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(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】2024-03-01
(45)【発行日】2024-03-11
(54)【発明の名称】表示装置
(51)【国際特許分類】
G09G 3/3233 20160101AFI20240304BHJP
G09G 3/20 20060101ALI20240304BHJP
【ＦＩ】
G09G3/3233
G09G3/20 612U
G09G3/20 624B
G09G3/20 641P
G09G3/20 650M
G09G3/20 670J
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020523840
(86)(22)【出願日】2019-05-27
(86)【国際出願番号】 IB2019054363
(87)【国際公開番号】W WO2019234548
(87)【国際公開日】2019-12-12
【審査請求日】2022-04-26
(31)【優先権主張番号】P 2018108990
(32)【優先日】2018-06-06
(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】楠 紘慈
(72)【発明者】
【氏名】高橋 圭
(72)【発明者】
【氏名】伊佐 敏行
【審査官】橋本 直明
(56)【参考文献】
【文献】特開２００９－２５８３０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１２８３１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７２８２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１８５３２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２６６４９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２１５１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２３６９１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０６５０４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２２４４２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－２０６６５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１４０８９８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平１１－２１９１４６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｇ ３／３２３３
Ｇ０９Ｇ ３／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
画素の劣化量を推定し、前記画素に与える第１画像信号を補正する表示装置であって、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有し、
前記表示パネルは、ソースドライバ及び複数の画素を有し、
前記画素は、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、発光素子と、第１のゲート配線と、第２のゲート配線と、第３のゲート配線と、ソース配線と、モニタ配線とを有し、
前記第１のトランジスタのゲートは、前記第１のゲート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またはドレインの一方は、前記ソース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また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電気的に接続され、
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、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のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、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２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、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２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、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３のトランジスタのゲートは、前記第２のゲート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、前記モニタ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３のゲート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、前記ソース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他方は、前記第２の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有し、
前記演算部には、第１観測信号と、第２観測信号とが与えられ、
前記第１観測信号は、前記フレームメモリから前記演算部に与えられる第３画像信号であり、
前記第２観測信号は、前記画素が有する前記発光素子、又は前記発光素子に電流を与える前記第２のトランジスタのいずれか一に流れる第１電流値、もしくは前記第１電流値が変換された第１電圧値であり、
前記第１電流値は、前記第３のトランジスタを介して前記モニタ配線から取り出され、
前記演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定され、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記第１観測信号と前記第２観測信号から前記予測誤差パラメータを更新し、
前記演算部が、前記回帰モデルに従い前記予測誤差パラメータによって前記出力パラメータを更新し、
前記第２のトランジスタのゲートと、前記第１の容量素子の一方の電極と、前記第２の容量素子の一方の電極とが接続される第１配線に、前記演算部から前記第１画像信号が与えられ、
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と、前記第２の容量素子の他方の電極とが接続される第２配線に、前記演算部から前記ソースドライバを介して前記出力パラメータが与えられ、
前記出力パラメータにより、前記第２の容量素子を介して、前記第１画像信号を補正して第２画像信号を生成し、
前記発光素子は、前記第２画像信号によって点灯する、表示装置。
【請求項2】
請求項１において、前記回帰モデルは状態方程式に基づくカルマンフィルタである表示装置。
【請求項3】
請求項１または２において、モニタ回路を有し、
前記モニタ回路は、モニタ用トランジスタを有し、
前記演算部には、前記モニタ用トランジスタに流れる第２電流値、もしくは前記第２電流値が変換された第２電圧値を第３観測信号として与え、
前記演算部が、前記第１観測信号、前記第２観測信号、前記第３観測信号を用いて前記予測誤差パラメータを更新する、表示装置。
【請求項4】
請求項１または２において、モニタ回路を有し、
前記モニタ回路は、モニタ用発光素子を有し、
前記演算部には、前記モニタ用発光素子に流れる第３電流値、もしくは前記第３電流値が変換された第３電圧値を第４観測信号として与え、
前記演算部が、前記第１観測信号、前記第２観測信号、前記第４観測信号を用いて前記予測誤差パラメータを更新する、表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の一態様は、表示装置、表示装置の駆動方法に関する。
【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、又は、製造方法に関する。又は、本発明は、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。特に、本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法に関する。
【0003】
なお、本明細書等において、半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる素子、回路、又は装置等を指す。一例としては、トランジスタ、ダイオード等の半導体素子は半導体装置である。また別の一例としては、半導体素子を有する回路は、半導体装置である。また別の一例としては、半導体素子を有する回路を備えた装置は、半導体装置である。
【背景技術】
【0004】
近年、発光素子を用いた表示装置の開発が盛んに行われている。特に、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ ＬＥＤ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ－ｄｏｔ ＬＥＤ）、半導体レーザ等の発光素子を用いる表示装置は、携帯電話、スマートフォン、タブレット、電子ブック、ゲーム装置、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、等のモバイル機器、モニタ、ＴＶ、デジタルサイネージ、医療機器等の電子機器、車載用電子機器等のヒューマンインターフェースとして現代の情報化社会に不可欠なものになっている。
【0005】
ヒューマンインターフェースとして機能する表示装置は、表示品質が安定していることが求められている。表示品質は、表示装置に用いられるトランジスタ、発光素子の劣化、ばらつきなどにより影響を受けることが知られている。トランジスタが劣化し発光素子に与える電流の大きさが変化すると発光素子の光出力特性が低下し表示品質が劣化する。
【0006】
例えば特許文献１では、発光素子に電流を与えるトランジスタの閾値電圧を補正する駆動方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２０１２－２５６０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
発光素子を用いた表示装置では、発光素子に電流を与えるトランジスタの閾値電圧を補正し、発光素子に与える電流を安定させる駆動方法が提案されている。しかしながら、表示品質は、発光素子に電流を与えるトランジスタの特性だけでなく、発光素子の特性にも依存するため、トランジスタの閾値電圧を補正する方法だけでは、発光素子の劣化を補正できず、その結果、表示品質が劣化する課題がある。
【0009】
上記課題に鑑み、本発明の一態様は、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。又は、本発明の一態様は、トランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することを課題の一とする。又は、本発明の一態様は、発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することを課題の一とする。
【0010】
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。
【0011】
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第１画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、第１観測信号と、第２観測信号とが与えられる。第１観測信号は、フレームメモリから演算部に与えられる第３画像信号であり、第２観測信号は、画素が有する発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第１電流値、もしくは第１電流値が変換された第１電圧値である。演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従い第１観測信号と第２観測信号から予測誤差パラメータを更新し、回帰モデルに従い予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新し、フレームメモリから与えられる第１画像信号を出力パラメータによって補正して第２画像信号を生成し、発光素子が、画素が有するトランジスタに与えられる第２画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
【0013】
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第１画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、不定期に更新される予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従いあらかじめ設定されている予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新し、フレームメモリから与えられる第１画像信号を出力パラメータによって補正して第２画像信号を生成し、発光素子が、画素が有するトランジスタに与えられる第２画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
【0014】
本発明の一態様は、表示装置が有する画素の劣化量を推定し、画素に与える第１画像信号を補正する表示装置の駆動方法である。表示装置は、表示パネル、フレームメモリ、及び演算部を有する。表示パネルは、複数の画素を有する。画素は、発光素子と、発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。演算部は、回帰モデルに従って演算する機能を有する。演算部には、第１観測信号と、第２観測信号とが与えられる。第１観測信号は、フレームメモリから演算部に与えられる第３画像信号である。第２観測信号は、画素が有する発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第１電流値、もしくは第１電流値が変換された第１電圧値である。演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータが設定される。演算部が、回帰モデルに従い第１観測信号と第２観測信号から予測誤差パラメータを更新する。演算部が、回帰モデルに従い予測誤差パラメータによって出力パラメータを更新する。画素には、フレームメモリから与えられる第１画像信号と、出力パラメータとが与えられる。画素が、第１画像信号を出力パラメータによって補正して第２画像信号を生成する。発光素子が、画素が生成する第２画像信号によって点灯する表示装置の駆動方法である。
