジスタTsigと、保持容量Csと、補助容量Celと、を含んで構成される。
有機EL素子OLEDは、全ての画素15に対して共通に配線された電源供給線DSにカソード電極が接続されている。そして有機EL素子OLEDを駆動するための駆動回路は、駆動トランジスタTdrvと、映像信号書き込みトランジスタTsigと、保持容量Csと、補助容量Celと、で構成される。
駆動トランジスタTdrvは、一方の電極(ソース・ドレイン電極)が有機EL素子OLEDのアノード電極に接続され、他方の電極(ソース・ドレイン電極)が電源供給線DSに接続されている。また駆動トランジスタTdrvのバックゲートは接地されている。
映像信号書き込みトランジスタTsigは、一方の電極(ソース・ドレイン電極)が信号線16に接続され、他方の電極(ソース・ドレイン電極)が駆動トランジスタTdrvのゲート電極に接続されている。また、映像信号書き込みトランジスタTsigのゲート電極は、走査線WSに接続されている。
駆動トランジスタTdrvおよび映像信号書き込みトランジスタTsigにおいて、一方の電極とは、ソース・ドレイン領域に電気的に接続された金属配線をいい、他方の電極とは、ドレイン・ソース領域に電気的に接続された金属配線をいう。また、一方の電極と他方の電極との電位関係によって一方の電極がソース電極ともなればドレイン電極ともなり、他方の電極がドレイン電極ともなればソース電極ともなる。
本実施形態では、駆動トランジスタTdrvと、映像信号書き込みトランジスタTsigとで、キャリア移動度が異なるトランジスタを用いる。例えば、映像信号書き込みトランジスタTsigには、シリコン(Si)半導体基板上に形成したMOSトランジスタを用い、駆動トランジスタTdrvには薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor;TFT)を用い、それぞれ使い分ける。本実施形態では、映像信号書き込みトランジスタTsigには、例えばnチャネル型のMOSTFTが用いられる。なお、映像信号書き込みトランジスタTsigの導電型はpチャネル型であってもよい。
Si半導体基板上に形成したMOSトランジスタは、多結晶もしくは非晶質のTFTを用いる場合に比べチャネル移動度が高く、特性バラつきが小さいという特長を有する。本実施形態に係る有機EL表示装置1は、映像信号書き込みトランジスタTsigに、Si半導体基板上に形成したMOSトランジスタを用いることで、この特長から、パネル外部からの映像信号を、その品質を高く維持したまま、駆動トランジスタTdrvのゲート端子に入力することが出来る。
一方、TFTはボディ領域が電気的に浮遊状態のため基板バイアス効果を受けないという特長を有する。従って、本実施形態に係る有機EL表示装置1は、駆動トランジスタにTFTを用いることで、基板バイアス効果による駆動電流の低下、すなわち、表示装置としては輝度の劣化を抑制することができる。さらに、単結晶Si-MOSトランジスタに比べてTFTはチャネル移動度が低いため、図3に示した画素15において、上述したような過剰な移動度補正がかかってしまうことがなく、画面のユニフォーミティが損なわれるようなことも無い。本実施形態では、駆動トランジスタTdrvのキャリア移動度は、映像信号書き込みトランジスタTsigのキャリア移動度より低くなるよう形成される。図3に示した画素15において、駆動トランジスタTdrvのキャリア移動度が映像信号書き込みトランジスタTsigのキャリア移動度より低くなるよう形成されることで、本実施形態に係る有機EL表示装置1は、画面の表示性能の向上が可能となる。
保持容量Csは、一方の電極(第1ノード)が駆動トランジスタTdrvの他方のソース・ドレイン領域、および、有機EL素子OLEDのアノード電極に接続されており、他方の電極(第2ノード)が駆動トランジスタTdrvのゲート電極および映像信号書き込みトランジスタTsigのソース・ドレイン領域に接続されている。
補助容量Celは、一方の電極が有機EL素子OLEDのアノード電極に、他方の電極が電源供給線DSにそれぞれ接続されている。補助容量Celは、有機EL素子OLEDの等価容量の容量不足分を補うべく、その等価容量の補助となって、保持容量Csに対する映像信号の書込みゲインを高めるために設けられている。
なお図3においては、補助容量Celの他方の電極が電源供給線DSに接続されるように構成されているが、補助容量Celの他方の電極の接続先としては、電源供給線DSに限られるものではなく、固定電位のノードであればよい。補助容量Celの他方の電極を固定電位のノードに接続することで、有機EL素子OLEDの容量不足分を補い、保持容量Csに対する映像信号の書込みゲインを高めることができる。
以上、図3を用いて画素15の具体的な構成例について説明した。続いて、有機EL表示装置1の画素15の動作例について説明する。
[1.3.画素の動作例]
