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】2024-02-26
(45)【発行日】2024-03-05
(54)【発明の名称】表示装置および電子機器
(51)【国際特許分類】
G09G 3/3233 20160101AFI20240227BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20240227BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20240227BHJP
H10K 59/12 20230101ALI20240227BHJP
【ＦＩ】
G09G3/3233
G09G3/20 624B
G09G3/20 680G
G09G3/20 611A
G09G3/20 650C
G09G3/20 642D
G09G3/20 691G
G09G3/20 641P
G09G3/20 642A
G09G3/20 611H
G09F9/30 338
G09F9/30 365
H10K59/12
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021519018
(86)(22)【出願日】2020-04-27
(86)【国際出願番号】 IB2020053908
(87)【国際公開番号】W WO2020229911
(87)【国際公開日】2020-11-19
【審査請求日】2023-04-11
(31)【優先権主張番号】P 2019089452
(32)【優先日】2019-05-10
(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】小林 英智
(72)【発明者】
【氏名】宍戸 英明
(72)【発明者】
【氏名】池田 隆之
(72)【発明者】
【氏名】勝井 秀一
【審査官】小野 博之
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０５４３４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０９３４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１３７５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２８２１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６６４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００６－５２７３９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１２／００５０２７４（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｇ ３／００－３／３８
Ｇ０９Ｆ ９／００－９／４６
Ｈ１０Ｋ ５９／００－５９／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発光素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、第５の配線と、を有し、前記発光素子の一方の電極は、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記発光素子の一方の電極は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第１の配線と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのゲートは、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またはドレインの他方は、前記第３の配線と電気的に接続され、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第４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またはドレインの一方は、前記発光素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第５の配線と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのゲートは、前記第１の配線と電気的に接続され、
前記第３の配線は、基準電位または第１の電位を供給する機能を有し、
前記第４の配線は、第２の電位を供給する機能を有し、
前記第５の配線は、定電位を供給する機能を有し、
第１の期間と、前記第１の期間の後の第２の期間と、前記第２の期間の後の第３の期間と、を有し、
前記第１の期間において、前記第２のトランジスタがオンであり、
前記第１の期間において、前記第３のトランジスタがオンであり、
前記第１の期間において、前記第４のトランジスタがオンであり、
前記第１の期間において、前記第１の容量素子の他方の電極と、前記第２の容量素子の他方の電極と、には前記基準電位が入力され、
前記第１の期間において、前記第１のトランジスタのゲートと、前記第２の容量素子の一方の電極と、には前記第２の電位が入力され、
前記第１の期間において、前記発光素子の一方の電極と、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第１の容量素子の一方の電極と、には前記定電位が入力され、
前記第２の期間において、前記第２のトランジスタがオフであり、
前記第２の期間において、前記第３のトランジスタがオンであり、
前記第２の期間において、前記第１の容量素子の他方の電極と、前記第２の容量素子の他方の電極と、には前記第１の電位が入力され、
前記第２の期間において、前記第１のトランジスタのゲートと、前記第２の容量素子の一方の電極と、には前記第１の電位と前記第２の電位の和が保持され、
前記第２の期間において、前記発光素子の一方の電極と、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第１の容量素子の一方の電極と、には前記定電位が入力され、
前記第３の期間において、前記第２のトランジスタがオフであり、
前記第３の期間において、前記第３のトランジスタがオフであり、
前記第３の期間において、前記第１の容量素子の他方の電極と、前記第２の容量素子の他方の電極と、には前記第１の電位と第３の電位の和が保持され、
前記第３の期間において、前記第１のトランジスタのゲートと、前記第２の容量素子の一方の電極と、には前記第１の電位と前記第２の電位と前記第３の電位の和が保持され、
前記第３の期間において、前記発光素子の一方の電極と、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と、前記第１の容量素子の一方の電極と、には前記定電位と前記第３の電位の和が保持され、
前記第１の電位は、画像データに相当し、
前記第２の電位は、前記画像データを補正する補正データに相当し、
前記第３の電位は、前記発光素子の一方の電極の電位が、前記定電位から前記第１のトランジスタのゲート・ソース間電圧に応じた電流を流すのに必要な電位になるまでの変動量である表示装置。
【請求項2】
請求項１において、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、高電位電源線と電気的に接続され、
前記発光素子の他方の電極は、低電位電源線と電気的に接続される表示装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２において、前記発光素子は、有機発光ダイオードである表示装置。
【請求項4】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記第３のトランジスタ及び前記第４のトランジスタはそれぞれ、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記金属酸化物は、インジウム、亜鉛と、元素Ｍ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウムの一以上）と、を有する表示装置。
【請求項5】
請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の表示装置と、カメラと、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、表示装置に関する。
【0002】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野として、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの動作方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
【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。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【0004】
基板上に形成された金属酸化物を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化亜鉛またはＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。
【0005】
また、オフ電流が極めて低いトランジスタをメモリセルに用いる構成の記憶装置が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００７－１２３８６１号公報
【文献】特開２００７－９６０５５号公報
【文献】特開２０１１－１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
表示装置では高解像度化が進み、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）解像度またはそれ以上の解像度で表示を行うことができるハードウェアが開発されている。また、輝度調整によって画像品質を高めるＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）表示技術の導入も進んでいる。
【0008】
表示装置で適切な表示を行うためには、画像データを表示装置の解像度に合わせる必要がある。例えば、表示装置の解像度が８Ｋ４Ｋであって画像データが４Ｋ２Ｋ（画素数：３８４０×２１６０）用である場合は、データ数を４倍に変換しなければ全画面表示をすることができない。逆に、表示装置の解像度が４Ｋ２Ｋであって画像データが８Ｋ４Ｋ用である場合は、データ数を１／４に変換する必要がある。
【0009】
ＨＤＲ処理による画像データの生成やデータ数の変換には専用の回路が必要となり、消費電力も高めてしまう問題がある。少なくとも元の画像データは変換せずに表示装置の画素に入力できることが好ましい。
【0010】
したがって、本発明の一態様では、画像品質を高めることができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、画像データを変換せずに適切な表示が行える表示装置を提供することを目的の一つとする。または、ＨＤＲ表示を行うことができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することを目的の一つとする。または、表示画像の輝度を高めることができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、二つの画像を重ねて表示できる表示装置を提供することを目的の一つとする。
【0011】
または、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な表示装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記表示装置の駆動方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。
【0012】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の一態様は、発光素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有する表示装置である。発光素子の一方の電極は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、発光素子の一方の電極は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第１の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第４の配線と電気的に接続されることが好ましい。
