以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する構成において、同様のものを指す符号は異なる図面間で共通の符号を用いて示し、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除くことを規定した発明を構成することが出来る。または、ある値について、上限値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いて発明を規定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の技術的範囲内に入らないことを規定することができる。
具体例としては、ある回路において、第1乃至第5のトランジスタを用いている回路図が記載されているとする。その場合、その回路が、第6のトランジスタを有していないことを発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していないことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造を有している第6のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる。または、その回路が、ある特定の接続構造を有している容量素子を有していない、と規定して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第3のトランジスタのゲートと接続されている第6のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。または、例えば、第1の電極が第3のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を有していない、と発明を規定することが可能である。
別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、3V以上10V以下であることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−2V以上1V以下である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、13V以上である場合を除く、と発明を規定することが可能である。なお、例えば、その電圧が、5V以上8V以下であると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、概略9Vであると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、3V以上10V以下であるが、9Vである場合を除くと発明を規定することも可能である。
別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、10Vであることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、ー2V以上1V以下である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、13V以上である場合を除く、と発明を規定することが可能である。
別の具体例としては、ある物質の性質について、例えば、「ある膜は、絶縁膜である」と記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機絶縁膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。
別の具体例としては、ある積層構造について、例えば、「AとBとの間に、ある膜が設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、4層以上の積層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、Aとその膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能である。
なお、本明細書等においては、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなくても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数のケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。したがって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子など)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。
なお、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定された発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。したがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数又は複数記載された図面または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、N個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個(Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容(図の中の一部でもよい)は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。
なお、図において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
例えば、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域またはソース電極)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことが出来るものである。ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例として、ソースとドレインとの一方を、第1端子、第1電極、又は第1領域と表記し、ソースとドレインとの他方を、第2端子、第2電極、又は第2領域と表記する場合がある。
なお、トランジスタは、ベースとエミッタとコレクタとを含む少なくとも三つの端子を有する素子であってもよい。この場合も同様に、一例として、エミッタとコレクタとの一方を、第1端子、第1電極、又は第1領域と表記し、エミッタとコレクタとの他方を、第2端子、第2電極、又は第2領域と表記する場合がある。なお、トランジスタとしてバイポーラトランジスタが用いられる場合、ゲートという表記をベースと言い換えることが可能である。
例えば、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。
ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であり、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに、XとYとが、接続されている場合である。
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Aから出力された信号がBへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。なお、XとYとが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとYとが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とが、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。
例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前記第3の接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の電気的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)からトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)への電気的パスであり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第4の接続経路を有しておらず、前記第4の電気的パスは、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)からトランジスタのソース(又は第1の端子など)への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
また、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられる場合がある。このため、電位を電圧と読み替えてもよい場合があるし、電圧を電位と読み替えてもよい場合がある。
なお、一般に、電位や電圧は、相対的なものである。したがって、グラウンド電位や接地電位とは、必ずしも、0ボルトであるとは限定されない。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、または、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
また本明細書等において図面における各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう図面で示していても、実際の回路や領域では、同じ回路や同じ領域内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路や領域では、一つの回路ブロックで行う処理を複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。
例えば、本明細書等において、表示素子、表示素子を有する装置である表示装置、発光素子、及び発光素子を有する装置である発光装置は、様々な形態を用いること、又は様々な素子を有することが出来る。表示素子、表示装置、発光素子又は発光装置の一例としては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイ(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、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、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。
例えば、本明細書等において、トランジスタとして、様々な構造のトランジスタを用いることが出来る。よって、用いるトランジスタの種類に限定はない。トランジスタの一例としては、単結晶シリコンを有するトランジスタ、または、非晶質シリコン、多結晶シリコン、微結晶(マイクロクリスタル、ナノクリスタル、セミアモルファスとも言う)シリコンなどに代表される非単結晶半導体膜を有するトランジスタなどを用いることが出来る。または、それらの半導体を薄膜化した薄膜トランジスタ(TFT)などを用いることが出来る。TFTを用いる場合、様々なメリットがある。例えば、単結晶シリコンの場合よりも低い温度で製造できるため、製造コストの削減、又は製造装置の大型化を図ることができる。製造装置を大きくできるため、大型基板上に製造できる。そのため、同時に多くの個数の表示装置を製造できるため、低コストで製造できる。または、製造温度が低いため、耐熱性の弱い基板を用いることができる。そのため、透光性を有する基板上にトランジスタを製造できる。または、透光性を有する基板上のトランジスタを用いて表示素子での光の透過を制御することが出来る。または、トランジスタの膜厚が薄いため、トランジスタを形成する膜の一部は、光を透過させることが出来る。そのため、開口率が向上させることができる。
なお、多結晶シリコンを製造するときに、触媒(ニッケルなど)を用いることにより、結晶性をさらに向上させ、電気特性のよいトランジスタを製造することが可能となる。その結果、ゲートドライバ回路(走査線駆動回路)、ソースドライバ回路(信号線駆動回路)、及び信号処理回路(信号生成回路、ガンマ補正回路、DA変換回路など)を基板上に一体形成することが出来る。
なお、微結晶シリコンを製造するときに、触媒(ニッケルなど)を用いることにより、結晶性をさらに向上させ、電気特性のよいトランジスタを製造することが可能となる。このとき、レーザー照射を行うことなく、熱処理を加えるだけで、結晶性を向上させることも可能である。その結果、ソースドライバ回路の一部(アナログスイッチなど)及びゲートドライバ回路(走査線駆動回路)を基板上に一体形成することが出来る。なお、結晶化のためにレーザー照射を行わない場合は、シリコンの結晶性のムラを抑えることができる。そのため、画質の向上した画像を表示することが出来る。ただし、触媒(ニッケルなど)を用いずに、多結晶シリコン又は微結晶シリコンを製造することは可能である。
なお、シリコンの結晶性を、多結晶又は微結晶などへと向上させることは、パネル全体で行うことが望ましいが、それに限定されない。パネルの一部の領域のみにおいて、シリコンの結晶性を向上させてもよい。選択的に結晶性を向上させることは、レーザー光を選択的に照射することなどにより可能である。例えば、画素以外の領域である周辺回路領域にのみ、ゲートドライバ回路及びソースドライバ回路などの領域にのみ、又はソースドライバ回路の一部(例えば、アナログスイッチ)の領域にのみ、にレーザー光を照射してもよい。その結果、回路を高速に動作させる必要がある領域にのみ、シリコンの結晶化を向上させることができる。画素領域は、高速に動作させる必要性が低いため、結晶性が向上されなくても、問題なく画素回路を動作させることが出来る。こうすることによって、結晶性を向上させる領域が少なくて済むため、製造工程も短くすることが出来る。そのため、スループットが向上し、製造コストを低減させることが出来る。または、必要とされる製造装置の数も少ない数で製造できるため、製造コストを低減させることが出来る。
