(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024128052
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
G09F 9/30 20060101AFI20240912BHJP
G06F 3/041 20060101ALI20240912BHJP
G06F 3/044 20060101ALI20240912BHJP
【FI】
G09F9/30 349Z
G09F9/30 338
G06F3/041 412
G06F3/044 120
G06F3/041 580
【審査請求】有
【請求項の数】1
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2024109686
(22)【出願日】2024-07-08
(62)【分割の表示】P 2022166374の分割
【原出願日】2017-02-28
(31)【優先権主張番号】P 2016047788
(32)【優先日】2016-03-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】木村 肇
(72)【発明者】
【氏名】山崎 舜平
(57)【要約】
【課題】利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供する。また、利便性また
は信頼性に優れた新規な入出力装置を提供する。また、新規な入出力パネル、新規な入出
力装置または新規な半導体装置を提供する。
【解決手段】画素と、検知素子と、信号線と、制御線と、走査線と、を有し、検知素子は
画素と重なる領域を備え、信号線は検知素子と電気的に接続され、信号線は画素と電気的
に接続され、制御線は検知素子と電気的に接続され、走査線は画素と電気的に接続される
構成を入出力パネルに用いる。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
画素と、検知素子と、信号線と、制御線と、走査線と、を有し、
前記検知素子は、前記画素と重なる領域を備え、
前記信号線は、前記検知素子と電気的に接続され、
前記信号線は、前記画素と電気的に接続され、
前記制御線は、前記検知素子と電気的に接続され、
前記走査線は、前記画素と電気的に接続され、
前記検知素子は、第1の導電膜および第2の導電膜を備え、
前記第1の導電膜は、前記制御線と電気的に接続され、
前記第2の導電膜は、前記信号線と電気的に接続され、
前記第2の導電膜は、前記第1の導電膜との間に電界を形成するように配設され、
前記電界は、近接するものにより遮られる領域を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、入出力パネル、入出力装置または半導体装置に関する。
【0002】
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、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・
オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明
の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、
それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【0003】
液晶表示素子に元々備えられている表示用の共通電極を、一対のタッチセンサ用電極のう
ちの一方(駆動電極)として兼用し、他方の電極(センサ用検出電極)は新たに形成し、
また、表示用駆動信号としての既存のコモン駆動信号を、タッチセンサ用駆動信号として
も共用する構成が知られている(特許文献1)。
【0004】
表示画素スタックアップにおける駆動線及び感知線のようなタッチ信号線並びに接地領域
などの回路素子を共にグループ化し、ディスプレイ上又はその近傍のタッチを感知するタ
ッチ感知回路を形成する構成が知られている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2009-244958号公報
【特許文献2】特開2011-197685号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の一態様は、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することを課
題の一とする。または、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することを
課題の一とする。または、新規な入出力パネル、新規な入出力装置または新規な半導体装
置を提供することを課題の一とする。
【0007】
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。
【課題を解決するための手段】
【0008】
(1)本発明の一態様は、画素と、検知素子と、信号線と、を有する入出力パネルである
。
【0009】
検知素子は、画素と重なる領域を備える。
【0010】
信号線は検知素子と電気的に接続され、信号線は画素と電気的に接続される。
【0011】
(2)また、本発明の一態様は、制御線と、走査線と、を有する上記の入出力パネルであ
る。
【0012】
制御線は、検知素子と電気的に接続される。
【0013】
走査線は、画素と電気的に接続される。
【0014】
これにより、一の信号線を用いて画像信号を供給し、検知信号を供給することができる。
また、配線の数を減らすことができる。また、画素に近づくものを検知することができる
。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0015】
(3)また、本発明の一態様は、上記の検知素子が、第1の導電膜および第2の導電膜を
備える入出力パネルである。
【0016】
第1の導電膜は、制御線と電気的に接続される。
【0017】
第2の導電膜は信号線と電気的に接続され、第2の導電膜は第1の導電膜との間に電界を
形成するように配設される。
【0018】
電界は、近接するものにより遮られる領域を備える。
【0019】
これにより、静電容量の変化を用いて画素に近接するものを検知することができる。また
は、第1の導電膜および第2の導電膜を相互容量型の近接センサとして用いることができ
る。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる
。
【0020】
(4)また、本発明の一態様は、上記の画素が、画素回路および表示素子を備える入出力
パネルである。
【0021】
画素回路は、信号線および走査線と電気的に接続される。
【0022】
表示素子は画素回路と電気的に接続され、表示素子は第1の電極および第2の電極を備え
る。
【0023】
第1の電極は、画素回路と電気的に接続される。
【0024】
第2の電極は、制御線と電気的に接続される。
【0025】
これにより、一の制御線を用いて、例えば電力を画素に供給し、例えば制御信号を検知素
子に供給することができる。また、配線の数を減らすことができる。その結果、利便性ま
たは信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0026】
(5)また、本発明の一態様は、一群の複数の検知素子と、他の一群の複数の検知素子と
、を有する上記の入出力パネルである。
【0027】
一群の複数の検知素子は上記の検知素子を含み、一群の複数の検知素子は行方向に並んで
配設される。また、一群の複数の検知素子は制御線と電気的に接続される。
【0028】
他の一群の複数の検知素子は上記の検知素子を含み、他の一群の複数の検知素子は行方向
と交差する列方向に並んで配設される。また、他の一群の複数の検知素子は信号線と電気
的に接続される。
【0029】
(6)また、本発明の一態様は、一群の複数の画素と、他の一群の複数の画素と、を有す
る上記の入出力パネルである。
【0030】
一群の複数の画素は上記の画素を含み、一群の複数の画素は行方向に並んで配設される。
また、一群の複数の画素は走査線と電気的に接続される。
【0031】
他の一群の複数の画素は上記の画素を含み、他の一群の複数の画素は行方向と交差する列
方向に並んで配設される。また、他の一群の複数の画素は信号線と電気的に接続される。
【0032】
これにより、複数の検知素子を例えば行列状に配置することができる。また、複数の表示
素子を例えば行列状に配置することができる。また、画素に近づくものの位置を知ること
ができる。また、画像を表示することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた
新規な入出力パネルを提供することができる。
【0033】
(7)また、本発明の一態様は、上記の検知素子が複数の画素と重なる領域を備える入出
力パネルである。
【0034】
複数の画素は一の走査線と電気的に接続される画素および他の走査線と電気的に接続され
る画素を含み、複数の画素は信号線と電気的に接続される画素および他の信号線と電気的
に接続される画素を含む。
【0035】
これにより、表示素子を検知素子より高い密度で配置することができる。また、検知素子
を用いて取得することができる位置情報の分解能より精細な表示をすることができる。そ
の結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0036】
(8)また、本発明の一態様は、上記のいずれか一に記載の入出力パネルと、発振回路と
、切り替え回路と、駆動回路と、検知回路と、を有する入出力装置である。
【0037】
発振回路は制御線と電気的に接続される。
【0038】
駆動回路は切り替え回路と電気的に接続される。
【0039】
検知回路は、切り替え回路と電気的に接続される。
【0040】
切り替え回路は信号線と電気的に接続され、切り替え回路は切り替え信号に基づいて、駆
動回路を信号線と電気的に接続または検知回路を信号線と電気的に接続する機能を備える
。
【0041】
これにより、一の信号線を用いて、例えば、画像信号を画素に供給し、例えば、検知信号
を検知回路に供給することができる。また、配線の数を減らすことができる。その結果、
利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。
【0042】
本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックと
してブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難
しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【0043】
本明細書においてトランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの極性及び各
端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル
型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられ
る端子がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えら
れる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書
では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接
続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼
び方が入れ替わる。
【0044】
本明細書においてトランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であ
るソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トラン
ジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に
接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。
【0045】
