以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
(実施の形態1)
図1に、全体の構成図を示す。画素配列101を駆動するために、ソースドライバ102、ゲートドライバ103が配置されている。ソースドライバ102には、ビデオ信号が入力される。なお、ソースドライバ102、ゲートドライバ103は、各々複数個配置されていてもよい。
光センサ113は外光(表示装置が受ける外部の光)を検出する。その出力は、アンプ114に供給される。アンプ114は光センサ113が出力する電気信号を増幅し、増幅した電気信号をコントローラ107に供給する。なお、光センサ113が出力する電気信号が十分大きければ、アンプ114を設けなくてもよい。
なお、ソースドライバやその一部は、画素配列101と同一基板上に存在せず、例えば、外付けのICチップを用いて構成されることもある。
なお、アンプ114や光センサ113は、画素配列101と同一基板上に存在してもよい。その場合、画素配列101と同一基板上で作成してもよい。あるいは、画素配列101と同一基板上に、COG(チップオングラス)やバンプなどを用いて、アンプ114や光センサ113を配置してもよい。
なお、すでに述べたように、本発明におけるトランジスタは、どのようなタイプのトランジスタでもよいし、どのような基板上に形成されていてもよい。したがって、図1で示したような回路が、全てガラス基板上に形成されていてもよいし、プラスチック基板に形成されていてもよいし、単結晶基板に形成されていてもよいし、SOI基板上に形成されていてもよいし、どのような基板上に形成されていてもよい。あるいは、図1などにおける回路の一部が、ある基板に形成されており、図1などにおける回路の別の一部が、別の基板に形成されていてもよい。つまり、図1などにおける回路の全てが同じ基板上に形成されていなくてもよい。例えば、図1などにおいて、画素配列101とゲートドライバ103とは、ガラス基板上にTFTを用いて形成し、ソースドライバ102(もしくはその一部)は、単結晶基板上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)で接続してガラス基板上に配置してもよい。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。
同様に、本発明における光センサは、どのようなタイプの光センサでもよいし、どのような基板上に形成されていてもよい。光センサの例としては、PIN型ダイオード、PN型ダイオード、ショットキー型ダイオードなどがあげられる。また、光センサは、どのような材質で形成されていてもよい。アモルファスシリコンやポリシリコン、単結晶、SOIなどで形成されていてもよい。アモルファスシリコンやポリシリコンで光センサを作成すると、画素配列と同じ基板で、同じプロセス工程で同時に作成できるため、コストを低減できる。
したがって、光センサやアンプが、全てガラス基板上に形成されていてもよいし、プラスチック基板に形成されていてもよいし、単結晶基板に形成されていてもよいし、SOI基板上に形成されていてもよいし、どのような基板上に形成されていてもよい。あるいは、光センサやアンプの一部が、ある基板に形成されており、光センサやアンプの別の一部が、別の基板に形成されていてもよい。つまり、光センサやアンプの全てが同じ基板上に形成されていなくてもよい。例えば、図1などにおいて、光センサ113と画素配列101とゲートドライバ103とは、ガラス基板上にTFTを用いて形成し、ソースドライバ102(もしくはその一部)は、単結晶基板上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)で接続してガラス基板上に配置してもよい。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。
ソースドライバ102に入力されるビデオ信号は、表示モード別ビデオ信号生成回路106において、各表示モードに合わせて生成される。表示モード別ビデオ信号生成回路106は、コントローラ107を用いて制御される。また、表示モード別ビデオ信号生成回路106には、オリジナルのビデオ信号が入力される。そして、オリジナルのビデオ信号を用いて、表示モード別ビデオ信号生成回路106において、各表示モードに応じたビデオ信号が生成され、ソースドライバ102の方に出力される。
光センサ113からの信号を元にして、コントローラ107が表示モード別ビデオ信号生成回路106を制御する。そして、光センサ113からの信号により、つまり、周辺の輝度に応じて、ソースドライバ102などに供給するビデオ信号の階調数を制御する。階調数を制御するとき、周辺の輝度に応じて、階調数を徐々に変化させてもよいし、幾つかの表示モードを持たせて、どの表示モードで表示させるかを切り替えるようにしてもよい。
表示モードとしては、大きく分けて、アナログモードとデジタルモードとがある。アナログモードは、画素に入力するビデオ信号がアナログ値となる。一方、デジタルモードでは、画素に入力するビデオ信号がデジタル値となる。
光センサ113の出力に基づき、表示モード、つまり、表示するときの階調数を変える。具体的には、表示装置が強い外光を受けて、光センサ113の出力がある一定の値以上になると、表示画面に表示する画像の総階調数を低くする。表示装置が強い外光を受けると、ある階調目とある階調目との区別がはっきりせず、表示画面に表示する画像がぼやけてしまう。しかしながら、上記のように、表示装置が受ける外光に応じて、総階調数を低くすることにより、ある階調目とある階調目との区別を明確にして、表示パネルの表示画面の視認性を向上させることができる。
また、光センサ116の出力により、表示画面に表示する画像の総階調を2階調とする場合、通常では、白地の背景画像に黒地の表示画像を表示すが、それを反転させて黒地の背景画像に白地の表示画像を表示してもよい。そうすると、表示画面の視認性をさらに向上させることができる。また、白地の表示画像の輝度を高くすることにより、表示画面の視認性をさらに向上させることができる。この背景画像と表示画像の組み合わせは黒地に白表示に限定されず、コントラストのとりやすい(明暗比がはっきりする)組み合わせであれば任意の色の組み合わせをすることができる。
光センサ113の出力は、アンプ114を介して、コントローラ107に送られる。コントローラ107は、光センサ113の出力がある一定の値以上であるかどうかを検出する。光センサ113の出力がある一定の値以上ではない場合、表示パネルに出力する映像信号の総階調数は変えない。一方、光センサ113の出力がある一定の値以上の場合、表示パネルに出力する映像信号の総階調数を低くなるように補正する。
表1に示すように、室内及び屋外の明るさは、照明の具合や天候などの気象条件、時刻などによりさまざまに変化する。例えば、照明のある室内における照度は800〜1,000ルクス前後であり、昼間の曇天下における照度は32,000ルクス程度であり、昼間の晴天下の照度は100,000ルクスに達する。
このようなさまざまな明るさの状況下において、透過型液晶パネル(透過型LCDパネル)、半透過型液晶パネル(半透過型LCDパネル)、反射型液晶パネル(反射型LCDパネル)の視認性を比較した結果を表2に示す。
結果として、1,500ルクス程度までの明るさ(主に室内、照明付きホールなど)の環境下では、反射型液晶パネルを除く各種液晶パネルで表示パターン(自然画、テキスト(文字、記号)など)によらず良好な視認性が得られた。これに対して、10,000ルクス下(昼間の曇天時)においては、透過型液晶パネルでは、自然画を表示した場合、中間調部分などの、コントラストが低い部分の視認度が大きく低下する傾向が見られた。半透過型液晶パネルでは、室内から屋外の環境下において、全体的にコントラストがやや低いものの、10,000ルクスの環境下で良好な視認性が得られた。消費電力に関しては、反射型液晶パネルが優れているが、室内などの比較的照度が低い環境下において視認性が低下する傾向が現れている。透過型液晶パネルでは、バックライトが電力を消費するので、反射型液晶パネルよりも消費電力が高くなっている。
表2から明らかなように、透過型液晶パネルや半透過型液晶パネルを用い、外光強度に応じて階調数を調節した表示モードとすることにより、室内から屋外までの環境下において視認性を確保することができる。
例えば、図1に示す表示装置において、光センサ113の出力により、表示装置が10〜100ルクスの外光を受けていることが検出された場合、総階調数は64〜1024として変化させない。また、光センサ113の出力により、表示装置が100〜1,000ルクスの外光を受けていることが検出された場合、総階調数を減らして総階調数を16〜64に補正する。また、光センサ113の出力により、表示装置が1,000〜10,000ルクスの外光を受けていることが検出された場合、総階調数を減らして総階調数を4〜16に補正する。また、光センサ113の出力により、表示装置が10,000〜100,000ルクスの外光を受けていることが検出された場合、総階調数を減らして総階調数を2〜4に補正する。
なお、表示装置に利用者が表示モードを選択する選択スイッチを設けてもよい。そして、利用者が選択スイッチを操作することにより、上記のモードを選択してもよい。また、選択スイッチにより表示モードを選択した場合であっても、光センサ113の信号によって(外光強度)に応じて、選択されている表示モードの階調を自動的に増減しても良い。
