「電子機器」、「電子部品」、「モジュール」、「半導体装置」の記載について説明する。一般的に、「電子機器」とは、例えば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、タブレット端末、電子書籍端末、ウェアラブル端末、AV機器(AV;Audio Visual)、電化製品、住宅設備機器、業務用設備機器、デジタルサイネージ、自動車、又は、システムを有する電気製品などをいう場合がある。また、「電子部品」、又は「モジュール」とは、電子機器が有するプロセッサ、記憶装置、センサ、バッテリ、表示装置、発光装置、インターフェース機器、RFタグ(RF;Radio Frequency)、受信装置、送信装置などをいう場合がある。また、「半導体装置」とは、半導体素子を用いた装置、又は、電子部品又はモジュールが有する、半導体素子を適用した駆動回路、制御回路、論理回路、信号生成回路、信号変換回路、電位レベル変換回路、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路、記憶回路、メモリセル、表示回路、表示画素などをいう場合がある。
また、本明細書において、酸化物半導体をOS(Oxide Semiconductor)と表記する場合がある。そのため、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタをOSトランジスタという場合がある。
(実施の形態1)
本実施の形態では、表示装置に備えることができる半導体装置の例について、説明する。
<半導体装置の構成例>
図1は、表示装置に備えることができる表示部と、駆動回路部の一例を示している。図1に示す半導体装置100は、液晶素子を有する画素回路と、発光素子を有する画素回路と、のそれぞれを駆動することができるソースドライバの一部である。半導体装置100は、照度計101と、しきい値検出回路102と、タイミングコントローラ103と、回路104と、を有する。半導体装置100は、表示部110と電気的に接続されている。なお、本明細書において、半導体装置100と、表示部110と、をまとめてシステム、又は電子機器と呼ぶ場合がある。
表示部110は、表示パネルLPと、表示パネルOPと、を有する。表示パネルLPは、例えば、液晶素子を有する反射型液晶パネルを適用することができる。加えて、表示パネルOPは、例えば、自発光素子を有する発光装置を適用することができる。自発光素子としては、OLED(Organic Light Emitting Diode)などが挙げられる。本実施の形態では、表示パネルLPを反射型液晶パネルとし、表示パネルOPを有機ELパネルとして、説明する。
照度計101は、しきい値検出回路102と電気的に接続され、しきい値検出回路102は、タイミングコントローラ103と電気的に接続されている。タイミングコントローラ103は、回路104と電気的に接続され、回路104は、表示パネルLPと、表示パネルOPと、に電気的に接続されている。
照度計101は、外光の照度を計測できるデバイスを有する。照度計101には、例えば、フォトダイオードによる光検出器などを有することができる。
しきい値検出回路102は、照度計101によって計測した照度を取得して、該照度に応じた表示装置の階調を決定し、その階調の情報をタイミングコントローラ103に送信する機能を有する。
タイミングコントローラ103は、外部からシリアル転送されたデジタル映像ソース(ビデオデータ、又はデジタルビデオデータという場合がある。)を各ソースラインに割り振る機能を有する。加えて、タイミングコントローラ103は、割り振られたデジタルビデオデータと、しきい値検出回路102から送られてきた階調の情報と、表示部110で駆動する表示モードと、に基づいて、各ソースラインに有するデジタルアナログ変換回路200への入力信号を生成する機能を有する。表示モードとは、表示部110の駆動方式を示し、反射モード(表示パネルLPに画像を表示する。)、透過モード(表示パネルOPに画像を表示する。)、休止モード(デジタルアナログ変換回路200の動作を停止する。)のいずれかの方式を指す。更に、表示モードには、表示パネルLPと表示パネルOPの両方に画像を表示する方式(反射+透過モード)もあってもよい。また、デジタルアナログ変換回路200については、後述する。
なお、タイミングコントローラ103で生成されるデジタルアナログ変換回路200への入力信号は、複数の場合がある。そのため、図1では、タイミングコントローラ103と、デジタルアナログ変換回路200と、を電気的に接続する配線を複数本図示している。
回路104は、複数のデジタルアナログ変換回路200(図1ではDACと記載している。)を有する。複数のデジタルアナログ変換回路200のそれぞれは、複数の端子ITと、端子OTと、端子LTと、を有する。
複数の端子ITは、タイミングコントローラ103と電気的に接続され、先述したタイミングコントローラ103で生成された信号は、端子ITに送信される。端子OTは、表示部110の表示パネルOPと電気的に接続され、端子LTは、表示パネルLPと電気的に接続される。
回路104が有するデジタルアナログ変換回路200の個数は、表示パネルLP内の1本の走査線(ゲート線、または単に配線という場合がある)に接続される画素回路の個数によって決まる。
また、表示パネルOPにおける行方向の画素回路の個数、及び列方向の画素回路の個数は、表示パネルLPにおける行方向の画素回路の個数、及び列方向の画素回路の個数とそれぞれ等しい。つまり、回路104が有するデジタルアナログ変換回路の個数は、表示パネルOP内の1本の選択信号線に選択される画素回路の個数によっても決まる。
<階調の決定方法>
次に、しきい値検出回路102と、回路104と、によって、外光の照度に応じた表示装置の階調を決定する方法について説明する。
図2は、デジタルビデオデータの値と、しきい値と、表示画像を表現する表示パネルOPの発光強度と、表示画像を表現する表示パネルLPの反射強度と、のそれぞれの関係を説明するための図である。なお、ここでは、例としてデジタルビデオデータを6ビットとして説明する。
図2(A)は、デジタルビデオデータの信号を模式的に示した図である。MSBは最上位ビットを示し、LSBは最下位ビットを示し、thはしきい値を示している。しきい値は、照度計101で計測した照度に応じた値であり、該しきい値はしきい値検出回路102によって定められて、階調の情報としてタイミングコントローラ103に転送される。
タイミングコントローラ103は、しきい値検出回路102からしきい値を取得することで、外部からタイミングコントローラ103に転送されたデジタルビデオデータにしきい値を設ける。そして、しきい値を境界として、該デジタルビデオデータは、上位ビット長と、下位ビット長と、に分けられる。該上位ビット長は、表示パネルOPの発光強度に寄与することとし、該下位ビット長は、表示パネルLPの反射強度に寄与することして、表示画像の階調を決定する。
始めに、表示装置を使用する環境下が暗い場合を考える。外光が暗い場合、表示パネルLPの反射強度が弱くなるため、表示パネルOPの発光強度を強くする必要がある。ここでは、暗い環境下において、照度計101と、しきい値検出回路102と、によって、しきい値として2ビット得られたものとする(図2(B−1))。つまり、上述したとおり、上位ビット長の4ビットが表示パネルOPの発光強度に寄与し、下位ビット長の2ビットが表示パネルLPの反射強度に寄与する。
なお、本発明の一態様では、表示パネルOPで画像を表示させるとき、上位4ビットの値を参照するため、使用しない下位2ビットについては「00」としている。つまり、表示パネルOPに画像を表示するとき、しきい値を反映させたデジタルデータは、上位4ビットが「0000」乃至「1111」のいずれかであり、かつ下位2ビットが「00」のデータとなる。また、表示パネルLPで画像を表示させるとき、下位2ビットを参照するため、使用しない上位4ビットについては無視してもよい。また、状況に応じて、場合によって、又は必要に応じて、上位4ビットの値を「0000」乃至「1111」のいずれかの値として適当に定めてもよい。
図2(B−2)は、表示装置の輝度と、デジタルビデオデータの値の関係を表すグラフである。ハッチングパターンのない領域は、表示パネルOPの発光強度を示し、ハッチングパターンのある領域は、表示パネルLPの反射強度を示している。
上位ビット長が4ビットである場合、上位ビットは「0000」から「1111」までの値を持つことになる。つまり、表示パネルOPの発光強度は、上位ビット「0000」から上位ビット「1111」までの16段階で表現される。また、図2(B−2)より、表示パネルOPの発光強度は、上位ビット「0000」から順に高くなるものとする。なお、上位ビット「0000」は、表示パネルOPの発光強度が0のため、図2(B−2)に図示していない。
また、下位ビット長は「00」から「11」までの値を持つことになる。つまり、表示パネルLPの反射強度は、下位ビット「00」から下位ビット「11」までの4段階で表現される。また、図2(B−2)に示す輝度は、表示パネルLPの4段階の反射強度を、表示パネルOPの16段階の発光強度のそれぞれに足し合わせて、図示している。
ところで、表示パネルLPの階調は、表示パネルLPが有する液晶素子に印加される電位によって決まり、表示パネルOPの階調は、表示パネルOPが有する駆動トランジスタのゲートに印加される電位によって決まる。つまり、表示パネルLP及び表示パネルOPの階調は、共に電位によって決めることができる。但し、階調調整に用いる電位は、表示パネルLP、又は表示パネルOPによって異なる場合が多い。そのため、本発明の一態様では、半導体装置100に供給する階調調整用の電位を2種用意することとする。
表示パネルOPの階調調整用の電源電位をVoelとし、表示パネルLPの階調調整用の電源電位をVrlcdとする。表示パネルOPでは、前述のとおり、16段階の発光強度によって階調が定まるので、表示パネルOPの表示素子に印加される電位は、階調調整用の電源電位Voelが16段階に分割された電位のいずれかとなる(図2(B−3))。また、表示パネルLPでは、4段階の発光強度によって階調が定まるので、表示パネルLPの表示素子に印加される電位は、階調調整用の電源電位Vrlcdが4段階に分割された電位のいずれかとなる。なお、図2(B−3)において、上位4ビットが「0000」のときの電位を0電位、下位2ビットが「00」のときの電位を0電位と記載しているが、本明細書では、それらの0電位をGND電位として記載する場合がある。
次に、表示装置を使用する環境下が明るい場合を考える。外光が明るい場合、表示パネルLPの反射強度を強くなるため、表示パネルOPの発光強度を弱くする必要がある。ここでは、外光が明るい環境下において、照度計101と、しきい値検出回路102によって、しきい値として4ビット得られたものとする(図2(C−1))。つまり、上位ビット長の2ビットが表示パネルOPの発光強度に寄与し、下位ビット長の4ビットが表示パネルLPの反射強度に寄与する。
なお、本発明の一態様では、表示パネルOPで画像を表示させるとき、上位2ビットの値を参照するため、使用しない下位4ビットについては「0000」としている。つまり、表示パネルOPに画像を表示するとき、しきい値を反映させたデジタルデータは、「000000」、「010000」、「100000」、「110000」のいずれかとなる。また、表示パネルLPで画像を表示させるとき、下位4ビットを参照するため、使用しない上位2ビットについては「00」としている。つまり、表示パネルLPに画像を表示するとき、しきい値を反映させたデジタルデータは、「000000」乃至「001111」のいずれかとなる。
図2(C−2)は、図2(B−2)と同様に、表示装置の輝度と、デジタルビデオデータの値の関係を表すグラフである。
上位ビット長が2ビットである場合、上位ビットは「00」から「11」までの値を持つことになる。つまり、表示パネルOPの発光強度は、上位ビット「00」から上位ビット「11」までの4段階で表現される。また、図2(C−2)より、表示パネルOPの発光強度は、上位ビット「00」から順に高くなるものとする。なお、上位ビット「00」は、表示パネルOPの発光強度が0のため、図2(C−2)に図示していない。
また、下位ビット長は「0000」から「1111」までの値を持つことになる。つまり、表示パネルLPの反射強度は、下位ビット「0000」から下位ビット「1111」までの16段階で表現される。また、図2(C−2)は、表示パネルLPの16段階の反射強度を、表示パネルOPの4段階の発光強度のそれぞれに足し合わせて、図示している。
つまり、表示パネルOPの表示素子に印加される電位は、階調調整用の電源電位Voelが4段階に分割された電位のいずれかとなる(図2(C−3))。また、表示パネルLPでは、表示パネルLPの表示素子に印加される電位は、階調調整用の電源電位Vrlcdが16段階に分割された電位のいずれかとなる。なお、図2(C−3)において、上位2ビットが「00」のときの電位を0電位、下位4ビットが「0000」のときの電位を0電位と記載しているが、本明細書では、それらの0電位をGND電位として記載する場合がある。
<デジタルアナログ変換回路200の構成例>
次に、デジタルアナログ変換回路200の構成例について説明する。デジタルアナログ変換回路200は、前述したとおり、表示パネルOP専用の階調信号と、表示パネルLP専用の階調信号と、を生成できるようなデジタルアナログ変換回路とする必要がある。
図3に、デジタルアナログ変換回路200の構成例として、デジタルアナログ変換回路200Aを示す。デジタルアナログ変換回路200Aは、容量アレイ型のデジタルアナログ変換回路の一例であり、nビット(nは2以上の整数である。)のデジタル信号をアナログ信号に変換する機能を有する。デジタルアナログ変換回路200Aは、オペアンプOP1と、オペアンプOP2と、スイッチOSWと、スイッチLSWと、スイッチOSWGと、スイッチLSWGと、回路201と、回路202と、回路203と、を有する。スイッチOSWと、スイッチLSWと、スイッチOSWGと、スイッチLSWGと、は、それぞれ2端子間で電気的に開閉を行うスイッチである。
