WO2019234548A1 - 表示装置の駆動方法 - Google Patents
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- G09G2360/12—Frame memory handling
Definitions
- One embodiment of the present invention relates to a display device and a driving method of the display device.
- 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.
- this invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter).
- one embodiment of the present invention relates to a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, or a manufacturing method thereof.
- a semiconductor device refers to an element, circuit, device, or the like that can function by utilizing semiconductor characteristics.
- a semiconductor device such as a transistor or a diode is a semiconductor device.
- the circuit including a semiconductor element is a semiconductor device.
- a device including a circuit including a semiconductor element is a semiconductor device.
- display devices using light-emitting elements have been actively developed.
- display devices using light emitting elements such as LEDs (Light Emitting Diode), OLEDs (Organic LEDs), QLEDs (Quantum-dot LEDs), and semiconductor lasers are mobile phones, smartphones, tablets, electronic books, game devices, and portable music. It has become indispensable to the modern information society as a human interface for mobile devices such as players, digital cameras and the like, electronic devices such as monitors, TVs, digital signage, medical devices, and in-vehicle electronic devices.
- Display devices that function as human interfaces are required to have stable display quality. It is known that display quality is affected by deterioration and variation of transistors and light emitting elements used in display devices. When the transistor deteriorates and the amount of current applied to the light-emitting element changes, the light output characteristics of the light-emitting element deteriorate and display quality deteriorates.
- Patent Document 1 discloses a driving method for correcting a threshold voltage of a transistor that supplies a current to a light emitting element.
- a driving method for correcting a threshold voltage of a transistor that applies current to the light emitting element and stabilizing the current applied to the light emitting element has been proposed.
- the display quality depends not only on the characteristics of the transistor that supplies current to the light emitting element but also on the characteristics of the light emitting element, the method of correcting the threshold voltage of the transistor alone cannot correct the deterioration of the light emitting element. As a result, there is a problem that display quality deteriorates.
- One embodiment of the present invention is a method for driving a display device that estimates a deterioration amount of a pixel included in the display device and corrects a first image signal applied to the pixel.
- the display device includes a display panel, a frame memory, and a calculation unit.
- the display panel has a plurality of pixels.
- the pixel includes a light emitting element and a transistor that supplies a current to the light emitting element.
- the calculation unit has a function of calculating according to the regression model.
- the computing unit is provided with the first observation signal and the second observation signal.
- the first observation signal is a third image signal given from the frame memory to the arithmetic unit
- the second observation signal is a first current that flows in any one of a light emitting element included in the pixel or a transistor that supplies current to the light emitting element. Value or the first voltage value converted from the first current value.
- a prediction error parameter and an output parameter are set in the calculation unit.
- the arithmetic unit updates the prediction error parameter from the first observation signal and the second observation signal according to the regression model, updates the output parameter according to the prediction error parameter according to the regression model, and uses the output parameter to output the first image signal given from the frame memory.
- This is a driving method of a display device in which a second image signal is generated by correction and a light emitting element is turned on by a second image signal supplied to a transistor included in a pixel.
- One embodiment of the present invention is a method for driving a display device that estimates a deterioration amount of a pixel included in the display device and corrects a first image signal applied to the pixel.
- the display device includes a display panel, a frame memory, and a calculation unit.
- the display panel has a plurality of pixels.
- the pixel includes a light emitting element and a transistor that supplies a current to the light emitting element.
- the calculation unit has a function of calculating according to the regression model. Prediction error parameters that are updated irregularly and output parameters are set in the calculation unit.
- the calculation unit updates the output parameter with the prediction error parameter set in advance according to the regression model, corrects the first image signal given from the frame memory with the output parameter, and generates the second image signal.
- This is a method for driving a display device that is turned on by a second image signal supplied to a transistor included in a pixel.
- One embodiment of the present invention is a method for driving a display device that estimates a deterioration amount of a pixel included in the display device and corrects a first image signal applied to the pixel.
- the display device includes a display panel, a frame memory, and a calculation unit.
- the display panel has a plurality of pixels.
- the pixel includes a light-emitting element and a transistor that supplies current to the light-emitting element.
- the calculation unit has a function of calculating according to the regression model.
- the computing unit is provided with the first observation signal and the second observation signal.
- the first observation signal is a third image signal given from the frame memory to the calculation unit.
- the second observation signal is a first current value that flows in any one of a light emitting element included in the pixel or a transistor that supplies current to the light emitting element, or a first voltage value obtained by converting the first current value.
- a prediction error parameter and an output parameter are set in the calculation unit.
- the calculation unit updates the prediction error parameter from the first observation signal and the second observation signal according to the regression model.
- the calculation unit updates the output parameter with the prediction error parameter according to the regression model.
- a first image signal given from the frame memory and an output parameter are given to the pixel.
- the pixel corrects the first image signal with the output parameter to generate a second image signal.
- a display device driving method in which the regression model is a Kalman filter based on a state equation is preferable.
- the display device includes a monitor circuit, the monitor circuit includes a monitor transistor, and the second current value flowing through the monitor transistor or the second current value is converted into the arithmetic unit.
- a display device driving method is preferred in which the second voltage value is given as the third observation signal, and the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal, the second observation signal, and the third observation signal.
- the display device includes a monitor circuit
- the monitor circuit includes a monitor light emitting element
- the arithmetic unit converts the third current value flowing through the monitor light emitting element or the third current value. It is preferable to use a display device driving method in which the third voltage value is given as the third observation signal, and the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal, the second observation signal, and the third observation signal.
- the display device preferably includes a transistor, and the transistor preferably has a method for driving the display device including a metal oxide in a semiconductor layer.
- a transistor having a metal oxide in a semiconductor layer is preferably a display device driving method having a back gate.
- One embodiment of the present invention can provide a novel display device driving method.
- a driving method for correcting deterioration of a transistor can be provided.
- a driving method for correcting deterioration of a light-emitting element can be provided.
- the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above.
- the effects listed above do not preclude the existence of other effects.
- the other effects are effects not mentioned in this item described in the following description. Effects not mentioned in this item can be derived from the description of the specification or drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions.
- one embodiment of the present invention has at least one of the above effects and / or other effects. Therefore, one embodiment of the present invention may not have the above-described effects depending on circumstances.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- A A diagram illustrating a pixel.
- B A circuit diagram illustrating a monitor circuit.
- FIG. 7C illustrates a display device.
- 6 is a flowchart for explaining the operation of the display device. 4A and 4B illustrate a display device.
- A1) A2) The figure explaining a monitor circuit.
- FIG. 5B illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 6A illustrates a display device.
- B A diagram illustrating a pixel.
- FIG. 10 illustrates a display device. The figure explaining a touch panel.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a display device.
- FIG. 10 illustrates a
- a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source.
- a channel formation region is provided between the drain (drain terminal, drain region, or drain electrode) and the source (source terminal, source region, or source electrode), and between the source and the drain through the channel formation region. It is possible to pass a current through.
- a channel formation region refers to a region through which a current mainly flows.
- the functions of the source and drain may be switched when transistors with different polarities are used or when the direction of current changes during circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms source and drain can be used interchangeably.
- “electrically connected” includes a case of being connected via “something having an electric action”.
- the “thing having some electric action” is not particularly limited as long as it can exchange electric signals between connection targets.
- “thing having some electric action” includes electrodes, wiring, switching elements such as transistors, resistance elements, inductors, capacitors, and other elements having various functions.
- parallel means a state in which two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 10 ° to 10 °. Therefore, the case of ⁇ 5 ° to 5 ° is also included.
- Very refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included.
- film and “layer” can be interchanged.
- conductive layer may be changed to the term “conductive film”.
- insulating film may be changed to the term “insulating layer”.
- off-state current refers to drain current when a transistor is off (also referred to as a non-conduction state or a cutoff state).
- the off state is a state where the voltage Vgs between the gate and the source is lower than the threshold voltage Vth in the n-channel transistor, and the voltage Vgs between the gate and the source in the p-channel transistor unless otherwise specified. Is higher than the threshold voltage Vth.
- the off-state current of an n-channel transistor sometimes refers to a drain current when the voltage Vgs between the gate and the source is lower than the threshold voltage Vth.
- the transistor off current may depend on Vgs. Therefore, the off-state current of the transistor being I or less sometimes means that there is a value of Vgs at which the off-state current of the transistor is I or less.
- the off-state current of a transistor may refer to an off-state current in an off state at a predetermined Vgs, an off state in a Vgs within a predetermined range, or an off state in Vgs at which a sufficiently reduced off current is obtained.
- the drain current when Vgs is 0.5 V is 1 ⁇ 10 ⁇ 9 A
- the drain current when Vgs is 0.1 V is 1 ⁇ 10 ⁇ 13 A.
- the n-channel transistor has a drain current of 1 ⁇ 10 ⁇ 19 A when Vgs is ⁇ 0.5 V and a drain current of 1 ⁇ 10 ⁇ 22 A when Vgs is ⁇ 0.8 V. Since the drain current of the transistor is 1 ⁇ 10 ⁇ 19 A or less when Vgs is ⁇ 0.5 V or Vgs is in the range of ⁇ 0.5 V to ⁇ 0.8 V, the off-state current of the transistor is 1 It may be said that it is below x10 ⁇ -19> A. Since there is Vgs at which the drain current of the transistor is 1 ⁇ 10 ⁇ 22 A or less, the off-state current of the transistor may be 1 ⁇ 10 ⁇ 22 A or less.
- the off-state current of a transistor having a channel width W may be represented by a current value flowing around the channel width W.
- the current value flows around a predetermined channel width (for example, 1 ⁇ m).
- the unit of off-current may be represented by a unit having a dimension of current / length (for example, A / ⁇ m).
- Transistor off-state current may depend on temperature.
- off-state current may represent off-state current at room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., or 125 ° C. unless otherwise specified.
- the off-state current of a transistor is I or less means that room temperature, 60 ° C., 85 ° C., 95 ° C., 125 ° C., a temperature at which reliability of a semiconductor device including the transistor is guaranteed, or the transistor is included.
- the off-state current of the transistor may depend on the voltage Vds between the drain and the source.
- the off-state current is Vds of 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V unless otherwise specified. Or an off-current at 20V.
- Vds in which reliability of a semiconductor device or the like including the transistor is guaranteed, or an off-current in Vds used in the semiconductor device or the like including the transistor may be represented.
- the off-state current of the transistor is equal to or less than I.
- Vds is 0.1V, 0.8V, 1V, 1.2V, 1.8V, 2.5V, 3V, 3.3V, 10V, 12V, 16V, 20V
- Vgs at which the off-state current of the transistor in Vds for which the reliability of the semiconductor device including the transistor is guaranteed or Vds used in the semiconductor device including the transistor is I or less. It may point to that.
- the drain may be read as the source. That is, the off-state current sometimes refers to a current that flows through the source when the transistor is off.
- off-state current may refer to current that flows between a source and a drain when a transistor is off, for example.
- the voltage means a potential difference between two points, and the potential means electrostatic energy (electric potential energy) of a unit charge in an electrostatic field at one point.
- a potential difference between a potential at a certain point and a reference potential is simply referred to as a potential or a voltage, and the potential and the voltage are often used as synonyms. Therefore, in this specification, unless otherwise specified, the potential may be read as a voltage, or the voltage may be read as a potential.
- the deterioration of display quality means that display is performed with a gradation different from that of an image signal given by a change in electrical characteristics of a transistor or a light-emitting element included in a pixel.
- the display device includes a display panel, a calculation unit, a frame memory, and a timing control unit.
- the display panel includes a source driver, a gate driver, a display area, and a monitor circuit.
- the display region includes a plurality of pixels, and each pixel includes a light-emitting element and a transistor that supplies current to the light-emitting element.
- the calculation unit of the display device can estimate the pixel deterioration amount using the prediction error parameter and the output parameter according to the regression model, and correct the image signal given to the pixel.
- the arithmetic unit can correct the image signal given from the frame memory in accordance with the regression model, and give the corrected image signal to the pixel, thereby suppressing display quality deterioration.
- the regression model is not limited to the Kalman filter, and may be estimated by a least square method or the like. Or you may estimate using a neural network.
- a configuration called a long short-term memory (LSTM: long / short-term memory) can be used as one of recursive neural networks (RNN).
- RNN recursive neural networks
- LSTM long short-term memory
- the LSTM stores the state by having the memory layer in the hidden layer in the RNN, and can analyze, for example, estimate for a longer period. Therefore, the LSTM can estimate and correct the deterioration amount of the transistor or the light emitting element. it can.
- the computing unit is provided with the first observation signal and the second observation signal.
- the first observation signal is a third image signal given from the frame memory to the calculation unit.
- the third image signal is an image signal given to the pixel.
- the second observation signal is a first current value that flows through either the light emitting element of the pixel to which the third image signal is applied or the transistor that supplies current to the light emitting element.
- the pixel outputs the current flowing through the transistor at a certain time as the first current value.
- the current flowing through the light emitting element at different times may be the first current value.
- the first current value may be converted into a voltage value as the second observation signal and supplied to the arithmetic unit.
- a method of converting from a current value to a voltage value there is a method of easily converting using a resistance element, a capacitor element, a diode, a transistor, or the like.
- the calculation unit has a prediction error parameter and an output parameter, and an output parameter for functioning as a learned regression model in advance is set.
- the prediction error parameter or the output parameter will be described.
- the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal and the second observation signal of the target pixel according to the regression model. Subsequently, the calculation unit updates the output parameter using the prediction error parameter according to the regression model. Subsequently, the calculation unit corrects the first image signal given from the frame memory using the output parameter to generate a second image signal.
- the light emitting element is turned on when the second image signal is supplied to the transistor included in the pixel.
- the second image signal may be generated by correcting the first image signal whose output parameter is given from the frame memory.
- the second image signal is generated by using the prediction error parameter updated in advance by the first observation signal and the second observation signal given irregularly.
- the light emitting element is turned on when the second image signal generated by the output parameter is supplied to the transistor included in the pixel.
- the calculation unit can generate the second image signal from the first image signal using the output parameter. Even if the prediction error parameter and the output parameter are not always updated, the prediction error parameter may be updated in a timely manner according to the deterioration characteristics of the transistor or the light emitting element. Therefore, even if the prediction error parameter and the output parameter are updated at different timings, the first image signal can be corrected and the second image signal can be generated. In addition, since the said prediction error parameter is updated irregularly, although sequentiality falls, the calculation amount of a calculating part can be reduced and power consumption can be reduced.
- the monitor circuit included in the display panel can include a monitor transistor having the same channel formation region and electrical characteristics as a transistor that supplies current to a light-emitting element included in the pixel.
- a monitoring transistor having a large channel width may be used. By using a monitoring transistor having a large channel width, it becomes easy to detect the deterioration amount of the electrical characteristics of the transistor.
- the second current value flowing through the monitor transistor can be given to the arithmetic unit as the third observation signal. Therefore, it is preferable that the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal, the second observation signal, and the third observation signal. By comparing with the deterioration amount of the monitoring transistor different from the transistor, information is increased and correction can be made more accurately.
- the third observation signal may be given by converting the second current value into the second voltage value.
- the monitor circuit can have a monitor light emitting element.
- the monitor circuit preferably includes a monitor light-emitting element having the same size and electrical characteristics as the light-emitting element included in the pixel.
- the arithmetic unit can be provided with the third current value flowing through the monitor light emitting element as the fourth observation signal. Accordingly, the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal, the second observation signal, and the fourth observation signal. By comparing with the deterioration amount of the monitor light emitting element different from the light emitting element, information for predicting the error increases, and correction can be made more accurately.
- the fourth observation signal may be given by converting the third current value into the third voltage value.
- the prediction error parameter may be updated by simultaneously using the monitor transistor and the monitor light emitting element.
- the calculation unit updates the prediction error parameter using the first observation signal, the second observation signal, the third observation signal, and the fourth observation signal.
- the display device can have an optical sensor for monitoring.
- the monitor optical sensor is preferably used in combination with the monitor light emitting element.
- the fourth current value detected by the monitoring optical sensor can be given to the arithmetic unit as the fifth observation signal without determining the deterioration amount of the monitoring light emitting element only by the change in current.
- the computing unit updates the prediction error parameter using the first observation signal to the fifth observation signal.
- the monitor transistor different from the light-emitting element, and the deterioration amount of the monitor light-emitting element, information for predicting the error increases, and correction can be made more accurately.
- the fifth observation signal may be given by converting the fourth current value into the fourth voltage value.
- one embodiment of the present invention can provide a driving method for correcting deterioration of a pixel that affects display quality of a novel display device.
- a driving method for correcting deterioration of a transistor that affects display quality can be provided.
- a driving method for correcting deterioration of a light-emitting element which affects display quality can be provided.
- the display device 100 includes a display panel 120, a calculation unit 130, a frame memory 111, and a timing control unit 112.
- the calculation unit includes a first calculation unit 131, a second calculation unit 132, and a correction calculation unit 133.
- the display panel 120 includes a source driver 121, a gate driver 122, a display area 123, and a monitor circuit 124.
- the display region 123 includes the pixels 10 (1, 1) to 10 (m, n).
- a pixel 10 (i, j) is shown as an example.
- m and n are positive integers of 2 or more, i is a positive integer of 1 to m, and j is a positive integer of 1 to n.
- the frame memory 111, the timing control unit 112, and the monitor circuit 124 are electrically connected to the calculation unit 130.
- the arithmetic unit 130 is electrically connected to the source driver 121.
- a source driver 121 and a gate driver 122 are electrically connected to the display area 123.
- the display area 123 is electrically connected to the calculation unit 130 via the monitor circuit 124.
- the calculation unit 130 has a plurality of parameters, and the parameters are calculated or updated by a plurality of observation signals. Note that parameter calculation or update may be paraphrased as managing parameters.
- the observation signal is preferably a deterioration amount of the current flowing through the pixel.
- the deterioration amount of the current flowing through the pixel is, for example, the deterioration amount of the current value flowing through the light emitting element included in the pixel, the deterioration amount of the current value flowing through the transistor that supplies current to the light emitting element, or the deterioration amount of the light output characteristics of the light emitting element. Etc.
- the pixel 10 will be described in detail with reference to FIG.
- the parameters are broadly divided into prediction error parameters and output parameters and managed.
- the prediction error parameter is a parameter managed by the first calculation unit 131
- the output parameter is a parameter managed by the second calculation unit 132.
- the first calculation unit calculates a Kalman filter
- the second calculation unit calculates an internal state model.
- the parameters output from the second calculation unit preferably include, for example, the threshold voltage of the transistor, mobility, and the like. Further, the content of the output parameter is fed back to the first calculation unit. Further, the correction calculation unit 133 can generate the image signal Data-B from the image signal Data-A given from the frame memory 111 using the output parameter.
- the calculation unit 130 can estimate the deterioration amount of the pixel 10 using the prediction error parameter and the output parameter according to the regression model, and correct the image signal given to the pixel 10. In other words, the calculation unit 130 corrects the image signal Data-A given from the frame memory 111 according to the regression model, and gives the image signal Data-B generated from the image signal Data-A to the pixel, thereby degrading the display quality. Can be suppressed.
- the regression model preferably uses a Kalman filter or the like.
- the correction calculation unit 133 supplies the image signal Data-B to the pixel 10 via the source driver 121 and also supplies the image signal Data-B to the second calculation unit 132.
- the output parameter can be updated and used as learning data when the next image signal Data-B is generated.
- the timing control unit 112 performs timing control of the arithmetic unit 130 and the gate driver 122.
- the gate driver 122 can supply a scanning signal to the display region 123, and the source driver 121 can supply the image signal Data-B output from the arithmetic unit 130 to the pixel 10 in synchronization with the scanning signal. Further, the timing control unit 112 can control the timing at which the pixel 10 outputs the observation signal to the monitor circuit 124 using the gate driver 122.
- FIG. 2A shows a detailed circuit diagram of the pixel 10 included in the display panel 120 as an example.
