WO2019162801A1 - 表示装置の動作方法 - Google Patents
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- G09G2310/0235—Field-sequential colour display
Definitions
- One embodiment of the present invention relates to a display device and an operation method thereof.
- one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
- the technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method.
- one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). Therefore, the technical field of one embodiment of the present invention disclosed in this specification more specifically includes a semiconductor device, a display device, a liquid crystal display device, a light-emitting device, a lighting device, a power storage device, a memory device, an imaging device, A driving method or a manufacturing method thereof can be given as an example.
- a semiconductor device refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
- a transistor and a semiconductor circuit are one embodiment of a semiconductor device.
- a memory device, a display device, an imaging device, and an electronic device may include a semiconductor device.
- each pixel is provided with a plurality of sub-pixels having color filters (for example, red, green, and blue) that transmit only light having a wavelength exhibiting a specific color.
- a desired color is formed by controlling transmission of white light for each sub-pixel and mixing a plurality of colors for each pixel.
- a display device that performs display by the latter is provided with a plurality of light sources (for example, red, green, and blue) that emit light having different colors.
- the plurality of light sources emit light sequentially, and a desired color is formed by controlling the transmission of light exhibiting each color for each pixel. That is, the former is a method of forming a desired color by dividing the area of one pixel for each light exhibiting a specific color, and the latter is desired by dividing the display period by time for each light exhibiting a specific color. This is a method of forming a color.
- a display device that performs display by the field sequential method has the following advantages compared to a display device that performs display by a color filter method.
- Patent Documents 1 and 2 disclose a display device that performs display by a field sequential method. Specifically, in Patent Document 1, image data for each pixel is supplied by simultaneously supplying image data to pixels arranged in a plurality of rows without changing the response speed of a transistor or the like included in the display device. The input frequency can be increased. In Patent Document 2, writing image data to pixels arranged in a row isolated from the specific row is performed following writing of image data to pixels arranged in the specific row. Thus, it is possible to sequentially write image data and turn on the backlight for each specific pixel, instead of writing image data and turning on the backlight for all the pixels.
- a display device that performs display by a field sequential method and has a liquid crystal device as a display device
- the image data is written to the pixels of the last row.
- a waiting time occurs even after the response of the liquid crystal device is completed for pixels other than the last row. Therefore, the operation of the display device is more than when image data is written to all pixels simultaneously. The speed is reduced.
- a phenomenon called a color break occurs in which the frame frequency is lowered and the images of the respective colors are individually viewed without being synthesized.
- the operation speed of the display device can be reduced even when writing image data for each row. This can be equivalent to the case where image data is written to all pixels simultaneously.
- the manufacturing cost of the display device may increase, and the degree of freedom of light source arrangement may be reduced.
- An object of one embodiment of the present invention is to provide a display device that operates at high speed. Another object is to provide a display device capable of displaying a high-quality image. Another object is to provide a low-cost display device. Another object is to provide a display device with low power consumption. Another object is to provide a display device with high reliability. Another object is to provide a novel display device. Another object is to provide a novel semiconductor device or the like.
- Another object is to provide a method for operating a display device that operates at high speed. Another object is to provide a method for operating a display device capable of displaying a high-quality image. Another object is to provide a method for operating a low-cost display device. Another object is to provide a method for operating a display device with low power consumption. Another object is to provide a method for operating a display device with high reliability. Another object is to provide a novel method for operating a display device. Another object is to provide a method for operating a novel semiconductor device or the like.
- One embodiment of the present invention includes a display portion provided with pixels.
- the display portion has a function of displaying an image of a first color and an image of a second color.
- a first period in which data and first data are written to the pixels a second period in which an image of the first color corresponding to the first image data is displayed on the display unit, and the first image Based on the data and the first data, a third period in which the second image data is generated inside the pixel, and an image of the second color corresponding to the second image data is displayed on the display unit.
- a fourth period during which the display device operates.
- the second image data is stored inside the pixel based on the first image data and the first data. It may be generated.
- the third period may be shorter than the first period.
- the display device includes a source driver, the source driver is electrically connected to the pixel via the first data line, and the source driver is connected to the pixel via the second data line.
- the source driver is electrically connected and has a function of generating first image data and first data. In the first period, the first image data is transmitted via the first data line. The first data written to the pixel may be written to the pixel via the second data line.
- One embodiment of the present invention includes a display portion provided with pixels, and the display portion displays a first color image, a second color image, and a third color image.
- a first period in which the first image data and the first data are written to the pixels, and a second color image corresponding to the first image data is displayed on the display unit.
- a fourth period in which an image of two colors is displayed on the display unit, a fifth period in which the third image data and the second data are written to the pixels, and a third period corresponding to the third image data.
- the fourth image data inside the pixel based on the sixth period for displaying the three-color image on the display unit, the third image data, and the second data.
- the second image data is stored inside the pixel based on the first image data and the first data.
- generating a fourth image data inside the pixel based on the third image data and the second data by supplying a reference potential to the pixel in the seventh period.
- sixth image data may be generated inside the pixel based on the fifth image data and the third data by supplying a reference potential to the pixel.
- the third, seventh, and eleventh periods may be shorter than the first, fifth, and ninth periods.
- the display device includes a source driver, the source driver is electrically connected to the pixel via the first data line, and the source driver is connected to the pixel via the second data line.
- the source driver is electrically connected and has a function of generating first, third, and fifth image data and first to third data, and the first image data in the first period. Is written to the pixel via the first data line, the first data is written to the pixel via the second data line, and in the fifth period, the third image data is the first data The second data is written to the pixel via the data line, the second data is written to the pixel via the data line, and the fifth image data is sent via the first data line in the ninth period. The third data written to the pixel is the second data It may be written into the pixel through.
- the pixel may include a memory circuit and a display device, and the memory circuit may be electrically connected to the first data line and the second data line.
- the memory circuit includes a first transistor, a second transistor, and a capacitor, and one of the source and the drain of the first transistor is electrically connected to one electrode of the capacitor.
- the other of the source and the drain of the first transistor is electrically connected to the first data line, and one of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to the other electrode of the capacitor.
- the other of the source and the drain of the second transistor may be electrically connected to the second data line.
- the first transistor includes a metal oxide in a channel formation region, and the metal oxide includes In, Zn, and M (M is Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf).
- the display device may be a liquid crystal device.
- a display device that operates at high speed can be provided.
- a display device that can display a high-quality image can be provided.
- a low-cost display device can be provided.
- a display device with low power consumption can be provided.
- a highly reliable display device can be provided.
- a novel display device can be provided.
- a novel semiconductor device or the like can be provided.
- a method for operating a display device that operates at high speed can be provided.
- a method for operating a display device capable of displaying a high-quality image can be provided.
- a method for operating a low-cost display device can be provided.
- a method for operating a display device with low power consumption can be provided.
- a method for operating a display device with high reliability can be provided.
- a novel method for operating a display device can be provided.
- a method for operating a novel semiconductor device or the like can be provided.
- FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure example of a display device and a circuit diagram illustrating a structure example of a pixel circuit.
- 8A and 8B illustrate an example of an operation method of a display device.
- 6 is a timing chart illustrating an example of an operation method of a display device.
- FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of an operation method of a display device.
- FIG. 6 is a block diagram illustrating a structure example of a display device and a circuit diagram illustrating a structure example of a pixel circuit.
- 8A and 8B illustrate an example of an operation method of a display device. 6 is a timing chart illustrating an example of an operation method of a display device.
- FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of an operation method of a display device.
- FIG. 10 is a circuit diagram illustrating an example of an operation method of a display device.
- Sectional drawing which shows the structural example of a display apparatus.
- FIG. 6 is a top view illustrating a structure example of a pixel.
- Sectional drawing which shows the structural example of a display apparatus.
- Sectional drawing which shows the structural example of a display apparatus.
- FIG. 14 illustrates an example of an electronic device. The figure which shows the operation
- first image data and first data are written to a pixel, an image corresponding to the first image data is displayed, and then the first image data and the first data are used as a basis.
- This is an operation method of a display device that generates second image data inside a pixel and displays an image corresponding to the second image data.
- the second image data can be switched at a higher speed than the case where the second image data is written into the pixel from the outside of the pixel in the same manner as the first image data, so that the display device can be operated at a higher speed. Can do.
- the pixel included in the display device of one embodiment of the present invention includes a memory circuit in addition to the display device.
- a memory circuit By holding the first image data in the memory circuit, an image corresponding to the first image data is displayed, and then the second image is generated inside the pixel based on the first image data and the first data. Data can be generated.
- the operation method of the display device of one embodiment of the present invention can be applied to a display device that performs display by, for example, a field sequential method and includes a liquid crystal device as a display device.
- a display device is provided with a plurality of light sources (for example, red, green, and blue) that emit light having different colors. Then, the plurality of light sources emit light sequentially, and an image is displayed by controlling the transmission of light having each color for each pixel. That is, the display period is divided in time for each light exhibiting a specific color. Therefore, in a display device that does not operate at high speed, for example, the frame frequency may decrease, and a color break may occur.
- the first image data can be image data corresponding to, for example, one of red, green, and blue.
- the second image data can be image data corresponding to one color different from the first image data.
- the color of the displayed image can be switched by switching the image to be displayed from the image corresponding to the first image data to the image corresponding to the second image data.
- displayed images can be switched at high speed. Therefore, the frame frequency can be increased even when display is performed by a field sequential method. For example, the occurrence of color breaks can be suppressed. Thereby, the quality of the image displayed by the display device can be improved.
- FIG. 1A illustrates a structural example of a display device 10 which is a display device of one embodiment of the present invention.
- the display device 10 includes a display unit 12 in which pixels 11 are arranged in a matrix of m rows and n columns, a gate driver 13, and a source driver 14.
- the pixel 11 is provided with a memory circuit 15.
- the pixel 11 in the first row and the first column is described as a pixel 11 [1, 1]
- the pixel 11 in the m row and the n column is described as a pixel 11 [m, n]. Note that the same notation may be used for other elements.
- the pixel 11 is electrically connected to another pixel 11 in the same row via a wiring 21 and is electrically connected to another pixel 11 in the same row via a wiring 22.
- the pixel 11 is electrically connected to another pixel 11 in the same column via the wiring 31, and is electrically connected to another pixel 11 in the same column via the wiring 32.
- the gate driver 13 is electrically connected to the m wirings 21 and the m wirings 22.
- the source driver 14 is electrically connected to the n wirings 31 and the n wirings 32.
- the gate driver 13 has a function of supplying a signal to the pixel 11 through the wiring 21 and controlling the operation of the pixel 11.
- the gate driver 13 has a function of supplying a signal to the pixel 11 through the wiring 22 and controlling the operation of the pixel 11.
- the wiring 21 and the wiring 22 have a function as a scanning line.
- the source driver 14 has a function of supplying the generated image data and the like to the pixel 11 via the wiring 31.
- the source driver 14 has a function of supplying the generated data and the like to the pixel 11 via the wiring 32.
- the wiring 31 and the wiring 32 have a function as a data line.
- image data refers to data representing an image displayed on the display unit 12 or the like. That is, it can be said that the display unit 12 has a function of displaying an image corresponding to the image data.
- the memory circuit 15 has a function of holding image data supplied to the pixel 11 through the wiring 31.
- the memory circuit 15 has a function of generating and holding new image data based on the held image data and the data supplied to the pixel 11 via the wiring 32. That is, the new image data can be said to be image data generated inside the pixel 11.
- the display device 10 can perform display by a field sequential method.
- the image data supplied to the pixel 11 via the wiring 31 and the image data generated inside the pixel 11 based on the image data can be image data corresponding to different colors.
- the image data supplied to the pixel 11 via the wiring 31 can be image data representing a red image.
- the image data generated inside the pixel 11 based on the image data can be image data representing a green image.
- the display device 10 may not have a function of performing display by a field sequential method.
- both the image data supplied to the pixel 11 via the wiring 31 and the image data generated inside the pixel 11 represent image data representing all of a red image, a green image, and a blue image. It can be.
- the display unit 12 includes, for example, a subpixel having a function of displaying a red image and a subpixel having a function of displaying a green image.
- a pixel and a pixel including a sub-pixel having a function of displaying a blue image can be provided.
- the pixel 11 corresponds to the subpixel.
- the display device 10 may have a function of displaying an image in white in addition to red, green, and blue. Further, in addition to the above color or instead of the above color, a function of displaying an image in yellow, magenta, cyan, or the like may be provided.
- FIG. 1B is a diagram illustrating a configuration example of the pixel 11.
- the pixel 11 includes a transistor 41, a transistor 42, a capacitor 51, a capacitor 52, and a display device 60.
- the memory circuit 15 provided in the pixel 11 includes the transistor 41, the transistor 42, and the capacitor 52.
- the transistor 41 and the transistor 42 are both n-channel transistors; however, one or both of the transistors may be p-channel transistors.
- a liquid crystal device can be used as the display device 60.
- the display device 10 is provided with a light source such as a backlight.
- the light emitted from the light source passes through the display device 60 that is a liquid crystal device and is emitted to the display surface of the display unit 12.
- the display device 10 can be a transmissive liquid crystal display device. Note that the light source is not shown in FIG.
- the display device 10 has a function of performing display by a field sequential method, light sources (for example, red, green, and blue) that emit light of different colors are provided, and the plurality of light sources emit light sequentially.
- An image is displayed on the display unit 12 by controlling the transmission of light by the display device 60 each time the light source that emits light is switched. That is, the display period is divided into time for each color.
- One of the source and the drain of the transistor 41 is electrically connected to one electrode of the capacitor 52.
- One of a source and a drain of the transistor 42 is electrically connected to the other electrode of the capacitor 52.
- One electrode of the capacitor 52 is electrically connected to one electrode of the capacitor 51.
- One electrode of the capacitive element 51 is electrically connected to one electrode of the display device 60.
- a node where one of the source and drain of the transistor 41, one electrode of the capacitor 52, one electrode of the capacitor 51, and one electrode of the display device 60 is electrically connected is referred to as a node NM1.
- a node where one of the source and the drain of the transistor 42 and the other electrode of the capacitor 52 are electrically connected is a node NA. That is, it can be said that the node NM1 and the node NA are provided in the memory circuit 15.
- the other of the source and the drain of the transistor 41 is electrically connected to the wiring 31.
- the other of the source and the drain of the transistor 42 is electrically connected to the wiring 32.
- a gate of the transistor 41 is electrically connected to the wiring 21.
- a gate of the transistor 42 is electrically connected to the wiring 22.
- the other electrode of the capacitor 51 is electrically connected to the wiring 61.
- the other electrode of the display device 60 is electrically connected to the wiring 62.
- the wiring 61 and the wiring 62 function as power supply lines. For example, a ground potential is supplied to the wiring 61 and the wiring 62.
- the transistors 41 and 42 have a function as a switch. Here, on or off of the transistor 41 is controlled based on a signal supplied via the wiring 21. In addition, the conduction or non-conduction of the transistor 42 is controlled based on a signal supplied through the wiring 22.
- image data or the like supplied via the wiring 31 is written as a charge (potential) to the node NM1, and by turning off the transistor 41, image data or the like written to the node NM1. Is retained.
- data or the like supplied through the wiring 32 is written to the node NA as a charge (potential)
- the transistor 42 is turned off, the data or the like written to the node NA is written. Is retained.
- the transistors 41 and 42 by using transistors with extremely low off-state current for the transistors 41 and 42, leakage of charges held at the node NM1 and the node NA can be extremely reduced. Thereby, the potentials of the node NM1 and the node NA can be held for a long time.
- a transistor using a metal oxide for a channel formation region hereinafter referred to as an OS transistor can be used.
- a metal oxide having a band gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more can be used.
- the oxide semiconductor includes indium, for example, a CAAC-OS or a CAC-OS described later can be used.
- the CAAC-OS is a crystalline oxide semiconductor.
- a transistor including the crystalline oxide semiconductor can be improved in reliability, and thus is preferably used for the display device of one embodiment of the present invention.
- the CAC-OS exhibits high mobility characteristics, it is suitable for a transistor that performs high-speed driving.
- an OS transistor Since the OS transistor has a large band gap, it exhibits extremely low off-state current characteristics.
- an OS transistor has characteristics different from a transistor having Si in a channel formation region (hereinafter referred to as a Si transistor), such as impact ionization, avalanche breakdown, and a short channel effect, and has a highly reliable circuit. Can be formed.
- Si transistors may be used for the transistors 41 and 42.
- an OS transistor may be used for one of the transistor 41 and the transistor 42, and a Si transistor may be used for the other.
- an OS transistor may be used as the transistor 41 and a Si transistor may be used as the transistor 42.
- examples of the Si transistor include a transistor including amorphous silicon, a transistor including crystalline silicon (typically low-temperature polysilicon), and a transistor including single crystal silicon.
- FIG. 2 is a diagram for explaining an example of an operation method of the display device 10 and shows operations in the periods T01 to T26.
- the uppermost part shows the operation of the pixels 11 in the first row
- the lowermost part shows the operation of the pixels 11 in the m-th row.
- the image (R) indicates a red image
- the image (G) indicates a green image
- the image (B) indicates a blue image
- the image data ID (R) represents image data representing the image (R)
- the image data ID (G) represents image data representing the image (G)
- the image data ID (B) represents the image (B).
- the image data to represent is shown. Further, although details will be described later, data data (R) indicates data that is the basis of image data ID (R), data data (G) indicates data that is the basis of image data ID (G), and data data (B) shows data that is the basis of the image data ID (B).
- the pixel 11 in the i-th row (i is an integer of 1 to m) is referred to as pixel 11 [i]. Note that the same notation may be used for other elements.
- the image data ID (R), the image data ID (G), the image data ID (B), the data data (R), the data data (G), and the like written to the pixels in the i-th row such as the pixel 11 [i].
- data data (B) are converted into image data ID (R) [i], image data ID (G) [i], image data ID (B) [i], data data (R) [i], and data data, respectively.
- the image data ID (R), the image data ID (G), the image data ID (B), the data data (R), and the data data (G) written to the pixels in any one of the first to m-th rows.
- Data data (R) [1: m], data data (G) [1: m], and data data (B) [1: m] are described.
- FIG. 3 is a timing chart illustrating an example of an operation method of the pixel 11 in each period illustrated in FIG. 2 and 3, the image (R) that is a red image, the image (G) that is a green image, and the image (B) that is a blue image are sequentially displayed, and then the image (R), The case where an image (G) and an image (B) are displayed in order is shown.
- FIG. 4A, 4B, 4C, and 4D illustrate an example of a specific operation method of the pixel 11 in the periods T01 to T06 among the periods illustrated in FIGS. It is a circuit diagram. Specifically, FIG. 4A illustrates the period T01, FIG. 4B illustrates the period T02 and the period T03, FIG. 4C illustrates the period T04, and FIG. 4D illustrates the period T05 and the period T06.
- FIG. 4 is a circuit diagram illustrating an example of a specific operation method of the pixel 11. Note that the operations shown in FIGS. 3 and 4 can be applied to any pixel 11 in the first to m-th rows.
- the image data ID (R) and the data data (G) are written in the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set to a high potential
- the image data ID (R) [i] is supplied to the pixel 11 [i] through the wiring 31, and the pixel is connected through the wiring 32.
- 11 [i] is supplied with data data (G) [i].
- the transistor 41 and the transistor 42 are turned on, the potential of the node NM1 becomes the potential V ID (R) that is the potential corresponding to the image data ID (R), and the potential of the node NA corresponds to the data data (G).
- the potential is V potential (G) which is a potential. That is, the image data ID (R) and the data data (G) are written to the pixel 11 from the outside of the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set low. Accordingly, the transistor 41 and the transistor 42 are turned off, the potential V ID (R) is held at the node NM1, and the potential V data (G) is held at the node NA.
- the low potential can be, for example, a negative potential. Or, for example, it can be a ground potential.
- the image data ID (R) and the data data (G) are sequentially written for each row from the pixel 11 in the first row to the pixel 11 in the m-th row. That is, the image data ID (R) and the data data (G) are written line-sequentially. Note that the writing of the image data ID (R) and the data data (G) to the pixels 11 in the m-th row starts from the start of the writing of the image data ID (R) and the data data (G) to the pixels 11 in the first row. Up to the period T01 can be set.
- the display device 60 waits for a response. Specifically, in a state where the transistor 41 and the transistor 42 are in a non-conducting state, for example, the process waits until the response of the display device 60 included in the pixel 11 in the m-th row is completed.
- the image (R) is displayed on the display unit 12.
- an image (R) corresponding to the image data ID (R) can be displayed by causing a red light source provided in the display device 10 to emit light.
- a potential V ID (R) that is a potential corresponding to the image data ID (R) is applied to one electrode of the display device 60. Since the potential V ID (R) does not depend on the data data (G) written in the pixel 11 in the period T01, the image (R) corresponding to the image data ID (R) can be displayed.
- the image data ID (G) is generated inside the pixel 11 based on the image data ID (R) and the data data (G) held in the pixel 11.
- the potential of the wiring 22 is set to a high potential
- the potential of the wiring 32 is set to the potential V ref .
- the transistor 42 is turned on, and the potential of the node NA becomes the potential V ref .
- the potential V NM1 of the node NM1 is expressed by the following equation.
- C 1 indicates the sum of the capacitance value of the capacitive element 51 and the capacitance value of the display device 60
- C 2 indicates the capacitance value of the capacitive element 52.
- the potential V data (G) that is written into the node NA in the period T01 is set so that the potential V NM1 becomes the potential V ID (G) that is a potential corresponding to the image data ID (G).
- the image data ID (G) is generated inside the pixel 11.
- the potential V ref can be a reference potential.
- the supplied potential V ref can be the same for all the pixels 11.
- the potential V ref can be simultaneously supplied to all the pixels 11.
- the generation of the image data ID (G) inside the pixel 11 can be performed in the frame order. Therefore, the period T04 is shorter than the period T01 in which image data and the like are written in line sequential order.
- the display device 60 waits for a response. Specifically, the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set low. Accordingly, the transistor 41 and the transistor 42 are turned off, the potential V ID (G) is held at the node NM1, and the potential V ref is held at the node NA. In this state, it waits until the response of the display device 60 is completed.