回路201は、スイッチSWa[1]乃至スイッチSWa[n]と、容量素子C[0]乃至容量素子C[n]と、を有する。なお、スイッチSWa[1]乃至スイッチSWa[n]は、スイッチOSW、スイッチLSW、スイッチOSWG、及びスイッチLSWGと同様に、いずれも2端子間で電気的に開閉を行うスイッチである。なお、容量素子C[0]、容量素子C[1]、容量素子C[j](jは2以上n以下の整数である。)のそれぞれの静電容量値の比は、下式を満たす。
容量素子C[0]の一対の電極の一方は、スイッチSWa[1]の一方の端子と電気的に接続され、容量素子C[0]の一対の電極の他方は、配線GNDLと電気的に接続されている。
スイッチSWa[1]の他方の端子は、容量素子C[1]の一対の電極の一方と電気的に接続されている。
スイッチSWa[j](jは2以上n以下の整数である。)の一方の端子は、スイッチSWa[j−1]の他方の端子と電気的に接続され、スイッチSWa[j]の他方の端子は、容量素子C[j]の一対の電極の一方と電気的に接続されている。
オペアンプOP1の非反転入力端子は、スイッチOSWGの一方の端子と、スイッチSWa[n]の他方の端子と、容量素子C[n]の一対の電極の一方と電気的に接続されている。オペアンプOP1の出力端子は、スイッチOSWの一方の端子と電気的に接続され、スイッチOSWの他方の端子は、端子OTと電気的に接続されている。スイッチOSWGの他方の端子は、配線GNDLと電気的に接続されている。
オペアンプOP1の反転入力端子は、オペアンプOP1の出力端子と電気的に接続されている。つまり、オペアンプOP1の接続構成は、ボルテージフォロワ回路の構成となっている。
オペアンプOP2の非反転入力端子は、スイッチLSWGの一方の端子と、スイッチSWa[1]の一方の端子と、容量素子C[0]の一対の電極の一方と電気的に接続されている。オペアンプOP2の出力端子は、スイッチLSWの一方の端子と電気的に接続され、スイッチLSWの他方の端子は、端子LTと電気的に接続されている。スイッチLSWGの他方の端子は、配線GNDLと電気的に接続されている。
オペアンプOP2の反転入力端子は、オペアンプOP2の出力端子と電気的に接続されている。つまり、オペアンプOP2の接続構成は、ボルテージフォロワ回路の構成となっている。
回路202は、スイッチSE[1]乃至スイッチSE[n]を有する。スイッチSE[1]乃至スイッチSE[n]は、いずれも第1乃至第3端子を有し、第1端子を、第2端子又は第3端子のどちらか一方に、電気的に接続する機能を有する。つまり、スイッチSE[1]乃至スイッチSE[n]は、いずれもセレクタの機能を有する。
スイッチSE[1]の第1端子は、容量素子[1]の一対の電極の他方と電気的に接続され、スイッチSE[1]の第2端子は、配線GNDLと電気的に接続されている。スイッチSE[j]の第1端子は、容量素子[j]の一対の電極の他方と電気的に接続され、スイッチSE[j]の第2端子は、配線GNDLと電気的に接続されている。
回路203は、スイッチSWb[1]乃至スイッチSWb[n+1]を有する。スイッチSWb[1]乃至スイッチSWb[n+1]は、スイッチSWa[1]乃至スイッチSWa[n]、スイッチOSW、スイッチLSW、スイッチOSWG、及びスイッチLSWGと同様に、いずれも2端子間で電気的開閉を行うスイッチである。
スイッチSWb[1]の一方の端子は、配線VLLと電気的に接続され、スイッチSWb[1]の他方の端子は、スイッチSE[1]の第3端子と電気的に接続されている。スイッチSWb[j]の一方の端子は、スイッチSWb[j−1]の他方の端子と電気的に接続され、スイッチSWb[j]の他方の端子は、スイッチSE[j]の第3端子と電気的に接続されている。スイッチSWb[n+1]の一方の端子は、スイッチSWb[n]の他方の端子と電気的に接続され、スイッチSWb[n+1]の他方の端子は、配線VOLと電気的に接続されている。
配線VOLは、表示パネルOP用の電位を与えるための配線であり、配線VLLは、表示パネルLP用の電位を与えるための配線である。また、配線GNDLは、接地電位(GND電位という場合がある。)を与えるための配線である。
なお、図3には、オペアンプOP1、オペアンプOP2、端子OT、端子LT、スイッチOSW、スイッチLSW、スイッチOSWG、スイッチLSWG、配線GNDL、配線VOL、配線VLL、回路201、回路202、回路203、容量素子C[0]、容量素子C[1]、容量素子C[j]、容量素子C[n]、スイッチSWa[1]、スイッチSWa[j]、スイッチSWa[n]、スイッチSE[1]、スイッチSE[j]、スイッチSE[n]、スイッチSWb[1]、スイッチSWb[j]、スイッチSWb[n]、スイッチSWb[n+1]のみ図示しており、それ以外の素子、回路、配線、及びそれらの符号については省略している。
なお、本発明の一態様に係るデジタルアナログ変換回路は、図3に示すデジタルアナログ変換回路に限定されない。状況に応じて、場合によって、又は、必要に応じて、デジタルアナログ変換回路200Aの構成を変更することができる。例えば、スイッチSWa[1]の一方の端子とオペアンプOP2の非反転入力端子との間の寄生容量が、容量素子C[0]に相当する場合、容量素子C[0]は回路201に設けなくてもよい。また、例えば、オペアンプOP1、及びオペアンプOP2の非反転入力端子側にかかる寄生容量の大きさによっては、式(E1)を満たす必要は無く、容量素子C[0]乃至容量素子C[n]の静電容量を適当な値として設計すればよい。
なお、スイッチOSWG、スイッチLSWG、スイッチSWa[1]乃至スイッチSWa[n]、スイッチSWb[1]乃至スイッチSWb[n+1]などのスイッチとして、電気的スイッチ、機械的スイッチ、又はMEMS素子(Micro Electro Mechanical Systems)などを用いてもよい。例えば、電気的スイッチとしては、トランジスタを用いることが好ましい。特に、nチャネル型のトランジスタを用いる場合、該トランジスタは、チャネル形成領域にインジウム、元素M(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、又はスズ)、亜鉛の少なくとも一を含む酸化物を有することが望ましい。つまり、OSトランジスタであることが望ましい。OSトランジスタを用いることで、該トランジスタのオフ電流を非常に小さくできるため、容量素子C[0]乃至容量素子C[n]に保持した電荷のリークを防ぐことができる。
<デジタルアナログ変換回路200の動作例>
次に、デジタルアナログ変換回路200の動作例について説明する。
なお、本動作例では、説明の煩雑さを避けるため、デジタルアナログ変換回路200Aでなく、図4(A)に示すデジタルアナログ変換回路の動作について説明する。
デジタルアナログ変換回路200Bは、6ビットのデジタル信号をアナログ信号に変換する回路の一例である。つまり、デジタルアナログ変換回路200Bは、デジタルアナログ変換回路200Aにおいて、nを6としている。そのため、回路201は、容量素子C[0]乃至容量素子C[6]を有することになる。
また、デジタルアナログ変換回路200Bは、デジタルアナログ変換回路200Aにおいて、スイッチOSWを、トランジスタOTrとし、スイッチLSWを、トランジスタLTrとし、スイッチSWa[1]乃至スイッチSWa[n]をトランジスタTra[1]乃至トランジスタTra[6]とし、スイッチOSWGをトランジスタOTrGとし、スイッチLSWGをトランジスタLTrGとし、スイッチSWb[1]乃至スイッチSWb[n+1]をトランジスタTrb[1]乃至トランジスタTrb[7]としている。
なお、上述のトランジスタの導通、非導通の制御を行うため、各トランジスタのゲートには、配線が接続されている。具体的には、トランジスタOTrのゲートは配線OSLと電気的に接続され、トランジスタLTrのゲートは配線LSLと電気的に接続されている。加えて、トランジスタTra[1]乃至トランジスタTra[6]のそれぞれのゲートは、配線a[1]乃至配線a[6]の各々と電気的に接続されている。トランジスタOTrGのゲートは配線OGLと電気的に接続され、トランジスタLTrGのゲートは配線LGLと電気的に接続されている。トランジスタTrb[1]乃至トランジスタTrb[7]のそれぞれのゲートは、配線b[1]乃至配線b[7]の各々と電気的に接続されている。
また、デジタルアナログ変換回路200Bは、デジタルアナログ変換回路200Aにおいて、スイッチSE[1]乃至スイッチSE[6]をセレクタSC[1]乃至セレクタSC[6]としている。更に、スイッチSE[J](Jは1以上6以下の整数である。)の第1乃至第3端子をそれぞれ端子SCT1、端子SCT2、端子SCT3としている。
セレクタSC[J]について、図4(B)を用いて、説明する。セレクタSC[J]は、アナログスイッチSWc1と、アナログスイッチSWc2と、インバータ回路INVと、を有する。
端子SCT1は、アナログスイッチSWc1の第1入出力端子と、アナログスイッチSWc2の第1入出力端子と、に電気的に接続され、端子SCT2は、アナログスイッチSWc2の第2入出力端子に電気的に接続され、端子SCT3は、アナログスイッチSWc1の第2入出力端子に電気的に接続されている。配線c[J]は、アナログスイッチSWc1の第1制御端子と、アナログスイッチSWc2の第1制御端子と、インバータ回路INVの入力端子と、に電気的に接続されている。インバータ回路INVの出力端子は、アナログスイッチSWc1の第2制御端子と、アナログスイッチSWc2の第2制御端子と、に電気的に接続されている。
つまり、図4(B)に示すセレクタSC[J]の回路図より、配線c[J]に高レベル電位を印加することで、アナログスイッチSWc1が導通状態、加えてアナログスイッチSWc2が非導通状態となる。また、配線c[J]に低レベル電位を印加することで、アナログスイッチSWc1が非導通状態、加えてアナログスイッチSWc2が導通状態となる。
なお、セレクタSC[J]の構成は、図4(B)に示す回路図に限定せず、アナログスイッチSWc1及び/又はアナログスイッチSWc2を有さない構成としてもよい。
なお、図4(A)、及び(B)のデジタルアナログ変換回路200B、及びセレクタSC[J]の一連の動作が行われるときには、配線OSL、配線LSL、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに入力される信号は、タイミングコントローラ103から送信される。すなわち、タイミングコントローラ103で、デジタルビデオデータと、しきい値検出回路102から送られたしきい値と、表示部110で駆動する表示モードと、に基づいて生成される入力信号は、上述した各配線に送られる。そのため、配線OSL、配線LSL、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれは、複数の端子ITと電気的に接続されている。
次に、図5に示すタイミングチャートを用いて、デジタルアナログ変換回路200Bの動作例について説明する。
図5に示すタイミングチャートは、配線OSL、配線LSL、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]、端子OT、及び端子LTの電位の変動を示している。配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]には、それぞれ高レベル電位(図5では、Highと表記している。)、又は、低レベル電位(図5では、Lowと表記している。)の一方が印加される。なお、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]に印加される電位は、高レベル電位、及び低レベル電位に限定せず、アナログ電位であってもよい。
また、配線OSL、配線LSL、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、及び配線c[1]乃至配線c[6]は、複数の端子ITを介して、タイミングコントローラ103と電気的に接続されている。つまり、配線OSL、配線LSL、配線OGL、配線LGL、配線a[1]乃至配線a[6]、配線b[1]乃至配線b[7]、及び配線c[1]乃至配線c[6]には、デジタルアナログ変換回路200Bに入力されるデジタルビデオデータ、外光の照度に応じたデジタルビデオデータのしきい値、及び表示部110で駆動する表示モードを選択する信号、デジタルアナログ変換回路200Bを初期化するための信号が送られる。
<<初期化>>
初めに、初期化の動作について説明する。この動作によって、デジタルアナログ変換回路200Bの有する容量素子C[0]乃至容量素子C[6]に保持されたそれぞれの電位をゼロ電位にする。なお、図5のタイミングチャートではその期間をInitと記載しており、時刻T0から時刻T1までの期間において初期化の動作を行っている。
時刻T0から時刻T1までにおいて、配線OSL及び配線LSLのそれぞれに低レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTr、及びトランジスタLTrのそれぞれが非導通状態となり、端子OT、及び端子LTからの信号の出力は行われない。
時刻T0から時刻T1までにおいて、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTrG、及びトランジスタLTrGのそれぞれが導通状態となり、オペアンプOP1の非反転入力端子、及びオペアンプOP2の非反転入力端子のそれぞれにGND電位が印加される。
オペアンプOP1、及びオペアンプOP2のそれぞれの接続構成は、ボルテージフォロワ回路の構成となっているので、出力端子に出力される電位は、非反転入力端子に入力された電位となる。