【0015】
上記各構成において、回帰モデルは状態方程式に基づくカルマンフィルタである表示装置の駆動方法が好ましい。
【0016】
上記各構成において、表示装置は、モニタ回路を有し、モニタ回路は、モニタ用トランジスタを有し、演算部には、モニタ用トランジスタに流れる第２電流値、もしくは第２電流値が変換された第２電圧値を第３観測信号として与え、演算部が、第１観測信号、第２観測信号、第３観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する表示装置の駆動方法が好ましい。
【0017】
上記各構成において、表示装置は、モニタ回路を有し、モニタ回路は、モニタ用発光素子を有し、演算部には、モニタ用発光素子に流れる第３電流値、もしくは第３電流値が変換された第３電圧値を第３観測信号として与え、演算部が、第１観測信号、第２観測信号、第３観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する表示装置の駆動方法が好ましい。
【0018】
上記各構成において、表示装置は、トランジスタを有し、トランジスタは、半導体層に金属酸化物を有する表示装置の駆動方法が好ましい。
【0019】
上記各構成において、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表示装置の駆動方法が好ましい。
【発明の効果】
【0020】
本発明の一態様は、新規な表示装置の駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、トランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。
【0021】
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。したがって本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】表示装置を説明する図。
【図2】（Ａ）画素を説明する図。（Ｂ）モニタ回路を説明する回路図。（Ｃ）表示装置を説明する図。
【図3】表示装置の動作を説明するフローチャート。
【図4】（Ａ）（Ｂ）表示装置を説明する図。
【図5】（Ａ１）（Ａ２）モニタ回路を説明する図。（Ｂ）表示装置を説明する図。
【図6】表示装置を説明する図。
【図7】（Ａ）表示装置を説明する図。（Ｂ）画素を説明する図。
【図8】表示装置を説明する図。
【図9】タッチパネルを説明する図。
【図10】表示装置を説明する図。
【図11】表示装置を説明する図。
【図12】表示装置を説明する図。
【図13】表示装置を説明する図。
【図14】表示装置を説明する図。
【図15】トランジスタを説明する図。
【図16】トランジスタを説明する図。
【図17】トランジスタを説明する図。
【図18】トランジスタを説明する図。
【図19】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の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。
【0024】
また、図面において、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。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
【0025】
また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【0026】
また、本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
【0027】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域又はドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域又はソース電極）の間にチャネル形成領域を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【0028】
また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【0029】
また、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【0030】
また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が－１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、－５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【0031】
また、本明細書等において、「膜」という用語と、「層」という用語とは、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。又は、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【0032】
また、本明細書等において、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（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、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Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐ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Ｖｇｓがしきい値電圧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、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
【0033】
トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。したがって、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇｓにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇｓにおけるオフ状態、又は、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇｓにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
【0034】
一例として、しきい値電圧Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇｓが０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０－９Ａであり、Ｖｇｓが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０－１３Ａであり、Ｖｇｓが－０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０－１９Ａであり、Ｖｇｓが－０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０－２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇｓが－０．５Ｖにおいて、又は、Ｖｇｓが－０．５Ｖ乃至－０．８Ｖの範囲において、１×１０－１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０－１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０－２２Ａ以下となるＶｇｓが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０－２２Ａ以下である、と言う場合がある。
【0035】
また、本明細書等では、チャネル幅Ｗを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Ｗあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅（例えば１μｍ）あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流／長さの次元を持つ単位（例えば、Ａ／μｍ）で表される場合がある。
【0036】
トランジスタのオフ電流は、温度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、室温、６０℃、８５℃、９５℃、又は１２５℃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の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、又は、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【0037】
トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓ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、Ｖｄｓ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の信頼性が保証されるＶｄｓ、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Ｖｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、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Ｖｄｓ、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
【0038】
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
【0039】
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
【0040】
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。ただし、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。
【0041】
（実施の形態１）
本実施の形態では、表示品質の劣化を抑制する表示装置の駆動方法について、図１乃至図７を用いて説明する。表示品質の劣化とは、画素が有するトランジスタ又は発光素子の電気特性が変化することで与えられた画像信号とは異なる階調で表示されることを示す。
本実施の形態では、表示品質の劣化を抑制する表示装置の駆動方法について、図１乃至図７を用いて説明する。表示品質の劣化とは、画素が有するトランジスタ又は発光素子の電気特性が変化することで与えられた画像信号とは異なる階調で表示されることを示す。
【0042】
まず、表示装置の構成について説明する。表示装置は、表示パネル、演算部、フレームメモリ、及びタイミング制御部を有する。表示パネルは、ソースドライバ、ゲートドライバ、表示領域及びモニタ回路を有する。表示領域は、複数の画素を有し、画素は、発光素子と、前記発光素子に電流を与えるトランジスタとを有する。
【0043】
表示装置が有する演算部は、回帰モデルに従って予測誤差パラメータと、出力パラメータとを用いて画素の劣化量を推定し、画素に与える画像信号を補正することができる。言い換えると、演算部は、フレームメモリから与えられる画像信号を回帰モデルに従って補正し、補正後の画像信号を画素に与えることで表示品質の劣化を抑制することができる。
【0044】
回帰モデルは、カルマンフィルタなどを用いることが好ましい。但し、回帰モデルは、カルマンフィルタに限定されず、最小二乗法などによって推定してもよい。又はニューラルネットワークを用いて推定してもよい。例えば、再帰型ニューラルネットワーク（ｒｅｃｕｒｒｅｎｔ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ：ＲＮＮ）の一つとして、Ｌｏｎｇ Ｓｈｏｒｔ－Ｔｅｒｍ Ｍｅｍｏｒｙ（ＬＳＴＭ：長・短期記憶）と呼ばれる構成を用いることができる。ＬＳＴＭは、ＲＮＮにおいて隠れ層がメモリセルを有することにより状態を記憶し、より長い期間について解析、例えば推定などを行うことができるため、トランジスタ又は発光素子の劣化量を推定し補正をすることができる。
【0045】
続いて表示装置の駆動方法について演算部に着目して説明する。演算部には、第１観測信号と、第２観測信号とが与えられる。第１観測信号とは、フレームメモリから演算部に与えられる第３画像信号である。第３画像信号は、画素に与えられている画像信号である。
【0046】
第２観測信号とは、第３画像信号が与えられた画素の発光素子、又は発光素子に電流を与えるトランジスタのいずれか一に流れる第１電流値である。例えば、画素は、ある時刻にトランジスタに流れる電流を第１電流値として出力する。また、画素は異なる時刻において発光素子に流れる電流を第１電流値としてもよい。なお、演算部には、第２観測信号として第１電流値を電圧値に変換して与えてもよい。電流値から電圧値に変換する方法としては、抵抗素子、容量素子、ダイオード、又はトランジスタなどを用いて容易に変換する方法がある。
【0047】
演算部には、予測誤差パラメータと、出力パラメータとを有し、あらかじめ学習済の回帰モデルとして機能するための出力パラメータが設定されていることが好ましい。以降では、予測誤差パラメータ、又は出力パラメータについて説明をする。
【0048】
演算部が、回帰モデルに従い対象画素の第１観測信号と第２観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。続いて演算部が、回帰モデルに従い予測誤差パラメータを用いて出力パラメータを更新する。続いて演算部が、前記フレームメモリから与えられる第１画像信号を出力パラメータを用いて補正し第２画像信号を生成する。発光素子は、第２画像信号が画素が有するトランジスタに与えられることで点灯する。予測誤差パラメータと出力パラメータとが常に更新されることで第１画像信号が好適に逐次補正され、第２画像信号を生成することができる。なお、演算部には、生成された第２画像信号が与えられ出力パラメータが更新される。
【0049】
また、異なる例として、出力パラメータが前記フレームメモリから与えられる第１画像信号を補正して第２画像信号を生成してもよい。この場合、出力パラメータは、不定期に与えられる第１観測信号、第２観測信号によってあらかじめに更新されている予測誤差パラメータを用いて第２画像信号を生成する。発光素子は、出力パラメータによって生成される第２画像信号が画素が有するトランジスタに与えられることで点灯する。
【0050】