- the generation of the image data ID (G) for the pixel 11 performed in the period T04 can be performed in a frame sequential manner. Thereby, even if the image (G) is displayed without waiting for the display device 60 to respond completely, it is possible to suppress the occurrence of display unevenness, and thus a high-quality image can be displayed. . Accordingly, the response waiting period of the display device 60 may be shorter than when the image data is written to the pixels 11 line-sequentially as in the period T01. That is, the period T05 can be shorter than the period T02.
- the image (G) is displayed on the display unit 12 during the period T06.
- an image (G) corresponding to the image data ID (G) can be displayed by causing a green light source provided in the display device 10 to emit light.
- the image data ID (B) and the data data (R) are written in the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set to a high potential
- the image data ID (B) [i] is supplied to the pixel 11 [i] through the wiring 31, and the pixel is connected through the wiring 32.
- Data [R] [i] is supplied to 11 [i].
- the transistor 41 and the transistor 42 are turned on, the potential of the node NM1 becomes the potential V ID (B) that is a potential corresponding to the image data ID (B), and the potential of the node NA corresponds to the data data (R).
- the potential is V potential (data) which is a potential. That is, the image data ID (B) and the data data (R) are written to the pixel 11 from the outside of the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set to low potential. Accordingly, the transistors 41 and 42 are turned off, the potential V ID (B) is held at the node NM1, and the potential V data (R) is held at the node NA.
- the image data ID (B) and the data data (R) are written line-sequentially. Note that the writing of the image data ID (B) and the data data (R) to the pixels 11 in the m-th row starts from the start of writing the image data ID (B) and the data data (R) to the pixels 11 in the first row. Up to the period T11 can be set.
- the display device 60 waits for a response in the same manner as in the period T02 and the like.
- the image (B) is displayed on the display unit 12.
- an image (B) corresponding to the image data ID (B) can be displayed by causing a blue light source provided in the display device 10 to emit light.
- the same operation as that in the period T04 is performed, and the image data ID (R) is generated inside the pixel 11 based on the image data ID (B) and the data data (R) held in the pixel 11. .
- the potential V NM1 of the node NM1 is a value obtained by replacing the potential V ID (R) with the potential V ID (B) and the potential V data (G) with the potential V data (R) in Equation 1. That is, if the potential V data (R) written to the node NA in the period T11 is set so that the potential V NM1 becomes the potential V ID (R) that is a potential corresponding to the image data ID (R), the pixel 11 The image data ID (R) is generated inside.
- the generation of the image data ID (R) inside the pixel 11 can be performed in a frame sequential manner. Therefore, the period T14 is shorter than the period T11 in which the image data is written in a line sequential manner. Become.
- a period T15 the display device 60 waits for a response. Specifically, the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set low. Accordingly, the transistor 41 and the transistor 42 are turned off, the potential V ID (R) is held at the node NM1, and the potential V ref is held at the node NA. In this state, it waits until the response of the display device 60 is completed. Note that as described above, the generation of the image data ID (R) for the pixels 11 performed in the period T14 can be performed in a frame sequential manner, so that the period T15 can be shorter than the period T12.
- a period T16 an operation similar to that in the period T03 is performed, and the image (R) is displayed on the display unit 12.
- the image data ID (G) and the data data (B) are written into the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set to a high potential
- the image data ID (G) [i] is supplied to the pixel 11 [i] through the wiring 31, and the pixel is connected through the wiring 32.
- Data [B] [i] is supplied to 11 [i].
- the transistor 41 and the transistor 42 are turned on, the potential of the node NM1 becomes the potential V ID (G) that is a potential corresponding to the image data ID (G), and the potential of the node NA corresponds to the data data (B). It becomes a potential V data (B) which is a potential. That is, the image data ID (G) and the data data (B) are written to the pixel 11 from the outside of the pixel 11.
- the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set low. Accordingly, the transistor 41 and the transistor 42 are turned off, the potential V ID (G) is held at the node NM1, and the potential V data (B) is held at the node NA.
- the image data ID (G) and the data data (B) are written in line sequential order. Note that the writing of the image data ID (G) and the data data (B) to the pixels 11 in the m-th row starts from the start of writing the image data ID (G) and the data data (B) to the pixels 11 in the first row. Up to the period T21 can be set.
- the display device 60 waits for a response in the same manner as in the period T02 and the like.
- a period T23 an operation similar to that in the period T06 is performed, and the image (G) is displayed on the display unit 12.
- the image data ID (B) is generated inside the pixel 11 based on the image data ID (G) and the data data (B) held in the pixel 11.
- the potential V NM1 of the node NM1 is a value obtained by replacing the potential V ID (R) with the potential V ID (G) and the potential V data (G) with the potential V data (B) in Equations 1 and 2. . That is, as the potential V ID potential V NM1 is potential corresponding to the image data ID (B) (B), by setting the potential V data (B) to be written to the node NA in the period T21, the pixel 11 The image data ID (B) is generated inside the.
- the period T24 since the generation of the image data ID (B) inside the pixel 11 can be performed in the field sequential manner, the period T24 is shorter than the period T21 in which the image data writing or the like is performed in the line sequential order. Become.
- a period T25 the display device 60 waits for a response. Specifically, the potential of the wiring 21 and the potential of the wiring 22 are set low. Accordingly, the transistor 41 and the transistor 42 are turned off, the potential V ID (B) is held at the node NM1, and the potential V ref is held at the node NA. In this state, it waits until the response of the display device 60 is completed. Note that, as described above, since the generation of the image data ID (B) for the pixels 11 performed in the period T24 can be performed in a frame sequential manner, the period T25 can be shorter than the period T22.
- the above is an example of the operation method of the display device 10.
- the image data is displayed on the display unit 12 as compared with the case where image data is written to the pixel 11 from the outside. Images can be switched at high speed. For this reason, the display apparatus 10 can be operated at high speed.
- the display device of one embodiment of the present invention can be operated at high speed without operating the display device of one embodiment of the present invention by a backlight scan method. Accordingly, an increase in manufacturing cost of the display device of one embodiment of the present invention can be suppressed, so that the display device of one embodiment of the present invention can be provided at a low price. Moreover, the fall of the freedom degree of arrangement
- positioning of a light source can be suppressed.
- the display period is time-divided for each image of a specific color. That is, as shown in FIG. 2 and the like, for example, a red image is displayed in a period T03, a green image is displayed in a period T06, and a blue image is displayed in a period T13, thereby displaying a one-frame color image.
- the frame frequency may decrease, and a color break may occur.
- the frame frequency of the display device of one embodiment of the present invention is increased even when display is performed by a field sequential method. be able to. Accordingly, for example, occurrence of a color break can be suppressed, so that the quality of an image displayed by the display device of one embodiment of the present invention can be improved.
- the display device 10 can perform frame inversion driving by adjusting the potential V ref .
- the potential V ref is a negative potential.
- FIG. 3 illustrates a case where frame inversion driving is performed in the period T04, the period T11, the period T14, the period T21, and the period T24.
- the operation method shown in FIGS. 2 to 4 can also be applied when the display device 10 performs display by a method other than the field sequential method.
- the image data ID (R), the image data ID (G), and the image data ID (B) shown in FIG. 2 are all image data representing all of a red image, a green image, and a blue image. It can be.
- a red image, a green image, and a blue image can be displayed simultaneously. That is, one frame of color image can be displayed in each of the period T03, the period T06, the period T13, the period T16, the period T23, and the period T26.
- FIG. 5A illustrates a display device of one embodiment of the present invention, and illustrates a structure example of a display device 110 that is different from the display device 10.
- the display device 110 includes a display unit 112 in which pixels 111 are arranged in a matrix of m rows and n columns, a gate driver 113, and a source driver 114.
- the pixel 111 is provided with a memory circuit 15 and a memory circuit 16.
- the pixel 111 is electrically connected to another pixel 111 in the same row through the wiring 21, is electrically connected to another pixel 111 in the same row through the wiring 22, and is connected to the same row through the wiring 23.
- the other pixels 111 are electrically connected.
- the pixel 111 is electrically connected to another pixel 111 in the same column via the wiring 31, is electrically connected to another pixel 111 in the same column via the wiring 32, and is the same via the wiring 33. It is electrically connected to other pixels 111 in the column.
- the gate driver 113 is electrically connected to the m wirings 21, the m wirings 22, and the m wirings 23.
- the source driver 14 is electrically connected to the n wirings 31, the n wirings 32, and the n wirings 33.
- the gate driver 113 has a function of supplying a signal to the pixel 111 through the wiring 21 and controlling the operation of the pixel 111.
- the gate driver 113 has a function of supplying a signal to the pixel 111 through the wiring 22 and controlling the operation of the pixel 111.
- the gate driver 113 has a function of supplying a signal to the pixel 111 through the wiring 23 and controlling the operation of the pixel 111.
- the wiring 23 has a function as a scanning line.
- the source driver 114 has a function of supplying the generated image data and the like to the pixel 111 via the wiring 31.
- the source driver 114 has a function of supplying generated data and the like to the pixel 111 through the wiring 32.
- the source driver 114 has a function of supplying generated data and the like to the pixel 111 via the wiring 33.
- the wiring 33 functions as a data line.
- the memory circuit 15 and the memory circuit 16 have a function of holding image data supplied to the pixel 111 through the wiring 31.
- the memory circuit 15 has a function of generating and holding new image data based on the held image data and the data supplied to the pixel 111 via the wiring 32.
- the memory circuit 16 has a function of generating and holding new image data based on the held image data and the data supplied to the pixel 111 via the wiring 33. From the above, it can be said that the new image data is image data generated inside the pixel 111.
- the display device 110 can perform display by a field sequential method.
- the image data generated based on the generated data can be image data corresponding to different colors.
- the image data supplied to the pixel 111 via the wiring 31 can be image data representing a red image.
- the image data generated based on the data supplied to the pixel 111 via the image data can be image data representing a green image, and generated based on the data supplied to the pixel 111 via the wiring 33.
- the processed image data can be image data representing a blue image.
- the display device 110 may not have a function of performing display by a field sequential method.
- the image data supplied to the pixel 111 via the wiring 31, the image data generated based on the data supplied to the pixel 111 via the wiring 32, and the pixel 111 via the wiring 33 are supplied.
- Any image data generated based on the data can be image data representing all of a red image, a green image, and a blue image.
- the display unit 112 includes, for example, a subpixel having a function of displaying a red image and a subpixel having a function of displaying a green image.
- a pixel and a pixel including a sub-pixel having a function of displaying a blue image can be provided.
- the pixel 111 corresponds to the subpixel.
- the display device 110 may have a function of displaying an image in white in addition to red, green, and blue. Further, in addition to the above color or instead of the above color, a function of displaying an image in yellow, magenta, cyan, or the like may be provided.
- FIG. 5B is a diagram illustrating a configuration example of the pixel 111.
- the pixel 111 includes a transistor 41, a transistor 42, a transistor 43, a capacitor 51, a capacitor 52, a capacitor 53, and a display device 60.
- the memory circuit 15 provided in the pixel 111 includes a transistor 41, a transistor 42, and a capacitor 52, similarly to the pixel 11.
- the memory circuit 16 provided in the pixel 111 includes the transistor 41, the transistor 43, and the capacitor 53. That is, it can be said that the transistor 41 is shared by the memory circuit 15 and the memory circuit 16.
- the transistors 41 to 43 are all n-channel transistors; however, some or all of the transistors may be p-channel transistors.
- the display device 110 When a liquid crystal device is used as the display device 60, the display device 110 has a plurality of light sources such as backlights (for example, red, green, and blue) that emit light of different colors, similar to the display device 10. Provided. The light emitted from the light source passes through the display device 60 that is a liquid crystal device and is emitted to the display surface of the display unit 112. By controlling the light transmittance of the display device 60, an image can be displayed on the display unit 112. That is, the display device 110 can be a transmissive liquid crystal display device. Note that the light source is not illustrated in FIG.
- the plurality of light sources emit light sequentially, and the light transmission by the display device 60 is controlled each time the light source that emits light is switched. Display an image. That is, the display period is divided into time for each color.
- One of a source and a drain of the transistor 41 is electrically connected to one electrode of the capacitor 53, in addition to one electrode of the capacitor 51, one electrode of the capacitor 52, and one electrode of the display device 60. ing.
- One of a source and a drain of the transistor 43 is electrically connected to the other electrode of the capacitor 53.
- the other of the source and the drain of the transistor 43 is electrically connected to the wiring 33.
- a gate of the transistor 43 is electrically connected to the wiring 23.
- Other connection relationships are the same as those of the pixel 11.
- a node where one of the source and the drain of the transistor 41, one electrode of the capacitors 51 to 53, and one electrode of the display device 60 are electrically connected is a node NM2.
- a node where one of the source and the drain of the transistor 43 and the other electrode of the capacitor 53 are electrically connected is a node NB. From the above, it can be said that the node NM2 is shared by the memory circuit 15 and the memory circuit 16, and that the node NB is provided in the memory circuit 16.
- the transistor 43 functions as a switch like the transistors 41 and 42.
- the conduction or non-conduction of the transistor 43 is controlled based on a signal supplied through the wiring 23.
- image data or the like supplied via the wiring 31 is written as a charge (potential) to the node NM2, and by turning off the transistor 41, image data or the like written to the node NM2 Is retained.
- data or the like supplied through the wiring 33 is written to the node NB as a charge (potential), and when the transistor 43 is turned off, the data or the like written to the node NB is written. Is retained.
- a Si transistor may be used as the transistor 43 in addition to the transistors 41 and 42.
- an OS transistor may be used for some of the transistors 41 to 43, and the other may be Si transistors.
- an OS transistor may be used as the transistor 41, and Si transistors may be used as the transistor 42 and the transistor 43.
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an operation method of the display device 110, and illustrates an operation in the period T31 to the period T49.
- the uppermost part shows the operation of the pixels 111 in the first row
- the lowermost part shows the operation of the pixels 111 in the m-th row.
- FIG. 7 is a timing chart illustrating an example of an operation method of the pixel 111 in each period illustrated in FIG. 6 and 7, similarly to FIGS. 2 and 3, an image (R) that is a red image, an image (G) that is a green image, and an image (B) that is a blue image are sequentially displayed. Then, the case where the image (R), the image (G), and the image (B) are sequentially displayed again is shown.
- FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a specific operation method 111.
- FIG. 8A illustrates the period T31
- FIG. 8B illustrates the period T32 and the period T33
- FIG. 8C illustrates the period T34
- FIG. 8D illustrates the period T35 and the period T36.
- 9A is a circuit diagram illustrating an example of a specific operation method of the pixel 111 in the period T37
- FIG. 9B is a circuit diagram illustrating an example of a specific operation method of the pixel 111 in the period T38 and the period T39. Note that the operations shown in FIGS. 7 to 9 can be applied to any pixel 111 in the first row to the m-th row.
- the image data ID (R), the data data (G), and the data data (B) are written in the pixel 111.
- the potential of the wirings 21 to 23 is set to a high potential
- the image data ID (R) [i] is supplied to the pixel 111 [i] via the wiring 31
- the pixel 111 [i] is supplied via the wiring 32.
- the data data (B) [i] is supplied to the pixel 111 through the wiring 33.
- the transistors 41 to 43 are turned on, the potential of the node NM2 is the potential V ID (R) corresponding to the image data ID (R), and the potential of the node NA is the potential corresponding to the data data (G). Is the potential V data (G) , and the potential of the node NB is the potential V data (B) corresponding to the data data (B) . That is, image data ID (R), data data (G), and data data (B) are written to the pixel 111 from the outside of the pixel 111.
- the potentials of the wirings 21 to 23 are set low.
- the transistor 41 through the transistor 43 becomes non-conductive, the potential V ID (R) is held in the node NM1, potential V data (G) is held in the node NA, node NB potential V data (B) is held in Is done.
- the image data ID (R), the data data (G), and the data data (B) are written for each row from the pixel 111 in the first row to the pixel 111 in the m-th row. It is. That is, the image data ID (R), the data data (G), and the data data (B) are written line-sequentially. Note that the image data ID (R) and data to the m-th row pixel 111 from the start of writing the image data ID (R), data data (G), and data data (B) to the pixel 111 in the first row.
- the period T31 is the period until data (G) and data (B) are written.
- the display device 60 waits for a response. Specifically, in a state where the transistors 41 to 43 are in a non-conductive state, the process waits until the response of the display device 60 included in the pixel 111 in the m-th row is completed, for example.
- the image (R) is displayed on the display unit 12.
- an image (R) corresponding to the image data ID (R) can be displayed by causing a red light source provided in the display device 110 to emit light.
- a potential V ID (R) that is a potential corresponding to the image data ID (R) is applied to one electrode of the display device 60. Since the potential V ID (R) does not depend on the data data (G) and the data data (B) written in the pixel 111 in the period T31, the image (R) corresponding to the image data ID (R) is displayed. be able to.
- the image data ID (G) is generated inside the pixel 111 based on the image data ID (R) and the data data (G) held in the pixel 111.
- the potential of the wiring 22 is set to a high potential
- the potential of the wiring 32 is set to the potential V ref1 .
- the transistor 42 is turned on, and the potential of the node NA becomes the potential V ref1 .
- the potential V NM2 of the node NM2 can be expressed by the above-described Expression 1 and Expression 2 by replacing the potential V NM1 with the potential V NM2 and replacing the potential V ref with the potential V ref1 .
- the potential V ref1 can be a reference potential.
- the supplied potential V ref1 can be the same for all the pixels 111.
- the potential V ref1 can be simultaneously supplied to all the pixels 111.
- the generation of the image data ID (G) inside the pixel 111 can be performed in the frame order. Therefore, the period T34 is shorter than the period T31 in which image data or the like is written in line sequential order.
- the display device 60 waits for a response. Specifically, the potentials of the wirings 21 to 23 are set low. Accordingly, the transistors 41 to 43 are turned off, and the potential V ID (G ) is held at the node NM2, the potential V ref1 is held at the node NA, and the potential V data (B) is held at the node NB. In this state, it waits until the response of the display device 60 is completed.
- the generation of the image data ID (G) for the pixel 111 performed in the period T34 can be performed in a frame sequential manner.
- the response waiting period of the display device 60 may be shorter than when writing image data to the pixels 111 in a line sequential manner as in the period T31. That is, the period T35 can be shorter than the period T32.
- the image (G) is displayed on the display unit 112.
- an image (G) corresponding to the image data ID (G) can be displayed by causing a green light source provided in the display device 110 to emit light.
- the image data ID (B) is generated inside the pixel 111 based on the image data ID (G) and the data data (B) held in the pixel 111.
- the potential of the wiring 23 is set to a high potential
- the potential of the wiring 33 is set to the potential V ref2 .
- the transistor 43 is turned on, and the potential of the node NB becomes the potential V ref2 .
- the potential V NM2 of the node NM2 is expressed by the following equation.
- C 1 represents the sum of the capacitance value of the capacitive element 51 and the capacitance value of the display device 60 as in Equation 1.
- C 3 indicates the capacitance value of the capacitive element 53.
- the potential V ref2 can be a reference potential in the same manner as the potential V ref1 .
- the generation of the image data ID (B) inside the pixel 111 can be performed in the frame order. Therefore, the period T37 is shorter than the period T31 in which image data and the like are written in line sequential order.
- the display device 60 waits for a response. Specifically, the potentials of the wirings 21 to 23 are set low. Accordingly, the transistors 41 to 43 are turned off, and the potential V ID (B) is held at the node NM2, the potential V ref1 is held at the node NA, and the potential V ref2 is held at the node NB. In this state, it waits until the response of the display device 60 is completed.
- the generation of the image data ID (B) for the pixel 111 performed in the period T37 can be performed in a frame sequential manner.
- the response waiting period of the display device 60 may be shorter than when writing image data to the pixels 111 in a line sequential manner as in the period T31. That is, the period T38 can be shorter than the period T32.
- the image (B) is displayed on the display unit 112.
- an image (B) corresponding to the image data ID (B) can be displayed by causing a blue light source provided in the display device 110 to emit light.
- the display device 110 can display a one-frame color image in the periods T31 to T39 and can display a next one-frame color image in the periods T41 to T49.
- the display device 110 can be operated at high speed.
- the operation method illustrated in FIGS. 6 to 9 can also be applied when the display device 110 performs display by a method other than the field sequential method.
- all of the image data ID (R), the image data ID (G), and the image data ID (B) shown in FIG. 6 represent image data representing all of a red image, a green image, and a blue image. It can be.
- a red image, a green image, and a blue image can be displayed simultaneously. That is, one frame of color image can be displayed in each of the period T33, the period T36, the period T39, the period T43, the period T46, and the period T49.
- the display device 10 has a structure in which one memory circuit is provided per pixel
- the display device 110 has a structure in which two memory circuits are provided per pixel.
- a configuration in which three or more memory circuits are provided per pixel may be employed.
- the display device of one embodiment of the present invention can be operated at higher speed.
- FIG. 10A is a cross-sectional view of a transmissive liquid crystal display device which is an example of the display device of one embodiment of the present invention.
- a liquid crystal display device illustrated in FIG. 10A includes a substrate 131, a transistor 41, a transistor 42, an insulating layer 215, a conductive layer 46, an insulating layer 44, a pixel electrode 121, an insulating layer 45, a common electrode 123, a liquid crystal layer 122, and A substrate 132 is included.
- the transistor 41 and the transistor 42 are located on the substrate 131.
- the insulating layer 215 is located over the transistor 41 and the transistor 42.
- the conductive layer 46 is located on the insulating layer 215.
- the insulating layer 44 is located on the transistor 41, the transistor 42, the insulating layer 215, and the conductive layer 46.
- the pixel electrode 121 is located on the insulating layer 44.
- the insulating layer 45 is located on the pixel electrode 121.
- the common electrode 123 is located on the insulating layer 45.
- the liquid crystal layer 122 is located on the common electrode 123.
- the common electrode 123 has a region overlapping with the conductive layer 46 with the pixel electrode 121 interposed therebetween.