なお、トランジスタの一例としては、化合物半導体(例えば、SiGe、GaAsなど)、又は、酸化物半導体(例えば、ZnO、InGaZnO、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、ITO(インジウム錫酸化物)、SnO、TiO、AlZnSnO(AZTO)、ITZO(In−Sn−Zn−O)など)などを有するトランジスタを用いることが出来る。または、これらの化合物半導体、又は、これらの酸化物半導体を薄膜化した薄膜トランジスタなどを用いることが出来る。これらにより、製造温度を低くできるので、例えば、室温でトランジスタを製造することが可能となる。その結果、耐熱性の低い基板、例えばプラスチック基板又はフィルム基板などに直接トランジスタを形成することが出来る。なお、これらの化合物半導体又は酸化物半導体を、トランジスタのチャネル部分に用いるだけでなく、それ以外の用途で用いることも出来る。例えば、これらの化合物半導体又は酸化物半導体を配線、抵抗素子、画素電極、又は透光性を有する電極などとして用いることができる。それらをトランジスタと同時に成膜又は形成することが可能なため、コストを低減できる。
なお、トランジスタの一例としては、インクジェット法又は印刷法を用いて形成したトランジスタなどを用いることが出来る。これらにより、室温で製造、低真空度で製造、又は大型基板上に製造することができる。よって、マスク(レチクル)を用いなくても製造することが可能となるため、トランジスタのレイアウトを容易に変更することが出来る。または、レジストを用いらずに製造することが可能なので、材料費が安くなり、工程数を削減できる。または、必要な部分にのみ膜を付けることが可能なので、全面に成膜した後でエッチングする、という製法よりも、材料が無駄にならず、低コストにできる。
なお、トランジスタの一例としては、有機半導体やカーボンナノチューブを有するトランジスタ等を用いることができる。これらにより、曲げることが可能な基板上にトランジスタを形成することが出来る。有機半導体やカーボンナノチューブを有するトランジスタを用いた装置は、衝撃に強くすることができる。
なお、トランジスタとしては、他にも様々な構造のトランジスタを用いることができる。例えば、トランジスタとして、MOS型トランジスタ、接合型トランジスタ、バイポーラトランジスタなどを用いることが出来る。トランジスタとしてMOS型トランジスタを用いることにより、トランジスタのサイズを小さくすることが出来る。よって、多数のトランジスタを搭載することができる。トランジスタとしてバイポーラトランジスタを用いることにより、大きな電流を流すことが出来る。よって、高速に回路を動作させることができる。なお、MOS型トランジスタとバイポーラトランジスタとを1つの基板に混在させて形成してもよい。これにより、低消費電力、小型化、高速動作などを実現することが出来る。
例えば、本明細書等において、トランジスタの一例としては、ゲート電極が2個以上のマルチゲート構造のトランジスタを用いることができる。マルチゲート構造にすると、チャネル領域が直列に接続されるため、複数のトランジスタが直列に接続された構造となる。よって、マルチゲート構造により、オフ電流の低減、トランジスタの耐圧向上(信頼性の向上)を図ることができる。または、マルチゲート構造により、飽和領域で動作する時に、ドレインとソースとの間の電圧が変化しても、ドレインとソースとの間の電流があまり変化せず、傾きがフラットである電圧・電流特性を得ることができる。傾きがフラットである電圧・電流特性を利用すると、理想的な電流源回路、又は非常に高い抵抗値をもつ能動負荷を実現することが出来る。その結果、特性のよい差動回路又はカレントミラー回路などを実現することが出来る。
なお、トランジスタの一例としては、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造のトランジスタを適用することができる。チャネルの上下にゲート電極が配置される構造にすることにより、複数のトランジスタが並列に接続されたような回路構成となる。よって、チャネル領域が増えるため、電流値の増加を図ることができる。または、チャネルの上下にゲート電極が配置されている構造にすることにより、空乏層ができやすくなるため、S値の改善を図ることができる。
なお、トランジスタの一例としては、チャネル領域の上にゲート電極が配置されている構造、チャネル領域の下にゲート電極が配置されている構造、正スタガ構造、逆スタガ構造、チャネル領域を複数の領域に分けた構造、チャネル領域を並列に接続した構造、又はチャネル領域が直列に接続する構造などのトランジスタを用いることができる。または、トランジスタとして、プレーナ型、FIN型(フィン型)、TRI−GATE型(トライゲート型)、トップゲート型、ボトムゲート型、ダブルゲート型(チャネルの上下にゲートが配置されている)、など、様々な構成をとることが出来る。
なお、トランジスタの一例としては、チャネル領域(もしくはその一部)にソース電極やドレイン電極が重なっている構造のトランジスタを用いることができる。チャネル領域(もしくはその一部)にソース電極やドレイン電極が重なる構造にすることによって、チャネル領域の一部に電荷が溜まることにより動作が不安定になることを防ぐことができる。
なお、トランジスタの一例としては、LDD領域を設けた構造を適用できる。LDD領域を設けることにより、オフ電流の低減、又はトランジスタの耐圧向上(信頼性の向上)を図ることができる。または、LDD領域を設けることにより、飽和領域で動作する時に、ドレインとソースとの間の電圧が変化しても、ドレイン電流があまり変化せず、傾きがフラットな電圧・電流特性を得ることができる。
例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板(例えば単結晶基板又はシリコン基板)、SOI基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
なお、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)若しくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを、同一の基板(例えば、ガラス基板、プラスチック基板、単結晶基板、又はSOI基板など)に形成することが可能である。こうして、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。
なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを同じ基板に形成しないことが可能である。つまり、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ある基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、別の基板に形成されていることが可能である。例えば、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ガラス基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、単結晶基板(又はSOI基板)に形成されることが可能である。そして、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部が形成される単結晶基板(ICチップともいう)を、COG(Chip On Glass)によって、ガラス基板に接続して、ガラス基板にそのICチップを配置することが可能である。または、ICチップを、TAB(Tape Automated Bonding)、COF(Chip On Film)、SMT(Surface Mount Technology)、又はプリント基板などを用いてガラス基板と接続することが可能である。このように、回路の一部が画素部と同じ基板に形成されていることにより、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。特に、駆動電圧が大きい部分の回路、又は駆動周波数が高い部分の回路などは、消費電力が大きくなってしまう場合が多い。そこで、このような回路を、画素部とは別の基板(例えば単結晶基板)に形成して、ICチップを構成する。このICチップを用いることによって、消費電力の増加を防ぐことができる。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置の駆動方法について説明する。
この発光装置は、一例としては、表示機能と、カメラで撮影する対象である被写体に対する照明機能とを有している。表示機能は、文字や画像を表示する機能であり、通常の表示装置としての機能である。照明機能は、照明光を照射する機能であり、被写体などの照度を向上させる機能である。そして、この発光装置は、それらの機能または動作を切り替えることが出来る。ただし、一例としては、表示機能を実現する場合の駆動方法や状態と、照明機能を実現する場合の駆動方法や状態とは、それぞれ異なっている。
なお、照明機能は、被写体の照度を向上させること以外の目的や機能を有していてもよい。例えば、単に、暗い部分を明るくすることを行ってもよいし、防犯対策や交通対策などの用途として、利用してもよい。例えば、だれかに襲われそうになったときに、照明を相手に照らして、目くらましをして、防犯対策として利用してもよい。または、例えば、自転車に乗りながら、照明を照らして、自分の自転車が存在することを周囲の車に知らせるようにしてもよい。
一例としては、発光装置は、2つの動作モードを有している。つまり、一例としては、2つの異なる駆動方法によって、発光装置が動作している。
まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。図1(A)に示すように、容量素子110には、外部(図示さず)から入力されたビデオ信号に応じた電圧が保持されている。スイッチ118は、オフ状態となっている。そのため、配線104から、トランジスタ108を介して、負荷106に電流が供給される。トランジスタ108は、容量素子110に保持された電圧に応じて、負荷106に流れる電流の大きさを制御することが出来る。したがって、容量素子110に、表示したい映像に応じた電圧を保持させることにより、表示を行うことが出来る。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。図1(B)に示すように、スイッチ118は、オン状態となっている。そのため、トランジスタ108のゲートには、配線124の電位が供給される。配線124の電位は、負荷106と接続されている配線122と同様に、低い電位となっている。そのため、配線104とトランジスタ108のゲートとの間の電圧、つまり、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値は、非常に大きくなる。その結果、負荷106には、非常に大きな電流を流すことが出来る。ここで、負荷106が発光素子を有する場合には、発光素子の輝度が非常に明るくなる。そのため、照明機能として、被写体に十分に大きな照度で照らすことが出来る。
このように、自発光型のディスプレイを用いる場合、各画素の輝度を自由に大きくできるため、通常の輝度を用いた表示機能と、高い輝度を用いた照明機能とを、自在に切り替えることが出来る。
ここで、トランジスタ108の動作領域について考える。図2(A)に、トランジスタ108と発光素子106Aとを有する回路を示す。配線104とトランジスタ108のゲートとの間の電圧、つまり、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|を横軸にとり、トランジスタ108と発光素子106Aとに流れる電流IDSを縦軸にとった場合のグラフを、図2(B)に示す。
トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|を大きくしていき、トランジスタ108のしきい値電圧の絶対値|VTH|よりも大きくなると、電流が流れ始める。そして、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|をVSATの値まで大きくする。このとき、ISATの値の電流が流れる。ここまでの領域では、電流が流れているときには、トランジスタ108は、飽和領域で動作する。そのため、トランジスタ108のドレインソース間の電圧が変化しても、トランジスタ108に流れる電流値はほとんど変化しない。つまり、トランジスタ108は、電流源として機能する。発光素子106Aは、電流源によって制御されるため、発光素子の電圧電流特性が劣化しても、発光素子に流れる電流の電流値が変わらない。つまり、定電流駆動によって、発光素子が駆動されていると言える。言い換えると、電流源によって、発光素子が駆動されていると言える。そのため、発光素子の劣化の影響が出にくくなり、表示ムラや焼き付きなどを低減することが出来る。表示機能を実現する場合には、電流が流れている場合には、この動作領域(飽和領域)で動作させることが望ましい。
ここで、電流源は、電流源の両端に加わる電圧の大きさが変化しても、一定の電流を供給する機能を有している。または、例えば、電流源は、電流源と接続された素子の電位が変化しても、素子に一定の電流を供給する機能を有している。
なお、電流源とは別の電源として、電圧源がある。電圧源は、それに接続された回路に流れる電流が変化しても、一定の電圧を供給する機能を有している。したがって、電圧源も電流源も、電圧と電流とを供給する機能を有しているが、何が変化しても、一定の何を供給する機能を有しているのか、という点で、異なった機能を有するものである。電流源は、両端の電圧が変化しても、一定の電流を供給する機能を有し、電圧源は、電流が変化しても、一定の電圧を供給する機能を有している。
次に、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|をVSATの値よりも大きくする。例えば、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|をVFLAの値にする。このとき、ISATの値よりも大きなIFLAの値の電流が流れる。トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|がVSATの値よりも大きい領域では、電流が流れているときには、トランジスタ108は、線形領域で動作する。そのため、トランジスタ108のドレインソース間の電圧が変化すると、トランジスタ108に流れる電流値も変化する。つまり、トランジスタ108は、スイッチとして機能する。つまり、発光素子106Aに流れる電流は、発光素子106Aに供給される電圧、すなわち、配線104と配線122との間の電圧によって制御される。そのため、発光素子の電圧電流特性が劣化すると、発光素子に流れる電流の電流値が変わってしまう。つまり、定電圧駆動によって、発光素子が駆動されていると言える。言い換えると、配線104に接続された電圧源によって、発光素子が駆動されていると言える。そのため、発光素子の劣化の影響が出やすくなる。しかし、大きな電流が流れるため、大きな輝度で発光させることが出来る。仮に、何等かの画像を表示させたい場合には、ムラや焼き付きが見えてしまう場合があるが、単なる光源として利用する場合には、そのようなムラや焼き付きは、大きな問題にならない。したがって、照明機能を実現する場合には、電流が流れている場合には、この動作領域(線形領域)で動作させることが望ましい。