本明細書においてトランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第1のトラン
ジスタのソースまたはドレインの一方のみが、第2のトランジスタのソースまたはドレイ
ンの一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されて
いる状態とは、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方が第2のトランジスタ
のソースまたはドレインの一方に接続され、第1のトランジスタのソースまたはドレイン
の他方が第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方に接続されている状態を意味
する。
【0046】
本明細書において接続とは、電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供
給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続し
ている状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝
送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間
接的に接続している状態も、その範疇に含む。
【0047】
本明細書において回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であって
も、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、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ある。本明細書において接続とは、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。
【0048】
また、本明細書中において、トランジスタの第1の電極または第2の電極の一方がソース
電極を、他方がドレイン電極を指す。
【発明の効果】
【0049】
本発明の一態様によれば、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供できる
。または、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供できる。または、新規な
入出力パネル、新規な入出力装置または新規な半導体装置を提供できる。
【0050】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一
態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は
、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、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0051】
【
図1】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明するブロック図および回路図。
【
図2】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明するブロック図および模式図。
【
図3】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明するブロック図。
【
図4】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明するブロック図。
【
図5】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する上面図。
【
図6】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図7】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図8】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図9】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図10】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する上面図。
【
図11】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図12】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図および回路図。
【
図13】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図14】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図15】実施の形態に係る入出力装置に用いることができる画素の構成を説明する断面図。
【
図16】実施の形態に係る入出力装置の駆動方法を説明する模式図。
【
図20】実施の形態に係る電子機器の構成を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0052】
本発明の一態様の入出力パネルは、画素と、検知素子と、信号線と、制御線と、走査線と
、を有し、検知素子は画素と重なる領域を備え、信号線は検知素子と電気的に接続され、
信号線は画素と電気的に接続され、制御線は検知素子と電気的に接続され、走査線は画素
と電気的に接続される。
【0053】
これにより、一の信号線を用いて、例えば、画素に画像信号を供給し、例えば、検知回路
に検知信号を供給することができる。また、配線の数を減らすことができる。また、画素
に近づくものを検知することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入
出力パネルを提供することができる。
【0054】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、
その繰り返しの説明は省略する。
【0055】
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力パネルの構成について、
図1乃至
図6を参照
しながら説明する。
【0056】
図1および
図2は本発明の一態様の入出力装置700および入出力パネル700TPの構
成を説明する図である。
【0057】
図1(A)は本発明の一態様の入出力装置700のブロック図であり、
図1(B)は
図1
(A)に示す入出力パネル700TPの一部を説明する回路図である。
【0058】
図2(A)は本発明の一態様の入出力装置700のブロック図であり、
図2(B)は
図2
(A)に示す入出力パネル700TPの一部を説明するブロック図である。
【0059】
図3および
図4は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる切り替え回路および
検知回路の構成を説明する図である。
【0060】
図3(A)は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる、信号線S(j)と切り
替え回路SWCの接続関係および切り替え回路SWCと検知回路DCの接続関係を説明す
るブロック図である。
図3(B)は
図3(A)に示す切り替え回路SWCの一部を説明す
るブロック図である。
【0061】
図4(A)は、
図3(A)に示す接続関係とは異なる、切り替え回路SWCと検知回路D
C2の接続関係を説明するブロック図である。
【0062】
図4(B)は、
図4(A)に示す接続関係とは異なる、切り替え回路SWCと駆動回路S
D2の接続関係を説明するブロック図である。
【0063】
図5および
図6は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる画素の構成を説明す
る図である。
【0064】
図5は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる画素の上面図であり、
図6(A
)は
図5に示す切断線X3-X4における断面の構造を説明する断面図である。
図6(B
)は
図6(A)の一部を説明する断面図である。
【0065】
なお、本明細書において、1以上の整数を値にとる変数を符号に用いる場合がある。例え
ば、1以上の整数の値をとる変数pを含む(p)を、最大p個の構成要素のいずれかを特
定する符号の一部に用いる場合がある。また、例えば、1以上の整数の値をとる変数mお
よび変数nを含む(m,n)を、最大m×n個の構成要素のいずれかを特定する符号の一
部に用いる場合がある。
【0066】
<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700は、入出力パネル700TPと、発振回路OS
Cと、切り替え回路SWCと、駆動回路SDと、検知回路DCと、を有する(
図1(A)
参照)。
【0067】
発振回路OSCは、制御線C(g)と電気的に接続される。
【0068】
駆動回路SDは、切り替え回路SWCと電気的に接続される。
【0069】
検知回路DCは、切り替え回路SWCと電気的に接続される。
【0070】
切り替え回路SWCは信号線S(j)と電気的に接続され、切り替え回路SWCは切り替
え信号Sに基づいて、駆動回路SDまたは検知回路DCを信号線S(j)と電気的に接続
する機能を備える。
【0071】
<入出力パネルの構成例>
(1)本実施の形態で説明する入出力パネル700TPは、画素702(i,j)と、検
知素子D(g,h)と、信号線S(j)と、を有する。なお、g,h,i,jは、いずれ
も独立した変数であり、いずれも1以上の整数である。
【0072】
検知素子D(g,h)は、画素702(i,j)と重なる領域を備える。
【0073】
信号線S(j)は検知素子D(g,h)と電気的に接続され、信号線S(j)は画素70
2(i,j)と電気的に接続される(
図1(B)参照)。
【0074】
(2)また、入出力パネル700TPは、制御線C(g)と、走査線G(i)と、を有す
る。
【0075】
制御線C(g)は、検知素子D(g,h)と電気的に接続される。
【0076】
走査線G(i)は、画素702(i,j)と電気的に接続される。
【0077】
これにより、一の信号線を用いて画像信号を供給し、検知信号を供給することができる。
また、配線の数を減らすことができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入
出力パネルを提供することができる。
【0078】
(3)また、入出力パネル700TPが有する検知素子D(g,h)は、第1の導電膜お
よび第2の導電膜を備える。
【0079】
第1の導電膜は、制御線C(g)と電気的に接続され、第2の導電膜は、信号線S(j)
と電気的に接続される。例えば、制御線C(g)を第1の導電膜に用いることができる。
また、例えば、信号線S(j)を第2の導電膜に用いることができる(
図1(B)、
図5
および
図6(A)参照)。
【0080】
第2の導電膜は、第1の導電膜との間に電界を形成するように配設される(
図1(B)お
よび
図6(A)参照)。なお、当該電界は、近接するものにより遮られる領域を備える。
換言すると、近接するものにより遮られる領域を備える電界を制御線C(g)との間に形
成するように、信号線S(j)を配置する。
【0081】
これにより、画素に近接するものを静電容量の変化を用いて検知することができる。その
結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0082】
例えば、信号線S(j)1および信号線S(j)2を信号線S(j)に用いることができ
る(
図6(A)参照)。具体的には、信号線S(j)1よりも、入出力パネル700TP
の表示面側に近づくものの近くに配設される導電膜を、信号線S(j)2に用いることが
できる。これにより、入出力パネルに近づくものを検知する感度を高めることができる。
例えば、第1の電極751(i,j)と同一の工程で作製することができる導電膜を信号
線S(j)2に用いることができる。
【0083】