- the pixel electrode 121 is electrically connected to the source or drain of the transistor 41.
- the conductive layer 46 is electrically connected to the source or drain of the transistor 42.
- the conductive layer 46, the pixel electrode 121, and the common electrode 123 each have a
- the pixel electrode 121 and the common electrode 123 are stacked with the insulating layer 45 interposed therebetween, and operate in an FFS (Fringe Field Switching) mode.
- the pixel electrode 121, the liquid crystal layer 122, and the common electrode 123 can function as the display device 60.
- the pixel electrode 121, the insulating layer 45, and the common electrode 123 can function as one capacitor element 51.
- the conductive layer 46, the insulating layer 44, and the pixel electrode 121 can function as one capacitor element 52.
- the liquid crystal display device of this embodiment includes two capacitors in a pixel. Note that the liquid crystal display device of this embodiment may include three or more capacitor elements in a pixel.
- Each of the two capacitor elements is formed of a material that transmits visible light, and has a region overlapping each other.
- the pixel can have a high aperture ratio and further have a plurality of storage capacitors.
- the liquid crystal display device By increasing the aperture ratio of the transmissive liquid crystal display device (also referred to as the aperture ratio of a pixel), the liquid crystal display device can be made high definition. Moreover, the light extraction efficiency can be increased by increasing the aperture ratio. Thereby, the power consumption of a liquid crystal display device can be reduced.
- the capacitance of the capacitive element 52 is preferably larger than the capacitance of the capacitive element 51.
- the area of the region where the pixel electrode 121 and the conductive layer 46 overlap is preferably larger than the area of the region where the pixel electrode 121 and the common electrode 123 overlap.
- the thickness T1 of the insulating layer 44 located between the conductive layer 46 and the pixel electrode 121 is preferably thinner than the thickness T2 of the insulating layer 45 located between the pixel electrode 121 and the common electrode 123.
- FIG. 10B illustrates an example in which the touch sensor TC is mounted on the display device illustrated in FIG.
- a detection element also referred to as a sensor element
- Various sensors that can detect the proximity or contact of an object to be detected, such as a finger or a stylus, can be applied as the detection element.
- a sensor method for example, various methods such as a capacitance method, a resistance film method, a surface acoustic wave method, an infrared method, an optical method, and a pressure-sensitive method can be used.
- Examples of the electrostatic capacity method include a surface electrostatic capacity method and a projection electrostatic capacity method.
- examples of the projected capacitance method include a self-capacitance method and a mutual capacitance method. The mutual capacitance method is preferable because simultaneous multipoint detection is possible.
- the touch panel of one embodiment of the present invention includes a structure in which a separately manufactured display device and a detection element are bonded, a structure in which an electrode or the like that forms the detection element is provided on one or both of the substrate that supports the display device and the counter substrate, and the like Various configurations can be applied.
- FIG. 11A is a top view of the stacked structure from the gate 221a and the gate 221b to the common electrode 123a as viewed from the common electrode 123a side.
- FIG. 11B is a top view in which the common electrode 123a is removed from the stacked structure in FIG. 11A
- FIG. 11C is the common electrode 123a and the pixel electrode 121 in the stacked structure in FIG. FIG.
- the pixel has a connection portion 73 and a connection portion 74.
- the pixel electrode 121 is electrically connected to the transistor 41.
- the conductive layer 222a functioning as the source or drain of the transistor 41 is in contact with the conductive layer 46b, and the conductive layer 46b is in contact with the pixel electrode 121.
- the conductive layer 46 a is electrically connected to the transistor 42.
- the conductive layer 46 a is in contact with the conductive layer 222 c that functions as the source or drain of the transistor 42.
- FIG. 12 shows a cross-sectional view of the display device. Note that the cross-sectional structure of the pixel corresponds to a cross-sectional view taken along dashed-dotted line B1-B2 in FIG.
- the transistor 41 and the transistor 42 are located on the substrate 131.
- the transistor 41 includes a gate 221a, a gate insulating layer 211, a semiconductor layer 231a, a conductive layer 222a, a conductive layer 222b, an insulating layer 212, an insulating layer 213, a gate insulating layer 225a, and a gate 223a.
- the transistor 42 includes a gate 221b, a gate insulating layer 211, a semiconductor layer 231b, a conductive layer 222c, a conductive layer 222d, an insulating layer 212, an insulating layer 213, a gate insulating layer 225b, and a gate 223b.
- a transistor 41 and a transistor 42 illustrated in FIGS. 12A and 12B have gates above and below a channel.
- the two gates are preferably electrically connected.
- a transistor in which two gates are electrically connected can have higher field-effect mobility than another transistor, and can increase on-state current.
- the area occupied by the circuit portion can be reduced.
- signal delay in each wiring can be reduced and display unevenness can be suppressed even if the number of wirings is increased by increasing the size or definition of the display device. Is possible.
- the display device can be narrowed.
- a highly reliable transistor can be realized.
- the semiconductor layer 231 includes a pair of low resistance regions and a channel formation region sandwiched between the pair of low resistance regions.
- the channel formation region overlaps with the gate 221 through the gate insulating layer 211 and overlaps with the gate 223 through the gate insulating layer 225.
- the semiconductor layer 231 indicates one or both of the semiconductor layer 231a and the semiconductor layer 231b.
- the gate 221 represents one or both of the gate 221a and the gate 221b
- the gate 223 represents one or both of the gate 223a and the gate 223b.
- the gate insulating layer 225 indicates one or both of the gate insulating layer 225a and the gate insulating layer 225b.
- the gate insulating layer 211 and the gate insulating layer 225 which are in contact with the channel formation region are preferably oxide insulating layers. Note that in the case where the gate insulating layer 211 or the gate insulating layer 225 has a stacked structure, at least a layer in contact with the channel formation region is preferably an oxide insulating layer. Thus, oxygen vacancies can be prevented from occurring in the channel formation region, and the reliability of the transistor can be improved.
- One or both of the insulating layer 213 and the insulating layer 214 is preferably a nitride insulating layer. Thus, impurities can be prevented from entering the semiconductor layer 231 and the reliability of the transistor can be increased.
- the insulating layer 215 preferably has a planarization function, and is preferably an organic insulating layer, for example. Note that one or both of the insulating layer 214 and the insulating layer 215 are not necessarily formed.
- the low resistance region has a lower resistivity than the channel formation region.
- the low resistance region is a region in contact with the insulating layer 212 in the semiconductor layer 231.
- the insulating layer 212 preferably contains nitrogen or hydrogen. Accordingly, nitrogen or hydrogen in the insulating layer 212 can enter the low resistance region, and the carrier concentration in the low resistance region can be increased.
- the low resistance region may be formed by adding an impurity using the gate 223 as a mask. Examples of the impurity include hydrogen, helium, neon, argon, fluorine, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, boron, and aluminum. The impurity is added by an ion implantation method or an ion doping method. Can do. Further, in addition to the impurities, the low resistance region may be formed by adding indium or the like which is one of the constituent elements of the semiconductor layer 231. By adding indium, the concentration of indium may be higher in the low resistance region than in the channel formation region.
- a first layer is formed so as to be in contact with part of the semiconductor layer 231, and heat treatment is performed, so that the resistance of the region is reduced.
- a resistance region can be formed.
- a film containing at least one of metal elements such as aluminum, titanium, tantalum, tungsten, chromium, and ruthenium can be used.
- metal elements such as aluminum, titanium, tantalum, and tungsten is preferably included.
- a nitride containing at least one of these metal elements or an oxide containing at least one of these metal elements can be preferably used.
- a metal film such as a tungsten film or a titanium film, a nitride film such as an aluminum titanium nitride film, a titanium nitride film, or an aluminum nitride film, or an oxide film such as an aluminum titanium oxide film can be preferably used.
- the thickness of the first layer can be, for example, 0.5 nm to 20 nm, preferably 0.5 nm to 15 nm, more preferably 0.5 nm to 10 nm, and still more preferably 1 nm to 6 nm. Typically, it can be about 5 nm or about 2 nm. Even when the first layer is thin like this, the resistance of the semiconductor layer 231 can be sufficiently reduced.
- the low resistance region has a higher carrier density than the channel formation region.
- the low-resistance region can be a region containing more hydrogen than the channel formation region or a region containing more oxygen vacancies than the channel formation region.
- the low resistance region can be made an extremely low resistance region.
- the low resistance region formed in this way has a feature that it is difficult to increase the resistance in a subsequent process. For example, even if heat treatment in an atmosphere containing oxygen, film formation treatment in an atmosphere containing oxygen, or the like is performed, the electrical properties of the low resistance region are not impaired, and thus the electrical characteristics are good. A highly reliable transistor can be realized.
- the first layer after the heat treatment has conductivity
- the first layer can function as a protective insulating film by remaining it.
- the conductive layer 46 b is located on the insulating layer 215, the insulating layer 44 is located on the conductive layer 46 b, and the pixel electrode 121 is located on the insulating layer 44.
- the pixel electrode 121 is electrically connected to the conductive layer 222a. Specifically, the conductive layer 222a is connected to the conductive layer 46b, and the conductive layer 46b is connected to the pixel electrode 121.
- a conductive layer 46 a is located on the insulating layer 215.
- the conductive layer 46a is electrically connected to the conductive layer 222c. Specifically, the conductive layer 46 a is in contact with the conductive layer 222 c through an opening provided in the insulating layer 214 and the insulating layer 215.
- the substrate 131 and the substrate 132 are bonded to each other with an adhesive layer 141.
- the FPC 172 is electrically connected to the conductive layer 222e. Specifically, the FPC 172 is in contact with the connection body 242, the connection body 242 is in contact with the conductive layer 123b, and the conductive layer 123b is in contact with the conductive layer 222e.
- the conductive layer 123b is formed on the insulating layer 45, and the conductive layer 222e is formed on the insulating layer 214.
- the conductive layer 123b can be formed using the same process and the same material as the common electrode 123a.
- the conductive layer 222e can be formed using the same process and the same material as the conductive layers 222a to 222d.
- the pixel electrode 121, the insulating layer 45, and the common electrode 123a can function as one capacitor element 51.
- the conductive layer 46 a, the insulating layer 44, and the pixel electrode 121 can function as one capacitor element 52.
- the display device of one embodiment of the present invention includes, for example, two capacitor elements in one pixel. Accordingly, the storage capacity of the pixel can be increased.
- Each of the two capacitor elements is formed of a material that transmits visible light, and has a region overlapping each other. Thereby, the pixel can achieve both a high aperture ratio and a large storage capacity.
- the capacitance of the capacitive element 52 is preferably larger than the capacitance of the capacitive element 51. Therefore, the area of the region where the pixel electrode 121 and the conductive layer 46a overlap is preferably larger than the area of the region where the pixel electrode 121 and the common electrode 123a overlap.
- the thickness of the insulating layer 44 located between the conductive layer 46a and the pixel electrode 121 is preferably thinner than the thickness of the insulating layer 45 located between the pixel electrode 121 and the common electrode 123a.
- FIG. 12 illustrates an example in which both the transistor 41 and the transistor 42 have a back gate (gate 223); however, one or both of the transistor 41 and the transistor 42 may not have a back gate.
- FIG. 12 illustrates an example in which the gate insulating layer 225 is formed only over the channel formation region and does not overlap the low resistance region, the gate insulating layer 225 may overlap at least part of the low resistance region.
- FIG. 13 illustrates an example in which the gate insulating layer 225 is formed in contact with the low-resistance region and the gate insulating layer 211.
- the gate insulating layer 225 illustrated in FIGS. 13A and 13B has advantages such that the number of steps for processing the gate insulating layer 225 using the gate 223 as a mask can be reduced, and a step on the formation surface of the insulating layer 214 can be reduced.
- the structures of the transistors 41 and 42 are different from those in FIGS. 12 and 13.
- the transistor 14 includes a gate 221a, a gate insulating layer 211, a semiconductor layer 231a, a conductive layer 222a, a conductive layer 222b, an insulating layer 217, an insulating layer 218, an insulating layer 215, and a gate 223a.
- the transistor 42 includes a gate 221b, a gate insulating layer 211, a semiconductor layer 231b, a conductive layer 222c, a conductive layer 222d, an insulating layer 217, an insulating layer 218, an insulating layer 215, and a gate 223b.
- One of the conductive layer 222a and the conductive layer 222b functions as a source, and the other functions as a drain.
- the insulating layer 217, the insulating layer 218, and the insulating layer 215 function as gate insulating layers.
- the gate insulating layer 211 and the insulating layer 217 in contact with the semiconductor layer 231 are preferably oxide insulating layers. Note that in the case where the gate insulating layer 211 or the insulating layer 217 has a stacked structure, at least a layer in contact with the semiconductor layer 231 is preferably an oxide insulating layer. Accordingly, generation of oxygen vacancies in the semiconductor layer 231 can be suppressed, and the reliability of the transistor can be improved.
- the insulating layer 218 is preferably a nitride insulating layer. Thus, impurities can be prevented from entering the semiconductor layer 231 and the reliability of the transistor can be increased.
- the insulating layer 215 preferably has a planarization function, and is preferably an organic insulating layer, for example. Note that the insulating layer 215 is not necessarily formed, and the conductive layer 46 a may be formed in contact with the insulating layer 218.
- the conductive layer 46 b is located on the insulating layer 215, the insulating layer 44 is located on the conductive layer 46 b, and the pixel electrode 121 is located on the insulating layer 44.
- the pixel electrode 121 is electrically connected to the conductive layer 222a. Specifically, the conductive layer 222a is connected to the conductive layer 46b, and the conductive layer 46b is connected to the pixel electrode 121.
- a conductive layer 46 a is located on the insulating layer 215.
- the insulating layer 44 and the insulating layer 45 are located on the conductive layer 46a.
- a common electrode 123 a is located on the insulating layer 45.
- the material of the substrate included in the display device there is no particular limitation on the material of the substrate included in the display device, and various substrates can be used.
- a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a semiconductor substrate, a ceramic substrate, a metal substrate, a plastic substrate, or the like can be used.
- the display device can be reduced in weight and thickness. Furthermore, a flexible display device can be realized by using a flexible substrate.
- liquid crystal material there are a positive liquid crystal material having a positive dielectric anisotropy ( ⁇ ) and a negative liquid crystal material having a negative dielectric constant.
- ⁇ positive dielectric anisotropy
- negative liquid crystal material having a negative dielectric constant.
- either material can be used, and an optimum liquid crystal material can be used depending on a mode to be applied and a design.
- liquid crystal devices to which various modes are applied can be used.
- FFS mode for example, an IPS mode, a TN mode, an ASM (Axial Symmetrically aligned Micro-cell) mode, an OCB (Optically Compensated BirefringenceCriff mode), and an FLC (FerroelectricLiquidFrequencyLiquidCrCF)
- ECB Electrode Controlled Birefringence
- a liquid crystal device is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal.
- the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field).
- a thermotropic liquid crystal a low molecular liquid crystal
- a polymer liquid crystal a polymer dispersed liquid crystal (PDLC: Polymer Dispersed Liquid Crystal)
- a ferroelectric liquid crystal an antiferroelectric liquid crystal, or the like
- These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, and the like depending on conditions.
- liquid crystal exhibiting a blue phase may be used.
- the blue phase is one of the liquid crystal phases.
- a liquid crystal composition mixed with 5% by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal layer in order to improve the temperature range.
- a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response speed and exhibits optical isotropy.
- a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require alignment treatment and has a small viewing angle dependency.
- rubbing treatment is unnecessary, electrostatic breakdown caused by the rubbing treatment can be prevented, and defects or breakage of the display panel during the manufacturing process can be reduced.
- the display device in this embodiment is a transmissive liquid crystal display device
- a conductive material that transmits visible light is used for both of the pair of electrodes (the pixel electrode 121 and the common electrode 123a).
- the conductive layer 46b is also formed using a conductive material that transmits visible light, so that a reduction in the aperture ratio of the pixel can be suppressed even when the capacitor 52 is provided.
- a silicon nitride film is suitable for the insulating layer 44 and the insulating layer 45 that function as a dielectric of the capacitor.
- a material containing one or more selected from indium (In), zinc (Zn), and tin (Sn) may be used.
- indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, and titanium oxide are included. Examples thereof include indium tin oxide, indium tin oxide containing silicon oxide (ITSO), zinc oxide, and zinc oxide containing gallium.
- a film containing graphene can also be used. The film containing graphene can be formed by, for example, reducing a film containing graphene oxide.
- the conductive film that transmits visible light can be formed using an oxide semiconductor (hereinafter also referred to as an oxide conductive layer).
- the oxide conductive layer preferably includes, for example, indium, and further includes an In-M-Zn oxide (M is Al, Ti, Ga, Y, Zr, La, Ce, Nd, Sn, or Hf). preferable.
- An oxide semiconductor is a semiconductor material whose resistance can be controlled by at least one of oxygen vacancies in the film and impurity concentrations of hydrogen, water, and the like in the film. Therefore, the resistivity of the oxide conductive layer is controlled by selecting a treatment in which at least one of oxygen deficiency and impurity concentration is increased or a treatment in which at least one of oxygen deficiency and impurity concentration is reduced in the oxide semiconductor layer. be able to.
- an oxide conductive layer formed using an oxide semiconductor in this manner is an oxide semiconductor layer with high carrier density and low resistance, an oxide semiconductor layer with conductivity, or an oxide semiconductor with high conductivity. It can also be called a layer.
- the transistor included in the display device of this embodiment may have a top-gate structure or a bottom-gate structure.
- gate electrodes may be provided above and below the channel.
- a semiconductor material used for the transistor is not particularly limited, and examples thereof include an oxide semiconductor, silicon, and germanium.
- crystallinity of a semiconductor material used for the transistor there is no particular limitation on the crystallinity of a semiconductor material used for the transistor, and any of an amorphous semiconductor and a semiconductor having crystallinity (a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, a single crystal semiconductor, or a semiconductor partially including a crystal region) is used. May be used. It is preferable to use a crystalline semiconductor because deterioration of transistor characteristics can be suppressed.
- a Group 14 element, a compound semiconductor, or an oxide semiconductor can be used for the semiconductor layer.
- a semiconductor containing silicon, a semiconductor containing gallium arsenide, an oxide semiconductor containing indium, or the like can be used for the semiconductor layer.
- An oxide semiconductor is preferably used as a semiconductor in which a channel of the transistor is formed.
- an oxide semiconductor having a larger band gap than silicon is preferably used. It is preferable to use a semiconductor material having a larger band gap and lower carrier density than silicon because current in the off-state of the transistor can be reduced.
- the charge accumulated in the capacitor through the transistor can be held for a long time.
- the driving circuit can be stopped while maintaining the gradation of the displayed image. As a result, a display device with extremely reduced power consumption can be realized.
- the transistor preferably includes an oxide semiconductor layer that is highly purified and suppresses formation of oxygen vacancies.
- the current value (off-current value) in the off state of the transistor can be reduced. Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be increased, and the writing interval can be set longer in the power-on state. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of suppressing power consumption.
- a transistor including an oxide semiconductor can be driven at high speed because a relatively high field-effect mobility can be obtained.
- the transistor in the display portion and the transistor in the driver circuit portion can be formed over the same substrate. That is, it is not necessary to separately use a semiconductor device formed of a silicon wafer or the like as the drive circuit, so that the number of parts of the display device can be reduced.
- a high-quality image can be provided by using a transistor that can be driven at high speed.
- an organic insulating material or an inorganic insulating material can be used as an insulating material that can be used for each insulating layer, overcoat, or the like included in the display device.
- the organic insulating material include acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, polyamide resin, polyimide amide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, and phenol resin.
- examples thereof include a film, a lanthanum oxide film, a cerium oxide film, and a neodymium oxide film.
- conductive layers such as various wirings and electrodes of display devices include metals such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, and tungsten.
- metals such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, molybdenum, silver, tantalum, and tungsten.
- an alloy containing this as a main component can be used as a single layer structure or a stacked structure.
- a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a molybdenum film, or an alloy film containing molybdenum and tungsten
- Two-layer structure in which a copper film is laminated a two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a titanium film or a titanium nitride film, and an aluminum film or copper layered on the titanium film or titanium nitride film Laminating a film, and further forming a three-layer structure for forming a titanium film or a titanium nitride film thereon, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film stacked on the molybdenum film or the molybdenum nit
- the first and third layers include titanium, titanium nitride, molybdenum, tungsten, an alloy containing molybdenum and tungsten, an alloy containing molybdenum and zirconium, or a film made of molybdenum nitride.
- the second layer it is preferable to form a film made of a low resistance material such as copper, aluminum, gold or silver, or an alloy of copper and manganese.
- ITO indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, ITSO, etc. You may use the electroconductive material which has.
- the oxide conductive layer may be formed by controlling the resistivity of the oxide semiconductor.
- a curable resin such as a thermosetting resin, a photocurable resin, or a two-component mixed curable resin
- a curable resin such as a thermosetting resin, a photocurable resin, or a two-component mixed curable resin
- an acrylic resin, a urethane resin, an epoxy resin, a siloxane resin, or the like can be used.
- connection body 242 for example, an anisotropic conductive film (ACF: Anisotropic Conductive Film), an anisotropic conductive paste (ACP: Anisotropic Conductive Paste), or the like can be used.
- ACF Anisotropic Conductive Film
- ACP Anisotropic Conductive Paste
- the backlight unit 30 may be a direct type backlight, an edge light type backlight, or the like.
- As the light source an LED (Light Emitting Diode), an organic EL (Electroluminescence) element, or the like can be used.
- the backlight unit 30 is provided with a light source 39.
- a light source 39 that emits red light a light source 39 that emits green light, and a light source 39 that emits blue light may be provided.
- Thin films (insulating film, semiconductor film, conductive film, etc.) constituting the display device are respectively formed by sputtering, chemical vapor deposition (CVD), vacuum evaporation, and pulsed laser deposition (PLD: Pulsed Laser Deposition).
- CVD chemical vapor deposition
- PLD Pulsed Laser Deposition
- Method atomic layer deposition
- ALD Atomic Layer Deposition
- the CVD method include a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, a thermal chemical vapor deposition (PECVD) method, a thermal CVD method, and the like.