つまり、表示機能を実現する場合には、電流が流れているときには、トランジスタ108を飽和領域で動作させ、トランジスタ108を電流源として動作させ、定電流駆動で発光素子106Aを駆動することが好適である。一方、照明機能を実現する場合には、電流が流れているときには、トランジスタ108を線形領域で動作させ、トランジスタ108をスイッチとして動作させ、定電圧駆動で発光素子106Aを駆動することが好適である。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これらに限定されない。
なお、照明機能を実現する場合の輝度は、表示機能を実現する場合における最も明るい階調を表示しているときの輝度の、1.5倍以上、より好ましくは2倍以上が好適である。または、照明機能を実現する場合のトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|は、表示機能を実現する場合における最も明るい階調を表示しているときのトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|の、1.5倍以上、より好ましくは2倍以上が好適である。または、照明機能を実現する場合の発光素子106Aの電流値は、表示機能を実現する場合における最も明るい階調を表示しているときの電流値の、1.5倍以上、より好ましくは2倍以上が好適である。または、照明機能を実現する場合のトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|は、配線104と配線122との間の電圧の大きさの、0.6倍以上、より好ましくは1倍以上が好適である。または、照明機能を実現する場合のトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値|VGS|は、配線104と配線122との間の電圧の大きさの、2倍以下、より好ましくは1.5倍以下が好適である。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これらに限定されない。
なお、照明機能を実現する場合に、大きな輝度で発光できるようにするため、配線124を配線122と接続させてもよい。図3(A)、図3(B)では、配線124を配線122にまとめて、1本の配線とした場合の例を示す。
なお、図1などでは、トランジスタ108がPチャネル型の場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。配線104、配線122、配線124などの電位の大小関係を逆にしたり、発光素子106Aの向きを逆にすることなどにより、図3(C)、図3(D)に示すように、トランジスタ108がNチャネル型の場合でも同様に動作させることが出来る。
なお、照明機能を実現する場合、トランジスタ108が電流を流している間、図1(B)に示すように、ずっと、スイッチ118がオン状態となっていてもよい。これにより、トランジスタ108のゲートの電位が安定する。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。図1(B)のようになったあと、図1(A)のように、スイッチ118をオフ状態としてもよい。その場合、容量素子110において、電圧が保持されるため、トランジスタ108は、適切な電流を供給することが出来る。なお、トランジスタ108の寄生容量などを活用することなどにより、図1(C)に示すように、容量素子110を省略することも可能である。または、図1(D)に示すように、容量素子110の一方の端子と、トランジスタ108のゲートとの間は、導通状態にあり、容量素子110の他方の端子は、フローティング状態にあってもよい。その場合でも、スイッチ118がオン状態となっているため、トランジスタ108は、適切な電流を供給することが出来る。
なお、図1(A)、図1(B)、図1(C)では、配線104に、トランジスタ108と容量素子110とが接続されていたが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。図4(A)、図4(B)に示すように、配線104Aと配線104Bとに、それぞれ接続されていてもよい。
なお、本実施の形態では、表示機能と照明機能とを切り替えて動作させる場合の一例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、表示機能のみを動作させてもよいし、照明機能のみを動作させてもよい。
本実施の形態は、基本原理の一例について述べたものである。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部また全部と、自由に組み合わせたり、適用したり、置き換えて実施することができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置の具体例と、その駆動方法について説明する。
図5に、図1(A)の回路を用いた具体的な回路例を示す。図5は、1つ分の画素に相当する。配線102は、スイッチ312を介して、トランジスタ108のゲートと接続されている。
配線102は、ビデオ信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線102には、プリチャージ信号や初期化信号が供給される場合もある。または、配線102は、スイッチ312に、信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線102は、ビデオ信号線、ソース信号線、初期化信号線、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線104は、トランジスタ108に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、負荷106に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、負荷106に、逆バイアス電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線104は、電流供給線、電源線、容量配線、などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線104の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
配線124は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108の動作領域を制御できるような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108を初期化するような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108をオン状態とするような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、照明機能を実現するための電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、スイッチ118に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線124は、電源線、初期化配線、照明機能制御用配線、動作領域制御配線などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線124の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
トランジスタ108は、負荷106に流れる電流の大きさを制御したりすることができる機能を有している。よって、トランジスタ108は、駆動トランジスタ、電流制御トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ312は、配線102とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ312は、画素を選択することができる機能を有している。または、スイッチ312は、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ312は、選択用スイッチ、スイッチング用スイッチ、などの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ118は、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、照明機能を動作させるか否かを選択することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108をオン状態とするか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、照明機能を実現するかどうかを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ118は、制御用スイッチ、動作制御用スイッチ、機能切り替え用スイッチ、初期化用スイッチ、などの少なくとも一つの機能を有している。
なお、配線104は、図4と同様に、配線104A、配線104Bなどに分けて配置してもよい。その場合の回路図を、図6に示す。
配線104Aは、トランジスタ108に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Aは、負荷106に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Aは、負荷106に、逆バイアス電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Bは、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線104Aは、電流供給線、電源線、などの少なくとも一つの機能を有している。または、配線104Bは、容量配線、電源線、などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線104Aや配線104Bの電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。特に、配線104Bの電位を変化させることにより、容量結合を利用して、トランジスタ108のゲート電位を制御することが出来る。
なお、配線124は、図3(A)、図3(B)と同様に、配線122と接続してもよい。その場合の回路図を、図6に示す。
次に、駆動方法について述べる。まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図7(A)に示すように、画素が選択されて、スイッチ312をオンになり、配線102から、ビデオ信号が容量素子110に供給される。そして、図7(B)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ312がオフになって、ビデオ信号に応じた電圧が容量素子110に保持される。負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、ビデオ信号の大きさに応じた大きさとなっている。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図7(C)に示すように、スイッチ118がオンになり、トランジスタ108のゲートに配線124の電位が供給される。トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値が大きいため、負荷106には、大きな電流が流れる。なお、次に、図7(B)に示すように、スイッチ118をオフにしてもよい。その場合、容量素子110に、配線124の電位が保持されることとなり、それに応じた大きさの電流がトランジスタ108から負荷106へ供給される。
次に、図5において、スイッチをトランジスタで実現した場合の回路例を図8で示す。
例えば、本明細書等において、スイッチとしては、様々な形態のものを用いることができる。スイッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有し、例えば、経路1に電流を流すことが出来るようにするか、経路2に電流を流すことができるようにするかを選択して切り替える機能を有している。スイッチの一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。スイッチの一例としては、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイオード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど)、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のように、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
なお、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、オフ電流を抑えたい場合、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の一例としては、LDD領域を有するトランジスタ、又はマルチゲート構造を有するトランジスタなどがある。
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、スイッチとして動作させるトランジスタのソースの電位が、低電位側電源(Vss、GND、0Vなど)の電位に近い値で動作する場合は、スイッチとしてNチャネル型トランジスタを用いることが望ましい。反対に、ソースの電位が、高電位側電源(Vddなど)の電位に近い値で動作する場合は、スイッチとしてPチャネル型トランジスタを用いることが望ましい。なぜなら、Nチャネル型トランジスタではソースが低電位側電源の電位に近い値で動作するとき、Pチャネル型トランジスタではソースが高電位側電源の電位に近い値で動作するとき、ゲートとソースとの間の電圧の絶対値を大きくできるからである。そのため、スイッチとして、より正確な動作を行うことができるからである。または、トランジスタがソースフォロワ動作をしてしまうことが少ないため、出力電圧の大きさが小さくなってしまうことが少ないからである。
