CN112639944A

CN112639944A - 显示装置

Info

Publication number: CN112639944A
Application number: CN201980057734.4A
Authority: CN
Inventors: 山崎舜平; 高桥圭; 川岛进; 楠纮慈; 渡边一德
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2019-09-03
Publication date: 2021-04-09
Also published as: US20210193029A1; KR20210046063A; JPWO2020053701A1; US20230046927A1; US11501695B2; US11869417B2; US20240046857A1; WO2020053701A1

Abstract

降低显示装置的功耗。降低显示装置的驱动电路的功耗。显示装置所具备的像素包括显示元件，并具有根据输入的第一脉冲信号而保持的第一电压的功能，以及使用将根据输入的第二脉冲信号的第二电压与第一电压相加而得到的第三电压驱动像素元件的功能。

Description

显示装置

技术领域

本发明的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置及其驱动方法。

注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等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、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、这些装置的驱动方法或这些装置的制造方法。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。

背景技术

近年来，对智能手机等移动电话机、平板信息终端、笔记本型PC(个人计算机)、便携式游戏机等所包括的显示装置在各种方面上进行改良。例如，对显示装置进行开发，以提高分辨率及颜色再现性，减小驱动电路或者降低功耗等。

例如，作为显示装置中的像素电路所包括的开关元件，可以举出将金属氧化物应用于沟道形成区域中的晶体管的技术等。特别是，作为该金属氧化物可以使用In-Ga-Zn类氧化物。专利文献1公开了将沟道形成区域中包含In-Ga-Zn类氧化物的晶体管用于显示装置的像素电路的发明。

另外，例如，专利文献2中记载有为了在包括发光元件的显示装置上显示多灰度的图像而使用多灰度线性数字模拟转换电路的源极驱动器IC的发明。

[先行技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利申请公开第2010-156963号公报

[专利文献2]美国专利第8462145号说明书

发明内容

发明所要解决的技术问题

为了显示高质量的图像，例如，显示装置被要求具有高分辨率、多灰度、广色域等。例如，为了在液晶元件或包括有机EL(ElectroLuminescence：电致发光)元件等发光元件的显示装置中显示多灰度的图像，需要适当地设计源极驱动器电路。

然而，为了对多灰度的图像数据进行处理，需要提高包括在源极驱动器电路中的数字模拟转换电路的分辨率。另一方面，在设计分辨率高的数字模拟转换电路的情况下，该数字模拟转换电路的面积增大。

另外，与生成数字信号的电路部相比，包括在源极驱动器电路中的数字模拟转换电路等处理模拟信号的电路部需要更高的电源电压。因此，很难降低源极驱动器电路的功耗。此外，装有显示面板的设备需要至少两种生成电路电压的电路。

本发明的一个方式的目的之一是降低显示装置的功耗。另外，本发明的一个方式的目的之一是降低显示装置的驱动电路的功耗。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有可以由单个电源电压驱动的源极驱动器电路的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是降低具有显示装置的设备的功耗。此外，本发明的一个方式的目的之一是使显示装置、驱动电路或具有显示装置的设备的结构简化。

另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够生成多灰度的图像数据的像素电路(在本说明书等中也记载为半导体装置)。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该半导体装置的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该显示装置的电子设备。

另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有电路面积小的源极驱动器电路的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有功耗低的源极驱动器电路的显示装置。

注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的目的。

解决技术问题的手段

本发明的一个方式是一种包括像素的显示装置。像素包括显示元件，并且具有保持根据输入的第一脉冲信号的第一电压的功能、以及使用将根据输入的第二脉冲信号的第二电压与第一电压相加而得到的第三电压驱动像素元件的功能。

另外，在上述显示装置中，显示元件优选为发光元件。此时，发光元件优选根据第三电压的亮度而发光。另外，发光元件优选使用有机EL元件或发光二极管。此外，发光二极管优选使用微型(Micro)LED或小型(Mini)LED。

另外，在上述显示装置中，显示元件优选为液晶元件。此时，液晶元件优选根据第三电压而改变液晶的取向。

另外，在上述显示装置中，优选具有供应第一脉冲信号的第一驱动电路。此时，第一驱动电路中的用来生成第一脉冲信号的第一电源电压优选比第三电压的最大值低。并且，第一驱动电路优选在不升高第一电源电压的情况下生成第一脉冲信号。此外，第一电源电压优选为第三电压的最大值的一半、或其附近的电压。

另外，在上述显示装置中，优选具有控制第一驱动电路的系统电路。此时，系统电路优选具有向第一驱动电路供应第一电源电压的功能。

另外，在上述显示装置中，优选的是，系统电路的驱动电压之一为1.8V、2.5V、3.3V或其附近，并且系统电路具有将与驱动电压相同的电压作为第一电源电压供应到第一驱动电路的功能。

此外，在上述显示装置中，由系统电路向第一驱动电路供应的第一电压优选在不被升高的情况下被供应。

发明效果

根据本发明的一个方式，可以降低显示装置的功耗。另外，可以降低显示装置的驱动电路的功耗。另外，可以提供具有能够由单个电源电压驱动的源极驱动器电路的显示装置。另外，可以降低具有显示装置的设备的功耗。此外，可以使显示装置、驱动电路或具有显示装置的设备的结构简化。

另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够生成多灰度的图像数据的半导体装置。另外，可以提供一种具有电路面积小的源极驱动器电路的显示装置。此外，可以提供一种具有功耗低的源极驱动器电路的显示装置。

注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的效果。

附图说明

图1是示出显示装置的一个例子的方框图。

图2A及图2B是示出像素的一个例子的电路图。

图3是示出像素的一个例子的电路图。

图4是用来说明像素的工作例子的时序图。

图5A至图5C是示出像素的一个例子的电路图。

图6A及图6B是示出像素的一个例子的电路图。

图7A及图7B是示出显示装置的一个例子的俯视图。

图8A及图8B是示出触摸面板的一个例子的透视图。

图9是示出显示装置的一个例子的截面图。

图10是示出显示装置的一个例子的截面图。

图11是示出显示装置的一个例子的截面图。

图12A1至图12C2是示出晶体管的结构例子的截面图。

图13A1至图13C2是示出晶体管的结构例子的截面图。

图14A至图14F是示出电子设备的一个例子的透视图。

图15A及图15B是示出电子设备的一个例子的透视图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，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，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。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，在下面说明的发明结构中，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，而省略反复说明。此外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。

注意，在本说明书所说明的各个附图中，有时为了明确起见，夸大表示各构成要素的大小、层的厚度、区域。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。

在本说明书等中使用的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的，而不是为了在数目方面上进行限定的。

在本说明书等中，显示装置的一个方式的显示面板是指能够在显示面显示(输出)图像等的面板。因此，显示面板是输出装置的一个方式。

在本说明书等中，有时将在显示面板的衬底上安装有例如FPC(Flexible PrintedCircuit：柔性印刷电路)或TCP(Tape Carrier Package：载带封装)等连接器的结构或在衬底上以COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方式等直接安装IC的结构称为显示面板模块或显示模块，或者也简称为显示面板等。

(实施方式1)

在本实施方式中，说明本发明的一个方式的半导体装置及具有该半导体装置的显示装置。

<显示装置的电路结构>

图1是示出显示装置DD的一个例子的方框图。显示装置DD包括显示部PA、源极驱动器电路SD及栅极驱动器电路GD。

显示部PA包括多个像素PIX。图1仅示出在显示部PA中包括的多个像素PIX的其中之一，而省略其他像素PIX。优选矩阵状地配置显示部PA所包括的多个像素PIX。

像素PIX经过布线DL与源极驱动器电路SD电连接。像素PIX经过布线GL与栅极驱动器电路GD电连接。显示部PA因为包括多个像素PIX，所以可以使多个像素PIX与布线DL及布线GL电连接。另外，根据显示部PA所包括的像素PIX的个数，可以分别设置多个布线DL及多个布线GL。再者，根据像素PIX的电路结构，可以采用一个像素PIX与多个布线DL或多个布线GL电连接的结构。

像素PIX可以包括一个以上的子像素。例如，对像素PIX可以使用包括一个子像素的结构(红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及白色(W)等中的一个颜色)、包括三个子像素的结构(红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)的三个颜色等)、或者包括四个以上的子像素的结构(例如,红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及白色(W)的四个颜色、或者红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及黄色(Y)的四个颜色等)。注意，适用于子像素的颜色要素不局限上述，根据需要可以组合青色(C)及品红色(M)等。