図4は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の動作例をタイミングチャートで示す説明図である。以下、図4を用いて本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の動作例について説明する。
図4に示したタイミングチャートには、電源供給線DSの電位、走査線WSの電位、信号線16の電位(Vsig/Vofs)、図3の画素15における駆動トランジスタTdrvのゲート電位Gateおよび駆動トランジスタTdrvのソースSourceのそれぞれの変化が示されている。
図4において、時刻t0以前は、前の表示フレーム(前フレーム)における有機EL素子OLEDの発光期間となる。前フレームの発光期間では、電源供給線DSの電位が第1電源電位(以下、高電位という)Vccpにあり、また、映像信号書き込みトランジスタTsigが非導通状態にある。
ここで、駆動トランジスタTdrvは、飽和領域で動作するように設計されている。これにより、駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間電圧Vgsに応じた駆動電流(ドレイン-ソース間電流)Idsが、電源供給線DSから駆動トランジスタTdrvを通して有機EL素子OLEDに供給される。そして、有機EL素子OLEDは、駆動電流Idsの電流値に応じた輝度で発光する。
時刻t0になると、線順次走査の新しい表示フレーム(現フレーム)に入る。駆動トランジスタTdrvの閾値電圧をVthとすると、電源供給線DSの電位が、高電位Vccpから、信号線16の基準電圧Vofsに対してVofs-Vthよりも十分に低い第2電源電位(以下、低電位という)Viniに切替わる。
ここで、有機EL素子OLEDの閾値電圧をVthel、共通電源供給線の電位(カソード電位)をVcathとする。このとき、低電位Viniを、Vini<Vthel+Vcathとすると、Sourceの電位が低電位Viniに略等しくなるため、有機EL素子OLEDは逆バイアス状態となって消光する。
続いて、時刻t1において、走査線WSの電位が低電位側から高電位側に遷移することで、映像信号書き込みトランジスタTsigが導通状態となる。このとき、水平セレクタ14から信号線16に対して基準電圧Vofsが供給されている状態にあるため、Gateの電位が基準電圧Vofsになる。また、Sourceの電位は、基準電圧Vofsよりも十分に低い電位、すなわち低電位Viniにある。
またこのとき、駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間電圧VgsはVofs-Viniとなる。ここで、Vofs-Viniが駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthよりも大きくないと、後述する閾値補正処理を行うことができないため、Vofs-Vini>Vthとなる関係に設定する必要がある。
このように、Gateの電位を基準電圧Vofsに固定し、かつ、Sourceの電位を低電位Viniに固定して初期化する処理が、後述する閾値補正処理(Vth補正)を行う前の準備(閾値補正準備)の処理である。
続いて、時刻t2において、電源供給線DSの電位が低電位Viniから高電位Vccpに切替わると、Gateの電位が基準電圧Vofsに保たれた状態で閾値補正処理(Vth補正)が開始される。すなわち、Gateの電位から駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthを減じた電位に向けてSourceの電位が上昇を開始する。
この閾値補正処理が進むと、やがて駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthに収束する。この閾値電圧Vthに相当する電圧は保持容量Csに保持される。
なお、閾値補正処理を行う期間(閾値補正期間)において、電流が専ら保持容量Cs側に流れ、有機EL素子OLED側には流れないようにするために、有機EL素子OLEDがカットオフ状態となるように、電源供給線には電位Vcathを設定しておくこととする。
続いて時刻t3において、走査線WSの電位が低電位側に遷移することで、映像信号書き込みトランジスタTsigが非導通状態となる。このとき、駆動トランジスタTdrvのゲート電極が信号線16から電気的に切り離されることによってフローティング状態になる。しかしながら、ゲート-ソース間電圧Vgsが駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthに等しいために、駆動トランジスタTdrvはカットオフ状態にある。したがって、駆動トランジスタTdrvに駆動電流Idsは流れない。
続いて時刻t4において、信号線16の電位が基準電圧Vofsから映像信号の信号電圧Vsigに切替わる。続いて、時刻t5において、走査線WSの電位が高電位側に遷移することで、映像信号書き込みトランジスタTsigは、導通状態となって映像信号の信号電圧Vsigをサンプリングし、映像信号を画素15に書込む。