つまり、演算部は、出力パラメータを用いて第１画像信号から第２画像信号を生成することができる。常に予測誤差パラメータと出力パラメータとが更新されなくても、当該予測誤差パラメータは、トランジスタ、又は発光素子の劣化特性に応じて適時更新されればよい。したがって予測誤差パラメータと出力パラメータとが異なるタイミングで更新されても第１画像信号を補正し第２画像信号を生成することができる。なお、当該予測誤差パラメータが不定期に更新されるため、逐次性は低下するが演算部の演算量を低減し消費電力を低減することができる。
【0051】
表示パネルが有するモニタ回路は、画素が有する発光素子に電流を与えるトランジスタと同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するモニタ用トランジスタを有することができる。もしくは、チャネル幅の大きなモニタ用トランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなモニタ用トランジスタを用いることで、トランジスタの電気特性の劣化量が検出しやすくなる。
【0052】
演算部には、モニタ用トランジスタに流れる第２電流値を第３観測信号として与えることができる。したがって、演算部は、第１観測信号、第２観測信号、及び第３観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新することが好ましい。当該トランジスタとは異なるモニタ用トランジスタの劣化量と比較することで情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第３観測信号は、第２電流値を第２電圧値に変換して与えてもよい。
【0053】
また、モニタ回路は、モニタ用発光素子を有することができる。モニタ回路は、画素が有する発光素子と同じ大きさ及び電気特性を有するモニタ用発光素子を有することが好ましい。演算部には、モニタ用発光素子に流れる第３電流値を第４観測信号として与えることができる。したがって、演算部が、第１観測信号、第２観測信号、第４観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該発光素子とは異なるモニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第４観測信号は、第３電流値を第３電圧値に変換して与えてもよい。
【0054】
なお、モニタ用トランジスタと、モニタ用発光素子とを同時に用いて予測誤差パラメータを更新してもよい。例えば、演算部が、第１観測信号、第２観測信号、第３観測信号、及び第４観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該トランジスタとは異なるモニタ用トランジスタ、当該発光素子とは異なるモニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、正確に補正できるようになる。
【0055】
さらに、表示装置は、モニタ用光センサを有することができる。モニタ用光センサは、モニタ用発光素子と組み合わせて使用することが好ましい。モニタ用発光素子の劣化量を電流の変化だけで判断せず、モニタ用光センサが検出する第４電流値を第５観測信号として演算部に与えることができる。演算部は、第１観測信号乃至第５観測信号を用いて予測誤差パラメータを更新する。当該トランジスタ、当該発光素子とは異なるモニタ用トランジスタ、モニタ用発光素子の劣化量と比較することで誤差を予測するための情報が多くなり、より正確に補正できるようになる。なお、第５観測信号は、第４電流値を第４電圧値に変換して与えてもよい。
【0056】
演算部には、あらかじめ学習済の出力パラメータが設定されることが好ましい。さらに、第１観測信号乃至第５観測信号のいずれか２つ、若しくは２つ以上を組み合わせて予測誤差パラメータを更新することで、画素の劣化量に応じて正確に補正することができる。つまり、本発明の一態様は、新規な表示装置の表示品質に影響を及ぼす画素の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、表示品質に影響を及ぼすトランジスタの劣化を補正する駆動方法を提供することができる。又は、本発明の一態様は、表示品質に影響を及ぼす発光素子の劣化を補正する駆動方法を提供することができる。
【0057】
続いて、表示装置の構成について図１で示す表示装置のブロック図を用いて詳細な説明をする。
【0058】
表示装置１００は、表示パネル１２０、演算部１３０、フレームメモリ１１１、及びタイミング制御部１１２を有する。演算部は、第１演算部１３１、第２演算部１３２、及び補正演算部１３３を有する。表示パネル１２０は、ソースドライバ１２１、ゲートドライバ１２２、表示領域１２３、及びモニタ回路１２４を有する。表示領域１２３は画素１０（１，１）乃至画素１０（ｍ、ｎ）を有する。図１では、一例として画素１０（ｉ、ｊ）を示している。ｍ、ｎは２以上の正の整数であり、ｉは、１以上ｍ以下の正の整数であり、ｊは、１以上ｎ以下の正の整数である。
【0059】
演算部１３０には、フレームメモリ１１１、タイミング制御部１１２、及びモニタ回路１２４が電気的に接続される。演算部１３０は、ソースドライバ１２１と電気的に接続する。表示領域１２３には、ソースドライバ１２１、及びゲートドライバ１２２が電気的に接続される。表示領域１２３は、モニタ回路１２４を介して演算部１３０と電気的に接続する。
【0060】
演算部１３０は、複数のパラメータを有し、当該パラメータは、複数の観測信号によって演算、又は更新される。なお、パラメータの演算、又は更新を、パラメータを管理すると言い換える場合がある。観測信号とは、画素に流れる電流の劣化量であることが好ましい。画素に流れる電流の劣化量とは、例えば、画素が有する発光素子に流れる電流値の劣化量、発光素子に電流を与えるトランジスタが流す電流値の劣化量、もしくは発光素子の光出力特性の劣化量などである。画素１０については、図２（Ａ）で詳細な説明をする。
【0061】
また、当該パラメータは、予測誤差パラメータと、出力パラメータとに大別され管理される。予測誤差パラメータは、第１演算部１３１によって管理されるパラメータであり、出力パラメータは、第２演算部１３２によって管理されるパラメータである。第１演算部は、カルマンフィルタの演算をし、第２演算部は内部状態モデルの演算をする。第２演算部が出力するパラメータには、例えば、トランジスタの閾値電圧、移動度などが含まれることが好ましい。さらに、出力パラメータの内容は、第１演算部にフィードバックされる。また、補正演算部１３３は、出力パラメータを用いてフレームメモリ１１１から与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ａから画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成することができる。
【0062】
演算部１３０は、回帰モデルに従って予測誤差パラメータと、出力パラメータとを用いて画素１０の劣化量を推定し、画素１０に与える画像信号を補正することができる。言い換えると、演算部１３０は、フレームメモリ１１１から与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ａを回帰モデルに従って補正し、画像信号Ｄａｔａ－Ａから生成される画像信号Ｄａｔａ－Ｂを画素に与えることで表示品質の劣化を抑制することができる。回帰モデルは、カルマンフィルタなどを用いることが好ましい。
【0063】
さらに、補正演算部１３３は、画素１０にソースドライバ１２１を介して画像信号Ｄａｔａ－Ｂを与え、且つ第２演算部１３２にも画像信号Ｄａｔａ－Ｂを与えることが好ましい。画像信号Ｄａｔａ－Ｂが、第２演算部１３２に与えられることで、出力パラメータが更新され、次の画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成する場合の学習データとすることができる。
【0064】
なお、タイミング制御部１１２は、演算部１３０、及びゲートドライバ１２２のタイミング制御を行う。ゲートドライバ１２２は、表示領域１２３に対して走査信号を与えることができ、ソースドライバ１２１は、演算部１３０が出力する画像信号Ｄａｔａ－Ｂを走査信号に同期して画素１０に与えることができる。また、タイミング制御部１１２は、ゲートドライバ１２２を用いて画素１０がモニタ回路１２４に観測信号を出力するタイミングを制御することができる。
【0065】
続いて、表示装置の駆動方法について図２を用いて詳細な説明をする。図２（Ａ）は、一例として表示パネル１２０が有する画素１０の詳細な回路図を示す。図２（Ｂ）は、一例としてモニタ回路１２４の回路図を示す。図２（Ｃ）は、一例として演算部１３０の詳細なブロック図を示す。
【0066】
図２（Ａ）に示す画素１０には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線Ｓ１、配線ＭＮ１、配線Ａｎｏ、及び配線Ｃａｔｈが接続される。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、容量素子１４、発光素子１５を有する。
【0067】
トランジスタ１１のゲートは、配線Ｇ１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Ｓ１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のゲート、及び容量素子１４の電極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一方は、発光素子１５の電極の一方、トランジスタ１３のソース又はドレインの一方、及び容量素子１４の電極の他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、配線Ａｎｏと電気的に接続される。発光素子１５の電極の他方は、配線Ｃａｔｈ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、配線ＭＮ１と電気的に接続される。
【0068】
画素１０は、配線Ｇ１、及び配線Ｇ２を介してゲートドライバ１２２から異なる走査信号が与えられる。また、画素１０は、配線Ｓ１を介して画像信号Ｄａｔａ－Ｂが与えられる。また、画素１０は、配線ＭＮ１を介して画素１０に流れる電流をモニタ回路１２４を介して観測信号ＤＡ２として出力する。なお、観測信号は、トランジスタ１２を流れる電流、又は、発光素子１５に流れる電流のいずれかである。観測信号ＤＡ２については、図２（Ｃ）にて詳細に説明する。
【0069】
なお、トランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有すると好ましい。当該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くできる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減する効果を有する。酸化物半導体膜を有する当該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。
【0070】
続いて、モニタ回路１２４の詳細について図２（Ｂ）の回路図を用いて説明する。
【0071】
例えば、モニタ回路１２４には、配線ＭＮ１と同じ数の端子Ｍ１（１）乃至端子Ｍ１（ｍ）、及び端子Ｍ２（１）乃至端子Ｍ２（ｍ）を有している。それぞれの端子Ｍ１と端子Ｍ２は電気的に接続されている。なお、端子Ｍ１は、電流電圧変換素子１６を介して端子Ｍ２と接続されてもよく、電流電圧変換素子１６を介さずに端子Ｍ２と接続されてもよい。端子Ｍ２は、観測信号ＤＡ２を第１演算部１３１に与えることができる。
【0072】
さらに、モニタ回路１２４は、モニタ用のトランジスタ１２Ｔを有してもよい。トランジスタ１２Ｔのソース又はドレインの一方は、端子Ｍ３ａと電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔのソース又はドレインの他方は、端子Ｍ３ｂと電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔのゲートは、端子Ｍ３ｃと電気的に接続される。端子Ｍ３ｂは、第１演算部１３１に観測信号ＤＡ３を与えることができる。端子Ｍ３ａには、固定電位が与えられ、端子Ｍ３ｃには、モニタ用画像信号が与えられる。モニタ用画像信号には、異なる電位のモニタ用画像信号が与えられ、トランジスタ１２Ｔの劣化量を検出することができる。
【0073】
なお、トランジスタ１２Ｔは、トランジスタ１２と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。もしくは、チャネル幅の大きなトランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなトランジスタを用いることで、トランジスタ１２Ｔの電気特性の劣化量は、検出しやすくなる。
【0074】
続いて、演算部１３０の詳細について図２（Ｃ）のブロック図を用いて説明する。演算部１３０は、第１演算部１３１、第２演算部１３２、及び補正演算部１３３を有する。第１演算部１３１には、観測信号ＤＡ１、観測信号ＤＡ２、観測信号ＤＡ３が与えられる。
【0075】
観測信号ＤＡ１には、フレームメモリから画像信号が与えられる。演算部１３０によって画像信号Ｄａｔａ－Ａから生成する画像信号を画像信号Ｄａｔａ－Ｂとした場合、既に対象の画素１０に与えられている画像信号を画像信号Ｄａｔａ－Ｃとすることができる。つまり、観測信号ＤＡ１には、画像信号Ｄａｔａ－Ｃが与えられる。
【0076】
観測信号ＤＡ２には、画素１０に与えられている画像信号Ｄａｔａ－Ｃによってトランジスタ１２に流れる電流が、順にトランジスタ１３、配線ＭＮ１、モニタ回路１２４を介して与えられる。なお、観測信号ＤＡ２には、発光素子１５に流れる電流が、順にトランジスタ１３、配線ＭＮ１、モニタ回路１２４を介して与えられてもよい。ただし、観測信号ＤＡ２に発光素子１５に流れる電流を与える場合は、トランジスタ１２には電流が流れないようにすることが好ましい。例えば、配線Ａｎｏに与える電位と、配線ＭＮ１に与える電位を同じ電位にすることでトランジスタ１２には電流が流れなくなる。さらに、配線Ｃａｔｈに与えられる電位を、配線Ａｎｏ及び配線ＭＮ１に与えられる電位より小さくし、発光素子１５だけに電流が流れるようにすることができる。
【0077】
発光素子１５の劣化量は、発光素子１５に流れる電流と発光素子１５の光出力特性が線形の関係にある領域で劣化量を検出することが好ましい。又は、発光素子１５の劣化量の検出は、電流と光出力特性が線形の関係でない領域で劣化量を検出してもよい。例えば、発光素子が非点灯の場合の電流、もしくは発光素子のカソード端子にアノード端子より大きな電圧を与えた場合に流れる逆バイアス電流を観測信号ＤＡ２としてもよい。なお、観測信号ＤＡ２は、電流電圧変換素子１６によって電圧値に変換されてもよい。
【0078】
第１演算部１３１は、２つの異なる観測データが与えられれば、予測誤差パラメータを更新することができる。ただし、第１演算部１３１は、例えば観測信号ＤＡ３のようにさらに多くの観測信号が与えられればより正確な予測誤差パラメータに更新することができる。したがって、第１演算部１３１には、二つ以上の観測信号が与えられることが好ましく、より好ましくは、三つ以上の観測信号が与えられることが好ましい。