- FIG. 2B shows a circuit diagram of the monitor circuit 124 as an example.
- FIG. 2C shows a detailed block diagram of the calculation unit 130 as an example.
- a wiring G1, a wiring G2, a wiring S1, a wiring MN1, a wiring Ano, and a wiring Cat are connected to the pixel 10 illustrated in FIG.
- the pixel 10 includes a transistor 11, a transistor 12, a transistor 13, a capacitor element 14, and a light emitting element 15.
- the gate of the transistor 11 is electrically connected to the wiring G1.
- One of a source and a drain of the transistor 11 is electrically connected to the wiring S1.
- the other of the source and the drain of the transistor 11 is electrically connected to the gate of the transistor 12 and one of the electrodes of the capacitor 14.
- One of a source and a drain of the transistor 12 is electrically connected to one of the electrodes of the light-emitting element 15, one of the source and the drain of the transistor 13, and the other of the electrodes of the capacitor 14.
- the other of the source and the drain of the transistor 12 is electrically connected to the wiring Ano.
- the other electrode of the light emitting element 15 is electrically connected to the wiring Cath.
- the other of the source and the drain of the transistor 13 is electrically connected to the wiring MN1.
- the pixel 10 is supplied with different scanning signals from the gate driver 122 via the wiring G1 and the wiring G2. Further, the pixel 10 is supplied with the image signal Data-B through the wiring S1. Further, the pixel 10 outputs the current flowing through the pixel 10 via the wiring MN1 as the observation signal DA2 via the monitor circuit 124. Note that the observation signal is either a current flowing through the transistor 12 or a current flowing through the light emitting element 15.
- the observation signal DA2 will be described in detail with reference to FIG.
- the transistor preferably includes an oxide semiconductor film which is highly purified and suppresses formation of oxygen vacancies.
- the transistor can have low off-state current. Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be extended. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of reducing power consumption.
- a detailed description of the transistor including an oxide semiconductor film is described in Embodiment 5.
- the monitor circuit 124 has the same number of terminals M1 (1) to M1 (m) and terminals M2 (1) to M2 (m) as the wiring MN1. Each terminal M1 and terminal M2 are electrically connected. Note that the terminal M1 may be connected to the terminal M2 through the current-voltage conversion element 16, or may be connected to the terminal M2 without going through the current-voltage conversion element 16. The terminal M2 can supply the observation signal DA2 to the first arithmetic unit 131.
- the monitor circuit 124 may include a monitor transistor 12T.
- One of the source and the drain of the transistor 12T is electrically connected to the terminal M3a.
- the other of the source and the drain of the transistor 12T is electrically connected to the terminal M3b.
- the gate of the transistor 12T is electrically connected to the terminal M3c.
- the terminal M3b can supply the observation signal DA3 to the first calculation unit 131.
- a fixed potential is applied to the terminal M3a, and a monitor image signal is applied to the terminal M3c.
- the monitor image signal is provided with a monitor image signal having a different potential, and the deterioration amount of the transistor 12T can be detected.
- the transistor 12T is preferably a transistor having the same channel formation region and electrical characteristics as the transistor 12.
- a transistor with a large channel width may be used. By using a transistor with a large channel width, the deterioration amount of the electrical characteristics of the transistor 12T can be easily detected.
- the calculation unit 130 includes a first calculation unit 131, a second calculation unit 132, and a correction calculation unit 133.
- the first calculation unit 131 is provided with an observation signal DA1, an observation signal DA2, and an observation signal DA3.
- the observation signal DA1 is given an image signal from the frame memory.
- the image signal generated from the image signal Data-A by the calculation unit 130 is the image signal Data-B
- the image signal already given to the target pixel 10 can be the image signal Data-C. That is, the image signal Data-C is given to the observation signal DA1.
- the current flowing through the transistor 12 by the image signal Data-C applied to the pixel 10 is sequentially applied through the transistor 13, the wiring MN1, and the monitor circuit 124.
- the current flowing through the light emitting element 15 may be supplied to the observation signal DA2 via the transistor 13, the wiring MN1, and the monitor circuit 124 in this order.
- the potential applied to the wiring Ano and the potential applied to the wiring MN1 are set to the same potential, no current flows through the transistor 12.
- the potential applied to the wiring Cath can be made smaller than the potentials applied to the wiring Ano and the wiring MN1 so that only current flows through the light emitting element 15.
- the deterioration amount of the light emitting element 15 is preferably detected in a region where the current flowing through the light emitting element 15 and the light output characteristics of the light emitting element 15 are in a linear relationship.
- the deterioration amount of the light emitting element 15 may be detected in a region where the current and the light output characteristics are not in a linear relationship.
- the observation signal DA2 may be a current when the light emitting element is not lit or a reverse bias current that flows when a voltage higher than the anode terminal is applied to the cathode terminal of the light emitting element. Note that the observation signal DA2 may be converted into a voltage value by the current-voltage conversion element 16.
- the first calculation unit 131 can update the prediction error parameter if two different observation data are given. However, the first computing unit 131 can update to a more accurate prediction error parameter if more observation signals such as the observation signal DA3 are given. Therefore, it is preferable that two or more observation signals are given to the first arithmetic unit 131, and more preferably three or more observation signals are given.
- the prediction error parameter DP1 calculated by the first calculation unit 131 is given to the second calculation unit 132.
- the second calculation unit 132 updates the output parameter DQ1 with the prediction error parameter DP1, and the output parameter DQ1 is given to the correction calculation unit 133.
- the output parameter DQ1 is updated by the 2nd calculating part 132 by the image signal Data-B before the image signal Data-A is newly given to the correction
- the correction calculation unit 133 can generate the image signal Data-B using the output parameter DQ1 from the new image signal Data-A given from the frame memory 111, and give the image signal Data-B to the pixel 10.
- the generated image signal Data-B is given to the second calculation unit 132, and the output parameter DQ1 can be updated.
- the signal EN1 can put the first arithmetic unit 131 in the sleep state. Power consumption can be reduced by putting the first calculation unit 131 in the sleep state.
- the signal EN2 can control the switch SW1 to stop the output parameter DQ1 from being updated by the image signal Data-B.
- Step ST21 is a learned state so that the second calculation unit 132 outputs the output parameter DQ1.
- the first computing unit 131 is given an output parameter DQ1. Note that an image signal generated by correcting the image signal Data-C is given to the pixel 10.
- Step ST22 is a step in which a new image signal Data-A is given to the correction calculation unit 133.
- step ST23 the calculation unit 130 selects a parameter update mode.
- the parameter update mode is selected by a signal EN1 given to the first calculation unit 131. For example, when “H” is given to the signal EN1, the correction mode is set, and the process proceeds to step ST2A to update the prediction error parameter DP1. When “L” is given to the signal EN1, the display mode is set and the process proceeds to step ST24 in order to update the output parameter DQ1 without updating the prediction error parameter DP1. First, the parameter update mode will be described. “H” is given to the signal EN1, and the process proceeds to step ST2A.
- step ST2A the observation signal DA1 and the observation signal DA2 are given to the first calculation unit 131.
- the first calculation unit 131 is a step of updating the prediction error parameter DP1 using the observation signal DA1 and the observation signal DA2 and giving the prediction error parameter DP1 to the second calculation unit 132. Note that it is preferable that more observation signals such as the observation signal DA3 are supplied to the first arithmetic unit 131.
- Step ST2B is a step in which the second calculation unit 132 updates the output parameter DQ1 using the prediction error parameter DP1 and supplies the output parameter DQ1 to the correction calculation unit 133.
- the output parameter DQ1 is also given to the first calculation unit 131.
- Step ST25 is a step in which the correction calculation unit 133 generates the image signal Data-B from the image signal Data-A using the output parameter DQ1.
- Step ST26 is a step in which the source driver gives the image signal Data-B to the pixel 10.
- Step ST27 is a step in which the image signal Data-B is given to the second calculation unit 132 and the output parameter DQ1 is updated.
- the process proceeds to ST23 again and the correction mode is continued, the process proceeds to the next pixel, and the prediction error parameter DP1 and the output parameter DQ1 are updated again to learn the pixel deterioration amount.
- a correction test signal is given to the image signal Data-A.
- the correction test signal is a fixed image signal Data-A suitable for detecting the deterioration amount of the transistor 12 and the light emitting element 15.
- image signals of various gradations are preferably supplied to the image signal Data-A or the image signal Data-C.
- Step ST24 is a step in which a new image signal Data-A is given to the correction calculation unit 133.
- the second calculation unit 132 is provided with the prediction error parameter DP1 updated in the correction mode, and the output parameter DQ1 is updated with the image signal Data-B.
- Step ST25 is a step in which the correction calculation unit 133 generates the image signal Data-B from the image signal Data-A using the output parameter DQ1.
- Step ST26 is a step in which the source driver gives the image signal Data-B to the pixel 10.
- the pixel 10 to which the image data Data-B is given can perform display in which deterioration of the transistor 12 and the light emitting element 15 is corrected.
- Step ST27 is a step in which the image signal Data-B is given to the second calculation unit 132 and the output parameter DQ1 is updated.
- FIG. 4A includes a circuit 134.
- the correction calculation unit 133 is connected to the switch SW1 through the circuit 134.
- the circuit 134 includes a circuit 134A, a circuit 134B, and a circuit 134C.
- the circuit 134A is a shift register including registers 134A (1) to 134A (k). k is preferably a positive integer and a power of 2.
- the image signal Data-B (i, j) to be given to the pixel 10 (i, j) is given to the register 134A (1) at the first time.
- the image signal Data-B (i, j) held in the register 134A (1) is given to the register 134A (2) as the image signal Data-B ((i, j) +1). Then, the image signal Data-B (i, j) to be given to the pixel 10 (i, j) is newly given to the register 134A (1).
- the image signal Data-B ((i, j) +1) held in the register 134A (2) is stored in the register 134A (3) as the image signal Data-B ((i, j) +2).
- the image signal Data-B (i, j) held in the register 134A (1) is given to the register 134A (2) as the image signal Data-B ((i, j) +1).
- the image signal Data-B (i, j) to be given to the pixel 10 (i, j) is newly given to the register 134A (1).
- the circuit 134A operates as a shift register that stores the image signal Data-B (i, j) given to the register 134A1 in the next register with time. Therefore, the circuit 134A is a k-stage shift register. However, at the (k + 1) th time, the image signal Data-B ((i, j) + k) held in the register 134A (k) given first is discarded.
- the circuit 134B is composed of an averaging circuit.
- the circuit 134C is a register, and holds the result averaged by the circuit 134B as an image signal Data-Ave.
- the signal EN1 makes the switch SW1 conductive in accordance with the time when the circuit 134C is updated, and gives the image signal Data-Ave as the parameter DP2 to the second arithmetic unit 132.
- the switch SW1 is made non-conductive until the image signal is held in all the registers included in the circuit 134A, and after the image signal Data-Ave is calculated, the switch SW1 is made conductive so that the averaging is performed at each time. As a result, an effect reflecting more observation signals can be obtained.
- the image signal Data-B held in the registers 134A (1) to 134A (k) of the circuit 134A may be the image signal Data-B given to the same pixel as described above, or given to different pixels.
- the image signal Data-B may be used.
- the deterioration amount of the same pixel can be corrected.
- correction can be performed reflecting the amount of deterioration of adjacent pixels.
- FIG. 5A1 shows a monitor circuit 124A different from FIG.
- the monitor circuit 124A includes a transistor 12T1 and a light emitting element 15T1 that have the same electrical connection as the pixel 10.
- One of the source and the drain of the transistor 12T1 is electrically connected to one of the electrodes of the light emitting element 15T1.
- the other electrode of the light emitting element 15T1 is electrically connected to the terminal M3a1.
- the other of the source and the drain of the transistor 12T1 is electrically connected to the terminal M3b1.
- the gate of the transistor 12T1 is electrically connected to the terminal M3c1.
- a fixed potential is applied to the terminal M3a1, and a monitor image signal is applied to the terminal M3c1. Therefore, a current value flowing through the transistor 12T1 and the light emitting element 15T1 is given to the terminal M3b1. The deterioration amount of the transistor 12T1 and the light emitting element 15T1 can be detected by the monitor image signal.
- the transistor 12T1 is preferably a transistor having the same channel formation region and electrical characteristics as the transistor 12.
- a transistor with a large channel width may be used. By using a transistor with a large channel width, it becomes easy to detect the deterioration amount of the electrical characteristics of the transistor 12T1.
- the monitor circuit 124A can further include a light emitting element 15T2.
- One of the electrodes of the light-emitting element 15T2 is electrically connected to the terminal M2 (0), and the other electrode of the light-emitting element 15T2 is electrically connected to the terminal M1 (0).
- a fixed potential is applied to the terminal M1 (0). Accordingly, the terminal M2 (0) is given a current value flowing through the light emitting element 15T2.
- the light emitting element 15T2 is preferably a light emitting element having the same electrical characteristics and light output characteristics as the light emitting element 15.
- FIG. 5A2 is a monitor circuit 124B that is different from FIG. 5A1.
- FIG. 5A2 is different in that the monitor circuit 124B further includes a transistor 12T2 and a transistor 12T3.
- the monitor circuit 124B further includes a transistor 12T2 and a transistor 12T3.
- One of the source and the drain of the transistor 12T2 is electrically connected to the terminal M3a2.
- the other of the source and the drain of the transistor 12T2 is electrically connected to the terminal M3b2.
- the gate of the transistor 12T2 is electrically connected to the terminal M3c2.
- One of the source and the drain of the transistor 12T3 is electrically connected to the terminal M3a3.
- the other of the source and the drain of the transistor 12T3 is electrically connected to the terminal M3b3.
- the gate of the transistor 12T3 is electrically connected to the terminal M3c3.
- the transistors 12T1 to 12T3 are preferably transistors having the same channel formation region and electrical characteristics as the transistor 12. Different monitor image signals can be applied to the terminals M3c1 to M3c3. That is, the deterioration amounts of the different operating conditions can be detected by causing the transistors 12T1 to 12T3 to pass different current values.
- the display device 100 has a monitor circuit 124B2, and the monitor circuit 124B2 has an optical sensor P1.
- One electrode of the optical sensor P1 is electrically connected to the terminal MP1, and the other electrode of the optical sensor P1 is electrically connected to the terminal MP2.
- the optical sensor P1 can detect any one of the light output characteristics of the light-emitting element 15T1 or the light-emitting element 15T2 and supply it to the terminal MP2 as a current. Therefore, the deterioration amount of the light output characteristics of the light emitting element 15T1 or the light emitting element 15T2 can be detected from the current flowing through the optical sensor P1.
- the monitor circuit 124B2 may be included in the display panel.
- FIG. 5B is a display device different from that in FIG. FIG. 5B includes a calculation unit 130B.
- the calculation unit 130B includes a third calculation unit 131a and a fourth calculation unit 132a.
- the third calculation unit 131a has a prediction error parameter DP3, and the fourth calculation unit 132a has an output parameter DQ2.
- the observation signal DA1, the observation signal DB1, or the observation signal DB2 is given to the third arithmetic unit 131a.
- the third calculation unit 131a updates the prediction error parameter DP3 and supplies it to the fourth calculation unit 132a.
- the fourth calculation unit 132a updates the output parameter DQ2, and the correction calculation unit 133 generates the image signal Data-B from the image signal Data-A using the output parameter DQ1 and the output parameter DQ2.
- the image signal Data-B is given to the pixel 10 to light the pixel.
- the first calculation unit 131 focuses on the deterioration amount of the transistor 12 or the light emitting element 15 of the pixel 10
- the third calculation unit 131a focuses on the deterioration amount of the transistor 12T or the light emitting element 15T of the monitor circuit 124.
- the prediction error parameter DP can be managed.
- the deterioration amount of the transistor 12 and the light emitting element 15 of the pixel can be detected by receiving image signals having various gradations.
- the monitor circuit 124 can detect the deterioration amount of the monitoring transistor 12T or the light emitting element 15T under a stress fixed under an arbitrary condition.
- the deterioration amount of the transistor 12 or the light-emitting element 15 of the pixel 10 is corrected by using a plurality of observation signals, and display quality deterioration of the pixel 10 is suppressed. it can.
- FIG. 6 shows a display device different from that in FIG. FIG. 6 illustrates a configuration in which the circuit 134 is combined with the configuration of the arithmetic unit 130A illustrated in FIG. Description of the circuit 134 is omitted because the description of the circuit 134 illustrated in FIG. 4 can be referred to.
- FIG. 7A shows a display device 100A different from FIG.
- the display device 100 ⁇ / b> A is different from the display device 100 in that the correction calculation unit 133 is not included. Further, the display panel 120 has a plurality of pixels 10A.
- the display panel 120 includes a wiring G3, and the pixel 10A is connected to the wiring G3.
- the pixel 10 ⁇ / b> A further includes a transistor 18 and a capacitor 19.
- the gate of the transistor 18 is electrically connected to the wiring G3.
- One of a source and a drain of the transistor 18 is electrically connected to the wiring S1.
- the other of the source and the drain of the transistor 18 is electrically connected to one of the electrodes of the capacitor 19.
- the other electrode of the capacitor 19 is electrically connected to the gate of the transistor 12.
- the node FN1 indicates a wiring to which the gate of the transistor 12, one of the electrodes of the capacitor 14 and the other of the electrodes of the capacitor 19 are connected.
- a node FN2 indicates a wiring to which the other of the source and the drain of the transistor 18 and one of the electrodes of the capacitor 19 are connected.
- the frame memory 111 can supply the image signal Data-A to the node FN1 of the pixel 10A via the source driver 121.
- the second calculation unit 132 can give the output parameter DQ1 to the node FN2 of the pixel 10A via the source driver 121.
- the output parameter DQ1 given to the node FN2 is calculated as image data Data-A at the node FN1 via the capacitive element 19, and changes to the image signal Data-B. Therefore, the pixel 10 ⁇ / b> A can perform the same calculation as that of the correction calculation unit 133.
- the circuit scale can be reduced, and the power consumption can be reduced by reducing the circuit scale.
- the transistor 18 preferably includes an oxide semiconductor film which is highly purified and suppresses formation of oxygen vacancies.
- the transistor can have low off-state current. Therefore, the holding time of an electric signal such as an image signal can be extended. Therefore, since the frequency of the refresh operation can be reduced, there is an effect of reducing power consumption.
- a detailed description of the transistor including an oxide semiconductor film is described in Embodiment 5.
- a pixel using a liquid crystal element includes a transistor and a capacitor.
- a transistor including an oxide semiconductor film in a semiconductor layer has a back gate. It is known that the threshold voltage of the transistor can be controlled by controlling the back gate of the transistor. Therefore, it is known that when the transistor deteriorates, the threshold voltage of the transistor changes and the display gradation changes. By giving an error prediction parameter to the back gate of the transistor, the threshold voltage can be controlled and deterioration of display quality of the display panel can be suppressed.
- Embodiment 2 In this embodiment, a structure example of a display device using a liquid crystal element and a structure example of a display device using a light-emitting element will be described. Note that in this embodiment, description of elements, operations, and functions of the display device described in Embodiment 1 is omitted.
- the adder circuit and the pixel described in Embodiment 1 can be used.
- a scanning line driver circuit described below corresponds to a gate driver
- a signal line driver circuit corresponds to a source driver.
- a sealant 4005 is provided so as to surround the display portion 215 provided over the first substrate 4001, and the display portion 215 is sealed with the sealant 4005 and the second substrate 4006. .
- the scan line driver circuit 221a, the signal line driver circuit 231a, the signal line driver circuit 232a, and the common line driver circuit 241a each include a plurality of integrated circuits 4042 provided over the printed board 4041.
- the integrated circuit 4042 is formed using a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor.
- the common line driver circuit 241a has a function of supplying a predetermined potential to the wirings Ano, Cath, and the like described in Embodiment 1.
- FPC Flexible printed circuit
- the integrated circuit 4042 included in the scan line driver circuit 221a and the common line driver circuit 241a has a function of supplying a selection signal to the display portion 215.
