CN112136173A - 显示装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够提高图像品质的显示装置。本发明的一个方式是将加法电路设置在显示区域的内部和外部的显示装置，加法电路具有对从源极驱动器供应的多个数据进行加法运算的功能。加法电路的部分构成要素分割地配置在显示区域内。因此，可以缓和对加法电路所包括的构成要素的尺寸的限制而高效地对数据进行加法运算。此外，通过将加法电路所包括的其他构成要素设置在显示区域的外部，可以减少显示区域的内部的布线数并提高像素的开口率。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种显示装置。
注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。另外，本发明的一个方式涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。由此，更具体而言，作为本说明书所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子可以举出半导体装置、显示装置、液晶显示装置、发光装置、照明装置、蓄电装置、存储装置、摄像装置、这些装置的工作方法或者这些装置的制造方法。
注意，在本说明书等中，半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。晶体管和半导体电路为半导体装置的一个方式。另外，存储装置、显示装置、摄像装置、电子设备有时包括半导体装置。
背景技术
利用形成在衬底上的金属氧化物构成晶体管的技术受到关注。例如，专利文献1及专利文献2公开了一种将使用氧化锌、In-Ga-Zn类氧化物的晶体管用于显示装置的像素的开关元件等的技术。
另外，专利文献3公开了一种具有将关态电流极低的晶体管用于存储单元的结构的存储装置。
此外，已尝试对液晶显示装置进行各种改进及应用。例如，专利文献4公开了利用场序制工作进行显示的透明显示器。
[先行技术文献]
[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2007-96055号公报
[专利文献3]日本专利申请公开第2011-119674号公报
[专利文献4]日本专利申请公开第2018-21974号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
显示装置的分辨率不断提高，已经开发出能够显示8K4K(像素数：7680×4320)或更高分辨率的图像的硬件。此外，通过亮度调整提高图像质量的HDR(高动态范围)显示技术的导入得到了推进。
为了进行清楚的灰度显示，期望使能够供应到显示元件的数据电位的范围宽。另一方面，例如，用于液晶显示装置的源极驱动器的输出电压为15V左右，在将更高的电压供应到显示元件的情况下，必须使用高输出的源极驱动器。高输出的源极驱动器的功耗高，有时要开发新的驱动器IC。
另外，为了更流畅地显示动态图像需要提高帧频，但像素数越增加，水平期间越缩短，所以难以提高帧频。通过实现容易提高帧频的结构，可以容易将该结构应用于场序制列液晶方式的显示装置等。
虽然需要解决上述问题，但是像素电路的构成要素增加时开口率下降，所以优选使用更少的构成要素构成像素电路。
因此，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够提高图像质量的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够将源极驱动器的输出电压以上的电压供应到显示元件的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够提高显示图像的亮度的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够提高帧频的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够提高像素的开口率的显示装置。
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种可靠性高的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖的显示装置等。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种上述显示装置的驱动方法。另外，本发明的一个方式的目的是提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，上述以外的目的从说明书、附图及权利要求书等的记载看来显而易见，且可以从说明书、附图及权利要求书等的记载中抽出上述以外的目的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式涉及一种能够提高图像质量的显示装置。
本发明的一个方式是一种包括像素及第一电路的显示装置，像素与第一电路电连接，第一电路包括晶体管及第一电容器，晶体管设置在显示区域的外部，第一电容器设置在显示区域的内部，第一电路具有对第一数据及第二数据进行加法运算并生成第三数据的功能，像素具有保持第三数据的功能及根据第三数据进行显示的功能。
第一电容器包括多个第二电容器，多个第二电容器并联连接。
第一电路可以包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第一电容器，第一晶体管的源极和漏极中的一个可以与像素电连接，第一晶体管的源极和漏极中的一个可以与第一电容器的一个电极电连接，第一电容器的另一个电极可以与第二晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第二晶体管的源极和漏极中的一个可以与第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第一晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
像素可以包括第四晶体管及第二电路，第四晶体管的源极和漏极中的一个可以与第一电路电连接，第四晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第二电路电连接，第二电路可以包括显示元件。
第二电路可以包括第五晶体管、第三电容器及作为显示元件的发光元件，第五晶体管的栅极可以与第四晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，第五晶体管的源极和漏极中的一个可以与发光元件的一个电极电连接，发光元件的一个电极可以与第三电容器的一个电极电连接，第三电容器的另一个电极可以与第五晶体管的栅极电连接。
另外，第二电路可以包括第六晶体管，第六晶体管的源极和漏极中的一个可以与发光元件的一个电极电连接，第六晶体管的源极和漏极中的另一个可以与第五晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
另外，第二电路可以包括作为显示元件的液晶元件，液晶元件的一个电极可以与第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接。另外，第二电路可以包括第四电容器，第四电容器的一个电极可以与液晶元件的一个电极电连接。
优选的是，第一电路及像素所包括的晶体管在沟道形成区域中包含金属氧化物，金属氧化物包含In、Zn及M(M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
第一电路所包括的晶体管的沟道宽度优选比像素所包括的晶体管的沟道宽度大。
发明效果
通过使用本发明的一个方式，可以提供一种能够提高图像质量的显示装置。另外，可以提供一种能够将源极驱动器的输出电压以上的电压供应到显示元件的显示装置。另外，可以提供一种能够提高显示图像的亮度的显示装置。另外，可以提供一种能够提高帧频的显示装置。另外，可以提供一种能够提高像素的开口率的显示装置。
另外，可以提供一种低功耗的显示装置。另外，可以提供一种可靠性高的显示装置。另外，可以提供一种新颖的显示装置等。另外，可以提供一种上述显示装置的工作方法。另外，可以提供一种新颖的半导体装置等。
附图简要说明
[图1]说明显示装置的图。
[图2]说明加法电路及像素的图。
[图3A和图3B]说明显示装置的图。
[图4]说明加法电路及像素的工作的时序图。
[图5]说明加法电路及像素的图。
[图6A至图6D]说明电路区块的图。
[图7A至图7D]说明电路区块的图。
[图8A至图8C]说明电路区块的图。
[图9A和图9B]说明加法电路及像素的图。
[图10]说明用于模拟的加法电路及像素的结构的图。
[图11]用于模拟的时序图。
[图12A至图12D]说明模拟的结果的图。
[图13]说明像素布局的图。
[图14A至图14C]说明显示装置的图。
[图15A和图15B]说明触摸面板的图。
[图16A和图16B]说明显示装置的图。
[图17]说明显示装置的图。
[图18A和图18B]说明显示装置的图。
[图19A和图19B]说明显示装置的图。
[图20A至图20E]说明显示装置的图。
[图21A1至图21C2]说明晶体管的图。
[图22A1至图22C2]说明晶体管的图。
[图23A1至图23C2]说明晶体管的图。
[图24A1至图24C2]说明晶体管的图。
[图25A至图25F]说明电子设备的图。
实施发明的方式
参照附图对实施方式进行详细说明。注意，本发明不局限于下面说明，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其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所记载的内容中。注意，在下面所说明的发明的结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。注意，有时在不同的附图中适当地省略或改变相同构成要素的阴影。
另外，即使在电路图上为一个要素，如果在功能上没有问题，该要素也可以使用多个要素构成。例如，有时被用作开关的多个晶体管可以串联或并联连接。此外，有时对电容器进行分割并将其配置在多个位置上。
此外，有时一个导电体具有布线、电极及端子等多个功能，在本说明书中，有时对同一要素使用多个名称。另外，即使在电路图上示出要素之间直接连接的情况，有时实际上该要素之间通过一个或多个导电体连接，本说明书中这种结构也包括在直接连接的范畴内。
(实施方式1)
在本实施方式中，参照附图说明本发明的一个方式的显示装置。
本发明的一个方式是一种显示区域的内部和外部设置有具有对数据进行加法运算的功能的电路(以下，加法电路)的显示装置。加法电路具有对从源极驱动器供应的数据进行加法运算的功能。因此，可以生成源极驱动器的输出以上的电压。
加法电路与显示区域的列方向上的所有像素电连接，其部分构成要素分割地配置在显示区域内。因此，可以缓和对加法电路所包括的构成要素的尺寸的限制而高效地对数据进行加法运算。此外，通过将加法电路所包括的其他构成要素设置在显示区域的外部，可以减少显示区域的内部的布线数并提高像素的开口率。
图1是说明本发明的一个方式的显示装置的图。显示装置包括配置在列方向及行方向上的像素10、源极驱动器12、栅极驱动器13及电路11。源极驱动器12与电路11电连接。栅极驱动器13与像素10电连接。电路11与像素10电连接。注意，在此示出将一个栅极驱动器13设置在显示区域15的一端一侧的例子，但是也可以在相对的另一端一侧还设置一个栅极驱动器，由两个栅极驱动器驱动像素10。