【0079】
第１演算部１３１が算出する予測誤差パラメータＤＰ１は、第２演算部１３２に与えられる。第２演算部１３２は、予測誤差パラメータＤＰ１によって出力パラメータＤＱ１を更新し、出力パラメータＤＱ１は補正演算部１３３に与えられる。なお、第２演算部１３２は、補正演算部１３３に新たに画像信号Ｄａｔａ－Ａが与えられる前の画像信号Ｄａｔａ－Ｂによって出力パラメータＤＱ１が更新されていることが好ましい。
【0080】
補正演算部１３３は、フレームメモリ１１１から与えられる、新たな画像信号Ｄａｔａ－Ａを出力パラメータＤＱ１を用いて画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成し、画素１０に与えることができる。なお、生成された画像信号Ｄａｔａ－Ｂは、第２演算部１３２に与えられ、出力パラメータＤＱ１を更新することができる。
【0081】
なお、信号ＥＮ１は、第１演算部１３１をスリープ状態にすることができる。第１演算部１３１をスリープ状態にすることで、消費電力を低減することができる。また、信号ＥＮ２は、スイッチＳＷ１を制御し、画像信号Ｄａｔａ－Ｂによって出力パラメータＤＱ１が更新されるのを停止させることができる。
【0082】
続いて、演算部１３０の動作を図３の処理フローを用いて説明する。
【0083】
ステップＳＴ２１は、第２演算部１３２が出力パラメータＤＱ１を出力するように学習済の状態である。なお、第１演算部１３１には、出力パラメータＤＱ１が与えられている。なお、画素１０には、画像信号Ｄａｔａ－Ｃが補正されて生成された画像信号が与えられている。
【0084】
ステップＳＴ２２は、新たな画像信号Ｄａｔａ－Ａが補正演算部１３３に与えられるステップである。
【0085】
ステップＳＴ２３は、演算部１３０がパラメータ更新モードを選択する。パラメータ更新モードは、第１演算部１３１に与えられる信号ＥＮ１によってモードが選択される。例えば、信号ＥＮ１に“Ｈ”が与えられた場合を補正モードとし予測誤差パラメータＤＰ１を更新するためにステップＳＴ２Ａに移行する。信号ＥＮ１に“Ｌ”が与えられた場合を表示モードとし予測誤差パラメータＤＰ１を更新せずに出力パラメータＤＱ１を更新するためにステップＳＴ２４に移行する。まず最初に、パラメータ更新モードについて説明する。信号ＥＮ１に“Ｈ”が与えられステップＳＴ２Ａに移行する。
【0086】
ステップＳＴ２Ａは、観測信号ＤＡ１、観測信号ＤＡ２が第１演算部１３１に与えられる。第１演算部１３１は、観測信号ＤＡ１、観測信号ＤＡ２を用いて予測誤差パラメータＤＰ１を更新し、第２演算部１３２に予測誤差パラメータＤＰ１を与えるステップである。なお、第１演算部１３１には、観測信号ＤＡ３など、より多くの観測信号が与えられることが好ましい。
【0087】
ステップＳＴ２Ｂは、第２演算部１３２が予測誤差パラメータＤＰ１を用いて出力パラメータＤＱ１を更新し、補正演算部１３３に与えるステップである。なお、出力パラメータＤＱ１は、第１演算部１３１にも与えられる。
【0088】
ステップＳＴ２５は、補正演算部１３３が出力パラメータＤＱ１を用いて画像信号Ｄａｔａ－Ａから画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成するステップである。
【0089】
ステップＳＴ２６は、ソースドライバが画像信号Ｄａｔａ－Ｂを画素１０に与えるステップである。
【0090】
ステップＳＴ２７は、第２演算部１３２に画像信号Ｄａｔａ－Ｂが与えられ、出力パラメータＤＱ１を更新するステップである。再び、ＳＴ２３に移行し、補正モードが継続されている場合には、次の画素に移行し、再び予測誤差パラメータＤＰ１、及び出力パラメータＤＱ１を更新して画素の劣化量を学習する。なお、予測誤差パラメータＤＰ１を更新する処理においては、画像信号Ｄａｔａ－Ａに補正用テスト信号が与えられることが好ましい。補正用テスト信号とは、トランジスタ１２、発光素子１５の劣化量を検出するのに好適な固定された画像信号Ｄａｔａ－Ａである。
【0091】
続いて、ＳＴ２３において補正モードから表示モードに移行した場合について説明する。表示モードでは、様々な階調の画像信号が画像信号Ｄａｔａ－Ａ、又は画像信号Ｄａｔａ－Ｃに与えられることが好ましい。
【0092】
ステップＳＴ２４は、補正演算部１３３に新たな画像信号Ｄａｔａ－Ａが与えられるステップである。第２演算部１３２には、当該補正モードによって更新された予測誤差パラメータＤＰ１が与えられ、さらに当該画像信号Ｄａｔａ－Ｂによって出力パラメータＤＱ１が更新されている。
【0093】
ステップＳＴ２５は、補正演算部１３３が出力パラメータＤＱ１を用いて画像信号Ｄａｔａ－Ａから画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成するステップである。
【0094】
ステップＳＴ２６は、ソースドライバが画像信号Ｄａｔａ－Ｂを画素１０に与えるステップである。画像データＤａｔａ－Ｂが与えられる画素１０は、トランジスタ１２、発光素子１５の劣化が補正された表示をすることができる。
【0095】
ステップＳＴ２７は、第２演算部１３２に画像信号Ｄａｔａ－Ｂが与えられ、出力パラメータＤＱ１を更新するステップである。再び、ＳＴ２３に移行し、表示モードが継続されている場合には、次の画素に移行し、表示モードの動作を継続する。
【0096】
【0097】
続いて回路１３４の詳細について、図４（Ｂ）のブロック図を用いて説明する。回路１３４は、回路１３４Ａ、回路１３４Ｂ、及び回路１３４Ｃを有している。回路１３４Ａは、レジスタ１３４Ａ（１）乃至レジスタ１３４Ａ（ｋ）を有するシフトレジスタである。ｋは、正の整数、且つ２の累乗であることが好ましい。
【0098】
例えば、第１の時刻においてレジスタ１３４Ａ（１）には、画素１０（ｉ，ｊ）に与える画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）が与えられる。
【0099】
第２の時刻においてレジスタ１３４Ａ（２）には、レジスタ１３４Ａ（１）に保持されている画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）が、画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（（ｉ，ｊ）＋１）として与えられ、レジスタ１３４Ａ（１）には、画素１０（ｉ，ｊ）に与える画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）が新たに与えられる。
【0100】
第３の時刻においてレジスタ１３４Ａ（３）には、レジスタ１３４Ａ（２）に保持されている画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（（ｉ，ｊ）＋１）が、画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（（ｉ，ｊ）＋２）として与えられ、レジスタ１３４Ａ（２）には、レジスタ１３４Ａ（１）に保持されている画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）が、画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（（ｉ，ｊ）＋１）として与えられ、レジスタ１３４Ａ（１）には、画素１０（ｉ，ｊ）に与える画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）が新たに与えられる。
【0101】
よって、回路１３４Ａは、レジスタ１３４Ａ１に与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（ｉ，ｊ）を時刻と共に次のレジスタに保存していくシフトレジスタとして動作する。よって回路１３４Ａは、ｋ段のシフトレジスタである。ただし、第ｋ＋１の時刻においては、最初に与えられたレジスタ１３４Ａ（ｋ）に保持されている画像信号Ｄａｔａ－Ｂ（（ｉ，ｊ）＋ｋ）は廃棄される。
【0102】
回路１３４Ｂは、加算平均回路で構成される。回路１３４Ｂは、レジスタ１３４Ａ（１）乃至レジスタ１３４Ａ（ｋ）に保持される画像信号を全て加算する。ｋが２の累乗の数であるため、シフト演算を行うことでレジスタ１３４Ａ（１）乃至レジスタ１３４Ａ（ｋ）に保持される画像信号の加算結果を容易に平均化することができる。例えば、ｋ＝８の場合、右へ３ビットシフトさせることで画像信号の加算結果の平均値を得ることができる。
【0103】
回路１３４Ｃはレジスタであり、回路１３４Ｂで加算平均される結果を画像信号Ｄａｔａ－Ａｖｅとして保持する。なお、信号ＥＮ１は、回路１３４Ｃが更新される時刻に合わせてスイッチＳＷ１を導通させ、第２演算部１３２に画像信号Ｄａｔａ－ＡｖｅをパラメータＤＰ２として与える。又は、回路１３４Ａが有する全てのレジスタに画像信号が保持されるまでスイッチＳＷ１を非導通とし、画像信号Ｄａｔａ－Ａｖｅが算出された後は、スイッチＳＷ１を導通とすることで、時刻毎に加算平均された結果が与えられ、よって、より多くの観測信号を反映させた効果を得ることができる。
【0104】
なお、回路１３４Ａのレジスタ１３４Ａ（１）乃至レジスタ１３４Ａ（ｋ）に保持される画像信号Ｄａｔａ－Ｂは、上述したように同じ画素に与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ｂでもよいし、異なる画素に与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ｂでもよい。同じ画素に与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ｂの場合、同じ画素の劣化量を補正することができる。また、異なる画素に与えられる画像信号Ｄａｔａ－Ｂの場合、隣接する画素の劣化量を反映して補正することができる。
【0105】
【0106】
トランジスタ１２Ｔ１のソース又はドレインの一方は、発光素子１５Ｔ１の電極の一方と電気的に接続される。発光素子１５Ｔ１の電極の他方は、端子Ｍ３ａ１と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ１のソース又はドレインの他方は、端子Ｍ３ｂ１と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ１のゲートは、端子Ｍ３ｃ１と電気的に接続される。
【0107】
端子Ｍ３ａ１には、固定電位が与えられ、端子Ｍ３ｃ１には、モニタ用画像信号が与えられる。よって端子Ｍ３ｂ１には、トランジスタ１２Ｔ１、発光素子１５Ｔ１に流れる電流値が与えられる。モニタ用画像信号によってトランジスタ１２Ｔ１、発光素子１５Ｔ１の劣化量を検出することができる。
【0108】
なお、トランジスタ１２Ｔ１は、トランジスタ１２と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。もしくは、チャネル幅の大きなトランジスタを用いてもよい。チャネル幅の大きなトランジスタを用いることで、トランジスタ１２Ｔ１の電気特性の劣化量が検出しやすくなる。
【0109】
モニタ回路１２４Ａは、さらに、発光素子１５Ｔ２を有することができる。発光素子１５Ｔ２の電極の一方は端子Ｍ２（０）と電気的に接続され、発光素子１５Ｔ２の電極の他方は端子Ｍ１（０）と電気的に接続される。端子Ｍ１（０）には、固定電位が与えられる。したがって、端子Ｍ２（０）は、発光素子１５Ｔ２に流れる電流値が与えられる。なお、発光素子１５Ｔ２は、発光素子１５と同じ電気特性、及び光出力特性特性を有する発光素子であることが好ましい。
【0110】
端子Ｍ２（０）、又は端子Ｍ３ｂ１に与えられる電流値のいずれか一、もしくは両方が、図５（Ｂ）で説明する観測信号ＤＢ１に与えられる。
【0111】
図５（Ａ２）は、図５（Ａ１）と異なるモニタ回路１２４Ｂである。図５（Ａ２）では、モニタ回路１２４Ｂが、さらにトランジスタ１２Ｔ２、及びトランジスタ１２Ｔ３を有する点が異なっている。以下、図５（Ａ１）と異なる点について説明する。
【0112】
トランジスタ１２Ｔ２のソース又はドレインの一方は、端子Ｍ３ａ２と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ２のソース又はドレインの他方は、端子Ｍ３ｂ２と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ２のゲートは、端子Ｍ３ｃ２と電気的に接続される。
【0113】
トランジスタ１２Ｔ３のソース又はドレインの一方は、端子Ｍ３ａ３と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ３のソース又はドレインの他方は、端子Ｍ３ｂ３と電気的に接続される。トランジスタ１２Ｔ３のゲートは、端子Ｍ３ｃ３と電気的に接続される。
【0114】
また、トランジスタ１２Ｔ１乃至トランジスタ１２Ｔ３は、トランジスタ１２と同じ大きさのチャネル形成領域及び電気特性を有するトランジスタであることが好ましい。端子Ｍ３ｃ１乃至端子Ｍ３ｃ３に異なるモニタ用画像信号を与えることができる。つまり、トランジスタ１２Ｔ１乃至トランジスタ１２Ｔ３が異なる電流値を流すことで異なる動作条件の劣化量を検出することができる。
【0115】
さらに、図５（Ａ２）では、表示装置１００がモニタ回路１２４Ｂ２を有し、モニタ回路１２４Ｂ２が光センサＰ１を有する。光センサＰ１の電極の一方は、端子ＭＰ１と電気的に接続され、光センサＰ１の電極の他方は、端子ＭＰ２と電気的に接続される。光センサＰ１は、発光素子１５Ｔ１、又は発光素子１５Ｔ２のいずれか一の光出力特性を検出し電流として端子ＭＰ２に与えることができる。したがって、光センサＰ１に流れる電流から発光素子１５Ｔ１、又は発光素子１５Ｔ２の光出力特性の劣化量を検出することができる。なお、モニタ回路１２４Ｂ２は、表示パネルに含まれていてもよい。
【0116】
なお、端子Ｍ３ｂ１乃至端子Ｍ３ｂ３に与えられる電流値のいずれか一、もしくは複数は、図５（Ｂ）で説明する観測信号ＤＢ１に与えられる。端子ＭＰ２に与えられる電流値は、図５（Ｂ）で説明する観測信号ＤＢ２に与えられる。
【0117】
図５（Ｂ）は、図２（Ｃ）と異なる表示装置である。図５（Ｂ）は、演算部１３０Ｂを有する。演算部１３０Ｂは、第３演算部１３１ａと第４演算部１３２ａとを有する。第３演算部１３１ａは、予測誤差パラメータＤＰ３を有し、第４演算部１３２ａは、出力パラメータＤＱ２を有する。
【0118】
第３演算部１３１ａには、観測信号ＤＡ１、観測信号ＤＢ１、又は観測信号ＤＢ２が与えられる。第３演算部１３１ａは、予測誤差パラメータＤＰ３を更新し、第４演算部１３２ａに与える。第４演算部１３２ａは、出力パラメータＤＱ２を更新し、補正演算部１３３は、出力パラメータＤＱ１、及び出力パラメータＤＱ２を用いて画像信号Ｄａｔａ－Ａから画像信号Ｄａｔａ－Ｂを生成する。画像信号Ｄａｔａ－Ｂは、画素１０に与えられ、画素を点灯させる。
【0119】
つまり、第１演算部１３１は、画素１０のトランジスタ１２、又は発光素子１５の劣化量に着目し、第３演算部１３１ａは、モニタ回路１２４のトランジスタ１２Ｔ、又は発光素子１５Ｔの劣化量に着目して予測誤差パラメータＤＰを管理することができる。画素１０では、様々な階調を有する画像信号が与えられることで画素のトランジスタ１２、発光素子１５の劣化量を検出することができる。対して、モニタ回路１２４では、任意の条件で固定されたストレスでのモニタ用のトランジスタ１２Ｔ、又は発光素子１５Ｔの劣化量を検出することができる。