像素PIX包括至少一个显示元件。作为显示元件，可以使用发光元件、液晶元件、微囊、电泳元件、电润湿元件、电流体元件、电致变色元件、MEMS元件等的各种显示元件。

作为上述发光元件,可以使用有机EL元件、LED(LightEmittingDiode：发光二极管)元件、无机EL元件等。

作为LED元件，按照尺寸大小依次包括大型(Macro)LED(也称为巨型LED)、小型LED、微型LED等。在此，将边长为大于1mm的LED芯片称为大型LED、大于100μm且1mm以下的称为小型LED、100μm以下的称为微型LED。作为适用于像素PIX的LED元件，尤其优选使用小型LED或微型LED。通过使用微型LED，可以实现分辨率极高的显示装置。

源极驱动器电路SD具有生成用来输入到显示部PA所包括的像素PIX的图像数据的功能、将该图像数据发送到像素PIX的功能。

例如，源极驱动器电路SD可以包括移位寄存器SR、锁存电路LAT、电平转换电路LVS、数字模拟转换电路DAC、放大器电路AMP及数据总线布线DB。在图1中，移位寄存器SR的输出端子与锁存电路LAT的时钟输入端子电连接，锁存电路LAT的输入端子与数据总线布线DB电连接，锁存电路LAT的输出端子与电平转换电路LVS的输入端子电连接，电平转换电路LVS的输出端子与数字模拟转换电路DAC的输入端子电连接，数字模拟转换电路DAC的输出端子与放大器电路AMP的输入端子电连接，放大器电路AMP的输出端子与显示部PA电连接。

注意，图1所示的锁存电路LAT、电平转换电路LVS、数字模拟转换电路DAC、放大器电路AMP是对一个布线DL设置的。换言之，根据布线DL的个数，需要分别设置多个锁存电路LAT、多个电平转换电路LVS、多个数字模拟转换电路DAC及多个放大器电路AMP。另外，此时，移位寄存器SR具有对多个锁存电路LAT的时钟输入端子的每一个依次发送脉冲信号的结构即可。

数据总线布线DB是用来发送包含要输入到显示部PA的图像数据的数字信号的布线。该图像数据具有灰度，灰度越大越可以平滑地表现颜色或亮度的变化，并且可以在显示部PA中显示更自然的图像。然而，灰度越大，该图像数据的数据量越大，因此需要高分辨率的数字模拟转换电路。

对锁存电路LAT的输入端子从数据总线布线DB输入包含图像数据的数字信号。并且，根据从移位寄存器SR发送的信号，锁存电路LAT进行保持该图像数据的工作和将所保持的该图像数据从输出端子输出的工作中的一个。

电平转换电路LVS具有将输入信号转换为具有振幅更大的电压或振幅更小的电压的输出信号的功能。在图1中，电平转换电路LVS具有将从锁存电路LAT发送的包含图像数据的数字信号的振幅电压转换为数字模拟转换电路DAC适当工作的振幅电压的功能。

数字模拟转换电路DAC具有将被输入的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号的功能及将该模拟信号从输出端子输出的功能。尤其是，在显示部PA中表示多灰度的图像数据的情况下，数字模拟转换电路DAC需要具有高分辨率的数字模拟转换电路。

放大器电路AMP具有将输入到输入端子的模拟信号放大(例如，将电压或电流放大)并输出到输出端子的功能。通过在数字模拟转换电路DAC和显示部PA之间设置放大器电路AMP，可以将图像数据稳定地发送到显示部PA。作为放大器电路AMP，可以适用包括运算放大器等的电压跟随器电路等。注意，在作为放大器电路使用具有差分输入电路的电路的情况下，该差分输入电路的偏置电压优选为无限趋近于0V。

通过进行上述工作，源极驱动器电路SD可以将从数据总线布线DB发送的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号并将该信号发送到显示部PA。源极驱动器电路SD具有生成为模拟信号的第一信号S1及第二信号S2并经过布线DL将其供应到像素PIX的功能。在此，第一信号S1及第二信号S2是根据图像数据分别具有振幅的脉冲信号。

栅极驱动器电路GD具有在显示部PA所包括的多个像素PIX中选择成为被输入图像数据的像素PIX的功能。

作为向显示部PA输入图像数据的方法，例如有如下：栅极驱动器电路GD对与某一个布线GL电连接的多个像素PIX发送选择信号，使包含在多个像素PIX中的图像数据的写入开关元件为开启状态，然后，从源极驱动器电路SD经过布线DL对多个像素PIX发送图像数据来进行写入即可。

注意，本发明的一个方式不局限于图1所示的显示装置DD的结构。作为本发明的一个方式，例如根据设计规格、目的等的情况，可以适当地改变显示装置DD的构成要素。

在将多灰度的图像显示在显示部PA的情况下，只要提高数字模拟转换电路DAC的分辨率即可，然而，此时因为数字模拟转换电路DAC增大，所以有时源极驱动器电路SD的电路面积增大。当使源极驱动器电路SD所包括的电路中的晶体管或电容器等的电路元件缩小以便缩小源极驱动器电路SD的电路面积时，由于寄生电阻或制造电路元件时引起的结构的不均匀的影响等，有时电路元件的电特性受到不良影响。

鉴于上述记载，本发明的一个方式为以下结构：由于电容耦合，将像素PIX的图像数据的保持部的电位改变为比数字模拟转换电路DAC分辨率更高的电位。由此，因为无需提高数字模拟转换电路的分辨率，所以可以使用分辨率低的数字模拟转换电路。因此，可以缩小包括数字模拟转换电路DAC的源极驱动器电路SD的电路面积，并且可以降低源极驱动器电路SD的功耗。

在图1中示出显示装置DD具有系统电路SYS的例子。系统电路SYS具有控制源极驱动器电路SD的工作的功能。例如，系统电路SYS具有向源极驱动器电路SD供应数据信号、时钟信号、起始脉冲信号等各种信号及电源电压的功能。

在此，示出作为系统电路SYS包括电源生成部PU和控制部CU的例子。

控制部CU至少包括逻辑电路。例如，可以为包括CPU(CentralProcessingUnit：中央处理器)或GPU(GraphicsProcessingUnit：图形处理器)等的处理器的结构。

电源生成部PU具有生成供应到控制部CU及源极驱动器电路SD的电源电压VDD的功能。例如，电源生成部PU可以变换由电池或电源插头等供应的电力并生成电源电压VDD。

如后面所述，显示装置DD所包括的像素PIX可以使用两个信号(第一信号S1及第二信号S2)来生成将其振幅相加而得到的电压从而驱动显示元件。因此，当以最大灰度值显示像素PIX时，源极驱动器电路SD供应的第一信号S1和第二信号S2的电压可以是将二者相加而得到的电压的一半或其附近的值。

因此，源极驱动器电路SD不需要用来生成高电源电压的模拟信号且可以由单个电源电压VDD进行工作。在图1中，可以使由系统电路SYS供应到源极驱动器电路SD的电源电压VDD和用来驱动控制部CU的电源电压VDD相同。由系统电路SYS供应的电源电压VDD被供应到源极驱动器电路SD中的移位寄存器SR、锁存电路LAT、电平转换电路LVS、数字模拟转换电路DAC及放大器电路AMP。注意，此时也可以省略电平转换电路LVS。

通过采用这样的结构，系统电路SYS和源极驱动器电路SD之间不需要用来增大电源电压的DCDC转换器等的升压电路。也就是说，由系统电路SYS供应到源极驱动器电路SD的电源电压VDD在不被增大的情况下直接被供应到源极驱动器电路SD，并用于生成第一信号S1及第二信号S2。

另外，由于不需要在源极驱动器电路SD内设置用来增大电源电压VDD的升压电路，不仅可以使源极驱动器电路SD的电路结构简化，还可以降低源极驱动器电路SD的功耗。也就是说，源极驱动器电路SD在不增大电源电压VDD的情况下能够生成第一信号S1及第二信号S2。

例如，当如系统电路SYS内的控制部CU等的各电路的驱动电压之一为1.8V、2.5V、3.3V或其附近的电压时，可以将该电压作为电源电压VDD供应到源极驱动器电路SD。由此，由于系统电路SYS内的电源生成部PU不需要生成用来供应到源极驱动器电路SD的高电源电压，所以可以使电路结构简化。