- the integrated circuit 4042 included in the signal line driver circuit 231a and the signal line driver circuit 232a has a function of supplying image data to the display portion 215.
- the integrated circuit 4042 is mounted in a region different from the region surrounded by the sealant 4005 over the first substrate 4001.
- connection method of the integrated circuit 4042 is not particularly limited, and a wire bonding method, a COG (Chip On Glass) method, a TCP (Tape Carrier Package) method, a COF (Chip On Film) method, or the like can be used. it can.
- FIG. 8B illustrates an example in which the integrated circuit 4042 included in the signal line driver circuit 231a and the signal line driver circuit 232a is mounted by a COG method.
- a part or the whole of the driver circuit can be formed over the same substrate as the display portion 215 to form a system-on-panel.
- FIG. 8B illustrates an example in which the scan line driver circuit 221a and the common line driver circuit 241a are formed over the same substrate as the display portion 215.
- a sealant 4005 is provided so as to surround the display portion 215 provided over the first substrate 4001, the scan line driver circuit 221a, and the common line driver circuit 241a.
- a second substrate 4006 is provided over the display portion 215, the scan line driver circuit 221a, and the common line driver circuit 241a. Accordingly, the display portion 215, the scan line driver circuit 221a, and the common line driver circuit 241a are sealed together with the display element by the first substrate 4001, the sealant 4005, and the second substrate 4006.
- FIG. 8B illustrates an example in which the signal line driver circuit 231a and the signal line driver circuit 232a are separately formed and mounted on the first substrate 4001, but the present invention is not limited to this structure.
- the scan line driver circuit may be separately formed and mounted, or a part of the signal line driver circuit or a part of the scan line driver circuit may be separately formed and mounted.
- the signal line driver circuit 231a and the signal line driver circuit 232a may be formed over the same substrate as the display portion 215.
- the display device may include a panel in which the display element is sealed and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel.
- the display portion and the scan line driver circuit provided over the first substrate have a plurality of transistors.
- the transistor described in any of the above embodiments can be used as the transistor.
- the structure of the transistor included in the peripheral driver circuit and the transistor included in the pixel circuit in the display portion may be the same or different. All transistors included in the peripheral driver circuit may have the same structure, or two or more structures may be used in combination. Similarly, all transistors included in the pixel circuit may have the same structure, or two or more structures may be used in combination.
- the input device 4200 can be provided over the second substrate 4006.
- a structure in which the input device 4200 is provided in the display device illustrated in FIGS. 8A to 8C can function as a touch panel.
- a detection element also referred to as a sensor element
- 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.
- a touch panel having a capacitive detection element will be described as an example.
- the capacitance method there are a surface capacitance method, a projection capacitance method, and the like.
- 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 element and the counter substrate, and the like Various configurations can be applied.
- FIGS. 9A and 9B show an example of a touch panel.
- FIG. 9A is a perspective view of the touch panel 4210.
- FIG. 9B is a schematic perspective view of the input device 4200. For the sake of clarity, only representative components are shown.
- the touch panel 4210 has a configuration in which a separately manufactured display device and a detection element are bonded together.
- the touch panel 4210 has an input device 4200 and a display device, and these are provided in an overlapping manner.
- the input device 4200 includes a substrate 4263, an electrode 4227, an electrode 4228, a plurality of wirings 4237, a plurality of wirings 4238, and a plurality of wirings 4239.
- the electrode 4227 can be electrically connected to the wiring 4237 or the wiring 4239.
- the electrode 4228 can be electrically connected to the wiring 4239.
- the FPC 4272b is electrically connected to each of the plurality of wirings 4237 and the plurality of wirings 4238.
- the FPC 4272b can be provided with an IC 4273b.
- a touch sensor may be provided between the first substrate 4001 and the second substrate 4006 of the display device.
- a touch sensor is provided between the first substrate 4001 and the second substrate 4006, an optical touch sensor using a photoelectric conversion element may be used in addition to a capacitive touch sensor.
- 10 (A) and 10 (B) are cross-sectional views of a portion indicated by a one-dot chain line of N1-N2 in FIG. 8 (B).
- 10A and 10B includes an electrode 4015, and the electrode 4015 is electrically connected to a terminal included in the FPC 4018 through an anisotropic conductive layer 4019.
- the display device illustrated in FIGS. 10A and 10B, the electrode 4015 is electrically connected to the wiring 4014 through openings formed in the insulating layer 4112, the insulating layer 4111, and the insulating layer 4110.
- the electrode 4015 is formed of the same conductive layer as the first electrode layer 4030, and the wiring 4014 is formed of the same conductive layer as the source and drain electrodes of the transistor 4010 and the transistor 4011.
- the display portion 215 and the scan line driver circuit 221a provided over the first substrate 4001 include a plurality of transistors.
- the transistor 4010 included in the display portion 215 is included.
- a transistor 4011 included in the scan line driver circuit 221a is included.
- 10A and 10B illustrate bottom-gate transistors as the transistor 4010 and the transistor 4011, a top-gate transistor may be used.
- an insulating layer 4112 is provided over the transistor 4010 and the transistor 4011.
- a partition wall 4510 is formed over the insulating layer 4112.
- the transistor 4010 and the transistor 4011 are provided over the insulating layer 4102.
- the transistor 4010 and the transistor 4011 include an electrode 4017 formed over the insulating layer 4111.
- the electrode 4017 can function as a back gate electrode.
- the display device illustrated in FIGS. 10A and 10B includes a capacitor 4020.
- the capacitor 4020 includes an electrode 4021 formed in the same step as the gate electrode of the transistor 4010 and an electrode formed in the same step as the source electrode and the drain electrode. Each electrode overlaps with the insulating layer 4103 interposed therebetween.
- the capacitance of a capacitor provided in the pixel portion of the display device is set so as to hold charge for a predetermined period in consideration of a leakage current of a transistor arranged in the pixel portion.
- the capacity of the capacitor may be set in consideration of the off-state current of the transistor.
- FIG. 10A illustrates an example of a liquid crystal display device using a liquid crystal element as a display element.
- a liquid crystal element 4013 which is a display element includes a first electrode layer 4030, a second electrode layer 4031, and a liquid crystal layer 4008.
- an insulating layer 4032 and an insulating layer 4033 which function as alignment films are provided so as to sandwich the liquid crystal layer 4008.
- the second electrode layer 4031 is provided on the second substrate 4006 side, and the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 overlap with each other with the liquid crystal layer 4008 interposed therebetween.
- liquid crystal elements to which various modes are applied can be used.
- VA Very Alignment
- TN Transmission Nematic
- IPS In-Plane-Switching
- ASM Analy Symmetrical Aligned Micro-cell
- OCB Optic LC
- AFLC Antiferroelectric Liquid Crystal
- ECB Electrode Controlled Birefringence
- a normally black liquid crystal display device such as a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode may be used as the liquid crystal display device described in this embodiment.
- VA vertical alignment
- MVA Multi-Domain Vertical Alignment
- PVA Plasma Vertical Alignment
- ASV Advanced Super View
- the liquid crystal element 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), a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like can be used.
- PDLC polymer dispersed liquid crystal
- 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.
- FIG. 10 illustrates an example of a liquid crystal display device including a vertical electric field liquid crystal element; however, a liquid crystal display device including a horizontal electric field liquid crystal element can be used in one embodiment of the present invention.
- a liquid crystal exhibiting a blue phase for which an alignment film is not used may be used.
- the blue phase is one of the liquid crystal phases.
- the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition in which 5% by weight or more of a chiral agent is mixed is used for the liquid crystal layer 4008 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.
- a rubbing process is unnecessary, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. .
- the spacer 4035 is a columnar spacer obtained by selectively etching the insulating layer, and is provided to control the distance (cell gap) between the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031. ing. A spherical spacer may be used.
- an optical member such as a black matrix (light shielding layer), a colored layer (color filter), a polarizing member, a retardation member, or an antireflection member, and the like may be provided as appropriate.
- an optical member such as a black matrix (light shielding layer), a colored layer (color filter), a polarizing member, a retardation member, or an antireflection member, and the like may be provided as appropriate.
- circularly polarized light using a polarizing substrate and a retardation substrate may be used.
- a backlight, a sidelight, or the like may be used as the light source.
- a micro LED or the like may be used as the backlight and the sidelight.
- a light-blocking layer 4132, a colored layer 4131, and an insulating layer 4133 are provided between the substrate 4006 and the second electrode layer 4031.
- a light-blocking layer 4132, a colored layer 4131, and an insulating layer 4133 are provided between the substrate 4006 and the second electrode layer 4031.
- the material that can be used as the light shielding layer examples include carbon black, titanium black, metal, metal oxide, and composite oxide containing a solid solution of a plurality of metal oxides.
- the light shielding layer may be a film containing a resin material or a thin film of an inorganic material such as a metal.
- a stacked film of a film containing a material for the colored layer can be used for the light shielding layer.
- a stacked structure of a film including a material used for a colored layer that transmits light of a certain color and a film including a material used for a colored layer that transmits light of another color can be used. It is preferable to use a common material for the coloring layer and the light-shielding layer because the apparatus can be shared and the process can be simplified.
- Examples of materials that can be used for the colored layer include metal materials, resin materials, resin materials containing pigments or dyes, and the like.
- the formation of the light shielding layer and the colored layer may be performed in the same manner as the method for forming each layer described above. For example, the ink jet method may be used.
- 10A and 10B includes an insulating layer 4111 and an insulating layer 4104.
- As the insulating layer 4111 and the insulating layer 4104 insulating layers that hardly transmit an impurity element are used. By sandwiching the semiconductor layer of the transistor between the insulating layer 4111 and the insulating layer 4104, entry of impurities from the outside can be prevented.
- a light emitting element can be used as a display element included in the display device.
- an EL element utilizing electroluminescence can be applied.
- An EL element includes a layer containing a light-emitting compound (also referred to as an “EL layer”) between a pair of electrodes. When a potential difference larger than the threshold voltage of the EL element is generated between the pair of electrodes, holes are injected into the EL layer from the anode side and electrons are injected from the cathode side. The injected electrons and holes are recombined in the EL layer, and the light-emitting substance contained in the EL layer emits light.
- EL elements are distinguished depending on whether the light emitting material is an organic compound or an inorganic compound, and the former is generally called an organic EL element and the latter is called an inorganic EL element.
- the organic EL element by applying a voltage, electrons from one electrode and holes from the other electrode are injected into the EL layer. Then, these carriers (electrons and holes) recombine, whereby the light-emitting organic compound forms an excited state, and emits light when the excited state returns to the ground state. Due to such a mechanism, such a light-emitting element is referred to as a current-excitation light-emitting element.
- the EL layer is a substance having a high hole-injecting property, a substance having a high hole-transporting property, a hole blocking material, a substance having a high electron-transporting property, a substance having a high electron-injecting property, or a bipolar Material (a material having a high electron transporting property and a high hole transporting property) may be included.
- the EL layer can be formed by a method such as a vapor deposition method (including a vacuum vapor deposition method), a transfer method, a printing method, an ink jet method, or a coating method.
- the inorganic EL element is classified into a dispersion type inorganic EL element and a thin film type inorganic EL element depending on the element structure.
- the dispersion-type inorganic EL element has a light-emitting layer in which particles of a light-emitting material are dispersed in a binder, and the light emission mechanism is donor-acceptor recombination light emission using a donor level and an acceptor level.
- the thin-film inorganic EL element has a structure in which a light emitting layer is sandwiched between dielectric layers and further sandwiched between electrodes, and the light emission mechanism is localized light emission utilizing inner-shell electron transition of metal ions. Note that description is made here using an organic EL element as a light-emitting element.
- At least one of the pair of electrodes may be transparent. Then, a transistor and a light emitting element are formed on a substrate, and a top emission structure that extracts light from a surface opposite to the substrate, a bottom emission structure that extracts light from a surface on the substrate side, There is a light emitting element having a dual emission structure in which light emission is extracted from both sides, and any light emitting element having an emission structure can be applied.
- FIG. 10B illustrates an example of a light-emitting display device (also referred to as an “EL display device”) using a light-emitting element as a display element.
- a light-emitting element 4513 which is a display element is electrically connected to a transistor 4010 provided in the display portion 215.
- the structure of the light-emitting element 4513 is a stacked structure of the first electrode layer 4030, the light-emitting layer 4511, and the second electrode layer 4031; however, the structure is not limited to this structure.
- the structure of the light-emitting element 4513 can be changed as appropriate depending on the direction in which light is extracted from the light-emitting element 4513, or the like.
- the partition wall 4510 is formed using an organic insulating material or an inorganic insulating material.
- a photosensitive resin material it is preferable to use a photosensitive resin material and form an opening on the first electrode layer 4030 so that the side surface of the opening is an inclined surface formed with a continuous curvature.
- the light emitting layer 4511 may be composed of a single layer or a plurality of layers stacked.
- the emission color of the light emitting element 4513 can be white, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or the like depending on the material forming the light emitting layer 4511.
- a method for realizing color display there are a method in which a light emitting element 4513 having a white emission color and a colored layer are combined, and a method in which a light emitting element 4513 having a different emission color is provided for each pixel.
- the former method is more productive than the latter method.
- productivity is inferior to the former method.
- the latter method it is possible to obtain an emission color with higher color purity than in the former method.
- the color purity can be further increased by providing the light-emitting element 4513 with a microcavity structure.
- the light-emitting layer 4511 may include an inorganic compound such as a quantum dot.
- a quantum dot can be used for a light emitting layer to function as a light emitting material.
- a protective layer may be formed over the second electrode layer 4031 and the partition wall 4510 so that oxygen, hydrogen, moisture, carbon dioxide, or the like does not enter the light-emitting element 4513.
- the protective layer silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum nitride, aluminum oxynitride, aluminum nitride oxide, DLC (Diamond Like Carbon), or the like can be formed.
- a filler 4514 is provided in a space sealed by the first substrate 4001, the second substrate 4006, and the sealant 4005 and sealed.
- the protective film As described above, it is preferable to package (enclose) the protective film with a protective film (bonded film, ultraviolet curable resin film, or the like) or a cover material that has high hermeticity and little degassing so as not to be exposed to the outside air.
- a protective film bonded film, ultraviolet curable resin film, or the like
- a cover material that has high hermeticity and little degassing so as not to be exposed to the outside air.
- an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin can be used as the filler 4514.
- PVC polyvinyl chloride
- acrylic resin polyimide
- epoxy resin epoxy resin
- silicone resin PVB polyvinyl butyral
- EVA ethylene vinyl acetate
- the filler 4514 may contain a desiccant.
- a glass material such as glass frit, a resin material such as a two-component mixed resin, a curable resin that cures at room temperature, a photo-curable resin, and a thermosetting resin can be used.
- the sealing material 4005 may contain a desiccant.
- an optical film such as a polarizing plate, a circular polarizing plate (including an elliptical polarizing plate), a retardation plate ( ⁇ / 4 plate, ⁇ / 2 plate), a color filter, or the like is provided on the light emitting element exit surface. You may provide suitably. Further, an antireflection film may be provided on the polarizing plate or the circularly polarizing plate. For example, anti-glare treatment can be performed that diffuses reflected light due to surface irregularities and reduces reflection.
- light with high color purity can be extracted by using a light emitting element with a microcavity structure. Further, by combining the microcavity structure and the color filter, the reflection can be reduced and the visibility of the display image can be improved.
- first electrode layer and the second electrode layer (also referred to as a pixel electrode layer, a common electrode layer, a counter electrode layer, or the like) that applies a voltage to the display element, the direction of light to be extracted, the place where the electrode layer is provided, and What is necessary is just to select translucency and reflectivity by the pattern structure of an electrode layer.
- the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 include indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide, and indium containing titanium oxide.
- a light-transmitting conductive material such as tin oxide, indium zinc oxide, or indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used.
- the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 are tungsten (W), molybdenum (Mo), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). , Chromium (Cr), cobalt (Co), nickel (Ni), titanium (Ti), platinum (Pt), aluminum (Al), copper (Cu), silver (Ag) and other metals, or alloys thereof, or One or more metal nitrides can be used.
- the first electrode layer 4030 and the second electrode layer 4031 can be formed using a conductive composition containing a conductive high molecule (also referred to as a conductive polymer).
- a conductive polymer a so-called ⁇ -electron conjugated conductive polymer can be used.
- polyaniline or a derivative thereof, polypyrrole or a derivative thereof, polythiophene or a derivative thereof, or a copolymer of two or more of aniline, pyrrole, and thiophene or a derivative thereof can be given.
- the protection circuit is preferably configured using a non-linear element.
- FIG. 11 illustrates an example in which the stack structure is applied to the liquid crystal display device illustrated in FIG. 10A, but the liquid crystal display device may be applied to an EL display device illustrated in FIG.
- a light-transmitting conductive film having a high light-transmitting property with respect to visible light is used for electrodes and wiring, so that the light transmittance in the pixel can be increased, and the aperture ratio is substantially improved. Can be made.
- the semiconductor layer also has a light-transmitting property, so that the aperture ratio can be further increased.
- a display device may be configured by combining a liquid crystal display device and a light emitting device.
- the light emitting device is arranged on the opposite side of the display surface or at the end of the display surface.
- the light-emitting device has a function of supplying light to the display element.
- the light emitting device can also be called a backlight.
- the light-emitting device can include a plate-shaped or sheet-shaped light guide (also referred to as a light guide plate) and a plurality of light-emitting elements that exhibit light of different colors.
- a plate-shaped or sheet-shaped light guide also referred to as a light guide plate
- a plurality of light-emitting elements that exhibit light of different colors.
- the light guide unit has a mechanism for changing an optical path (also referred to as a light extraction mechanism), whereby the light emitting device can uniformly irradiate light to the pixel portion of the display panel. Or it is good also as a structure which arrange
- the light emitting device preferably has three color light emitting elements of red (R), green (G), and blue (B). Further, a white (W) light emitting element may be included. It is preferable to use a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) as these light emitting elements.
- RGB red
- G green
- B blue
- W white
- LED Light Emitting Diode
- the light emitting element has a full width at half maximum (FWHM: Full Width at Half Maximum) of 50 nm or less, preferably 40 nm or less, more preferably 30 nm or less, more preferably 20 nm or less, and extremely high color purity.
- FWHM Full Width at Half Maximum
- a light emitting element is preferable.
- the full width at half maximum of the emission spectrum is preferably as small as possible, but can be set to, for example, 1 nm or more. Thereby, when performing color display, vivid display with high color reproducibility can be performed.
- the red light-emitting element it is preferable to use an element whose emission spectrum has a peak wavelength in the range of 625 nm or more and 650 nm or less.
- an element having an emission spectrum peak wavelength in the range of 515 nm to 540 nm is preferably used.
- an element having an emission spectrum peak wavelength in the range of 445 nm to 470 nm is preferably used.
- the display device can perform the color display based on the successive additive color mixing method by sequentially flashing the three color light emitting elements and driving the pixels in synchronization therewith.
- This driving method can also be called field sequential driving.
- FIGS. 12A and 12B are examples of a schematic cross-sectional view of a display device capable of field sequential driving.
- a backlight unit capable of emitting light of RGB colors is provided on the substrate 4001 side of the display device.
- colors are expressed by time-division light emission of each color of RGB, so that a color filter is not necessary.
- the backlight unit 4340a shown in FIG. 12A has a structure in which a plurality of light-emitting elements 4342 are provided directly below a pixel through a diffusion plate 4352.
- the diffusion plate 4352 has a function of diffusing light emitted from the light emitting element 4342 to the substrate 4001 side and uniformizing the luminance in the display portion surface.
- a polarizing plate may be provided between the light emitting element 4342 and the diffusion plate 4352 as necessary. Further, the diffusion plate 4352 may be omitted if unnecessary. Alternatively, the light-blocking layer 4132 may be omitted.
