CN113228327A - 显示装置及电子设备 - Google Patents

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渡边一德
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Abstract

提供一种低功耗的显示装置。该显示装置包括反转电路以及具有加上数据的功能的像素，反转电路具有使从源极驱动器供应的数据反转的功能。像素具有加上从源极驱动器及反转电路供应的数据的功能。因此，在像素中可以生成源极驱动器的输出电压的几倍的电压且将其供应到显示器件。通过使用该结构，可以降低源极驱动器的输出电压，因此可以实现低功耗的显示装置。

Description

显示装置及电子设备
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。
[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
发明内容
发明所要解决的技术问题
显示装置用于各种电子设备。为了实现电子设备的低功耗化，显示装置的低电压工作为方法之一。
显示装置所包括的源极驱动器包括高速且驱动电压低的逻辑部以及具有高耐压且输出高电压的放大器部。需要较高的电源电压的放大器部的功耗比逻辑部高。
若可以降低源极驱动器的输出电压，即降低放大器部的电源电压，可以使用与逻辑部相同的技术制造放大器部。通过使放大器部及逻辑部的技术共通化，可以降低源极驱动器的功耗以及制造成本。
在像素中，即使输入数据为低电压，也需要适当地使显示器件工作。
因此，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。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器件的显示装置。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。本发明的一个方式的目的之一是提供一种使用低成本的驱动器工作的显示装置。
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工作方法。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低功耗的显示装置。
本发明的一个方式是一种显示装置，包括：第一电路；第二电路；以及像素，其中，第一电路与第二电路电连接，第一电路与像素电连接，第二电路与像素电连接，第一电路具有将第一数据输出到第二电路的功能，第一电路具有将第一数据输出到像素的功能，第二电路具有根据第一数据将第二数据输出到像素的功能，在第一数据的电位为D1，第二数据的电位为D2，基准电位为V0时，V0＝(D1+D2)/2，并且，像素具有根据第一数据及第二数据生成第三数据的功能以及对应于第三数据进行显示的功能。
第二电路可以还包括第三电路。第三电路可以具有输出路径的选择功能，第三电路的输入端子与第二电路电连接，并且第三电路的输出端子与像素电连接。
像素可以包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器及第四电路，第一电容器的一个电极与第一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一个与第三电路电连接，第一电容器的另一个电极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与第二晶体管的源极和漏极中的另一个电连接，第二晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电路电连接，第二晶体管的源极和漏极中的另一个与第一电路电连接，第三晶体管的源极和漏极中的另一个与第二电路电连接，并且第四电路包括显示器件。
第三晶体管的沟道宽度可以比第一晶体管的沟道宽度及第二晶体管的沟道宽度小。
第四电路可以作为显示器件包括液晶器件，并且液晶器件的一个电极与第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接。再者，还包括第二电容器，第二电容器的一个电极与液晶器件的一个电极电连接。
另外，第四电路可以包括第四晶体管、第三电容器、作为显示器件的发光器件，第四晶体管的栅极与第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第四晶体管的源极和漏极中的一个与发光器件的一个电极电连接，发光器件的一个电极与第三电容器的一个电极电连接，并且第三电容器的另一个电极与第四晶体管的栅极电连接。