次に、回路の詳細を述べる。図2に、ソースドライバ102の構成について示す。シフトレジスタ231は、順次選択していくような信号(いわゆるサンプリングパルス)を出力する回路である。よって、同様な機能を果たす回路であれば、シフトレジスタに限定されない。例えば、デコーダ回路でもよい。
シフトレジスタが出力するサンプリングパルスは、サンプリングスイッチ201〜203に入力される。そして、ビデオ信号線221にビデオ信号が順次入力され、サンプリングパルスに応じて、順次サンプリングスイッチ201〜203がオンし、画素配列101にビデオ信号が入力されていく。画素配列101は、画素211がマトリクス状に配置されている。
なお、図2では、画素211が2行3列分配置されている場合について示したが、これに限定されない。任意の数だけ配置することが可能となる。
1画素分の画素220の例を図15に示す。ゲート信号線1701を用いて、選択用トランジスタ1704を制御する。選択用トランジスタ1704がオンすると、ソース信号線1702から、液晶素子1707や保持容量1705にビデオ信号が入力される。すると、ビデオ信号に応じて、液晶分子の配向状態が変化する。その結果、液晶素子1707を通る光の量が変化して、階調を表現することが出来る。
なお、画素構成は、図15に限定されない。例えば、保持容量1705の電極1703は、専用の配線に接続されていてもよいし、別の画素のゲート信号線に接続されていてもよい。また、保持容量1705の電極1703の電位は、液晶素子1707の対向電極1708の電位と同じである必要はない。ただし、液晶素子1707の対向電極1708の電位を変動させる場合は、保持容量1705の電極1703の電位も、同様に変動させることが望ましい。
なお、画素に配置するのは、特定の表示素子に限定されない。画素に配置する表示素子の例としては、EL素子(有機EL素子、無機EL素子又は有機物材料及び無機材料を含むEL素子)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、光回折素子、放電素子、微小鏡面素子(DMD:Digital Micromirror Device)、圧電素子、カーボンナノチューブなど、電気磁気的作用によりコントラストが変化する表示媒体を適用することができる。なお、EL素子を用いたELパネル方式の表示装置としてはELディスプレイ、電子放出素子を用いた表示装置としてはフィールドエミッションディスプレイ(FED:Field Emission Display)やSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Disply)など、液晶素子を用いた液晶パネル方式の表示装置としては液晶ディスプレイ、電子インクを用いたデジタルペーパー方式の表示装置としては電子ペーパー、光回折素子を用いた表示装置としてはグレーティングライトバルブ(GLV)方式のディスプレイ、放電素子を用いたPDP(Plasma Display Panel)方式のディスプレイとしてはプラズマディスプレイ、微小鏡面素子を用いたDMDパネル方式の表示装置としてはデジタル・ライト・プロセッシング(DLP)方式の表示装置、圧電素子を用いた表示装置としては圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示装置としてはナノ放射ディスプレイ(NED:Nano Emissive Display)、などがある。
なお、保持容量1705は、液晶素子1707の電圧を保持する役目をしている。よって、電位を保持できる場合は、保持容量1705を省いても良い。
表示モード別ビデオ信号生成回路106は、画素配列101と同じ基板上にあってもよいし、ソースドライバ102と同じ基板上にあってもよいし、FPC(フレキシブルプリントサーキット)の上にあってもよいし、PCB(プリントサーキットボード)の上にあってもよい。
また、表示モード別ビデオ信号生成回路106は、画素配列101を構成しているトランジスタと同様なトランジスタで形成されていても良い。あるいは、別のトランジスタで形成されていてもよい。例えば、画素配列101は、薄膜トランジスタで構成され、表示モード別ビデオ信号生成回路106は、バルク基板上、もしくは、SOI基板上で形成されたMOSトランジスタやバイポーラトランジスタでもよい。
次に、表示モード別ビデオ信号生成回路106の詳細を図3に示す。コントローラ107より入力される信号に基づいて、表示モード制御回路301が、表示モードに応じた表示ができるように制御する。例えば、デジタルモードの場合は、スイッチ303、304をオンにする。そして、入力されたビデオ信号を2値化用回路302で処理して、ソースドライバ102の方へ出力する。その場合、スイッチ305はオフしている。一方、アナログモードの場合は、スイッチ305をオンにして、入ってきたビデオ信号をそのままソースドライバ102の方へ出力する。表示モード別ビデオ信号生成回路106に入力されるビデオ信号がアナログ値の場合、そのまま出力されるため、ソースドライバ102の方へも、アナログ値で出力される。
なお、図3では、表示モードがアナログモードとデジタルモードの場合について述べたが、これに限定されない。離散値ではあるが、2値ではない、という表示モードを多値モードと呼ぶことにする。ビデオ信号と輝度との関係の例を図4に示す。
図4(A)は、本願におけるアナログモードの場合を示す。ビデオ信号がアナログ的に変化して、それに応じて輝度もアナログ的に変化する。
図4(B)は、本願におけるデジタルモードの場合を示す。ビデオ信号が2値であり、一方のとき発光し、他方のときは発光しない。
図4(C)は、本願における多値モードの場合を示す。ビデオ信号は、離散値をとるが、2値ではない。
なお、図4は、正極におけるビデオ信号の例を示した。液晶素子は、通常、交流で駆動される。そのため、液晶素子の両端に加わる電圧の極性は、所定の時間が経過するごとに、反転させる。よって、負極におけるビデオ信号は、図4のグラフの極性を反対にすればよい。そして、液晶素子には、正極のビデオ信号と負極のビデオ信号とが交互に加えられる。
そこで、多値モードの場合にも対応した表示モード別ビデオ信号生成回路106の詳細を図5に示す。コントローラ107より入力される信号に基づいて、表示モード制御回路501が、表示モードに応じた表示ができるように制御する。例えば、デジタルモードの場合は、スイッチ303、304をオンにする。そして、入力されたビデオ信号を2値化用回路302で処理して、ソースドライバ102の方へ出力する。その場合、スイッチ403,404,305はオフしている。一方、アナログモードの場合は、スイッチ305をオンにして、入ってきたビデオ信号をそのままソースドライバ102の方へ出力する。表示モード別ビデオ信号生成回路106に入力されるビデオ信号がアナログ値の場合、そのまま出力されるため、ソースドライバ102の方へも、アナログ値で出力される。多値モードの場合、スイッチ403、404をオンにする。そして、入力されたビデオ信号を多値化用回路402で処理して、ソースドライバ102の方へ出力する。その場合、スイッチ303,304,305はオフしている。
次に、2値化用回路302の詳細を図6に示す。図6(A)の回路図に示すように、オペアンプを用いて、コンパレータ(比較)回路621,622を構成している。液晶は、通常、交流駆動を行うため、正極用と負極用とが必要となる。リファレンス電位Vrefp、Vrefmよりも、入力電圧が大きいか小さいかによって、HかLかどちらかの信号(液晶がオンするかオフするかどちらかの信号)を出力し、2値化を行う。そして、スイッチ611,612で、正極用と負極用のどちらの信号を出力するかを切り替える。なお、オペアンプを用いてコンパレータ(比較)回路を構成したが、これに限定されない。チョッパーインバータコンパレータ回路を用いても良いし、それ以外の回路を用いて、コンパレータ(比較)回路を構成してもよい。
図6(B)には、リファレンス電位Vrefpを生成するための回路を示す。リファレンス電位Vrefpの大きさは、電圧V1とV2の間の電圧となり、抵抗R1、R2によって分圧された値となる。2値化回路を動作させるときのみ、スイッチ623、624をオンすればよい。その結果、抵抗R1、R2に電流が流れる期間を短くできるため、消費電力を低減できる。
図6(B)では、リファレンス電位Vrefpを生成するための回路を示したが、リファレンス電位Vrefmを生成するための回路も、電位の大きさを変えることにより、同様に構成できる。
なお、リファレンス電位Vref(VrefpやVrefm)を状況に応じて変化させたい場合は、図7に示すように、抵抗(図7では抵抗R1、R2、R3、R4、R5)をたくさん接続し、どの接点から出力するかを、スイッチ604〜607をオンオフして切り替えるようにすればよい。
次に、多値化用回路402の詳細を図8に示す。図8(A)は、多値化用回路402の全体の構成図を示す。正極用多値化回路412Aと負極用多値化回路412Bとに信号が入力される。そして、スイッチ881とスイッチ882とを切り替えて、正極用と負極用のどちらの信号を出力する。
正極用多値化回路412Aや負極用多値化回路412Bの詳細な構成図は、図8(B)の多値化回路412に示す。多値化回路412に関して、正極用多値化回路412Aと負極用多値化回路412Bとでは、正極用と負極用とで、電圧Vaや電圧Vbの大きさが異なるだけである。
