知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-27
(45)【発行日】2023-11-07
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
G09G 3/36 20060101AFI20231030BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20231030BHJP
G02F 1/133 20060101ALI20231030BHJP
【ＦＩ】
G09G3/36
G09G3/20 624B
G09G3/20 611A
G09G3/20 611H
G09G3/20 670J
G09G3/20 623A
G02F1/133 550
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2020510162
(86)(22)【出願日】2019-03-19
(86)【国際出願番号】 IB2019052193
(87)【国際公開番号】W WO2019186320
(87)【国際公開日】2019-10-03
【審査請求日】2022-02-15
(31)【優先権主張番号】P 2018067709
(32)【優先日】2018-03-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】山崎 舜平
(72)【発明者】
【氏名】豊高 耕平
(72)【発明者】
【氏名】吉本 智史
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 一徳
(72)【発明者】
【氏名】川島 進
(72)【発明者】
【氏名】高橋 圭
【審査官】橋本 直明
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２３６４４０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００６－３０９１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０１００００（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第９８／００２７７３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０９－０８０３８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２７７８９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｇ ３／３６
Ｇ０９Ｇ ３／２０
Ｇ０２Ｆ １／１３３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画素、複数の走査線及び複数の信号線を有する表示装置であって、前記複数の信号線は、第１の配線、第２の配線及び第３の配線を有し、
前記複数の走査線は、第４の配線、第５の配線及び第６の配線を有し、
前記画素は、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、第４のトランジスタ、第１の容量素子、第２の容量素子及び第１の回路を有し、
前記第１の回路は、入力端子を有し、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第４の配線と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第１の配線と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の容量素子の電極の一方と、前記入力端子とに電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２の配線と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２のトランジスタのゲートと、前記第１の容量素子の電極の一方とに電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第５の配線と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第３の配線と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第２の容量素子の電極の他方と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのゲートは、前記第６の配線と電気的に接続され、
前記第１の回路は、第３の容量素子と、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、発光素子とを有し、
前記第１の回路の前記入力端子は、前記第３の容量素子の電極の一方と、前記第５のトランジスタのゲートとに電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記発光素子と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第３の容量素子の電極の他方と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第６のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタのゲートは、前記第４の配線と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタがオンするとき、前記第１のトランジスタがオンする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一形態は、表示装置、及び表示装置の駆動方法に関する。
【0002】
また、本発明の一形態は、物、方法、又は、製造方法に関する。又は、本発明の一形態は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一形態は、その駆動方法、又は、その作製方法に関する。
【0003】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。記憶装置、表示装置、電気光学装置、蓄電装置、半導体回路及び電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【0004】
表示装置に求められる付加価値の１つとして、低消費電力がある。例えば、静止画を表示している期間、データを書き換える間隔を長くすることで、消費電力を低減することが特許文献１、又は特許文献２に開示されている。
【0005】
表示装置に用いられるトランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。特にＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ）に関する研究が盛んに行われている。
【0006】
ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもないＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造及びｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照）。非特許文献１及び非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造及びｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも微小な結晶を有することが非特許文献４及び非特許文献５に示されている。
【0007】
さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照）、その特性を利用したＬＳＩ及びディスプレイが報告されている（非特許文献７及び非特許文献８参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２０１１－１４１５２２号公報
【文献】特開２０１１－２３７７６０号公報
【非特許文献】
【0009】
【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ ４３，ｉｓｓｕｅ １，ｐ．１８３－１８６
【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ５３，Ｎｕｍｂｅｒ ４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８－１－０４ＥＤ１８－１０
【文献】Ｓ．Ｉｔｏ ｅｔ ａｌ．，“Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＭ－ＦＰＤ’１３ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”，２０１３，ｐ．１５１－１５４
【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，“ＥＣＳ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ３，ｉｓｓｕｅ ９，ｐ．Ｑ３０１２－Ｑ３０２２
【文献】Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ，“ＥＣＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ”，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ６４，ｉｓｓｕｅ １０，ｐ．１５５－１６４
【文献】Ｋ．Ｋａｔｏ ｅｔ ａｌ．，“Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ”，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ ５１，ｐ．０２１２０１－１－０２１２０１－７
【文献】Ｓ．Ｍａｔｓｕｄａ ｅｔ ａｌ．，“２０１５ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”，２０１５，ｐ．Ｔ２１６－Ｔ２１７
【文献】Ｓ．Ａｍａｎｏ ｅｔ ａｌ．，“ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ”，２０１０，ｖｏｌｕｍｅ ４１，ｉｓｓｕｅ １，ｐ．６２６－６２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の一形態は、新規な表示装置を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、新規な表示装置の駆動方法を提供することを課題の一とする。また、本発明の一形態は、消費電力が低減された表示装置を提供することを課題の一とする。
【0011】
なお、複数の課題の記載は、互いの課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一形態は、これらの課題の全てを解決する必要はない。また、列記した以外の課題が、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、これらの課題も、本発明の一形態の課題となり得る。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一形態は、第１の画素、第２の画素、走査線、第１の配線、及び第２の配線を有する表示装置の駆動方法である。第１の画素及び第２の画素には、それぞれ異なる表示データを与えることができる。第１の画素及び第２の画素に与えられる設定データは、第１の画素及び第２の画素の表示データを更新する状態、又は表示データを更新しない状態を設定することができる。走査線は、前記第１の画素及び第２の画素に電気的に接続される。第１の配線は、第１の画素に電気的に接続され、第２の配線は、第２の画素に電気的に接続される。本発明の一形態の駆動方法は、第１の期間乃至第３の期間を有し、第１の期間において、走査線には第１の画素及び第２の画素を選択する信号が与えられる。第１の配線には、第１の画素が表示データを更新する状態となる設定データが与えられ、第２の配線には、第２の画素が前記表示データを更新する状態となる設定データが与えられる。第２の期間において、走査線には第１の画素及び第２の画素を選択する信号が与えられる。第１の配線には、第１の画素が表示データを更新しない状態となる前記設定データが与えられ、第２の配線には、第２の画素が表示データを更新する状態となる設定データが与えられる。第３の期間において、走査線には第１の画素及び第２の画素を非選択となる信号が与えられる。第１の画素では、第１の表示データが表示され、第２の画素では、第２の表示データが表示される表示装置の駆動方法である。
【0013】
上記形態において、画素は、設定データを保持するための容量素子、及びトランジスタを有し、容量素子に与えられる設定データは、表示データを更新する状態、又は表示データを更新しない状態を画素に設定する機能を有し、容量素子に与えられる設定データによって、トランジスタのオン状態又はオフ状態を制御され、容量素子に表示データを更新する状態とする設定データが与えられる場合、トランジスタを介して表示データが更新され、容量素子に表示データを更新しない状態とする設定データが与えられる場合、トランジスタを介して表示データが更新されない表示装置の駆動方法が好ましい。