第二电路可以包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第四电容器以及第五电容器，第五晶体管的源极和漏极中的一个与第四电容器的一个电极电连接，第四电容器的一个电极与第六晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第五晶体管的栅极与第七晶体管的栅极电连接，第七晶体管的源极和漏极中的一个与第四电容器的另一个电极电连接，第四电容器的另一个电极与第八晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第八晶体管的栅极与第六晶体管的栅极电连接，第八晶体管的源极和漏极中的另一个与第九晶体管的栅极电连接，第九晶体管的栅极与第五电容器的一个电极电连接，第九晶体管的源极和漏极中的另一个与第十晶体管的源极和漏极中的一个电连接，第十晶体管的源极和漏极中的一个与像素电连接，并且第五晶体管的源极和漏极中的另一个与第一电路电连接。
优选的是，第二电路、第三电路以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)。
本发明的其他方式是一种显示装置的工作方法，该显示装置包括：电容器的一个电极与显示器件电连接的像素，其中，生成第一数据及以特定电位为基准使第一数据反转的第二数据，显示装置的工作方法包括：在对电容器的一个电极供应第一数据的状态下对电容器的另一个电极供应第二数据的第一步骤；以及在使电容器的一个电极浮动的状态下对电容器的另一个电极供应第一数据的第二步骤，并且，该显示装置以上述顺序进行工作。
发明效果
通过使用本发明的一个方式，可以提供一种低功耗的显示装置。通过使用本发明的一个方式，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器件的显示装置。通过使用本发明的一个方式，可以提供一种能够提高显示图像的亮度的显示装置。通过使用本发明的一个方式，可以提供一种使用低成本的驱动器工作的显示装置。
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是说明显示装置的图。
图2是说明反转电路及像素的图。
图3是说明反转电路的图。
图4是说明反转电路的图。
图5A至图5C是说明显示装置的图。
图6A至图6C是说明显示装置的图。
图7是说明反转电路的工作的时序图。
图8A、图8B是说明电路工作的图。
图9是说明像素的工作的时序图。
图10A、图10B是说明电路工作的图。
图11A是说明反转电路及像素的图；图11B是说明反转电路及像素的工作的时序图。
图12是说明反转电路、选择电路及像素的图。
图13A、图13B是说明电路工作的图。
图14是省略反转电路的结构的图。
图15A至图15D是说明包括显示器件的电路的图。
图16A至图16D是说明包括显示器件的电路的图。
图17A、图17B是说明像素的图。
图18是说明用于模拟的电路的图。
图19是说明模拟结果的图。
图20A至图20C是说明显示装置的图。
图21A、图21B是说明触摸屏的图。
图22A、图22B是说明显示装置的图。
图23是说明显示装置的图。
图24A、图24B是说明显示装置的图。
图25A、图25B是说明显示装置的图。
图26A至图26E是说明显示装置的图。
图27A1至图27C2是说明晶体管的图。
图28A1至图28C2是说明晶体管的图。
图29A1至图29C2是说明晶体管的图。
图30A1至图30C2是说明晶体管的图。
图31A至图31F是说明电子设备的图。
实施发明的方式
使用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显示装置，该显示装置包括具有使数据反转的功能的电路(以下，反转电路)及具有对数据进行加法运算的功能的像素。
反转电路具有使从源极驱动器供应的数据反转的功能。另外，像素具有对从源极驱动器及反转电路供应的数据进行加法运算的功能。因此，在像素中，可以生成比源极驱动器的输出电压高的电压而将其供应到显示器件。通过采用该结构，可以减小源极驱动器的输出电压而实现低功耗的显示装置。
由于可以由反转电路生成正负的数据电位，因此即使源极驱动器能够输出的电位为正或负，也可以对应于液晶器件的正极性工作及负极性工作。此时，由于可以使源极驱动器的电路结构简化，所以可以减少芯片面积。因此，可以由低成本的源极驱动器构成显示装置。
注意，数据的反转意味着生成与基准电位的差异的绝对值相同(或大致相同)且与原数据不同的数据。在原数据为第一数据(D1)，反转后的数据为第二数据(D2)，基准电位(例如公共电位)为V0时，V0＝(D1+D2)/2。在本实施方式中，为了便于理解，在很多说明中采用了“基准电位为0V时，第一数据与第二数据的绝对值相同而极性相反”的表述，但是并不局限于此。基准电位可以根据设计任意设定，只要满足上述算式，则第一数据和第二数据的极性也可以相同。此外，第一数据和第二数据的绝对值也可以不同。