【0120】
したがって、図５（Ｂ）で示す表示装置では、複数の観測信号を用いることで画素１０のトランジスタ１２、又は発光素子１５の劣化量を補正し、画素１０の表示品質の劣化を抑制することができる。
【0121】
図６は、図５（Ｂ）と異なる表示装置である。図６は、図５（Ｂ）の演算部１３０Ａ構成に回路１３４を組み合わせた構成である。回路１３４については、図４で示した回路１３４の説明を参酌することができるため説明を省略する。
【0122】
図７（Ａ）は、図１とは異なる表示装置１００Ａである。表示装置１００Ａは、補正演算部１３３を有さない点が表示装置１００と異なっている。さらに、表示パネル１２０が複数の画素１０Ａを有する点が異なっている。
【0123】
最初に、画素１０Ａについて図７（Ｂ）の回路図を用いて説明する。ここでは、図２（Ａ）で説明した画素１０と異なる点について説明する。表示パネル１２０は、配線Ｇ３を有し、画素１０Ａは、配線Ｇ３と接続される。画素１０Ａは、さらに、トランジスタ１８と、容量素子１９とを有する。
【0124】
トランジスタ１８のゲートは、配線Ｇ３と電気的に接続される。トランジスタ１８のソース又はドレインの一方は、配線Ｓ１と電気的に接続される。トランジスタ１８のソース又はドレインの他方は、容量素子１９の電極の一方と電気的に接続される。容量素子１９の電極の他方は、トランジスタ１２のゲートと電気的に接続される。
【0125】
ノードＦＮ１は、トランジスタ１２のゲート、容量素子１４の電極の一方、及び容量素子１９の電極の他方が接続される配線を示す。ノードＦＮ２は、トランジスタ１８のソース又はドレインの他方、容量素子１９の電極の一方が接続される配線を示す。
【0126】
再び、図７（Ａ）に説明を戻す。フレームメモリ１１１は、ソースドライバ１２１を介して、画素１０ＡのノードＦＮ１に画像信号Ｄａｔａ－Ａを与えることができる。第２演算部１３２は、ソースドライバ１２１を介して画素１０ＡのノードＦＮ２に出力パラメータＤＱ１を与えることができる。ノードＦＮ２に与えられた出力パラメータＤＱ１は、容量素子１９を介してノードＦＮ１で画像データＤａｔａ－Ａと演算され画像信号Ｄａｔａ－Ｂに変化する。したがって、画素１０Ａは、補正演算部１３３と同様の演算をすることができる。補正演算部１３３を有さないことで、回路規模を小さくすることができ、回路規模を小さくすることで消費電力を小さくすることができる。
【0127】
なお、トランジスタ１８は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有すると好ましい。当該トランジスタは、オフ電流を低くできる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くできる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減する効果を有する。酸化物半導体膜を有する当該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。
【0128】
なお、本実施の形態は、液晶素子を用いた表示パネルに対しても適用することができる。液晶素子を用いた画素は、トランジスタと、容量素子とによって構成される。半導体層に酸化物半導体膜を有するトランジスタは、バックゲートを有する。当該トランジスタが有するバックゲートを制御することで、当該トランジスタの閾値電圧を制御できることが知られている。したがって当該トランジスタが劣化すると、当該トランジスタの閾値電圧が変化し、表示の階調が変化することが知られている。当該トランジスタのバックゲートに誤差予測パラメータを与えることで閾値電圧を制御し、表示パネルの表示品質が劣化することを抑制することができる。
【0129】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
【0130】
（実施の形態２）
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示装置の構成例と、発光素子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、動作及び機能の説明は省略する。
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示装置の構成例と、発光素子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、動作及び機能の説明は省略する。
【0131】
本実施の形態で説明する表示装置には、実施の形態１で説明した加算回路及び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。
【0132】
図８（Ａ）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及び第２の基板４００６によって封止されている。
【0133】
図８（Ａ）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、及び共通線駆動回路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、単結晶半導体又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Ａｎｏ、Ｃａｔｈなどに規定の電位を供給する機能を有する。
【0134】
走査線駆動回路２２１ａ、共通線駆動回路２４１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、及び信号線駆動回路２３２ａに与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８を介して供給される。
【0135】
走査線駆動回路２２１ａ及び共通線駆動回路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及び信号線駆動回路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。
【0136】
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、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）法、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）法などを用いることができる。
【0137】
図８（Ｂ）は、信号線駆動回路２３１ａ及び信号線駆動回路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、駆動回路の一部又は全体を表示部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。
【0138】
図８（Ｂ）では、走査線駆動回路２２１ａ及び共通線駆動回路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。
【0139】
また、図８（Ｂ）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及び共通線駆動回路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、及び共通線駆動回路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、及び共通線駆動回路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、表示素子と共に封止されている。
【0140】
また、図８（Ｂ）では、信号線駆動回路２３１ａ及び信号線駆動回路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又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８（Ｃ）に示すように、信号線駆動回路２３１ａ及び信号線駆動回路２３２ａを表示部２１５と同じ基板上に形成してもよい。
【0141】
また、表示装置は、表示素子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。
【0142】
また第１の基板上に設けられた表示部及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、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。
【0143】
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、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造を組み合わせて用いられていてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造を組み合わせて用いられていてもよい。
【0144】
また、第２の基板４００６上には入力装置４２００を設けることができる。図８（Ａ）乃至（Ｃ）に示す表示装置に入力装置４２００を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。
【0145】
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子（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又は接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。
【0146】
センサの方式としては、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。
【0147】
本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
【0148】
静電容量方式としては、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は、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。
【0149】
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素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板及び対向基板の一方又は双方に検知素子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。
【0150】
図９（Ａ）、（Ｂ）に、タッチパネルの一例を示す。図９（Ａ）は、タッチパネル４２１０の斜視図である。図９（Ｂ）は、入力装置４２００の斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。
【0151】
タッチパネル４２１０は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。
【0152】
タッチパネル４２１０は、入力装置４２００と、表示装置とを有し、これらを重ねて設けられている。
【0153】
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及び複数の配線４２３９を有する。例えば、電極４２２７は配線４２３７又は配線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及び複数の配線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。
【0154】
又は、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。
【0155】
図１０（Ａ）、（Ｂ）は、図８（Ｂ）中でＮ１－Ｎ２の一点鎖線で示した部位の断面図である。図１０（Ａ）、（Ｂ）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１０（Ａ）、（Ｂ）では、電極４０１５は、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、及び絶縁層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。
【0156】
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、及びトランジスタ４０１１のソース電極及びドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
【0157】
また、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１０（Ａ）、（Ｂ）では、表示部２１５に含まれるトランジスタ４０１０、及び走査線駆動回路２２１ａに含まれるトランジスタ４０１１を例示している。なお、図１０（Ａ）、（Ｂ）では、トランジスタ４０１０及びトランジスタ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。
【0158】
【0159】
また、トランジスタ４０１０及びトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に設けられている。また、トランジスタ４０１０及びトランジスタ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。
【0160】
また、図１０（Ａ）、（Ｂ）に示す表示装置は、容量素子４０２０を有する。容量素子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、ソース電極及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。それぞれの電極は、絶縁層４１０３を介して重なっている。
【0161】
一般に、表示装置の画素部に設けられる容量素子の容量は、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、電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
【0162】
表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続する。図１０（Ａ）は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図１０（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１は液晶層４００８を介して重畳する。
【0163】
液晶素子４０１３として、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ－ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＶＡ－ＩＰＳモード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いることができる。