【0014】
本発明の一形態は、表示装置は、複数の画素、複数の走査線、及び複数の信号線を有する。それぞれの信号線は、第１の配線、及び第２の配線を有し、それぞれの走査線は、第３の配線、及び第４の配線を有する。それぞれの画素は、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、第３のトランジスタ、第１の容量素子、及び第１の回路を有する。第１の回路は、入力端子を有する。第１のトランジスタのゲートは、第３の配線と電気的に接続される。第１のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第１の配線と電気的に接続される。第１のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続される。第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、入力端子と電気的に接続される。第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第２の配線と電気的に接続される。第３のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２のトランジスタのゲートと、第１の容量素子の電極の一方とに電気的に接続される。第３のトランジスタのゲートは、第４の配線と電気的に接続される表示装置である。
【0015】
上記形態において、第１の回路は、第２の容量素子と、液晶素子とを有する。第１の回路の入力端子は、第２の容量素子の電極の一方と、液晶素子とに電気的に接続される表示装置が好ましい。
【0016】
上記形態において、第１の回路は、第３の容量素子と、第４のトランジスタと、発光素子とを有する。第１の回路の入力端子は、第３の容量素子の電極の一方と、第４のトランジスタのゲートとに電気的に接続される。第４のトランジスタのソース又はドレインの一方は、発光素子と電気的に接続される表示装置が好ましい。
【0017】
本発明の一形態は、上記のいずれか一に記載の表示装置が、ソースドライバを有する。ソースドライバは、複数の信号線に電気的に接続される。ソースドライバは、第１の配線に表示データを与える、又は浮遊状態にするかを選択する機能を有する。ソースドライバは、第２の配線に設定データを与える機能を有する。ソースドライバは、複数の信号線に表示データを同時に与えることができる表示装置が好ましい。
【発明の効果】
【0018】
本発明の一形態により、新規な表示装置を提供することができる。また、本発明の一形態は、新規な表示装置の駆動方法を提供することができる。また、本発明の一形態は、消費電力が低減された表示装置を提供することができる。
【0019】
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、本発明の一形態は、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】
【0020】
【図1】表示装置の構成例を示す回路図。
【図2】表示装置の構成例を示す回路図。
【図3】表示装置の構成例を示す回路図。
【図4】表示装置の構成例を示す回路図。
【図5】表示装置の構成例を示す回路図。
【図6】表示装置の構成例を示す回路図。
【図7】表示装置の構成例を示すブロック図。
【図8】表示装置の構成例を示すブロック図。
【図9】（Ａ）表示装置の表示例。（Ｂ）表示装置の構成例を示すブロック図。
【図10】表示装置の動作例を示すタイミングチャート。
【図11】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図12】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図13】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図14】トランジスタの構成例を示す断面図。
【図15】電子機器の例を示す斜視図。
【図16】電子機器の例を示す斜視図。
【図17】電子機器の例を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明の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及び実施例の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0022】
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。
【0023】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【0024】
なお、本明細書中において、高電源電圧をＨレベル（又はＶＤＤ）、低電源電圧をＬレベル（又はＧＮＤ）と呼ぶ場合がある。
【0025】
また、本明細書は、以下の実施の形態及び実施例を適宜組み合わせることが可能である。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【0026】
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。また、ＯＳトランジスタと記載する場合においては、金属酸化物又は酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物と総称する場合がある。
【0027】
（実施の形態１）
複数の画素を有する表示装置には、大きく分けて２つの駆動方法が知られている。１つは、一般的な静止画、又は動画を表示するための駆動方法であり、１フレーム毎に表示データを書き換える駆動方法である。これを”通常駆動”と呼ぶ。もう１つは、表示データの書き込み処理を実行した後、表示データの書き換えを停止する駆動方法である。これを”アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動”と呼ぶ。主に静止画の表示に用いられる駆動方法である。
複数の画素を有する表示装置には、大きく分けて２つの駆動方法が知られている。１つは、一般的な静止画、又は動画を表示するための駆動方法であり、１フレーム毎に表示データを書き換える駆動方法である。これを”通常駆動”と呼ぶ。もう１つは、表示データの書き込み処理を実行した後、表示データの書き換えを停止する駆動方法である。これを”アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動”と呼ぶ。主に静止画の表示に用いられる駆動方法である。
【0028】
ＩＤＳ駆動とは、通常駆動よりも低い頻度で表示データを書き換える駆動方法である。例えばＩＤＳ駆動には、表示データの書き換え頻度を１フレーム毎に制御する方法がある。例えば、表示装置を備える電子機器では、表示装置が有する表示領域を大きく２つの表示領域に分けて管理することができる。第１の表示領域は静止画などの表示に使用され、第２の表示領域は動画又は動画の編集画面等の表示に使用される。なお、第１の表示領域と、第２の表示領域の大きさ、位置などは、固定されるものではなく、表示の内容により変化させることができる。本実施の形態では、第１の表示領域、又は第２の表示領域の表示データの書き換え制御を容易に行える画素について説明する。
【0029】
表示装置は、ソースドライバ、ゲートドライバ、複数の画素、及び複数の配線を有する。複数の配線には、走査信号が与えられる複数の走査線、及び表示データが与えられる複数の信号線がある。それぞれの走査線には、複数の画素が電気的に接続される。各画素は、表示データを更新する状態、又は表示データを更新しない状態の２つの状態をとることができる。これらの状態は、画素に与えられる設定データにより制御することができる。設定データとは、表示データを更新する状態又は更新しない状態を設定するデータのことを示し、“Ｈ”、又は“Ｌ”の２値の電圧として与えられる。なおソースドライバは、表示データ、及び設定データを画素に与えることができる。
【0030】
例えば、同じ走査線に電気的に接続された第１の画素及び第２の画素について説明する。以下では、第１の画素は表示データを更新しない状態とし、第２の画素は表示データを更新する状態とする場合の駆動方法について説明する。ここでは、第１の期間に与えられる表示データを第１の表示データ、第２の期間に与えられる表示データを第２の表示データとする。なお、第１の画素と第２の画素にそれぞれ与えられるデータは、異なる階調値を含むデータであってもよいし、同じ階調値を含むデータであってもよい。
【0031】
まず、第１の期間において、第１の画素及び第２の画素のそれぞれに、表示データを更新する状態となる設定データが与えられ、その後に、それぞれの画素に、第１の表示データが与えられる。続いて、第２の期間において、まず第１の画素には表示データを更新しない状態となる設定データが、第２の画素には表示データを更新する状態となる設定データが、それぞれ与えられ、その後に、第２の画素に、第２の表示データが与えられることで、第２の画素の表示データが更新される。続いて、第３の期間において、走査線には第１の画素及び第２の画素を非選択とする信号が与えられる。よって、第３の期間において、第１の画素は、第１の表示データを表示し、第２の画素は、第２の表示データを表示する。
【0032】
例えば、静止画を表示する画素には、表示データを更新しない状態となる設定データが与えられ、動画などを表示する画素には、表示データを更新する状態となる設定データが与えられる。なお、第１の表示データ（静止画）、又は第２の表示データ（動画）の指定がない場合、表示データとは、第１の表示データ、および第２の表示データのいずれか一又は双方を含むものとして説明する。
【0033】
画素には、該設定データが任意のタイミングで与えられることが好ましい。よって、表示装置は、異なる更新タイミングで更新された画素の表示データを同時に表示することができる。なお、走査信号が与えられる走査線に接続される複数の画素には、表示データが更新される画素、又は表示データを更新せずに前表示データを保持し続ける画素が混在してもよい。
【0034】
なお上述した表示装置を備える電子機器とは、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ノート型コンピュータ、モニタ、又はデジタルサイネージなどに適用されることが好ましいが、時計、ビデオカメラ、ゲーム機器、ＴＶなどにも適用することができる。静止画などを表示する第１の表示領域は、表示データの更新頻度を低くすることができるため、信号線を介して表示データを制御するソースドライバの消費電力を低減することができる。なお、電子機器の詳細については、実施の形態３又は実施の形態４で詳細な説明をする。
【0035】
〈〈画素〉〉
図１は、表示装置の構成例を示す回路図である。一例として、表示装置は、画素、及び複数の配線を有している。画素１０は、トランジスタ１１、トランジスタ１２、トランジスタ１３、回路１４、容量素子１５を有する。なお回路１４は入力端子１４ａを有している。また、表示装置は、ゲートドライバ（図示せず）から走査信号が与えられる走査線として機能する配線３１（配線３１ａ、及び配線３１ｂ）を有する。なお配線３１ａ、及び配線３１ｂは、それぞれ異なる走査信号が与えられる走査線として機能する。また、表示装置は、ソースドライバからデータ信号が与えられる信号線として機能する配線３２（配線３２ａ、及び配線３２ｂ）を有する。配線３２ａには表示データ、配線３２ｂには設定データが与えられる。配線３３ａには、固定電位が与えられる。以降においてデータ信号と示す場合は、表示データ、および設定データのいずれか一又は双方を含むものとして説明する。
図１は、表示装置の構成例を示す回路図である。一例として、表示装置は、画素、及び複数の配線を有している。画素１０は、トランジスタ１１、トランジスタ１２、トランジスタ１３、回路１４、容量素子１５を有する。なお回路１４は入力端子１４ａを有している。また、表示装置は、ゲートドライバ（図示せず）から走査信号が与えられる走査線として機能する配線３１（配線３１ａ、及び配線３１ｂ）を有する。なお配線３１ａ、及び配線３１ｂは、それぞれ異なる走査信号が与えられる走査線として機能する。また、表示装置は、ソースドライバからデータ信号が与えられる信号線として機能する配線３２（配線３２ａ、及び配線３２ｂ）を有する。配線３２ａには表示データ、配線３２ｂには設定データが与えられる。配線３３ａには、固定電位が与えられる。以降においてデータ信号と示す場合は、表示データ、および設定データのいずれか一又は双方を含むものとして説明する。
【0036】
回路１４は、液晶素子、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を有していることが好ましい。回路１４については、図２で詳細な説明をする。
【0037】
次に、画素１０の電気的接続について説明する。トランジスタ１１のゲートは、配線３１ａと電気的に接続される。トランジスタ１１のソース又はドレインの一方は、配線３２ａと電気的に接続される。トランジスタ１１のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１２のソース又はドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１２のソース又はドレインの他方は、回路１４の入力端子１４ａと電気的に接続される。トランジスタ１３のソース又はドレインの一方は、配線３２ｂと電気的に接続される。トランジスタ１３のソース又はドレインの他方は、トランジスタ１２のゲートと、容量素子１５の電極の一方とに電気的に接続される。トランジスタ１３のゲートは、配線３１ｂと電気的に接続される。