<显示装置>
图1是说明本发明的一个方式的显示装置的图。显示装置包括具有配置在列方向及行方向上的像素10的显示区域15、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及像素10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，源极驱动器12及栅极驱动器13可以为多个驱动器。
电路11例如可以设置在像素10的每个列中，并可以与配置在相同列上的像素10电连接。
电路11是反转电路，该反转电路具有使从源极驱动器12供应的模拟电位(第一数据)反转的模拟电位(第二数据)的功能。
像素10包括电路20及电路21。电路20具有通过电容耦合对从源极驱动器12供应的第一数据及从电路11供应的第二数据进行加法运算并生成第三数据的功能。电路21包括显示器件并具有根据从电路20供应的第三数据使该显示器件工作的功能。
图2是说明配置在图1所示的显示装置的任意1列(第m列)上的电路11以及在垂直方向(源极线的延伸方向)上相邻的像素10(像素10[n，m]、像素10[n+1，m](m、n为1以上的自然数))的图。
<反转电路>
图3示出电路11的结构的一个例子。电路11包括晶体管111、晶体管112、晶体管113、晶体管114、晶体管115、晶体管116、电容器117、电容器118。
晶体管111的源极和漏极中的一个与电容器117的一个电极电连接。电容器117的一个电极与晶体管112的源极和漏极中的一个电连接。晶体管113的源极和漏极中的一个与电容器117的另一个电极电连接。电容器117的另一个电极与晶体管114的源极和漏极中的一个电连接。晶体管114的源极和漏极中的另一个与晶体管115的栅极电连接，晶体管115的栅极与电容器118的一个电极电连接。晶体管115的源极和漏极中的一个与晶体管116的源极和漏极中的一个电连接。
在上述结构中，晶体管111的源极和漏极中的另一个相当于输入端子，并与布线127[m_1]电连接。此外，晶体管116的源极和漏极中的一个相当于输出端子，并与布线127[m_2]电连接。注意，电路11若具有包括相当于输入端子的构成要素及相当于输出端子的构成要素，使输入到输入端子的模拟电位反转且从输出端子输出的结构，则可以不局限于上述结构。
晶体管111及晶体管113的栅极与布线128电连接。晶体管112的栅极及晶体管114的栅极与布线129电连接。晶体管112的源极和漏极中的另一个与布线161电连接。晶体管113的源极和漏极中的另一个与布线162电连接。电容器118的另一个电极与布线163电连接。晶体管115的源极和漏极中的另一个与布线164电连接。晶体管116的源极和漏极中的另一个与布线165电连接。晶体管116的栅极与布线166电连接。
布线128、129可以被用作栅极线。例如，布线128、129可以与控制电路11的工作的电路电连接。布线161、162、163、164、165可以被用作电源线。例如，布线161、163、165为低电位电源线，布线162、164为高电位电源线。布线166具有供应恒电位的功能。
注意，如图4所示，也可以配置在多列的电路11共同使用晶体管112及晶体管113。在图4中示出在3列以上共同使用晶体管112及晶体管113的例子，也可以在2列共同使用。注意，在图4中，在电路11的框外示出晶体管112及晶体管113，各电路11共同使用晶体管112及晶体管113。通过采用该结构，可以减少电路11的构成要素，因此可以对窄边框化有效。
<像素电路>
像素10可以具有包括生成图像数据的电路20和进行显示工作的电路21的结构。
电路20可以具有包括晶体管101、晶体管102、晶体管103及电容器104的结构。电容器104的一个电极与晶体管101的源极和漏极中的一个电连接。晶体管101的源极和漏极中的一个与电路21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。
电路21可以具有包括晶体管、电容器及显示器件等的结构，后面说明详细内容。
对电路11及像素10各自包括的要素与各种布线的连接进行说明。
在像素10[n，m]中，晶体管101的栅极与布线126[n]电连接。晶体管102的栅极与布线125[n]电连接。晶体管103的栅极与布线126[n]电连接。晶体管101的源极和漏极中的另一个与布线127[m_1]电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一个与布线127[m_1]电连接。晶体管103的源极和漏极中的另一个与布线127[m_2]电连接。