- An example of the thermal CVD method is a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method.
- Thin films (insulating films, semiconductor films, conductive films, etc.) that constitute display devices are spin coat, dip, spray coating, ink jet printing, dispensing, screen printing, offset printing, doctor knife, slit coat, roll coat, curtain, respectively. It can be formed by a method such as coating or knife coating.
- a thin film included in the display device can be processed using a photolithography method or the like.
- an island-shaped thin film may be formed by a film formation method using a shielding mask.
- the thin film may be processed by a nanoimprint method, a sand blast method, a lift-off method, or the like.
- a photolithography method a resist mask is formed on a thin film to be processed, the thin film is processed by etching or the like, and the resist mask is removed. After forming a photosensitive thin film, exposure and development are performed. And a method for processing the thin film into a desired shape.
- Examples of the light used for exposure in the photolithography method include i-line (wavelength 365 nm), g-line (wavelength 436 nm), h-line (wavelength 405 nm), and light obtained by mixing these.
- ultraviolet light, KrF laser light, ArF laser light, or the like can be used.
- exposure may be performed by an immersion exposure technique.
- Examples of light used for exposure include extreme ultraviolet light (EUV: Extreme-violet) and X-rays.
- EUV Extreme-violet
- an electron beam can be used instead of the light used for exposure. It is preferable to use extreme ultraviolet light, X-rays, or an electron beam because extremely fine processing is possible. Note that a photomask is not necessary when exposure is performed by scanning a beam such as an electron beam.
- etching the thin film For etching the thin film, a dry etching method, a wet etching method, a sand blasting method, or the like can be used.
- Metal oxide A metal oxide functioning as an oxide semiconductor is preferably used for the semiconductor layer of the transistor included in the display device of this embodiment. Below, the metal oxide applicable to a semiconductor layer is demonstrated.
- the metal oxide preferably contains at least indium or zinc.
- indium and zinc are preferably included.
- aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like is contained.
- One or more selected from boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, or the like may be included.
- the metal oxide is an In-M-Zn oxide containing indium, an element M, and zinc is considered.
- the element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, or the like.
- Other elements applicable to the element M include boron, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, and the like.
- the element M may be a combination of a plurality of the aforementioned elements.
- metal oxides containing nitrogen may be collectively referred to as metal oxides.
- a metal oxide containing nitrogen may be referred to as a metal oxynitride.
- a metal oxide containing nitrogen such as zinc oxynitride (ZnON) may be used for the semiconductor layer.
- An oxide semiconductor (metal oxide) is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single crystal oxide semiconductor.
- the non-single-crystal oxide semiconductor for example, a CAAC-OS (c-axis aligned crystal oxide semiconductor), a polycrystalline oxide semiconductor, an nc-OS (nanocrystalline oxide semiconductor), a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like oxide semiconductor) OS: amorphous-like oxide semiconductor) and amorphous oxide semiconductor.
- the CAAC-OS has a c-axis orientation and a crystal structure in which a plurality of nanocrystals are connected in the ab plane direction and have a strain.
- the strain refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region where the lattice arrangement is aligned and a region where another lattice arrangement is aligned in a region where a plurality of nanocrystals are connected.
- Nanocrystals are based on hexagons, but are not limited to regular hexagons and may be non-regular hexagons.
- the strain may have a lattice arrangement such as a pentagon and a heptagon.
- a clear crystal grain boundary also referred to as a grain boundary
- the formation of crystal grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because the CAAC-OS can tolerate distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction, the bond distance between atoms changes due to substitution of metal elements, and the like. Because.
- the CAAC-OS is a layered crystal in which a layer containing indium and oxygen (hereinafter referred to as an In layer) and a layer including elements M, zinc, and oxygen (hereinafter referred to as (M, Zn) layers) are stacked.
- In layer a layer containing indium and oxygen
- M, Zn elements M, zinc, and oxygen
- indium and the element M can be replaced with each other, and when the element M in the (M, Zn) layer is replaced with indium, it can also be expressed as an (In, M, Zn) layer. Further, when indium in the In layer is replaced with the element M, it can also be expressed as an (In, M) layer.
- CAAC-OS is a metal oxide with high crystallinity.
- CAAC-OS impurities and defects oxygen deficiency (V O:. Oxygen vacancy also referred) etc.) with less metal It can be said that it is an oxide. Therefore, the physical properties of the metal oxide including a CAAC-OS are stable. Therefore, a metal oxide including a CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
- the nc-OS has periodicity in atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm).
- the nc-OS has no regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, orientation is not seen in the whole film. Therefore, the nc-OS may not be distinguished from an a-like OS or an amorphous oxide semiconductor depending on an analysis method.
- indium-gallium-zinc oxide which is a kind of metal oxide including indium, gallium, and zinc
- IGZO indium-gallium-zinc oxide
- a crystal smaller than a large crystal here, a crystal of several millimeters or a crystal of several centimeters
- it may be structurally stable.
- the a-like OS is a metal oxide having a structure between the nc-OS and the amorphous oxide semiconductor.
- the a-like OS has a void or a low density region. That is, the a-like OS has lower crystallinity than the nc-OS and the CAAC-OS.
- Oxide semiconductors have various structures and have different characteristics.
- the oxide semiconductor of one embodiment of the present invention may include two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like OS, an nc-OS, and a CAAC-OS.
- the metal oxide film functioning as a semiconductor layer can be formed using one or both of an inert gas and an oxygen gas.
- an inert gas an oxygen gas
- oxygen gas an oxygen gas
- the flow rate ratio of oxygen (oxygen partial pressure) during the formation of the metal oxide film is preferably 0% or more and 30% or less, and 5% or more and 30% or less. Is more preferably 7% or more and 15% or less.
- the metal oxide preferably has a band gap of 2 eV or more, more preferably 2.5 eV or more, and further preferably 3 eV or more. In this manner, off-state current of a transistor can be reduced by using a metal oxide having a large band gap.
- the metal oxide film can be formed by a sputtering method.
- a PLD method a PECVD method, a thermal CVD method, an ALD method, a vacuum evaporation method, or the like may be used.
- the display device of one embodiment of the present invention since the display device of one embodiment of the present invention has two capacitors that transmit visible light overlapped with a pixel, the pixel can achieve both a high aperture ratio and a large storage capacitor. .
- the CAC-OS is one structure of a material in which an element included in an oxide semiconductor is unevenly distributed with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof. Note that in the following, in an oxide semiconductor, one or more metal elements are unevenly distributed, and a region including the metal element has a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof.
- the state mixed with is also referred to as mosaic or patch.
- the oxide semiconductor preferably contains at least indium.
- One kind selected from the above or a plurality of kinds may be included.
- a CAC-OS in In-Ga-Zn oxide is an indium oxide (hereinafter referred to as InO).
- X1 (X1 is greater real than 0) and.), or indium zinc oxide (hereinafter, in X2 Zn Y2 O Z2 ( X2, Y2, and Z2 is larger real than 0) and a.) or the like, Gallium oxide (hereinafter referred to as GaO X3 (X3 is a real number greater than 0)) or gallium zinc oxide (hereinafter referred to as Ga X4 Zn Y4 O Z4 (where X4, Y4, and Z4 are greater than 0)) to.) and the like, the material becomes mosaic by separate into, mosaic InO X1, or in X2 Zn Y2 O Z2 is configured uniformly distributed in the film (hereinafter, cloud Also referred to.) A.
- CAC-OS includes a region GaO X3 is the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 there is a region which is a main component, a composite oxide semiconductor having a structure that is mixed.
- the first region indicates that the atomic ratio of In to the element M in the first region is larger than the atomic ratio of In to the element M in the second region. It is assumed that the concentration of In is higher than that in the second region.
- IGZO is a common name and sometimes refers to one compound of In, Ga, Zn, and O.
- ZnO ZnO
- the crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC structure.
- the CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals have c-axis orientation and are connected without being oriented in the ab plane.
- CAC-OS relates to a material structure of an oxide semiconductor.
- CAC-OS refers to a region that is observed in the form of nanoparticles mainly composed of Ga in a material structure including In, Ga, Zn, and O, and nanoparticles that are partially composed mainly of In.
- the region observed in a shape is a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic shape. Therefore, in the CAC-OS, the crystal structure is a secondary element.
- the CAC-OS does not include a stacked structure of two or more kinds of films having different compositions.
- a structure composed of two layers of a film mainly containing In and a film mainly containing Ga is not included.
- a region GaO X3 is the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or the region InO X1 is the main component, it may clear boundary can not be observed.
- the CAC-OS includes a region observed in a part of a nanoparticle mainly including the metal element and a nano part mainly including In.
- the region observed in the form of particles refers to a configuration in which each region is randomly dispersed in a mosaic shape.
- the CAC-OS can be formed by a sputtering method under a condition where the substrate is not intentionally heated, for example.
- a CAC-OS is formed by a sputtering method
- any one or more selected from an inert gas (typically argon), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as a deposition gas.
- the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the deposition gas during film formation is preferably as low as possible.
- the flow rate ratio of the oxygen gas is 0% or more and less than 30%, preferably 0% or more and 10% or less. .
- the CAC-OS has a feature that a clear peak is not observed when measurement is performed using a ⁇ / 2 ⁇ scan by an out-of-plane method, which is one of X-ray diffraction (XRD) measurement methods.
- XRD X-ray diffraction
- a CAC-OS includes a ring-shaped region having a high luminance (ring region) in an electron beam diffraction pattern obtained by irradiating an electron beam having a probe diameter of 1 nm (also referred to as a nanobeam electron beam), and the ring region.
- a probe diameter of 1 nm also referred to as a nanobeam electron beam
- the crystal structure of the CAC-OS has an nc (nano-crystal) structure having no orientation in the planar direction and the cross-sectional direction.
- a region in which GaO X3 is a main component is obtained by EDX mapping obtained by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). It can be confirmed that a region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is a main component is unevenly distributed and mixed.
- EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
- the CAC-OS has a structure different from that of the IGZO compound in which the metal element is uniformly distributed, and has a property different from that of the IGZO compound. That is, in the CAC-OS, a region in which GaO X3 or the like is the main component and a region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component are phase-separated from each other, and each region is mainly composed of each element. Has a mosaic structure.
- the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component is a region having higher conductivity than a region containing GaO X3 or the like as a main component. That, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 is a region which is a main component, by carriers flow, expressed the conductivity of the oxide semiconductor. Accordingly, a region where In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is a main component is distributed in a cloud shape in the oxide semiconductor, whereby high field-effect mobility ( ⁇ ) can be realized.
- regions GaO X3, etc. are the main component, In X2 Zn Y2 O Z2, or InO X1 is compared to region which is a main component, has a high area insulation. That is, the region whose main component is GaO X3 or the like is distributed in the oxide semiconductor, whereby leakage current can be suppressed and good switching operation can be realized.
- CAC-OS when CAC-OS is used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 or the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act in a complementary manner.
- An on-current (I on ) and high field effect mobility ( ⁇ ) can be realized.
- CAC-OS is optimal for various semiconductor devices including a display.
- the electronic device of this embodiment includes the display device of one embodiment of the present invention in the display portion. Thereby, the display part of an electronic device can display a high quality image
- the display portion of the electronic device of this embodiment can display an image having a resolution of, for example, full high vision, 2K, 4K, 8K, 16K, or higher.
- the screen size of the display unit can be 20 inches or more diagonal, 30 inches or more diagonal, 50 inches diagonal, 60 inches diagonal, or 70 inches diagonal.
- Examples of electronic devices that can use the display device of one embodiment of the present invention include a television set, a desktop or notebook personal computer, a monitor for a computer, a digital signage (digital signage), a pachinko machine, and the like.
- a television set a desktop or notebook personal computer
- a monitor for a computer a digital signage (digital signage), a pachinko machine, and the like.
- electronic devices having a relatively large screen such as a large game machine such as a game machine, a digital camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone, a portable game machine, a portable information terminal, an audio reproduction device, and the like can be given. .
- the display device of one embodiment of the present invention can be favorably used for a portable electronic device, a wearable electronic device (wearable device), a VR (Virtual Reality) device, an AR (Augmented Reality) device, and the like. .
- the electronic device of one embodiment of the present invention may include a secondary battery, and it is preferable that the secondary battery can be charged using non-contact power transmission.
- Secondary batteries include, for example, lithium ion secondary batteries such as lithium polymer batteries (lithium ion polymer batteries) using gel electrolyte, nickel metal hydride batteries, nickel-cadmium batteries, organic radical batteries, lead storage batteries, air secondary batteries, nickel A zinc battery, a silver zinc battery, etc. are mentioned.
- lithium ion secondary batteries such as lithium polymer batteries (lithium ion polymer batteries) using gel electrolyte, nickel metal hydride batteries, nickel-cadmium batteries, organic radical batteries, lead storage batteries, air secondary batteries, nickel A zinc battery, a silver zinc battery, etc. are mentioned.
- the electronic device of one embodiment of the present invention may include an antenna. By receiving a signal with an antenna, video, information, and the like can be displayed on the display unit.
- the antenna may be used for non-contact power transmission.
- the electronic device of one embodiment of the present invention includes a sensor (force, displacement, position, velocity, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, It may have a function of measuring voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor, or infrared).
- the electronic device of one embodiment of the present invention can have a variety of functions. For example, a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on a display unit, a touch panel function, a function for displaying a calendar, date or time, a function for executing various software (programs), and wireless communication It can have a function, a function of reading a program or data recorded in a recording medium, and the like.
- an electronic apparatus having a plurality of display units
- a function of displaying a stereoscopic image can be provided.
- an electronic device having an image receiving unit a function for photographing a still image or a moving image, a function for automatically or manually correcting the photographed image, and a function for saving the photographed image in a recording medium (externally or incorporated in the electronic device)
- a function of displaying the photographed image on the display portion can be provided.
- the functions of the electronic device of one embodiment of the present invention are not limited thereto, and the electronic device can have various functions.
- FIG. 15A illustrates a television device 1810.
- a television device 1810 includes a display portion 1811, a housing 1812, a speaker 1813, and the like. Furthermore, an LED lamp, operation keys (including a power switch or an operation switch), connection terminals, various sensors, a microphone, and the like can be provided.
- the television device 1810 can be operated by a remote controller 1814.
- broadcast radio waves examples include terrestrial waves and radio waves transmitted from satellites.
- Broadcast radio waves include analog broadcasts, digital broadcasts, etc., and video and audio, or audio-only broadcasts.
- broadcast radio waves transmitted in a specific frequency band in the UHF band (about 300 MHz to 3 GHz) or the VHF band (30 MHz to 300 MHz) can be received.
- the transfer rate can be increased and more information can be obtained. Accordingly, an image having a resolution exceeding full high-definition can be displayed on the display unit 1811. For example, an image having a resolution of 4K, 8K, 16K, or higher can be displayed.
- FIG. 15B shows a digital signage 1820 attached to a cylindrical column 1822.
- the digital signage 1820 has a display portion 1821.
- the display portion 1821 As the display portion 1821 is wider, the amount of information that can be provided at a time can be increased. Moreover, the wider the display portion 1821 is, the easier it is to be noticed by humans. For example, the advertising effect of advertisement can be enhanced.
- a touch panel By applying a touch panel to the display portion 1821, not only a still image or a moving image is displayed on the display portion 1821 but also a user can operate intuitively, which is preferable. In addition, when used for the purpose of providing information such as route information or traffic information, usability can be improved by an intuitive operation.
- FIG. 15C illustrates a laptop personal computer 1830.
- the personal computer 1830 includes a display portion 1831, a housing 1832, a touch pad 1833, a connection port 1834, and the like.
- the touch pad 1833 functions as an input unit such as a pointing device or a pen tablet, and can be operated with a finger, a stylus, or the like.
- a display device is incorporated in the touch pad 1833. As shown in FIG. 15C, by displaying the input key 1835 on the surface of the touch pad 1833, the touch pad 1833 can be used as a keyboard. At this time, when the input key 1835 is touched, a vibration module may be incorporated in the touch pad 1833 in order to realize tactile sensation by vibration.
- FIG. 16A and 16B show a portable information terminal 800.
- the portable information terminal 800 includes a housing 801, a housing 802, a display portion 803, a display portion 804, a hinge portion 805, and the like.
- the housing 801 and the housing 802 are connected by a hinge portion 805.
- the portable information terminal 800 can open the housing 801 and the housing 802 as illustrated in FIG. 16B from the folded state as illustrated in FIG.
- document information can be displayed on the display portion 803 and the display portion 804, and can be used as an electronic book terminal.
- still images and moving images can be displayed on the display portion 803 and the display portion 804.
- the portable information terminal 800 can be folded when being carried, it is excellent in versatility.
- housing 801 and the housing 802 may include a power button, an operation button, an external connection port, a speaker, a microphone, and the like.
- FIG. 16C illustrates an example of a portable information terminal.
- a portable information terminal 810 illustrated in FIG. 16C includes a housing 811, a display portion 812, operation buttons 813, an external connection port 814, a speaker 815, a microphone 816, a camera 817, and the like.
- the portable information terminal 810 includes a touch sensor in the display unit 812. All operations such as making a call or inputting characters can be performed by touching the display portion 812 with a finger, a stylus, or the like.
- the operation of the operation button 813 can switch the power ON / OFF operation and the type of image displayed on the display unit 812.
- the mail creation screen can be switched to the main menu screen.
- the orientation (portrait or landscape) of the portable information terminal 810 is determined, and the screen display orientation of the display unit 812 is changed. It can be switched automatically.
- the screen display orientation can also be switched by touching the display portion 812, operating the operation buttons 813, or inputting voice using the microphone 816.
- the portable information terminal 810 has one or a plurality of functions selected from, for example, a telephone, a notebook, an information browsing device, or the like. Specifically, it can be used as a smartphone.
- the portable information terminal 810 can execute various applications such as mobile phone, e-mail, text browsing and creation, music playback, video playback, Internet communication, and games.
- FIG. 16D illustrates an example of a camera.
- the camera 820 includes a housing 821, a display portion 822, operation buttons 823, a shutter button 824, and the like.
- a removable lens 826 is attached to the camera 820.
- the camera 820 is configured such that the lens 826 can be removed from the housing 821 and replaced, but the lens 826 and the housing may be integrated.
- the camera 820 can capture a still image or a moving image by pressing the shutter button 824.
- the display portion 822 has a function as a touch panel and can capture an image by touching the display portion 822.
- the camera 820 can be separately attached with a strobe device, a viewfinder, and the like. Alternatively, these may be incorporated in the housing 821.
- FIG. 16E illustrates an example in which the display device of one embodiment of the present invention is mounted as a vehicle-mounted display.
- the display unit 832 and the display unit 833 can provide various information by displaying navigation information, a speedometer, a tachometer, a travel distance, a fuel gauge, a gear state, an air conditioner setting, and the like.
- an electronic device can be obtained by using the display device of one embodiment of the present invention.
- the application range of the display device is extremely wide and can be applied to electronic devices in all fields.
- FIG. 17A is a diagram illustrating an operation method of the pixel 11 for which simulation is performed in this embodiment, and the operation is described by being divided into periods T51 to T54.
- FIGS. 17B1, B2, B3, and B4 are circuit diagrams illustrating a specific operation method of the pixel 11 in each period illustrated in FIG. Specifically, FIG. 17B1 is the specific period of the pixel 11 in the period T51, FIG. 17B2 is the specific period of the period T52, FIG. 17B3 is the specific period of the period T53, and FIG. It is a circuit diagram which shows a various operation method.
- image data and data are written in the pixels 11.
- a potential of 24 V was supplied as a high potential to the wiring 21 and the wiring 22, and the transistor 41 and the transistor 42 were turned on.
- the potential of the wiring 31 is a potential V ID that is a potential corresponding to image data
- the potential of the wiring 32 is a potential V data that is a potential corresponding to data .
- the writing of the image data and the data to the pixel 11 is finished, and standby is performed. Specifically, a potential of ⁇ 8 V is supplied to the wiring 21 and the wiring 22 as a low potential, so that the transistor 41 and the transistor 42 are turned off.
- a potential of ⁇ 8 V is supplied to the wiring 21 and the wiring 22 as a low potential, so that the transistor 41 and the transistor 42 are turned off.
- the potential V data supplied to the wiring 32 in the period T51 was a potential calculated by the following equation.
- the display device 60 is a liquid crystal device, and the capacitance value of the capacitive element 51 is 1 pF, the capacitance value of the capacitive element 52 is 10 pF, and the capacitance value of the display device 60 is 1 pF. That was the C 1 2 pF, the C 2 and 10 pF.
- the potential V D indicates a target value of the potential of the node NM1 in the periods T53 and T54. In this example, whether or not the potential of the node NM1 becomes the potential V D in the period T53 and the period T54 was confirmed by simulation.
- FIG. 18 (A) is a potential V D 0V, -1V, -2V, -3V, -4V, in the case of a -5V, the simulation results in the potential of the node NM1 in the period T51 to the period T54.
- FIG. 18 (B) is the potential V D 0V, 1V, 2V, 3V, 4V, in the case of a 5V, the simulation results in the potential of the node NM1 in the period T51 to the period T54.
- the potential V ID is 5 V and the potential V ref is ⁇ 12 V
- the potential V ID is ⁇ 5 V and the potential V ref is 12 V. did. That is, in the case shown in FIG. 18A, the potential V ID is positive and the potential V D is 0 or negative, and in the case shown in FIG. 18B, the potential V ID is negative and the potential V D is 0 or positive. .