【0014】
前述の表示装置は、さらに第４のトランジスタと、第５の配線と、を有することが好ましい。第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、発光素子の一方の電極と電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第５の配線と電気的に接続され、第４のトランジスタのゲートは、第１の配線と電気的に接続されることが好ましい。
【0015】
前述の表示装置において、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、高電位電源線と電気的に接続され、発光素子の他方の電極は、低電位電源線と電気的に接続されることが好ましい。
【0016】
本発明の一態様は、発光素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有する表示装置である。発光素子の一方の電極は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第１の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第４の配線と電気的に接続されることが好ましい。
【0017】
前述の表示装置において、発光素子の他方の電極は、高電位電源線と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、低電位電源線と電気的に接続されることが好ましい。
【0018】
前述の表示装置において、第１のトランジスタは、さらにバックゲートを有し、バックゲートは、第１のトランジスタのゲートと電気的に接続されることが好ましい。
【0019】
本発明の一態様は、発光素子と、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、第５の配線と、を有する表示装置である。発光素子の一方の電極は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の容量素子の一方電極と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第４のトランジスタのゲートは、第１の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第４の配線と電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第５の配線と電気的に接続されることが好ましい。
【0020】
前述の表示装置において、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、高電位電源線と電気的に接続され、発光素子の他方の電極は、低電位電源線と電気的に接続されることが好ましい。
【0021】
前述の表示装置において、第２のトランジスタは、さらにバックゲートを有し、バックゲートは、第２のトランジスタのゲートと電気的に接続されることが好ましい。
【0022】
前述の表示装置において、発光素子は、有機発光ダイオードであることが好ましい。
【0023】
前述の表示装置において、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ及び第３のトランジスタはそれぞれ、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、インジウム、亜鉛と、元素Ｍ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウムの一以上）と、を有することが好ましい。
【0024】
本発明の一態様は、前述の表示装置と、カメラと、を有する電子機器である。
【発明の効果】
【0025】
本発明の一態様を用いることで、画像品質を高めることができる表示装置を提供することができる。または、画像データを変換せずに適切な表示が行える表示装置を提供することができる。または、ＨＤＲ表示を行うことができる表示装置を提供することができる。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することができる。または、表示画像の輝度を高めることができる表示装置を提供することができる。または、二つの画像を重ねて表示できる表示装置を提供することができる。
【0026】
または、低消費電力の表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置などを提供することができる。または、上記表示装置の駆動方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
図１は画素回路を説明する図である。
図２は画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。
図３は画素回路を説明する図である。
図４は画素回路を説明する図である。
図５Ａ及び図５Ｂは画素回路を説明する図である。
図６Ａは回路ブロックを説明する図である。図６Ｂ及び図６Ｃは画素の構成を説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは表示装置を説明する図である。
図８Ａ及び図８Ｂはタッチパネルを説明する図である。
図９は表示装置を説明する図である。
図１０は表示装置を説明する図である。
図１１Ａ１、図１１Ａ２、図１１Ｂ１、図１１Ｂ２、図１１Ｃ１及び図１１Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１２Ａ１、図１２Ａ２、図１２Ｂ１、図１２Ｂ２、図１２Ｃ１及び図１２Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１３Ａ１、図１３Ａ２、図１３Ｂ１、図１３Ｂ２、図１３Ｃ１及び図１３Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１４Ａ１、図１４Ａ２、図１４Ｂ１、図１４Ｂ２、図１４Ｃ１及び図１４Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１５Ｅ及び図１５Ｆは電子機器を説明する図である。
図１６はシミュレーション結果を説明する図である。
図１７はシミュレーション結果を説明する図である。
図２は画素回路の動作を説明するタイミングチャートである。
図３は画素回路を説明する図である。
図４は画素回路を説明する図である。
図５Ａ及び図５Ｂは画素回路を説明する図である。
図６Ａは回路ブロックを説明する図である。図６Ｂ及び図６Ｃは画素の構成を説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂ及び図７Ｃは表示装置を説明する図である。
図８Ａ及び図８Ｂはタッチパネルを説明する図である。
図９は表示装置を説明する図である。
図１０は表示装置を説明する図である。
図１１Ａ１、図１１Ａ２、図１１Ｂ１、図１１Ｂ２、図１１Ｃ１及び図１１Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１２Ａ１、図１２Ａ２、図１２Ｂ１、図１２Ｂ２、図１２Ｃ１及び図１２Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１３Ａ１、図１３Ａ２、図１３Ｂ１、図１３Ｂ２、図１３Ｃ１及び図１３Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１４Ａ１、図１４Ａ２、図１４Ｂ１、図１４Ｂ２、図１４Ｃ１及び図１４Ｃ２はトランジスタを説明する図である。
図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄ、図１５Ｅ及び図１５Ｆは電子機器を説明する図である。
図１６はシミュレーション結果を説明する図である。
図１７はシミュレーション結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分また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ことがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
【0029】
回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタを分割して複数の位置に配置する場合もある。
【0030】
一つの導電体が、配線、電極および端子などの複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が複数の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。
【0031】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を参照して説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を参照して説明する。
【0032】
本発明の一態様は、画素内で画像データを補正する機能を有する表示装置である。各画素には記憶ノードが設けられ、当該記憶ノードに第１のデータを保持することができる。第１のデータは容量結合によって第２のデータに付加され、表示素子に供給することができる。または、当該記憶ノードに第２のデータを書き込んだ後に第１のデータを容量結合で付加することもできる。
【0033】
したがって、表示装置では補正された画像を表示することができる。当該補正によって、画像のアップコンバートを行うことができる。または、表示領域における一部または全体の画像を補正し、ＨＤＲ表示を行うことができる。または、第１のデータおよび第２のデータとして同じ画像データを用いることで、表示画像の輝度を大幅に向上させることができる。または、第１のデータおよび第２のデータとして異なる画像データを用いることで、任意の画像を重ねあわせて表示することができる。
【0034】
本発明の一態様を用いることで、高解像度用および低解像度用の二つの画像データに対して、別途専用の回路を設けてアップコンバートまたはダウンコンバートすることなく適切な表示を行うことができる。高解像度で表示する場合は、各画素が有する第１のトランジスタを経路して各画素に個別のデータを供給する。低解像度で表示する場合は、複数の画素と電気的に接続する第２のトランジスタを経路して当該複数の画素に同一のデータを供給する。
【0035】
ここで、高解像度用の画像データとは、例えば、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）に対応する情報量を有するデータに相当する。また、低解像度用の画像データとは、例えば、４Ｋ２Ｋ（画素数：３８４０×２１６０）に対応する情報量を有するデータに相当する。すなわち、高解像度用画像データと低解像度用画像データの有効なデータ量（有効な画素数に対応）の比率は４：１であることを前提とする。
【0036】
なお、データ量（画素数）の比率が４：１であれば、上記の例に限らず、高解像度用の画像データが４Ｋ２Ｋに対応するデータ、低解像度用の画像データがＦｕｌｌＨＤ（画素数：１９２０×１０８０）に対応するデータであってもよい。または、高解像度用の画像データが１６Ｋ８Ｋ（画素数：１５３６０×８６４０）に対応するデータ、低解像度用の画像データが８Ｋ４Ｋに対応するデータであってもよい。
【0037】
なお、本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、例えば、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の色要素からなるカラー表示装置の場合は、画像の最小単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとする。この場合、ＲＧＢのそれぞれの画素は副画素（サブ画素）と呼び、ＲＧＢの副画素を併せて画素と呼ぶ場合がある。
【0038】
＜構成例１＞
本発明の一態様の表示装置に用いることができる画素１０の構成を、図１に示す。画素１０は、トランジスタ１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、容量素子１１１と、容量素子１１２と、発光素子１１４とを有する。
本発明の一態様の表示装置に用いることができる画素１０の構成を、図１に示す。画素１０は、トランジスタ１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、容量素子１１１と、容量素子１１２と、発光素子１１４とを有する。
【0039】