また、トランジスタOTrG、及びトランジスタLTrGのそれぞれが導通状態となることにより、容量素子C[0]の一対の電極の一方にもGND電位が印加される。容量素子C[0]の一対の電極の他方は、配線GNDLが接続されているため、容量素子C[0]の保持する電位は、ゼロ電位となる。
また、時刻T0から時刻T1までにおいて、配線a[1]乃至配線a[6]のそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTra[1]乃至トランジスタTra[6]のそれぞれが導通状態となり、容量素子C[1]乃至容量素子C[6]のそれぞれの一対の電極の一方にGND電位が印加される。
更に、時刻T0から時刻T1までにおいて、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに低レベル電位が印加される。これにより、セレクタSC[1]乃至セレクタSC[6]のそれぞれの、端子SCT1と端子SCT2が電気的に接続された状態となる。したがって、容量素子C[1]乃至容量素子C[6]のそれぞれの一対の電極の他方には、配線GNDLからGND電位が印加される。
このため、容量素子C[1]乃至容量素子C[6]のそれぞれが保持する電位は、ゼロ電位となる。
加えて、時刻T0から時刻T1までにおいて、配線b[1]乃至配線b[7]のそれぞれに低レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTrb[1]乃至トランジスタTrb[7]のそれぞれが非導通状態となるので、配線VOL及び配線VLLから、デジタルアナログ変換回路200Bへの電位の印加が行われない。
なお、時刻T0から時刻T1まででは、セレクタSC[1]乃至セレクタSC[6]の端子SCT1−端子SCT3間が電気的に接続されていない状態なので、セレクタSC[1]乃至セレクタSC[6]のそれぞれの端子SCT3に、配線VOL又は配線VLLからの電位が印加されていてもよい。ただし、トランジスタTrb[1]乃至トランジスタTrb[7]の全てを導通状態にする場合、配線VOL−配線VLL間において、電流が流れるため、消費電力が増加することがある。これを防ぐため、時刻T0から時刻T1までにおいて、トランジスタTrb[1]乃至トランジスタTrb[7]のうち、少なくとも一が非導通状態にする必要がある。
<<OELモード>>
次に、初期化の動作を行った後に、表示パネルOPに画像を表示するときのデジタルアナログ変換回路200Bの動作例について説明する。時刻T1から時刻T2までの期間において、タイミングコントローラ103で各ソースラインに割り振られたデジタルビデオデータに対して、外光に応じたしきい値が定められる。これにより、デジタルビデオデータの階調が定められる。そして、該しきい値と、デジタルビデオデータと、表示モード(自発光モード、又はOELモード)と、に基づくデジタル信号がデジタルアナログ変換回路200Bに送られる。デジタルアナログ変換回路200Bに送られた該デジタル信号をアナログ信号に変換して、表示パネルOPに送ることによって、階調が調整された画像を表示パネルOPに表示することができる。
例えば、時刻T1において、着目するソースラインに割り振られたデジタルビデオデータを、「110101」とする。また、外光強度によって定められるしきい値を、下位2ビットとする。つまり、表示パネルOPの発光強度は、デジタルビデオデータの上位4ビットが寄与するので、該ソースラインに電気的に接続されているデジタルアナログ変換回路200Bの端子OTから出力されるアナログ値は、デジタルビデオデータ「110100」がアナログ変換されたものとなる。
時刻T1から時刻T2までにおいて、配線OSLに高レベル電位が印加され、配線LSLに低レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTrは導通状態となり、トランジスタLTrは非導通状態となる。
時刻T1から時刻T2までにおいて、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに低レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTrG、及びトランジスタLTrGのそれぞれは非導通状態となる。
また、時刻T1から時刻T2までにおいて、配線a[1]乃至配線a[6]のそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTra[1]乃至トランジスタTra[6]のそれぞれは導通状態となる。
加えて、時刻T1から時刻T2までにおいて、配線b[1]に低レベル電位が印加され、配線b[2]乃至配線b[7]のそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTrb[1]は非導通状態となり、トランジスタTrb[2]乃至トランジスタTra[7]のそれぞれは導通状態となる。したがって、セレクタSC[1]乃至セレクタSC[7]のそれぞれの端子SCT3には、配線VOLから電位Voelが印加される。
更に、時刻T1から時刻T2までにおいて、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに、デジタルビデオデータ「110100」の各ビットに相当する電位が印加される。具体的には、Jビット目が「1」であるとき、配線c[J]には高レベル電位が印加され、また、Jビット目が「0」であるとき、配線c[J]には低レベル電位が印加される。つまり、配線c[3]、配線c[5]、及び配線c[6]には高レベル電位が印加され、配線c[1]、配線c[2]、及び配線c[4]には低レベル電位が印加されることになる。
これにより、セレクタSC[3]、セレクタSC[5]、セレクタSC[6]はそれぞれ、端子SCT1−端子SCT3間が電気的に接続状態、かつ端子SCT1−端子SCT2間が電気的に非接続状態となり、セレクタSC[1]、セレクタSC[2]、セレクタSC[4]はそれぞれ、端子SCT1−端子SCT3間が電気的に非接続状態、かつ端子SCT1−端子SCT2間が電気的に接続状態となる。したがって、容量素子C[3]、容量素子C[5]、及び容量素子C[6]のそれぞれの一対の電極の他方には、セレクタSC[3]、セレクタSC[5]、セレクタSC[6]のそれぞれの端子SCT3に入力された電位Voelが印加される。同時に、容量素子C[1]、容量素子C[2]、及び容量素子C[4]のそれぞれの一対の電極の他方には、配線GNDLから、セレクタSC[1]、セレクタSC[2]、セレクタSC[4]のそれぞれの端子SCT1−端子SCT3間を介して、GND電位が印加される。
ところで、容量素子C[0]乃至容量素子C[6]のそれぞれの容量値の比は、式(E1)より、C[0]:C[1]:C[2]:C[3]:C[4]:C[5]:C[6]=1:1:2:4:8:16:32となる。
また、時刻T1から時刻T2までにおける、デジタルアナログ変換回路200Bの接続構成は図6(A)に示す回路と等価となる。つまり、オペアンプOP1及びオペアンプOP2の非反転入力端子に印加される電位は、上述の容量比、及び図6(A)の接続構成から求めることができる。容量素子C[3]、容量素子C[5]、及び容量素子C[6]の和と、容量素子C[0]、容量素子C[1]、容量素子C[2]、及び容量素子C[4]の和と、の比は、52:12となるので、容量素子C[1]、容量素子C[2]、及び容量素子C[4]のそれぞれの一対の電極の一方の電位は、52Voel/(52+12)=13Voel/16となる。したがって、オペアンプOP1及びオペアンプOP2の非反転入力端子に印加される電位は、13Voel/16となる。ただし、この計算では、オペアンプOP1、及びオペアンプOP2のそれぞれの非反転入力端子における寄生抵抗の影響を限りなく小さいものとしている。
したがって、端子OTから電位13Voel/16が出力されることになる。また、このとき、トランジスタLTrが非導通状態となっているため、端子LTからの信号の出力は行われない。
ところで、上記では、デジタルビデオデータの値が「110101」で、かつしきい値が2ビットの場合について説明をした。ここでは、デジタルビデオデータを任意の値とし、かつしきい値が2ビットの場合において、端子OTから出力される電位について説明する。この場合も、デジタルビデオデータの、しきい値以下のビットはすべて「0」となるので、下位2ビットに相当する配線c[1]及び配線c[2]のそれぞれには低レベル電位が印加される。上位4ビット(3ビット乃至6ビットの値)は、「0000」乃至「1111」の16値のいずれかを取ることになるので、配線c[3]乃至配線c[6]のそれぞれには、各ビットの値に応じた電位が入力される(具体的には、上述したとおり、Jビット目が「1」であるとき、配線c[J]には高レベル電位が印加され、また、Jビット目が「0」であるとき、配線c[J]には低レベル電位が印加される。)。つまり、しきい値を2ビットと定めることにより、電源電位Voelを16段階に等しく分割することができ、上位4ビットの値によって、端子OTから出力される電位は該16段階の高さのいずれか一に定まる。具体的には、上位4ビットの「0000」乃至「1111」の値によって、それぞれ、GND電位、Voel/16、Voel/8、Voel・3/16、Voel/4、Voel・5/16、Voel・3/8、Voel・7/16、Voel/2、Voel・9/16、Voel・5/8、Voel・11/16、Voel・3/4、Voel・13/16、Voel・7/8、Voel・15/16が端子OTから出力される。
上述のように、時刻T1から時刻T2までの動作を行うことで、外光環境に応じた階調信号を表示パネルOPに送信することができる。
なお、時刻T2から時刻T3までにおいて、配線a[1]乃至配線a[6]、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに高レベル電位が印加される。加えて、配線OSL、配線LSL、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに低レベル電位が印加される。つまり、上述した各配線の電位をそれぞれ、時刻T0から時刻T1までの間に印加した電位と同じにすることで、再び初期化することができる。
また、上述の階調信号を表示パネルOPが有する画素に供給するとき、該画素の選択トランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、元素M(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム又はスズ)、亜鉛の少なくとも一を含む酸化物を有することが好ましい。つまり、OSトランジスタであることが望ましい。OSトランジスタを用いることで、選択トランジスタのオフ電流を非常に小さくできるため、該画素に書き込んだ階調信号を長時間保持することができる。つまり、OELモードにおいて、デジタルアナログ変換回路200Bによる、表示パネルOPの画素に階調信号の書き換え回数を少なくすることができる。
また、該画素に書き込んだ階調信号を長時間保持することができるため、次回の表示パネルOPへの階調信号の書き換えを行う前に、表示パネルLPの画素に、表示パネルOPとは別の階調信号を送ることができる。これによって、表示パネルOPと表示パネルLPと、の両方から、同時に、外光環境に応じた階調の画像を表示することができる。
<<RLCDモード>>
続いて、表示パネルLPに画像を表示するときのデジタルアナログ変換回路200Bの動作例について、説明する。時刻T3から時刻T4までの期間において、タイミングコントローラ103で各ソースラインに割り振られたデジタルビデオデータに対して、外光に応じたしきい値が定められる。これにより、デジタルビデオデータの階調が定められる。そして、該しきい値と、デジタルビデオデータと、表示モード(反射モード、又はRLCDモード)と、に基づくデジタル信号がデジタルアナログ変換回路200Bに送られる。デジタルアナログ変換回路200Bに送られた該デジタル信号をアナログ信号に変換して、表示パネルLPに送ることによって、階調が調整された画像を表示パネルLPに表示することができる。
例えば、時刻T3において、着目するソースラインに送られてきたデジタルビデオデータを、時刻T1と同様の「110101」とする。また、外光強度によって定められるしきい値も、時刻T1と同様の下位2ビットとする。つまり、表示パネルLPの反射強度は、デジタルビデオデータの下位2ビットが寄与するので、該ソースラインに電気的に接続されているデジタルアナログ変換回路200Bの端子LTから出力されるアナログ値は、「01」がアナログ変換されたものとなる。
時刻T3において、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに低レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTrG、及びトランジスタLTrGのそれぞれは非導通状態となる。
時刻T4において、配線a[3]に低レベル電位が印加され、配線a[1]、配線a[2]のそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTra[3]は、非導通状態となり、トランジスタTra[1]、トランジスタTra[2]のそれぞれは導通状態となる。なお、トランジスタTra[4]、トランジスタTra[5]、トランジスタTra[6]のそれぞれは、導通状態、又は非導通状態のどちらもでもよい。つまり、配線a[4]乃至配線a[6]に印加される電位は、高レベル電位、又は低レベル電位のどちらでもよい(図5のタイミングチャートでは、配線a[4]乃至配線a[6]の電位を低レベル電位としている。)。
時刻T5において、配線b[3]に低レベル電位が印加され、配線b[1]、配線b[2]のそれぞれに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタTrb[3]は、非導通状態となり、トランジスタTrb[1]、トランジスタTrb[2]のそれぞれは導通状態となる。なお、トランジスタTrb[4]、トランジスタTrb[5]、トランジスタTrb[6]、トランジスタTrb[7]のそれぞれは、導通状態、又は非導通状態のどちらもでもよい。つまり、配線b[4]乃至配線b[7]に印加される電位は、高レベル電位、又は低レベル電位のどちらでもよい(図5のタイミングチャートでは、配線b[4]乃至配線b[7]の電位を低レベル電位としている。)。
