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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】2024-07-08
(45)【発行日】2024-07-17
(54)【発明の名称】表示装置、表示モジュール、及び電子機器
(51)【国際特許分類】
G09F 9/33 20060101AFI20240709BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20240709BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20240709BHJP
H01L 33/00 20100101ALI20240709BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
G09F9/33
G09F9/00 342
G09F9/00 348Z
G09F9/00 366A
G09F9/30 336
G09F9/30 338
G09F9/30 349A
H01L33/00 L
H01L33/62
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020540867
(86)(22)【出願日】2019-08-22
(86)【国際出願番号】 IB2019057065
(87)【国際公開番号】W WO2020049392
(87)【国際公開日】2020-03-12
【審査請求日】2022-08-19
(31)【優先権主張番号】P 2018166335
(32)【優先日】2018-09-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(31)【優先権主張番号】P 2018166336
(32)【優先日】2018-09-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000153878
【氏名又は名称】株式会社半導体エネルギー研究所
(72)【発明者】
【氏名】山崎 舜平
(72)【発明者】
【氏名】楠 紘慈
(72)【発明者】
【氏名】江口 晋吾
(72)【発明者】
【氏名】池田 隆之
【審査官】村上 遼太
(56)【参考文献】
【文献】特許第６１３１３７４（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開２０１３－１３７５０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５３８２９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１０９２５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１３０６４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１６－５１２３４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０７８２７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０３７２５１４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／００８３２１８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１６６６４３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－０１０４０８６（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１７４１４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／１１６８１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特表２０１５－５０１０８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１６／２０３３４０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３４５８０１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３０５２０２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１１３１４０６６１（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０９Ｆ９／００－９／４６
Ｈ０１Ｌ２１／３３６
２９／７８６
３３／００
３３／４８－３３／６４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のトランジスタ、第１乃至第４の絶縁層、第１の導電層及び第２の導電層が設けられた第１の基板と、複数の発光ダイオードがマトリクス状に設けられた第２の基板と、が貼り合わされた表示装置であって、前記複数のトランジスタは、それぞれ、前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続され、
前記複数のトランジスタは、それぞれ、前記第１の基板の上方の第１のゲート電極、前記第１のゲート電極の上方に設けられ、かつチャネル形成領域を有する金属酸化物層、及び前記金属酸化物層の上方の第２のゲート電極と、を有し、
前記金属酸化物層は、Ｉｎ、Ｇａ及びＺｎを有し
前記第１のゲート電極は、前記第１の絶縁層に埋め込まれるように設けられ、且つ前記第１のゲート電極の上面の高さは、前記第１の絶縁層の上面の高さと概略一致しており、
前記第２のゲート電極は、前記第２の絶縁層に埋め込まれるように設けられた領域を有し、且つ前記第２のゲート電極の上面の高さは、前記第２の絶縁層の上面の高さと概略一致しており、
前記第３の絶縁層は、前記第２のゲート電極の上面に接する領域と、前記第２の絶縁層の上面に接する領域とを有し、
前記第４の絶縁層は、前記第３の絶縁層の上方に設けられ、
前記第１の導電層及び前記第２の導電層の各々は、前記第４の絶縁層の上面に接する領域を有し、
前記複数の発光ダイオードの一の画素電極は、第１の導電性ペーストを介して、前記第１の導電層と電気的に接続され、
前記第１の導電層は、前記複数のトランジスタの一と電気的に接続され、
前記複数の発光ダイオードの一の共通電極は、第２の導電性ペーストを介して、前記第２の導電層と電気的に接続され、
前記複数のトランジスタの一のチャネル長方向における断面視において、前記第１の導電層の幅は、前記複数の発光ダイオードの一の画素電極の幅よりも大きく、且つ前記第２の導電層の幅は、前記複数の発光ダイオードの共通電極の幅よりも大きい、表示装置。
【請求項2】
請求項１において、前記複数の発光ダイオードの各々は、光を射出する領域の面積が１００００μｍ２以下である、表示装置。
【請求項3】
請求項１又は２において、前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードである、表示装置。
【請求項4】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記複数の発光ダイオードは、第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードを有し、
前記第１の発光ダイオードと前記第２の発光ダイオードとは、互いに異なる色の光を呈する、表示装置。
【請求項5】
請求項４において、前記第１の発光ダイオードと電気的に接続される第１のトランジスタと、前記第２の発光ダイオードと電気的に接続される第２のトランジスタと、は、チャネル長及びチャネル幅の一方または双方が互いに異なる構造である、表示装置。
【請求項6】
請求項１乃至３のいずれか一において、前記複数の発光ダイオードは、いずれも同じ色の光を呈する、表示装置。
【請求項7】
請求項１乃至６のいずれか一において、さらに、駆動回路を有し、
前記駆動回路は、複数の回路用トランジスタを有し、
前記複数の回路用トランジスタは、それぞれ、半導体基板にチャネル形成領域を有し、
前記第１の基板は、前記第２の基板と前記半導体基板との間に位置する、表示装置。
【請求項8】
請求項１乃至７のいずれか一において、さらに、機能層を有し、
前記機能層は、前記第２の基板と前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つとの間に位置し、
前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、前記機能層を介して、前記第２の基板側に光を発し、
前記機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有する、表示装置。
【請求項9】
請求項１乃至８のいずれか一において、さらに、タッチセンサを有し、
前記発光ダイオードは、前記第２の基板を介して、前記タッチセンサ側に光を発する、表示装置。
【請求項10】
請求項１乃至９のいずれか一に記載の表示装置と、コネクタまたは集積回路と、を有する、表示モジュール。
【請求項11】
請求項１０に記載の表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち少なくとも一つと、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、表示モジュール、電子機器、及びこれらの作製方法に関する。
【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。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【0003】
近年、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））を表示素子に用いた表示装置が提案されている（例えば特許文献１）。マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置は、高輝度、高コントラスト、長寿命などの利点があり、次世代の表示装置として研究開発が活発である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３６７７０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置は、ＬＥＤチップの実装にかかる時間が極めて長く、製造コストの削減が課題となっている。例えば、ピック・アンド・プレイス方式では、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ異なるウエハ上に作製し、ＬＥＤを１つずつ切り出して回路基板に実装する。したがって、表示装置の画素数が多いほど、実装するＬＥＤの個数が増え、実装にかかる時間が長くなる。また、表示装置の精細度が高いほど、ＬＥＤの実装の難易度が高くなる。
【0006】
本発明の一態様は、精細度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、表示品位の高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、消費電力の低い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。
【0007】
本発明の一態様は、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置の製造コストを削減することを課題の一とする。本発明の一態様は、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置を製造することを課題の一とする。
【0008】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様の表示装置は、基板、絶縁層、複数のトランジスタ、及び、複数の発光ダイオードを有する。複数の発光ダイオードは、基板にマトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。複数の発光ダイオードは、複数のトランジスタよりも基板側に位置する。複数の発光ダイオードは、基板側に光を発する。複数のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層、及びゲート電極を有する。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有する。ゲート電極の上面の高さは、絶縁層の上面の高さと概略一致している。
【0010】
または、本発明の一態様の表示装置は、基板、絶縁層、複数のトランジスタ、及び、複数の発光ダイオードを有する。複数の発光ダイオードは、基板にマトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。複数の発光ダイオードは、複数のトランジスタよりも基板側に位置する。複数の発光ダイオードは、基板側に光を発する。複数のトランジスタは、それぞれ、金属酸化物層、ゲート絶縁層、ゲート電極、第１の導電層、及び第２の導電層を有する。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層は、第１の導電層と重なる第１の領域と、第２の導電層と重なる第２の領域と、第１の領域と第２の領域の間の第３の領域と、を有する。第１の導電層及び第２の導電層は、金属酸化物層上に互いに離間して位置する。絶縁層は、第１の導電層上及び第２の導電層上に位置する。絶縁層は、第３の領域と重なる開口を有する。ゲート絶縁層は、開口の内側に位置し、かつ、絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なる。ゲート電極は、開口の内側に位置し、かつ、ゲート絶縁層を介して、絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なる。
【0011】
複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。
【0012】
複数の発光ダイオードは、互いに異なる色の光を呈する第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードを有していてもよい。このとき、第１の発光ダイオードと電気的に接続される第１のトランジスタと、第２の発光ダイオードと電気的に接続される第２のトランジスタと、は、チャネル長及びチャネル幅の一方または双方が互いに異なる構造であってもよい。
【0013】
または、複数の発光ダイオードは、いずれも同じ色の光を呈してもよい。
【0014】
本発明の一態様の表示装置は、さらに、駆動回路を有することが好ましい。駆動回路は、複数の回路用トランジスタを有する。複数の回路用トランジスタは、それぞれ、半導体基板にチャネル形成領域を有する。絶縁層、複数のトランジスタ、及び複数の発光ダイオードは、それぞれ、基板と半導体基板の間に位置する。複数のトランジスタは、複数の回路用トランジスタよりも基板側に位置する。
【0015】
本発明の一態様の表示装置は、さらに、機能層を有することが好ましい。機能層は、基板と複数の発光ダイオードの少なくとも一つとの間に位置する。複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、機能層を介して、基板側に光を発する。機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有する。
【0016】
本発明の一態様の表示装置は、さらに、タッチセンサを有することが好ましい。発光ダイオードは、基板を介して、タッチセンサ側に光を発する。
【0017】
本発明の一態様は、上記の構成の表示装置を有し、フレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＦＰＣと記す）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等のコネクタが取り付けられたモジュール、またはＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式もしくはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式等により集積回路（ＩＣ）が実装されたモジュール等のモジュールである。
【0018】
本発明の一態様は、上記のモジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち、少なくとも一つと、を有する電子機器である。
【0019】