由于通过采用这样的结构，可以以低电压驱动源极驱动器电路SD，所以可以显著降低源极驱动器电路SD及显示装置DD的功耗。

注意，在本说明书等中，当记作某电压的附近的电压时，其为包括该电压的±20％的范围内的电压。

<像素的电路结构>

对本发明的一个方式的半导体装置的像素PIX的电路结构的例子进行说明。

下文中例示出的像素PIX具有保持根据从源极驱动器电路SD输入的第一脉冲信号(第一信号S1)的第一电压的功能、以及使用将根据第二脉冲信号(第二信号S2)的第二电压与第一电压相加而得出的第三电压驱动显示元件的功能。也就是说，像素PIX可以以比从源极驱动器电路SD输入的第一脉冲信号及第二脉冲信号的最大电压还要高的电压驱动显示元件。

例如，当将发光元件用于显示元件时，通过使发光元件以根据上述第三电压的亮度发光，可以显示图像。另外，当将液晶元件用于显示元件时，通过根据上述第三电压而改变液晶的取向，来源于背光等光源的光的透过率发生变化并可以显示图像。

此外，图1所示的源极驱动器电路SD用来生成第一信号S1及第二信号S2的电源电压VDD可以低于像素PIX能够生成的第三电压的最大值(例如，当以最高的灰度显示时的第三电压的值)。优选的是，电源电压VDD可以是第三电压的最大值的一半(1/2)或其附近的电压。

图2A所示的像素PIX为作为显示元件使用发光元件时的例子。

图2A所示的像素PIX包括晶体管Tr1至晶体管Tr5、电容器C1、电容器C2及发光元件LD。此外，布线DL、布线WDL、布线GL1至布线GL3、布线VL、布线AL、布线CAT与像素PIX电连接。

晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4及晶体管Tr5分别用作开关元件。晶体管Tr3用作控制流过发光元件LD的电流的驱动晶体管。另外，晶体管Tr1至晶体管Tr5可以适用实施方式3所记载的结构。

布线DL及布线WDL各自为用来向像素PIX发送图像数据的布线，并且为相应于图1的显示装置DD的布线DL的布线。再者，布线GL1至布线GL3各自为对于像素PIX的选择信号线，并且为相应于图1的显示装置DD的布线GL的布线。

布线VL是用来向像素PIX中的特定的节点供应预定的电位的布线。布线AL是用来供应流过发光元件LD的电流的布线。

布线CAT是用来对发光元件LD的阴极端子供应预定的电位的布线。作为预定的电位可以采用例如基准电位、低电平电位及比它们更低的电位等。

晶体管Tr1的第一端子与电容器C1的第一端子电连接，晶体管Tr1的第二端子与布线DL电连接，晶体管Tr1的栅极与布线GL1电连接。晶体管Tr2的第一端子与晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子及电容器C2的第一端子电连接，晶体管Tr2的第二端子与布线WDL电连接，晶体管Tr2的栅极与布线GL2电连接。

注意，在本实施方式中，将晶体管Tr1的第一端子与电容器C1的第一端子的电连接点称为节点ND1，将晶体管Tr2的第一端子与晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子的电连接点称为节点ND2。

在此，经过晶体管Tr2从布线WDL写入到节点ND2的电压(电位)相应于上述第一电压(电位)。另外，经过晶体管Tr1从布线DL写入到节点ND1的电压相应于上述第二电压。此外，通过将第二电压写入到节点ND1，由于经过电容器C1发生的电容耦合，第一电压与第二电压相加且节点ND2的电压发生变化。其结果是，生成的节点ND2的电压相应于上述第三电压。

晶体管Tr3的第一端子与布线AL电连接，晶体管Tr3的第二端子与晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子及电容器C2的第二端子电连接。晶体管Tr4的第二端子与布线VL电连接，晶体管Tr4的栅极与布线GL1电连接。晶体管Tr5的第二端子与发光元件LD的阳极端子电连接，晶体管Tr5的栅极与布线GL3电连接。发光元件LD的阴极端子与布线CAT电连接。

在图2A的像素PIX中，晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr5优选为OS晶体管。尤其是，OS晶体管优选是在沟道形成区域中包含铟、元素M(元素M为铝、镓、钇或锡)和锌中的至少一种的氧化物。此外，在实施方式4中详细地说明该氧化物。通过作为晶体管Tr1、晶体管Tr2及晶体管Tr5采用这样的OS晶体管，可以使晶体管的关态电流极小。在电容器C1的第一端子(节点ND1)中保持数据的情况下，通过作为晶体管Tr1使用OS晶体管，可以防止由于关态电流导致的保持在节点ND1中的数据的损坏。与此同样，在晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子、电容器C2的第一端子及(节点ND2)中保持数据的情况下，通过作为晶体管Tr2使用OS晶体管，可以防止由于关态电流导致的保持在节点ND2中的数据的损坏。此外，在暂时停止发光元件LD的发光的情况下，通过作为晶体管Tr5使用OS晶体管，可以防止由于关态电流导致的发光元件LD的发光。

作为晶体管Tr3及晶体管Tr4，例如，可以使用在沟道形成区域中包含硅的晶体管(以下记为Si晶体管)。作为硅，例如，可以使用氢化非晶硅、微晶硅或多晶硅等。

另外，作为晶体管Tr3及晶体管Tr4，可以使用OS晶体管。尤其是，通过作为晶体管Tr1至晶体管Tr5都使用OS晶体管，可以同时形成每个晶体管，因此有时可以缩短显示部PA的制造步骤。也就是说，可以缩短显示部PA的生产时间，由此可以增加某个单位时间内的生产个数。

《工作例子》

接着，对图2A所示的像素PIX的工作例子进行说明。注意，为了向图2A的像素PIX发送图像数据，像素PIX的布线DL及布线WDL与图1的源极驱动器电路SD电连接。

图4是图2A所示的像素PIX的工作例子的时序图。图4所示的时序图表示时间T1至时间T8及其附近的时间内的布线DL、布线WDL、布线VL、布线GL1至布线GL3、节点ND1及节点ND2的电位的变化。注意，图4所记载的high指的是高电平电位，low指的是低电平电位。另外，图4所记载的V_GND指的是基准电位。

注意，在时间T1至时间T8及其附近的时间内，布线VL一直被施加V_GND。

注意，在本工作例子中，除非特别叙述，晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4及晶体管Tr5均在线形线性区域中工作。也就是说，对晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr4及晶体管Tr5的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压，使得这些晶体管在线性区域中工作。

此外，在本工作例子中，除非特别叙述，晶体管Tr3在饱和区域中工作。也就是说，对晶体管Tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压，使得该晶体管在饱和区域中工作。注意，即使晶体管Tr3的工作偏离理想的饱和区域中的工作，只要所得到的电流的精度在所希望的范围内就也可以看作对晶体管Tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行了适当的偏压。

[时间T1之前]

在时间T1之前，对布线GL1及布线GL2施加低电平电位，并且对布线GL3施加高电平电位。当布线GL1的电位为低电平电位时，对晶体管Tr1及晶体管Tr4的每个栅极施加低电平电位，因此晶体管Tr1及晶体管Tr4处于关闭状态。换言之，布线DL和节点ND1之间成为没有电连接的状态。与此同样，当布线GL2的电位为低电平电位时，对晶体管Tr2的栅极施加低电平电位，因此晶体管Tr2处于关闭状态。换言之，布线WDL和节点ND2之间成为没有电连接的状态。再者，当布线GL3的电位为高电平电位时，对晶体管Tr5的栅极施加高电平电位，因此晶体管Tr5处于开启状态。换言之，发光元件LD的阳极端子和晶体管Tr5的第一端子之间成为没有电连接的状态。

另外，在节点ND2的电位和晶体管Tr3的源极的电位之间的差(栅极-源极电压)高于晶体管Tr3的阈值电压的情况下，晶体管Tr3处于开启状态，根据晶体管Tr3的栅极-源极电压决定晶体管Tr3的源极-漏极之间流过的电流。此时，在晶体管Tr3的第二端子为源极的情况下，从布线AL经过晶体管Tr3及晶体管Tr5向发光元件LD的阴极端子流过电流。由此发光元件LD发光。注意，在图4所示的时序图中，节点ND2的电位记载为V₀，即晶体管Tr3处于关闭状态的电位(换言之，V₀和晶体管Tr3的源极的电位之间的差低于晶体管Tr3的阈值电压，因此发光元件LD也不发光)。