加えて、時刻T5において、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに、デジタルビデオデータ「01」の各ビットに相当する電位が印加される。具体的には、Jビット目が「1」であるとき、配線c[J]には高レベル電位が印加され、また、Jビット目が「0」であるとき、配線c[J]には低レベル電位が印加される。つまり、配線c[1]には高レベル電位が印加され、配線c[2]には低レベル電位が印加されることになる。なお、上位4ビットに対応する配線c[3]乃至配線c[6]に印加される電位は、高レベル電位、又は低レベル電位のどちらでもよい(図5のタイミングチャートでは、配線c[3]乃至配線c[6]の電位を低レベル電位としている。)。
これにより、セレクタSC[1]は、端子SCT1−端子SCT3間が電気的に接続状態、かつ端子SCT1−端子SCT2間が電気的に非接続状態となり、セレクタSC[2]乃至セレクタSC[6]は、端子SCT1−端子SCT3間が電気的に非接続状態、かつ端子SCT1−端子SCT2間が電気的に接続状態となる。したがって、容量素子C[1]の一対の電極の他方には、セレクタSC[1]の端子SCT3に入力された電位Vrlcdが印加される。同時に、容量素子C[2]乃至容量素子C[6]のそれぞれの一対の電極の他方には、セレクタSC[2]乃至セレクタSC[6]のそれぞれの端子SCT2に入力された電位GNDが印加される。
更に、時刻T5において、配線OSLに低レベル電位が印加され、配線LSLに高レベル電位が印加される。これにより、トランジスタOTrは非導通状態となり、トランジスタLTrは導通状態となる。
また、時刻T5から時刻T6までの間における、デジタルアナログ変換回路200Bの接続構成は図6(B)に示す回路と等価となる。つまり、オペアンプOP1及びオペアンプOP2の非反転入力端子に印加される電位は、上述の容量比、及び図6(B)の接続構成から求めることができる。容量素子C[1]と、容量素子C[0]及び容量素子C[2]の和と、の比は、1:3となるので、容量素子C[0]及び容量素子C[2]のそれぞれの一対の電極の一方の電位は、Vrlcd/(1+3)=Vrlcd/4となる。したがって、オペアンプOP2の非反転入力端子に印加される電位は、Vrlcd/4となる。ただし、この計算では、オペアンプOP2のそれぞれの非反転入力端子における寄生抵抗の影響を限りなく小さいものとしている。
したがって、端子LTから電位Vrlcd/4が出力されることになる。また、このとき、トランジスタOTrが非導通状態となっているため、端子OTからの信号の出力は行われない。
ところで上記では、デジタルビデオデータの値が「110101」で、かつしきい値が2ビットの場合について説明をした。ここでは、デジタルビデオデータを任意の値とし、かつしきい値が2ビットの場合において、端子LTから出力される電位について説明する。この場合も、デジタルビデオデータの、しきい値より高いビットの値は参照しなくてもよい。しきい値以下の下位2ビットは、「00」乃至「11」の4値のいずれかを取ることになるので、配線c[1]及び配線c[2]のそれぞれには、各ビットの値に応じた電位が入力される(具体的には、上述したとおり、Jビット目が「1」であるとき、配線c[J]には高レベル電位が印加され、また、Jビット目が「0」であるとき、配線c[J]には低レベル電位が印加される。)。つまり、しきい値を2ビットと定めることにより、電源電位Vrlcdを4段階に等しく分割することができ、下位2ビットの値によって、端子LTから出力される電位は該4段階の高さのいずれか一に定まる。具体的には、下位2ビットの「00」乃至「11」の値によって、それぞれ、GND電位、Vrlcd/4、Vrlcd/2、Voel・3/4が端子LTから出力される。
上述のように、時刻T3から時刻T6までの動作を行うことで、外光環境に応じた階調信号を表示パネルLPに送信することができる。
なお、時刻T6から時刻T7までにおいて、配線a[1]乃至配線a[6]、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに高レベル電位が印加される。加えて、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれに低レベル電位が印加される。つまり、上述した各配線の電位をそれぞれ、時刻T0から時刻T1までの間に印加した電位と同じにすることで、再び初期化することができる。また、時刻T4では、時刻T1と同様に、配線a[1]乃至配線a[6]、配線OGL及び配線LGLのそれぞれに低レベル電位が印加され、配線b[1]乃至配線b[7]、配線c[1]乃至配線c[6]のそれぞれには引き続き低レベル電位が印加される。
また、上述の階調信号を表示パネルLPが有する画素に供給するとき、該画素の選択トランジスタのチャネル形成領域は、インジウム、元素M(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム又はスズ)、亜鉛の少なくとも一を含む酸化物を有することが好ましい。つまり、OSトランジスタであることが望ましい。OSトランジスタを用いることで、選択トランジスタのオフ電流を非常に小さくできるため、該画素に書き込んだ階調信号を長時間保持することができる。つまり、RLCDモードにおいて、デジタルアナログ変換回路200Bによる、表示パネルLPの画素に階調信号の書き換え回数を少なくすることができる。
また、OELモードで説明した内容と同様に、該画素に書き込んだ階調信号を長時間保持することができるため、次回の表示パネルLPの階調情報の書き換えを行う前に、有機ELパネルの階調情報の書き換えを行うことができる。これによって、表示パネルOPと表示パネルLPと、の両方から、同時に、外光環境に応じた階調の画像を表示することができる。
<動作方法>
次に、図1に示す半導体装置100と表示部110における、外光の照度を計測して、表示装置の階調を調節する動作方法の例について、説明する。
図7に、該動作方法のフローチャートを示す。該動作方法は、ステップST1乃至ステップST10を有し、ステップST1乃至ステップST10の動作を行うことで、表示装置の階調を調節する。
<<ステップST1>>
ステップST1では、照度計101による外光の照度の計測が行われる。照度計101として、例えば、フォトダイオードによる光検出器を用いた場合、生じる電流の量を計測することによって、照度を見積もることができる。
<<ステップST2>>
ステップST2では、ステップST1によって計測した照度をしきい値検出回路102に転送する処理が行われる。このとき、該照度は、アナログデータ、又はデジタルデータとして、転送される。
<<ステップST3>>
ステップST3では、表示部110が画像を表示するときの表示輝度のダイナミックレンジを取得する動作が行われる。該ダイナミックレンジは、ステップST2で送られてきた該照度のデータに基づいて、しきい値検出回路102によって決定される。加えて、ステップST3では、該ダイナミックレンジを元に、デジタルビデオデータのしきい値を取得する。これにより、表示パネルOPの発光強度に寄与する上位ビット長と、表示パネルLPの反射強度に寄与する下位ビット長と、が決定される。
<<ステップST4>>
ステップST4では、外部からタイミングコントローラ103に、デジタルビデオデータが入力される。加えて、ステップST3で取得したしきい値の情報が、タイミングコントローラ103に送られる。
<<ステップST5>>
ステップST5では、回路104の初期化が行われる。具体的には、回路104が有する複数のデジタルアナログ変換回路200で、図5のタイミングチャートに示した時刻T0から時刻T1までの動作が行われる。
<<ステップST6>>
ステップST6及びステップST7では、表示パネルOPに階調信号を送信するための処理が行われる。ステップST6では、タイミングコントローラ103において、ステップST4で転送されたしきい値と、デジタルビデオデータと、に基づいて、回路104に入力するための表示パネルOP用の信号を生成する。そして、該信号は、回路104によって表示パネルOPに入力するためのアナログ値に変換される。変換されたアナログ値は、階調信号として、端子OTに出力される。具体的には、図5のタイミングチャートに示した時刻T1から時刻T2までの動作が行われる。
<<ステップST7>>
ステップST7では、ステップST6で生成した階調信号を表示パネルOPに送信して、表示パネルOPが有する画素に階調信号を保持する。そして、表示パネルOPは、各画素に保持された階調信号に基づいて、画像を表示する。
<<ステップST8>>
ステップST8では、ステップST5と同様に、回路104の初期化が行われる。具体的には、回路104が有する複数のデジタルアナログ変換回路200で、図5のタイミングチャートに示した時刻T2から時刻T3までの動作が行われる。
<<ステップST9>>
ステップST9、及びステップST10では、表示パネルLPに階調信号を送信するための処理が行われる。ステップST9では、タイミングコントローラ103において、ステップST4で転送されたしきい値と、デジタルビデオデータと、に基づいて、回路104に入力するための表示パネルLP用の信号を生成する。そして、該信号は、回路104によって表示パネルLPに入力するためのアナログ値に変換される。変換されたアナログ値は、階調信号として、端子LTに出力される。具体的には、図5のタイミングチャートに示した時刻T3から時刻T6までの動作が行われる。
<<ステップST10>>
ステップST10では、ステップST9で生成した階調信号を表示パネルLPに送信して、表示パネルLPが有する画素に階調信号を保持する。そして、表示パネルLPは、各画素に保持された階調信号に基づいて、画像を表示する。
ステップST10より先の動作は、ステップST1に戻り、再度照度計により照度を計測して、表示パネルOP及び表示パネルLPの表示する画像、及び階調の更新を行う。
また、本発明の一態様の動作方法は、上述のステップST1乃至ステップST10に限定されない。本明細書等において、フローチャートに示す処理は、機能毎に分類し、互いに独立したステップとして示している。しかしながら実際の処理等においては、フローチャートに示す処理を機能毎に切り分けることが難しく、一つのステップに複数のステップが係わる場合や、複数のステップにわたって一つのステップが関わる場合があり得る。そのため、フローチャートに示す処理は、明細書で説明したステップ毎に限定されず、状況に応じて適切に入れ換えることができる。具体的には、状況に応じて、場合によって、又は、必要に応じて、ステップの順序の入れ替え、ステップの追加、及び削除などを行うことができる。
例えば、表示パネルOP及び表示パネルLPに階調信号を送る順序は、図7のフローチャートに限定されないので、ステップST6及びステップST7と、ステップST9及びステップST10と、を入れ替えてもよい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1で説明した半導体装置をソースドライバ回路に適用した例を示す。
<ソースドライバ回路>
図8に本発明の一態様に係るソースドライバ回路の一例を示す。ソースドライバ回路300は、LVDSレシーバ310(Low Voltage Differential Signaling)と、シリアルパラレル変換回路320と、シフトレジスタ回路330と、ラッチ回路340と、レベルシフタ350と、回路360と、容量アレイ回路370と、外部補正回路380と、BGR回路390(Band Gap Reference)と、バイアスジェネレータ400と、バッファアンプ500と、を有している。なお、図8では、ソースドライバ回路300は、バイアスジェネレータ400を2つ有している。なお、ソースドライバ回路300は、例として8ビットの映像データを扱うドライバ回路とする。
LVDSレシーバ310は、外部のホストプロセッサと電気的に接続されている。LVDSレシーバ310は、該ホストプロセッサからのビデオ信号を受信する機能を有し、LVDSレシーバ310は、差動信号をシングルエンドの信号に変換して、シリアルパラレル変換回路320に該信号を送信する。図8では、ビデオ信号として、アナログ電圧信号DA,DB0、アナログ電圧信号DA,DB1、アナログ電圧信号DA,DB2、アナログ電圧信号DA,DB3、アナログ電圧信号DA,DB4、アナログ電圧信号DA,DB5、アナログ電圧信号DA,DB6、及びアナログ電圧信号DA,DB7がLVDSレシーバに入力されている。なお、LVDSレシーバ310は、クロック信号CLOCK及びクロック信号CLOCKBの入力により、逐次動作が行われ、また、LVDSレシーバ310は、スタンバイ信号STBYにより、スタンバイ状態にする(一時停止する)ことができる。なお、クロック信号CLOCKBは、クロック信号CLOCKの反転信号である。
シリアルパラレル変換回路320は、LVDSレシーバ310と電気的に接続されている。シリアルパラレル変換回路320は、LVDSレシーバ310からのシングルエンドの信号を受信する機能を有し、シリアルパラレル変換回路320は、シングルエンドの信号をパラレル変換して、BUS[127:0]の信号として内部バスに送信する。
シフトレジスタ回路330は、シリアルパラレル回路と電気的に接続され、ラッチ回路340はシフトレジスタ回路330と電気的に接続されている。シフトレジスタ回路330は、シリアルパラレル変換回路320と同期して、内部バス上のデータを各ラインのラッチ回路340に格納するタイミングを指定する機能を有する。