本発明の一態様は、第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、第１の基板上または第２の基板上に、複数のトランジスタの少なくとも一つまたは複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続する第１の導電体を形成し、第１の導電体を介して、複数のトランジスタの少なくとも一つと複数の発光ダイオードの少なくとも一つとが電気的に接続されるように、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせ、複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いる、表示装置の作製方法である。複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。
【0020】
本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第１の導電体を第１の基板上に形成することで、第１の導電体と複数のトランジスタの少なくとも一つとを電気的に接続させ、第２の基板上に、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続する第２の導電体を形成し、第１の導電体と第２の導電体とが接するように、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせてもよい。
【0021】
本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、第２の基板を剥離し、第２の基板を剥離することで露出した面に、第３の基板を貼り合わせてもよい。
【0022】
または、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、第２の基板を研磨することで、第２の基板の厚さを薄くし、第２の基板の研磨した面に、第３の基板を貼り合わせてもよい。
【発明の効果】
【0023】
本発明の一態様により、精細度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、表示品位の高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、消費電力の低い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、信頼性の高い表示装置を提供できる。
【0024】
本発明の一態様により、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置の製造コストを削減できる。本発明の一態様により、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示素子に用いた表示装置を製造できる。
【0025】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【0028】
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【0029】
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【0030】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
【0031】
【0032】
［表示装置の概要］
本実施の形態の表示装置は、表示素子である発光ダイオードと、表示素子を駆動するトランジスタと、をそれぞれ複数有する。複数の発光ダイオードは、可視光に対する透過性を有する基板にマトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。複数の発光ダイオードは、複数のトランジスタよりも当該基板側に位置する。複数の発光ダイオードは、当該基板側に光を発する。
本実施の形態の表示装置は、表示素子である発光ダイオードと、表示素子を駆動するトランジスタと、をそれぞれ複数有する。複数の発光ダイオードは、可視光に対する透過性を有する基板にマトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。複数の発光ダイオードは、複数のトランジスタよりも当該基板側に位置する。複数の発光ダイオードは、当該基板側に光を発する。
【0033】
本実施の形態の表示装置は、互いに異なる基板上に形成された複数のトランジスタと複数の発光ダイオードと、を貼り合わせることで形成される。
【0034】
本実施の形態の表示装置の作製方法では、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせるため、画素数の多い表示装置や高精細な表示装置を作製する場合であっても、発光ダイオードを１つずつ回路基板に実装する方法に比べて、表示装置の製造時間を短縮でき、また、製造の難易度を低くすることができる。
【0035】
本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードを用いて映像を表示する機能を有する。発光ダイオードは自発光素子であるため、表示素子として発光ダイオードを用いる場合、表示装置にはバックライトが不要であり、また偏光板を設けなくてもよい。したがって、表示装置の消費電力を低減することができ、また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。また、表示素子として発光ダイオードを用いた表示装置は、コントラストが高く視野角が広いため、高い表示品位を得ることができる。また、発光材料に無機材料を用いることで、表示装置の寿命を長くし、信頼性を高めることができる。
【0036】
本実施の形態では、特に、発光ダイオードとして、マイクロＬＥＤを用いる場合の例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロＬＥＤについて説明する。ただし、発光ダイオードに特に限定はなく、例えば、量子井戸接合を有するマイクロＬＥＤ、ナノコラムを用いたＬＥＤなどを用いてもよい。
【0037】
発光ダイオードの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに好ましい。なお、本明細書等において、光を射出する領域の面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤと記す場合がある。
【0038】
表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。金属酸化物を用いたトランジスタは、消費電力を低くすることができる。そのため、マイクロＬＥＤと組み合わせることで、極めて消費電力の低減された表示装置を実現することができる。
【0039】
特に、本実施の形態の表示装置は、ゲート電極の上面の高さが、絶縁層の上面の高さと概略一致しているトランジスタを有することが好ましい。例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いて平坦化処理を施すことで、ゲート電極の上面と絶縁層の上面を平坦化し、ゲート電極の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
【0040】
このような構成のトランジスタは、サイズを小さくすることが容易である。トランジスタのサイズを小さくすることで、画素のサイズを小さくすることができるため、表示装置の精細度を高めることができる。
【0041】
本実施の形態の表示装置は精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型やブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、メガネ型のＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、またはＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
【0042】
【0043】
【0044】
図２（Ａ）に、ＬＥＤ基板１５０Ａの断面図を示す。
【0045】
ＬＥＤ基板１５０Ａは、基板１０１、発光ダイオード１１０ａ、発光ダイオード１１０ｂ、及び、保護層１０２を有する。
【0046】
発光ダイオード１１０ａは、電極１１２ａ、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、半導体層１１５ａ、及び電極１１６ａを有する。発光ダイオード１１０ｂは、電極１１２ｂ、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、半導体層１１５ｂ、及び電極１１６ｂを有する。
【0047】
電極１１２ａは、半導体層１１３ａと電気的に接続されている。電極１１６ａは、半導体層１１５ａと電気的に接続されている。電極１１２ｂは、半導体層１１３ｂと電気的に接続されている。電極１１６ｂは、半導体層１１５ｂと電気的に接続されている。保護層１０２は、基板１０１、半導体層１１３ａ、１１３ｂ、発光層１１４ａ、１１４ｂ、及び、半導体層１１５ａ、１１５ｂを覆うように設けられる。保護層１０２は、電極１１２ａ、１１２ｂの側面及び電極１１６ａ、１１６ｂの側面を覆っており、電極１１２ａ、１１２ｂの上面及び電極１１６ａ、１１６ｂの上面と重なる開口を有する。当該開口において、電極１１２ａ、１１２ｂの上面及び電極１１６ａ、１１６ｂの上面は露出している。
【0048】
発光層１１４ａは、半導体層１１３ａと半導体層１１５ａとに挟持されている。発光層１１４ｂは、半導体層１１３ｂと半導体層１１５ｂとに挟持されている。発光層１１４ａ、１１４ｂでは、電子と正孔が結合して光を発する。半導体層１１３ａ、１１３ｂと半導体層１１５ａ、１１５ｂとのうち、一方はｎ型の半導体層であり、他方はｐ型の半導体層である。
【0049】
半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、及び半導体層１１５ａを含む積層構造、及び、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、及び半導体層１１５ｂを含む積層構造は、それぞれ、赤色、黄色、緑色、または青色などの光を呈するように形成される。２つの積層構造は異なる色の光を呈することが好ましい。これらの積層構造には、例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、ガリウム窒化物、インジウム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いることができる。
【0050】
発光ダイオード１１０ａと発光ダイオード１１０ｂとを、互いに異なる色の光を呈するように形成することにより、色変換層を形成する工程が不要となる。したがって、表示装置の製造コストを抑制することができる。
【0051】
また、２つの積層構造が同じ色の光を呈してもよい。このとき、発光層１１４ａ、１１４ｂから発せられた光は、色変換層及び着色層の一方又は双方を介して、表示装置の外部に取り出されてもよい。なお、各色の画素が、同一の色の光を呈する発光ダイオードを有する構成は、表示装置の構成例２で後述する。
【0052】
また、本実施の形態の表示装置は、赤外光を呈する発光ダイオードを有していてもよい。赤外光を呈する発光ダイオードは、例えば、赤外光センサの光源として用いることができる。
【0053】
基板１０１としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの単結晶基板を用いることができる。
【0054】
図１に示すように、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂの光は、基板１０１側に射出される。したがって、基板１０１は、可視光に対する透過性を有することが好ましい。例えば、研磨などにより厚さを薄くすることで、基板１０１の可視光に対する透過性を高めることができる。
【0055】
図２（Ｂ）に、回路基板１５０Ｂの断面図を示す。
【0056】
回路基板１５０Ｂは、基板１５１、絶縁層１５２、トランジスタ１２０ａ、トランジスタ１２０ｂ、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８７、導電層１８９、絶縁層１８６、絶縁層１８８、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄを有する。回路基板１５０Ｂは、さらに、絶縁層１６２、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５等の絶縁層を有する。これら絶縁層の一つまたは複数は、トランジスタの構成要素とみなされる場合もあるが、本実施の形態では、トランジスタの構成要素に含めずに説明する。
【0057】
基板１５１としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁性基板、または、シリコンや炭化シリコンなどを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板などの半導体基板を用いることができる。
【0058】
基板１５１は、可視光を遮る（可視光に対して非透過性を有する）ことが好ましい。基板１５１が可視光を遮ることで、基板１５１に形成されたトランジスタ１２０ａ、１２０ｂに外部から光が入り込むことを抑制することができる。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、基板１５１は可視光に対する透過性を有していてもよい。
【0059】
基板１５１上には、絶縁層１５２が設けられている。絶縁層１５２は、基板１５１から水や水素などの不純物が、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂに拡散すること、及び金属酸化物層１６５から絶縁層１５２側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層１５２としては、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素や酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
【0060】
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、導電層１６１、絶縁層１６３、絶縁層１６４、金属酸化物層１６５、一対の導電層１６６、絶縁層１６７、導電層１６８等を有する。
【0061】
金属酸化物層１６５は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層１６５は、一対の導電層１６６の一方と重なる第１の領域と、一対の導電層１６６の他方と重なる第２の領域と、当該第１の領域と当該第２の領域の間の第３の領域と、を有する。
【0062】
絶縁層１５２上に導電層１６１及び絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１及び絶縁層１６２を覆って絶縁層１６３及び絶縁層１６４が設けられている。金属酸化物層１６５は、絶縁層１６４上に設けられている。導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６３及び絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は絶縁層１６３及び絶縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる。絶縁層１６３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。金属酸化物層１６５と接する絶縁層１６４には、酸化シリコン膜などの酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
【0063】
ここで、導電層１６１の上面の高さは、絶縁層１６２の上面の高さと概略一致している。例えば、絶縁層１６２に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層１６１を形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施すことで、導電層１６１の上面の高さと絶縁層１６２の上面の高さを揃えることができる。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
【0064】
一対の導電層１６６は、金属酸化物層１６５上に離間して設けられている。一対の導電層１６６は、ソース及びドレインとして機能する。金属酸化物層１６５及び一対の導電層１６６を覆って、絶縁層１８１が設けられ、絶縁層１８１上に絶縁層１８２が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口が設けられており、当該開口の内部に絶縁層１６７及び導電層１６８が埋め込まれている。当該開口は、上記第３の領域と重なる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８はゲート電極として機能し、絶縁層１６７はゲート絶縁層として機能する。導電層１６８は絶縁層１６７を介して金属酸化物層１６５と重なる。
【0065】