- the backlight unit 4340a can be equipped with many light emitting elements 4342, bright display is possible. In addition, there is an advantage that a light guide plate is unnecessary and the light efficiency of the light emitting element 4342 is hardly impaired. Note that a light diffusion lens 4344 may be provided in the light-emitting element 4342 as necessary.
- the backlight unit 4340b shown in FIG. 12B has a structure in which a light guide plate 4341 is provided directly below a pixel through a diffusion plate 4352.
- a plurality of light emitting elements 4342 are provided at the end of the light guide plate 4341.
- the light guide plate 4341 has a concavo-convex shape on the opposite side to the diffusion plate 4352, and the guided light can be scattered in the concavo-convex shape and emitted in the direction of the diffusion plate 4352.
- the light emitting element 4342 can be fixed to the printed circuit board 4347. Note that in FIG. 12B, the light-emitting elements 4342 of the respective RGB colors are illustrated so as to overlap, but the light-emitting elements 4342 of the respective RGB colors may be arranged in the depth direction.
- a reflective layer 4348 that reflects visible light may be provided on a side surface opposite to the light emitting element 4342.
- the backlight unit 4340b can reduce the number of light emitting elements 4342, the backlight unit 4340b can be reduced in cost and thickness.
- a light scattering type liquid crystal element may be used as the liquid crystal element.
- the light scattering liquid crystal element an element having a composite material of liquid crystal and a polymer is preferably used.
- a polymer dispersed liquid crystal element can be used.
- a polymer network type liquid crystal (PNLC (Polymer Network Liquid Crystal)) element may be used.
- the light scattering liquid crystal element has a structure in which a liquid crystal part is provided in a three-dimensional network structure of a resin part sandwiched between a pair of electrodes.
- a material used for the liquid crystal part for example, nematic liquid crystal can be used.
- a photocuring resin can be used as the resin portion.
- the photocurable resin for example, a monofunctional monomer such as acrylate or methacrylate, a polyfunctional monomer such as diacrylate, triacrylate, dimethacrylate, or trimethacrylate, or a polymerizable compound obtained by mixing them can be used.
- a light scattering type liquid crystal element performs display by transmitting or scattering light by utilizing the anisotropy of the refractive index of a liquid crystal material.
- the resin part may also have anisotropy in refractive index.
- the difference in the refractive index between the liquid crystal part and the resin part does not change significantly, so that incident light is scattered by the liquid crystal part. Therefore, the light scattering liquid crystal element is in an opaque state regardless of the viewing direction.
- FIG. 13A shows a structure in which the liquid crystal element 4013 of the display device in FIG. 12A is replaced with a light scattering liquid crystal element 4016.
- the light scattering liquid crystal element 4016 includes a composite layer 4009 having a liquid crystal portion and a resin portion, and electrode layers 4030 and 4031.
- the elements related to the field sequential driving are the same as those in FIG. 12A. However, when the light scattering liquid crystal element 4016 is used, an alignment film and a polarizing plate are not necessary.
- the spacer 4035 is illustrated in a spherical shape, but may be a columnar shape.
- FIG. 13B shows a structure in which the liquid crystal element 4013 of the display device in FIG. 12B is replaced with a light scattering liquid crystal element 4016.
- 12B preferably has a structure in which light is transmitted when voltage is not applied to the light-scattering liquid crystal element 4016 and is operated in a mode where light is scattered when voltage is applied.
- a transparent display device can be obtained in a normal state (a state where no display is performed). In this case, color display can be performed when an operation of scattering light is performed.
- FIGS. 14A to 14E show modifications of the display device shown in FIG. 14A to 14E, for the sake of clarity, some elements in FIG. 13B are used and other elements are omitted.
- FIG. 14A illustrates a structure in which the substrate 4001 functions as a light guide plate.
- An uneven shape may be provided on the outer surface of the substrate 4001. In this configuration, it is not necessary to separately provide a light guide plate, so that manufacturing costs can be reduced. Further, light attenuation by the light guide plate is eliminated, so that light emitted from the light emitting element 4342 can be efficiently used.
- FIG. 14B illustrates a structure in which light is incident from the vicinity of the end of the composite layer 4009. Light can be emitted from the light-scattering liquid crystal element to the outside using total reflection at the interface between the composite layer 4009 and the substrate 4006 and the interface between the composite layer 4009 and the substrate 4001. A material having a higher refractive index than those of the substrate 4001 and the substrate 4006 is used for the resin portion of the composite layer 4009.
- the light-emitting element 4342 may be provided not only on one side of the display device but also on two opposite sides as illustrated in FIG. Furthermore, you may provide in three sides or four sides. By providing the light-emitting element 4342 on a plurality of sides, attenuation of light can be compensated for, and a display element with a large area can be dealt with.
- FIG. 14D illustrates a structure in which light emitted from the light emitting element 4342 is guided to the display device through the mirror 4345.
- FIG. 14E illustrates a structure in which a layer 4003 and a layer 4004 are stacked over the composite layer 4009.
- One of the layers 4003 and 4004 is a support such as a glass substrate, and the other can be formed using an inorganic film, a coating film of an organic resin, a film, or the like.
- a material having a higher refractive index than the layer 4004 is used for the resin portion of the composite layer 4009.
- a material having a higher refractive index than the layer 4003 is used for the layer 4004.
- a first interface is formed between the composite layer 4009 and the layer 4004, and a second interface is formed between the layer 4004 and the layer 4003.
- FIGS. 13B and 14A to 14E can be combined with each other.
- the display device of one embodiment of the present invention can be manufactured using various types of transistors such as a bottom-gate transistor and a top-gate transistor. Therefore, the semiconductor layer material and the transistor structure to be used can be easily replaced in accordance with an existing production line.
- FIG. 15A1 is a cross-sectional view in the channel length direction of a channel protection transistor 810 which is a kind of bottom-gate transistor.
- the transistor 810 is formed over a substrate 771.
- the transistor 810 includes an electrode 746 over the substrate 771 with an insulating layer 772 interposed therebetween.
- a semiconductor layer 742 is provided over the electrode 746 with an insulating layer 726 interposed therebetween.
- the electrode 746 can function as a gate electrode.
- the insulating layer 726 can function as a gate insulating layer.
- an insulating layer 741 is provided over the channel formation region of the semiconductor layer 742. Further, an electrode 744 a and an electrode 744 b are provided over the insulating layer 726 in contact with part of the semiconductor layer 742.
- the electrode 744a can function as one of a source electrode and a drain electrode.
- the electrode 744b can function as the other of the source electrode and the drain electrode. Part of the electrode 744 a and part of the electrode 744 b are formed over the insulating layer 741.
- the insulating layer 741 can function as a channel protective layer. By providing the insulating layer 741 over the channel formation region, it is possible to prevent the semiconductor layer 742 from being exposed when the electrodes 744a and 744b are formed. Accordingly, the channel formation region of the semiconductor layer 742 can be prevented from being etched when the electrodes 744a and 744b are formed. According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized.
- the transistor 810 includes an insulating layer 728 over the electrode 744a, the electrode 744b, and the insulating layer 741, and an insulating layer 729 over the insulating layer 728.
- an oxide semiconductor is used for the semiconductor layer 742
- a material capable of depriving oxygen from part of the semiconductor layer 742 and generating oxygen vacancies is used for at least a portion of the electrodes 724a and 724b in contact with the semiconductor layer 742. It is preferable.
- the carrier concentration increases, and the region becomes n-type and becomes an n-type region (n + layer). Accordingly, the region can function as a source region or a drain region.
- tungsten, titanium, or the like can be given as an example of a material that can take oxygen from the semiconductor layer 742 and generate oxygen vacancies.
- the contact resistance between the electrode 724a and the electrode 724b and the semiconductor layer 742 can be reduced.
- favorable electric characteristics of the transistor such as field effect mobility and threshold voltage, can be obtained.
- a layer functioning as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor is preferably provided between the semiconductor layer 742 and the electrode 724a and between the semiconductor layer 742 and the electrode 724b.
- a layer functioning as an n-type semiconductor or a p-type semiconductor can function as a source region or a drain region of a transistor.
- the insulating layer 729 is preferably formed using a material having a function of preventing or reducing diffusion of impurities from the outside to the transistor. Note that the insulating layer 729 can be omitted as necessary.
- the transistor 15A2 is different from the transistor 810 in that the transistor 811 illustrated in FIG. 15A2 includes an electrode 723 that can function as a back gate electrode over the insulating layer 729.
- the electrode 723 can be formed using a material and a method similar to those of the electrode 746.
- the back gate electrode is formed of a conductive layer, and is arranged so that the channel formation region of the semiconductor layer is sandwiched between the gate electrode and the back gate electrode. Therefore, the back gate electrode can function in the same manner as the gate electrode.
- the potential of the back gate electrode may be the same as that of the gate electrode, or may be a ground potential (GND potential) or an arbitrary potential.
- the threshold voltage of the transistor can be changed by changing the potential of the back gate electrode independently of the gate electrode.
- Both the electrode 746 and the electrode 723 can function as gate electrodes.
- each of the insulating layer 726, the insulating layer 728, and the insulating layer 729 can function as a gate insulating layer.
- the electrode 723 may be provided between the insulating layer 728 and the insulating layer 729.
- the other is referred to as a “back gate electrode”.
- the electrode 746 when the electrode 723 is referred to as a “gate electrode”, the electrode 746 is referred to as a “back gate electrode”.
- the transistor 811 can be regarded as a kind of top-gate transistor.
- One of the electrode 746 and the electrode 723 may be referred to as a “first gate electrode” and the other may be referred to as a “second gate electrode”.
- the electrode 746 and the electrode 723 With the electrode 746 and the electrode 723 with the semiconductor layer 742 interposed therebetween and further by setting the electrode 746 and the electrode 723 to have the same potential, a region in which the carrier flows in the semiconductor layer 742 becomes larger in the film thickness direction. The amount of carrier movement increases. As a result, the on-state current of the transistor 811 is increased and the field-effect mobility is increased.
- the transistor 811 is a transistor having a large on-current with respect to the occupied area.
- the area occupied by the transistor 811 can be reduced with respect to the required on-state current.
- the area occupied by a transistor can be reduced.
- the gate electrode and the back gate electrode are formed using conductive layers, the gate electrode and the back gate electrode have a function of preventing an electric field generated outside the transistor from acting on a semiconductor layer in which a channel is formed (particularly, an electric field shielding function against static electricity). .
- the electric field shielding function can be improved by forming the back gate electrode larger than the semiconductor layer and covering the semiconductor layer with the back gate electrode.
- the back gate electrode by forming the back gate electrode with a light-shielding conductive film, light can be prevented from entering the semiconductor layer from the back gate electrode side. Therefore, light deterioration of the semiconductor layer can be prevented, and deterioration of electrical characteristics such as shift of the threshold voltage of the transistor can be prevented.
- a highly reliable transistor can be realized.
- a highly reliable semiconductor device can be realized.
- FIG. 15B1 is a cross-sectional view in the channel length direction of a channel protection transistor 820 having a structure different from that in FIG.
- the transistor 820 has substantially the same structure as the transistor 810, except that an insulating layer 741 covers an end portion of the semiconductor layer 742.
- the semiconductor layer 742 and the electrode 744a are electrically connected to each other in an opening formed by selectively removing part of the insulating layer 741 which overlaps with the semiconductor layer 742.
- the semiconductor layer 742 and the electrode 744b are electrically connected to each other in an opening formed by selectively removing part of the insulating layer 741 overlapping with the semiconductor layer 742.
- a region of the insulating layer 729 overlapping with a channel formation region can function as a channel protective layer.
- the transistor 15B2 is different from the transistor 820 in that the transistor 821 illustrated in FIG. 15B2 includes an electrode 723 which can function as a back gate electrode over the insulating layer 729.
- the semiconductor layer 742 By providing the insulating layer 741, it is possible to prevent the semiconductor layer 742 from being exposed when the electrodes 744a and 744b are formed. Therefore, the semiconductor layer 742 can be prevented from being thinned when the electrodes 744a and 744b are formed.
- the distance between the electrode 744a and the electrode 746 and the distance between the electrode 744b and the electrode 746 are longer than those in the transistor 810 and the transistor 811.
- parasitic capacitance generated between the electrode 744a and the electrode 746 can be reduced.
- parasitic capacitance generated between the electrode 744b and the electrode 746 can be reduced. According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized.
- a transistor 825 illustrated in FIG. 15C1 is a cross-sectional view in the channel length direction of a channel-etched transistor 825 which is one of bottom-gate transistors.
- the electrode 744a and the electrode 744b are formed without using the insulating layer 741. Therefore, part of the semiconductor layer 742 exposed when the electrodes 744a and 744b are formed may be etched. On the other hand, since the insulating layer 741 is not provided, the productivity of the transistor can be increased.
- a transistor 826 illustrated in FIG. 15C2 is different from the transistor 825 in that the transistor 826 includes an electrode 723 that can function as a back gate electrode over the insulating layer 729.
- FIGS. 16A1 to 16C2 are cross-sectional views of the transistors 810, 811, 820, 821, 825, and 826 in the channel width direction, respectively.
- the gate electrode and the back gate electrode are connected, and the potentials of the gate electrode and the back gate electrode are the same.
- the semiconductor layer 742 is sandwiched between the gate electrode and the back gate electrode.
- the length in the channel width direction of each of the gate electrode and the back gate electrode is longer than the length in the channel width direction of the semiconductor layer 742, and the entire channel width direction of the semiconductor layer 742 includes the insulating layers 726, 741, 728, and 729.
- the structure is covered with a gate electrode or a back gate electrode with a gap therebetween.
- the semiconductor layer 742 included in the transistor can be electrically surrounded by the electric fields of the gate electrode and the back gate electrode.
- a device structure of a transistor that electrically surrounds the semiconductor layer 742 in which a channel formation region is formed by an electric field of a gate electrode and a back gate electrode like the transistor 821 or the transistor 826 is referred to as a surround channel (S-channel) structure. Can do.
- the S-channel structure an electric field for inducing a channel by one or both of the gate electrode and the back gate electrode can be effectively applied to the semiconductor layer 742, so that the current driving capability of the transistor is improved. High on-current characteristics can be obtained. In addition, since the on-state current can be increased, the transistor can be miniaturized. Further, with the S-channel structure, the mechanical strength of the transistor can be increased.
- a transistor 842 illustrated in FIG. 17A1 is one of top-gate transistors.
- the transistor 842 differs from the transistors 810 and 820 in that the electrode 744a and the electrode 744b are formed after the insulating layer 729 is formed.
- the electrodes 744 a and 744 b are electrically connected to the semiconductor layer 742 in openings formed in the insulating layers 728 and 729.
- the transistor 842 has a region where the insulating layer 726 extends beyond the end portion of the electrode 746.
- the impurity concentration of the region where the impurity 755 is introduced through the insulating layer 726 of the semiconductor layer 742 is lower than the region where the impurity 755 is introduced without passing through the insulating layer 726.
- an LDD (Lightly Doped Drain) region is formed in a region that does not overlap with the electrode 746.
- a transistor 843 illustrated in FIG. 17A2 is different from the transistor 842 in having an electrode 723.
- the transistor 843 includes an electrode 723 formed over the substrate 771.
- the electrode 723 has a region overlapping with the semiconductor layer 742 with the insulating layer 772 interposed therebetween.
- the electrode 723 can function as a back gate electrode.
- the insulating layer 726 in a region which does not overlap with the electrode 746 may be removed.
- the insulating layer 726 may be left as in the transistor 846 illustrated in FIG. 17C1 and the transistor 847 illustrated in FIG.
- the transistors 842 to 847 can also form impurity regions in the semiconductor layer 742 in a self-aligned manner by introducing the impurity 755 into the semiconductor layer 742 using the electrode 746 as a mask after the electrode 746 is formed. . According to one embodiment of the present invention, a transistor with favorable electrical characteristics can be realized. According to one embodiment of the present invention, a highly integrated semiconductor device can be realized.
- 18A1 to 18C2 are cross-sectional views of the transistors 842, 843, 844, 845, 846, and 847 in the channel width direction, respectively.
- the transistor 843, the transistor 845, and the transistor 847 each have the S-channel structure described above. Note that the transistor 843, the transistor 845, and the transistor 847 are not necessarily limited to this structure.
- Electronic devices that can use the display device according to one embodiment of the present invention include a display device, a personal computer, an image storage device or an image playback device including a recording medium, a mobile phone, a portable game machine, and a portable data terminal , Digital book terminals, video cameras, digital still cameras and other cameras, goggles-type displays (head-mounted displays), navigation systems, sound playback devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles, printers, printer multifunction devices Automatic teller machines (ATMs), vending machines, and the like. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.
- FIG. 19A illustrates a digital camera, which includes a housing 961, a shutter button 962, a microphone 963, a speaker 967, a display portion 965, operation keys 966, a zoom lever 968, a lens 969, and the like.
- a digital camera which includes a housing 961, a shutter button 962, a microphone 963, a speaker 967, a display portion 965, operation keys 966, a zoom lever 968, a lens 969, and the like.
- FIG. 19B shows digital signage having a structure in which a large display portion 922 is attached to a side surface of a pillar 921.
- FIG. 19C illustrates an example of a cellular phone, which includes a housing 951, a display portion 952, operation buttons 953, an external connection port 954, a speaker 955, a microphone 956, a camera 957, and the like.
- the mobile phone includes a touch sensor in the display portion 952. All operations such as making a call or inputting characters can be performed by touching the display portion 952 with a finger or a stylus. Further, the housing 951 and the display portion 952 have flexibility, and can be used by being bent as illustrated. By using the display device of one embodiment of the present invention for the display portion 952, various images can be displayed.
- FIG. 19D illustrates a video camera, which includes a first housing 901, a second housing 902, a display portion 903, operation keys 904, a lens 905, a connection portion 906, a speaker 907, and the like.
- the operation key 904 and the lens 905 are provided in the first housing 901, and the display portion 903 is provided in the second housing 902.
- the display portion 903 is provided in the second housing 902.
- FIG. 19E illustrates a television which includes a housing 971, a display portion 973, operation keys 974, speakers 975, a communication connection terminal 976, an optical sensor 977, and the like.
- the display portion 973 is provided with a touch sensor and can perform an input operation. By using the display device of one embodiment of the present invention for the display portion 973, various images can be displayed.
- FIG. 19F illustrates a portable data terminal, which includes a housing 911, a display portion 912, a speaker 913, a camera 919, and the like. Information can be input and output by a touch panel function of the display portion 912. By using the display device of one embodiment of the present invention for the display portion 912, various images can be displayed.
- a metal oxide having an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more can be used.
- a metal oxide containing indium for example, a CAC-OS described later can be used.
- a transistor using a metal oxide having a wider band gap and lower carrier density than silicon retains charges accumulated in a capacitor connected in series with the transistor for a long period of time due to its low off-state current. Is possible.
- the semiconductor layer is represented by an In-M-Zn-based oxide containing indium, zinc, and M (metal such as aluminum, titanium, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, cerium, tin, neodymium, or hafnium). It can be a membrane.
- the atomic ratio of the metal element of the sputtering target used for forming the In-M-Zn oxide is In ⁇ M, Zn It is preferable to satisfy ⁇ M.
- the atomic ratio of the semiconductor layer to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target.
- the semiconductor layer a metal oxide having a low carrier density is used.
- the semiconductor layer has a carrier density of 1 ⁇ 10 17 / cm 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 15 / cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 13 / cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 11 / cm 3. 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 10 / cm 3, it is possible to use a 1 ⁇ 10 -9 / cm 3 metal oxide or more carrier density.
- Such metal oxides are referred to as high purity intrinsic or substantially high purity intrinsic metal oxides. It can be said that the oxide semiconductor is a metal oxide having a low defect state density and stable characteristics.
- the present invention is not limited thereto, and an oxide semiconductor with an appropriate composition may be used depending on required semiconductor characteristics and electrical characteristics (such as field-effect mobility and threshold voltage) of a transistor.