电路11可以设置在每个列中，并与配置在相同列上的所有像素10电连接。此外，电路11的构成要素可以设置在显示区域的内部和外部。
电路11是加法电路，具有通过电容耦合而对从源极驱动器12供应的第一数据和第二数据进行加法运算来生成第三数据的功能。像素10包括晶体管及显示元件并具有保持第三数据的功能及根据第三数据以该显示元件进行显示的功能。
图2是说明配置在图1所示的显示装置的任意一列(第m列)上的电路11以及像素10(像素10[m，1]至[m，n](m、n为1以上的自然数))的图。
电路11可以包括晶体管101、晶体管102、晶体管103及电容器104。晶体管101的源极和漏极中的一个与电容器104的一个电极电连接。电容器104的另一个电极与晶体管102的源极和漏极中的一个电连接。晶体管102的源极和漏极中的一个与晶体管103的源极和漏极中的一个电连接。
在此，电容器104由多个电容器106的并联连接构成。通过以分散于显示区域内的方式设置电容器106，易于增大电容器104的总面积。此外，可以减小显示区域之外的电路11所占的面积，可以实现窄边框化。另外，也可以在显示区域的外侧设置有几个电容器106。此外，电容器106的个数也可以不与像素10的个数一致。通过调整并联连接的电容器106的个数，可以使电容器104的电容值为所希望的值。
电容器106具有将布线125用作一个电极且将重叠于布线125的另外的布线用作另一个电极的结构。因此，如图2所示，即使将电容器106配置在显示区域中，开口率也不会大幅下降。
像素10可以包括晶体管105及电路区块110。电路区块110可以包括晶体管、电容器及显示元件等。晶体管105的源极和漏极中的一个与晶体管101的源极和漏极中的一个电连接。晶体管105的源极和漏极中的另一个与电路区块110电连接。
在此，将使晶体管101的源极和漏极中的一个、电容器104的一个电极及晶体管105的源极和漏极中的一个连接的布线(布线125)称为节点NM。另外，将使晶体管105的源极和漏极中的另一个与电路区块110连接的布线称为节点NP。节点NP可以处于浮动状态，电路区块110所包括的显示元件根据节点NP的电位工作。
对电路11及像素10所包括的构成要素与各种布线的连接进行说明。晶体管101的栅极与布线121电连接。晶体管102的栅极与布线122电连接。晶体管103的栅极与布线121电连接。晶体管105的栅极与布线123电连接。晶体管101的源极和漏极中的一个与布线125电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个及晶体管101的源极和漏极中的另一个与布线124电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与能够供应Vref(例如，0V等基准电位)的布线电连接。
布线121、122、123(123[1]至[n])被用作栅极线。例如，布线121、122可以与控制电路11的工作的电路电连接。布线123可以与栅极驱动器13电连接。布线124可以与源极驱动器12电连接(参照图1)。
在电路11中，首先向节点NM写入第一数据(权重：W)。此时，向电容器104的另一个电极供应“Vref”，在电容器104中保持“W-Vref”。接着，使节点NM为浮动状态，向电容器104的另一个电极供应第二数据(数据：D)。
此时，当电容器104的电容值为C104而节点NM的电容值为CNM时，节点NM的电位为W+(C104/(C104+CNM))×(D-Vref)。在此，如果能够使C104的值增大至能够忽略CNM的值，则节点NM的电位为“W+D-Vref”。如此，由于本发明的一个方式容易使电容器104的总面积增大并提高电容值，所以可以高效地对数据进行加法运算。
因此，若满足“W”＝“D”、“Vref”＝0V且C104比CNM充分大，则节点NM的电位靠近“2D”或“2W”，而可以将源极驱动器12的输出的两倍左右的电位供应到节点NM。
通过该作用，即便使用通用驱动器IC也可以生成高电压。例如，可以驱动在控制灰度时所需的高电压的液晶元件等。另外，可以将用来驱动一般的液晶元件及发光元件等的从源极驱动器12供应的电压减少至1/2左右，由此可以使显示装置低功耗化。
此外，作为第一数据(权重：W)，也可以供应校正数据。例如，通过将亮度校正数据加上图像数据，可以校正显示装置特有的亮度的偏差。此外，由于能够按每个像素校正亮度，所以可以将其用于HDR显示。另外，在作为显示元件使用发光元件的情况下，显示质量受到驱动晶体管的阈值电压偏差的影响，因此也可以将该晶体管的阈值电压校正数据作为第一数据(权重：W)供应来改善显示质量。注意，第一数据(权重：W)与第二数据(数据：D)也可以互相调换。
在本发明的一个方式中，根据上述电位的加法工作使特定像素10的晶体管105导通，并且确定节点NP的电位(＝节点NM的电位)。通过依次对像素10[m，1]至[m，n]进行这种工作，可以确定各像素10的节点NP的电位。就是说，可以向各像素10供应不同的图像数据。
节点NM、节点NP被用作存储节点。通过使连接于各节点的晶体管导通，可以将数据写入到各节点。此外，通过使该晶体管非导通，可以将该数据保持在各节点中。通过作为该晶体管使用关态电流极低的晶体管可以抑制泄漏电流，由此能够长时间保持各节点的电位。该晶体管例如可以使用在沟道形成区域中包含金属氧化物的晶体管(以下，OS晶体管)。
具体而言，作为晶体管101、102、103、105中的任意或所有晶体管，优选使用OS晶体管。此外，可以将OS晶体管用于电路区块110所包括的构成要素。另外，当在泄漏电流量为可允许范围内进行工作时，可以使用沟道形成区域中包含Si的晶体管(以下，Si晶体管)。此外，可以组合使用OS晶体管及Si晶体管。作为上述Si晶体管，可以举出含有非晶硅的晶体管、含有结晶硅(典型的有低温多晶硅、单晶硅)的晶体管等。
作为用于OS晶体管的半导体材料，可以使用能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上的金属氧化物。典型地有含有铟的氧化物半导体等，例如，可以使用后面提到的CAAC-OS或CAC-OS等。CAAC-OS中构成结晶的原子稳定，适用于重视可靠性的晶体管等。CAC-OS呈现高迁移率特性，适用于进行高速驱动的晶体管等。
由于OS晶体管的半导体层具有大能隙，所以呈现极低的关态电流特性，仅为几yA/μm(每沟道宽度1μm的电流值)。与Si晶体管不同，OS晶体管具有不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等的特性，因此能够形成高可靠性的电路。此外，Si晶体管所引起的起因于结晶性的不均匀的电特性偏差不容易产生在OS晶体管中。
作为OS晶体管中的半导体层，例如可以采用包含铟、锌及M(铝、钛、镓、锗、钇、锆、镧、铈、锡、钕或铪等金属)的以“In-M-Zn类氧化物”表示的膜。
当构成半导体层的氧化物半导体为In-M-Zn类氧化物时，优选用来形成In-M-Zn氧化物膜的溅射靶材的金属元素的原子数比满足In≥M及Zn≥M。这种溅射靶材的金属元素的原子数比优选为In：M：Zn＝1：1：1、In：M：Zn＝1：1：1.2、In：M：Zn＝3：1：2、In：M：Zn＝4：2：3、In：M：Zn＝4：2：4.1、In：M：Zn＝5：1：6、In：M：Zn＝5：1：7、In：M：Zn＝5：1：8等。注意，所形成的半导体层的原子数比分别有可能在上述溅射靶材中的金属元素的原子数比的±40％的范围内变动。
作为半导体层，使用载流子密度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子密度为1×1017/cm3以下，优选为1×1015/cm3以下，更优选为1×1013/cm3以下，进一步优选为1×1011/cm3以下，更进一步优选为小于1×1010/cm3且为1×10-9/cm3以上的氧化物半导体。将这样的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。该氧化物半导体的缺陷态密度低，因此可以说是具有稳定的特性的氧化物半导体。
注意，本发明不局限于上述记载，可以根据所需的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)来使用具有适当的组成的材料。另外，优选适当地设定半导体层的载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素与氧的原子数比、原子间距离、密度等，以得到所需的晶体管的半导体特性。
当构成半导体层的氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，氧空位增加，会使该半导体层变为n型。因此，将半导体层中的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
另外，有时当碱金属及碱土金属与氧化物半导体键合时生成载流子，而使晶体管的关态电流增大。因此，将半导体层中的碱金属或碱土金属的浓度(通过SIMS测得的浓度)设定为1×1018atoms/cm3以下，优选为2×1016atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体含有氮时生成作为载流子的电子，载流子密度增加而容易变为n型。其结果是，使用含有氮的氧化物半导体的晶体管容易变为常开启特性。因此，半导体层中的氮浓度(通过SIMS测得的浓度)优选为5×1018atoms/cm3以下。
另外，当构成半导体层的氧化物半导体包含氢时，氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时在氧化物半导体中形成氧空位。在氧化物半导体中的沟道形成区域包含氧空位的情况下，晶体管趋于具有常开启特性。再者，有时氢进入氧空位中的缺陷被用作供体而生成作为载流子的电子。此外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，生成作为载流子的电子。因此，使用包含较多的氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。
氢进入到氧空位中的缺陷会被用作氧化物半导体的供体。然而，难以对该缺陷定量地进行评价。因此，在氧化物半导体中，有时不是根据供体浓度而是根据载流子浓度进行评价。由此，在本说明书等中，有时作为氧化物半导体的参数，不采用供体浓度而采用假定为不被施加电场的状态的载流子浓度。就是说，有时也可以将本说明书等所记载的“载流子浓度”称为“供体浓度”。
由此，优选尽可能减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，利用SIMS测得的氢浓度低于1×1020atoms/cm3，优选低于1×1019atoms/cm3，更优选低于5×1018atoms/cm3，进一步优选低于1×1018atoms/cm3。通过将氢等杂质被充分减少的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以赋予稳定的电特性。
另外，半导体层例如也可以具有非单晶结构。非单晶结构例如包括具有c轴取向的结晶的CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)、多晶结构、微晶结构或非晶结构。在非单晶结构中，非晶结构的缺陷态密度最高，而CAAC-OS的缺陷态密度最低。
非晶结构的氧化物半导体膜例如具有无秩序的原子排列且不具有结晶成分。或者，非晶结构的氧化物膜例如是完全的非晶结构且不具有结晶部。
