CN109906405B - 显示装置、显示模块、电子设备以及显示装置的制造方法 - Google Patents

显示装置、显示模块、电子设备以及显示装置的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种开口率高的液晶显示装置。提供一种功耗低的液晶显示装置。显示装置包括液晶元件、晶体管、扫描线及信号线。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。

Description

显示装置、显示模块、电子设备以及显示装置的制造方法
技术领域
本发明的一个实施方式涉及一种液晶显示装置、显示模块及电子设备。本发明的另一个实施方式涉及一种液晶显示装置的制造方法。
注意，本发明的一个实施方式不局限于上述技术领域。作为本发明的一个实施方式的技术领域的例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置(触摸传感器等)、输入输出装置(例如，触摸屏等)、它们的驱动方法以及它们的制造方法。
背景技术
用于以液晶显示装置及发光显示装置为代表的大多数平板显示器的晶体管利用在玻璃衬底上设置的硅半导体诸如非晶硅、单晶硅及多晶硅而形成。此外，使用该硅半导体的晶体管被用于集成电路(IC) 等。
近年来，将呈现半导体特性的金属氧化物用于晶体管来代替硅半导体的技术受到瞩目。注意，在本说明书中，将呈现半导体特性的金属氧化物称为氧化物半导体。例如，在专利文献1及2中，已公开了作为氧化物半导体使用氧化锌或In-Ga-Zn氧化物来制造晶体管并将该晶体管用作显示装置的像素的开关元件等的技术。
[参考文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2007-123861号公报
[专利文献2]日本专利申请公开第2007-096055号公报
发明内容
本发明的一个实施方式的一个目的是提供一种开口率高的液晶显示装置。本发明的一个实施方式的另一个目的是提供一种功耗低的液晶显示装置。本发明的一个实施方式的另一个目的是提供一种高分辨率的液晶显示装置。本发明的一个实施方式的另一个目的是提供一种可靠性高的液晶显示装置。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。在本发明的一个实施方式中，并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
(1)本发明的一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、晶体管、扫描线及信号线。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。
(2)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、晶体管、扫描线、信号线及触摸传感器。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。触摸传感器位于液晶元件及晶体管的显示面一侧。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。触摸传感器包括一对电极。一对电极中的一个或两个优选包括使可见光透过的第二区域。透过第一区域及液晶元件的可见光透过第二区域射出到显示装置的外部。
(3)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、晶体管、扫描线、信号线及触摸传感器。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。触摸传感器包括使可见光透过的第二区域。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光依次透过液晶元件、第一区域、第二区域射出到显示装置的外部。显示装置优选还包括着色层。可见光优选依次透过着色层、液晶元件、第一区域、第二区域射出到显示装置的外部。晶体管的沟道区域和第一区域优选都包含金属氧化物。第一区域中的金属氧化物优选具有沟道区域所包含的金属氧化物中的金属元素中的一种以上。
(4)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、第一绝缘层、晶体管、扫描线及信号线。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。第一绝缘层位于像素电极与晶体管之间。第一绝缘层包括开口。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。第一区域包括与像素电极接触的第一部分及与第一绝缘层所包括的开口的侧面接触的第二部分。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。
(5)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、第一绝缘层、晶体管、扫描线及信号线。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。第一绝缘层位于像素电极与晶体管之间。第一绝缘层包括开口。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括金属氧化物层、栅极及栅极绝缘层。金属氧化物层包括第一区域及第二区域。第一区域包括与像素电极接触的第一部分及与第一绝缘层的开口的侧面接触的第二部分。第二区域隔着栅极绝缘层与栅极重叠。第一区域的电阻率比第二区域的电阻率低。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。
在结构(4)或(5)中，显示装置也可以还包括着色层。着色层优选位于隔着晶体管与第一绝缘层相反的一侧。
(6)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、第一绝缘层、晶体管、扫描线、信号线及触摸传感器。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。第一绝缘层位于像素电极与晶体管之间。第一绝缘层包括开口。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括与像素电极连接的第一区域。第一区域包括与像素电极接触的第一部分及与第一绝缘层中的开口的侧面接触的第二部分。触摸传感器位于液晶元件及晶体管的显示面一侧。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。
(7)本发明的另一个实施方式是一种显示装置，包括液晶元件、第一绝缘层、晶体管、扫描线、信号线及触摸传感器。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。第一绝缘层位于像素电极与晶体管之间。第一绝缘层包括开口。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括金属氧化物层、栅极及栅极绝缘层。金属氧化物层包括第一区域及第二区域。第一区域包括与像素电极接触的第一部分及与第一绝缘层所包括的开口的侧面接触的第二部分。第二区域隔着栅极绝缘层与栅极重叠。第一区域的电阻率比第二区域的电阻率低。触摸传感器位于液晶元件及晶体管的显示面一侧。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。
在结构(6)或(7)中，显示装置也可以还包括着色层。着色层优选位于隔着晶体管与第一绝缘层相反的一侧。触摸传感器优选位于着色层的显示面一侧。
在结构(6)或(7)中，显示装置所包括的触摸传感器优选包括一对电极。一对电极中的一个或两个优选包括使可见光透过的第三区域。透过第一区域及液晶元件的可见光优选透过第三区域射出到显示装置的外部。
在具有上述结构(4)至(7)中的任一个结构的显示装置中，像素电极的液晶层一侧的面优选与第一绝缘层的液晶层一侧的面形成同一面。
在具有上述结构(4)至(7)中的任一个结构的显示装置中，像素电极优选位于液晶层与第一绝缘层之间。
具有上述结构(4)至(7)中的任一个结构的显示装置优选包括位于像素电极与公共电极之间的第二绝缘层。此外，公共电极的液晶层一侧的面优选与第二绝缘层的液晶层一侧的面形成同一面。
扫描线优选包括与晶体管的沟道区域重叠的部分。
可见光也可以依次透过第一区域、液晶元件射出到显示装置的外部。或者，可见光也可以依次透过液晶元件、第一区域射出到显示装置的外部。
扫描线延伸的方向优选与信号线延伸的方向交叉。呈现相同颜色的多个像素(子像素)配置的方向优选与信号线延伸的方向交叉。
公共电极优选位于晶体管与液晶层之间。
像素电极、公共电极及金属氧化物层优选都包含铟、锌、以及铝、镓、钇及锡中的至少一种。
晶体管优选包括背栅极。背栅极包括隔着金属氧化物层与栅极重叠的部分。栅极及背栅极彼此电连接。栅极或背栅极优选包含铟、锌、以及铝、镓、钇及锡中的至少一种。
本发明的另一个实施方式是一种包括具有上述结构中的任一个结构的显示装置的显示模块。该显示模块连接有柔性印刷电路(flexible printed circuit，FPC)板或带载封装(tape carrier package：TCP) 等连接器，或者，利用玻璃覆晶封装(chip on glass：COG)方式或薄膜覆晶封装(chip on film：COF)方式等将IC安装在该显示模块上。
本发明的另一个实施方式是一种电子设备，包括：上述显示模块；以及天线、电池、框体、相机、扬声器、麦克风和操作按钮中的至少一个。
本发明的一个实施方式可以提供一种开口率高的液晶显示装置。本发明的一个实施方式可以提供一种功耗低的液晶显示装置。本发明的一个实施方式可以提供一种高分辨率的液晶显示装置。本发明的一个实施方式可以提供一种可靠性高的液晶显示装置。
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。本发明的一个实施方式并不需要实现所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述效果以外的效果。
附图说明
图1A和图1B是示出显示装置的例子的截面图。
图2A至图2C是示出显示装置的例子的截面图。
图3A1及图3A2是示出显示装置的例子的俯视图，图3B及图3C 是其截面图。
图4是示出显示装置的例子的立体图。
图5A和图5B是示出子像素的例子的俯视图。
图6是示出显示装置的例子的截面图。
图7是示出显示装置的例子的截面图。
图8是示出显示装置的例子的截面图。
图9A至图9D是示出显示装置的例子的截面图。
图10A和图10B是示出子像素的例子的俯视图。
图11是示出显示装置的例子的截面图。
图12是示出显示装置的例子的截面图。
图13A和图13B是示出子像素的例子的俯视图。
图14A和图14B是示出子像素的例子的俯视图。
图15A和图15B是示出子像素的例子的俯视图。
图16A和图16B是示出子像素的例子的俯视图。
图17A和图17B是示出子像素的例子的俯视图。
图18A和图18B是示出子像素的例子的俯视图。
图19A和图19B是示出像素的配置例子及结构例子的图。
图20A和图20B是示出显示装置的例子的立体图。
图21是示出显示装置的例子的截面图。
图22A和图22B是示出显示装置的例子的立体图。
图23是示出显示装置的例子的截面图。
图24是示出显示装置的例子的截面图。
图25是示出显示装置的例子的截面图。
图26A至图26D是示出输入装置的例子的俯视图。
图27A至图27E是示出输入装置的例子的俯视图。
图28是示出显示装置的例子的截面图。
图29A和图29B是示出感测元件和像素的例子的图。
图30A至图30E示出感测元件和像素的工作例子。
图31A至图31C是示出感测元件和像素的例子的俯视图。
图32是示出显示装置的例子的截面图。
图33A和图33B是示出显示装置的例子的截面图。
图34A至图34C是示出显示装置的例子的截面图。
图35A1及图35A2是示出显示装置的例子的俯视图，图35B及图 35C是其截面图。
图36A至图36C是示出显示装置的例子的截面图。
图37是示出显示装置的例子的截面图。
图38是示出显示装置的例子的截面图。
图39A和图39B是示出子像素的例子的俯视图。
图40是示出显示装置的例子的截面图。
图41是示出显示装置的例子的截面图。
图42A至图42C是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图43A和图43B是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图44A和图44B是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图45A和图45B是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图46是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图47是示出显示装置的制造方法的例子的截面图。
图48A至图48E是示出显示装置的例子的截面图。
图49是示出显示装置的例子的截面图。
图50是示出显示装置的例子的截面图。
图51A至图51C示出工作模式的例子。
图52A是示出触摸传感器的方框图，图52B是时序图。
图53A是示出显示装置的方框图，图53B是时序图。
图54A至图54D说明显示装置及触摸传感器的工作。
图55A至图55D说明显示装置及触摸传感器的工作。
图56A至图56C是示出电子设备的例子的图。
图57A至图57C是示出电子设备的例子的图。
具体实施方式
参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明的一个实施方式不局限于以下说明。所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是本发明的方式及详细内容在不脱离本发明的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式的记载内容中。
注意，在下面说明的本发明的结构中，在不同的附图中以相同的附图标记表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。另外，有时对具有相同功能的部分使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
为了便于理解，有时附图中示出的各结构的位置、大小、范围等并不表示其实际的位置、大小、范围等。因此，所公开的发明不一定局限于附图所公开的位置、大小、范围等。
另外，根据情况或状态，可以互相调换“膜”和“层”。例如，可以将“导电层”变换为“导电膜”。此外，可以将“绝缘膜”变换为“绝缘层”。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(oxide semiconductor，也可以简称为OS)等。例如，有时将用于晶体管的半导体层的金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，OS FET是包含金属氧化物或氧化物半导体的晶体管。
在本说明书等中，有时将包含氮的金属氧化物称为金属氧化物 (metal oxide)。另外，也可以将包含氮的金属氧化物称为金属氧氮化物(metal oxynitride)。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照图1A和图1B至图31A至图31C说明本发明的一个实施方式的显示装置。
〈1.显示装置的结构例子1〉
首先，参照图1A和图1B、图2A至图2C、图3A1至图3C说明本实施方式的显示装置。
本实施方式的显示装置包括液晶元件及晶体管。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。晶体管与像素电极电连接。晶体管包括第一区域。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。晶体管的第一区域例如也可以为与像素电极连接的区域。
在本实施方式的显示装置中，晶体管包括可见光透过区域。例如，晶体管与像素电极的接触部使可见光透过，此时可以将该接触部设置在显示区域中。由此，可以提高像素的开口率，并降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
本实施方式的显示装置还包括扫描线及信号线。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。当将金属层用于扫描线及信号线时，可以降低扫描线及信号线的电阻值。
扫描线优选具有与晶体管的沟道区域重叠的部分。根据晶体管的沟道区域的材料，通过光照射，有时导致晶体管的特性变动。当扫描线具有与晶体管的沟道区域重叠的部分时，可以抑制外光或背光的光等照射到沟道区域。由此，可以提高晶体管的可靠性。
图1A所示的显示装置10A包括衬底11、衬底12、晶体管14及液晶元件15等。显示装置10A的衬底12一侧设置有背光单元13。
液晶元件15包括像素电极21、液晶层22及公共电极23。像素电极21通过设置在绝缘层26中的开口与晶体管14电连接。在绝缘层26 上设置有使用与像素电极21相同的工序及材料形成的导电层25。导电层25通过连接体29与公共电极23电连接。
来自背光单元13的光45a通过衬底12、绝缘层26、像素电极21、液晶层22、公共电极23及衬底11射出到显示装置10A的外部。作为使光45a透过的上述层的材料，使用可见光透过材料。
来自背光单元13的光45b通过衬底12、晶体管14、绝缘层26、像素电极21、液晶层22、公共电极23及衬底11射出到显示装置10A 的外部。在本实施方式中，与液晶元件15电连接的晶体管14具有包括可见光透过区域的结构。因此，可以将设置有晶体管14的区域用作显示区域。由此，可以提高像素的开口率。开口率越高，光提取效率也越高。因此，可以降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
图1B所示的显示装置10B与显示装置10A的不同之处在于：在衬底11一侧设置有背光单元13。其它结构与显示装置10A相同，因此省略其说明。
在显示装置10A中，光45b首先入射到晶体管14的可见光透过区域。然后，透过该可见光透过区域的光45b入射到液晶元件15。另一方面，在显示装置10B中，光45b首先入射到液晶元件15。然后，透过液晶元件15的光45b入射到晶体管14的可见光透过区域。如此，来自背光单元13的光可以首先入射到晶体管14或液晶元件15。
显示装置10B示出晶体管14中的与像素电极21连接的部分使可见光透过的例子。光45b透过晶体管14与像素电极21的连接部。也就是说，可以将晶体管14与像素电极21的连接部用作显示区域。由此，可以提高像素的开口率。此外，可以降低显示装置的功耗。
本发明的一个实施方式的显示装置可以应用于安装有触摸传感器的显示装置，这种显示装置也称为输入输出装置或触摸屏。触摸传感器位于液晶元件及晶体管的显示面一侧。
图2A所示的显示装置15A具有在显示装置10A的衬底11一侧设置有触摸传感器单元31的结构。
图2B所示的显示装置15B具有在显示装置10A的衬底11与公共电极23之间设置有触摸传感器单元31及绝缘层32的结构。此外，显示装置15B包括导电层27及导电层28。
在绝缘层26上设置有使用与像素电极21相同的工序及材料形成的导电层27。以与绝缘层32接触的方式设置有使用与公共电极23相同的工序及材料形成的导电层28。导电层28与触摸传感器单元31电连接。导电层28通过连接体29与导电层27电连接。由此，可以通过利用连接在衬底12一侧的一个或多个FPC将用来驱动液晶元件15的信号及用来驱动触摸传感器单元31的信号的双方供应给显示装置15B。由于不需要将FPC等连接于衬底11一侧，所以可以进一步简化显示装置的结构。与将FPC连接于衬底11一侧和衬底12一侧的双方的显示装置相比，图2B的显示装置可以容易地安装在电子设备中。此外，可以减少构件数。
在显示装置15B中，可以在一对衬底之间设置触摸传感器单元31，由此可以减少衬底个数，而可以减小显示装置的重量及厚度。
图2C所示的显示装置15C具有在显示装置10B的衬底12与绝缘层26之间设置有触摸传感器单元31及绝缘层32的结构。此外，显示装置15C包括导电层33。
以与绝缘层32接触的方式设置有使用与晶体管14所包括的导电层中的一个或多个相同的工序及材料形成的导电层33。导电层33与触摸传感器单元31电连接。在显示装置15C中，可以通过利用连接在衬底11一侧的一个或多个FPC将用来驱动液晶元件15的信号及用来驱动触摸传感器单元31的信号的双方供应给显示装置15C。因此，可以将图2C的显示装置容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。
在显示装置15C中，可以在一对衬底之间设置触摸传感器单元31，由此可以减少衬底个数，而可以减小显示装置的重量及厚度。
[像素]
接着，参照图3A1至图3C说明本实施方式的显示装置所包括的像素。
图3A1是示出像素900的俯视示意图。图3A1所示的像素900包括四个子像素。图3A1所示的像素900是包括2×2个子像素的像素的例子。在各子像素中设置有透射型液晶元件930LC(在图3A1及图3A2 中未图示)及晶体管914等。在图3A1的像素900中设置有两个布线902 及两个布线904。图3A1示出各子像素所包括的液晶元件的显示区域 (显示区域918R、918G、918B、918W)。
像素900包括布线902及904等。布线902例如被用作扫描线。布线904例如被用作信号线。布线902和904的一部分互相交叉。
晶体管914被用作选择晶体管。晶体管914的栅极与布线902电连接。晶体管914的源极和漏极中的一个与布线904电连接，晶体管 914的源极和漏极中的另一个与液晶元件930LC电连接。
这里，布线902及904具有遮光性。作为除布线902及904以外的层，即晶体管914、形成与晶体管914连接的布线、接触部、电容器等的各层优选使用透光膜。图3A2分别地示出图3A1的像素900所包括的可见光透过区域900t及可见光遮蔽区域900s。如此，当使用透光膜形成晶体管时，设置有布线902及904的部分以外的部分可以为透射区域900t。可以使液晶元件的透射区域与晶体管、连接于晶体管的布线、接触部、电容器等重叠，所以可以提高像素的开口率。
对于像素面积的透射区域的面积的比率越高，越可以提高透过光的量。例如，对于像素面积的透射区域的面积的比率可以为1％以上且 95％以下，优选为10％以上且90％以下，更优选为20％以上且80％以下。尤其是，上述比率优选为40％以上或50％以上，更优选为60％以上且80％以下。
图3B及图3C是沿着图3A2的点划线A-B的截面图。此外，在图 3B及图3C中，也示出在俯视图中未图示的液晶元件930LC、着色膜 932CF、遮光膜932BM、电容器915、驱动电路部901等的截面。驱动电路部901可以被用作扫描线驱动电路部或信号线驱动电路部。驱动电路部901包括晶体管911。
如图3B及图3C所示，光从背光单元13向虚线的箭头所示的方向射出。来自背光单元13的光通过晶体管914与液晶元件930LC的接触部、晶体管914及电容器915等被提取到外部。因此，形成晶体管914 及电容器915的膜等优选也具有透光性。晶体管914、电容器915等所包括的透光区域的面积越大，越可以高效地使用来自背光单元13的光。