この映像信号書き込みトランジスタTsigによる信号電圧Vsigの書込みにより、Gateの電位が信号電圧Vsigになる。そして、映像信号の信号電圧Vsigによる駆動トランジスタTdrvの駆動の際に、駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthが、保持容量Csに保持された閾値電圧Vthに相当する電圧と相殺される。
このとき、有機EL素子OLEDは、カットオフ状態(ハイインピーダンス状態)にある。従って、映像信号の信号電圧Vsigに応じて電源供給線DSから駆動トランジスタTdrvに流れる駆動電流Idsは、有機EL素子OLEDの等価容量および補助容量Celに流れ込む。これにより、有機EL素子OLEDの等価容量および補助容量Celの充電が開始される。
有機EL素子OLEDの等価容量および補助容量Celが充電されることにより、Sourceの電位が時間の経過とともに上昇していく。このとき、すでに、駆動トランジスタTdrvの閾値電圧Vthの画素毎のばらつきがキャンセルされており、駆動トランジスタTdrvの駆動電流Idsは、駆動トランジスタTdrvの移動度μに依存したものとなる。なお、駆動トランジスタTdrvの移動度μは、駆動トランジスタTdrvのチャネルを構成する半導体薄膜の移動度である。
ここで、映像信号の信号電圧Vsigに対する保持容量Csの保持電圧(駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間電圧)Vgsの比率、すなわち書込みゲインが1(理想値)であると仮定する。すると、Sourceの電位がVofs-Vth+ΔVの電位まで上昇することで、駆動トランジスタTdrvのゲート‐ソース間電圧VgsはVsig-Vofs+Vth-ΔVとなる。
すなわち、Sourceの電位の上昇分ΔVは、保持容量Csに保持された電圧(Vsig-Vofs+Vth)から差し引かれるように、すなわち、保持容量Csの充電電荷を放電するように作用する。言い換えると、Sourceの電位の上昇分ΔVは、保持容量Csに対して負帰還がかけられたことになる。従って、Sourceの電位の上昇分ΔVは負帰還の帰還量となる。
このように、駆動トランジスタTdrvに流れる駆動電流Idsに応じた帰還量ΔVでゲート-ソース間電圧Vgsに負帰還をかけることで、駆動トランジスタTdrvの駆動電流Idsの移動度μに対する依存性を打ち消すことができる。この処理が、駆動トランジスタTdrvの移動度μの画素毎のばらつきを補正する移動度補正処理である。
続いて、時刻t6において、走査線WSが低電位側に遷移することで、映像信号書き込みトランジスタTsigが非導通状態となる。これにより、駆動トランジスタTdrvのゲート電極は、信号線16から電気的に切り離されるためにフローティング状態になる。
ここで、駆動トランジスタTdrvのゲート電極がフローティング状態にあるときは、駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間に保持容量Csが接続されていることにより、Sourceの電位の変動に連動してGateの電位も変動する。
このように、駆動トランジスタTdrvのゲート電位がソース電位の変動に連動して変動する動作が、言い換えると、保持容量Csに保持されたゲート-ソース間電圧Vgsを保ったまま、駆動トランジスタTdrvのゲート電位およびソース電位が上昇する動作が、いわゆるブートストラップ動作である。
駆動トランジスタTdrvのゲート電極がフローティング状態になり、それと同時に、駆動トランジスタTdrvの駆動電流Idsが有機EL素子OLEDに流れ始めることにより、有機EL素子OLEDのアノード電位が上昇する。
そして、有機EL素子OLEDのアノード電位がVthel+Vcathを越えると、有機EL素子OLEDに駆動電流が流れ始め、有機EL素子OLEDが発光を開始する。また、有機EL素子OLEDのアノード電位の上昇は、駆動トランジスタTdrvのソース電位、すなわちSourceの電位の上昇に他ならない。そして、Sourceの電位が上昇すると、保持容量Csのブートストラップ動作により、Gateの電位も連動して上昇する。
このとき、ブートストラップゲインが1(理想値)であると仮定した場合、Gateの電位の上昇量はSourceの電位の上昇量に等しくなる。従って、発光期間中、駆動トランジスタTdrvのゲート-ソース間電圧Vgsは、Vsig-Vofs+Vth-ΔVで一定に保持される。そして、時刻t7で信号線16の電位が映像信号の信号電圧Vsigから基準電圧Vofsに切替わる。
上述した一連の回路動作において、閾値補正準備、閾値補正、信号電圧Vsigの書込み(信号書込み)、および移動度補正の各処理動作は、1水平走査期間(1H)において実行される。また、信号書込みおよび移動度補正の各処理動作は、時刻t5~t6の期間において並行して実行される。