另外，为了简单地说明本工作例子，将时间T1之前的节点ND1的电位也设定为V₀。

在此假定，在时间T1之前，从源极驱动器电路SD向像素PIX没有发送图像数据，并且对布线DL及布线WDL已施加V_GND。

[时间T1]

在时间T1中对布线GL3施加低电平电位。因此，从时间T1至时间T2之间，由于对晶体管Tr5的栅极施加低电平电位，晶体管Tr5处于关闭状态。由此，无论晶体管Tr3处于开启状态还是关闭状态，由于电流都不流向发光元件LD的阳极端子，所以发光元件LD不发光。

[时间T2]

在时间T2中对布线GL1施加高电平电位。因此，从时间T2至时间T3之间，由于对晶体管Tr1及晶体管Tr4的每个栅极施加高电平电位，所以晶体管Tr1及晶体管Tr4处于开启状态。

在晶体管Tr1处于开启状态时，布线DL和节点ND1之间电连接。因此节点ND1的电位成为V_GND。另外，在晶体管Tr4处于开启状态时，布线VL和电容器C2的第二端子电连接。因此，电容器C2的第二端子的电位成为V_GND。

另外，因为电容器C1的第二端子(节点ND2)处于浮动状态，所以在节点ND1的电位变化时，由于电容耦合，节点ND2的电位也变化。注意，根据节点ND1的电位的变化量及电容器C1的静电电容等决定节点ND2的电位的变化量。在本工作例子中，节点ND1的电位从V₀下降至V_GND，因此节点ND2的电位从V₀下降。

[时间T3]

在时间T3中，对布线GL2施加高电平电位。因此，从时间T3至时间T4之间，由于晶体管Tr2的栅极施加高电平电位，所以晶体管Tr2处于开启状态。

在晶体管Tr2处于开启状态时，布线WDL和节点ND2电连接。因此，节点ND2的电位成为V_GND。注意，因为晶体管Tr1处于开启状态，所以节点ND1的电位没有随着节点ND2的电位的变化而变动。与此同样，因为晶体管Tr4处于开启状态，所以电容器C2的第二端子的电位没有随着节点ND2的电位的变化而变动。

[时间T4]

在时间T4中，作为图像数据，从源极驱动器电路SD对布线DL及布线WDL发送模拟信号。在此，作为模拟信号的电位，对布线DL及布线WDL输入V_data。

因为晶体管Tr1处于开启状态，所以从布线DL对电容器C1的第一端子(节点ND1)施加V_data。另外，因为晶体管Tr2也处于开启状态，所以从布线WDL对晶体管Tr3的栅极、电容器C1的第二端子及电容器C2的第一端子(节点ND2)施加V_data。注意，因为晶体管Tr4处于开启状态，所以电容器C2的第二端子的电位没有随着节点ND1及节点ND2的电位的变化而变动。

[时间T5]

在时间T5中，对布线GL2施加低电平电位。因此，从时间T5至时间T6之间，由于对晶体管Tr2的栅极施加低电平电位，所以晶体管Tr2处于关闭状态。

在晶体管Tr2处于关闭状态时，布线WDL和节点ND2成为没有电连接的状态。因此，节点ND2处于浮动状态。

[时间T6]

在时间T6中，从源极驱动器电路SD对布线DL及布线WDL发送信号，该信号是对时间T4至时间T5之间被输入的电位V_data加上△V_data的高度的电位的信号。换言之，布线DL及布线WDL的每个电位成为V_data+△V_data。

因为晶体管Tr1处于开启状态，所以从布线DL对节点ND1施加V_data+△V_data。换言之，节点ND1的电位从时间T4至时间T6之间的V_data变为V_data+△V_data。

因为晶体管Tr2处于关闭状态，所以从布线WDL对节点ND2不施加V_data+△V_data。然而，因为节点ND1的电位从V_data变为V_data+△V_data且节点ND2处于浮动状态，所以通过节点ND1的电位的变动，由于电容器C1的电容耦合，所以节点ND2的电位也变动。在图4的时序图中，将节点ND2的电位的变动量记为△V_g，然而也可以以下面算式(E1)估计为△V_g。

[算式1]

因此，在将节点ND2的电位设定为V_ND2、电容器C1的静电电容值设定为C₁、并且将电容器C2的静电电容值设定为C₂的情况下，以下面算式(E2)表示V_ND2。

[算式2]

注意，虽然在时间T6中将布线WDL的电位设定为V_data+△V_data，但是在图2A所示的电路的结构例子中，没有对任何元件输入布线WDL的电位V_data+△V_data。因此，在图2A所示的电路的结构例子中，在时间T6中不需要将布线WDL的电位设定为V_data+△V_data。

[时间T7]

在时间T7中，对布线GL1施加低电平电位。因此，从时间T7至时间T8之间，由于对晶体管Tr1的栅极施加低电平电位，所以晶体管Tr1处于关闭状态。因此，节点ND1处于浮动状态，节点ND1的电位由电容器C1保持。

另外，从时间T7至时间T8之间，由于对晶体管Tr4的栅极施加低电平电位，所以晶体管Tr4处于关闭状态。此时，电容器C2的第二端子的电位为V_GND且晶体管Tr3的栅极(节点ND2)的电位为V_ND2，因此在V_ND2-V_GND高于阈值电压的情况下，晶体管Tr3处于开启状态。另外，根据V_ND2-V_GND决定晶体管Tr3的源极-漏极之间流过的电流。

[时间T8]

在时间T8中，对布线GL3施加高电平电位。因此，在时间T8以后，由于对晶体管Tr5的栅极施加高电平电位，所以晶体管Tr5处于开启状态。由此，从布线AL流过的电流经过晶体管Tr3及晶体管Tr5输入到发光元件LD的阳极端子，所以发光元件LD发光。此时，发光元件LD的阳极端子和阴极端子之间施加电压且对布线CAT供应预定的电位，因此晶体管Tr3的第二端子、晶体管Tr4的第一端子、晶体管Tr5的第一端子及电容器C2的第二端子的电连接点的电位得到提高。并且，因为节点ND1及节点ND2各自处于浮动状态，所以由于该电连接点的电位得到提高，因此有时节点ND1及节点ND2的每个电位由于电容耦合得到提高。在图4的时序图中，将时间T8以后的节点ND1及节点ND2的每个电位表示为比从时间T7至时间T8之间的节点ND1及节点ND2的每个电位高。

注意，根据流过发光元件LD的电流决定发光元件LD的亮度。根据基尔霍夫定律，流过发光元件LD的电流大致相等于流过晶体管Tr3的源极-漏极之间的电流，因此根据晶体管Tr3的栅极-源极之间的电压决定发光元件LD的亮度。

图2A的像素PIX以上述方式进行图4的时序图中的时间T1至时间T8及其附近的时间的工作，由此可以对像素PIX的图像数据的保持部(节点ND2)供应比数字模拟转换电路DAC具有更高分辨率的电位。

《具体例子》

在此对如下一个例子进行说明，即通过上述的工作例子在显示装置DD的显示部PA中显示比数字模拟转换电路DAC所输出的图像数据更多灰度的图像数据。

在该例子中，作为源极驱动器电路SD的数字模拟转换电路DAC设置6位的数字模拟转换电路，将像素PIX所包括的电容器C1与电容器C2的每个静电电容值的比设定为C₁：C₂＝1：15。

通过作为数字模拟转换电路DAC使用6位的数字模拟转换电路DAC，对像素PIX的节点ND1及节点ND2写入的V_data可以取得以2进制表示从“000000”至“111111”的值。在此，在将“111111”的电压值设定为6.3V的情况下，数字模拟转换电路DAC可以输出的V_data可取的电压值为每隔0.1V从0V至6.3V的范围的电压值。

由此，在从上述的工作例子的时间T4至时间T5之间，对像素PIX的节点ND1及节点ND2可以写入从0V至6.3V的范围的V_data。

[在V_data取得从0V至4.8V的值时]

首先，对如下情况进行说明，即对像素PIX的节点ND1及节点ND2写入从0V至4.8V(以2进制表示从“000000”至“110000”)的范围的V_data。

电容器C1与电容器C2的每个静电电容值的比为C₁：C₂＝1：15，因此算式(E1)为以下算式(E3)。

[算式3]