如图3B及图3C所示，来自背光单元13的光也可以通过着色膜 932CF被提取到外部。当通过着色膜932CF提取光时，可以获得所希望的颜色的光。着色膜932CF的颜色可以从红色(R)、绿色(G)、蓝色 (B)、青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)等选择。
在图3B中，来自背光单元13的光首先入射到晶体管914及电容器915等。然后，透过晶体管914及电容器915等的光入射到液晶元件930LC。然后，透过液晶元件930LC的光通过着色膜932CF提取到外部。
在图3C中，来自背光单元13的光首先入射到着色膜932CF。然后，透过着色膜932CF的光入射到液晶元件930LC。然后，透过液晶元件 930LC的光通过晶体管914及电容器915等提取到外部。
作为图3A1至图3C所示的晶体管、布线、电容器等，可以使用以下所示的材料。此外，这些材料也可以被用于本实施方式所示的各结构例子中的可见光透过半导体层及可见光透过导电层。
晶体管所包括的半导体膜可以使用透光性半导体材料形成。作为透光性半导体材料，可以举出金属氧化物、氧化物半导体(oxide semiconductor)等。氧化物半导体优选至少包含铟。尤其是，优选包含铟及锌。此外，还可以包含铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或者多种。
晶体管所包括的导电膜可以使用透光性导电材料形成。透光性导电材料优选包含选自铟、锌和锡中的一种或多种。具体而言，可以使用In氧化物、In-Sn氧化物(也称为indium tin oxide或ITO)、In-Zn 氧化物、In-W氧化物、In-W-Zn氧化物、In-Ti氧化物、In-Sn-Ti氧化物、In-Sn-Si氧化物、Zn氧化物、Ga-Zn氧化物等。
晶体管的导电膜也可以为含有杂质元素而具有低电阻的氧化物半导体。该低电阻的氧化物半导体可以被称为氧化物导电体(OC：oxide conductor)。
例如，为了形成氧化物导电体，在氧化物半导体中形成氧缺陷，然后对该氧缺陷添加氢，由此在导带附近形成施主能级。具有施主能级的氧化物半导体具有高导电性，而成为导电体。
氧化物半导体具有大能隙(例如，能隙为2.5eV以上)，因此具有可见光透过性。此外，如上所述，氧化物导电体是在导带附近具有施主能级的氧化物半导体。因此，在氧化物导电体中起因于该施主能级的吸收的影响较小，由此氧化物导电体具有与氧化物半导体相同程度的可见光透过性。
氧化物导电体优选含有一种以上的包含在晶体管的半导体膜中的金属元素。当使用含有相同的金属元素的氧化物半导体形成晶体管所包括的层中的两层以上时，可以在两个以上的工序中使用相同的制造装置(例如，成膜装置、加工装置)，所以可以抑制制造成本。
通过采用本实施方式所示的显示装置中的像素的结构，可以高效地使用从背光单元射出的光。因此，可以提供优异的低功耗显示装置。
〈2.显示装置的结构例子2〉
接着，参照图4、图5A和图5B、图6、图7说明本实施方式的显示装置。图4是示出显示装置100A的立体图。图5A和图5B是显示装置100A所包括的子像素的俯视图。图6是示出显示装置100A的截面图。图7是示出显示装置100B的截面图。为了明确起见，在图4中省略偏振片130等构成要素。在图4中以虚线表示衬底61。
显示装置100A包括显示部62及驱动电路部64。在显示装置100A 上安装有FPC72及IC73。
显示部62包括多个像素且具有显示图像的功能。
像素包括多个子像素。例如，通过包括由呈现红色的子像素、呈现绿色的子像素及呈现蓝色的子像素这三个子像素构成的一个像素，显示部62可以显示全彩色图像。注意，子像素呈现的颜色不局限于红色、绿色及蓝色。像素例如也可以由呈现白色、黄色、品红色(magenta)、青色(cyan)的颜色的子像素构成。在本说明书等中，有时将子像素简单地记为像素。
显示装置100A可以包括扫描线驱动电路和信号线驱动电路中的一方或双方。显示装置100A也可以不包括扫描线驱动电路和信号线驱动电路的双方。在显示装置100A包括触摸传感器等传感器的情况下，显示装置100A也可以包括传感器驱动电路。在本实施方式中，示出驱动电路部64包括扫描线驱动电路的例子。扫描线驱动电路具有将扫描信号输出到显示部62所具有的扫描线的功能。
在显示装置100A中，IC73以COG方式等安装在衬底51上。IC73 例如包括信号线驱动电路、扫描线驱动电路以及传感器驱动电路中的一个或多个。
FPC72电连接于显示装置100A。将信号或电力从外部通过FPC72 供应到IC73及驱动电路部64。另外，可以将信号从IC73通过FPC72 输出到外部。
另外，也可以在FPC72上安装有IC。例如，可以在FPC72上安装有包括信号线驱动电路、扫描线驱动电路以及传感器驱动电路中的一个或多个的IC。
布线65向显示部62及驱动电路部64供应信号及电力。该信号及电力从IC73或者从外部通过FPC72输入到布线65。
图6是包括显示部62、驱动电路部64及布线65的截面图。图6 包括沿着图5A中的点划线X1-X2的截面图。在图6之后的显示装置的截面图中，显示部62包括子像素中的显示区域68和位于显示区域68 周边的非显示区域66。
图5A是从公共电极112一侧看到的俯视图，且示出子像素中的栅极223至公共电极112的叠层结构(参照图6)。在图5A中，以粗的虚线的方框表示子像素中的显示区域68。图5B是图5A的除公共电极112 以外的叠层结构的俯视图。
显示装置100A是包括使用横向电场方式的液晶元件的透射型液晶显示装置的例子。
如图6所示，显示装置100A包括衬底51、晶体管201、晶体管206、液晶元件40、辅助布线139、取向膜133a、取向膜133b、连接部204、粘合层141、着色层131、遮光层132、保护层121、衬底61及偏振片 130等。
在显示区域68中设置有液晶元件40。液晶元件40是采用边缘场切换(fringefield switching：FFS)模式的液晶元件。
液晶元件40包括像素电极111、公共电极112及液晶层113。通过利用产生在像素电极111与公共电极112之间的电场，可以控制液晶层113的取向。液晶层113位于取向膜133a与133b之间。
在图6中，像素电极111通过导电层222c与低电阻区域231b电连接。
导电层222c及低电阻区域231b使用可见光透过材料形成。由此，可以将像素电极111与晶体管的连接部设置在显示区域68中。因此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
公共电极112可以具有梳齿状的顶面形状(也称为平面形状)或设置有狭缝的顶面形状。图5A、图5B及图6示出在一个子像素的显示区域68中一个开口设置在公共电极112中的例子。在公共电极112中，可以设置一个或多个开口。随着显示装置的高分辨率化，一个子像素的显示区域68的面积变小。因此，设置在公共电极112中的开口的个数不局限于多个，也可以为一个。就是说，在高分辨率的显示装置中，像素(子像素)的面积小，所以即使在公共电极112中只有一个开口，也可以在子像素的整个显示区域上生成为了使液晶取向所需要的电场。
在像素电极111与公共电极112之间设置有绝缘层220。像素电极 111具有隔着绝缘层220与公共电极112重叠的部分。此外，在像素电极111与着色层131重叠的区域的一部分中，公共电极112不配置在像素电极111上。在公共电极112上设置有辅助布线139。辅助布线 139的电阻率优选低于公共电极112的电阻率。通过设置与公共电极电连接的辅助布线，可以抑制起因于公共电极的电阻的电压下降。另外，在采用包含金属氧化物的导电层和包含金属的导电层的叠层结构的情况下，优选通过使用半色调掩模的图案化技术形成这些导电层，由此可以简化制造工序。
辅助布线139可以为其电阻值比公共电极112低的膜。辅助布线 139例如可以通过使用钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、银、钕、钪等金属材料或含有上述元素的合金材料以单层或叠层形成。
辅助布线139优选设置在与遮光层132等重叠的位置，使得辅助布线139不被显示装置的使用者看到。
优选设置与液晶层113接触的取向膜。取向膜可以控制液晶层113 的取向。在显示装置100A中，取向膜133a位于公共电极112(或绝缘层220)与液晶层113之间，取向膜133b位于保护层121与液晶层113 之间。
液晶材料被分为具有正介电常数各向异性(△ε)的正型液晶材料和具有负介电常数各向异性的负型液晶材料。在本发明的一个实施方式中，可以使用正型和负型中的任何材料，可以根据所采用的模式及设计选择适当的液晶材料。
在本发明的一个实施方式中，优选使用负型液晶材料。负型液晶材料不容易受到起因于液晶分子的极化的挠曲电效应的影响，由此施加到液晶层的电压的极性几乎不影响到透过率。因此，可以抑制显示装置的使用者看到闪烁(flickering)。挠曲电效应是主要起因于分子形状且由于取向畸变产生极化的现象。负型液晶材料不容易产生展曲或弯曲等变形。
在此，液晶元件40是使用FFS模式的元件，但是本发明的一个实施方式不局限于此，可采用使用各种模式的液晶元件。例如，可以使用采用垂直取向(vertical alignment：VA)模式、扭曲向列(twisted nematic：TN)模式、平面切换(in-plane switching：IPS)模式、轴对称排列微单元(axially symmetric aligned micro-cell：ASM) 模式、光学补偿弯曲(optically compensated birefringence：OCB) 模式、铁电性液晶(ferroelectricliquid crystal：FLC)模式、反铁电液晶(antiferroelectric liquid crystal：AFLC)模式、电控双折射(electrically controlled birefringence：ECB)模式、垂直取向平面切换(VA-IPS)模式、宾主模式等的液晶元件。
另外，显示装置100A也可以为常黑型液晶显示装置，诸如采用垂直取向(VA)模式的透射型液晶显示装置。作为垂直取向模式的例子，有多象限垂直取向(multi-domainvertical alignment：MVA)模式、垂直取向构型(patterned vertical alignment：PVA)模式、高级超视觉(advanced super view：ASV)模式。
液晶元件是利用液晶的光学调制作用来控制光的透过和非透过的元件。液晶的光学调制作用由施加到液晶的电场(包括水平电场、垂直电场、倾斜方向电场)控制。作为用于液晶元件的液晶可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:polymer dispersed liquid crystal)、铁电液晶、反铁电液晶等。这些液晶材料根据条件呈现出胆甾相、近晶相、立方相、手向列相、各向同性相等。
此外，在采用水平电场方式的情况下，也可以使用不需要取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。因为蓝相只在窄的温度范围内出现，所以将其中混合了5wt.％以上的手征性试剂的液晶组合物用于液晶层113，以扩大温度范围。包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的响应速度快，并且其呈现光学各向同性，由此不需要取向工序。此外，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的视角依赖性小。另外，由于不需要设置取向膜而不需要摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电破坏，并可以降低制造工序中的液晶显示装置的不良、破损。
因为显示装置100A是透射型液晶显示装置，所以将可见光透过导电材料用于像素电极111及公共电极112的双方。将可见光透过导电材料用于晶体管206所包括的导电层中的一个或多个。由此，可以将晶体管206的至少一部分设置在显示区域68中。在图6中示出将可见光透过导电材料用于导电层222c的例子。
例如，作为可见光透过导电材料，优选使用包含铟(In)、锌(Zn)、锡(Sn)中的一种以上的材料。具体而言，例如可以举出氧化铟、铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、包含氧化硅的铟锡氧化物(ITSO)、氧化锌、包含镓的氧化锌等。另外，也可以使用包含石墨烯的膜。包含石墨烯的膜例如可以通过还原包含氧化石墨烯的膜而形成。
优选的是，导电层222c、像素电极111和公共电极112中的至少一个或多个包括氧化物导电层。氧化物导电层优选包含晶体管206的半导体层所包含的金属元素中的一种以上。例如，导电层222c优选包含铟，更优选为In-M-Zn氧化物(M为Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、La、Ce、Nd、Sn或Hf)膜。同样地，像素电极111及公共电极112优选都包含铟，更优选为In-M-Zn氧化物膜。
导电层222c、像素电极111和公共电极112中的至少一个或多个也可以使用氧化物半导体形成。当使用含有相同的金属元素的氧化物半导体形成构成显示装置的层中的两层以上时，可以在两个以上的工序中使用相同的制造装置(例如，成膜装置、加工装置)，所以可以抑制制造成本。
氧化物半导体是能够利用半导体材料的膜中的氧缺损和/或半导体材料的膜中的氢、水等杂质浓度而控制电阻的半导体材料。由此，通过选择对氧化物半导体层进行氧缺损和/或杂质浓度增加的处理或氧缺损和/或杂质浓度降低的处理，可以控制氧化物导电层的电阻率。
此外，可以将这种使用氧化物半导体层形成的氧化物导电层称为高载流子密度且低电阻的氧化物半导体层、具有导电性的氧化物半导体层或者导电性高的氧化物半导体层。
另外，通过使用相同的金属元素形成氧化物半导体层及氧化物导电层，可以降低制造成本。例如，通过使用具有相同的金属组成的金属氧化物靶材，可以降低制造成本。通过使用具有相同的金属组成的金属氧化物靶材，可以将在氧化物半导体层的加工时使用的蚀刻气体或蚀刻液还用于氧化物导电层的加工。注意，即使氧化物半导体层及氧化物导电层具有相同的金属元素，有时该金属元素的组成也互不相同。例如，在显示装置的制造工序中，有时膜中的金属元素脱离而产生不同的金属组成。
例如，在将包含氢的氮化硅膜用于绝缘层216，并且将氧化物半导体用于导电层222c的情况下，由于从绝缘层216供应的氢，可以提高氧化物半导体的导电率。同样地，例如在将包含氢的氮化硅膜用于绝缘层220，并且将氧化物半导体用于像素电极111的情况下，由于从绝缘层220供应的氢，可以提高氧化物半导体的导电率。
在非显示区域66中设置有晶体管206。
晶体管206包括栅极221、栅极223、绝缘层211、绝缘层213及半导体层(沟道区域231a及一对低电阻区域231b)。低电阻区域231b 的电阻率低于沟道区域231a的电阻率。在本实施方式中，以作为半导体层使用氧化物半导体层的情况为例进行说明。氧化物半导体层优选包含铟，更优选为In-M-Zn氧化物(M为Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、La、 Ce、Nd、Sn或Hf)膜。将在后面说明氧化物半导体层的详细内容。
栅极221隔着绝缘层213重叠于沟道区域231a。栅极223隔着绝缘层211重叠于沟道区域231a。绝缘层211及213被用作栅极绝缘层。通过设置在绝缘层212及214中的开口，导电层222a连接于低电阻区域231b中的一个，导电层222c连接于低电阻区域231b中的另一个。
图6所示的晶体管206是在沟道的上下包括栅极的晶体管。
在图5B所示的接触部Q1中，栅极221与223电连接。与其他晶体管相比，这种具有彼此电连接的两个栅极的晶体管能够具有高场效应迁移率，由此其通态电流(on-statecurrent)大。因此，可以获得能够高速工作的电路。再者，能够缩小电路部的占有面积。通过使用通态电流大的晶体管，即使在因大型化或高分辨率化其布线数增多的显示装置中，也可以降低各布线的信号延迟，而可以抑制显示不均匀。另外，通过采用这种结构，可以制造可靠性高的晶体管。
在图5B所示的接触部Q2中，导电层222c与像素电极111连接。如上所述，导电层222c使用可见光透过材料形成。因此，可以将接触部Q2设置在显示区域68中。由此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
换言之，在图5A和图5B中，一个导电层被用作扫描线228及栅极223。栅极221和223中的电阻低的一方优选为也被用作扫描线的导电层。被用作扫描线228的导电层的电阻优选足够低。因此，被用作扫描线228的导电层优选使用金属、合金等形成。作为被用作扫描线228的导电层，也可以使用具有遮蔽可见光的功能的材料。
在图5A和图5B中，也可以说一个导电层被用作信号线229及导电层222a。被用作信号线229的导电层的电阻优选足够低。因此，被用作信号线229的导电层优选使用金属、合金等形成。作为被用作信号线229的导电层，也可以使用具有遮蔽可见光的功能的材料。也就是说，在本发明的一个实施方式中，晶体管206的特征在于导电层222a 和222c使用不同的材料形成。
具体而言，可用于导电层222c的可见光透过导电材料的电阻率比铜或铝等遮蔽可见光的导电材料高。因此，为了防止信号延迟，扫描线及信号线等总线优选使用电阻率低且遮蔽可见光的导电材料(金属材料)形成。注意，根据像素的大小、总线的宽度、总线的厚度等，总线可以使用可见光透过导电材料形成。
栅极221、223都可以包括金属材料和氧化物导电体中的一个的单层、或金属材料和氧化物导电体的叠层。例如，栅极221和223中的一个可以包含氧化物导电体，栅极221和223中的另一个可以包含金属材料。
晶体管206可以包括作为半导体层的氧化物半导体层，且包括作为栅极221和223中的至少一个的氧化物导电层。此时，优选使用氧化物半导体形成氧化物半导体层和氧化物导电层。
当将可见光遮蔽导电层用于栅极223时，可以抑制来自背光的光照射到沟道区域231a。如此，当沟道区域231a与可见光遮蔽导电层重叠时，可以抑制光导致的晶体管的特性变动。由此，晶体管可以具有高可靠性。
在沟道区域231a的衬底61一侧设置有遮光层132且在沟道区域 231a的衬底51一侧设置有可见光遮蔽栅极223，由此可以抑制外光及来自背光的光照射到沟道区域231a。
在本发明的一个实施方式中，可见光遮蔽导电层也可以与半导体层的一部分重叠而不一定需要与半导体层的其它部分重叠。例如，可见光遮蔽导电层也可以至少与沟道区域231a重叠。具体而言，如图6 等所示，与沟道区域231a相邻的低电阻区域231b具有不与栅极223 重叠的区域。此外，也可以用上述氧化物导电体(OC)代替低电阻区域231b。如上所说明，因为氧化物导电体(OC)使可见光透过，所以可以使光透过低电阻区域231b而提取。
在将硅(典型为非晶硅或低温多晶硅(LTPS))用于晶体管的半导体层的情况下，也可以将相当于上述低电阻区域的区域称为在硅中包含磷或硼等杂质的区域。此外，硅的带隙大约为1.1eV。在硅中包含磷或硼等杂质时，有时带隙变小。因此，当将硅用于晶体管的半导体层时，形成在硅中的低电阻区域的可见光透过性低，因此有时难以使光透过该低电阻区域而提取。但是，在本发明的一个实施方式中，氧化物半导体(OS)及氧化物导电体(OC)使可见光透过，所以可以提高像素或子像素的开口率。
晶体管206被绝缘层212及214、绝缘层215及216覆盖。此外，也可以将绝缘层212、214、216视为晶体管206的构成要素。晶体管优选被抑制杂质扩散到构成晶体管的半导体中的绝缘层覆盖。绝缘层 215被用作平坦化层。
绝缘层211及213优选都包括过剩氧区域。在栅极绝缘层包括过剩氧区域时，可以对沟道区域231a供应过剩氧。因为可以由过剩氧填补可能形成在沟道区域231a中的氧缺陷，所以可以提供可靠性高的晶体管。
绝缘层212优选包含氮或氢。当绝缘层212与低电阻区域231b接触时，绝缘层212中的氮或氢被添加到低电阻区域231b中。当低电阻区域231b被添加了氮或氢时，低电阻区域231b的载流子密度变高。此外，当绝缘层214包含氮或氢，绝缘层212使氮或氢透过时，氮或氢也可以被添加到低电阻区域231b中。
在显示装置100A中，在液晶层113的衬底61一侧设置有着色层 131及遮光层132。着色层131位于至少与子像素的显示区域68重叠的区域。在像素(子像素)的非显示区域66中，设置有遮光层132。遮光层132至少与晶体管206的一部分重叠。
优选在着色层131或遮光层132与液晶层113之间设置保护层121。保护层121可以抑制包含在着色层131及遮光层132等的杂质扩散到液晶层113。
使用粘合层141将衬底51与61贴合。在由衬底51、61及粘合层 141围绕的区域中密封有液晶层113。
在将显示装置100A用作透射型液晶显示装置的情况下，以夹有显示部62的方式配置两个偏振片。图6示出衬底61一侧的偏振片130。来自设置在衬底51一侧的偏振片的外侧的背光的光45经过偏振片进入显示装置100A。此时，可以通过利用施加到像素电极111与公共电极112之间的电压控制液晶层113的取向，来控制光的光学调制。就是说，可以控制经过偏振片130射出的光的强度。另外，着色层131 吸收入射光的指定波长范围以外的波长的光。其结果是，所射出的光例如呈现红色、蓝色或绿色。
除了偏振片之外，例如还可以利用圆偏振片。作为圆偏振片的例子，可以举出将直线偏振片和四分之一波相位差板层叠而成的偏振片。圆偏振片可以减小显示装置的显示品质的视角依赖性。
液晶元件40优选以宾主液晶模式驱动。当采用宾主液晶模式时，不需要使用偏振片。由于能够减少因偏振片产生的光吸收，所以可以提高光取出效率，并可以提高显示装置所显示的图像的亮度。
驱动电路部64包括晶体管201。
晶体管201包括栅极221、栅极223、绝缘层211、绝缘层213、半导体层(沟道区域231a及一对低电阻区域231b)、导电层222a及导电层222b。导电层222a和222b中的一个被用作源极，另一个被用作漏极。导电层222a电连接于低电阻区域231b中的一个，导电层222b电连接于低电阻区域231b中的另一个。
设置在驱动电路部64中的晶体管不一定需要具有使可见光透过的功能。因此，导电层222a可以利用与导电层222b相同的工序及材料形成。
在连接部204中，布线65与导电层251彼此连接，导电层251与连接体242彼此连接。换言之，在连接部204中，布线65通过导电层 251及连接体242与FPC72电连接。通过采用上述结构，可以将信号及电力从FPC72供应到布线65。
布线65可以利用与晶体管201所包括的导电层222a、222b及晶体管206所包括的导电层222a相同的材料及制造工序形成。导电层251 可以利用与液晶元件40所包括的像素电极111相同的材料及制造工序形成。如此，优选利用与用于构成显示部62及驱动电路部64的导电层相同的材料及制造工序制造构成连接部204的导电层，因为可以防止工序数的增加。
晶体管201、206可以具有相同的结构或不同的结构。就是说，驱动电路部64所包括的晶体管、显示部62所包括的晶体管也可以具有相同结构或不同的结构。此外，驱动电路部64也可以包括具有不同结构的多个晶体管，显示部62也可以包括具有不同结构的多个晶体管。例如，优选的是，在扫描线驱动电路所包括的移位寄存器电路、缓冲器电路和保护电路中的一个以上中使用具有彼此电连接的两个栅极的晶体管。