此外，半导体层也可以为具有非晶结构的区域、微晶结构的区域、多晶结构的区域、CAAC-OS的区域和单晶结构的区域中的两种以上的混合膜。混合膜有时例如具有包括上述区域中的两种以上的区域的单层结构或叠层结构。
以下对非单晶半导体层的一个方式的CAC(Cloud-Aligned Composite)-OS的构成进行说明。
CAC-OS例如是指包含在氧化物半导体中的元素不均匀地分布的构成，其中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，在下面也将在氧化物半导体中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以0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且2nm以下或近似的尺寸混合的状态称为马赛克(mosaic)状或补丁(patch)状。
氧化物半导体优选至少包含铟。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。
例如，In-Ga-Zn氧化物中的CAC-OS(在CAC-OS中，尤其可以将In-Ga-Zn氧化物称为CAC-IGZO)是指材料分成铟氧化物(以下，称为InOX1(X1为大于0的实数))或铟锌氧化物(以下，称为InX2ZnY2OZ2(X2、Y2及Z2为大于0的实数))以及镓氧化物(以下，称为GaOX3(X3为大于0的实数))或镓锌氧化物(以下，称为GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4及Z4为大于0的实数))等而成为马赛克状，且马赛克状的InOX1或InX2ZnY2OZ2均匀地分布在膜中的构成(以下，也称为云状)。
换言之，CAC-OS是具有以GaOX3为主要成分的区域和以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域混在一起的构成的复合氧化物半导体。在本说明书中，例如，当第一区域的In与元素M的原子数比大于第二区域的In与元素M的原子数比时，第一区域的In浓度高于第二区域。
注意，IGZO是通称，有时是指包含In、Ga、Zn及O的化合物。作为典型例子，可以举出以InGaO3(ZnO)m1(m1为自然数)或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与氧化物半导体的材料构成有关。CAC-OS是指如下构成：在包含In、Ga、Zn及O的材料构成中，一部分中观察到以Ga为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域分别以马赛克状无规律地分散。因此，在CAC-OS中，结晶结构是次要因素。
CAC-OS不包含组成不同的两种以上的膜的叠层结构。例如，不包含由以In为主要成分的膜与以Ga为主要成分的膜的两层构成的结构。
注意，有时观察不到以GaOX3为主要成分的区域与以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域之间的明确的边界。
在CAC-OS中包含选自铝、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，CAC-OS是指如下构成：一部分中观察到以该金属元素为主要成分的纳米粒子状区域以及一部分中观察到以In为主要成分的纳米粒子状区域以马赛克状无规律地分散。
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。另外，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，将氧气体的流量比设定为0％以上且低于30％，优选为0％以上且10％以下。
CAC-OS具有如下特征：通过根据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射线衍射测定，可知在测定区域中没有a-b面方向及c轴方向上的取向。
另外，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(环状区域)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(nano-crystal)结构。
另外，例如在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析(mapping)图像，可确认到：具有以GaOX3为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域不均匀地分布而混合的构成。
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，CAC-OS具有以GaOX3等为主要成分的区域及以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域互相分离且以各元素为主要成分的区域为马赛克状的构成。
在此，以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域的导电性高于以GaOX3等为主要成分的区域。换言之，当载流子流过以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域时，呈现氧化物半导体的导电性。因此，当以InX2ZnY2OZ2或InOX1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，以GaOX3等为主要成分的区域的绝缘性高于以InX2ZnY2OZ2或InOX1为主要成分的区域。换言之，当以GaOX3等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)。
另外，使用CAC-OS的半导体元件具有高可靠性。因此，CAC-OS适用于各种半导体装置的构成材料。
在本发明的一个方式的显示装置中，如图3A所示，电路11的电容器104之外的构成要素也可以安装在源极驱动器12中。通过采用该结构，能够实现窄边框化。
当在衬底上像素电路与源极驱动器12一起单片集成时，也可以采用源极驱动器12和电路11的任何构成要素具有重叠的区域的叠层结构。通过采用该结构，可以提高电路11的构成要素的设计自由度及电特性。
此外，虽然图1示出在每个列中设置电路11的例子，但是如图3B所示，可以在电路11与像素10之间设置选择电路16并使用一个电路11对多个列的像素写入数据。通过具有该结构，可以减少电路11的数量，由此可以实现窄边框化。注意，虽然图3B示出利用一个电路11与一个选择电路16的组合对三个列的像素进行写入的例子，但是不局限于此，可以在写入时间的允许范围内决定列数。
因为电路11所包括的晶体管101、102、103设置在显示区域的外侧，所以不容易受到尺寸的限制，可以使其沟道宽度大于设置在像素中的晶体管。通过使用沟道宽度大的晶体管，可以缩短布线125等的充放电时间，由此易于提高帧频率。此外，易于应用于像素数较多且水平期间短的高清晰显示器。
此外，通过作为晶体管101、102、103使用OS晶体管可以提高电路11的耐压，即便在对数据进行加法运算来生成的电压为几十V时也可以进行稳定的工作。另外，当晶体管101、102、103为设置在IC芯片内的Si晶体管时，能够进行更高速的工作。注意，在IC芯片内设置晶体管101、102、103的情况下，该晶体管也可以为OS晶体管。
接着，参照图4所示的时序图说明使用电路11的对像素10写入数据的方法。注意，在以下的说明中，高电位记作“H”，低电位记作“L”。此外，向像素10[1]供应的权重记作“W[1]”，图像数据记作“D[1]”，向像素10[2]供应的权重记作“W[2]”，图像数据记作“D[2]”。作为“Vref”，例如可以使用0V、GND电位或特定的基准电位。
注意，这里在电位的分布、耦合或损耗中不考虑因电路的结构、工作时机等引起的详细变化。由电容耦合引起的电位变化依赖于供应一侧和被供应一侧的电容比，但是为了便于说明，假设电路区块110的电容值为足够小的值。
在时刻T1，向布线124供应“W[1]”，使布线121、123[1]的电位为“H”，由此，晶体管103导通，电容器104的另一个电极的电位为“Vref”。该工作是用来进行后面的加法工作(电容耦合工作)的复位工作。
另外，晶体管101、105导通，布线124的电位被写入到节点NP[1]。该工作是权重的写入工作，节点NP[1]的电位为“W[1]”。
在时刻T2，使布线121的电位为“L”，布线123[1]的电位为“H”，晶体管101、103非导通。此时，节点NP[1]保持“W[1]”。此外，电容器104保持“W[1]-Vref”。到此为止是像素10[1]中的“W[1]”的写入工作。
在时刻T3，向布线124供应“D[1]”，使布线121的电位为“L”，使布线122、123[1]的电位为“H”，由此，晶体管102、105导通。此时，电容器104的另一个电极的电位为“D[1]”，由于电容耦合而“D[1]”被附加到节点NP[1]的电位。该工作是加法工作，节点NP[1]的电位为“W[1]+D[1]-Vref”。此时，若“Vref”＝0，则节点NP[1]的电位为“W[1]+D[1]”。节点NP[1]的电位被供应到显示元件而进行显示。
在时刻T4，当布线121、122、123[1]的电位为“L”时，晶体管105非导通，节点NP[1]的电位被保持，直到下一帧的工作为止继续显示。以上是像素10[1]的工作说明。
通过在时刻T5至T8使像素10[2]进行同样的工作，可以在像素10[2]中进行对应“W[2]+D[2]”的显示。
如图5所示，电路11不仅设置在显示区域15的一端一侧，而且还设置在相对的另一端一侧。
在此，设置在显示区域15的一端一侧的电路11为电路11a。电路11a的工作由从布线121a、122a供应的信号控制。电路11a与源极驱动器12a电连接。此外，设置在显示区域15的另一端一侧的电路11为电路11b。电路11b的工作由从布线121b、122b供应的信号控制。另外，电路11b与源极驱动器12b电连接。
电路11a及电路11b以在同一时序输出同一数据的方式工作。就是说，从源极驱动器12a、12b在同一时序输出相同数据，向布线121a、布线121b、布线121a及布线121b在同一时序供应相同的工作信号。
通过进行上述工作，可以使电路11a及电路11b同时工作并向布线125输出相同数据。由此，可以对布线125高速地进行充放电，易于对应水平期间短且像素数多的显示装置、布线125的寄生电容大的大型显示装置等。
图6A至图6C是可以用于电路区块110且作为显示元件包括发光元件的结构的例子。
图6A所示的结构包括晶体管111、电容器113及发光元件114。晶体管111的源极和漏极中的一个与发光元件114的一个电极电连接。发光元件114的一个电极与电容器113的一个电极电连接。电容器113的另一个电极与晶体管111的栅极电连接。晶体管111的栅极与节点NP电连接。
晶体管111的源极和漏极中的另一个与布线128电连接。发光元件114的另一个电极与布线129电连接。布线128、129具有供应电源的功能。例如，布线128可以供应高电位电源。此外，布线129可以供应低电位电源。
在图6A所示的结构中，在节点NM的电位为晶体管111的阈值电压以上时电流流过发光元件114。由此，有时发光元件114在权重(W)被写入到节点NP时就开始发光，导致该结构的用途受限。
另外，如图6B所示，也可以使发光元件114的一个电极与布线128电连接，使发光元件114的另一个电极与晶体管111的源极和漏极中的另一个电连接。该结构还可以用于包括发光元件114的其他电路区块110。