在此，将△V_data设定为例如以2进制表示从“000000”至“001111”的值。此时，△V_data可取的电压值为每隔0.1V从0V至1.5V的范围的电压值。就是说，根据算式(E3)，△V_g可取每隔0.00625V从0V至0.09375V的值。

由此，在上述工作例子的时间T6至时间T7之间，根据算式(E2)及算式(E3)，像素PIX的节点ND2的电位可取每隔0.00625V从0V至4.8+0.09375V的值。

[在V_data取得从4.9V至6.3V的值时]

接着，对如下情况进行说明，即对像素PIX的节点ND1及节点ND2写入从4.9V至6.3V(以2进制表示从“110001”至“111111”)的范围的V_data。

电容器C1与电容器C2的每个静电电容值的比与“V_data取得从0V至4.8V的值时”相同，因此此时也可以采用算式(E3)。

在此，将△V_data设定为例如每隔0.1V从-1.5V至0V的范围的电压值。就是说，将△V_data设定为负值，并且将V_data+△V_data设定为从3.4V至6.3V(以2进制表示从“100010”至“111111”)的值。

此时，根据算式(E3)，△V_g可取每隔0.00625V从-0.09375V至0V的值。

由此，在从工作例子的时间T6至时间T7之间，根据算式(E2)及算式(E3)，像素PIX的节点ND2的电位可取每隔0.00625V从4.9-0.09375V至6.3V的值。

将上述的具体例子概括为如下，作为数字模拟转换电路DAC设置能够输出每隔0.1V从0V至6.3V的模拟值的数字模拟转换电路(6位)，并且通过将像素PIX所包括的电容器C1及电容器C2的每个静电电容值的比设定为C₁：C₂＝1：15，可以对节点ND2每隔0.00625V供应从0V至6.3V的电位。

就是说，在图2A所示的像素PIX中，通过进行上述的工作例子，可以对节点ND2供应6位的数字模拟转换电路DAC所不能输出的更精细的的电压。在上述的具体例子中，在数字模拟转换电路DAC中进行每隔0.1V的电位的输出，然而可以对像素PIX的节点ND2写入每隔0.00625V的电位。换言之，可以对像素PIX写入比6位的数字模拟转换电路DAC能够输出分辨率更高的电位(图像数据)。

在上述的具体例子中，6位的数字模拟转换电路DAC供应的△V_data相当于图像数据的上次6位，并且由像素PIX的电容耦合对节点ND2供应的△V_g相当于图像数据的下次4位。换言之，由于图2A的像素PIX，可以对数字模拟转换电路DAC供应的上次6位的图像数据补充下次4位的图像数据。

注意，根据本发明的一个方式的像素PIX的结构及与像素PIX电连接的布线的结构不局限于图2A所示的结构。作为本发明的一个方式，例如根据设计规格、目的等的情况，可以适当地改变像素PIX及每个布线的构成要素。

具体而言，作为图2A的像素PIX所包括的晶体管Tr1至晶体管Tr5中的至少一个，也可以采用具有背栅极的晶体管。通过对晶体管的背栅极施加电位，可以增减该晶体管的阈值电压。

另外，在同一个晶体管中，通过使栅极与背栅极电连接，可以增大该晶体管处于开启状态时流过的源极-漏极之间的电流。图2B示出如下结构：图2A的像素PIX所包括的晶体管Tr1至晶体管Tr5都是具有背栅极的晶体管，并且在同一个晶体管中，使该各晶体管的栅极与背栅极电连接。

另外，作为其他具体例子，可以将布线DL及布线WDL合并用作一个布线(参照图3)。注意，图3所示的像素PIX的工作方法参考上述的工作例子。

另外，作为其他具体例子，在本实施方式中图2A、图2B及图3示出包括EL元件等的发光元件的像素电路的例子，但本发明的一个方式不局限于此。例如，本发明的一个方式可以与图2A、图2B及图3相同，对包括液晶元件的像素电路也设置电容器，通过电容耦合来增减液晶元件的一个端子的电位，采用提供比数字模拟变换电路DAC的分辨率更精细的模拟值的结构。

图5A示出作为显示元件使用液晶元件LC时的例子。注意，以下主要对与上述不同的部分进行说明，关于重复的部分可以参照上述记载。

图5A所示的像素PIX包括晶体管Tr1、晶体管Tr2、晶体管Tr6、电容器C1、电容器C3及液晶元件LC。另外，像素PIX与布线GL1、布线GL2、布线GL4、布线DL、布线WDL、布线VCC及布线CAT连接。

晶体管Tr6的栅极与布线GL4电连接，源极和漏极中的一个与节点ND2电连接，源极和栅极中的另一个与电容器C3的一个电极及液晶元件LC的一个电极电连接。电容器C3的另一个电极与布线VCC电连接。液晶元件LC的另一个电极与布线CAT电连接。

布线VCC为向电容器C3的另一个电极供应预定的电位的布线。作为施加到布线VCC的电位，例如可以施加公共电位、基准电位及接地电位等固定电位。布线VCC也可以与布线CAT相同，采用被施加相同的电位的结构。

晶体管Tr6可以具有作为控制液晶元件LC的工作的开关的功能。当从布线WDL写入节点ND2的信号的电位大于使液晶元件LC工作的阈值时，在从布线DL写入图像信号前液晶元件LC就会工作。因此，优选的是，设置晶体管Tr6并在确定节点ND2的电位后，通过施加到布线GL4的信号导通晶体管Tr6使液晶元件LC工作。

图5B所示的像素PIX是从图5A所示的结构省略了晶体管Tr6及布线GL4的结构。

图5A中的晶体管Tr6是用来避免液晶元件LC意外地工作的开关，如果即使液晶元件LC进行工作也不被看到，则可以省略晶体管Tr6。例如，在从布线WDL向节点ND2供应信号的期间同时使背灯关闭即可。

另外，如图5C所示，也可以采用省略电容器C3的结构。作为与节点ND2连接的晶体管可以使用OS晶体管。由于关闭状态下的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C3也可以长时间保持图像数据。

另外，该结构在利用场序制驱动等帧频率高且图像数据的保持期间较短的情况下也是有效的。通过省略电容器C3，可以提高开口率。另外，可以提高像素的透过率。注意，可以将省略了电容器C3的结构用于本说明书所示的其他像素电路的结构。

另外，图6A示出的像素PIX是对图5A的结构附加了晶体管Tr7及布线VL的结构。

在图6A所示结构中，向布线VL供应复位电位，通过导通晶体管Tr7可以进行液晶元件LC的复位工作。通过采用该结构，由节点ND2和对液晶元件LC施加的电位可以独立地控制改写工作，能够延长液晶元件LC的显示工作期间。

此外，当以低灰度进行显示时，也可以通过从布线VL供应图像信号并控制晶体管Tr7的导通/非导通状态，来进行液晶元件LC的显示工作。此时，晶体管Tr6经常处于非导通状态即可。

图6B示出的像素PIX具有所有的晶体管中都设置有背栅级的结构。该背栅级与前栅极电连接并具有提高通态电流的效果。另外，也可以采用能够对背栅极供应与前栅极不同的恒定电位的结构。通过采用该结构，可以控制晶体管的阈值电压。虽然在图6B中示出所有的晶体管中设置有背栅极的结构，但是也可以包括不设置背栅极的晶体管。此外，也可以将晶体管具有背栅极的结构用于本实施方式中的其他的像素电路。

以上是对使用液晶元件时的结构例子的说明。

本说明书等公开的本发明的一个方式是一种包括第一至第三晶体管、第一及第二电容器的半导体装置。第一晶体管的第一端子与第一电容器的第一端子电连接，第二晶体管的第一端子与第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子电连接，第三晶体管的第一端子与第二电容器的第二端子电连接。半导体装置具有以下的第一功能至第四功能。第一功能包括：在第一晶体管为开启状态下，向第一电容器的第一端子写入第一电位的功能；在第二晶体管为开启状态下，向第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第二端子写入第一电位的功能。第二功能为：在第二晶体管为关闭状态下，由第一电容器的第二端子、第二电容器的第二端子保持第三晶体管的栅极的电位的功能。第三功能包括：将第一电位与第三电位之和写入到第一电容器的第一端子的功能；通过将第一电位与第三电位之和写入到第一电容器的第一端子，使保持在上述第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子的第一电位变换为第一电位与第四电位之和的功能。第四功能为：使根据第一电位与第四电位之和的电流流过第三晶体管的第一端子至第二端子之间的功能。