图7示出显示装置100B的截面图。注意，显示装置100B的立体图与图4所示的显示装置100A相同，所以省略其说明。
显示装置100A示出晶体管包括两个栅极的例子，但是，在显示装置100B中晶体管201及206只包括栅极221。此外，显示装置100B 包括间隔物117。关于显示装置100B的与显示装置100A相同的构成要素，省略其详细说明。
晶体管201及206设置在绝缘层211上。绝缘层211被用作基底膜。晶体管206包括栅极221、绝缘层213及半导体层(沟道区域231a 及一对低电阻区域231b)。通过设置在绝缘层212及214中的开口，导电层222a连接于低电阻区域231b中的一个，导电层222b或222c连接于低电阻区域231b中的另一个。绝缘层215被用作平坦化层。
晶体管201所包括的导电层222b可以利用与导电层222a相同的材料及工序形成。晶体管201所包括的导电层222c使用可见光透过材料形成。
间隔物117具有保持衬底51与衬底61之间的距离一定距离以上的功能。
在图7所示的例子中，间隔物117的底面与保护层121接触，但是本发明的一个实施方式不局限于此。间隔物117也可以设置在衬底 51一侧或衬底61一侧。
在图7所示的例子中，在取向膜133a及133b与间隔物117重叠的区域中取向膜133a与133b不接触，但是取向膜133a与133b也可以接触。此外，设置在一个衬底上的间隔物117可以与设置在另一个衬底上的结构物接触，也可以不与其接触。例如，液晶层113也可以位于间隔物117与该结构物之间。
作为间隔物117也可以使用粒状间隔物。作为粒状间隔物，可以使用二氧化硅等的材料。间隔物优选由树脂或橡胶等具有弹性的材料形成。此时，粒状间隔物有时成为在垂直方向上被压扁的形状。
接着，对能够用于本实施方式的显示装置的各构成要素的材料等的详细内容进行说明。注意，有时省略已经说明过的构成要素的说明。可以将下述材料适当地用于后面所示的显示装置、触摸屏以及它们的构成要素。
《衬底51、61》
对本发明的一个实施方式的显示装置所使用的衬底的材料没有特别的限制，可以使用各种衬底。例如，可以使用玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、半导体衬底、陶瓷衬底、金属衬底或塑料衬底。
通过使用厚度薄的衬底，可以减小显示装置的重量及厚度。再者，通过使用其厚度允许其具有柔性的衬底，可以实现柔性显示装置。
本发明的一个实施方式的显示装置通过在制造衬底上形成晶体管等，然后将该晶体管等转置到别的衬底来制造。通过使用制造衬底，可以形成特性良好的晶体管；可以形成功耗低的晶体管；可以制造不易损坏的显示装置；可以对显示装置赋予耐热性；可以制造更轻量的显示装置；可以制造更薄型的显示装置。转置晶体管的衬底的例子不局限于能够形成晶体管的衬底，还可以举出纸衬底、玻璃纸衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(例如，丝、棉、麻)、合成纤维(例如，尼龙、聚氨酯、聚酯)、再生纤维(例如，醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚酯)等)、皮革衬底、橡胶衬底等。
《晶体管201、206》
本发明的一个实施方式的显示装置所包括的晶体管可以具有顶栅型结构或底栅型结构。栅电极也可以设置在沟道的上下。对用于晶体管的半导体材料没有特别的限制，例如可以使用氧化物半导体、硅、锗。
对用于晶体管的半导体材料的结晶性也没有特别的限制，可以使用非晶半导体或具有结晶性的半导体(微晶半导体、多晶半导体、单晶半导体或部分具有结晶区域的半导体)。通过使用具有结晶性的半导体，可以抑制晶体管的特性劣化，所以是优选的。
例如，可以将第14族元素、化合物半导体或氧化物半导体用于半导体层。典型的是，可以将包含硅的半导体、包含砷化镓的半导体或包含铟的氧化物半导体等用于半导体层。
优选将氧化物半导体用于晶体管的形成沟道的半导体。尤其是，优选使用其带隙比硅大的氧化物半导体。优选使用与硅相比带隙宽且载流子密度小的半导体材料，因为这种材料可以降低晶体管的关闭状态时的电流(关态电流：off-state current)。
关于氧化物半导体，可以参照上述说明及实施方式5的说明等。
通过使用氧化物半导体作为半导体层，可以提供一种电特性变动得到抑制且可靠性高的晶体管。
由于上述晶体管的关态电流低，因此能够长期间保持通过晶体管储存于电容器中的电荷。通过将这种晶体管用于像素，能够在保持所显示的图像的灰度的状态下，停止驱动电路。其结果是，可以实现功耗极低的显示装置。
晶体管201、206优选包括被高度纯化且氧缺陷的形成被抑制的氧化物半导体层。由此，可以降低晶体管的关态电流。因此，可以延长图像信号等电信号的保持时间，在开启状态下可以延长写入间隔。因此，可以降低刷新工作的频度，从而可以获得抑制功耗的效果。
在晶体管201、206中，能够得到较高的场效应迁移率，因此能够进行高速驱动。通过将这种能够进行高速驱动的晶体管用于显示装置，可以在同一衬底上形成显示部的晶体管和驱动电路部的晶体管。这意味着作为驱动电路不需要另行使用由硅片等形成的半导体装置，所以可以减少显示装置的部件数量。另外，通过在显示部中也使用能够进行高速驱动的晶体管，能够提供高质量图像。
《绝缘层》
作为能够用于显示装置所包括的各绝缘层、保护层、间隔物等的绝缘材料，可以使用有机绝缘材料或无机绝缘材料。作为有机绝缘材料的例子，可以举出丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂。作为无机绝缘膜的例子，可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧化铪膜、氧化钇膜、氧化锆膜、氧化镓膜、氧化钽膜、氧化镁膜、氧化镧膜、氧化铈膜及氧化钕膜。
《导电层》
作为晶体管的栅极、源极、漏极、显示装置的布线及电极等导电层，可以采用使用铝、钛、铬、镍、铜、钇、锆、钼、银、钽或钨等金属、包含这些金属作为主要成分的合金的单层结构或叠层结构。例如，可以采用：在铝膜上层叠钛膜的两层结构、在钨膜上层叠钛膜的两层结构、在钼膜上层叠铜膜的两层结构、在包含钼和钨的合金膜上层叠铜膜的两层结构、在包含铜、镁及铝的合金膜上层叠铜膜的两层结构、依次层叠有钛膜或氮化钛膜、铝膜或铜膜以及钛膜或氮化钛膜的三层结构、依次层叠有钼膜或氮化钼膜、铝膜或铜膜以及钼膜或氮化钼膜的三层结构等。例如，当导电层具有三层结构时，优选的是，第一层和第三层为由钛、氮化钛、钼、钨、包含钼和钨的合金、包含钼和锆的合金、或氮化钼形成的膜，第二层为由铜、铝、金、银、或者包含铜和锰的合金等低电阻材料形成的膜。此外，也可以使用ITO、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、ITSO等透光导电材料。
另外，也可以通过控制氧化物半导体的电阻率形成氧化物导电层。
《粘合层141》
作为粘合层141可以使用热固化树脂、光固化树脂、双组分型固化树脂等固化树脂。例如，可以使用丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂或者硅氧烷树脂。
《连接体242》
作为连接体242，例如可以使用各向异性导电膜(ACF：anisotropic conductivefilm)或各向异性导电膏(ACP：anisotropic conductive paste)。
《着色层131》
着色层131是使指定波长范围的光透过的有色层。作为能够用于着色层131的材料的例子，可以举出金属材料、树脂材料、包含颜料或染料的树脂材料。
《遮光层132》
例如，遮光层132设置在相邻的不同的颜色的着色层131之间。例如，可以将使用金属材料或者包含颜料或染料的树脂材料形成的黑矩阵用作遮光层132。另外，优选将遮光层132设置于驱动电路部64 等显示部62之外的区域中，此时可以抑制波导光等的泄漏。
构成显示装置的薄膜(即，绝缘膜、半导体膜、导电膜等)可以利用溅射法、化学气相沉积(CVD：chemical vapor deposition)法、真空蒸镀法、脉冲激光沉积(PLD：pulsedlaser deposition)法、原子层沉积(ALD：atomic layer deposition)法等形成。作为CVD法的例子，可以举出等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法或热CVD 法。作为热CVD法的例子，可以举出有机金属化学气相沉积(MOCVD： metal organic CVD)法。
另外，构成显示装置的薄膜(即，绝缘膜、半导体膜、导电膜等) 可以利用旋涂法、浸渍法、喷涂法、喷墨印刷法、分配器法、丝网印刷法、胶版印刷法等的方法或者使用刮刀(doctor knife)、狭缝式涂布法、辊涂法、帘式涂布法、刮刀式涂布法等形成。
可以利用光刻法等对构成显示装置的薄膜进行加工。另外，可以利用使用遮蔽掩模的成膜方法形成岛状的薄膜。另外，可以利用纳米压印法、喷砂法、剥离法等对薄膜进行加工。作为光刻法的例子，有：在要进行加工的薄膜上形成抗蚀剂掩模，通过蚀刻等对该薄膜进行加工，并去除抗蚀剂掩模的方法；形成感光性薄膜，对感光性薄膜进行曝光及显影，来加工为所希望的形状的方法。
在光刻法中，作为用于曝光的光，可以举出i线(波长为365nm) 的光、g线(波长为436nm)的光、h线(波长为405nm)的光或将这些光混合而成的光。另外，可以使用紫外光、KrF激光或ArF激光等。另外，也可以利用液浸曝光技术进行曝光。作为用于曝光的光，可以举出极紫外光(EUV：extreme ultra-violet light)及X射线等。另外，也可以使用电子束代替用于曝光的光。优选使用极紫外光、X射线或电子束，因为它们可以进行极其微细的加工。另外，在通过电子束等的扫描进行曝光时，不需要光掩模。
作为薄膜的蚀刻方法，可以利用干蚀刻法、湿蚀刻法或喷砂法等。
〈3.显示装置的结构例子3〉
图8、图9A至图9D、图10A和图10B、图11、图12示出显示装置的例子。图8是示出显示装置100C的截面图。图9A是示出显示装置100D的截面图。图10A和图10B是示出显示装置所包括的子像素的俯视图。图11是示出显示装置100E的截面图。图12是示出显示装置 100F的截面图。注意，显示装置100C、100D、100E及100F的立体图与图4所示的显示装置100A相同，所以在此省略说明。
图8所示的显示装置100C与上述显示装置100A的不同之处在于像素电极111和公共电极112的位置。
在图6所示的显示装置100A中，取向膜133a与第一公共电极112 接触。另一方面，在图8所示的显示装置100C中，取向膜133a与像素电极111接触。
图9A至图9D所示的显示装置100D与上述显示装置100A的不同之处在于像素电极111和公共电极112的形状。
像素电极111及公共电极112的双方都可以具有梳齿状的顶面形状(也称为平面形状)或设置有狭缝的顶面形状。
在图9A至图9D所示的显示装置100D中，像素电极111及公共电极112设置在同一平面上。
此外，上述电极也可以具有一个电极的狭缝的端部与另一个电极的狭缝的端部对齐的形状。图9B示出此时的截面图。
此外，从顶面来看，像素电极111和公共电极112也可以具有彼此重叠的部分。图9C示出此时的截面图。
此外，从顶面来看，显示部62也可以具有不设置像素电极111和公共电极112的双方的部分。图9D示出此时的截面图。
图10A和图10B是作为与液晶元件电连接的晶体管采用底栅顶接触(bottom-gatetop-contact：BGTC)型晶体管时的子像素的俯视图。图10A示出晶体管、像素电极111及公共电极112。BGTC型晶体管包括栅极221、半导体层231以及被用作源电极及漏电极的导电层222a、 222c。图10B是从图10A所示的叠层结构去除公共电极112的俯视图。
在图10A和图10B中，也可以说一个导电层被用作扫描线228及栅极221。此外，在图10A和图10B中，也可以说一个导电层被用作信号线229及导电层222a。
导电层222c使用可见光透过材料形成。由此，可以将像素电极111 与晶体管的连接部设置在显示区域68中。因此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
图11所示的显示装置100E及图12所示的显示装置100F与上述显示装置100A的不同之处在于晶体管的形状。
图11所示的晶体管201及206都包括栅极221、绝缘层213、导电层222a及半导体层231。晶体管201还包括导电层222b。晶体管206 还包括导电层222c。
栅极221隔着绝缘层213与半导体层231重叠。绝缘层213被用作栅极绝缘层。导电层222a、222b、222c都具有与半导体层231连接的部分。导电层222a、和导电层222b或222c中的一个被用作源电极，另一个被用作漏电极。晶体管201及206被绝缘层212及214覆盖。
图12所示的晶体管201及206都包括栅极221、栅极223、绝缘层212至214、导电层222a及半导体层231。晶体管201还包括导电层222b。晶体管206还包括导电层222c。
栅极221隔着绝缘层213与半导体层231重叠。栅极223隔着绝缘层212及214与半导体层231重叠。绝缘层212至214被用作栅极绝缘层。导电层222a、222b、222c都具有与半导体层231连接的部分。导电层222a、和导电层222b或222c中的一个被用作源电极，另一个被用作漏电极。晶体管201及206被绝缘层215覆盖。
在图11及图12中，像素电极111与导电层222c电连接。
导电层222c使用可见光透过材料形成。由此，可以将像素电极111 与晶体管的连接部设置在显示区域68中。因此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
如上所述，本发明的一个实施方式的显示装置可以包括各种形状的晶体管及液晶元件。
〈4.显示装置的结构例子4〉
图13A和图13B、图14A和图14B、图15A和图15B、图16A和图 16B、图17A和图17B、图18A和图18B是示出与图5A和图5B所示的子像素不同的子像素的俯视图。
图5A和图5B是示出包括FFS模式的液晶元件的子像素的俯视图。图5A和图5B示出从晶体管一侧依次设置有像素电极111、公共电极 112的例子。
与图5A和图5B同样，图13A和图13B及图14A和图14B是示出包括FFS模式的液晶元件的子像素的俯视图。在图13A和图13B及图 14A和图14B中，从晶体管一侧依次设置有像素电极111、公共电极112。
图13A和图14A是从公共电极112一侧看到子像素的栅极223至公共电极112的叠层结构的俯视图。在图13A和图14A中，以粗的虚线的方框表示子像素中的显示区域68。图13B和图14B分别是从图13A 或图14A所示的叠层结构去除公共电极112的俯视图。
如图13A和图14A所示，一个子像素的显示区域68可以设置有两个以上的公共电极112中的开口。
在图13B及图14B所示的接触部Q1中，栅极221与223电连接。
在图13B所示的接触部Q2中，导电层222b与像素电极111连接。在图14B所示的接触部Q2中，导电层222c与像素电极111连接。
在图14A和图14B所示的结构中，导电层222c使可见光透过。因此，可以将接触部Q2设置在显示区域68中。另一方面，图13A和图 13B所示的导电层222b遮蔽可见光。由此，与图13A和图13B所示的结构相比，图14A和图14B所示的结构可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
在本发明的一个实施方式中，通过将像素电极与晶体管的接触部设置在显示区域68中，可以提高开口率10％以上，优选为20％以上。由此，可以降低背光的功耗10％以上，优选为20％以上。
在图13A和图13B所示的结构中，可以利用相同的材料及工序形成导电层222a及222b，所以可以简化制造工序，而可以降低成本。
图15A和图15B以及图16A和图16B是示出包括采用TN模式或VA 模式等垂直电场模式的液晶元件的子像素的俯视图。
图15A和图16A是从公共电极111一侧看到子像素的栅极223至像素电极111的叠层结构的俯视图。在图15A和图16A中，以粗的虚线的方框表示子像素中的显示区域68。图15B和图16B分别是从图15A 或图16A所示的叠层结构去除像素电极111的俯视图。
在使用横向电场模式的液晶元件的情况下，可以在像素电极111 与公共电极112之间形成电容。另一方面，在使用纵向电场模式的液晶元件的情况下，另行形成电容器。
在图15A和图15B及图16A和图16B中，在子像素中设置有电容线244。电容线244电连接于使用与晶体管所包括的导电层(例如，栅极221)相同的材料及工序形成的导电层。在图15A和图15B中，以与电容线244重叠的方式设置有可见光遮蔽导电层222b。在图16A和图16B中，以与电容线244重叠的方式设置有可见光透过导电层222c。在图15A和图15B中，导电层222b与像素电极111连接。在图16A和图16B中，导电层222c与像素电极111连接。
在图16A和图16B所示的结构中，导电层222c使可见光透过。因此，可以将电容器的至少一部分、导电层222c与像素电极111的接触部设置在显示区域68中。图15A和图15B所示的导电层222b遮蔽可见光。由此，与图15A和图15B所示的结构相比，图16A和图16B所示的结构可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
在图15A和图15B所示的结构中，可以利用相同的材料及工序形成导电层222a及222b，所以可以简化制造工序，而可以降低成本。
图17A和图17B以及图18A和图18B是示出包括垂直电场模式的液晶元件的子像素的俯视图。
图17A和图18A是从像素电极111一侧看到子像素中的栅极223 至像素电极111的叠层结构的俯视图。在图17A和图18A中，以粗的虚线的方框表示子像素中的显示区域68。图17B和图18B分别是从图 17A或图18A所示的叠层结构去除像素电极111的俯视图。
在图17A和图17B及图18A和图18B中，在子像素中设置有电容线244。电容线244电连接于使用与晶体管所包括的导电层(例如，栅极221)相同的材料及工序形成的导电层。在图17A和图17B中，以与电容线244重叠的方式设置有可见光遮蔽导电层222b。在图18A和图18B中，以与电容线244重叠的方式设置有可见光透过导电层222c。在图17A和图17B中，导电层222b与像素电极111连接。在图18A和图18B中，导电层222c与像素电极111连接。
在图18A和图18B所示的结构中，可以将电容器的至少一部分、导电层222c与像素电极111的接触部设置在显示区域68中。由此，与图17A和图17B所示的结构相比，图18A和图18B所示的结构可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
在图17A和图17B所示的结构中，可以利用相同的材料及工序形成导电层222a及222b，所以可以简化制造工序，而可以降低成本。
〈5.像素的配置例子〉
图19A和图19B示出像素的配置例子。图19A和图19B示出由红色的子像素R、绿色的子像素G及蓝色的子像素B形成一个像素的例子。在图19A和图19B中，多个扫描线81在x方向上延伸，多个信号线82 在y方向上延伸。扫描线81与信号线82交叉。
如图19A的双点划线所示，子像素包括晶体管206、电容器34及液晶元件40。晶体管206的栅极与扫描线81电连接。晶体管206的源极和漏极中的一个电连接于信号线82，另一个电连接于电容器34的一个电极及液晶元件40的一个电极。电容器34的另一个电极及液晶元件40的另一个电极分别被供应恒电位。
图19A和图19B示出应用源极线反转驱动的例子。信号A1和A2 是极性相同的信号。信号B1和B2是极性相同的信号。信号A1和B1 是极性不同的信号。信号A2和B2是极性不同的信号。
随着显示装置的高清晰化，子像素间的距离变窄。因此，如图19A 的点划线框内所示，在被输入信号A1的子像素中，在被输入信号B1 的信号线82附近液晶容易受到信号A1和信号B1的双方的电位的影响。由此，容易产生液晶的取向不良。
在图19A中，配置有呈现相同的颜色的多个子像素的方向是y方向，大致平行于信号线82的延伸方向。如图19A的点划线框内所示，在对置的子像素的长边一侧，呈现不同颜色的子像素相邻。
在图19B中，配置有呈现相同的颜色的多个子像素的方向是x方向，与信号线82的延伸方向交叉。如图19B的点划线框内所示，在对置的子像素的短边一侧，呈现相同的颜色的子像素相邻。
如图19B所示，当子像素的大致平行于信号线82的延伸方向的一边为子像素的短边时，与子像素的大致平行于信号线82的延伸方向的该一边为子像素的长边的情况(如图19A所示)相比，可以使容易产生液晶的取向不良的区域更窄。如图19B所示，当容易产生液晶的取向不良的区域位于呈现相同的颜色的子像素间时，与该区域位于呈现不同颜色的子像素间的情况(参照图19A)相比，显示装置的使用者更不容易看到显示不良。在本发明的一个实施方式中，呈现相同的颜色的多个子像素的配置方向优选与信号线82的延伸方向交叉。
〈6.显示装置的结构例子5〉
本发明的一个实施方式可以用于安装有触摸传感器的显示装置，这种显示装置也称为输入输出装置或触摸屏。上述各显示装置的结构可以用于触摸屏。在本实施方式中，主要说明将触摸传感器安装在显示装置100A中的例子。
对本发明的一个实施方式的触摸屏所包括的感测元件(也称为传感器元件)没有特别的限制。还可以将能够感测出手指、触屏笔等感测对象的接近或接触的各种传感器用作感测元件。
例如，作为传感器的方式，可以利用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式、压敏式等各种方式。
在本实施方式中，以包括静电电容式的感测元件的触摸屏为例进行说明。
作为静电电容式触摸传感器元件的例子，有表面型静电电容式触摸传感器元件、投影型静电电容式触摸传感器元件。作为投影型静电电容式传感器元件的例子，有自电容式传感器元件、互电容式传感器元件。优选使用互电容式传感器元件，因为其可以同时进行多点感测。
本发明的一个实施方式的触摸屏可以具有贴合了分别形成的显示装置和感测元件的结构、在支撑显示元件的衬底和对置衬底中的一方或双方设置有包括在感测元件中的电极等的结构等各种各样的结构。
图20A和图20B以及图21示出触摸屏的例子。图20A是触摸屏350A 的立体图。图20B是图20A的立体示意图的展开图。注意，为了明确起见，图20A和图20B只示出主要构成要素。在图20B中，衬底61及衬底162用虚线只示出其轮廓。图21是触摸屏350A的截面图。
触摸屏350A具有贴合了分别形成的显示装置和感测元件的结构。
触摸屏350A包括重叠设置的输入装置375及显示装置370。
输入装置375包括衬底162、电极127、电极128、多个布线138 及多个布线139。FPC72b与多个布线137及多个布线138电连接。IC73b 包括FPC72b。
显示装置370包括设置为彼此相对的衬底51和衬底61。显示装置 370包括显示部62及驱动电路部64。衬底51上设置有布线65等。 FPC72a电连接于布线65。IC73a设置在FPC72a上。
从布线65向显示部62及驱动电路部64供应信号及电力。该信号及电力从外部或IC73a通过FPC72a输入到布线65。
图21是显示部62、驱动电路部64、包括FPC72a的区域以及包括 FPC72b的区域等的截面图。
衬底51与61被粘合层141贴合。衬底61与162被粘合层169贴合。这里，从衬底51至衬底61的各层相当于显示装置370。从衬底 162至电极124的各层相当于输入装置375。也就是说，粘合层169贴合显示装置370与输入装置375。