なお、スイッチとして、Nチャネル型トランジスタとPチャネル型トランジスタとの両方を用いて、CMOS型のスイッチを用いてもよい。CMOS型のスイッチにすると、Pチャネル型トランジスタとNチャネル型トランジスタとのどちらか一方が導通すれば、電流が流れるため、スイッチとして機能しやすくなる。よって、スイッチへの入力信号の電圧が高い場合でも、低い場合でも、適切に電圧を出力させることができる。または、スイッチをオン又はオフさせるための信号の電圧振幅値を小さくすることが出来るので、消費電力を小さくすることができる。
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、スイッチは、入力端子(ソースまたはドレインの一方)と、出力端子(ソースまたはドレインの他方)と、導通を制御する端子(ゲート)とを有している場合がある。一方、スイッチとしてダイオードを用いる場合、スイッチは、導通を制御する端子を有していない場合がある。したがって、トランジスタよりもダイオードをスイッチとして用いた方が、端子を制御するための配線を少なくすることが出来る。
図8では、スイッチをNチャネル型トランジスタで実現した例を示している。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。スイッチ312は、トランジスタ312Aを用いて実現している。また、スイッチ118は、トランジスタ118Aを用いて実現している。トランジスタ312Aのゲートには、配線325が接続されている。トランジスタ118Aのゲートには、配線326が接続されている。
トランジスタ312Aは、配線102とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ312Aは、画素を選択することができる機能を有している。または、トランジスタ312Aは、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ312Aは、選択用トランジスタ、スイッチング用トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線325は、配線102とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線325は、画素を選択する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線325は、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線325は、選択用配線、選択用ゲート配線、スイッチング用配線、スイッチング用ゲート配線などの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ118Aは、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、照明機能を動作させるか否かを選択することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、照明機能を実現するかどうかを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ118Aは、制御用トランジスタ、動作制御用トランジスタ、機能切り替え用トランジスタ、初期化用トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線326は、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線326は、照明機能を動作させるか否かを選択する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線326は、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線326は、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線326は、照明機能を実現するかどうかを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線326は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線326は、制御用配線、制御用ゲート配線、動作制御用配線、動作制御用ゲート配線、機能切り替え用配線、機能切り替え用ゲート配線、初期化用配線、初期化用ゲート配線、などの少なくとも一つの機能を有している。
ここで、図8は、1画素分の回路図を示している。図9では、発光装置全体のブロック図を示す。画素部501には、画素がマトリクス状に配置されている。例えば、図8に示す画素が、マトリクス状に配置されている。画素部501の周囲には、駆動回路が配置されている。例えば、ゲート線駆動回路503A、ゲート線駆動回路503Bが配置されている。ただし、ゲート線駆動回路は1つの場合もあるし、3個以上の場合もある。例えば、図8の場合には、配線325と配線326の一方は、ゲート線駆動回路503Aと接続され、配線325と配線326の他方は、ゲート線駆動回路503Bと接続されている。または、配線326は、すべての画素に渡って、互いに接続され、ゲート線駆動回路とは接続されていない。その場合には、例えば、配線326には、パルス信号を出力することができる機能を有する回路が接続されている。図9において、画素部501の上側には、例えば、ビデオ線駆動回路502が配置されている。例えば、図8の場合には、配線102は、ビデオ線駆動回路502と接続されている。
次に、各行の配線325と配線326のタイミングチャートを示す。まず、第1の動作モードにおけるタイミングチャートについて述べる。ここでは、表示機能を実現する場合のタイミングチャートに相当する。ここでは、簡単のため、3行目までのタイミングチャートを示す。図10(A)に示すように、1行目の配線325(1)、2行目の配線325(2)、3行目の配線325(3)と、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ、選択信号が入力されていく。一方、1行目の配線326(1)、2行目の配線326(2)、3行目の配線326(3)、は、選択されず、非選択状態のままとなっている。
次に、第2の動作モードにおけるタイミングチャートについて述べる。ここでは、照明機能を実現する場合のタイミングチャートに相当する。図10(B)に示すように、1行目の配線326(1)、2行目の配線326(2)、3行目の配線326(3)と、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ、選択信号が入力されていく。一方、1行目の配線325(1)、2行目の配線325(2)、3行目の配線325(3)、は、選択されず、非選択状態のままとなっている。
このようにして、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
なお、照明機能を実現する場合、画像を表示する必要がないため、必ずしも、配線326を1行ずつスキャンしていく必要はない。そのため、全行の配線326を一斉に選択状態にしてもよい。あるいは、配線326を1度スキャンすれば、その後すぐにスキャンする必要はない。そのような場合の第2の動作モードにおけるタイミングチャートを、図11(A)と図11(B)に示す。図11(A)では、1度だけスキャンし、その直後はスキャンをしない場合の第2の動作モードにおけるタイミングチャートを示す。図11(B)では、全行の配線326を一斉に選択状態にする場合の第2の動作モードにおけるタイミングチャートを示す。この場合、図11(B)に示すように、第2の動作モードにおいては、配線326は、1行ずつスキャンする必要がないため、全行の配線326が互いに接続されていてもよい。
なお、図11(B)では、全行の配線326がずっと選択されていたが、図12(A)に示すように、1フレーム期間ごとに全行を選択してもよい。または、図12(B)に示すように、1度だけ選択してもよい。照明機能を実現する場合には、画像を表示する必要がないため、信号を書き換える必要がない。そのため、1度だけ選択して、その後は選択しないようにしてもよい。ただし、いったん、表示機能を実現するために、各画素の信号を書き換えた場合には、再度、照明機能を実現するモードに入る場合には、配線326を選択しなおす必要がある。
なお、図8では、スイッチとして、トランジスタ118Aを用いた場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、スイッチ118を、ダイオードを用いて実現してもよい。例えば、図13に示すように、ダイオード接続されたトランジスタ118Bと、配線326Aとを用いて実現してもよい。配線326Aは、配線326と同様に動作させればよい。
なお、図8などでは、トランジスタ108がPチャネル型の場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。図3(C)、図3(D)と同様に、各配線の電位の大小関係を逆にしたり、発光素子106Aの向きを逆にすることなどにより、トランジスタ108がNチャネル型の場合でも同様に動作させることが出来る。その場合の回路例を、図14に示す。
本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせたり、適用したり、置き換えて実施することができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置の別の具体例と、その駆動方法について説明する。
図15に、図1(A)の回路を用いた具体的な回路の別の例を示す。図15は、1つ分の画素に相当する。配線102は、スイッチ112を介して、トランジスタ108のソースと接続されている。スイッチ114は、トランジスタ108のソースと配線104との間に接続されている。スイッチ116は、トランジスタ108のゲートとドレインとの間に接続されている。スイッチ120は、トランジスタ108のドレインと、負荷106との間に接続されている。
配線102は、ビデオ信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。また、配線102には、プリチャージ信号や初期化信号が供給される場合もある。または、配線102は、スイッチ112に、信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線102は、ビデオ信号線、ソース信号線、初期化信号線、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線104は、トランジスタ108に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、負荷106に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。配線104は、負荷106に、逆バイアス電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、スイッチ114に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線104は、電流供給線、電源線、容量配線、などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線104の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
配線124は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108の動作領域を制御できるような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108を初期化するような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108をオン状態とするような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、照明機能を実現するための電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、スイッチ118に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線124は、電源線、初期化配線、照明機能制御用配線、動作領域制御配線などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線124の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
トランジスタ108は、負荷106に流れる電流の大きさを制御したりすることができる機能を有している。よって、トランジスタ108は、駆動トランジスタ、電流制御トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ112は、配線102とトランジスタ108のソースとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ112は、画素を選択することができる機能を有している。または、スイッチ112は、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ112は、選択用スイッチ、スイッチング用スイッチ、などの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ118は、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、照明機能を動作させるか否かを選択することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108をオン状態とするか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、照明機能を実現するかどうかを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ118は、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ118は、制御用スイッチ、動作制御用スイッチ、機能切り替え用スイッチ、初期化用スイッチ、などの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ120は、負荷106とトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ120は、負荷106に電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ120は、制御用スイッチ、発光制御用スイッチなどの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ114は、配線104とトランジスタ108のソースとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ114は、負荷106に電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ114は、トランジスタ108に電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。よって、スイッチ114は、制御用スイッチ、発光制御用スイッチなどの少なくとも一つの機能を有している。