発光素子１１４の一方の電極は、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。発光素子１１４の一方の電極は、容量素子１１２の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、容量素子１１１の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、容量素子１１２の他方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。また、発光素子１１４の一方の電極は、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
【0040】
発光素子１１４として、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、発光層に量子ドットを用いた発光ダイオード（ＱＬＥＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。また、シャッター方式または光干渉方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子や、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、または電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。
【0041】
ここで、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方、容量素子１１１の一方の電極、およびトランジスタ１０３のゲートが接続される配線を、ノードＮＤ１とする。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方、容量素子１１１の他方の電極、および容量素子１１２の他方の電極が接続される配線を、ノードＮＤ２とする。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方、容量素子１１２の一方の電極、および発光素子１１４の一方の電極が接続される配線を、ノードＮＤ３とする。
【0042】
トランジスタ１０３は、発光素子１１４に流す電流量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１０１及びトランジスタ１０２は、画素を選択する選択トランジスタとして機能する。トランジスタ１０４は、ノードＮＤ３の電位が発光素子１１４のしきい値電圧以上になる場合に、発光素子１１４に意図しない電流が流れるといった不具合が発生しないようする機能を有する。具体的にはトランジスタ１０４は、発光素子１１４に電流を流す期間（発光期間ともいう）以外の期間で電流が流れないようにするためのスイッチとして機能する。
【0043】
トランジスタ１０１のゲート及びトランジスタ１０４のゲートは、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方は、配線１３１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方は、配線１３２と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、配線１３３と電気的に接続される。
【0044】
トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、配線１２８と電気的に接続される。発光素子１１４の他方の電極は、配線１２９と電気的に接続される。配線１２８、配線１２９はそれぞれ、電源電位が与えられる配線（電源線）として機能する。例えば、配線１２８は、高電位電源線として機能させることができる。また、配線１２９は、低電位電源線として機能させることができる。
【0045】
配線１２１及び配線１２２は、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２及びトランジスタ１０４の動作を制御するための走査線としての機能を有する。走査線に与えられる走査信号は、画素１０内のスイッチとして機能する選択トランジスタ（トランジスタ１０１及びトランジスタ１０２）の導通状態または非導通状態（オンまたはオフ）を制御するための信号である。また、走査線に与えられる走査信号は、トランジスタ１０４の導通状態または非導通状態（オンまたはオフ）を制御するための信号でもある。配線１３２は、第１のデータを供給するデータ線としての機能を有する。データ線が伝えるデータ信号は、画像の表示を行うための信号である。配線１３１は、第２のデータを供給するデータ線としての機能を有する。また、配線１３１は、画素１０の駆動させる特定の電位（参照電圧）“Ｖｒｅｆ”を供給する機能を有する。配線１３３は、定電位（Ｖ０）を供給する配線としての機能を有する。
【0046】
なお、画素に“Ｖｒｅｆ”および第１のデータ（例えば、補正データ）が同じ期間に供給され、後に説明する容量結合動作を行う。そのため、“Ｖｒｅｆ”を信号線から供給する場合は、少なくとも、第１のデータを供給する信号線と、“Ｖｒｅｆ”または第２のデータ（例えば、画像データ）を供給する信号線が必要となる。
【0047】
ノードＮＤ１は記憶ノードであり、トランジスタ１０２を導通させることで、配線１３２に供給されたデータをノードＮＤ１に書き込むことができる。また、トランジスタ１０２を非導通とすることで、当該データをノードＮＤ１に保持することができる。
【0048】
ノードＮＤ２は記憶ノードであり、トランジスタ１０１を導通させることで、配線１３１に供給されたデータをノードＮＤ２に書き込むことができる。また、トランジスタ１０１を非導通とすることで、当該データをノードＮＤ２に保持することができる。
【0049】
ノードＮＤ３は記憶ノードであり、トランジスタ１０４を導通させることで、配線１３３に供給されたデータをノードＮＤ３に書き込むことができる。また、トランジスタ１０４を非導通とすることで、当該データをノードＮＤ３に保持することができる。
【0050】
トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４のいずれか一以上に極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることが好ましい。特に、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２及びトランジスタ１０４に極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、リーク電流を抑えることができる。また、ノードＮＤ１、ノードＮＤ２及びノードＮＤ３の電位を長時間保持することが可能となる。当該トランジスタには、例えば、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を好適に用いることができる。
【0051】
なお、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４の全てにＯＳトランジスタを適用すると、さらに好ましい。また、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４以外のトランジスタに、ＯＳトランジスタを適用してもよい。また、リーク電流量が許容できる範囲で動作を行う場合は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を適用してもよい。または、ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタを併用してもよい。なお、上記Ｓｉトランジスタとして、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（微結晶シリコン、低温ポリシリコン、単結晶シリコン）を有するトランジスタなどが挙げられる。なお、図１に示すトランジスタは、いずれもｎチャネル型のトランジスタであるが、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
【0052】
ＯＳトランジスタに用いる半導体材料として、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ－Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などを用いることができる。ＣＡＡＣ－ＯＳは安定な結晶構造を有し、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ－ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。
【0053】
ＯＳトランジスタは半導体層のエネルギーギャップが大きいため、チャネル幅１μｍあたりのオフ電流値が数ｙＡ／μｍ（ｙは１０－２４）という極めて低いオフ電流特性を示すことができる。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。
【0054】
ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛および元素Ｍ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウムの一以上）を含むＩｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。
【0055】
半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【0056】
半導体層として、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア濃度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０－９／ｃｍ３以上のキャリア濃度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、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。当該酸化物半導体は、欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【0057】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【0058】
半導体層を構成する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、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【0059】
アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体に含まれる成分と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【0060】
半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、酸化物半導体中にキャリアとなる電子が生じて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用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【0061】
半導体層を構成する酸化物半導体に水素が含まれていると、酸化物半導体中に含まれる金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。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場合がある。したがって、水素が多く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。
【0062】
酸素欠損に水素が入った欠陥は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
【0063】
よって、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、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）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未満とする。水素などの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。
【0064】
