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(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】P2024173946
(43)【公開日】2024-12-13
(54)【発明の名称】電子機器
(51)【国際特許分類】
G06F 21/32 20130101AFI20241206BHJP
G06V 40/12 20220101ALI20241206BHJP
G06V 40/13 20220101ALI20241206BHJP
G06T 7/00 20170101ALI20241206BHJP
G06T 1/00 20060101ALI20241206BHJP
H05B 33/14 20060101ALI20241206BHJP
H10K 59/40 20230101ALI20241206BHJP
H10K 59/95 20230101ALI20241206BHJP
H10K 59/10 20230101ALI20241206BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20241206BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20241206BHJP
【ＦＩ】
G06F21/32
G06V40/12
G06V40/13
G06T7/00 530
G06T1/00 400G
H05B33/14 Z
H10K59/40
H10K59/95
H10K59/10
G09F9/30 349Z
G09F9/30 365
G09F9/00 366A
【審査請求】有
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024161115
(22)【出願日】2024-09-18
(62)【分割の表示】P 2021507458の分割
【原出願日】2020-09-14
(31)【優先権主張番号】P 2019176624
(32)【優先日】2019-09-27
(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】久保田 大介
(72)【発明者】
【氏名】楠 紘慈
(57)【要約】
【課題】新規な電子機器を提供する。簡便な操作で様々な処理を実行することのできる電子機器を提供する。セキュリティレベルの高い電子機器を提供する。
【解決手段】電子機器は、制御部と、検出部と、記憶部と、を有する。検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、検出部がタッチ操作を検出した際に、検出部により取得された触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報とを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報におけるいずれか一と一致した場合に、触れた指の指紋情報または触れた指の指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する。
【選択図】図１
【解決手段】電子機器は、制御部と、検出部と、記憶部と、を有する。検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、検出部がタッチ操作を検出した際に、検出部により取得された触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報とを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報におけるいずれか一と一致した場合に、触れた指の指紋情報または触れた指の指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御部と、表示部と、記憶部と、を有する電子機器であって、
前記表示部は、画像を表示する機能と、タップ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有し、
前記表示部は、表示領域全体に指紋情報を認証する機能を有し、
前記記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有し、
前記制御部は、
前記触れた指の指紋情報と、前記複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、前記複数の指の指紋情報のうち前記触れた指の指紋情報と一致した指紋情報と前記タップ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する、
電子機器。
前記表示部は、画像を表示する機能と、タップ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有し、
前記表示部は、表示領域全体に指紋情報を認証する機能を有し、
前記記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有し、
前記制御部は、
前記触れた指の指紋情報と、前記複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、前記複数の指の指紋情報のうち前記触れた指の指紋情報と一致した指紋情報と前記タップ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する、
電子機器。
【請求項2】
制御部と、表示部と、記憶部と、を有する電子機器であって、
前記表示部は、画像を表示する機能と、ロングタップ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有し、
前記表示部は、表示領域全体に指紋情報を認証する機能を有し、
前記記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有し、
前記制御部は、
前記触れた指の指紋情報と、前記複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、前記複数の指の指紋情報のうち前記触れた指の指紋情報と一致した指紋情報と前記ロングタップ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する、
電子機器。
前記表示部は、画像を表示する機能と、ロングタップ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有し、
前記表示部は、表示領域全体に指紋情報を認証する機能を有し、
前記記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有し、
前記制御部は、
前記触れた指の指紋情報と、前記複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、前記複数の指の指紋情報のうち前記触れた指の指紋情報と一致した指紋情報と前記ロングタップ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する、
電子機器。
【請求項3】
請求項１または請求項２において、
前記制御部は、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれとも一致しない場合に、システムをロックされた状態に移行する機能を有する、
電子機器。
前記制御部は、前記触れた指の指紋情報が前記複数の指の指紋情報のいずれとも一致しない場合に、システムをロックされた状態に移行する機能を有する、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、電子機器に関する。本発明の一態様は、表示装置に関する。本発明の一態様は、プログラムに関する。
【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、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【0003】
スマートフォンなどの携帯電話、タブレット型情報端末、ノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報端末機器が広く普及している。このような情報端末機器の多くは、画面上にユーザーの指を接触させることで直感的な画面の操作を可能としている。例えば、タッチ、スワイプ、二本指でのピンチイン、ピンチアウトなど、マルチタッチやタッチ時間の違いを利用することにより、拡大や縮小等といった機能及び動作の振り分けを実現させている。
【0004】
また、このような情報端末機器は、個人情報などが含まれることが多く、不正な利用を防止するための様々な認証技術が開発されている。
【0005】
例えば、特許文献１には、プッシュボタンスイッチ部に、指紋センサを備える電子機器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願公開第２０１４／００５６４９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、マルチタッチでの操作においては、四本以上の指で操作することで実行される機能など、一部実行し難いものも含まれる。
【0008】
本発明の一態様は、新規な電子機器を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、簡便な操作で様々な処理を実行することのできる電子機器を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、セキュリティレベルの高い電子機器を提供することを課題の一とする。
【0009】
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。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、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】
【0010】
本発明の一態様は、制御部と、検出部と、記憶部と、を有する電子機器である。検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報に応じた処理を実行する機能を有する。
【0011】
また、本発明の他の一態様は、制御部と、検出部と、記憶部と、を有する電子機器である。検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する。
【0012】
また、本発明の他の一態様は、制御部と、表示部と、記憶部と、を有する電子機器である。表示部は、画像を表示する機能と、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報に応じた処理を実行する機能を有する。
【0013】
また、本発明の他の一態様は、制御部と、表示部と、記憶部と、を有する電子機器である。表示部は、画像を表示する機能と、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。記憶部は、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報を保持する機能を有する。制御部は、触れた指の指紋情報と、複数の指の指紋情報のそれぞれとを照合し、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれかと一致した場合に、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理を実行する機能を有する。
【0014】
また、上記において、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれとも一致しない場合に、システムをロックされた状態に移行する機能を有することが好ましい。
【0015】
また、上記において、表示部は、複数の画素と、表示領域全体に指紋情報を認証する機能を有することが好ましい。このとき、画素は、発光素子と、受光素子と、を有し、発光素子と、受光素子とは、同一面上に設けられることが好ましい。
【0016】
また、上記において、発光素子は、第１の電極と、発光層と、共通電極と、が積層された積層構造を有することが好ましい。また受光素子は、第２の電極と、活性層と、共通電極と、が積層された積層構造を有することが好ましい。このとき、発光層と、活性層とは、それぞれ互いに異なる有機化合物を含むことが好ましい。また、第１の電極と、第２の電極とは、同一面上に離間して設けられ、共通電極は、発光層及び活性層を覆って設けられることが好ましい。
【0017】
または、上記において、発光素子は、第１の電極と、共通層と、発光層と、共通電極と、が積層された積層構造を有することが好ましい。また受光素子は、第２の電極と、共通層と、活性層と、共通電極と、が積層された積層構造を有することが好ましい。このとき、発光層と、活性層とは、それぞれ互いに異なる有機化合物を含むことが好ましい。また第１の電極と、第２の電極とは、同一面上に離間して設けられ、共通電極は、発光層及び活性層を覆って設けられ、共通層は、第１の電極及び第２の電極を覆って設けられることが好ましい。
【0018】
また、上記において、発光素子は、可視光を発する機能を有し、受光素子は、発光素子が発する可視光を受光する機能を有することが好ましい。
【0019】
または、上記において、発光素子は、赤外光を発する機能を有し、受光素子は、発光素子が発する赤外光を受光する機能を有することが好ましい。
【0020】
また、本発明の他の一態様は、制御部と、検出部と、を有する電子機器に実行させるためのプログラムである。ここで、検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。本発明の一態様のプログラムは、検出部が、タッチ操作を検出した際に、触れた指の指紋情報を取得するステップと、制御部が、触れた指の指紋情報と、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報とを照合するステップと、触れた指の指紋情報と複数の指の指紋情報のいずれか一とが一致した場合に、制御部が、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報に応じた処理を実行するステップと、を有する。
【0021】
また、本発明の他の一態様は、制御部と、検出部と、を有する電子機器に実行させるためのプログラムである。ここで、検出部は、タッチ操作を検出する機能と、触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。本発明の一態様のプログラムは、検出部が、タッチ操作を検出した際に、触れた指の指紋情報を取得するステップと、制御部が、触れた指の指紋情報と、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報とを照合するステップと、触れた指の指紋情報と複数の指の指紋情報のいずれか一とが一致した場合に、制御部が、複数の指の指紋情報のうち触れた指の指紋情報と一致した指紋情報とタッチ操作との組み合わせに応じた処理を実行するステップと、を有する。
【0022】
また、上記において、本発明の一態様のプログラムは、触れた指の指紋情報が複数の指の指紋情報のいずれとも一致しない場合に、制御部が、システムをロックされた状態に移行するステップを有することが好ましい。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一態様により、指の種類ごとに異なる処理を設定することで、簡便な操作で様々な処理を実行することができる電子機器を提供できる。または、セキュリティレベルの高い電子機器を提供できる。または、新規な電子機器を提供できる。
【0024】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【発明を実施するための形態】
【0026】
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。
【0027】
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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【0028】
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【0029】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、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である。または、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である。
【0030】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び電子機器の動作方法について説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器及び電子機器の動作方法について説明する。
【0031】
なお、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関わることや、一つの機能を複数の構成要素で実現することもあり得る。
【0032】
以下では、本発明の一態様の電子機器のより具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
【0033】
本発明の一態様の電子機器では、取得した指紋情報から、人差し指、中指といった、触れている指の違いを認識する機能を設けることにより、簡便かつ多彩な操作が可能となる。例えば、人差し指でタップを行うことによって表示画面を拡大させ、中指でタップを行うことによって表示画面を縮小させることができる。
【0034】
また、本発明の一態様の電子機器では、取得した指紋情報から、人差し指、中指といった、触れている指の違いを認識し、さらに当該指紋情報と検出したタッチ操作を組み合わせることにより、簡便かつ多彩な操作が可能となる。例えば、人差し指でダブルタップを行うことによって任意のアプリケーションを起動させ、中指でダブルタップを行うことによって起動していたアプリケーションを終了させることができる。
【0035】
さらに、本発明の一態様の電子機器では、タッチ操作の検出と指紋情報の取得とを表示部で行うことができる。したがって別途指紋センサ等を設ける必要がなく、電子機器を構成するための部材を最小限に抑えることができる。
【0036】
［電子機器の構成例］
図１に、本発明の一態様の電子機器の一例であるデバイス１０のブロック図を示す。デバイス１０は、制御部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、を有する。表示部１２は、検出部２１を有する。デバイス１０は、例えば情報端末機器などの電子機器として用いることができる。
図１に、本発明の一態様の電子機器の一例であるデバイス１０のブロック図を示す。デバイス１０は、制御部１１と、表示部１２と、記憶部１３と、を有する。表示部１２は、検出部２１を有する。デバイス１０は、例えば情報端末機器などの電子機器として用いることができる。
【0037】
表示部１２は、画像を表示する機能と、タッチ操作を検出する機能と、画面等に触れた指の指紋情報を取得する機能と、を有する。ここでは、表示部１２が、検出部２１を有する例を示している。検出部２１は、表示部１２の上記機能のうち、タッチ操作を検出する機能及び指紋情報を取得する機能を担う部分である。表示部１２は、指紋情報取得機能付きタッチパネルともいうことができる。例えば、表示部１２には、実施の形態２で詳述する表示装置を用いることができる。
【0038】
検出部２１は、画面にタッチされた指の位置情報を制御部１１に出力する機能を有する。また、検出部２１は、画面に触れた指の指紋を撮像し、その画像情報を指紋情報として制御部１１に出力する機能を有する。
【0039】
表示部１２は、画面上のどの位置であっても、触れた指の指紋情報を取得することができることが好ましい。すなわち、画面上におけるタッチセンサが機能する範囲と、指紋情報の取得が可能な範囲とが、一致または概略一致することが好ましい。
【0040】
記憶部１３は、あらかじめ登録されたユーザーの指紋情報、及び当該指紋情報または当該指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理情報を保持する機能を有する。記憶部１３は、制御部１１の要求に応じて、当該情報を制御部１１に出力することができる。なお、当該処理情報は、電子機器内のアプリケーションなどによって個別に設定されていてもよい。
【0041】
多彩な操作を実現するため、記憶部１３には、ユーザーが画面の操作に用いる全ての指の指紋情報が保持されていることが好ましい。例えば、ユーザーの右手の人差し指と、左手の人差し指の指紋情報のほかに、ユーザーの右手の中指と、左手の中指の指紋情報を保持していることが好ましい。また、これに加えて、薬指、小指、親指のうち、１つ以上の指紋情報を保持することが好ましく、ユーザーの両手の五指すべての指紋情報を保持していてもよい。
【0042】