- the semiconductor layer in order to obtain the required semiconductor characteristics of the transistor, it is preferable that the semiconductor layer have appropriate carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio of metal element to oxygen, interatomic distance, density, and the like. .
- the concentration of silicon or carbon in the semiconductor layer is 2 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 17 atoms / cm 3 or less.
- the concentration of alkali metal or alkaline earth metal obtained by secondary ion mass spectrometry in the semiconductor layer is set to 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 16 atoms / cm 3 or less.
- the nitrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry in the semiconductor layer is preferably 5 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 or less.
- An oxide semiconductor is classified into a single crystal oxide semiconductor and a non-single crystal oxide semiconductor.
- a CAAC-OS c-axis-aligned crystal oxide semiconductor
- a polycrystalline oxide semiconductor a polycrystalline oxide semiconductor
- an nc-OS nanocrystalline oxide semiconductor
- a pseudo-amorphous oxide semiconductor a-like oxide OS
- amorphous oxide semiconductor amorphous-like oxide semiconductor
- CAC-OS Cloud-Aligned Composite Oxide Semiconductor
- non-single-crystal oxide semiconductor or CAC-OS can be preferably used for the semiconductor layer of the transistor disclosed in one embodiment of the present invention.
- non-single-crystal oxide semiconductor nc-OS or CAAC-OS can be preferably used.
- a CAC-OS is preferably used as the semiconductor layer of the transistor.
- a CAC-OS high electrical characteristics or high reliability can be imparted to the transistor.
- the semiconductor layer includes two or more of a CAAC-OS region, a polycrystalline oxide semiconductor region, an nc-OS region, a pseudo-amorphous oxide semiconductor region, and an amorphous oxide semiconductor region.
- a mixed film may be used.
- the mixed film may have a single-layer structure or a stacked structure including any two or more of the above-described regions.
- CAC Cloud-Aligned Composite
- the CAC-OS is one structure of a material in which elements constituting a metal oxide are unevenly distributed with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof.
- elements constituting a metal oxide are unevenly distributed with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or the vicinity thereof.
- the metal oxide one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having 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 metal oxide 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.), gallium An oxide (hereinafter referred to as GaO X3 (X3 is a real number greater than 0)) or a gallium zinc oxide (hereinafter referred to as In 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 metal oxide 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 a metal oxide.
- 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 sputtering, for example, under the condition that the substrate is not heated.
- 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 a main component and a region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is a main component are phase-separated from each other, and a region in which each element is a main component. 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, conductive metal oxide is expressed. Therefore, a high field effect mobility ( ⁇ ) can be realized by the region where In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is a main component distributed in a cloud shape in the metal oxide.
- areas such as GaO X3 is 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, since the region mainly composed of GaO X3 or the like is distributed in the metal oxide, a leakage current can be suppressed and a good switching operation can be realized.
- CAC-OS when CAC-OS is used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 and the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act complementarily, thereby increasing the An on-current (I on ) and high field effect mobility ( ⁇ ) can be realized.
- CAC-OS is optimal for various semiconductor devices including a display.
- a transistor including a CAC-OS in a semiconductor layer has high field-effect mobility and high driving capability; therefore, the transistor can be used for a driver circuit, typically a scan line driver circuit that generates a gate signal.
- a display device with a narrow frame width can be provided.
- the transistor is used for a signal line driver circuit included in the display device (particularly, a demultiplexer connected to an output terminal of a shift register included in the signal line driver circuit), the number of wirings connected to the display device is small.
- a display device can be provided.
- a transistor having a CAC-OS in a semiconductor layer does not require a laser crystallization step like a transistor using low-temperature polysilicon. For this reason, even in a display device using a large-area substrate, the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, in a high-resolution display such as Ultra Hi-Vision (“4K resolution”, “4K2K”, “4K”) and Super Hi-Vision (“8K resolution”, “8K4K”, “8K”), and a large display device, A transistor having a CAC-OS in a semiconductor layer is preferably used for a driver circuit and a display portion because writing in a short time is possible and display defects can be reduced.
- silicon may be used for a semiconductor in which a channel of a transistor is formed, and amorphous silicon may be used as silicon, but it is particularly preferable to use crystalline silicon.
- crystalline silicon For example, microcrystalline silicon, polycrystalline silicon, single crystal silicon, or the like is preferably used.
- polycrystalline silicon can be formed at a lower temperature than single crystal silicon, and has higher field effect mobility and higher reliability than amorphous silicon.
- FN1 Node, FN2: Node, G1: Wiring, G2: Wiring, G3: Wiring, M1: Terminal, M2: Terminal, M3a: Terminal, M3a1: Terminal, M3a2: Terminal, M3a3: Terminal, M3b: Terminal, M3b1: Terminal, M3b2: Terminal, M3b3: Terminal, M3c: Terminal, M3c1: Terminal, M3c2: Terminal, M3c3: Terminal, MN1: Wiring, MP1: Terminal, MP2: Terminal, P1: Photosensor, S1: Wiring, SW1: Switch 10: Pixel, 10A: Pixel, 11: Transistor, 12: Transistor, 12T: Transistor, 12T1: Transistor, 12T2: Transistor, 12T3: Transistor, 13: Transistor, 14: Capacitance element, 15: Light emitting element, 15T: Light emission Element, 15T1: light emitting element, 15T2: light emitting element,
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Abstract
要約書 表示の劣化を抑制する表示装置を提供する。 表示装置が有する画素の劣化量を推定し、 画素に与える第1画像信号を補正する表示装置である。 表 示装置は、複数の画素を有する表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。画素は、発光素 子と、 発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。 演算部は、 回帰モデルに従って演算する機 能を有する。演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モ デルに従いフレームメモリから与えられる第1観測信号と、画素から与えられる第2観測信号から 予測誤差パラメータを更新し、回帰モデルに従い予測誤差パラメータによって出力パラメータを更 新し、 第1画像信号を出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、 発光素子が、 画素が 有するトランジスタに与えられる第2画像信号によって点灯する
Description
本発明の一態様は、表示装置、表示装置の駆動方法に関する。
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。又は、本発明は、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。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法に関する。
なお、本明細書等において、半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる素子、回路、又は装置等を指す。一例としては、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子は半導体装置である。また別の一例としては、半導体素子を有する回路は、半導体装置である。また別の一例としては、半導体素子を有する回路を備えた装置は、半導体装置である。
近年、発光素子を用いた表示装置の開発が盛んに行われている。特に、LED(Light Emitting Diode)、OLED(Organic LED)、QLED(Quantum−dot LED)、半導体レーザ等の発光素子を用いる表示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ゲーム装置、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、等のモバイル機器、モニタ、TV、デジタルサイネージ、医療機器等の電子機器、車載用電子機器等のヒューマンインターフェースとして現代の情報化社会に不可欠なものになっている。
ヒューマンインターフェースとして機能する表示装置は、表示品質が安定していることが求められている。表示品質は、表示装置に用いられるトランジスタ、発光素子の劣化、ばらつきなどにより影響を受けることが知られている。トランジスタが劣化し発光素子に与える電流の大きさが変化すると発光素子の光出力特性が低下し表示品質が劣化する。
例えば特許文献1では、発光素子に電流を与えるトランジスタの閾値電圧を補正する駆動方法が開示されている。
発光素子を用いた表示装置では、発光素子に電流を与えるトランジスタの閾値電圧を補正し、発光素子に与える電流を安定させる駆動方法が提案されている。しかしながら、表示品質は、発光素子に電流を与えるトランジスタの特性だけでなく、発光素子の特性にも依存するため、トランジスタの閾値電圧を補正する方法だけでは、発光素子の劣化を補正できず、その結果、表示品質が劣化する課題がある。
上記課題に鑑み、本発明の一態様は、新規な表示装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、トランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することを課題の一とする。
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、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び/又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第1画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、第1観測信号と、第2観測信号とが与えられる。第1観測信号は、フレームメモリから演算部に与えられる第3画像信号であり、第2観測信号は、画素が有する発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第1電流値、もしくは第1電流値が変換された第1電圧値である。演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従い第1観測信号と第2観測信号から予測誤差パラメータを更新し、回帰モデルに従い予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新し、フレームメモリから与えられる第1画像信号を出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、発光素子が、画素が有するトランジスタに与えられる第2画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第1画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、不定期に更新される予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従いあらかじめ設定されている予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新し、フレームメモリから与えられる第1画像信号を出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、発光素子が、画素が有するトランジスタに与えられる第2画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第1画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、第1観測信号と、第2観測信号とが与えられる。第1観測信号は、フレームメモリから演算部に与えられる第3画像信号である。第2観測信号は、画素が有する発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第1電流値、もしくは第1電流値が変換された第1電圧値である。演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従い第1観測信号と第2観測信号から予測誤差パラメータを更新する。演算部が、回帰モデルに従い予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新する。画素には、フレームメモリから与えられる第1画像信号と、出力パラメータとが与えられる。画素が、第1画像信号を出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成する。発光素子が、画素が生成する第2画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
上記各構成において、回帰モデルは状態方程式に基づくカルマンフィルタである表示装置の駆動方法が好ましい。
上記各構成において、表示装置は、モニタ回路を有し、モニタ回路は、モニタ用トランジスタを有し、演算部には、モニタ用トランジスタに流れる第2電流値、もしくは第2電流値が変換された第2電圧値を第3観測信号として与え、演算部が、第1観測信号、第2観測信号、第3観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する表示装置の駆動方法が好ましい。
上記各構成において、表示装置は、モニタ回路を有し、モニタ回路は、モニタ用発光素子を有し、演算部には、モニタ用発光素子に流れる第3電流値、もしくは第3電流値が変換された第3電圧値を第3観測信号として与え、演算部が、第1観測信号、第2観測信号、第3観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する表示装置の駆動方法が好ましい。
上記各構成において、表示装置は、トランジスタを有し、トランジスタは、半導体層に金属酸化物を有する表示装置の駆動方法が好ましい。
上記各構成において、半導体層に金属酸化物を有するトランジスタは、バックゲートを有する表示装置の駆動方法が好ましい。
本発明の一態様は、新規な表示装置の駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、トランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び/又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。したがって本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の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。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、85°以上95°以下の場合も含まれる。
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態(非導通状態、遮断状態、ともいう)にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、nチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低い状態、pチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも高い状態をいう。例えば、nチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Vgsがしきい値電圧Vthよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
トランジスタのオフ電流は、Vgsに依存する場合がある。したがって、トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、トランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のVgsにおけるオフ状態、所定の範囲内のVgsにおけるオフ状態、又は、十分に低減されたオフ電流が得られるVgsにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
一例として、しきい値電圧Vthが0.5Vであり、Vgsが0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−9Aであり、Vgsが0.1Vにおけるドレイン電流が1×10−13Aであり、Vgsが−0.5Vにおけるドレイン電流が1×10−19Aであり、Vgsが−0.8Vにおけるドレイン電流が1×10−22Aであるようなnチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Vgsが−0.5Vにおいて、又は、Vgsが−0.5V乃至−0.8Vの範囲において、1×10−19A以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は1×10−19A以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が1×10−22A以下となるVgsが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は1×10−22A以下である、と言う場合がある。
また、本明細書等では、チャネル幅Wを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Wあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅(例えば1μm)あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流/長さの次元を持つ単位(例えば、A/μm)で表される場合がある。
トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、60℃、85℃、95℃、又は125℃におけるオフ電流を表す場合がある。又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、室温、60℃、85℃、95℃、125℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度(例えば、5℃乃至35℃のいずれか一の温度)、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。
トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Vdsに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、又は20Vにおけるオフ電流を表す場合がある。又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるVds、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVdsにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がI以下である、とは、Vdsが0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるVds、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるVds、におけるトランジスタのオフ電流がI以下となるVgsの値が存在することを指す場合がある。
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
なお、電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。ただし、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位(例えば接地電位)との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
(実施の形態1)
本実施の形態では、表示品質の劣化を抑制する表示装置の駆動方法について、図1乃至図7を用いて説明する。表示品質の劣化とは、画素が有するトランジスタ又は発光素子の電気特性が変化することで与えられた画像信号とは異なる階調で表示されることを示す。
本実施の形態では、表示品質の劣化を抑制する表示装置の駆動方法について、図1乃至図7を用いて説明する。表示品質の劣化とは、画素が有するトランジスタ又は発光素子の電気特性が変化することで与えられた画像信号とは異なる階調で表示されることを示す。
まず、表示装置の構成について説明する。表示装置は、表示パネル、演算部、フレームメモリ、及びタイミング制御部を有する。表示パネルは、ソースドライバ、ゲートドライバ、表示領域及びモニタ回路を有する。表示領域は、複数の画素を有し、画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。
表示装置が有する演算部は、回帰モデルに従って予測誤差パラメータと、出力パラメータとを用いて画素の劣化量を推定し、画素に与える画像信号を補正することができる。言い換えると、演算部は、フレームメモリから与えられる画像信号を回帰モデルに従って補正し、補正後の画像信号を画素に与えることで表示品質の劣化を抑制することができる。
回帰モデルは、カルマンフィルタなどを用いることが好ましい。但し、回帰モデルは、カルマンフィルタに限定されず、最小二乗法などによって推定してもよい。又はニューラルネットワークを用いて推定してもよい。例えば、再帰型ニューラルネットワーク(recurrent neural network:RNN)の一つとして、Long Short−Term Memory(LSTM:長・短期記憶)と呼ばれる構成を用いることができる。LSTMは、RNNにおいて隠れ層がメモリセルを有することにより状態を記憶し、より長い期間について解析、例えば推定などを行うことができるため、トランジスタ又は発光素子の劣化量を推定し補正をすることができる。
続いて表示装置の駆動方法について演算部に着目して説明する。演算部には、第1観測信号と、第2観測信号とが与えられる。第1観測信号とは、フレームメモリから演算部に与えられる第3画像信号である。第3画像信号は、画素に与えられている画像信号である。
第2観測信号とは、第3画像信号が与えられた画素の発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第1電流値である。例えば、画素は、ある時刻にトランジスタに流れる電流を第1電流値として出力する。また、画素は異なる時刻において発光素子に流れる電流を第1電流値としてもよい。なお、演算部には、第2観測信号として第1電流値を電圧値に変換して与えてもよい。電流値から電圧値に変換する方法としては、抵抗素子、容量素子、ダイオード、又はトランジスタなどを用いて容易に変換する方法がある。