レベルシフタ350は、ラッチ回路340と電気的に接続されている。レベルシフタ350は、ラッチ回路340に全てのラインのデータが格納されたときに、それぞれのデータをレベルシフトする機能を有する。
回路360は、レベルシフタ350と電気的に接続されている。回路360は、実施の形態1で説明した照度計及びしきい値検出回路によって算出したしきい値の情報(図8ではTHRESHOLDと記載している。)を受信し、該しきい値の情報と、ビデオデータと、に基づいて、後述する容量アレイ回路370に入力する信号を生成する。
また、LVDSレシーバ310と、シリアルパラレル変換回路320と、シフトレジスタ回路330と、ラッチ回路340と、回路360によって、実施の形態1で説明したタイミングコントローラ103が構成される。なお、回路360を設ける箇所は、図8のソースドライバ回路300に限定されない。例えば、シリアルパラレル変換回路320に回路360の機能を有して、該しきい値の情報と、ビデオデータと、に基づく信号を出力する構成としてもよい。
容量アレイ回路370は、回路360と電気的に接続されている。なお、容量アレイ回路370と、後述するバッファアンプ500と、によって実施の形態1で説明したデジタルアナログ変換回路200が構成される。容量アレイ回路370には、表示パネルOPへの電源電位であるVoel、表示パネルLPへの電源電位であるVrlcd、接地電位GNDが入力され、該信号に応じた電位をバッファアンプ500に出力する。つまり、容量アレイ回路370は、該電位の供給によって、レベルシフトされた各データをデジタルアナログ変換する機能を有する。
バッファアンプ500は、容量アレイ回路370と電気的に接続されている。バッファアンプ500は、デジタルアナログ変換されたデータを増幅して、データ信号として増幅されたデータ(図8ではS[2159:0]と記載)を画素アレイに送信する機能を有する。
BGR回路390は、ソースドライバ回路300を駆動するための基準となる電圧を生成する機能を有する。BGR回路390は、バイアスジェネレータの一方及び他方のそれぞれと電気的に接続されている。
バイアスジェネレータ400の一方は、BGR回路390と、バッファアンプ500と、に電気的に接続されている。バイアスジェネレータ400の一方は、BGR回路390で生成した基準となる電圧から、バッファアンプ500を動作させるためのバイアス電圧を生成する機能を有する。なお、バイアスジェネレータ400の一方には、LVDSレシーバ310と同じタイミングでスタンバイ信号STBYが入力され、この信号によって、バイアスジェネレータ400の一方をスタンバイ状態にする(一時停止する)ことができる。
バイアスジェネレータ400の他方は、外部補正回路380に電気的に接続されている。バイアスジェネレータ400の他方は、BGR回路390で生成した基準となる電圧から、外部補正回路380を動作させるためのバイアス電圧を生成する機能を有する。なお、外部補正回路380を動作させる必要が無いとき、バイアスジェネレータ400の他方には、スタンバイ信号CMSTBYが送信され、この信号によって、バイアスジェネレータ400の他方をスタンバイ状態にする(一時停止する)ことができる。
外部補正回路380は、画素回路が有するトランジスタと電気的に接続されている。画素アレイにおいて、それぞれの画素トランジスタに電圧電流特性のバラツキが存在する場合、その表示装置に映す画像に対して影響を与えるため、表示装置の表示品位の低下を引き起こす要因となる。外部補正回路380は、該画素トランジスタに流れる電流量を計測して、該電流量に応じて該画素トランジスタに流れる電流量を適切にする機能を有する。なお、外部補正回路380には、セット信号CMSETが入力され、この信号によって、外部補正回路380の初期化が行われる。また、外部補正回路380には、クロック信号CMCLKが入力され、この信号によって外部補正回路380が動作する。また、外部補正回路380には、画素回路が有するトランジスタからの信号(図8ではS[719:0]と記載)が入力され、外部補正回路380に別に印加されている参照電位VREF1、及び参照電位VREF2を基準として、画像補正に関する判定が行われる。その補正に関する判定結果を、出力信号としてCMOUT[11:0]がソースドライバ回路300の外部にあるイメージプロセッサに送信される。該イメージプロセッサはCMOUT[11:0]の内容に基づいて、映像データの補正を行う。
なお、本発明の一態様は、図8に示すソースドライバ回路300に限定せず、外部補正回路380を有する構成でなくてもよい。例えば、外部補正回路380の代わりに、画素アレイが有するそれぞれの画素に補正回路を設ける構成であってもよい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態3)
本実施の形態では、上述の実施の形態で説明した半導体装置を電子部品に適用する例について、図9を用いて説明する。
<電子部品>
図9(A)では上述の実施の形態で説明し半導体装置を記憶装置として電子部品に適用する例について説明する。なお電子部品は、半導体パッケージ、又はIC用パッケージともいう。この電子部品は、端子取り出し方向や、端子の形状に応じて、複数の規格や名称が存在する。そこで、本実施の形態では、その一例について説明することにする。
上記実施の形態1に示すような、トランジスタ、容量素子などによって構成される半導体装置は、組み立て工程(後工程)を経て、プリント基板に脱着可能な部品が複数合わさることで完成する。
後工程については、図9(A)に示す各工程を経ることで完成させることができる。具体的には、前工程で得られる素子基板が完成(ステップSTP1)した後、基板の裏面を研削する(ステップSTP2)。この段階で基板を薄膜化することで、前工程での基板の反り等を低減し、部品としての小型化を図るためである。
基板の裏面を研削して、基板を複数のチップに分離するダイシング工程を行う(ステップSTP3)。そして、分離したチップを個々にピックアップしてリードフレーム上に搭載し接合する、ダイボンディング工程を行う(ステップSTP4)。このダイボンディング工程におけるチップとリードフレームとの接着は、樹脂による接着や、テープによる接着等、適宜製品に応じて適した方法を選択する。なお、ダイボンディング工程は、インターポーザ上に搭載し接合してもよい。
なお、本実施の形態において、基板の一方の面に素子が形成されていたとき、基板の一方の面を表面とし、該基板の他方の面(該基板の素子が形成されていない側の面)を裏面とする。
次いでリードフレームのリードとチップ上の電極とを、金属の細線(ワイヤー)で電気的に接続する、ワイヤーボンディングを行う(ステップSTP5)。金属の細線には、銀線や金線を用いることができる。また、ワイヤーボンディングは、ボールボンディングや、ウェッジボンディングを用いることができる。
ワイヤーボンディングされたチップは、エポキシ樹脂等で封止される、モールド工程が施される(ステップSTP6)。モールド工程を行うことで電子部品の内部が樹脂で充填され、機械的な外力による内蔵される回路部やワイヤーに対するダメージを低減することができ、また水分や埃による特性の劣化を低減することができる。
次いでリードフレームのリードをメッキ処理する。そしてリードを切断及び成形加工する(ステップSTP7)。このめっき処理によりリードの錆を防止し、後にプリント基板に実装する際のはんだ付けをより確実に行うことができる。
次いでパッケージの表面に印字処理(マーキング)を施す(ステップSTP8)。そして最終的な検査工程(ステップSTP9)を経て電子部品が完成する(ステップSTP10)。
以上説明した電子部品は、上述の実施の形態で説明した半導体装置を含む構成とすることができる。そのため、信頼性に優れた電子部品を実現することができる。
また、完成した電子部品の斜視模式図を図9(B)に示す。図9(B)では、電子部品の一例として、QFP(Quad Flat Package)の斜視模式図を示している。図9(B)に示す電子部品4700は、リード4701及び回路部4703を示している。図9(B)に示す電子部品4700は、例えばプリント基板4702に実装される。このような電子部品4700が複数組み合わされて、それぞれがプリント基板4702上で電気的に接続されることで電子機器の内部に搭載することができる。完成した回路基板4704は、電子機器等の内部に設けられる。
なお、本発明の一態様は、上記の電子部品4700の形状に限定せず、ステップSTP1において作製された素子基板も含まれる。また、本発明の一態様である素子基板は、ステップSTP2の基板の裏面の研削作業まで行った素子基板も含まれる。また、本発明の一態様である素子基板は、ステップSTP3のダイシング工程まで行った素子基板も含まれる。例えば、図9(C)に示す半導体ウェハ4800などが該素子基板に相当する。半導体ウェハ4800には、そのウェハ4801の上面に複数の回路部4802が形成されている。なお、ウェハ4801の上面において、回路部4802の無い部分は、スペーシング4803であり、ダイシング用の領域である。
ダイシングは、一点鎖線で示したスクライブラインSCL1及びスクライブラインSCL2(ダイシングライン、又は切断ラインと呼ぶ場合がある)に沿って行われる。なお、スペーシング4803は、ダイシング工程を容易に行うために、複数のスクライブラインSCL1が平行になるように設け、複数のスクライブラインSCL2が平行になるように設け、スクライブラインSCL1とスクライブラインSCL2が垂直になるように設けるのが好ましい。
ダイシング工程を行うことにより、図9(D)に示すようなチップ4800aを、半導体ウェハ4800から切り出すことができる。チップ4800aは、ウェハ4801aと、回路部4802と、スペーシング4803aと、を有する。なお、スペーシング4803aは、極力小さくなるようにするのが好ましい。この場合、隣り合う回路部4802の間のスペーシング4803の幅が、スクライブラインSCL1の切りしろと、又はスクライブラインSCL2の切りしろとほぼ同等の長さであればよい。
なお、本発明の一態様の素子基板の形状は、図9(C)に図示した半導体ウェハ4800の形状に限定されない。例えば、図9(E)に示す矩形形の半導体ウェハ4810あってもよい。素子基板の形状は、素子の作製工程、及び素子を作製するための装置に応じて、適宜変更することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態4)
本実施の形態では、実施の形態1で説明した半導体装置を有する電子機器について説明する。
図10は、タブレット型の情報端末5200であり、筐体5221、表示部5222、操作ボタン5223、スピーカ5224を有する。また、表示部5222に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしてもよい。また、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。あるいは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。また、操作ボタン5223に情報端末5200を起動する電源スイッチ、情報端末5200のアプリケーションを操作するボタン、音量調整ボタン、又は表示部5222を点灯、あるいは消灯するスイッチなどのいずれかを備えることができる。また、図10に示した情報端末5200では、操作ボタン5223の数を4個示しているが、情報端末5200の有する操作ボタンの数及び配置は、これに限定されない。
また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、マイクを有する構成であってもよい。この構成により、例えば、情報端末5200に携帯電話のような通話機能を付することができる。
また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、カメラを有する構成であってもよい。また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、フラッシュライト、又は照明の用途として発光装置を有する構成であってもよい。
また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、筐体5221の内部にセンサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線などを測定する機能を含むもの)を有する構成であってもよい。特に、ジャイロ、加速度センサなどの傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、図10に示す情報端末5200の向き(鉛直方向に対して情報端末がどの向きに向いているか)を判断して、表示部5222の画面表示を、情報端末5200の向きに応じて自動的に切り替えるようにすることができる。
また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、指紋、静脈、虹彩、又は声紋など生体情報を取得する装置を有する構成であってもよい。この構成を適用することによって、生体認証機能を有する情報端末5200を実現することができる。
また、図示していないが、図10に示した情報端末5200は、マイクを有する構成であってもよい。この構成を適用することによって、情報端末5200に通話機能を付することができる。また、情報端末5200に音声解読機能を付することができる場合がある。情報端末5200に音声解読機能を設けることで、音声認識によって情報端末5200を操作する機能、更には、音声や会話を判読して会話録を作成する機能、などを情報端末5200に有することができる。これにより、例えば、会議などの議事録作成として活用することができる。
また、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(実施の形態5)
本実施の形態では、実施の形態4で説明した図10のタブレット型端末などに備えることのできる入出力装置について、説明する。