(4)また、入出力パネル700TPが有する画素702(i,j)は、画素回路730
(i,j)および表示素子750(i,j)を備える(
図1(B)参照)。
【0084】
画素回路730(i,j)は、信号線S(j)および走査線G(i)と電気的に接続され
る。
【0085】
表示素子750(i,j)は画素回路730(i,j)と電気的に接続される。表示素子
750(i,j)は第1の電極751(i,j)および第2の電極を備える(
図1(B)
、
図5および
図6(A)参照)。また、表示素子750(i,j)は液晶材料を含む層7
53を備えることができる。
【0086】
第1の電極751(i,j)は、画素回路730(i,j)と電気的に接続される。
【0087】
第2の電極は、制御線C(g)と電気的に接続される。なお、例えば制御線C(g)を第
2の電極に用いることができる。
【0088】
これにより、一の制御線を用いて、例えば、画素に電力を供給し、例えば、検知素子に制
御信号を供給することができる。また、配線の数を減らすことができる。その結果、利便
性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0089】
(5)また、入出力パネル700TPは、一群の検知素子D(g,1)乃至検知素子D(
g,q)と、他の一群の検知素子D(1,h)乃至検知素子D(p,h)と、を有する(
図2(A)参照)。
【0090】
一群の検知素子D(g,1)乃至検知素子D(g,q)は検知素子D(g,h)を含む。
一群の検知素子D(g,1)乃至検知素子D(g,q)は行方向(図中に矢印Rで示す方
向)に並んで配設され、一群の検知素子D(g,1)乃至検知素子D(g,q)は制御線
C(g)と電気的に接続される。
【0091】
他の一群の検知素子D(1,h)乃至検知素子D(p,h)は検知素子D(g、h)を含
む。他の一群の検知素子D(1,h)乃至検知素子D(p,h)は行方向と交差する列方
向(例えば、図中に矢印Cで示す方向)に並んで配設され、他の一群の検知素子D(1,
h)乃至検知素子D(p,h)は信号線S(j)と電気的に接続される。
【0092】
(6)また、入出力パネル700TPは、一群の画素702(i,1)乃至画素702(
i,n)と、他の一群の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)と、を有する。
【0093】
一群の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)は、画素702(i,j)を含む
。一群の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)は、行方向に並んで配設され、
一群の画素702(i,1)乃至画素702(i,n)は、走査線G(i)と電気的に接
続される。
【0094】
他の一群の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は、画素702(i,j)を
含む。他の一群の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は、行方向と交差する
列方向に並んで配設され、他の一群の画素702(1,j)乃至画素702(m,j)は
、信号線S(j)と電気的に接続される。
【0095】
これにより、複数の検知素子を例えば行列状に配置することができる。また、複数の表示
素子を例えば行列状に配置することができる。また、画素に近づくものの位置を知ること
ができる。また、画像を表示することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた
新規な入出力パネルを提供することができる。
【0096】
(7)また、入出力パネル700TPの検知素子D(g,h)は、画素702(i,j)
乃至画素702(i+r,j+s)と重なる領域を備える(
図2(B)参照)。なお、r
,sは、いずれも独立した変数であり、いずれも1以上の整数である。
【0097】
画素702(i,j)乃至画素702(i+r,j+s)は、画素702(i,j)乃至
画素702(i,j+s)を含む。なお、画素702(i,j)乃至画素702(i,j
+s)は走査線G(i)と電気的に接続される。
【0098】
また、画素702(i,j)乃至画素702(i+r,j+s)は、画素702(i+r
,j)乃至画素702(i+r,j+s)を含む。なお、画素702(i+r,j)乃至
画素702(i+r,j+s)は走査線G(i+r)と電気的に接続される。
【0099】
また、画素702(i,j)乃至画素702(i+r,j+s)は、画素702(i,j
)乃至画素702(i+r,j)を含む。なお、画素702(i,j)乃至画素702(
i+r,j)は、信号線S(j)と電気的に接続される。
【0100】
また、画素702(i,j)乃至画素702(i+r,j+s)は、画素702(i,j
+s)乃至画素702(i+r,j+s)を含む。なお、画素702(i,j+s)乃至
画素702(i+r,j+s)は、信号線S(j+s)と電気的に接続される。
【0101】
これにより、表示素子を検知素子より高い密度で配置することができる。また、検知素子
を用いて取得することができる位置情報の分解能より精細な表示をすることができる。そ
の結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルを提供することができる。
【0102】
また、本発明の一態様の入出力装置700に用いることができる画素702(i,j)の
構成の一例を、
図1(B)、
図5および
図6を参照しながら説明する。
【0103】
画素702(i,j)は、画素回路730(i,j)および表示素子750(i,j)を
備える(
図1(B)参照)。
【0104】
画素回路730(i,j)は、トランジスタSWと、容量素子C1と、を有する。
【0105】
トランジスタSWは、ゲート電極が走査線G(i)と電気的に接続され、第1の電極が信
号線S(j)と電気的に接続される。
【0106】
容量素子C1は、第1の電極がトランジスタSWの第2の電極と電気的に接続され、第2
の電極が導電膜CSCOMと電気的に接続される。
【0107】
また、入出力パネル700TPの表示素子750(i,j)は、第1の電極751(i,
j)、第2の電極および液晶材料を含む層753を有する(
図6(A)参照)。なお、制
御線C(g)を第2の電極に用いることができ、第2の電極は第1の電極751(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。
【0108】
また、第1の電極751(i,j)はトランジスタSWの第2の電極と電気的に接続され
、表示素子750(i,j)の第2の電極は制御線C(g)と電気的に接続される(
図1
(B)参照)。
【0109】
また、本発明の一態様の入出力パネル700TPは、着色膜CF、遮光膜BM、機能膜7
10Pまたは機能膜770Pを有する(
図6(A)参照)。
【0110】
また、着色膜CFは、表示素子750(i,j)と重なる領域を備える。
【0111】
また、遮光膜BMは、表示素子750(i,j)と重なる領域に開口部を備える。
【0112】
また、絶縁膜771は、液晶材料を含む層753および遮光膜BMに挟まれる領域または
、液晶材料を含む層753および着色膜CFに挟まれる領域を備える。
【0113】
機能膜770Pは、機能膜710Pとの間に表示素子750(i,j)を挟む領域を備え
る。
【0114】
本発明の一態様の入出力パネル700TPは、基材710または基材770を有する。基
材770は、基材710と重なる領域を備え、基材710との間に表示素子750(i,
j)を挟む領域を備える。
【0115】
本発明の一態様の入出力パネル700TPは、絶縁膜721、絶縁膜718、絶縁膜71
6、絶縁膜701および絶縁膜706を有する。
【0116】
絶縁膜721は、液晶材料を含む層753およびトランジスタSWに挟まれる領域を備え
る。絶縁膜718は、絶縁膜721およびトランジスタSWに挟まれる領域を備える。絶
縁膜716は、絶縁膜718およびトランジスタSWの間に挟まれる領域を備える。絶縁
膜701は、トランジスタSWおよび基材710の間に挟まれる領域を備える。絶縁膜7
06は、絶縁膜716および絶縁膜701の間に挟まれる領域を備える。
【0117】
<切り替え回路SWC>
切り替え回路SWCは、信号線S(1)乃至信号線S(n)と電気的に接続される(
図2
(A)参照)。
【0118】
切り替え回路SWCは、一群の回路301(1)乃至回路301(n)を備える(図示せ
ず)。一群の回路301(1)乃至回路301(n)は回路301(j)を含む(
図3(
A)または
図3(B)参照)。
【0119】
回路301(j)と信号線S(j)は、電気的に接続される。回路301(j)は、切り
替え信号Sに基づいて、駆動回路SDと信号線S(j)または検知回路DCと信号線S(
j)を電気的に接続する。
【0120】
例えば、駆動回路SDと信号線S(j)を電気的に接続する期間に、検知回路DCと信号
線S(j)を電気的に切断する。または、例えば、駆動回路SDと信号線S(j)を電気
的に切断する期間に、検知回路DCと信号線S(j)を電気的に接続する。
【0121】
なお、駆動回路が供給する画像信号について、切り替え回路SWCをデマルチプレクサと
して用いることができる(
図4(B)参照)。例えば、駆動回路SDより少ない数の出力
端子を備える駆動回路SD2を用いて、信号線S(j)乃至信号線S(j+s)に供給す
るための画像信号を含むシリアル信号を一の出力端子から供給し、切り替え回路SWCを
用いてそれぞれの信号線に分配することができる。これにより、駆動回路SD2の規模を
駆動回路SDより小さくすることができる。
【0122】
<検知回路DC>
検知回路DCは、一群の回路351(1)乃至回路351(n)を備える(図示せず)。
一群の回路351(1)乃至回路351(n)は回路351(j)を含む(
図3(A)ま
たは
図3(B)参照)。
【0123】
例えば、回路301(j)を介して回路351(j)と信号線S(j)が電気的に接続さ
れる期間において、回路351(j)は、信号線S(j)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。
【0124】
なお、例えば、検知回路DCに代えて検知回路DC2を用いることができる(
図4(A)
参照)。検知回路DC2は、一群の回路351(1)2乃至回路351(q)2を備える
(図示せず)。一群の回路351(1)2乃至回路351(q)2は回路351(j)2
を含む。
【0125】
例えば、回路301(j)を介して回路351(j)2と信号線S(j)が電気的に接続
される期間において、回路351(j)2は、信号線S(j)乃至信号線S(j+s)が
接続されたノード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。一群の回路
351(1)2乃至回路351(q)2を用いることにより、検知回路DC2の規模を小
さくすることができる。
【0126】
<駆動回路SD>
駆動回路SDは、例えば、画像情報に基づいて、画素回路に供給する画像信号を生成する
機能を備える。具体的には、極性が反転する信号を生成する機能を備える。これにより、
例えば、液晶素子を駆動することができる。
【0127】
例えば、シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路SDに用いることができる
。
【0128】
例えば、集積回路を駆動回路SDに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に
形成された集積回路を駆動回路SDに用いることができる。
【0129】
例えば、COG(Chip on glass)法を用いて、駆動回路SDを端子に実装
することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、集積回路を端子に実装すること
ができる。または、COF(Chip on Film)法を用いて、集積回路を端子に
することが実装できる。
【0130】
<発振回路OSC>
発振回路OSCは、制御線C(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。
【0131】
《構成要素》