图21所示的显示装置370的结构与图6所示的显示装置100A相同，因此在此省略详细说明。
使用粘合层167贴合衬底51与偏振片165。使用粘合层163贴合偏振片165与背光161。
作为可用作背光161的背光的种类例子，有直下型背光及边缘照明型背光等。优选使用具备LED的直下型背光，因为其能够进行复杂的局部调光(local dimming)，由此可以提高对比度。优选使用边缘照明型背光，因为其可以减小包括背光的模块的厚度。
使用粘合层168贴合衬底162与偏振片166。使用粘合层164贴合偏振片166与保护衬底160。当将触摸屏350A安装在电子设备中时，也可以将保护衬底160用作指头或触屏笔等感测对象直接接触的衬底。作为保护衬底160，可以使用能够用作衬底51及61等的衬底。作为保护衬底160，优选采用在能够用作衬底51及61等的衬底的表面形成保护层的结构。或者，作为保护衬底160，优选使用钢化玻璃等。该保护层可以使用陶瓷涂层形成。该保护层可以使用氧化硅、氧化铝、氧化钇、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)等无机绝缘材料形成。
可以在输入装置375与显示装置370之间设置偏振片166。在此情况下，不一定需要设置图21所示的保护衬底160、粘合层164及粘合层168。也就是说，衬底162可以位于触摸屏350A的最外面。作为衬底162，优选使用可以用于上述保护衬底160的材料。
在衬底162的衬底61一侧设置有电极127及128。电极127及128 形成在同一平面上。绝缘层125以覆盖电极127及128的方式设置。电极124通过设置在绝缘层125中的开口电连接于设置在电极127的两侧的两个电极128。
在输入装置375所包括的导电层中，与显示区域68重叠的导电层 (例如，电极127、128)使用可见光透过材料形成。
对与电极127、128相同的导电层进行加工而得到的布线137连接于对与电极124相同的导电层进行加工而得到的导电层126。导电层 126通过连接体242b电连接于FPC72b。
〈7.显示装置的结构例子6〉
图22A和图22B以及图23示出触摸屏的例子。图22A是触摸屏350B 的立体图。图22B是图22A的立体展开示意图。注意，为了明确起见，图22A和图22B只示出主要构成要素。在图22B中，衬底61用虚线只示出其轮廓。图23是触摸屏350B的截面图。
触摸屏350B是具有显示图像的功能且被用作触摸传感器的 In-Cell型触摸屏。
触摸屏350B具有只在对置衬底上设置构成感测元件的电极等的结构。通过采用该结构，与分别制造显示装置和感测元件并将它们贴合的结构相比，可以实现触摸屏的薄型化或轻量化，或者可以减少触摸屏中的构件数。
在图22A和图22B中，输入装置376设置在衬底61上。输入装置 376的布线137及138等电连接于包括在显示装置379中的FPC72。
通过采用上述结构，可以将与触摸屏350B连接的FPC仅设置于一个衬底一侧(在本实施方式中，衬底51一侧)。虽然也可以对触摸屏 350B设置两个以上的FPC，但是优选如图22A和图22B所示，对触摸屏350B设置一个FPC72，并该FPC72具有对显示装置379及输入装置376的双方供应信号的功能，由此可以简化结构。
IC73可以具有驱动输入装置376的功能。此外，也可以在FPC72 上设置驱动输入装置376的其他IC。此外，也可以在衬底51上安装驱动输入装置376的IC。
图23是包括图22A所示的包括FPC72的区域、连接部63、驱动电路部64以及显示部62的截面图。
在连接部63中，一个布线137(或布线138)与设置在衬底51一侧的导电层通过连接体243电连接。
例如，作为连接体243可以使用导电粒子。作为导电粒子，可以采用覆盖有金属材料的有机树脂或二氧化硅等的粒子。作为金属材料，优选使用镍或金，因为其可以降低接触电阻。另外，优选使用如覆盖有镍且还覆盖有金的粒子等覆盖有两种以上的金属材料层的粒子。作为连接体243优选采用能够弹性变形或塑性变形的材料。如图23等所示，有时导电粒子具有在纵向上被压扁的形状。通过具有该形状，可以增大连接体243与电连接于该连接体243的导电层的接触面积，从而可以降低接触电阻并抑制接触不良等问题发生。
连接体243优选以由粘合层141覆盖的方式配置。例如，在进行固化之前的粘合层141中可以分散有连接体243。
以接触于衬底61的方式设置有遮光层132。由此，可以抑制用于触摸传感器的导电层被使用者看到。遮光层132被绝缘层122覆盖。在绝缘层122与绝缘层125之间设置有电极127。在绝缘层125与绝缘层123之间设置有电极128。电极127及128可以使用金属或合金形成。以接触于绝缘层123的方式设置有着色层131。此外，如图24的触摸屏350C所示，也可以除了接触于衬底61的遮光层132b之外还设置接触于绝缘层123的遮光层132a。
对与电极127相同的导电层进行加工而得到的布线137连接于对与电极128相同的导电层进行加工而得到的导电层285。导电层285 与导电层286连接。导电层286通过连接体243电连接于导电层284。此外，也可以不设置导电层286而使导电层285与连接体243连接。
触摸屏350B从一个FPC被供应驱动像素的信号和驱动感测元件的信号。由此，可以将触摸屏350B容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。
〈8.显示装置的结构例子7〉
图25是示出触摸屏350D的截面图。在触摸屏350D中，输入装置设置在衬底51上。
触摸屏350D具有只在形成晶体管等的衬底上设置构成感测元件的电极等的结构。通过采用该结构，与分别制造显示装置和感测元件并将它们贴合的结构相比，可以实现触摸屏的薄型化或轻量化，或者可以减少触摸屏中的构件数。此外，可以减少衬底61一侧的构成要素数。
连接于衬底51一侧的一个或多个FPC能够供应驱动液晶元件40 的信号和驱动感测元件的信号的双方。
首先，对形成在衬底51上的各构成要素进行说明。
衬底51上设置有电极127、电极128及布线137。电极127、电极 128及布线137上设置有绝缘层125。绝缘层125上设置有电极124及导电层126。电极124通过设置在绝缘层125中的开口电连接于设置在电极127的两侧的两个电极128。导电层126通过绝缘层125中的开口电连接于布线137。电极124及导电层126上设置有绝缘层170。绝缘层170上设置有导电层227。导电层227优选设置在显示部62整体中。导电层227被供应恒电位。导电层227能够用作遮断噪声的屏蔽体。由此，可以使晶体管、感测元件稳定地工作。导电层227上设置有绝缘层171。
在输入装置所包括的导电层中，与显示区域68重叠的导电层(例如，电极127、128)使用可见光透过材料形成。另外，如图23及图 24等所示，也可以将输入装置所包括的导电层只设置在非显示区域66 中。当输入装置所包括的导电层不重叠于显示区域68时，对输入装置所包括的导电层的材料的可见光透过性没有限制。作为输入装置所包括的导电层，可以使用金属等电阻率低的材料。例如，作为触摸传感器的布线及电极，优选使用金属丝网(metal mesh)。由此，可以减少触摸传感器的布线和电极的电阻，这适合于大型显示装置的触摸传感器。此外，虽然一般而言金属是反射率大的材料，但是金属可以通过氧化处理等变为暗色。由此，即使从显示面一侧观看触摸屏时也可以抑制外光反射所导致的可见度下降。
该布线及该电极也可以具有包括金属层与反射率低的层(也称为暗色层)的叠层。此外，暗色层也可以例如使用Ag粒子、Ag纤维、Cu 粒子等金属微粒子、碳纳米管(CNT)、石墨烯等纳米碳粒子、或者PEDOT、聚苯胺、聚吡咯等导电高分子形成。
导电层126通过多个导电层及连接体242b电连接于FPC72b。作为该多个导电层的例子，可以举出：利用与导电层227相同的材料及工序形成的导电层；利用与晶体管所包括的导电层相同的材料及工序形成的导电层；导电层251等。
设置在绝缘层171上的构成要素与图6所示的设置在显示装置 100A的衬底51上的构成要素相同。
说明触摸屏350D的制造方法的例子。触摸屏350D的制造方法包括如下工序：在衬底51上形成触摸传感器的工序；在触摸传感器上形成晶体管206、第一导电层及第二导电层等的工序；以及形成与晶体管 206电连接的液晶元件40的工序。
触摸传感器以如下方式形成：首先，在衬底51上形成电极127、 128及布线137；在电极127、128及布线137上形成绝缘层125；在绝缘层125中形成到达电极128的开口及到达布线137的开口；形成通过设置在绝缘层125中的开口接触于电极128的电极124以及通过设置在绝缘层125中的开口接触于布线137的导电层126。第一导电层以电连接于触摸传感器的方式形成。具体而言，第一导电层通过布线137 及导电层126电连接于电极127或128。第二导电层以电连接于晶体管 206的方式形成。第一导电层及第二导电层使用与晶体管206所包括的导电层的一个或多个相同的工序及材料形成。
使用粘合层167贴合衬底61与偏振片165。使用粘合层163贴合偏振片165与背光161。
使用粘合层168贴合衬底51与偏振片166。使用粘合层164贴合偏振片166与保护衬底160。
来自背光161的光在透过衬底61、着色层131、液晶元件40之后入射到晶体管与像素电极的接触部。因为在本发明的一个实施方式中晶体管与像素电极的接触部使可见光透过，所以可以将该接触部设置在显示区域68中。透过该接触部的光透过衬底51等射出到触摸屏350D 的外部。
〈9.触摸传感器的结构例子〉
下面，对输入装置(触摸传感器)的结构例子进行说明。该输入装置可以用于本实施方式所例示的各触摸屏。
图26A是输入装置415的俯视图。输入装置415在衬底416上包括多个电极471、多个电极472、多个布线476以及多个布线447。衬底416设置有电连接于多个布线476及多个布线477中的每一个的 FPC450。图26A示出FPC450上设置有IC449的例子。
图26B是图26A中的以点划线围绕的区域的放大图。电极471具有多个菱形的电极图案列在横向方向上配置的形状。菱形的电极图案列彼此电连接。电极472也同样地具有多个菱形的电极图案列在纵向方向上配置的形状，菱形的电极图案列彼此电连接。电极471与电极 472部分地重叠，相互交叉。在该交叉部分，绝缘体夹在电极471与电极472间以免电短路。
如图26C所示，电极472也可以包括多个岛状的菱形电极473和桥接式电极474。岛状的菱形电极473在纵向方向上配置，相邻的两个电极473通过桥接式电极474彼此电连接。通过采用上述结构，可以对同一导电膜进行加工来同时形成电极473及电极471。由此，可以抑制这些导电层的膜厚度的偏差，而可以抑制各个电极的电阻值及光透过率因所在位置的不同有偏差。这里，电极472具有桥接式电极474，但是电极471也可以具有这种结构。
如图26D所示，也可以使用将图26B所示的电极471及472的菱形的电极图案的内侧挖出，只残留轮廓部的形状。此时，在电极471 及472的宽度窄到使用者看不到时，如后面所述电极471及472可以使用金属或合金等遮光材料形成。另外，图26D所示的电极471或电极472也可以具有上述桥接式电极474。
一个电极471与一个布线476电连接。一个电极472与一个布线 477电连接。这里，电极471和472中的一个相当于行布线，另一个相当于列布线。
IC449具有驱动触摸传感器的功能。从IC449输出的信号通过布线 476或477供应给电极471或472。流过电极471或472的电流(或电位)通过布线476或477输入到IC449。在本例子中IC449安装在FPC450 上，或者，IC449也可以安装在衬底416上。
当输入装置415与显示面板的显示屏幕重叠时，优选作为电极471 及472使用透光性导电材料。当作为电极471及472使用透光性导电材料且透过电极471或472提取来自显示面板的光时，优选在电极471 与472之间配置包含同一导电材料的导电膜作为假图案。通过使用假图案填满电极471与472之间的空间的一部分，可以减少光透过率的偏差。其结果是，可以减少透过输入装置415的光的亮度偏差。
作为透光性导电材料，可以使用氧化铟、铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌、镓锌氧化物等导电氧化物。另外，也可以使用包含石墨烯的膜。
另外，可以使用减薄到具有透光性的厚度的金属膜或合金膜。例如，可以使用金、银、铂、镁、镍、钨、铬、钼、铁、钴、铜、钯或钛等金属、包含该金属的合金。或者，还可以使用该金属或合金的氮化物(例如，氮化钛)等。另外，也可以使用层叠包含上述材料的导电膜中的两个以上的叠层膜。
作为电极471及472也可以使用加工成细到使用者看不到程度的导电膜。例如，通过将这种导电膜加工成格子状(网孔状)，可以得到高导电性及显示装置的高可见度的双方。优选导电膜具有宽度为30nm 以上且100μm以下，优选为50nm以上且50μm以下，更优选为50nm以上且20μm以下的部分。尤其是，具有10μm以下的图案宽度的导电膜很难被使用者看见，所以是优选的。
作为一个例子，图27A至图27D示出图26B的区域460的放大示意图。
图27A示出使用格子状的导电膜461时的例子。优选以不与显示装置所包括的显示元件重叠的方式配置导电膜461，因为来自该显示元件的光不会被遮蔽。在此情况下，优选的是，格子的方向与显示元件的排列的方向一致，且格子的周期为显示元件的排列的周期的整数倍。
图27B示出以设置有三角形的开口的方式加工的格子状的导电膜 462的例子。通过采用上述结构，与图27A所示的结构相比，可以进一步降低电阻。
如图27C所示，也可以采用具有没有周期性的图案形状的导电膜 463。通过采用上述结构，可以抑制在与显示装置的显示部重叠时产生的莫列波纹(moire)。
作为电极471及472也可以使用导电纳米线。图27D示出使用纳米线464时的例子。通过以适当的密度分散纳米线464以与相邻的纳米线接触，可以形成二维网状，该纳米线464可以被用作透光性极高的导电膜。例如，可以使用直径平均值为1nm以上且100nm以下，优选为5nm以上且50nm以下，更优选为5nm以上且25nm以下的纳米线。作为纳米线464可以使用Ag纳米线、Cu纳米线、Al纳米线等金属纳米线或碳纳米管等。当使用Ag纳米线时，可以实现89％以上的光透过率及
Figure BDA0002050749690000441
以上且
Figure BDA0002050749690000442
以下的薄膜电阻值。
图27E示出图26B中的电极471及472的更详细的结构例子。图 27E示出将格子状的导电膜用于电极471及472的例子。
虽然在图26A等中作为电极471及472的顶面形状示出多个菱形在一个方向上连接的例子，但是电极471及472的形状不局限于此，也可以具有带状(长方形状)、具有曲线的带状、锯齿形状等各种顶面形状。另外，虽然在上述说明中示出以使电极471与472直交的方式配置的情况，但是它们并不是必须要直交地配置，两个电极所形成的角度也可以小于90度。
〈10.显示装置的结构例子8〉
图28示出触摸屏的例子。图28是触摸屏350E的截面图。
触摸屏350E是具有显示图像的功能且被用作触摸传感器的 In-Cell型触摸屏。
触摸屏350E具有只在支撑显示元件的衬底上设置构成感测元件的电极等的结构。通过采用该结构，与分别制造显示装置和感测元件并将它们贴合的结构或者在对置衬底一侧制造感测元件的结构相比，可以实现触摸屏的薄型化或轻量化，或者可以减少触摸屏的构件数。
图28所示的触摸屏350E与上述显示装置100A的不同之处在于：公共电极及辅助布线139的布局。
多个辅助布线139电连接于第一公共电极112a或第一公共电极 112b。
图28所示的触摸屏350E通过利用在第一公共电极112a与第一公共电极112b之间形成的容量，可以感测出感测对象的接近或接触等。换言之，在触摸屏350E中，第一公共电极112a、112b兼用作液晶元件的公共电极和感测元件的电极。
如此，在本发明的一个实施方式的触摸屏中，液晶元件的电极还用作感测元件的电极，所以可以简化制造工序，并且可以降低制造成本。另外，可以实现触摸屏的薄型化及轻量化。
公共电极与辅助布线139电连接。通过设置辅助布线139，可以降低感测元件的电极的电阻。通过降低感测元件的电极的电阻，可以减少感测元件的电极的时间常数。感测元件的电极的时间常数越小，可以越提高检测灵敏度，由此可以越提高检测准确度。
例如，感测元件的电极的时间常数大于0秒且1×10-4秒以下，优选大于0秒且5×10-5秒以下，更优选大于0秒且5×10-6秒以下，进一步优选大于0秒且5×10-7秒以下，更进一步优选大于0秒且2×10-7秒以下。尤其是，当时间常数为1×10-6秒以下时，可以在抑制噪声的影响的同时实现高检测灵敏度。
利用一个FPC将驱动像素的信号和驱动感测元件的信号供应给触摸屏350E。由此，可以将触摸屏350E容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。
下面，示出触摸屏350E的工作方法的例子等。
图29A是设置于触摸屏350E的显示部62中的像素电路的一部分的等效电路图。
每个像素(子像素)至少包括晶体管206和液晶元件40。晶体管 206的栅极与布线3501电连接。晶体管206的源极和漏极中的一个与布线3502电连接。
像素电路包括在X方向上延伸的多个布线(例如，布线3510_1、布线3510_2)以及在Y方向上延伸的多个布线(例如，布线3511_1)。上述布线以彼此交叉的方式设置，并且在其间形成容量。
在设置于像素电路中的像素中，一部分的相邻像素的液晶元件的电极彼此电连接而形成一个区块。该区块分为两种：岛状区块(例如，区块3515_1、区块3515_2)和在X方向或Y方向上延伸的线状区块(例如，在Y方向上延伸的区块3516)。注意，图29A只示出像素电路的一部分，但是实际上，这两种区块在X方向及Y方向上被反复配置。液晶元件的一侧电极例如为公共电极。液晶元件的另一侧电极例如为像素电极。
在X方向上延伸的布线3510_1(或布线3510_2)与岛状区块3515_1 (或区块3515_2)电连接。虽然未图示，但是在X方向上延伸的布线 3510_1通过线状区块与沿着X方向上不连续地配置的多个岛状区块 3515_1电连接。另外，在Y方向上延伸的布线3511_1与线状区块3516 电连接。
图29B是示出延伸在X方向上的多个布线(布线3510_1至3510_6，有时总称为布线3510)和延伸在Y方向上的多个布线(布线3511_1 至3511_6，有时总称为布线3511)的连接关系的等效电路图。可以将公共电位输入到延伸在X方向上的布线3510的每一个及延伸在Y方向上的布线3511的每一个。可以将脉冲电压从脉冲电压输出电路输入到延伸在X方向上的布线3510的每一个。此外，可以将延伸在Y方向上的布线3511的每一个与检测电路电连接。此外，可以互相调换布线 3510和布线3511。
参照图30A及图30B对触摸屏350E的工作方法的例子进行说明。
这里，将一个帧期间分为写入期间和感测期间。写入期间是对像素写入图像数据的期间，布线3501(也称为栅极线或扫描线)被依次选择。感测期间是利用感测元件进行感测的期间。
图30A是写入期间中的等效电路图。在写入期间中，在X方向上延伸的布线3510与在Y方向上延伸的布线3511都被输入公共电位。
图30B是感测期间的等效电路图。在感测期间中，在Y方向上延伸的各布线3511与检测电路电连接。另外，在X方向上延伸的布线3510 从脉冲电压输出电路被输入脉冲电压。
图30C示出互电容式感测元件的输入输出波形的时序图的例子。
在图30C中，在一个帧期间中进行各行列中的感测对象的感测。图30C示出感测期间中的两种情况：没有感测出感测对象(未触摸) 的情况和感测出感测对象(触摸)的情况。
布线3510_1至3510_6从脉冲电压输出电路被施加脉冲电压。当对布线3510_1至3510_6施加脉冲电压时，形成电容器的一对电极之间会产生电场，使电流流过电容器。该产生于电极之间的电场例如由于手指或触屏笔等触摸被遮蔽而变化。就是说，通过触摸等，电容器的电容值产生变化。通过利用该变化，可以感测出感测对象的接近或接触。
布线3511_1至3511_6与用来检测因电容器的电容值变化而产生的布线3511_1至3511_6的电流变化的检测电路连接。当没有感测对象的接近或接触时，在布线3511_1至3511_6中检测出的电流值没有变化，另一方面，在由于感测对象的接近或接触而电容值减少的情况下，电流值减少。为了检测电流，可以检测电流量的总和。在此情况下，可以利用积分电路等检测电流量的总和。或者，可以检测电流的峰值。在此情况下，可以将电流转换为电压而检测电压值的峰值。
注意，在图30C中，布线3511_1至3511_6的波形示出与所检测出的电流值对应的电压值。如图30C所示，优选使显示工作的时序与感测工作的时序同步。
根据对布线3510_1至3510_6施加的脉冲电压，布线3511_1至 3511_6的波形变化。当没有感测对象的接近或接触时，布线3511_1 至3511_6的波形根据布线3510_1至3510_6的电压的变化一样地变化。另一方面，在感测对象接近或接触的部位电流值减少，因而电压值的波形也产生变化。
如此，通过检测电容值的变化，可以感测出感测对象的接近或接触。有时，即使在手指或触屏笔等感测对象接近于触摸屏而不与触摸屏接触的情况下也会检测信号。
注意，图30C示出在写入期间中对布线3510施加的公共电位与在感测期间中对布线3510施加的低电位同等的例子，但是本发明的一个实施方式不局限于此。公共电位也可以与低电位不同。
优选的是，脉冲电压输出电路及检测电路例如形成在一个IC中。该IC例如优选安装在触摸屏上或电子设备的框体内的衬底上。在具有柔性的触摸屏中，触摸屏的弯曲部分的寄生电容有可能增大而噪声的影响变大。所以优选使用应用了不容易接受噪声的影响的驱动方法的 IC。例如优选使用应用了能够提高信噪比(S/N比)的驱动方法的IC。
像这样，优选独立地设置图像写入期间以及利用感测元件进行感测的期间。由此可以抑制因对像素进行写入时的噪音引起的感测元件的灵敏度降低。
在本发明的一个实施方式中，如图30D所示，一个帧期间具有一个写入期间和一个感测期间。或者，如图30E所示，也可以在一个帧期间具有两个感测期间。当在一个帧期间具有多个感测期间时，可以进一步提高检测灵敏度。例如，也可以在一个帧期间具有两个至四个的感测期间。
下面，参照图31A至图31C对触摸屏350E所包括的感测元件的顶面结构例子进行说明。
图31A示出感测元件的俯视图。感测元件包括导电层56a及导电层56b。导电层56a被用作感测元件的一个电极，导电层56b被用作感测元件的另一个电极。感测元件可以通过利用形成在导电层56a与56b 之间的容量而感测出感测对象的接近或接触等。虽然未图示，但是导电层56a及56b有时具有梳齿状的顶面形状或设置有狭缝的顶面形状。
在本发明的一个实施方式中，导电层56a及56b还被用作液晶元件的公共电极。
多个导电层56a设置在Y方向上且延伸在X方向上。设置在Y方向上的多个导电层56b通过延伸在Y方向上的导电层58彼此电连接。图31A示出设置有m个导电层56a和n个导电层58的例子。
另外，多个导电层56a也可以配置在X方向上，此时，也可以延伸在Y方向上。设置在X方向上的多个导电层56b也可以通过延伸在X 方向上的导电层58彼此电连接。
如图31B所示，用作感测元件的电极的导电层56设置在多个像素60上。导电层56相当于图31A的导电层56a、56b的每一个。像素60 由呈现不同的颜色的多个子像素形成。图31B示出由三个子像素60a、 60b、60c形成像素60的例子。