图6C是对图6A的结构附加晶体管112的结构。晶体管112的源极和漏极中的一个与晶体管111的源极和漏极中的一个电连接。晶体管112的源极和漏极中的另一个与发光元件114电连接。晶体管112的栅极与布线130电连接。布线130可以具有控制晶体管112的导通的信号线的功能。
在该结构中，在节点NP的电位为晶体管111的阈值电压以上且晶体管112导通时电流流过发光元件114。因此，可以在权重(W)与数据(D)的加法工作后的任意时序开始发光元件114的发光。
图6D是对图6C的结构附加晶体管115的结构。晶体管115的源极和漏极中的一个与晶体管111的源极和漏极中的一个电连接。晶体管115的源极和漏极中的另一个与布线131电连接。晶体管115的栅极与布线132电连接。布线132可以具有控制晶体管115的导通的信号线的功能。
布线131可以与基准电位等特定电位的供应源电连接。通过从布线131对晶体管111的源极和漏极中的一个供应特定电位，也可以使图像数据的写入稳定化。
此外，布线131可以与电路120连接，并可以具有监控线的功能。电路120可以具有上述特定电位的供应源、取得晶体管111的电特性的功能及生成校正数据的功能中的一个以上。
图7A至图7D是可以用于电路区块110并作为显示元件包括液晶元件的结构的例子。
图7A所示的结构包括电容器116及液晶元件117。液晶元件117的一个电极与电容器116的一个电极电连接。电容器116的一个电极与节点NP电连接。
电容器116的另一个电极与布线133电连接。液晶元件117的另一个电极与布线134电连接。布线133、134具有供应电源的功能。例如，布线133、134可以供应GND及0V等的基准电位或任意电位。
另外，可以如图7B所示地省略电容器116。如上所述，作为与节点NP连接的晶体管可以使用OS晶体管。由于OS晶体管的泄漏电流极小，所以即便省略被用作保持电容的电容器116也可以长时间维持显示。此外，不局限于晶体管的结构，在利用场序制驱动等高速工作缩短显示期间的情况下，省略电容器116也是有效的。通过省略电容器116可以提高开口率。另外，可以提高像素的透过率。
在图7A和图7B的结构中，在节点NP的电位定为液晶元件117的工作阈值以上时开始液晶元件117的工作。由此，有时当权重被写入到节点NP时就开始显示工作，导致该结构的用途受限。注意，在透过型液晶显示装置中，例如通过关闭背灯直到权重(W)与数据(D)的加法工作结束，即便进行不必要的显示工作也可以抑制显示被看到。
图7C是对图7A的结构附加晶体管118的结构。晶体管118的源极和漏极中的一个与电容器116的一个电极电连接。晶体管118的源极和漏极中的另一个与节点NP电连接。晶体管118的栅极与布线127电连接。布线127可以具有控制晶体管118的导通的信号线的功能。
在该结构中，在晶体管118导通的同时液晶元件117被施加节点NP的电位。由此，可以在权重(W)与数据(D)的加法工作后的任意时序开始液晶元件的工作。
另外，因为在晶体管118处于非导通的状态下，继续保持供应到电容器116及液晶元件117的电位，所以优选在改写图像数据之前对供应到电容器116及液晶元件117的电位进行复位。在该复位中，例如，对布线124供应复位电位，并在同时使晶体管101及晶体管118导通，即可。
图7D是对图7C的结构附加晶体管119的结构。晶体管119的源极和漏极中的一个与液晶元件117的一个电极电连接。晶体管119的源极和漏极中的另一个与布线131电连接。晶体管119的栅极与布线138电连接。布线138可以具有控制晶体管119的导通的信号线的功能。
电连接到布线131的电路120与上述图6C中的说明同样，还可以具有对供应到电容器116及液晶元件117的电位进行复位的功能。
图8A至图8C示出图2等中的用来供应“Vref”的布线的具体例子。如图8A所示，在作为显示元件使用发光元件时，可以将布线128作为用来供应“Vref”的布线。因为“Vref”优选为0V、GND或低电位，所以布线128还具有供应这些电位中的至少一个的功能。另外，可以在向节点NP写入数据时向布线128供应“Vref”，并在使发光元件114发光时向布线128供应高电位电源。另外，如图8B所示，可以将供应低电位的布线129用作供应“Vref”的布线。
如图8C所示，当作为显示元件使用液晶元件时，可以将布线133作为用来供应“Vref”的布线。另外，也可以使用布线134。注意，无论显示元件的种类如何都可以设置供应“Vref”的专用公共布线。
此外，在本发明的一个方式中，如图9A、图9B所示，晶体管也可以采用设置有背栅极的结构。图9A示出背栅极与前栅极电连接的结构，该结构具有提高通态电流的效果。图9B示出背栅极与能够供应恒定电位的布线135电连接的结构，该结构可以控制晶体管的阈值电压。此外，电路区块110所包括的晶体管也可以设置有背栅极。
接着，说明关于像素的工作的模拟结果。图10示出用于模拟的一列像素(PIX)及与该列连接的电路11的结构。假定像素数为100至2000，作为电路区块110使用图7A所示的结构(液晶元件及电容器)。对改变像素数时的节点NP的电压变化进行模拟。
用于模拟的参数如下：晶体管尺寸为L/W＝4μm/30μm(晶体管Tr1、Tr2、Tr3)、L/W＝4μm/10μm(晶体管Tr4)；电容器Cs的电容值为100fF；液晶元件Clc的电容值为100fF；共同电极VCOM和TCOM为0V。此外，作为施加到晶体管的栅极的电压，将“H”设定为+15V，将“L”设定为-10V。
此外，连接电路11与像素PIX的布线PL设置有相当于寄生电阻的电阻器R1及相当于寄生电容的电容器C3，它们的个数与像素相同。另外，由于电容器C1的电容(C2之和)、布线PL的寄生电容(C3之和)及布线PL的电阻(R1之和)依赖于像素数，所以使用表1所示的值。注意，作为电路模拟软件使用SPICE。
[表1]
图11是用于模拟的时序图。在此，权重(W)及数据(D)都为5V。“Vref”为0V。
图12A至图12D是将像素数设定为100、500、1000、2000时的各模拟结果。各图在时间轴上示出对像素PIX[1]至[4]进行写入工作时的节点NP的电压变化。
在像素数100中，可以稳定地进行写入，但是C1的总电容值较小，由此不能够充分地进行数据的加法运算。
在像素数500中，此时使用的模拟参数适合，可以进行对应电容比的数据的加法运算。
在像素数1000中，C1的总电容值较大，首先被写入的像素PIX[1]在写入时间内没有完全结束W的写入，数据电位的上升不够。像素PIX[2]之后的像素受到残留于布线PL的电荷的影响，写入变得稳定。
在像素数2000中，C1的总电容值过大，来不及对像素PIX[1]的W进行写入，电压较低。C1的总电容值过大，所以像素PIX[2]之后的像素也受到影响。
根据上述模拟结果，可确认组合使用适当的工作参数与适当的像素数能够稳定地对数据进行加法运算。
注意，虽然电容器C1的总电容值对工作的影响很大，但是电容器C1的电容值可以根据并联连接的电容器C2的个数容易调整。因此，通过调整电容器C2的个数，即便各列的像素数为1000、2000或其以上也可以进行图12B所示的适当的工作。
接着，说明关于像素布局的模拟结果。图13相当于图10所示的像素PIX[1]至[3]并示出纵向三个像素的布局的一个例子。
在图13所示的布局中，示出直到相当于节点NP的像素电极PE为止的构成要素并省略了电容器Cs。作为晶体管的一个例子示出底栅型(具有背栅极)晶体管。注意，假定像素间距为136μm。
将与栅极布线由同一工序制造的导电层及与源极布线由同一工序制造的导电层用作电容器C1的一对电极。上述两个导电层在显示区域中具有隔着绝缘层(例如，栅极绝缘膜)重叠的区域。就是说，各像素中设置有一个电容器C2。因为电容器C2并联连接，所以与一个大电容器等效。
就是说，通过将电容器C1分割配置，可以提高像素的开口率及透过率。注意，优选使用桥接栅极布线的连接布线BR进行构成电容器的一个导电层间的电连接。例如，可以通过与源极布线相同的工序制造连接布线BR。在像素间距136μm中，估计开口率((像素电极PE的面积)/(像素的面积))大约为90.5％。
根据以上的模拟结果，可确认本发明的一个方式的效果。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式2)
本实施方式对使用液晶元件的显示装置的结构例子及使用发光元件的显示装置的结构例子进行说明。注意，在本实施方式中省略实施方式1已说明的显示装置的构成要素、工作及功能。
图14A至图14C示出能够使用本发明的一个方式的显示装置的结构。
在本实施方式所说明的显示装置中可以使用实施方式1所说明的加法电路及像素。注意，在下面说明的扫描线驱动电路相当于栅极驱动器，而信号线驱动电路相当于源极驱动器。
在图14A中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215的方式设置密封剂4005，显示部215被密封剂4005及第二衬底4006密封。
在图14A中，扫描线驱动电路221a、信号线驱动电路231a、信号线驱动电路232a及共通线驱动电路241a都包括设置在印刷电路板4041上的多个集成电路4042。集成电路4042由单晶半导体或多晶半导体形成。共通线驱动电路241a具有对实施方式1所示的布线128、129、132、133、135等供应规定电位的功能。
通过FPC(Flexibleprintedcircuit：柔性印刷电路)4018向扫描线驱动电路221a、共通线驱动电路241a、信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a供应各种信号及电位。
包括于扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a中的集成电路4042具有对显示部215供应选择信号的功能。包括于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042具有对显示部215供应图像数据的功能。集成电路4042被安装在与由第一衬底4001上的密封剂4005围绕的区域不同的区域中。
注意，对集成电路4042的连接方法没有特别的限制，可以使用引线键合法、COG(Chip On Glass)法、TCP(Tape Carrier Package)法以及COF(Chip On Film)法等。
图14B示出利用COG法安装包含于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042的例子。另外，通过将驱动电路的一部分或整体形成在形成有显示部215的衬底上，可以形成系统整合型面板(system-on-panel)。
图14B示出将扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a形成在形成有显示部215的衬底上的例子。通过同时形成驱动电路与显示部215内的像素电路，可以减少构件数。由此，可以提高生产率。
另外，在图14B中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215、扫描线驱动电路221a以及共通线驱动电路241a的方式设置密封剂4005。显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a上设置有第二衬底4006。由此，显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a通过第一衬底4001、密封剂4005及第二衬底4006与显示元件密封在一起。