入力信号は、判定回路811に入力される。また、判定回路811には、リファレンス電位に相当する電圧が2つ入力される。そして、判定回路811は、入力信号の電位が、2つのリファレンス電位の間に入っている場合は、H信号を出力する。その結果、スイッチ821〜824のいずれか1つがオンし、標本化された電圧を出力する。なお、多値化用回路402を動作させるときのみ、スイッチ801〜804をオンすればよい。その結果、VaとVbの間に電流が流れる期間を短くできるため、消費電力を低減できる。
図9に、判定回路811の詳細を示す。オペアンプ901、902を用いて、コンパレータ(比較)回路を構成している。オペアンプ901と902は、入力信号の電位Vinが、リファレンス電位Vx以上でリファレンス電位Vy以下であるとき、各々H信号を出力する。すると、AND回路903にその信号が入力される。そして、AND回路903への入力信号が両方ともH信号のとき、H信号を出力する。
なお、図9は、AND回路を用いて構成したが、これに限定されない。OR回路やNAND回路やNOR回路を用いても、同様の機能を果たすことが出来る。
このように、デジタルモードや多値モードで表示を行うと、しきい値処理が行われ、画像情報の標本化(サンプリング)が行われる。その結果、画像にノイズが入っていたとしても、実際に表示するときには、そのノイズを除去して表示することが出来る。また、1階調分の輝度変化が大きくなるため、コントラストが向上する。
また、このような表示モードの選択を、外光強度に応じて制御することができる。このように、周辺の照度に応じて、表示画像の階調数を制御することにより、視認性の優れた表示装置を提供することができる。すなわち、暗所若しくは屋内の蛍光灯下から屋外の太陽光下まで広い範囲において視認性を確保した表示装置を得ることができる。
なお、図2、図3、図5などに示すスイッチ、例えば、サンプリングスイッチ201等は、様々な形態のものを用いることができ、一例として、電気的スイッチや機械的なスイッチなどがある。つまり、電流の流れを制御できるものであればよく、特定のものに限定されず、様々なものを用いることができる。例えば、トランジスタでもよいし、ダイオード(PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど)でもよいし、それらを組み合わせた論理回路でもよい。よって、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、そのトランジスタは、単なるスイッチとして動作するため、トランジスタの極性(導電型)は特に限定されない。ただし、オフ電流が少ない方が望ましい場合、オフ電流が少ない方の極性のトランジスタを用いることが望ましい。オフ電流が少ないトランジスタとしては、LDD領域を設けているものやマルチゲート構造にしているもの等がある。また、スイッチとして動作させるトランジスタのソース端子の電位が、低電位側電源(Vss、GND、0Vなど)に近い状態で動作する場合はNチャネル型を、反対に、ソース端子の電位が、高電位側電源(Vddなど)に近い状態で動作する場合はPチャネル型を用いることが望ましい。なぜなら、ゲートソース間電圧の絶対値を大きくできるため、スイッチとして、動作しやすいからである。なお、Nチャネル型とPチャネル型の両方を用いて、CMOS型のスイッチにしてもよい。CMOS型のスイッチにすると、スイッチを介して出力する電圧(つまりスイッチへの入力電圧)が、出力電圧に対して、高かったり、低かったりして、状況が変化する場合においても、適切に動作させることが出来る。
スイッチの例を図14に示す。図14(A)は、模式的に記載したスイッチである。図14(B)は、AND回路を用いたスイッチである。制御線1502を使って、入力1501の信号を出力1503に伝えるかどうかを制御する。図14(B)の場合は、出力1503は、入力信号にかかわらず、L信号なる、というような制御は可能である。しかし、出力1503がフローティング状態になることはない。したがって、出力1503が、デジタル回路の入力に接続されている場合などに、図14(B)のスイッチを用いることが好適である。デジタル回路の場合、入力をフローティング状態にしても、出力はフローティング状態にならない。入力をフローティング状態にすると、出力が不安定になり、望ましくない。よって、デジタル回路の入力に接続されている場合などは、図14(B)のスイッチを用いることが好適である。
なお、図14(B)は、AND回路を用いて構成したが、これに限定されない。OR回路やNAND回路やNOR回路を用いても、同様の機能を果たすことが出来る。
一方、入力をフローティング状態にしたい場合は、図14(C)や図14(D)のスイッチを用いればよい。図14(C)は、トランスミッションゲートもしくはアナログスイッチなどと呼ばれている回路である。図14(C)は、入力1511の電位を、ほぼそのまま出力1513に伝達する。よって、アナログ信号の伝達に好適である。図14(D)は、クロックドインバータなどと呼ばれている回路である。図14(D)は、入力1521の信号を反転させて出力1523に伝達する。よって、デジタル信号の伝達に好適である。
以上のことから、サンプリングスイッチ201やスイッチ305やスイッチ2511などは、図14(C)のスイッチを用いることが好適である。スイッチ304などは、出力をフローティング状態にする必要があるので、図14(C)や図14(D)が好適である。ただし、スイッチ304への入力はデジタル信号なので、図14(D)の方がより好適である。
(実施の形態2)
実施の形態1では、表示モード別ビデオ信号生成回路106に入力されるビデオ信号がアナログ値の場合について述べた。つぎに、デジタル値が入力される場合について述べる。
図24に、全体の構成図を示す。ソースドライバ102に入力されるビデオ信号は、表示モード別ビデオ信号生成回路2306において、各表示モードに合わせて生成される。表示モード別ビデオ信号生成回路2306は、コントローラ2307を用いて制御される。また、表示モード別ビデオ信号生成回路2306には、オリジナルのデジタルのビデオ信号が入力される。そして、オリジナルのビデオ信号を用いて、表示モード別ビデオ信号生成回路2306において、各表示モードに応じたビデオ信号が生成され、ソースドライバ102の方に出力される。
光センサ2313は外光(表示装置が受ける外部の光)を検出する。その出力は、アンプ2314に供給される。アンプ2314は光センサ2313が出力する電気信号を増幅し、増幅した電気信号をコントローラ2307に供給する。なお、光センサ2313が出力する電気信号が十分大きければ、アンプ2314を設けなくてもよい。
光センサ2313からの信号を元にして、コントローラ2307が表示モード別ビデオ信号生成回路2306を制御する。そして、光センサ2313からの信号により、つまり、周辺の輝度に応じて、ソースドライバ102などに供給するビデオ信号の階調数を制御する。階調数を制御するとき、周辺の輝度に応じて、階調数を徐々に変化させてもよいし、幾つかの表示モードを持たせて、どの表示モードで表示させるかを切り替えるようにしてもよい。
光センサ2313の出力に基づき、表示モード、つまり、表示するときの階調数を変える。具体的には、表示装置が強い外光を受けて、光センサ2313の出力がある一定の値以上になると、表示画面に表示する画像の総階調数を低くする。表示装置が強い外光を受けると、ある階調目とある階調目との区別がはっきりせず、表示画面に表示する画像がぼやけてしまう。しかしながら、上記のように、表示装置が受ける外光に応じて、総階調数を低くすることにより、ある階調目とある階調目との区別を明確にして、表示パネルの表示画面の視認性を向上させることができる。
なお、アンプ2314や光センサ2313は、画素配列101と同一基板上に存在してもよい。その場合、画素配列101と同一基板上で作成してもよい。あるいは、画素配列101と同一基板上に、COG(チップオングラス)やバンプなどを用いて、アンプ2314や光センサ2313を配置してもよい。
表示モードとしては、大きく分けて、アナログモードとデジタルモードとがある。アナログモードは、画素に入力するビデオ信号がアナログ値となる。一方、デジタルモードでは、画素に入力するビデオ信号がデジタル値となる。
次に、表示モード別ビデオ信号生成回路2306の詳細を図25に示す。コントローラ107より入力される信号に基づいて、表示モード制御回路301が、表示モードに応じた表示ができるように制御する。例えば、デジタルモードの場合は、スイッチ2513,2514がオンして、最上位ビットのビデオ信号のみがソースドライバ102の方へ出力される。ただし、電位のレベルが合致しない場合がある。その場合は、電位のレベルを必要な大きさに変換する必要がある。また、正極用と負極用とに対応した電位を生成する必要がある。そこで、そのようなことが必要な場合は、レベル変換回路2504を配置する。一方、アナログモードの場合は、DA変換回路2502に入り、適切なアナログ値を、スイッチ2511を介して、ソースドライバ102に出力する。なお、DA変換回路2502においては、正極用と負極用とに対応したビデオ信号の電位を生成する。
なお、ソースドライバ102と、表示モード別ビデオ信号生成回路2306との間に、正極用信号と負極用信号とを作成するような回路が設けられていても良い。例えば、正極用の信号を入力すれば、必要なときに、負極用の信号に変換して出力するような回路である。
なお、図25では、表示モードがアナログモードとデジタルモードの場合について述べたが、これに限定されない。