布线125、126可以被用作栅极线。布线125、126可以与栅极驱动器13电连接(参照图1)。布线127(127[m_1]、127[m_2])可以被用作源极线。布线127[m_1]可以与源极驱动器12所包括的输出端子电连接。
注意，像素10与布线127[m_1]及布线127[m_2]的连接关系不局限于上述连接关系，也可以采用替换布线127[m_1]及布线127[m_2]的连接关系。
这里，在电路11中，连接晶体管111的源极和漏极中的一个、电容器117的一个电极、晶体管112的源极和漏极中的一个的布线为节点NA。连接晶体管113的源极和漏极中的一个、电容器117的另一个电极、晶体管114的源极和漏极中的一个的布线为节点NB。连接晶体管114的源极和漏极中的另一个、晶体管115的栅极、电容器118的一个电极的布线为节点NC。连接晶体管115的源极和漏极中的一个、晶体管116的源极和漏极中的一个、布线127[m_2]的布线为节点ND。
此外，在像素10中，连接电容器104的一个电极、晶体管101的源极和漏极中的一个、电路21的布线为节点NM。连接电容器104的另一个电极、晶体管102的源极和漏极中的一个、晶体管103的源极和漏极中的一个的布线为节点NE。
可以使节点NM浮动，电路21所包括的显示器件根据节点NM的电位工作。
<反转工作的说明>
在电路11中，首先，对节点NA写入“+D”(第一数据)，对节点NB写入“+V1”(例如，正电源电位)。此时，在电容器117中保持“+V1-D1”。
接着，使节点NB浮动，对节点NA写入“-V1”(例如，负电源电位)。
此时，在电容器117的电容值为C117且节点NB的电容值为CNB时，节点NB的电位为“+V1+(C117/(C117+CNB))×(-V1-D1)”。这里，在使C117的值变大，而不需要考虑CNB的值时，节点NB的电位成为“-D1”。
节点NB的电位通过开关(晶体管114)供应给节点NC。此外，节点NC的电位通过源极跟随电路(晶体管115、116)输出到节点ND。换言之，将首先输入到节点NA的“+D”的反转数据的“-D”(第二数据)输出到节点ND。注意，上面示出作为第一数据使用正电位的例子，也可以使用负电位。
<加算工作(升压工作)的说明>
在像素10中，首先，以彼此重叠的时机对节点NM写入“+D”(第一数据)且对节点NE写入“-D”(第二数据)。此时，在电容器117中保持“+D-(-D)＝+2D”。接着，使节点NM浮动，对节点NE供应“+D”。
此时，在电容器117的电容值为C117且节点NM的电容值为CNM时，节点NM的电位为+D1+(C117/(C117+CNM))×(+D-(-D))。这里，在使C117的值变大，而不需要考虑CNM的值时，节点NM的电位成为“+D+(+D-(-D))”＝“+3D”。
就是说，可以将为源极驱动器12的输出电位的3倍左右的第三数据(“+3D”)供应到节点NM。
通过该作用，最大可以将用来驱动一般的液晶器件及发光器件等的从源极驱动器12供应的电压减少至1/3左右，由此可以使显示装置低功耗化。另外，即便使用通用驱动器IC也可以生成高电压。例如，可以使用通用驱动器IC驱动在控制灰度时需要高电压的液晶器件等。
此外，由于可以降低源极驱动器12的电源电压，所以可以使源极驱动器低功耗化。此外，可以使源极驱动器所包括的多个电路的电源电压相等，该多个电路可以通过相同技术制造。因此，可以减少源极驱动器的制造工序，由此可以实现低成本化。
在本发明的一个方式中，如上所述，将电路11所生成的反转数据供应到预定的像素10以确定节点NM的电位。通过对相同行的各像素10依次进行这种工作，可以确定各像素10的节点NM的电位。就是说，可以向各像素10供应不同的图像数据。
节点NA、节点NB、节点NC、节点ND、节点NE及节点NM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，优选作为晶体管101、102、103、111、112、113、114、115和116中的任意或所有晶体管使用OS晶体管。此外，可以将OS晶体管用于电路21所包括的要素。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。注意，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(微晶硅、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。典型的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中构成晶体的原子稳定，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，所以可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晶体管不会发生碰撞电离、雪崩击穿、短沟道效应等，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。In-M-Zn类氧化物例如可以利用溅射法、ALD(Atomic layer deposition)法或MOCVD(Metal organic chemical vapordeposition)法等形成。