虽然在图14B中示出另行形成信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a并将其安装至第一衬底4001的例子，但是本发明的一个方式不局限于该结构，也可以另行形成扫描线驱动电路并进行安装，或者另行形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分并进行安装。另外，如图14C所示，也可以将信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a形成在形成有显示部215的衬底上。
此外，显示装置有时包括显示元件为密封状态的面板和在该面板中安装有包括控制器的IC等的模块。
另外，设置于第一衬底上的显示部及扫描线驱动电路包括多个晶体管。作为该晶体管，可以使用上述实施方式所示的晶体管。
外围驱动电路所包括的晶体管及显示部的像素电路所包括的晶体管的结构既可以具有相同的结构又可以具有不同的结构。外围驱动电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，又可以组合两种以上的结构。同样地，像素电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，又可以组合两种以上的结构。
另外，可以在第二衬底4006上设置输入装置4200。对图14A至图14C所示的显示装置设置输入装置4200的结构能够用作触摸屏。
对本发明的一个方式的触摸屏所包括的感测元件(也称为传感元件)没有特别的限制。还可以将能够检测出手指、触屏笔等检测对象的接近或接触的各种传感器用作感测元件。
作为传感器的方式，例如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，有表面型静电电容式、投影型静电电容式等。另外，作为投影型静电电容式，有自电容式、互电容式等。优选使用互电容式，因为可以同时进行多点感测。
本发明的一个方式的触摸屏可以采用贴合了分别制造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构成感测元件的电极等的结构等各种各样的结构。
图15A和图15B示出触摸屏的一个例子。图15A是触摸屏4210的立体图。图15B是输入装置4200的立体示意图。注意，为了明确起见，只示出典型的构成要素。
触摸屏4210具有贴合了分别制造的显示装置与感测元件的结构。
触摸屏4210包括重叠设置的输入装置4200和显示装置。
输入装置4200包括衬底4263、电极4227、电极4228、多个布线4237、多个布线4238及多个布线4239。例如，电极4227可以与布线4237或布线4239电连接。另外，电极4228可以与布线4239电连接。FPC4272b可以与多个布线4237及多个布线4238分别电连接。FPC4272b可以设置有IC4273b。
或者，也可以在显示装置的第一衬底4001与第二衬底4006之间设置触摸传感器。当在第一衬底4001与第二衬底4006之间设置触摸传感器时，除了静电电容式触摸传感器之外还可以使用利用光电转换元件的光学式触摸传感器。
图16A及图16B是沿着图14B中的点划线N1-N2的截面图。图16A及图16B所示的显示装置包括电极4015，该电极4015与FPC4018的端子通过各向异性导电层4019电连接。另外，在图16A及图16B中，电极4015在形成于绝缘层4112、绝缘层4111及绝缘层4110的开口中与布线4014电连接。
电极4015与第一电极层4030使用同一导电层形成，布线4014与晶体管4010及晶体管4011的源电极及漏电极使用同一导电层形成。
另外，设置在第一衬底4001上的显示部215和扫描线驱动电路221a包括多个晶体管，在图16A及图16B中，示出显示部215中的晶体管4010及扫描线驱动电路221a中的晶体管4011。虽然图16A及图16B中作为晶体管4010及晶体管4011示出底栅型晶体管，但是也可以使用顶栅型晶体管。
在图16A及图16B中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，在图16B中，绝缘层4112上形成有分隔壁4510。
另外，晶体管4010及晶体管4011设置在绝缘层4102上。另外，晶体管4010及晶体管4011包括形成在绝缘层4111上的电极4017。电极4017可以用作背栅电极。
另外，图16A及图16B所示的显示装置包括电容器4020。电容器4020包括以与晶体管4010的栅电极同一工序形成的电极4021以及以与源电极及漏电极同一工序形成的电极。每个电极隔着绝缘层4103彼此重叠。
一般而言，考虑像素部中配置的晶体管的泄漏电流等设定显示装置的像素部中设置的电容器的电容以使其能够在指定期间保持电荷。电容器的电容考虑晶体管的关态电流等设定即可。
设置在显示部215中的晶体管4010与显示元件电连接。图16A是作为显示元件使用液晶元件的液晶显示装置的一个例子。在图16A中，作为显示元件的液晶元件4013包括第一电极层4030、第二电极层4031以及液晶层4008。注意，以夹持液晶层4008的方式设置有被用作取向膜的绝缘层4032及绝缘层4033。第二电极层4031设置在第二衬底4006一侧，第一电极层4030与第二电极层4031隔着液晶层4008重叠。
作为液晶元件4013，可采用使用各种模式的液晶元件。例如，可以使用采用VA(Vertical Alignment：垂直取向)模式、TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面切换)模式、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(Optically Compensated Bend：光学补偿弯曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：铁电性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric LiquidCrystal：反铁电液晶)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：电控双折射)模式、VA-IPS(Vertical Alignment In-Plane-Switching：垂直取向平面切换)模式、宾主模式等的液晶元件。
另外，也可以对本实施方式所示的液晶显示装置使用常黑型液晶显示装置，例如采用垂直取向(VA)模式的透过型液晶显示装置。作为垂直取向模式，可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直取向)模式、PVA(Patterned VerticalAlignment：垂直取向构型)模式、ASV(Advanced Super View：高级超视觉)模式等。
液晶元件是利用液晶的光学调制作用来控制光的透过或非透过的元件。液晶的光学调制作用由施加到液晶的电场(水平电场、垂直电场或倾斜方向电场)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：聚合物分散液晶)、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。
虽然图16示出具有垂直电场方式的液晶元件的液晶显示装置的例子，但是也可以将具有水平电场方式的液晶元件的液晶显示装置用于本发明的一个方式。在采用水平电场方式的情况下，也可以使用不使用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％以上的手征试剂的液晶组合物用于液晶层4008，以扩大温度范围。由于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，并且其具有光学各向同性。此外，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物不需要取向处理，并且视角依赖性小。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。
间隔物4035是通过对绝缘层选择性地进行蚀刻而得到的柱状间隔物，并且它是为控制第一电极层4030和第二电极层4031之间的间隔(单元间隙)而设置的。注意，还可以使用球状间隔物。
此外，根据需要，可以适当地设置黑矩阵(遮光层)、着色层(滤色片)、偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件(光学衬底)等。例如，也可以使用利用偏振衬底以及相位差衬底的圆偏振。此外，作为光源，也可以使用背光或侧光等。作为上述背光或侧光，也可以使用微型发光二极管(Micro-LED)等。
在图16A所示的显示装置中，在第二衬底4006和第二电极层4031之间设置有遮光层4132、着色层4131及绝缘层4133。
作为能够用于遮光层的材料，可以举出碳黑、钛黑、金属、金属氧化物或包含多个金属氧化物的固溶体的复合氧化物等。遮光层也可以为包含树脂材料的膜或包含金属等无机材料的薄膜。另外，也可以对遮光层使用包含着色层的材料的膜的叠层膜。例如，可以采用包含用于使某个颜色的光透过的着色层的材料的膜与包含用于使其他颜色的光透过的着色层的材料的膜的叠层结构。通过使着色层与遮光层的材料相同，除了可以使用相同的设备以外，还可以实现工序简化，因此是优选的。
作为能够用于着色层的材料，可以举出金属材料、树脂材料、包含颜料或染料的树脂材料等。遮光层及着色层例如可以利用喷墨法等形成。
另外，图16A及图16B所示的显示装置包括绝缘层4111及绝缘层4104。作为绝缘层4111及绝缘层4104，使用不易使杂质元素透过的绝缘层。通过由绝缘层4111和绝缘层4104夹持晶体管的半导体层，可以防止来自外部的杂质的混入。
此外，作为显示装置所包括的显示元件，可以使用发光元件。作为发光元件，例如可以使用利用电致发光的EL元件。EL元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(也称为EL层)。当使一对电极之间产生高于EL元件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到EL层中，而电子从阴极一侧注入到EL层中。被注入的电子和空穴在EL层中重新结合，由此，包含在EL层中的发光物质发光。
作为EL元件，例如可以使用有机EL元件或无机EL元件。注意，作为发光材料使用化合物半导体的LED(包括Micro-LED)也是EL元件之一，也可以使用LED。
在有机EL元件中，通过施加电压，电子从一个电极注入到EL层中，而空穴从另一个电极注入到EL层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合，发光有机化合物形成激发态，当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理，这种发光元件被称为电流激发型发光元件。
EL层除了发光化合物以外也可以还包括空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等。
EL层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
无机EL元件根据其元件结构而分类为分散型无机EL元件和薄膜型无机EL元件。分散型无机EL元件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体-受主重新结合型发光。薄膜型无机EL元件是其中发光层夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。注意，这里作为发光元件使用有机EL元件进行说明。