以下に、入出力装置または入出力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。
【0132】
例えば、制御線C(g)は、検知素子D(g,h)の第1の導電膜でもあり、表示素子7
50(i,j)の第2の電極でもある。
【0133】
本発明の一態様の入出力装置700は、入出力パネル700TP、発振回路OSC、切り
替え回路SWC、駆動回路SDまたは検知回路DCを有する。
【0134】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、画素702(i,j)、検知素子D(g、
h)、信号線S(i)、制御線C(g)または走査線G(i)を有する。
【0135】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、第1の導電膜、第2の導電膜、画素回路7
30(i,j)または表示素子750(i,j)を有する。
【0136】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、トランジスタSW、容量素子C1、第1の
電極751(i,j)、第2の電極または液晶材料を含む層753を有する。
【0137】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、着色膜CF、遮光膜BM、機能膜710P
または機能膜770Pを有する。
【0138】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、絶縁膜771、絶縁膜721、絶縁膜71
8、絶縁膜716、絶縁膜701、または絶縁膜706を有する。
【0139】
また、本発明の一態様の入出力装置700は、基材710または基材770を有する。
【0140】
《配線、導電膜》
導電性を備える材料を配線等に用いることができる。具体的には、導電性を備える材料を
、信号線S(i)、制御線C(g)、走査線G(i)、第1の導電膜、第2の導電膜、第
1の電極751(i,j)、第2の電極、導電膜CSCOM等に用いることができる。
【0141】
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線等
に用いることができる。
【0142】
具体的には、アルミニウム、金、白金、銀、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン
、タングステン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウムまたはマンガンから選ばれた金属
元素などを、配線等に用いることができる。または、上述した金属元素を含む合金などを
、配線等に用いることができる。特に、銅とマンガンの合金がウエットエッチング法を用
いた微細加工に好適である。
【0143】
具体的には、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン
膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タン
タル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、
そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造
等を配線等に用いることができる。
【0144】
具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、
ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を、配線等に用いることができる。
【0145】
具体的には、グラフェンまたはグラファイトを含む膜を配線等に用いることができる。
【0146】
例えば、酸化グラフェンを含む膜を形成し、酸化グラフェンを含む膜を還元することによ
り、グラフェンを含む膜を形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方
法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
【0147】
例えば、金属ナノワイヤーを含む膜を配線等に用いることができる。具体的には、銀を含
むナノワイヤーを用いることができる。
【0148】
具体的には、導電性高分子を配線等に用いることができる。
【0149】
《トランジスタSW》
例えば、ボトムゲート型またはトップゲート型等のトランジスタをトランジスタSW等に
用いることができる。
【0150】
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、微結晶シリコンまた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。
【0151】
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またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物半
導体を半導体膜に用いることができる。
【0152】
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トランジスタSW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708に用いたトランジスタをトランジスタ
SW等に用いることができる。
【0153】
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、トランジスタSWの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、入出力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。
【0154】
例えば、半導体膜708、導電膜704、絶縁膜706、導電膜712Aおよび導電膜7
12Bを備えるトランジスタを、トランジスタSW等に用いることができる(
図6(B)
参照)。なお、導電膜704は半導体膜708と重なる領域を備え、導電膜712Aおよ
び導電膜712Bは半導体膜708と電気的に接続される。また、絶縁膜706は、半導
体膜708および導電膜704の間に挟まれる領域を備える。
【0155】
なお、導電膜704はゲート電極の機能を備え、絶縁膜706はゲート絶縁膜の機能を備
える。また、導電膜712Aはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の一方を備え
、導電膜712Bはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の他方を備える。
【0156】
例えば、タンタルおよび窒素を含む厚さ10nmの膜と、銅を含む厚さ300nmの膜と
、をこの順で積層した導電膜を導電膜704に用いることができる。
【0157】
例えば、シリコンおよび窒素を含む厚さ400nmの膜と、シリコン、酸素および窒素を
含む厚さ200nmの膜と、を積層した材料を絶縁膜706に用いることができる。
【0158】
例えば、インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む厚さ25nmの膜を、半導体膜708に
用いることができる。
【0159】
例えば、タングステンを含む厚さ50nmの膜と、アルミニウムを含む厚さ400nmの
膜と、チタンを含む厚さ100nmの膜と、をこの順で積層した導電膜を、導電膜712
Aまたは導電膜712Bに用いることができる。
【0160】
《表示素子750(i,j)》
例えば、光の反射または透過を制御する機能を備える表示素子を、表示素子750(i,
j)等に用いることができる。例えば、液晶素子と偏光板を組み合わせた構成またはシャ
ッター方式のMEMS表示素子等を用いることができる。
【0161】
例えば、IPS(In-Plane-Switching)モード、TN(Twiste
d Nematic)モード、FFS(Fringe Field Switching
)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro
-cell)モード、OCB(Optically Compensated Bire
fringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid C
rystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid
Crystal)モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる液晶素子を用い
ることができる。
【0162】
また、例えば垂直配向(VA)モード、具体的には、MVA(Multi-Domain
Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Ve
rtical Alignment)モード、ECB(Electrically Co
ntrolled Birefringence)モード、CPA(Continuou
s Pinwheel Alignment)モード、ASV(Advanced Su
per-View)モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる液晶素子を用い
ることができる。
【0163】
表示素子750(i,j)は、第1の電極751(i,j)と、第2電極と、液晶材料を
含む層753と、を有する。液晶材料を含む層753は、第1の電極751(i,j)お
よび第2電極の間の電圧を用いて配向を制御することができる液晶材料を含む。例えば、
液晶材料を含む層の厚さ方向(縦方向ともいう)、縦方向と交差する方向(横方向または
斜め方向ともいう)の電界を、液晶材料の配向を制御する電界に用いることができる。
【0164】
《液晶材料を含む層753》
例えば、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、強誘電性
液晶、反強誘電性液晶等を、液晶材料を含む層753に用いることができる。または、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
示す液晶材料を用いることができる。または、ブルー相を示す液晶材料を用いることがで
きる。
【0165】
《第1の電極751(i,j)》
例えば、配線等に用いる材料を第1の電極751(i,j)に用いることができる。具体
的には、透光性を備える導電性の材料を第1の電極751(i,j)に用いることができ
る。
【0166】
《着色膜CF》
所定の色の光を透過する材料を着色膜CFに用いることができる。これにより、着色膜C
Fを例えばカラーフィルターに用いることができる。例えば、青色、緑色または赤色の光
を透過する材料を着色膜CFに用いることができる。また、黄色の光または白色の光等を
透過する材料を着色膜CFに用いることができる。
【0167】
《遮光膜BM》
光の透過を妨げる材料を遮光膜BMに用いることができる。これにより、遮光膜BMを例
えばブラックマトリクスに用いることができる。
【0168】
《絶縁膜771》
例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を絶縁膜771に用いることができ
る。
【0169】
《機能膜710P、機能膜770P》
例えば、反射防止フィルム、偏光フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルムまたは集光
フィルム等を機能膜710Pまたは機能膜770Pに用いることができる。
【0170】
例えば、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に
伴う傷の発生を抑制するハードコート膜などを、機能膜770Pに用いることができる。
【0171】
《基材710、基材770》
作製工程中の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を基材710または基材770
等に用いることができる。例えば、厚さ0.1mm以上0.7mm以下の材料を基材71