【0038】
容量素子１５には、回路１４の表示データを更新する状態又は更新しない状態となる設定データを与えることができる。よって、トランジスタ１３を介して容量素子１５に与えられる設定データがトランジスタ１２を制御する。容量素子１５に表示データを更新する状態となる設定データが与えられる場合、トランジスタ１２がオン状態になりトランジスタ１１を介して表示データが回路１４に与えられる。容量素子１５に表示データを更新しない状態となる設定データが与えられる場合、トランジスタ１２がオフ状態のため回路１４の表示データが更新されない。つまり、画素に該設定データを与えることによって、表示データを更新する状態又は更新しない状態を設定することができる。
【0039】
なお、トランジスタ１２をオン状態にするには、容量素子１５に与えられる設定データが回路１４に与えられる表示データの電圧範囲よりも高い電圧であることが好ましい。もしくは、該設定データが、表示データの電圧範囲にトランジスタ１２の閾値電圧を加えた電圧よりも高い電圧であることがより好ましい。
【0040】
また、容量素子１５に与えられる設定データが、回路１４に与えられる表示データの電圧範囲よりも低い電圧であることが好ましい。又は、該設定データは、表示データの電圧範囲よりもトランジスタ１２の閾値を引いた電圧よりも低い電圧であることがより好ましい。
【0041】
なお、トランジスタ１１乃至トランジスタ１３に用いる半導体層は特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【0042】
トランジスタのチャネルが形成される半導体には、例えばシリコンを用いることができる。シリコンとして、アモルファスシリコンを用いてもよい。アモルファスシリコンを用いる場合、大型の基板上に歩留り良くトランジスタを形成でき、量産性に優れる。
【0043】
また、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどの結晶性を有するシリコンを用いてもよい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
【0044】
もしくは、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いてもよい。金属酸化物を半導体層に有するトランジスタは、オフ電流が低いことが知られている。画素の選択トランジスタとして機能するトランジスタ１１乃至トランジスタ１３は、オフ電流の低いトランジスタを用いることで表示データの更新間隔を長くしても表示品質の劣化を抑えることができる。よって、静止画を表示する場合は、表示の更新回数を削減することができるため、消費電力を小さくすることができる。
【0045】
さらにオフ電流の低いトランジスタは、トランジスタがオフ状態の場合にソースとドレイン間の絶縁性が高いと言い換えることができる。従って、配線３２ａ、又は配線３２ｂに与えられるデータ信号が、回路１４に与える影響を低減する。従って、半導体層に金属酸化物を用いたトランジスタは、トランジスタ１１乃至トランジスタ１３に用いるのにより好適である。金属酸化物を半導体層に用いたトランジスタについては、実施の形態５で詳細な説明をする。
【0046】
図２では、回路１４の構成例について説明する。図２（Ａ－１）に示す回路１４は、入力端子１４ａ、容量素子１４ｂ、液晶素子１４ｃ、及び配線３３ａを有している。図２（Ａ－２）に示す回路１４は、配線３３ｂを有する点が図２（Ａ－１）に示す回路１４と異なっている。入力端子１４ａは、容量素子１４ｂの電極の一方と、液晶素子１４ｃの電極の一方とに電気的に接続される。図２（Ａ－１）に示す回路１４では、容量素子１４ｂの電極の他方及び液晶素子１４ｃの電極の他方が配線３３ａに電気的に接続される。図２（Ａ－２）に示す回路１４では、液晶素子１４ｃの電極の他方が配線３３ｂと電気的に接続される点が図２（Ａ－１）に示す回路１４と異なっている。
【0047】
図２（Ａ－１）に示す回路１４では、配線３３ａが固定の電位を与えられることが好ましいが、表示フレーム毎、又はゲート線毎に異なる電位を与えてもよい。例えば、液晶素子１４ｃにかかる電界の向きを反転させることで、液晶素子１４ｃの焼き付きを低減する効果がある。
【0048】
図２（Ａ－２）に示す回路１４では、一例として、配線３３ａ、配線３３ｂがそれぞれ異なる固定の電位を与えられることが好ましい。なお、配線３３ｂには、表示フレーム毎、又はゲート線毎に異なる電位を与えてもよい。容量素子１４ｂが、液晶素子１４ｃと異なる固定の電位を基準として表示データを保持することで、表示データとは異なる電位を液晶素子１４ｃに与えることができる。画素に用いるトランジスタの温度特性と、液晶素子１４ｃの温度特性が異なる場合に固定電位の大きさを調整することで温度特性を調整するのに好適である。
【0049】
また、図２（Ａ－２）に示す回路１４では、容量素子１４ｂを必ずしも設けなくてもよい。液晶素子１４ｃの電極を利用して容量を形成してもよい。液晶素子１４ｃの電極を利用して容量を形成し、液晶素子１４ｃを駆動する方法をＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードと呼ぶ。
【0050】
なお、本明細書において、回路１４が液晶素子１４ｃを有する表示装置は、画像の表示方法により直視型、投写型などに分類される。また、該表示装置は、照明光が画素を透過するか、反射するかで、透過型、反射型、半透過型で分類することができる。液晶素子１４ｃの一例としては、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構成されることが可能である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶素子に適用される液晶としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、バナナ型液晶等が挙げられる。
【0051】
また、液晶表示装置の表示方式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ－ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ－ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモード、及び、ブルー相（Ｂｌｕｅ Ｐｈａｓｅ）モード等がある。
【0052】
図２（Ｂ－１）に示す回路１４は、入力端子１４ａ、容量素子１４ｂ、トランジスタ１４ｄ、発光素子１４ｅ、配線３４ａ、配線３４ｂ、及び配線３５を有している。入力端子１４ａは、容量素子１４ｂの電極の一方と、トランジスタ１４ｄのゲートとに電気的に接続される。トランジスタ１４ｄのソース又はドレインの一方は、配線３４ａに電気的に接続される。トランジスタ１４ｄのソース又はドレインの他方は、発光素子１４ｅの電極の一方に電気的に接続される。発光素子１４ｅの電極の他方は配線３４ｂに電気的に接続される。容量素子１４ｂの電極の他方は、配線３５に電気的に接続される。図示はしていないが、容量素子１４ｂの電極の他方は、トランジスタ１４ｄのソース又はドレインのいずれか一に接続されてもよい。一例として、配線３４ａには、アノード電位が与えられ、配線３４ｂには、カソード電位が与えられてもよい。もしくは、配線３４ａには、カソード電位が与えられ、配線３４ｂには、アノード電位が与えられてもよい。
【0053】
図２（Ｂ－２）に示す回路１４は、さらにトランジスタ１４ｆ、及び配線３４ｃを有する点が図２（Ｂ－１）に示す回路１４と異なっている。トランジスタ１４ｆのゲートには、配線３１ａが電気的に接続されることが好ましい。
【0054】
一例として、トランジスタ１４ｆの動作について説明する。なお、図示はしていないが、容量素子１４ｂの電極の他方は、トランジスタ１４ｄのソース又はドレインのいずれか一に接続されてもよい。配線３２ａに与えられる表示データを容量素子１４ｂに与える場合、トランジスタ１２がオン状態で、且つ配線３１ａに与えられる走査信号によってトランジスタ１１と、トランジスタ１４ｆとが、同時にオン状態になることが好ましい。入力端子１４ａを介して容量素子１４ｂの電極の一方に表示データを与えることができる。表示データを容量素子１４ｂに与える場合、トランジスタ１４ｄのソース又はドレインの他方の電位が配線３４ｃから与えられる電位によって固定されることが好ましい。よって、容量素子１４ｂの電極の一方に与えられる表示データを、トランジスタ１４ｄのソース又はドレインの他方の電位を基準とした電位として正確に与えることができる。
【0055】
次に、上述したトランジスタ１４ｆの動作と異なる動作例について説明する。容量素子１４ｂの電極の他方が、トランジスタ１４ｄのソース又はドレインの他方と電気的に接続されている場合、トランジスタ１２がオフ状態で、且つ配線３１ａに与えられる走査信号によってトランジスタ１４ｆをオン状態にする。トランジスタ１４ｆがオン状態になることで配線３４ｃを介してトランジスタ１４ｄに流れる電流を測定することができる。トランジスタ１４ｄに流れる電流を測定することで、トランジスタ１４ｄの電気特性のばらつき、又はトランジスタ１４ｄの電気特性の劣化を補正することができる。
【0056】
画素１０がトランジスタ１２を有することで、静止画を表示する表示領域のトランジスタ１４ｄの電流値を測定することができるようになる。但し、トランジスタ１４ｄの電流値が小さい場合、電流を測定するには、時間を要する場合がある。従って、複数の配線３４ｃに流れる電流値をまとめて測定してもよい。複数の配線３４ｃに流れる電流値をまとめて測定することで、一つのトランジスタ１４ｄの電流値が小さくても、複数のトランジスタ１４ｄの電流値をまとめて測定することで測定ポイントを削減できるようになる。但し、測定対象のそれぞれの画素に与えられる表示データ、又は配線３４ｂに与えられる電位などは同じであることが好ましい。
【0057】
トランジスタ１４ｄの電気特性の劣化をより正確に補正する場合、配線３４ｂに与える電位は、配線３４ｃに与える電位と同じ電位にすることが好ましい。発光素子１４ｅの影響を受けずトランジスタ１４ｄの電流値を測定することができる。測定された電流値を、トランジスタ１４ｄの電流値を管理する管理テーブルと比較して補正値を算出してもよいし、又は測定された電流値と前回測定された電流値との差分を補正値として算出してもよい。表示データに補正値を加えることで、補正後の第３の表示データを画素１０に与えることができる。
【0058】
配線３３ａ、配線３３ｂ、配線３４ａ、配線３４ｂ、配線３４ｃ、及び配線３５は、複数の画素に電気的に接続される。なお、それぞれの配線は、信号線に接続される複数の画素、走査線に接続される複数の画素、又は全ての画素などと、適宜電気的に接続されることが好ましい。例えば、配線３４ｃは、それぞれの信号線に接続される複数の画素を一つの単位として接続されることが好ましい。また配線３４ａ、配線３４ｂは、全ての画素と電気的に接続されることが好ましい。
【0059】
【0060】
図３（Ａ）に示す画素１０Ａには、配線３２ａによって表示データ及び設定データを与えることができる。つまり、配線３２ａは、トランジスタ１１のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ１３のソース又はドレインの一方に電気的に接続される。よって配線の数を減らすことで画素１０Ａの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ａの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。
【0061】
図３（Ｂ）に示す画素１０Ｂは、トランジスタ１１ａ乃至トランジスタ１３ａを有する。トランジスタ１１ａ乃至トランジスタ１３ａは、半導体層に金属酸化物を有することが好ましい。さらに、トランジスタ１１ａ乃至トランジスタ１３ａは、それぞれがバックゲートを有する。半導体層に金属酸化物を有するトランジスタは、バックゲートを有することでトランジスタの閾値電圧を制御することができる。
【0062】
例えば、それぞれのトランジスタのゲートがバックゲートと電気的に接続されることで、半導体膜の膜厚を薄くしたのと同じような効果を得ることができる。従って、電極が１つの場合に比べてオン電流を高くすることができる。よって、この構造のトランジスタを画素１０Ｂに用いることで、オン電流を高くすることができるので、トランジスタのサイズを小さくすることができる。そのため画素１０Ｂを用いることで、より高精細な表示装置を実現できる。
【0063】
図３（Ｃ）に示す画素１０Ｃは、トランジスタ１２ａを設けない点が図３（Ｂ）に示す画素１０Ｂと異なっている。トランジスタ１２ａの代わりに、トランジスタ１１ａのバックゲートには、容量素子１５の電極の一方が電気的に接続される。よって、トランジスタ１１ａのバックゲートには、容量素子１５に与えられる設定データが与えられる。トランジスタ１１ａのバックゲートに設定データが与えられることでトランジスタの閾値電圧が制御される。よって、トランジスタ１１ａのオン状態又はオフ状態は、容量素子１５に与えられる設定データで制御することができる。従って、画素１０Ｃは、トランジスタの数を減らすことで開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｃの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。