ここで、導電層１６８の上面の高さは、絶縁層１８２の上面の高さと概略一致している。例えば、絶縁層１８２に開口を設け、当該開口を埋めるように絶縁層１６７及び導電層１６８を形成した後、平坦化処理を施すことで、導電層１６８の上面の高さと絶縁層１８２の上面の高さを揃えることができる。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
【0066】
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、及び導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３及び絶縁層１８５が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。絶縁層１８１で一対の導電層１６６を覆うことで、絶縁層１８２に含まれる酸素により一対の導電層１６６が酸化してしまうことを抑制できる。
【0067】
一対の導電層１６６の一方及び導電層１８７と電気的に接続されるプラグが、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５に設けられた開口内に埋め込まれている。プラグは、当該開口の側面及び一対の導電層１６６の一方の上面に接する導電層１８４ｂと、当該導電層１８４ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１８４ａと、を有することが好ましい。このとき、導電層１８４ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。
【0068】
なお、図１では、絶縁層１８５上に導電層１８７が設けられ、導電層１８７上に絶縁層１８６が設けられている。絶縁層１８６は、導電層１８７に達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９が埋め込まれている。一方、図２（Ｂ）に示すように、絶縁層１８５上に導電層１８７及び絶縁層１８６が設けられ、導電層１８７上に絶縁層１８８が設けられていてもよい。ここで、導電層１８７の上面の高さは、絶縁層１８６の上面の高さと一致または概略一致している。例えば、絶縁層１８６に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層１８７を形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施すことで、導電層１８７の上面の高さと絶縁層１８６の上面の高さを揃えることができる。図２（Ｂ）において、絶縁層１８８は、導電層１８７に達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９が埋め込まれている。導電層１８９は導電層１８７と導電層１９０ａまたは導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。
【0069】
トランジスタ１２０ａの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８７及び導電層１８９を介して、導電層１９０ａと電気的に接続されている。
【0070】
同様に、トランジスタ１２０ｂの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８７、及び導電層１８９を介して、導電層１９０ｃと電気的に接続されている。
【0071】
なお、本実施の形態の表示装置を構成する各種導電層に用いることができる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅－マグネシウム－アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
【0072】
なお、本実施の形態の表示装置を構成する各種絶縁層に用いることができる材料としては、アクリル、ポリイミド、エポキシ、シリコーンなどの樹脂、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料が挙げられる。
【0073】
なお、回路基板１５０Ｂは、発光ダイオードの光を反射する反射層及び当該光を遮る遮光層の一方又は双方を有していてもよい。
【0074】
図１に示すように、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた電極１１２ａ、１１２ｂ、１１６ａ、１１６ｂは、それぞれ、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄと電気的に接続される。
【0075】
例えば、電極１１６ａと導電層１９０ａとは、導電体１１７ａを介して電気的に接続されている。これにより、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１１０ａとを電気的に接続することができる。電極１１６ａは、発光ダイオード１１０ａの画素電極として機能する。
【0076】
また、電極１１２ａと導電層１９０ｂとは、導電体１１７ｂを介して電気的に接続されている。電極１１２ａは、発光ダイオード１１０ａの共通電極として機能する。
【0077】
同様に、電極１１６ｂと導電層１９０ｃとは、導電体１１７ｃを介して電気的に接続されている。これにより、トランジスタ１２０ｂと発光ダイオード１１０ｂとを電気的に接続することができる。電極１１６ｂは、発光ダイオード１１０ｂの画素電極として機能する。
【0078】
また、電極１１２ｂと導電層１９０ｄとは、導電体１１７ｄを介して電気的に接続されている。電極１１２ｂは、発光ダイオード１１０ｂの共通電極として機能する。
【0079】
導電体１１７ａ～１１７ｄには、例えば、銀、カーボン、銅などの導電性ペーストや、金、はんだなどのバンプを好適に用いることができる。また、導電体１１７ａ～１１７ｄと接続される電極１１２ａ、１１２ｂ、１１６ａ、１１６ｂ、及び導電層１９０ａ～１９０ｄには、それぞれ、導電体１１７ａ～１１７ｄとのコンタクト抵抗の低い導電材料を用いることが好ましい。例えば、導電体１１７ａ～１１７ｄに銀ペーストを用いる場合、これらと接続される導電材料が、アルミニウム、チタン、銅、銀（Ａｇ）とパラジウム（Ｐｄ）と銅（Ｃｕ）の合金（Ａｇ－Ｐｄ－Ｃｕ（ＡＰＣ））などであると、コンタクト抵抗が低く好ましい。
【0080】
図２（Ｃ）では、導電体１１７ａ～１１７ｄを回路基板１５０Ｂ側に設け、ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わせる例を示す。または、導電体１１７ａ～１１７ｄをＬＥＤ基板１５０Ａ側に設け、ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わせてもよい。
【0081】
なお、１つのトランジスタに、複数の発光ダイオードが電気的に接続されていてもよい。
【0082】
次に、図３に、表示装置１００Ｂの断面図を示す。
【0083】
表示装置１００Ｂでは、トランジスタ１２０ａとトランジスタ１２０ｂとでチャネル長が互いに異なる例を示す。それ以外の構成は、表示装置１００Ａと同様である。
【0084】
発光ダイオード１１０ａを駆動するトランジスタ１２０ａと、発光ダイオード１１０ｂを駆動するトランジスタ１２０ｂと、は、トランジスタのサイズ、チャネル長、チャネル幅、及び構造などの少なくとも一つが互いに異なっていてもよい。例えば、発光ダイオード１１０ａと発光ダイオード１１０ｂとが互いに異なる色の光を呈する場合などでは、色ごとにトランジスタの構成を変えてもよい。具体的には、所望の輝度で発光させるために必要な電流量に応じて、色ごとにトランジスタのチャネル長及びチャネル幅の一方又は双方を変えてもよい。
【0085】
次に、図４に、表示装置１００Ｃの断面図を示す。
【0086】
表示装置１００Ｃは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ）と、金属酸化物にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ）と、を積層して有する。
【0087】
基板１３１としては、単結晶シリコン基板が好適である。トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、導電層１３５、絶縁層１３４、絶縁層１３６、一対の低抵抗領域１３３を有する。導電層１３５は、ゲートとして機能する。絶縁層１３４は、導電層１３５と基板１３１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層１３６は、導電層１３５の側面を覆って設けられ、サイドウォールとして機能する。一対の低抵抗領域１３３は、基板１３１における、不純物がドープされた領域であり、一方がトランジスタのソースとして機能し、他方がトランジスタのドレインとして機能する。
【0088】
また、基板１３１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタの間に、素子分離層１３２が設けられている。
【0089】
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂを覆って絶縁層１３９が設けられ、絶縁層１３９上に導電層１３８が設けられている。絶縁層１３９の開口に埋め込まれた導電層１３７を介して、導電層１３８は、一対の低抵抗領域１３３の一方と電気的に接続される。また導電層１３８を覆って絶縁層１４１が設けられ、絶縁層１４１上に導電層１４２が設けられている。導電層１３８及び導電層１４２は、それぞれ配線として機能する。また、導電層１４２を覆って絶縁層１４３及び絶縁層１５２が設けられ、絶縁層１５２上にトランジスタ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。絶縁層１５２から基板１０１までの積層構造は表示装置１００Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。
【0090】
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、画素回路を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、画素回路を構成するトランジスタや、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバの一方又は双方）を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂは、演算回路や記憶回路などの各種回路を構成するトランジスタとして用いることができる。
【0091】
このような構成とすることで、発光ダイオードの直下に画素回路だけでなく駆動回路等を形成することができるため、表示部の外側に駆動回路を設ける場合に比べて、表示装置を小型化することができる。また、狭額縁の（非表示領域の狭い）表示装置を実現することができる。
【0092】
【0093】
表示装置１００Ｄ及び表示装置１００Ｅでは、各色の画素が、同一の色の光を呈する発光ダイオードを有する。
【0094】
表示装置１００Ｄ及び表示装置１００Ｅは、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが設けられた基板１９１を有する。
【0095】
具体的には、基板１９１は、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲを有する。色変換層ＣＣＭＲは、青色の光を赤色の光に変換する機能を有する。
【0096】
図５（Ａ）、図５（Ｂ）では、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａが発した光は、色変換層ＣＣＭＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｄまたは表示装置１００Ｅの外部に射出される。
【0097】
図示しないが、同様に、基板１９１は、緑色の画素が有する発光ダイオードと重なる領域に、緑色の着色層と、青色の光を緑色に変換する色変換層と、を有する。これにより、緑色の画素が有する発光ダイオードが発した光は、色変換層により青色から緑色に変換され、着色層により緑色の光の純度が高められて、表示装置の外部に射出される。
【0098】
一方、基板１９１は、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、色変換層を有さない。基板１９１は、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、青色の着色層を有していてもよい。青色の着色層を設けると、青色の光の純度を高めることができる。青色の着色層を設けない場合、作製工程を簡略化できる。
【0099】
発光ダイオード１１０ｂが発した青色の光は、接着層１９２及び基板１９１を介して、表示装置１００Ｄまたは表示装置１００Ｅの外部に射出される。
【0100】
各色の画素で同じ構成の発光ダイオードを有する表示装置の作製では、基板上に１種類の発光ダイオードのみを作製すればよいため、複数種の発光ダイオードを作製する場合に比べて、製造装置及び工程を簡素化できる。
【0101】
基板１９１は、発光ダイオードからの光を取り出す側に位置するため、可視光に対する透過性の高い材料を用いることが好ましい。基板１９１に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、サファイア、樹脂などが挙げられる。基板１９１には、樹脂フィルムなどのフィルムを用いてもよい。これにより表示装置の軽量化、薄型化が可能となる。
【0102】
色変換層としては、蛍光体や量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）を用いることが好ましい。特に、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。
【0103】
色変換層は、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）、塗布法、インプリント法、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等を用いて形成することができる。また、量子ドットフィルムなどの色変換フィルムを用いてもよい。
【0104】
量子ドットを構成する材料としては、特に限定は無く、例えば、第１４族元素、第１５族元素、第１６族元素、複数の第１４族元素からなる化合物、第４族から第１４族に属する元素と第１６族元素との化合物、第２族元素と第１６族元素との化合物、第１３族元素と第１５族元素との化合物、第１３族元素と第１７族元素との化合物、第１４族元素と第１５族元素との化合物、第１１族元素と第１７族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスターなどが挙げられる。
【0105】
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いてもよい。
【0106】
量子ドットの構造としては、コア型、コア－シェル型、コア－マルチシェル型などが挙げられる。また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。
【0107】
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドットのサイズを変更させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ（直径）は、例えば、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、発光スペクトルがより狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。棒状の量子ドットである量子ロッドは、指向性を有する光を呈する機能を有する。
【0108】
着色層は特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。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。
【0109】
表示装置１００Ｄは、まず、表示装置１００Ａのように回路基板とＬＥＤ基板を貼り合わせ、その後、ＬＥＤ基板が有する基板１０１を剥離し、剥離により露出した面に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせることで作製できる。
【0110】
基板１０１の剥離方法に限定は無く、例えば、図６（Ａ）に示すように、レーザ光（Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を基板１０１の一面全体に照射する方法が挙げられる。これにより、基板１０１を剥離し、保護層１０２、及び発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂを露出することができる（図６（Ｂ））。
【0111】
レーザとしては、エキシマレーザ、固体レーザなどを用いることができる。例えば、ダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）を用いてもよい。
【0112】
基板１０１と発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂとの間に、剥離層を設けてもよい。