0または基材770に用いることができる。具体的には、厚さ0.1mm程度まで研磨し
た材料を用いることができる。
【0172】
例えば、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200
mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800
mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の面積が大きなガラス基板を基材
710または基材770等に用いることができる。これにより、大型の表示装置を作製す
ることができる。
【0173】
有機材料、無機材料または有機材料と無機材料等の複合材料等を基材710または基材7
70等に用いることができる。例えば、ガラス、セラミックス、金属等の無機材料を基材
710または基材770等に用いることができる。
【0174】
具体的には、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス、クリスタルガラス、ア
ルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラス、石英またはサファイア等を、基材71
0または基材770等に用いることができる。具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜
または無機酸窒化物膜等を、基材710または基材770等に用いることができる。例え
ば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を、
基材710または基材770等に用いることができる。ステンレス・スチールまたはアル
ミニウム等を、基材710または基材770等に用いることができる。
【0175】
例えば、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコ
ンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を基材710または基材770等に
用いることができる。これにより、半導体素子を基材710または基材770等に形成す
ることができる。
【0176】
例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチック等の有機材料を基材710または基材7
70等に用いることができる。具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド
、ポリイミド、ポリカーボネートまたはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を、
基材710または基材770等に用いることができる。
【0177】
例えば、金属板、薄板状のガラス板または無機材料等の膜を樹脂フィルム等に貼り合わせ
た複合材料を基材710または基材770等に用いることができる。例えば、繊維状また
は粒子状の金属、ガラスもしくは無機材料等を樹脂フィルムに分散した複合材料を、基材
710または基材770等に用いることができる。例えば、繊維状または粒子状の樹脂も
しくは有機材料等を無機材料に分散した複合材料を、基材710または基材770等に用
いることができる。
【0178】
また、単層の材料または複数の層が積層された材料を、基材710または基材770等に
用いることができる。例えば、基材と基材に含まれる不純物の拡散を防ぐ絶縁膜等が積層
された材料を、基材710または基材770等に用いることができる。具体的には、ガラ
スとガラスに含まれる不純物の拡散を防ぐ酸化シリコン層、窒化シリコン層または酸化窒
化シリコン層等から選ばれた一または複数の膜が積層された材料を、基材710または基
材770等に用いることができる。または、樹脂と樹脂を透過する不純物の拡散を防ぐ酸
化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜等が積層された材料を、基材7
10または基材770等に用いることができる。
【0179】
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネー
ト若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層材料等を基材710または
基材770等に用いることができる。
【0180】
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド(ナイロン、アラミド等)、ポ
リイミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂もしくはシリ
コーン等のシロキサン結合を有する樹脂を含む材料を基材710または基材770等に用
いることができる。
【0181】
具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PE
N)、ポリエーテルサルフォン(PES)またはアクリル等を基材710または基材77
0等に用いることができる。
【0182】
また、紙または木材などを基材710または基材770等に用いることができる。
【0183】
例えば、可撓性を有する基板を基材710または基材770等に用いることができる。
【0184】
なお、トランジスタまたは容量素子等を基板に直接形成する方法を用いることができる。
また、例えば作製工程中に加わる熱に耐熱性を有する工程用の基板にトランジスタまたは
容量素子等を形成し、形成されたトランジスタまたは容量素子等を基材710または基材
770等に転置する方法を用いることができる。これにより、例えば可撓性を有する基板
にトランジスタまたは容量素子等を形成できる。
【0185】
《絶縁膜721》
例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の
複合材料を、絶縁膜721等に用いることができる。
【0186】
具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸化窒化物膜等またはこれらから選
ばれた複数を積層した積層材料を、絶縁膜721等に用いることができる。例えば、酸化
シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれら
から選ばれた複数を積層した積層材料を含む膜を、絶縁膜721等に用いることができる
。
【0187】
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネー
ト、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の積
層材料もしくは複合材料などを絶縁膜721等に用いることができる。また、感光性を有
する材料を用いて形成してもよい。
【0188】
これにより、例えば絶縁膜721と重なるさまざまな構造に由来する段差を平坦化するこ
とができる。
【0189】
《絶縁膜701》
例えば、絶縁膜721に用いることができる材料を絶縁膜701に用いることができる。
具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を絶縁膜701に用いることができる。これ
により、画素回路730(i,j)等への不純物の拡散を抑制することができる。
【0190】
<入出力装置の構成例2.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図7を参照しながら説明する。
【0191】
図7は画素702(i,j)Bの構成を説明する断面図である。
【0192】
なお、画素702(i,j)Bは、信号線S(j)2に代えて信号線S(j)2Bを有す
る点が、
図6を参照しながら説明する画素702(i,j)とは異なる。ここでは、異な
る部分について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分について上記の説明
を援用する。
【0193】
例えば、制御線C(g)と同じ工程で形成することができる膜を、信号線S(j)2に用
いることができる。
【0194】
<入出力装置の構成例3.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図8を参照しながら説明する。
【0195】
図8は画素702(i,j)Cの構成を説明する断面図である。
【0196】
なお、画素702(i,j)Cは、第1の電極751(i,j)に代えて第1の電極75
1(i,j)Cを有する点、制御線C(g)に代えて制御線C(g)Cを有する点が、図
6を参照しながら説明する画素702(i,j)とは異なる。
【0197】
<入出力装置の構成例4.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図9を参照しながら説明する。
【0198】
図9は画素702(i,j)Dの構成を説明する断面図である。
【0199】
なお、画素702(i,j)Dは、信号線S(j)2に代えて信号線S(j)2Dを有す
る点、第1の電極751(i,j)に代えて第1の電極751(i,j)Dを有する点、
制御線C(g)に代えて制御線C(g)Dを有する点が、
図6を参照しながら説明する画
素702(i,j)とは異なる。
【0200】
<入出力装置の構成例5.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図10を参照しながら説明する。
【0201】
図10は画素702(i,j)Eの構成を説明する断面図である。
【0202】
なお、画素702(i,j)Eは、導電性を備える酸化物半導体膜を制御線C(g)Eに
用いる点、制御線C(g)Eの導電性を補う補助配線C(g)2を備える点が、
図6を参
照しながら説明する画素702(i,j)とは異なる。ここでは、異なる部分について詳
細に説明し、同様の構成を用いることができる部分について上記の説明を援用する。
【0203】
例えば、トランジスタSWの半導体膜と同じ工程で形成することができる酸化物半導体膜
を、制御線C(g)Eに用いることができる。具体的には、In-Ga-Zn酸化物を含
む酸化物半導体膜を用いることができる。例えば、制御線C(g)Eに接する絶縁膜71
8にCVD法等を用いて形成された窒化シリコン膜を用いることができる。これにより、
制御線C(g)Eの導電性を高めることができる。
【0204】
例えば、導電膜712Aまたは導電膜712B等と同一の工程で形成することができる導
電膜を、補助配線C(g)2に用いることができる。特に、補助配線C(g)2の画素の
開口部と重なる領域を、画素の開口部と重ならない領域より少なくなるように配置する。
【0205】
<入出力装置の構成例6.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図11を参照しながら説明する。
【0206】
図11(A)は画素702(i,j)Fの構成を説明する断面図である。
図11(B)は
図11(A)の一部を説明する断面図である。
【0207】
なお、画素702(i,j)Fは、第2の電極を兼ねる制御線C(g)に代えて制御線C
(g)Fを有する点、ボトムゲート型のトランジスタに代えてトップゲート型のトランジ
スタを有する点が、
図6を参照しながら説明する画素702(i,j)とは異なる。ここ
では、異なる部分について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分について
上記の説明を援用する。
【0208】
例えば、第1の電極751(i,j)と同じ工程で形成することができる膜を、制御線C
(g)Fに用いることができる。
【0209】
<入出力装置の構成例7.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図12を参照しながら説明する。
【0210】
図12(A)は画素702(i,j)Gの構成を説明する断面図である。また、
図12(
B)は画素702(i,j)Gの構成を説明する回路図である。
【0211】
なお、画素702(i,j)Gは、第2の電極COMを備える点、第2の電極を兼ねる制
御線C(g)Fに代えて制御線C(g)Gを備える点が、
図11を参照しながら説明する
画素702(i,j)Fとは異なる。ここでは、異なる部分について詳細に説明し、同様