感测元件的一对电极优选都与辅助布线电连接。如图31C所示，导电层56也可以与辅助布线57电连接。注意，图31C示出辅助布线重叠于导电层上的例子，但是导电层也可以重叠于辅助布线上。设置在X方向上的多个导电层56也可以通过辅助布线57电连接于导电层 58。
使可见光透过的导电层的电阻值有时较高。因此，优选的是，通过将该感测元件的一对电极与辅助布线电连接，降低感测元件的一对电极的电阻。
当降低感测元件的一对电极的电阻时，可以减少一对电极的时间常数。由此，可以提高感测元件的检测灵敏度，并且可以提高感测元件的检测准确度。
〈11.显示装置的结构例子9〉
图32是示出本实施方式的显示装置所包括的像素的例子的截面图。
图32示出透射型液晶显示装置的例子。如图32所示，来自背光单元13的光向虚线的箭头的方向射出。
在图32中，来自背光单元13的光通过晶体管914与液晶元件 930LC的接触部、晶体管914及电容部916等被提取到外部。
图32示出晶体管914的半导体层、以及晶体管914的源电极和漏电极中的一个具有可见光透过性的例子。源电极和漏电极中的一个与液晶元件930LC电连接。
在图32中，布线904被用作晶体管914的源电极和漏电极中的另一个。布线902被用作晶体管914的栅极。这些布线优选使用电阻率低的导电材料形成。布线902及904也可以具有遮光性。图32的晶体管914包括背栅极。对背栅极的透光性没有特别的限制。
在图32的电容部916中，绝缘层夹在两个可见光透过导电层之间。两个导电层之一的第一导电层与布线902连接。两个导电层之另一的第二导电层通过利用与半导体层相同的工序及材料形成，且与具有可见光透过性的第三导电层连接。第三导电层通过利用与源电极和漏电极中的一个相同的工序及材料形成。
晶体管914、电容部916等的透光性区域的面积越大，越可以高效地使用来自背光单元13的光。
因为本实施方式的显示装置中的晶体管包括可见光透过区域，所以可以提高像素的开口率。由此，可以降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。当在本说明书的一个实施方式中示出多个结构例子时，可以适当地组合这些结构例子。
(实施方式2)
在本实施方式中，参照图33A和图33B至图50说明本发明的一个实施方式的显示装置。
〈1.显示装置的结构例子1〉
首先，参照图33A和图33B至图35A1至图35C说明本实施方式的显示装置。
本实施方式的显示装置包括液晶元件、第一绝缘层及晶体管。液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极。第一绝缘层位于像素电极与晶体管之间。第一绝缘层包括开口。晶体管与像素电极电连接。
晶体管包括第一区域。晶体管包括与像素电极接触的第一部分及与第一绝缘层中的开口的侧面接触的第二部分。像素电极、公共电极及第一区域具有使可见光透过的功能。可见光透过第一区域及液晶元件射出到显示装置的外部。晶体管所包括的第一区域例如也可以为与像素电极连接的区域。
在本实施方式的显示装置中，晶体管包括可见光透过区域。例如，晶体管与像素电极的接触部使可见光透过，所以可以将该接触部设置在显示区域中。由此，可以提高像素的开口率，并降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
在本实施方式的显示装置中，液晶元件的电极被设置为平坦。具体而言，不是像素电极而是晶体管的构成要素以填充设置在晶体管与像素电极之间的绝缘层中的开口的方式设置。因此，在晶体管与像素电极的接触部，可以抑制凹凸形成在像素电极上。通过将液晶元件的电极形成为平坦，可以减少液晶元件的单元间隙的不均匀。此外，可以减少液晶的初始取向的不均匀，由此，可以抑制显示装置的显示不良。此外，可以抑制因液晶的取向不良导致的开口率下降。
本实施方式的显示装置还包括扫描线及信号线。扫描线及信号线都与晶体管电连接。扫描线及信号线都包括金属层。当将金属层用于扫描线及信号线时，可以降低扫描线及信号线的电阻值。
扫描线优选具有与晶体管的沟道区域重叠的部分。根据晶体管的沟道区域的材料，通过光照射，有时导致晶体管的特性变动。当扫描线具有与晶体管的沟道区域重叠的部分时，可以抑制外光或背光的光等照射到沟道区域。由此，可以提高晶体管的可靠性。
图33A所示的显示装置20A包括衬底11、衬底12、粘合层16、晶体管14及液晶元件15等。显示装置20A的衬底12一侧设置有背光单元13。
液晶元件15包括像素电极21、液晶层22及公共电极23。晶体管 14包括与像素电极21接触的部分及与绝缘层26中的开口的侧面接触的部分。因此，像素电极21与晶体管14通过设置在绝缘层26中的开口彼此电连接。导电层25通过连接体29与公共电极23电连接。导电层25可以利用与像素电极21相同的工序及材料形成。
来自背光单元13的光45a通过衬底12、粘合层16、绝缘层26、像素电极21、液晶层22、公共电极23及衬底11射出到显示装置20A 的外部。作为使光45a透过的上述层的材料，使用可见光透过材料。
来自背光单元13的光45b通过衬底12、粘合层16、晶体管14、绝缘层26、像素电极21、液晶层22、公共电极23及衬底11射出到显示装置20A的外部。在本实施方式中，与液晶元件15电连接的晶体管 14具有包括可见光透过区域的结构。因此，可以将设置有晶体管14的区域用作显示区域。由此，可以提高像素的开口率。开口率越高，光提取效率也越高。因此，可以降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
在本发明的一个实施方式的显示装置的制造方法中，在第一衬底上形成液晶元件的电极，然后形成晶体管。接着，贴合第一衬底与第二衬底。然后，分离第一衬底与第二衬底，来将液晶元件的电极及晶体管从第一衬底转置到第二衬底。当在形成晶体管之前形成液晶元件的电极时，可以避免因像素电极与晶体管的接触部以及晶体管本身产生的凹凸的负面影响，而可以将液晶元件的电极形成为平坦。当将液晶元件的电极形成为平坦时，可以减少液晶元件的单元间隙的不均匀。通过将液晶元件的电极形成为平坦，可以减少液晶元件的单元间隙的不均匀。此外，可以减少液晶的初始取向的不均匀，由此，可以抑制显示装置的显示不良。此外，可以抑制因液晶的取向不良导致的开口率下降。
在本发明的一个实施方式的显示装置的制造方法中，在制造工序中将在形成晶体管时使用的第一衬底分离出来。也就是说，晶体管的制造条件不受显示装置的构成要素所包括的衬底的材料的限定。例如，通过在第一衬底上以高温形成晶体管，可以提高晶体管的可靠性。通过作为用来转置晶体管等的第二衬底以及与第二衬底一起密封液晶层的对置衬底使用比第一衬底更轻、更薄且柔性更高的衬底，可以实现轻量、薄型且柔性的显示装置。
图33B所示的显示装置20B与显示装置20A的不同之处在于：在衬底11一侧设置有背光单元13。其它结构与显示装置20A相同，因此省略其说明。
在显示装置20A中，光45b首先入射到晶体管14的可见光透过区域。然后，透过该可见光透过区域的光45b入射到液晶元件15。另一方面，在显示装置20B中，光45b首先入射到液晶元件15。然后，透过液晶元件15的光45b入射到晶体管14的可见光透过区域。如此，来自背光单元13的光可以首先入射到晶体管14或液晶元件15。
在显示装置20B中，晶体管14中的与像素电极21连接的部分使可见光透过。光45b透过晶体管14与像素电极21的连接部。也就是说，可以将晶体管14与像素电极21的连接部用作显示区域。由此，可以提高像素的开口率。此外，可以降低显示装置的功耗。
本发明的一个实施方式的显示装置可以应用于安装有触摸传感器的显示装置，这种显示装置也称为输入输出装置或触摸屏。触摸传感器位于液晶元件及晶体管的显示面一侧。
图34A所示的显示装置35A具有在显示装置20A的衬底11一侧设置有触摸传感器单元31的结构。
图34B所示的显示装置35B具有在显示装置20A的衬底11与公共电极23之间设置有触摸传感器单元31及绝缘层32的结构。此外，显示装置35B包括导电层27及导电层28。
导电层28与触摸传感器单元31电连接。导电层28通过连接体29 与导电层27电连接。由此，即使只在一个衬底一侧配置FPC，也可以将用来驱动液晶元件15的信号及用来驱动触摸传感器单元31的信号的双方供应给显示装置35B。或者，可以将用来供应驱动液晶元件15 的信号的FPC及用来供应驱动触摸传感器单元31的信号的FPC连接在同一平面上。由于不需要将FPC等连接于一对衬底的每一个，所以可以进一步简化显示装置的结构。与将FPC连接于衬底11一侧和衬底12 一侧的双方的显示装置相比，上述显示装置容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。此外，可以将一个或多个FPC连接于本发明的一个实施方式的显示装置。导电层27可以利用与像素电极21相同的工序及材料形成。导电层28可以利用与公共电极23相同的工序及材料形成。
在显示装置35B中，可以在一对衬底之间设置触摸传感器单元31，由此可以减少衬底个数，而可以减小显示装置的重量及厚度。
图34C所示的显示装置35C具有在显示装置20B的衬底12与晶体管14之间设置有触摸传感器单元31及绝缘层32的结构。此外，显示装置35C包括导电层33。
以与绝缘层26接触的方式设置有使用与晶体管14所包括的导电层中的一个或多个相同的工序及材料形成的导电层33。导电层33与触摸传感器单元31电连接。在显示装置35C中，即使只在一个衬底一侧配置FPC，也可以将用来驱动液晶元件15的信号及用来驱动触摸传感器单元31的信号的双方供应给显示装置35C。或者，可以将用来供应驱动液晶元件15的信号的FPC及用来供应驱动触摸传感器单元31的信号的FPC连接在同一平面上。因此，可以将显示装置容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。
在显示装置35C中，可以在一对衬底之间设置触摸传感器单元31，由此可以减少衬底个数，而可以减小显示装置的重量及厚度。
[像素]
接着，参照图35A1至图35C说明本实施方式的显示装置所包括的像素。此外，还可以参照在实施方式1中使用图3A1至图3C进行说明的内容。
图35A1是示出像素900的俯视示意图。图35A1所示的像素900 包括四个子像素。图35A1所示的像素900是包括2×2个子像素的像素的例子。在各子像素中设置有透射型液晶元件930LC(在图35A1及图 35A2中未图示)及晶体管914等。在图35A1的像素900中设置有两个布线902及两个布线904。图35A1示出各子像素所包括的液晶元件的显示区域(显示区域918R、918G、918B、918W)。
像素900包括布线902及904等。布线902例如被用作扫描线。布线904例如被用作信号线。布线902和904的一部分互相交叉。
晶体管914被用作选择晶体管。晶体管914的栅极与布线902电连接。晶体管914的源极和漏极中的一个与布线904电连接，晶体管 914的源极和漏极中的另一个与液晶元件930LC电连接。
这里，布线902及904具有遮光性。作为除布线902及904以外的层，即晶体管914、形成与晶体管914连接的布线、接触部、电容器等的各层优选使用透光膜。图35A2分别地示出图35A1的像素900所包括的可见光透过区域900t及可见光遮蔽区域900s。如此，当使用透光膜形成晶体管时，设置有布线902及904的部分以外的部分可以为透射区域900t。可以使液晶元件的透射区域与晶体管、连接于晶体管的布线、接触部、电容器等重叠，所以可以提高像素的开口率。
图35B及图35C是沿着图35A2的点划线A-B的截面图。此外，在图35B及图35C中，也示出在俯视图中未图示的液晶元件930LC、着色膜932CF、遮光膜932BM、电容器915、驱动电路部901等的截面。驱动电路部901可以被用作扫描线驱动电路部或信号线驱动电路部。驱动电路部901包括晶体管911。
如图35B及图35C所示，光从背光单元13向虚线的箭头所示的方向射出。来自背光单元13的光通过晶体管914与液晶元件930LC的接触部、晶体管914及电容器915等被提取到外部。因此，形成晶体管 914及电容器915的膜等优选也具有透光性。晶体管914、电容器915等所包括的透光区域的面积越大，越可以高效地使用来自背光单元13 的光。
如图35B及图35C所示，来自背光单元13的光也可以通过着色膜 932CF被提取到外部。当通过着色膜932CF提取光时，可以获得所希望的颜色的光。
在图35B中，来自背光单元13的光首先入射到着色膜932CF。然后，透过着色膜932CF的光入射到液晶元件930LC。然后，透过液晶元件930LC的光通过晶体管914及电容器915等提取到外部。
在图35C中，来自背光单元13的光首先入射到晶体管914及电容器915等。然后，透过晶体管914及电容器915等的光入射到液晶元件930LC。然后，透过液晶元件930LC的光通过着色膜932CF提取到外部。
图35A1至图35C所示的晶体管、布线、电容器等可以使用实施方式1所例示的材料形成。
通过采用本实施方式所示的显示装置中的像素的结构，可以高效地使用从背光单元射出的光。因此，可以提供优异的低功耗显示装置。
〈2.显示装置的结构例子2〉
接着，参照图36A至图36C及图37说明本实施方式的显示装置。图36A是示出显示装置110的截面图。显示装置110的立体图与显示装置100A相同，由此可以参照图4及实施方式1的记载。图37是示出触摸屏355的截面图。
显示装置110是包括使用横向电场方式的液晶元件的透射型液晶显示装置的例子。
如图36A所示，显示装置110包括衬底51、粘合层142、晶体管201、晶体管206、液晶元件40、取向膜133a、取向膜133b、连接部 204、粘合层141、间隔物117、着色层131、遮光层132、衬底61及偏振片130等。
显示部62包括晶体管206及液晶元件40。
晶体管206包括栅极221、栅极绝缘层213及半导体层(沟道区域 231a及低电阻区域231b)。绝缘层213被用作栅极绝缘层。低电阻区域231b的电阻率低于沟道区域231a的电阻率。半导体层可以使可见光透过。在本实施方式中，以作为半导体层使用氧化物半导体层的情况为例进行说明。氧化物半导体层优选包含铟，更优选为In-M-Zn氧化物(M为Al、Ti、Ga、Ge、Y、Zr、La、Ce、Nd、Sn或Hf)膜。将在后面说明氧化物半导体层的详细内容。
导电层222通过形成在绝缘层212及214中的开口连接于低电阻区域231b。
晶体管206被绝缘层212及214覆盖。此外，也可以将绝缘层212 及214视为晶体管206的构成要素。晶体管优选被抑制杂质扩散到构成晶体管的半导体中的绝缘层覆盖。
绝缘层213优选包括过剩氧区域。在绝缘层213包括过剩氧区域时，可以对沟道区域231a供应过剩氧。因为可以由过剩氧填补可能形成在沟道区域231a中的氧缺陷，所以可以提供可靠性高的晶体管。
绝缘层212优选包含氮或氢。当绝缘层212与低电阻区域231b接触时，绝缘层212中的氮或氢被添加到低电阻区域231b中。当低电阻区域231b被添加了氮或氢时，低电阻区域231b的载流子密度变高。
液晶元件40是采用FFS模式的液晶元件。液晶元件40包括像素电极111、公共电极112及液晶层113。通过利用产生在像素电极111 与公共电极112之间的电场，可以控制液晶层113的取向。液晶层113 位于取向膜133a与133b之间。
像素电极111与晶体管206的半导体层的低电阻区域231b电连接。
在接触部207中，半导体层的低电阻区域231b与像素电极111连接。半导体层的低电阻区域231b包括与绝缘层211中的开口的侧面接触的部分。半导体层的低电阻区域231b与绝缘层211中的开口的侧面接触，且与像素电极111连接。由此，可以将像素电极111配置为平坦。
通过将使可见光透过的材料用于半导体层，可以将接触部207设置在像素的开口69。该开口也可以称为子像素的开口或显示区域。
接触部207在衬底61一侧不具有凹凸表面。此外，上述像素电极 111、绝缘层220、公共电极112及取向膜133a的表面与接触部207 重叠且位于接触部207的衬底61一侧。因此，与其他部分同样地可以将液晶层113的与接触部207重叠的部分用来显示图像。也就是说，可以将设置有接触部207的区域用作像素的开口。由此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
另外，也可以使用位于绝缘层212与衬底51间的导电层将低电阻区域231b与像素电极111电连接。在此情况下，需要设置上述导电层与低电阻区域231b的接触部以及上述导电层与像素电极111的接触部这两个接触部。另一方面，图36A等所示的结构可以减少接触部。由此，通过利用该结构，可以实现更小的像素尺寸而不改变设计规则，从而可以实现高分辨率的显示装置。如此，当将半导体层的低电阻区域231b直接连接于像素电极111时，可以提高像素布局的自由度。
图36A所示的公共电极112具有梳齿状的顶面形状或设置有狭缝的顶面形状。在像素电极111与公共电极112之间设置有绝缘层220。像素电极111具有隔着绝缘层220与公共电极112重叠的部分。此外，在像素电极111与着色层131重叠的区域的一部分中，公共电极112 不配置在像素电极111上。
优选设置与液晶层113接触的取向膜。取向膜可以控制液晶层113 的取向。在显示装置110中，取向膜133a位于公共电极112(或绝缘层220)与液晶层113之间，取向膜133b位于保护层121与液晶层113 之间。
像素电极111填埋于绝缘层211中。像素电极111的液晶层113 一侧的面与绝缘层211的液晶层113一侧的面可以形成同一面(或者同一平面)。换言之，像素电极111的液晶层113一侧的面及绝缘层211 的液晶层113一侧的面位于同一面上；与同一面接触；它们的边界没有台阶；他们的高度相同；等。
在显示装置110中，绝缘层211、212及214的厚度对晶体管201 及206的特性没有直接的影响。因此，可以提供厚度厚的绝缘层211、 212及214。如此，可以降低像素电极111与栅极221之间的寄生电容、像素电极111与导电层222之间的寄生电容、以及像素电极111与半导体层之间的寄生电容等。
图36B示出显示装置110中的像素的开口69的液晶层113及其附近的截面图。如图36B所示，公共电极112填埋于绝缘层220中。公共电极112的液晶层113一侧的面与绝缘层220的液晶层113一侧的面可以形成同一面(或者同一平面)。换言之，公共电极112的液晶层113一侧的面及绝缘层220的液晶层113一侧的面位于同一面上；与同一面接触；它们的边界没有台阶；他们的高度相同；等。此外，取向膜133a被设置为平坦。
在图36C中，在绝缘层220的液晶层113一侧的面上设置有公共电极112。取向膜133a具有反映公共电极112的厚度的凹凸表面(参照点划线框内)。因此，有时在像素的开口69内发生液晶层113的厚度(也可以称为单元间隙)不均匀，而不容易得到良好的图像显示。
另外，在公共电极112的端部附近，有时因取向膜133a的凹凸表面容易发生液晶层113的初始取向不均匀。当将液晶层113的容易发生初始取向不均匀的区域用于图像显示时，有时导致显示装置110的对比度下降。此外，在相邻的两个子像素之间存在容易发生初始取向不均匀的区域的情况下，通过使用遮光层132等覆盖该区域可以抑制对比度的下降。但是，有时导致开口率下降。
如图36A及图36B所示，当公共电极112的液晶层113一侧的面与绝缘层220的液晶层113一侧的面形成同一面时，可以在像素的开口69内使取向膜133a与133b的间隔均匀。也就是说，公共电极112 的厚度不影响到液晶层113的厚度。在像素的开口69内液晶层113的厚度变得均匀。因此，显示装置110可以颜色再现性高地显示高品质图像。
另外，通过将取向膜133a设置为平坦，在公共电极112的端部也可以容易使初始取向对齐。通过将取向膜133a设置为平坦，可以抑制在相邻的两个子像素之间产生液晶层113的容易发生初始取向不均匀的区域。由此，可以提高开口率，而容易实现显示装置的高分辨率化。此外，可以降低显示装置的功耗。
如上所述，本发明的一个实施方式的显示装置可以减小产生在公共电极112的端部的台阶，由此可以减小起因于台阶的取向缺陷。
由于显示装置110是透射型液晶显示装置，所以对像素电极111 及公共电极112的双方使用可见光透过导电材料。优选像素电极111 及公共电极112中的至少一个包括氧化物导电层。像素电极111及公共电极112中的至少一个可以使用氧化物半导体形成。当使用包含同一金属元素的氧化物半导体形成构成显示装置的层中的两层以上时，可以在两个以上的工序中使用相同的制造装置(例如，成膜装置、加工装置)，由此可以抑制制造成本。
优选对像素电极111和半导体层的双方使用氧化物。例如，在对其中的一方使用非氧化物的材料(例如，金属)，而对另一方使用氧化物的情况下，有时该非氧化物的材料氧化而导致像素电极111与半导体层之间的接触电阻增大。通过对像素电极111和半导体层的双方使用氧化物，接触电阻得到降低，由此可以提高显示装置110的可靠性。
当像素电极111和半导体层包含具有同一金属元素的氧化物半导体时，有时可以提高像素电极111与半导体层的低电阻区域231b之间的密接性。
例如，在将包含氢的氮化硅膜用于绝缘层211，并且将氧化物半导体用于像素电极111的情况下，由于从绝缘层211供应的氢，可以提高氧化物半导体的导电率。
例如，在将包含氢的氮化硅膜用于绝缘层220，并且将氧化物半导体用于公共电极112的情况下，由于从绝缘层220供应的氢，可以提高氧化物半导体的导电率。
晶体管201及晶体管206被绝缘层215覆盖，在绝缘层215上设置有着色层131及遮光层132。着色层131位于至少与像素的开口69 重叠的区域。该开口也可以称为子像素的开口。在像素(子像素)的遮光区域67中，设置有遮光层132。遮光层132至少与晶体管206的一部分重叠。衬底51隔着粘合层142贴合于着色层131及遮光层132。
间隔物117具有防止衬底51与衬底61之间的距离一定距离以下的功能。图36A示出间隔物117的底面与衬底61接触的例子。此外，在图36A中，在与间隔物117重叠的部分取向膜133a与133b彼此接触。
使用粘合层141将衬底51与61贴合。在由衬底51、61及粘合层 141围绕的区域中密封有液晶层113。
在将显示装置110用作透射型液晶显示装置的情况下，以夹有显示部62的方式配置两个偏振片。图36A示出衬底51一侧的偏振片130。来自设置在衬底61一侧的偏振片的外侧的背光的光45经过偏振片进入显示装置110。此时，可以通过利用施加到像素电极111与公共电极 112之间的电压控制液晶层113的取向，来控制光的光学调制。就是说，可以控制经过偏振片130射出的光的强度。另外，着色层131吸收入射光的指定波长范围以外的波长的光。其结果是，所射出的光例如呈现红色、蓝色或绿色。
驱动电路部64包括晶体管201。
晶体管201包括栅极221、栅极绝缘层213、半导体层(沟道区域 231a及低电阻区域231b)、导电层222a及导电层222b。导电层222a 和222b中的一个被用作源极，另一个被用作漏极。导电层222a及222b 分别电连接于低电阻区域231b。
在连接部204中，布线65与导电层255彼此连接，导电层255与导电层253彼此连接，导电层253与导电层251彼此连接。导电层251 与连接体242彼此连接。也就是说，连接部204通过连接体242与FPC72 电连接。通过采用上述结构，可以将信号及电力从FPC72供应到布线 65。