【0113】
剥離層は、有機材料または無機材料を用いて形成することができる。
【0114】
剥離層に用いることができる有機材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
【0115】
剥離層に用いることができる無機材料としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素を含む金属、該元素を含む合金、または該元素を含む化合物等が挙げられる。シリコンを含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
【0116】
接着層１９２には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
【0117】
また、表示装置１００Ｅに示すように、基板１０１に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせてもよい。つまり、基板１０１を剥離しなくてもよい。
【0118】
このとき、研磨などにより、基板１０１の厚さを薄くすることが好ましい。これにより、発光ダイオードが発する光の取り出し効率を高めることができる。また、表示装置の薄型化、軽量化も可能となる。
【0119】
表示装置１００Ｅは、まず、表示装置１００Ａのように回路基板とＬＥＤ基板を貼り合わせ、その後、ＬＥＤ基板が有する基板１０１を研磨し、基板１０１の研磨した面に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせることで作製できる。
【0120】
［表示装置の構成例３］
図７に、表示装置１００Ｆの断面図を示す。
図７に、表示装置１００Ｆの断面図を示す。
【0121】
本発明の一態様の表示装置は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）であってもよい。上述の各表示装置の構成を、タッチパネルに適用することができる。表示装置１００Ｆは、表示装置１００Ａにタッチセンサを搭載する例である。
【0122】
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、検知素子として適用することができる。
【0123】
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。
【0124】
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。
【0125】
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。
【0126】
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また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。
【0127】
表示装置１００Ｆにおいて、基板１５１から基板１０１までの積層構造は、表示装置１００Ａと同様のため、詳細な説明は省略する。
【0128】
導電層１８７ｂは、導電層１８９ｂ、導電層１９０ｅ、及び導電体１９５を介して、ＦＰＣ１と電気的に接続されている。表示装置１００Ｆには、ＦＰＣ１を介して、信号及び電力が供給される。
【0129】
導電層１８７ｂは、導電層１８７ａと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。導電層１８９ｂは、導電層１８９ａと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。導電層１９０ｅは、導電層１９０ａ～１９０ｄと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
【0130】
導電体１９５としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【0131】
基板１７１にタッチセンサが設けられている。基板１７１のタッチセンサが設けられている面を基板１０１側に向けて、基板１７１と基板１０１とが、接着層１７９によって貼り合わされている。
【0132】
基板１７１の基板１０１側には、電極１７７及び電極１７８が設けられている。電極１７７及び電極１７８は同一平面上に形成されている。電極１７７及び電極１７８には、可視光を透過する材料を用いる。絶縁層１７３は、電極１７７及び電極１７８を覆うように設けられている。電極１７４は、絶縁層１７３に設けられた開口を介して、電極１７７を挟むように設けられる２つの電極１７８と電気的に接続している。
【0133】
電極１７７、１７８と同一の導電層を加工して得られた配線１７２が、電極１７４と同一の導電層を加工して得られた導電層１７５と接続している。導電層１７５は、接続体１７６を介してＦＰＣ２と電気的に接続される。
【0134】
［トランジスタの構成例］
本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタは、図１等に示したトランジスタ１２０ａ、１２０ｂの構成に限定されない。以下では、図８及び図９を用いて、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタの構成例について説明する。
本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタは、図１等に示したトランジスタ１２０ａ、１２０ｂの構成に限定されない。以下では、図８及び図９を用いて、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタの構成例について説明する。
【0135】
図８（Ａ）にトランジスタ３００の上面図を示す。なお、図８（Ａ）では、図の明瞭化のため、一部の要素の図示を省略する。図８（Ｂ）に、図８（Ａ）における一点鎖線Ａ１－Ａ２間の断面図を示す。図８（Ｂ）は、トランジスタ３００のチャネル長方向の断面図といえる。図８（Ｃ）に、図８（Ａ）における一点鎖線Ａ３－Ａ４間の断面図を示す。図８（Ｃ）は、トランジスタ３００のチャネル幅方向の断面図といえる。
【0136】
図９（Ａ）にトランジスタ３００Ａの上面図を示す。なお、図９（Ａ）では、図の明瞭化のため、一部の要素の図示を省略する。図９（Ｂ）に、図９（Ａ）における一点鎖線Ａ１－Ａ２間の断面図を示す。図９（Ｂ）は、トランジスタ３００Ａのチャネル長方向の断面図といえる。図９（Ｃ）に、図９（Ａ）における一点鎖線Ａ３－Ａ４間の断面図を示す。図９（Ｃ）は、トランジスタ３００Ａのチャネル幅方向の断面図といえる。
【0137】
なお、図９に示すトランジスタ３００Ａは、図８に示すトランジスタ３００の変形例である。酸化物層３３０ｃ、絶縁層３５４、及び絶縁層３８０が、図８ではそれぞれ単層構造であり、図９ではそれぞれ積層構造である。その他の構成は、図８と図９で同様である。
【0138】
なお、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、またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域、またはソース電極）の間にチャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）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。
【0139】
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場合がある。
【0140】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【0141】
チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル形成領域の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【0142】
なお、本明細書等において、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【0143】
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【0144】
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
【0145】
トランジスタ３００は、基板（図示しない）上に絶縁層３１４を介して配置され、絶縁層３１６に埋め込まれるように配置された導電層３０５と、絶縁層３１６上及び導電層３０５上に配置された絶縁層３２２と、絶縁層３２２上に配置された絶縁層３２４と、絶縁層３２４上に配置された酸化物層３３０（酸化物層３３０ａ、酸化物層３３０ｂ、及び酸化物層３３０ｃ）と、酸化物層３３０上に配置された絶縁層３５０と、絶縁層３５０上に配置された導電層３６０（導電層３６０ａ及び導電層３６０ｂ）と、酸化物層３３０ｂの上面の一部と接する導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂと、絶縁層３２４の上面の一部、酸化物層３３０ａの側面、酸化物層３３０ｂの側面、導電層３４２ａの側面及び上面、並びに、導電層３４２ｂの側面及び上面に接して配置された絶縁層３５４と、を有する。
【0146】
トランジスタ３００上には、それぞれ層間膜として機能する、絶縁層３８０、絶縁層３７４、及び絶縁層３８１が設けられる。また、トランジスタ３００は、プラグとして機能する導電層３４０（導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂ）と電気的に接続される。なお、導電層３４０の側面に接して絶縁層３４１（絶縁層３４１ａ及び絶縁層３４１ｂ）が設けられる。
【0147】
酸化物層３３０は、絶縁層３２４上に配置された酸化物層３３０ａと、酸化物層３３０ａ上に配置された酸化物層３３０ｂと、酸化物層３３０ｂ上に配置され、少なくとも一部が酸化物層３３０ｂの上面に接する酸化物層３３０ｃと、を有することが好ましい。酸化物層３３０ｂの下に酸化物層３３０ａを有することで、酸化物層３３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物層３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、酸化物層３３０ｂ上に酸化物層３３０ｃを有することで、酸化物層３３０ｃよりも上方に形成された構造物から、酸化物層３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
【0148】
なお、トランジスタ３００では、酸化物層３３０が、酸化物層３３０ａ、酸化物層３３０ｂ、及び酸化物層３３０ｃの３層構造である例を示しているが、本発明はこれに限られるものではない。酸化物層３３０は、例えば、酸化物層３３０ｂの単層、酸化物層３３０ａと酸化物層３３０ｂの２層構造、酸化物層３３０ｂと酸化物層３３０ｃの２層構造、または４層以上の積層構造であってもよい。また、酸化物層３３０ａ、酸化物層３３０ｂ、酸化物層３３０ｃのそれぞれが積層構造を有していてもよい。
【0149】
酸化物層３３０ｂ上には、導電層３４２（導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂ）が設けられる。導電層３４２の膜厚は、例えば、１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは２ｎｍ以上２５ｎｍ以下とすることができる。
【0150】
導電層３６０は、トランジスタ３００の第１のゲート（トップゲートともいう。）電極として機能し、導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂは、それぞれトランジスタ３００のソース電極またはドレイン電極として機能する。
【0151】
トランジスタ３００は、チャネル形成領域を有する酸化物層３３０に、半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。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、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【0152】
上記金属酸化物としては、バンドギャップが２．０ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。バンドギャップの大きい金属酸化物を酸化物層３３０に用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。このようなトランジスタを用いることで、低消費電力の表示装置を提供できる。
【0153】
例えば、酸化物層３３０として、インジウム（Ｉｎ）、元素Ｍ、及び亜鉛（Ｚｎ）を有するＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。特に、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。また、酸化物層３３０として、Ｉｎ－Ｍ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、またはＭ－Ｚｎ酸化物を用いてもよい。
【0154】
トランジスタ３００には、キャリア密度の低い金属酸化物を用いることが好ましい。金属酸化物のキャリア密度を低くする場合においては、金属酸化物中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性または実質的に高純度真性という。なお、金属酸化物中の不純物としては、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
【0155】
特に、金属酸化物に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、金属酸化物中に酸素欠損を形成する場合がある。金属酸化物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。従って、水素が多く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。
【0156】
よって、金属酸化物を酸化物層３３０に用いる場合、金属酸化物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、金属酸化物において、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金属酸化物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。
【0157】
酸化物層３３０に金属酸化物を用いる場合、導電層３４２（導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂ）と酸化物層３３０とが接することで、酸化物層３３０中の酸素が導電層３４２へ拡散し、導電層３４２が酸化する場合がある。導電層３４２が酸化することで、導電層３４２の導電率が低下する蓋然性が高い。なお、酸化物層３３０中の酸素が導電層３４２へ拡散することを、導電層３４２が酸化物層３３０中の酸素を吸収する、と言い換えることができる。
【0158】
酸化物層３３０中の酸素が導電層３４２（導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂ）へ拡散することで、導電層３４２ａと、酸化物層３３０ｂ及び酸化物層３３０ｃとの間、及び、導電層３４２ｂと、酸化物層３３０ｂ及び酸化物層３３０ｃとの間に、それぞれ、層が形成される場合がある。当該層は、導電層３４２よりも酸素を多く含むため、絶縁性を有すると推定される。このとき、導電層３４２と、当該層と、酸化物層３３０ｂまたは酸化物層３３０ｃとの３層構造は、金属－絶縁体－半導体からなる３層構造とみなすことができ、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ－Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造と呼ぶ場合がある。
【0159】
そこで、導電層３４２（導電層３４２ａ及び導電層３４２ｂ）は、酸化物層３３０中の水素が導電層３４２へ拡散しやすく、かつ、酸化物層３３０中の酸素が導電層３４２へ拡散しにくい特性を有する導電性材料で構成されることが好ましい。これにより、酸化物層３３０の水素が導電層３４２へ拡散することで、酸化物層３３０の水素濃度が低減され、トランジスタ３００に安定した電気特性を付与することができる。なお、本明細書などでは、酸化物中の水素が導電層へ拡散しやすいことを、当該導電層は当該酸化物中の水素を抜き取りやすい（吸い取りやすい）、と表現する場合がある。また、酸化物中の酸素が導電層へ拡散しにくいことを、当該導電層は酸化しにくい、当該導電層は耐酸化性を有する、などと表現する場合がある。
【0160】