制御部１１は、検出部２１がタッチ操作を検出した際に、検出部２１に対して指紋情報の取得を要求する機能を有する。そして、制御部１１は、検出部２１から入力される指紋情報と、あらかじめ登録された複数の指の指紋情報とを照合する機能を有する。制御部１１は、検出部２１から入力された指紋情報が、当該複数の指の指紋情報のいずれか一と一致すると判断した場合には、あらかじめ設定された、当該指紋情報に応じた処理、または、当該指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理を実行する。さらに、制御部１１は、入力された指紋情報が登録されている指紋情報のいずれとも一致しないと判断した場合には、システムを任意の状態に移行する機能を有することが好ましい。任意の状態とは、ここでは、例えばデバイスがロックされた状態や、画面上に指紋情報が一致しない旨の警告文が表示された状態等を指す。なお、当該機能は本明細書に記載した例とは異なる状態に移行するものであってもよい。または、当該機能を有さなくてもよい。
【0043】
制御部１１によって実行される、指紋認証の方法としては、例えば、２つの画像を比較して、その類似度を用いるテンプレートマッチング法、またはパターンマッチング法などの手法を用いることができる。また、機械学習を用いた推論により、指紋認証処理を実行してもよい。このとき、特にニューラルネットワークを用いた推論により行われることが好ましい。
【0044】
また、制御部１１は、例えば中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）として機能することができる。制御部１１は、プロセッサにより種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理やプログラム制御を行う。プロセッサにより実行しうるプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、記憶部１３に格納されていてもよい。
【0045】
【0046】
ステップＳ１において、検出部２１によってタッチ操作の検出が行われる。タッチが検出された場合には、ステップＳ２に移行する。タッチ操作が行われない場合には、タッチ操作が行われるまで待機する（再度ステップＳ１に移行する）。
【0047】
なお、ステップＳ１において、一定期間タッチ操作が行われない場合には、制御部１１はシステムを、ロックされた状態へ移行してもよい。
【0048】
ステップＳ２において、検出部２１によって指紋情報の取得が行われる。検出部２１は、取得した指紋情報を、制御部１１に出力する。
【0049】
ステップＳ３において、制御部１１は、指紋認証処理を実行する。具体的には、記憶部１３にあらかじめ保持された複数の指紋情報と、検出部２１で取得した指紋情報とを照合し、後者が前者のいずれかと一致するかを判定する。記憶部１３に保持された複数の指紋情報のうち、指Ａの指紋情報と、検出部２１で取得した指紋情報が一致すると判断した場合には、ステップＳ４に移行する。また、記憶部１３に保持された複数の指紋情報のうち、指Ｂの指紋情報と、検出部２１で取得した指紋情報が一致すると判断した場合には、ステップＳ５に移行する。一方、記憶部１３に保持された複数の指紋情報のうちのいずれとも、検出部２１で取得した指紋情報が一致しないと判断した場合には、ステップＳ６に移行する。
【0050】
ステップＳ４において、制御部１１は、検出部２１で検出したタッチ操作に基づいて、指Ａの指紋情報に応じた処理Ａを実行する。または、制御部１１は、検出部２１で検出したタッチ操作に基づいて、指Ａの指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理Ａを実行する。タッチ操作としては、タップ、ロングタップ、スワイプ、フリック、スライド、ドラッグなどの操作がある。
【0051】
ステップＳ５において、制御部１１は、検出部２１で検出したタッチ操作に基づいて、指Ｂの指紋情報に応じた処理Ｂを実行する。または、制御部１１は、検出部２１で検出したタッチ操作に基づいて、指Ｂの指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理Ｂを実行する。タッチ操作としては、タップ、ロングタップ、スワイプ、フリック、スライド、ドラッグなどの操作がある。
【0052】
なお、ここでの指Ａ及び指Ｂとは、記憶部１３にあらかじめ保持された指紋情報を有する任意の指のことであり、例えば、人差し指、中指、薬指、小指、親指のうちのいずれかを指す。なお、本明細書では便宜上、指Ａ及び指Ｂの指紋情報を検出した場合のフローのみについて記載しているが、記憶部１３に保持されている指紋情報の数に応じて適宜フローを変更してもよい。例えば、記憶部１３があらかじめ登録された任意の指Ｃの指紋情報を保持しており、検出部２１が指Ｃの指紋情報を検知した場合、制御部１１は指Ｃの指紋情報あるいは指Ｃの指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理Ｃを実行するフローを有することが好ましい。
【0053】
上記の機能を有することで、異なる指で同じ操作を行った場合に、それぞれの指が有する指紋情報に応じた異なる処理を実行することができる。これにより、２本の指の操作、例えばピンチイン、ピンチアウトなどの操作が必要であった処理を、１本の指で実行することができるため、簡便かつ多彩な操作が可能となる。
【0054】
また、例えばタップ操作のみで、多彩な処理を実行することもできる。例えば中指でタップすることで、スライド操作が必要とされていた画面のスクロールを実行することもできる。すなわち、指をスライドさせる動作を行わなくても、多彩な操作が可能となる。これにより、高齢者や手に障害を持つ人にとっても操作しやすい機器を実現することができる。
【0055】
なお、指の指紋情報とタッチ操作の組み合わせに応じた処理は、アプリケーションの機能と連動させてもよい。例えば、あるアプリケーションでは、薬指で画面をタップすることで、アプリケーションの終了をすることができ、別のアプリケーションでは、薬指でファイルに関連付けられた画像またはアイコンをタップすることで、当該ファイルを削除する処理を実行することもできる。
【0056】
ステップＳ６において、制御部１１は、任意の処理Ｘを実行する。処理Ｘとしては、例えばシステムをロックする処理や、画面上に指紋情報が合致しない旨の警告文を表示させる処理などを行うことが好ましい。これにより、電子機器を操作しているユーザーは、電子機器を使用することができなくなる。または、使用可能な機能が制限された状態となる。
【0057】
なお、ステップＳ６における処理Ｘとして、本明細書に示した例とは異なる処理を行ってもよい。または、処理を行わなくてもよい。
【0058】
図２のフローを繰り返すことで、デバイス１０では様々な処理を実行することができる。
【0059】
以上が、図２に示すフローチャートの説明である。
【0060】
なお、図２では１本の指の指紋情報に応じた処理を実行する例を示したが、本発明の一態様はこれに限定されない。本発明の一態様では、２本以上の指の指紋情報（または指紋情報及びタッチ操作）の組み合わせに応じた処理を実行してもよい。例えば、各指で実行できるタッチ操作としては、タップ、ロングタップ、スワイプ、フリック、スライド、ドラッグなどがあり、２本の指で実行できるタッチ操作としては、ピンチイン、ピンチアウト、回転などがある。具体的には、人差し指と中指でタップを行う場合と、人差し指と薬指でタップを行う場合と、で異なる処理を実行してもよい。
【0061】
なお、本発明の一態様の電子機器により実行される処理方法、操作方法、動作方法、または表示方法等は、例えばプログラムとして記述されうる。例えば、上記で例示したデバイス１０等により実行される処理方法、操作方法、動作方法、または表示方法等が記述されたプログラムは、非一時的記憶媒体に格納され、デバイス１０の制御部１１が有する演算装置等に読み出され、実行することができる。すなわち、上記で例示した動作方法等を、ハードウェアにより実行させるためのプログラム、及び当該プログラムが格納された非一時的記憶媒体は、本発明の一態様である。
【0062】
［変形例］
上記では、表示部１２が、検出部２１を含む例を示したが、これらが別々に設けられていてもよい。図３Ａに示すデバイス１０Ａは、検出部２１が表示部１２に含まれない例を示している。
上記では、表示部１２が、検出部２１を含む例を示したが、これらが別々に設けられていてもよい。図３Ａに示すデバイス１０Ａは、検出部２１が表示部１２に含まれない例を示している。
【0063】
デバイス１０Ａの検出部２１としては、例えば画像表示機能を有さないタッチパッドなどが挙げられる。
【0064】
または、デバイス１０Ａが、指紋情報を取得する機能を有さない表示部１２と、画像を表示する機能を有する検出部２１の２つを有する構成としてもよい。すなわち、入力手段である検出部２１として、指紋情報取得機能付きタッチパネルを用い、これとは別に、画像表示手段として表示部１２を有する構成としてもよい。
【0065】
または、タッチ検出に用いる検出部と、指紋情報の取得に用いる検出部とが別々に設けられていてもよい。図３Ｂに示すデバイス１０Ｂは、指紋情報の取得を行う検出部２１Ａが表示部１２に含まれ、タッチ検出を行う検出部２１Ｂが独立して設けられている例を示している。例えば、表示部１２に、実施の形態２で詳述する表示装置を用い、検出部２１Ｂに、静電容量式のタッチセンサを用いてもよい。
【0066】
なお、デバイス１０Ｂにおいて、表示部１２に含まれるのが、タッチ検出を行う検出部２１Ｂであってもよく、独立して設けられるのが、指紋情報の取得を行う検出部２１Ａであってもよい。
【0067】
［具体例］
以下では、本発明の一態様の電子機器の具体的な例について説明する。
以下では、本発明の一態様の電子機器の具体的な例について説明する。
【0068】
図４Ａに、電子機器３０と、電子機器３０を操作する第１の指２５を模式的に示す。電子機器３０は、表示部３１を有する。電子機器３０は、例えばスマートフォンとして機能する携帯情報端末機器である。
【0069】
電子機器３０として、前述のデバイス１０、デバイス１０Ａまたはデバイス１０Ｂを適用することができる。
【0070】
図４Ａでは、第１の指２５の指先が表示部３１に触れている。このとき、表示部３１によって、第１の指２５の指紋情報２６を取得することができる。
【0071】
さらに、図４Ａには、表示部３１にて取得された指紋情報２６と、電子機器３０にあらかじめ登録されたユーザーの複数の指の指紋情報２７とを示している。複数の指の指紋情報の一つである指紋情報２７Ａと、表示部３１にて取得された指紋情報２６とが一致すると制御部１１が判断した結果、指紋情報２７Ａ（または指紋情報２７Ａとタッチ操作の組み合わせ）に応じた処理が実行される。例えば、図４Ａに示すように、ユーザーは、第１の指２５でタップすることで、画像３５を拡大するなどの操作を行うことができる。
【0072】
図４Ｂには、電子機器３０と、電子機器３０を操作する第２の指２８を模式的に示している。
【0073】
図４Ｂでは、第２の指２８の指先が表示部３１に触れている。このとき、表示部３１によって、第２の指２８の指紋情報２９を取得することができる。
【0074】
さらに、図４Ｂには、図４Ａと同様に、表示部３１にて取得された指紋情報２９と、電子機器３０にあらかじめ登録されたユーザーの複数の指の指紋情報２７とを示している。複数の指の指紋情報の一つである指紋情報２７Ｂと、表示部３１にて取得された指紋情報２９とが一致すると制御部１１が判断した結果、指紋情報２７Ｂ（または指紋情報２７Ｂとタッチ操作の組み合わせ）に応じた処理が実行される。例えば、図４Ｂに示すように、ユーザーは、第２の指２８でタップすることで、画像３５を縮小するなどの操作を行うことができる。
【0075】
図５Ａには、本発明の一態様の具体例である電子機器４０を示している。電子機器４０は、ノート型のパーソナルコンピュータとして機能する。
【0076】
電子機器４０は、表示部４１、入力部４２、複数の入力キー４３、筐体４４、筐体４５、ヒンジ部４６等を有する。表示部４１は筐体４４に設けられる。入力部４２及び入力キー４３は、筐体４５に設けられる。筐体４４と筐体４５とは、ヒンジ部４６により連結されている。
【0077】
入力部４２はタッチパッドとして機能する。入力部４２は、指２４の指先が触れた位置情報及びタッチ操作を取得する機能と、当該指先の指紋情報を取得する機能と、を有する。
【0078】
表示部４１にタッチパネルを適用する場合には、指紋情報を取得する機能を有することが好ましい。
【0079】
図５Ｂには、表示部４１Ａにフレキシブルディスプレイが適用された電子機器４０Ａを示している。表示部４１Ａは、筐体４４と筐体４５とにわたって設けられている。これにより、２つの筐体にわたって継ぎ目のない表示を行うことができる。
【0080】
表示部４１Ａは、画像を表示する機能と、指２４の指先が触れた位置情報及びタッチ操作を取得する機能と、当該指先の指紋情報を取得する機能と、を有する。
【0081】
図５Ｃには、２つの筐体それぞれに表示部が設けられた電子機器４０Ｂを示している。筐体４４には表示部４１Ｂが設けられる。筐体４５には表示部４１Ｃが設けられる。
【0082】
表示部４１Ｂと表示部４１Ｃのうち、少なくとも一方、好ましくは両方が、画像を表示する機能と、指２４の指先が触れた位置情報を取得する機能と、当該指先の指紋情報を取得する機能と、を有する。
【0083】
以上が具体例についての説明である。
【0084】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、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、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【0085】
【0086】
本実施の形態の表示装置は、実施の形態１で説明したデバイスの表示部に好適に用いることができる。
【0087】
本発明の一態様の表示装置の表示部は、発光素子（発光デバイスともいう）を用いて画像を表示する機能を有する。さらに、当該表示部は、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方も有する。
【0088】
本発明の一態様の表示装置は、受光素子（受光デバイスともいう）と発光素子とを有する。または、本発明の一態様の表示装置は、受発光素子（受発光デバイスともいう）と発光素子とを有する。
【0089】
まず、受光素子と発光素子とを有する表示装置について説明する。
【0090】
本発明の一態様の表示装置は、表示部に、受光素子と発光素子とを有する。本発明の一態様の表示装置は、表示部に、発光素子がマトリクス状に配置されており、当該表示部で画像を表示することができる。また、当該表示部には、受光素子がマトリクス状に配置されており、表示部は、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方も有する。表示部は、イメージセンサやタッチセンサに用いることができる。つまり、表示部で光を検出することで、画像を撮像することや、対象物（指やペンなど）の近接もしくは接触を検出することができる。さらに、本発明の一態様の表示装置は、発光素子をセンサの光源として利用することができる。したがって、表示装置と別に受光部及び光源を設けなくてよく、電子機器の部品点数を削減することができる。
【0091】
本発明の一態様の表示装置では、表示部が有する発光素子が発した光を対象物が反射（または散乱）した際、受光素子がその反射光（または散乱光）を検出できるため、暗い場所でも、撮像やタッチ操作（接触または近接）の検出が可能である。
【0092】
本発明の一態様の表示装置は、発光素子を用いて、画像を表示する機能を有する。つまり、発光素子は、表示素子（表示デバイスともいう）として機能する。
【0093】
発光素子としては、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などのＥＬ素子（ＥＬデバイスともいう）を用いることが好ましい。ＥＬ素子が有する発光物質としては、蛍光を発する物質（蛍光材料）、燐光を発する物質（燐光材料）、無機化合物（量子ドット材料など）、熱活性化遅延蛍光を示す物質（熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）材料）などが挙げられる。また、発光素子として、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）などのＬＥＤを用いることもできる。
【0094】
本発明の一態様の表示装置は、受光素子を用いて、光を検出する機能を有する。
【0095】
受光素子をイメージセンサに用いる場合、表示装置は、受光素子を用いて、画像を撮像することができる。例えば、本実施の形態の表示装置は、スキャナとして用いることができる。
【0096】
例えば、イメージセンサを用いて、指紋、掌紋などの生体情報に係るデータを取得することができる。つまり、表示装置に、生体認証用センサを内蔵させることができる。表示装置が生体認証用センサを内蔵することで、表示装置とは別に生体認証用センサを設ける場合に比べて、電子機器の部品点数を少なくでき、電子機器の小型化及び軽量化が可能である。
【0097】
また、受光素子をタッチセンサに用いる場合、表示装置は、受光素子を用いて、対象物の近接または接触を検出することができる。
【0098】
受光素子としては、例えば、ｐｎ型またはｐｉｎ型のフォトダイオードを用いることができる。受光素子は、受光素子に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子（光電変換デバイスともいう）として機能する。受光素子に入射する光量に基づき、受光素子から発生する電荷量が決まる。
【0099】
特に、受光素子として、有機化合物を含む層を有する有機フォトダイオードを用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。
【0100】
本発明の一態様では、発光素子として有機ＥＬ素子（有機ＥＬデバイスともいう）を用い、受光素子として有機フォトダイオードを用いる。有機ＥＬ素子及び有機フォトダイオードは、同一基板上に形成することができる。したがって、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に有機フォトダイオードを内蔵することができる。
【0101】
有機ＥＬ素子及び有機フォトダイオードを構成する全ての層を作り分けようとすると、成膜工程が非常に多くなる。有機フォトダイオードは、有機ＥＬ素子と共通の構成にできる層が多いため、共通の構成にできる層は一括で成膜することで、成膜工程の増加を抑制することができる。
【0102】
例えば、一対の電極のうち一方（共通電極）を、受光素子及び発光素子で共通の層とすることができる。また、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層の少なくとも１つを、受光素子及び発光素子で共通の層とすることが好ましい。また、例えば、受光素子が活性層を有し、発光素子が発光層を有する以外は、受光素子と発光素子とで同一の構成にすることもできる。つまり、発光素子の発光層を、活性層に置き換えるのみで、受光素子を作製することもできる。このように、受光素子及び発光素子が共通の層を有することで、成膜回数及びマスクの数を減らすことができ、表示装置の作製工程及び作製コストを削減することができる。また、表示装置の既存の製造装置及び製造方法を用いて、受光素子を有する表示装置を作製することができる。
【0103】
なお、受光素子と発光素子が共通で有する層は、発光素子における機能と受光素子における機能とが異なる場合がある。本明細書中では、発光素子における機能に基づいて構成要素を呼称する。例えば、正孔注入層は、発光素子において正孔注入層として機能し、受光素子において正孔輸送層として機能する。同様に、電子注入層は、発光素子において電子注入層として機能し、受光素子において電子輸送層として機能する。また、受光素子と発光素子が共通で有する層は、発光素子における機能と受光素子における機能とが同一である場合もある。正孔輸送層は、発光素子及び受光素子のいずれにおいても、正孔輸送層として機能し、電子輸送層は、発光素子及び受光素子のいずれにおいても、電子輸送層として機能する。
【0104】
次に、受発光素子と発光素子とを有する表示装置について説明する。
【0105】
本発明の一態様の表示装置において、いずれかの色を呈する副画素は、発光素子の代わりとして、受発光素子を有し、その他の色を呈する副画素は、発光素子を有する。受発光素子は、光を発する機能（発光機能）と、受光する機能（受光機能）と、の双方を有する。例えば、画素が、赤色の副画素、緑色の副画素、青色の副画素の３つの副画素を有する場合、少なくとも１つの副画素が受発光素子を有し、他の副画素は発光素子を有する構成とする。したがって、本発明の一態様の表示装置の表示部は、受発光素子と発光素子との双方を用いて画像を表示する機能を有する。
【0106】
受発光素子が、発光素子と受光素子とを兼ねることで、画素に含まれる副画素の数を増やさずに、画素に受光機能を付与することができる。これにより、画素の開口率（各副画素の開口率）、及び、表示装置の精細度を維持したまま、表示装置の表示部に、撮像機能及びセンシング機能の一方または双方を付加することができる。したがって、本発明の一態様の表示装置は、発光素子を有する副画素とは別に、受光素子を有する副画素を設ける場合に比べ、画素の開口率を高くでき、また、高精細化が容易である。
【0107】
本発明の一態様の表示装置は、表示部に、受発光素子と発光素子がマトリクス状に配置されており、当該表示部で画像を表示することができる。また、表示部は、イメージセンサやタッチセンサに用いることができる。本発明の一態様の表示装置は、発光素子をセンサの光源として利用することができる。したがって、表示装置と別に受光部及び光源を設けなくてよく、電子機器の部品点数を削減することができる。
【0108】