演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータとを有し、あらかじめ学習済の回帰モデルとして機能するための出力パラメータが設定されていることが好ましい。以降では、予測誤差パラメータ、又は出力パラメータについて説明をする。
演算部が、回帰モデルに従い対象画素の第1観測信号と第2観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。続いて演算部が、回帰モデルに従い予測誤差パラメータを用いて出力パラメータを更新する。続いて演算部が、前記フレームメモリから与えられる第1画像信号を出力パラメータを用いて補正し第2画像信号を生成する。発光素子は、第2画像信号が画素が有するトランジスタに与えられることで点灯する。予測誤差パラメータと出力パラメータとが常に更新されることで第1画像信号が好適に逐次補正され、第2画像信号を生成することができる。なお、演算部には、生成された第2画像信号が与えられ出力パラメータが更新される。
また、異なる例として、出力パラメータが前記フレームメモリから与えられる第1画像信号を補正して第2画像信号を生成してもよい。この場合、出力パラメータは、不定期に与えられる第1観測信号、第2観測信号によってあらかじめに更新されている予測誤差パラメータを用いて第2画像信号を生成する。発光素子は、出力パラメータによって生成される第2画像信号が画素が有するトランジスタに与えられることで点灯する。
つまり、演算部は、出力パラメータを用いて第1画像信号から第2画像信号を生成することができる。常に予測誤差パラメータと出力パラメータとが更新されなくても、当該予測誤差パラメータは、トランジスタ、又は発光素子の劣化特性に応じて適時更新されればよい。したがって予測誤差パラメータと出力パラメータとが異なるタイミングで更新されても第1画像信号を補正し第2画像信号を生成することができる。なお、当該予測誤差パラメータが不定期に更新されるため、逐次性は低下するが演算部の演算量を低減し消費電力を低減することができる。
表示パネルが有するモニタ回路は、画素が有する発光素子に電流を与えるトランジスタと同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するモニタ用トランジスタを有することができる。もしくは、チャネル幅の大きなモニタ用トランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなモニタ用トランジスタを用いることで、トランジスタの電気特性の劣化量が検出しやすくなる。
演算部には、モニタ用トランジスタに流れる第2電流値を第3観測信号として与えることができる。したがって、演算部は、第1観測信号、第2観測信号、及び第3観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新することが好ましい。当該トランジスタとは異なるモニタ用トランジスタの劣化量と比較することで情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第3観測信号は、第2電流値を第2電圧値に変換して与えてもよい。
また、モニタ回路は、モニタ用発光素子を有することができる。モニタ回路は、画素が有する発光素子と同じ大きさ及び電気特性を有するモニタ用発光素子を有することが好ましい。演算部には、モニタ用発光素子に流れる第3電流値を第4観測信号として与えることができる。したがって、演算部が、第1観測信号、第2観測信号、第4観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該発光素子とは異なるモニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第4観測信号は、第3電流値を第3電圧値に変換して与えてもよい。
なお、モニタ用トランジスタと、モニタ用発光素子とを同時に用いて予測誤差パラメータを更新してもよい。例えば、演算部が、第1観測信号、第2観測信号、第3観測信号、及び第4観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該トランジスタとは異なるモニタ用トランジスタ、当該発光素子とは異なるモニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、正確に補正できるようになる。
さらに、表示装置は、モニタ用光センサを有することができる。モニタ用光センサは、モニタ用発光素子と組み合わせて使用することが好ましい。モニタ用発光素子の劣化量を電流の変化だけで判断せず、モニタ用光センサが検出する第4電流値を第5観測信号として演算部に与えることができる。演算部は、第1観測信号乃至第5観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該トランジスタ、当該発光素子とは異なるモニタ用トランジスタ、モニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第5観測信号は、第4電流値を第4電圧値に変換して与えてもよい。
演算部には、あらかじめ学習済の出力パラメータが設定されることが好ましい。さらに、第1観測信号乃至第5観測信号のいずれか2つ、若しくは2つ以上を組み合わせて予測誤差パラメータを更新することで、画素の劣化量に応じて正確に補正することができる。つまり、本発明の一態様は、新規な表示装置の表示品質に影響を及ぼす画素の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、表示品質に影響を及ぼすトランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、表示品質に影響を及ぼす発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。
続いて、表示装置の構成について図1で示す表示装置のブロック図を用いて詳細な説明をする。
表示装置100は、表示パネル120、演算部130、フレームメモリ111、及びタイミング制御部112を有する。演算部は、第1演算部131、第2演算部132、及び補正演算部133を有する。表示パネル120は、ソースドライバ121、ゲートドライバ122、表示領域123、及びモニタ回路124を有する。表示領域123は画素10(1,1)乃至画素10(m、n)を有する。図1では、一例として画素10(i、j)を示している。m、nは2以上の正の整数であり、iは、1以上m以下の正の整数であり、jは、1以上n以下の正の整数である。
演算部130には、フレームメモリ111、タイミング制御部112、及びモニタ回路124が電気的に接続される。演算部130は、ソースドライバ121と電気的に接続する。表示領域123には、ソースドライバ121、及びゲートドライバ122が電気的に接続される。表示領域123は、モニタ回路124を介して演算部130と電気的に接続する。
演算部130は、複数のパラメータを有し、当該パラメータは、複数の観測信号によって演算、又は更新される。なお、パラメータの演算、又は更新を、パラメータを管理すると言い換える場合がある。観測信号とは、画素に流れる電流の劣化量であることが好ましい。画素に流れる電流の劣化量とは、例えば、画素が有する発光素子に流れる電流値の劣化量、発光素子に電流を与えるトランジスタが流す電流値の劣化量、もしくは発光素子の光出力特性の劣化量などである。画素10については、図2(A)で詳細な説明をする。
また、当該パラメータは、予測誤差パラメータと、出力パラメータとに大別され管理される。予測誤差パラメータは、第1演算部131によって管理されるパラメータであり、出力パラメータは、第2演算部132によって管理されるパラメータである。第1演算部は、カルマンフィルタの演算をし、第2演算部は内部状態モデルの演算をする。第2演算部が出力するパラメータには、例えば、トランジスタの閾値電圧、移動度などが含まれることが好ましい。さらに、出力パラメータの内容は、第1演算部にフィードバックされる。また、補正演算部133は、出力パラメータを用いてフレームメモリ111から与えられる画像信号Data−Aから画像信号Data−Bを生成することができる。
演算部130は、回帰モデルに従って予測誤差パラメータと、出力パラメータとを用いて画素10の劣化量を推定し、画素10に与える画像信号を補正することができる。言い換えると、演算部130は、フレームメモリ111から与えられる画像信号Data−Aを回帰モデルに従って補正し、画像信号Data−Aから生成される画像信号Data−Bを画素に与えることで表示品質の劣化を抑制することができる。回帰モデルは、カルマンフィルタなどを用いることが好ましい。
さらに、補正演算部133は、画素10にソースドライバ121を介して画像信号Data−Bを与え、且つ第2演算部132にも画像信号Data−Bを与えることが好ましい。画像信号Data−Bが、第2演算部132に与えられることで、出力パラメータが更新され、次の画像信号Data−Bを生成する場合の学習データとすることができる。
なお、タイミング制御部112は、演算部130、及びゲートドライバ122のタイミング制御を行う。ゲートドライバ122は、表示領域123に対して走査信号を与えることができ、ソースドライバ121は、演算部130が出力する画像信号Data−Bを走査信号に同期して画素10に与えることができる。また、タイミング制御部112は、ゲートドライバ122を用いて画素10がモニタ回路124に観測信号を出力するタイミングを制御することができる。
続いて、表示装置の駆動方法について図2を用いて詳細な説明をする。図2(A)は、一例として表示パネル120が有する画素10の詳細な回路図を示す。図2(B)は、一例としてモニタ回路124の回路図を示す。図2(C)は、一例として演算部130の詳細なブロック図を示す。
図2(A)に示す画素10には、配線G1、配線G2、配線S1、配線MN1、配線Ano、及び配線Cathが接続される。画素10は、トランジスタ11、トランジスタ12、トランジスタ13、容量素子14、発光素子15を有する。
トランジスタ11のゲートは、配線G1と電気的に接続される。トランジスタ11のソース又はドレインの一方は、配線S1と電気的に接続される。トランジスタ11のソース又はドレインの他方は、トランジスタ12のゲート、及び容量素子14の電極の一方と電気的に接続される。トランジスタ12のソース又はドレインの一方は、発光素子15の電極の一方、トランジスタ13のソース又はドレインの一方、及び容量素子14の電極の他方と電気的に接続される。トランジスタ12のソース又はドレインの他方は、配線Anoと電気的に接続される。発光素子15の電極の他方は、配線Cathと電気的に接続される。トランジスタ13のソース又はドレインの他方は、配線MN1と電気的に接続される。
画素10は、配線G1、及び配線G2を介してゲートドライバ122から異なる走査信号が与えられる。また、画素10は、配線S1を介して画像信号Data−Bが与えられる。また、画素10は、配線MN1を介して画素10に流れる電流をモニタ回路124を介して観測信号DA2として出力する。なお、観測信号は、トランジスタ12を流れる電流、又は、発光素子15に流れる電流のいずれかである。観測信号DA2については、図2(C)にて詳細に説明する。
なお、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膜を有すると好ましい。当該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くできる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減する効果を有する。酸化物半導体膜を有する当該トランジスタについては、実施の形態5で詳細な説明をする。
続いて、モニタ回路124の詳細について図2(B)の回路図を用いて説明する。
例えば、モニタ回路124には、配線MN1と同じ数の端子M1(1)乃至端子M1(m)、及び端子M2(1)乃至端子M2(m)を有している。それぞれの端子M1と端子M2は電気的に接続されている。なお、端子M1は、電流電圧変換素子16を介して端子M2と接続されてもよく、電流電圧変換素子16を介さずに端子M2と接続されてもよい。端子M2は、観測信号DA2を第1演算部131に与えることができる。
さらに、モニタ回路124は、モニタ用のトランジスタ12Tを有してもよい。トランジスタ12Tのソース又はドレインの一方は、端子M3aと電気的に接続される。トランジスタ12Tのソース又はドレインの他方は、端子M3bと電気的に接続される。トランジスタ12Tのゲートは、端子M3cと電気的に接続される。端子M3bは、第1演算部131に観測信号DA3を与えることができる。端子M3aには、固定電位が与えられ、端子M3cには、モニタ用画像信号が与えられる。モニタ用画像信号には、異なる電位のモニタ用画像信号が与えられ、トランジスタ12Tの劣化量を検出することができる。
なお、トランジスタ12Tは、トランジスタ12と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。もしくは、チャネル幅の大きなトランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなトランジスタを用いることで、トランジスタ12Tの電気特性の劣化量は、検出しやすくなる。
続いて、演算部130の詳細について図2(C)のブロック図を用いて説明する。演算部130は、第1演算部131、第2演算部132、及び補正演算部133を有する。第1演算部131には、観測信号DA1、観測信号DA2、観測信号DA3が与えられる。
観測信号DA1には、フレームメモリから画像信号が与えられる。演算部130によって画像信号Data−Aから生成する画像信号を画像信号Data−Bとした場合、既に対象の画素10に与えられている画像信号を画像信号Data−Cとすることができる。つまり、観測信号DA1には、画像信号Data−Cが与えられる。
観測信号DA2には、画素10に与えられている画像信号Data−Cによってトランジスタ12に流れる電流が、順にトランジスタ13、配線MN1、モニタ回路124を介して与えられる。なお、観測信号DA2には、発光素子15に流れる電流が、順にトランジスタ13、配線MN1、モニタ回路124を介して与えられてもよい。ただし、観測信号DA2に発光素子15に流れる電流を与える場合は、トランジスタ12には電流が流れないようにすることが好ましい。例えば、配線Anoに与える電位と、配線MN1に与える電位を同じ電位にすることでトランジスタ12には電流が流れなくなる。さらに、配線Cathに与えられる電位を、配線Ano及び配線MN1に与えられる電位より小さくし、発光素子15だけに電流が流れるようにすることができる。
発光素子15の劣化量は、発光素子15に流れる電流と発光素子15の光出力特性が線形の関係にある領域で劣化量を検出することが好ましい。又は、発光素子15の劣化量の検出は、電流と光出力特性が線形の関係でない領域で劣化量を検出してもよい。例えば、発光素子が非点灯の場合の電流、もしくは発光素子のカソード端子にアノード端子より大きな電圧を与えた場合に流れる逆バイアス電流を観測信号DA2としてもよい。なお、観測信号DA2は、電流電圧変換素子16によって電圧値に変換されてもよい。
第1演算部131は、2つの異なる観測データが与えられれば、予測誤差パラメータを更新することができる。ただし、第1演算部131は、例えば観測信号DA3のようにさらに多くの観測信号が与えられればより正確な予測誤差パラメータに更新することができる。したがって、第1演算部131には、二つ以上の観測信号が与えられることが好ましく、より好ましくは、三つ以上の観測信号が与えられることが好ましい。
第1演算部131が算出する予測誤差パラメータDP1は、第2演算部132に与えられる。第2演算部132は、予測誤差パラメータDP1によって出力パラメータDQ1を更新し、出力パラメータDQ1は補正演算部133に与えられる。なお、第2演算部132は、補正演算部133に新たに画像信号Data−Aが与えられる前の画像信号Data−Bによって出力パラメータDQ1が更新されていることが好ましい。
補正演算部133は、フレームメモリ111から与えられる、新たな画像信号Data−Aを出力パラメータDQ1を用いて画像信号Data−Bを生成し、画素10に与えることができる。なお、生成された画像信号Data−Bは、第2演算部132に与えられ、出力パラメータDQ1を更新することができる。
なお、信号EN1は、第1演算部131をスリープ状態にすることができる。第1演算部131をスリープ状態にすることで、消費電力を低減することができる。また、信号EN2は、スイッチSW1を制御し、画像信号Data−Bによって出力パラメータDQ1が更新されるのを停止させることができる。
続いて、演算部130の動作を図3の処理フローを用いて説明する。
ステップST21は、第2演算部132が出力パラメータDQ1を出力するように学習済の状態である。なお、第1演算部131には、出力パラメータDQ1が与えられている。なお、画素10には、画像信号Data−Cが補正されて生成された画像信号が与えられている。
ステップST22は、新たな画像信号Data−Aが補正演算部133に与えられるステップである。
ステップST23は、演算部130がパラメータ更新モードを選択する。パラメータ更新モードは、第1演算部131に与えられる信号EN1によってモードが選択される。例えば、信号EN1に“H”が与えられた場合を補正モードとし予測誤差パラメータDP1を更新するためにステップST2Aに移行する。信号EN1に“L”が与えられた場合を表示モードとし予測誤差パラメータDP1を更新せずに出力パラメータDQ1を更新するためにステップST24に移行する。まず最初に、パラメータ更新モードについて説明する。信号EN1に“H”が与えられステップST2Aに移行する。
ステップST2Aは、観測信号DA1、観測信号DA2が第1演算部131に与えられる。第1演算部131は、観測信号DA1、観測信号DA2を用いて予測誤差パラメータDP1を更新し、第2演算部132に予測誤差パラメータDP1を与えるステップである。なお、第1演算部131には、観測信号DA3など、より多くの観測信号が与えられることが好ましい。
ステップST2Bは、第2演算部132が予測誤差パラメータDP1を用いて出力パラメータDQ1を更新し、補正演算部133に与えるステップである。なお、出力パラメータDQ1は、第1演算部131にも与えられる。
ステップST25は、補正演算部133が出力パラメータDQ1を用いて画像信号Data−Aから画像信号Data−Bを生成するステップである。
ステップST26は、ソースドライバが画像信号Data−Bを画素10に与えるステップである。
ステップST27は、第2演算部132に画像信号Data−Bが与えられ、出力パラメータDQ1を更新するステップである。再び、ST23に移行し、補正モードが継続されている場合には、次の画素に移行し、再び予測誤差パラメータDP1、及び出力パラメータDQ1を更新して画素の劣化量を学習する。なお、予測誤差パラメータDP1を更新する処理においては、画像信号Data−Aに補正用テスト信号が与えられることが好ましい。補正用テスト信号とは、トランジスタ12、発光素子15の劣化量を検出するのに好適な固定された画像信号Data−Aである。
続いて、ST23において補正モードから表示モードに移行した場合について説明する。表示モードでは、様々な階調の画像信号が画像信号Data−A、又は画像信号Data−Cに与えられることが好ましい。
ステップST24は、補正演算部133に新たな画像信号Data−Aが与えられるステップである。第2演算部132には、当該補正モードによって更新された予測誤差パラメータDP1が与えられ、さらに当該画像信号Data−Bによって出力パラメータDQ1が更新されている。
ステップST25は、補正演算部133が出力パラメータDQ1を用いて画像信号Data−Aから画像信号Data−Bを生成するステップである。
ステップST26は、ソースドライバが画像信号Data−Bを画素10に与えるステップである。画像データData−Bが与えられる画素10は、トランジスタ12、発光素子15の劣化が補正された表示をすることができる。
ステップST27は、第2演算部132に画像信号Data−Bが与えられ、出力パラメータDQ1を更新するステップである。再び、ST23に移行し、表示モードが継続されている場合には、次の画素に移行し、表示モードの動作を継続する。
図2(C)と異なる表示装置の詳細について、図4(A)を用いて説明をする。図4(A)は、回路134を有する。補正演算部133は、回路134を介してスイッチSW1と接続される。
続いて回路134の詳細について、図4(B)のブロック図を用いて説明する。回路134は、回路134A、回路134B、及び回路134Cを有している。回路134Aは、レジスタ134A(1)乃至レジスタ134A(k)を有するシフトレジスタである。kは、正の整数、且つ2の累乗であることが好ましい。
例えば、第1の時刻においてレジスタ134A(1)には、画素10(i,j)に与える画像信号Data−B(i,j)が与えられる。
第2の時刻においてレジスタ134A(2)には、レジスタ134A(1)に保持されている画像信号Data−B(i,j)が、画像信号Data−B((i,j)+1)として与えられ、レジスタ134A(1)には、画素10(i,j)に与える画像信号Data−B(i,j)が新たに与えられる。
第3の時刻においてレジスタ134A(3)には、レジスタ134A(2)に保持されている画像信号Data−B((i,j)+1)が、画像信号Data−B((i,j)+2)として与えられ、レジスタ134A(2)には、レジスタ134A(1)に保持されている画像信号Data−B(i,j)が、画像信号Data−B((i,j)+1)として与えられ、レジスタ134A(1)には、画素10(i,j)に与える画像信号Data−B(i,j)が新たに与えられる。
よって、回路134Aは、レジスタ134A1に与えられる画像信号Data−B(i,j)を時刻と共に次のレジスタに保存していくシフトレジスタとして動作する。よって回路134Aは、k段のシフトレジスタである。ただし、第k+1の時刻においては、最初に与えられたレジスタ134A(k)に保持されている画像信号Data−B((i,j)+k)は廃棄される。
回路134Bは、加算平均回路で構成される。回路134Bは、レジスタ134A(1)乃至レジスタ134A(k)に保持される画像信号を全て加算する。kが2の累乗の数であるため、シフト演算を行うことでレジスタ134A(1)乃至レジスタ134A(k)に保持される画像信号の加算結果を容易に平均化することができる。例えば、k=8の場合、右へ3ビットシフトさせることで画像信号の加算結果の平均値を得ることができる。
回路134Cはレジスタであり、回路134Bで加算平均される結果を画像信号Data−Aveとして保持する。なお、信号EN1は、回路134Cが更新される時刻に合わせてスイッチSW1を導通させ、第2演算部132に画像信号Data−AveをパラメータDP2として与える。又は、回路134Aが有する全てのレジスタに画像信号が保持されるまでスイッチSW1を非導通とし、画像信号Data−Aveが算出された後は、スイッチSW1を導通とすることで、時刻毎に加算平均された結果が与えられ、よって、より多くの観測信号を反映させた効果を得ることができる。
なお、回路134Aのレジスタ134A(1)乃至レジスタ134A(k)に保持される画像信号Data−Bは、上述したように同じ画素に与えられる画像信号Data−Bでもよいし、異なる画素に与えられる画像信号Data−Bでもよい。同じ画素に与えられる画像信号Data−Bの場合、同じ画素の劣化量を補正することができる。また、異なる画素に与えられる画像信号Data−Bの場合、隣接する画素の劣化量を反映して補正することができる。
図5(A1)は、図2(B)と異なるモニタ回路124Aである。モニタ回路124Aは、画素10と同じ電気的に接続を有するトランジスタ12T1、及び発光素子15T1を有する。
トランジスタ12T1のソース又はドレインの一方は、発光素子15T1の電極の一方と電気的に接続される。発光素子15T1の電極の他方は、端子M3a1と電気的に接続される。トランジスタ12T1のソース又はドレインの他方は、端子M3b1と電気的に接続される。トランジスタ12T1のゲートは、端子M3c1と電気的に接続される。
端子M3a1には、固定電位が与えられ、端子M3c1には、モニタ用画像信号が与えられる。よって端子M3b1には、トランジスタ12T1、発光素子15T1に流れる電流値が与えられる。モニタ用画像信号によってトランジスタ12T1、発光素子15T1の劣化量を検出することができる。
なお、トランジスタ12T1は、トランジスタ12と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。もしくは、チャネル幅の大きなトランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなトランジスタを用いることで、トランジスタ12T1の電気特性の劣化量が検出しやすくなる。
モニタ回路124Aは、さらに、発光素子15T2を有することができる。発光素子15T2の電極の一方は端子M2(0)と電気的に接続され、発光素子15T2の電極の他方は端子M1(0)と電気的に接続される。端子M1(0)には、固定電位が与えられる。したがって、端子M2(0)は、発光素子15T2に流れる電流値が与えられる。なお、発光素子15T2は、発光素子15と同じ電気特性、及び光出力特性特性を有する発光素子であることが好ましい。
端子M2(0)、又は端子M3b1に与えられる電流値のいずれか一、もしくは両方が、図5(B)で説明する観測信号DB1に与えられる。
図5(A2)は、図5(A1)と異なるモニタ回路124Bである。図5(A2)では、モニタ回路124Bが、さらにトランジスタ12T2、及びトランジスタ12T3を有する点が異なっている。以下、図5(A1)と異なる点について説明する。
トランジスタ12T2のソース又はドレインの一方は、端子M3a2と電気的に接続される。トランジスタ12T2のソース又はドレインの他方は、端子M3b2と電気的に接続される。トランジスタ12T2のゲートは、端子M3c2と電気的に接続される。
トランジスタ12T3のソース又はドレインの一方は、端子M3a3と電気的に接続される。トランジスタ12T3のソース又はドレインの他方は、端子M3b3と電気的に接続される。トランジスタ12T3のゲートは、端子M3c3と電気的に接続される。
また、トランジスタ12T1乃至トランジスタ12T3は、トランジスタ12と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。端子M3c1乃至端子M3c3に異なるモニタ用画像信号を与えることができる。つまり、トランジスタ12T1乃至トランジスタ12T3が異なる電流値を流すことで異なる動作条件の劣化量を検出することができる。
さらに、図5(A2)では、表示装置100がモニタ回路124B2を有し、モニタ回路124B2が光センサP1を有する。光センサP1の電極の一方は、端子MP1と電気的に接続され、光センサP1の電極の他方は、端子MP2と電気的に接続される。光センサP1は、発光素子15T1、又は発光素子15T2のいずれか一の光出力特性を検出し電流として端子MP2に与えることができる。したがって、光センサP1に流れる電流から発光素子15T1、又は発光素子15T2の光出力特性の劣化量を検出することができる。なお、モニタ回路124B2は、表示パネルに含まれていてもよい。
なお、端子M3b1乃至端子M3b3に与えられる電流値のいずれか一、もしくは複数は、図5(B)で説明する観測信号DB1に与えられる。端子MP2に与えられる電流値は、図5(B)で説明する観測信号DB2に与えられる。
図5(B)は、図2(C)と異なる表示装置である。図5(B)は、演算部130Bを有する。演算部130Bは、第3演算部131aと第4演算部132aとを有する。第3演算部131aは、予測誤差パラメータDP3を有し、第4演算部132aは、出力パラメータDQ2を有する。
第3演算部131aには、観測信号DA1、観測信号DB1、又は観測信号DB2が与えられる。第3演算部131aは、予測誤差パラメータDP3を更新し、第4演算部132aに与える。第4演算部132aは、出力パラメータDQ2を更新し、補正演算部133は、出力パラメータDQ1、及び出力パラメータDQ2を用いて画像信号Data−Aから画像信号Data−Bを生成する。画像信号Data−Bは、画素10に与えられ、画素を点灯させる。
つまり、第1演算部131は、画素10のトランジスタ12、又は発光素子15の劣化量に着目し、第3演算部131aは、モニタ回路124のトランジスタ12T、又は発光素子15Tの劣化量に着目して予測誤差パラメータDPを管理することができる。画素10では、様々な階調を有する画像信号が与えられることで画素のトランジスタ12、発光素子15の劣化量を検出することができる。対して、モニタ回路124では、任意の条件で固定されたストレスでのモニタ用のトランジスタ12T、又は発光素子15Tの劣化量を検出することができる。
したがって、図5(B)で示す表示装置では、複数の観測信号を用いることで画素10のトランジスタ12、又は発光素子15の劣化量を補正し、画素10の表示品質の劣化を抑制することができる。
図6は、図5(B)と異なる表示装置である。図6は、図5(B)の演算部130A構成に回路134を組み合わせた構成である。回路134については、図4で示した回路134の説明を参酌することができるため説明を省略する。
図7(A)は、図1とは異なる表示装置100Aである。表示装置100Aは、補正演算部133を有さない点が表示装置100と異なっている。さらに、表示パネル120が複数の画素10Aを有する点が異なっている。
最初に、画素10Aについて図7(B)の回路図を用いて説明する。ここでは、図2(A)で説明した画素10と異なる点について説明する。表示パネル120は、配線G3を有し、画素10Aは、配線G3と接続される。画素10Aは、さらに、トランジスタ18と、容量素子19とを有する。
トランジスタ18のゲートは、配線G3と電気的に接続される。トランジスタ18のソース又はドレインの一方は、配線S1と電気的に接続される。トランジスタ18のソース又はドレインの他方は、容量素子19の電極の一方と電気的に接続される。容量素子19の電極の他方は、トランジスタ12のゲートと電気的に接続される。
ノードFN1は、トランジスタ12のゲート、容量素子14の電極の一方、及び容量素子19の電極の他方が接続される配線を示す。ノードFN2は、トランジスタ18のソース又はドレインの他方、容量素子19の電極の一方が接続される配線を示す。
再び、図7(A)に説明を戻す。フレームメモリ111は、ソースドライバ121を介して、画素10AのノードFN1に画像信号Data−Aを与えることができる。第2演算部132は、ソースドライバ121を介して画素10AのノードFN2に出力パラメータDQ1を与えることができる。ノードFN2に与えられた出力パラメータDQ1は、容量素子19を介してノードFN1で画像データData−Aと演算され画像信号Data−Bに変化する。したがって、画素10Aは、補正演算部133と同様の演算をすることができる。補正演算部133を有さないことで、回路規模を小さくすることができ、回路規模を小さくすることで消費電力を小さくすることができる。
なお、トランジスタ18は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有すると好ましい。当該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くできる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減する効果を有する。酸化物半導体膜を有する当該トランジスタについては、実施の形態5で詳細な説明をする。
なお、本実施の形態は、液晶素子を用いた表示パネルに対しても適用することができる。液晶素子を用いた画素は、トランジスタと、容量素子とによって構成される。半導体層に酸化物半導体膜を有するトランジスタは、バックゲートを有する。当該トランジスタが有するバックゲートを制御することで、当該トランジスタの閾値電圧を制御できることが知られている。したがって当該トランジスタが劣化すると、当該トランジスタの閾値電圧が変化し、表示の階調が変化することが知られている。当該トランジスタのバックゲートに誤差予測パラメータを与えることで閾値電圧を制御し、表示パネルの表示品質が劣化することを抑制することができる。
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示装置の構成例と、発光素子を用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態1で説明した表示装置の要素、動作及び機能の説明は省略する。
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示装置の構成例と、発光素子を用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態1で説明した表示装置の要素、動作及び機能の説明は省略する。