上記導電性材料として、例えば、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）などを含む導電体がある。特に、タンタルを含む導電体を導電層３４２に用いることが好ましい。タンタルを含む導電体は、窒素を有してもよく、酸素を有してもよい。よって、タンタルを含む導電体は、組成式がＴａＮｘＯｙ（ｘは０より大きく１．６７以下の実数、かつ、ｙは０以上１．０以下の実数）を満たすことが好ましい。タンタルを含む導電体は、金属タンタル、酸化タンタル、窒化タンタル、窒酸化タンタル、酸窒化タンタルなどを有する。そこで、本明細書等では、タンタルを含む導電体を、ＴａＮｘＯｙと表記する場合がある。
【0161】
ＴａＮｘＯｙにおいて、タンタルの比率は高い方が好ましい。または、窒素及び酸素の比率は低い方が好ましく、ｘ及びｙの値は小さい方が好ましい。タンタルの比率を高くすることで、ＴａＮｘＯｙの抵抗率が下がり、当該ＴａＮｘＯｙを導電層３４２に用いたトランジスタ３００に良好な電気特性を与えることができる。
【0162】
また、ＴａＮｘＯｙにおいて、窒素の比率は高い方が好ましく、ｘの値は大きい方が好ましい。窒素の比率が高いＴａＮｘＯｙを導電層３４２に用いることで、導電層３４２の酸化を抑制することができる。また、導電層３４２と酸化物層３３０との間に形成される層の膜厚を薄くすることができる。
【0163】
なお、導電層３４２へ拡散した水素は、導電層３４２に留まる場合がある。別言すると、酸化物層３３０中の水素が導電層３４２に吸収される場合がある。また、酸化物層３３０中の水素は、導電層３４２を透過して、導電層３４２の周辺に設けられた構造体、またはトランジスタ３００の外方へ放出される場合がある。
【0164】
酸化物層３３０の水素濃度を低減し、導電層３４２と酸化物層３３０との間に層が形成されるのを抑制するには、導電層３４２が、酸化物層３３０中の水素が導電層３４２へ拡散しやすい特性を有する導電性材料で構成され、かつ、導電層３４２と酸化物層３３０との間に、導電層３４２の酸化を抑制する機能を有する層を設けることが好ましい。当該層を設けることで、導電層３４２と酸化物層３３０とが接しない構造となるので、導電層３４２が、酸化物層３３０の酸素を吸収することを抑制することができる。
【0165】
以下では、トランジスタ３００の詳細な構成について説明する。
【0166】
絶縁層３１４は、水、水素などの不純物が、基板側からトランジスタ３００に拡散するのを抑制する絶縁性バリア膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁層３１４には、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する絶縁性材料を用いることが好ましい。
【0167】
なお、本明細書において、不純物、または酸素の拡散を抑制する機能とは、当該不純物、または当該酸素のいずれか一またはすべての拡散を抑制する機能とする。また、水素または酸素の拡散を抑制する機能を有する膜を、水素または酸素が透過しにくい膜、水素または酸素の透過性が低い膜、水素または酸素に対してバリア性を有する膜、水素または酸素に対するバリア膜などと呼ぶ場合がある。また、バリア膜に導電性を有する場合、当該バリア膜を導電性バリア膜と呼ぶことがある。
【0168】
例えば、絶縁層３１４として、酸化アルミニウム膜、窒化シリコン膜などを用いることが好ましい。これにより、水、水素などの不純物が、絶縁層３１４よりも基板側からトランジスタ３００側に拡散するのを抑制することができる。または、絶縁層３２４などに含まれる酸素が、絶縁層３１４よりも基板側に、拡散するのを抑制することができる。なお、絶縁層３１４は、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。例えば、酸化アルミニウム膜と窒化シリコン膜との積層としてもよい。
【0169】
また、例えば、絶縁層３１４として、スパッタリング法を用いて成膜した、窒化シリコン膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁層３１４中の水素濃度を低くすることができ、水、水素などの不純物が、絶縁層３１４よりも基板側からトランジスタ３００側に拡散するのをより抑制することができる。
【0170】
層間膜として機能する絶縁層３１６は、絶縁層３１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁層３１６として、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、フッ素を添加した酸化シリコン膜、炭素を添加した酸化シリコン膜、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン膜、空孔を有する酸化シリコン膜などを適宜用いればよい。
【0171】
絶縁層３１６は、水素濃度が低く、化学量論的組成よりも酸素が過剰に存在する領域（以下、過剰酸素領域ともいう。）または加熱により離脱する酸素（以下、過剰酸素ともいう。）を有することが好ましい。例えば、絶縁層３１６として、スパッタリング法を用いて成膜した酸化シリコン膜を用いることが好ましい。これにより、酸化物層３３０への水素の混入を抑制することができる、または、酸化物層３３０に酸素を供給し、酸化物層３３０中の酸素欠損を低減することができる。したがって、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有するとともに、信頼性を向上させたトランジスタを提供することができる。
【0172】
絶縁層３１６を積層構造にしてもよい。例えば、絶縁層３１６において、少なくとも導電層３０５の側面と接する部分に、絶縁層３１４と同様の絶縁層を設ける構成にしてもよい。このような構成にすることで、絶縁層３１６に含まれる酸素によって、導電層３０５が酸化するのを抑制することができる。または、導電層３０５により、絶縁層３１６に含まれる酸素量が減少するのを抑制することができる。
【0173】
導電層３０５は、第２のゲート（ボトムゲートともいう。）電極として機能する場合がある。その場合、導電層３０５に印加する電位を、導電層３６０に印加する電位と連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ３００のしきい値電圧（Ｖｔｈ）を制御することができる。特に、導電層３０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ３００のＶｔｈをより大きくし、オフ電流を低減することが可能となる。したがって、導電層３０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電層３６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
【0174】
導電層３０５は、酸化物層３３０及び導電層３６０と重なるように配置する。また、導電層３０５は、絶縁層３１４または絶縁層３１６に埋め込まれるように設けることが好ましい。
【0175】
導電層３０５は、図８（Ｂ）に示すように、酸化物層３３０におけるチャネル形成領域よりも、大きく設けるとよい。特に、図８（Ｃ）に示すように、導電層３０５は、酸化物層３３０のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。つまり、酸化物層３３０のチャネル幅方向における側面の外側において、導電層３０５と、導電層３６０とは、絶縁層を介して重畳していることが好ましい。当該構成を有することで、第１のゲート電極として機能する導電層３６０の電界と、第２のゲート電極として機能する導電層３０５の電界によって、酸化物層３３０のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
【0176】
図８（Ｃ）に示すように、導電層３０５は延伸させて、配線としても機能させている。ただし、これに限られることなく、導電層３０５の下に、配線として機能する導電層を設ける構成にしてもよい。また、導電層３０５は、必ずしも各トランジスタに一個ずつ設ける必要はない。例えば、導電層３０５を複数のトランジスタで共有する構成にしてもよい。
【0177】
トランジスタ３００では、導電層３０５が２層の積層構造（絶縁層３１４上の第１の導電層及び第１の導電層上の第２の導電層）である例について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電層３０５は、単層、または３層以上の積層構造であってもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
【0178】
ここで、導電層３０５の第１の導電層は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
【0179】
導電層３０５の第１の導電層に、酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電層３０５の第２の導電層が酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。したがって、導電層３０５の第１の導電層は、上記導電性材料を用いた単層構造または積層構造とすることが好ましい。例えば、導電層３０５の第１の導電層は、タンタル膜、窒化タンタル膜、ルテニウム膜、または酸化ルテニウム膜と、チタン膜または窒化チタン膜との積層としてもよい。
【0180】
導電層３０５の第２の導電層には、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。なお、図８（Ｂ）等では、導電層３０５の第２の導電層を単層で図示したが、積層構造としてもよく、例えば、チタン膜または窒化チタン膜と、当該導電性材料を含む膜との積層としてもよい。
【0181】
絶縁層３２２及び絶縁層３２４は、ゲート絶縁層として機能する。
【0182】
絶縁層３２２は、水素（例えば、水素原子、水素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁層３２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁層３２２は、絶縁層３２４よりも水素及び酸素の一方または双方の拡散をより抑制できることが好ましい。
【0183】
絶縁層３２２の材料としては、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。当該絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁層３２２を形成した場合、絶縁層３２２は、酸化物層３３０から基板側への酸素の放出や、トランジスタ３００の周辺部から酸化物層３３０への水素等の不純物の拡散を抑制する層として機能する。よって、絶縁層３２２を設けることで、水素等の不純物が、トランジスタ３００の内側へ拡散することを抑制し、酸化物層３３０中の酸素欠損の生成を抑制することができる。また、導電層３０５が、絶縁層３２４や、酸化物層３３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
【0184】
または、上記絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。または、これらの絶縁体を窒化処理してもよい。また、絶縁層３２２は、これらの絶縁体を含む絶縁膜に、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化シリコン膜を積層して用いてもよい。
【0185】
絶縁層３２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）などのいわゆるｈｉｇｈ－ｋ材料を含む絶縁材料を用いて、単層構造または積層構造で形成してもよい。トランジスタの微細化及び高集積化が進むと、ゲート絶縁層の薄膜化により、リーク電流などの問題が生じる場合がある。ゲート絶縁層として機能する絶縁層にｈｉｇｈ－ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
【0186】
酸化物層３３０と接する絶縁層３２４は、加熱により酸素を脱離することが好ましい。例えば、絶縁層３２４は、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜などを適宜用いればよい。酸素を含む絶縁層を酸化物層３３０に接して設けることにより、酸化物層３３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ３００の信頼性を向上させることができる。
【0187】
絶縁層３２４として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物層とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素分子の脱離量が１．０×１０１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上、または３．０×１０２０ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３以上である酸化物層である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
【0188】
絶縁層３２４は、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有することが好ましく、例えば、絶縁層３１６と同様の材料を用いて設けてもよい。
【0189】
絶縁層３２２及び絶縁層３２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。
【0190】
酸化物層３３０は、化学組成が異なる酸化物により、積層構造を有することが好ましい。具体的には、酸化物層３３０ａに用いる金属酸化物において、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比が、酸化物層３３０ｂに用いる金属酸化物における、主成分である金属元素に対する元素Ｍの原子数比より、大きいことが好ましい。また、酸化物層３３０ａに用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物層３３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物層３３０ｂに用いる金属酸化物において、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物層３３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物層３３０ｃは、酸化物層３３０ａまたは酸化物層３３０ｂに用いることができる金属酸化物を、用いることができる。
【0191】
酸化物層３３０ｂ及び酸化物層３３０ｃは、結晶性を有することが好ましい。例えば、後述するＣＡＡＣ－ＯＳ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。ＣＡＡＣ－ＯＳなどの結晶性を有する酸化物は、不純物や欠陥（酸素欠損など）が少なく、結晶性の高い、緻密な構造を有している。よって、ソース電極またはドレイン電極による、酸化物層３３０ｂからの酸素の引き抜きを抑制することができる。これにより、熱処理を行っても、酸化物層３３０ｂから酸素が引き抜かれることを低減できるので、トランジスタ３００は、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対して安定である。
【0192】
酸化物層３３０ｃとして、ＣＡＡＣ－ＯＳを用いることが好ましく、酸化物層３３０ｃが有する結晶のｃ軸が、酸化物層３３０ｃの被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが好ましい。ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸と垂直方向に酸素を移動させやすい性質を有する。したがって、酸化物層３３０ｃが有する酸素を、酸化物層３３０ｂに効率的に供給することができる。
【0193】
酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃの伝導帯下端のエネルギー準位は、酸化物層３３０ｂの伝導帯下端のエネルギー準位より高くなることが好ましい。言い換えると、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃの電子親和力は、酸化物層３３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。この場合、酸化物層３３０ｃは、酸化物層３３０ａに用いることができる金属酸化物を用いることが好ましい。このとき、キャリアの主たる経路は酸化物層３３０ｂとなる。
【0194】
ここで、酸化物層３３０ａ、酸化物層３３０ｂ、及び酸化物層３３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、酸化物層３３０ａ、酸化物層３３０ｂ、及び酸化物層３３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、酸化物層３３０ａと酸化物層３３０ｂとの界面、及び酸化物層３３０ｂと酸化物層３３０ｃとの界面に形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