本発明の一態様の表示装置では、表示部が有する発光素子が発した光を対象物が反射（または散乱）した際、受発光素子がその反射光（または散乱光）を検出できるため、暗い場所でも、撮像やタッチ操作（接触または近接）の検出が可能である。
【0109】
受発光素子は、有機ＥＬ素子と有機フォトダイオードを組み合わせて作製することができる。例えば、有機ＥＬ素子の積層構造に、有機フォトダイオードの活性層を追加することで、受発光素子を作製することができる。さらに、有機ＥＬ素子と有機フォトダイオードを組み合わせて作製する受発光素子は、有機ＥＬ素子と共通の構成にできる層を一括で成膜することで、成膜工程の増加を抑制することができる。
【0110】
例えば、一対の電極のうち一方（共通電極）を、受発光素子及び発光素子で共通の層とすることができる。また、例えば、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層の少なくとも１つを、受発光素子及び発光素子で共通の層とすることが好ましい。また、例えば、受光素子の活性層の有無以外は、受発光素子と発光素子とで同一の構成にすることもできる。つまり、発光素子に、受光素子の活性層を加えるのみで、受発光素子を作製することもできる。このように、受発光素子及び発光素子が共通の層を有することで、成膜回数及びマスクの数を減らすことができ、表示装置の作製工程及び作製コストを削減することができる。また、表示装置の既存の製造装置及び製造方法を用いて、受発光素子を有する表示装置を作製することができる。
【0111】
なお、受発光素子が有する層は、受発光素子が、受光素子として機能する場合と、発光素子として機能する場合と、で、機能が異なることがある。本明細書中では、受発光素子が発光素子として機能する場合における機能に基づいて構成要素を呼称する。例えば、正孔注入層は、受発光素子が発光素子として機能する際には、正孔注入層として機能し、受発光素子が受光素子として機能する際には、正孔輸送層として機能する。同様に、電子注入層は、受発光素子が発光素子として機能する際には、電子注入層として機能し、受発光素子が受光素子として機能する際には、電子輸送層として機能する。また、受発光素子が有する層は、受発光素子が、受光素子として機能する場合と、発光素子として機能する場合と、で、機能が同一であることもある。正孔輸送層は、発光素子及び受光素子のいずれとして機能する場合においても、正孔輸送層として機能し、電子輸送層は、発光素子及び受光素子のいずれとして機能する場合においても、電子輸送層として機能する。
【0112】
本実施の形態の表示装置は、発光素子及び受発光素子を用いて、画像を表示する機能を有する。つまり、発光素子及び受発光素子は、表示素子として機能する。
【0113】
本実施の形態の表示装置は、受発光素子を用いて、光を検出する機能を有する。受発光素子は、受発光素子自身が発する光よりも短波長の光を検出することができる。
【0114】
受発光素子をイメージセンサに用いる場合、本実施の形態の表示装置は、受発光素子を用いて、画像を撮像することができる。例えば、本実施の形態の表示装置は、スキャナとして用いることができる。
【0115】
また、受発光素子をタッチセンサに用いる場合、本実施の形態の表示装置は、受発光素子を用いて、対象物の近接または接触を検出することができる。
【0116】
受発光素子は、受発光素子に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子として機能する。受発光素子に入射する光量に基づき、受発光素子から発生する電荷量が決まる。
【0117】
受発光素子は、上記発光素子の構成に、受光素子の活性層を追加することで作製することができる。
【0118】
受発光素子には、例えば、ｐｎ型またはｐｉｎ型のフォトダイオード構造を適用することができる。
【0119】
特に、受発光素子には、有機化合物を含む層を有する有機フォトダイオードの活性層を用いることが好ましい。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化、及び大面積化が容易であり、また、形状及びデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。
【0120】
以下では、本発明の一態様の表示装置について、図面を用いてより具体的に説明する。
【0121】
【0122】
図６Ａに示す表示装置２００Ａは、基板２０１と基板２０９との間に、受光素子を有する層２０３、機能層２０５、及び、発光素子を有する層２０７を有する。
【0123】
表示装置２００Ａは、発光素子を有する層２０７から、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の光が射出される構成である。
【0124】
受光素子を有する層２０３に含まれる受光素子は、表示装置２００Ａの外部から入射した光を検出することができる。
【0125】
図６Ｂに示す表示装置２００Ｂは、基板２０１と基板２０９との間に、受発光素子を有する層２０４、機能層２０５、及び、発光素子を有する層２０７を有する。
【0126】
表示装置２００Ｂは、発光素子を有する層２０７から、緑色（Ｇ）の光及び青色（Ｂ）の光が射出され、受発光素子を有する層２０４から赤色（Ｒ）の光が射出される構成である。なお、本発明の一態様の表示装置において、受発光素子を有する層２０４が発する光の色は、赤色に限定されない。また、発光素子を有する層２０７が発する光の色も、緑色と青色の組み合わせに限定されない。
【0127】
受発光素子を有する層２０４に含まれる受発光素子は、表示装置２００Ｂの外部から入射した光を検出することができる。当該受発光素子は、例えば、緑色（Ｇ）の光及び青色（Ｂ）の光のうち一方または双方を検出することができる。
【0128】
機能層２０５は、受光素子または受発光素子を駆動する回路、及び、発光素子を駆動する回路を有する。機能層２０５には、スイッチ、トランジスタ、容量、抵抗、配線、端子などを設けることができる。なお、発光素子及び受光素子をパッシブマトリクス方式で駆動させる場合には、スイッチやトランジスタを設けない構成としてもよい。
【0129】
本発明の一態様の表示装置は、表示装置に接触している指などの対象物を検出する機能（タッチパネルとしての機能）を有していてもよい。例えば、図６Ｃに示すように、発光素子を有する層２０７において発光素子が発した光を、表示装置２００Ａに接触した指２０２が反射することで、受光素子を有する層２０３における受光素子がその反射光を検出する。これにより、表示装置２００Ａに指２０２が接触したことを検出することができる。また、表示装置２００Ｂでは、発光素子を有する層２０７において発光素子が発した光を、表示装置２００Ｂに接触した指が反射することで、受発光素子を有する層２０４における受発光素子がその反射光を検出することができる。なお、以下では、発光素子の発光が対象物により反射される場合を例に挙げて説明するが、光は対象物により散乱される場合もある。
【0130】
本発明の一態様の表示装置は、図６Ｄに示すように、表示装置に近接している（接触していない）対象物を検出または撮像する機能を有していてもよい。
【0131】
本発明の一態様の表示装置は、指２０２の指紋を検出する機能を有していてもよい。図６Ｅに、本発明の一態様の表示装置で撮像した画像のイメージ図を示す。図６Ｅには、撮像範囲２６３内に、指２０２の輪郭を破線で、接触部２６１の輪郭を一点鎖線で示している。接触部２６１内において、受光素子（または受発光素子）に入射する光量の違いによって、コントラストの高い指紋２６２の画像を撮像することができる。
【0132】
本発明の一態様の表示装置は、ペンタブレットとしても機能させることができる。図６Ｆには、スタイラス２０８の先端を基板２０９に接触させた状態で、破線矢印の方向に滑らせている様子を示している。
【0133】
図６Ｆに示すように、スタイラス２０８の先端と、基板２０９の接触面で散乱される散乱光が、当該接触面と重なる部分に位置する受光素子（または受発光素子）に入射することで、スタイラス２０８の先端の位置を高精度に検出することができる。
【0134】
図６Ｇに、本発明の一態様の表示装置で検出したスタイラス２０８の軌跡２６６の例を示している。本発明の一態様の表示装置は、高い位置精度でスタイラス２０８等の被検出体の位置検出が可能であるため、描画アプリケーション等において、高精細な描画を行うことも可能である。また、静電容量式のタッチセンサや、電磁誘導型のタッチペン等を用いた場合とは異なり、絶縁性の高い被検出体であっても位置検出が可能であるため、スタイラス２０８の先端部の材料は問われず、様々な筆記用具（例えば筆、ガラスペン、羽ペンなど）を用いることもできる。
【0135】
［画素］
本発明の一態様の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。１つの画素は、複数の副画素を有する。１つの副画素は、１つの発光素子、１つの受発光素子、または１つの受光素子を有する。
本発明の一態様の表示装置は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。１つの画素は、複数の副画素を有する。１つの副画素は、１つの発光素子、１つの受発光素子、または１つの受光素子を有する。
【0136】
複数の画素は、それぞれ、発光素子を有する副画素、受光素子を有する副画素、及び、受発光素子を有する副画素のうち１つまたは複数を有する。
【0137】
例えば、画素は、発光素子を有する副画素を複数（例えば、３つまたは４つ）有し、受光素子を有する副画素を１つ有する。
【0138】
なお、受光素子は、全ての画素に設けられていてもよく、一部の画素に設けられていてもよい。また、１つの画素が複数の受光素子を有していてもよい。また、１つの受光素子が複数の画素にわたって設けられていてもよい。受光素子の精細度と発光素子の精細度は互いに異なっていてもよい。
【0139】
画素が発光素子を有する副画素を３つ有する場合、当該３つの副画素としては、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色の副画素、黄色（Ｙ）、シアン（Ｃ）、及びマゼンタ（Ｍ）の３色の副画素などが挙げられる。画素が発光素子を有する副画素を４つ有する場合、当該４つの副画素としては、Ｒ、Ｇ、Ｂ、白色（Ｗ）の４色の副画素、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙの４色の副画素などが挙げられる。
【0140】
図６Ｈ、図６Ｊ、図６Ｋ、図６Ｌに、発光素子を有する副画素を複数有し、受光素子を有する副画素を１つ有する画素の一例を示す。なお、本実施の形態で示す副画素の配列は図示した順序に限定されない。例えば、副画素（Ｂ）と副画素（Ｇ）の位置を逆にしても構わない。
【0141】
【0142】
図６Ｈに示す画素には、マトリクス配列が適用されており、図６Ｊに示す画素には、ストライプ配列が適用されている。また、図６Ｋは、横１列に、赤色の光を呈する副画素（Ｒ）、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）が配置され、その下に受光機能を有する副画素（ＰＤ）が配置されている例である。つまり、図６Ｋにおいて、副画素（Ｒ）、副画素（Ｇ）、及び副画素（Ｂ）は互いに同じ行に配置され、副画素（ＰＤ）とは異なる行に配置される。
【0143】
図６Ｌに示す画素は、図６Ｋに示す画素の構成に加えて、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の光を呈する副画素（Ｘ）を有する。Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の光としては、白色（Ｗ）、黄色（Ｙ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、赤外光（ＩＲ）等の光が挙げられる。副画素（Ｘ）が赤外光を呈する場合、受光機能を有する副画素（ＰＤ）は、赤外光を検出する機能を有することが好ましい。受光機能を有する副画素（ＰＤ）は、可視光及び赤外光の双方を検出する機能を有していてもよい。センサの用途に応じて、受光素子が検出する光の波長を決定することができる。
【0144】
または、例えば、画素は、発光素子を有する副画素を複数有し、受発光素子を有する副画素を１つ有する。
【0145】
受発光素子を有する表示装置は、画素に受光機能を組み込むために画素配列を変更する必要がないため、開口率及び精細度を低減させずに、表示部に撮像機能及びセンシング機能の一方または双方を付加することができる。
【0146】
なお、受発光素子は、全ての画素に設けられていてもよく、一部の画素に設けられていてもよい。また、１つの画素が複数の受発光素子を有していてもよい。
【0147】
【0148】
図７Ａに示す画素は、ストライプ配列が適用され、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）を有する。画素が、Ｒ、Ｇ、Ｂの３つの副画素からなる表示装置において、Ｒの副画素に用いる発光素子を、受発光素子に置き換えることで、画素に受光機能を有する表示装置を作製することができる。
【0149】
図７Ｂに示す画素は、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）を有する。副画素（Ｒ・ＰＤ）は、副画素（Ｇ）と副画素（Ｂ）とは異なる列に配置される。副画素（Ｇ）と副画素（Ｂ）とは、同じ列に交互に配置され、一方が奇数行に設けられ、他方が偶数行に設けられる。なお、他の色の副画素と異なる列に配置される副画素は、赤色（Ｒ）に限られず、緑色（Ｇ）または青色（Ｂ）であってもよい。
【0150】
図７Ｃに示す画素は、マトリクス配列が適用され、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、青色の光を呈する副画素（Ｂ）、及び、Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の光を呈する副画素（Ｘ）を有する。画素が、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｘの４つの副画素からなる表示装置においても、Ｒの副画素に用いる発光素子を、受発光素子に置き換えることで、画素に受光機能を有する表示装置を作製することができる。
【0151】
図７Ｄには、２つの画素を示しており、点線で囲まれた３つの副画素により１つの画素が構成されている。図７Ｄに示す画素は、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）を有する。図７Ｄに示す左の画素では、副画素（Ｒ・ＰＤ）と同じ行に副画素（Ｇ）が配置され、副画素（Ｒ・ＰＤ）と同じ列に副画素（Ｂ）が配置されている。図７Ｄに示す右の画素では、副画素（Ｒ・ＰＤ）と同じ行に副画素（Ｇ）が配置され、副画素（Ｇ）と同じ列に副画素（Ｂ）が配置されている。図７Ｄに示す画素レイアウトでは、奇数行と偶数行のいずれにおいても、副画素（Ｒ・ＰＤ）、副画素（Ｇ）、及び副画素（Ｂ）が繰り返し配置されており、かつ、各列において、奇数行と偶数行では互いに異なる色の副画素が配置される。
【0152】
図７Ｅには、ペンタイル配列が適用された４つの画素を示しており、隣接する２つの画素は組み合わせの異なる２色の光を呈する副画素を有する。なお、図７Ｅに示す副画素の形状は、当該副画素が有する発光素子または受発光素子の上面形状を示している。図７Ｆは、図７Ｅに示す画素配列の変形例である。
【0153】
図７Ｅに示す左上の画素と右下の画素は、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、及び、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）を有する。図７Ｅに示す左下の画素と右上の画素は、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）を有する。
【0154】
図７Ｆに示す左上の画素と右下の画素は、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、及び、緑色の光を呈する副画素（Ｇ）を有する。図７Ｆに示す左下の画素と右上の画素は、赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）、及び、青色の光を呈する副画素（Ｂ）を有する。
【0155】
図７Ｅでは、各画素に緑色の光を呈する副画素（Ｇ）が設けられている。一方、図７Ｆでは、各画素に赤色の光を呈し、かつ、受光機能を有する副画素（Ｒ・ＰＤ）が設けられている。各画素に受光機能を有する副画素が設けられているため、図７Ｆに示す構成では、図７Ｅに示す構成に比べて、高い精細度で撮像を行うことができる。これにより、例えば、生体認証の精度を高めることができる。
【0156】
また、発光素子及び受発光素子の上面形状は特に限定されず、円、楕円、多角形、角の丸い多角形等とすることができる。副画素（Ｇ）が有する発光素子の上面形状について、図７Ｅでは円形である例を示し、図７Ｆでは正方形である例を示している。各色の発光素子及び受発光素子の上面形状は、互いに異なっていてもよく、一部または全ての色で同じであってもよい。
【0157】
また、各色の副画素の開口率は、互いに異なっていてもよく、一部または全ての色で同じであってもよい。例えば、各画素に設けられる副画素（図７Ｅでは副画素（Ｇ）、図７Ｆでは副画素（Ｒ・ＰＤ））の開口率を、他の色の副画素の開口率に比べて小さくしてもよい。
【0158】
図７Ｇは、図７Ｆに示す画素配列の変形例である。具体的には、図７Ｇの構成は、図７Ｆの構成を４５°回転させることで得られる。図７Ｆでは、２つの副画素により１つの画素が構成されることとして説明したが、図７Ｇに示すように、４つの副画素により１つの画素が構成されていると捉えることもできる。
【0159】
図７Ｇでは、点線で囲まれた４つの副画素により１つの画素が構成されることとして説明を行う。１つの画素は、２つの副画素（Ｒ・ＰＤ）と、１つの副画素（Ｇ）と、１つの副画素（Ｂ）と、を有する。このように、１つの画素が、受光機能を有する副画素を複数有することで、高い精細度で撮像を行うことができる。したがって、生体認証の精度を高めることができる。例えば、撮像の精細度を、表示の精細度のルート２倍とすることができる。
【0160】
図７Ｆまたは図７Ｇに示す構成が適用された表示装置は、ｐ個（ｐは２以上の整数）の第１の発光素子と、ｑ個（ｑは２以上の整数）の第２の発光素子と、ｒ個（ｒはｐより大きく、ｑより大きい整数）の受発光素子と、を有する。ｐとｒはｒ＝２ｐを満たす。また、ｐ、ｑ、ｒはｒ＝ｐ＋ｑを満たす。第１の発光素子と第２の発光素子のうち一方が緑色の光を発し、他方が青色の光を発する。受発光素子は、赤色の光を発し、かつ、受光機能を有する。
【0161】
例えば、受発光素子を用いて、タッチ検出を行う場合、光源からの発光がユーザーに視認されにくいことが好ましい。青色の光は、緑色の光よりも視認性が低いため、青色の光を発する発光素子を光源とすることが好ましい。したがって、受発光素子は、青色の光を受光する機能を有することが好ましい。
【0162】
以上のように、本実施の形態の表示装置には、様々な配列の画素を適用することができる。
【0163】
［デバイス構造］
次に、本発明の一態様の表示装置に用いることができる、発光素子、受光素子、及び受発光素子の詳細な構成について説明する。
次に、本発明の一態様の表示装置に用いることができる、発光素子、受光素子、及び受発光素子の詳細な構成について説明する。
【0164】
本発明の一態様の表示装置は、発光素子が形成されている基板とは反対方向に光を射出するトップエミッション型、発光素子が形成されている基板側に光を射出するボトムエミッション型、両面に光を射出するデュアルエミッション型のいずれであってもよい。
【0165】
本実施の形態では、トップエミッション型の表示装置を例に挙げて説明する。
【0166】
なお、本明細書等において、特に説明のない限り、要素（発光素子、発光層など）を複数有する構成を説明する場合であっても、各々の要素に共通する事項を説明する場合には、アルファベットを省略して説明する。例えば、発光層２８３Ｒ及び発光層２８３Ｇ等に共通する事項を説明する場合に、発光層２８３と記す場合がある。
【0167】
図８Ａに示す表示装置２８０Ａは、受光素子２７０ＰＤ、赤色（Ｒ）の光を発する発光素子２７０Ｒ、緑色（Ｇ）の光を発する発光素子２７０Ｇ、及び、青色（Ｂ）の光を発する発光素子２７０Ｂを有する。
【0168】
各発光素子は、画素電極２７１、正孔注入層２８１、正孔輸送層２８２、発光層、電子輸送層２８４、電子注入層２８５、及び共通電極２７５をこの順で積層して有する。発光素子２７０Ｒは、発光層２８３Ｒを有し、発光素子２７０Ｇは、発光層２８３Ｇを有し、発光素子２７０Ｂは、発光層２８３Ｂを有する。発光層２８３Ｒは、赤色の光を発する発光物質を有し、発光層２８３Ｇは、緑色の光を発する発光物質を有し、発光層２８３Ｂは、青色の光を発する発光物質を有する。
【0169】
発光素子は、画素電極２７１と共通電極２７５との間に電圧を印加することで、共通電極２７５側に光を射出する電界発光素子である。
【0170】
受光素子２７０ＰＤは、画素電極２７１、正孔注入層２８１、正孔輸送層２８２、活性層２７３、電子輸送層２８４、電子注入層２８５、及び共通電極２７５をこの順で積層して有する。
【0171】
受光素子２７０ＰＤは、表示装置２８０Ａの外部から入射される光を受光し、電気信号に変換する、光電変換素子である。
【0172】
本実施の形態では、発光素子及び受光素子のいずれにおいても、画素電極２７１が陽極として機能し、共通電極２７５が陰極として機能するものとして説明する。つまり、受光素子は、画素電極２７１と共通電極２７５との間に逆バイアスをかけて駆動することで、受光素子に入射する光を検出し、電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。