図11は、入出力装置に用いることができるタッチパネル2000TP1の構成を説明する図である。図11(A)はタッチパネルの上面図であり、図11(B−1)はタッチパネルの入力部の一部を説明する模式図であり、図11(B−2)は図11(B−1)に示す構成の一部を説明する模式図である。図11(C)は、タッチパネルが備える表示部の一部を説明する模式図である。
図12(A)は図11(C)に示すタッチパネルの画素の構成の一部を説明する下面図であり、図12(B)は図12(A)に示す構成の一部を省略して説明する下面図である。
図13及び図14はタッチパネルの構成を説明する断面図である。図13(A)は図11(A)の太線Z1−Z2、太線Z3−Z4、太線Z5−Z6における断面図であり、図13(B)は図13(A)の一部を説明する図である。
図14(A)は図11(A)の太線Z7−Z8、太線Z9−Z10、太線Z11−Z12における断面図であり、図14(B)は図14(A)の一部を説明する図である。
図15はタッチパネルの画素に用いることができる反射膜の形状を説明する模式図である。
図16はタッチパネルの入力部の構成を説明するブロック図である。
図17は、入出力装置が備える画素回路の構成を説明する回路図である。
<入出力装置の構成例>
本実施の形態で説明する入出力装置はタッチパネル2000TP1を有する(図11(A)参照)。なお、タッチパネルは表示部及び入力部を備える。
<<表示部の構成例>>
表示部は表示パネルを備え、表示パネルは列方向にm個、行方向にn個、合計m×n個の画素を有する。特に、本実施の形態では、表示パネルのi行目(iは1以上m以下の整数である。)、j列目(jは1以上n以下の整数である。)に位置する画素を画素2100(i,j)と表記する。
画素2100(i,j)は、第2の導電膜と、第1の導電膜と、第2の絶縁膜2506Bと、第1の表示素子2110(i,j)と、を備える(図14(A)参照)。
第2の導電膜は画素回路2200(i,j)と電気的に接続される。例えば、画素回路2200(i,j)のスイッチSWT1に用いるトランジスタのソース電極又はドレイン電極として機能する導電膜2522Bを、第2の導電膜に用いることができる(図14(A)及び図17参照)。
第1の導電膜は、第2の導電膜と重なる領域を備える。例えば、第1の導電膜を、第1の表示素子2110(i,j)の第1の電極2111(i,j)に用いることができる。
第2の絶縁膜2506Bは第2の導電膜と第1の導電膜の間に挟まれる領域を備え、第1の導電膜と第2の導電膜の間に挟まれる領域に開口部2602Aを備える。また、第2の絶縁膜2506Bは、第1の絶縁膜2506A及び導電膜2524Aに挟まれる領域を備える。また、第2の絶縁膜2506Bは、開口部2602Bを備える。第2の絶縁膜2506Bは、開口部2602Cを備える(図13(A)及び図14(A)参照)。
第1の導電膜は、開口部2602Aにおいて第2の導電膜と電気的に接続される。例えば、第1の電極2111(i,j)は、導電膜2522Bと電気的に接続される。ところで、第2の絶縁膜2506Bに設けられた開口部2602Aにおいて第2の導電膜と電気的に接続される第1の導電膜を、貫通電極ということができる。
第1の表示素子2110(i,j)は、第1の導電膜と電気的に接続される。
第1の表示素子2110(i,j)は、反射膜及び反射膜が反射する光の強さを制御する機能を備える。例えば、第1の表示素子2110(i,j)の反射膜に、第1の導電膜又は第1の電極2111(i,j)等を用いることができる。同様に、第1の表示素子2110(i,j+1)の反射膜に、第1の導電膜又は第1の電極2111(i,j+1)等を用いることができ、第1の表示素子2110(i,j+2)の反射膜に、第1の導電膜又は第1の電極2111(i,j+2)等を用いることができる(図15(A)参照)。なお、後述する図15(B)についても、反射膜として、第1の電極2111(i,j)、第1の電極2111(i+1,j)、第1の電極2111(i+2,j)を図示している。
第2の表示素子2120(i,j)は、第2の絶縁膜2506Bに向けて光を射出する機能を備える(図13(A)参照)。
反射膜は、第2の表示素子2120(i,j)が射出する光を遮らない領域が形成される形状を備える。
また、本実施の形態で説明する表示パネルの画素2100(i,j)が備える反射膜は、単数又は複数の開口部2111Hを備える(図15参照)。
第2の表示素子2120(i,j)は、開口部2111Hに向けて光を射出する機能を備える。なお、開口部2111Hは第2の表示素子2120(i,j)が射出する光を透過する。
例えば、画素2100(i,j)に隣接する画素2100(i,j+1)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111Hを通る行方向(図中に矢印Ro1で示す方向)に延びる直線上に配設されない(図15(A)参照)。又は、例えば、画素2100(i,j)に隣接する画素2100(i+1,j)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111Hを通る、列方向(図中に矢印Co1で示す方向)に延びる直線上に配設されない(図15(B)参照)。
例えば、画素2100(i,j+2)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111Hを通る、行方向に延びる直線上に配設される(図15(A)参照)。また、画素2100(i,j+1)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111H及び画素2100(i,j+2)の開口部2111Hの間において当該直線と直交する直線上に配設される。
又は、例えば、画素2100(i+2,j)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111Hを通る、列方向に延びる直線上に配設される(図15(B)参照)。また、例えば、画素2100(i+1,j)の開口部2111Hは、画素2100(i,j)の開口部2111H及び画素2100(i+2,j)の開口部2111Hの間において当該直線と直交する直線上に配設される。
これにより、第2の表示素子に近接する位置に第2の表示素子とは異なる色を表示する第3の表示素子を、容易に配設することができる。その結果、利便性又は信頼性に優れた表示パネルを提供することができる。
なお、例えば、第2の表示素子2120(i,j)が射出する光を遮らない領域2111Eが形成されるように、端部が切除されたような形状を備える材料を、反射膜に用いることができる(図15(C)参照)。具体的には、列方向(図中に矢印Co1で示す方向)が短くなるように端部が切除された第1の電極2111(i,j)を反射膜に用いることができる。なお、図15(C)では、第1の電極2111(i,j)と同様に、第1の電極2111(i,j+1)も図示している。
これにより、例えば同一の工程を用いて形成することができる画素回路を用いて、第1の表示素子と、第1の表示素子とは異なる方法を用いて表示をする第2の表示素子と、を駆動することができる。具体的には、反射型の表示素子を第1の表示素子に用いて、消費電力を低減することができる。又は、外光が明るい環境下において高いコントラストで画像を良好に表示することができる。又は、光を射出する第2の表示素子を用いて、暗い環境下で画像を良好に表示することができる。また、第2の絶縁膜を用いて、第1の表示素子及び第2の表示素子の間又は第1の表示素子及び画素回路の間における不純物の拡散を抑制することができる。また、制御情報に基づいて制御された電圧を供給される第2の表示素子が射出する光の一部は、第1の表示素子が備える反射膜に遮られない。その結果、利便性又は信頼性に優れた表示装置を提供することができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の画素が備える第2の表示素子2120(i,j)は、第1の表示素子2110(i,j)を用いた表示を視認できる範囲の一部において視認できるように配設される。例えば、外光を反射する強度を制御して表示する第1の表示素子2110(i,j)に外光が入射し反射する方向を、破線の矢印で図中に示す(図14(A)参照)。また、第1の表示素子2110(i,j)を用いた表示を視認できる範囲の一部に第2の表示素子2120(i,j)が光を射出する方向を、実線の矢印で図中に示す(図13(A)参照)。
これにより、第1の表示素子を用いた表示を視認することができる領域の一部において、第2の表示素子を用いた表示を視認することができる。又は、表示パネルの姿勢等を変えることなく使用者は表示を視認することができる。その結果、利便性又は信頼性に優れた表示パネルを提供することができる。
また、画素回路2200(i,j)は、信号線Sig1(j)と電気的に接続される。なお、導電膜2522Aは、信号線Sig1(j)と電気的に接続される(図14(A)及び図17参照)。また、例えば、第2の導電膜をソース電極又はドレイン電極として機能する導電膜2522Bに用いたトランジスタを、画素回路2200(i,j)のスイッチSWT1に用いることができる。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、第1の絶縁膜2506Aを有する(図13(A)参照)。
第1の絶縁膜2506Aは、第1の開口部2603A、第2の開口部2603B及び開口部2603Cを備える(図13(A)又は図14(A)参照)。
第1の開口部2603Aは、第1の中間膜2540A及び第1の電極2111(i,j)と重なる領域又は第1の中間膜2540A及び第2の絶縁膜2506Bと重なる領域を備える。
第2の開口部2603Bは、第2の中間膜2540B及び導電膜2524Aと重なる領域を備える。また、開口部2603Cは、中間膜2540C及び導電膜2524Bと重なる領域を備える。
第1の絶縁膜2506Aは、第1の開口部2603Aの周縁に沿って、第1の中間膜2540A及び第2の絶縁膜2506Bの間に挟まれる領域を備え、第1の絶縁膜2506Aは、第2の開口部2603Bの周縁に沿って、第2の中間膜2540B及び導電膜2524Aの間に挟まれる領域を備える。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、走査線G2(i)と、配線CSCOMと、第3の導電膜ANOと、信号線Sig2(j)と、を有する(図17参照)。
また、本実施の形態で説明する表示パネルの第2の表示素子2120(i,j)は、第3の電極2121(i,j)と、第4の電極2122と、発光性の材料を含む層2123(j)と、を備える(図13(A)参照)。なお、第3の電極2121(i,j)は、第3の導電膜ANOと電気的に接続され、第4の電極2122は、第4の導電膜VCOM2と電気的に接続される(図17参照)。
第4の電極2122は、第3の電極2121(i,j)と重なる領域を備える。
発光性の材料を含む層2123(j)は、第3の電極2121(i,j)及び第4の電極2122の間に挟まれる領域を備える。
第3の電極2121(i,j)は、接続部2601において、画素回路2200(i,j)と電気的に接続される。
また、本実施の形態で説明する表示パネルの第1の表示素子2110(i,j)は、液晶材料を含む層2113と、第1の電極2111(i,j)及び第2の電極2112と、を備える。第2の電極2112は、第1の電極2111(i,j)との間に液晶材料の配向を制御する電界が形成されるように配置される(図13(A)及び図14(A)参照)。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、配向膜AF1及び配向膜AF2を備える。配向膜AF2は、配向膜AF1との間に液晶材料を含む層2113を挟むように配設される。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、第1の中間膜2540Aと、第2の中間膜2540Bと、を有する。
第1の中間膜2540Aは、第2の絶縁膜2506Bとの間に第1の導電膜を挟む領域を備え、第1の中間膜2540Aは、第1の電極2111(i,j)と接する領域を備える。第2の中間膜2540Bは導電膜2524Aと接する領域を備える。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、遮光膜BMと、絶縁膜2507と、機能膜2802Pと、機能膜2802Dと、を有する。また、着色膜CF1及び着色膜CF2を有する。
遮光膜BMは、第1の表示素子2110(i,j)と重なる領域に開口部を備える。着色膜CF2は、第2の絶縁膜2506B及び第2の表示素子2120(i,j)の間に配設され、開口部2111Hと重なる領域を備える(図13(A)参照)。
絶縁膜2507は、着色膜CF1と液晶材料を含む層2113の間又は遮光膜BMと液晶材料を含む層2113の間に挟まれる領域を備える。これにより、着色膜CF1の厚さに基づく凹凸を平坦にすることができる。又は、遮光膜BM又は着色膜CF1等から液晶材料を含む層2113への不純物の拡散を、抑制することができる。
機能膜2802Pは、第1の表示素子2110(i,j)と重なる領域を備える。
機能膜2802Dは、第1の表示素子2110(i,j)と重なる領域を備える。機能膜2802Dは、第1の表示素子2110(i,j)との間に基板2802を挟むように配設される。これにより、例えば、第1の表示素子2110(i,j)が反射する光を拡散することができる。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、基板2801と、基板2802と、機能層2581と、を有する。
基板2802は、基板2801と重なる領域を備える。
機能層2581は、基板2801及び基板2802の間に挟まれる領域を備える。機能層2581は、画素回路2200(i,j)と、第2の表示素子2120(i,j)と、絶縁膜2502と、絶縁膜2501と、を含む。また、機能層2581は、絶縁膜2503及び絶縁膜2504を含む(図13(A)及び図13(B)参照)。