【0195】
具体的には、酸化物層３３０ａと酸化物層３３０ｂ、酸化物層３３０ｂと酸化物層３３０ｃが、酸素以外に共通の元素を主成分として有することで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、酸化物層３３０ｂがＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物の場合、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃとして、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｇａ－Ｚｎ酸化物、酸化ガリウムなどを用いてもよい。
【0196】
具体的には、酸化物層３３０ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、または１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物層３３０ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物層３３０ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、またはＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。
【0197】
なお、金属酸化物をスパッタリング法により成膜する場合、上記の原子数比は、成膜された金属酸化物の原子数比に限られず、金属酸化物の成膜に用いるスパッタリングターゲットの原子数比であってもよい。
【0198】
酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃを上述の構成とすることで、酸化物層３３０ａと酸化物層３３０ｂとの界面、及び酸化物層３３０ｂと酸化物層３３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ３００は高いオン電流、及び高い周波数特性を得ることができる。
【0199】
酸化物層３３０ｃは、２層以上の積層構造を有していてもよい。例えば、酸化物層３３０ｃは、第１の酸化物層と、当該第１の酸化物層上の第２の酸化物と、を有していてもよい。
【0200】
酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層は、酸化物層３３０ｂに用いられる金属酸化物を構成する金属元素の少なくとも一つを含むことが好ましく、当該金属元素を全て含むことがより好ましい。例えば、酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物膜を用い、酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層として、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物膜、Ｇａ－Ｚｎ酸化物膜、または酸化ガリウム膜を用いるとよい。これにより、酸化物層３３０ｂと酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層との界面における欠陥準位密度を低くすることができる。また、酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層は、酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層より、酸素の拡散または透過を抑制することが好ましい。絶縁層３５０と酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層との間に酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層を設けることで、絶縁層３８０に含まれる酸素が、絶縁層３５０に拡散するのを抑制することができる。したがって、当該酸素は、酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層を介して、酸化物層３３０ｂに供給されやすくなる。
【0201】
また、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層の伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物層３３０ｂ及び酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層の伝導帯下端のエネルギー準位より高くなることが好ましい。また、言い換えると、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層の電子親和力は、酸化物層３３０ｂ及び酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層の電子親和力より小さいことが好ましい。この場合、酸化物層３３０ｃの第２の酸化物層は、酸化物層３３０ａに用いることができる金属酸化物を用い、酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層は、酸化物層３３０ｂに用いることができる金属酸化物を用いることが好ましい。このとき、キャリアの主たる経路は酸化物層３３０ｂだけでなく、酸化物層３３０ｃの第１の酸化物層もキャリアの主たる経路となる場合がある。
【0202】
導電層３４２としては、上述のＴａＮｘＯｙを用いることが好ましい。なお、ＴａＮｘＯｙはアルミニウムを含んでもよい。また、例えば、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いてもよい。これらの材料は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
【0203】
絶縁層３５４は、図８（Ｂ）に示すように、導電層３４２ａの上面及び側面、導電層３４２ｂの上面及び側面、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｂの側面、並びに絶縁層３２４の上面の一部に接することが好ましい。このような構成にすることで、絶縁層３８０は、絶縁層３５４によって、絶縁層３２４、酸化物層３３０ａ、及び酸化物層３３０ｂと離隔される。
【0204】
絶縁層３５４は、絶縁層３２２と同様に、水素及び酸素の一方または双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁層３５４は、絶縁層３２４及び絶縁層３８０よりも水素及び酸素の一方または双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。これにより、絶縁層３８０に含まれる水素が、酸化物層３３０ａ及び酸化物層３３０ｂに拡散するのを抑制することができる。さらに、絶縁層３２２及び絶縁層３５４によって、絶縁層３２４、酸化物層３３０などを囲むことにより、水、水素などの不純物が、外方から絶縁層３２４及び酸化物層３３０に拡散することを抑制することができる。よって、トランジスタ３００に良好な電気特性及び信頼性を与えることができる。
【0205】
絶縁層３５４としては、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁膜を成膜するとよい。この場合、絶縁層３５４は、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて成膜されることが好ましい。ＡＬＤ法は、被覆性の良好な成膜法なので、絶縁層３５４の凹凸によって、段切れなどが形成されるのを防ぐことができる。
【0206】
絶縁層３５４としては、例えば、窒化アルミニウムを含む絶縁膜を用いることが好ましい。これにより、絶縁性に優れ、且つ熱伝導性に優れた膜とすることができるため、トランジスタ３００を駆動したときに生じる熱の放熱性を高めることができる。また、窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどを用いることもできる。
【0207】
絶縁層３５４としては、例えば、ガリウムを含む酸化物を用いてもよい。ガリウムを含む酸化物は、水素及び酸素の一方または双方の拡散を抑制する機能を有する場合があるため好ましい。なお、ガリウムを含む酸化物として、酸化ガリウム、ガリウム亜鉛酸化物、インジウムガリウム亜鉛酸化物などを用いることができる。なお、絶縁層３５４としてインジウムガリウム亜鉛酸化物膜を用いる場合、インジウムに対するガリウムの原子数比は大きい方が好ましい。当該原子数比を大きくすることで、当該酸化物膜の絶縁性を高くすることができる。
【0208】
絶縁層３５０は、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層３５０は、酸化物層３３０ｃの上面に接して配置することが好ましい。絶縁層３５０の材料には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
【0209】
絶縁層３５０は、絶縁層３２４と同様に、加熱により酸素が放出される絶縁膜を用いて形成することが好ましい。加熱により酸素が放出される絶縁膜を、絶縁層３５０として、酸化物層３３０ｃの上面に接して設けることにより、酸化物層３３０ｂのチャネル形成領域に効果的に酸素を供給し、酸化物層３３０ｂのチャネル形成領域の酸素欠損を低減することができる。したがって、電気特性の変動を抑制し、安定した電気特性を有するとともに、信頼性を向上させたトランジスタを提供することができる。また、絶縁層３２４と同様に、絶縁層３５０中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁層３５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
【0210】
導電層３６０は、導電層３６０ａと、導電層３６０ａ上の導電層３６０ｂと、を有することが好ましい。例えば、導電層３６０ａは、導電層３６０ｂの底面及び側面を包むように配置されることが好ましい。
【0211】
導電層３６０ａには、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
【0212】
導電層３６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁層３５０に含まれる酸素により、導電層３６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
【0213】
導電層３６０は、配線としても機能するため、導電性が高い導電性材料を用いることが好ましい。例えば、導電層３６０ｂには、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電層３６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタン膜、窒化チタン膜と上記導電性材料を含む膜との積層構造としてもよい。
【0214】
図８では、導電層３６０は、導電層３６０ａと導電層３６０ｂの２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
【0215】
トランジスタ３００では、導電層３６０は、絶縁層３８０などに形成されている開口を埋めるように自己整合的に形成される。導電層３６０をこのように形成することにより、導電層３４２ａと導電層３４２ｂとの間の領域に、導電層３６０を位置合わせすることなく確実に配置することができる。
【0216】
図８（Ｂ）に示すように、導電層３６０の上面は、絶縁層３５０の上面及び酸化物層３３０ｃの上面と略一致している。
【0217】
図８（Ｃ）に示すように、トランジスタ３００のチャネル幅方向において、絶縁層３２２の底面を基準として、導電層３６０の、導電層３６０と酸化物層３３０ｂとが重ならない領域の底面の高さは、酸化物層３３０ｂの底面の高さより低いことが好ましい。ゲート電極として機能する導電層３６０が、絶縁層３５０などを介して、酸化物層３３０ｂのチャネル形成領域の側面及び上面を覆う構成とすることで、導電層３６０の電界を酸化物層３３０ｂのチャネル形成領域全体に作用させやすくなる。よって、トランジスタ３００のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。
【0218】
絶縁層３８０は、絶縁層３５４を介して、絶縁層３２４、酸化物層３３０、及び導電層３４２上に設けられる。また、絶縁層３８０の上面は、平坦化されていてもよい。
【0219】
層間膜として機能する絶縁層３８０は、誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜に用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。絶縁層３８０は、例えば、絶縁層３１６と同様の材料を用いて設けることが好ましい。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどの材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
【0220】
絶縁層３８０中の水、水素などの不純物濃度は低減されていることが好ましい。また、絶縁層３８０は、水素濃度が低く、過剰酸素領域または過剰酸素を有することが好ましく、例えば、絶縁層３１６と同様の材料を用いて設けてもよい。なお、絶縁層３８０は、２層以上の積層構造を有していてもよい。
【0221】
絶縁層３７４は、絶縁層３１４などと同様に、水、水素などの不純物が、上方から絶縁層３８０に拡散するのを抑制する絶縁性バリア膜として機能することが好ましい。また、絶縁層３７４は、絶縁層３１４などと同様に、水素濃度が低く、水素の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
【0222】
図８（Ｂ）に示すように、絶縁層３７４は、導電層３６０、絶縁層３５０、及び酸化物層３３０ｃのそれぞれの上面と接することが好ましい。これにより、絶縁層３８１などに含まれる水素などの不純物が、絶縁層３５０へ混入することを抑えることができる。したがって、トランジスタの電気特性及びトランジスタの信頼性への悪影響を抑制することができる。
【0223】
絶縁層３７４の上に、層間膜として機能する絶縁層３８１を設けることが好ましい。絶縁層３８１は、絶縁層３１６などと同様に、誘電率が低いことが好ましい。また、絶縁層３８１は、絶縁層３２４などと同様に、膜中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
【0224】
絶縁層３８１、絶縁層３７４、絶縁層３８０、及び絶縁層３５４に形成された開口に、導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂを配置する。導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂは、導電層３６０を挟んで対向して設ける。なお、導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂの上面の高さは、絶縁層３８１の上面と、同一平面上としてもよい。
【0225】
なお、絶縁層３８１、絶縁層３７４、絶縁層３８０、及び絶縁層３５４の開口の側壁に接して、絶縁層３４１ａが設けられ、その側面に接して導電層３４０ａが形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電層３４２ａが位置しており、導電層３４０ａが導電層３４２ａと接する。同様に、絶縁層３８１、絶縁層３７４、絶縁層３８０、及び絶縁層３５４の開口の側壁に接して、絶縁層３４１ｂが設けられ、その側面に接して導電層３４０ｂが形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電層３４２ｂが位置しており、導電層３４０ｂが導電層３４２ｂと接する。
【0226】
導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂには、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。
【0227】
導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂは積層構造としてもよい。なお、トランジスタ３００では、導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂを、２層の積層構造として設ける構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電層３４０を単層、または３層以上の積層構造としてもよい。
【0228】
絶縁層３４１ａ及び絶縁層３４１ｂとしては、例えば、絶縁層３１４、絶縁層３５４等に用いることができる絶縁膜を用いることができる。絶縁層３４１ａ及び絶縁層３４１ｂは、絶縁層３５４に接して設けられるので、絶縁層３８０などに含まれる水、水素などの不純物が、導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂを通じて酸化物層３３０に拡散するのを抑制することができる。また、絶縁層３８０に含まれる酸素が導電層３４０ａ及び導電層３４０ｂに吸収されるのを防ぐことができる。