本実施の形態で説明する表示装置には、実施の形態1で説明した加算回路及び画素を用いることができる。なお、以下に説明する走査線駆動回路はゲートドライバ、信号線駆動回路はソースドライバに相当する。
図8(A)において、第1の基板4001上に設けられた表示部215を囲むようにして、シール材4005が設けられ、表示部215がシール材4005及び第2の基板4006によって封止されている。
図8(A)では、走査線駆動回路221a、信号線駆動回路231a、信号線駆動回路232a、及び共通線駆動回路241aは、それぞれがプリント基板4041上に設けられた集積回路4042を複数有する。集積回路4042は、単結晶半導体又は多結晶半導体で形成されている。共通線駆動回路241aは、実施の形態1に示した配線Ano、Cathなどに規定の電位を供給する機能を有する。
走査線駆動回路221a、共通線駆動回路241a、信号線駆動回路231a、及び信号線駆動回路232aに与えられる各種信号及び電位は、FPC(FPC:Flexible printed circuit)4018を介して供給される。
走査線駆動回路221a及び共通線駆動回路241aが有する集積回路4042は、表示部215に選択信号を供給する機能を有する。信号線駆動回路231a及び信号線駆動回路232aが有する集積回路4042は、表示部215に画像データを供給する機能を有する。集積回路4042は、第1の基板4001上のシール材4005によって囲まれている領域とは異なる領域に実装されている。
なお、集積回路4042の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング法、COG(Chip On Glass)法、TCP(Tape Carrier Package)法、COF(Chip On Film)法などを用いることができる。
図8(B)は、信号線駆動回路231a及び信号線駆動回路232aに含まれる集積回路4042をCOG法により実装する例を示している。また、駆動回路の一部又は全体を表示部215と同じ基板上に一体形成して、システムオンパネルを形成することができる。
図8(B)では、走査線駆動回路221a及び共通線駆動回路241aを、表示部215と同じ基板上に形成する例を示している。駆動回路を表示部215内の画素回路と同時に形成することで、部品点数を削減することができる。よって、生産性を高めることができる。
また、図8(B)では、第1の基板4001上に設けられた表示部215と、走査線駆動回路221a及び共通線駆動回路241aと、を囲むようにして、シール材4005が設けられている。また表示部215、走査線駆動回路221a、及び共通線駆動回路241aの上に第2の基板4006が設けられている。よって、表示部215、走査線駆動回路221a、及び共通線駆動回路241aは、第1の基板4001とシール材4005と第2の基板4006とによって、表示素子と共に封止されている。
また、図8(B)では、信号線駆動回路231a及び信号線駆動回路232aを別途形成し、第1の基板4001に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部又は走査線駆動回路の一部を別途形成して実装しても良い。また、図8(C)に示すように、信号線駆動回路231a及び信号線駆動回路232aを表示部215と同じ基板上に形成してもよい。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。
また第1の基板上に設けられた表示部及び走査線駆動回路は、トランジスタを複数有している。当該トランジスタとして、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。
周辺駆動回路が有するトランジスタと、表示部の画素回路が有するトランジスタの構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。周辺駆動回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、2種類以上の構造を組み合わせて用いられていてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、2種類以上の構造を組み合わせて用いられていてもよい。
また、第2の基板4006上には入力装置4200を設けることができる。図8(A)乃至(C)に示す表示装置に入力装置4200を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。
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。指やスタイラスなど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、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
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、表示素子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。
図9(A)、(B)に、タッチパネルの一例を示す。図9(A)は、タッチパネル4210の斜視図である。図9(B)は、入力装置4200の斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。
タッチパネル4210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た構成である。
タッチパネル4210は、入力装置4200と、表示装置とを有し、これらを重ねて設けられている。
入力装置4200は、基板4263、電極4227、電極4228、複数の配線4237、複数の配線4238及び複数の配線4239を有する。例えば、電極4227は配線4237又は配線4239と電気的に接続することができる。また、電極4228は配線4239と電気的に接続することができる。FPC4272bは、複数の配線4237及び複数の配線4238の各々と電気的に接続する。FPC4272bにはIC4273bを設けることができる。
又は、表示装置の第1の基板4001と第2の基板4006との間にタッチセンサを設けてもよい。第1の基板4001と第2の基板4006との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
図10(A)、(B)は、図8(B)中でN1−N2の一点鎖線で示した部位の断面図である。図10(A)、(B)に示す表示装置は電極4015を有しており、電極4015はFPC4018が有する端子と異方性導電層4019を介して、電気的に接続されている。また、図10(A)、(B)では、電極4015は、絶縁層4112、絶縁層4111、及び絶縁層4110に形成された開口において配線4014と電気的に接続されている。
電極4015は、第1の電極層4030と同じ導電層から形成され、配線4014は、トランジスタ4010、及びトランジスタ4011のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
また、第1の基板4001上に設けられた表示部215と走査線駆動回路221aは、トランジスタを複数有しており、図10(A)、(B)では、表示部215に含まれるトランジスタ4010、及び走査線駆動回路221aに含まれるトランジスタ4011を例示している。なお、図10(A)、(B)では、トランジスタ4010及びトランジスタ4011としてボトムゲート型のトランジスタを例示しているが、トップゲート型のトランジスタであってもよい。
図10(A)、(B)では、トランジスタ4010及びトランジスタ4011上に絶縁層4112が設けられている。また、図10(B)では、絶縁層4112上に隔壁4510が形成されている。
また、トランジスタ4010及びトランジスタ4011は、絶縁層4102上に設けられている。また、トランジスタ4010及びトランジスタ4011は、絶縁層4111上に形成された電極4017を有する。電極4017はバックゲート電極として機能することができる。
また、図10(A)、(B)に示す表示装置は、容量素子4020を有する。容量素子4020は、トランジスタ4010のゲート電極と同じ工程で形成された電極4021と、ソース電極及びドレイン電極と同じ工程で形成された電極と、を有する。それぞれの電極は、絶縁層4103を介して重なっている。
一般に、表示装置の画素部に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間、電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
表示部215に設けられたトランジスタ4010は表示素子と電気的に接続する。図10(A)は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図10(A)において、表示素子である液晶素子4013は、第1の電極層4030、第2の電極層4031、及び液晶層4008を含む。なお、液晶層4008を挟持するように配向膜として機能する絶縁層4032、絶縁層4033が設けられている。第2の電極層4031は第2の基板4006側に設けられ、第1の電極層4030と第2の電極層4031は液晶層4008を介して重畳する。
液晶素子4013として、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、VA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Bend)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素子を用いることができる。
また、本実施の形態に示す液晶表示装置にノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASV(Advanced Super View)モードなどを用いることができる。
なお、液晶素子は、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。液晶素子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。
図10では、縦電界方式の液晶素子を有する液晶表示装置の例を示したが、本発明の一態様には、横電界方式の液晶素子を有する液晶表示装置を適用することができる。横電界方式を採用する場合、配向膜を用いない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4008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となるため、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、作製工程中の液晶表示装置の不良又は破損を軽減することができる。
また、スペーサ4035は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第1の電極層4030と第2の電極層4031との間隔(セルギャップ)を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
また、必要に応じて、ブラックマトリクス(遮光層)、着色層(カラーフィルタ)、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材(光学基板)などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。また、上記バックライト、及びサイドライトとして、マイクロLEDなどを用いても良い。
図10(A)に示す表示装置では、基板4006と第2の電極層4031の間に、遮光層4132、着色層4131、絶縁層4133が設けられている。
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。遮光層及び着色層の形成は、前述した各層の形成方法と同様に行なえばよい。例えば、インクジェット法などで行なってもよい。
また、図10(A)、(B)に示す表示装置は、絶縁層4111と絶縁層4104を有する。絶縁層4111と絶縁層4104として、不純物元素を透過しにくい絶縁層を用いる。絶縁層4111と絶縁層4104でトランジスタの半導体層を挟むことで、外部からの不純物の浸入を防ぐことができる。
また、表示装置に含まれる表示素子として発光素子を用いることができる。発光素子としては、例えば、エレクトロルミネッセンスを利用するEL素子を適用することができる。EL素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層(「EL層」ともいう。)を有する。一対の電極間に、EL素子の閾値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、EL層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層において再結合し、EL層に含まれる発光物質が発光する。
また、EL素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機EL素子、後者は無機EL素子と呼ばれている。
有機EL素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれEL層に注入される。そして、それらキャリア(電子および正孔)が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
なお、EL層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、又はバイポーラ性の物質(電子輸送性および正孔輸送性が高い物質)などを有していてもよい。
EL層は、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
無機EL素子は、その素子構成により、分散型無機EL素子と薄膜型無機EL素子とに分類される。分散型無機EL素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機EL素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機EL素子を用いて説明する。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタ及び発光素子を形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出(トップエミッション)構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出(ボトムエミッション)構造や、両面から発光を取り出す両面射出(デュアルエミッション)構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
図10(B)は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置(「EL表示装置」ともいう。)の一例である。表示素子である発光素子4513は、表示部215に設けられたトランジスタ4010と電気的に接続している。なお発光素子4513の構成は、第1の電極層4030、発光層4511、第2の電極層4031の積層構造であるが、この構成に限定されない。発光素子4513から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子4513の構成は適宜変えることができる。
隔壁4510は、有機絶縁材料、又は無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第1の電極層4030上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
発光層4511は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
発光素子4513の発光色は、発光層4511を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、又は黄などとすることができる。
カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の発光素子4513と着色層を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光素子4513を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎に発光層4511を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、発光素子4513にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。
なお、発光層4511は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
発光素子4513に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第2の電極層4031及び隔壁4510上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、DLC(Diamond Like Carbon)などを形成することができる。また、第1の基板4001、第2の基板4006、及びシール材4005によって封止された空間には充填材4514が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム(貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等)やカバー材でパッケージング(封入)することが好ましい。
充填材4514としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂を用いることができ、PVC(ポリビニルクロライド)、アクリル系樹脂、ポリイミド、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)又はEVA(エチレンビニルアセテート)などを用いることができる。また、充填材4514に乾燥剤が含まれていてもよい。
シール材4005には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材4005に乾燥剤が含まれていてもよい。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板(楕円偏光板を含む)、位相差板(λ/4板、λ/2板)、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板又は円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。
表示素子に電圧を印加する第1の電極層及び第2の電極層(画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう)においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、及び電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
第1の電極層4030、第2の電極層4031は、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、インジウム錫酸化物、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、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、第1の電極層4030、第2の電極層4031はタングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)などの金属、又はその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
また、第1の電極層4030、第2の電極層4031として、導電性高分子(導電性ポリマーともいう)を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、又は、アニリン、ピロール及びチオフェンの2種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
なお、図11に示すように、トランジスタや容量素子が高さ方向に重なる領域を有するようなスタック構造としてもよい。例えば、駆動回路を構成するトランジスタ4011及びトランジスタ4022を重ねて配置すれば、狭額縁の表示装置とすることができる。また、画素回路を構成するトランジスタ4010、トランジスタ4023、容量素子4020などが一部でも重なる領域を有するように配置すれば開口率や解像度を向上させることができる。なお、図11では図10(A)に示す液晶表示装置にスタック構造を応用した例を示しているが、図10(B)に示すEL表示装置に応用してもよい。
また、画素回路において、可視光に対して透光性の高い透光性導電膜を電極や配線に用いることで、画素内の光の透過率を高めることができ、実質的に開口率を向上させることができる。なお、OSトランジスタを用いる場合は半導体層も透光性を有するため、さらに開口率を高めることができる。これらは、トランジスタ等をスタック構造としない場合においても有効である。
また、液晶表示装置と発光装置を組み合わせて表示装置を構成してもよい。
発光装置は表示面の逆側、又は表示面の端部に配置される。発光装置は表示素子に光を供給する機能を有する。発光装置は、バックライトとも呼ぶことができる。
ここで、発光装置は、板状又はシート状の導光部(導光板ともいう)と、異なる色の光を呈する複数の発光素子を有することができる。当該発光素子を導光部の側面近傍に配置すると、導光部側面から内部へ光を発することができる。導光部は光路を変更する機構(光取り出し機構ともいう)を有しており、これにより、発光装置は表示パネルの画素部に光を均一に照射することができる。又は、導光部を設けず、画素の直下に発光装置を配置する構成としてもよい。
発光装置は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の3色の発光素子を有することが好ましい。さらに白色(W)の発光素子を有していてもよい。これら発光素子として発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)を用いることが好ましい。
さらに、発光素子は、その発光スペクトルの半値全幅(FWHM:Full Width at Half Maximum)が、50nm以下、好ましくは40nm以下、より好ましくは30nm以下、さらに好ましくは20nm以下であり、極めて色純度の高い発光素子であることが好ましい。なお、発光スペクトルの半値全幅は、小さければ小さいほどよいが、例えば1nm以上とすることができる。これにより、カラー表示を行う際に、色再現性が高い鮮やかな表示を行うことができる。
また、赤色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、625nm以上650nm以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。また、緑色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、515nm以上540nm以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。青色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、445nm以上470nm以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。
表示装置は、3色の発光素子を順次点滅させるとともに、これと同期させて画素を駆動し、継時加法混色法に基づいてカラー表示を行うことができる。当該駆動方法は、フィールドシーケンシャル駆動とも呼ぶことができる。
フィールドシーケンシャル駆動では、鮮やかなカラー画像を表示することができる。また、滑らかな動画像を表示することができる。また上記駆動方法を用いることで、1つの画素を複数の異なる色の副画素で構成する必要がなく、1つの画素の有効反射面積(有効表示面積、開口率ともいう)を大きくできるため、明るい表示を行うことができる。さらに、画素にカラーフィルタを設ける必要がないため、画素の透過率も向上させることもでき、さらに明るい表示を行うことができる。また、作製工程を簡略化でき、作製コストを低減することができる。
図12(A)、(B)は、フィールドシーケンシャル駆動が可能な表示装置の断面概略図の一例である。当該表示装置の基板4001側にはRGB各色の発光が可能なバックライトユニットが設けられる。なお、フィールドシーケンシャル駆動では、RGB各色の時分割発光で色を表現するため、カラーフィルタは不要となる。
図12(A)に示すバックライトユニット4340aは、画素の直下に拡散板4352を介して発光素子4342が複数設けられた構成である。拡散板4352は、発光素子4342から基板4001側に射出された光を拡散し、表示部面内の輝度を均一化する機能を有する。発光素子4342と拡散板4352との間には、必要に応じて偏光板を設けてもよい。また、拡散板4352は不要であれば設けなくてもよい。また、遮光層4132を省いた構成としてもよい。
バックライトユニット4340aは、発光素子4342を多く搭載することができるため、明るい表示が可能となる。また、導光板は不要であり、発光素子4342の光の効率を損ないにくい利点がある。なお、必要に応じて発光素子4342に光拡散用のレンズ4344を設けてもよい。
図12(B)に示すバックライトユニット4340bは、画素の直下に拡散板4352を介して導光板4341が設けられた構成である。導光板4341の端部には発光素子4342が複数設けられる。導光板4341は、拡散板4352とは逆側に凹凸形状を有し、導波した光を当該凹凸形状で散乱して拡散板4352の方向に射出することができる。
発光素子4342は、プリント基板4347に固定することができる。なお、図12(B)では、RGB各色の発光素子4342が重なるように図示しているが、奥行方向にRGB各色の発光素子4342が並ぶように配置することもできる。また、導光板4341において、発光素子4342とは反対側の側面には、可視光を反射する反射層4348を設けてもよい。
バックライトユニット4340bは、発光素子4342を少なくすることができるため、低コストかつ薄型とすることができる。
また、液晶素子には、光散乱型液晶素子を用いてもよい。光散乱型液晶素子としては、液晶と高分子の複合材料を有する素子を用いることが好ましい。例えば、高分子分散型液晶素子を用いることができる。又は、高分子ネットワーク型液晶(PNLC(Polymer Network Liquid Crystal))素子を用いてもよい。
光散乱型液晶素子は、一対の電極で挟まれる樹脂部の3次元ネットワーク構造中に液晶部が設けられた構造である。液晶部に用いる材料としては、例えばネマティック液晶を用いることができる。また、樹脂部としては光硬化樹脂を用いることができる。光硬化樹脂としては、例えば、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマー、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマー、又は、これらを混合させた重合性化合物を用いることができる。
光散乱型液晶素子は液晶材料の屈折率の異方性を利用し、光を透過又は散乱させることにより表示を行う。また、樹脂部も屈折率の異方性を有していてもよい。光散乱型液晶素子に印加される電圧に従って液晶分子が一定方向に配列するとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差が小さくなり、当該方向に沿って入射する光は液晶部で散乱されることなく透過する。したがって、光散乱型液晶素子は当該方向からは透明な状態に視認される。一方で、印加される電圧に従って液晶分子の配列がランダムとなるとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差に大きな変化が生じないため、入射する光は液晶部で散乱される。したがって、光散乱型液晶素子は視認の方向を問わず不透明の状態となる。
図13(A)は、図12(A)の表示装置の液晶素子4013を光散乱型液晶素子4016に置き換えた構成である。光散乱型液晶素子4016は、液晶部及び樹脂部を有する複合層4009、ならびに電極層4030、4031を有する。フィールドシーケンシャル駆動に関する要素は、図12(A)と同じであるが、光散乱型液晶素子4016を用いる場合は、配向膜及び偏光板が不要となる。なお、スペーサ4035は球状の形態で図示しているが、柱状であってもよい。
図13(B)は、図12(B)の表示装置の液晶素子4013を光散乱型液晶素子4016に置き換えた構成である。図12(B)の構成では、光散乱型液晶素子4016に電圧を印加しないときに光を透過し、電圧を印加したときに光を散乱させるモードで動作する構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、ノーマル状態(表示をさせない状態)で透明な表示装置とすることができる。この場合は、光を散乱させる動作を行ったときにカラー表示を行うことができる。
図13(B)に示す表示装置の変形例を図14(A)乃至(E)に示す。なお、図14(A)乃至(E)においては、明瞭化のため、図13(B)の一部要素を用い、他の要素を省いて図示している。
図14(A)は、基板4001が導光板としての機能を有する構成である。基板4001の外側の面には、凹凸形状を設けてもよい。当該構成では、導光板を別途設ける必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。また、当該導光板による光の減衰もなくなるため、発光素子4342が射出する光を効率良く利用することができる。
図14(B)は、複合層4009の端部近傍から光を入射する構成である。複合層4009と基板4006との界面、及び複合層4009と基板4001との界面での全反射を利用し、光散乱型液晶素子から外部に光を射出することができる。複合層4009の樹脂部には、基板4001及び基板4006よりも屈折率が大きい材料を用いる。
なお、発光素子4342は表示装置の一辺に設けるだけでなく、図14(C)に示すように対向する二辺に設けてもよい。さらに、三辺又は四辺に設けてもよい。発光素子4342を複数の辺に設けることで、光の減衰を補うことができ、大面積の表示素子にも対応することができる。
図14(D)は、発光素子4342から射出される光がミラー4345を介して表示装置に導光される構成である。当該構成により表示装置に一定の角度からの導光を行いやすくなるため、効率良く全反射光を得ることができる。
図14(E)は、複合層4009上に層4003及び層4004の積層を有する構成である。層4003及び層4004の一方はガラス基板などの支持体であり、他方は無機膜、有機樹脂のコーティング膜又はフィルムなどで形成することができる。複合層4009の樹脂部には、層4004よりも屈折率が大きい材料を用いる。また、層4004には層4003よりも屈折率が大きい材料を用いる。
複合層4009と層4004との間には一つ目の界面が形成され、層4004と層4003との間には二つ目の界面が形成される。当該構成により、一つ目の界面で全反射されず通り抜けた光を二つ目の界面で全反射させ、複合層4009に戻すことができる。したがって、発光素子4342が射出する光を効率良く利用することができる。
なお、図13(B)及び図14(A)乃至(E)における構成は、互いに組み合すことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
本発明の一態様の表示装置は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図15(A1)は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ810のチャネル長方向の断面図である。図15(A1)において、トランジスタ810は基板771上に形成されている。また、トランジスタ810は、基板771上に絶縁層772を介して電極746を有する。また、電極746上に絶縁層726を介して半導体層742を有する。電極746はゲート電極として機能できる。絶縁層726はゲート絶縁層として機能できる。