酸化物半導体（金属酸化物）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、例えば、ＣＡＡＣ－ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および非晶質酸化物半導体などがある。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ－ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【0065】
非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【0066】
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ－ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【0067】
以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ－ＯＳの構成について説明する。
【0068】
ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、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、酸化物半導体において、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、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。
【0069】
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよ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、またはマグネシウム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。
【0070】
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。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ
２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、および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。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、および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、または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。
【0071】
つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、または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酸化物半導体である。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。
【0072】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、および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）、または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。
【0073】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、または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。
【0074】
一方、ＣＡＣ－ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、および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。したがって、ＣＡＣ－ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【0075】
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。
【0076】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【0077】
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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、また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。
【0078】
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、およ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。
【0079】
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、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【0080】
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。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ－ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【0081】
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、または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。
【0082】
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、または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。
【0083】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、または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、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体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。
【0084】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、または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、酸化物半導体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。
【0085】
したがって、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、または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）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【0086】
ＣＡＣ－ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ－ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。
【0087】
図２に示すタイミングチャートを用いて、画像データに補正データを付加する画素１０の動作の一例を説明する。なお、以下の説明においては、高電位を“Ｈｉｇｈ”、低電位を“Ｌｏｗ”で表す。また、補正データを“Ｖｗ”、画像データを“Ｖｄａｔａ”、特定の電位を“Ｖｒｅｆ”とする。“Ｖｒｅｆ”として、例えば０Ｖ、ＧＮＤ電位または特定の基準電位を用いることができる。なお、“Ｖｗ”は任意の第１のデータ、“Ｖｄａｔａ”は任意の第２のデータということもできる。
【0088】
まず、補正データ“Ｖｗ”をノードＮＤ１に書き込む動作を説明する。なお、ここでは電位の分配、結合または損失において、回路の構成や動作タイミングなどに起因する詳細な変化は勘案しない。
【0089】
時刻Ｔ１に配線１２１の電位を“Ｈｉｇｈ”、配線１２２の電位を“Ｈｉｇｈ”、配線１３１の電位を“Ｖｒｅｆ”、配線１３２の電位を“Ｖｗ”とすると、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２及びトランジスタ１０４が導通し、ノードＮＤ１に配線１３２の電位“Ｖｗ”、ノードＮＤ２に配線１３１の電位“Ｖｒｅｆ”、ノードＮＤ３に配線１３３の電位“Ｖ０”が書き込まれる。“Ｖ０”は、発光素子１１４に電流が流れない電位、つまり発光素子１１４のしきい値電圧以下となる電位とすることが好ましい。
【0090】
このとき、容量素子１１１の両端にかかる電位差をＶ１とすると、電位差Ｖ１は式（１）で示すことができる。
【0091】
Ｖ１＝Ｖｗ－Ｖｒｅｆ （１）
【0092】
同様に、容量素子１１２の両端にかかる電位差をＶ２とすると、電位差Ｖ２は式（２）で示すことができる。
【0093】
Ｖ２＝Ｖｒｅｆ－Ｖ０ （２）
【0094】
ここまでが補正データ“Ｖｗ”の書き込み動作である。なお、補正を行わない場合は、上記動作において、補正データ“Ｖｗ”として“Ｖｒｅｆ”と同じ電位を供給すればよい。
【0095】
続いて、画像データ“Ｖｄａｔａ”の補正動作を説明する。
【0096】
時刻Ｔ２に配線１２１の電位を“Ｈｉｇｈ”、配線１２２の電位を“Ｌｏｗ”、配線１３１の電位を“Ｖｄａｔａ”とすると、トランジスタ１０２が非導通となりノードＮＤ１がフローティングとなる。また、ノードＮＤ２の電位が、“Ｖｒｅｆ”から“Ｖｄａｔａ”に変化する。
【0097】
このとき、ノードＮＤ１の電位をＶｘとすると、容量素子１１１の両端にかかる電位差は式（１）に示す値が保持されるため、Ｖｘは式（３）で示すことができる。
【0098】
Ｖｘ＝Ｖｗ－Ｖｒｅｆ＋Ｖｄａｔａ （３）
【0099】
ここで、Ｖｒｅｆを０Ｖとすると、式（４）が得られる。
【0100】
Ｖｘ＝Ｖｗ＋Ｖｄａｔａ （４）
【0101】
式（４）に示すように、ノードＮＤ１の電位Ｖｘは、補正データ“Ｖｗ”に、画像データ“Ｖｄａｔａ”を足し合わせた値で得られる。つまり、メモリ回路に保持した信号と、後から書き込む信号を足し合わせて、画像の重ねあわせを行うことができる。
【0102】
ここまでが、画像データ“Ｖｄａｔａ”の補正動作の説明である。
【0103】
続いて、表示動作を説明する。
【0104】
時刻Ｔ３に配線１２１の電位を“Ｌｏｗ”、配線１２２の電位を“Ｌｏｗ”とすると、トランジスタ１０１及びトランジスタ１０４が非導通となり、トランジスタ１０３のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓは容量素子１１１及び容量素子１１２の保持される電圧となり、Ｖｇｓに応じた電流が発光素子１１４に流れる。このとき、ノードＮＤ１の電位は“Ｖｗ＋Ｖｄａｔａ＋ａ”、ノードＮＤ２の電位は“Ｖｄａｔａ＋ａ”、ノードＮＤ３の電位は“Ｖ０＋ａ”となる。なお、ａは定数であり、発光素子１１４のトランジスタ１０３と接続する側の電極の電位がＶ０から、Ｖｇｓに応じた電流を流すのに必要な電位になるまでの変動量を示す。
【0105】
図２の動作は、１水平期間内で連続して行うことができる。
【0106】
このような画像データと補正データを組み合わせることにより、アップコンバート、ＨＤＲ表示、表示装置固有の表示ムラの補正、画素が有するトランジスタのしきい値電圧の補正などを行うことができる。または、これらを組み合わせて行うことができる。
【0107】
アップコンバート動作では、例えば、隣接する４画素（２行２列分）の全てに同じ画像データを供給する。供給された画像データは、それぞれの画素において異なる画像データに補正（変換）され、各画素での表示を行うことができる。例えば、８Ｋ４Ｋの画素数を有する表示装置の特定の４画素に４Ｋ２Ｋ用データの特定の１画素に適用されるデータを入力し、当該４画素それぞれに異なる補正データを入力することで、解像度を向上させた表示を行うことができる。
【0108】
本発明の一態様である表示装置は、広義では画像データの補正であるが、異なる画像を重ねて表示させることができる。例えば、画像データ“Ｖｄａｔａ”で構成する第１の画像と、補正データ“Ｖｗ”で構成される第２の画像を重ねた合成画像を表示することができる。このような画像データと補正データの組み合わせにおいては、異なる画像の合成表示のほか、表示画像全体の輝度向上などを行うことができる。例えば、文字の挿入やＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）表示などに適用することができる。