【0229】
また、図示しないが、導電層３４０ａの上面、及び導電層３４０ｂの上面に接して配線として機能する導電層を配置してもよい。配線として機能する導電層には、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電層は、積層構造としてもよく、例えば、チタン膜、窒化チタン膜と上記導電性材料を含む膜との積層としてもよい。なお、当該導電層は、絶縁層に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
【0230】
また、図示しないが、上記導電層を覆うように、抵抗率が１．０×１０１３Ωｃｍ以上１．０×１０１５Ωｃｍ以下、好ましくは５．０×１０１３Ωｃｍ以上５．０×１０１４Ωｃｍ以下の絶縁層を設けることが好ましい。上記導電層上に上記のような抵抗率を有する絶縁層を設けることで、当該絶縁層は、絶縁性を維持しつつ、トランジスタ３００、上記導電層等の配線間に蓄積される電荷を分散し、該電荷によるトランジスタや、該トランジスタを有する電子機器の特性不良や静電破壊を抑制することができ、好ましい。
【0231】
以上のように、本実施の形態の表示装置は、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせることができるため、表示装置の製造コストの削減及び歩留まりの向上を図ることができる。また、マイクロＬＥＤと、金属酸化物を用いたトランジスタを組み合わせることで、消費電力の低減された表示装置を実現できる。
【0232】
また、本実施の形態の表示装置は、トランジスタのサイズを小さくできるため、精細度を高めることや、比較的小さな表示部を有する電子機器への適用が容易である。
【0233】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
【0234】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の画素について図１０を用いて説明する。
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の画素について図１０を用いて説明する。
【0235】
［画素］
本実施の形態の表示装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、それぞれ１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画素を有する。図１０に、画素２００（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）の回路図の一例を示す。
本実施の形態の表示装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、それぞれ１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画素を有する。図１０に、画素２００（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）の回路図の一例を示す。
【0236】
図１０に示す画素２００（ｉ，ｊ）は、発光素子２１０、スイッチＳＷ２１、スイッチＳＷ２２、トランジスタＭ、及び容量素子Ｃ１を有する。
【0237】
本実施の形態では、スイッチＳＷ２１として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２１のゲートは、走査線ＧＬ１（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２１のソース及びドレインは、一方が信号線ＳＬ（ｊ）と電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
【0238】
本実施の形態では、スイッチＳＷ２２として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２２のゲートは、走査線ＧＬ２（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２２のソース及びドレインは、一方が配線ＣＯＭと電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
【0239】
トランジスタＭのゲートは、容量素子Ｃ１の一方の電極、スイッチＳＷ２１のソース及びドレインの他方、及びスイッチＳＷ２２のソース及びドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタＭのソース及びドレインは、一方が配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続され、他方が発光素子２１０のカソードと電気的に接続される。
【0240】
容量素子Ｃ１の他方の電極は、配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続される。
【0241】
発光素子２１０のアノードは、配線ＡＮＯＤＥと電気的に接続される。
【0242】
走査線ＧＬ１（ｉ）は、選択信号を供給する機能を有する。走査線ＧＬ２（ｉ）は、制御信号を供給する機能を有する。信号線ＳＬ（ｊ）は、画像信号を供給する機能を有する。配線ＶＣＯＭ、配線ＣＡＴＨＯＤＥ、及び配線ＡＮＯＤＥには、それぞれ定電位が供給される。発光素子２１０のアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。
【0243】
スイッチＳＷ２１は、選択信号により制御され、画素２００の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。
【0244】
トランジスタＭは、ゲートに供給される電位に応じて発光素子２１０に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。スイッチＳＷ２１が導通状態のとき、信号線ＳＬ（ｊ）に供給される画像信号がトランジスタＭのゲートに供給され、その電位に応じて、発光素子２１０の発光輝度を制御することができる。
【0245】
スイッチＳＷ２２は、制御信号に基づいてトランジスタＭのゲート電位を制御する機能を有する。具体的には、スイッチＳＷ２２は、トランジスタＭを非導通状態にする電位を、トランジスタＭのゲートに供給することができる。
【0246】
スイッチＳＷ２２は、例えば、パルス幅の制御に用いることができる。制御信号に基づく期間、トランジスタＭから発光素子２１０に電流を供給することができる。または、発光素子２１０は、画像信号及び制御信号に基づいて、階調を表現することができる。
【0247】
ここで、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタには、それぞれチャネルが形成される半導体層に金属酸化物（酸化物半導体）を用いたトランジスタを適用することが好ましい。
【0248】
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア密度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量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。そのため、特に容量素子Ｃ１に直列に接続されるスイッチＳＷ２１及びスイッチＳＷ２２には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、作製コストを低減することができる。
【0249】
また、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタに、チャネルが形成される半導体にシリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、高い電界効果移動度を実現することができ、より高速な動作が可能となるため好ましい。
【0250】
また、画素２００（ｉ，ｊ）が有するトランジスタのうち、一以上に酸化物半導体を適用したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成としてもよい。
【0251】
なお、図１０において、トランジスタをｎチャネル型のトランジスタとして表記しているが、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
【0252】
［トランジスタ］
次に、表示装置に用いることができるトランジスタについて、説明する。
次に、表示装置に用いることができるトランジスタについて、説明する。
【0253】
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【0254】
表示装置が有するトランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることができる。これによりオフ電流の極めて小さいトランジスタを実現することができる。
【0255】
または、表示装置が有するトランジスタにシリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタを適用してもよい。当該トランジスタとしては、例えば、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（代表的には、低温ポリシリコン）を有するトランジスタ、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。
【0256】
［金属酸化物］
以下では、トランジスタの半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
以下では、トランジスタの半導体層に適用可能な金属酸化物について説明する。
【0257】
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。例えば、亜鉛酸窒化物（ＺｎＯＮ）などの窒素を有する金属酸化物を、半導体層に用いてもよい。
【0258】
なお、本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、及びＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と記載する場合がある。ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能または材料の構成の一例を表す。
【0259】
例えば、半導体層にはＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳを用いることができる。
【0260】
ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの半導体層に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【0261】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【0262】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【0263】
また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
【0264】
すなわち、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【0265】
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は、例えば、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。
【0266】
ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、かつａ－ｂ面方向において複数のナノ結晶が連結し、歪みを有した結晶構造となっている。なお、歪みとは、複数のナノ結晶が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。
【0267】
ナノ結晶は、六角形を基本とするが、正六角形状とは限らず、非正六角形状である場合がある。また、歪みにおいて、五角形及び七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ－ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することは難しい。すなわち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ－ＯＳが、ａ－ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属元素が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためである。
【0268】
また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、インジウム、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能であり、（Ｍ，Ｚｎ）層の元素Ｍがインジウムと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ，Ｚｎ）層と表すこともできる。また、Ｉｎ層のインジウムが元素Ｍと置換した場合、（Ｉｎ，Ｍ）層と表すこともできる。
【0269】
ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶性の高い金属酸化物である。一方、ＣＡＡＣ－ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、金属酸化物の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ－ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙともいう。）など）の少ない金属酸化物ともいえる。したがって、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
【0270】
ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ－ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。
【0271】
なお、インジウムと、ガリウムと、亜鉛と、を有する金属酸化物の一種である、インジウム－ガリウム－亜鉛酸化物（以下、ＩＧＺＯ）は、上述のナノ結晶とすることで安定な構造をとる場合がある。特に、ＩＧＺＯは、大気中では結晶成長がし難い傾向があるため、大きな結晶（ここでは、数ｍｍの結晶、または数ｃｍの結晶）よりも小さな結晶（例えば、上述のナノ結晶）とする方が、構造的に安定となる場合がある。
【0272】
ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する金属酸化物である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。すなわち、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳ及びＣＡＡＣ－ＯＳと比べて、結晶性が低い。
【0273】
酸化物半導体（金属酸化物）は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ、ｎｃ－ＯＳ、ＣＡＡＣ－ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
【0274】
半導体層として機能する金属酸化物膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方または双方を用いて成膜することができる。なお、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、金属酸化物膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）は、０％以上３０％以下が好ましく、５％以上３０％以下がより好ましく、７％以上１５％以下がさらに好ましい。
【0275】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【0276】
【0277】
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、表示品位が高く、かつ、消費電力が低い。また、本発明の一態様の表示装置は、高精細化及び大型化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用いることができる。
【0278】
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