当利用溅射法形成In-M-Zn类氧化物膜时，优选用来形成In-M-Zn类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，可以使用载流子浓度低的氧化物半导体。例如，作为半导体层可以使用载流子浓度为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/cm3，1×10-9/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能级密度低，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浓度、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，氧缺陷增加，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，将半导体层的碱金属或碱土金属的浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)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，载流子浓度增加而容易n型化。其结果是，具有含有氮的氧化物半导体的晶体管容易变为常开特性。因此，半导体层的氮浓度(利用二次离子质谱分析法测得的浓度)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，利用二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)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。
氧化物半导体(金属氧化物)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 OxideSemiconductor)、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。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，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，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面分析图像(EDX-mapping)，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。
注意，在本发明的一个方式的显示装置中，如图5A所示，电路11可以安装在源极驱动器12中。此外，可以采用源极驱动器12和电路11具有重叠的区域的叠层结构。通过采用该结构，能够实现窄边框化。注意，源极驱动器12可以使用外置型IC芯片。此外，可以在衬底上与像素电路一起单片集成。
图1示出按每个列设置电路11的例子，如图5B所示，也可以在源极驱动器12与像素10之间设置选择电路16且在电路11与像素10之间设置选择电路17。通过采用该结构，可以由一个电路11进行对于多列的像素的数据写入。此外，可以减少电路11的个数，由此可以实现窄边框化。注意，图5B示出由一个电路11对3列的像素10(像素[m]至[m+2])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。
如图5C所示，也可以采用使图5B的结构变形而将数据通过选择电路18供应给电路11的结构。注意，也可以对图5B、图5C的结构应用图5A的结构。
因为电路11所包括的晶体管111至116设置在显示区域15(参照图1)的外侧，所以不容易受到晶体管的占有面积的限制，容易使其沟道宽度大于设置在像素10中的晶体管。通过使用沟道宽度大的晶体管，可以缩短布线127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111至116使用OS晶体管可以提高电路11的可靠性，即便在为较高的电压时也可以进行稳定的工作。另外，当晶体管111至116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，即便是在IC芯片内设置晶体管111至116的情况下，该晶体管也可以为OS晶体管。