布线65可以利用与晶体管206所包括的导电层222相同的材料及制造工序形成。导电层255可以利用与半导体层所包括的低电阻区域 231b相同的材料及制造工序形成。导电层253可以利用与液晶元件40 所包括的像素电极111相同的材料及制造工序形成。导电层251可以利用与液晶元件40所包括的公共电极112相同的材料及制造工序形成。如此，优选利用与用于构成显示部62及驱动电路部64的导电层相同的材料及制造工序制造构成连接部204的导电层，因为可以减少工序数。
图37所示的触摸屏355除了图36A的显示装置110的构成要素之外还具有如下构成要素。关于与显示装置110共通的构成要素，省略其说明。
触摸屏355在着色层131与粘合层142之间包括保护层121及触摸传感器。
优选在着色层131及遮光层132上设置保护层121。保护层121 可以抑制包含在着色层131及遮光层132等的杂质扩散到触摸传感器。
保护层121上设置有电极127、128及布线136。电极127、128 及布线136上设置有绝缘层125。绝缘层125上设置有电极124及导电层126。电极124通过设置在绝缘层125中的开口电连接于设置在电极 127的两侧的两个电极128。导电层126通过设置在绝缘层125中的开口电连接于布线136。衬底51隔着粘合层142贴合于电极124及导电层126。
在本发明的一个实施方式中，可以将液晶元件的电极、晶体管、着色层、触摸传感器等形成在同一衬底上。由此，可以减少衬底61一侧的构成要素数。
另外，通过在晶体管与触摸传感器之间设置着色层，可以增大晶体管与触摸传感器的距离。由此，可以抑制晶体管驱动时的噪声传导至触摸传感器。由此，可以使触摸传感器稳定地工作。此外，也可以在晶体管与触摸传感器之间设置被用作遮蔽噪声的屏蔽体的层。例如，可以设置供应恒电位的导电层。
在输入装置所包括的导电层中，与开口69重叠的导电层(例如，电极127、128)使用可见光透过材料形成。
另外，也可以将输入装置所包括的导电层只设置在遮光区域67中。当输入装置所包括的导电层不重叠于开口69时，对输入装置所包括的导电层的材料的可见光透过性没有限制。作为输入装置所包括的导电层，可以使用金属等电阻率低的材料。例如，作为触摸传感器的布线及电极，优选使用金属丝网(metal mesh)。由此，可以减少触摸传感器的布线和电极的电阻，这适合于大型显示装置的触摸传感器。此外，虽然一般而言金属是反射率大的材料，但是金属可以通过氧化处理等变为暗色。由此，即使从显示面一侧观看触摸屏时也可以抑制外光反射所导致的可见度下降。
该布线及该电极也可以具有包括金属层与反射率低的层(也称为暗色层)的叠层。此外，暗色层也可以例如使用Ag粒子、Ag纤维、Cu 粒子等金属微粒子、碳纳米管(CNT)、石墨烯等纳米碳粒子、或者PEDOT、聚苯胺、聚吡咯等导电高分子形成。
导电层126通过布线65、导电层255、导电层253、导电层251 及连接体242与FPC72电连接。由此，即使只在一个衬底一侧配置FPC，也可以供应用来驱动液晶元件40的信号及用来驱动触摸传感器的信号的双方。或者，可以将用来供应驱动液晶元件40的信号的FPC及用来供应驱动触摸传感器的信号的FPC连接在同一平面上。由于不需要将 FPC等连接于一对衬底的每一个，所以可以进一步简化显示装置的结构。与将FPC连接于衬底51一侧和衬底61一侧的双方的显示装置相比，上述显示装置容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。此外，可以将一个或多个FPC连接于上述显示装置。
来自背光161的光在透过衬底61、液晶元件40之后入射到晶体管与像素电极111的接触部。因为在本发明的一个实施方式中晶体管与像素电极111的接触部使可见光透过，所以可以将该接触部设置在开口69中。透过该接触部的光透过着色层131、触摸传感器、衬底51 等射出到触摸屏355的外部。
关于可用于本实施方式的显示装置及触摸屏所包括的各构成要素的材料等的详细内容，可以参照实施方式1。
〈3.显示装置的结构例子3〉
图38、图39A和图39B、图40及图41分别示出显示装置的例子。图38是显示装置110A的截面图，图39A和图39B是本发明的一个实施方式的显示装置所包括的子像素的俯视图，图40是显示装置110B 的截面图，图41是触摸屏355A的截面图。注意，显示装置110A、显示装置110B及触摸屏355A的立体图与图4所示的显示装置100A相同，所以在此省略说明。
图38所示的显示装置110A与上述显示装置110的不同之处在于像素电极111和公共电极112的位置关系。
在图36A所示的显示装置110中，取向膜133a与公共电极112接触。另一方面，在图38所示的显示装置110A中，取向膜133a与像素电极111接触。
如图38所示，在显示装置110A中，半导体层的低电阻区域231b 与绝缘层211及220的开口的侧面接触，且与像素电极111连接。由此，可以将像素电极111配置为平坦。
在显示装置110A中，公共电极112填埋于绝缘层211中。公共电极112的液晶层113一侧的面与绝缘层211的液晶层113一侧的面可以形成同一面。
像素电极111填埋于绝缘层220中。像素电极111的液晶层113 一侧的面与绝缘层220的液晶层113一侧的面可以形成同一面。此外，取向膜133a被设置为平坦。
如图38所示，当像素电极111的液晶层113一侧的面与绝缘层220 的液晶层113一侧的面形成同一面时，可以在像素的开口69内使取向膜133a与133b的间隔均匀。也就是说，像素电极111的厚度不影响到液晶层113的厚度。在像素的开口69内液晶层113的厚度变得均匀。因此，显示装置110A可以颜色再现性高地显示高品质图像。
另外，通过将取向膜133a设置为平坦，在像素电极111的端部也可以容易使初始取向对齐。通过将取向膜133a设置为平坦，可以抑制在相邻的两个子像素之间产生液晶层113的容易发生初始取向不均匀的区域。由此，可以提高开口率，而容易实现显示装置的高分辨率化。
图39A及图39B示出本发明的一个实施方式的显示装置所包括的子像素的俯视图。图39A是从公共电极112一侧看到子像素中的公共电极112至导电层222的叠层结构(例如，参照图40)的俯视图。图 39A在点划线的框中示出子像素的开口69。图39B是从图39A所示的叠层结构去除公共电极112的俯视图。
图40示出显示装置110B的截面图。图40所示的显示装置110B 除了上述显示装置110的结构之外还包括绝缘层211b及栅极223。
在本发明的一个实施方式的显示装置中，可以使用在沟道上下设置有栅极的晶体管。
在图39A和图39B所示的接触部Q1中，栅极221与223电连接。
在图39A和图39B所示的接触部Q2中，半导体层的低电阻区域 231b与像素电极111连接。通过对半导体层使用使可见光透过的材料，可以将接触部Q2设置在子像素的开口69中。由此，可以提高子像素的开口率。另外，可以降低显示装置的功耗。
在图39A和图39B中，一个导电层被用作扫描线228及栅极223，并且该导电层的另一部分被用作栅极223。换言之，在图39A和图39B 中，一个导电层被用作信号线229及导电层222。
栅极221、223都可以包括金属材料和氧化物导电体(OC)中的一个的单层、或金属材料和氧化物导电体的叠层。例如，栅极221和223 中的一个可以包含氧化物导电体，栅极221和223中的另一个可以包含金属材料。
晶体管206可以包括作为半导体层的氧化物半导体层，且包括作为栅极221和223中的至少一个的氧化物导电层。此时，优选使用氧化物半导体形成氧化物半导体层和氧化物导电层。
当将可见光遮蔽导电层用于栅极223时，可以抑制来自背光的光照射到沟道区域231a。如此，当将沟道区域231a与可见光遮蔽导电层重叠时，可以抑制光导致的晶体管的特性变动。由此，晶体管可以具有高可靠性。
在沟道区域231a的衬底51一侧设置有遮光层132且在沟道区域 231a的衬底61一侧设置有可见光遮蔽栅极223，由此可以抑制来自背光的光及外光照射到沟道区域231a。
图39A及图40示出作为一个子像素的开口69在公共电极112中设置有一个开口的例子。
〈4.显示装置的制造方法的例子〉
参照图42A至图42C至图47说明图41所示的触摸屏355A的制造方法的例子。注意，在本制造方法的例子中，通过改变所形成的晶体管或液晶元件的结构，可以制造本实施方式的其他显示装置及触摸屏。
可以在形成用衬底上形成功能元件之后，将功能元件从形成用衬底分离而将其转置到其他衬底。通过利用该方法，例如可以将在耐热性高的形成用衬底上形成的功能元件转置到耐热性低的衬底。因此，功能元件的制造温度不会由于耐热性低的衬底而受到限制。此外，可以将功能元件转置到比形成用衬底更轻、更薄或者柔性更高的衬底等，而能够实现轻量、柔性且薄型的半导体装置及显示装置等各种装置。
具体而言，在第一衬底上形成分离层，在分离层上形成功能元件，使用粘合层贴合第一衬底与第二衬底，然后利用分离层将第一衬底与第二衬底分离，由此可以将在第一衬底上形成的功能元件转置到第二衬底。
作为可用于分离层的材料的例子，可以举出无机材料及有机材料。
作为无机材料的例子，可以举出包含钨、钼、钛、钽、铌、镍、钴、锆、锌、钌、铑、钯、锇、铱、硅等元素的金属、合金、化合物。
作为有机材料的例子，可以举出聚酰亚胺、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚碳酸酯、丙烯酸树脂。
分离层可以具有单层结构或叠层结构等。例如，也可以使用包括包含钨的层和包含钨氧化物的层的叠层结构。此外，可以使用包括金属氧化物层和树脂层的叠层结构。
分离界面根据分离层的材料而不同。具体来说，在第一衬底与分离层的界面、分离层中、或者分离层与接触于分离层的被剥离层的界面产生分离。
在本实施方式中，示出分离层具有金属氧化物层与树脂层的叠层结构，在金属氧化物层与树脂层的界面(也可以说“在分离层中”)产生分离的例子。
首先，如图42A所示，在形成用衬底301上形成金属氧化物层303，在金属氧化物层303上形成树脂层305。
形成用衬底301具有容易传送的程度的刚性，且对制造工序时施加的加热具有耐性。作为能够用于形成用衬底301的材料的例子，可以举出玻璃、石英、陶瓷、蓝宝石、树脂、半导体、金属及合金。作为玻璃的例子，可以举出无碱玻璃、钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃。
形成用衬底301的厚度例如为0.5mm以上且1mm以下，具体为 0.5mm或0.7mm。
金属氧化物层303可以使用各种金属的氧化物形成。作为金属氧化物的例子，可以举出氧化钛(TiOx)、氧化钼、氧化铝、氧化钨、包含硅的铟锡氧化物(ITSO)、铟锌氧化物和In-Ga-Zn氧化物等。
作为金属氧化物的其他例子，可以举出氧化铟、包含钛的铟氧化物、包含钨的铟氧化物、铟锡氧化物(ITO)、包含钛的ITO、包含钨的铟锌氧化物、氧化锌(ZnO)、包含镓的ZnO、氧化铪、氧化钇、氧化锆、氧化镓、氧化钽、氧化镁、氧化镧、氧化铈、氧化钕、氧化锡、氧化铋、钛酸盐、钽酸盐和铌酸盐等。
对金属氧化物层303的形成方法没有特别的限制。例如，可以使用溅射法、等离子体CVD法、蒸镀法、溶胶-凝胶法、电泳法或喷射法等形成金属氧化物层303。
通过在形成金属层之后对该金属层引入氧，可以形成金属氧化物层303。此时，仅使金属层的表面氧化或者使整个金属层氧化。在是前者的情况下，通过对金属层引入氧，来形成金属层与金属氧化物层303 层叠的结构。分离层也可以具有包括金属层、金属氧化物层303及树脂层305的叠层结构。
例如，通过在包含氧的气氛下加热金属层，可以进行金属层的氧化。优选边供应包含氧的气体边加热金属层。加热金属层的温度优选为100℃以上且500℃以下，更优选为100℃以上且450℃以下，进一步优选为100℃以上且400℃以下，更进一步优选为100℃以上且350℃以下。
优选将加热金属层的温度设定为晶体管的制造中的最高温度以下。此时，可以防止显示装置的制造中的最高温度变高。当将加热金属层的温度设定为晶体管的制造中的最高温度以下时，例如还可以将晶体管的制造工序中使用的制造装置用于本实施方式的显示装置的制造方法中，因此可以减少额外的设备投资等。因此，可以降低显示装置的制造成本。例如，在晶体管的制造温度为350℃以下的情况下，加热处理的温度优选为350℃以下。
或者，通过对金属层的表面进行自由基处理，可以使金属层氧化。在自由基处理中，优选将金属层的表面暴露于包含氧自由基和/或羟基自由基的气氛。例如，优选在包含氧和/或水蒸气(H2O)的气氛下进行等离子体处理。
通过将氢、氧、氢自由基(H＊)、氧自由基(O＊)或羟基自由基(OH ＊)等存在于金属氧化物层303的表面或者将它们包含在金属氧化物层 303中，可以降低金属氧化物层303与树脂层305的分离所需要的力。因此，优选利用自由基处理或等离子体处理形成金属氧化物层303。
在对金属层的表面进行自由基处理或等离子体处理来使金属层氧化的情况下，不需要进行以高温加热金属层的工序。因此，可以防止显示装置的制造中的最高温度变高。
或者，可以在氧气氛下形成金属氧化物层303。例如，在供应包含氧的气体的同时通过溅射法形成金属氧化物膜，由此可以形成金属氧化物层303。在此情况下，优选对金属氧化物层303的表面进行自由基处理。在自由基处理中，优选将金属氧化物层303的表面暴露于包含氧自由基、氢自由基和羟基自由基中的至少一种的气氛。例如，优选在包含氧、氢和水蒸气(H2O)中的一个或多个的气氛下进行等离子体处理。
自由基处理可以使用等离子体产生装置或者臭氧产生装置进行。
例如，可以进行氧等离子体处理、氢等离子体处理、水等离子体处理或臭氧处理等。氧等离子体处理可以通过在包含氧的气氛下生成等离子体来进行。氢等离子体处理可以通过在包含氢的气氛下生成等离子体来进行。水等离子体处理可以通过在包含水蒸气(H2O)的气氛下生成等离子体来进行。尤其优选采用水等离子体处理，因为其可以将大量的水分存在于金属氧化物层303的表面或者金属氧化物层303 中。
此外，也可以在包含氧、氢、水(水蒸气)和惰性气体(典型的是氩)中的两种以上的气氛下进行等离子体处理。作为该等离子体处理的例子，可以举出包含氧和氢的气氛下的等离子体处理、包含氧和水的气氛下的等离子体处理、包含水和氩的气氛下的等离子体处理、包含氧和氩的气氛下的等离子体处理以及包含氧、水及氩的气氛下的等离子体处理。优选将氩气体用于等离子体处理，因为在该等离子体处理的同时对金属层或金属氧化物层303造成损伤。
此外，也可以以不暴露于大气的方式连续地进行两种以上的等离子体处理。例如，可以在进行氩等离子体处理之后进行水等离子体处理。
此外，可以使用离子注入法、离子掺杂法、等离子体浸没离子注入法等进行氧、氢、水等的引入。
金属氧化物层303的厚度例如优选为1nm以上且200nm以下，更优选为5nm以上且100nm以下，进一步优选为5nm以上且50nm以下。在使用金属层形成金属氧化物层303的情况下，最终形成的金属氧化物层303有时厚于初始形成的金属层。
金属氧化物层303优选包含氧化钛或氧化钨等。优选使用氧化钛，因为与使用氧化钨的情况相比可以降低成本。
树脂层305可以使用各种树脂材料(包括树脂前体)形成。
树脂层305优选使用热固化性材料形成。
树脂层305可以使用具有感光性的材料或者不具有感光性的材料 (也被称为非感光性材料)形成。
在使用具有感光性的材料时，可以利用光刻法形成具有所希望的形状的树脂层305。具体而言，在形成将成为树脂层305的膜之后，进行用来去除溶剂的加热处理(也称为预烤处理)，然后使用光掩模进行曝光。接着，进行显影处理，由此可以去除不需要的部分。
通过在将成为树脂层305的层或树脂层305上形成抗蚀剂掩模或硬掩模等掩模并进行蚀刻，可以形成具有所希望的形状的树脂层305。在使用非感光性材料时，上述方法是特别优选的。
例如，在树脂层305上形成无机膜，在无机膜上形成抗蚀剂掩模。在使用抗蚀剂掩模对无机膜进行蚀刻之后，可以利用无机膜作为硬掩模对树脂层305进行蚀刻。
作为能够用作硬掩模的无机膜，可以举出各种无机绝缘膜、能够用于导电层的金属膜及合金膜等。
优选以极薄的厚度形成掩模且与进行蚀刻同时去除掩模，此时可以省略去除掩模的工序。
树脂层305优选使用包含聚酰亚胺树脂或聚酰亚胺树脂前体的材料形成。树脂层305可以使用包含聚酰亚胺树脂和溶剂的材料、或者包含聚酰胺酸(polyamic acid)和溶剂的材料等形成。聚酰亚胺是适用于显示装置的平坦化膜等的材料，所以可以共同使用成膜装置及材料。因此，不需要为了实现本发明的一个实施方式的结构而准备追加的装置及材料。
作为能够用于树脂层305的树脂材料的例子，可以举出丙烯酸树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、硅氧烷树脂、苯并环丁烯类树脂、酚醛树脂及这些树脂的前体。
树脂层305优选使用旋涂机形成。通过利用旋涂法，可以在大型衬底上均匀地形成薄膜。
树脂层305优选使用粘度为5cP以上且小于500cP，优选为5cP 以上且小于100cP，更优选为10cP以上且50cP以下的溶液形成。溶液的粘度越低，越容易涂敷。另外，溶液的粘度越低，越可以抑制气泡的混入，从而可以形成品质良好的膜。
另外，可以通过浸渍法、喷涂法、喷墨法、分配法、丝网印刷法、胶版印刷法等或者利用刮刀法、狭缝式涂布法、辊涂法、帘式涂布法、刮刀式涂布法等形成树脂层305。
例如可以边对加热装置的处理室供应包含氧、氮和稀有气体(例如，氩)中的一个或多个的气体边进行加热处理。或者，加热处理可以在大气气氛下使用加热装置的处理室、加热板等进行。
当在大气气氛下或者在边供应包含氧的气体边进行加热时，有时树脂层305因氧化而着色导致可见光透过性降低。
因此，优选的是，边导入氮气体边进行加热。由此，可以提高树脂层305的可见光透过性。
通过进行加热处理，可以降低树脂层305中的脱气成分(例如，氢或水)。尤其是，优选在形成在树脂层305上的各层的形成温度以上的温度下进行加热。由此，可以大幅度地减少在晶体管的制造工序中从树脂层305释放出的气体。
例如，当在晶体管的制造温度为350℃以下时，以350℃以上且450℃以下，更优选为400℃以下，进一步优选为375℃以下的温度对将成为树脂层305的膜进行加热。由此，可以大幅度地减少在晶体管的制造工序中从树脂层305释放出的气体。
加热处理的温度优选被设定为晶体管的制造中的最高温度以下的温度。当将加热处理的温度设定为晶体管的制造中的最高温度以下时，例如还可以将晶体管的制造工序中使用的制造装置用于本实施方式的显示装置的制造方法中，因此可以减少额外的设备投资等。因此，可以降低显示装置的制造成本。例如，在晶体管的制造温度为350℃以下的情况下，加热处理的温度优选为350℃以下。
优选使制造晶体管时的最高温度与加热处理的温度相等，此时可以防止制造显示装置时的最高温度因加热处理而变高并可以降低树脂层305的脱气成分。
有时即使加热温度较低，通过延长处理时间也可以实现与加热温度更高的条件的情况相同的剥离性。因此，在因为加热装置的结构而不能使加热温度变高时，优选使处理时间延长。
加热处理的时间例如优选为5分钟以上且24小时以下，更优选为 30分钟以上且12小时以下，进一步优选为1小时以上且6小时以下。注意，加热处理的时间不局限于这些例子。例如，利用快速热退火 (rapid thermal annealing：RTA)法的加热处理的时间也可以短于5 分钟。
作为加热装置，例如可以使用电炉或利用来自电阻发热元件等发热元件的热传导或热辐射对被处理物进行加热的各种装置。例如，可以使用气体快速热退火(gas rapidthermal annealing：GRTA)装置、灯快速热退火(lamp rapid thermal annealing：LRTA)装置等RTA 装置。LRTA装置是利用从灯如卤素灯、金卤灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯或高压汞灯等发出的光(电磁波)的辐射加热被处理物的装置。 GRTA装置是使用高温的气体进行加热处理的装置。通过使用RTA装置可以缩短处理时间，所以RTA装置适合于量产。此外，也可以使用串列式加热装置进行加热处理。
在进行加热处理之前，也可以进行用来去除包含在将成为树脂层 305的膜中的溶剂的加热处理(也称为预烤处理)。预烤处理的温度可以根据使用的材料适当地设定。例如，预烤处理的温度可以为50℃以上且180℃以下、80℃以上且150℃以下或90℃以上且120℃以下。加热处理也可以兼做预烤处理，就是说，也可以通过进行加热处理去除包含在将成为树脂层305的膜中的溶剂。
树脂层305具有柔性。形成用衬底301的柔性比树脂层305低。
树脂层305的厚度优选为0.01μm以上且小于10μm，更优选为 0.1μm以上且5μm以下，进一步优选为0.5μm以上且3μm以下。通过将树脂层形成得薄，可以以低成本制造显示装置。该显示装置可以为轻量薄型。该显示装置可以具有更高的柔性。通过使用低粘度的溶液，可以容易形成厚度薄的树脂层305。本发明的一个实施方式不局限于上述例子，树脂层305的厚度也可以为10μm以上。例如，树脂层305的厚度也可以为10μm以上且200μm以下。树脂层305的厚度优选为10μm 以上，因为可以提高显示装置的刚性。
树脂层305的热膨胀系数优选为0.1ppm/℃以上且50ppm/℃以下，更优选为0.1ppm/℃以上且20ppm/℃以下，进一步优选为0.1ppm/℃以上且10ppm/℃以下。树脂层305的热膨胀系数越低，越可以抑制因加热而在包括于晶体管等的层中产生的裂缝以及晶体管等的损伤。
接着，在树脂层305上形成公共电极112及导电层251。此外，也可以在形成公共电极112之前，在树脂层305上形成绝缘层(氮化物绝缘层、氧化物绝缘层等)。
在本发明的一个实施方式中，由于在形成晶体管之前形成公共电极112，所以可以在平坦的面上形成公共电极112。
接着，形成覆盖公共电极112及导电层251的绝缘层220。接着，在绝缘层220上形成像素电极111及导电层253。接着，形成覆盖像素电极111及导电层253的绝缘层211a(图42B)。
接着，在绝缘层211a上形成栅极223，形成覆盖栅极223的绝缘层211b(图42C)。
接着，对绝缘层211a及211b的一部分进行蚀刻，来形成到达像素电极111的开口以及到达导电层253的开口(图43A)。在此示出对绝缘层211a及211b一起进行蚀刻的例子，但是本发明的一个实施方式不局限于该例子。
接着，以覆盖设置在绝缘层中的开口的方式形成岛状的半导体层 231(图43B)。
接着，形成覆盖半导体层231的绝缘层213_0，在绝缘层213_0 上形成导电层221_0(图44A)。
接着，对绝缘层213_0及导电层221_0进行加工，来形成岛状的栅极绝缘层213及岛状的栅极221。然后，形成覆盖栅极绝缘层213 及栅极221的绝缘层212(图44B)。
通过形成包含氮或氢的绝缘层212，然后对绝缘层212进行加热处理，来对半导体层中的不与栅极221及栅极绝缘层213重叠的部分供应氮或氢，由此形成低电阻区域231b。
此外，也可以在形成岛状的绝缘层213及岛状的栅极221之后且形成绝缘层212之前，对半导体层231添加杂质，来形成低电阻区域 231b。也可以在形成绝缘层212之后，对半导体层231添加杂质，来形成低电阻区域231b。也可以在形成后面说明的绝缘层214、215中的至少一个之后，对半导体层231添加杂质。
由于半导体层中的与栅极221及绝缘层213重叠的部分与不重叠的部分相比杂质的供应被阻碍，所以电阻率的降低得到抑制，由此与栅极221及绝缘层213重叠的部分可以被用作沟道区域231a。
接着，形成绝缘层214。通过对绝缘层212及214的一部分进行蚀刻，来形成到达低电阻区域231b的开口以及到达导电层255的开口。在此，既可以以彼此不同的工序对多个绝缘层进行加工，又可以以相同的工序对两层以上的层一起进行加工。接着，以覆盖设置在绝缘层中的开口的方式，在低电阻区域231b上形成导电层，然后将该导电层加工为所希望的形状，来形成导电层222及布线65(图45A)。