此外，在上述半导体装置中，第一至第三晶体管中的至少一个优选在沟道形成区域包含金属氧化物。

此外，在上述半导体装置中，优选包括第四晶体管和发光元件。此时，优选的是，第四晶体管的第一端子与第三晶体管的第一端子及第二电容器的第二端子电连接，发光元件的阳极端子与第四晶体管的第二端子电连接。

此外，在上述半导体装置中，第四晶体管优选在沟道形成区域包含金属氧化物。

此外，在上述半导体装置中，优选的是，第一电位相应于高位的数据，第四电位相应于低位的数据。

另外，本发明的另一个方式是一种显示装置，包括具有上述结构的半导体装置及数字模拟转换电路。此时，数字模拟转换电路的输出端子与第一晶体管的第一端子及第二晶体管的第一端子电连接。数字模拟转换电路优选具有生成第一电位或第一电位与第三电位之和并从数字模拟转换电路的输出端子输出第一电位或第一电位与第三电位之和的功能。

此外，本发明的另一个方式是一种电子设备，包括具有上述结构的显示装置及框体。

另外，本发明的一个方式的半导体装置或显示装置的工作方法不局限于上述的工作例子或具体例子。该工作方法可以适当地改变例如对元件、电路或布线等供应电位的顺序或该电位的值。另外，如上面所述那样，可以适当地改变发明的一个方式的半导体装置或显示装置的结构，因此根据该结构，可以改变半导体装置或显示装置的工作方法。

本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。

(实施方式2)

在本实施方式中说明显示装置的结构例子。

在图7A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。

显示部215设置有包括实施方式1所示的像素PIX的像素阵列。

在图7A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。信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a具有实施方式1所示的源极驱动器电路SD的功能。扫描线驱动电路221a具有实施方式1所示的栅极驱动器电路GD的功能。共通线驱动电路241a具有对实施方式1所示的布线CAT供应规定电位的功能。

通过FPC4018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。

扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a所包括的集成电路4042具有对显示部215供应选择信号的功能。信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a所包括的集成电路4042具有对显示部215供应图像信号的功能。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法、TCP法以及COF(Chip On Film：薄膜覆晶封装)法等。

图7B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。通过将驱动电路的一部分或整体形成在形成有显示部215的同一衬底上，可以实现系统整合型面板(system-on-panel)。

图7B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。通过与显示部215在同一衬底上使用同一工序形成这些驱动电路，可以减少构件数。由此，可以提高生产率。

另外，在图7B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。

虽然图7B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。

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。

设置于第一衬底4001上的显示部215及扫描线驱动电路221a包括多个晶体管。作为该晶体管，可以适用OS晶体管或Si晶体管。

外围驱动电路所包括的晶体管及显示部215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也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，也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，也可以组合两种以上的结构。

另外，可以在第二衬底4006上设置后面所述的输入装置4200。图7A或图7B所示的对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。

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，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8A和图8B示出触摸屏的一个例子。图8A是触摸屏4210的透视图。图8B是输入装置4200的透视示意图。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输入装置的结构。

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4238电连接。FPC4272b可以与多个布线4237、多个布线4238及多个布线4239分别电连接。FPC4272b可以设置有IC4273b。

另外，显示装置的第一衬底4001与第二衬底4006之间可以设置触摸传感器。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9是相应于沿着图7B中的点划线N1-N2的截面图。图9所示的显示装置包括电极4015。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9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9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9中作为晶体管4010及晶体管4011示出底栅极型晶体管，但是也可以使用顶栅极型晶体管。另外，晶体管4011可以是包括在实施方式1中已说明的栅极驱动器电路GD中的晶体管。

在图9中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，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9所示的显示装置包括电容器4020。电容器4020包括与晶体管4010的栅电极以同一工序形成的电极4021以及与源电极及漏电极以同一工序形成的电极。每个电极隔着绝缘层4103彼此重叠。注意，作为电容器4020可以采用例如实施方式1中已说明的像素PIX的电容器C1或电容器C2等。

考虑在像素部中配置的晶体管的泄漏电流等设定在显示装置的像素部中设置的电容器的容量以使其能够在指定期间保持电荷。电容器的容量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。

另外，图9所示的显示装置包括绝缘层4111及绝缘层4102。作为绝缘层4111及绝缘层4102，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4102夹持晶体管，可以防止从外部到半导体层的杂质的混入。

作为显示装置所包括的显示元件，可以适用利用电致发光的发光元件(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。

此外，EL元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物被区别，通常前者被称为有机EL元件，而后者被称为无机EL元件。

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。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9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。就是说，晶体管4010对应于实施方式1中已说明的晶体管Tr5且发光元件4513对应于实施方式1中已说明的发光元件LD。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的材料变为白色、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。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，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜、DLC(Diamond Like Carbon)膜等。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)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、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、其合金和其金属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。

图10是作为显示元件使用发光二极管芯片(以下也称为LED芯片)时的例子。

LED芯片包括发光二极管。发光二极管的结构没有特别的限制，可以采用MIS(Metal Insulator Semiconductor：金属-绝缘体-半导体)结，也可以使用具有PN结或PIN结的同质结结构、异质结结构或双异质结结构等。另外，也可以采用超晶格结构(superlattice structure)、层叠产生量子效果的薄膜的单一量子阱结构或多重量子阱(MQW：Multi Quantum Well)结构。

LED芯片4600包括衬底4601、n型半导体层4611、发光层4612、p型半导体层4613、电极4615、电极4621、电极4622及绝缘层4603等。

作为p型半导体层4613的材料，可以使用其带隙能量大于发光层4612的带隙能量且能够使载流子封闭在发光层4612的材料。另外，LED芯片4600在n型半导体层4611上设置有被用作阴极的电极4621，在p型半导体层4613上设置有被用作接触电极的电极4615，在电极4615上设置有被用作阳极的电极4622。另外，n型半导体层4611的顶面及电极4615的顶面及侧面优选被绝缘层4603所覆盖。绝缘层4603被用作LED芯片4600的保护膜。

LED芯片4600的发射光的区域的面积为1mm²以下、优选为10000μm²以下、更优选为3000μm²以下、进一步优选为700μm²以下。

作为LED芯片4600，虽然也可以使用边长大于1mm的大型LED，但优选使用比其尺寸更小的LED。尤其优选的是边长大于100μm且1mm以下的小型LED，更优选的是边长为100μm以下的微型LED。通过使用微型LED，可以实现分辨率极高的显示装置。

n型半导体层4611也可以具有n型接触层在衬底4601一侧且n型包覆层在发光层4612一侧层叠的结构。另外，p型半导体层4613也可以具有p型包覆层在发光层4612一侧且p型接触层在电极4615一侧层叠的结构。

发光层4612可以采用多次层叠势垒层和阱层的多重量子阱(MQW：MultiQuantumWell)结构。势垒层优选使用其带隙能量大于阱层的带隙能量的材料。通过采用上述结构，可以使能量封闭在阱层中，从而量子效率提高而可以提高LED芯片4600的发光效率。

LED芯片4600为主要从衬底4601一侧的射出光的面朝下型的LED芯片。此时，作为电极4615可以使用反射光的材料，例如可以使用银、铝及铑等金属。注意，当使用面朝上型的LED芯片时，将使光透过的材料用于电极4615即可，例如可以使用ITO(In₂O₃-SnO₂)、AZO(Al₂O₃-ZnO)、IZO(In₂O₃-ZnO)、GZO(GeO₂-ZnO)、ICO(In₂O₃-CeO₂)等氧化物。

作为衬底4601，可以使用蓝宝石单晶(Al₂O₃)、尖晶石单晶(MgAl₂O₄)、ZnO单晶、LiAlO₂单晶、LiGaO₂单晶、MgO单晶等氧化物单晶、Si单晶、SiC单晶、GaAs单晶、AlN单晶、GaN单晶、ZrB₂等的硼化物单晶等。在面朝下型的LED芯片4600中，衬底4601优选使用使光透过的材料，例如可以使用蓝宝石单晶等。