【0164】
また、本実施の形態に示す液晶表示装置にノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ－Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【0165】
なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。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。液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【0166】
図１０では、縦電界方式の液晶素子を有する液晶表示装置の例を示したが、本発明の一態様には、横電界方式の液晶素子を有する液晶表示装置を適用することができる。横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層４００８に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性を示す。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良又は破損を軽減することができる。
【0167】
また、スペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
【0168】
また、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、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。また、上記バックライト、及びサイドライトとして、マイクロＬＥＤなどを用いても良い。
【0169】
図１０（Ａ）に示す表示装置では、基板４００６と第２の電極層４０３１の間に、遮光層４１３２、着色層４１３１、絶縁層４１３３が設けられている。
【0170】
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
【0171】
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。遮光層及び着色層の形成は、前述した各層の形成方法と同様に行なえばよい。例えば、インクジェット法などで行なってもよい。
【0172】
また、図１０（Ａ）、（Ｂ）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。
【0173】
また、表示装置に含まれる表示素子として発光素子を用いることができる。発光素子としては、例えば、エレクトロルミネッセンスを利用するＥＬ素子を適用することができる。ＥＬ素子は、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素子の閾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層に含まれる発光物質が発光する。
【0174】
また、ＥＬ素子は、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素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【0175】
有機ＥＬ素子は、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発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【0176】
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、又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。
【0177】
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。
【0178】
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、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素子は、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、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【0179】
発光素子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及び発光素子を形成し、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）構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【0180】
図１０（Ｂ）は、表示素子として発光素子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。表示素子である発光素子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。なお発光素子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。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【0181】
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、又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。
【0182】
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。
【0183】
発光素子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、又は黄などとすることができる。
【0184】
カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の発光素子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素子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、発光素子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。
【0185】
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。
【0186】
発光素子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及び隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、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、及びシール材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。
【0187】
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂又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）又は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。
【0188】
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。
【0189】
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、又は円偏光板（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、偏光板又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。
【0190】
また、発光素子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。
【0191】
表示素子に電圧を印加する第１の電極層及び第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、及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。
【0192】
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。
【0193】
また、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、又はその合金、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。
【0194】
また、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は、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、又は、アニリン、ピロール及びチオフェンの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。
【0195】
また、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。
【0196】
なお、図１１に示すように、トランジスタや容量素子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及びトランジスタ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、容量素子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。なお、図１１では図１０（Ａ）に示す液晶表示装置にスタック構造を応用した例を示しているが、図１０（Ｂ）に示すＥＬ表示装置に応用してもよい。
【0197】
また、画素回路において、可視光に対して透光性の高い透光性導電膜を電極や配線に用いることで、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。
【0198】
また、液晶表示装置と発光装置を組み合わせて表示装置を構成してもよい。
【0199】
発光装置は表示面の逆側、又は表示面の端部に配置される。発光装置は表示素子に光を供給する機能を有する。発光装置は、バックライトとも呼ぶことができる。
【0200】
ここで、発光装置は、板状又はシート状の導光部（導光板ともいう）と、異なる色の光を呈する複数の発光素子を有することができる。当該発光素子を導光部の側面近傍に配置すると、導光部側面から内部へ光を発することができる。導光部は光路を変更する機構（光取り出し機構ともいう）を有しており、これにより、発光装置は表示パネルの画素部に光を均一に照射することができる。又は、導光部を設けず、画素の直下に発光装置を配置する構成としてもよい。
【0201】
発光装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の発光素子を有することが好ましい。さらに白色（Ｗ）の発光素子を有していてもよい。これら発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることが好ましい。
【0202】
さらに、発光素子は、その発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）が、５０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下であり、極めて色純度の高い発光素子であることが好ましい。なお、発光スペクトルの半値全幅は、小さければ小さいほどよいが、例えば１ｎｍ以上とすることができる。これにより、カラー表示を行う際に、色再現性が高い鮮やかな表示を行うことができる。
【0203】
また、赤色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、６２５ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。また、緑色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、５１５ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。青色の発光素子には、発光スペクトルのピーク波長が、４４５ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。
【0204】
表示装置は、３色の発光素子を順次点滅させるとともに、これと同期させて画素を駆動し、継時加法混色法に基づいてカラー表示を行うことができる。当該駆動方法は、フィールドシーケンシャル駆動とも呼ぶことができる。
【0205】
フィールドシーケンシャル駆動では、鮮やかなカラー画像を表示することができる。また、滑らかな動画像を表示することができる。また上記駆動方法を用いることで、１つの画素を複数の異なる色の副画素で構成する必要がなく、１つの画素の有効反射面積（有効表示面積、開口率ともいう）を大きくできるため、明るい表示を行うことができる。さらに、画素にカラーフィルタを設ける必要がないため、画素の透過率も向上させることもでき、さらに明るい表示を行うことができる。また、作製工程を簡略化でき、作製コストを低減することができる。
【0206】
図１２（Ａ）、（Ｂ）は、フィールドシーケンシャル駆動が可能な表示装置の断面概略図の一例である。当該表示装置の基板４００１側にはＲＧＢ各色の発光が可能なバックライトユニットが設けられる。なお、フィールドシーケンシャル駆動では、ＲＧＢ各色の時分割発光で色を表現するため、カラーフィルタは不要となる。
【0207】
図１２（Ａ）に示すバックライトユニット４３４０ａは、画素の直下に拡散板４３５２を介して発光素子４３４２が複数設けられた構成である。拡散板４３５２は、発光素子４３４２から基板４００１側に射出された光を拡散し、表示部面内の輝度を均一化する機能を有する。発光素子４３４２と拡散板４３５２との間には、必要に応じて偏光板を設けてもよい。また、拡散板４３５２は不要であれば設けなくてもよい。また、遮光層４１３２を省いた構成としてもよい。
【0208】
バックライトユニット４３４０ａは、発光素子４３４２を多く搭載することができるため、明るい表示が可能となる。また、導光板は不要であり、発光素子４３４２の光の効率を損ないにくい利点がある。なお、必要に応じて発光素子４３４２に光拡散用のレンズ４３４４を設けてもよい。
【0209】
図１２（Ｂ）に示すバックライトユニット４３４０ｂは、画素の直下に拡散板４３５２を介して導光板４３４１が設けられた構成である。導光板４３４１の端部には発光素子４３４２が複数設けられる。導光板４３４１は、拡散板４３５２とは逆側に凹凸形状を有し、導波した光を当該凹凸形状で散乱して拡散板４３５２の方向に射出することができる。