接着，如图45 B所示，形成绝缘层215，在绝缘膜215上形成着色层131及遮光层132。
绝缘层215也可以具有平坦化功能。
使用感光性材料形成着色层131，此时可以利用光刻法等将其加工为岛状。遮光层132可以使用金属或树脂等形成。
接着，形成覆盖着色层131及遮光层132的保护层121。在保护层 121及绝缘层215中设置到达布线65的开口。
接着，在保护层121上形成感测元件。具体而言，在保护层121 上形成电极127、电极128及布线136。布线136以覆盖设置在保护层 121及绝缘层215中的开口的方式形成，且与布线65电连接。接着，形成覆盖电极127、电极128及布线136的绝缘层125。在绝缘层125中设置达到电极128的开口以及达到布线136的开口。接着，在绝缘层125上设置电极124及导电层126。电极124以覆盖设置在绝缘层 125中的开口的方式形成，且与电极128电连接。导电层126以覆盖设置在绝缘层125中的开口的方式形成，且与布线136电连接。
然后，使用粘合层142贴合形成用衬底301与衬底51(图45B)。
接着，如图46所示，将金属氧化物层303与树脂层305分离。
在本实施方式中，通过照射光来将金属氧化物层303与树脂层305 分离。此外，也可以利用加热处理等进行分离。
在光照射工序中，优选将激光经过形成用衬底301照射到金属氧化物层303与树脂层305的界面或其附近。激光可以照射到金属氧化物层303的内部，还可以照射到树脂层305的内部。
金属氧化物层303吸收激光。树脂层305也可以吸收激光。
包括形成用衬底301与金属氧化物层303的叠层的激光55的吸收率优选为50％以上且100％以下，更优选为75％以上且100％以下，进一步优选为80％以上且100％以下。通过使该叠层吸收大部分激光，可以确实地在金属氧化物层303与树脂层305的界面进行剥离。此外，可以降低树脂层305因光受到的损伤。
通过照射激光，金属氧化物层303与树脂层305的密接性或粘着性降低。通过激光的照射，树脂层305有时脆化。
作为激光，选择具有至少一部分透过形成用衬底301且被金属氧化物层303吸收的波长的光。激光优选为可见光线至紫外线的波长区域的光。例如可以使用波长为180nm以上且450nm以下，优选为200nm 以上且400nm以下，更优选为250nm以上且350nm以下的光。
激光优选具有比金属氧化物层303的能隙高的能量。例如，氧化钛的能隙大约为3.2eV。当作为金属氧化物层303使用氧化钛时，优选使用具有比3.2eV高的能量的光。
尤其是，优选使用波长为308nm的准分子激光，因为可以提高生产率。优选使用准分子激光，因为准分子激光还可以被用于LTPS的激光晶化，由此可以利用现有的LTPS生产线的设备，而不需要新的设备投资。波长为308nm的光的能量大约为4.0eV。也就是说，当作为金属氧化物层303使用氧化钛时，优选使用波长为308nm的准分子激光。此外，也可以使用Nd：YAG激光的第三谐波的波长为355nm的UV激光等固体UV激光(也称为半导体UV激光)。由于固体激光不使用气体，与准分子激光相比，可以降低运行成本，所以是优选的。此外，也可以使用微微秒激光等脉冲激光。
当作为激光使用线性激光时，通过使形成用衬底301与光源相对地移动来以激光进行扫描并对需要剥离的区域照射激光。
在此，如果以对分离界面添加水或水溶液等含有水的液体并将该液体渗透到分离界面的方式进行分离，则可以更容易地进行分离。此外，能够抑制分离时产生的静电给晶体管等功能元件带来不良影响(例如，由于静电而使半导体元件损坏)。
所供应的液体例如可以为水(优选为纯水)、中性、碱性或酸性的水溶液、溶解有盐的水溶液等。作为液体的其他例子，也可以举出乙醇或丙酮等。另外，还可以使用各种有机溶剂。
在将形成用衬底301与树脂层305分离之前，优选使用激光或锐利的刀具等形成分离起点。通过在树脂层305的一部分中形成裂缝(或裂口)，可以形成分离起点。例如，通过照射激光，可以使树脂层305 的一部分溶解、蒸发或热破坏。
然后，利用物理力(例如，用手或夹具进行剥离的处理、或者使密接于衬底的辊子转动来进行分离的处理)从所形成的分离起点将树脂层305与形成用衬底301分离。在图46的下部示出从树脂层305分离的金属氧化物层303及形成用衬底301。
接着，也可以去除树脂层305的一部分或全部。树脂层305可以使用湿蚀刻装置、干蚀刻装置、灰化装置等去除。尤其优选使用利用氧等离子体的灰化去除树脂层305。优选树脂层305的厚度薄，因为可以缩短去除树脂层305的工序所需要的时间。通过去除树脂层305，可以使公共电极112及导电层251露出(图47)。此外，也可以以使导电层251露出的方式去除树脂层305的一部分。此外，也可以将树脂层 305用作取向膜133a。
接着，在公共电极112上形成取向膜133a。
然后，使用粘合层141在形成有取向膜133b的衬底61与衬底51 之间密封液晶层113。通过上述工序，可以形成触摸屏355A(图41)。
如上所述，在本发明的一个实施方式中，在形成用衬底上形成构成显示装置的晶体管及液晶元件等功能元件。因此，对功能元件的形成工序中施加的加热几乎没有限制。可以高成品率地将通过高温工序制造的可靠性高的功能元件转置在构成显示装置的衬底上。由此，可以实现可靠性高的显示装置。
在本发明的一个实施方式中，由于在形成晶体管之前形成液晶元件的电极，所以可以在平坦的面上形成液晶元件的电极。因此，可以抑制单元间隙的不均匀及液晶的初始取向的不均匀。由此，可以提高开口率，并且可以实现高分辨率的显示装置。
〈5.显示装置的结构例子4〉
图48A示出显示装置的例子。图48A是显示装置110C的截面图。注意，显示装置110C的立体图与图4所示的显示装置100A相同，所以在此省略说明。
图48A所示的显示装置110C与上述显示装置110B的不同之处在于像素电极111和公共电极112的形状。
像素电极111及公共电极112的双方都可以具有梳齿状的顶面形状或设置有狭缝的顶面形状。
图48A所示的显示装置110C的显示部62包括从顶面来看没有设置像素电极111及公共电极112的双方的部分。
此外，上述电极也可以具有一个电极的狭缝的端部与另一个电极的狭缝的端部重叠的形状。图48B示出此时的截面图。
此外，从顶面来看，像素电极111和公共电极112也可以具有彼此重叠的部分。图48C示出此时的截面图。
此外，从顶面来看，一个电极的一个端部可以与另一个电极重叠，一个电极的另一个端部可以与另一个电极不重叠。图48D示出此时的截面图。
此外，如图48E所示，像素电极111及公共电极112可以设置在同一平面上。
〈6.显示装置的结构例子5〉
图49是触摸屏355B的截面图。触摸屏355B的立体图与图20A至图20C所示的触摸屏350A相同，所以可以参照实施方式1的说明。
触摸屏355B具有贴合了分别形成的显示装置和感测元件的结构。
触摸屏355B包括重叠设置的输入装置375及显示装置370。
图49是显示部62、驱动电路部64、包括FPC72a的区域以及包括 FPC72b的区域等的截面图。
衬底51与61被粘合层141贴合。衬底61与162被粘合层169贴合。这里，从衬底51至衬底61的各层相当于显示装置370。从衬底 162至电极124的各层相当于输入装置375。也就是说，粘合层169贴合显示装置370与输入装置375。
图49所示的显示装置370的结构与图38所示的显示装置110A相同，因此在此省略详细说明。
使用粘合层167贴合衬底51与偏振片165。使用粘合层163贴合偏振片165与背光161。
使用粘合层168贴合衬底162与偏振片166。使用粘合层164贴合偏振片166与保护衬底160。
可以在输入装置375与显示装置370之间设置偏振片166。在此情况下，不一定需要设置图49所示的保护衬底160、粘合层164及粘合层168。也就是说，衬底162可以位于触摸屏355B的最外面。
在衬底162的衬底61一侧设置有电极127及128。电极127及128 形成在同一平面上。绝缘层125以覆盖电极127及128的方式设置。电极124通过设置在绝缘层125中的开口电连接于设置在电极127的两侧的两个电极128。
在输入装置375所包括的导电层中，与像素的开口重叠的导电层 (例如，电极127、128)使用使可见光透过的材料形成。
对与电极127、128相同的导电层进行加工而得到的布线136连接于对与电极124相同的导电层进行加工而得到的导电层126。导电层 126通过连接体242b电连接于FPC72b。
〈7.显示装置的结构例子6〉
图50示出触摸屏的例子。图50是触摸屏355C的截面图。
触摸屏355C是具有显示图像的功能且被用作触摸传感器的 In-Cell型触摸屏。
触摸屏355C具有只在支撑显示元件的衬底上设置构成感测元件的电极等的结构。通过采用该结构，与分别制造显示装置和感测元件并将它们贴合的结构或在对置衬底一侧制造感测元件的结构相比，可以实现触摸屏的薄型化或轻量化，或者可以减少触摸屏中的构件数。
图50所示的触摸屏355C除了上述显示装置110B的结构之外还包括辅助布线119。
辅助布线119与公共电极112电连接。通过设置与公共电极电连接的辅助布线，可以抑制起因于公共电极的电阻的电压下降。另外，在采用包含金属氧化物的导电层和包含金属的导电层的叠层结构的情况下，优选通过使用半色调掩模的图案化技术形成这些导电层，由此可以简化制造工序。
为了防止使显示装置的使用者看到辅助布线119，辅助布线119 优选设置在与遮光层132等重叠的位置。
图50是包括相邻的两个子像素的截面图。图50所示的两个子像素是包括在不同像素中的子像素。
图50所示的触摸屏355C通过利用在左侧的子像素所包括的公共电极112与右侧的子像素所包括的公共电极112之间形成的容量，可以感测出感测对象的接近或接触等。换言之，在触摸屏355C中，公共电极112兼用作液晶元件的公共电极和感测元件的电极。
如此，在本发明的一个实施方式的触摸屏中，构成液晶元件的电极还用作构成感测元件的电极，所以可以简化制造工序，并且可以降低制造成本。另外，可以实现触摸屏的薄型化及轻量化。
公共电极112与辅助布线119电连接。通过设置辅助布线119，可以降低感测元件的电极的电阻。通过降低感测元件的电极的电阻，可以减少感测元件的电极的时间常数。感测元件的电极的时间常数越小，可以越提高检测灵敏度，由此可以越提高检测准确度。
利用一个FPC将驱动像素的信号和驱动感测元件的信号供应给触摸屏355C。由此，可以将触摸屏355C容易地安装在电子设备中，并且可以减少构件数。
例如，可以对触摸屏355C应用实施方式1的触摸屏350E的工作方法(参照图29A和图29B至图31A和图31B)
因为本实施方式的显示装置中的晶体管包括可见光透过区域，所以可以提高像素的开口率。由此，可以降低显示装置的功耗。此外，显示装置可以具有高分辨率。
在本实施方式的显示装置中，液晶元件的电极被设置为平坦。可以抑制显示装置中的显示不良。此外，可以抑制因液晶的取向不良导致的开口率下降。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照图51A至图51C说明本发明的一个实施方式的显示装置可采用的工作模式。
下面说明利用通常帧频(典型的是60Hz以上且240Hz以下)的通常工作模式(Normal mode)及利用低帧频的空转停止(IDS：idling stop) 驱动模式。
IDS驱动模式是指在写入图像数据之后停止图像数据的重写的驱动方法。通过延长图像数据的写入与下一次图像数据的写入间的间隔，可以省去该间隔的图像数据的写入所消耗的功耗。IDS驱动模式例如可以以通常工作模式的1/100至1/10的帧频进行。静态图像在连续的帧间利用相同的视频信号而显示。因此，IDS驱动模式在显示静态图像时尤其有效。当使用IDS驱动显示图像时，可以降低功耗，抑制图像的闪烁(flicker)，减少眼睛疲劳。
图51A是像素电路图，图51B和图51C是示出通常驱动模式和IDS 驱动模式的时序图。在图51A中，示出第一显示元件501(在此，反射型液晶元件)、与第一显示元件501电连接的像素电路506。在图51A 所示的像素电路506中，示出信号线SL、栅极线GL、与信号线SL及栅极线GL连接的晶体管M1以及与晶体管M1连接的电容器CsLC。
晶体管M1有可能成为数据D1的泄漏路径。因此，晶体管M1的关态电流越小越好。作为晶体管M1，优选使用在形成沟道的半导体层中包含金属氧化物的晶体管。可以将具有放大作用、整流作用和开关作用中的至少一个的金属氧化物称为金属氧化物半导体(metaloxide semiconductor)或氧化物半导体(oxide semiconductor，简称为OS)。作为晶体管的典型例子，说明在形成沟道的半导体层中包含氧化物半导体的晶体管(OS晶体管)。与包含多晶硅等的晶体管相比，OS晶体管在非导通状态时的泄漏电流(关态电流)极小。当作为晶体管M1采用OS晶体管时，可以长期间地保持供应到节点ND1的电荷。
在图51A所示的电路图中，液晶元件LC成为数据D1的泄漏路径。因此，为了适当地进行IDS驱动，液晶元件LC的电阻率优选为 1.0×1014Ω·cm以上。
例如，可以将In-Ga-Zn氧化物、In-Zn氧化物等适用于上述OS 晶体管的沟道区域。上述In-Ga-Zn氧化物典型地可以具有In:Ga:Zn＝4： 2：4.1或其附近的原子个数比。
图51B是示出通常驱动模式时的供应给信号线SL及栅极线GL的信号的波形的时序图。在通常驱动模式中，以通常的帧频(例如60Hz) 进行工作。图51B示出期间T1至T3。在各帧期间中对栅极线GL供应扫描信号，从信号线SL向节点ND1写入数据D1。无论在期间T1至T3中写入相同数据D1还是写入不同数据，都进行上述工作。
图51C是示出IDS驱动模式中的供应给信号线SL及栅极线GL的信号的波形的时序图。在IDS驱动中，以低帧频(例如1Hz)进行工作。以期间T1表示一个帧期间，其中包括数据写入期间TW以及数据保持期间TRET。在IDS驱动模式中，在期间TW对栅极线GL供应扫描信号，并写入信号线SL的数据D1，在期间TRET将栅极线GL固定为低电平电压，使晶体管M1处于非导通状态来保持写入数据D1。低帧频例如可以为 0.1Hz以上且低于60Hz。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中，参照附图对触摸传感器的驱动方法进行说明。
〈传感器的感测方法的例子〉
图52A是示出互电容式的触摸传感器的结构的方框图。图52A示出脉冲电压输出电路551、电流检测电路552。另外，在图52A中，六个布线X1至X6示出被施加脉冲电压的电极521、六个布线Y1至Y6 示出感测电流变化的电极522。图52A还示出电极521与522重叠而形成的电容553。注意，电极521与522的功能可以互相调换。
脉冲电压输出电路551是用来依次将脉冲电压施加到布线X1至X6 的电路。通过对布线X1至X6施加脉冲电压，在电容553的电极521 与522之间产生电场。例如，当该电极之间的电场被遮蔽时，电容553 (互电容)产生变化。通过利用该变化可以检测感测对象的接近或接触。
电流检测电路552是用来检测由于电容553的互电容变化产生的流过布线Y1至Y6的电流变化的电路。当没有感测对象的接近或接触时，在布线Y1至Y6中检测出的电流值没有变化，另一方面，在由于感测对象的接近或接触而互电容减少的情况下，检测到电流值减少。另外，将积分电路等用于电流的检测。
另外，也可以将脉冲电压输出电路551和电流检测电路552中的一个或两个形成在图4等所示的衬底51或衬底61上。例如，优选同时形成显示部62和驱动电路部64等，因为可以使工序简化，并可以减少用来驱动触摸屏的构件数。另外，也可以将脉冲电压输出电路551 和电流检测电路552中的一个或两个安装在IC73上。
尤其是，当在形成于衬底51上的晶体管中将多晶硅或单晶硅等结晶硅用于形成沟道的半导体层时，脉冲电压输出电路551或电流检测电路552等的驱动能力得到提高，从而可以提高触摸传感器的灵敏度。
图52B是示出图52A所示的互电容式触摸传感器中的输入及输出波形的时序图。在图52B中，在一个帧期间中进行各行列中的感测对象的检测。图52B示出没有检测出感测对象(未触摸)的期间和检测出感测对象(触摸)的期间。布线Y1至Y6的所检测出的电流值以电压值的波形示出。
依次对布线X1至X6施加脉冲电压，布线Y1至Y6的波形根据该脉冲电压变化。当没有感测对象的接近或接触时，布线Y1至Y6的波形根据布线X1至X6的电压的变化一样地变化。在有感测对象接近或接触的部位电流值减少，因而电压值的波形也产生变化。
如此，通过检测互电容的变化，可以感测感测对象的接近或接触。
〈显示装置的驱动方法的例子〉
图53A是示出显示装置的结构例子的方框图。图53A示出包括栅极驱动电路GD(扫描线驱动电路)、源极驱动电路SD(信号线驱动电路)及包括多个像素pix的显示部。在图53A中，示出与栅极驱动电路GD电连接的栅极线x_1至x_m(m为自然数)、与源极驱动电路SD 电连接的源极线y_1至y_n(n为自然数)。对应于这些布线，对每个像素pix附有(1，1)至(n，m)的符号。
图53B是对图53A所示的显示装置中的栅极线及源极线施加的信号的时序图。图53B中的期间示出在每一个帧期间中改写数据信号的情况和不改写数据信号的情况。注意，在图53B中，不考虑回扫期间等的期间。
在按每一个帧期间改写数据信号的情况下，依次对栅极线x_1至 x_m施加扫描信号。在扫描信号为H电平的水平扫描期间1H中，对各列的源极线y_1至y_n施加数据信号D。
在不按每一个帧期间改写数据信号的情况下，停止对栅极线x_1 至x_m施加扫描信号。在水平扫描期间1H中，停止对各列的源极线y_1 至y_n施加数据信号。
不按每一个帧期间改写数据信号的驱动方法在将氧化物半导体用于像素pix所具有的晶体管的形成沟道的半导体层的情况尤其有效。与包含硅等半导体的晶体管相比，包含氧化物半导体的晶体管可以将关态电流降到极低。因此，可以不在每一个帧期间中改写数据信号而保持在前面的期间写入的数据信号，例如还可以将像素的灰度保持1 秒钟以上，优选为5秒钟以上。
当将多晶硅等用于像素pix所具有的晶体管的形成沟道的半导体层时，优选预先增大像素的存储电容。存储电容越大，越可以长时间保持像素的灰度。可以根据与存储电容电连接的晶体管或显示元件的泄漏电流决定存储电容。例如，每一个像素的存储电容为5fF以上且 5pF以下，优选为10fF以上且5pF以下，更优选为20fF以上且1pF 以下，由此可以不进行每一个帧期间中的数据信号的改写而保持在前面的期间中写入的数据信号。例如，能够在几帧或几十帧的期间保持像素的灰度。
〈显示部和触摸传感器的驱动方法的例子〉
图54A至图54D示出驱动图52A和图52B所说明的触摸传感器和图53A和图53B所说明的显示部1sec(1秒钟)的情况下的连续的帧期间的工作例子。在图54A中，显示部的一个帧期间为16.7ms(帧频： 60Hz)，触摸传感器的一个帧期间为16.7ms(帧频：60Hz)。
在本发明的一个实施方式的显示装置中，显示部与触摸传感器的工作相互独立，该显示装置可以与显示期间并行地具有触摸感测期间。因此，如图54A所示，显示部的一个帧期间及触摸传感器的一个帧期间可以都为16.7ms(帧频：60Hz)。此外，也可以使触摸传感器与显示部的帧频不同。例如，如图54B所示，显示部的一个帧期间可以为8.3ms (帧频：120Hz)，触摸传感器的一个帧期间可以为16.7ms(帧频：60Hz)。显示部的帧频也可以为33.3ms(帧频：30Hz)(未图示)。
此外，显示部的帧频也可以为能够切换的，亦即，在显示动态图像时提高帧频(例如60Hz以上或120Hz以上)，在显示静态图像时降低帧频(例如60Hz以下、30Hz以下或1Hz以下)。由此，可以降低显示装置的功耗。触摸传感器的帧频也可以为能够切换的，并且待机时的帧频也可以与感知到触摸时的帧频不同。
此外，在本发明的一个实施方式的显示装置中，可以采用如下工作方式：在显示部中不进行数据信号的改写而保持在前面的期间中写入的数据信号。此时，可以将显示部的一个帧期间设定为长于16.7ms 的期间。因此，如图54C所示，可以切换工作方式，使得显示部的一个帧期间为1sec(帧频：1Hz)，触摸传感器的一个帧期间为16.7ms(帧频：60Hz)。
此外，关于不进行显示部中的数据信号的改写而保持在前面的期间中写入的数据信号的工作，可以参照如上所说明的IDS驱动模式。作为IDS驱动模式，也可以采用只在显示部的特定区域中进行数据信号的改写的部分IDS驱动模式。部分IDS驱动模式是指如下模式：只在显示部的特定区域中进行数据信号的改写而在除此之外的区域中保持在前面的期间中写入的数据信号。
另外，通过本实施方式所示的触摸传感器的驱动方法，在图54C 的情况下，可以连续地进行触摸传感器的驱动。因此，如图54D所示，也可以在触摸传感器感测到感测对象的接近或接触时，改写显示部的数据信号。
若在触摸传感器的感测期间进行显示部的数据信号的改写，由于改写数据信号时发生的噪声传到触摸传感器，因而有可能使触摸传感器的灵敏度下降。因此，显示部的数据信号的改写和触摸传感器的感测优选在不同的期间中进行。
图55A示出交替进行显示部的数据信号的改写和触摸传感器的感测的例子。图55B示出在每进行两次显示部的数据信号的改写时进行一次触摸传感器的感测的例子。注意，也可以在每进行三次以上的改写工作时进行一次触摸传感器的感测。
当将氧化物半导体用于像素pix所使用的晶体管的(形成沟道的) 半导体层时，能够将关态电流降到极低，因此可以充分地降低数据信号的改写频度。具体而言，在进行数据信号的改写之间能够设置足够长的停止期间。停止期间例如可以为0.5秒钟以上、1秒钟以上或5 秒钟以上。停止期间的上限受到与晶体管连接的电容或显示元件的泄漏电流的限制，例如可以为1分钟以下、10分钟以下、1小时以下或1 天以下。
图55C示出以每5秒钟一次的频度来进行显示部的数据信号的改写的例子。在图55C中，在数据信号的改写与下一次的改写之间设置有停止显示部的改写工作的停止期间。在停止期间中，触摸传感器可以以帧频iHz(i为显示装置的帧频以上，在此为0.2Hz以上)进行驱动。如图55C所示，通过在停止期间使触摸传感器工作而在显示部的数据信号的改写期间不使触摸传感器工作，可以提高触摸传感器的灵敏度。如图55D所示，当同时进行显示部的数据信号的改写和触摸传感器的感测时，可以简化驱动信号。
在不进行显示部的数据信号的改写的停止期间，可以停止对显示部的数据信号的供应并可以停止栅极驱动电路GD和源极驱动电路SD 中的一个或两个的工作。再者，也可以停止对栅极驱动电路GD和源极驱动电路SD中的一个或两个的电力供应。由此，可以进一步减少噪声而进一步提高触摸传感器的灵敏度。另外，可以进一步降低显示装置的功耗。
本发明的一个实施方式的显示装置在两个衬底之间包括显示部和触摸传感器。因此，可以缩短显示部与触摸传感器间的距离。此时，在显示部的驱动时噪声容易传到触摸传感器，有可能降低触摸传感器的灵敏度。当使用本实施方式的驱动方法时，可以得到包括同时实现薄型化和高灵敏度的触摸屏的显示装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式5)
在本实施方式中，对可用于在本发明的一个实施方式中公开的晶体管的半导体层的金属氧化物进行说明。注意，在将金属氧化物用于晶体管的半导体层的情况下，也可以将该金属氧化物换称为氧化物半导体。
氧化物半导体分为单晶氧化物半导体及非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体的例子，有CAAC-OS(c-axis-aligned crystalline oxide semiconductor)、多晶氧化物半导体、纳米晶氧化物半导体(nanocrystalline oxide semiconductor：nc-OS)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体。