【0173】
本実施の形態の表示装置では、受光素子２７０ＰＤの活性層２７３に有機化合物を用いる。受光素子２７０ＰＤは、活性層２７３以外の層を、発光素子と共通の構成にすることができる。そのため、発光素子の作製工程に、活性層２７３を成膜する工程を追加するのみで、発光素子の形成と並行して受光素子２７０ＰＤを形成することができる。また、発光素子と受光素子２７０ＰＤとを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光素子２７０ＰＤを内蔵することができる。
【0174】
表示装置２８０Ａでは、受光素子２７０ＰＤの活性層２７３と、発光素子の発光層２８３と、を作り分ける以外は、受光素子２７０ＰＤと発光素子が共通の構成である例を示す。ただし、受光素子２７０ＰＤと発光素子の構成はこれに限定されない。受光素子２７０ＰＤと発光素子は、活性層２７３と発光層２８３のほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい。受光素子２７０ＰＤと発光素子は、共通で用いられる層（共通層）を１層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光素子２７０ＰＤを内蔵することができる。
【0175】
画素電極２７１と共通電極２７５のうち、光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
【0176】
本実施の形態の表示装置が有する発光素子には、微小光共振器（マイクロキャビティ）構造が適用されていることが好ましい。したがって、発光素子が有する一対の電極の一方は、可視光に対する透過性及び反射性を有する電極（半透過・半反射電極）を有することが好ましく、他方は、可視光に対する反射性を有する電極（反射電極）を有することが好ましい。発光素子がマイクロキャビティ構造を有することで、発光層から得られる発光を両電極間で共振させ、発光素子から射出される光を強めることができる。
【0177】
なお、半透過・半反射電極は、反射電極と可視光に対する透過性を有する電極（透明電極ともいう）との積層構造とすることができる。
【0178】
透明電極の光の透過率は、４０％以上とする。例えば、発光素子には、可視光（波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光）の透過率が４０％以上である電極を用いることが好ましい。半透過・半反射電極の可視光の反射率は、１０％以上９５％以下、好ましくは３０％以上８０％以下とする。反射電極の可視光の反射率は、４０％以上１００％以下、好ましくは７０％以上１００％以下とする。また、これらの電極の抵抗率は、１×１０－２Ωｃｍ以下が好ましい。なお、発光素子が近赤外光（波長７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の光）を発する場合、これらの電極の近赤外光の透過率または反射率は、可視光の透過率または反射率と同様に、上記の数値範囲を満たすことが好ましい。
【0179】
発光素子は少なくとも発光層２８３を有する。発光素子は、発光層２８３以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。
【0180】
例えば、発光素子及び受光素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層のうち１層以上を共通の構成とすることができる。また、発光素子及び受光素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層のうち１層以上を互いに作り分けることができる。
【0181】
正孔注入層は、陽極から正孔輸送層に正孔を注入する層であり、正孔注入性の高い材料を含む層である。正孔注入性の高い材料としては、芳香族アミン化合物や、正孔輸送性材料とアクセプター性材料（電子受容性材料）とを含む複合材料を用いることができる。
【0182】
発光素子において、正孔輸送層は、正孔注入層によって、陽極から注入された正孔を発光層に輸送する層である。受光素子において、正孔輸送層は、活性層において入射した光に基づき発生した正孔を陽極に輸送する層である。正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む層である。正孔輸送性材料としては、１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。正孔輸送性材料としては、π電子過剰型複素芳香族化合物（例えばカルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体など）や芳香族アミン（芳香族アミン骨格を有する化合物）等の正孔輸送性の高い材料が好ましい。
【0183】
発光素子において、電子輸送層は、電子注入層によって、陰極から注入された電子を発光層に輸送する層である。受光素子において、電子輸送層は、活性層において入射した光に基づき発生した電子を陰極に輸送する層である。電子輸送層は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送性材料としては、１×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。電子輸送性材料としては、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体等の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン配位子を有するキノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、その他含窒素複素芳香族化合物を含むπ電子不足型複素芳香族化合物等の電子輸送性の高い材料を用いることができる。
【0184】
電子注入層は、陰極から電子輸送層に電子を注入する層であり、電子注入性の高い材料を含む層である。電子注入性の高い材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。電子注入性の高い材料としては、電子輸送性材料とドナー性材料（電子供与性材料）とを含む複合材料を用いることもできる。
【0185】
発光層２８３は、発光物質を含む層である。発光層２８３は、１種または複数種の発光物質を有することができる。発光物質としては、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、赤色などの発光色を呈する物質を適宜用いる。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。
【0186】
発光物質としては、蛍光材料、燐光材料、ＴＡＤＦ材料、量子ドット材料などが挙げられる。
【0187】
蛍光材料としては、例えば、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、ナフタレン誘導体などが挙げられる。
【0188】
燐光材料としては、例えば、４Ｈ－トリアゾール骨格、１Ｈ－トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、ピリミジン骨格、ピラジン骨格、またはピリジン骨格を有する有機金属錯体（特にイリジウム錯体）、電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体（特にイリジウム錯体）、白金錯体、希土類金属錯体等が挙げられる。
【0189】
発光層２８３は、発光物質（ゲスト材料）に加えて、１種または複数種の有機化合物（ホスト材料、アシスト材料等）を有していてもよい。１種または複数種の有機化合物としては、正孔輸送性材料及び電子輸送性材料の一方または双方を用いることができる。また、１種または複数種の有機化合物として、バイポーラ性材料、またはＴＡＤＦ材料を用いてもよい。
【0190】
発光層２８３は、例えば、燐光材料と、励起錯体を形成しやすい組み合わせである正孔輸送性材料及び電子輸送性材料と、を有することが好ましい。このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質（燐光材料）へのエネルギー移動であるＥｘＴＥＴ（Ｅｘｃｉｐｌｅｘ－Ｔｒｉｐｌｅｔ Ｅｎｅｒｇｙ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）を用いた発光を効率よく得ることができる。発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような発光を呈する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光を得ることができる。この構成により、発光素子の高効率、低電圧駆動、長寿命を同時に実現できる。
【0191】
励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、正孔輸送性材料のＨＯＭＯ準位（最高被占有軌道準位）が電子輸送性材料のＨＯＭＯ準位以上の値であると好ましい。正孔輸送性材料のＬＵＭＯ準位（最低空軌道準位）が電子輸送性材料のＬＵＭＯ準位以上の値であると好ましい。材料のＬＵＭＯ準位及びＨＯＭＯ準位は、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって測定される材料の電気化学特性（還元電位及び酸化電位）から導出することができる。
【0192】
励起錯体の形成は、例えば正孔輸送性材料の発光スペクトル、電子輸送性材料の発光スペクトル、及びこれら材料を混合した混合膜の発光スペクトルを比較し、混合膜の発光スペクトルが、各材料の発光スペクトルよりも長波長シフトする（または長波長側に新たなピークを持つ）現象を観測することにより確認することができる。または、正孔輸送性材料の過渡フォトルミネッセンス（ＰＬ）、電子輸送性材料の過渡ＰＬ、及びこれら材料を混合した混合膜の過渡ＰＬを比較し、混合膜の過渡ＰＬ寿命が、各材料の過渡ＰＬ寿命よりも長寿命成分を有する、または遅延成分の割合が大きくなるなどの過渡応答の違いを観測することにより、確認することができる。また、上述の過渡ＰＬは過渡エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）と読み替えても構わない。すなわち、正孔輸送性材料の過渡ＥＬ、電子輸送性を有する材料の過渡ＥＬ、及びこれらの混合膜の過渡ＥＬを比較し、過渡応答の違いを観測することによっても、励起錯体の形成を確認することができる。
【0193】
活性層２７３は、半導体を含む。当該半導体としては、シリコンなどの無機半導体、及び、有機化合物を含む有機半導体が挙げられる。本実施の形態では、活性層２７３が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光層２８３と、活性層２７３と、を同じ方法（例えば、真空蒸着法）で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
【0194】
活性層２７３が有するｎ型半導体の材料としては、フラーレン（例えばＣ６０、Ｃ７０等）、フラーレン誘導体等の電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。フラーレンは、サッカーボールのような形状を有し、当該形状はエネルギー的に安定である。フラーレンは、ＨＯＭＯ準位及びＬＵＭＯ準位の双方が深い（低い）。フラーレンは、ＬＵＭＯ準位が深いため、電子受容性（アクセプター性）が極めて高い。通常、ベンゼンのように、平面にπ電子共役（共鳴）が広がると、電子供与性（ドナー性）が高くなるが、フラーレンは球体形状であるため、π電子が大きく広がっているにも関わらず、電子受容性が高くなる。電子受容性が高いと、電荷分離を高速に効率よく起こすため、受光素子として有益である。Ｃ６０、Ｃ７０ともに可視光領域に広い吸収帯を有しており、特にＣ７０はＣ６０に比べてπ電子共役系が大きく、長波長領域にも広い吸収帯を有するため好ましい。
【0195】
また、ｎ型半導体の材料としては、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、クマリン誘導体、ローダミン誘導体、トリアジン誘導体、キノン誘導体等が挙げられる。
【0196】
活性層２７３が有するｐ型半導体の材料としては、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ） ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）、テトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）、亜鉛フタロシアニン（Ｚｉｎｃ Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＺｎＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、キナクリドン等の電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
【0197】
また、ｐ型半導体の材料としては、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体、芳香族アミン骨格を有する化合物等が挙げられる。さらに、ｐ型半導体の材料としては、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、インドール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
【0198】
電子供与性の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、電子受容性の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位よりも浅い（高い）ことが好ましい。電子供与性の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、電子受容性の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位よりも浅い（高い）ことが好ましい。
【0199】
電子受容性の有機半導体材料として、球状のフラーレンを用い、電子供与性の有機半導体材料として、平面に近い形状の有機半導体材料を用いることが好ましい。似た形状の分子同士は集まりやすい傾向にあり、同種の分子が凝集すると、分子軌道のエネルギー準位が近いため、キャリア輸送性を高めることができる。
【0200】
例えば、活性層２７３は、ｎ型半導体とｐ型半導体と共蒸着して形成することが好ましい。
【0201】
発光素子及び受光素子には低分子系化合物及び高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。発光素子及び受光素子を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
【0202】
図８Ｂに示す表示装置２８０Ｂは、受光素子２７０ＰＤと発光素子２７０Ｒが同一の構成である点で、表示装置２８０Ａと異なる。
【0203】
受光素子２７０ＰＤと発光素子２７０Ｒは、活性層２７３と発光層２８３Ｒを共通して有する。
【0204】
ここで、受光素子２７０ＰＤは、検出したい光よりも長波長の光を発する発光素子と共通の構成にすることが好ましい。例えば、青色の光を検出する構成の受光素子２７０ＰＤは、発光素子２７０Ｒ及び発光素子２７０Ｇの一方または双方と同様の構成にすることができる。例えば、緑色の光を検出する構成の受光素子２７０ＰＤは、発光素子２７０Ｒと同様の構成にすることができる。
【0205】
受光素子２７０ＰＤと、発光素子２７０Ｒと、を共通の構成にすることで、受光素子２７０ＰＤと、発光素子２７０Ｒと、が互いに作り分ける層を有する構成に比べて、成膜工程の数及びマスクの数を削減することができる。したがって、表示装置の作製工程及び作製コストを削減することができる。
【0206】
また、受光素子２７０ＰＤと、発光素子２７０Ｒと、を共通の構成にすることで、受光素子２７０ＰＤと、発光素子２７０Ｒと、が互いに作り分ける層を有する構成に比べて、位置ずれに対するマージンを狭くできる。これにより、画素の開口率を高めることができ、表示装置の光取り出し効率を高めることができる。これにより、発光素子の寿命を延ばすことができる。また、表示装置は、高い輝度を表現することができる。また、表示装置の高精細度化も可能である。
【0207】
発光層２８３Ｒは、赤色の光を発する発光材料を有する。活性層２７３は、赤色よりも短波長の光（例えば、緑色の光及び青色の光の一方または双方）を吸収する有機化合物を有する。活性層２７３は、赤色の光を吸収しにくく、かつ、赤色よりも短波長の光を吸収する有機化合物を有することが好ましい。これにより、発光素子２７０Ｒからは赤色の光が効率よく取り出され、受光素子２７０ＰＤは、高い精度で赤色よりも短波長の光を検出することができる。
【0208】
また、表示装置２８０Ｂでは、発光素子２７０Ｒ及び受光素子２７０ＰＤが同一の構成である例を示すが、発光素子２７０Ｒ及び受光素子２７０ＰＤは、それぞれ異なる厚さの光学調整層を有していてもよい。
【0209】
図９Ａ、図９Ｂに示す表示装置２８０Ｃは、赤色（Ｒ）の光を発し、かつ、受光機能を有する受発光素子２７０Ｒ・ＰＤ、緑色（Ｇ）の光を発する発光素子２７０Ｇ、及び、青色（Ｂ）の光を発する発光素子２７０Ｂを有する。
【0210】
各発光素子は、画素電極２７１、正孔注入層２８１、正孔輸送層２８２、発光層、電子輸送層２８４、電子注入層２８５、及び共通電極２７５をこの順で積層して有する。発光素子２７０Ｇは、発光層２８３Ｇを有し、発光素子２７０Ｂは、発光層２８３Ｂを有する。発光層２８３Ｇは、緑色の光を発する発光物質を有し、発光層２８３Ｂは、青色の光を発する発光物質を有する。
【0211】
受発光素子２７０Ｒ・ＰＤは、画素電極２７１、正孔注入層２８１、正孔輸送層２８２、活性層２７３、発光層２８３Ｒ、電子輸送層２８４、電子注入層２８５、及び共通電極２７５をこの順で積層して有する。
【0212】
なお、表示装置２８０Ｃが有する受発光素子２７０Ｒ・ＰＤは、表示装置２８０Ｂが有する発光素子２７０Ｒ及び受光素子２７０ＰＤと同一の構成である。また、表示装置２８０Ｃが有する発光素子２７０Ｇ、２７０Ｂについても、表示装置２８０Ｂが有する発光素子２７０Ｇ、２７０Ｂと同一の構成である。
【0213】
図９Ａでは、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤが発光素子として機能する場合を示す。図９Ａでは、発光素子２７０Ｂが青色の光を発し、発光素子２７０Ｇが緑色の光を発し、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤが赤色の光を発している例を示す。
【0214】
図９Ｂでは、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤが受光素子として機能する場合を示す。図９Ｂでは、発光素子２７０Ｂが発する青色の光と、発光素子２７０Ｇが発する緑色の光と、を、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤが検出している例を示す。
【0215】
発光素子２７０Ｂ、発光素子２７０Ｇ、及び受発光素子２７０Ｒ・ＰＤは、それぞれ、画素電極２７１及び共通電極２７５を有する。本実施の形態では、画素電極２７１が陽極として機能し、共通電極２７５が陰極として機能する場合を例に挙げて説明する。
【0216】
本実施の形態では、発光素子と同様に、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤにおいても、画素電極２７１が陽極として機能し、共通電極２７５が陰極として機能するものとして説明する。つまり、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤは、画素電極２７１と共通電極２７５との間に逆バイアスをかけて駆動することで、受発光素子２７０Ｒ・ＰＤに入射する光を検出し、電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。
【0217】
なお、図９Ａ、図９Ｂに示す受発光素子２７０Ｒ・ＰＤは、発光素子に、活性層２７３を追加した構成ということができる。つまり、発光素子の作製工程に、活性層２７３を成膜する工程を追加するのみで、発光素子の形成と並行して受発光素子２７０Ｒ・ＰＤを形成することができる。また、発光素子と受発光素子とを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、表示部に撮像機能及びセンシング機能の一方または双方を付与することができる。
【0218】
なお、発光層２８３Ｒと活性層２７３との積層順は限定されない。図９Ａ、図９Ｂでは、正孔輸送層２８２上に活性層２７３が設けられ、活性層２７３上に発光層２８３Ｒが設けられている例を示す。正孔輸送層２８２上に発光層２８３Ｒが設けられ、発光層２８３Ｒ上に活性層２７３が設けられていてもよい。
【0219】
図９Ａ、図９Ｂに示すように、活性層２７３と発光層２８３Ｒとは、互いに接していてもよい。また、活性層２７３と発光層２８３Ｒとの間にバッファ層が挟まれていてもよい。バッファ層としては、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔ブロック層、及び電子ブロック層等のうち少なくとも１層を用いることができる。