【0279】
特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型やブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ向け機器、メガネ型のＡＲ向け機器、またはＭＲ向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等に好適に用いることができる。
【0280】
本実施の形態の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
【0281】
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
【0282】
図１１（Ａ）に、メガネ型の電子機器９００の斜視図を示す。電子機器９００は、一対の表示パネル９０１、一対の筐体９０２、一対の光学部材９０３、一対の装着部９０４等を有する。
【0283】
電子機器９００は、光学部材９０３の表示領域９０６に、表示パネル９０１で表示した画像を投影することができる。光学部材９０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材９０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域９０６に表示された画像を見ることができる。したがって、電子機器９００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
【0284】
電子機器９００が備える表示パネル９０１は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機能を有することが好ましい。このとき、電子機器９００は、光学部材９０３を介して表示パネル９０１に入射された光を受光し、電気信号に変換して出力することができる。これにより、ユーザーの目、または目及びその周辺を撮像し、画像情報として外部、または電子機器９００が備える演算部に出力することができる。
【0285】
一つの筐体９０２には、前方を撮像することのできるカメラ９０５が設けられている。また図示しないが、いずれか一方の筐体９０２には無線受信機、またはケーブルを接続可能なコネクタが設けられ、筐体９０２に映像信号等を供給することができる。また、筐体９０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを配置することで、ユーザーの頭部の向きを検知して、その向きに応じた画像を表示領域９０６に表示することもできる。また、筐体９０２にはバッテリが設けられていることが好ましく、無線または有線によって充電することができることが好ましい。
【0286】
図１１（Ｂ）を用いて、電子機器９００の表示領域９０６への画像の投影方法について説明する。筐体９０２の内部には、表示パネル９０１、レンズ９１１、反射板９１２が設けられている。また、光学部材９０３の表示領域９０６に相当する部分には、ハーフミラーとして機能する反射面９１３を有する。
【0287】
表示パネル９０１から発せられた光９１５は、レンズ９１１を通過し、反射板９１２により光学部材９０３側へ反射される。光学部材９０３の内部において、光９１５は光学部材９０３の端面で全反射を繰り返し、反射面９１３に到達することで、反射面９１３に画像が投影される。これにより、ユーザーは、反射面９１３に反射された光９１５と、光学部材９０３（反射面９１３を含む）を透過した透過光９１６の両方を視認することができる。
【0288】
図１１では、反射板９１２及び反射面９１３がそれぞれ曲面を有する例を示している。これにより、これらが平面である場合に比べて、光学設計の自由度を高めることができ、光学部材９０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板９１２及び反射面９１３を平面としてもよい。
【0289】
反射板９１２としては、鏡面を有する部材を用いることができ、反射率が高いことが好ましい。また、反射面９１３としては、金属膜の反射を利用したハーフミラーを用いてもよいが、全反射を利用したプリズムなどを用いると、透過光９１６の透過率を高めることができる。
【0290】
ここで、電子機器９００は、レンズ９１１と表示パネル９０１との間の距離及び角度の一方又は双方を調整する機構を有していることが好ましい。これにより、ピント調整や、画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズ９１１及び表示パネル９０１の一方または双方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
【0291】
電子機器９００は、反射板９１２の角度を調整可能な機構を有していることが好ましい。反射板９１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域９０６の位置を変えることが可能となる。これにより、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置に表示領域９０６を配置することが可能となる。
【0292】
表示パネル９０１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９００とすることができる。
【0293】
図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に、ゴーグル型の電子機器９５０の斜視図を示す。図１２（Ａ）は、電子機器９５０の正面、平面及び左側面を示す斜視図であり、図１２（Ｂ）は、電子機器９５０の背面、底面、及び右側面を示す斜視図である。
【0294】
電子機器９５０は、一対の表示パネル９５１、筐体９５２、一対の装着部９５４、緩衝部材９５５、一対のレンズ９５６等を有する。一対の表示パネル９５１は、筐体９５２の内部の、レンズ９５６を通して視認できる位置にそれぞれ設けられている。
【0295】
電子機器９５０は、ＶＲ向けの電子機器である。電子機器９５０を装着したユーザーは、レンズ９５６を通して表示パネル９５１に表示される画像を視認することができる。また、一対の表示パネル９５１に異なる画像を表示させることで、視差を用いた３次元表示を行うこともできる。
【0296】
筐体９５２の背面側には、入力端子９５７と出力端子９５８とが設けられている。入力端子９５７には映像出力機器等からの映像信号や、筐体９５２内に設けられるバッテリを充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子９５８は、例えば音声出力端子として機能することができ、イヤフォンやヘッドフォン等を接続することができる。なお、無線通信により音声データを出力可能な構成とする場合や、外部の映像出力機器から音声を出力する場合には、当該音声出力端子を設けなくてもよい。
【0297】
電子機器９００は、レンズ９５６及び表示パネル９５１が、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ９５６と表示パネル９５１との距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。
【0298】
表示パネル９５１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９５０とすることができる。これにより、ユーザーに高い没入感を感じさせることができる。
【0299】
緩衝部材９５５は、ユーザーの顔（額や頬など）に接触する部分である。緩衝部材９５５がユーザーの顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材９５５は、ユーザーが電子機器９５０を装着した際にユーザーの顔に密着するよう、柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、ウレタン、スポンジなどの素材を用いることができる。また、緩衝部材９５５として、スポンジ等の表面を布や革（天然皮革または合成皮革）などで覆ったものを用いると、ユーザーの顔と緩衝部材９５５との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。緩衝部材９５５や装着部９５４などの、ユーザーの肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニングや交換が容易となるため好ましい。
【0300】
図１３（Ａ）に示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
【0301】
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
【0302】
表示部６５０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【0303】
図１３（Ｂ）は、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
【0304】
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている。
【0305】
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。
【0306】
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されており、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
【0307】
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
【0308】
図１４（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
【0309】
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【0310】
図１４（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
【0311】
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【0312】
図１４（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
【0313】
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
【0314】
【0315】
図１４（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【0316】
図１４（Ｄ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
【0317】
【0318】
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
【0319】
表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
【0320】
また、図１４（Ｃ）、図１４（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
【0321】
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
【0322】
図１５（Ａ）乃至図１５（Ｆ）に示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有する。
【0323】
図１５（Ａ）乃至図１５（Ｆ）に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
【0324】
【0325】
図１５（Ａ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。図１５（Ａ）では３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
【0326】
図１５（Ｂ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザーは、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
【0327】
図１５（Ｃ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
【0328】
図１５（Ｄ）～図１５（Ｆ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図１５（Ｄ）は携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１５（Ｆ）は折り畳んだ状態、図１５（Ｅ）は図１５（Ｄ）と図１５（Ｆ）の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
【0329】
本実施の形態は、他の実施の形態及び実施例と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0330】
Ｃ１：容量素子、ＧＬ１：走査線、ＧＬ２：走査線、ＳＷ２１：スイッチ、ＳＷ２２：スイッチ、１００Ａ：表示装置、１００Ｂ：表示装置、１００Ｃ：表示装置、１００Ｄ：表示装置、１００Ｅ：表示装置、１００Ｆ：表示装置、１０１：基板、１０２：保護層、１１０ａ：発光ダイオード、１１０ｂ：発光ダイオード、１１２ａ：電極、１１２ｂ：電極、１１３ａ：半導体層、１１３ｂ：半導体層、１１４ａ：発光層、１１４ｂ：発光層、１１５ａ：半導体層、１１５ｂ：半導体層、１１６ａ：電極、１１６ｂ：電極、１１７ａ：導電体、１１７ｂ：導電体、１１７ｃ：導電体、１１７ｄ：導電体、１２０ａ：トランジスタ、１２０ｂ：トランジスタ、１３０ａ：トランジスタ、１３０ｂ：トランジスタ、１３１：基板、１３２：素子分離層、１３３：低抵抗領域、１３４：絶縁層、１３５：導電層、１３６：絶縁層、１３７：導電層、１３８：導電層、１３９：絶縁層、１４１：絶縁層、１４２：導電層、１４３：絶縁層、１５０Ａ：ＬＥＤ基板、１５０Ｂ：回路基板、１５１：基板、１５２：絶縁層、１６１：導電層、１６２：絶縁層、１６３：絶縁層、１６４：絶縁層、１６５：金属酸化物層、１６６：導電層、１６７：絶縁層、１６８：導電層、１７１：基板、１７２：配線、１７３：絶縁層、１７４：電極、１７５：導電層、１７６：接続体、１７７：電極、１７８：電極、１７９：接着層、１８１：絶縁層、１８２：絶縁層、１８３：絶縁層、１８４ａ：導電層、１８４ｂ：導電層、１８５：絶縁層、１８６：絶縁層、１８７：導電層、１８７ａ：導電層、１８７ｂ：導電層、１８８：絶縁層、１８９：導電層、１８９ａ：導電層、１８９ｂ：導電層、１９０ａ：導電層、１９０ｂ：導電層、１９０ｃ：導電層、１９０ｄ：導電層、１９０ｅ：導電層、１９１：基板、１９２：接着層、１９５：導電体、２００：画素、２１０：発光素子、３００：トランジスタ、３００Ａ：トランジスタ、３０５：導電層、３１４：絶縁層、３１６：絶縁層、３２２：絶縁層、３２４：絶縁層、３３０：酸化物層、３３０ａ：酸化物層、３３０ｂ：酸化物層、３３０ｃ：酸化物層、３４０：導電層、３４０ａ：導電層、３４０ｂ：導電層、３４１：絶縁層、３４１ａ：絶縁層、３４１ｂ：絶縁層、３４２：導電層、３４２ａ：導電層、３４２ｂ：導電層、３５０：絶縁層、３５４：絶縁層、３６０：導電層、３６０ａ：導電層、３６０ｂ：導電層、３７４：絶縁層、３８０：絶縁層、３８１：絶縁層、９００：電子機器、９０１：表示パネル、９０２：筐体、９０３：光学部材、９０４：装着部、９０５：カメラ、９０６：表示領域、９１１：レンズ、９１２：反射板、９１３：反射面、９１５：光、９１６：透過光、９５０：電子機器、９５１：表示パネル、９５２：筐体、９５４：装着部、９５５：緩衝部材、９５６：レンズ、９５７：入力端子、９５８：出力端子、６５００：電子機器、６５０１：筐体、６５０２：表示部、６５０３：電源ボタン、６５０４：ボタン、６５０５：スピーカ、６５０６：マイク、６５０７：カメラ、６５０８：光源、６５１０：保護部材、６５１１：表示パネル、６５１２：光学部材、６５１３：タッチセンサパネル、６５１５：ＦＰＣ、６５１６：ＩＣ、６５１７：プリント基板、６５１８：バッテリ、７０００：表示部、７１００：テレビジョン装置、７１０１：筐体、７１０３：スタンド、７１１１：リモコン操作機、７２００：ノート型パーソナルコンピュータ、７２１１：筐体、７２１２：キーボード、７２１３：ポインティングデバイス、７２１４：外部接続ポート、７３００：デジタルサイネージ、７３０１：筐体、７３０３：スピーカ、７３１１：情報端末機、７４００：デジタルサイネージ、７４０１：柱、７４１１：情報端末機、９０００：筐体、９００１：表示部、９００３：スピーカ、９００５：操作キー、９００６：接続端子、９００７：センサ、９００８：マイクロフォン、９０５０：アイコン、９０５１：情報、９０５２：情報、９０５３：情報、９０５４：情報、９０５５：ヒンジ、９１０１：携帯情報端末、９１０２：携帯情報端末、９２００：携帯情報端末、９２０１：携帯情報端末
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】