スイッチ116は、トランジスタ108のゲートとトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ116は、容量素子110の端子とトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、スイッチ116は、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御することができる機能を有している。または、スイッチ116は、トランジスタ108のしきい値電圧を取得する動作を制御することができる機能を有している。よって、スイッチ116は、制御用スイッチ、しきい値電圧取得用スイッチ、容量制御用スイッチなどの少なくとも一つの機能を有している。
なお、配線104は、図4と同様に、配線104A、配線104Bなどに分けて配置してもよい。その場合の回路図を、図16に示す。
配線104Aは、トランジスタ108に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Aは、負荷106に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Aは、スイッチ114に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Aは、負荷106に、逆バイアス電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104Bは、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線104Aは、電流供給線、電源線、などの少なくとも一つの機能を有している。または、配線104Bは、容量配線、電源線、などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線104Aや配線104Bの電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。特に、配線104Bの電位を変化させることにより、容量結合を利用して、トランジスタ108のゲート電位を制御することが出来る。
なお、配線124は、図3(A)、図3(B)と同様に、配線122と接続してもよい。その場合の回路図を、図16に示す。
次に、駆動方法について述べる。まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図17(A)に示すように、スイッチ118がオンになり、トランジスタ108が初期化される。この動作により、配線124の電位が、トランジスタ108のゲートと容量素子110に入力される。その結果、トランジスタ108がオン状態となる。これは、トランジスタ108のしきい値電圧を取得するための初期化動作に相当する。次に、図17(B)に示すように、画素が選択されて、スイッチ112がオンになり、配線102から、ビデオ信号がトランジスタ108のソースに供給される。そして、スイッチ116がオン状態であり、スイッチ118がオフ状態であるため、容量素子110の電荷が、トランジスタ108を介して、放電されていく。そして、放電が止まった時、または、放電が少なくなったときに、つまり、トランジスタ108がオフ状態になったときに、または、トランジスタ108がオフ状態に近くなったときに、トランジスタ108のしきい値電圧の取得が終了する。この状態では、トランジスタ108のゲートソース間電圧は、トランジスタ108のしきい値電圧に近い値になっている。そして、図17(C)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ112とスイッチ116がオフになって、容量素子110にビデオ信号に応じた電圧などが保持される。スイッチ112がオフになり、スイッチ114がオンになるため、トランジスタ108のソースの接続先が、配線102から配線104に変わる。したがって、トランジスタ108のソースの電位も変わる。一方、トランジスタ108のゲートの電位は、容量素子110によって保持されているので、変わらない。その結果、トランジスタ108のゲートソース間電圧も変わる。トランジスタ108のゲートソース間電圧は、ビデオ信号の電圧とトランジスタ108のしきい値電圧とを足し合わせた値となる。スイッチ114とスイッチ120とがオンであるため、負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、ビデオ信号の大きさに応じた大きさとなっている。そのとき、トランジスタ108のしきい値電圧の大きさのばらつきの影響が少なくなるような電流値となっている。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図17(D)に示すように、スイッチ118がオンになり、トランジスタ108のゲートに配線124の電位が供給される。トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値が大きいため、負荷106には、大きな電流が流れる。なお、次に、図17(C)に示すように、スイッチ118をオフにしてもよい。その場合、容量素子110に、配線124の電位が保持されることとなり、それに応じた大きさの電流がトランジスタ108から負荷106へ供給される。
次に、図15において、スイッチをトランジスタで実現した場合の回路例を図18で示す。
図18では、スイッチをPチャネル型トランジスタで実現した例を示している。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。一部、または、全部において、Nチャネル型トランジスタを用いてもよい。スイッチ112は、トランジスタ112Aを用いて実現している。また、スイッチ118は、トランジスタ118Aを用いて実現している。また、スイッチ114は、トランジスタ114Aを用いて実現している。また、スイッチ116は、トランジスタ116Aを用いて実現している。また、スイッチ120は、トランジスタ120Aを用いて実現している。トランジスタ112Aのゲートとトランジスタ116Aのゲートには、配線125が接続されている。トランジスタ118Aのゲートには、配線126が接続されている。トランジスタ114Aのゲートとトランジスタ120Aのゲートには、配線127が接続されている。
なお、トランジスタ112Aのゲートとトランジスタ116Aのゲートとは、同じ配線と接続されているが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。別々の配線と接続されていてもよい。なお、トランジスタ114Aのゲートとトランジスタ120Aのゲートとは、同じ配線と接続されているが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。別々の配線と接続されていてもよい。
配線102は、ビデオ信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。また、配線102には、プリチャージ信号や初期化信号が供給される場合もある。または、配線102は、トランジスタ112Aに、信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線102は、ビデオ信号線、ソース信号線、初期化信号線、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線104は、トランジスタ108に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、発光素子106Aに電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。配線104は、発光素子106Aに、逆バイアス電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、トランジスタ114Aに電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線104は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線104は、電流供給線、電源線、容量配線、などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線104の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
配線124は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108の動作領域を制御できるような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108を初期化するような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ108をオン状態とするような電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、照明機能を実現するための電位を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、容量素子110に電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線124は、トランジスタ118Aに電圧や電流を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線124は、電源線、初期化配線、照明機能制御用配線、動作領域制御配線などの少なくとも一つの機能を有している。なお、配線124の電位は、一定であることが望ましい。ただし、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されず、パルス信号が供給される場合もある。
トランジスタ108は、発光素子106Aに流れる電流の大きさを制御したりすることができる機能を有している。よって、トランジスタ108は、駆動トランジスタ、電流制御トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ112Aは、配線102とトランジスタ108のソースとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ112Aは、画素を選択することができる機能を有している。または、トランジスタ112Aは、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ112Aは、選択用トランジスタ、スイッチング用トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ118Aは、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、照明機能を動作させるか否かを選択することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108をオン状態とするか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、照明機能を実現するかどうかを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ118Aは、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ118Aは、制御用トランジスタ、動作制御用トランジスタ、機能切り替え用トランジスタ、初期化用トランジスタ、などの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ120Aは、発光素子106Aとトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ120Aは、発光素子106Aに電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ120Aは、制御用トランジスタ、発光制御用トランジスタなどの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ114Aは、配線104とトランジスタ108のソースとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ114Aは、発光素子106Aに電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ114Aは、トランジスタ108に電流を流すか否かを制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ114Aは、制御用トランジスタ、発光制御用トランジスタなどの少なくとも一つの機能を有している。
トランジスタ116Aは、トランジスタ108のゲートとトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ116Aは、容量素子110の端子とトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御することができる機能を有している。または、トランジスタ116Aは、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御することができる機能を有している。または、トランジスタ116Aは、トランジスタ108のしきい値電圧を取得する動作を制御することができる機能を有している。よって、トランジスタ116Aは、制御用トランジスタ、しきい値電圧取得用トランジスタ、容量制御用トランジスタなどの少なくとも一つの機能を有している。