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Abstract
要約書 高速に動作する表示装置を提供する。 画素が設けられた表示部を有し、 表示部は、 第1の色の画像と、 第2の色の画像と、 を表示する機能 を有する。 第1の画像データと、 第1のデータと、 を画素に書き込む第1の期間と、 第1の画像デー タに対応する、 第1の色の画像を表示部に表示する第2の期間と、 第1の画像データと、 第1のデー タと、 を基にして、 画素の内部で第2の画像データを生成する第3の期間と、 第2の画像データに対 応する、第2の色の画像を表示部に表示する第4の期間と、を有する。
Description
本発明の一態様は、表示装置及びその動作方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、又は、製造方法に関するものである。又は、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
表示デバイスとして例えば液晶デバイスを有する表示装置の表示方法として、カラーフィルタ方式及びフィールドシーケンシャル方式が知られている。前者によって表示を行う表示装置では、各画素に、特定色を呈する波長の光のみを透過するカラーフィルタ(例えば、赤色、緑色、青色)を有する複数の副画素が設けられる。そして、副画素毎に白色光の透過を制御し、且つ画素毎に複数の色を混色することで所望の色を形成している。一方、後者によって表示を行う表示装置では、それぞれが異なる色を呈する光を発光する、複数のバックライト等の光源(例えば、赤色、緑色、青色)が設けられる。そして、当該複数の光源が順次発光し、且つ画素毎にそれぞれの色を呈する光の透過を制御することで所望の色を形成している。すなわち、前者は、特定色を呈する光毎に一画素の面積を分割することで所望の色を形成する方式であり、後者は、特定色を呈する光毎に表示期間を時間分割することで所望の色を形成する方式である。
フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う表示装置は、カラーフィルタ方式によって表示を行う表示装置と比較し、以下の利点を有する。まず、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う表示装置では、各画素に副画素を設ける必要がない。そのため、開口率を向上させること、又は画素数を増加させることが可能である。加えて、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う表示装置では、カラーフィルタを設ける必要がない。つまり、カラーフィルタにおける光吸収による光の損失がない。以上により、光の透過率を向上させること、及び消費電力を低減することが可能である。
特許文献1、2では、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う表示装置が開示されている。具体的には、特許文献1では、複数行に配置された画素に対して同時に画像データを供給することで、当該表示装置が有するトランジスタ等の応答速度を変化させることなく、各画素に対する画像データの入力頻度を増加させることができる。また、特許文献2では、特定の行に配置された画素に対する画像データの書き込みに続いて、該特定の行から隔離された行に配置された画素に対する画像データの書き込みを行う。これにより、全ての画素に対して画像データの書き込み、及びバックライトの点灯を行うのではなく、特定の画素毎に画像データの書き込み、及びバックライトの点灯を順次行うことができる。
フィールドシーケンシャル方式によって表示を行い、表示デバイスとして液晶デバイスを有する表示装置において、全ての画素に同時に画像データを書き込むのではなく、行毎に画像データを書き込む場合、最終行の画素に画像データが書き込まれた後に、最終行の画素が有する液晶デバイスが応答するまで待機してからバックライト等の光源を発光させる必要がある。このため、行毎に画像データを書き込む場合、最終行以外の画素では液晶デバイスの応答完了後にも待ち時間が発生することになるため、全ての画素に同時に画像データを書き込む場合より表示装置の動作速度が低下する。これにより、例えばフレーム周波数が低下し、各色の画像が合成されずに個別に視認される、カラーブレイクという現象が発生する可能性がある。
また、液晶デバイスが応答中である画素に対応する光源を消光する、バックライトスキャン方式で表示装置を動作させることにより、行毎に画像データを書き込む場合であっても、表示装置の動作速度を、全ての画素に同時に画像データを書き込む場合と同等とすることができる。しかし、この場合、表示装置の作製コストが増加し、また光源の配置の自由度が低下する可能性がある。
本発明の一態様では、高速に動作する表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、高品位の画像を表示することができる表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、低価格の表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、信頼性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、新規な表示装置を提供することを目的の一つとする。又は、新規な半導体装置等を提供することを目的の一つとする。
又は、高速に動作する表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、高品位の画像を表示することができる表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、低価格の表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、低消費電力の表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、信頼性の高い表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、新規な表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。又は、新規な半導体装置等の動作方法を提供することを目的の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項等の記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項等の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、画素が設けられた表示部を有し、表示部は、第1の色の画像と、第2の色の画像と、を表示する機能を有し、第1の画像データと、第1のデータと、を画素に書き込む第1の期間と、第1の画像データに対応する、第1の色の画像を表示部に表示する第2の期間と、第1の画像データと、第1のデータと、を基にして、画素の内部で第2の画像データを生成する第3の期間と、第2の画像データに対応する、第2の色の画像を表示部に表示する第4の期間と、を有する表示装置の動作方法である。
又は、上記態様において、第3の期間において、画素に基準電位を供給することで、第1の画像データと、第1のデータと、を基にして、画素の内部で第2の画像データを生成してもよい。
又は、上記態様において、第3の期間は、第1の期間より短くてもよい。
又は、上記態様において、表示装置は、ソースドライバを有し、ソースドライバは、第1のデータ線を介して画素と電気的に接続され、ソースドライバは、第2のデータ線を介して画素と電気的に接続され、ソースドライバは、第1の画像データ、及び第1のデータを生成する機能を有し、第1の期間において、第1の画像データは、第1のデータ線を介して画素に書き込まれ、第1のデータは、第2のデータ線を介して画素に書き込まれてもよい。
本発明の一態様は、画素が設けられた表示部を有し、表示部は、第1の色の画像と、第2の色の画像と、第3の色の画像と、を表示する機能を有し、第1の画像データと、第1のデータと、を画素に書き込む第1の期間と、第1の画像データに対応する、第1の色の画像を表示部に表示する第2の期間と、第1の画像データと、第1のデータと、を基にして、画素の内部で第2の画像データを生成する第3の期間と、第2の画像データに対応する、第2の色の画像を表示部に表示する第4の期間と、第3の画像データと、第2のデータと、を画素に書き込む第5の期間と、第3の画像データに対応する、第3の色の画像を表示部に表示する第6の期間と、第3の画像データと、第2のデータと、を基にして、画素の内部で第4の画像データを生成する第7の期間と、第4の画像データに対応する、第1の色の画像を表示部に表示する第8の期間と、第5の画像データと、第3のデータと、を画素に書き込む第9の期間と、第5の画像データに対応する、第2の色の画像を表示部に表示する第10の期間と、第5の画像データと、第3のデータと、を基にして、画素の内部で第6の画像データを生成する第11の期間と、第6の画像データに対応する、第3の色の画像を表示部に表示する第12の期間と、を有する表示装置の動作方法である。
又は、上記態様において、第3の期間において、画素に基準電位を供給することで、第1の画像データと、第1のデータと、を基にして、画素の内部で第2の画像データを生成し、第7の期間において、画素に基準電位を供給することで、第3の画像データと、第2のデータと、を基にして、画素の内部で第4の画像データを生成し、第11の期間において、画素に基準電位を供給することで、第5の画像データと、第3のデータと、を基にして、画素の内部で第6の画像データを生成してもよい。
又は、上記態様において、第3、第7、及び第11の期間は、第1、第5、及び第9の期間より短くてもよい。
又は、上記態様において、表示装置は、ソースドライバを有し、ソースドライバは、第1のデータ線を介して画素と電気的に接続され、ソースドライバは、第2のデータ線を介して画素と電気的に接続され、ソースドライバは、第1、第3、及び第5の画像データ、並びに第1乃至第3のデータを生成する機能を有し、第1の期間において、第1の画像データは、第1のデータ線を介して画素に書き込まれ、第1のデータは、第2のデータ線を介して画素に書き込まれ、第5の期間において、第3の画像データは、第1のデータ線を介して画素に書き込まれ、第2のデータは、第2のデータ線を介して画素に書き込まれ、第9の期間において、第5の画像データは、第1のデータ線を介して画素に書き込まれ、第3のデータは、第2のデータ線を介して画素に書き込まれてもよい。
又は、上記態様において、画素は、メモリ回路と、表示デバイスと、を有し、メモリ回路は、第1のデータ線、及び第2のデータ線と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、メモリ回路は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素子と、を有し、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第1のデータ線と電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第2のデータ線と電気的に接続されていてもよい。
又は、上記態様において、第1のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd又はHf)と、を有してもよい。
又は、上記態様において、表示デバイスは、液晶デバイスであってもよい。
本発明の一態様を用いることで、高速に動作する表示装置を提供することができる。又は、高品位の画像を表示することができる表示装置を提供することができる。又は、低価格の表示装置を提供することができる。又は、低消費電力の表示装置を提供することができる。又は、信頼性の高い表示装置を提供することができる。又は、新規な表示装置を提供することができる。又は、新規な半導体装置等を提供することができる。
又は、高速に動作する表示装置の動作方法を提供することができる。又は、高品位の画像を表示することができる表示装置の動作方法を提供することができる。又は、低価格の表示装置の動作方法を提供することができる。又は、低消費電力の表示装置の動作方法を提供することができる。又は、信頼性の高い表示装置の動作方法を提供することができる。又は、新規な表示装置の動作方法を提供することができる。又は、新規な半導体装置等の動作方法を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、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。したがって、本発明は以下に示す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、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略又は変更する場合もある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置、及びその動作方法について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置、及びその動作方法について、図面を参照して説明する。
本発明の一態様は、第1の画像データ及び第1のデータを画素に書き込み、第1の画像データに対応する画像を表示した後、第1の画像データ及び第1のデータを基にして画素内部で第2の画像データを生成し、第2の画像データに対応する画像を表示する、表示装置の動作方法である。これにより、第2の画像データも第1の画像データと同様に画素の外部から画素に書き込む場合より、表示される画像の切り替えを高速に行うことができるので、表示装置を高速に動作させることができる。
ここで、本発明の一態様の表示装置が有する画素は、表示デバイスの他、メモリ回路を有する。メモリ回路に第1の画像データを保持することにより、第1の画像データに対応する画像を表示した後、第1の画像データ及び第1のデータを基にして、画素内部で第2の画像データを生成することができる。
本発明の一態様の表示装置の動作方法は、例えばフィールドシーケンシャル方式によって表示を行い、表示デバイスとして液晶デバイスを有する表示装置に適用することができる。このような表示装置には、それぞれが異なる色を呈する光を発光する、複数のバックライト等の光源(例えば、赤色、緑色、青色)が設けられる。そして、当該複数の光源が順次発光し、且つ画素毎にそれぞれの色を呈する光の透過を制御することにより、画像を表示する。つまり、特定色を呈する光毎に表示期間を時間分割する。したがって、高速に動作しない表示装置では、例えばフレーム周波数が低下し、カラーブレイクの発生等の可能性がある。
本発明の一態様の表示装置の動作方法では、第1の画像データを、例えば赤色、緑色、青色のうちの一色に対応する画像データとすることができる。また、第2の画像データを、第1の画像データとは異なる一色に対応する画像データとすることができる。これにより、表示させる画像を、第1の画像データに対応する画像から第2の画像データに対応する画像に切り替えることにより、表示される画像の色を切り替えることができる。上記のように、本発明の一態様の表示装置の動作方法では、表示される画像の切り替えを高速に行うことができるので、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う場合であってもフレーム周波数を高めることができ、例えばカラーブレイクの発生を抑制することができる。これにより、表示装置により表示される画像の品位を高めることができる。
図1(A)は、本発明の一態様の表示装置である表示装置10の構成例を説明する図である。表示装置10は、画素11がm行n列のマトリクス状に配列された表示部12と、ゲートドライバ13と、ソースドライバ14と、を有する。また、画素11には、メモリ回路15が設けられる。
本明細書等において、例えば1行1列目の画素11を画素11[1,1]と記載し、m行n列目の画素11を画素11[m,n]と記載する。なお、他の要素についても、同様の表記を用いる場合がある。
画素11は、配線21を介して同一行の他の画素11と電気的に接続され、配線22を介して同一行の他の画素11と電気的に接続されている。また、画素11は、配線31を介して同一列の他の画素11と電気的に接続され、配線32を介して同一列の他の画素11と電気的に接続されている。
ゲートドライバ13は、m本の配線21、及びm本の配線22と電気的に接続されている。ソースドライバ14は、n本の配線31、及びn本の配線32と電気的に接続されている。
ゲートドライバ13は、配線21を介して信号を画素11に供給し、画素11の動作を制御する機能を有する。また、ゲートドライバ13は、配線22を介して信号を画素11に供給し、画素11の動作を制御する機能を有する。配線21及び配線22は、走査線としての機能を有する。
ソースドライバ14は、生成した画像データ等を、配線31を介して画素11に供給する機能を有する。また、ソースドライバ14は、生成したデータ等を、配線32を介して画素11に供給する機能を有する。配線31及び配線32は、データ線としての機能を有する。
本明細書等において、画像データとは、表示部12等に表示される画像を表すデータを示す。つまり、表示部12は、画像データに対応する画像を表示する機能を有するということができる。
メモリ回路15は、配線31を介して画素11に供給された画像データを保持する機能を有する。また、メモリ回路15は、保持された画像データと、配線32を介して画素11に供給されたデータと、を基にして、新たな画像データを生成して保持する機能を有する。つまり、当該新たな画像データは、画素11の内部で生成された画像データということができる。
表示装置10は、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行うことができる。この場合、配線31を介して画素11に供給された画像データと、当該画像データを基に画素11の内部で生成された画像データと、を異なる色に対応する画像データとすることができる。例えば、表示装置10が赤色、緑色、及び青色によって画像を表示する場合、配線31を介して画素11に供給された画像データは、赤色の画像を表す画像データとすることができ、当該画像データを基に画素11の内部で生成された画像データは、緑色の画像を表す画像データとすることができる。
表示装置10は、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有していなくてもよい。この場合、配線31を介して画素11に供給された画像データ、及び画素11の内部で生成された画像データのいずれもが、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像の全てを表す画像データとすることができる。なお、表示装置10がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有していない場合、表示部12には、例えば赤色の画像を表示する機能を有する副画素、緑色の画像を表示する機能を有する副画素、及び青色の画像を表示する機能を有する副画素からなる画素を設けることができる。この場合、画素11は上記副画素に該当する。
表示装置10は、赤色、緑色、及び青色の他、白色によって画像を表示する機能を有してもよい。また、上記色に加えて、又は上記色の代わりに、黄色、マゼンタ、シアン等によって画像を表示する機能を有してもよい。
図1(B)は、画素11の構成例を示す図である。画素11は、トランジスタ41、トランジスタ42、容量素子51、容量素子52、及び表示デバイス60を有する。ここで、画素11に設けられたメモリ回路15は、トランジスタ41、トランジスタ42、及び容量素子52から構成されるということができる。なお、図1(B)において、トランジスタ41及びトランジスタ42はいずれもnチャネル型トランジスタとしているが、一方又は両方のトランジスタをpチャネル型トランジスタとしてもよい。
ここで、表示デバイス60として、例えば液晶デバイスを用いることができる。この場合、表示装置10には、バックライト等の光源が設けられる。光源から発せられた光は、液晶デバイスである表示デバイス60を透過して、表示部12の表示面に射出される。表示デバイス60の光の透過率を制御することにより、表示部12に画像を表示することができる。つまり、表示装置10は、透過型の液晶表示装置とすることができる。なお、図1(A)には、光源は図示していない。
また、表示装置10がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有する場合、それぞれが異なる色の光を発光する光源(例えば、赤色、緑色、青色)が設けられ、当該複数の光源が順次発光し、発光する光源が切り替わる毎に表示デバイス60による光の透過を制御することにより、表示部12に画像を表示する。つまり、色毎に表示期間を時間分割する。
トランジスタ41のソース又はドレインの一方は、容量素子52の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ42のソース又はドレインの一方は、容量素子52の他方の電極と電気的に接続されている。容量素子52の一方の電極は、容量素子51の一方の電極と電気的に接続されている。容量素子51の一方の電極は、表示デバイス60の一方の電極と電気的に接続されている。なお、トランジスタ41のソース又はドレインの一方、容量素子52の一方の電極、容量素子51の一方の電極、及び表示デバイス60の一方の電極が電気的に接続されたノードをノードNM1とする。また、トランジスタ42のソース又はドレインの一方、及び容量素子52の他方の電極が電気的に接続されたノードをノードNAとする。つまり、ノードNM1及びノードNAは、メモリ回路15に設けられているということができる。
トランジスタ41のソース又はドレインの他方は、配線31と電気的に接続されている。トランジスタ42のソース又はドレインの他方は、配線32と電気的に接続されている。トランジスタ41のゲートは、配線21と電気的に接続されている。トランジスタ42のゲートは、配線22と電気的に接続されている。容量素子51の他方の電極は、配線61と電気的に接続されている。表示デバイス60の他方の電極は、配線62と電気的に接続されている。ここで、配線61及び配線62は、電源線としての機能を有する。配線61及び配線62には、例えば接地電位が供給される。
トランジスタ41及びトランジスタ42は、スイッチとしての機能を有する。ここで、配線21を介して供給された信号に基づいて、トランジスタ41の導通又は非導通が制御される。また、配線22を介して供給された信号に基づいて、トランジスタ42の導通又は非導通が制御される。トランジスタ41を導通させることで、配線31を介して供給された画像データ等が電荷(電位)としてノードNM1に書き込まれ、トランジスタ41を非導通とすることで、ノードNM1に書き込まれた画像データ等が保持される。また、トランジスタ42を導通させることで、配線32を介して供給されたデータ等が電荷(電位)としてノードNAに書き込まれ、トランジスタ42を非導通とすることで、ノードNAに書き込まれたデータ等が保持される。
ここで、トランジスタ41及びトランジスタ42に極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、ノードNM1及びノードNAに保持された電荷のリークを極めて小さくすることができる。これにより、ノードNM1及びノードNAの電位を長時間保持することができる。当該トランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタ)を用いることができる。
OSトランジスタに用いる半導体材料としては、バンドギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体等であり、例えば、後述するCAAC−OS又はCAC−OS等を用いることができる。CAAC−OSは、結晶性の酸化物半導体である。また、当該結晶性の酸化物半導体を用いたトランジスタは、信頼性を向上させることができるため、本発明の一態様の表示装置に用いると好適である。また、CAC−OSは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタ等に適する。
OSトランジスタはバンドギャップが大きいため、極めて低いオフ電流特性を示す。また、OSトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、及び短チャネル効果等が生じない等、Siをチャネル形成領域に有するトランジスタ(以下、Siトランジスタ)とは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。
なお、トランジスタ41及びトランジスタ42にSiトランジスタを用いてもよい。又は、トランジスタ41及びトランジスタ42の一方にOSトランジスタを用い、他方にSiトランジスタを用いてもよい。例えば、トランジスタ41にOSトランジスタを用い、トランジスタ42にSiトランジスタを用いてもよい。なお、上記Siトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン(代表的には、低温ポリシリコン)を有するトランジスタ、単結晶シリコンを有するトランジスタ等が挙げられる。
次に、表示装置10がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う場合の、表示装置10の動作方法の一例について説明する。図2は、表示装置10の動作方法の一例を説明する図であり、期間T01乃至期間T26における動作を示している。図2では、最上部は1行目の画素11の動作を示しており、最下部はm行目の画素11の動作を示している。
本明細書等において、画像(R)は赤色の画像を示し、画像(G)は緑色の画像を示し、画像(B)は青色の画像を示す。また、画像データID(R)は画像(R)を表す画像データを示し、画像データID(G)は画像(G)を表す画像データを示し、画像データID(B)は画像(B)を表す画像データを示す。さらに、詳細は後述するが、データdata(R)は画像データID(R)の基となるデータを示し、データdata(G)は画像データID(G)の基となるデータを示し、データdata(B)は画像データID(B)の基となるデータを示す。
また、本明細書等において、i行目(iは1以上m以下の整数)の画素11を画素11[i]と記載する。なお、他の要素についても、同様の表記を用いる場合がある。また、画素11[i]等、i行目の画素に書き込まれる画像データID(R)、画像データID(G)、画像データID(B)、データdata(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)を、それぞれ画像データID(R)[i]、画像データID(G)[i]、画像データID(B)[i]、データdata(R)[i]、データdata(G)[i]、及びデータdata(B)[i]と記載する。さらに、1乃至m行目のうち、いずれかの行の画素に書き込まれる画像データID(R)、画像データID(G)、画像データID(B)、データdata(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)であることを、それぞれ画像データID(R)[1:m]、画像データID(G)[1:m]、画像データID(B)[1:m]、データdata(R)[1:m]、データdata(G)[1:m]、及びデータdata(B)[1:m]と記載する。
図3は、図2に示す各期間における画素11の動作方法の一例を説明するタイミングチャートである。なお、図2及び図3では、赤色の画像である画像(R)、緑色の画像である画像(G)、青色の画像である画像(B)を順に表示した後、再び画像(R)、画像(G)、画像(B)を順に表示する場合を示している。
図4(A)、(B)、(C)、(D)は、図2及び図3に示す各期間のうち、期間T01乃至期間T06における、画素11の具体的な動作方法の一例を示す回路図である。具体的には、図4(A)は期間T01における、図4(B)は期間T02及び期間T03における、図4(C)は期間T04における、図4(D)は期間T05及び期間T06における、画素11の具体的な動作方法の一例を示す回路図である。なお、図3及び図4に示す動作は、1行目乃至m行目のいずれの画素11にも適用することができる。
期間T01に、画像データID(R)及びデータdata(G)を画素11に書き込む。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を高電位とし、配線31を介して画素11[i]に画像データID(R)[i]を供給し、配線32を介して画素11[i]にデータdata(G)[i]を供給する。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が導通し、ノードNM1の電位が画像データID(R)に対応する電位である電位VID(R)となり、ノードNAの電位がデータdata(G)に対応する電位である電位Vdata(G)となる。つまり、画素11の外部から、画素11に画像データID(R)及びデータdata(G)が書き込まれる。
画像データID(R)[i]及びデータdata(G)[i]の書き込みが終了した画素11[i]については、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(R)が保持され、ノードNAに電位Vdata(G)が保持される。
本明細書等において、低電位は、例えば負電位とすることができる。又は、例えば接地電位とすることができる。
ここで、図2に示すように、画像データID(R)及びデータdata(G)は、1行目の画素11からm行目の画素11まで、行毎に順に書き込まれる。つまり、画像データID(R)及びデータdata(G)は、線順次で書き込まれる。なお、1行目の画素11への画像データID(R)及びデータdata(G)の書き込み開始から、m行目の画素11への画像データID(R)及びデータdata(G)の書き込み終了までを期間T01とすることができる。
期間T02に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、トランジスタ41及びトランジスタ42を非導通とした状態で、例えばm行目の画素11が有する表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。
期間T03に、画像(R)を表示部12に表示する。例えば、表示装置10に設けられた赤色の光源を発光させることにより、画像データID(R)に対応する画像(R)を表示することができる。ここで、図4(B)に示すように、表示デバイス60の一方の電極には、画像データID(R)に対応する電位である電位VID(R)が印加されている。電位VID(R)は、期間T01において画素11に書き込まれたデータdata(G)には依存しないので、画像データID(R)に対応する画像(R)を表示することができる。
期間T04において、画素11に保持された画像データID(R)及びデータdata(G)を基にして、画素11の内部で画像データID(G)を生成する。具体的には、配線22の電位を高電位とし、配線32の電位を電位Vrefとする。これにより、トランジスタ42が導通し、ノードNAの電位が電位Vrefとなる。また、ノードNM1の電位VNM1は、以下の式で表される。ここで、C1は容量素子51の容量値と、表示デバイス60の容量値と、の合計を示し、C2は容量素子52の容量値を示す。
なお、ノードNM1の容量結合係数を1とすると、電位VNM1は以下の式で表される。
つまり、電位VNM1が画像データID(G)に対応する電位である電位VID(G)となるように、期間T01においてノードNAに書き込まれる電位である電位Vdata(G)を設定すれば、画素11の内部で画像データID(G)が生成されることになる。