<显示装置的变形例>
如图6A、图6B及图6C所示，源极驱动器12及电路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与源极驱动器12B电连接。
通过具有这种结构，可以对布线127[1]、127[2]高速地进行充放电，易于对应像素数多且水平期间短的显示装置、布线127的寄生电容大的大型显示装置等。
此外，如图6B所示，可以将源极驱动器12A及电路11A电连接于像素10[1]至像素10[x](x为2以上的自然数，例如为行的大致中央值等)，可以将源极驱动器12B及电路11B电连接于像素10[x+1]至像素10[y](y为行的最终值)。
源极驱动器12A及电路11A进行布线127[1a]、127[2a]的充放电，源极驱动器12B及电路11B进行布线127[1b]、127[2b]的充放电。如此，通过对布线127进行分割，可以高速地进行布线127的充放电，由此易于对应高速驱动。
此外，如图6C所示，可以设置多个栅极驱动器(栅极驱动器13A、13B)。通过使用多个源极驱动器及多个栅极驱动器，可以同时对被分割的布线127的每一个进行充放电，由此能够确保写入时间。
图6B和图6C示出进行所谓的分割驱动的结构，这种结构即便是对像素数多且水平期间短的显示装置也能够容易地写入数据。
<反转电路的工作例子>
接着，参照图7所示的时序图及图8A、图8B所示的电路工作的说明图详细说明电路11的反转工作。
注意，在以下说明中，将高电位表示为“H”，将低电位表示为“L”。此外，从源极驱动器12供应的第一数据为“+D”，从布线161供应的负电源电位为“-V1”，从布线162供应的正电源电位为“+V1”。此外，“+D[n]”意味着第n行的像素的数据，“+D[n+1]”意味着第n+1行的像素的数据。
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、工作时机等的详细变化。此外，因电容器的电容耦合而产生的电位变化依赖于该电容器和与其连接的要素的电容比，但是为了便于说明，将该要素的电容值假设为充分小的值。
在时刻T1，在对布线127[m_1]供应“+D[n]”，布线128的电位为“H”，布线129[n]的电位为“L”时，晶体管111、113导通，节点NA的电位成为“+D[n]”，节点NB的电位成为“+V1”(参照图8A)。此时，电容器117保持“+V1-D[n]”。
在时刻T2，在布线128的电位为“L”，布线129的电位为“H”时，晶体管111、113非导通，晶体管112、114导通。此时，节点NA的电位成为“-V1”，通过电容器117的电容耦合节点NB的电位成为“+V1+(-V1-D[n])“＝”-D[n]”。
通过晶体管114节点NC的电位成为“-D[n]”。节点NC的电位通过由晶体管115及晶体管116构成的源极跟随电路读出到节点ND。换言之，电路11可以将使从布线127[m_1]输入的“+D[n]”(第一数据)反转的“-D[n]”(第二数据)输出到布线127[m_2](参照图8B)。
在时刻T3，在布线128的电位为“L”，布线129的电位为“L”时，晶体管112、114非导通，保持节点NC的电位。换言之，保持输入到布线127[m_2]的“-D[n]”。
在时刻T4至T6，进行对布线127[m_1]供应“+D[n+1]”而生成反转数据“-D[n+1]”的工作。如上说明，电路11可以生成输入数据的反转数据。
<像素电路的工作例子>
接着，参照图9所示的时序图及图10A、图10B所示的电路工作的说明图说明将源极驱动器12所输出的数据电位的大约3倍的数据电位供应给像素10的显示器件的方法。注意，省略供应给像素10的第二数据的生成工作的说明。
在时刻T1，在对布线127[m，1]供应“+D[n]”，对布线127[m，2]供应“-D[n]”，布线125[n]的电位为“L”，布线126[n]的电位为“H”时，晶体管101、103导通，节点NM的电位为“+D[n]”，节点NE的电位为“-D[n]”。此时，在电容器104中保持“+2D[n]”(参照图10A)。
在时刻T2，在布线125[n]的电位为“H”，布线126[n]的电位为“L”时，晶体管101成为非导通，节点NM处于浮动状态。此外，晶体管103非导通，晶体管102导通，节点NE的电位从“-D[n]”改写为“+D[n]”。该变化量对应于电容器104与节点NM的电容比加上节点NM的电位，节点NM的电位成为“+D[n]+(+D[n]-(-D[n]))”＝“+3D[n]”(参照图10B)。