【0064】
なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）では、トランジスタがバックゲートを有する例を示しているが、半導体層に金属酸化物を有するトランジスタは、必ずしもバックゲートを設けなくてもよい。また、トランジスタのゲートがバックゲートに接続する例を示しているが、バックゲートは、トランジスタのソースに接続されてもよいし、外部の配線に接続されてもよい。
【0065】
【0066】
図４（Ａ）に示す表示装置は、走査線として機能する配線３１ｃ、及び信号線として機能する配線３２ｃを有し、且つ、画素１０Ｄが、トランジスタ１６、及び容量素子１７を有する点が図１に示す表示装置と異なっている。トランジスタ１６のゲートは、配線３１ｃと電気的に接続される。トランジスタ１６のソース又はドレインの一方は、配線３２ｃと電気的に接続される。トランジスタ１６のソース又はドレインの他方は、容量素子１７の電極の一方と電気的に接続される。容量素子１７の電極の他方は、回路１４の入力端子１４ａと電気的に接続されている。
【0067】
例えば、画素１０Ｄでは、トランジスタ１２がオン状態の場合、配線３２ａに与えられる表示データをトランジスタ１１を介して回路１４に書き込むことができる。次にトランジスタ１２がオフ状態に移行する、又はトランジスタ１１がオフ状態に移行するいずれか一又は両方の場合において、配線３２ｃに与えられる第１のデータをトランジスタ１６を介して容量素子１７の電極の一方に与えることができる。容量素子１７は、容量素子の電荷保存則に従い回路１４に与えられた表示データに第１のデータを加えることができる。
【0068】
従って、画素１０Ｄは、表示データに第１のデータを加算して第４の表示データを生成し、回路１４に与えることができる。表示装置は、表示データを画素に与えるソースドライバを有するが、画素１０Ｄが表示データに第１のデータを加算することができるため、ソースドライバが出力する表示データの電圧範囲を小さくすることができる。ソースドライバの出力電圧の範囲を小さくすることで、消費電力を低減することができる。特に回路１４が液晶素子１４ｃを有する場合は、画素１０Ｄの構成が好適である。液晶素子１４ｃでは、表示データに高い電圧を与えることが要求される場合がある。
【0069】
図４（Ｂ）に示す画素１０Ｅは、配線３２ｂによって設定データ及び第１のデータを画素１０Ｅに与えることができる点が図４（Ａ）に示す画素１０Ｄと異なっている。つまり、配線３２ｂは、トランジスタ１３のソース又はドレインの一方と、及びトランジスタ１６のソース又はドレインの一方とに電気的に接続される。設定データは、回路１４の表示データを更新する状態又は更新しない状態を制御するため、配線３２ｂから容量素子１５へ設定データを与える頻度を低く抑えることができる。よって、配線の数を減らすことで画素１０Ｅの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｅの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。
【0070】
図５（Ａ）に示す画素１０Ｆは、配線３２ａによって表示データ及び第１のデータを画素１０Ｆに与えることができる点が図４（Ａ）に示す画素１０Ｄと異なる点である。つまり、配線３２ａは、トランジスタ１１のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ１６のソース又はドレインの一方に電気的に接続される。なお、配線３２ｂは、トランジスタ１３のソース又はドレインの一方に電気的に接続される。設定データは、回路１４の表示データを更新する状態又は更新しない状態を制御するため、配線３２ｂから容量素子１５へ設定データを与える頻度を低く抑えることができる。よって、配線の数を減らすことで画素１０Ｄに比べ画素１０Ｆの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｆの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。なお、画素１０Ｆの詳細な動作については、図１、又は図４（Ａ）の説明を援用するものとして省略する。
【0071】
図５（Ｂ）に示す画素１０Ｇは、配線３２ａによって表示データ及び設定データを画素１０Ｇに与えることができる点が図４（Ａ）に示す画素１０Ｄと異なる点である。つまり、配線３２ａは、トランジスタ１１のソース又はドレインの一方と、及びトランジスタ１３のソース又はドレインの一方とに電気的に接続される。なお、配線３２ｂは、トランジスタ１６のソース又はドレインの一方に電気的に接続される。設定データは、回路１４の表示データを更新する状態又は更新しない状態を制御するため、配線３２ｂから容量素子１５へ設定データを与える頻度を低く抑えることができる。よって、配線の数を減らすことで画素１０Ｄに比べ画素１０Ｇの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｇの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。なお、画素１０Ｇの詳細な動作については、図３（Ａ）、又は図４（Ａ）の説明を援用するものとして省略する。
【0072】
図６（Ａ）に示す画素１０Ｈは、配線３１ｃを設けない点が図４（Ａ）に示す画素１０Ｄと異なっている。配線３１ａは、トランジスタ１１のゲートに電気的に接続される。配線３１ｂは、トランジスタ１３のゲートと、トランジスタ１６のゲートとに電気的に接続される。
【0073】
画素１０Ｈの動作を説明する。最初に、トランジスタ１３を介して設定データを容量素子１５に与える。次に表示データがトランジスタ１１を介して回路１４に与えられる。次に、トランジスタ１３を介してトランジスタ１２を非導通状態にし、且つ、トランジスタ１６を介して容量素子１７に第１のデータを与えることで、表示データに第１のデータを加算する。配線３２ａ、配線３２ｂ、及び配線３２ｃには、それぞれに異なるデータ信号が与えられる。よって、配線の数を減らすことで画素１０Ｄに比べ画素１０Ｈの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｈの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。
【0074】
図６（Ｂ）に示す画素１０Ｊは、配線３１ａがトランジスタ１１のゲートと、トランジスタ１６のゲートとに電気的に接続され、配線３１ｂは、トランジスタ１３のゲートに電気的に接続される点が図６（Ａ）に示す画素１０Ｈと異なっている。
【0075】
画素１０Ｊの動作を説明する。最初に、トランジスタ１３を介して設定データを容量素子１５に与える。次に表示データがトランジスタ１１を介して回路１４に与えられる。次に、トランジスタ１３を介してトランジスタ１２を非導通状態にし、且つ、トランジスタ１６を介して容量素子１７に第１のデータを与えることで、表示データに第１のデータを加算する。配線３２ａ、配線３２ｂ、及び配線３２ｃには、それぞれに異なるデータ信号が与えられる。よって、配線の数を減らすことで画素１０Ｄに比べ画素１０Ｊの開口率を大きくすることができる。もしくは、画素１０Ｈの開口率を維持したまま、より高精細な表示装置を実現できる。
【0076】
〈〈表示装置〉〉
図７では、表示装置について詳細な説明をする。表示装置２０は、表示部２１、ゲートドライバ２２、ゲートドライバ２３、及びソースドライバ２４を有する。表示部２１は、複数の画素１０を有する。ゲートドライバ２２は配線３１ａに走査信号を与えることができ、ゲートドライバ２３は配線３１ｂに走査信号を与えることができる。ソースドライバ２４は、デジタルアナログ変換回路２４ａ、及びバッファ回路２４ｂを有する。バッファ回路２４ｂは、複数のバッファ回路２４ｃ、及び複数のバッファ回路２４ｄを有している。
図７では、表示装置について詳細な説明をする。表示装置２０は、表示部２１、ゲートドライバ２２、ゲートドライバ２３、及びソースドライバ２４を有する。表示部２１は、複数の画素１０を有する。ゲートドライバ２２は配線３１ａに走査信号を与えることができ、ゲートドライバ２３は配線３１ｂに走査信号を与えることができる。ソースドライバ２４は、デジタルアナログ変換回路２４ａ、及びバッファ回路２４ｂを有する。バッファ回路２４ｂは、複数のバッファ回路２４ｃ、及び複数のバッファ回路２４ｄを有している。
【0077】
配線３２ａに表示データを与えるバッファ回路２４ｃは、表示データを出力していない期間の出力を浮遊状態にできることが好ましい。また、配線３２ｂに設定データを与えるバッファ回路２４ｄは、設定データを出力していない期間は“Ｌ”の電圧を出力することが好ましい。ソースドライバ２４は、配線３２ａに表示データを与え、配線３２ｂに設定データを与えることができる。なお、デジタルアナログ変換回路２４ａは、ディスプレイコントローラ（図７では表示せず）に接続されることが好ましい。
【0078】
図７で示す表示装置２０は、配線３１ａ、又は配線３１ｂに対しそれぞれ異なるタイミングで走査信号を与えることができる。つまり、ディスプレイコントローラが表示データを静止画であると判断する場合、ディスプレイコントローラは任意のタイミングで、ゲートドライバ２３を用いて画素１０に対し表示データを更新しない状態となる設定データを与えることができる。そのため、配線３１ｂに与えられる走査信号は、画素１０の表示データを更新するゲートドライバ２２とは異なるタイミングで画素１０を選択できることが好ましい。ゲートドライバ２３は、ゲートドライバ２２と同様にシフトレジスタ回路で構成されてもよい、もしくは、デコーダ回路で構成されることがより好ましい。デコーダ回路で構成されるゲートドライバ２３は、設定データを変更したい走査線を直接選択することができる。
【0079】
なお、第１の期間では、表示領域が有する全ての画素の表示データを更新する。次に、ディスプレイコントローラが表示データを静止画であると判断する場合、第２の期間では、表示領域の第１の画素に対してゲートドライバ２３を用いて表示データを更新しない状態となる設定データを与えることができる。又は、ディスプレイコントローラが表示データを動画であると判断する場合、第２の期間では、表示領域の第２の画素には、表示データを更新する状態となる設定データを与えることができる。次に、第３の期間では、第１の画素、及び第２の画素に与えられた表示データによって同時に表示することができる。上述したように、異なるタイミングで与えられた表示データを用いて同時に表示領域を表示することができる。
【0080】
つまり、動画を表示する表示領域は、表示の視認性に最適な更新頻度で表示データが更新され、静止画を表示する表示領域は、消費電力を低減するため低い更新頻度で表示データが更新される。上述した駆動方法は、部分的にＩＤＳ駆動をするため部分ＩＤＳ駆動と呼ぶことができる。消費電力を小さくすることが要求されるバッテリで動作する電子機器では、好適な駆動方法である。
【0081】
さらに、ディスプレイコントローラは、表示データを更新しなくてもよい画素１０と判断すると、バッファ回路２４ｃの出力を浮遊状態にすることが好ましい。該バッファ回路２４ｃの出力を浮遊状態にすることで配線３２ａの充放電に必要な電力を削減することができる。
【0082】
図８に示す表示装置２０Ａは、ゲートドライバ２５ａが奇数行の配線３１ａ、又は配線３１ｂ、ゲートドライバ２５ｂが偶数行の配線３１ａ、又は配線３１ｂに走査信号を与えることができる。なお、図７と異なり配線３１ａ、又は配線３１ｂに与える走査信号は、画素１０に連続して与えられることが好ましい。
【0083】
ディスプレイコントローラが表示データを静止画と判断する場合について説明する。配線３１ｂに走査信号が与えられている期間の画素１０には、表示データを更新しない状態となる設定データが配線３２ｂを介して与えられる。続いて、配線３１ａに走査信号が与えられている期間は、バッファ回路２４ｂの出力を浮遊状態にすることが好ましい。なお、該画素１０には、配線３２ａを介して表示データが与えられても、又は与えられなくてもいずれでもよい。もしも、該画素１０に表示データが与えられたとしても、画素には表示データが書き込まれない。なお、ゲートドライバ２５ａ、及びゲートドライバ２５ｂはシフトレジスタ回路であることが好ましい。
【0084】
図９（Ａ）では、表示装置２０によって表示部２１において表示を行う例を示している。表示部２１は、表示領域２１ａ、及び表示領域２１ｂを有する。図９（Ａ）は、表示領域２１ａに静止画が表示され、表示領域２１ｂに動画が表示される例である。動画が表示される表示領域２１ｂは、フレーム毎に表示データが更新されることが好ましい。但し、静止画が表示される表示領域２１ａの表示データは、表示領域２１ｂの表示データが複数回更新される毎に１回更新されることが好ましい。もしくは、表示領域２１ｂの表示データが３０回以上更新される毎に表示領域２１ａの表示データが１回更新されることがより好ましい。もしくは表示領域２１ｂの表示データが６０回以上更新される毎に表示領域２１ａの表示データが１回更新されることがより好ましい。表示領域２１ａの表示データの更新回数が、表示領域２１ｂの表示データの更新回数より少ないほど消費電力が低減できる。
【0085】
図９（Ｂ）では、図９（Ａ）の表示領域２１ａと表示領域２１ｂとの境界部分である領域２１ｃを拡大表示して示している。領域２１ｃは、図７の表示装置２０と同じ構成を有する例を示している。一例として、領域２１ｃは、画素１０（ｉ、ｊ）乃至画素１０（ｉ＋１，ｊ＋２）、配線３１ａ（ｊ）乃至配線３１ａ（ｊ＋２）、配線３１ｂ（ｊ）乃至配線３１ｂ（ｊ＋２）、配線３２ａ（ｉ）、配線３２ａ（ｉ＋１）、配線３２ｂ（ｉ）、及び配線３２ｂ（ｉ＋１）を有する。なお、画素１０（ｉ＋１，ｊ＋１）、画素１０（ｉ＋１，ｊ＋２）は表示領域２１ｂに属しており動画を表示するため、フレーム毎に表示データが更新されることが好ましい。