ここで、電位Vrefは、基準電位とすることができる。例えば、全ての画素11について、供給される電位Vrefは同一とすることができる。このため、例えば全ての画素11について、電位Vrefを同時に供給することができる。これにより、画素11の内部での画像データID(G)の生成を、面順次で行うことができる。したがって、期間T04は、線順次で画像データ等の書き込みを行う期間T01より短くなる。
期間T05に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(G)が保持され、ノードNAに電位Vrefが保持される。この状態で、表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。
ここで、前述のように、期間T04で行う画素11への画像データID(G)の生成は、面順次で行うことができる。これにより、表示デバイス60が完全に応答するのを待たずに画像(G)を表示させても、表示ムラが発生することを抑制することができるので、高品位の画像を表示することができる。したがって、期間T01のように、画素11への画像データの書き込みを線順次で行う場合より、表示デバイス60の応答待ちの期間は短期間でよい。つまり、期間T05は期間T02より短くすることができる。
期間T06に、画像(G)を表示部12に表示する。例えば、表示装置10に設けられた緑色の光源を発光させることにより、画像データID(G)に対応する画像(G)を表示することができる。
期間T11に、画像データID(B)及びデータdata(R)を画素11に書き込む。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を高電位とし、配線31を介して画素11[i]に画像データID(B)[i]を供給し、配線32を介して画素11[i]にデータdata(R)[i]を供給する。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が導通し、ノードNM1の電位が画像データID(B)に対応する電位である電位VID(B)となり、ノードNAの電位がデータdata(R)に対応する電位である電位Vdata(R)となる。つまり、画素11の外部から、画素11に画像データID(B)及びデータdata(R)が書き込まれる。
画像データID(B)[i]及びデータdata(R)[i]の書き込みが終了した画素11[i]については、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(B)が保持され、ノードNAに電位Vdata(R)が保持される。
ここで、画像データID(B)及びデータdata(R)は、線順次で書き込まれる。なお、1行目の画素11への画像データID(B)及びデータdata(R)の書き込み開始から、m行目の画素11への画像データID(B)及びデータdata(R)の書き込み終了までを期間T11とすることができる。
期間T12に、期間T02等と同様に、表示デバイス60の応答待ちを行う。
期間T13に、画像(B)を表示部12に表示する。例えば、表示装置10に設けられた青色の光源を発光させることにより、画像データID(B)に対応する画像(B)を表示することができる。
期間T14において、期間T04と同様の動作を行い、画素11に保持された画像データID(B)及びデータdata(R)を基にして、画素11の内部で画像データID(R)を生成する。ノードNM1の電位VNM1は、数式1において、電位VID(R)を電位VID(B)と読み替え、電位Vdata(G)を電位Vdata(R)と読み替えた値となる。つまり、電位VNM1が画像データID(R)に対応する電位である電位VID(R)となるように、期間T11においてノードNAに書き込まれる電位Vdata(R)を設定すれば、画素11の内部で画像データID(R)が生成されることになる。ここで、期間T14において、画素11の内部での画像データID(R)の生成は、面順次で行うことができるため、期間T14は、線順次で画像データの書き込み等を行う期間T11より短くなる。
期間T15に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(R)が保持され、ノードNAに電位Vrefが保持される。この状態で、表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。なお、前述のように、期間T14で行う画素11への画像データID(R)の生成は面順次で行うことができるので、期間T15は期間T12より短くすることができる。
期間T16に、期間T03と同様の動作を行い、画像(R)を表示部12に表示する。
期間T21に、画像データID(G)及びデータdata(B)を画素11に書き込む。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を高電位とし、配線31を介して画素11[i]に画像データID(G)[i]を供給し、配線32を介して画素11[i]にデータdata(B)[i]を供給する。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が導通し、ノードNM1の電位が画像データID(G)に対応する電位である電位VID(G)となり、ノードNAの電位がデータdata(B)に対応する電位である電位Vdata(B)となる。つまり、画素11の外部から、画素11に画像データID(G)及びデータdata(B)が書き込まれる。
画像データID(G)[i]及びデータdata(B)[i]の書き込みが終了した画素11[i]については、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(G)が保持され、ノードNAに電位Vdata(B)が保持される。
ここで、画像データID(G)及びデータdata(B)は、線順次で書き込まれる。なお、1行目の画素11への画像データID(G)及びデータdata(B)の書き込み開始から、m行目の画素11への画像データID(G)及びデータdata(B)の書き込み終了までを期間T21とすることができる。
期間T22に、期間T02等と同様に、表示デバイス60の応答待ちを行う。期間T23に、期間T06と同様の動作を行い、画像(G)を表示部12に表示する。
期間T24において、期間T04と同様の動作を行い、画素11に保持された画像データID(G)及びデータdata(B)を基にして、画素11の内部で画像データID(B)を生成する。ノードNM1の電位VNM1は、数式1及び数式2において、電位VID(R)を電位VID(G)と読み替え、電位Vdata(G)を電位Vdata(B)と読み替えた値となる。つまり、電位VNM1が画像データID(B)に対応する電位である電位VID(B)となるように、期間T21においてノードNAに書き込まれる電位Vdata(B)を設定すれば、画素11の内部で画像データID(B)が生成されることになる。ここで、期間T24において、画素11の内部での画像データID(B)の生成は、面順次で行うことができるため、期間T24は、線順次で画像データの書き込み等を行う期間T21より短くなる。
期間T25に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、配線21の電位、及び配線22の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41及びトランジスタ42が非導通となり、ノードNM1に電位VID(B)が保持され、ノードNAに電位Vrefが保持される。この状態で、表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。なお、前述のように、期間T24で行う画素11への画像データID(B)の生成は面順次で行うことができるので、期間T25は期間T22より短くすることができる。
期間T26に、期間T13と同様の動作を行い、画像(B)を表示部12に表示する。
以上が表示装置10の動作方法の一例である。上記動作方法では、期間T04、期間T14、及び期間T24において、期間T01、期間T11、及び期間T21と同様に画素11の外部から画像データを画素11に書き込む場合より、表示部12に表示される画像を高速に切り替えることができる。このため、表示装置10を高速に動作させることができる。
また、上記動作方法では、本発明の一態様の表示装置をバックライトスキャン方式で動作させなくても、本発明の一態様の表示装置を高速に動作させることができる。これにより、本発明の一態様の表示装置の作製コストの増加を抑制することができるので、本発明の一態様の表示装置を低価格で提供することができる。また、光源の配置の自由度の低下を抑制することができる。
本発明の一態様の表示装置が、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う場合、特定色の画像毎に表示期間を時間分割する。つまり、図2等に示すように、例えば期間T03において赤色の画像を表示し、期間T06において緑色の画像を表示し、期間T13において青色の画像を表示することにより、1フレームのカラー画像を表示する。したがって、高速に動作しない表示装置では、例えばフレーム周波数が低下し、カラーブレイクの発生等の可能性がある。
一方、上記動作方法では、本発明の一態様の表示装置を高速に動作させることができるので、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う場合であっても本発明の一態様の表示装置のフレーム周波数を高めることができる。これにより、例えばカラーブレイクの発生を抑制することができるので、本発明の一態様の表示装置により表示される画像の品位を高めることができる。
なお、電位Vrefを調整することにより、表示装置10はフレーム反転駆動を行うことができる。例えば、配線31を介して画素11に供給される画像データに対応する電位、及び配線32を介して画素11に供給されるデータに対応する電位を正電位とする場合、電位Vrefを負電位とすることで、負電位の画像データを画素11の内部で生成することができる。つまり、画像データに対応する電位の極性を反転させることができるので、表示装置10はフレーム反転駆動を行うことができる。図3では、期間T04、期間T11、期間T14、期間T21、及び期間T24においてフレーム反転駆動を行う場合を示している。表示装置10がフレーム反転駆動を行うことにより、表示装置10により表示される画像の品位を高めることができる。
図2乃至図4に示す動作方法は、表示装置10がフィールドシーケンシャル方式以外の方法により表示を行う場合にも適用することができる。この場合、図2に示す画像データID(R)、画像データID(G)、及び画像データID(B)のいずれもが、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像の全てを表す画像データとすることができる。また、期間T03、期間T06、期間T13、期間T16、期間T23、及び期間T26のそれぞれにおいて、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像を同時に表示することができる。つまり、期間T03、期間T06、期間T13、期間T16、期間T23、及び期間T26のそれぞれにおいて、1フレームのカラー画像を表示することができる。
図5(A)は、本発明の一態様の表示装置であり、表示装置10とは異なる構成である表示装置110の構成例を説明する図である。表示装置110は、画素111がm行n列のマトリクス状に配列された表示部112と、ゲートドライバ113と、ソースドライバ114と、を有する。また、画素111には、メモリ回路15及びメモリ回路16が設けられる。
画素111は、配線21を介して同一行の他の画素111と電気的に接続され、配線22を介して同一行の他の画素111と電気的に接続され、配線23を介して同一行の他の画素111と電気的に接続されている。また、画素111は、配線31を介して同一列の他の画素111と電気的に接続され、配線32を介して同一列の他の画素111と電気的に接続され、配線33を介して同一列の他の画素111と電気的に接続されている。
ゲートドライバ113は、m本の配線21、m本の配線22、及びm本の配線23と電気的に接続されている。ソースドライバ14は、n本の配線31、n本の配線32、及びn本の配線33と電気的に接続されている。
ゲートドライバ113は、配線21を介して信号を画素111に供給し、画素111の動作を制御する機能を有する。また、ゲートドライバ113は、配線22を介して信号を画素111に供給し、画素111の動作を制御する機能を有する。さらに、ゲートドライバ113は、配線23を介して信号を画素111に供給し、画素111の動作を制御する機能を有する。ここで、配線23は、配線21及び配線22と同様に、走査線としての機能を有する。
ソースドライバ114は、生成した画像データ等を、配線31を介して画素111に供給する機能を有する。また、ソースドライバ114は、生成したデータ等を、配線32を介して画素111に供給する機能を有する。さらに、ソースドライバ114は、生成したデータ等を、配線33を介して画素111に供給する機能を有する。ここで、配線33は、配線31及び配線32と同様に、データ線としての機能を有する。
メモリ回路15及びメモリ回路16は、配線31を介して画素111に供給された画像データを保持する機能を有する。メモリ回路15は、保持された画像データと、配線32を介して画素111に供給されたデータと、を基にして、新たな画像データを生成して保持する機能を有する。メモリ回路16は、保持された画像データと、配線33を介して画素111に供給されたデータと、を基にして、新たな画像データを生成して保持する機能を有する。以上より、上記新たな画像データは、画素111の内部で生成された画像データということができる。
表示装置110は、表示装置10と同様に、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行うことができる。この場合、配線31を介して画素111に供給された画像データと、配線32を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データと、配線33を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データと、を異なる色に対応する画像データとすることができる。例えば、表示装置110が赤色、緑色、及び青色によって画像を表示する場合、配線31を介して画素111に供給された画像データは、赤色の画像を表す画像データとすることができ、配線32を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データは、緑色の画像を表す画像データとすることができ、配線33を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データは、青色の画像を表す画像データとすることができる。
表示装置110は、フィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有していなくてもよい。この場合、配線31を介して画素111に供給された画像データ、配線32を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データ、及び配線33を介して画素111に供給されたデータを基にして生成された画像データのいずれもが、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像の全てを表す画像データとすることができる。なお、表示装置110がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有していない場合、表示部112には、例えば赤色の画像を表示する機能を有する副画素、緑色の画像を表示する機能を有する副画素、及び青色の画像を表示する機能を有する副画素からなる画素を設けることができる。この場合、画素111は上記副画素に該当する。
表示装置110は、表示装置10と同様に、赤色、緑色、及び青色の他、白色によって画像を表示する機能を有してもよい。また、上記色に加えて、又は上記色の代わりに、黄色、マゼンタ、シアン等によって画像を表示する機能を有してもよい。
図5(B)は、画素111の構成例を示す図である。画素111は、トランジスタ41、トランジスタ42、トランジスタ43、容量素子51、容量素子52、容量素子53、及び表示デバイス60を有する。ここで、画素111に設けられたメモリ回路15は、画素11と同様に、トランジスタ41、トランジスタ42、及び容量素子52から構成されるということができる。また、画素111に設けられたメモリ回路16は、トランジスタ41、トランジスタ43、及び容量素子53から構成されるということができる。つまり、トランジスタ41は、メモリ回路15及びメモリ回路16により共有されているということができる。なお、図5(B)において、トランジスタ41乃至トランジスタ43は全てnチャネル型トランジスタとしているが、一部又は全てのトランジスタをpチャネル型トランジスタとしてもよい。
表示デバイス60として液晶デバイスを用いる場合、表示装置110には、表示装置10と同様に、それぞれが異なる色の光を発光する、複数のバックライト等の光源(例えば、赤色、緑色、青色)が設けられる。光源から発せられた光は、液晶デバイスである表示デバイス60を透過して、表示部112の表示面に射出される。表示デバイス60の光の透過率を制御することにより、表示部112に画像を表示することができる。つまり、表示装置110は、透過型の液晶表示装置とすることができる。なお、図5(A)には、光源は図示していない。
また、表示装置110がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う機能を有する場合、上記複数の光源が順次発光し、発光する光源が切り替わる毎に表示デバイス60による光の透過を制御することにより、表示部112に画像を表示する。つまり、色毎に表示期間を時間分割する。
トランジスタ41のソース又はドレインの一方は、容量素子51の一方の電極、容量素子52の一方の電極、及び表示デバイス60の一方の電極の他、容量素子53の一方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ43のソース又はドレインの一方は、容量素子53の他方の電極と電気的に接続されている。トランジスタ43のソース又はドレインの他方は、配線33と電気的に接続されている。トランジスタ43のゲートは、配線23と電気的に接続されている。その他の接続関係については、画素11と同様である。
なお、トランジスタ41のソース又はドレインの一方、容量素子51乃至容量素子53の一方の電極、及び表示デバイス60の一方の電極が電気的に接続されたノードをノードNM2とする。また、トランジスタ43のソース又はドレインの一方、及び容量素子53の他方の電極が電気的に接続されたノードをノードNBとする。以上より、ノードNM2は、メモリ回路15及びメモリ回路16により共有されているということができ、ノードNBは、メモリ回路16に設けられているということができる。
トランジスタ43は、トランジスタ41及びトランジスタ42と同様に、スイッチとしての機能を有する。ここで、配線23を介して供給された信号に基づいて、トランジスタ43の導通又は非導通が制御される。トランジスタ41を導通させることで、配線31を介して供給された画像データ等が電荷(電位)としてノードNM2に書き込まれ、トランジスタ41を非導通とすることで、ノードNM2に書き込まれた画像データ等が保持される。また、トランジスタ43を導通させることで、配線33を介して供給されたデータ等が電荷(電位)としてノードNBに書き込まれ、トランジスタ43を非導通とすることで、ノードNBに書き込まれたデータ等が保持される。
ここで、トランジスタ41乃至トランジスタ43にOSトランジスタ等、極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、ノードNM2、ノードNA、及びノードNBに保持された電荷のリークを極めて小さくすることができる。これにより、ノードNM2、ノードNA、及びノードNBの電位を長時間保持することができる。
なお、トランジスタ41及びトランジスタ42の他、トランジスタ43にSiトランジスタを用いてもよい。又は、トランジスタ41乃至トランジスタ43の一部にOSトランジスタを用い、他はSiトランジスタとしてもよい。例えば、トランジスタ41にOSトランジスタを用い、トランジスタ42及びトランジスタ43にSiトランジスタを用いてもよい。
次に、表示装置110がフィールドシーケンシャル方式によって表示を行う場合の、表示装置110の動作方法の一例について説明する。図6は、表示装置110の動作方法の一例を説明する図であり、期間T31乃至期間T49における動作を示している。図6では、最上部は1行目の画素111の動作を示しており、最下部はm行目の画素111の動作を示している。
図7は、図6に示す各期間における画素111の動作方法の一例を説明するタイミングチャートである。なお、図6及び図7では、図2及び図3と同様に、赤色の画像である画像(R)、緑色の画像である画像(G)、青色の画像である画像(B)を順に表示した後、再び画像(R)、画像(G)、画像(B)を順に表示する場合を示している。
図8(A)、(B)、(C)、(D)、及び図9(A)、(B)は、図6及び図7に示す各期間のうち、期間T31乃至期間T39における、画素111の具体的な動作方法の一例を示す回路図である。具体的には、図8(A)は期間T31における、図8(B)は期間T32及び期間T33における、図8(C)は期間T34における、図8(D)は期間T35及び期間T36における、図9(A)は期間T37における、図9(B)は期間T38及び期間T39における、画素111の具体的な動作方法の一例を示す回路図である。なお、図7乃至図9に示す動作は、1行目乃至m行目のいずれの画素111にも適用することができる。
期間T31に、画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)を画素111に書き込む。具体的には、配線21乃至配線23の電位を高電位とし、配線31を介して画素111[i]に画像データID(R)[i]を供給し、配線32を介して画素111[i]にデータdata(G)[i]を供給し、配線33を介して画素111にデータdata(B)[i]を供給する。これにより、トランジスタ41乃至トランジスタ43が導通し、ノードNM2の電位が画像データID(R)に対応する電位である電位VID(R)、ノードNAの電位がデータdata(G)に対応する電位である電位Vdata(G)、ノードNBの電位がデータdata(B)に対応する電位である電位Vdata(B)となる。つまり、画素111の外部から、画素111に画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)が書き込まれる。
画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)の書き込みが終了した画素111については、配線21乃至配線23の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41乃至トランジスタ43が非導通となり、ノードNM1に電位VID(R)が保持され、ノードNAに電位Vdata(G)が保持され、ノードNBに電位Vdata(B)が保持される。
ここで、図6に示すように、画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)は、1行目の画素111からm行目の画素111まで、行毎に書き込まれる。つまり、画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)は、線順次で書き込まれる。なお、1行目の画素111への画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)の書き込み開始から、m行目の画素111への画像データID(R)、データdata(G)、及びデータdata(B)の書き込み終了までを期間T31とすることができる。
期間T32に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、トランジスタ41乃至トランジスタ43を非導通とした状態で、例えばm行目の画素111が有する表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。
期間T33に、画像(R)を表示部12に表示する。例えば、表示装置110に設けられた赤色の光源を発光させることにより、画像データID(R)に対応する画像(R)を表示することができる。ここで、図8(B)に示すように、表示デバイス60の一方の電極には、画像データID(R)に対応する電位である電位VID(R)が印加されている。電位VID(R)は、期間T31において画素111に書き込まれたデータdata(G)及びデータdata(B)には依存しないので、画像データID(R)に対応する画像(R)を表示することができる。
期間T34において、画素111に保持された画像データID(R)及びデータdata(G)を基にして、画素111の内部で画像データID(G)を生成する。具体的には、配線22の電位を高電位とし、配線32の電位を電位Vref1とする。これにより、トランジスタ42が導通し、ノードNAの電位が電位Vref1となる。また、ノードNM2の電位VNM2は、電位VNM1を電位VNM2と読み替え、電位Vrefを電位Vref1と読み替えることにより、前述の数式1及び数式2で表すことができる。つまり、電位VNM2が画像データID(G)に対応する電位である電位VID(G)となるように、期間T31においてノードNAに書き込まれる電位Vdata(G)を設定すれば、画素111の内部で画像データID(G)が生成されることになる。
ここで、電位Vref1は、基準電位とすることができる。例えば、全ての画素111について、供給される電位Vref1は同一とすることができる。このため、例えば全ての画素111について、電位Vref1を同時に供給することができる。これにより、画素111の内部での画像データID(G)の生成を、面順次で行うことができる。したがって、期間T34は、線順次で画像データ等の書き込みを行う期間T31より短くなる。
期間T35に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、配線21乃至配線23の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41乃至トランジスタ43が非導通となり、ノードNM2に電位VID(G)が、ノードNAに電位Vref1が、ノードNBに電位Vdata(B)が保持される。この状態で、表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。
ここで、前述のように、期間T34で行う画素111への画像データID(G)の生成は、面順次で行うことができる。このため、期間T31のように、画素111への画像データの書き込みを線順次で行う場合より、表示デバイス60の応答待ちの期間は短期間でよい。つまり、期間T35は期間T32より短くすることができる。
期間T36に、画像(G)を表示部112に表示する。例えば、表示装置110に設けられた、緑色の光源を発光させることにより、画像データID(G)に対応する画像(G)を表示することができる。
期間T37において、画素111に保持された画像データID(G)及びデータdata(B)を基にして、画素111の内部で画像データID(B)を生成する。具体的には、配線23の電位を高電位とし、配線33の電位を電位Vref2とする。これにより、トランジスタ43が導通し、ノードNBの電位が電位Vref2となる。また、ノードNM2の電位VNM2は、以下の式で表される。ここで、C1は数式1と同様に容量素子51の容量値と、表示デバイス60の容量値と、の合計を示す。また、C3は容量素子53の容量値を示す。
なお、ノードNM2の容量結合係数を1とすると、電位VNM2は以下の式で表される。
つまり、電位VNM2が画像データID(B)に対応する電位である電位VID(B)となるように、期間T31においてノードNBに書き込まれる電位Vdata(B)を設定すれば、画素111の内部で画像データID(B)が生成されることになる。
ここで、電位Vref2は、電位Vref1と同様に基準電位とすることができる。このため、画素111の内部での画像データID(B)の生成を、面順次で行うことができる。したがって、期間T37は、線順次で画像データ等の書き込みを行う期間T31より短くなる。
期間T38に、表示デバイス60の応答待ちを行う。具体的には、配線21乃至配線23の電位を低電位とする。これにより、トランジスタ41乃至トランジスタ43が非導通となり、ノードNM2に電位VID(B)が、ノードNAに電位Vref1が、ノードNBに電位Vref2が保持される。この状態で、表示デバイス60の応答が終了するまで待機する。
ここで、前述のように、期間T37で行う画素111への画像データID(B)の生成は、面順次で行うことができる。このため、期間T31のように、画素111への画像データの書き込みを線順次で行う場合より、表示デバイス60の応答待ちの期間は短期間でよい。つまり、期間T38は期間T32より短くすることができる。
期間T39に、画像(B)を表示部112に表示する。例えば、表示装置110に設けられた、青色の光源を発光させることにより、画像データID(B)に対応する画像(B)を表示することができる。
期間T41乃至期間T49は、期間T31乃至期間T39と同様の動作を行うことができる。以上が表示装置110の動作方法の一例である。なお、表示装置110は、期間T31乃至期間T39で1フレームのカラー画像を表示し、期間T41乃至期間T49で次の1フレームのカラー画像を表示することができる。
上記動作方法では、期間T36及び期間T46において、表示部112に画像(G)を表示させた後、画像データID(B)を画素111の外部から画素111に書き込まなくても、画像(B)を表示させることができる。このため、表示装置110を高速に動作させることができる。
図6乃至図9に示す動作方法は、表示装置110がフィールドシーケンシャル方式以外の方法により表示を行う場合にも適用することができる。この場合、図6に示す画像データID(R)、画像データID(G)、及び画像データID(B)のいずれもが、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像の全てを表す画像データとすることができる。また、期間T33、期間T36、期間T39、期間T43、期間T46、及び期間T49のそれぞれにおいて、赤色の画像、緑色の画像、青色の画像を同時に表示することができる。つまり、期間T33、期間T36、期間T39、期間T43、期間T46、及び期間T49のそれぞれにおいて、1フレームのカラー画像を表示することができる。
なお、表示装置10は画素1個あたりメモリ回路を1個設けた構成とし、表示装置110は画素1個あたりメモリ回路を2個設けた構成としているが、本発明の一態様の表示装置は、画素1個あたりメモリ回路を3個以上設けた構成としてもよい。この場合、本発明の一態様の表示装置をさらに高速に動作させることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
<表示装置の構成例>
図10乃至図14を用いて、本発明の一態様の表示装置の構成例について説明する。
<表示装置の構成例>
図10乃至図14を用いて、本発明の一態様の表示装置の構成例について説明する。
図10(A)に、本発明の一態様の表示装置の一例である、透過型の液晶表示装置の断面図を示す。図10(A)に示す液晶表示装置は、基板131、トランジスタ41、トランジスタ42、絶縁層215、導電層46、絶縁層44、画素電極121、絶縁層45、共通電極123、液晶層122、及び基板132を有する。