配線125は、配線102とトランジスタ108のソースとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、画素を選択する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、ビデオ信号を画素に供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、トランジスタ108のゲートとトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、容量素子110の端子とトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線125は、トランジスタ108のしきい値電圧を取得する動作を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線125は、制御用配線、しきい値電圧取得用配線、容量制御用配線、選択用配線、スイッチング用配線、制御用ゲート配線、しきい値電圧取得用ゲート配線、容量制御用ゲート配線、選択用ゲート配線、スイッチング用ゲート配線、などの少なくとも一つの機能を有している。
配線126は、配線124とトランジスタ108のゲートとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、照明機能を動作させるか否かを選択する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、トランジスタ108を線形領域で動作させるための電位を画素に供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、トランジスタ108を初期化するかどうかを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、トランジスタ108をオン状態とするか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、照明機能を実現するかどうかを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、容量素子110の端子をフローティング状態にするか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線126は、トランジスタ108のゲートに電圧を供給するか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線126は、制御用配線、動作制御用配線、機能切り替え用配線、初期化用配線、制御用ゲート配線、動作制御用ゲート配線、機能切り替え用ゲート配線、初期化用ゲート配線などの少なくとも一つの機能を有している。
配線127は、発光素子106Aとトランジスタ108のドレインとの間の導通状態を制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。または、配線127は、発光素子106Aに電流を流すか否かを制御する信号を供給したり伝達したりすることができる機能を有している。よって、配線127は、制御用配線、発光制御用配線、制御用ゲート配線、発光制御用ゲート配線などの少なくとも一つの機能を有している。
ここで、図18は、1画素分の回路図を示している。発光装置全体のブロック図を示す図9において、画素部501には、画素がマトリクス状に配置されている。例えば、図18に示す画素が、マトリクス状に配置されている。例えば、図18の場合には、配線125と配線126は、ゲート線駆動回路503Aと接続され、配線127は、ゲート線駆動回路503Bと接続されている。
次に、各行の配線125、配線126、配線127のタイミングチャートを示す。まず、第1の動作モードにおけるタイミングチャートについて述べる。ここでは、表示機能を実現する場合のタイミングチャートに相当する。図19に示すように、1行目の配線125(1)からN行目の配線125(N)へと、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ選択信号が入力されていく。同様に、1行目の配線126(1)からN行目の配線126(N)へと、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ選択信号が入力されていく。同様に、1行目の配線127(1)からN行目の配線127(N)へと、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ選択信号が入力されていく。
次に、第2の動作モードにおけるタイミングチャートについて述べる。ここでは、照明機能を実現する場合のタイミングチャートに相当する。図20に示すように、1行目の配線126(1)からN行目の配線126(N)へと、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ選択信号が入力されていく。同様に、1行目の配線127(1)からN行目の配線127(N)へと、1行ずつ、選択されていく。つまり、1行ずつ選択信号が入力されていく。一方、1行目の配線125(1)からN行目の配線125(N)は、選択されず、非選択状態のままとなっている。
このようにして、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
なお、照明機能を実現する場合、画像を表示する必要がないため、必ずしも、配線126を1行ずつスキャンしていく必要はない。あるいは、配線126を1度スキャンすれば、その後すぐにスキャンする必要はない。そのため、全行の配線126を一斉に選択状態にしてもよい。その場合、配線125は全行非選択状態とし、配線127は、全行選択状態としておくことが望ましい。そのような方法で照明機能を実現する場合のタイミングチャートを図21に示す。
なお、図21では、全行の配線126がずっと選択されていたが、図22に示すように、1フレーム期間ごとに全行を選択してもよい。または、図23に示すように、1度だけ選択してもよい。照明機能を実現する場合には、画像を表示する必要がないため、信号を書き換える必要がない。そのため、1度だけ選択して、その後は選択しないようにしてもよい。ただし、いったん、表示機能を実現するために、各画素の信号を書き換えた場合には、再度、照明機能を実現するモードに入る場合には、配線126を選択しなおす必要がある。
なお、図18では、スイッチとして、トランジスタ118Aを用いたが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、スイッチ118を、ダイオードを用いて実現してもよい。例えば、図24に示すように、ダイオード接続されたトランジスタ118Bと、配線126Aとを用いて実現してもよい。配線126Aは、配線126と同様に動作させればよい。
なお、図18などでは、トランジスタ108がPチャネル型の場合の例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。図3(C)、図3(D)と同様に、各配線の電位の大小関係を逆にしたり、発光素子106Aの向きを逆にすることなどにより、トランジスタ108がNチャネル型の場合でも同様に動作させることが出来る。その場合の回路例を、図25に示す。
次に、図19、図20、図21、図22、図23などのタイミングチャートを実現するためのゲート線駆動回路503Aの例を、図26および図27に示す。なお、ゲート線駆動回路503Bは、一例としては、ゲート線駆動回路503Aと同様な回路構成とすればよい。
図26では、ゲート線駆動回路503Aは、回路705、回路703を有している。回路705は、一例としては、シフトレジスタ回路、または、デコーダ回路を有しており、1行ずつ選択するようなパルス信号を出力することができる機能を有している。1行目の配線701(1)、2行目の配線701(2)、3行目の配線701(3)、4行目の配線701(4)、などから、順次パルス信号が出力される。そのパルス信号の一部は、回路703に入力される。回路703には、配線702が接続されている。配線702の信号に応じて、各行の配線125の信号が制御される。各行の配線125には、回路703A(1)、回路703A(2)、回路703A(3)回路703A(4)、などが接続されている。それらの回路は、一例としては、OR回路を有している。なお、OR回路は、AND回路、NOR回路、NAND回路、NOT回路のうちの少なくとも一つなどを用いても、同様の機能を実現することが可能である。
一方、図27では、各行の配線126には、回路703B(1)、回路703B(2)、回路703B(3)回路703B(4)、などが接続されている。それらの回路は、一例としては、AND回路を有している。なお、AND回路は、OR回路、NOR回路、NAND回路、NOT回路のうちの少なくとも一つなどを用いても、同様の機能を実現することが可能である。
なお、図15では、スイッチ118が、トランジスタ108のゲートに接続された場合の回路例を示したが、本発明の実施形態の一態様は、これに限定されない。例えば、スイッチ118は、トランジスタ108のドレインと接続されていてもよい。その場合の回路の例と、動作方法を、図28に示す。
まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図28(A)に示すように、スイッチ118とスイッチ116がオンになり、トランジスタ108が初期化される。この動作により、配線124の電位が、トランジスタ108のゲート及びドレインと容量素子110に入力される。その結果、トランジスタ108がオン状態となる。これは、トランジスタ108のしきい値電圧を取得するための初期化動作に相当する。次に、図28(B)に示すように、画素が選択されて、スイッチ112がオンになり、配線102から、ビデオ信号がトランジスタ108のソースに供給される。そして、スイッチ116がオン状態であり、スイッチ118がオフ状態であるため、容量素子110の電荷が放電されていく。そして、放電が止まった時、または、放電が少なくなったときに、トランジスタ108のしきい値電圧の取得が終了する。そして、図28(C)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ112とスイッチ116がオフになって、容量素子110にビデオ信号に応じた電圧が保持される。スイッチ114とスイッチ120とがオンであるため、負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、ビデオ信号の大きさに応じた大きさとなっている。そのとき、トランジスタ108のしきい値電圧の大きさのばらつきの影響が少なくなるような電流値となっている。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図28(D)に示すように、スイッチ118とスイッチ116がオンになり、トランジスタ108のゲート及びドレインと容量素子110に配線124の電位が供給される。スイッチ114がオンであり、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値が大きいため、負荷106には、大きな電流が流れる。なお、次に、図28(C)に示すように、スイッチ118とスイッチ116をオフにしてもよい。その場合、容量素子110に、配線124の電位が保持されることとなり、それに応じた大きさの電流がトランジスタ108から負荷106へ供給される。
本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせたり、適用したり、置き換えて実施することができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置の駆動方法の別の具体例について説明する。
実施の形態3では、照明機能を実現する場合に、スイッチ118をオン状態にして、トランジスタ108のゲートの電位を制御していた。本実施の形態では、配線102の電位を制御した場合の駆動方法の例を示す。
図17を用いて述べる。
まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図17(A)に示すように、スイッチ118がオンになり、トランジスタ108が初期化される。この動作により、配線124の電位が、トランジスタ108のゲートと容量素子110に入力される。その結果、トランジスタ108がオン状態となる。これは、トランジスタ108のしきい値電圧を取得するための初期化動作に相当する。次に、図17(B)に示すように、画素が選択されて、スイッチ112がオンになり、配線102から、ビデオ信号がトランジスタ108のソースに供給される。そして、スイッチ116がオン状態であり、スイッチ118がオフ状態であるため、容量素子110の電荷が放電されていく。そして、放電が止まった時、または、放電が少なくなったときに、トランジスタ108のしきい値電圧の取得が終了する。
このときの配線102の電位は、画像に応じて変化する。最も階調が小さいときの電位の値をSIGMIN、もっとも階調が大きいときの電位の値をSIGMAXとする。また、最も階調が小さいときのトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値をVGSMIN、もっとも階調が大きいときのトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値をVGSMAXとする。ここで、トランジスタ108がPチャネル型の場合には、電位の値SIGMINは、電位の値SIGMAXよりも高い。したがって、配線102の電位の値は、SIGMAX以上、SIGMIN以下の範囲となっている。また、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値は、VGSMIN以上、VGSMAX以下となっている。
そして、図17(C)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ112とスイッチ116がオフになって、容量110にビデオ信号に応じた電圧が保持される。スイッチ114とスイッチ120とがオンであるため、負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、ビデオ信号の大きさに応じた大きさとなっている。そのとき、トランジスタ108のしきい値電圧の大きさのばらつきの影響が少なくなるような電流値となっている。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図17(A)に示すように、スイッチ118がオンになり、トランジスタ108が初期化される。この動作により、配線124の電位が、トランジスタ108のゲートと容量素子110に入力される。その結果、トランジスタ108がオン状態となる。次に、図17(B)に示すように、画素が選択されて、スイッチ112がオンになり、配線102から、所定の信号がトランジスタ108のソースに供給される。そして、スイッチ116がオン状態であり、スイッチ118がオフ状態であるため、容量素子110の電荷が放電されていく。そして、放電が止まった時、または、放電が少なくなったときに、トランジスタ108のしきい値電圧の取得が終了する。