図15(A1)は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ810のチャネル長方向の断面図である。図15(A1)において、トランジスタ810は基板771上に形成されている。また、トランジスタ810は、基板771上に絶縁層772を介して電極746を有する。また、電極746上に絶縁層726を介して半導体層742を有する。電極746はゲート電極として機能できる。絶縁層726はゲート絶縁層として機能できる。
また、半導体層742のチャネル形成領域上に絶縁層741を有する。また、半導体層742の一部と接して、絶縁層726上に電極744a及び電極744bを有する。電極744aは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能できる。電極744bは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能できる。電極744aの一部、及び電極744bの一部は、絶縁層741上に形成される。
絶縁層741は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層741を設けることで、電極744a及び電極744bの形成時に生じる半導体層742の露出を防ぐことができる。よって、電極744a及び電極744bの形成時に、半導体層742のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
また、トランジスタ810は、電極744a、電極744b及び絶縁層741上に絶縁層728を有し、絶縁層728の上に絶縁層729を有する。
半導体層742に酸化物半導体を用いる場合、電極724a及び電極724bの、少なくとも半導体層742と接する部分に、半導体層742の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層742中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はn型化し、n型領域(n+層)となる。したがって、当該領域はソース領域又はドレイン領域として機能することができる。半導体層742に酸化物半導体を用いる場合、半導体層742から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
半導体層742にソース領域及びドレイン領域が形成されることにより、電極724a及び電極724bと半導体層742の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
半導体層742にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層742と電極724aの間、及び半導体層742と電極724bの間に、n型半導体又はp型半導体として機能する層を設けることが好ましい。n型半導体又はp型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能することができる。
絶縁層729は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、又は低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層729を省略することもできる。
図15(A2)に示すトランジスタ811は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ810と異なる。電極723は、電極746と同様の材料及び方法で形成することができる。
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位(GND電位)や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
また、電極746及び電極723は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層726、絶縁層728、及び絶縁層729は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極723は、絶縁層728と絶縁層729の間に設けてもよい。
なお、電極746又は電極723の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ811において、電極723を「ゲート電極」と言う場合、電極746を「バックゲート電極」と言う。また、電極723を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ811をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極746及び電極723のどちらか一方を、「第1のゲート電極」といい、他方を「第2のゲート電極」という場合がある。
半導体層742を挟んで電極746及び電極723を設けることで、更には、電極746及び電極723を同電位とすることで、半導体層742においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ811のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
したがって、トランジスタ811は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ811の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能(特に静電気などに対する電界遮蔽機能)を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
図15(B1)は、図15(A1)とは異なる構成のチャネル保護型のトランジスタ820のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ820は、トランジスタ810とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層741が半導体層742の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層742と重なる絶縁層741の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層742と電極744aが電気的に接続している。また、半導体層742と重なる絶縁層741の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層742と電極744bが電気的に接続している。絶縁層729の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
図15(B2)に示すトランジスタ821は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ820と異なる。
絶縁層741を設けることで、電極744a及び電極744bの形成時に生じる半導体層742の露出を防ぐことができる。よって、電極744a及び電極744bの形成時に半導体層742の薄膜化を防ぐことができる。
また、トランジスタ820及びトランジスタ821は、トランジスタ810及びトランジスタ811よりも、電極744aと電極746の間の距離と、電極744bと電極746の間の距離が長くなる。よって、電極744aと電極746の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極744bと電極746の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
図15(C1)に示すトランジスタ825は、ボトムゲート型のトランジスタの1つであるチャネルエッチング型のトランジスタ825のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ825は、絶縁層741を用いずに電極744a及び電極744bを形成する。このため、電極744a及び電極744bの形成時に露出する半導体層742の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層741を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
図15(C2)に示すトランジスタ826は、絶縁層729上にバックゲート電極として機能できる電極723を有する点が、トランジスタ825と異なる。
図16(A1)乃至(C2)にトランジスタ810、811、820、821、825、826のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
図16(B2)、(C2)に示す構造では、ゲート電極とバックゲート電極とが接続され、ゲート電極とバックゲート電極との電位が同電位となる。また、半導体層742は、ゲート電極とバックゲート電極と挟まれている。
ゲート電極及びバックゲート電極のそれぞれのチャネル幅方向の長さは、半導体層742のチャネル幅方向の長さよりも長く、半導体層742のチャネル幅方向全体は、絶縁層726、741、728、729を間に挟んでゲート電極又はバックゲート電極に覆われた構成である。
当該構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体層742を、ゲート電極及びバックゲート電極の電界によって電気的に取り囲むことができる。
トランジスタ821又はトランジスタ826のように、ゲート電極及びバックゲート電極の電界によって、チャネル形成領域が形成される半導体層742を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をSurrounded channel(S−channel)構造と呼ぶことができる。
S−channel構造とすることで、ゲート電極及びバックゲート電極の一方又は双方によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層742に印加することができるため、トランジスタの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタを微細化することが可能となる。また、S−channel構造とすることで、トランジスタの機械的強度を高めることができる。
〔トップゲート型トランジスタ〕
図17(A1)に例示するトランジスタ842は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ842は、絶縁層729を形成した後に電極744a及び電極744bを形成する点がトランジスタ810やトランジスタ820と異なる。電極744a及び電極744bは、絶縁層728及び絶縁層729に形成した開口部において半導体層742と電気的に接続する。
図17(A1)に例示するトランジスタ842は、トップゲート型のトランジスタの1つである。トランジスタ842は、絶縁層729を形成した後に電極744a及び電極744bを形成する点がトランジスタ810やトランジスタ820と異なる。電極744a及び電極744bは、絶縁層728及び絶縁層729に形成した開口部において半導体層742と電気的に接続する。
また、電極746と重ならない絶縁層726の一部を除去し、電極746と残りの絶縁層726をマスクとして用いて不純物755を半導体層742に導入することで、半導体層742中に自己整合(セルフアライメント)的に不純物領域を形成することができる。トランジスタ842は、絶縁層726が電極746の端部を越えて延伸する領域を有する。半導体層742の絶縁層726を介して不純物755が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層726を介さずに不純物755が導入された領域よりも小さくなる。半導体層742は、電極746と重ならない領域にLDD(Lightly Doped Drain)領域が形成される。
図17(A2)に示すトランジスタ843は、電極723を有する点がトランジスタ842と異なる。トランジスタ843は、基板771の上に形成された電極723を有する。電極723は、絶縁層772を介して半導体層742と重なる領域を有する。電極723は、バックゲート電極として機能することができる。
また、図17(B1)に示すトランジスタ844及び図17(B2)に示すトランジスタ845のように、電極746と重ならない領域の絶縁層726を全て除去してもよい。また、図17(C1)に示すトランジスタ846及び図17(C2)に示すトランジスタ847のように、絶縁層726を残してもよい。
トランジスタ842乃至トランジスタ847も、電極746を形成した後に、電極746をマスクとして用いて不純物755を半導体層742に導入することで、半導体層742中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
図18(A1)乃至(C2)にトランジスタ842、843、844、845、846、847のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
トランジスタ843、トランジスタ845、及びトランジスタ847は、それぞれ先に説明したS−channel構造である。ただし、これに限定されず、トランジスタ843、トランジスタ845、及びトランジスタ847をS−channel構造としなくてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態4)
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置又は画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図19に示す。
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置又は画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図19に示す。
図19(A)はデジタルカメラであり、筐体961、シャッターボタン962、マイク963、スピーカ967、表示部965、操作キー966、ズームレバー968、レンズ969等を有する。表示部965に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
図19(B)はデジタルサイネージであり、柱921の側面に大型の表示部922が取り付けられた構成を有する。表示部922に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
図19(C)は携帯電話機の一例であり、筐体951、表示部952、操作ボタン953、外部接続ポート954、スピーカ955、マイク956、カメラ957等を有する。当該携帯電話機は、表示部952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などのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部952に触れることで行うことができる。また、筐体951及び表示部952は可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができる。表示部952に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
図19(D)はビデオカメラであり、第1筐体901、第2筐体902、表示部903、操作キー904、レンズ905、接続部906、スピーカ907等を有する。操作キー904及びレンズ905は第1筐体901に設けられており、表示部903は第2筐体902に設けられている。表示部903に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
図19(E)はテレビであり、筐体971、表示部973、操作キー974、スピーカ975、通信用接続端子976、光センサ977等を有する。表示部973にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部973に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
図19(F)は携帯データ端末であり、筐体911、表示部912、スピーカ913、カメラ919等を有する。表示部912が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部912に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
(実施の形態5)
本実施の形態では、トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物について説明する。
本実施の形態では、トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物について説明する。
トランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが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、インジウムを含む金属酸化物などであり、例えば、後述するCAC−OSなどを用いることができる。
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子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。
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛及びM(アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジム又はハフニウム等の金属)を含むIn−M−Zn系酸化物で表記される膜とすることができる。
半導体層を構成する金属酸化物がIn−M−Zn系酸化物の場合、In−M−Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
半導体層としては、キャリア密度の低い金属酸化物を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が1×1017/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以下、さらに好ましくは1×1013/cm3以下、より好ましくは1×1011/cm3以下、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10−9/cm3以上のキャリア密度の金属酸化物を用いることができる。そのような金属酸化物を、高純度真性又は実質的に高純度真性な金属酸化物と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する金属酸化物であるといえる。
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成の酸化物半導体を用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
半導体層を構成する金属酸化物において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下とする。
また、半導体層を構成する金属酸化物に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、5×1018atoms/cm3以下とすることが好ましい。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、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、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などがある。
また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、CAC−OS(Cloud−Aligned Composite oxide semiconductor)を用いてもよい。
なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体又はCAC−OSを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、nc−OS又はCAAC−OSを好適に用いることができる。
なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、CAC−OSを用いると好ましい。CAC−OSを用いることで、トランジスタに高い電気特性又は高い信頼性を付与することができる。
なお、半導体層がCAAC−OSの領域、多結晶酸化物半導体の領域、nc−OSの領域、擬似非晶質酸化物半導体の領域、及び非晶質酸化物半導体の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、又は積層構造を有する場合がある。
以下では、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、金属酸化物を構成する元素が、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、金属酸化物において、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、金属酸化物は、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、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、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。)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、InX4ZnY4OZ4(X4、Y4、及びZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、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金属酸化物である。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、かつ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、金属酸化物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、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、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など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など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、金属酸化物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、金属酸化物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など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などが主成分である領域が、金属酸化物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など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。
また、半導体層にCAC−OSを有するトランジスタは電界効果移動度が高く、且つ駆動能力が高いので、該トランジスタを、駆動回路、代表的にはゲート信号を生成する走査線駆動回路に用いることで、額縁幅の狭い表示装置を提供することができる。また、該トランジスタを、表示装置が有する信号線駆動回路(とくに、信号線駆動回路が有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ)に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
また、半導体層にCAC−OSを有するトランジスタは低温ポリシリコンを用いたトランジスタのように、レーザ結晶化工程が不要である。これのため、大面積基板を用いた表示装置であっても、製造コストを低減することが可能である。さらに、ウルトラハイビジョン(「4K解像度」、「4K2K」、「4K」)、スーパーハイビジョン(「8K解像度」、「8K4K」、「8K」)のように高解像度であり、且つ大型の表示装置において、半導体層にCAC−OSを有するトランジスタを駆動回路及び表示部に用いることで、短時間での書き込みが可能であり、表示不良を低減することが可能であり好ましい。
又は、トランジスタのチャネルが形成される半導体にシリコンを用いてもよい、シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
FN1:ノード、FN2:ノード、G1:配線、G2:配線、G3:配線、M1:端子、M2:端子、M3a:端子、M3a1:端子、M3a2:端子、M3a3:端子、M3b:端子、M3b1:端子、M3b2:端子、M3b3:端子、M3c:端子、M3c1:端子、M3c2:端子、M3c3:端子、MN1:配線、MP1:端子、MP2:端子、P1:光センサ、S1:配線、SW1:スイッチ、10:画素、10A:画素、11:トランジスタ、12:トランジスタ、12T:トランジスタ、12T1:トランジスタ、12T2:トランジスタ、12T3:トランジスタ、13:トランジスタ、14:容量素子、15:発光素子、15T:発光素子、15T1:発光素子、15T2:発光素子、16:電流電圧変換素子、18:トランジスタ、19:容量素子、100:表示装置、100A:表示装置、111:フレームメモリ、112:タイミング制御部、120:表示パネル、121:ソースドライバ、122:ゲートドライバ、123:表示領域、124:モニタ回路、124A:モニタ回路、124B:モニタ回路、124B2:モニタ回路、130:演算部、130A:演算部、130B:演算部、131:第1演算部、131a:第3演算部、132:第2演算部、132a:第4演算部、133:補正演算部、134:回路、134A:回路、134B:回路、134C:回路
Claims (8)
- 表示装置が有する画素の劣化量を推定し、前記画素に与える第1画像信号を補正する前記表示装置の駆動方法であって、
前記表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有し、
前記表示パネルは、複数の画素を有し、
前記画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有し、
前記演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有し、
前記演算部には、第1観測信号と、第2観測信号とが与えられ、
前記第1観測信号は、前記フレームメモリから前記演算部に与えられる第3画像信号であり、
前記第2観測信号は、前記画素が有する前記発光素子、又は前記発光素子に電流を与える前記トランジスタのいずれか一に流れる第1電流値、もしくは前記第1電流値が変換された第1電圧値であり、
前記演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定され、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記第1観測信号と前記第2観測信号から前記予測誤差パラメータを更新し、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記予測誤差パラメータによって前記出力パラメータを更新し、
前記演算部が、前記フレームメモリから与えられる前記第1画像信号を前記出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、
前記発光素子が、前記画素が有する前記トランジスタに与えられる前記第2画像信号によって点灯する
表示装置の駆動方法。 - 表示装置が有する画素の劣化量を推定し、前記画素に与える第1画像信号を補正する前記表示装置の駆動方法であって、
前記表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有し、
前記表示パネルは、複数の画素を有し、
前記画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有し、
前記演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有し、
前記演算部には、不定期に更新される予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定され、
前記演算部が、前記回帰モデルに従いあらかじめ設定されている前記予測誤差パラメータによって前記出力パラメータを更新し、
前記演算部が、前記フレームメモリから与えられる前記第1画像信号を前記出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、
前記発光素子が、前記画素が有する前記トランジスタに与えられる前記第2画像信号によって点灯する
表示装置の駆動方法。 - 表示装置が有する画素の劣化量を推定し、前記画素に与える第1画像信号を補正する前記表示装置の駆動方法であって、
前記表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有し、
前記表示パネルは、複数の画素を有し、
前記画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有し、
前記演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有し、
前記演算部には、第1観測信号と、第2観測信号とが与えられ、
前記第1観測信号は、前記フレームメモリから前記演算部に与えられる第3画像信号であり、
前記第2観測信号は、前記画素が有する前記発光素子、又は前記発光素子に電流を与える前記トランジスタのいずれか一に流れる第1電流値、もしくは前記第1電流値が変換された第1電圧値であり、
前記演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定され、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記第1観測信号と前記第2観測信号から前記予測誤差パラメータを更新し、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記予測誤差パラメータによって前記出力パラメータを更新し、
画素には、前記フレームメモリから与えられる前記第1画像信号と、前記出力パラメータとが与えられ、
前記画素が、前記第1画像信号を前記出力パラメータによって補正して第2画像信号を生成し、
前記発光素子が、前記画素が生成する前記第2画像信号によって点灯する
表示装置の駆動方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、前記回帰モデルは状態方程式に基づくカルマンフィルタである表示装置の駆動方法。
- 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記表示装置は、モニタ回路を有し、
前記モニタ回路は、モニタ用トランジスタを有し、
前記演算部には、前記モニタ用トランジスタに流れる第2電流値、もしくは前記第2電流値が変換された第2電圧値を第3観測信号として与え、
前記演算部が、前記第1観測信号、前記第2観測信号、前記第3観測信号を用いて前記予測誤差パラメータを更新する、
表示装置の駆動方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一において、
前記表示装置は、モニタ回路を有し、
前記モニタ回路は、モニタ用発光素子を有し、
前記演算部には、前記モニタ用発光素子に流れる第3電流値、もしくは前記第3電流値が変換された第3電圧値を第4観測信号として与え、
前記演算部が、前記第1観測信号、前記第2観測信号、前記第4観測信号を用いて前記予測誤差パラメータを更新する、
表示装置の駆動方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一の前記表示装置の駆動方法において、
表示装置は、トランジスタを有し、前記トランジスタは、半導体層に金属酸化物を有する表示装置の駆動方法。 - 請求項7において、
半導体層に金属酸化物を有する前記トランジスタは、バックゲートを有する表示装置の駆動方法。
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