为了取出发光，使发光元件的一对电极中的至少一个为透明即可。在衬底上形成有晶体管及发光元件，作为发光元件可以采用从与该衬底相反一侧的表面取出发光的顶部发射结构；从衬底一侧的表面取出发光的底部发射结构；以及从两个表面取出发光的双面发射结构。
图16B是作为显示元件使用发光元件的发光显示装置(也称为“EL显示装置”)的一个例子。被用作显示元件的发光元件4513与设置在显示部215中的晶体管4010电连接。虽然发光元件4513具有第一电极层4030、发光层4511及第二电极层4031的叠层结构，但是不局限于该结构。根据从发光元件4513取出光的方向等，可以适当地改变发光元件4513的结构。
分隔壁4510使用有机绝缘材料或无机绝缘材料形成。尤其优选使用感光树脂材料，在第一电极层4030上形成开口部，并且将该开口部的侧面形成为具有连续曲率的倾斜面。
发光层4511可以使用一个层构成，也可以使用多个层的叠层构成。
发光元件4513的发光颜色可以根据构成发光层4511的材料为白色、红色、绿色、蓝色、青色、品红色或黄色等。
作为实现彩色显示的方法，有如下方法：组合发光颜色为白色的发光元件4513和着色层的方法；以及在每个像素设置发光颜色不同的发光元件4513的方法。前者的方法的生产率比后者的方法高。另一方面，在后者的方法中，需要根据每个像素形成发光层4511，所以其生产率比前者的方法低。但是，在后者的方法中，可以得到其色纯度比前者的方法高的发光颜色。通过在后者的方法中使发光元件4513具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。
发光层4511也可以包含量子点等无机化合物。例如，通过将量子点用于发光层，也可以将其用作发光材料。
为了防止氧、氢、水分、二氧化碳等侵入到发光元件4513，也可以在第二电极层4031及分隔壁4510上形成保护层。作为保护层，可以形成氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化铝、氧氮化铝、氮氧化铝、DLC(Diamond Like Carbon)等。此外，在由第一衬底4001、第二衬底4006以及密封剂4005密封的空间中设置有填充剂4514并被密封。如此，为了不暴露于外部气体，优选使用气密性高且脱气少的保护薄膜(粘合薄膜、紫外线固化树脂薄膜等)、覆盖材料进行封装(封入)。
作为填充剂4514，除了氮或氩等惰性气体以外，也可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂，例如可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸类树脂、聚酰亚胺、环氧类树脂、硅酮类树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。填充剂4514也可以包含干燥剂。
作为密封剂4005，可以使用玻璃粉等玻璃材料或者两液混合型树脂等在常温下固化的固化树脂、光固化树脂、热固化树脂等树脂材料。密封剂4005也可以包含干燥剂。
另外，根据需要，也可以在发光元件的光射出面上适当地设置诸如偏振片或者圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、滤色片等的光学薄膜。此外，也可以在偏振片或者圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理是通过利用表面的凹凸扩散反射光来降低反射眩光的处理。
通过使发光元件具有微腔结构，能够提取色纯度高的光。另外，通过组合微腔结构和滤色片，可以防止反射眩光，而可以提高图像的可见度。
关于对显示元件施加电压的第一电极层及第二电极层(也称为像素电极层、公共电极层、对置电极层等)，根据取出光的方向、设置电极层的地方以及电极层的图案结构而选择其透光性、反射性，即可。
作为第一电极层4030及第二电极层4031，可以使用包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的氧化铟、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等具有透光性的导电材料。
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用钨(W)、钼(Mo)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、铂(Pt)、铝(Al)、铜(Cu)、银(Ag)等金属、其合金和其氮化物中的一种以上形成。
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合体)的导电组成物形成。作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯及噻吩中的两种以上构成的共聚物或其衍生物等。
此外，由于晶体管容易因静电等而损坏，所以优选设置用来保护驱动电路的保护电路。保护电路优选使用非线性元件构成。
注意，如图17所示那样，也可以采用晶体管及电容器在高度方向上包括重叠区域的叠层结构。例如，通过以重叠构成驱动电路的晶体管4011及晶体管4022的方式配置，可以实现窄边框的显示装置。此外，通过构成像素电路的晶体管4010、晶体管4023、电容器4020等以部分地包括重叠区域的方式配置，可以提高开口率及分辨率。此外，在图17中示出对图16A所示的液晶显示装置应用叠层结构的例子，但是也可以将该结构应用于图16B所示的EL显示装置。
此外，在像素电路中，作为电极及布线使用对可见光具有高透光性的透光导电膜，可以提高像素中的光透过率，因此可以实质上提高开口率。此外，由于在使用OS晶体管时半导体层也具有透光性，所以进一步提高开口率。这在晶体管等不采用叠层结构时也有效。
此外，也可以组合液晶显示装置及发光装置构成显示装置。
发光装置配置在显示面的相反一侧或者显示面的端部。发光装置具有对显示元件供应光的功能。发光装置被称为背光。
这里，发光装置可以包括板状或薄膜状的导光部(也称为导光板)、呈现不同颜色的光的多个发光元件。通过将该发光元件配置在导光部的侧面附近，可以将光从导光部侧面发射内部。导光部包括改变光路的机构(也称为光提取机构)，由此，发光装置可以对显示面板的像素部均匀地照射光。或者，也可以采用在像素正下配置发光装置而不设置导光部的结构。
发光装置优选包括红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)三种颜色的发光元件。再者，也可以包括白色(W)的发光元件。作为这些发光元件优选使用发光二极管(LED：Light EmittingDiode)。
再者，发光元件优选的是其发射光谱的半峰全宽(FWHM：Full Width at HalfMaximum)为50nm以下，优选为40nm以下，更优选为30nm以下，进一步优选为20nm以下的色纯度极高的发光元件。注意，发射光谱的半峰全宽越小越好，例如可以为1nm以上。由此，在进行彩色显示时，可以进行颜色再现性较高的鲜艳的显示。
此外，红色的发光元件优选使用发射光谱的峰值波长位于625nm以上且650nm以下的范围内的元件。此外，绿色的发光元件优选使用发射光谱的峰值波长位于515nm以上且540nm以下的范围内的元件。蓝色的发光元件优选使用发射光谱的峰值波长位于445nm以上且470nm以下的范围内的元件。
显示装置在依次使三种颜色的发光元件闪亮的同时，与此同步地驱动像素，通过继时加法混色法进行彩色显示。该驱动方法也可以被称为场序制驱动。
场序制驱动可以显示鲜艳的彩色图像。此外，可以显示流畅的动态图像。此外，通过使用上述驱动方法，由于不需要由多个不同颜色的子像素构成一个像素，可以扩大一个像素的有效反射面积(也称为有效显示面积、开口率)，可以进行明亮的显示。再者，由于不需要在像素中设置滤色片，因此可以提高像素的透过率，可以进行更明亮的显示。此外，可以使制造工序简化，由此可以降低制造成本。
图18A、图18B是能够进行场序制驱动的显示装置的截面示意图的一个例子。在该显示装置的第一衬底4001一侧设置能够发射RGB各颜色的光的背光单元。注意，在场序制驱动中，由于以RGB各颜色的时间分割发光显示颜色，因此不需要滤色片。
图18A所示的背光单元4340a具有在像素正下隔着扩散板4352设置多个发光元件4342的结构。扩散板4352具有使从发光元件4342射出到第一衬底4001一侧的光扩散而使显示部面内的亮度均匀的功能。在发光元件4342与扩散板4352之间也可以根据需要设置偏振片。此外，若不需要也可以不设置扩散板4352。另外，也可以省略遮光层4132。
背光单元4340a由于可以安装较多的发光元件4342，所以可以实现明亮的显示。此外，不需要导光板，有不容易损失发光元件4342的光的效率的优点。注意，根据需要也可以在发光元件4342中设置光扩散用的透镜4344。
图18B所示的背光单元4340b具有在像素正下隔着扩散板4352设置导光板4341的结构。在导光板4341的端部设置多个发光元件4342。导光板4341通过在与扩散板4352相反一侧具有凹凸形状，可以将导波的光用该凹凸形状散射而向扩散板4352的方向射出。
发光元件4342可以固定于印刷电路板4347。注意，在图18B中示出RGB各颜色的发光元件4342彼此重叠，也可以在纵深方向上RGB各颜色的发光元件4342排列。此外，也可以在导光板4341上与发光元件4342相反一侧的侧面设置反射可见光的反射层4348。
背光单元4340b由于可以减少发光元件4342，因此可以实现低成本且薄型的背光单元。
作为液晶元件也可以使用光散射型液晶元件。作为光散射型液晶元件优选使用包含液晶及高分子的复合材料的元件。例如，可以使用高分子分散型液晶元件。或者，也可以使用高分子网络型液晶(PNLC(Polymer Network Liquid Crystal))元件。
光散射型液晶元件具有夹在一对电极之间的树脂部的三维网络结构中设置有液晶部的结构。作为用于液晶部的材料，例如可以使用向列液晶。此外，作为树脂部可以使用光固化树脂。光固化树脂例如可以使用诸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯等单官能团单体；二丙烯酸酯、三丙烯酸酯、二甲基丙烯酸酯、三甲基丙烯酸酯等多官能团单体；或者混合上述物质的聚合性化合物。
光散射型液晶元件利用液晶材料的折射率的各向异性，通过使光透过或散射进行显示。此外，树脂部也可以具有折射率的各向异性。在根据施加到光散射型液晶元件的电压液晶分子在一定方向上排列时，产生液晶部及树脂部的折射率的差异变小的方向，沿着该方向入射的光透过而不在液晶部散射。因此，光散射型液晶元件从该方向被看为透明状态。另一方面，在根据被施加的电压液晶分子无规排列时，液晶部及树脂部的折射率的差异没有很大的变化，因此入射光被液晶部散射。因此，光散射型液晶元件不管观看方向如何成为不透明状态。
图19A是将图18A的显示装置的液晶元件4013置换成光散射型液晶元件4016的结构。光散射型液晶元件4016包括具有液晶部及树脂部的复合层4009、第一电极层4030以及第二电极层4031。关于场序制驱动的构成要素与图18A相同，在使用光散射型液晶元件4016时，不需要取向膜及偏振片。注意，间隔物4035的形状为球状，但是也可以为柱状。