このときの配線102の電位の値は、もっとも階調が大きいときの電位の値SIGMAXよりも低い値となっている。したがって、配線102の電位の値は、電位の値SIGMAXよりも低い範囲となっている。また、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値は、VGSMAXよりも大きくなっている。
そして、図17(C)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ112とスイッチ116がオフになって、容量110に所定の信号に応じた電圧が保持される。スイッチ114とスイッチ120とがオンであるため、負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、非常に大きな値となっている。そのとき、発光素子の劣化の影響が出てしまうような電流値となっている。つまり、トランジスタ108は、定電圧駆動を行っている状態となっている。
このような駆動方法を用いると、各列の配線102の電位をそれぞれ制御することが出来る。そのため、ある列の配線102の電位では、定電圧駆動を行うような電位になっており、別の列の配線102の電位では、非発光状態にするような電位にすることもできる。または、別の列の配線102の電位では、定電流駆動を行うような電位にすることもできる。つまり、1行の中で、画素ごとに異なった状態にすることが出来る。
このようにして、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
次に、別の例について図7を用いて述べる。なお、図7において、スイッチ118や配線124は、設けられていなくてもよい。
まず、第1の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、表示機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図7(A)に示すように、画素が選択されて、スイッチ312がオンになり、配線102から、ビデオ信号がトランジスタ108のゲートに供給される。
このときの配線102の電位は、画像に応じて変化する。最も階調が小さいときの電位の値をSIGMIN、もっとも階調が大きいときの電位の値をSIGMAXとする。また、最も階調が小さいときのトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値をVGSMIN、もっとも階調が大きいときのトランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値をVGSMAXとする。ここで、トランジスタ108がPチャネル型の場合には、電位の値SIGMINは、電位の値SIGMAXよりも高い。したがって、配線102の電位の値は、SIGMAX以上、SIGMIN以下の範囲となっている。また、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値は、VGSMIN以上、VGSMAX以下となっている。
そして、図7(B)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ312がオフになって、ビデオ信号に応じた電圧が容量素子110に保持される。負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、ビデオ信号の大きさに応じた大きさとなっている。
次に、第2の動作モードにおける駆動方法について述べる。ここでは、照明機能を実現する場合の駆動方法に相当する。まず、図7(A)に示すように、画素が選択されて、スイッチ312がオンになり、配線102から、所定の信号がトランジスタ108のゲートに供給される。
このときの配線102の電位の値は、もっとも階調が大きいときの電位の値SIGMAXよりも低い値となっている。したがって、配線102の電位の値は、SIGMAXよりも低い範囲となっている。また、トランジスタ108のゲートソース間電圧の絶対値は、VGSMAXよりも大きくなっている。
そして、図7(B)に示すように、画素が非選択となり、スイッチ312がオフになって、容量110に信号に応じた電圧が保持される。負荷106には、トランジスタ108によって、電流が供給される。その電流の大きさは、非常に大きな値となっている。そのとき、発光素子の劣化の影響が出てしまうような電流値となっている。つまり、トランジスタ108は、定電圧駆動を行っている状態となっている。
このような駆動方法を用いると、各列の配線102の電位をそれぞれ制御することが出来る。そのため、ある列の配線102の電位では、定電圧駆動を行うような電位になっており、別の列の配線102の電位では、非発光状態にするような電位にすることもできる。または、別の列の配線102の電位では、定電流駆動を行うような電位にすることもできる。つまり、1行の中で、画素ごとに異なった状態にすることが出来る。
このようにして、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
このように、配線102から供給される信号の大きさを制御することによって、トランジスタ108の動作領域を制御することが出来る。その結果、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。よって、様々な画素回路においても同様に、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせたり、適用したり、置き換えて実施することができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の発光装置と、撮像素子とを有する電子機器の具体例について説明する。
図29に、電子機器601の例を示す。図29(A)は、電子機器601のおもて面から見た上面図、図29(B)は、その断面図を示す。図30(A)は、電子機器601のうら面から見た上面図、図29(B)は、その断面図を示す。電子機器601は、例えば、タブレット型携帯端末、スマートフォン、携帯電話、携帯型コンピュータ、携帯型情報端末、携帯型電子書籍、携帯型カメラなどに相当する。
図29(A)に示すように、電子機器601のおもて面には、表示装置602と、カメラ部603とが設けられている。
図30(A)に示すように、電子機器601のうら面には、カメラ部604が設けられている。
ここで、表示装置602として、他の実施の形態で述べた発光装置などを用いることが出来る。そのため、通常の作業を行う場合には、表示装置602を使って、閲覧したり、入力したりする。また、カメラ部603や604を使って、撮影を行う場合、あるときには、表示装置602に、撮影状況が表示されたり、通話相手の画像が表示されたりする。または、カメラ部603を使って、撮影を行う場合、別のときには、照明として機能する。つまり、表示装置602から、被写体を照らして、表示装置602をフラッシュやストロボとして使用する。このように、表示機能と照明機能とを切り替える場合には、他の実施の形態で述べた駆動方法を用いることによって、適切な動作を行うことができ、明るい輝度で被写体を照射することが出来る。その結果、きれいな画像を撮影することが出来る。
このようにして、表示機能と、照明機能とを切り替えて、動作させることが出来る。
本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせたり、適用したり、置き換えて実施することができる。
(実施の形態6)
本実施の形態では、トランジスタの構造の一例について図31(A)、図31(B)、及び図31(C)を参照して説明する。
図31(A)は、トップゲート型のトランジスタの構成の一例である。図31(B)は、ボトムゲート型のトランジスタの構成の一例である。図31(C)は、半導体基板を用いて作製されるトランジスタの構造の一例である。
図31(A)には、基板5260と、基板5260の上に形成される絶縁層5261と、絶縁層5261の上に形成され、領域5262a、領域5262b、領域5262c、領域5262d、及び5262eを有する半導体層5262と、半導体層5262を覆うように形成される絶縁層5263と、半導体層5262及び絶縁層5263の上に形成される導電層5264と、絶縁層5263及び導電層5264の上に形成され、開口部を有する絶縁層5265と、絶縁層5265の上及び絶縁層5265の開口部に形成される導電層5266と、導電層5266の上及び絶縁層5265の上に形成され、開口部を有する絶縁層5267と、絶縁層5267の上及び絶縁層5267の開口部に形成される導電層5268と、絶縁層5267の上及び導電層5268の上に形成され、開口部を有する絶縁層5269と、絶縁層5269の上及び絶縁層5269の開口部に形成される発光層5270と、絶縁層5269の上及び発光層5270の上に形成される導電層5271とを示す。
図31(B)には、基板5300と、基板5300の上に形成される導電層5301と、導電層5301を覆うように形成される絶縁層5302と、導電層5301及び絶縁層5302の上に形成される半導体層5303aと、半導体層5303aの上に形成される半導体層5303bと、半導体層5303bの上及び絶縁層5302の上に形成される導電層5304と、絶縁層5302の上及び導電層5304の上に形成され、開口部を有する絶縁層5305と、絶縁層5305の上及び絶縁層5305の開口部に形成される導電層5306と、絶縁層5305の上及び導電層5306の上に配置される液晶層5307と、液晶層5307の上に形成される導電層5308とを示す。
図31(C)には、領域5353及び領域5355を有する半導体基板5352と、半導体基板5352の上に形成される絶縁層5356と、半導体基板5352の上に形成される絶縁層5354と、絶縁層5356の上に形成される導電層5357と、絶縁層5354、絶縁層5356、及び導電層5357の上に形成され、開口部を有する絶縁層5358と、絶縁層5358の上及び絶縁層5358の開口部に形成される導電層5359とを示す。こうして、領域5350と領域5351とに、各々、トランジスタが作製される。
絶縁層5261は、下地膜として機能することが可能である。絶縁層5354は、素子間分離層(例えばフィールド酸化膜)として機能する。絶縁層5263、絶縁層5302、絶縁層5356は、ゲート絶縁膜として機能することが可能である。導電層5264、導電層5301、導電層5357は、ゲート電極として機能することが可能である。絶縁層5265、絶縁層5267、絶縁層5305、及び絶縁層5358は、層間膜、又は平坦化膜として機能することが可能である。導電層5266、導電層5304、及び導電層5359は、配線、トランジスタの電極、又は容量素子の電極などとして機能することが可能である。導電層5268、及び導電層5306は、画素電極、又は反射電極などとして機能することが可能である。絶縁層5269は、隔壁として機能することが可能である。導電層5271、及び導電層5308は、対向電極、又は共通電極などとして機能することが可能である。
基板5260、及び基板5300の一例としては、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、金属基板、ステンレス基板、又は可撓性基板などがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。他にも、貼り合わせフィルム(ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニルなど)、繊維状な材料を含む紙、基材フィルム(ポリエステル、ポリアミド、無機蒸着フィルム、紙類等)などがある。
半導体基板5352としては、一例として、n型又はp型の導電型を有する単結晶Si基板を用いることが可能である。ただし、これに限定されず、基板5260と同様なものを用いることが可能である。領域5353は、一例として、半導体基板5352に不純物が添加された領域であり、ウェルとして機能する。例えば、半導体基板5352がp型の導電型を有する場合、領域5353は、n型の導電型を有し、nウェルとして機能する。一方、半導体基板5352がn型の導電型を有する場合、領域5353は、p型の導電型を有し、pウェルとして機能する。領域5355は、一例として、不純物が半導体基板5352に添加された領域であり、ソース領域又はドレイン領域として機能する。なお、半導体基板5352に、LDD領域を形成することが可能である。
絶縁層5261の一例としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)などの酸素若しくは窒素を有する膜、又はこれらの積層構造などがある。絶縁層5261が2層構造で設けられる場合の一例としては、1層目の絶縁膜として窒化珪素膜を設け、2層目の絶縁膜として酸化珪素膜を設けることが可能である。絶縁層5261が3層構造で設けられる場合の一例としては、1層目の絶縁膜として酸化珪素膜を設け、2層目の絶縁膜として窒化珪素膜を設け、3層目の絶縁膜として酸化珪素膜を設けることが可能である。
半導体層5262、半導体層5303a、及び半導体層5303bの一例としては、非単結晶半導体(非晶質(アモルファス)シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンなど)、単結晶半導体、化合物半導体若しくは酸化物半導体(ZnO、InGaZnO、SiGe、GaAs、IZO、ITO、SnO)、有機半導体、又はカーボンナノチューブなどがある。
なお、例えば、領域5262aは、不純物が半導体層5262に添加されていない真性の状態であり、チャネル領域として機能する。ただし、領域5262aに微少な不純物を添加することが可能であり、領域5262aに添加される不純物は、領域5262b、領域5262c、領域5262d、又は領域5262eに添加される不純物の濃度よりも低いことが好ましい。領域5262b、及び領域5262dは、低濃度に不純物が添加された領域であり、LDD(Lightly Doped Drain:LDD)領域として機能する。ただし、領域5262b、及び領域5262dを省略することが可能である。領域5262c、及び領域5262eは、高濃度に不純物が半導体層5262に添加された領域であり、ソース領域又はドレイン領域として機能する。