【0210】
発光素子４３４２は、プリント基板４３４７に固定することができる。なお、図１２（Ｂ）では、ＲＧＢ各色の発光素子４３４２が重なるように図示しているが、奥行方向にＲＧＢ各色の発光素子４３４２が並ぶように配置することもできる。また、導光板４３４１において、発光素子４３４２とは反対側の側面には、可視光を反射する反射層４３４８を設けてもよい。
【0211】
バックライトユニット４３４０ｂは、発光素子４３４２を少なくすることができるため、低コストかつ薄型とすることができる。
【0212】
また、液晶素子には、光散乱型液晶素子を用いてもよい。光散乱型液晶素子としては、液晶と高分子の複合材料を有する素子を用いることが好ましい。例えば、高分子分散型液晶素子を用いることができる。又は、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ））素子を用いてもよい。
【0213】
光散乱型液晶素子は、一対の電極で挟まれる樹脂部の３次元ネットワーク構造中に液晶部が設けられた構造である。液晶部に用いる材料としては、例えばネマティック液晶を用いることができる。また、樹脂部としては光硬化樹脂を用いることができる。光硬化樹脂としては、例えば、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマー、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマー、又は、これらを混合させた重合性化合物を用いることができる。
【0214】
光散乱型液晶素子は液晶材料の屈折率の異方性を利用し、光を透過又は散乱させることにより表示を行う。また、樹脂部も屈折率の異方性を有していてもよい。光散乱型液晶素子に印加される電圧に従って液晶分子が一定方向に配列するとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差が小さくなり、当該方向に沿って入射する光は液晶部で散乱されることなく透過する。したがって、光散乱型液晶素子は当該方向からは透明な状態に視認される。一方で、印加される電圧に従って液晶分子の配列がランダムとなるとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差に大きな変化が生じないため、入射する光は液晶部で散乱される。したがって、光散乱型液晶素子は視認の方向を問わず不透明の状態となる。
【0215】
図１３（Ａ）は、図１２（Ａ）の表示装置の液晶素子４０１３を光散乱型液晶素子４０１６に置き換えた構成である。光散乱型液晶素子４０１６は、液晶部及び樹脂部を有する複合層４００９、ならびに電極層４０３０、４０３１を有する。フィールドシーケンシャル駆動に関する要素は、図１２（Ａ）と同じであるが、光散乱型液晶素子４０１６を用いる場合は、配向膜及び偏光板が不要となる。なお、スペーサ４０３５は球状の形態で図示しているが、柱状であってもよい。
【0216】
図１３（Ｂ）は、図１２（Ｂ）の表示装置の液晶素子４０１３を光散乱型液晶素子４０１６に置き換えた構成である。図１２（Ｂ）の構成では、光散乱型液晶素子４０１６に電圧を印加しないときに光を透過し、電圧を印加したときに光を散乱させるモードで動作する構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、ノーマル状態（表示をさせない状態）で透明な表示装置とすることができる。この場合は、光を散乱させる動作を行ったときにカラー表示を行うことができる。
【0217】
【0218】
図１４（Ａ）は、基板４００１が導光板としての機能を有する構成である。基板４００１の外側の面には、凹凸形状を設けてもよい。当該構成では、導光板を別途設ける必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。また、当該導光板による光の減衰もなくなるため、発光素子４３４２が射出する光を効率良く利用することができる。
【0219】
図１４（Ｂ）は、複合層４００９の端部近傍から光を入射する構成である。複合層４００９と基板４００６との界面、及び複合層４００９と基板４００１との界面での全反射を利用し、光散乱型液晶素子から外部に光を射出することができる。複合層４００９の樹脂部には、基板４００１及び基板４００６よりも屈折率が大きい材料を用いる。
【0220】
なお、発光素子４３４２は表示装置の一辺に設けるだけでなく、図１４（Ｃ）に示すように対向する二辺に設けてもよい。さらに、三辺又は四辺に設けてもよい。発光素子４３４２を複数の辺に設けることで、光の減衰を補うことができ、大面積の表示素子にも対応することができる。
【0221】
図１４（Ｄ）は、発光素子４３４２から射出される光がミラー４３４５を介して表示装置に導光される構成である。当該構成により表示装置に一定の角度からの導光を行いやすくなるため、効率良く全反射光を得ることができる。
【0222】
図１４（Ｅ）は、複合層４００９上に層４００３及び層４００４の積層を有する構成である。層４００３及び層４００４の一方はガラス基板などの支持体であり、他方は無機膜、有機樹脂のコーティング膜又はフィルムなどで形成することができる。複合層４００９の樹脂部には、層４００４よりも屈折率が大きい材料を用いる。また、層４００４には層４００３よりも屈折率が大きい材料を用いる。
【0223】
複合層４００９と層４００４との間には一つ目の界面が形成され、層４００４と層４００３との間には二つ目の界面が形成される。当該構成により、一つ目の界面で全反射されず通り抜けた光を二つ目の界面で全反射させ、複合層４００９に戻すことができる。したがって、発光素子４３４２が射出する光を効率良く利用することができる。
【0224】
【0225】
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。
【0226】
（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。
【0227】
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。
【0228】
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図１５（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１５（Ａ１）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１５（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１５（Ａ１）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。
【0229】
また、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及び電極７４４ｂを有する。電極７４４ａ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７４４ｂ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７４４ａの一部、及び電極７４４ｂの一部は、絶縁層７４１上に形成される。
【0230】
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及び電極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及び電極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。
【0231】
また、トランジスタ８１０は、電極７４４ａ、電極７４４ｂ及び絶縁層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。
【0232】
半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、電極７２４ａ及び電極７２４ｂ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＋層）となる。したがって、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。
【0233】
半導体層７４２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７２４ａ及び電極７２４ｂ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。
【0234】
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７２４ａの間、及び半導体層７４２と電極７２４ｂ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。
【0235】
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、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７２９を省略することもできる。
【0236】
図１５（Ａ２）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と同様の材料及び方法で形成することができる。
【0237】
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。
【0238】
また、電極７４６及び電極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、及び絶縁層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。
【0239】
なお、電極７４６又は電極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及び電極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。
【0240】
半導体層７４２を挟んで電極７４６及び電極７２３を設けることで、更には、電極７４６及び電極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。
【0241】
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。
【0242】
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。
【0243】
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。
【0244】
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。
【0245】
図１５（Ｂ１）は、図１５（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７２９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。
【0246】
図１５（Ｂ２）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。
【0247】
絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａ及び電極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及び電極７４４ｂの形成時に半導体層７４２の薄膜化を防ぐことができる。
【0248】
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。
【0249】
図１５（Ｃ１）に示すトランジスタ８２５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及び電極７４４ｂを形成する。このため、電極７４４ａ及び電極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。
【0250】
図１５（Ｃ２）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。
【0251】
図１６（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。
【0252】
図１６（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７４２は、ゲート電極とバックゲート電極と挟まれている。
【0253】
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又はバックゲート電極に覆われた構成である。
【0254】
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。
【0255】
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。
【0256】
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。
【0257】
〔トップゲート型トランジスタ〕
図１７（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７２９を形成した後に電極７４４ａ及び電極７４４ｂ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７４４ａ及び電極７４４ｂは、絶縁層７２８及び絶縁層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１７（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７２９を形成した後に電極７４４ａ及び電極７４４ｂ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７４４ａ及び電極７４４ｂは、絶縁層７２８及び絶縁層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。
【0258】
また、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７５５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７５５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７５５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。
【0259】
図１７（Ａ２）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。
【0260】
また、図１７（Ｂ１）に示すトランジスタ８４４及び図１７（Ｂ２）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１７（Ｃ１）に示すトランジスタ８４６及び図１７（Ｃ２）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。