以上、図4を用いて本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の動作例について説明した。続いて、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の断面の例を説明する。
[1.4.断面例]
本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15は、上述したように、映像信号書き込みトランジスタTsigには、Si半導体基板上に形成したMOSトランジスタを用い、駆動トランジスタTdrvにはTFTを用い、それぞれ使い分ける。
図5は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15に形成される映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvの断面の構成例を示す説明図である。
映像信号書き込みトランジスタTsigは、Si基板101にソース・ドレイン領域111、112が形成され、ゲート絶縁膜115上に、ゲート電極114がサイドウォール113に囲まれるよう形成される。
一方、駆動トランジスタTdrvは、Si基板101上に形成された酸化膜102の上部にソース・ドレイン領域121、122が形成され、ゲート絶縁膜124上に、ゲート電極125が形成される。
このように映像信号書き込みトランジスタTsigにはSi基板101に形成したMOSトランジスタを用い、駆動トランジスタTdrvにはTFTを用いることで、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、映像の高品質化及びユニフォーミティの低下の回避が可能となる。
図6は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15に形成される映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvの断面の別の構成例を示す説明図である。図6に示したのは、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いた場合の映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvの断面例である。
SOI基板を用いる場合、Si基板101上に埋め込み酸化膜103を形成し、埋め込み酸化膜103の上にソース・ドレイン領域121、122が形成され、ゲート絶縁膜124上に、ゲート電極125が形成されることで駆動トランジスタTdrvが形成される。また埋め込み酸化膜103の上にソース・ドレイン領域111、112が形成され、ゲート絶縁膜115上に、ゲート電極114がサイドウォール113に囲まれるよう形成されることで映像信号書き込みトランジスタTsigが形成される。
なおSOI基板を用いる場合、映像信号書き込みトランジスタTsigは、動作を安定にするためにボディ領域を接地し、駆動トランジスタTdrvはボディ領域を意図的に浮遊状態にすればよい。駆動トランジスタTdrvのチャネル移動度を下げるには、駆動トランジスタTdrvを形成する領域のみに、選択的に不純物(例えば、アルゴン(Ar)など)をイオン注入してSOI層を非晶質化した後に、図6のように駆動トランジスタTdrvを形成すればよい。また駆動トランジスタTdrvのチャネル移動度を下げるために、駆動トランジスタTdrvを形成する領域のSOI層を選択的に除去した後に駆動トランジスタTdrvとして用いるTFTを形成してもよい
このように、映像信号書き込みトランジスタTsigにはSi基板に形成したMOSトランジスタを用い、駆動トランジスタTdrvにはTFTを用いることで、駆動トランジスタTdrvと駆動トランジスタTdrvとを、ウェル分離を用いて電気的に分離する方法に比べ、駆動トランジスタTdrvの基板バイアス効果の抑制が省スペースで実現できる。
図7は、画素15の断面例を示す説明図であり、映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvを水平方向に並べて形成した場合の例を示す説明図である。
図7に示したように映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvを水平方向に並べて形成しても良いが、画素15をより高精細化するために、映像信号書き込みトランジスタTsig及び駆動トランジスタTdrvを積層させて形成してもよい。すなわち、Si基板に映像信号書き込みトランジスタTsigを形成し、映像信号書き込みトランジスタTsigの上部に積層された配線層にTFTとして駆動トランジスタTdrvを形成しても良い。