の構成を用いることができる部分について上記の説明を援用する。
【0212】
例えば、制御線C(g)Gは液晶材料を含む層753との間に基材770を挟む領域を備
える。これにより、制御線C(g)Gを、入出力パネル700TPに近づくものの近くに
配設することができる。
【0213】
<入出力装置の構成例8.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図13を参照しながら説明する。
【0214】
図13は画素702(i,j)Hの構成を説明する断面図である。
【0215】
なお、画素702(i,j)Hは、基材770側から基材710側に向けてバックライト
の光BLを照射する点、信号線S(j)1および基材710の間に信号線S(j)2Hを
有する点、絶縁膜721および絶縁膜718の間に着色膜CFを有する点、導電膜704
との間に半導体膜を挟む領域を備える導電膜724を有する点が、
図6を参照しながら説
明する画素702(i,j)とは異なる。これにより、基材710側に表示をすることが
できる。また、基材710側に近接するものを検知することができる。なお、導電膜72
4は第2のゲート電極として機能することができる。ここでは、異なる部分について詳細
に説明し、同様の構成を用いることができる部分について上記の説明を援用する。
【0216】
例えば、走査線G(i)と同一の工程で形成することができる導電膜を、信号線S(j)
2Hに用いることができる。
【0217】
<入出力装置の構成例9.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図14を参照しながら説明する。
【0218】
図14は画素702(i,j)Iの構成を説明する断面図である。
【0219】
なお、画素702(i,j)Iは、基材770側に向けて光を射出する機能を備える表示
素子750(i,j)Iを有する点、表示素子750(i,j)と重なる領域に開口部を
備える絶縁膜728を有する点、絶縁膜728および基材770の間に絶縁膜729を有
する点が、
図6を参照しながら説明する画素702(i,j)とは異なる。ここでは、異
なる部分について詳細に説明し、同様の構成を用いることができる部分について上記の説
明を援用する。
【0220】
例えば、有機EL素子を表示素子750(i,j)Iに用いることができる。具体的には
、白色の光を射出する有機EL素子を表示素子750(i,j)に用いることができる。
【0221】
表示素子750(i,j)Iは、第1の電極751(i,j)および制御線C(g)の間
に、発光性の材料を含む層753Iを備える。
【0222】
例えば、発光性の有機材料または量子ドットなどを発光性の材料を含む層753Iに用い
ることができる。
【0223】
例えば、絶縁膜721に用いることができる材料を絶縁膜728または絶縁膜729に用
いることができる。
【0224】
絶縁膜729は、制御線C(g)を所定の形状に区切る機能を備える。例えば、絶縁膜7
29は、端部に逆テーパー状の形状を備える。これにより、例えば所定の形状を備える制
御線C(g)を一の導電膜から分離することができる。具体的には、ストライプ状に分離
することができる。
【0225】
<入出力装置の構成例10.>
本発明の一態様の入出力装置の別の構成について、
図15を参照しながら説明する。
【0226】
図15は画素702(i,j)Jの構成を説明する断面図である。
【0227】
なお、画素702(i,j)Jは、基材710側に向けて光を射出する表示素子750(
i,j)Jを有する点、信号線S(j)1および基材710の間に挟まれる領域を備える
信号線S(j)2Jを有する点が、
図6を参照しながら説明する画素702(i,j)と
は異なる。これにより、基材710側に表示をすることができる。また、基材710側に
近接するものを検知することができる。
【0228】
例えば、有機EL素子を表示素子750(i,j)Jに用いることができる。具体的には
、赤色、緑色または青色等の光を射出する有機EL素子を表示素子750(i,j)Jに
用いることができる。なお、例えば、シャドーマスク法またはインクジェット法を用いて
、異なる色の光を射出する発光性の材料を含む層を同一の基材上に作製することができる
。
【0229】
表示素子750(i,j)Jは、第1の電極751(i,j)および制御線C(g)の間
に、発光性の材料を含む層753Jを備える。
【0230】
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
。
【0231】
(実施の形態2)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力パネルの駆動方法について、
図16を参照し
ながら説明する。
図16は本発明の一態様の入出力装置の駆動方法を説明する模式図であ
る。
【0232】
図16(A1)および
図16(B1)は、入出力パネルの模式図であり、
図16(A2)
および
図16(B2)は画像信号を書き込む期間と、検知素子に制御信号を供給する期間
とを、模式的に描いた模式図である。
【0233】
<入出力パネルの駆動方法例1.>
本実施の形態において説明する入出力装置700の駆動方法は、表示装置の1フレーム期
間において、以下の4つのステップを有する。
【0234】
《第1のステップ》
第1のステップにおいて、切り替え信号Sを供給し、駆動回路SDを信号線S(1)乃至
信号線S(n)と電気的に接続する。
【0235】
《第2のステップ》
第2のステップにおいて、走査線G(1)乃至走査線G(m)を順次選択しながら、画像
信号を供給する。なお、第2のステップを実行する期間を、いわゆる、画像信号入力期間
または信号書き込み期間ということができる。
【0236】
例えば、時刻0から始まる期間T(V)において、走査線G(1)乃至走査線G(m)を
順番に選択する。なお、走査線G(1)乃至走査線G(m)を選択する様子を、直線LV
を用いて模式的に示す(
図16(A2)参照)。これにより、各行の画素が選択されて、
1行ずつ、画像信号が画素へ入力されていく。なお、期間T(V)において、所定の電位
、たとえば、共通電位を制御線C(1)乃至制御線C(p)に供給する。
【0237】
《第3のステップ》
第3のステップにおいて、切り替え信号Sを供給し、検知回路DCを信号線S(1)乃至
信号線S(n)と電気的に接続する。
【0238】
《第4のステップ》
第4のステップにおいて、制御線C(1)乃至制御線C(p)を順次選択しながら制御信
号を供給し、検知回路SCを用いて信号線S(1)乃至信号線S(n)の電位の変化を検
知する。制御信号を供給された検知素子は、入出力パネル700TPに近接するものによ
り遮られる領域を備える電界を、制御線C(g)および信号線S(j)の間に形成する。
検知回路は、信号線S(j)の電位の変化に基づいて、近接するものを検知することがで
きる。
【0239】
なお、第2のステップを実行する期間を、いわゆる、センシング期間または信号読み取り
期間ということができる。
【0240】
これにより、走査線を順次選択する期間において、制御線の電位を一定に保つことができ
る。また、制御線を順次選択する期間において、走査線の電位を一定に保つことができる
。また、選択に伴う制御線の電位の変化に干渉されることなく、画像信号を画素に書き込
むことができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルの駆動方法
を提供できる。
【0241】
<入出力パネルの駆動方法例2.>
本実施の形態において説明する入出力装置700の他の駆動方法は、以下の5つのステッ
プを有する。
【0242】
《第1のステップ》
第1のステップにおいて、切り替え信号Sを供給し、駆動回路SDを信号線S(1)乃至
信号線S(n)と電気的に接続する。
【0243】
《第2のステップ》
第2のステップにおいて、1フレーム期間において未だ選択されていない制御線と重なる
領域を備える画素と電気的に接続される走査線を順次選択しながら、画像信号を供給する
。なお、第2のステップを実行する期間を、いわゆる、画像信号入力期間または信号書き
込み期間ということができる。
【0244】
例えば、期間T1(i)において、当該1フレーム期間において未だ選択されていない制
御線C(g)と重なる領域を備える画素と電気的に接続される走査線G(i)乃至走査線
G(i+r)を順番に選択する。なお、走査線G(i)乃至走査線G(i+r)を選択す
る様子を、直線LVを用いて模式的に示す(
図16(B2)参照)。これにより、画像信
号を走査線G(i)乃至走査線G(i+r)に電気的に接続される画素に1行ずつ入力し
ていく。なお、期間T1(i)において、所定の電位、たとえば、共通電位を制御線C(
g)に供給する。
【0245】
《第3のステップ》
第3のステップにおいて、切り替え信号Sを供給し、検知回路DCを信号線S(1)乃至
信号線S(n)と電気的に接続する。
【0246】
《第4のステップ》
第4のステップにおいて、制御線C(g)を選択しながら制御信号を供給し、検知回路S
Cを用いて信号線S(1)乃至信号線S(n)の電位の変化を検知する。なお、制御線C
(g)を選択する様子を、直線LSを用いて模式的に示す。
【0247】
《第5のステップ》
次いで、当該1フレーム期間においてすべての走査線およびすべての制御線が選択される
ように、第1のステップ乃至第4のステップを繰り返す。
【0248】
例えば、選択された制御線C(g)に隣接する制御線C(g+1)と重なる領域を備える
画素と電気的に接続される走査線を順番に選択しながら画像信号を供給し、次いで、制御
線C(g+1)を選択しながら制御信号を供給し、検知回路SCを用いて信号線S(1)
乃至信号線S(n)の電位の変化を検知する。
【0249】
これにより、選択に伴う制御線の電位の変化に干渉されることなく、画像信号を画素に書
き込むことができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力パネルの駆動
方法を提供できる。
【0250】
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
。
【0251】
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置に用いることができる半導体装置の構成
について、
図17を参照しながら説明する。
【0252】
図17は、本発明の一態様の入出力装置に用いることができるトランジスタTRの構成を
説明する図である。
図17(A)は、本発明の一態様の入出力装置に用いることができる
トランジスタTRに用いることができるトランジスタの上面図である。
図17(B)は、
図17(A)を参照しながら説明するトランジスタのチャネル長(L)方向の断面を含む
断面図である。
図17(C)は、
図17(A)を参照しながら説明するトランジスタのチ
ャネル幅(W)方向の断面を含む断面図である。なお、切断線L1-L2方向をチャネル
長方向、切断線W1-W2方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
【0253】
なお、トランジスタTRを実施の形態1において説明する入出力装置等に用いることがで
きる。
【0254】
例えば、トランジスタTRをトランジスタSWに用いる場合は、絶縁膜102を第2の絶
縁膜701に、導電膜104を導電膜704に、絶縁膜106を絶縁膜706に、半導体
膜108を半導体膜708に、導電膜112aを導電膜712Aに、導電膜112bを導
電膜712Bに、絶縁膜114および絶縁膜116が積層された積層膜を絶縁膜716に
、絶縁膜118を絶縁膜718に、それぞれ読み替えることができる。
【0255】
<トランジスタの構成例1>
本発明の一態様の入出力装置に用いることができるトランジスタは、第2の絶縁膜102
上の導電膜104と、第2の絶縁膜102及び導電膜104上の絶縁膜106と、絶縁膜
106上の半導体膜108と、半導体膜108上の導電膜112bと、半導体膜108上
の導電膜112aと、半導体膜108、導電膜112b、及び導電膜112a上の絶縁膜
114と、絶縁膜114上の絶縁膜116と、絶縁膜116上の導電膜124と、を有す
る(
図17(B)参照)。
【0256】
例えば、導電膜104が第1のゲート電極として機能し、導電膜112bがソース電極と