なお、半導体層5303bは、不純物元素としてリンなどが添加された半導体層であり、n型の導電型を有する。
なお、半導体層5303aとして、酸化物半導体、又は化合物半導体が用いられる場合、半導体層5303bを省略することが可能である。
絶縁層5263、絶縁層5302、及び絶縁層5356の一例としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)などの酸素若しくは窒素を有する膜、又はこれらの積層構造などがある。
導電層5264、導電層5266、導電層5268、導電層5271、導電層5301、導電層5304、導電層5306、導電層5308、導電層5357、及び導電層5359の一例としては、単層構造の導電膜、又はこれらの積層構造などがある。当該導電膜の一例としては、アルミニウム(Al)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、ネオジム(Nd)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニオブ(Nb)、シリコン(Si)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、炭素(C)、スカンジウム(Sc)、亜鉛(Zn)、リン(P)、ボロン(B)、ヒ素(As)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、錫(Sn)、酸素(O)によって構成される群から選ばれた一つの元素の単体膜、又は、前記群から選ばれた一つ又は複数の元素を含む化合物などがある。当該化合物の一例としては、前記群から選ばれた一つ若しくは複数の元素を含む合金(インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物(ITSO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)、酸化錫カドミウム(CTO)、アルミネオジム(Al−Nd)、マグネシウム銀(Mg−Ag)、モリブデンニオブ(Mo−Nb)、モリブデンタングステン(Mo−W)、モリブデンタンタル(Mo−Ta)などの合金材料)、前記群から選ばれた一つ若しくは複数の元素と窒素との化合物(窒化チタン、窒化タンタル、窒化モリブデンなどの窒化膜)、又は、前記群から選ばれた一つ若しくは複数の元素とシリコンとの化合物(タングステンシリサイド、チタンシリサイド、ニッケルシリサイド、アルミシリコン、モリブデンシリコンなどのシリサイド膜)などがある。他にも、カーボンナノチューブ、有機ナノチューブ、無機ナノチューブ、又は金属ナノチューブなどのナノチューブ材料がある。
なお、シリコン(Si)は、n型不純物(リンなど)、又はp型不純物(ボロンなど)を含むことが可能である。
なお、銅が導電層として用いられる場合、密着性を向上させるために積層構造にすることが好ましい。
なお、酸化物半導体、又はシリコンと接触する導電層としては、モリブデン又はチタンを用いることが好ましい。
なお、導電層としてネオジムとアルミニウムとの合金材料を用いることによって、アルミニウムがヒロックを起こしにくくなる。
なお、導電層として、シリコンなどの半導体材料を用いる場合、シリコンなどの半導体材料をトランジスタが有する半導体層と同時に形成することが可能である。
なお、ITO、IZO、ITSO、ZnO、Si、SnO、CTO、又はカーボンナノチューブなどは、透光性を有しているので、これらの材料を画素電極、対向電極、又は共通電極などの光を透過させる部分に用いることが可能である。
なお、低抵抗材料(例えばアルミニウムなど)を用いて積層構造とすることによって、配線の抵抗を小さくすることができる。
なお、低耐熱性の材料(例えばアルミニウムなど)を、高耐熱性の材料(例えばモリブデン、チタン、ネオジムなど)によって挟む積層構造にすることによって、低耐熱性の材料の持つメリットを生かしつつ、配線、電極などの耐熱性を高くすることができる。
なお、他の材料に反応して性質が変わってしまう材料を、当該他の材料に反応しにくい材料によって挟んだり、覆ったりすることが可能である。例えば、ITOとアルミニウムとを接続させる場合は、ITOとアルミニウムとの間に、ネオジム合金、チタン、モリブデンなどを挟むことが可能である。例えば、シリコンとアルミニウムとを接続させる場合は、シリコンとアルミニウムとの間に、ネオジム合金、チタン、モリブデンを挟むことが可能である。なお、これらの材料は、配線、電極、導電層、導電膜、端子、ビア、プラグなどにも用いることが可能である。
絶縁層5265、絶縁層5267、絶縁層5269、絶縁層5305、及び絶縁層5358の一例としては、単層構造の絶縁膜、又はこれらの積層構造などがある。当該絶縁膜の一例としては、酸化珪素(SiOx)、窒化珪素(SiNx)、若しくは酸化窒化珪素(SiOxNy)(x>y)、窒化酸化珪素(SiNxOy)(x>y)等の酸素若しくは窒素を含む膜、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)等の炭素を含む膜、又は、シロキサン樹脂、エポキシ、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルフェノール、ベンゾシクロブテン、若しくはアクリル等の有機材料などがある。
発光層5270の一例としては、有機EL素子、又は無機EL素子などがある。有機EL素子の一例としては、正孔注入材料からなる正孔注入層、正孔輸送材料からなる正孔輸送層、発光材料からなる発光層、電子輸送材料からなる電子輸送層、電子注入材料からなる電子注入層など、若しくはこれらの材料のうち複数の材料を混合した層の単層構造、若しくはこれらの積層構造などがある。
液晶層5307の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC)、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、プラズマアドレス液晶(PALC)、バナナ型液晶などを挙げることができる。また、液晶の駆動方式としては、TN(Twisted Nematic)モード、STN(Super Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モード、MVA(Multi−domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal)モード、ゲストホストモード、ブルー相(Blue Phase)モードなどがある。
なお、絶縁層5305の上及び導電層5306の上には、配向膜として機能する絶縁層、突起部として機能する絶縁層などを形成することが可能である。
なお、導電層5308の上には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、又は突起部として機能する絶縁層などを形成することが可能である。導電層5308の下には、配向膜として機能する絶縁層を形成することが可能である。
なお、図31(A)の断面構造において、絶縁層5269、発光層5270、及び導電層5271を省略し、図31(B)に示す液晶層5307、導電層5308を絶縁層5267の上及び導電層5268の上に形成することが可能である。
なお、図31(B)の断面構造において、液晶層5307、導電層5308を省略し、図31(A)に示す絶縁層5269、発光層5270、及び導電層5271を絶縁層5305の上及び導電層5306の上に形成することが可能である。
なお、図31(C)の断面構造において、絶縁層5358及び導電層5359の上に、図31(A)に示す絶縁層5269、発光層5270、及び導電層5271を形成することが可能である。あるいは、図31(B)に示す液晶層5307、導電層5308を絶縁層5267の上及び導電層5268に形成することが可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態の一部または全部について、変更、追加、修正、削除、応用、上位概念化、又は、下位概念化したものに相当する。したがって、本実施の形態の一部または全部について、他の実施の形態の一部または全部と自由に組み合わせたり、適用したり、置き換え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、本発明の一態様の半導体装置を適用した表示モジュールについて、図32を用いて説明を行う。
図32に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリー8011を有する。なお、バックライトユニット8007、バッテリー8011、タッチパネル8004などは、設けられない場合もある。
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。
上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006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。
タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。または、表示パネル8006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、容量型式のタッチパネルとすることも可能である。
バックライトユニット8007は、光源8008を有する。光源8008をバックライトユニット8007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。
フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリー8011による電源であってもよい。バッテリー8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール8000には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
なお、表示面と同じ面に、カメラ部を設けてもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態8)
本実施の形態においては、電子機器の例について説明する。以下に示す電子機器において、表示面と同じ面にカメラ部を設ければよい。
図33(A)乃至図33(H)、図34(A)乃至図34(D)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することができる。
図33(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図33(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図33(C)はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、イヤホン5013、等を有することができる。図33(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図33(E)はプロジェクタであり、上述したものの他に、光源5033、投射レンズ5034、等を有することができる。図33(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図33(G)はテレビ受像器であり、上述したものの他に、チューナ、画像処理部、等を有することができる。図33(H)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。図34(A)はディスプレイであり、上述したものの他に、支持台5018、等を有することができる。図34(B)はカメラであり、上述したものの他に、外部接続ポート5019、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図34(C)はコンピュータであり、上述したものの他に、ポインティングデバイス5020、外部接続ポート5019、リーダ/ライタ5021、等を有することができる。図34(D)は携帯電話機であり、上述したものの他に、アンテナ5014、携帯電話・移動端末向けの1セグメント部分受信サービス用チューナ、等を有することができる。
図33(A)乃至図33(H)、図34(A)乃至図34(D)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図33(A)乃至図33(H)、図34(A)乃至図34(D)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。
次に、半導体装置の応用例を説明する。
図34(E)に、半導体装置を、建造物と一体にして設けた例について示す。図34(E)は、筐体5022、表示部5023、操作部であるリモコン装置5024、スピーカ5025等を含む。半導体装置は、壁かけ型として建物と一体となっており、設置するスペースを広く必要とすることなく設置可能である。
図34(F)に、建造物内に半導体装置を、建造物と一体にして設けた別の例について示す。表示パネル5026は、ユニットバス5027と一体に取り付けられており、入浴者は表示パネル5026の視聴が可能になる。
なお、本実施の形態において、建造物として壁、ユニットバスを例としたが、本実施の形態はこれに限定されず、様々な建造物に半導体装置を設置することができる。
次に、半導体装置を、移動体と一体にして設けた例について示す。
図34(G)は、半導体装置を、自動車に設けた例について示した図である。表示パネル5028は、自動車の車体5029に取り付けられており、車体の動作又は車体内外から入力される情報をオンデマンドに表示することができる。なお、ナビゲーション機能を有していてもよい。
図34(H)は、半導体装置を、旅客用飛行機と一体にして設けた例について示した図である。図34(H)は、旅客用飛行機の座席上部の天井5030に表示パネル5031を設けたときの、使用時の形状について示した図である。表示パネル5031は、天井5030とヒンジ部5032を介して一体に取り付けられており、ヒンジ部5032の伸縮により乗客は表示パネル5031の視聴が可能になる。表示パネル5031は乗客が操作することで情報を表示する機能を有する。
なお、本実施の形態において、移動体としては自動車車体、飛行機車体について例示したがこれに限定されず、自動二輪車、自動四輪車(自動車、バス等を含む)、電車(モノレール、鉄道等を含む)、船舶等、様々なものに設置することができる。