そこで、多値モードの場合にも対応した表示モード別ビデオ信号生成回路2306の詳細を図26に示す。コントローラ2307より入力される信号に基づいて、表示モード制御回路2501が、表示モードに応じた表示ができるように制御する。アナログモードとデジタルモードの場合は、図25と同様である。多値モードの場合、DA変換回路2503に、上位ビットのビデオ信号のみ入力される。下位ビットは入力されない。したがって、滑らかな表示ではなく、サンプリングされたような表示となる。
なお、多値モードでは、下位ビットを用いずにサンプリングすればよいので、図26の構成に限定されない。例えば、図27に示すように、下位ビットデータ除去回路2702をDA変換回路2502の入力部に配置してもよい。その結果、表示モード制御回路の信号に応じて、下位ビットの値を強制的に0(もしくはL信号)にする。したがって、滑らかな表示ではなく、サンプリングされたような表示となる。
そこで、下位ビットデータ除去回路2702の例を図28に示す。AND回路を用いて、下位3ビット分のデータを強制的に0(もしくはL信号)にできる。
なお、図28では、AND回路を用いたが、これに限定されない。OR回路やNAND回路やNOR回路を用いても、同様の機能を果たすことが出来る。また、図28では、6ビットのビデオ信号を入力し、その内の下位3ビット分のデータを強制的に0(もしくはL信号)にできるようにしたが、これに限定されない。適宜、変更してもよい。
そこで、実際に動作させながら、何ビット分のデータを強制的に0(もしくはL信号)にするかを変えるようにしてもよい。その場合の回路図を図29に示す。AND回路に入力される信号を別々にしたため、個別に制御できる。
次に、図25〜図27に記載したDA変換回路の詳細を図30に示す。デコーダ回路3021で、入力されたデジタル信号がいくつなのかを解読し、それに応じて、スイッチ3011〜スイッチ3016のいずれかをオンし、アナログ電圧を出力する。そして、DA変換回路を動作させるときのみ、スイッチ3002、3003をオンすればよい。その結果、抵抗に電流が流れる期間を短くできるため、消費電力を低減できる。
ただし、図30のままでは、正極用データと負極用データとを両方生成することが難しい可能性がある。よって、この場合は、DA変換回路とソースドライバ102との間に、正極用信号と負極用信号とを作成するような回路を設けることが望ましい。例えば、正極用の信号を入力すれば、必要なときに、負極用の信号に変換して出力するような回路である。
そのような回路を配置せず、DA変換回路に、正極用データと負極用データとを両方生成する機能を持たせるようにした場合を、図16に示す。図30において、電圧を生成する回路が、2つ並列に接続された形となっている。各々において、正極用データと負極用データと生成する。そして、スイッチ1611とスイッチ1612とを切り替えることによって、正極用データと負極用データとを出力する。
このように、デジタルモードや多値モードで表示を行うと、しきい値処理が行われ、画像情報の標本化(サンプリング)が行われる。その結果、画像にノイズが入っていたとしても、実際に表示するときには、そのノイズを除去して表示することが出来る。また、1階調分の輝度変化が大きくなるため、コントラストが向上する。
また、このような表示モードの選択を、外光強度に応じて制御することができる。このように、周辺の照度に応じて、表示画像の階調数を制御することにより、視認性の優れた表示装置を提供することができる。すなわち、暗所若しくは屋内の蛍光灯下から屋外の太陽光下まで広い範囲において視認性を確保した表示装置を得ることができる。
本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜実施の形態2で述べた内容と自由に組み合わせることが出来る。
(実施の形態3)
本実施の形態では、アナログモードにおける画素の駆動方法について述べる。
アナログモードでは、アナログ階調方式を用いて階調を表現する。したがって、液晶素子のような表示素子に加わる電圧をアナログ的に変化させることによって、光を通す量がアナログ的に変化するような状態で動作させることが望ましい。
なお、本実施の形態では、アナログモードの場合について述べたが、多値モードの場合にも、同様に適用できる。
なお、本実施の形態は、実施の形態1の画素について詳細に述べたものである。よって、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜実施の形態2で述べた内容と自由に組み合わせることが出来る。
(実施の形態4)
本実施の形態では、デジタルモードにおける画素の駆動方法について述べる。
デジタルモードでは、信号が、HとLの2値に限られる。これにより、液晶素子の状態は電圧が加わるか加わらないかの2値に限られる。つまり、デジタルモードでは液晶素子の状態は光を通すか通さないかに限られる。
なお、デジタルモードでカラー表示を行う場合は、RGBごとに2値で表示するため、合計で8色を表示することが出来る。
なお、本実施の形態は、実施の形態1の画素などについて詳細に述べたものである。よって、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜実施の形態3で述べた内容と自由に組み合わせることが出来る。
(実施の形態5)
次に、本発明の表示装置における画素のレイアウトについて述べる。例としては、図15に示した回路図について、そのレイアウト図を図17に示す。なお、回路図やレイアウト図は、図15や図17に限定されない。
選択用トランジスタ1704、液晶素子1707の画素電極1707A、保持容量1705が配置されている。選択用トランジスタ1704のソースとドレインは各々、ソース信号線1702と液晶素子1707の画素電極とに接続されている。選択用トランジスタ1704のゲートは、ゲート信号線1701に接続されている。保持容量1705は、電極1703を用いて配置されている。
ソース信号線1702は、第2配線によって形成され、ゲート信号線1701は、第1配線によって形成されている。
トップゲート構造の場合は、基板、半導体層、ゲート絶縁膜、第1配線、層間絶縁膜、第2配線、の順で膜が構成される。ボトムゲート構造の場合は、基板、第1配線、ゲート絶縁膜、半導体層、層間絶縁膜、第2配線、の順で膜が構成される。
次に、図10に、薄膜トランジスタ(TFT)とそれに接続する液晶素子で構成される画素の断面図を示す。
図10において、基板700上に、下地層701、TFT750を構成する半導体層702、容量部751の一方の電極を構成する半導体層752が形成されている。その上層には第1絶縁層703が形成され、TFT750にあってはゲート絶縁層として、容量部751にあっては容量を形成するための誘電体層として機能する。
第1絶縁層703上にはゲート電極704と容量部751の他方の電極を形成する導電層754が形成されている。TFT750に接続する配線707は、液晶素子の第1電極708と接続している。この配線707は、第3絶縁層706上に形成されている。そして、第1電極708は、第4絶縁層710上に形成されている。第1絶縁層703と第3絶縁層706との間には、第2絶縁層705が形成されていてもよい。液晶素子は、第1電極708と対向電極である第2電極の間に配置されて、構成されている。
次に、上記に示す構成の詳細を説明する。基板700としては、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、ステンレスを含む金属基板または半導体基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板を用いても良い。基板700の表面を、化学的機械研磨(CMP)法などの研磨により平坦化しておいても良い。
下地層701としては、酸化珪素や、窒化珪素または窒化酸化珪素などの絶縁膜を用いることができる。下地層701によって、基板700に含まれるNaなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が半導体層702に拡散しTFT750の特性に悪影響をおよぼすのを防ぐことができる。図10では、下地層701を単層の構造としているが、2層あるいはそれ以上の複数層で形成してもよい。なお、石英基板など不純物の拡散がさして問題とならない場合は、下地層701を必ずしも設ける必要はない。
また、マイクロ波で励起され、電子温度が2eV以下、イオンエネルギーが5eV以下、電子密度が1011〜1013/cm3程度である高密度プラズマで、ガラス基板の表面を直接処理しても良い。プラズマの生成はラジアルスロットアンテナを用いたマイクロ波励起のプラズマ処理装置を用いることができる。このとき、窒素(N2)、またはアンモニア(NH3)、亜酸化窒素(N2O)などの窒化物気体を導入すると、ガラス基板の表面を窒化することができる。このガラス基板の表面に形成された窒化物層は、窒化珪素を主成分とするので、ガラス基板側から拡散してくる不純物のブロッキング層として利用することができる。この窒化物層の上に酸化珪素膜または酸窒化珪素膜をプラズマCVD法で形成して下地層701としても良い。
他にも、酸化珪素や、酸窒化珪素などによる下地層701の表面に対し同様なプラズマ処理を行うことにより、その表面及び表面から1〜10nmの深さを窒化処理をすることができる。このきわめて薄い窒化珪素の層により、その上に形成する半導体層へ応力の影響を与えることなくブロッキング層とすることができる。