作为本发明的一个实施方式所公开的晶体管的半导体层也可以使用CAC-OS(cloud-aligned composite oxide semiconductor)。
本发明的一个实施方式所公开的晶体管的半导体层优选使用上述非单晶氧化物半导体或CAC-OS。作为非单晶氧化物半导体优选使用 nc-OS或CAAC-OS。
在本发明的一个实施方式中，作为晶体管的半导体层优选使用 CAC-OS。通过使用CAC-OS，可以对晶体管赋予高电特性或高可靠性。
以下，对CAC-OS的详细内容进行说明。
CAC-OS或CAC metal oxide在材料的一部分中具有导电性的功能，在材料的另一部分中具有绝缘性的功能，作为整体，CAC-OS或CAC metal oxide具有半导体的功能。在将CAC-OS或CAC metal oxide用于晶体管的沟道形成区域的情况下，导电性的功能是使被用作载流子的电子(或空穴)流过的功能，绝缘性的功能是不使被用作载流子的电子流过的功能。通过导电性的功能和绝缘性的功能的互补作用， CAC-OS或CAC metal oxide可以具有开关功能(开启/关闭的功能)。在CAC-OS或CAC metal oxide中，通过使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。
CAC-OS或CAC metal oxide包括导电性区域及绝缘性区域。导电性区域具有上述导电性的功能，绝缘性区域具有上述绝缘性的功能。有时在材料中导电性区域和绝缘性区域以纳米粒子级分离。有时导电性区域和绝缘性区域在材料中不均匀地分布。有时导电性区域被观察为其边缘模糊且以云状连接。
在CAC-OS或CAC metal oxide中，有时尺寸为0.5nm以上且10nm 以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的导电性区域及绝缘性区域分散在材料中。
CAC-OS或CAC metal oxide包含具有不同带隙的成分。例如， CAC-OS或CAC metaloxide包含具有起因于绝缘性区域的宽隙的成分及具有起因于导电性区域的窄隙的成分。在该构成中，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。具有窄隙的成分与具有宽隙的成分互补作用，与具有窄隙的成分联动地在具有宽隙的成分中载流子流过。因此，在将上述CAC-OS或CAC metal oxide用于晶体管的沟道形成区域时，在晶体管的导通状态中可以得到高电流驱动力，即大通态电流及高场效应迁移率。
就是说，可以将CAC-OS或CAC metal oxide称为基质复合材料 (matrixcomposite)或金属基质复合材料(metal matrix composite)。
CAC-OS例如具有包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布。包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为 1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。注意，在下面的金属氧化物的记载中，将一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克(mosaic)状或补丁(patch)状。该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸。
金属氧化物优选至少包含铟。尤其是，优选包含铟及锌。除此之外，也可以还包含选自铝、镓、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种元素。
例如，具有CAC构成的In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS(也可以将这种 In-Ga-Zn氧化物特别称为CAC-IGZO)具有其材料分成铟氧化物(InOX1， X1为大于0的实数)或铟锌氧化物(InX2ZnY2OZ2，X2、Y2及Z2为大于0 的实数)以及镓氧化物(GaOX3，X3为大于0的实数)或镓锌氧化物 (GaX4ZnY4OZ4，X4、Y4及Z4为大于0的实数)且形成马赛克状的构成。形成马赛克状的InOX1或InX2ZnY2OZ2均匀地分布在膜中。这种构成也称为云状构成。
换言之，CAC-OS是具有包含GaOX3作为主要成分的区域和包含 InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域混在一起的构成的复合金属氧化物。在本说明书中，例如，当第一区域的In与元素M的原子个数比大于第二区域的In与元素M的原子个数比时，第一区域的In浓度高于第二区域。
注意，包含In、Ga、Zn及O的化合物还已知为IGZO。作为IGZO 的典型例子，可以举出以InGaO3(ZnO)m1(m1为自然数)及In(1+x0)Ga (1-x0)O3(ZnO)m0(-1≤x0≤1，m0为任意数)表示的结晶性化合物。
上述结晶性化合物具有单晶结构、多晶结构或CAAC(c-axis aligned crystal)结构。CAAC结构是多个IGZO的纳米晶具有c轴取向性且在a-b面上以不取向的方式连接的结晶结构。
另一方面，CAC-OS与金属氧化物的材料构成有关。在包含In、Ga、 Zn及O的CAC-OS的材料构成中，一部分中观察到包含Ga作为主要成分的纳米粒子状区域，一部分中观察到包含In作为主要成分的纳米粒子状区域。这些纳米粒子状区域无规律地分散，而形成马赛克状。因此，在CAC-OS中，结晶结构是次要因素。
在CAC-OS中不包括包含原子个数比不同的两种以上的膜的叠层结构。例如，不包括包含In作为主要成分的膜与包含Ga作为主要成分的膜的两层结构。
有时观察不到包含GaOX3作为主要成分的区域与包含InX2ZnY2OZ2或 InOX1作为主要成分的区域之间的明确的边界。
在CAC-OS中包含铝、钇、铜、钒、铍、硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、钨和镁等中的一种或多种以代替镓的情况下，在CAC-OS的一部分中观察到包含该元素作为主要成分的纳米粒子状区域，在一部分中观察到包含In作为主要成分的纳米粒子状区域，这些纳米粒子状区域无规律地分散，而在CAC-OS中形成马赛克状。
CAC-OS例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成CAC-OS的情况下，作为成膜气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的一种或多种。成膜时的成膜气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，氧气体的流量比优选为0％以上且低于30％，更优选为0％以上且10％以下。
CAC-OS的特征在于：通过X射线衍射(XRD：X-ray diffraction) 测定法之一的out-of-plane法利用θ/2θ扫描进行测定时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据X射线衍射，可知在测定区域中没有a-b 面方向及c轴方向上的取向。
在通过照射束径为1nm的电子束(也称为纳米束)而取得的CAC-OS 的电子衍射图案中，观察到环状的亮度高的区域以及在该环状区域内的多个亮点。由此，根据电子衍射图案，可知CAC-OS的结晶结构具有在平面方向及截面方向上没有取向的nc(nanocrystal)结构。
例如，根据能量分散型X射线分析法(EDX：energy dispersive X-rayspectroscopy)的面分析图像(mapping image)，可确认到： CAC构成的In-Ga-Zn氧化物具有包含GaOX3作为主要成分的区域及包含 InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域不均匀地分布而混合的结构。
CAC-OS的结构与金属元素均匀地分布的IGZO化合物不同，具有与 IGZO化合物不同的性质。换言之，在CAC-OS中，包含GaOX3等作为主要成分的区域及包含InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域互相分离，而形成马赛克状。
包含InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域的导电性高于包含 GaOX3等作为主要成分的区域。换言之，当载流子流过包含InX2ZnY2OZ2或 InOX1作为主要成分的区域时，呈现氧化物半导体的导电性。因此，当包含InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域在氧化物半导体中以云状分布时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
另一方面，包含GaOX3等作为主要成分的区域的绝缘性高于包含 InX2ZnY2OZ2或InOX1作为主要成分的区域。换言之，当包含GaOX3等作为主要成分的区域在氧化物半导体中分布时，可以抑制泄漏电流而实现良好的开关工作。
因此，当将CAC-OS用于半导体元件时，通过起因于GaOX3等的绝缘性及起因于InX2ZnY2OZ2或InOX1的导电性的互补作用，可以实现高通态电流(Ion)及高场效应迁移率(μ)。
包含CAC-OS的半导体元件具有高可靠性。因此，CAC-OS适合于显示器等各种半导体装置。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
(实施方式6)
在本实施方式中，说明本发明的一个实施方式的电子设备。
作为电子设备的例子，可以举出：电视装置；台式或笔记本型个人计算机；计算机等的显示器；数码相机；数码摄像机；数码相框；移动电话机；便携式游戏机；便携式信息终端；声音再现装置；弹珠机等大型游戏机。
图56A至图56C示出便携式信息终端。本实施方式的便携式信息终端例如具有电话机、笔记本和信息阅读装置中的一种或多种功能。具体地说，本实施方式的便携式信息终端可以被用作智能手机或智能手表。本实施方式的便携式信息终端例如可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、动画播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。图56A至图56C所示的便携式信息终端可以具有各种功能。例如，图56A至图56C所示的便携式信息终端可以具有如下功能：将各种数据(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上；触摸屏；显示日历、日期及时刻等；通过利用各种软件(程序) 控制处理；进行无线通信；通过利用无线通信功能来连接到各种计算机网络；通过利用无线通信功能，进行各种数据的发送及接收；读出储存在记录媒体中的程序或数据来将其显示在显示部上等。注意，图56A至图56C所示的便携式信息终端的功能不局限于上述功能，便携式信息终端也可以具有其他的功能。
图56A至图56C所示的便携式信息终端可以执行移动电话、电子邮件、文章的阅读及编辑、音乐播放、网络通信、电脑游戏等各种应用程序。图56A至图56C所示的便携式信息终端可以利用基于现有通信标准的通信方法的近距离无线通信。此时，例如可以进行图56C所示的便携式信息终端820与可进行无线通信的耳麦间的相互通信，由此可以进行免提通话。
图56A所示的便携式信息终端800包括框体811、显示部812、操作按钮813、外部连接端口814、扬声器815、麦克风816等。便携式信息终端800的显示部812具有平面。
图56B所示的便携式信息终端810包括框体811、显示部812、操作按钮813、外部连接端口814、扬声器815、麦克风816、相机817 等。便携式信息终端810的显示部812具有曲面。
图56C示出手表型便携式信息终端820。手表型便携式信息终端 820包括框体811、显示部812、扬声器815、操作键818(包括电源开关或操作开关)等。手表型便携式信息终端820的显示部812的外形为圆形状。显示部812具有平面。
可以将本发明的一个实施方式的显示装置用于显示部812。由此，便携式信息终端的显示部可以具有高开口率。
本实施方式的便携式信息终端在显示部812中具有触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部812可以进行打电话及输入文字等各种操作。
通过利用操作按钮813，可以进行电源的ON、OFF工作。此外，可以切换显示在显示部812上的图像的种类。例如，通过利用操作按钮 813，可以将电子邮件的编写画面切换为主菜单画面。
当在便携式信息终端内部设置陀螺仪传感器或加速度传感器等检测装置时，可以判断便携式信息终端的方向(便携式信息终端被配置为纵向还是横向)，而对显示部812的屏面显示方向进行自动切换。另外，屏面显示方向的切换可以通过触摸显示部812、操作操作按钮813 或者使用麦克风816输入声音来进行。
在图57A所示的电视装置7100中，框体7101中组装有显示部7102。显示部7102能够显示图像。可以将本发明的一个实施方式的显示装置用于显示部7102。由此，可以制造包括开口率高的显示部的电视装置。此外，在此利用支架7103支撑框体7101。
通过利用框体7101所具备的操作开关或另外提供的遥控操作机 7111可以进行电视装置7100的操作。通过利用遥控操作机7111的操作键，可以控制频道及音量，并可以控制在显示部7102上显示的图像。遥控操作机7111也可以设置有显示从该遥控操作机7111输出的数据的显示部。
电视装置7100具备接收机、调制解调器等。通过利用接收机可以接收一般的电视广播。再者，当电视装置通过调制解调器以有线或无线方式连接到通信网络时，可以进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者彼此之间)的信息通信。
图57B所示的计算机7200包括主体7201、框体7202、显示部7203、键盘7204、外部连接端口7205、指向装置7206等。该计算机通过将本发明的一个实施方式的显示装置用于其显示部7203来制造。由此，该计算机的显示部可以具有高开口率。
图57C所示的相机7300包括框体7301、显示部7302、操作按钮 7303、快门按钮7304等。另外，相机7300安装有可装卸的镜头7306。
可以将本发明的一个实施方式的显示装置用于显示部7302。由此，该相机的显示部可以具有高开口率。
在此，虽然相机7300的镜头7306能够从框体7301拆卸下而交换，但是镜头7306也可以包括在框体7301中。
通过按下快门按钮7304，相机7300可以拍摄静态图像或动态图像。另外，也可以通过触摸具有触摸屏功能的显示部7302进行摄像。
另外，相机7300还可以具备另外安装的闪光灯装置或取景器等。另外，这些构件也可以组装在框体7301中。
本实施方式可以与其他实施方式适当地组合。
符号说明
10A：显示装置、10B：显示装置、11：衬底、12：衬底、13：背光单元、14：晶体管、15：液晶元件、15A：显示装置、15B：显示装置、15C：显示装置、16：粘合层、20A：显示装置、20B：显示装置、 21：像素电极、22：液晶层、23：公共电极、25：导电层、26：绝缘层、27：导电层、28：导电层、29：连接体、31：触摸传感器单元、 32：绝缘层、33：导电层、34：电容器、35A：显示装置、35B：显示装置、35C：显示装置、40：液晶元件、45：光、45a：光、45b：光、 51：衬底、56：导电层、56a：导电层、56b：导电层、57：辅助布线、 58：导电层、60：像素、60a：子像素、60b：子像素、60c：子像素、 61：衬底、62：显示部、63：连接部、64：驱动电路部、65：布线、 66：非显示区域、67：遮光区域、68：显示区域、69：开口、72：FPC、 72a：FPC、72b：FPC、73：IC、73a：IC、73b：IC、81：扫描线、82：信号线、100A：显示装置、100B：显示装置、100C：显示装置、100D：显示装置、100E：显示装置、100F：显示装置、110：显示装置、110A：显示装置、110B：显示装置、110C：显示装置、111：像素电极、112：公共电极、112a：公共电极、112b：公共电极、113：液晶层、117：间隔物、119：辅助布线、121：保护层、122：绝缘层、123：绝缘层、 124：电极、125：绝缘层、126：导电层、127：电极、128：电极、130：偏振片、131：着色层、132：遮光层、132a：遮光层、132b：遮光层、 133a：取向膜、133b：取向膜、136：布线、137：布线、138：布线、 139：辅助布线、141：粘合层、142：粘合层、201：晶体管、204：连接部、206：晶体管、207：连接部、211：绝缘层、211a：绝缘层、211b：绝缘层、212：绝缘层、213：绝缘层、214：绝缘层、215：绝缘层、 216：绝缘层、220：绝缘层、221：栅极、222：导电层、222a：导电层、222b：导电层、222c：导电层、223：栅极、227：导电层、228：扫描线、229：信号线、231：半导体层、231a：沟道区域、231b：低电阻区域、242：连接体、242b：连接体、243：连接体、244：电容线、 251：导电层、253：导电层、255：导电层、284：导电层、285：导电层、286：导电层、900：像素、900s：遮光区域、900t：透射区域、 901：驱动电路部、902：布线、904：布线、911：晶体管、914：晶体管、915：电容器、916：电容部、918B：显示区域、918G：显示区域、 918R：显示区域、918W：显示区域、930LC：液晶元件、932BM：遮光膜、932CF：着色膜
本申请基于2016年11月9日提交到日本专利局的日本专利申请 No.2016-219157及2016年11月9日提交到日本专利局的日本专利申请No.2016-219160，通过引用将其完整内容并入在此。

Claims (18)

1.一种显示装置，包括：
液晶元件；
晶体管；
扫描线；
信号线；
触摸传感器；以及
着色层，
其中，所述液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极，
所述扫描线及所述信号线都与所述晶体管电连接，
所述扫描线及所述信号线都包括金属层，
所述晶体管包括与所述像素电极连接的第一区域，
所述触摸传感器包括被构成为使可见光透过的第二区域，
所述像素电极、所述公共电极及所述第一区域被构成为使可见光透过，
所述可见光依次透过所述液晶元件、所述第一区域及所述第二区域射出到所述显示装置的外部，并且
所述可见光依次透过所述着色层、所述液晶元件、所述第一区域及所述第二区域射出到所述显示装置的外部。
2.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述晶体管的沟道区域包含金属氧化物，
并且所述第一区域包含金属氧化物。
3.根据权利要求2所述的显示装置，
其中所述第一区域中的所述金属氧化物包含所述沟道区域所包含的所述金属氧化物中的一种或多种金属元素。
4.一种显示装置，包括：
液晶元件；
第一绝缘层；
晶体管；
扫描线；以及
信号线，
其中，所述液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极，
所述第一绝缘层位于所述像素电极与所述晶体管之间，
所述第一绝缘层包括开口，
所述扫描线及所述信号线都与晶体管电连接，
所述扫描线及所述信号线都包括金属层，
所述晶体管包括与所述像素电极连接的第一区域，
所述第一区域包括与所述像素电极接触的第一部分及与所述第一绝缘层中的所述开口的侧面接触的第二部分，
所述像素电极、所述公共电极及所述第一区域被构成为使可见光透过，
并且，所述可见光透过所述第一区域及所述液晶元件射出到所述显示装置的外部。
5.根据权利要求4所述的显示装置，还包括：
着色层，
其中所述着色层位于隔着所述晶体管与所述第一绝缘层相反的一侧。
6.根据权利要求4所述的显示装置，还包括：
触摸传感器，
其中所述触摸传感器位于所述液晶元件及所述晶体管的显示面一侧。
7.根据权利要求6所述的显示装置，
其中所述触摸传感器包括一对电极，
所述一对电极中的一个或两个包括被构成为使可见光透过的第三区域，
并且透过所述第一区域及所述液晶元件的所述可见光透过所述第三区域射出到所述显示装置的外部。
8.根据权利要求4所述的显示装置，
其中所述像素电极的所述液晶层一侧的面与所述第一绝缘层的所述液晶层一侧的面形成同一面。
9.根据权利要求4所述的显示装置，
其中所述扫描线延伸的方向与所述信号线延伸的方向交叉，
并且呈现相同颜色的多个像素被配置在与所述信号线延伸的所述方向交叉的方向。
10.一种显示装置，包括：
液晶元件；
第一绝缘层；
晶体管；
扫描线；以及
信号线，
其中，所述液晶元件包括像素电极、液晶层及公共电极，
所述第一绝缘层位于所述像素电极与所述晶体管之间，
所述第一绝缘层包括开口，
所述扫描线及所述信号线都与晶体管电连接，
所述扫描线及所述信号线都包括金属层，
所述晶体管与所述像素电极电连接，
所述晶体管包括金属氧化物层、栅极及栅极绝缘层，
所述金属氧化物层包括第一区域及第二区域，
所述第一区域包括与所述像素电极接触的第一部分及与所述第一绝缘层所包括的所述开口的侧面接触的第二部分，
所述第二区域隔着所述栅极绝缘层与所述栅极重叠，
所述第一区域的电阻率比所述第二区域的电阻率低，
所述像素电极、所述公共电极及所述第一区域被构成为使可见光透过，
并且，所述可见光透过所述第一区域及所述液晶元件射出到所述显示装置的外部。
11.根据权利要求10所述的显示装置，还包括：
着色层，
其中所述着色层位于隔着所述晶体管与所述第一绝缘层相反的一侧。
12.根据权利要求10所述的显示装置，还包括：
触摸传感器，
其中所述触摸传感器位于所述液晶元件及所述晶体管的显示面一侧。
13.根据权利要求12所述的显示装置，
其中所述触摸传感器包括一对电极，
所述一对电极中的一个或两个包括被构成为使可见光透过的第三区域，
并且透过所述第一区域及所述液晶元件的所述可见光透过所述第三区域射出到所述显示装置的外部。
14.根据权利要求10所述的显示装置，
其中所述像素电极的所述液晶层一侧的面与所述第一绝缘层的所述液晶层一侧的面形成同一面。
15.根据权利要求10所述的显示装置，
其中所述扫描线延伸的方向与所述信号线延伸的方向交叉，
并且呈现相同颜色的多个像素被配置在与所述信号线延伸的所述方向交叉的方向。
16.一种显示模块，包括：
权利要求10所述的显示装置；以及
电路板。
17.一种电子设备，包括：
权利要求16所述的显示模块；以及
天线、电池、框体、相机、扬声器、麦克风及操作按钮中的至少一个。
18.一种显示装置的制造方法，包括如下步骤：
在衬底上形成触摸传感器；
在所述触摸传感器上形成晶体管、第一导电层及第二导电层；以及
形成与所述晶体管电连接的液晶元件，
其中，所述第一导电层与所述触摸传感器电连接，
所述第二导电层与所述晶体管电连接，
并且，所述第一导电层及所述第二导电层利用与所述晶体管所包括的一个或多个导电层相同的工序及材料形成。
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