トランジスタ41及びトランジスタ42は、基板131上に位置する。絶縁層215は、トランジスタ41上、及びトランジスタ42上に位置する。導電層46は、絶縁層215上に位置する。絶縁層44は、トランジスタ41上、トランジスタ42上、絶縁層215上、及び導電層46上に位置する。画素電極121は、絶縁層44上に位置する。絶縁層45は、画素電極121上に位置する。共通電極123は、絶縁層45上に位置する。液晶層122は、共通電極123上に位置する。共通電極123は、画素電極121を介して、導電層46と重なる領域を有する。画素電極121はトランジスタ41のソース又はドレインと電気的に接続される。導電層46はトランジスタ42のソース又はドレインと電気的に接続される。導電層46、画素電極121、及び共通電極123は、それぞれ、可視光を透過する機能を有する。
本実施の形態の液晶表示装置は、画素電極121と共通電極123とが絶縁層45を介して積層され、FFS(Fringe Field Switching)モードで動作する。画素電極121、液晶層122、及び共通電極123は、表示デバイス60として機能することができる。
画素電極121、絶縁層45、及び共通電極123は、1つの容量素子51として機能することができる。また、導電層46、絶縁層44、及び画素電極121は、1つの容量素子52として機能することができる。このように、本実施の形態の液晶表示装置は、画素に2つの容量素子を有する。なお、本実施の形態の液晶表示装置は、画素に3つ以上の容量素子を有してもよい。
また、2つの容量素子はいずれも可視光を透過する材料で形成され、且つ、互いに重なる領域を有する。これにより、画素は、高い開口率を有し、さらに複数の保持容量を有することができる。
透過型の液晶表示装置の開口率(画素の開口率ともいえる)を高めることで、液晶表示装置の高精細化が可能となる。また、開口率を高めることで、光取り出し効率を高めることができる。これにより、液晶表示装置の消費電力を低減させることができる。
容量素子52の容量は、容量素子51の容量よりも大きいことが好ましい。例えば、画素電極121と導電層46とが重なる領域の面積は、画素電極121と共通電極123とが重なる領域の面積より大きいことが好ましい。また、導電層46と画素電極121との間に位置する絶縁層44の厚さT1は、画素電極121と共通電極123との間に位置する絶縁層45の厚さT2よりも薄いことが好ましい。
本実施の形態の表示装置の構成は、タッチパネルに適用することもできる。図10(B)は、図10(A)に示す表示装置にタッチセンサTCを搭載した例である。タッチセンサTCを表示装置の表示面に近い位置に設けることで、タッチセンサTCの感度を高めることができる。
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子(センサ素子ともいう)に限定は無い。指やスタイラス等の被検知体の近接又は接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。
センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式等様々な方式を用いることができる。
静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成、表示デバイスを支持する基板及び対向基板の一方又は双方に検知素子を構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
≪画素の上面レイアウト≫
図11(A)乃至(C)に、画素の上面図を示す。図11(A)は、ゲート221a及びゲート221bから共通電極123aまでの積層構造を共通電極123a側から見た上面図である。図11(B)は、図11(A)の積層構造から共通電極123aを除いた上面図であり、図11(C)は、図11(A)の積層構造から共通電極123a及び画素電極121を除いた上面図である。
図11(A)乃至(C)に、画素の上面図を示す。図11(A)は、ゲート221a及びゲート221bから共通電極123aまでの積層構造を共通電極123a側から見た上面図である。図11(B)は、図11(A)の積層構造から共通電極123aを除いた上面図であり、図11(C)は、図11(A)の積層構造から共通電極123a及び画素電極121を除いた上面図である。
画素は、接続部73と接続部74を有する。接続部73では、画素電極121がトランジスタ41と電気的に接続されている。具体的には、トランジスタ41のソース又はドレインとして機能する導電層222aが導電層46bと接し、且つ、導電層46bが画素電極121と接している。接続部74では、導電層46aがトランジスタ42と電気的に接続されている。具体的には、導電層46aがトランジスタ42のソース又はドレインとして機能する導電層222cと接している。
≪表示装置の断面構造≫
図12に、表示装置の断面図を示す。なお、画素の断面構造については、図11(A)に示す一点鎖線B1−B2間の断面図に相当する。
図12に、表示装置の断面図を示す。なお、画素の断面構造については、図11(A)に示す一点鎖線B1−B2間の断面図に相当する。
図12に示す表示装置は、基板131、基板132、トランジスタ41、導電層46a、導電層46b、絶縁層44、絶縁層45、画素電極121、液晶層122、共通電極123a、導電層123b、導電層222e、配向膜133a、配向膜133b、接着層141、オーバーコート135、遮光層38、偏光板161、偏光板163、バックライトユニット30、FPC172等を有する。
基板131上にトランジスタ41及びトランジスタ42が位置する。トランジスタ41は、ゲート221a、ゲート絶縁層211、半導体層231a、導電層222a、導電層222b、絶縁層212、絶縁層213、ゲート絶縁層225a、及びゲート223aを有する。トランジスタ42は、ゲート221b、ゲート絶縁層211、半導体層231b、導電層222c、導電層222d、絶縁層212、絶縁層213、ゲート絶縁層225b、及びゲート223bを有する。
図12に示すトランジスタ41及びトランジスタ42は、チャネルの上下にゲートを有する。2つのゲートは、電気的に接続されていることが好ましい。2つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、又は高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、回路部の占有面積を縮小できるため、表示装置の狭額縁化が可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
半導体層231は、一対の低抵抗領域と、一対の低抵抗領域の間に挟持されたチャネル形成領域と、を有する。
チャネル形成領域は、ゲート絶縁層211を介してゲート221と重なり、ゲート絶縁層225を介してゲート223と重なる。
本明細書等において、半導体層231は、半導体層231a又は半導体層231bの一方又は両方を示す。また、ゲート221は、ゲート221a又はゲート221bの一方又は両方を示し、ゲート223は、ゲート223a又はゲート223bの一方又は両方を示す。さらに、ゲート絶縁層225は、ゲート絶縁層225a又はゲート絶縁層225bの一方又は両方を示す。
ここでは、半導体層231に金属酸化物を用いる場合を例に挙げて説明する。
チャネル形成領域と接するゲート絶縁層211及びゲート絶縁層225は酸化物絶縁層であることが好ましい。なお、ゲート絶縁層211又はゲート絶縁層225が積層構造である場合、少なくともチャネル形成領域と接する層が酸化物絶縁層であることが好ましい。これにより、チャネル形成領域に酸素欠損が生じることを抑制でき、トランジスタの信頼性を高めることができる。
絶縁層213及び絶縁層214のうち一方又は双方は窒化物絶縁層であることが好ましい。これにより、半導体層231に不純物が入り込むことを抑制でき、トランジスタの信頼性を高めることができる。
絶縁層215は、平坦化機能を有することが好ましく、例えば、有機絶縁層であることが好ましい。なお、絶縁層214及び絶縁層215のうち一方又は双方は形成しなくてもよい。
低抵抗領域は、チャネル形成領域よりも抵抗率が低い。低抵抗領域は半導体層231のうち絶縁層212と接する領域である。ここで、絶縁層212が窒素又は水素を有することが好ましい。これにより、絶縁層212中の窒素又は水素が低抵抗領域に入り込み、低抵抗領域のキャリア濃度を高めることができる。又は、ゲート223をマスクとして、不純物を添加することで、低抵抗領域を形成してもよい。当該不純物としては、例えば、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、フッ素、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ホウ素、アルミニウム等が挙げられ、当該不純物は、イオン注入法又はイオンドーピング法を用いて添加することができる。また、上記不純物以外にも、半導体層231の構成元素の一つである、インジウム等を添加することで低抵抗領域を形成してもよい。インジウムを添加することで、チャネル形成領域よりも低抵抗領域の方が、インジウムの濃度が高くなる場合がある。
また、ゲート絶縁層225及びゲート223を形成した後に、半導体層231の一部の領域に接するように第1の層を形成し、加熱処理を施すことにより、当該領域を低抵抗化させ、低抵抗領域を形成することができる。
第1の層としては、アルミニウム、チタン、タンタル、タングステン、クロム、及びルテニウム等の金属元素の少なくとも一を含む膜を用いることができる。特に、アルミニウム、チタン、タンタル、及びタングステンの少なくとも一を含むことが好ましい。又は、これら金属元素の少なくとも一を含む窒化物、又はこれら金属元素の少なくとも一を含む酸化物を好適に用いることができる。特に、タングステン膜、チタン膜等の金属膜、窒化アルミニウムチタン膜、窒化チタン膜、窒化アルミニウム膜等の窒化物膜、酸化アルミニウムチタン膜等の酸化物膜等を好適に用いることができる。
第1の層の厚さは、例えば0.5nm以上20nm以下、好ましくは0.5nm以上15nm以下、より好ましくは0.5nm以上10nm以下、さらに好ましくは1nm以上6nm以下とすることができる。代表的には、5nm程度、又は約2nm程度とすることができる。第1の層がこのように薄い場合であっても、十分に半導体層231を低抵抗化できる。
低抵抗領域は、チャネル形成領域よりもキャリア密度の高い領域とすることが重要である。例えば低抵抗領域は、チャネル形成領域よりも水素を多く含む領域、又は、チャネル形成領域よりも酸素欠損を多く含む領域とすることができる。酸化物半導体中の酸素欠損と水素原子とが結合すると、キャリアの発生源となる。
半導体層231の一部の領域に第1の層を接して設けた状態で、加熱処理を行うことで、当該領域中の酸素が第1の層に吸引され、当該領域中に酸素欠損を多く形成することができる。これにより、低抵抗領域を極めて低抵抗な領域とすることができる。
このように形成された低抵抗領域は、後の処理で高抵抗化しにくいといった特徴を有する。例えば、酸素を含む雰囲気下での加熱処理や、酸素を含む雰囲気下での成膜処理等を行っても、低抵抗領域の導電性が損なわれる恐れがないため、電気特性が良好で、且つ信頼性の高いトランジスタを実現できる。
加熱処理を経た後の第1の層が導電性を有する場合には、加熱処理後に第1の層を除去することが好ましい。一方、第1の層が絶縁性を有する場合には、これを残存させることで第1の層を保護絶縁膜として機能させることができる。
絶縁層215上に導電層46bが位置し、導電層46b上に絶縁層44が位置し、絶縁層44上に画素電極121が位置する。画素電極121は、導電層222aと電気的に接続されている。具体的には、導電層222aは導電層46bと接続し、導電層46bは画素電極121と接続する。
絶縁層215上に導電層46aが位置する。導電層46aは、導電層222cと電気的に接続されている。具体的には、導電層46aは、絶縁層214及び絶縁層215に設けられた開口を介して、導電層222cと接している。
基板131と基板132は接着層141によって貼り合わされている。
FPC172は、導電層222eと電気的に接続されている。具体的には、FPC172は接続体242と接し、接続体242は導電層123bと接し、導電層123bは導電層222eと接する。導電層123bは絶縁層45上に形成され、導電層222eは、絶縁層214上に形成されている。導電層123bは、共通電極123aと同一の工程、同一の材料で形成することができる。導電層222eは、導電層222a乃至導電層222dと同一の工程、同一の材料で形成することができる。
画素電極121、絶縁層45、及び共通電極123aは、1つの容量素子51として機能することができる。また、導電層46a、絶縁層44、及び画素電極121は、1つの容量素子52として機能することができる。このように、本発明の一態様の表示装置は、1つの画素に例えば2つの容量素子を有する。したがって、画素の保持容量を大きくすることができる。
また、2つの容量素子はいずれも可視光を透過する材料で形成され、且つ、互いに重なる領域を有する。これにより、画素は、高い開口率と、大きな保持容量と、を両立することができる。
容量素子52の容量は、容量素子51の容量よりも大きいことが好ましい。そのため、画素電極121と導電層46aとが重なる領域の面積は、画素電極121と共通電極123aとが重なる領域の面積より大きいことが好ましい。また、導電層46aと画素電極121との間に位置する絶縁層44の厚さは、画素電極121と共通電極123aとの間に位置する絶縁層45の厚さよりも薄いことが好ましい。
図12では、トランジスタ41及びトランジスタ42の双方がバックゲート(ゲート223)を有する例を示したが、トランジスタ41及びトランジスタ42の一方又は双方がバックゲートを有していなくてもよい。
また、図12では、ゲート絶縁層225がチャネル形成領域上にのみ形成され、低抵抗領域と重ならない例を示したが、ゲート絶縁層225は低抵抗領域の少なくとも一部と重なっていてもよい。図13では、ゲート絶縁層225が低抵抗領域、ゲート絶縁層211と接して形成される例を示す。図13に示すゲート絶縁層225は、ゲート223をマスクに用いてゲート絶縁層225を加工する工程を削減できる、絶縁層214の被形成面の段差を低くできる等のメリットを有する。
図14に示す表示装置は、トランジスタ41及びトランジスタ42の構造が図12及び図13とは異なる。
図14に示すトランジスタ41は、ゲート221a、ゲート絶縁層211、半導体層231a、導電層222a、導電層222b、絶縁層217、絶縁層218、絶縁層215、及びゲート223aを有する。トランジスタ42は、ゲート221b、ゲート絶縁層211、半導体層231b、導電層222c、導電層222d、絶縁層217、絶縁層218、絶縁層215、及びゲート223bを有する。導電層222a及び導電層222bのうち一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。絶縁層217、絶縁層218、及び絶縁層215はゲート絶縁層として機能する。
ここでは、半導体層231に金属酸化物を用いる場合を例に挙げて説明する。
半導体層231と接するゲート絶縁層211及び絶縁層217は酸化物絶縁層であることが好ましい。なお、ゲート絶縁層211又は絶縁層217が積層構造である場合、少なくとも半導体層231と接する層が酸化物絶縁層であることが好ましい。これにより、半導体層231に酸素欠損が生じることを抑制でき、トランジスタの信頼性を高めることができる。
絶縁層218は窒化物絶縁層であることが好ましい。これにより、半導体層231に不純物が入り込むことを抑制でき、トランジスタの信頼性を高めることができる。
絶縁層215は、平坦化機能を有することが好ましく、例えば、有機絶縁層であることが好ましい。なお、絶縁層215は形成しなくてもよく、絶縁層218上に接して導電層46aを形成してもよい。
絶縁層215上に導電層46bが位置し、導電層46b上に絶縁層44が位置し、絶縁層44上に画素電極121が位置する。画素電極121は、導電層222aと電気的に接続されている。具体的には、導電層222aは導電層46bと接続し、導電層46bは画素電極121と接続する。
絶縁層215上に導電層46aが位置する。導電層46a上に絶縁層44及び絶縁層45が位置する。絶縁層45上に共通電極123aが位置する。
≪構成要素の材料≫
次に、本実施の形態の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。
次に、本実施の形態の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。
表示装置が有する基板の材質等に大きな制限はなく、様々な基板を用いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラミック基板、金属基板、又はプラスチック基板等を用いることができる。
厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化及び薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。
液晶材料には、誘電率の異方性(Δε)が正であるポジ型の液晶材料と、負であるネガ型の液晶材料がある。本発明の一態様では、どちらの材料を用いることもでき、適用するモード及び設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。
本実施の形態の表示装置では、様々なモードが適用された液晶デバイスを用いることができる。上述したFFSモードのほかに、例えば、IPSモード、TNモード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード、ECB(Electrically Controlled Birefringence)モード、VA−IPSモード、ゲストホストモード等が適用された液晶デバイスを用いることができる。
なお、液晶デバイスは、液晶の光学変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。液晶デバイスに用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
上述の通り、本実施の形態の表示装置は、高い電圧をかけて液晶デバイスを駆動させることができるため、ブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性を示す。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要であり、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の表示パネルの不良又は破損を軽減することができる。
本実施の形態の表示装置は、透過型の液晶表示装置であるため、一対の電極(画素電極121及び共通電極123a)の双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、導電層46bも可視光を透過する導電性材料を用いて形成することで、容量素子52を設けても画素の開口率が低下することを抑制できる。なお、容量素子の誘電体として機能する絶縁層44及び絶縁層45には、窒化シリコン膜が好適である。
可視光を透過する導電性材料としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種以上を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物(ITSO)、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛等が挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。
また、可視光を透過する導電膜は、酸化物半導体を用いて形成することができる(以下、酸化物導電層ともいう)。酸化物導電層は、例えば、インジウムを含むことが好ましく、In−M−Zn酸化物(MはAl、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd、Sn又はHf)を含むことがさらに好ましい。
酸化物半導体は、膜中の酸素欠損、及び膜中の水素、水等の不純物濃度のうち少なくとも一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、酸化物半導体層へ酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、又は酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が低減する処理を選択することによって、酸化物導電層の有する抵抗率を制御することができる。
なお、このように、酸化物半導体を用いて形成された酸化物導電層は、キャリア密度が高く低抵抗な酸化物半導体層、導電性を有する酸化物半導体層、又は導電性の高い酸化物半導体層ということもできる。
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタは、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれの構造としてもよい。又は、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体(微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体)のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
例えば、第14族の元素、化合物半導体又は酸化物半導体を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体又はインジウムを含む酸化物半導体等を半導体層に適用できる。
トランジスタのチャネルが形成される半導体に、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが大きく、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
酸化物半導体を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、その低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。
トランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有することが好ましい。これにより、トランジスタのオフ状態における電流値(オフ電流値)を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
また、酸化物半導体を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、表示部のトランジスタと、駆動回路部のトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、駆動回路として、別途、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、表示部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
表示装置が有する各絶縁層、オーバーコート等に用いることのできる絶縁材料としては、有機絶縁材料又は無機絶縁材料を用いることができる。有機絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、及びフェノール樹脂等が挙げられる。無機絶縁層としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等が挙げられる。
トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、表示装置が有する各種配線及び電極等の導電層には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステン等の金属、又はこれを主成分とする合金を単層構造又は積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、導電層を三層構造とする場合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、又は窒化モリブデンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金又は銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、ITO、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、ITSO等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。なお、酸化物半導体の抵抗率を制御することで、酸化物導電層を形成してもよい。
接着層141としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、又は2液混合型の硬化性樹脂等の硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、又はシロキサン樹脂等を用いることができる。
接続体242としては、例えば、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、又は異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)等を用いることができる。
バックライトユニット30には、直下型のバックライト、エッジライト型のバックライト等を用いることができる。光源には、LED(Light Emitting Diode)、有機EL(Electroluminescence)素子等を用いることができる。バックライトユニット30には光源39が設けられ、例えば赤色の光を発する光源39、緑色の光を発する光源39、及び青色の光を発する光源39が設けられた構成とすることができる。
表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、それぞれ、スパッタリング法、化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積(PLD:Pulsed Laser Deposition)法、原子層成膜(ALD:Atomic Layer Deposition)法等を用いて形成することができる。CVD法の例として、プラズマ化学気相堆積(PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法及び熱CVD法等が挙げられる。熱CVD法の例として、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic CVD)法が挙げられる。
表示装置を構成する薄膜(絶縁膜、半導体膜、導電膜等)は、それぞれ、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット印刷、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
表示装置を構成する薄膜は、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。又は、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。又は、ナノインプリント法、サンドブラスト法、もしくはリフトオフ法等により薄膜を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光としては、例えばi線(波長365nm)、g線(波長436nm)、h線(波長405nm)、及びこれらを混合させた光が挙げられる。そのほか、紫外線、KrFレーザ光、又はArFレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、極端紫外光(EUV:Extreme Ultra−violet)及びX線等が挙げられる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、X線又は電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビーム等のビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法等を用いることができる。
[金属酸化物]
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタの半導体層には、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタの半導体層には、酸化物半導体として機能する金属酸化物を用いることが好ましい。以下では、半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
金属酸化物は、少なくともインジウム又は亜鉛を含むことが好ましい。特に、インジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム又は錫等が含まれていることが好ましい。また、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種が含まれていてもよい。
ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素M、及び亜鉛を有するIn−M−Zn酸化物である場合を考える。なお、元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、又は錫等とする。そのほかの元素Mに適用可能な元素としては、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム等がある。ただし、元素Mとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物(metal oxide)と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物(metal oxynitride)と呼称してもよい。例えば、亜鉛酸窒化物(ZnON)等の窒素を有する金属酸化物を、半導体層に用いてもよい。
酸化物半導体(金属酸化物)は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、CAAC−OS(c−axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多結晶酸化物半導体、nc−OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、擬似非晶質酸化物半導体(a−like OS:amorphous−like oxide semiconductor)、及び非晶質酸化物半導体等がある。
CAAC−OSは、c軸配向性を有し、且つa−b面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形及び七角形等の格子配列を有する場合がある。なお、CAAC−OSにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、CAAC−OSが、a−b面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化すること等によって、歪みを許容することができるためである。
また、CAAC−OSは、インジウム、及び酸素を有する層(以下、In層)と、元素M、亜鉛、及び酸素を有する層(以下、(M,Zn)層)とが積層した、層状の結晶構造(層状構造ともいう)を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Mは、互いに置換可能であり、(M,Zn)層の元素Mがインジウムと置換した場合、(In,M,Zn)層と表すこともできる。また、In層のインジウムが元素Mと置換した場合、(In,M)層と表すこともできる。