【0086】
【0087】
最初に、図１０（Ａ）のタイミングチャートを用いて領域２１ｃの動作を説明する。なお、配線３２ａに与えられる表示データは、階調を有するアナログ信号であり、配線３２ｂに与えられる“Ｌ”の設定データは、トランジスタ１２をオフ状態にする電圧である。また、配線３２ｂに与えられる“Ｈ”の設定データは、トランジスタ１２をオン状態にする電圧である。
【0088】
時刻Ｔ１では、配線３１ｂ（ｊ）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ）、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ，ｊ）、及び画素１０（ｉ＋１，ｊ）は、表示データが更新されない状態になる。
【0089】
時刻Ｔ２では、配線３１ｂ（ｊ＋１）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。また、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｈ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ＋１，ｊ＋１）は、表示データが更新できる状態になる。画素１０（ｉ，ｊ＋１）は、表示データが更新されない状態になる。
【0090】
時刻Ｔ３では、配線３１ｂ（ｊ＋２）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。また、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｈ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ＋１，ｊ＋２）は、表示データが更新できる状態になる。画素１０（ｉ，ｊ＋２）は、表示データが更新されない状態になる。
【0091】
時刻Ｔ５では、配線３１ａ（ｊ）に走査信号が与えられる。該時刻では、配線３２ａ（ｉ）、配線３２ａ（ｉ＋１）が浮遊状態を維持している。
【0092】
時刻Ｔ６では、配線３１ａ（ｊ＋１）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ａ（ｉ＋１）には、表示データＤ（ｉ＋１，ｊ＋１）の信号が与えられる。配線３２ａ（ｉ）が浮遊状態になる。
【0093】
時刻Ｔ７では、配線３１ａ（ｊ＋２）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、表示データＤ（ｉ＋１，ｊ＋２）の信号が与えられる。配線３２ａ（ｉ）が浮遊状態になる。
【0094】
図１０（Ａ）では、設定データ、及び表示データを異なるタイミングで更新する例を示している。つまり、それぞれの画素では、“Ｈ”の設定データが与えられた場合しか、表示データを更新しない。なお、図１０（Ａ）では、画素に“Ｌ”の設定データを与えた場合に表示データを与えた例は示していないが、画素に“Ｌ”の設定データを与えた場合は、画素が配線３２ａに与えられた表示データで更新されない。
【0095】
【0096】
時刻Ｔ１１では、配線３１ｂ（ｊ）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ）、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ，ｊ）、及び画素１０（ｉ＋１，ｊ）は、表示データが更新されない状態になる。
【0097】
時刻Ｔ１２では、配線３１ａ（ｊ）に走査信号が与えられる。該時刻では、配線３２ａ（ｉ）、配線３２ａ（ｉ＋１）が浮遊状態を維持している。
【0098】
時刻Ｔ１３では、配線３１ｂ（ｊ＋１）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｈ”の設定データが与えられる。配線３２ｂ（ｉ）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ＋１，ｊ＋１）は、表示データの更新が許可された状態になる。
【0099】
時刻Ｔ１４では、配線３１ａ（ｊ＋１）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ａ（ｉ＋１）には、表示データＤ（ｉ＋１，ｊ＋１）の信号が与えられる。配線３２ａ（ｉ）が浮遊状態を維持している。
【0100】
時刻Ｔ１５では、配線３１ｂ（ｊ＋２）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ｂ（ｉ＋１）には、“Ｈ”の設定データが与えられる。配線３２ｂ（ｉ）には、“Ｌ”の設定データが与えられる。画素１０（ｉ＋１，ｊ＋１）は、表示データの更新が許可された状態になる。
【0101】
時刻Ｔ１６では、配線３１ａ（ｊ＋２）に走査信号が与えられる。該時刻において、配線３２ａ（ｉ＋１）には、表示データＤ（ｉ＋１，ｊ＋２）の信号が与えられる。配線３２ａ（ｉ）が浮遊状態を維持している。
【0102】
図１０（Ｂ）では、設定データ、及び表示データを連続するタイミングで更新する例を示している。つまり、それぞれの画素に“Ｈ”の設定データが与えられた場合しか、表示データを更新しない。図１０（Ｂ）では、画素に“Ｌ”の設定データを与えた場合に表示データを与えた例は示していないが、画素に“Ｌ”の設定データを与えた場合は、画素は表示データで更新されない。
【0103】
例えば、スマートフォンや、タブレット、又はノート型コンピュータなどに上述した表示装置を適用した場合について説明する。一例としてスマートフォンで動画を見る場合、動画を表示している表示領域の画素には“Ｈ”の設定データを与え、静止画を表示している表示領域の画素には“Ｌ”の設定データを与える。よって静止画を表示する表示領域の画素では表示データが更新されないため消費電力を低減することができる。
【0104】
さらに異なる例として、ビデオカメラ、又はゲーム機器などに上述した表示装置を適用した場合について説明する。一例としてビデオカメラなどで動画を見る場合、上述した機能を用いることで、動画の中から、静止画として取得したい表示領域をタッチパネルなどの入力デバイスを用いて指示する。タッチパネルなどの入力デバイスによって選択された時刻の該表示領域を静止画として取得することが容易にできる。
【0105】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0106】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、実施の形態１で説明した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
【0107】
表示装置２０の有する画素１０は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
【0108】
〈〈ボトムゲート型トランジスタ〉〉
図１１（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ８１０のチャネル長方向の断面図である。図１１（Ａ１）において、トランジスタ８１０は基板８６０上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板８６０上に絶縁層８６１を介して電極８５８を有する。また、電極８５８上に絶縁層８５２を介して半導体層８５６を有する。電極８５８はゲート電極として機能できる。絶縁層８５２はゲート絶縁層として機能できる。
図１１（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ８１０のチャネル長方向の断面図である。図１１（Ａ１）において、トランジスタ８１０は基板８６０上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板８６０上に絶縁層８６１を介して電極８５８を有する。また、電極８５８上に絶縁層８５２を介して半導体層８５６を有する。電極８５８はゲート電極として機能できる。絶縁層８５２はゲート絶縁層として機能できる。
【0109】
また、半導体層８５６のチャネル形成領域上に絶縁層８５５を有する。また、半導体層８５６の一部と接して、絶縁層８５２上に電極８５７ａ及び電極８５７ｂを有する。電極８５７ａは、ソース電極又はドレイン電極の一方として機能できる。電極８５７ｂは、ソース電極又はドレイン電極の他方として機能できる。電極８５７ａの一部、及び電極８５７ｂの一部は、絶縁層８５５上に形成される。
【0110】
絶縁層８５５は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層８５５を設けることで、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの形成時に生じる半導体層８５６の露出を防ぐことができる。よって、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの形成時に、半導体層８５６のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一形態によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
【0111】
また、トランジスタ８１０は、電極８５７ａ、電極８５７ｂ及び絶縁層８５５上に絶縁層８５３を有し、絶縁層８５３の上に絶縁層８５４を有する。
【0112】
絶縁層８５４を設けることで、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの形成時に生じる半導体層８５６の露出を防ぐことができる。よって、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの形成時に半導体層８５６の薄膜化を防ぐことができる。
【0113】
半導体層８５６に酸化物半導体を用いる場合、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの、少なくとも半導体層８５６と接する部分に、半導体層８５６の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層８５６中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ＋層）となる。従って、当該領域はソース領域又はドレイン領域として機能することができる。半導体層８５６に酸化物半導体を用いる場合、半導体層８５６から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
【0114】
半導体層８５６にソース領域及びドレイン領域が形成されることにより、電極８５７ａ及び電極８５７ｂと半導体層８５６の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
【0115】
半導体層８５６にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層８５６と電極８５７ａの間、及び半導体層８５６と電極８５７ｂの間に、ｎ型半導体又はｐ型半導体として機能する層を設けることが好ましい。ｎ型半導体又はｐ型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域又はドレイン領域として機能することができる。
【0116】
絶縁層８５４は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、又は低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層８５４を省略することもできる。
【0117】
図１１（Ａ２）に示すトランジスタ８１１は、絶縁層８５４上にバックゲート電極として機能できる電極８５０を有する点が、トランジスタ８１０と異なる。電極８５０は、電極８５８と同様の材料及び方法で形成することができる。
【0118】
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【0119】
また、電極８５８及び電極８５０は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層８５２、絶縁層８５３、及び絶縁層８５４は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極８５０は、絶縁層８５３と絶縁層８５４の間に設けてもよい。
【0120】
なお、電極８５８又は電極８５０の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ８１１において、電極８５０を「ゲート電極」と言う場合、電極８５８を「バックゲート電極」と言う。また、電極８５０を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ８１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極８５８及び電極８５０のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。
【0121】
半導体層８５６を挟んで電極８５８及び電極８５０を設けることで、更には、電極８５８及び電極８５０を同電位とすることで、半導体層８５６においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ８１１のオン電流が高くなると共に、電界効果移動度が高くなる。