して機能し、導電膜112aがドレイン電極として機能し、導電膜124が第2のゲート
電極として機能する。絶縁膜106が第1のゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜114、
116が第2のゲート絶縁膜として機能する。
【0257】
例えば、酸化物半導体を半導体膜108に用いることができる。具体的には、インジウム
を含む酸化物半導体膜またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物半導体膜を半導体
膜108に用いることができる。
【0258】
また、半導体膜108は、Inと、M(MはAl、Ga、Y、またはSn)と、Znと、
を有する。
【0259】
例えば、半導体膜108は、Inの原子数比がMの原子数比より多い領域を有すると好ま
しい。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、これに限定されず、Inの原子数比がM
の原子数比よりも少ない領域を有する構成、あるいはInの原子数比がMの原子数比と同
じ領域を有する構成としてもよい。
【0260】
半導体膜108は、Inの原子数比がMの原子数比より多い領域を有する。これにより、
トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。具体的には、トランジスタの電
界効果移動度が10cm2/Vsを超えることが可能となる。さらに好ましくはトランジ
スタの電界効果移動度が30cm2/Vsを超えることが可能となる。
【0261】
《2つのゲート電極が奏する効果》
本発明の一態様の入出力装置に用いることができるトランジスタはゲート電極を2つ備え
ることができる。
【0262】
2つのゲート電極がトランジスタの特性に奏する効果を
図17(C)を参照しながら説明
する。
【0263】
図17(C)に示すように、第2のゲート電極として機能する導電膜124は、開口部1
22を介して第1のゲート電極として機能する導電膜104と電気的に接続される。よっ
て、導電膜104と導電膜124には、同じ電位が与えられる。
【0264】
図17(C)に示すように、半導体膜108は、導電膜104、及び導電膜124と対向
するように位置し、2つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。
【0265】
導電膜104及び導電膜124のチャネル幅方向の長さは、それぞれ半導体膜108のチ
ャネル幅方向の長さよりも長い。また、半導体膜108の全体は、絶縁膜106、114
、116を介して導電膜104と導電膜124とによって覆われている。
【0266】
別言すると、導電膜104及び導電膜124は、絶縁膜106、114、116に設けら
れる開口部122において接続され、且つ半導体膜108の側端部よりも外側に位置する
領域を有する。
【0267】
このような構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体膜108を、導電膜104
及び導電膜124の電界によって電気的に囲むことができる。第1のゲート電極及び第2
のゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜を、電気的に囲
むトランジスタのデバイス構造をSurrounded channel(S-chan
nel)構造と呼ぶことができる。
【0268】
トランジスタは、S-channel構造を有するため、第1のゲート電極として機能す
る導電膜104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膜108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、トランジスタは、半導体膜108が、第1のゲート
電極として機能する導電膜104及び第2のゲート電極として機能する導電膜124によ
って囲まれた構造を有するため、機械的強度を高めることができる。
【0269】
なお、上記の説明においては、第1のゲート電極と、第2のゲート電極とを接続させる構
成について例示したがこれに限定されない。例えば、第2のゲート電極として機能する導
電膜をトランジスタSWのソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜712B
と電気的に接続させる構成としてもよい。
【0270】
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
。
【0271】
(実施の形態4)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置に用いることができるトランジスタの構
成について、
図18および
図19を参照しながら説明する。具体的には、トランジスタの
半導体膜に用いることができる酸化物半導体膜の構成について説明する。
【0272】
なお、本実施の形態で説明するトランジスタは、例えば、トランジスタSWに用いること
ができる。
【0273】
図18はトランジスタのチャネル長(L)方向の断面図である。
図18(A)は3つの膜
が積層された酸化物半導体膜を有するトランジスタのチャネル長(L)方向の断面図であ
る。
図18(B)は2つの膜が積層された酸化物半導体膜を有するトランジスタのチャネ
ル長(L)方向の断面図である。
【0274】
図19は、積層膜のバンド構造を説明する模式図である。積層膜は酸化物半導体膜および
それに接する絶縁膜を有する。なお、バンド構造の理解を容易にするために、積層膜を構
成する各酸化物半導体膜及び各絶縁膜の伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)を図示する
。
【0275】
図19(A)は、絶縁膜106、半導体膜108a、108b、108c、及び絶縁膜1
14を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。
【0276】
また、
図19(B)は、絶縁膜106、半導体膜108b、108c、及び絶縁膜114
を有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。
【0277】
<半導体装置の構成例1>
例えば、2つの絶縁膜の間に挟まれる、3つの膜が積層された半導体膜を、トランジスタ
に用いることができる。具体的には、絶縁膜106および絶縁膜116の間に挟まれる、
半導体膜108aと、半導体膜108cと、半導体膜108bと、が積層された半導体膜
をトランジスタに用いることができる(
図18(A)および
図19(A)参照)。
【0278】
半導体膜108cは、半導体膜108aと互いに重なる領域を備え、半導体膜108bは
、半導体膜108aおよび半導体膜108cの間に挟まれる領域を備える。
【0279】
絶縁膜116は、絶縁膜106と互いに重なる領域を備える。
【0280】
半導体膜108aは、絶縁膜106と接する領域を備え、半導体膜108cは、絶縁膜1
16と接する領域を備え、いずれの領域も互いに重なる領域を備える。
【0281】
また、
図19(A)は、絶縁膜106、及び絶縁膜114として酸化シリコン膜を用い、
半導体膜108aとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化
物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、半導体膜108bとして金属元
素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属酸化物ターゲットを用いて形成
される酸化物半導体膜を用い、半導体膜108cとして金属元素の原子数比をIn:Ga
:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる
構成のバンド図である。
【0282】
<半導体装置の構成例2>
例えば、2つの絶縁膜の間に挟まれる、2つの膜が積層された半導体膜を、トランジスタ
に用いることができる。具体的には、絶縁膜106および絶縁膜116の間に挟まれる、
半導体膜108bと、半導体膜108cと、が積層された酸化物半導体膜をトランジスタ
に用いることができる(
図18(B)および
図19(B)参照)。
【0283】
半導体膜108cは、半導体膜108bと互いに重なる領域を備える。
【0284】
絶縁膜116は、絶縁膜106と互いに重なる領域を備える。
【0285】
半導体膜108bは、絶縁膜106と接する領域を備え、半導体膜108cは、絶縁膜1
16と接する領域を備え、いずれの領域も互いに重なる領域を備える。
【0286】
また、
図19(B)は、絶縁膜106、及び絶縁膜114として酸化シリコン膜を用い、
半導体膜108bとして金属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=4:2:4.1の金属
酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、半導体膜108cとして金
属元素の原子数比をIn:Ga:Zn=1:3:2の金属酸化物ターゲットを用いて形成
される金属酸化膜を用いる構成のバンド図である。
【0287】
<半導体膜のバンド構造>
図19(A)(B)に示すように、半導体膜108a、108b、108cにおいて、伝
導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続
接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、半導体膜10
8aと半導体膜108bとの界面、または半導体膜108bと半導体膜108cとの界面
において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位、を形成するような不純物が存在
しないとする。
【0288】
半導体膜108a、108b、108cに連続接合を形成するためには、ロードロック室
を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に
触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
【0289】
図19(A)(B)に示す構成とすることで半導体膜108bがウェル(井戸)となり、
上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が半導体膜108bに形成さ
れることがわかる。
【0290】
なお、半導体膜108a、108cを設けることにより、半導体膜108bに形成されう
るトラップ準位を半導体膜108bより遠ざけることができる。
【0291】
また、トラップ準位がチャネル領域として機能する半導体膜108bの伝導帯下端のエネ
ルギー準位(Ec)より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積し
やすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷とな
り、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラッ
プ準位が半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位(Ec)より真空準位に近くな
るような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子が蓄積しに
くくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動
度を高めることができる。
【0292】
また、半導体膜108a、108cは、半導体膜108bよりも伝導帯下端のエネルギー
準位が真空準位に近く、代表的には、半導体膜108bの伝導帯下端のエネルギー準位と
、半導体膜108a、108cの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、0.15eV以
上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下である。すなわち、半導
体膜108a、108cの電子親和力と、半導体膜108bの電子親和力との差が、0.