絶縁膜2502は、画素回路2200(i,j)及び第2の表示素子2120(i,j)の間に挟まれる領域を備える。
絶縁膜2501は、絶縁膜2502及び基板2801の間に配設され、第2の表示素子2120(i,j)と重なる領域と、に開口部を備える。
第3の電極2121(i,j)の周縁に沿って形成される絶縁膜2501は、第3の電極2121(i,j)及び第4の電極の短絡を防止する。
絶縁膜2503は、絶縁膜2502及び画素回路2200(i,j)の間に挟まれる領域を備える。絶縁膜2504は、絶縁膜2503及び画素回路2200(i,j)の間に挟まれる領域を備える。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、接合層2811と、封止材2820と、構造体KB1と、を有する。
接合層2811は、機能層2581及び基板2801の間に挟まれる領域を備え、機能層2581及び基板2801を貼り合せる機能を備える。
封止材2820は、機能層2581及び基板2802の間に挟まれる領域を備え、機能層2581及び基板2802を貼り合わせる機能を備える。
構造体KB1は、機能層2581及び基板2802の間に所定の間隙を設ける機能を備える。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、端子2900A及び端子2900Bを有する。
端子2900Aは、導電膜2524Aと、中間膜2540Bと、を備え、中間膜2540Bは、導電膜2524Aと接する領域を備える。端子2900Aは、例えば信号線Sig1(j)と電気的に接続される。
端子2900Aは、導電材料ACF1を用いて、フレキシブルプリント基板FPC1と電気的に接続することができる。
端子2900Bは、導電膜2524Bと、中間膜2540Cと、を備え、中間膜2540Cは、導電膜2524Bと接する領域を備える。導電膜2524Bは、例えば配線VCOM1と電気的に接続される。
導電材料CPは、端子2900Bと第2の電極2112の間に挟まれ、端子2900Bと第2の電極2112を電気的に接続する機能を備える。例えば、導電性の粒子を導電材料CPに用いることができる。
また、本実施の形態で説明する表示パネルは、駆動回路GDと、駆動回路SDと、を有する(図11参照)。
駆動回路GDは、走査線G1(i)と電気的に接続される。駆動回路GDは、例えばトランジスタMDを備える(図13(A)参照)。具体的には、画素回路2200(i,j)に含まれるトランジスタと同じ工程で形成することができる半導体膜を含むトランジスタを、トランジスタMDに用いることができる。
駆動回路SDは、信号線Sig1(j)と電気的に接続される。駆動回路SDは、例えば端子2900Aと電気的に接続される。
<<入力部の構成例>>
入力部は、表示パネルと重なる領域を備える(図11、図13(A)又は図14(A)参照)。
入力部は、基板2803と、機能層2582と、接合層2812と、端子2901と、を有する(図13(A)及び図14(A)参照)。
また、入力部は、制御線CL(g)と、検知信号線ML(h)と、検知素子2150(g,h)と、を備える(図11(B−2)参照)。
機能層2582は、基板2802及び基板2803の間に挟まれる領域を備える。機能層2582は、検知素子2150(g,h)と、絶縁膜2508と、を備える。
接合層2812は、機能層2582及び基板2802の間に配設され、機能層2582及び基板2802を貼り合せる機能を備える。
検知素子2150(g,h)は、制御線CL(g)及び検知信号線ML(h)と電気的に接続される。
制御線CL(g)は、制御信号を供給する機能を備える。
検知素子2150(g,h)は制御信号を供給され、検知素子2150(g,h)は制御信号及び表示パネルと重なる領域に近接するものとの距離に基づいて変化する検知信号を供給する機能を備える。
検知信号線ML(h)は検知信号を供給される機能を備える。
検知素子2150(g,h)は、透光性を備える。
検知素子2150(g,h)は、電極C(g)と、電極M(h)と、を備える。
電極C(g)は、制御線CL(g)と電気的に接続される。
電極M(h)は、検知信号線ML(h)と電気的に接続され、電極M(h)は、表示パネルと重なる領域に近接するものによって一部が遮られる電界を、電極C(g)との間に形成するように配置される。
これにより、表示パネルを用いて画像情報を表示しながら、表示パネルと重なる領域に近接するものを検知することができる。
また、本実施の形態で説明する入力部は、基板2803と、接合層2812と、を備える(図13(A)又は図14(A)参照)。
基板2803は、基板2802との間に検知素子2150(g,h)を挟むように配設される。
接合層2812は、基板2802及び検知素子2150(g,h)の間に配設され、基板2802及び検知素子2150(g,h)を貼り合わせる機能を備える。
機能膜2802Pは、第1の表示素子2110(i,j)との間に検知素子2150(g,h)を挟むように配設される。これにより、例えば、検知素子2150(g,h)が反射する光の強度を低減することができる。
また、本実施の形態で説明する入力部は、一群の検知素子2150(g,1)乃至検知素子2150(g,q)と、他の一群の検知素子2150(1,h)乃至検知素子2150(p,h)と、を有する(図16参照)。なお、ここでのgは1以上p以下の整数であり、hは1以上q以下の整数であり、p及びqは1以上の整数である。
一群の検知素子2150(g,1)乃至検知素子2150(g,q)は、検知素子2150(g,h)を含み、行方向(図中に矢印Ro2で示す方向)に配設される。
また、他の一群の検知素子2150(1,h)乃至検知素子2150(p,h)は、検知素子2150(g,h)を含み、行方向と交差する列方向(図中に矢印Co2で示す方向)に配設される。
行方向に配設される一群の検知素子2150(g,1)乃至検知素子2150(g,q)は、制御線CL(g)と電気的に接続される電極C(g)を含む。
列方向に配設される他の一群の検知素子2150(1,h)乃至検知素子2150(p,h)は、検知信号線ML(h)と電気的に接続される電極M(h)を含む。
また、本実施の形態で説明するタッチパネルの制御線CL(g)は、導電膜BR(g,h)を含む(図13(A)参照)。導電膜BR(g,h)は、検知信号線ML(h)と重なる領域を備える。
絶縁膜2508は、検知信号線ML(h)及び導電膜BR(g,h)の間に挟まれる領域を備える。これにより、検知信号線ML(h)及び導電膜BR(g,h)の短絡を防止することができる。
また、本実施の形態で説明するタッチパネルは、発振回路OSC及び検知回路DCを備える(図16参照)。
発振回路OSCは、制御線CL(g)と電気的に接続され、制御信号を供給する機能を備える。例えば、矩形波、のこぎり波また三角波等を制御信号に用いることができる。
検知回路DCは、検知信号線ML(h)と電気的に接続され、検知信号線ML(h)の電位の変化に基づいて検知信号を供給する機能を備える。
以下に、タッチパネルを構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。
例えば第1の導電膜を第1の電極2111(i,j)に用いることができる。また、第1の導電膜を反射膜に用いることができる。
また、第2の導電膜をトランジスタのソース電極又はドレイン電極の機能を備える導電膜2522Bに用いることができる。
端子2901は、導電材料ACF2を用いて、フレキシブルプリント基板FPC2と電気的に接続することができる。また、端子2901は、検知素子2150(g,h)と電気的に接続される。
<<画素回路の構成例>>
画素回路の構成例について、図17を用いて説明する。画素回路2200(i,j)は、信号線Sig1(j)、信号線Sig2(j)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOM及び第3の導電膜ANOと電気的に接続される。同様に、画素回路2200(i,j+1)は、信号線Sig1(j+1)、信号線Sig2(j+1)、走査線G1(i)、走査線G2(i)、配線CSCOM及び第3の導電膜ANOと電気的に接続される。
画素回路2200(i,j)及び画素回路2200(i,j+1)は、それぞれスイッチSWT1、容量素子C11を含む。
画素回路2200(i,j)及び画素回路2200(i,j+1)は、それぞれスイッチSWT2、トランジスタM及び容量素子C12を含む。
例えば、走査線G1(i)と電気的に接続されるゲート電極と、信号線Sig1(j)と電気的に接続される第1の電極と、を有するトランジスタを、スイッチSWT1に用いることができる。
容量素子C11は、スイッチSWT1に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続される第1の電極と、配線CSCOMと電気的に接続される第2の電極と、を有する。
例えば、走査線G2(i)と電気的に接続されるゲート電極と、信号線Sig2(j)と電気的に接続される第1の電極と、を有するトランジスタを、スイッチSWT2に用いることができる。
トランジスタMは、スイッチSWT2に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続されるゲート電極と、第3の導電膜ANOと電気的に接続される第1の電極と、を有する。
なお、半導体膜をゲート電極との間に挟むように設けられた導電膜を備えるトランジスタを、トランジスタMに用いることができる。例えば、トランジスタMのゲート電極と同じ電位を供給することができる配線と電気的に接続される導電膜を当該導電膜に用いることができる。
容量素子C12は、スイッチSWT2に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続される第1の電極と、トランジスタMの第1の電極と電気的に接続される第2の電極と、を有する。
なお、画素回路2200(i,j)において、第1の表示素子2110(i,j)の第1の電極をスイッチSWT1に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続し、第1の表示素子2110(i,j)の第2の電極を配線VCOM1と電気的に接続する。これにより、第1の表示素子2110を駆動することができる。同様に、画素回路2200(i,j+1)において、第1の表示素子2110(i,j+1)の第1の電極をスイッチSWT1に用いるトランジスタの第2の電極と電気的に接続し、第1の表示素子2110(i,j+1)の第2の電極を配線VCOM1と電気的に接続する。これにより、第1の表示素子2110を駆動することができる。
また、画素回路2200(i,j)において、第2の表示素子2120(i,j)の第1の電極をトランジスタMの第2の電極と電気的に接続し、第2の表示素子2120(i,j)の第2の電極を第4の導電膜VCOM2と電気的に接続する。これにより、第2の表示素子2120(i,j)を駆動することができる。同様に、画素回路2200(i,j+1)において、第2の表示素子2120(i,j+1)の第1の電極をトランジスタMの第2の電極と電気的に接続し、第2の表示素子2120(i,j+1)の第2の電極を第4の導電膜VCOM2と電気的に接続する。これにより、第2の表示素子2120(i,j+1)を駆動することができる。
<<トランジスタの構成例>>
スイッチSWT1、トランジスタM、トランジスタMDは、ボトムゲート型又はトップゲート型などのトランジスタを用いることができる。
例えば、14族の元素を含む半導体を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、シリコンを含む半導体を半導体膜に用いることができる。例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、微結晶シリコン又はアモルファスシリコンなどを半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。
例えば、酸化物半導体を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、インジウムを含む酸化物半導体又はインジウムと亜鉛と元素M(元素Mは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム又はスズ)とを含む酸化物半導体を半導体膜に用いることができる。
一例を挙げれば、オフ状態におけるリーク電流が、アモルファスシリコンを半導体膜に用いたトランジスタと比較して小さいトランジスタをスイッチSWT1、トランジスタM又はトランジスタMD等に用いることができる。具体的には、酸化物半導体を半導体膜2560に用いたトランジスタをスイッチSWT1、トランジスタM又はトランジスタMD等に用いることができる。
これにより、アモルファスシリコンを半導体膜に用いたトランジスタを利用する画素回路と比較して、画素回路が画像信号を保持することができる時間を長くすることができる。具体的には、フリッカーの発生を抑制しながら、選択信号を30Hz未満、好ましくは1Hz未満より好ましくは一分に一回未満の頻度で供給することができる。その結果、情報処理装置の使用者に蓄積する疲労を低減することができる。また、駆動に伴う消費電力を低減することができる。
スイッチSWT1に用いることができるトランジスタは、半導体膜2560及び半導体膜2560と重なる領域を備える導電膜2523を備える(図14(B)参照)。また、スイッチSWT1に用いることができるトランジスタは、半導体膜2560と電気的に接続される導電膜2522A及び導電膜2522Bを備える。
なお、導電膜2523はゲート電極の機能を備え、絶縁膜2505はゲート絶縁膜の機能を備える。また、導電膜2522Aはソース電極の機能又はドレイン電極の機能の一方を備え、導電膜2522Bはソース電極の機能又はドレイン電極の機能の他方を備える。
また、導電膜2523との間に半導体膜2560を挟むように設けられた導電膜2521を備えるトランジスタを、トランジスタMに用いることができる(図13(B)参照)。