【0122】
従って、トランジスタ８１１は、占有面積に対して高いオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ８１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一形態によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一形態によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【0123】
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
【0124】
また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【0125】
本発明の一形態によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
【0126】
図１１（Ｂ１）は、図１１（Ａ１）とは異なる構成のチャネル保護型のトランジスタ８２０のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２０は、トランジスタ８１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層８５５が半導体層８５６の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層８５６と重なる絶縁層８５５の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層８５６と電極８５７ａが電気的に接続している。また、半導体層８５６と重なる絶縁層８５５の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層８５６と電極８５７ｂが電気的に接続している。絶縁層８５５の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
【0127】
図１１（Ｂ２）に示すトランジスタ８２１は、絶縁層８５４上にバックゲート電極として機能できる電極８５０を有する点が、トランジスタ８２０と異なる。
【0128】
また、トランジスタ８２０及びトランジスタ８２１は、トランジスタ８１０及びトランジスタ８１１よりも、電極８５７ａと電極８５８の間の距離と、電極８５７ｂと電極８５８の間の距離が長くなる。よって、電極８５７ａと電極８５８の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極８５７ｂと電極８５８の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一形態によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
【0129】
図１１（Ｃ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタ８２５のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２５は、絶縁層８５５を用いずに電極８５７ａ及び電極８５７ｂを形成する。このため、電極８５７ａ及び電極８５７ｂの形成時に露出する半導体層８５６の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層８５５を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
【0130】
図１１（Ｃ２）に示すトランジスタ８２５は、絶縁層８５４上にバックゲート電極として機能できる電極８５０を有する点が、トランジスタ８２０と異なる。
【0131】
図１２（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８１０、８１１、８２０、８２１、８２５、８２６のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
【0132】
図１２（Ｂ２）、（Ｃ２）に示す構造では、ゲート電極とバックゲート電極とが接続され、ゲート電極とバックゲート電極との電位が同電位となる。また、半導体層８５６は、ゲート電極とバックゲート電極に挟まれている。
【0133】
ゲート電極及びバックゲート電極のそれぞれのチャネル幅方向の長さは、半導体層８５６のチャネル幅方向の長さよりも長く、半導体層８５６のチャネル幅方向全体は、絶縁層８５２、８５５、８５３、８５４を間に挟んでゲート電極又はバックゲート電極に覆われた構成である。
【0134】
当該構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体層８５６を、ゲート電極及びバックゲート電極の電界によって電気的に取り囲むことができる。
【0135】
トランジスタ８２１又はトランジスタ８２６のように、ゲート電極及びバックゲート電極の電界によって、チャネル形成領域が形成される半導体層８５６を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【0136】
Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、ゲート電極及びバックゲート電極の一方又は双方によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層８５６に印加することができるため、トランジスタの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタを微細化することが可能となる。また、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、トランジスタの機械的強度を高めることができる。
【0137】
〈〈トップゲート型トランジスタ〉〉
図１３（Ａ１）に例示するトランジスタ８４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ８４２は、絶縁層８５４を形成した後に電極８５７ａ及び電極８５７ｂを形成する点がトランジスタ８１０やトランジスタ８２０と異なる。電極８５７ａ及び電極８５７ｂは、絶縁層８５３及び絶縁層８５４に形成した開口部において半導体層８５６と電気的に接続する。
図１３（Ａ１）に例示するトランジスタ８４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ８４２は、絶縁層８５４を形成した後に電極８５７ａ及び電極８５７ｂを形成する点がトランジスタ８１０やトランジスタ８２０と異なる。電極８５７ａ及び電極８５７ｂは、絶縁層８５３及び絶縁層８５４に形成した開口部において半導体層８５６と電気的に接続する。
【0138】
また、電極８５８と重ならない絶縁層８５２の一部を除去し、電極８５８と残りの絶縁層８５２をマスクとして用いて不純物を半導体層８５６に導入することで、半導体層８５６中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる。トランジスタ８４２は、絶縁層８５２が電極８５８の端部を越えて延伸する領域を有する。半導体層８５６の絶縁層８５２を介して不純物が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層８５２を介さずに不純物が導入された領域よりも小さくなる。半導体層８５６は、電極８５８と重ならない領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。
【0139】
図１３（Ａ２）に示すトランジスタ８４３は、電極８５０を有する点がトランジスタ８４２と異なる。トランジスタ８４３は、基板８６０の上に形成された電極８５０を有する。電極８５０は、絶縁層８６１を介して半導体層８５６と重なる領域を有する。電極８５０は、バックゲート電極として機能することができる。
【0140】
また、図１３（Ｂ１）に示すトランジスタ８４４及び図１３（Ｂ２）に示すトランジスタ８４５のように、電極８５８と重ならない領域の絶縁層８５２を全て除去してもよい。また、図１３（Ｃ１）に示すトランジスタ８４６及び図１３（Ｃ２）に示すトランジスタ８４７のように、絶縁層８５２を残してもよい。
【0141】
トランジスタ８４２乃至トランジスタ８４７も、電極８５８を形成した後に、電極８５８をマスクとして用いて不純物を半導体層８５６に導入することで、半導体層８５６中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一形態によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一形態によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【0142】
図１４（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、８４７のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
【0143】
トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、及びトランジスタ８４７は、それぞれ先に説明したＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造である。但し、これに限定されず、トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、及びトランジスタ８４７をＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造としなくてもよい。
【0144】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0145】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置、表示装置、及び／又は記憶装置が搭載された電子機器の例について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した半導体装置、表示装置、及び／又は記憶装置が搭載された電子機器の例について説明する。
【0146】
本実施の形態では、本発明の一形態を用いて作製された表示装置を備える電子機器について説明する。
【0147】
図１５（Ａ）は、ファインダー８１００を取り付けた状態のカメラ８０００の外観を示す図である。
【0148】
カメラ８０００は、筐体８００１、表示部８００２、操作ボタン８００３、シャッターボタン８００４等を有する。またカメラ８０００には、着脱可能なレンズ８００６が取り付けられている。
【0149】
ここではカメラ８０００として、レンズ８００６を筐体８００１から取り外して交換することが可能な構成としたが、筐体にレンズ８００６が組み込まれていてもよい。
【0150】
カメラ８０００は、シャッターボタン８００４を押すことにより、撮像することができる。また、表示部８００２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部８００２をタッチすることにより撮像することも可能である。
【0151】
カメラ８０００の筐体８００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８１００のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
【0152】
ファインダー８１００は、筐体８１０１、表示部８１０２、ボタン８１０３等を有する。
【0153】
筐体８１０１は、カメラ８０００のマウントと係合するマウントを有しており、ファインダー８１００をカメラ８０００に取り付けることができる。また当該マウントには電極を有し、当該電極を介してカメラ８０００から受信した映像等を表示部８１０２に表示させることができる。
【0154】
ボタン８１０３は、電源ボタンとしての機能を有する。ボタン８１０３により、表示部８１０２の表示のオン・オフを切り替えることができる。
【0155】
カメラ８０００の表示部８００２、及びファインダー８１００の表示部８１０２に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。
【0156】
なお、図１５（Ａ）では、カメラ８０００とファインダー８１００とを別の電子機器とし、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ８０００の筐体８００１に、表示装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
【0157】
図１５（Ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイ８２００の外観を示す図である。
【0158】
ヘッドマウントディスプレイ８２００は、装着部８２０１、レンズ８２０２、本体８２０３、表示部８２０４、ケーブル８２０５等を有している。また装着部８２０１には、バッテリ８２０６が内蔵されている。
【0159】