半導体層702及び半導体層752としては、パターニングされた結晶性半導体膜を用いることが好ましい。なお、パターニングとは、膜を形状加工することをいい、フォトリソグラフィー技術によって膜のパターンを形成すること(例えば、感光性アクリルにコンタクトホールを形成することや、感光性アクリルをスペーサとなるように形状加工することも含む)や、フォトリソグラフィー技術によってマスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いてエッチング加工を行うことなどをいう。結晶性半導体膜は非晶質半導体膜を結晶化して得ることができる。結晶化方法としては、レーザ結晶化法、RTA又はファーネスアニール炉を用いる熱結晶化法、結晶化を助長する金属元素を用いる熱結晶化法等を用いることができる。半導体層702は、チャネル形成領域と、一導電型を付与する不純物元素が添加された一対の不純物領域とを有する。なお、チャネル形成領域と一対の不純物領域との間に、前記不純物元素が低濃度で添加された不純物領域を有していてもよい。半導体層752には、全体に一導電型若しくはそれと逆の導電型を付与する不純物元素が添加された構成とすることができる。
第1絶縁層703としては、酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用い、単層または複数の膜を積層させて形成することができる。この場合において、当該絶縁膜の表面を、前述と同様に、マイクロ波で励起され、電子温度が2eV以下、イオンエネルギーが5eV以下、電子密度が1011〜1013/cm3程度である高密度プラズマ処理によって酸化又は窒化処理して緻密化しても良い。この処理は第1絶縁層703の成膜に先立って行っても良い。すなわち、半導体層702の表面に対してプラズマ処理を行う。このとき、基板温度を300〜450℃とし、酸化雰囲気(O2、N2Oなど)又は窒化雰囲気(N2、NH3など)で処理することにより、その上に堆積するゲート絶縁層と良好な界面を形成することができる。
ゲート電極704及び導電層754としては、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cu、Cr、Ndから選ばれた一種の元素または該元素を複数含む合金若しくは化合物からなる単層または積層構造を用いることができる。
TFT750は、半導体層702と、ゲート電極704と、半導体層702とゲート電極704との間の第1絶縁層703とによって構成される。図10では、画素を構成するTFT750として、液晶素子の第1電極708に接続されるものを示している。このTFT750は、ゲート電極704を半導体層702上に複数配置したマルチゲート型の構成を示している。すなわち、複数のTFTが直列に接続された構成を有している。このような構成により、不用意なオフ電流の増加を抑制することができる。なお、また、図10では、TFT750をトップゲート型のTFTとして示したが、半導体層の下方にゲート電極を有するボトムゲート型のTFTであっても良いし、半導体層の上下にゲート電極を有するデュアルゲート型のTFTであっても良い。
容量部751は、第1絶縁層703を誘電体とし、第1絶縁層703を挟んで対向する半導体層752と導電層754とを一対の電極として構成される。なお、図10では、画素に設ける容量素子として、一対の電極の一方をTFT750の半導体層702と同時に形成される半導体層752とし、他方の導電層754をゲート電極704と同時に形成される層とする例を示したが、この構成に限定されない。
第2絶縁層705は窒化珪素膜などイオン性不純物をブロッキングするバリア性の絶縁膜であることが望ましい。この第2絶縁層705は窒化シリコンまたは酸窒化シリコンで形成する。この第2絶縁層705は、半導体層702の汚染を防ぐ保護膜としての機能を含んでいる。この第2絶縁層705を堆積した後に、水素ガスを導入して前述のようにマイクロ波で励起された高密プラズマ処理をすることで、第2絶縁層705の水素化を行っても良い。または、アンモニアガスを導入して、第2絶縁層705の窒化と水素化を行っても良い。または、酸素、N2Oガスなどと水素ガスを導入して、酸化窒化処理と水素化処理を行っても良い。この方法により、窒化処理、酸化処置若しくは酸化窒化処理を行うことにより第2絶縁層705の表面を緻密化することができる。それにより保護膜としての機能を強化することができる。この第2絶縁層705に導入された水素は、その後400〜450℃の熱処理をすることにより、第2絶縁層705を形成する窒化シリコンから水素を放出させて、半導体層702の水素化をすることができる。
第3絶縁層706としては、無機絶縁膜や有機絶縁膜を用いることができる。無機絶縁膜としては、CVD法により形成された酸化シリコン膜や、SOG(Spin On Glass)膜(塗布酸化珪素膜)などを用いることができる。有機絶縁膜としてはポリイミド、ポリアミド、BCB(ベンゾシクロブテン)、アクリルまたはポジ型感光性有機樹脂、ネガ型感光性有機樹脂等の膜を用いることができる。また、第2絶縁層706として、シリコン(Si)と酸素(O)との結合で骨格構造が構成される材料を用いることができる。この材料の置換基として、少なくとも水素を含む有機基(例えばアルキル基、芳香族炭化水素)が用いられる。置換基として、フルオロ基を用いてもよい。または置換基として、少なくとも水素を含む有機基と、フルオロ基とを用いてもよい。
配線707としては、Al、Ni、C、W、Mo、Ti、Pt、Cu、Ta、Au、Mnから選ばれた一種の元素または該元素を複数含む合金からなる単層または積層構造を用いることができる。
第1電極708及び第2電極の一方もしくは両方を透明電極とすることができる。透明電極としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物(IWO)、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物(IWZO)、酸化チタンを含むインジウム酸化物(ITiO)、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物(ITTiO)、モリブデン含む酸化インジウムスズ(ITMO)などを用いることができる。勿論、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物(ITSO)なども用いることができる。
第1電極708の一部は、透光性を有さない材料で形成されていてもよい。例えば、LiやCs等のアルカリ金属、およびMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属、これらを含む合金(Mg:Ag、Al:Li、Mg:Inなど)、およびこれらの化合物(CaF2、Ca3N2)の他、YbやEr等の希土類金属を用いることができる。
第4絶縁層712としては、第3絶縁層706と同様の材料を用いて形成することができる。
図10で示す構成の画素と外光強度検出手段とを組み合わせることで、液晶素子における液晶分子の配向状態を変化させ、液晶素子を通る光の量を制御し、表示画面の輝度を制御することができる。
なお、トランジスタとして、半導体層にポリシリコンを用いたものだけでなく、アモルファスシリコンを用いたものでもよい。
そこで、次に、トランジスタの半導体層にアモルファスシリコン(a−Si:H)膜を用いた場合について説明する。図12にはトップゲートのトランジスタ、図13及び図35にはボトムゲートのトランジスタの場合について示す。
アモルファスシリコンを半導体層に用いたトップゲート構造のトランジスタの断面を図12に示す。図12に示すように、基板2801上に下地膜2802が形成されている。さらに下地膜2802上に同じ材料からなる第1の電極2820が形成されている。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、下地膜2802としては、窒化アルミニウム(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
また、下地膜2802上に配線2805及び配線2806が形成されている。配線2805及び配線2806の上部にN型の導電型を有するN型半導体層2807及びN型半導体層2808が形成されている。また、配線2806と配線2805の間であって、下地膜2802上に半導体層2809が形成されている。そして、半導体層2809の一部はN型半導体層2807及びN型半導体層2808上にまで延長されている。なお、この半導体層はアモルファスシリコン(a−Si:H)、微結晶半導体(μ−Si:H)等の非結晶性を有する半導体膜で形成されている。また、半導体層2809上にゲート絶縁膜2810が形成されている。また、ゲート絶縁膜2810と同層の同じ材料からなる絶縁膜2811が第1の電極2820上にも形成されている。なお、ゲート絶縁膜2810としては酸化珪素膜や窒化珪素膜などが用いられる。
また、ゲート絶縁膜2810上に、ゲート電極2812が形成されている。また、ゲート電極と同層に同じ材料でなる第2の電極2813が第1の電極2820上に絶縁膜2811を介して形成されている。第1の電極2804及び第2の電極2813で絶縁膜2811を挟まれた容量素子2819が形成されている。また、画素電極2803の端部、駆動トランジスタ2818及び容量素子2819を覆い、層間絶縁膜2814が形成されている。
層間絶縁膜2814の上に画素電極2803上に液晶層2815及び対向電極2816が形成され、画素電極2803と対向電極2816とで液晶層2815が挟まれている。
また、第1の電極2820は配線2805及び2806と同層の同一材料で形成されている。
また、アモルファスシリコンを半導体層に用いたボトムゲート構造のトランジスタを用いた表示装置のパネルの部分断面を図13に示す。