CAAC−OSは結晶性の高い金属酸化物である。一方、CAAC−OSは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成等によって低下する場合があるため、CAAC−OSは不純物や欠陥(酸素欠損(VO:oxygen vacancyともいう。)等)の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、CAAC−OSを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、CAAC−OSを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
nc−OSは、微小な領域(例えば、1nm以上10nm以下の領域、特に1nm以上3nm以下の領域)において原子配列に周期性を有する。また、nc−OSは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、nc−OSは、分析方法によっては、a−like OSや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム−ガリウム−亜鉛酸化物(以下、IGZO)は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、IGZOは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶(ここでは、数mmの結晶、又は数cmの結晶)よりも小さな結晶(例えば、上述のナノ結晶)とする方が、構造的に安定となる場合がある。
a−like OSは、nc−OSと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。a−like OSは、鬆又は低密度領域を有する。すなわち、a−like OSは、nc−OS及びCAAC−OSと比べて、結晶性が低い。
酸化物半導体(金属酸化物)は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、a−like OS、nc−OS、CAAC−OSのうち、二種以上を有していてもよい。
半導体層として機能する金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方又は双方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比(酸素分圧)は、0%以上30%以下が好ましく、5%以上30%以下がより好ましく、7%以上15%以下がさらに好ましい。
金属酸化物は、バンドギャップが2eV以上であることが好ましく、2.5eV以上であることがより好ましく、3eV以上であることがさらに好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
金属酸化物膜は、スパッタリング法により形成することができる。そのほか、PLD法、PECVD法、熱CVD法、ALD法、真空蒸着法等を用いてもよい。
以上のように、本発明の一態様の表示装置は、画素に、可視光を透過する2つの容量素子を重ねて有するため、画素が、高い開口率と大きな保持容量とを両立することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるCAC(Cloud−Aligned Composite)−OSの構成について説明する。
CAC−OSとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、又はその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、又はその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、又はパッチ状ともいう。
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種が含まれていてもよい。
例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OS(CAC−OSの中でもIn−Ga−Zn酸化物を、特にCAC−IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、又はインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2OZ2(X2、Y2、及びZ2は0よりも大きい実数)とする。)等と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、又はガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4、及びZ4は0よりも大きい実数)とする。)等と、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、又はInX2ZnY2OZ2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。
つまり、CAC−OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、及びOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO3(ZnO)m1(m1は自然数)、又はIn(1+x0)Ga(1−x0)O3(ZnO)m0(−1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、又はCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、且つa−b面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、CAC−OSは、酸化物半導体の材料構成に関する。CAC−OSとは、In、Ga、Zn、及びOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、CAC−OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、CAC−OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウム等から選ばれた一種、又は複数種が含まれている場合、CAC−OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
CAC−OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC−OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つ又は複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。
CAC−OSは、X線回折(XRD:X−ray diffraction)測定法のひとつであるOut−of−plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折測定から、測定領域のa−b面方向、及びc軸方向の配向は見られないことが分かる。
またCAC−OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域(リング領域)と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、CAC−OSの結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないnc(nano−crystal)構造を有することがわかる。
また例えば、In−Ga−Zn酸化物におけるCAC−OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X−ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
CAC−OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC−OSは、GaOX3等が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域は、GaOX3等が主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。
一方、GaOX3等が主成分である領域は、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3等が主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
従って、CAC−OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3等に起因する絶縁性と、InX2ZnY2OZ2、又はInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、及び高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。
また、CAC−OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、CAC−OSは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図15及び図16を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図15及び図16を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、表示部に、本発明の一態様の表示装置を有する。これにより、電子機器の表示部は、高品質な映像を表示することができる。
本実施の形態の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、2K、4K、8K、16K、又はそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。また、表示部の画面サイズは、対角20インチ以上、対角30インチ以上、対角50インチ以上、対角60インチ以上、又は対角70インチ以上とすることができる。
本発明の一態様の表示装置を用いることができる電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用等のモニタ、デジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)、パチンコ機等の大型ゲーム機等の比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、等が挙げられる。また、本発明の一態様の表示装置は、携帯型の電子機器、装着型の電子機器(ウェアラブル機器)、VR(Virtual Reality)機器、AR(Augmented Reality)機器等にも好適に用いることができる。
本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池(リチウムイオンポリマー電池)等のリチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池等が挙げられる。
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、センサ(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)を有していてもよい。
本発明の一態様の電子機器は、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、テキスト画像等)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻等を表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)を実行する機能、無線通信機能、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す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、又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、静止画又は動画を撮影する機能、撮影した画像を自動又は手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又は電子機器に内蔵)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、本発明の一態様の電子機器が有す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。
図15(A)に、テレビジョン装置1810を示す。テレビジョン装置1810は、表示部1811、筐体1812、スピーカ1813等を有する。さらに、LEDランプ、操作キー(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
テレビジョン装置1810は、リモコン操作機1814により、操作することができる。
テレビジョン装置1810が受信できる放送電波としては、地上波、又は衛星から送信される電波等が挙げられる。また放送電波として、アナログ放送、デジタル放送等があり、また映像及び音声、又は音声のみの放送等がある。例えばUHF帯(約300MHz乃至3GHz)又はVHF帯(30MHz乃至300MHz)のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また例えば、複数の周波数帯域で受信した複数のデータを用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像を、表示部1811に表示させることができる。例えば、4K、8K、16K、又はそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。
また、インターネットやLAN(Local Area Network)、Wi−Fi(登録商標)等のコンピュータネットワークを介したデータ伝送技術により送信された放送のデータを用いて、表示部1811に表示する画像を生成する構成としてもよい。このとき、テレビジョン装置1810にチューナーを有さなくてもよい。
図15(B)は円柱状の柱1822に取り付けられたデジタルサイネージ1820を示している。デジタルサイネージ1820は、表示部1821を有する。
表示部1821が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部1821が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部1821にタッチパネルを適用することで、表示部1821に静止画又は動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報等の情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
図15(C)はノート型のパーソナルコンピュータ1830を示している。パーソナルコンピュータ1830は、表示部1831、筐体1832、タッチパッド1833、接続ポート1834等を有する。
タッチパッド1833は、ポインティングデバイスや、ペンタブレット等の入力手段として機能し、指やスタイラス等で操作することができる。
また、タッチパッド1833には表示デバイスが組み込まれている。図15(C)に示すように、タッチパッド1833の表面に入力キー1835を表示することで、タッチパッド1833をキーボードとして使用することができる。このとき、入力キー1835に触れた際に、振動により触感を実現するため、振動モジュールがタッチパッド1833に組み込まれていてもよい。
図16(A)、(B)に、携帯情報端末800を示す。携帯情報端末800は、筐体801、筐体802、表示部803、表示部804、及びヒンジ部805等を有する。
筐体801と筐体802は、ヒンジ部805で連結されている。携帯情報端末800は、図16(A)に示すように折り畳んだ状態から、図16(B)に示すように筐体801と筐体802を開くことができる。
例えば表示部803及び表示部804に、文書情報を表示することができ、電子書籍端末としても用いることができる。また、表示部803及び表示部804に静止画像や動画像を表示することもできる。
このように、携帯情報端末800は、持ち運ぶ際には折り畳んだ状態にできるため、汎用性に優れる。
なお、筐体801及び筐体802には、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していてもよい。
図16(C)に携帯情報端末の一例を示す。図16(C)に示す携帯情報端末810は、筐体811、表示部812、操作ボタン813、外部接続ポート814、スピーカ815、マイク816、カメラ817等を有する。
携帯情報端末810は、表示部812にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力する等のあらゆる操作は、指やスタイラス等で表示部812に触れることで行うことができる。
また、操作ボタン813の操作により、電源のON、OFF動作や、表示部812に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
また、携帯情報端末810の内部に、ジャイロセンサ又は加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末810の向き(縦か横か)を判断して、表示部812の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部812を触れること、操作ボタン813の操作、又はマイク816を用いた音声入力等により行うこともできる。
携帯情報端末810は、例えば、電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯情報端末810は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲーム等の種々のアプリケーションを実行することができる。
図16(D)に、カメラの一例を示す。カメラ820は、筐体821、表示部822、操作ボタン823、シャッターボタン824等を有する。またカメラ820には、着脱可能なレンズ826が取り付けられている。
ここではカメラ820として、レンズ826を筐体821から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ826と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ820は、シャッターボタン824を押すことにより、静止画、又は動画を撮像することができる。また、表示部822はタッチパネルとしての機能を有し、表示部822をタッチすることにより撮像することも可能である。
なお、カメラ820は、ストロボ装置や、ビューファインダー等を別途装着することができる。又は、これらが筐体821に組み込まれていてもよい。
図16(E)に、本発明の一態様の表示装置を車載用ディスプレイとして搭載した一例を示す。表示部832及び表示部833はナビゲーション情報、スピードメーターやタコメーター、走行距離、燃料計、ギア状態、エアコンの設定等を表示することで、様々な情報を提供することができる。
以上示したとおり、本発明の一態様の表示装置を適用して電子機器を得ることができる。表示装置の適用範囲は極めて広く、あらゆる分野の電子機器に適用できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
本実施例では、本発明の一態様の表示装置について、シミュレーションを行った結果を説明する。
本実施例では、図1(B)に示す構成の画素11についてシミュレーションを行った。図17(A)は、本実施例においてシミュレーションを行った画素11の動作方法を示す図で、期間T51乃至期間T54に分けて動作を説明している。図17(B1)、(B2)、(B3)、(B4)は、図17(A)に示す各期間における、画素11の具体的な動作方法を示す回路図である。具体的には、図17(B1)は期間T51における、図17(B2)は期間T52における、図17(B3)は期間T53における、図17(B4)は期間T54における、画素11の具体的な動作方法を示す回路図である。
期間T51に、画像データ及びデータを画素11に書き込んだ。具体的には、配線21及び配線22に、高電位として24Vの電位を供給し、トランジスタ41及びトランジスタ42を導通させた。また、配線31の電位を画像データに対応する電位である電位VID、配線32の電位をデータに対応する電位である電位Vdataとした。
期間T52に、画像データ及びデータの画素11への書き込みを終了させ、待機を行った。具体的には、配線21及び配線22に、低電位として−8Vの電位を供給して、トランジスタ41及びトランジスタ42を非導通とした。
期間T53に、期間T51で画素11に書き込んだ画像データ及びデータを基にして、新たな画像データを画素11の内部で生成した。具体的には、配線21に低電位として−8Vの電位を供給してトランジスタ41を非導通とし、配線22に高電位として24Vの電位を供給してトランジスタ42を導通させた。また、配線32の電位をVrefとした。
期間T54に、画素11の内部での新たな画像データの生成を終了させ、待機を行った。具体的には、配線21及び配線22に、低電位として−8Vの電位を供給して、トランジスタ41及びトランジスタ42を非導通とした。
ここで、期間T51で配線32に供給した電位Vdataは、以下の式で算出された電位とした。なお、表示デバイス60は液晶デバイスとし、容量素子51の容量値を1pF、容量素子52の容量値を10pF、表示デバイス60の容量値を1pFとした。つまり、C1を2pF、C2を10pFとした。また、下式において、電位VDは、期間T53及び期間T54におけるノードNM1の電位の目標値を示す。本実施例では、期間T53及び期間T54において、ノードNM1の電位が電位VDとなるか否かをシミュレーションにより確認した。
なお、期間T51乃至期間T54において、配線61の電位、及び配線62の電位は接地電位とした。
図18(A)は、電位VDを0V、−1V、−2V、−3V、−4V、−5Vとした場合の、期間T51乃至期間T54におけるノードNM1の電位のシミュレーション結果である。図18(B)は、電位VDを0V、1V、2V、3V、4V、5Vとした場合の、期間T51乃至期間T54におけるノードNM1の電位のシミュレーション結果である。ここで、図18(A)に示す場合では、電位VIDを5V、電位Vrefを−12Vとし、図18(B)に示す場合では、電位VIDを−5V、電位Vrefを12Vとした。つまり、図18(A)に示す場合では電位VIDを正、電位VDを0又は負とし、図18(B)に示す場合では電位VIDを負、電位VDを0又は正とした。
図18(A)、(B)より、期間T53及び期間T54において、ノードNM1の電位が目標値である電位VDとなることが確認された。
10:表示装置、11:画素、12:表示部、13:ゲートドライバ、14:ソースドライバ、15:メモリ回路、16:メモリ回路、21:配線、22:配線、23:配線、30:バックライトユニット、31:配線、32:配線、33:配線、38:遮光層、39:光源、41:トランジスタ、42:トランジスタ、43:トランジスタ、44:絶縁層、45:絶縁層、46:導電層、46a:導電層、46b:導電層、51:容量素子、52:容量素子、53:容量素子、60:表示デバイス、61:配線、62:配線、73:接続部、74:接続部、110:表示装置、111:画素、112:表示部、113:ゲートドライバ、114:ソースドライバ、121:画素電極、122:液晶層、123:共通電極、123a:共通電極、123b:導電層、131:基板、132:基板、133a:配向膜、133b:配向膜、135:オーバーコート、141:接着層、161:偏光板、163:偏光板、172:FPC、211:ゲート絶縁層、212:絶縁層、213:絶縁層、214:絶縁層、215:絶縁層、217:絶縁層、218:絶縁層、221:ゲート、221a:ゲート、221b:ゲート、222a:導電層、222b:導電層、222c:導電層、222d:導電層、222e:導電層、223:ゲート、223a:ゲート、223b:ゲート、225:ゲート絶縁層、225a:ゲート絶縁層、225b:ゲート絶縁層、231:半導体層、231a:半導体層、231b:半導体層、242:接続体、800:携帯情報端末、801:筐体、802:筐体、803:表示部、804:表示部、805:ヒンジ部、810:携帯情報端末、811:筐体、812:表示部、813:操作ボタン、814:外部接続ポート、815:スピーカ、816:マイク、817:カメラ、820:カメラ、821:筐体、822:表示部、823:操作ボタン、824:シャッターボタン、826:レンズ、832:表示部、833:表示部、1810:テレビジョン装置、1811:表示部、1812:筐体、1813:スピーカ、1814:リモコン操作機、1820:デジタルサイネージ、1821:表示部、1822:柱、1830:パーソナルコンピュータ、1831:表示部、1832:筐体、1833:タッチパッド、1834:接続ポート、1835:入力キー
Claims (12)
- 画素が設けられた表示部を有し、
前記表示部は、第1の色の画像と、第2の色の画像と、を表示する機能を有し、
第1の画像データと、第1のデータと、を前記画素に書き込む第1の期間と、
前記第1の画像データに対応する、前記第1の色の画像を前記表示部に表示する第2の期間と、
前記第1の画像データと、前記第1のデータと、を基にして、前記画素の内部で第2の画像データを生成する第3の期間と、
前記第2の画像データに対応する、前記第2の色の画像を前記表示部に表示する第4の期間と、を有する表示装置の動作方法。 - 請求項1において、
前記第3の期間において、前記画素に基準電位を供給することで、前記第1の画像データと、前記第1のデータと、を基にして、前記画素の内部で前記第2の画像データを生成する表示装置の動作方法。 - 請求項1又は2において、
前記第3の期間は、前記第1の期間より短い表示装置の動作方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一項において、
前記表示装置は、ソースドライバを有し、
前記ソースドライバは、第1のデータ線を介して前記画素と電気的に接続され、
前記ソースドライバは、第2のデータ線を介して前記画素と電気的に接続され、
前記ソースドライバは、前記第1の画像データ、及び前記第1のデータを生成する機能を有し、
前記第1の期間において、前記第1の画像データは、前記第1のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、前記第1のデータは、前記第2のデータ線を介して前記画素に書き込まれる表示装置の動作方法。 - 画素が設けられた表示部を有し、
前記表示部は、第1の色の画像と、第2の色の画像と、第3の色の画像と、を表示する機能を有し、
第1の画像データと、第1のデータと、を前記画素に書き込む第1の期間と、
前記第1の画像データに対応する、前記第1の色の画像を前記表示部に表示する第2の期間と、
前記第1の画像データと、前記第1のデータと、を基にして、前記画素の内部で第2の画像データを生成する第3の期間と、
前記第2の画像データに対応する、前記第2の色の画像を前記表示部に表示する第4の期間と、
第3の画像データと、第2のデータと、を前記画素に書き込む第5の期間と、
前記第3の画像データに対応する、前記第3の色の画像を前記表示部に表示する第6の期間と、
前記第3の画像データと、前記第2のデータと、を基にして、前記画素の内部で第4の画像データを生成する第7の期間と、
前記第4の画像データに対応する、前記第1の色の画像を前記表示部に表示する第8の期間と、
第5の画像データと、第3のデータと、を前記画素に書き込む第9の期間と、
前記第5の画像データに対応する、前記第2の色の画像を前記表示部に表示する第10の期間と、
前記第5の画像データと、前記第3のデータと、を基にして、前記画素の内部で第6の画像データを生成する第11の期間と、
前記第6の画像データに対応する、前記第3の色の画像を前記表示部に表示する第12の期間と、を有する表示装置の動作方法。 - 請求項5において、
前記第3の期間において、前記画素に基準電位を供給することで、前記第1の画像データと、前記第1のデータと、を基にして、前記画素の内部で前記第2の画像データを生成し、
前記第7の期間において、前記画素に前記基準電位を供給することで、前記第3の画像データと、前記第2のデータと、を基にして、前記画素の内部で前記第4の画像データを生成し、
前記第11の期間において、前記画素に前記基準電位を供給することで、前記第5の画像データと、前記第3のデータと、を基にして、前記画素の内部で前記第6の画像データを生成する表示装置の動作方法。 - 請求項5又は6において、
前記第3、第7、及び第11の期間は、前記第1、第5、及び第9の期間より短い表示装置の動作方法。 - 請求項5乃至7のいずれか一項において、
前記表示装置は、ソースドライバを有し、
前記ソースドライバは、第1のデータ線を介して前記画素と電気的に接続され、
前記ソースドライバは、第2のデータ線を介して前記画素と電気的に接続され、
前記ソースドライバは、前記第1、第3、及び第5の画像データ、並びに前記第1乃至第3のデータを生成する機能を有し、
前記第1の期間において、前記第1の画像データは、前記第1のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、前記第1のデータは、前記第2のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、
前記第5の期間において、前記第3の画像データは、前記第1のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、前記第2のデータは、前記第2のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、
前記第9の期間において、前記第5の画像データは、前記第1のデータ線を介して前記画素に書き込まれ、前記第3のデータは、前記第2のデータ線を介して前記画素に書き込まれる表示装置の動作方法。 - 請求項4又は8において、
前記画素は、メモリ回路と、表示デバイスと、を有し、
前記メモリ回路は、前記第1のデータ線、及び前記第2のデータ線と電気的に接続されている表示装置の動作方法。 - 請求項9において、
前記メモリ回路は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、容量素子と、を有し、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1のデータ線と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2のデータ線と電気的に接続されている表示装置の動作方法。 - 請求項10において、
前記第1のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd又はHf)と、を有する表示装置の動作方法。 - 請求項9乃至11のいずれか一項において、
前記表示デバイスは、液晶デバイスである表示装置の動作方法。
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