上記に示した入出力装置を、実施の形態4で説明した図10のタブレット型の情報端末5200に適用することによって、視認性、利便性、又は信頼性に優れた電子機器を実現することができる。
<表示モジュールの応用例>
次いで、図11(A)の表示パネルを用いた表示モジュールの応用例について、図18を用いて説明を行う。
図18に示す表示モジュール4000は、上部カバー4001と下部カバー4002との間に、FPC4003に接続されたタッチパネル4004、FPC4005に接続された表示パネル4006、フレーム4009、プリント基板4010、バッテリ4011を有する。なお、バッテリ4011、タッチパネル4004などは、設けられない場合もある。
上記図11(A)で説明した表示パネルは、図18における表示パネル4006に用いることができる。
上部カバー4001及び下部カバー4002は、タッチパネル4004及び表示パネル4006のサイズに合わせて、形状および/または寸法を適宜変更することができる。
タッチパネル4004は、図11(A)に示したタッチパネル2000TP1のように、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル4006に重畳して用いることができる。表示パネル4006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル4006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。表示パネル4006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネルとすることも可能である。この場合、タッチパネル4004を省略することも可能である。
フレーム4009は、表示パネル4006の保護機能の他、プリント基板4010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。フレーム4009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板4010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ4011による電源であってもよい。バッテリ4011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
表示モジュール4000には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
(本明細書等の記載に関する付記)
以上の実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
<実施の形態で述べた本発明の一態様に関する付記>
各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)との少なくとも一つの内容に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことができる。
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)と、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)との少なくとも一つの図に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることができる。
<序数詞に関する付記>
本明細書等において、「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る。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略することもありうる。
<図面を説明する記載に関する付記>
実施の形態について図面を参照しながら説明している。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなく、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態の発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
また、本明細書等において、「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。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。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上又は直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために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。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
また、図面において、斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
また、図面において、同一の要素又は同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
<言い換え可能な記載に関する付記>
本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソース又はドレインの一方」(又は第1電極、又は第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソース又はドレインの他方」(又は第2電極、又は第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。また、本明細書等では、ゲート以外の2つの端子を第1端子、第2端子と呼ぶ場合や、第3端子、第4端子と呼ぶ場合がある。また、本明細書等に記載するトランジスタが2つ以上のゲートを有するとき(この構成をデュアルゲート構造という場合がある)、それらのゲートを第1ゲート、第2ゲートと呼ぶ場合や、フロントゲート、バックゲートと呼ぶ場合がある。特に、「フロントゲート」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができる。また、「バックゲート」という語句は、単に「ゲート」という語句に互いに言い換えることができる。なお、ボトムゲートとは、トランジスタの作製時において、チャネル形成領域よりも先に形成される端子のことをいい、「トップゲート」とは、トランジスタの作製時において、チャネル形成領域よりも後に形成される端子のことをいう。
トランジスタは、ゲート、ソース、及びドレインと呼ばれる3つの端子を有する。ゲートは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子として機能する端子である。ソース又はドレインとして機能する2つの入出力端子は、トランジスタの型及び各端子に与えられる電位の高低によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。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「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位(接地電位)とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも0Vを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、又は、状況に応じて、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。又は、場合によっては、又は、状況に応じて、「膜」、「層」などの語句を使わずに、別の用語に入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」又は「導電膜」という用語を、「導電体」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、「絶縁層」「絶縁膜」という用語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
なお本明細書等において、「配線」、「信号線」、「電源線」などの用語は、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「配線」という用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号線」「電源線」などの用語を、「配線」という用語に変更することが可能な場合がある。「電源線」などの用語は、「信号線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」などの用語は、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、配線に印加されている「電位」という用語を、場合によっては、又は、状況に応じて、「信号」などという用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号」などの用語は、「電位」という用語に変更することが可能な場合がある。
<語句の定義に関する付記>
以下では、上記実施の形態中で言及した語句の定義について説明する。
<<半導体について>>
本明細書において、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。したがって、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が0.1原子%未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体にDOS(Density of States)が形成されることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素(水にも含まれる)、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素などがある。
<<トランジスタについて>>
本明細書において、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する。ゲート‐ソース間に電圧が印加することで、チャネル形成領域にチャネルが形成されて、ソース‐ドレイン間に電流が流れる。
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。
<<スイッチについて>>
本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。又は、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
一例としては、電気的スイッチ又は機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイオード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど)、又はこれらを組み合わせた論理回路などがある。
なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性(導電型)は特に限定されない。
機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のように、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ)技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
<<接続について>>
本明細書等において、XとYとが接続されている、と記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図又は文章に示された接続関係に限定されず、図又は文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。
ここで使用するX、Yなどは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、又は、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅又は電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。
なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。
例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。又は、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。又は、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
<<平行、垂直について>>
本明細書において、「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、「略平行」とは、二つの直線が−30°以上30°以下の角度で配置されている状態をいう。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、「略垂直」とは、二つの直線が60°以上120°以下の角度で配置されている状態をいう。
<<三方晶、菱面体晶について>>
本明細書において、結晶が三方晶又は菱面体晶である場合、六方晶系として表す。