基板2901上に下地膜2902が形成されている。さらに下地膜2902上にゲート電極2903が形成されている。また、ゲート電極と同層に同じ材料からなる第1の電極2904が形成されている。ゲート電極2903の材料にはリンが添加された多結晶シリコンを用いることができる。多結晶シリコンの他に、金属とシリコンの化合物であるシリサイドでもよい。
また、ゲート電極2903及び第1の電極2904を覆うようにゲート絶縁膜2905が形成されている。ゲート絶縁膜2905としては酸化珪素膜や窒化珪素膜などが用いられる。
また、ゲート絶縁膜2905上に、半導体層2906が形成されている。また、半導体層2906と同層に同じ材料からなる半導体層2907が形成されている。
基板はガラス基板、石英基板、セラミック基板などを用いることができる。また、下地膜2902としては、窒化アルミニウム(AlN)や酸化珪素(SiO2)、酸化窒化珪素(SiOxNy)などの単層やこれらの積層を用いることができる。
半導体層2906上にはN型の導電性を有するN型半導体層2908、2909が形成され、半導体層2907上にはN型半導体層2910が形成されている。
N型半導体層2908、2909、上にはそれぞれ配線2911、2912が形成され、N型半導体層2910上には配線2911及び2912と同層の同一材料からなる導電層2913が形成されている。
半導体層2907、N型半導体層2910及び導電層2913からなる第2の電極が構成される。なお、この第2の電極と第1の電極2904でゲート絶縁膜2905を挟み込んだ構造の容量素子2920が形成されている。
また、配線2911の一方の端部は延在し、その延在した配線2911上部に、コンタクトホールが形成され、画素電極2914が形成されている。
また、駆動トランジスタ2919及び容量素子2920を覆うように絶縁物2915が形成されている。
絶縁物2915上には画素電極2914、液晶層2916及び対向電極2917が形成され、画素電極2914と対向電極2917とで液晶層2916が挟まれている。
容量素子の第2の電極の一部となる半導体層2907及びN型半導体層2910は設けなくても良い。つまり第2の電極は導電層2913とし、第1の電極2904と導電層2913でゲート絶縁膜が挟まれた構造の容量素子としてもよい。
なお、図13では、逆スタガ型のチャネルエッチ構造のトランジスタについて示したが、もちろんチャネル保護構造のトランジスタでも良い。チャネル保護構造のトランジスタの場合について、図35を用いて説明する。
図35に示すチャネル保護型構造のトランジスタは図13に示したチャネルエッチ構造の駆動トランジスタ2919の半導体層2906のチャネルが形成される領域上にエッチングのマスクとなる絶縁物3001が設けられている点が異なり、他の共通しているところは共通の符号を用いている。
本発明の画素を構成するトランジスタの半導体層(チャネル形成領域やソース領域やドレイン領域など)に非晶質半導体膜を用いることで、製造コストを削減することができる。例えば、さまざまな画素構成を用いることで非晶質半導体膜を適用することが可能である。
なお、本発明の画素構成の適用することができるトランジスタの構造や、容量素子の構造は上述した構成に限られず、さまざまな構成のトランジスタの構造や、容量素子の構造のものを用いることができる。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜4で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態6)
外光の強度を検出する光センサは表示装置の一部に組み込まれていても良い。この光センサは部品として表示装置に実装されていても良いし、表示パネルに一体形成されていても良い。表示パネルに一体形成されている場合には、表示面を光センサの受光面として併用することができ、意匠上すぐれた効果を発揮する。すなわち表示装置に光センサが付属していることを意識させることなく、その外光強度に基づく階調制御を行うことができる。
図11は表示パネル上に光センサを一体形成する一態様を示す図である。なお、図8では、液晶素子とその動作を制御するTFTで画素を構成する場合を示している。
図11は、透光性を有する基板8800上に形成されたスイッチングTFT8801、透光性材料により形成された第1の電極(画素電極)8802、液晶8803、対向基板8805上に透光性材料により形成された第2の電極(対向電極)8804が設けられている。そして、絶縁膜8812上に配線8806が形成されている。同様に、絶縁膜8812上に、p型層8831、実質的に真性なi型層8832及びn型層8833の積層体からなる光電変換素子8838と、p型層8831に接続された電極8830、n型層8833に接続された電極8834が設けられる。なお、光電変換素子8838は、配線8806と同じ層、つまり、絶縁膜8812の上に形成されていてもよいし、第1の電極(画素電極)8802と同じ層、つまり、絶縁膜8851の上に形成されていてもよいし、ゲート配線と同じ層、つまり、絶縁膜8852の上に形成されていてもよい。
本実施例では光センサ素子として光電変換素子8838を用いる。光電変換素子8838は同一の基板8800上に形成されており、液晶8803を透過する光は、映像を構成し、ユーザーが視認する。一方、光電変換素子は外光を検出し、検出信号をコントローラに送る役割を持つ。このようにして、液晶素子と光センサ(光電変換素子)を同一の基板上に形成でき、セットの小型化に貢献できる。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜5で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態7)
本実施の形態では、実施の形態1から実施の形態6までで述べた表示装置を制御するハードウェアについて述べる。
大まかな構成図を図18に示す。基板1801の上に、画素配列1804が配置されている。ソースドライバ1806やゲートドライバ1805が配置されている場合が多い。それ以外にも、電源回路やプリチャージ回路やタイミング生成回路などが配置されていることもある。また、ソースドライバ1806やゲートドライバ1805が配置されていない場合もある。その場合は、基板1801に配置されていないものは、ICに形成されることが多い。そのICは、基板1801の上に、COG(Chip On Glass)によって配置されている場合も多い。あるいは、周辺回路基板1802と基板1801とを接続する接続基板1807の上に、ICが配置される場合もある。
周辺回路基板1802には、信号1803が入力される。そして、コントローラ1808が制御して、メモリ1809やメモリ1810などに信号が保存される。信号1803がアナログ信号の場合は、アナログ・デジタル変換を行った後、そして、メモリ1809やメモリ1810などに保存されることが多い。そして、コントローラ1808がメモリ1809やメモリ1810などに保存された信号を用いて、基板1801に信号を出力する。
実施の形態1から実施の形態5までで述べた駆動方法を実現するために、コントローラ1808が、各種のパルス信号などを制御して、基板1801に信号を出力する。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜6で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態8)
本発明の表示装置、およびその駆動方法を用いた表示装置を表示部に有する携帯電話の構成例について図19を用いて説明する。
表示パネル5410はハウジング5400に脱着自在に組み込まれる。ハウジング5400は表示パネル5410のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。表示パネル5410を固定したハウジング5400はプリント基板5401に嵌入されモジュールとして組み立てられる。
表示パネル5410はFPC5411を介してプリント基板5401に接続される。プリント基板5401には、スピーカ5402、マイクロフォン5403、送受信回路5404、CPU及びコントローラなどを含む信号処理回路5405が形成されている。このようなモジュールと、入力手段5406、バッテリ5407を組み合わせ、筐体5409に収納する。表示パネル5410の画素部は筐体5409に形成された開口窓から視認できように配置する。
表示パネル5410は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)で表示パネル5410に実装しても良い。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いてガラス基板と接続してもよい。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した表示パネルの構成は図20(a)に一例を示してある。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
また、走査線や信号線に設定する信号をバッファによりインピーダンス変換することで、1行毎の画素の書き込み時間を短くすることができる。よって高精細な表示装置を提供することができる。
また、さらに消費電力の低減を図るため、基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネルに実装しても良い。
そして、本発明の表示装置を用いることにより、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが出来る。