也可以在衬底4601与n型半导体层4611间设置缓冲层(未图示)。缓冲层具有缓和衬底4601与n型半导体层4611晶格常数的不同的功能。

LED芯片4600所包括的电极4621和电极4622分别经过凸块4605与第一电极层4030或第二电极层4031接合。

另外，优选以覆盖LED芯片4600的侧面的方式设置具有遮光性的树脂层4607。由此，可以遮住从LED芯片4600横向射出的光，并且可以防止由波导光引起的对比度的降低。

另外，在图10中示出在衬底4601上还设置衬底4006的例子。如此，通过在LED芯片4600的周围设置有树脂层4607并以覆盖其顶面的方式设置衬底4006，可以使LED芯片4600的接合更为坚固，并且可以有效地防止LED芯片4600发生接合不良。

图11示出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11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。

另外，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，根据必要，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。作为上述背光及侧光，也可以使用微型LED等。

在图11所示的显示装置中，在衬底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4132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4132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4132使用包含着色层4131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4131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。遮光层及着色层的形成方法可以与上述各层的形成方法同样地进行即可。例如，可以利用喷墨法等。

(实施方式3)

在本实施方式中说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置或显示装置的晶体管的结构。

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以使用底栅型晶体管或顶栅型晶体管等的各种方式的晶体管来制造。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12A1是底栅型晶体管的一种的沟道保护型晶体管810的截面图。晶体管810形成在衬底771上。此外，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可以用作源电极和漏电极中的一个。电极744b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被露出。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缺陷的材料用于电极744a及电极744b的至少与半导体层742接触的部分。半导体层742中的产生氧缺陷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⁺层)。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中夺取氧而产生氧缺陷的材料的一个例子，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12A2所示的晶体管811与晶体管810之间的不同之处在于：晶体管811在绝缘层729上包括可以被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，并栅电极与背栅电极以夹着半导体层的沟道形成区域的方式设置。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以及电极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。即，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12B1示出作为底栅型的晶体管之一的沟道保护型晶体管820的截面图。晶体管820具有与晶体管810大致相同的结构，而晶体管820与晶体管810的不同之处在于：绝缘层741覆盖半导体层742的端部。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741的与沟道形成区域重叠的区域可以被用作沟道保护层。

图12B2所示的晶体管821与晶体管820的不同之处在于：晶体管821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时半导体层742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12C1所示的晶体管825是底栅型晶体管之一的沟道蚀刻型晶体管。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12C2所示的晶体管826与晶体管820的不同之处在于：晶体管826在绝缘层729上具有可以用作背栅电极的电极723。

[顶栅极型晶体管]

图13A1所示的晶体管842是顶栅型晶体管之一。晶体管842的与晶体管810、晶体管811、晶体管820、晶体管821、晶体管825及晶体管826不同之处在于：在形成绝缘层729之后形成电极744a及电极744b。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755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(参照图13A3)。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755的区域的杂质浓度低于不通过绝缘层726被引入杂质755的区域。因此，在半导体层742的不与电极746重叠的区域中形成LDD(Lightly Doped Drain：轻掺杂漏极)区域。

图13A2所示的晶体管843与晶体管842的不同之处在于晶体管843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隔着绝缘层772与半导体层742重叠。电极723可以用作背栅电极。

另外，如图13B1所示的晶体管844及图13B2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13C1所示的晶体管846及图13C2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755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。

(实施方式4)

在本实施方式中，对可用于在上述实施方式中说明的OS晶体管的金属氧化物的构成进行说明。

<金属氧化物的构成>

在说明书等中，有时记载为CAAC(c-axis aligned crystal)或CAC(Cloud-Aligned Composite)。注意，CAAC是指结晶结构的一个例子，CAC是指功能或材料构成的一个例子。

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，作为材料的整体具有半导体的功能。此外，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，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有开关功能(控制开启/关闭的功能)。通过在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分离，可以最大限度地提高各功能。

此外，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。此外，在材料中，导电性区域和绝缘性区域有时以纳米粒子级分离。另外，导电性区域和绝缘性区域有时在材料中不均匀地分布。此外，有时观察到其边缘模糊而以云状连接的导电性区域。

此外，在CAC-OS或CAC-metal oxide中，导电性区域和绝缘性区域有时以0.5nm以上且10nm以下，优选为0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。

此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同带隙的成分构成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由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构成。在该结构中，当使载流子流过时，载流子主要在具有窄隙的成分中流过。此外，具有窄隙的成分通过与具有宽隙的成分的互补作用，与具有窄隙的成分联动而使载流子流过具有宽隙的成分。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，在晶体管的开启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，也可以将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)。

<金属氧化物的结构>

氧化物半导体被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体例如有CAAC-OS(c-axis aligned crystalline oxide semiconductor)、多晶氧化物半导体、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。

CAAC-OS具有c轴取向性，其多个纳米晶在a-b面方向上连结而结晶结构具有畸变。注意，畸变是指在多个纳米晶连结的区域中晶格排列一致的区域与其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。

虽然纳米晶基本上是六角形，但是并不局限于正六角形，有不是正六角形的情况。此外，在畸变中有时具有五角形或七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS中，即使在畸变附近也观察不到明确的晶界(grain boundary)。即，可知由于晶格排列畸变，可抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子排列的低密度或因金属元素被取代而使原子间的键合距离产生变化等而能够包容畸变。

CAAC-OS有具有层状结晶结构(也称为层状结构)的倾向，在该层状结晶结构中层叠有包含铟及氧的层(下面称为In层)和包含元素M、锌及氧的层(下面称为(M，Zn)层)。另外，铟和元素M彼此可以取代，在用铟取代(M，Zn)层中的元素M的情况下，也可以将该层表示为(In，M，Zn)层。另外，在用元素M取代In层中的铟的情况下，也可以将该层表示为(In，M)层。

CAAC-OS是结晶性高的氧化物半导体。另一方面，在CAAC-OS中观察不到明确的晶界，因此不容易发生起因于晶界的电子迁移率的下降。此外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的进入或缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质或缺陷(氧空位等)少的氧化物半导体。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，CAAC-OS对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在OS晶体管中使用CAAC-OS，可以扩大制造工序的自由度。

在nc-OS中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-OS在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与a-likeOS或非晶氧化物半导体没有差别。

a-like OS是具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a-like OS包含空洞或低密度区域。也就是说，a-like OS的结晶性比nc-OS及CAAC-OS的结晶性低。

氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。

<具有氧化物半导体的晶体管>

接着，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。

通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外，可以实现可靠性高的晶体管。

另外，优选将载流子密度低的氧化物半导体用于晶体管。在要降低氧化物半导体膜的载流子密度的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。例如，氧化物半导体中的载流子密度可以低于8×10¹¹/cm³，优选低于1×10¹¹/cm³，更优选低于1×10¹⁰/cm³，且为1×10^-9/cm³以上。

此外，高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，因此有时具有较低的陷阱态密度。

此外，被氧化物半导体的陷阱态俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成有沟道形成区域的晶体管的电特性有时不稳定。

因此，为了使晶体管的电特性稳定，减少氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了减少氧化物半导体中的杂质浓度，优选还减少附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。

<杂质>

在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。

在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中或氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(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，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选减少氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度。具体而言，使通过SIMS测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1×10¹⁸atoms/cm³以下，优选为2×10¹⁶atoms/cm³以下。

当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子密度增高，而n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，优选尽可能地减少该氧化物半导体中的氮，例如，利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度低于5×10¹⁹atoms/cm³，优选为5×10¹⁸atoms/cm³以下，更优选为1×10¹⁸atoms/cm³以下，进一步优选为5×10¹⁷atoms/cm³以下。

包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。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，将利用SIMS测得的氢浓度设定为低于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。

通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。

(实施方式5)

在本实施方式中，说明将上述的实施方式中已说明的半导体装置或显示装置应用于电子设备的产品例子。

<笔记本式个人计算机>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于信息终端装置所具备的显示器。图14A示出信息终端装置之一的笔记本式个人计算机，其包括框体5401、显示部5402、键盘5403及指向装置5404等。

<智能手表>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于可穿戴终端。图14B是可穿戴终端之一种的智能手表，该智能手表包括框体5901、显示部5902、操作按钮5903、表把5904、表带5905等。另外，也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5902。另外，可以通过在显示装置设置触摸屏来附加位置输入装置的功能。或者，也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外，作为操作按钮5903，可以具备启动智能手表的电源开关、操作智能手表的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5902点灯或关灯的按钮等中的至少一个。另外，在图14B所示的智能手表中示出两个操作按钮5903，但是智能手表所包括的按钮的数量不局限于此。另外，表把5904被用作调整智能手表的时间的表冠。另外，表把5904除了调整时间以外还可以被用作操作智能手表的软件的输入接口。此外，图14B所示的智能手表为包括表把5904的结构，但是不局限于此，也可以为不具有表把5904的结构。