図8は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の断面例を示す説明図である。図8に示した画素15は、Si基板101上に映像信号書き込みトランジスタTsigを形成し、映像信号書き込みトランジスタTsigの上部に配線層間膜131、132、133を形成し、配線層間膜133が形成された領域に保持容量Cs及び駆動トランジスタTdrvが形成されている。そして図8に示した画素15は、駆動トランジスタTdrvの上部に配線層間膜134、135、136が形成されているとともに、配線層間膜135の上部にアノード電極151、有機材料層152、カソード電極153が形成されている。なおアノード電極151、有機材料層152、カソード電極153によって有機EL素子OLEDが構成される。
映像信号書き込みトランジスタTsigの一方のソース・ドレイン領域には、コンタクトホール及びコンタクトビア140を介して映像信号線(Vsig)16が接続され、ゲート電極114にはコンタクトホール及びコンタクトビア140を介して走査線WSが接続される。また、駆動トランジスタTdrvの一方のソース・ドレイン領域121には、コンタクトホール及びコンタクトビア140を介して電源供給線DSが接続されており、ゲート電極125にはコンタクトホール及びコンタクトビア140を介して保持容量Csの一方の電極161が接続されている。保持容量Csの他方の電極162は、有機EL素子OLEDのアノード電極151に接続される。
Si基板に映像信号書き込みトランジスタTsigを形成し、映像信号書き込みトランジスタTsigの上部に積層された配線層にTFTとして駆動トランジスタTdrvを形成することで、高精細化のために駆動回路を微細化してもトランジスタサイズを小さくしなくて済む。従って、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置は、映像信号書き込みトランジスタTsigと駆動トランジスタTdrvとを図8のように積層させて形成することで、トランジスタ特性のバラつきに起因するユニフォーミティの劣化を回避出来るという効果を有する。
また、Si基板に映像信号書き込みトランジスタTsigを形成し、映像信号書き込みトランジスタTsigの上部に積層された配線層にTFTとして駆動トランジスタTdrvを形成することで、駆動トランジスタTdrvのゲート長を短くしなくて済むという効果もある。駆動トランジスタTdrvのゲート長が短くなると、ドレイン電圧に依存して駆動トランジスタTdrvの電流が増加するからである。
図9は、駆動トランジスタTdrvの電圧電流特性の例を示す説明図である。図9に示したグラフの破線は理想的な電圧電流特性の例であり、実線は実際の電圧電流特性の例である。理想的には、駆動トランジスタTdrvのドレイン-ソース間の電圧Vdsがある程度まで低下しても、駆動トランジスタTdrvのドレイン電流Idは不変である。しかし駆動トランジスタTdrvのゲート長が短くなると、実際には、駆動トランジスタTdrvのドレイン-ソース間の電圧Vdsが低下するにつれてドレイン電流Idも低下するために、輝度が劣化する。
しかし、駆動トランジスタTdrvのゲート長を長くすることで、駆動トランジスタTdrvの電圧電流特性を理想的な状態に近付けることが出来る。すなわち、駆動トランジスタTdrvのゲート長を長くすることで、電圧Vdsの低下によってもドレイン電流Idが低下せず、輝度の劣化を回避出来る。すなわち、駆動トランジスタTdrvを定電流源に近い状態で使用できることになる。
また、映像信号書き込みトランジスタTsigと駆動トランジスタTdrvとを並べて形成すると、基板内に形成されるPN接合における寄生容量や寄生リークに起因し、隣接している駆動回路が誤動作を起こし、本来出力したいものとは違う情報が表示される場合がありうる。これに対し、図8のように、映像信号書き込みトランジスタTsigと駆動トランジスタTdrvとを、配線層間膜131、132、133を介して(例えば、500nm以上の酸化膜を介して)遠ざけることで、このような誤動作を回避することが出来る。
図8に示したのは、保持容量CsをMIMキャパシタとした例であるが、保持容量CsをMIS(Metal Insulator Semiconductor)キャパシタとしてもよい。
図10は、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1の画素15の別の断面例を示す説明図である。図10に示した画素15は、保持容量CsをMISキャパシタとした例である。保持容量Csを、配線層に形成したMIMキャパシタとする場合に比べ、MISキャパシタは誘電体膜の膜厚を薄くできる。例えば、MISキャパシタは誘電体膜の膜厚を10nm以下の酸化膜とすることが出来る。このため、映像信号書き込みトランジスタTsigのゲート酸化膜厚と、MISキャパシタで構成した保持容量Csの絶縁膜厚とを異ならせることが出来る。従って、保持容量CsをMISキャパシタとすることで、小面積ながらも高い容量を確保することが出来る。