【0109】
本発明の一態様である表示装置は、汎用のドライバＩＣを用いても高い電圧を表示素子に供給することができる。例えば、発光素子などを駆動するためにドライバＩＣから供給する電圧を約１／２とすることができるため、表示装置を低消費電力化することができる。また、例えば同じ画像データを２回書き込むことにより、発光素子に流す電流を大きくすることができ、ディスプレイの輝度を高めることができる。
【0110】
＜構成例２＞
図１に示した画素１０と異なる構成を、図３に示す。図３に示すように、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４がそれぞれ、バックゲートを有する構成であってもよい。特に、発光素子１１４の駆動トランジスタとして機能するトランジスタ１０３は、バックゲートを有すことが好ましい。図３は、バックゲートがゲート（フロントゲートと呼ぶ場合がある）と電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。また、トランジスタがバックゲートを有することにより、トランジスタの飽和特性を高めることができる。なお、バックゲートが定電位を供給できる配線（図示しない）と電気的に接続され、トランジスタのしきい値電圧を制御する構成とすることもできる。なお、図３においては、全てのトランジスタにバックゲートを設けた構成を図示しているが、バックゲートが設けられないトランジスタを有していてもよい。
図１に示した画素１０と異なる構成を、図３に示す。図３に示すように、トランジスタ１０１、トランジスタ１０２、トランジスタ１０３及びトランジスタ１０４がそれぞれ、バックゲートを有する構成であってもよい。特に、発光素子１１４の駆動トランジスタとして機能するトランジスタ１０３は、バックゲートを有すことが好ましい。図３は、バックゲートがゲート（フロントゲートと呼ぶ場合がある）と電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。また、トランジスタがバックゲートを有することにより、トランジスタの飽和特性を高めることができる。なお、バックゲートが定電位を供給できる配線（図示しない）と電気的に接続され、トランジスタのしきい値電圧を制御する構成とすることもできる。なお、図３においては、全てのトランジスタにバックゲートを設けた構成を図示しているが、バックゲートが設けられないトランジスタを有していてもよい。
【0111】
＜構成例３＞
図１に示した画素１０と異なる構成を、図４に示す。図４に示す画素１０は、配線１３３を有しない点、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方が、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される点、トランジスタ１０４のゲートが配線１３４と電気的に接続される点で、図１に示した画素１０と異なる。配線１３４は、トランジスタ１０４の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。
図１に示した画素１０と異なる構成を、図４に示す。図４に示す画素１０は、配線１３３を有しない点、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方が、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される点、トランジスタ１０４のゲートが配線１３４と電気的に接続される点で、図１に示した画素１０と異なる。配線１３４は、トランジスタ１０４の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。
【0112】
発光素子１１４の一方の電極は、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、容量素子１１２の一方電極と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、容量素子１１１の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、容量素子１１２の他方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
【0113】
トランジスタ１０１のゲートは、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方は、配線１３１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方は、配線１３２と電気的に接続される。トランジスタ１０４のゲートは、配線１３４と電気的に接続される。
【0114】
トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、配線１２８と電気的に接続される。発光素子１１４の他方の電極は、配線１２９と電気的に接続される。配線１２８、配線１２９は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１２８は、高電位電源線として機能させることができる。また、配線１２９は、低電位電源線として機能させることができる。
【0115】
図４に示す構成では、トランジスタ１０４が導通したときに発光素子１１４に電流が流れる。したがって、補正データ“Ｖｗ”、画像データ“Ｖｄａｔａ”の足し合わせた後に、任意のタイミングで発光素子１１４の発光を開始することができる。
【0116】
【0117】
図５Ａに示す画素１０は、トランジスタ１０４及び配線１３３を有しない点で、図１に示した画素１０と異なる。前述したようにトランジスタ１０４は、ノードＮＤ３の電位が発光素子のしきい値電圧以上になる場合に、発光素子１１４に意図しない電流が流れるといった不具合がないようする機能を有する。ただし、ノードＮＤ３に書き込まれる信号が発光素子１１４のしきい値電圧より低い値に限定されていればトランジスタ１０４を省くことができる。図５Ａに示す構成のように画素あたりのトランジスタの数を少なくすることで、画素の占有面積を縮小でき、高精細な表示装置を実現できる。また、開口率を向上させることができ、高輝度な表示装置を実現できる。
【0118】
図５Ｂに示す画素１０は、発光素子１１４の一方の電極がトランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される点、発光素子１１４の他方の電極が配線１２８と電気的に接続される点で、図５Ａに示した画素１０と異なる。
【0119】
発光素子１１４の一方の電極は、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、容量素子１１２の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、容量素子１１１の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、容量素子１１２の他方の電極と電気的に接続される。容量素子１１１の他方の電極は、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
【0120】
トランジスタ１０１のゲートは、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方は、配線１３１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、配線１３２と電気的に接続される。
【0121】
発光素子１１４の他方の電極は、配線１２８と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、配線１２９と電気的に接続される。配線１２８、配線１２９は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１２８は、高電位電源線として機能させることができる。また、配線１２９は、低電位電源線として機能させることができる。
【0122】
図５Ｂに示す画素１０は、ノードＮＤ３が固定電位を供給する配線１２９に接続されるため、補正データ“Ｖｗ”と画像データ“Ｖｄａｔａ”の足し合わせを安定して行うことができる。
【0123】
前述の画素１０の構成を適用した表示装置１００のブロック図を、図６Ａに示す。表示装置１００は、表示部１５０、ゲートドライバ１３０、およびソースドライバ１４０を有する。表示部１５０は、画素１０（１、１）乃至画素１０（ｍ、ｎ）の複数の画素を有し、それぞれの画素はマトリクス状に配置することができる。ｍ及びｎはそれぞれ１以上の整数である。
【0124】
複数の画素１０はそれぞれ、ゲートドライバ１３０から複数の配線（配線１２１など）を介して信号が与えられ、駆動が制御される。また、複数の画素１０はそれぞれ、ソースドライバ１４０から複数の配線（配線１３１など）を介して信号が与えられ、駆動が制御される。
【0125】
カラー表示を行う場合、画素１０は図６Ｂに示すようにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３原色の副画素１０Ｒｅ、副画素１０Ｇｒ、副画素１０Ｂｌに相当し、複数の副画素を組み合わせて、ひとつの画素を構成する。なお、副画素の色の数、及び色の組み合わせはＲＧＢの３つに限られない。図６Ｃに示すようにＲ、Ｇ、Ｂ、Ｗ（白）の４色の副画素１０Ｒｅ、副画素１０Ｇｒ、副画素１０Ｂｌ、副画素１０Ｗｈを組み合わせて、ひとつの画素を構成することも有効である。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ（黄）の４色の副画素を組み合わせて、ひとつの画素を構成することができる。
【0126】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0127】
（実施の形態２）
本実施の形態では、発光デバイスを用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態１で説明した表示装置の要素、動作および機能の説明は省略する。
本実施の形態では、発光デバイスを用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態１で説明した表示装置の要素、動作および機能の説明は省略する。
【0128】
本実施の形態で説明する表示装置には、実施の形態１で説明した画素を用いることができる。なお、以下に説明する走査線駆動回路はゲートドライバ、信号線駆動回路はソースドライバに相当する。
【0129】
【0130】
図７Ａにおいて、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、表示部２１５がシール材４００５および第２の基板４００６によって封止されている。
【0131】
図７Ａでは、走査線駆動回路２２１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、信号線駆動回路２３２ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、それぞれがプリント基板４０４１上に設けられた集積回路４０４２を複数有する。集積回路４０４２は、単結晶半導体または多結晶半導体で形成されている。共通線駆動回路２４１ａは、実施の形態１に示した配線１２９などに規定の電位を供給する機能を有する。
【0132】
走査線駆動回路２２１ａ、共通線駆動回路２４１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、および信号線駆動回路２３２ａに与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８を介して供給される。
【0133】
走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に選択信号を供給する機能を有する。信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に画像データを供給する機能を有する。集積回路４０４２は、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に実装されている。
【0134】
なお、集積回路４０４２の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング法、ＣＯＦ法、ＣＯＧ法、ＴＣＰ法などを用いることができる。
【0135】