【0261】
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７５５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。
【0262】
図１８（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。
【0263】
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。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、及びトランジスタ８４７をＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造としなくてもよい。
【0264】
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。
【0265】
（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又は画像再生装置、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１９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又は画像再生装置、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１９に示す。
【0266】
図１９（Ａ）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。
【0267】
図１９（Ｂ）はデジタルサイネージであり、柱９２１の側面に大型の表示部９２２が取り付けられた構成を有する。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。
【0268】
図１９（Ｃ）は携帯電話機の一例であり、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及び表示部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。
【0269】
図１９（Ｄ）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及びレンズ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。
【0270】
図１９（Ｅ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー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。
【0271】
図１９（Ｆ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、スピーカ９１３、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。
【0272】
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。
【0273】
（実施の形態５）
本実施の形態では、トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物について説明する。
本実施の形態では、トランジスタのチャネル形成領域に好適に用いることができる金属酸化物について説明する。
【0274】
トランジスタに用いる半導体材料としては、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、インジウムを含む金属酸化物などであり、例えば、後述するＣＡＣ－ＯＳなどを用いることができる。
【0275】
シリコンよりもバンドギャップが広く、且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、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子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。
【0276】
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛及び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、ネオジム又はハフニウム等の金属）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。
【0277】
半導体層を構成する金属酸化物が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。
【0278】
半導体層としては、キャリア密度の低い金属酸化物を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が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以上のキャリア密度の金属酸化物を用いることができる。そのような金属酸化物を、高純度真性又は実質的に高純度真性な金属酸化物と呼ぶ。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金属酸化物であるといえる。
【0279】
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及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成の酸化物半導体を用いればよい。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密度や不純物濃度、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。
【0280】
半導体層を構成する金属酸化物において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、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。
【0281】
また、アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、金属酸化物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二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属又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以下とする。
【0282】
また、半導体層を構成する金属酸化物に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている金属酸化物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二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。
【0283】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、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、ＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ－ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、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）、及び非晶質酸化物半導体などがある。
【0284】
また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、ＣＡＣ－ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【0285】
なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体又はＣＡＣ－ＯＳを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、ｎｃ－ＯＳ又はＣＡＡＣ－ＯＳを好適に用いることができる。
【0286】
なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、ＣＡＣ－ＯＳを用いると好ましい。ＣＡＣ－ＯＳを用いることで、トランジスタに高い電気特性又は高い信頼性を付与することができる。
【0287】
なお、半導体層がＣＡＡＣ－ＯＳの領域、多結晶酸化物半導体の領域、ｎｃ－ＯＳの領域、擬似非晶質酸化物半導体の領域、及び非晶質酸化物半導体の領域のうち、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、又は積層構造を有する場合がある。
【0288】
以下では、本発明の一態様で開示される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。
【0289】
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。
【0290】
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。
【0291】
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。
【0292】
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。
【0293】
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。
【0294】
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。
【0295】
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。
【0296】
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。
【0297】
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、明確な境界が観察できない場合がある。
【0298】
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。
【0299】
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。
【0300】
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。
【0301】
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。
【0302】
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。
【0303】
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。
【0304】
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。
【0305】
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。
【0306】
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。
【0307】
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。
【0308】
また、半導体層にＣＡＣ－ＯＳを有するトランジスタは電界効果移動度が高く、且つ駆動能力が高いので、該トランジスタを、駆動回路、代表的にはゲート信号を生成する走査線駆動回路に用いることで、額縁幅の狭い表示装置を提供することができる。また、該トランジスタを、表示装置が有する信号線駆動回路（とくに、信号線駆動回路が有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
【0309】
また、半導体層にＣＡＣ－ＯＳを有するトランジスタは低温ポリシリコンを用いたトランジスタのように、レーザ結晶化工程が不要である。これのため、大面積基板を用いた表示装置であっても、製造コストを低減することが可能である。さらに、ウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」）、スーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」）のように高解像度であり、且つ大型の表示装置において、半導体層にＣＡＣ－ＯＳを有するトランジスタを駆動回路及び表示部に用いることで、短時間での書き込みが可能であり、表示不良を低減することが可能であり好ましい。
【0310】
又は、トランジスタのチャネルが形成される半導体にシリコンを用いてもよい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。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。
【0311】
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。
【符号の説明】
【0312】
ＦＮ１：ノード、ＦＮ２：ノード、Ｇ１：配線、Ｇ２：配線、Ｇ３：配線、Ｍ１：端子、Ｍ２：端子、Ｍ３ａ：端子、Ｍ３ａ１：端子、Ｍ３ａ２：端子、Ｍ３ａ３：端子、Ｍ３ｂ：端子、Ｍ３ｂ１：端子、Ｍ３ｂ２：端子、Ｍ３ｂ３：端子、Ｍ３ｃ：端子、Ｍ３ｃ１：端子、Ｍ３ｃ２：端子、Ｍ３ｃ３：端子、ＭＮ１：配線、ＭＰ１：端子、ＭＰ２：端子、Ｐ１：光センサ、Ｓ１：配線、ＳＷ１：スイッチ、１０：画素、１０Ａ：画素、１１：トランジスタ、１２：トランジスタ、１２Ｔ：トランジスタ、１２Ｔ１：トランジスタ、１２Ｔ２：トランジスタ、１２Ｔ３：トランジスタ、１３：トランジスタ、１４：容量素子、１５：発光素子、１５Ｔ：発光素子、１５Ｔ１：発光素子、１５Ｔ２：発光素子、１６：電流電圧変換素子、１８：トランジスタ、１９：容量素子、１００：表示装置、１００Ａ：表示装置、１１１：フレームメモリ、１１２：タイミング制御部、１２０：表示パネル、１２１：ソースドライバ、１２２：ゲートドライバ、１２３：表示領域、１２４：モニタ回路、１２４Ａ：モニタ回路、１２４Ｂ：モニタ回路、１２４Ｂ２：モニタ回路、１３０：演算部、１３０Ａ：演算部、１３０Ｂ：演算部、１３１：第１演算部、１３１ａ：第３演算部、１３２：第２演算部、１３２ａ：第４演算部、１３３：補正演算部、１３４：回路、１３４Ａ：回路、１３４Ｂ：回路、１３４Ｃ：回路
【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】