ケーブル８２０５は、バッテリ８２０６から本体８２０３に電力を供給する。本体８２０３は無線受信機等を備え、受信した表示データ等の映像情報を表示部８２０４に表示させることができる。また、本体８２０３に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動きを捉え、その情報をもとに使用者の視線の座標を算出することにより、使用者の視線を入力手段として用いることができる。
【0160】
また、装着部８２０１には、使用者に触れる位置に複数の電極が設けられていてもよい。本体８２０３は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使用者の視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知することにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部８２０１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部８２０４に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部の動きなどを検出し、表示部８２０４に表示する映像をその動きに合わせて変化させてもよい。
【0161】
表示部８２０４に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。
【0162】
図１５（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ヘッドマウントディスプレイ８３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８３００は、筐体８３０１と、表示部８３０２と、バンド状の固定具８３０４と、一対のレンズ８３０５と、を有する。
【0163】
使用者は、レンズ８３０５を通して、表示部８３０２の表示を視認することができる。なお、表示部８３０２を湾曲して配置させると好適である。表示部８３０２を湾曲して配置することで、使用者が高い臨場感を感じることができる。なお、本実施の形態においては、表示部８３０２を１つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、表示部８３０２を２つ設ける構成としてもよい。この場合、使用者の片方の目に１つの表示部が配置されるような構成とすると、視差を用いた３次元表示等を行うことも可能となる。
【0164】
なお、表示部８３０２に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。本発明の一形態の半導体装置を有する表示装置は、極めて精細度が高いため、図１５（Ｅ）のようにレンズ８３０５を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
【0165】
【0166】
図１６（Ａ）乃至図１６（Ｇ）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、又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、におい又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。
【0167】
図１６（Ａ）乃至図１６（Ｇ）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、日付又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、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。なお、図１６（Ａ）乃至図１６（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。また、図１６（Ａ）乃至図１６（Ｇ）には図示していないが、電子機器は、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、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。
【0168】
【0169】
図１６（Ａ）は、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、大画面、例えば、５０インチ以上、又は１００インチ以上の表示部９００１を組み込むことが可能である。
【0170】
図１６（Ｂ）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、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。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。例えば、３つの操作ボタン９０５０（操作アイコン又は単にアイコンともいう）を表示部９００１の一の面に表示することができる。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ができる。なお、情報９０５１の一例としては、電子メールやＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやＳＮＳなどの題名、電子メールやＳＮＳなどの送信者名、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。又は、情報９０５１が表示されている位置に、情報９０５１の代わりに、操作ボタン９０５０などを表示してもよい。
【0171】
図１６（Ｃ）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、携帯情報端末９１０２の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、その表示（ここでは情報９０５３）を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、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、電話を受けるか否かを判断できる。
【0172】
図１６（Ｄ）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、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。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、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。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を有し、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また接続端子９００６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子９００６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【0173】
図１６（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）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１６（Ｅ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態の斜視図であり、図１６（Ｆ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態又は折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図１６（Ｇ）が携帯情報端末９２０１を折り畳んだ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。ヒンジ９０５５を介して２つの筐体９０００間を屈曲させることにより、携帯情報端末９２０１を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末９２０１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【0174】
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有する。ただし、本発明の一形態の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。
【0175】
本実施の形態で例示した構成例、及びそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、又は図面等と適宜組み合わせて実施することができる。
【0176】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0177】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一形態の電子機器について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一形態の電子機器について、図面を参照して説明する。
【0178】
以下で例示する電子機器は、表示部に本発明の一形態の表示装置を備えるものである。従って、高い解像度が実現された電子機器である。また高い解像度と、大きな画面が両立された電子機器とすることができる。
【0179】
本発明の一形態の電子機器の表示部には、例えばフルハイビジョン、４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋ、１６Ｋ８Ｋ、又はそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。また、表示部の画面サイズとしては、対角２０インチ以上、又は対角３０インチ以上、又は対角５０インチ以上、対角６０インチ以上、又は対角７０インチ以上とすることもできる。
【0180】
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（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）、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。
【0181】
本発明の一形態の電子機器又は照明装置は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
【0182】
本発明の一形態の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
【0183】
本発明の一形態の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
【0184】
本発明の一形態の電子機器は、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、日付又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又はデータを読み出す機能等を有することができる。
【0185】
図１７（Ａ）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７５００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。
【0186】
表示部７５００に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。
【0187】
図１７（Ａ）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。又は、表示部７５００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７５００に触れることで操作してもよい。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が備える操作キー又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７５００に表示される映像を操作することができる。
【0188】
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又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）又は双方向（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。
【0189】
図１７（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータ７２００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７５００が組み込まれている。
【0190】
表示部７５００に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。
【0191】
図１７（Ｃ）、（Ｄ）に、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）の一例を示す。
【0192】