図７Ｂは、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａに含まれる集積回路４０４２をＣＯＧ法により実装する例を示している。また、駆動回路の一部または全体を表示部２１５と同じ基板上に一体形成して、システムオンパネルを形成することができる。
【0136】
図７Ｂでは、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａを、表示部２１５と同じ基板上に形成する例を示している。駆動回路を表示部２１５内の画素回路と同時に形成することで、部品点数を削減することができる。よって、生産性を高めることができる。
【0137】
図７Ｂでは、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａと、を囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａの上に第２の基板４００６が設けられている。よって、表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示デバイスと共に封止されている。
【0138】
図７Ｂでは、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部を別途形成して実装しても良い。また、図７Ｃに示すように、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを表示部２１５と同じ基板上に形成してもよい。
【0139】
表示装置は、表示デバイスが封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。
【0140】
第１の基板上に設けられた表示部および走査線駆動回路は、トランジスタを複数有している。当該トランジスタとして、実施の形態１で示したＳｉトランジスタまたはＯＳトランジスタを適用することができる。
【0141】
周辺駆動回路が有するトランジスタと、表示部の画素回路が有するトランジスタの構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。周辺駆動回路が有するトランジスタは、全て同じ構造のトランジスタであってもよく、２種類以上の構造のトランジスタを有していてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造のトランジスタであってもよく、２種類以上の構造のトランジスタを有していてもよい。
【0142】
【0143】
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知デバイス（センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知デバイスとして適用することができる。
【0144】
センサの方式として、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
【0145】
本実施の形態では、静電容量方式の検知デバイスを有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
【0146】
静電容量方式として、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式として、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
【0147】
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知デバイスとを貼り合わせる構成、表示デバイスを支持する基板および対向基板の一方または双方に検知デバイスを構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
【0148】
【0149】
タッチパネル４２１０は、別々に作製された表示装置と検知デバイスとを貼り合わせた構成である。
【0150】
タッチパネル４２１０は、入力装置４２００と、表示装置とを有し、これらが重ねて設けられている。
【0151】
入力装置４２００は、基板４２６３、電極４２２７、電極４２２８、複数の配線４２３７、複数の配線４２３８および複数の配線４２３９を有する。例えば、電極４２２７は配線４２３７または配線４２３９と電気的に接続することができる。また、電極４２２８は配線４２３９と電気的に接続することができる。ＦＰＣ４２７２ｂは、複数の配線４２３７および複数の配線４２３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ４２７２ｂにはＩＣ４２７３ｂを設けることができる。
【0152】
または、表示装置の第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設けてもよい。第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
【0153】
図９は、図７Ｂ中でＮ１－Ｎ２の鎖線で示した部位の断面図である。図９に示す表示装置は電極４０１５を有しており、電極４０１５はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。また、図９では、電極４０１５は、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、および絶縁層４１１０に形成された開口において配線４０１４と電気的に接続されている。
【0154】
電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電層から形成され、配線４０１４は、トランジスタ４０１０、およびトランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
【0155】
第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と走査線駆動回路２２１ａは、トランジスタを複数有しており、図９では、表示部２１５に含まれるトランジスタ４０１０、および走査線駆動回路２２１ａに含まれるトランジスタ４０１１を例示している。なお、図９では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１としてボトムゲート型のトランジスタを例示しているが、トップゲート型のトランジスタであってもよい。
【0156】
図９では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１上に絶縁層４１１２が設けられている。また、絶縁層４１１２上に隔壁４５１０が形成されている。
【0157】
トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に設けられている。また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１１１上に形成された電極４０１７を有する。電極４０１７はバックゲート電極として機能することができる。
【0158】
図９に示す表示装置は、キャパシタ４０２０を有する。キャパシタ４０２０は、トランジスタ４０１０のゲート電極と同じ工程で形成された電極４０２１と、ソース電極およびドレイン電極と同じ工程で形成された電極と、を有する。これらの電極は、絶縁層４１０３を介して重なっている。
【0159】
一般に、表示装置の画素部に設けられるキャパシタの容量値は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。キャパシタの容量値は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
【0160】
表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０は、表示デバイスと電気的に接続する。図９は、表示デバイスとして発光デバイスを用いた発光表示装置（「ＥＬ表示装置」ともいう。）の一例である。表示デバイスである発光デバイス４５１３は、表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光デバイス４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、この構成に限定されない。発光デバイス４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光デバイス４５１３の構成は適宜変えることができる。
【0161】
図９に示す表示装置は、絶縁層４１１１と絶縁層４１０４を有する。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４として、不純物元素を透過しにくい絶縁層を用いる。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４でトランジスタの半導体層を挟むことで、外部からの不純物の浸入を防ぐことができる。
【0162】
表示装置に含まれる表示デバイスとして発光デバイスを用いることができる。発光デバイスとして、例えば、エレクトロルミネッセンスを利用するＥＬデバイスを適用することができる。ＥＬデバイスは、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（「ＥＬ層」ともいう。）を有する。一対の電極間に、ＥＬデバイスのしきい値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光性の化合物が発光する。
【0163】
ＥＬデバイスは、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬデバイス、後者は無機ＥＬデバイスと呼ばれている。なお、発光材料として化合物半導体を用いるＬＥＤ（マイクロＬＥＤを含む）もＥＬデバイスの一つである。
【0164】
有機ＥＬデバイスは、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に当該有機化合物は発光する。このようなメカニズムから、このような発光デバイスは、電流励起型の発光デバイスと呼ばれる。
【0165】
なお、ＥＬ層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）などを有していてもよい。
【0166】
ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
【0167】
無機ＥＬデバイスは、その素子構成により、分散型無機ＥＬデバイスと薄膜型無機ＥＬデバイスとに分類される。分散型無機ＥＬデバイスは、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー－アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬデバイスは、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光デバイスとして有機ＥＬデバイスを用いて説明する。
【0168】
発光デバイスは発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタおよび発光デバイスを形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出（トップエミッション）構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出（ボトムエミッション）構造や、両面から発光を取り出す両面射出（デュアルエミッション）構造の発光デバイスがあり、どの射出構造の発光デバイスも適用することができる。
【0169】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【0170】
発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【0171】
発光デバイス４５１３の発光色は、発光層４５１１を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。
【0172】
カラー表示を実現する方法として、発光色が白色の発光デバイス４５１３と着色層を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光デバイス４５１３を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎に発光層４５１１を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、発光デバイス４５１３にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。
【0173】
なお、発光層４５１１は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