【0220】
活性層２７３と発光層２８３Ｒとの間にバッファ層を設けることで、発光層２８３Ｒから活性層２７３に励起エネルギーが移動することを抑制できる。また、バッファ層を用いて、マイクロキャビティ構造の光路長（キャビティ長）を調整することもできる。したがって、活性層２７３と発光層２８３Ｒとの間にバッファ層を有する受発光素子からは、高い発光効率を得ることができる。
【0221】
また、受発光素子は、正孔注入層２８１、正孔輸送層２８２、電子輸送層２８４、及び電子注入層２８５のうち少なくとも１層を有していなくてもよい。また、受発光素子は、正孔ブロック層、電子ブロック層など、他の機能層を有していてもよい。
【0222】
また、受発光素子は、活性層２７３及び発光層２８３Ｒを有さず、発光層と活性層を兼ねる層を有していてもよい。発光層と活性層を兼ねる層としては、例えば、活性層２７３に用いることができるｎ型半導体と、活性層２７３に用いることができるｐ型半導体と、発光層２８３Ｒに用いることができる発光物質と、の３つの材料を含む層を用いることができる。
【0223】
なお、ｎ型半導体とｐ型半導体との混合材料の吸収スペクトルの最も低エネルギー側の吸収帯と、発光物質の発光スペクトル（ＰＬスペクトル）の最大ピークと、は互いに重ならないことが好ましく、十分に離れていることがより好ましい。
【0224】
受発光素子において、光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
【0225】
受発光素子を構成する各層の機能及び材料は、発光素子及び受光素子を構成する各層の機能及び材料と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0226】
【0227】
［表示装置１００Ａ］
図１０Ａに表示装置１００Ａの断面図を示す。
図１０Ａに表示装置１００Ａの断面図を示す。
【0228】
表示装置１００Ａは、受光素子１１０及び発光素子１９０を有する。
【0229】
発光素子１９０は、画素電極１９１、バッファ層１９２、発光層１９３、バッファ層１９４、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。バッファ層１９２は、正孔注入層及び正孔輸送層の一方または双方を有することができる。発光層１９３は、有機化合物を有する。バッファ層１９４は、電子注入層及び電子輸送層の一方または双方を有することができる。発光素子１９０は、可視光を発する機能を有する。なお、表示装置１００Ａは、さらに、赤外光を発する機能を有する発光素子を有していてもよい。
【0230】
受光素子１１０は、画素電極１９１、バッファ層１８２、活性層１８３、バッファ層１８４、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。バッファ層１８２は、正孔輸送層を有することができる。活性層１８３は、有機化合物を有する。バッファ層１８４は、電子輸送層を有することができる。受光素子１１０は、可視光を検出する機能を有する。なお、受光素子１１０は、さらに、赤外光を検出する機能を有していてもよい。
【0231】
本実施の形態では、発光素子１９０及び受光素子１１０のいずれにおいても、画素電極１９１が陽極として機能し、共通電極１１５が陰極として機能するものとして説明する。つまり、受光素子１１０を、画素電極１９１と共通電極１１５との間に逆バイアスをかけて駆動することで、表示装置１００Ａは、受光素子１１０に入射する光を検出し、電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。
【0232】
画素電極１９１、バッファ層１８２、バッファ層１９２、活性層１８３、発光層１９３、バッファ層１８４、バッファ層１９４、及び共通電極１１５は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【0233】
画素電極１９１は、絶縁層２１４上に位置する。各画素電極１９１は、同一の材料及び同一の工程で形成することができる。画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。互いに隣り合う２つの画素電極１９１は隔壁２１６によって互いに電気的に絶縁されている（電気的に分離されている、ともいう）。
【0234】
隔壁２１６としては、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。隔壁２１６は、可視光を透過する層である。隔壁２１６のかわりに、可視光を遮る隔壁を設けてもよい。
【0235】
共通電極１１５は、受光素子１１０と発光素子１９０に共通で用いられる層である。
【0236】
受光素子１１０及び発光素子１９０が有する一対の電極の材料及び膜厚等は等しくすることができる。これにより、表示装置の作製コストの削減及び作製工程の簡略化ができる。
【0237】
表示装置１００Ａは、一対の基板（基板１５１及び基板１５２）間に、受光素子１１０、発光素子１９０、トランジスタ１３１、及びトランジスタ１３２等を有する。
【0238】
受光素子１１０において、それぞれ画素電極１９１及び共通電極１１５の間に位置するバッファ層１８２、活性層１８３、及びバッファ層１８４は、有機層（有機化合物を含む層）ということもできる。画素電極１９１は可視光を反射する機能を有することが好ましい。共通電極１１５は可視光を透過する機能を有する。なお、受光素子１１０が赤外光を検出する構成である場合、共通電極１１５は赤外光を透過する機能を有する。さらに、画素電極１９１は赤外光を反射する機能を有することが好ましい。
【0239】
受光素子１１０は、光を検出する機能を有する。具体的には、受光素子１１０は、表示装置１００Ａの外部から入射される光１２２を受光し、電気信号に変換する、光電変換素子である。光１２２は、発光素子１９０の発光を対象物が反射した光ということもできる。また、光１２２は、表示装置１００Ａに設けられたレンズなどを介して受光素子１１０に入射してもよい。
【0240】
発光素子１９０において、それぞれ画素電極１９１及び共通電極１１５の間に位置するバッファ層１９２、発光層１９３、及びバッファ層１９４は、まとめてＥＬ層ということもできる。なお、ＥＬ層は、少なくとも発光層１９３を有する。上述の通り、画素電極１９１は可視光を反射する機能を有することが好ましい。また、共通電極１１５は可視光を透過する機能を有する。なお、表示装置１００Ａが、赤外光を発する発光素子を有する構成である場合、共通電極１１５は赤外光を透過する機能を有する。さらに、画素電極１９１は赤外光を反射する機能を有することが好ましい。
【0241】
本実施の形態の表示装置が有する発光素子には、微小光共振器（マイクロキャビティ）構造が適用されていることが好ましい。
【0242】
バッファ層１９２またはバッファ層１９４は、光学調整層としての機能を有していてもよい。バッファ層１９２またはバッファ層１９４の膜厚を異ならせることで、各発光素子において、特定の色の光を強めて取り出すことができる。
【0243】
発光素子１９０は、可視光を発する機能を有する。具体的には、発光素子１９０は、画素電極１９１と共通電極１１５との間に電圧を印加することで、基板１５２側に光を射出する電界発光素子である（発光１２１参照）。
【0244】
受光素子１１０が有する画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ１３１が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。
【0245】
発光素子１９０が有する画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ１３２が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。
【0246】
トランジスタ１３１とトランジスタ１３２とは、同一の層（図１０Ａでは基板１５１）上に接している。
【0247】
受光素子１１０と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光素子１９０と電気的に接続される回路と同一の材料及び同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、２つの回路を別々に形成する場合に比べて、表示装置の厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
【0248】
受光素子１１０及び発光素子１９０は、それぞれ、保護層１１６に覆われていることが好ましい。図１０Ａでは、保護層１１６が、共通電極１１５上に接して設けられている。保護層１１６を設けることで、受光素子１１０及び発光素子１９０に水などの不純物が入り込むことを抑制し、受光素子１１０及び発光素子１９０の信頼性を高めることができる。また、接着層１４２によって、保護層１１６と基板１５２とが貼り合わされている。
【0249】
基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層１５８が設けられている。遮光層１５８は、発光素子１９０と重なる位置、及び、受光素子１１０と重なる位置に開口を有する。
【0250】
ここで、発光素子１９０の発光が対象物によって反射された光を受光素子１１０は検出する。しかし、発光素子１９０の発光が、表示装置１００Ａ内で反射され、対象物を介さずに、受光素子１１０に入射されてしまう場合がある。遮光層１５８は、このような迷光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層１５８が設けられていない場合、発光素子１９０が発した光１２３は、基板１５２で反射され、反射光１２４が受光素子１１０に入射することがある。遮光層１５８を設けることで、反射光１２４が受光素子１１０に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光素子１１０を用いたセンサの感度を高めることができる。
【0251】
遮光層１５８としては、発光素子からの発光を遮る材料を用いることができる。遮光層１５８は、可視光を吸収することが好ましい。遮光層１５８として、例えば、金属材料、又は、顔料（カーボンブラックなど）もしくは染料を含む樹脂材料等を用いてブラックマトリクスを形成することができる。遮光層１５８は、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタ、及び青色のカラーフィルタの積層構造であってもよい。
【0252】
【0253】
表示装置１００Ｂは、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、及び受発光素子１９０Ｒ・ＰＤを有する。
【0254】
発光素子１９０Ｂは、画素電極１９１、バッファ層１９２Ｂ、発光層１９３Ｂ、バッファ層１９４Ｂ、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。発光素子１９０Ｂは、青色の光１２１Ｂを発する機能を有する。
【0255】
発光素子１９０Ｇは、画素電極１９１、バッファ層１９２Ｇ、発光層１９３Ｇ、バッファ層１９４Ｇ、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。発光素子１９０Ｇは、緑色の光１２１Ｇを発する機能を有する。
【0256】
受発光素子１９０Ｒ・ＰＤは、画素電極１９１、バッファ層１９２Ｒ、活性層１８３、発光層１９３Ｒ、バッファ層１９４Ｒ、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。受発光素子１９０Ｒ・ＰＤは、赤色の光１２１Ｒを発する機能と、光１２２を検出する機能と、を有する。
【0257】
図１０Ｂでは、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが発光素子として機能する場合を示す。図１０Ｂでは、発光素子１９０Ｂが青色の光を発し、発光素子１９０Ｇが緑色の光を発し、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが赤色の光を発している例を示す。
【0258】
図１０Ｃでは、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが受光素子として機能する場合を示す。図１０Ｃでは、発光素子１９０Ｂが発する青色の光と、発光素子１９０Ｇが発する緑色の光と、を、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが検出している例を示す。
【0259】
表示装置１００Ｂは、一対の基板（基板１５１及び基板１５２）間に、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤ、発光素子１９０Ｇ、発光素子１９０Ｂ、及びトランジスタ１３２等を有する。
【0260】
画素電極１９１は、絶縁層２１４上に位置する。互いに隣り合う２つの画素電極１９１は隔壁２１６によって互いに電気的に絶縁されている。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ１３２が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。
【0261】
受発光素子及び発光素子は、それぞれ、保護層１１６に覆われていることが好ましい。また、接着層１４２によって、保護層１１６と基板１５２とが貼り合わされている。基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層１５８が設けられている。
【0262】
［表示装置１００Ｃ］
図１１Ａに表示装置１００Ｃの断面図を示す。
図１１Ａに表示装置１００Ｃの断面図を示す。
【0263】
表示装置１００Ｃは、受光素子１１０及び発光素子１９０を有する。
【0264】
発光素子１９０は、画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３、共通層１１４、及び共通電極１１５をこの順で有する。共通層１１２は、正孔注入層及び正孔輸送層の一方または双方を有することができる。発光層１９３は、有機化合物を有する。共通層１１４は、電子注入層及び電子輸送層の一方または双方を有することができる。発光素子１９０は、可視光を発する機能を有する。なお、表示装置１００Ｃは、さらに、赤外光を発する機能を有する発光素子を有していてもよい。
【0265】
受光素子１１０は、画素電極１９１、共通層１１２、活性層１８３、共通層１１４、及び共通電極１１５をこの順で積層して有する。活性層１８３は、有機化合物を有する。受光素子１１０は、可視光を検出する機能を有する。なお、受光素子１１０は、さらに、赤外光を検出する機能を有していてもよい。
【0266】
画素電極１９１、共通層１１２、活性層１８３、発光層１９３、共通層１１４、及び共通電極１１５は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【0267】
画素電極１９１は、絶縁層２１４上に位置する。互いに隣り合う２つの画素電極１９１は隔壁２１６によって互いに電気的に絶縁されている。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ１３２が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。
【0268】
共通層１１２、共通層１１４、及び共通電極１１５は、受光素子１１０と発光素子１９０に共通で用いられる層である。受光素子１１０と発光素子１９０を構成する層の少なくとも一部を共通の構成とすることで、表示装置の作製工程を削減でき、好ましい。
【0269】
表示装置１００Ｃは、一対の基板（基板１５１及び基板１５２）間に、受光素子１１０、発光素子１９０、トランジスタ１３１、及びトランジスタ１３２等を有する。
【0270】
受光素子１１０及び発光素子１９０は、それぞれ、保護層１１６に覆われていることが好ましい。また、接着層１４２によって、保護層１１６と基板１５２とが貼り合わされている。
【0271】
基板１５２の基板１５１側の面には、樹脂層１５９が設けられている。樹脂層１５９は、発光素子１９０と重なる位置に設けられ、受光素子１１０と重なる位置には設けられない。
【0272】
樹脂層１５９は、例えば、図１１Ｂに示すように、発光素子１９０と重なる位置に設けられ、かつ、受光素子１１０と重なる位置に開口１５９ｐを有する構成とすることができる。または、樹脂層１５９は、例えば、図１１Ｃに示すように、発光素子１９０と重なる位置に島状に設けられ、かつ、受光素子１１０と重なる位置には設けられない構成とすることができる。
【0273】
基板１５２の基板１５１側の面及び樹脂層１５９の基板１５１側の面には、遮光層１５８が設けられている。遮光層１５８は、発光素子１９０と重なる位置、及び、受光素子１１０と重なる位置に開口を有する。
【0274】
ここで、発光素子１９０の発光が対象物によって反射された光を受光素子１１０は検出する。しかし、発光素子１９０の発光が、表示装置１００Ｃ内で反射され、対象物を介さずに、受光素子１１０に入射されてしまう場合がある。遮光層１５８は、このような迷光を吸収し、受光素子１１０に入射する迷光を低減することができる。例えば、遮光層１５８は、樹脂層１５９を通過し基板１５２の基板１５１側の面で反射した迷光１２３ａを吸収することができる。また、遮光層１５８は、樹脂層１５９に届く前に迷光１２３ｂを吸収することができる。これにより、受光素子１１０に入射する迷光を低減することができる。したがって、ノイズを低減し、受光素子１１０を用いたセンサの感度を高めることができる。特に、遮光層１５８が発光素子１９０から近い位置にあると、迷光をより低減できるため好ましい。また、遮光層１５８が発光素子１９０から近い位置にあると、表示の視野角依存性を抑制できるため、表示品位の向上の観点からも好ましい。
【0275】
また、遮光層１５８を設けることで、受光素子１１０が光を検出する範囲を制御することができる。遮光層１５８が受光素子１１０から離れた位置にあると、撮像範囲が狭くなり、撮像の解像度を高めることができる。
【0276】
樹脂層１５９が開口を有する場合、遮光層１５８は、当該開口の少なくとも一部、及び当該開口にて露出している樹脂層１５９の側面の少なくとも一部を覆うことが好ましい。
【0277】
樹脂層１５９が島状に設けられている場合、遮光層１５８は、樹脂層１５９の側面の少なくとも一部を覆うことが好ましい。
【0278】
このように、樹脂層１５９の形状に沿って遮光層１５８が設けられるため、遮光層１５８から発光素子１９０（具体的には、発光素子１９０の発光領域）までの距離は、遮光層１５８から受光素子１１０（具体的には、受光素子１１０の受光領域）までの距離に比べて短くなる。これにより、センサのノイズを低減しつつ、撮像の解像度を高め、かつ、表示の視野角依存性を抑制することができる。したがって、表示装置における表示品位と撮像品位との双方を高めることができる。
【0279】
樹脂層１５９は、発光素子１９０の発光を透過する層である。樹脂層１５９の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。なお、基板１５２と遮光層１５８との間に設ける構造物は、樹脂層に限定されず、無機絶縁膜などを用いてもよい。当該構造物の厚さが厚いほど、遮光層から受光素子までの距離と、遮光層から発光素子までの距離と、に差が生じる。樹脂などの有機絶縁膜は厚く形成することが容易であるため、当該構造物として好適である。
【0280】
遮光層１５８から受光素子１１０までの距離と、遮光層１５８から発光素子１９０までの距離と、を比較するために、例えば、遮光層１５８の受光素子１１０側の端部から共通電極１１５までの最短距離Ｌ１と、遮光層１５８の発光素子１９０側の端部から共通電極１１５までの最短距離Ｌ２と、を用いることができる。最短距離Ｌ１に比べて、最短距離Ｌ２が短いことで、発光素子１９０からの迷光を抑制し、受光素子１１０を用いたセンサの感度を高めることができる。また、表示の視野角依存性を抑制することができる。最短距離Ｌ２に比べて、最短距離Ｌ１が長いことで、受光素子１１０の撮像範囲を狭くすることができ、撮像の解像度を高めることができる。
【0281】
また、接着層１４２における、発光素子１９０と重なる部分に比べて、受光素子１１０と重なる部分が厚い構成とすることでも、遮光層１５８から受光素子１１０までの距離と、遮光層１５８から発光素子１９０までの距離と、に差を生じさせることができる。
【0282】
【0283】
【0284】
表示装置１００Ｄは、基板１５２と基板１５１とが貼り合わされた構成を有する。図１２では、基板１５２を破線で明示している。
【0285】
表示装置１００Ｄは、表示部１６２、回路１６４、配線１６５等を有する。図１２では表示装置１００ＤにＩＣ１７３及びＦＰＣ１７２が実装されている例を示している。そのため、図１２に示す構成は、表示装置１００Ｄ、ＩＣ（集積回路）、及びＦＰＣ（フレキシブルプリント回路基板、Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を有する表示モジュールということもできる。
【0286】
回路１６４としては、例えば走査線駆動回路を用いることができる。
【0287】
配線１６５は、表示部１６２及び回路１６４に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、ＦＰＣ１７２を介して外部から、またはＩＣ１７３から配線１６５に入力される。
【0288】