また、本実施例に示した構成は携帯電話の一例であって、本発明の表示装置はこのような構成の携帯電話に限られず様々な構成の携帯電話に適用することができる。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜7で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態9)
図21は表示パネル5701と、回路基板5702を組み合わせたELモジュールを示している。表示パネル5701は画素部5703、走査線駆動回路5704及び信号線駆動回路5705を有している。回路基板5702には、例えば、コントロール回路5706や信号分割回路5707などが形成されている。表示パネル5701と回路基板5702は接続配線5708によって接続されている。接続配線にはFPC等を用いることができる。
コントロール回路5706が、実施の形態7における、コントローラ1808やメモリ1809やメモリ1810などに相当する。主に、コントロール回路5706において、サブフレームの出現順序などを制御している。
表示パネル5701は、画素部と一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の低い駆動回路)を基板上にTFTを用いて一体形成し、一部の周辺駆動回路(複数の駆動回路のうち動作周波数の高い駆動回路)をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)などで表示パネル5701に実装するとよい。あるいは、そのICチップをTAB(Tape Auto Bonding)やプリント基板を用いて表示パネル5701に実装しても良い。なお、一部の周辺駆動回路を基板上に画素部と一体形成し、他の周辺駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した構成は図22(a)に一例を示してある。このような構成とすることで、表示装置の低消費電力を図り、携帯電話機の一回の充電による使用時間を長くすることができる。また、携帯電話機の低コスト化を図ることができる。
また、走査線や信号線に設定する信号をバッファによりインピーダンス変換することで、1行毎の画素の書き込み時間を短くすることができる。よって高精細な表示装置を提供することができる。
また、さらに消費電力の低減を図るため、ガラス基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての信号線駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)等で表示パネルに実装してもよい。
なお、基板上にTFTを用いて画素部を形成し、全ての周辺駆動回路をICチップ上に形成し、そのICチップをCOG(Chip On Glass)等で表示パネルに実装するとよい。なお、基板上に画素部を形成し、その基板上に信号線駆動回路を形成したICチップをCOG等で実装した構成は図22(b)に一例を示してある。
この液晶モジュールにより液晶テレビ受像機を完成させることができる。図22は、液晶テレビ受像機の主要な構成を示すブロック図である。チューナ5801は映像信号と音声信号を受信する。映像信号は、映像信号増幅回路5802と、そこから出力される信号を赤、緑、青の各色に対応した色信号に変換する映像信号処理回路5803と、その映像信号を駆動回路の入力仕様に変換するためのコントロール回路5706により処理される。コントロール回路5706は、走査線側と信号線側にそれぞれ信号が出力する。デジタル駆動する場合には、信号線側に信号分割回路5707を設け、入力デジタル信号をm個に分割して供給する構成としても良い。
チューナ5801で受信した信号のうち、音声信号は音声信号増幅回路5804に送られ、その出力は音声信号処理回路5805を経てスピーカー5806に供給される。制御回路5807は受信局(受信周波数)や音量の制御情報を入力部5808から受け、チューナ5801や音声信号処理回路5805に信号を送出する。
液晶モジュールを筐体に組みこんで、テレビ受像機を完成させることができる。液晶モジュールにより、表示部が形成される。また、スピーカー、ビデオ入力端子などが適宜備えられている。
勿論、本発明はテレビ受像機に限定されず、パーソナルコンピュータのモニタをはじめ、鉄道の駅や空港などにおける情報表示盤や、街頭における広告表示盤など特に大面積の表示媒体として様々な用途に適用することができる。
このように、本発明の表示装置を用いることにより、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが出来る。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜8で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態10)
本実施の形態では、光センサやアンプの例を示す。
図34に、基本的な構成図を示す。光電変換素子3601に光が照射され、照度に応じて電流が流れる。その電流を電流電圧変換回路3902で電圧信号に変換する。このように、光電変換素子3601と電流電圧変換回路3902とで光センサ113が構成される。そして、光センサ113から出力された信号は、アンプ114へ入力される。図34では、オペアンプを用いた電圧フォロワ回路を示した。ただし、これに限定されない。
電流電圧変換回路3902の例としては、図31に示すように、抵抗素子3602を用いればよい。ただし、これに限定されない。オペアンプを用いて、回路を構成してもよい。
図34、図31では、光電変換素子3601に流れる電流を用いていたが、この電流を増幅してもよい。例えば、図32に示すように、カレントミラー回路3703を用いて、電流電圧変換回路である抵抗素子3702に流れる電流を大きくしてもよい。その結果、光に対する感度が向上したり、ノイズに対する耐性が向上したりさせることができる。
また、図33のように、光電変換素子3601とカレントミラー回路3803とに流れる電流をすべて電流電圧変換回路3802に流すようにして、さらに、光に対する感度が向上したり、ノイズに対する耐性が向上したりしてもよい。また、このようにすることにより、光電変換素子3601の出力とカレントミラー回路の出力とを1つにすることが出来るため、接続端子を減らすことが出来る。
なお、本実施の形態で述べた内容は、実施の形態1〜9で述べた内容と自由に組み合わせて実施することができる。
(実施の形態11)
本発明に係る表示装置の構成について説明する。表示装置の表示部は、複数のソース信号線と、当該複数のソース信号線と交差するように設けられた複数のゲート信号線と、複数のソース信号線と複数のゲート信号線の交差部毎に設けられた画素とを有する。本実施例では液晶を用いた液晶表示装置の画素の例を示す。
図36に1つの画素の構成を示す。画素は、ソース信号線4801とゲート信号線4802の交差部に設けられ、トランジスタ4803と容量素子4804と液晶素子とを有する。なお、図では液晶素子の液晶を駆動する一対の電極のうちの一方の電極(画素電極4805)のみを示す。
トランジスタ4803は、半導体層4806と、第1絶縁層と、第1絶縁層を介して半導体層4806と重なるゲート信号線4802の一部によって構成される。半導体層4806がトランジスタ4803の活性層となる。第1絶縁層はトランジスタのゲート絶縁層として機能する。トランジスタ4803のソース及びドレインの一方は、コンタクトホール4807によってソース信号線4801と接続され、他方はコンタクトホール4808によって接続配線4809と接続されている。接続配線4809はコンタクトホール4810によって画素電極4805と接続されている。接続配線4809はソース信号線4801と同じ導電層を用い、同時にエッチングして形成することができる。
容量素子4804は、半導体層4806と、第1絶縁層を介して半導体層4806と重なる容量配線4811とを一対の電極とし、第1絶縁層を誘電層とした構成の容量素子(第1の容量素子と呼ぶ)とすることができる。なお更に、容量素子4804は、容量配線4811と、第2絶縁層を介して容量配線4811と重なる画素電極4805とを一対の電極とし、第2絶縁層を誘電層とした構成の容量素子(第2の容量素子と呼ぶ)を有する構成してもよい。第2の容量素子は第1の容量素子と並列に接続されるので、第2の容量素子を設けることによって容量素子4804の容量値を増やすことができる。また、容量配線4811はゲート信号線4802と同じ導電層を用い、同時にエッチングして形成することができる。
半導体層4806はシリコン若しくはシリコンを成分とする結晶性の半導体で形成することが好ましい。例えば、シリコン薄膜をレーザアニールなどによって結晶化した多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが適用される。その他にも、半導体層4806を形成する材料として、半導体特性を示す金属酸化物半導体、アモルファスシリコン、有機半導体を適用することも可能である。
半導体層4806のパターニング方法について説明する。絶縁表面を有する基板の全面若しくは一部に半導体層を形成する。そして、フォトリソグラフィー技術によって半導体層上にマスクパターンを形成する。当該マスクパターンを利用して半導体層をエッチング処理することにより、半導体層4806をパターニング形成する。