【0174】
発光デバイス４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層として、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などを形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には、充填材４５１４が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【0175】
充填材４５１４として窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル系樹脂、ポリイミド、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、充填材４５１４に乾燥剤が含まれていてもよい。
【0176】
シール材４００５には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材４００５に乾燥剤が含まれていてもよい。
【0177】
必要であれば、発光デバイスの射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【0178】
発光デバイスをマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。
【0179】
表示デバイスに電圧を印加する第１の電極層および第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、および電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【0180】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【0181】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
【0182】
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子として、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、または、アニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【0183】
トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【0184】
第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１の間に、スペーサ（図示せず）を設けてもよい。スペーサは、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１の間隔（セルギャップ）を制御する機能を有する。スペーサの形状は特に限定されない。スペーサとして、例えば、柱状のスペーサ、球状のスペーサなどを用いりことができる。
【0185】
必要に応じて、ブラックマトリクス（遮光層）、着色層（カラーフィルタ）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。
【0186】
なお、図１０に示すように、トランジスタやキャパシタが高さ方向に重なる領域を有するようなスタック構造としてもよい。例えば、駆動回路を構成するトランジスタ４０１１およびトランジスタ４０２２を重ねて配置すれば、狭額縁の表示装置とすることができる。また、画素回路を構成するトランジスタ４０１０、トランジスタ４０２３、キャパシタ４０２０などが一部でも重なる領域を有するように配置すれば開口率や解像度を向上させることができる。
【0187】
画素回路において、電極や配線に可視光に対して透光性の高い透光性導電膜を用いることで、画素内の光の透過率を高めることができ、実質的に開口率を向上させることができる。なお、ＯＳトランジスタを用いる場合は半導体層も透光性を有するため、さらに開口率を高めることができる。これらは、トランジスタ等をスタック構造としない場合においても有効である。
【0188】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0189】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
【0190】
本発明の一態様の表示装置は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
【0191】
＜ボトムゲート型トランジスタ＞
図１１Ａ１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１１Ａ１において、トランジスタ８１０は基板７７１上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板７７１上に絶縁層７７２を介して電極７４６を有する。また、電極７４６上に絶縁層７２６を介して半導体層７４２を有する。電極７４６はゲート電極として機能できる。絶縁層７２６はゲート絶縁層として機能できる。
図１１Ａ１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１１Ａ１において、トランジスタ８１０は基板７７１上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板７７１上に絶縁層７７２を介して電極７４６を有する。また、電極７４６上に絶縁層７２６を介して半導体層７４２を有する。電極７４６はゲート電極として機能できる。絶縁層７２６はゲート絶縁層として機能できる。
【0192】
半導体層７４２のチャネル形成領域上に絶縁層７４１を有する。また、半導体層７４２の一部と接して、絶縁層７２６上に電極７４４ａおよび電極７４４ｂを有する。電極７４４ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極７４４ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。電極７４４ａの一部、および電極７４４ｂの一部は、絶縁層７４１上に形成される。
【0193】
絶縁層７４１は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に、半導体層７４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
【0194】
トランジスタ８１０は、電極７４４ａ、電極７４４ｂおよび絶縁層７４１上に絶縁層７２８を有し、絶縁層７２８の上に絶縁層７２９を有する。
【0195】
半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの、少なくとも半導体層７４２と接する部分に、半導体層７４２の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層７４２中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ＋領域）となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、半導体層７４２から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
【0196】
半導体層７４２にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極７４４ａおよび電極７４４ｂと半導体層７４２の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
【0197】
半導体層７４２にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層７４２と電極７４４ａの間、および半導体層７４２と電極７４４ｂの間に、ｎ型半導体または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型半導体または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またはドレイン領域として機能することができる。
【0198】
絶縁層７２９は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層７２９を省略することもできる。
【0199】
図１１Ａ２に示すトランジスタ８１１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８１０と異なる。電極７２３は、電極７４６と同様の材料および方法で形成することができる。
【0200】
一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【0201】
電極７４６および電極７２３は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層７２６、絶縁層７２８、および絶縁層７２９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極７２３は、絶縁層７２８と絶縁層７２９の間に設けてもよい。
【0202】
なお、電極７４６または電極７２３の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ８１１において、電極７２３を「ゲート電極」と言う場合、電極７４６を「バックゲート電極」と言う。また、電極７２３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ８１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極７４６および電極７２３のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。
【0203】
半導体層７４２を挟んで電極７４６および電極７２３を設けることで、更には、電極７４６および電極７２３を同電位とすることで、半導体層７４２においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ８１１のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
【0204】
したがって、トランジスタ８１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ８１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【0205】
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。
【0206】
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。
【0207】
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
【0208】
図１１Ｂ１は、図１１Ａ１とは異なる構成のチャネル保護型のトランジスタ８２０のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２０は、トランジスタ８１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層７４１が半導体層７４２の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層７４２と電極７４４ａが電気的に接続している。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層７４２と電極７４４ｂが電気的に接続している。絶縁層７４１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。
【0209】
図１１Ｂ２に示すトランジスタ８２１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２０と異なる。
【0210】
絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に半導体層７４２の薄膜化を防ぐことができる。
【0211】
トランジスタ８２０およびトランジスタ８２１は、トランジスタ８１０およびトランジスタ８１１よりも、電極７４４ａと電極７４６の間の距離と、電極７４４ｂと電極７４６の間の距離が長くなる。よって、電極７４４ａと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極７４４ｂと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