<视频摄像机>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于视频摄像机。图14C所示的视频摄像机包括第一框体5801、第二框体5802、显示部5803、操作键5804、透镜5805及连接部5806等。操作键5804及透镜5805设置在第一框体5801中，而显示部5803设置在第二框体5802中。并且，第一框体5801和第二框体5802由连接部5806连接，由连接部5806可以改变第一框体5801和第二框体5802之间的角度。显示部5803的影像也可以根据连接部5806所形成的第一框体5801和第二框体5802之间的角度切换。

<移动电话机>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于移动电话机。图14D示出具有信息终端的功能的移动电话机，该移动电话机包括框体5501、显示部5502、麦克风5503、扬声器5504以及操作按钮5505。另外，也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5502。另外，可以通过在显示装置设置触摸屏来附加位置输入装置的功能。或者，也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外，作为操作按钮5505，可以具备启动移动电话机的电源开关、操作移动电话机的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5502点灯或关灯的按钮等中的任一个。

另外，在图14D所示的移动电话机中示出两个操作按钮5505，但是移动电话机所包括的按钮的数量不局限于此。此外，虽然未图示，但是图14D所示的移动电话机也可以包括发光装置，其用途为闪光或照明。

<电视装置>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于电视装置。图14E所示的电视装置包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006等。可以将例如是50英寸以上或100英寸以上的大型的显示部9001组装到电视装置。

<移动体>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于作为移动体的汽车的驾驶座周边。

例如，图14F是示出汽车室内的前挡风玻璃周边的图。图14F示出安装在仪表盘的显示面板5701、显示面板5702、显示面板5703以及安装在立柱的显示面板5704。

显示面板5701至显示面板5703通过显示导航信息、速度表、转速计、行驶距离、燃料表、排档状态、空调的设定等，可以提供各种信息。另外，使用者可以适当地改变显示面板所显示的显示内容及布置等，可以提高设计性。显示面板5701至显示面板5703还可以被用作照明装置。

通过将由设置在车体的摄像单元拍摄的影像显示在显示面板5704上，可以补充被立柱遮挡的视野(死角)。也就是说，通过显示由设置在汽车外侧的摄像单元拍摄的影像，可以补充死角，从而可以提高安全性。另外，通过显示补充看不到的部分的影像，可以更自然、更舒适地确认安全。显示面板5704可以被用作照明装置。

<电子广告用的电子设备>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于用来电子广告的显示器。图15A示出可以挂墙的数字标牌(Digital Signage)的例子。图15A示出数字标牌6200挂在墙壁6201上的情况。

<折叠式平板信息终端>

本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于平板信息终端。图15B示出具有可以折叠的结构的平板信息终端。图15B所示的信息终端包括框体5321a、框体5321b、显示部5322及操作按钮5223。尤其是，显示部5322包括柔性基材，由该基材能够实现可以折叠的结构。

另外，框体5321a及框体5321b由铰链部5321c结合，并且可以由铰链部5321c对折。此外，显示部5322设置于框体5321a、框体5321b及铰链部5321c中。

此外，虽然未图示，图14A至图14C、图14E、图15A及图15B所示的电子设备也可以具有包括麦克风及扬声器的结构。通过采用这种结构，例如可以在上述电子设备中附加声音输入功能。

此外，虽然未图示，但是图14A、图14B、图14D、图15A及图15B所示的电子设备也可以具有包括相机的结构。

另外，虽然未图示，但是图14A至图14F、图15A及图15B所示的电子设备可以在框体的内部设置传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线等)。尤其是，通过设置具有陀螺仪传感器或加速度传感器等测定倾斜度的传感器的测定装置，可以判断图14D所示的移动电话机的方向(该移动电话机相对于垂直方向朝向哪个方向)而将显示部5502的屏面显示根据该移动电话机的方向自动切换。

另外，虽然未图示，但是图14A至图14F、图15A及图15B所示的电子设备也可以包括取得指纹、静脉、虹膜或声纹等生物信息的装置。通过采用该结构，可以实现具有生物识别功能的电子设备。

图14A至图14E及图15A所示的电子设备的显示部可以使用柔性基材。具体而言，该显示部也可以具有在柔性基材上设置晶体管、电容器及显示元件等的结构。通过使用该结构，不仅可以实现其框体如图14A至图14E及图15A所示地具有平坦的面的电子设备，而且可以实现如图14F所示的仪表盘及立柱那样其框体具有曲面的电子设备。

作为可用于图14A至图14F、图15A及图15B的显示部的柔性基材，举出可以使用如下对可见光具有透光性的材料的例子：聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂(PEN)、聚醚砜树脂(PES)、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺-酰亚胺树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、聚卤化乙烯树脂、芳香族聚酰胺树脂、环氧树脂及聚氨酯树脂等。另外，也可以使用这些材料的混合物或叠层。

[符号说明]

DD：显示装置、PA：显示部、GD：栅极驱动器电路、SD：源极驱动器电路、PIX：像素、SR：移位寄存器、LAT：锁存电路、LVS：电平转换电路、DAC：数字模拟转换电路、AMP：放大器电路、GL：布线、DL：布线、DB：数据总线布线、Tr1～7：晶体管、C1、C2、C3：电容器、LD：发光元件、GL1～4：布线、DL：布线、WDL：布线、VL：布线、AL：布线、CAT：布线、ND1：节点、ND2：节点

Claims

1.一种显示装置，包括：

像素，

其中，所述像素包括显示元件，

所述像素具有保持根据输入的第一脉冲信号的第一电压的功能、以及使用将根据输入的第二脉冲信号的第二电压与所述第一电压相加而得到的第三电压驱动所述像素元件的功能，

所述显示元件为发光元件，

所述发光元件根据所述第三电压的亮度而发光，

所述发光元件为发光二极管，

所述发光二极管为微型LED或小型LED，

包括供应所述第一脉冲信号的第一驱动电路，

在所述第一驱动电路中，用来生成所述第一脉冲信号的第一电源电压比所述第三电压的最大值低，

并且，所述第一驱动电路在不升高所述第一电源电压的情况下生成所述第一脉冲信号。

2.一种显示装置，包括：

像素，

其中，所述像素包括显示元件，

并且，所述像素具有保持根据输入的第一脉冲信号的第一电压的功能、以及使用将根据输入的第二脉冲信号的第二电压与所述第一电压相加而得到的第三电压驱动所述像素元件的功能。

3.根据权利要求2所述的显示装置，

其中所述显示元件为发光元件，

并且所述发光元件根据所述第三电压的亮度而发光。

4.根据权利要求3所述的显示装置，

其中所述发光元件为有机EL元件。

5.根据权利要求3所述的显示装置，

其中所述发光元件为发光二极管。

6.根据权利要求5所述的显示装置，

其中所述发光二极管为微型LED或小型LED。

7.根据权利要求2所述的显示装置，

其中所述显示元件为液晶元件，

并且所述液晶元件根据所述第三电压而改变液晶的取向。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的显示装置，

其中包括供应所述第一脉冲信号的第一驱动电路，

并且在所述第一驱动电路中，用来生成所述第一脉冲信号的第一电源电压比所述第三电压的最大值低。

9.根据权利要求8所述的显示装置，

其中所述第一驱动电路在不升高所述第一电源电压的情况下生成所述第一脉冲信号。

10.根据权利要求8或9所述的显示装置，

其中所述第一电源电压为所述第三电压的最大值的一半、或其附近的电压。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的显示装置，

其中包括控制所述第一驱动电路的系统电路，

并且所述系统电路具有向所述第一驱动电路供应所述第一电源电压的功能。

12.根据权利要求11所述的显示装置，

其中所述系统电路的驱动电压为1.8V、2.5V、3.3V或其附近，

并且所述系统电路具有将与所述驱动电压相同的电压作为所述第一电源电压供应到所述第一驱动电路的功能。

13.根据权利要求11或12所述的显示装置，

其中由所述系统电路向所述第一驱动电路供应的所述第一电源电压优选在不被升高的情况下被供应。