なお、図10に示したように映像信号書き込みトランジスタTsigと保持容量Csとを並べて形成する場合、保持容量Csには映像信号書き込みトランジスタTsigと同じ絶縁膜を用いてもよく、保持容量Csの高容量化のために、映像信号書き込みトランジスタTsigと保持容量Csの誘電体膜とを個別に作り分けても良い。
<2.まとめ>
以上説明したように本開示の実施の形態によれば、駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとでキャリア移動度が異なるトランジスタ、例えば、映像信号書き込みトランジスタには単結晶Si基板上に形成されたMOSトランジスタを用い、駆動トランジスタにはTFTを用いる、有機EL表示装置1が提供される。
本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとでキャリア移動度が異なるトランジスタを用いることで、信号品質を高く維持できるとともに、輝度劣化を起こさず、また移動度補正が過剰にかかることに起因する画面のユニフォーミティが損なわれることを回避出来る。
本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、キャリア移動度が異なる駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとを、配線層間膜を介して積層させて形成することができる。駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとを配線層間膜を介して積層させることで、駆動トランジスタのゲート長を長くすることができ、駆動トランジスタTdrvを定電流源に近い状態で使用できる。また駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとを配線層間膜を介して積層させることで、駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとの間のカップリングを抑制し、本来出力したいものとは違う情報が表示される誤動作を回避することが出来る。
本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、様々な機器に搭載することが可能である。例えば、本開示の実施の形態に係る有機EL表示装置1は、テレビジョン受像機、パーソナルコンピュータ、携帯電話、高機能携帯電話(スマートフォン)、タブレット型携帯端末、携帯型音楽プレーヤ、ゲーム機、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、腕時計型、頭部装着型、ペンダント型その他のウェアラブルコンピュータ等、様々な機器に搭載できる。
以上、添付図面を参照しながら本開示の好適な実施形態について詳細に説明したが、本開示の技術的範囲はかかる例に限定されない。本開示の技術分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、発光素子として有機EL素子を用いていたが、本技術はかかる例に限定されない。例えば、無機エレクトロルミネッセンス発光部、LED発光部、半導体レーザー発光部等の自発光型の発光部を用いた表示装置に対しても、上記実施形態と同様に、駆動トランジスタと、映像信号書き込みトランジスタとはキャリア移動度が異なるトランジスタを用いてもよい。
また、本明細書に記載された効果は、あくまで説明的または例示的なものであって限定的ではない。つまり、本開示に係る技術は、上記の効果とともに、または上記の効果に代えて、本明細書の記載から当業者には明らかな他の効果を奏しうる。
なお、以下のような構成も本開示の技術的範囲に属する。
(1)
発光部及び前記発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子を複数有し、
前記駆動回路は、
前記発光部を制御する駆動トランジスタと、
映像信号の書き込みを制御する映像信号書き込みトランジスタと、
容量素子と、
を備え、
前記駆動トランジスタは、一方のソース・ドレイン領域が電流供給線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記発光部及び前記容量素子の第1ノードに接続され、ゲート電極が前記容量素子の第2ノードに接続され、
前記映像信号書き込みトランジスタは、一方のソース・ドレイン領域がデータ線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記駆動トランジスタのゲート電極及び前記容量素子の第2ノードに接続され、ゲート電極が走査線に接続され、
前記駆動トランジスタと、前記映像信号書き込みトランジスタとはキャリア移動度が異なる、表示装置。
(2)
前記駆動トランジスタのキャリア移動度は、前記映像信号書き込みトランジスタのキャリア移動度より低い、前記(1)に記載の表示装置。