図１２では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式等により、基板１５１にＩＣ１７３が設けられている例を示す。ＩＣ１７３は、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するＩＣを適用できる。なお、表示装置１００Ｄ及び表示モジュールは、ＩＣを設けない構成としてもよい。また、ＩＣを、ＣＯＦ方式等により、ＦＰＣに実装してもよい。
【0289】
図１３に、図１２で示した表示装置１００Ｄの、ＦＰＣ１７２を含む領域の一部、回路１６４を含む領域の一部、表示部１６２を含む領域の一部、及び、端部を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【0290】
図１３に示す表示装置１００Ｄは、基板１５１と基板１５２の間に、トランジスタ２４１、トランジスタ２４５、トランジスタ２４６、トランジスタ２４７、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤ等を有する。
【0291】
基板１５２と保護層１１６は接着層１４２によって貼り合わされている。発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤの封止には、固体封止構造または中空封止構造などが適用できる。図１３では、基板１５２、接着層１４２、及び絶縁層２１４に囲まれた空間が、接着層１４２によって封止されているおり、固体封止構造が適用されている。
【0292】
発光素子１９０Ｂは、絶縁層２１４側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３Ｂ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２４７が有する導電層２２２ｂと接続されている。トランジスタ２４７は、発光素子１９０Ｂの駆動を制御する機能を有する。画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１９１は可視光を反射する材料を含み、共通電極１１５は可視光を透過する材料を含む。
【0293】
発光素子１９０Ｇは、絶縁層２１４側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３Ｇ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２４６が有する導電層２２２ｂと接続されている。トランジスタ２４６は、発光素子１９０Ｇの駆動を制御する機能を有する。
【0294】
受発光素子１９０Ｒ・ＰＤは、絶縁層２１４側から画素電極１９１、共通層１１２、活性層１８３、発光層１９３Ｒ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２４５が有する導電層２２２ｂと電気的に接続されている。トランジスタ２４５は、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤの駆動を制御する機能を有する。
【0295】
発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが発する光は、基板１５２側に射出される。また、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤには、基板１５２及び接着層１４２を介して、光が入射する。基板１５２及び接着層１４２には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
【0296】
発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが有する画素電極１９１は同一の材料及び同一の工程で作製することができる。共通層１１２、共通層１１４、及び共通電極１１５は、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤに共通して用いられる。受発光素子１９０Ｒ・ＰＤは、赤色の光を呈する発光素子の構成に活性層１８３を追加した構成である。また、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤは、活性層１８３と各色の発光層１９３の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置１００Ｄの表示部１６２に受光機能を付加することができる。
【0297】
基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層１５８が設けられている。遮光層１５８は、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤのそれぞれと重なる位置に開口を有する。遮光層１５８を設けることで、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤが光を検出する範囲を制御することができる。上述の通り、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤと重なる位置に設けられる遮光層の開口の位置を調整することで、受発光素子に入射する光を制御することが好ましい。また、遮光層１５８を有することで、対象物を介さずに、発光素子１９０から受発光素子１９０Ｒ・ＰＤに光が直接入射することを抑制できる。したがって、ノイズが少なく感度の高いセンサを実現できる。
【0298】
トランジスタ２４１、トランジスタ２４５、トランジスタ２４６、及びトランジスタ２４７は、いずれも基板１５１上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の材料及び同一の工程により作製することができる。
【0299】
基板１５１上には、絶縁層２１１、絶縁層２１３、絶縁層２１５、及び絶縁層２１４がこの順で設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１３は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１５は、トランジスタを覆って設けられる。絶縁層２１４は、トランジスタを覆って設けられ、平坦化層としての機能を有する。なお、ゲート絶縁層の数及びトランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、それぞれ単層であっても２層以上であってもよい。
【0300】
トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア層として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに外部から不純物が拡散することを効果的に抑制でき、表示装置の信頼性を高めることができる。
【0301】
絶縁層２１１、絶縁層２１３、及び絶縁層２１５としては、それぞれ、無機絶縁膜を用いることが好ましい。無機絶縁膜としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などを用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化窒化ハフニウム膜、窒化酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。なお、基板１５１とトランジスタとの間に下地膜を設けてもよい。当該下地膜にも上記の無機絶縁膜を用いることができる。
【0302】
ここで、有機絶縁膜は、無機絶縁膜に比べてバリア性が低いことが多い。そのため、有機絶縁膜は、表示装置１００Ｄの端部近傍に開口を有することが好ましい。これにより、表示装置１００Ｄの端部から有機絶縁膜を介して不純物が入り込むことを抑制することができる。または、有機絶縁膜の端部が表示装置１００Ｄの端部よりも内側にくるように有機絶縁膜を形成し、表示装置１００Ｄの端部に有機絶縁膜が露出しないようにしてもよい。
【0303】
平坦化層として機能する絶縁層２１４には、有機絶縁膜が好適である。有機絶縁膜に用いることができる材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
【0304】
発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤを覆う保護層１１６を設けることで、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤに水などの不純物が入り込むことを抑制し、発光素子１９０Ｂ、発光素子１９０Ｇ、受発光素子１９０Ｒ・ＰＤの信頼性を高めることができる。
【0305】
図１３に示す領域２２８では、絶縁層２１４に開口が形成されている。これにより、絶縁層２１４に有機絶縁膜を用いる場合であっても、絶縁層２１４を介して外部から表示部１６２に不純物が入り込むことを抑制できる。したがって、表示装置１００Ｄの信頼性を高めることができる。
【0306】
表示装置１００Ｄの端部近傍の領域２２８において、絶縁層２１４の開口を介して、絶縁層２１５と保護層１１６とが互いに接することが好ましい。特に、絶縁層２１５が有する無機絶縁膜と保護層１１６が有する無機絶縁膜とが互いに接することが好ましい。これにより、有機絶縁膜を介して外部から表示部１６２に不純物が入り込むことを抑制することができる。したがって、表示装置１００Ｄの信頼性を高めることができる。
【0307】
保護層１１６は単層であっても積層構造であってもよい。例えば、保護層１１６は、有機絶縁膜と無機絶縁膜との積層構造であってもよい。このとき、有機絶縁膜の端部よりも無機絶縁膜の端部を外側に延在させることが好ましい。
【0308】
トランジスタ２４１、トランジスタ２４５、トランジスタ２４６、及びトランジスタ２４７は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、ソース及びドレインとして機能する導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂ、半導体層２３１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１３、並びに、ゲートとして機能する導電層２２３を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。絶縁層２１１は、導電層２２１と半導体層２３１との間に位置する。絶縁層２１３は、導電層２２３と半導体層２３１との間に位置する。
【0309】
本実施の形態の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタ、スタガ型のトランジスタ、逆スタガ型のトランジスタ等を用いることができる。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルが形成される半導体層の上下にゲートが設けられていてもよい。
【0310】
トランジスタ２４１、トランジスタ２４５、トランジスタ２４６、及びトランジスタ２４７には、チャネルが形成される半導体層を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。または、２つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御してもよい。
【0311】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【0312】
トランジスタの半導体層は、金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を有することが好ましい。または、トランジスタの半導体層は、シリコンを有していてもよい。シリコンとしては、アモルファスシリコン、結晶性のシリコン（低温ポリシリコン、単結晶シリコンなど）などが挙げられる。
【0313】
半導体層は、例えば、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、及びマグネシウムから選ばれた一種または複数種）と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、及びスズから選ばれた一種または複数種であることが好ましい。
【0314】
特に、半導体層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（ＩＧＺＯとも記す）を用いることが好ましい。
【0315】
半導体層がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物の場合、当該Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物におけるＩｎの原子数比はＭの原子数比以上であることが好ましい。このようなＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物の金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：３またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６またはその近傍の組成、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５またはその近傍の組成、等が挙げられる。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±３０％の範囲を含む。
【0316】
例えば、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍の組成と記載する場合、Ｉｎの原子数比を４としたとき、Ｇａの原子数比が１以上３以下であり、Ｚｎの原子数比が２以上４以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝５：１：６またはその近傍の組成と記載する場合、Ｉｎの原子数比を５としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が５以上７以下である場合を含む。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１またはその近傍の組成と記載する場合、Ｉｎの原子数比を１としたときに、Ｇａの原子数比が０．１より大きく２以下であり、Ｚｎの原子数比が０．１より大きく２以下である場合を含む。
【0317】
回路１６４が有するトランジスタと、表示部１６２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路１６４が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。同様に、表示部１６２が有する複数のトランジスタの構造は、全て同じであってもよく、２種類以上あってもよい。
【0318】
基板１５１の、基板１５２が重ならない領域には、接続部２４４が設けられている。接続部２４４では、配線１６５が導電層１６６及び接続層２４２を介してＦＰＣ１７２と電気的に接続されている。接続部２４４の上面は、画素電極１９１と同一の導電膜を加工して得られた導電層１６６が露出している。これにより、接続部２４４とＦＰＣ１７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。
【0319】
基板１５２の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層（拡散フィルムなど）、反射防止層、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板１５２の外側には、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、衝撃吸収層等を配置してもよい。
【0320】
基板１５１及び基板１５２には、それぞれ、ガラス、石英、セラミック、サファイア、樹脂などを用いることができる。基板１５１及び基板１５２に可撓性を有する材料を用いると、表示装置の可撓性を高めることができる。
【0321】
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【0322】
接続層としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【0323】
発光素子１９０Ｇ、１９０Ｂ、及び受発光素子１９０Ｒ・ＰＤの構成及び材料などは、上述の記載を参照できる。
【0324】
トランジスタのゲート、ソース及びドレインのほか、表示装置を構成する各種配線及び電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、及びタングステンなどの金属、並びに、当該金属を主成分とする合金などが挙げられる。これらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。
【0325】
また、透光性を有する導電材料としては、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、ガリウムを含む酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、及びチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすることが好ましい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線及び電極などの導電層や、発光素子及び受光素子（または受発光素子）が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【0326】
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料が挙げられる。
【0327】
［表示装置１００Ｅ］
図１４及び図１５Ａに、表示装置１００Ｅの断面図を示す。表示装置１００Ｅの斜視図は表示装置１００Ｄ（図９）と同様である。図１４には、表示装置１００Ｅの、ＦＰＣ１７２を含む領域の一部、回路１６４の一部、及び、表示部１６２の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。図１５Ａには、表示装置１００Ｅの、表示部１６２の一部を切断したときの断面の一例を示す。図１４では、表示部１６２のうち、特に、受光素子１１０と赤色の光を発する発光素子１９０Ｒを含む領域を切断したときの断面の一例を示す。図１５Ａでは、表示部１６２のうち、特に、緑色の光を発する発光素子１９０Ｇと青色の光を発する発光素子１９０Ｂを含む領域を切断したときの断面の一例を示す。
図１４及び図１５Ａに、表示装置１００Ｅの断面図を示す。表示装置１００Ｅの斜視図は表示装置１００Ｄ（図９）と同様である。図１４には、表示装置１００Ｅの、ＦＰＣ１７２を含む領域の一部、回路１６４の一部、及び、表示部１６２の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。図１５Ａには、表示装置１００Ｅの、表示部１６２の一部を切断したときの断面の一例を示す。図１４では、表示部１６２のうち、特に、受光素子１１０と赤色の光を発する発光素子１９０Ｒを含む領域を切断したときの断面の一例を示す。図１５Ａでは、表示部１６２のうち、特に、緑色の光を発する発光素子１９０Ｇと青色の光を発する発光素子１９０Ｂを含む領域を切断したときの断面の一例を示す。
【0328】
図１４及び図１５Ａに示す表示装置１００Ｅは、基板１５３と基板１５４の間に、トランジスタ２４３、トランジスタ２４８、トランジスタ２４９、トランジスタ２４０、発光素子１９０Ｒ、発光素子１９０Ｇ、発光素子１９０Ｂ、及び受光素子１１０等を有する。
【0329】
樹脂層１５９と共通電極１１５とは接着層１４２を介して接着されており、表示装置１００Ｅには、固体封止構造が適用されている。
【0330】
基板１５３と絶縁層２１２とは接着層１５５によって貼り合わされている。基板１５４と絶縁層１５７とは接着層１５６によって貼り合わされている。
【0331】
表示装置１００Ｅの作製方法としては、まず、絶縁層２１２、各トランジスタ、受光素子１１０、各発光素子等が設けられた第１の作製基板と、絶縁層１５７、樹脂層１５９、及び遮光層１５８等が設けられた第２の作製基板と、を接着層１４２によって貼り合わせる。そして、第１の作製基板を剥離し露出した面に基板１５３を貼り、第２の作製基板を剥離し露出した面に基板１５４を貼ることで、第１の作製基板上及び第２の作製基板上に形成した各構成要素を、基板１５３及び基板１５４に転置する。基板１５３及び基板１５４は、それぞれ、可撓性を有することが好ましい。これにより、表示装置１００Ｅの可撓性を高めることができる。
【0332】
絶縁層２１２及び絶縁層１５７には、それぞれ、絶縁層２１１、絶縁層２１３、及び絶縁層２１５に用いることができる無機絶縁膜を用いることができる。
【0333】
発光素子１９０Ｒは、絶縁層２１４ｂ側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３Ｒ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、絶縁層２１４ｂに設けられた開口を介して、導電層１６９と接続されている。導電層１６９は、絶縁層２１４ａに設けられた開口を介して、トランジスタ２４８が有する導電層２２２ｂと接続されている。導電層２２２ｂは、絶縁層２１５に設けられた開口を介して、低抵抗領域２３１ｎと接続される。つまり、画素電極１９１は、トランジスタ２４８と電気的に接続されている。トランジスタ２４８は、発光素子１９０Ｒの駆動を制御する機能を有する。