半導体層4806をパターニングするためのマスクパターンはフォトマスクを用いて作製される。フォトマスクのパターンは、その角部を一辺が10μm以下の長さで面取りされた形状となっている。このフォトマスクのパターンを用いてマスクパターンを作製し、当該マスクパターンを用いて半導体層4806をパターニング形成することによって、半導体層4806のパターンの角部を面取りした形状とすることができる。なお、半導体層4806のパターンの角部が更に丸みを帯びるようにしても良い。すなわち、露光条件やエッチング条件を適切に定めることによって、フォトマスクのパターンよりも更に半導体層4806のパターン形状をなめらかにしても良い。こうして、角部が丸くなった半導体層4806が形成される。
第1絶縁層としては、酸化シリコン若しくは窒化シリコンを少なくとも一部に含む絶縁層を用いることができる。
ゲート信号線4802及び容量配線4811は、金属層又は導電性の高い半導体層を成膜し、フォトリソグラフィー技術によって形成する。
ゲート信号線4802及び容量配線4811を形成するためのフォトマスクのパターンは、その角部を一辺が10μm以下、または配線の線幅の1/2以下であって1/5以上の長さに面取りした形状となっている。このフォトマスクのパターンを用いてマスクパターンを作製し当該マスクパターンを用いてゲート信号線4802及び容量配線4811をパターニング形成することによって、ゲート信号線4802及び容量配線4811のパターンの角部を面取りした形状とすることができる。なお、ゲート信号線4802及び容量配線4811のパターンの角部が更に丸みを帯びるようにしても良い。すなわち、露光条件やエッチング条件を適切に定めることによって、フォトマスクのパターンよりも更にゲート信号線4802及び容量配線4811のパターン形状をなめらかにしても良い。こうして、角部が丸くなったゲート信号線4802及び容量配線4811が形成される。
第2絶縁層は、酸化シリコンなどの無機絶縁材料若しくポリイミドやアクリル樹脂などを使った有機絶縁材料を用いて形成する。なお、第2絶縁層は、前記材料を用いた絶縁層と、窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層との積層構造であっても良い。窒化シリコン若しくは窒化酸化シリコンなどの絶縁層は、金属イオンや水分などトランジスタにとっては良くない不純物により半導体層やゲート絶縁層が汚染されるのを防ぐことができる。
ソース信号線4801及び接続配線4809は金属若しくは金属化合物の一層若しくは複数層で形成される。
ソース信号線4801及び接続配線4809を形成するためのフォトマスクのパターンは、その角部を一辺が10μm以下、または配線の線幅の1/2以下であって1/5以上の長さに面取りした形状となっている。このフォトマスクのパターンを用いてマスクパターンを作製し当該マスクパターンを用いたエッチング加工によってソース信号線4801及び接続配線4809をパターニング形成する。こうして、ソース信号線4801及び接続配線4809のパターンの角部を面取りした形状とすることができる。なお、ソース信号線4801及び接続配線4809のパターンの角部が更に丸みを帯びるようにしても良い。すなわち、露光条件やエッチング条件を適切に定めることによって、フォトマスクのパターンよりも更にソース信号線4801及び接続配線4809のパターン形状をなめらかにしても良い。こうして、角部が丸くなったソース信号線4801及び接続配線4809が形成される。
画素電極4805は光透過性の導電性材料または金属などの非透光性の導電性材料で形成される。
前述の導電性材料でなる導電層一面に形成し、フォトリソグラフィー技術によってマスクパターンを形成し、当該マスクパターンを用いてエッチング加工を行うことによって、所定のパターンの画素電極4805が形成される。画素電極4805を形成するためのフォトマスクのパターンは、その角部を一辺が10μm以下の長さで面取りされた形状となっている。このフォトマスクのパターンを用いてマスクパターンを作製し当該マスクパターンを用いて画素電極4805をパターニング形成する。こうして、画素電極4805のパターンの角部を面取りした形状とすることができる。なお、画素電極4805のパターンの角部が更に丸みを帯びるようにしても良い。すなわち、露光条件やエッチング条件を適切に定めることによって、フォトマスクのパターンよりも更に画素電極4805のパターン形状をなめらかにしても良い。こうして、角部が丸くなった画素電極4805が形成される。
配線や電極において、屈曲部や配線幅が変化する部位の角部をなめらかにして、丸みを付けることにより以下の効果がある。凸部を面取りすることによって、プラズマを用いたドライエッチングを行う際、異常放電による微粉の発生を抑えることができる。また、凹部を面取りすることによって、たとえできた微粉であっても、洗浄のときに当該微粉が角に集まるのを防止し、当該微粉を洗い流すことができる。こうして、製造工程における塵や微粉の問題を解消し、歩留まりを向上させることができる。
なお、本実施の形態に示した画素は上述した実施の形態1〜実施の形態10の表示装置に適用することができる。
(実施の形態12)
本発明は様々な電子機器に適用することができる。具体的には電子機器の表示部に適用することができる。そのような電子機器として、ビデオカメラ、デジタルカメラ、ゴーグル型ディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、オーディオコンポ等)、コンピュータ、ゲーム機器、携帯情報端末(モバイルコンピュータ、携帯電話、携帯型ゲーム機又は電子書籍等)、記録媒体を備えた画像再生装置(具体的にはDigital Versatile Disc(DVD)等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうる発光装置を備えた装置)などが挙げられる。
図23(A)は発光装置であり、筐体35001、支持台35002、表示部35003、スピーカー部35004、ビデオ入力端子35005等を含む。本発明の表示装置を表示部35003に用いることができる。なお、発光装置は、パーソナルコンピュータ用、テレビジョン放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用発光装置が含まれる。本発明の表示装置を表示部35003に用いた発光装置は、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(B)はカメラであり、本体35101、表示部35102、受像部35103、操作キー35104、外部接続ポート35105、シャッター35106等を含む。
本発明を表示部35102に用いたデジタルカメラは、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(C)はコンピュータであり、本体35201、筐体35202、表示部35203、キーボード35204、外部接続ポート35205、ポインティングマウス35206等を含む。本発明を表示部35203に用いたコンピュータは、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(D)はモバイルコンピュータであり、本体35301、表示部35302、スイッチ35303、操作キー35304、赤外線ポート35305等を含む。本発明を表示部35302に用いたモバイルコンピュータは、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(E)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(具体的にはDVD再生装置)であり、本体35401、筐体35402、表示部A35403、表示部B35404、記録媒体(DVD等)読み込み部35405、操作キー35406、スピーカー部35407等を含む。表示部A35403は主として画像情報を表示し、表示部B35404は主として文字情報を表示することができる。本発明を表示部A35403や表示部B35404に用いた画像再生装置は、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(F)はゴーグル型ディスプレイであり、本体35501、表示部35502、アーム部35503を含む。本発明を表示部35502に用いたゴーグル型ディスプレイは、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(G)はビデオカメラであり、本体35601、表示部35602、筐体35603、外部接続ポート35604、リモコン受信部35605、受像部35606、バッテリー35607、音声入力部35608、操作キー35609、接眼部35610等を含む。本発明を表示部35602に用いたビデオカメラは、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
図23(H)は携帯電話機であり、本体35701、筐体35702、表示部35703、音声入力部35704、音声出力部35705、操作キー35706、外部接続ポート35707、アンテナ35708等を含む。本発明を表示部35703に用いた携帯電話機は、コントラストの高い綺麗な画像で見ることが可能となる。
以上の様に、本発明の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に用いることが可能である。また本実施の形態の電子機器は、実施の形態1〜10に示したいずれの構成の表示装置を用いても良い。