図１７（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７５００、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、又は操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【0193】
また、図１７（Ｄ）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７５００を有する。
【0194】
図１７（Ｃ）、（Ｄ）において、表示部７５００に、本発明の一形態の表示装置を適用することができる。
【0195】
表示部７５００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７５００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。
【0196】
表示部７５００にタッチパネルを適用することで、表示部７５００に画像又は動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報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。
【0197】
また、図１７（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００又はデジタルサイネージ７４００は、ユーザが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１又は情報端末機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７５００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１又は情報端末機７４１１を操作することで、表示部７５００の表示を切り替えることができる。
【0198】
また、デジタルサイネージ７３００又はデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１又は情報端末機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、不特定な複数のユーザが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【0199】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【0200】
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記実施の形態で述べたＯＳトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態で述べたＯＳトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳの構成について説明する。
【0201】
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、又はその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、又はその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、又はパッチ状ともいう。
【0202】
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種が含まれていてもよい。
【0203】
例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳ（ＣＡＣ－ＯＳの中でもＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ－ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、又はインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、及びＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、又はガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、及びＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、又はＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【0204】
つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【0205】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、又はＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１－ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（－１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【0206】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、又はＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ－ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【0207】
一方、ＣＡＣ－ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ－ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【0208】
なお、ＣＡＣ－ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【0209】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界として観察することが難しい場合がある。
【0210】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、又はマグネシウムなどから選ばれた一種、又は複数種が含まれている場合、ＣＡＣ－ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【0211】
ＣＡＣ－ＯＳは、例えば基板を加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ－ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つ又は複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【0212】
ＣＡＣ－ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ－ｂ面方向、及びｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【0213】
またＣＡＣ－ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ－ＯＳの結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ－ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【0214】
また例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【0215】
ＣＡＣ－ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【0216】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【0217】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【0218】
従って、ＣＡＣ－ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、又はＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、及び高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【0219】
また、ＣＡＣ－ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ－ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【0220】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0221】
本明細書において、特に断りがない場合、オン電流とは、トランジスタがオン状態にあるときのドレイン電流をいう。オン状態（オンと略す場合もある）とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧（ＶＧ）がしきい値電圧（Ｖｔｈ）以上の状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈ以下の状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオン電流とは、ＶＧがＶｔｈ以上のときのドレイン電流を言う。また、トランジスタのオン電流は、ドレインとソースの間の電圧（ＶＤ）に依存する場合がある。
【0222】
本明細書において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態（オフと略す場合もある）とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ＶＧがＶｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ＶＧがＶｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う。トランジスタのオフ電流は、ＶＧに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流が１０－２１Ａ未満である、とは、トランジスタのオフ電流が１０－２１Ａ未満となるＶＧの値が存在することを言う場合がある。
【0223】
また、トランジスタのオフ電流は、ＶＤに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、ＶＤの絶対値が０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、又は２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶＤにおけるオフ電流を表す場合がある。
【0224】
なお、電圧とは２点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー（電気的な位置エネルギー）のことをいう。但し、一般的に、ある一点における電位と基準となる電位（例えば接地電位）との電位差のことを、単に電位もしくは電圧と呼び、電位と電圧が同義語として用いられることが多い。このため、本明細書では特に指定する場合を除き、電位を電圧と読み替えてもよいし、電圧を電位と読み替えてもよいこととする。
【0225】
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。
【0226】
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。
【0227】
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）を介さずに、ＸとＹとが、接続されている場合である。
【0228】
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な場合である。なお、スイッチは、導通状態（オン状態）、又は、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。又は、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。
【符号の説明】
【0229】
１１：トランジスタ、１１ａ：トランジスタ、１２：トランジスタ、１２ａ：トランジスタ、１３：トランジスタ、１３ａ：トランジスタ、１４：回路、１４ａ：入力端子、１４ｂ：容量素子、１４ｃ：液晶素子、１４ｄ：トランジスタ、１４ｅ：発光素子、１４ｆ：トランジスタ、１５：容量素子、１６：トランジスタ、１７：容量素子、２０：表示装置、２０Ａ：表示装置、２１：表示部、２１ａ：表示領域、２１ｂ：表示領域、２１ｃ：領域、２２：ゲートドライバ、２３：ゲートドライバ、２４：ソースドライバ、２４ａ：デジタルアナログ変換回路、２４ｂ：バッファ回路、２５ａ：ゲートドライバ、２５ｂ：ゲートドライバ、３１：配線、３１ａ：配線、３１ｂ：配線、３１ｃ：配線、３２：配線、３２ａ：配線、３２ｂ：配線、３２ｃ：配線、３３ａ：配線、３３ｂ：配線、３４ａ：配線、３４ｂ：配線、３４ｃ：配線。
【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】