【0334】
同様に、発光素子１９０Ｇは、絶縁層２１４ｂ側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３Ｇ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、導電層１６９及びトランジスタ２４９の導電層２２２ｂを介して、トランジスタ２４９の低抵抗領域２３１ｎと電気的に接続される。つまり、画素電極１９１は、トランジスタ２４９と電気的に接続されている。トランジスタ２４９は、発光素子１９０Ｇの駆動を制御する機能を有する。
【0335】
そして、発光素子１９０Ｂは、絶縁層２１４ｂ側から画素電極１９１、共通層１１２、発光層１９３Ｂ、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。画素電極１９１は、導電層１６９及びトランジスタ２４０の導電層２２２ｂを介して、トランジスタ２４０の低抵抗領域２３１ｎと電気的に接続される。つまり、画素電極１９１は、トランジスタ２４０と電気的に接続されている。トランジスタ２４０は、発光素子１９０Ｂの駆動を制御する機能を有する。
【0336】
受光素子１１０は、絶縁層２１４ｂ側から画素電極１９１、共通層１１２、活性層１８３、共通層１１４、及び共通電極１１５の順に積層された積層構造を有する。
【0337】
画素電極１９１の端部は、隔壁２１６によって覆われている。画素電極１９１は可視光を反射する材料を含み、共通電極１１５は可視光を透過する材料を含む。
【0338】
発光素子１９０Ｒ、１９０Ｇ、１９０Ｂが発する光は、基板１５４側に射出される。また、受光素子１１０には、基板１５４及び接着層１４２を介して、光が入射する。基板１５４には、可視光に対する透過性が高い材料を用いることが好ましい。
【0339】
各画素電極１９１は同一の材料及び同一の工程で作製することができる。共通層１１２、共通層１１４、及び共通電極１１５は、受光素子１１０及び発光素子１９０Ｒ、１９０Ｇ、１９０Ｂに共通して用いられる。受光素子１１０と各色の発光素子とは、活性層１８３と発光層の構成が異なる以外は全て共通の構成とすることができる。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置１００Ｅに受光素子１１０を内蔵することができる。
【0340】
絶縁層１５７の基板１５３側の面には、樹脂層１５９及び遮光層１５８が設けられている。樹脂層１５９は、発光素子１９０Ｒ、１９０Ｇ、１９０Ｂと重なる位置に設けられ、受光素子１１０と重なる位置には設けられない。遮光層１５８は、絶縁層１５７の基板１５３側の面、樹脂層１５９の側面、及び樹脂層１５９の基板１５３側の面を覆って設けられる。遮光層１５８は、受光素子１１０と重なる位置及び発光素子１９０Ｒ、１９０Ｇ、１９０Ｂのそれぞれと重なる位置に開口を有する。遮光層１５８を設けることで、受光素子１１０が光を検出する範囲を制御することができる。また、遮光層１５８を有することで、対象物を介さずに、発光素子１９０Ｒ、１９０Ｇ、１９０Ｂから受光素子１１０に光が直接入射することを抑制できる。したがって、ノイズが少なく感度の高いセンサを実現できる。樹脂層１５９が設けられていることで、遮光層１５８から各色の発光素子までの距離は、遮光層１５８から受光素子１１０までの距離に比べて短い。これにより、センサのノイズを低減しつつ、表示の視野角依存性を抑制することができる。したがって、表示品位と撮像品位との双方を高めることができる。
【0341】
図１４に示すように、隔壁２１６は、受光素子１１０と発光素子１９０Ｒとの間に開口を有する。当該開口を埋めるように、遮光層２１９ａが設けられている。遮光層２１９ａは、受光素子１１０と発光素子１９０Ｒとの間に位置する。遮光層２１９ａは、発光素子１９０Ｒが発した光を吸収する。これにより、受光素子１１０に入射する迷光を抑制することができる。
【0342】
スペーサ２１９ｂは、隔壁２１６上に設けられ、発光素子１９０Ｇと発光素子１９０Ｂとの間に位置する。スペーサ２１９ｂの上面は、遮光層２１９ａの上面よりも遮光層１５８に近いことが好ましい。例えば、隔壁２１６の高さ（厚さ）とスペーサ２１９ｂの高さ（厚さ）の和は、遮光層２１９ａの高さ（厚さ）よりも大きいことが好ましい。これにより、接着層１４２を充填することが容易となる。図１５Ａに示すように、スペーサ２１９ｂと遮光層１５８とが重なる部分において、遮光層１５８は共通電極１１５（または保護層）と接していてもよい。
【0343】
基板１５３の、基板１５４が重ならない領域には、接続部２４４が設けられている。接続部２４４では、配線１６５が導電層１６７、導電層１６６、及び接続層２４２を介してＦＰＣ１７２と電気的に接続されている。導電層１６７は、導電層１６９と同一の導電膜を加工して得ることができる。接続部２４４の上面は、画素電極１９１と同一の導電膜を加工して得られた導電層１６６が露出している。これにより、接続部２４４とＦＰＣ１７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。
【0344】
トランジスタ２４３、トランジスタ２４８、トランジスタ２４９、及びトランジスタ２４０は、ゲートとして機能する導電層２２１、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、チャネル形成領域２３１ｉ及び一対の低抵抗領域２３１ｎを有する半導体層、一対の低抵抗領域２３１ｎの一方と接続する導電層２２２ａ、一対の低抵抗領域２３１ｎの他方と接続する導電層２２２ｂ、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２２５、ゲートとして機能する導電層２２３、並びに、導電層２２３を覆う絶縁層２１５を有する。絶縁層２１１は、導電層２２１とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。絶縁層２２５は、導電層２２３とチャネル形成領域２３１ｉとの間に位置する。
【0345】
導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれ、絶縁層２１５に設けられた開口を介して低抵抗領域２３１ｎと接続される。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂのうち、一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
【0346】
図１４及び図１５Ａにおいて、絶縁層２２５は、半導体層２３１のチャネル形成領域２３１ｉと重なり、低抵抗領域２３１ｎとは重ならない。例えば、導電層２２３をマスクに用いて絶縁層２２５を加工することで、図１４及び図１５Ａに示す構造を作製できる。図１４及び図１５Ａでは、絶縁層２２５及び導電層２２３を覆って絶縁層２１５が設けられ、絶縁層２１５の開口を介して、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂがそれぞれ低抵抗領域２３１ｎと接続されている。さらに、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂ上に、トランジスタを覆う絶縁層を設けてもよい。
【0347】
一方、図１５Ｂに示すトランジスタ２５２では、絶縁層２２５が半導体層の上面及び側面を覆う例を示す。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれ、絶縁層２２５及び絶縁層２１５に設けられた開口を介して低抵抗領域２３１ｎと接続される。
【0348】
以上のように、本発明の一態様の表示装置は、２つの発光素子の受光素子（または受発光素子）までの距離の差と、当該２つの発光素子の受光素子（または受発光素子）と重なる遮光層の開口までの距離の差とが互いに異なる。このような構成とすることで、受光素子または受発光素子は、２つの発光素子の一方に由来する光を、他方に由来する光に比べて多く受光することができる。したがって、例えば、本発明の一態様の表示装置では、受光素子または受発光素子に、光源として用いる発光素子に由来する光を多く入射させることができる。
【0349】
［画素回路の例］
本発明の一態様の表示装置は、表示部に、受光素子を有する第１の画素回路と、発光素子を有する第２の画素回路と、を有する。第１の画素回路と第２の画素回路は、それぞれ、マトリクス状に配置される。
本発明の一態様の表示装置は、表示部に、受光素子を有する第１の画素回路と、発光素子を有する第２の画素回路と、を有する。第１の画素回路と第２の画素回路は、それぞれ、マトリクス状に配置される。
【0350】
【0351】
図１６Ａに示す画素回路ＰＩＸ１は、受光素子ＰＤ、トランジスタＭ１、トランジスタＭ２、トランジスタＭ３、トランジスタＭ４、及び容量Ｃ１を有する。ここでは、受光素子ＰＤとして、フォトダイオードを用いた例を示している。
【0352】
受光素子ＰＤは、カソードが配線Ｖ１と電気的に接続し、アノードがトランジスタＭ１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタＭ１は、ゲートが配線ＴＸと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が容量Ｃ１の一方の電極、トランジスタＭ２のソースまたはドレインの一方、及びトランジスタＭ３のゲートと電気的に接続する。トランジスタＭ２は、ゲートが配線ＲＥＳと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線Ｖ２と電気的に接続する。トランジスタＭ３は、ソースまたはドレインの一方が配線Ｖ３と電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方がトランジスタＭ４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタＭ４は、ゲートが配線ＳＥと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線ＯＵＴ１と電気的に接続する。
【0353】
配線Ｖ１、配線Ｖ２、及び配線Ｖ３には、それぞれ定電位が供給される。受光素子ＰＤを逆バイアスで駆動させる場合には、配線Ｖ２に、配線Ｖ１の電位よりも低い電位を供給する。トランジスタＭ２は、配線ＲＥＳに供給される信号により制御され、トランジスタＭ３のゲートに接続するノードの電位を、配線Ｖ２に供給される電位にリセットする機能を有する。トランジスタＭ１は、配線ＴＸに供給される信号により制御され、受光素子ＰＤに流れる電流に応じて上記ノードの電位が変化するタイミングを制御する機能を有する。トランジスタＭ３は、上記ノードの電位に応じた出力を行う増幅トランジスタとして機能する。トランジスタＭ４は、配線ＳＥに供給される信号により制御され、上記ノードの電位に応じた出力を配線ＯＵＴ１に接続する外部回路で読み出すための選択トランジスタとして機能する。
【0354】
図１６Ｂに示す画素回路ＰＩＸ２は、発光素子ＥＬ、トランジスタＭ５、トランジスタＭ６、トランジスタＭ７、及び容量Ｃ２を有する。ここでは、発光素子ＥＬとして、発光ダイオードを用いた例を示している。特に、発光素子ＥＬとして、有機ＥＬ素子を用いることが好ましい。
【0355】
トランジスタＭ５は、ゲートが配線ＶＧと電気的に接続し、ソースまたはドレインの一方が配線ＶＳと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が、容量Ｃ２の一方の電極、及びトランジスタＭ６のゲートと電気的に接続する。トランジスタＭ６のソースまたはドレインの一方は配線Ｖ４と電気的に接続し、他方は、発光素子ＥＬのアノード、及びトランジスタＭ７のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。トランジスタＭ７は、ゲートが配線ＭＳと電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方が配線ＯＵＴ２と電気的に接続する。発光素子ＥＬのカソードは、配線Ｖ５と電気的に接続する。
【0356】
配線Ｖ４及び配線Ｖ５には、それぞれ定電位が供給される。発光素子ＥＬのアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。トランジスタＭ５は、配線ＶＧに供給される信号により制御され、画素回路ＰＩＸ２の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。また、トランジスタＭ６は、ゲートに供給される電位に応じて発光素子ＥＬに流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。トランジスタＭ５が導通状態のとき、配線ＶＳに供給される電位がトランジスタＭ６のゲートに供給され、その電位に応じて発光素子ＥＬの発光輝度を制御することができる。トランジスタＭ７は配線ＭＳに供給される信号により制御され、トランジスタＭ６と発光素子ＥＬとの間の電位を、配線ＯＵＴ２を介して外部に出力する機能を有する。
【0357】
受光素子ＰＤのカソードが電気的に接続される配線Ｖ１と、発光素子ＥＬのカソードが電気的に接続される配線Ｖ５は、同一の層、同一の電位とすることができる。
【0358】
本発明の一態様の表示装置では、画素回路ＰＩＸ１及び画素回路ＰＩＸ２に含まれるトランジスタの全てに、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタともいう）を用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ電流が極めて小さく、当該トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。また、ＯＳトランジスタを用いることで、表示装置の消費電力を低減することができる。
【0359】
または、本発明の一態様の表示装置では、画素回路ＰＩＸ１及び画素回路ＰＩＸ２に含まれるトランジスタ全てに、チャネルが形成される半導体層にシリコンを有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタともいう）を用いることが好ましい。シリコンとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、非晶質シリコン等が挙げられる。特に、半導体層に低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｐｏｌｙ－Ｓｉｌｉｃｏｎ））を有するトランジスタ（以下、ＬＴＰＳトランジスタともいう）を用いることが好ましい。ＬＴＰＳトランジスタは、電界効果移動度が高く高速動作が可能である。
【0360】
さらに、ＬＴＰＳトランジスタなどのＳｉトランジスタを用いることで、ＣＭＯＳ回路で構成される各種回路を、表示部と同一基板に作りこむことが容易となる。これにより、表示装置に実装される外部回路を簡略化することができ、部品コスト、実装コストを削減することができる。
【0361】
または、本発明の一態様の表示装置では、画素回路ＰＩＸ１に、２種類のトランジスタを用いることが好ましい。具体的には、画素回路ＰＩＸ１は、ＯＳトランジスタと、ＬＴＰＳトランジスタと、を有することが好ましい。トランジスタに求められる機能に応じて、半導体層の材料を変えることで、画素回路ＰＩＸ１の品質を高め、センシングや撮像の精度を高めることができる。このとき、画素回路ＰＩＸ２には、ＯＳトランジスタ及びＬＴＰＳトランジスタのうち一方を用いてもよく、双方を用いてもよい。
【0362】
さらに、画素に２種類のトランジスタ（例えば、ＯＳトランジスタとＬＴＰＳトランジスタ）を用いた場合でも、ＬＴＰＳトランジスタを用いることで、ＣＭＯＳ回路で構成される各種回路を、表示部と同一基板に作りこむことが容易となる。これにより、表示装置に実装される外部回路を簡略化することができ、部品コスト、実装コストを削減することができる。
【0363】
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア密度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。そのため、特に容量Ｃ１または容量Ｃ２に直列に接続されるトランジスタＭ１、トランジスタＭ２、及びトランジスタＭ５には、ＯＳトランジスタを用いることが好ましい。
【0364】
また、トランジスタＭ３には、Ｓｉトランジスタを用いることが好ましい。これにより、撮像データの読み出し動作を高速に行うことができる。
【0365】
なお、表示部に、受光素子を有する第１の画素回路と、発光素子を有する第２の画素回路と、を有する表示装置は、画像表示を行うモード、撮像を行うモード、画像表示と撮像とを同時に行うモードのいずれでも駆動することができる。画像表示を行うモードでは、例えば、発光素子を用いてフルカラーの画像を表示することができる。また、撮像を行うモードでは、例えば、発光素子を用いて撮像用画像（例えば、緑単色、青単色など）を表示し、受光素子を用いて撮像を行うことができる。撮像を行うモードでは、例えば、指紋認証などを行うことができる。また、画像表示と撮像とを同時に行うモードでは、例えば、一部の画素では、発光素子を用いて撮像用画像を表示し、かつ、受光素子を用いて撮像を行い、残りの画素では、発光素子を用いて、フルカラーの画像を表示することができる。
【0366】
なお、図１６Ａ、図１６Ｂにおいて、トランジスタをｎチャネル型のトランジスタとして表記しているが、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。また、トランジスタは、シングルゲートに限らず、さらに、バックゲートを有していてもよい。
【0367】
受光素子ＰＤ、または発光素子ＥＬと重なる位置に、トランジスタ及び容量の一方又は双方を有する層を１つまたは複数設けることが好ましい。これにより、各画素回路の実効的な占有面積を小さくでき、高精細な表示部を実現できる。
【0368】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【0369】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる金属酸化物（酸化物半導体ともいう）について説明する。
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる金属酸化物（酸化物半導体ともいう）について説明する。
【0370】
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバルトなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【0371】
また、金属酸化物は、スパッタリング法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成することができる。
【0372】
＜結晶構造の分類＞
酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓを含む）、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）、及び多結晶（ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。
酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓを含む）、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）、及び多結晶（ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。
【0373】
なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。例えば、ＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ－Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを用いて評価することができる。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ－Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。
【0374】
例えば、石英ガラス基板では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するＩＧＺＯ膜では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、ＸＲＤスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
【0375】
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ Ｂｅａｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう）にて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温成膜したＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温成膜したＩＧＺＯ膜は、結晶状態でもなく、非晶質状態でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
【0376】
＜＜酸化物半導体の構造＞＞