【0212】
図１１Ｃ１は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタ８２５のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２５は、絶縁層７４１を用いずに電極７４４ａおよび電極７４４ｂを形成する。このため、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に露出する半導体層７４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層７４１を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
【0213】
図１１Ｃ２に示すトランジスタ８２６は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２５と異なる。
【0214】
【0215】
図１２Ｂ２及び図１２Ｃ２に示す構造では、ゲート電極とバックゲート電極とが接続され、ゲート電極とバックゲート電極との電位が同電位となる。また、半導体層７４２は、ゲート電極とバックゲート電極と挟まれている。
【0216】
ゲート電極およびバックゲート電極のそれぞれのチャネル幅方向の長さは、半導体層７４２のチャネル幅方向の長さよりも長く、半導体層７４２のチャネル幅方向全体は、絶縁層７２６、７４１、７２８、７２９を間に挟んでゲート電極またはバックゲート電極に覆われた構成である。
【0217】
当該構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体層７４２を、ゲート電極およ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。
【0218】
トランジスタ８２１またはトランジスタ８２６のように、ゲート電極およびバックゲート電極の電界によって、チャネル形成領域が形成される半導体層７４２を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【0219】
Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、ゲート電極およびバックゲート電極の一方または双方によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層７４２に印加することができるため、トランジスタの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタを微細化することが可能となる。また、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、トランジスタの機械的強度を高めることができる。
【0220】
＜トップゲート型トランジスタ＞
図１３Ａ１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。電極７４４ａおよび電極７４４ｂは、絶縁層７２８および絶縁層７２９に形成した開口部において半導体層７４２と電気的に接続する。
図１３Ａ１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。電極７４４ａおよび電極７４４ｂは、絶縁層７２８および絶縁層７２９に形成した開口部において半導体層７４２と電気的に接続する。
【0221】
電極７４６と重ならない絶縁層７２６の一部を除去し、電極７４６と残りの絶縁層７２６をマスクとして用いて不純物を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる。トランジスタ８４２は、絶縁層７２６が電極７４６の端部を越えて延伸する領域を有する。半導体層７４２の絶縁層７２６を介して不純物が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層７２６を介さずに不純物が導入された領域よりも小さくなる。半導体層７４２は、電極７４６と重ならない領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。
【0222】
図１３Ａ２に示すトランジスタ８４３は、電極７２３を有する点がトランジスタ８４２と異なる。トランジスタ８４３は、基板７７１の上に形成された電極７２３を有する。電極７２３は、絶縁層７７２を介して半導体層７４２と重なる領域を有する。電極７２３は、バックゲート電極として機能することができる。
【0223】
図１３Ｂ１に示すトランジスタ８４４および図１３Ｂ２に示すトランジスタ８４５のように、電極７４６と重ならない領域の絶縁層７２６を全て除去してもよい。また、図１３Ｃ１に示すトランジスタ８４６および図１３Ｃ２に示すトランジスタ８４７のように、絶縁層７２６を残してもよい。
【0224】
トランジスタ８４２乃至トランジスタ８４７も、電極７４６を形成した後に、電極７４６をマスクとして用いて不純物を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【0225】
【0226】
トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７は、それぞれ先に説明したＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造である。ただし、これに限定されず、トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７をＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造としなくてもよい。
【0227】
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【0228】
（実施の形態４）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す。
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す。
【0229】
図１５Ａはデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【0230】
図１５Ｂは携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、スピーカ９１３、操作ボタン９１４、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９１２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【0231】
図１５Ｃは携帯電話機であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。また、筐体９５１および表示部９５２は可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができる。表示部９５２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【0232】
図１５Ｄはビデオカメラであり、第１筐体９０１、第２筐体９０２、表示部９０３、操作キー９０４、レンズ９０５、接続部９０６、スピーカ９０７等を有する。操作キー９０４およびレンズ９０５は第１筐体９０１に設けられており、表示部９０３は第２筐体９０２に設けられている。表示部９０３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【0233】
図１５Ｅはテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作ボタン９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【0234】
図１５Ｆはデジタルサイネージであり、大型の表示部９２２を有する。デジタルサイネージは、例えば、柱９２１の側面に大型の表示部９２２が取り付けられる。表示部９２２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【0235】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【実施例】
【0236】
【0237】
シミュレーションにおいては、トランジスタは全てチャネル長が２００μｍ、チャネル幅が６０μｍのＯＳトランジスタとした。容量素子１１１及び容量素子１１２の容量値を、それぞれ１１ｆＦとした。配線１２１及び配線１２２に与えられる電圧として、Ｈｉｇｈを５Ｖ、Ｌｏｗを０Ｖとした。配線１３１は、“Ｖｒｅｆ”を０Ｖ、“Ｖｄａｔａ”を０．５Ｖとした。配線１３３は“Ｖ０”を０．８３Ｖとした。また、配線１３２に与えられる電圧として、“Ｖｗ”を１．３０Ｖ、１．３１Ｖ、１．３２Ｖ、１．３３Ｖ、１．３４Ｖ及び１．３５Ｖのそれぞれで、シミュレーションを行った。回路シミュレーションソフトウェアにはＳＰＩＣＥを用いた。
【0238】
シミュレーション結果を、図１６及び図１７に示す。図１６において、横軸はタイミングチャートに準じた時刻（Ｔｉｍｅ）を示し、縦軸はトランジスタ１０３のゲート・ソース間電圧（Ｖｇｓ）を示している。図１７において、横軸はタイミングチャートに準じた時刻（Ｔｉｍｅ）を示し、縦軸は発光素子１１４に流れる電流ＩＯＬＥＤを示している。
【0239】
【符号の説明】
【0240】
ＮＤ１：ノード、ＮＤ２：ノード、ＮＤ３：ノード、１０：画素、１０Ｂｌ：副画素、１０Ｇｒ：副画素、１０Ｒｅ：副画素、１０Ｗｈ：副画素、１００：表示装置、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１１１：容量素子、１１２：容量素子、１１４：発光素子、１２１：配線、１２２：配線、１２８：配線、１２９：配線、１３０：ゲートドライバ、１３１：配線、１３２：配線、１３３：配線、１３４：配線、１４０：ソースドライバ、１５０：表示部、２１５：表示部、２２１ａ：走査線駆動回路、２３１ａ：信号線駆動回路、２３２ａ：信号線駆動回路、２４１ａ：共通線駆動回路、７２３：電極、７２６：絶縁層、７２８：絶縁層、７２９：絶縁層、７４１：絶縁層、７４２：半導体層、７４４ａ：電極、７４４ｂ：電極、７４６：電極、７７１：基板、７７２：絶縁層、８１０：トランジスタ、８１１：トランジスタ、８２０：トランジスタ、８２１：トランジスタ、８２５：トランジスタ、８２６：トランジスタ、８４２：トランジスタ、８４３：トランジスタ、８４４：トランジスタ、８４５：トランジスタ、８４６：トランジスタ、８４７：トランジスタ、９０１：筐体、９０２：筐体、９０３：表示部、９０４：操作キー、９０５：レンズ、９０６：接続部、９０７：スピーカ、９１１：筐体、９１２：表示部、９１３：スピーカ、９１４：操作ボタン、９１９：カメラ、９２１：柱、９２２：表示部、９５１：筐体、９５２：表示部、９５３：操作ボタン、９５４：外部接続ポート、９５５：スピーカ、９５６：マイク、９５７：カメラ、９６１：筐体、９６２：シャッターボタン、９６３：マイク、９６５：表示部、９６６：操作キー、９６７：スピーカ、９６８：ズームレバー、９６９：レンズ、９７１：筐体、９７３：表示部、９７４：操作ボタン、９７５：スピーカ、９７６：通信用接続端子、９７７：光センサ、４００１：基板、４００５：シール材、４００６：基板、４０１０：トランジスタ、４０１１：トランジスタ、４０１４：配線、４０１５：電極、４０１７：電極、４０１８：ＦＰＣ、４０１９：異方性導電層、４０２０：キャパシタ、４０２１：電極、４０２２：トランジスタ、４０２３：トランジスタ、４０３０：電極層、４０３１：電極層、４０４１：プリント基板、４０４２：集積回路、４１０２：絶縁層、４１０３：絶縁層、４１０４：絶縁層、４１１０：絶縁層、４１１１：絶縁層、４１１２：絶縁層、４２００：入力装置、４２１０：タッチパネル、４２２７：電極、４２２８：電極、４２３７：配線、４２３８：配線、４２３９：配線、４２６３：基板、４２７２ｂ：ＦＰＣ、４２７３ｂ：ＩＣ、４５１０：隔壁、４５１１：発光層、４５１３：発光デバイス、４５１４：充填材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10】
【図11A1】
【図11A2】
【図11B1】
【図11B2】
【図11C1】
【図11C2】
【図12A1】
【図12A2】
【図12B1】
【図12B2】
【図12C1】
【図12C2】
【図13A1】
【図13A2】
【図13B1】
【図13B2】
【図13C1】
【図13C2】
【図14A1】
【図14A2】
【図14B1】
【図14B2】
【図14C1】
【図14C2】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図15D】
【図15E】
【図15F】
【図16】
【図17】