图19B示出将图18B的显示装置的液晶元件4013置换成光散射型液晶元件4016的结构。图18B所示的结构优选为在不对光散射型液晶元件4016施加电压时透过光而在施加电压时散射光的模式工作的结构。通过采用该结构，可以在正常状态(非显示状态)下成为透明显示装置。此时，可以在散射光的工作时进行彩色显示。
图20A至图20E示出图19B所示的显示装置的变形例子。注意，在图20A至图20E中，为了容易理解，示出图19B的一部分的构成要素而省略其他构成要素。
图20A示出第一衬底4001被用作导光板的结构。在第一衬底4001的外侧的面也可以设置凹凸形状。在该结构中不需要另行设置导光板，因此可以降低制造成本。此外，由于不产生因该导光板导致的光衰减，所以可以高效地利用发光元件4342所发射的光。
图20B示出从复合层4009的端部附近入射光的结构。通过利用复合层4009与第二衬底4006的界面以及复合层4009与第一衬底4001的界面的全反射，可以将光从光散射型液晶元件射出到外部。作为复合层4009的树脂部使用其折射率比第一衬底4001及第二衬底4006大的材料。
注意，发光元件4342不仅设置在显示装置的一边，而且如图20C所示也可以设置在对置的两边。再者，也可以设置在三边或四边。通过将发光元件4342设置在多个边，可以补充光衰减，也可以对应于大面积的显示元件。
图20D示出从发光元件4342发射的光经过镜子4345引导显示装置的结构。通过该结构，由于可以容易对显示装置从一定角度进行导光，因此可以高效地得到全反射光。
图20E示出复合层4009上层叠层4003及层4004的结构。层4003和层4004中的一个为玻璃衬底等支撑体，另一个可以由无机膜、有机树脂的覆盖膜或薄膜等形成。作为复合层4009的树脂部使用其折射率比层4004大的材料。此外，作为层4004使用其折射率比层4003大的材料。
在复合层4009与层4004之间形成第一个界面，在层4004与层4003之间形成第二个界面。通过该结构，不在第一个界面全反射而经过的光在第二个界面全反射，可以回到复合层4009。因此，可以高效地利用发光元件4342所发射的光。
注意，图19B及图20A至图20E的结构可以彼此组合。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式3)
在本实施方式中，参照附图说明可以代替上述实施方式所示的各晶体管而使用的晶体管的一个例子。
本发明的一个方式的显示装置可以使用底栅型晶体管或顶栅型晶体管等各种形态的晶体管来制造。因此，可以很容易地对应于现有的生产线更换所使用的半导体层材料或晶体管结构。
[底栅型晶体管]
图21A1示出底栅型晶体管之一的沟道保护型晶体管810的沟道长度方向的截面图。在图21A1中，晶体管810形成在衬底771上。另外，晶体管810在衬底771上隔着绝缘层772包括电极746。另外，在电极746上隔着绝缘层726包括半导体层742。电极746可以被用作栅电极。绝缘层726可以被用作栅极绝缘层。
另外，在半导体层742的沟道形成区域上包括绝缘层741。此外，在绝缘层726上以与半导体层742的一部分接触的方式包括电极744a及电极744b。电极744a可以被用作源电极和漏电极中的一个。电极744b可以被用作源电极和漏电极中的另一个。电极744a的一部分及电极744b的一部分形成在绝缘层741上。
绝缘层741可以被用作沟道保护层。通过在沟道形成区域上设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742露出。由此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742的沟道形成区域被蚀刻。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。
另外，晶体管810在电极744a、电极744b及绝缘层741上包括绝缘层728，在绝缘层728上包括绝缘层729。
当将氧化物半导体用于半导体层742时，优选将能够从半导体层742的一部分中夺取氧而产生氧空位的材料用于电极744a及电极744b的至少与半导体层742接触的部分。半导体层742中的产生氧空位的区域的载流子浓度增加，该区域n型化而成为n型区域(n+区域)。因此，该区域能够被用作源区域或漏区域。当将氧化物半导体用于半导体层742时，作为能够从半导体层742中夺取氧而产生氧空位的材料的一个例子，可以举出钨、钛等。
通过在半导体层742中形成源区域及漏区域，可以降低电极744a及电极744b与半导体层742的接触电阻。因此，可以使场效应迁移率及阈值电压等晶体管的电特性良好。
当将硅等半导体用于半导体层742时，优选在半导体层742与电极744a之间及半导体层742与电极744b之间设置被用作n型半导体或p型半导体的层。用作n型半导体或p型半导体的层可以被用作晶体管的源区域或漏区域。
绝缘层729优选使用具有防止杂质从外部扩散到晶体管中或者降低杂质的扩散的功能的材料形成。此外，根据需要也可以省略绝缘层729。
图21A2所示的晶体管811的与晶体管810不同之处在于：在绝缘层729上包括可用作背栅电极的电极723。电极723可以使用与电极746同样的材料及方法形成。
一般而言，背栅电极使用导电层来形成，并以半导体层的沟道形成区域被栅电极与背栅电极夹持的方式设置。因此，背栅电极可以具有与栅电极同样的功能。背栅电极的电位可以与栅电极相等，也可以为接地电位(GND电位)或任意电位。另外，通过不跟栅电极联动而独立地改变背栅电极的电位，可以改变晶体管的阈值电压。
电极746及电极723都可以被用作栅电极。因此，绝缘层726、绝缘层728及绝缘层729都可以被用作栅极绝缘层。另外，也可以将电极723设置在绝缘层728与绝缘层729之间。
注意，当将电极746和电极723中的一个称为“栅电极”时，将另一个称为“背栅电极”。例如，在晶体管811中，当将电极723称为“栅电极”时，将电极746称为“背栅电极”。另外，当将电极723用作“栅电极”时，晶体管811是顶栅型晶体管之一种。此外，有时将电极746和电极723中的一个称为“第一栅电极”，有时将另一个称为“第二栅电极”。
通过隔着半导体层742设置电极746及电极723并将电极746及电极723的电位设定为相同，半导体层742中的载流子流过的区域在膜厚度方向上更加扩大，所以载流子的移动量增加。其结果是，晶体管811的通态电流增大，并且场效应迁移率也增高。
因此，晶体管811是相对于占有面积具有较大的通态电流的晶体管。也就是说，可以相对于所要求的通态电流缩小晶体管811的占有面积。根据本发明的一个方式，可以缩小晶体管的占有面积。因此，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
另外，由于栅电极及背栅电极使用导电层形成，因此具有防止在晶体管的外部产生的电场影响到形成沟道的半导体层的功能(尤其是对静电等的电场遮蔽功能)。另外，当将背栅电极形成得比半导体层大以使用背栅电极覆盖半导体层时，能够提高电场遮蔽功能。
另外，通过使用具有遮光性的导电膜形成背栅电极，能够防止光从背栅电极一侧入射到半导体层。由此，能够防止半导体层的光劣化，并防止晶体管的阈值电压漂移等电特性劣化。
根据本发明的一个方式，可以实现可靠性良好的晶体管。另外，可以实现可靠性良好的半导体装置。
图21B1是与图21A1不同的结构的沟道保护型晶体管820的沟道长度方向的截面图。晶体管820具有与晶体管810大致相同的结构，而不同之处在于：绝缘层741覆盖半导体层742的端部。在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的开口部中，半导体层742与电极744a电连接。另外，在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的其他开口部中，半导体层742与电极744b电连接。绝缘层729的与沟道形成区域重叠的区域可以被用作沟道保护层。
图21B2所示的晶体管821的与晶体管820不同之处在于：在绝缘层729上包括可以被用作背栅电极的电极723。
通过设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时产生的半导体层742的露出。因此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被薄膜化。
另外，与晶体管810及晶体管811相比，晶体管820及晶体管821的电极744a与电极746之间的距离及电极744b与电极746之间的距离更长。因此，可以减少产生在电极744a与电极746之间的寄生电容。此外，可以减少产生在电极744b与电极746之间的寄生电容。根据本发明的一个方式，可以提供一种电特性良好的晶体管。
图21C1是作为底栅型晶体管之一的沟道蚀刻型晶体管825的沟道长度方向的截面图。在晶体管825中，不使用绝缘层741形成电极744a及电极744b。因此，在形成电极744a及电极744b时露出的半导体层742的一部分有时被蚀刻。另一方面，由于不设置绝缘层741，可以提高晶体管的生产率。
图21C2所示的晶体管826的与晶体管825的不同之处在于：在绝缘层729上具有可以用作背栅电极的电极723。
图22A1至图22C2是晶体管810、811、820、821、825、826的沟道宽度方向的截面图。
在图22B2和图22C2所示的结构中，栅电极和背栅电极彼此连接，由此栅电极和背栅电极的电位相同。此外，半导体层742被夹在栅电极和背栅电极之间。
在沟道宽度方向上，栅电极和背栅电极的长度比半导体层742大，并且半导体层742整体夹着绝缘层726、741、728、729被栅电极或背栅电极覆盖。
通过采用该结构，可以由栅电极及背栅电极的电场电围绕包括在晶体管中的半导体层742。
可以将如晶体管821或晶体管826那样的利用栅电极及背栅电极的电场电围绕形成沟道形成区域的半导体层742的晶体管的装置结构称为Surrounded channel(S-channel：围绕沟道)结构。
通过采用S-channel结构，可以利用栅电极和背栅电极中的一个或两个对半导体层742有效地施加用来引起沟道形成的电场，由此晶体管的电流驱动能力得到提高，从而可以得到较高的通态电流特性。此外，由于可以增加通态电流，所以可以使晶体管微型化。此外，通过采用S-channel结构，可以提高晶体管的机械强度。
[顶栅型晶体管]
图23A1所示的晶体管842是顶栅型晶体管之一。电极744a及电极744b在形成于绝缘层728及绝缘层729中的开口与半导体层742电连接。
另外，去除不与电极746重叠的绝缘层726的一部分，以电极746及剩余的绝缘层726为掩模将杂质引入到半导体层742，由此可以在半导体层742中以自对准(self-alignment)的方式形成杂质区域。晶体管842包括绝缘层726超过电极746的端部延伸的区域。半导体层742的通过绝缘层726被引入杂质的区域的杂质浓度低于不通过绝缘层726被引入杂质的区域。因此，在半导体层742的与绝缘层726重叠且不与电极746重叠的区域中形成LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)区域。
图23A2所示的晶体管843的与晶体管842不同之处在于：包括电极723。晶体管843包括形成在衬底771上的电极723。电极723具有隔着绝缘层772与半导体层742重叠的区域。电极723可以被用作背栅电极。
另外，如图23B1所示的晶体管844及图23B2所示的晶体管845那样，也可以完全去除不与电极746重叠的区域的绝缘层726。另外，如图23C1所示的晶体管846及图23C2所示的晶体管847那样，也可以不去除绝缘层726。