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、及びｎｃ－ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、及びｎｃ－ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
【0377】
ここで、上述のＣＡＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、及びａ－ｌｉｋｅ ＯＳの詳細について、説明を行う。
【0378】
［ＣＡＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＡＣ－ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ－ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ａ－ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ－ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
ＣＡＡＣ－ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ－ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ａ－ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ－ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
【0379】
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
【0380】
また、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像において、格子像として観察される。
【0381】
ＣＡＡＣ－ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
【0382】
また、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
【0383】
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
【0384】
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ－ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、及びＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
【0385】
ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ－ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。従って、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ－ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
【0386】
［ｎｃ－ＯＳ］
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ－ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ－ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ－ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
【0387】
［ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ］
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
【0388】
＜＜酸化物半導体の構成＞＞
次に、上述のＣＡＣ－ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ－ＯＳは材料構成に関する。
次に、上述のＣＡＣ－ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ－ＯＳは材料構成に関する。
【0389】
［ＣＡＣ－ＯＳ］
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【0390】
さらに、ＣＡＣ－ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
【0391】
ここで、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、及びＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、及び［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ－ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
【0392】
具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。
【0393】
なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【0394】
また、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、一部にＩｎを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、ＣＡＣ－ＯＳは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
【0395】
ＣＡＣ－ＯＳは、例えば基板を加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ－ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【0396】
また、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【0397】
ここで、第１の領域は、第２の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第１の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第１の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【0398】
一方、第２の領域は、第１の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第２の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
【0399】
従って、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ－ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ－ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
【0400】
また、ＣＡＣ－ＯＳを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ－ＯＳは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【0401】
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ＣＡＣ－ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【0402】
＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
【0403】
上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0404】
トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ－３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ－３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ－３以下、より好ましくは１×１０１１ｃｍ－３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ－３未満であり、１×１０－９ｃｍ－３以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
【0405】
また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
【0406】
また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【0407】
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【0408】
＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
【0409】
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体におけるシリコンや炭素の濃度と、酸化物半導体との界面近傍のシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【0410】
また、酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【0411】
また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【0412】
また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にする。
【0413】
不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
【0414】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【0415】
【0416】
本発明の一態様の電子機器は、表示部で撮像を行うことや、タッチ操作（接触または近接）を検出することができる。これにより、電子機器の機能性や利便性などを高めることができる。
【0417】
本発明の一態様の電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
【0418】
本発明の一態様の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
【0419】
本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
【0420】
図１７Ａに示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
【0421】
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
【0422】
表示部６５０２に、実施の形態２で示した表示装置を適用することができる。
【0423】
図１７Ｂは、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
【0424】
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている。
【0425】
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。
【0426】
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されており、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
【0427】
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
【0428】
表示パネル６５１１に、実施の形態２で示した表示装置を用いることで、表示部６５０２で撮像を行うことができる。例えば、表示パネル６５１１で指紋を撮像し、指紋認証を行うことができる。
【0429】
表示部６５０２が、さらに、タッチセンサパネル６５１３を有することで、表示部６５０２に、タッチパネル機能を付与することができる。タッチセンサパネル６５１３としては、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。または、表示パネル６５１１を、タッチセンサとして機能させてもよく、その場合、タッチセンサパネル６５１３を設けなくてもよい。
【0430】
図１８Ａにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【0431】
表示部７０００に、実施の形態２で示した表示装置を適用することができる。
【0432】
図１８Ａに示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
【0433】
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【0434】
図１８Ｂに、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
【0435】
表示部７０００に、実施の形態２で示した表示装置を適用することができる。
【0436】
【0437】
図１８Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【0438】
図１８Ｄは円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
【0439】
【0440】
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
【0441】
表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
【0442】
また、図１８Ｃ、図１８Ｄに示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
【0443】
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【0444】
図１９Ａ～図１９Ｆに示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（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、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有する。
【0445】
図１９Ａ～図１９Ｆに示す電子機器は、様々な機能を有する。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、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【0446】
【0447】
図１９Ａは、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図１９Ａでは３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
【0448】
図１９Ｂは、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザーは、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
【0449】
図１９Ｃは、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
【0450】
図１９Ｄ～図１９Ｆは、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図１９Ｄは携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１９Ｆは折り畳んだ状態、図１９Ｅは図１９Ｄと図１９Ｆの一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【0451】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0452】
Ｃ１：容量、Ｃ２：容量、Ｌ１：最短距離、Ｌ２：最短距離、Ｍ１：トランジスタ、Ｍ２：トランジスタ、Ｍ３：トランジスタ、Ｍ４：トランジスタ、Ｍ５：トランジスタ、Ｍ６：トランジスタ、Ｍ７：トランジスタ、ＯＵＴ１：配線、ＯＵＴ２：配線、ＰＩＸ１：画素回路、ＰＩＸ２：画素回路、Ｖ１：配線、Ｖ２：配線、Ｖ３：配線、Ｖ４：配線、Ｖ５：配線、１０：デバイス、１０Ａ：デバイス、１０Ｂ：デバイス、１１：制御部、１２：表示部、１３：記憶部、２１：検出部、２１Ａ：検出部、２１Ｂ：検出部、２４：指、２５：第１の指、２６：指紋情報、２７：指紋情報、２７Ａ：指紋情報、２７Ｂ：指紋情報、２８：第２の指、２９：指紋情報、３０：電子機器、３１：表示部、３５：画像、４０：電子機器、４０Ａ：電子機器、４０Ｂ：電子機器、４１：表示部、４１Ａ：表示部、４１Ｂ：表示部、４１Ｃ：表示部、４２：入力部、４３：入力キー、４４：筐体、４５：筐体、４６：ヒンジ部、１００Ａ：表示装置、１００Ｂ：表示装置、１００Ｃ：表示装置、１００Ｄ：表示装置、１００Ｅ：表示装置、１１０：受光素子、１１２：共通層、１１４：共通層、１１５：共通電極、１１６：保護層、１２１：発光、１２１Ｂ：光、１２１Ｇ：光、１２１Ｒ：光、１２２：光、１２３：光、１２３ａ：迷光、１２３ｂ：迷光、１２４：反射光、１３１：トランジスタ、１３２：トランジスタ、１４２：接着層、１５１：基板、１５２：基板、１５３：基板、１５４：基板、１５５：接着層、１５６：接着層、１５７：絶縁層、１５８：遮光層、１５９：樹脂層、１５９ｐ：開口、１６２：表示部、１６４：回路、１６５：配線、１６６：導電層、１６７：導電層、１６９：導電層、１７２：ＦＰＣ、１７３：ＩＣ、１８２：バッファ層、１８３：活性層、１８４：バッファ層、１９０：発光素子、１９０Ｂ：発光素子、１９０Ｇ：発光素子、１９０Ｒ・ＰＤ：受発光素子、１９０Ｒ：発光素子、１９１：画素電極、１９２：バッファ層、１９２Ｂ：バッファ層、１９２Ｇ：バッファ層、１９２Ｒ：バッファ層、１９３：発光層、１９３Ｂ：発光層、１９３Ｇ：発光層、１９３Ｒ：発光層、１９４：バッファ層、１９４Ｂ：バッファ層、１９４Ｇ：バッファ層、１９４Ｒ：バッファ層、２００Ａ：表示装置、２００Ｂ：表示装置、２０１：基板、２０２：指、２０３：受光素子を有する層、２０４：受発光素子を有する層、２０５：機能層、２０７：発光素子を有する層、２０８：スタイラス、２０９：基板、２１１：絶縁層、２１２：絶縁層、２１３：絶縁層、２１４：絶縁層、２１４ａ：絶縁層、２１４ｂ：絶縁層、２１５：絶縁層、２１６：隔壁、２１９ａ：遮光層、２１９ｂ：スペーサ、２２１：導電層、２２２ａ：導電層、２２２ｂ：導電層、２２３：導電層、２２５：絶縁層、２２８：領域、２３１：半導体層、２３１ｉ：チャネル形成領域、２３１ｎ：低抵抗領域、２４０：トランジスタ、２４１：トランジスタ、２４２：接続層、２４３：トランジスタ、２４４：接続部、２４５：トランジスタ、２４６：トランジスタ、２４７：トランジスタ、２４８：トランジスタ、２４９：トランジスタ、２５２：トランジスタ、２６１：接触部、２６２：指紋、２６３：撮像範囲、２６６：軌跡、２７０Ｂ：発光素子、２７０Ｇ：発光素子、２７０ＰＤ：受光素子、２７０Ｒ・ＰＤ：受発光素子、２７０Ｒ：発光素子、２７１：画素電極、２７３：活性層、２７５：共通電極、２８０Ａ：表示装置、２８０Ｂ：表示装置、２８０Ｃ：表示装置、２８１：正孔注入層、２８２：正孔輸送層、２８３：発光層、２８３Ｂ：発光層、２８３Ｇ：発光層、２８３Ｒ：発光層、２８４：電子輸送層、２８５：電子注入層、６５００：電子機器、６５０１：筐体、６５０２：表示部、６５０３：電源ボタン、６５０４：ボタン、６５０５：スピーカ、６５０６：マイク、６５０７：カメラ、６５０８：光源、６５１０：保護部材、６５１１：表示パネル、６５１２：光学部材、６５１３：タッチセンサパネル、６５１５：ＦＰＣ、６５１６：ＩＣ、６５１７：プリント基板、６５１８：バッテリ、７０００：表示部、７１００：テレビジョン装置、７１０１：筐体、７１０３：スタンド、７１１１：リモコン操作機、７２００：ノート型パーソナルコンピュータ、７２１１：筐体、７２１２：キーボード、７２１３：ポインティングデバイス、７２１４：外部接続ポート、７３００：デジタルサイネージ、７３０１：筐体、７３０３：スピーカ、７３１１：情報端末機、７４００：デジタルサイネージ、７４０１：柱、７４１１：情報端末機、９０００：筐体、９００１：表示部、９００３：スピーカ、９００５：操作キー、９００６：接続端子、９００７：センサ、９００８：マイクロフォン、９０５０：アイコン、９０５１：情報、９０５２：情報、９０５３：情報、９０５４：情報、９０５５：ヒンジ、９１０１：携帯情報端末、９１０２：携帯情報端末、９２００：携帯情報端末、９２０１：携帯情報端末
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】