15eV以上、または0.5eV以上、かつ2eV以下、または1eV以下である。
【0293】
このような構成を有することで、半導体膜108bが電流の主な経路となり、チャネル領
域として機能する。また、半導体膜108a、108cは、チャネル領域が形成される半
導体膜108bを構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜であるため
、半導体膜108aと半導体膜108bとの界面、または半導体膜108bと半導体膜1
08cとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリア
の動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【0294】
また、半導体膜108a、108cは、チャネル領域の一部として機能することを防止す
るため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。または、半導体膜108a、10
8cには、電子親和力(真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差)が半導体膜10
8bよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が半導体膜108bの伝導帯下端エネル
ギー準位と差分(バンドオフセット)を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン
電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、半導体膜1
08a、108cの伝導帯下端のエネルギー準位が、半導体膜108bの伝導帯下端のエ
ネルギー準位よりも真空準位に近い材料を用いると好適である。例えば、半導体膜108
bの伝導帯下端のエネルギー準位と、半導体膜108a、108cの伝導帯下端のエネル
ギー準位との差が、0.2eV以上、好ましくは0.5eV以上とすることが好ましい。
【0295】
また、半導体膜108a、108cは、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが
好ましい。半導体膜108a、108cの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該ス
ピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜112a、112bの構成元素
が半導体膜108bへ拡散してしまう場合がある。
【0296】
半導体膜108a、108cの膜厚は、導電膜112a、112bの構成元素が半導体膜
108bに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁膜114から半
導体膜108bへの酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば、半導体膜108a、
108cの膜厚が10nm以上であると、導電膜112a、112bの構成元素が半導体
膜108bへ拡散するのを抑制することができる。また、半導体膜108a、108cの
膜厚を100nm以下とすると、絶縁膜114から半導体膜108bへ効果的に酸素を供
給することができる。
【0297】
半導体膜108a、108cがIn-M-Zn酸化物(MはAl、Ga、Y、またはSn
)であるとき、MをInより高い原子数比で有することで、半導体膜108a、108c
のエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくしうる。よって、半導体膜108b
との電子親和力の差をMの組成によって制御することが可能となる場合がある。また、M
は、酸素との結合力が強い金属元素であるため、これらの元素をInより高い原子数比で
有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
【0298】
また、半導体膜108a、108cがIn-M-Zn酸化物であるとき、ZnおよびOを
除いてのInおよびMの原子数比率は、好ましくは、Inが50atomic%未満、M
が50atomic%より高く、さらに好ましくは、Inが25atomic%未満、M
が75atomic%より高くする。また、半導体膜108a、108cとして、酸化ガ
リウム膜を用いてもよい。
【0299】
また、半導体膜108a、108b、108cが、In-M-Zn酸化物の場合、半導体
膜108bと比較して、半導体膜108a、108cに含まれるMの原子数比が大きく、
代表的には、半導体膜108bに含まれる上記原子と比較して、1.5倍以上、好ましく
は2倍以上、さらに好ましくは3倍以上高い原子数比である。
【0300】
また、半導体膜108a、108b、108cが、In-M-Zn酸化物の場合、半導体
膜108bをIn:M:Zn=x1:y1:z1[原子数比]、半導体膜108a、10
8cをIn:M:Zn=x2:y2:z2[原子数比]とすると、y2/x2がy1/x
1よりも大きく、好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも1.5倍以上である。より
好ましくは、y2/x2がy1/x1よりも2倍以上大きく、さらに好ましくは、y2/
x2がy1/x1よりも3倍以上または4倍以上大きい。このとき、半導体膜108bに
おいて、y1がx1以上であると、半導体膜108bを用いるトランジスタに安定した電
気特性を付与できるため好ましい。ただし、y1がx1の3倍以上になると、半導体膜1
08bを用いるトランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、y1はx1の3倍
未満であると好ましい。
【0301】
半導体膜108bがIn-M-Zn酸化物の場合、半導体膜108bを成膜するために用
いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn=x1:y1:z1とす
ると、x1/y1は、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であって、z1/y1は
、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。
【0302】
また、半導体膜108a、108cがIn-M-Zn酸化物の場合、半導体膜108a、
108cを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:
Zn=x2:y2:z2とすると、x2/y2<x1/y1であって、z2/y2は、1
/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。また、Inに対するMの
原子数比率を大きくすることで、半導体膜108a、108cのエネルギーギャップを大
きく、電子親和力を小さくすることが可能であるため、y2/x2を3以上、または4以
上とすることが好ましい。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、In:M
:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:5、In
:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:4:2、In:M:Zn=1:4:4、
In:M:Zn=1:4:5、In:M:Zn=1:5:5等がある。
【0303】
また、半導体膜108a、108cがIn-M酸化物の場合、Mとして2価の金属原子(
例えば、亜鉛など)を含まない構成とすることで、スピネル型の結晶構造を含有しない半
導体膜108a、108cを形成することができる。また、半導体膜108a、108c
としては、例えば、In-Ga酸化物膜を用いることができる。該In-Ga酸化物とし
ては、例えば、In-Ga金属酸化物ターゲット(In:Ga=7:93)を用いて、ス
パッタリング法により形成することができる。また、半導体膜108a、108cを、D
C放電を用いたスパッタリング法で成膜するためには、In:M=x:y[原子数比]と
したときに、y/(x+y)を0.96以下、好ましくは0.95以下、例えば0.93
とするとよい。
【0304】
なお、半導体膜108a、108b、108cの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の
原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。
【0305】
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
。
【0306】
(実施の形態5)
本実施の形態では、本発明の一態様の入出力装置を有する電子機器について、
図20を用
いて説明を行う。
【0307】
図20(A)乃至
図20(G)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体
5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー500
5(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力
、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、
音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい
又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することがで
きる。
【0308】
図20(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、
赤外線ポート5010、等を有することができる。
図20(B)は記録媒体を備えた携帯
型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示
部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。
図20(C)はゴーグ
ル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、
イヤホン5013、等を有することができる。
図20(D)は携帯型遊技機であり、上述
したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。
図20(E)はテ
レビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャ
ッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。
図20(F)は携帯
型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、
等を有することができる。
図20(G)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したもの
の他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。
【0309】
図20(A)乃至
図20(G)に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例
えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチ
パネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウエア(プロ
グラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコン
ピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受
信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表
示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器において
は、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を
表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画
像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器において
は、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正
する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した
画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、
図20(A)乃至
図20
(G)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有
することができる。
【0310】
図20(H)は、スマートウオッチであり、筐体7302、表示パネル7304、操作ボ
タン7311、7312、接続端子7313、バンド7321、留め金7322、等を有
する。
【0311】
ベゼル部分を兼ねる筐体7302に搭載された表示パネル7304は、非矩形状の表示領
域を有している。なお、表示パネル7304としては、矩形状の表示領域としてもよい。
表示パネル7304は、時刻を表すアイコン7305、その他のアイコン7306等を表
示することができる。
【0312】
なお、
図20(H)に示すスマートウオッチは、様々な機能を有することができる。例え
ば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパ
ネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウエア(プログ
ラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピ
ュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信
を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示
する機能、等を有することができる。
【0313】
また、筐体7302の内部に、スピーカ、センサ(力、変位、位置、速度、加速度、角速
度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電
圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むも
の)、マイクロフォン等を有することができる。なお、スマートウオッチは、発光素子を
その表示パネル7304に用いることにより作製することができる。
【0314】
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
。
【0315】
例えば、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載されている場
合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場
合と、XとYとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする
。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず
、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものと
する。
【0316】
ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層
、など)であるとする。
【0317】
XとYとが直接的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に接続されていない場合であ
り、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量
素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)を介さずに
、XとYとが、接続されている場合である。
【0318】
XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能
とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。なお、XとYとが電気的に接続されている場合は、Xと
Yとが直接的に接続されている場合を含むものとする。
【0319】
XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能
とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変
換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電
源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、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
とが機能的に接続されている場合は、XとYとが直接的に接続されている場合と、XとY
とが電気的に接続されている場合とを含むものとする。
【0320】
なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載されている場合は、XとYと
が電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで
接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの
間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている
場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)と
が、本明細書等に開示されているものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示
的に記載されている場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合
と同様な内容が、本明細書等に開示されているものとする。
【0321】
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、Z
2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。
【0322】
例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2
の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第
1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に
接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第
1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トラ
ンジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている
」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子な
ど)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など
)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様
な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トラン
ジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別
して、技術的範囲を決定することができる。
【0323】
または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)
は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は
、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、トラ
ンジスタのソース(又は第1の端子など)とトランジスタのドレイン(又は第2の端子な
ど)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トランジス
タのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、Yと電気
的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前記第3の
接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジ
スタのソース(又は第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって、Z1を介
して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、
前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン
(又は第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介して、Yと電
気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していない。」と表現
することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、少なく
とも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の電気
的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、トランジスタの
ソース(又は第1の端子など)からトランジスタのドレイン(又は第2の端子など)への
電気的パスであり、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)は、少なくとも第3
の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の電気的パスは
、第4の電気的パスを有しておらず、前記第4の電気的パスは、トランジスタのドレイン
(又は第2の端子など)からトランジスタのソース(又は第1の端子など)への電気的パ
スである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成
における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子
など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定すること
ができる。
【0324】
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。
【0325】
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。
【符号の説明】
【0326】
C1 容量素子
CF 着色膜
COM 第2の電極
CSCOM 導電膜
DC 検知回路
DC2 検知回路
OSC 発振回路
SC 検知回路
SD 駆動回路
SD2 駆動回路
SWC 切り替え回路
T 期間
T1 期間
102 絶縁膜
104 導電膜
106 絶縁膜
108 半導体膜
108a 半導体膜
108b 半導体膜
108c 半導体膜
112a 導電膜
112b 導電膜
114 絶縁膜
116 絶縁膜
118 絶縁膜
122 開口部
124 導電膜
301 回路
351 回路
700 入出力装置
700TP 入出力パネル
701 絶縁膜
702 画素
704 導電膜
706 絶縁膜
708 半導体膜
710 基材
710P 機能膜
712A 導電膜
712B 導電膜
716 絶縁膜
718 絶縁膜
721 絶縁膜
724 導電膜
728 絶縁膜
729 絶縁膜
730 画素回路
750 表示素子
751 電極
753 液晶材料を含む層
753I 発光性の材料を含む層
753J 発光性の材料を含む層
770 基材
770P 機能膜
771 絶縁膜
5000 筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003 スピーカ
5004 LEDランプ
5005 操作キー
5006 接続端子
5007 センサ
5008 マイクロフォン
5009 スイッチ
5010 赤外線ポート
5011 記録媒体読込部
5012 支持部
5013 イヤホン
5014 アンテナ
5015 シャッターボタン
5016 受像部
5017 充電器
7302 筐体
7304 表示パネル
7305 アイコン
7306 アイコン
7311 操作ボタン
7312 操作ボタン
7313 接続端子
7321 バンド
7322 留め金