在晶体管842至晶体管847中，也可以在形成电极746之后以电极746为掩模而将杂质引入到半导体层742，由此在半导体层742中自对准地形成杂质区域。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。另外，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
图24A1至图24C2是晶体管842、843、844、845、846、847的沟道宽度方向的截面图。
晶体管843、晶体管845及晶体管847具有上述S-channel结构。但是，不局限于此，晶体管843、晶体管845及晶体管847也可以不具有S-channel结构。
本实施方式可以与其他实施方式等中记载的结构适当地组合而实施。
(实施方式4)
作为能够使用本发明的一个方式的显示装置的电子设备，可以举出显示器件、个人计算机、具备记录媒体的图像存储装置及图像再现装置、移动电话、包括便携式游戏机的游戏机、便携式数据终端、电子书阅读器、拍摄装置诸如视频摄像机或数码相机等、护目镜型显示器(头戴式显示器)、导航系统、音频再现装置(汽车音响系统、数字音频播放器等)、复印机、传真机、打印机、多功能打印机、自动柜员机(ATM)以及自动售货机等。图25示出这些电子设备的具体例子。
图25A是数码相机，包括外壳961、快门按钮962、麦克风963、扬声器967、显示部965、操作键966、变焦钮968、透镜969等。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部965，可以进行各种图像的显示。
图25B是数字标牌，包括大型显示部922。例如，安装到柱子921的侧面。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部922，可以进行显示品质高的显示。
图25C是移动电话机的一个例子，包括外壳951、显示部952、操作按钮953、外部连接端口954、扬声器955、麦克风956、照相机957等。该移动电话机在显示部952中包括触摸传感器。通过用手指或触屏笔等触摸显示部952可以进行打电话或输入文字等所有操作。另外，外壳951及显示部952具有柔性而可以如图示那样弯折地使用。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部952，可以进行各种图像的显示。
图25D是视频摄像机，包括第一外壳901、第二外壳902、显示部903、操作键904、透镜905、连接部906、扬声器907等。操作键904及透镜905设置在第一外壳901中，而显示部903设置在第二外壳902中。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部903，可以进行各种图像的显示。
图25E是电视机，包括外壳971、显示部973、操作键974、扬声器975、通信用连接端子976及光电传感器977等。显示部973设置有触摸传感器，可以进行输入操作。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部973，可以进行各种图像的显示。
图25F是便携式数据终端，包括外壳911、显示部912、扬声器913、照相机919等。通过利用显示部912所包括的触摸屏可以输入或输出数据。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部912，可以进行各种图像的显示。
本实施方式可以与其他实施方式等所记载的结构适当地组合而实施。
[符号说明]
10：像素、11：电路、11a：电路、11b：电路、12：源极驱动器、12a：源极驱动器、12b：源极驱动器、13：栅极驱动器、15：显示区域、16：选择电路、101：晶体管、102：晶体管、103：晶体管、104：电容器、105：晶体管、106：电容器、110：电路区块、111：晶体管、112：晶体管、113：电容器、114：发光元件、115：晶体管、116：电容器、117：液晶元件、118：晶体管、119：晶体管、120：电路、121：布线、121a：布线、121b：布线、122：布线、122a：布线、122b：布线、123：布线、124：布线、125：布线、127：布线、128：布线、129：布线、130：布线、131：布线、132：布线、133：布线、134：布线、135：布线、136：像素间距、138：布线、215：显示部、221a：扫描线驱动电路、231a：信号线驱动电路、232a：信号线驱动电路、241a：共通线驱动电路、723：电极、724a：电极、724b：电极、726：绝缘层、728：绝缘层、729：绝缘层、741：绝缘层、742：半导体层、744a：电极、744b：电极、746：电极、771：衬底、772：绝缘层、810：晶体管、811：晶体管、820：晶体管、821：晶体管、825：晶体管、826：晶体管、842：晶体管、843：晶体管、844：晶体管、845：晶体管、846：晶体管、847：晶体管、901：外壳、902：外壳、903：显示部、904：操作键、905：透镜、906：连接部、907：扬声器、911：外壳、912：显示部、913：扬声器、919：照相机、921：柱子、922：显示部、951：外壳、952：显示部、953：操作按钮、954：外部连接端口、955：扬声器、956：麦克风、957：照相机、961：外壳、962：快门按钮、963：麦克风、965：显示部、966：操作键、967：扬声器、968：变焦钮、969：透镜、971：外壳、973:显示部、974：操作键、975：扬声器、976：通信用连接端子、977：光电传感器、4001：衬底、4003：层、4004：层、4005：密封剂、4006：衬底、4008：液晶层、4009：复合层、4010：晶体管、4011：晶体管、4013：液晶元件、4014：布线、4015：电极、4016：光散射型液晶元件、4017：电极、4018：FPC、4019：各向异性导电层、4020：电容器、4021：电极、4022：晶体管、4023：晶体管、4030：电极层、4031：电极层、4032：绝缘层、4033：绝缘层、4035：间隔物、4041：印刷电路板、4042：集成电路、4102：绝缘层、4103：绝缘层、4104：绝缘层、4110：绝缘层、4111：绝缘层、4112：绝缘层、4131：着色层、4132：遮光层、4133：绝缘层、4200：输入装置、4210：触摸屏、4227：电极、4228：电极、4237：布线、4238：布线、4239：布线、4263：衬底、4272b：FPC、4273b：IC、4340a：背光单元、4340b：背光单元、4341：导光板、4342：发光元件、4344：透镜、4345：镜子、4347：印刷电路板、4348：反射层、4352：扩散板、4510：分隔壁、4511：发光层、4513：发光元件、4514：填充剂
Claims (12)
1.一种显示装置，包括：
像素；以及
第一电路，
其中，所述像素与所述第一电路电连接，
所述第一电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第一电容器，
所述第一晶体管、所述第二晶体管及所述第三晶体管设置在显示区域的外部，
所述第一电容器和所述像素设置在所述显示区域的内部，
所述第一电路具有对第一数据及第二数据进行加法运算并生成第三数据的功能，
所述像素具有保持所述第三数据的功能及根据所述第三数据进行显示的功能，
所述第一晶体管的源极和漏极中的一个与所述像素及所述第一电容器的一个电极电连接，
所述第一电容器的另一个电极与所述第二晶体管的源极和漏极中的一个及所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，
并且，所述第一电容器包括多个第二电容器，所述多个第二电容器并联连接。
2.一种显示装置，包括：
像素；以及
第一电路，
其中，所述像素与所述第一电路电连接，
所述第一电路包括晶体管及第一电容器，
所述晶体管设置在显示区域的外部，
所述第一电容器设置在所述显示区域的内部，
所述第一电路具有对第一数据及第二数据进行加法运算并生成第三数据的功能，
并且，所述像素具有保持所述第三数据的功能及根据所述第三数据进行显示的功能。
3.根据权利要求2所述的显示装置，
其中所述第一电容器包括多个第二电容器，所述多个第二电容器并联连接。
4.根据权利要求2或3所述的显示装置，
其中所述第一电路包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管及第一电容器，
所述第一晶体管的源极和漏极中的一个与所述像素电连接，
所述第一晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一电容器的一个电极电连接，
所述第一电容器的另一个电极与所述第二晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第二晶体管的源极和漏极中的一个与所述第三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
并且所述第一晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的显示装置，
其中所述像素包括第四晶体管及第二电路，
所述第四晶体管的源极和漏极中的一个与所述第一电路电连接，
所述第四晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二电路电连接，
并且所述第二电路包括显示元件。
6.根据权利要求5所述的显示装置，
其中所述第二电路包括第五晶体管、第三电容器及作为所述显示元件的发光元件，
所述第五晶体管的栅极与所述第四晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，
所述第五晶体管的源极和漏极中的一个与所述发光元件的一个电极电连接，
所述发光元件的一个电极与所述第三电容器的一个电极电连接，
并且所述第三电容器的另一个电极与所述第五晶体管的栅极电连接。
7.根据权利要求6所述的显示装置，
其中所述第二电路包括第六晶体管，
所述第六晶体管的源极和漏极中的一个与所述发光元件的一个电极电连接，
并且所述第六晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第五晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
8.根据权利要求5所述的显示装置，
其中所述第二电路包括作为所述显示元件的液晶元件，
并且所述液晶元件的一个电极与所述第四晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
9.根据权利要求8所述的显示装置，
其中所述第二电路包括第四电容器，
并且所述第四电容器的一个电极与所述液晶元件的一个电极电连接。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的显示装置，
其中所述第一电路及所述像素所包括的晶体管在沟道形成区域中包含金属氧化物，
并且所述金属氧化物包含In、Zn及M(M为Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的显示装置，
其中所述第一电路所包括的晶体管的沟道宽度比所述像素所包括的晶体管的沟道宽度大。
12.一种电子设备，包括：
权利要求2至11中任一项所述的显示装置；以及
照相机。
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