(3)
前記映像信号書き込みトランジスタはシリコン半導体基板上に形成され、前記駆動トランジスタは薄膜トランジスタを用いる、前記(1)に記載の表示装置。
(4)
前記駆動トランジスタは、nチャネル型のMOSトランジスタである、前記(2)に記載の表示装置。
(5)
前記駆動トランジスタは配線層に形成される、前記(2)または(3)に記載の表示装置。
(6)
前記駆動トランジスタと前記映像信号書き込みトランジスタとは水平方向において少なくとも一部が重なる位置に形成される、前記(5)に記載の表示装置。
(7)
前記容量素子は、前記駆動トランジスタのソース・ドレイン領域を第1ノードとして、前記映像信号書き込みトランジスタのソース・ドレイン領域を第2ノードとする、前記(1)~(6)のいずれかに記載の表示装置。
(8)
前記容量素子は、MIS(Metal Insulator Semiconductor)キャパシタである前記(7)に記載の表示装置。
(9)
前記映像信号書き込みトランジスタのゲート酸化膜厚と、前記MISキャパシタの絶縁膜厚とが異なる、前記(8)に記載の表示装置。
(10)
前記(1)~(9)のいずれかに記載の表示装置を備える、電子機器。
1 :有機EL表示装置
11 :画素アレイ部
12 :ライトスキャナ
13 :ドライブスキャナ
14 :水平セレクタ
15 :画素
16 :信号線
32 :電源供給線
101 :Si基板
102 :酸化膜
103 :埋め込み酸化膜
111 :ソース・ドレイン領域
112 :ソース・ドレイン領域
113 :サイドウォール
114 :ゲート電極
115 :ゲート絶縁膜
121 :ソース・ドレイン領域
122 :ソース・ドレイン領域
124 :ゲート絶縁膜
125 :ゲート電極
131 :配線層間膜
132 :配線層間膜
133 :配線層間膜
134 :配線層間膜
135 :配線層間膜
136 :配線層間膜
140 :コンタクトホール及びコンタクトビア
151 :アノード電極
152 :有機材料層
153 :カソード電極
161 :電極
162 :電極
Cs :保持容量
Cel :補助容量
DS :電源供給線
Tdrv :駆動トランジスタ
Tsig :映像信号書き込みトランジスタ
WS :走査線

Claims (9)

  1. 発光部及び前記発光部を駆動するための駆動回路を備えた発光素子を複数有し、
    前記駆動回路は、
    前記発光部を制御する駆動トランジスタと、
    シリコン半導体基板に形成されたMOSトランジスタにより構成されて映像信号の書き込みを制御する映像信号書き込みトランジスタと、
    容量素子と、
    を備え、
    前記駆動トランジスタは、前記シリコン半導体基板に積層された配線層間膜に形成される薄膜トランジスタにより構成されて、一方のソース・ドレイン領域が電流供給線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記発光部及び前記容量素子の第1ノードに接続され、ゲート電極が前記容量素子の第2ノードに接続され、
    前記映像信号書き込みトランジスタは、一方のソース・ドレイン領域がデータ線に接続され、他方のソース・ドレイン領域が前記駆動トランジスタのゲート電極及び前記容量素子の第2ノードに接続され、ゲート電極が走査線に接続され、
    前記駆動トランジスタは、前記映像信号書き込みトランジスタ及び前記容量素子とは異なる層に配置されるとともに前記シリコン半導体基板表面に対する法線方向から見て少なくとも一部が重なる位置に形成され、
    前記駆動トランジスタのキャリア移動度は、前記映像信号書き込みトランジスタのキャリア移動度より低い、表示装置。
  2. 前記映像信号書き込みトランジスタは、nチャネル型のMOSトランジスタである、請求項に記載の表示装置。
  3. 前記容量素子は、前記駆動トランジスタ及び前記映像信号書き込みトランジスタの間に配置される、請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記容量素子は、MIMキャパシタである、請求項に記載の表示装置。
  5. 前記容量素子は、前記シリコン半導体基板上に形成されるとともに前記映像信号書き込みトランジスタに隣接して配置される、請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記容量素子は、MIS(Metal Insulator Semiconductor)キャパシタである、請求項に記載の表示装置。
  7. 前記映像信号書き込みトランジスタのゲート酸化膜厚と、前記MISキャパシタの絶縁膜厚とが異なる、請求項に記載の表示装置。
  8. 前記MISキャパシタは、10nm以下の膜厚の絶縁膜を備える、請求項に記載の表示装置。
  9. 請求項1に記載の表示装置を備える、電子機器。
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