在时刻T3，在布线125[n]的电位为“L”，布线126[n]的电位为“L”时，晶体管102非导通，保持节点NE及节点NM的电位。
在时刻T4至T6，对布线127[m，1]供应“+D[n+1]”，对布线127[m，2]供应“-D[n+1]”，进行与上述同样的工作，进行像素[n+1，m]的写入工作。
通过上述工作，可以在像素10中将从源极驱动器12供应的电压的大约3倍的电压供应给显示器件。
<变形例子1>
图11A所示的结构为替换像素10及两个源极线的连接关系的结构。布线127[m_1]与晶体管103的源极和漏极中的另一个电连接。布线127[m_2]与晶体管101的源极和漏极中的另一个及晶体管102的源极和漏极中的另一个电连接。
在图2所示的结构的像素10的写入工作中，在第一次工作中同时写入从源极驱动器12供应的第一数据及从电路11供应的第二数据，在第二次工作中再次写入第一数据。此时，由于需要直到第二次工作继续输出第一数据，产生电路11待机的期间。
另一方面，在图11A所示的结构的像素10的写入工作中，在第一次工作中同时写入第一数据及第二数据，在第二次工作中写入第二数据。在该结构中，如图11B的时序图所示，可以重叠对于n行的像素的数据的写入时间及电路11中的对n+1行的像素的反转数据的生成期间。因此，即使像素数较多且水平期间较短，也可以确保充分的写入时间。与此相反，即使缩短水平期间也可以进行写入。
<变形例子2>
图12示出在源极驱动器12及电路11与像素10之间设置选择电路19的结构。
选择电路19可以包括晶体管131、晶体管132、晶体管133、晶体管134。晶体管131的源极和漏极中的一个与晶体管133的源极和漏极中的一个电连接。晶体管133的源极和漏极中的另一个与晶体管132的源极和漏极中的一个电连接。晶体管132的源极和漏极中的另一个与晶体管134的源极和漏极中的一个电连接。晶体管134的源极和漏极中的另一个与晶体管131的源极和漏极中的另一个电连接。
晶体管131的源极和漏极中的一个与布线127[m_1a]电连接。布线127[m_1a]与源极驱动器12的输出端子电连接。晶体管132的源极和漏极中的另一个与布线127[m_2a]电连接。布线127[m_2a]与电路11的输出端子电连接。
通过使选择电路19的晶体管131、132导通且使晶体管133、134非导通，如图13A所示可以将输出到布线127[m_1a]的数据“+D”输出到布线127[m_1b]，且可以将输出到布线127[m_2a]的数据“-D”输出到布线127[m_2b]。
或者，通过晶体管131、132非导通且晶体管133、134导通，如图13B所示可以将输出到布线127[m_1a]的数据“+D”输出到布线127[m_2b]，且可以将输出到布线127[m_1b]的数据“-D”输出到布线127[m_2a]。
上述工作对液晶器件的反转工作(正极性工作及负极性工作)有效。注意，由于可以在电路11中生成反转数据，源极驱动器能够输出的电位也可以为正和负中的任一个。因此，可以使用其功能被简化的源极驱动器。由于可以使其功能被简化的源极驱动器的电路结构简化，所以可以减少制造成本及芯片面积。因此，可以降低显示装置的成本。
<变形例子3>
在源极驱动器12具有输出第一数据及第一数据的反转数据的第二数据的功能时，如图14所示，可以采用省略电路11的结构。注意，上述变形例子1至3可以彼此组合。
<电路21>
图15A至图15D是可用于电路21的作为显示器件包括液晶器件的结构实例。
图15A所示的结构包括电容器141及液晶器件142。液晶器件142的一个电极与电容器141的一个电极电连接。电容器141的一个电极与节点NM电连接。
电容器141的另一个电极与布线151电连接。液晶器件142的另一个电极与布线152电连接。布线151、152具有供应电源的功能。例如，布线151、152可以供应GND及0V等的基准电位或任意电位。
注意，如图15B所示，可以采用省略了电容器141的结构。如上所述，作为与节点NM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存储电容器的电容器141也可以长时间维持显示。此外，不限制晶体管的结构，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141也是有效的。通过省略电容器141可以提高开口率。另外，可以提高像素的透过率。
在图15A和图15B的结构中，当节点NM的电位为液晶器件142的工作阈值以上时，开始液晶器件142的工作。因此，有时在确定节点NM的电位之前开始显示工作。注意，在是透过性液晶显示装置的情况下，通过还采用到确定节点NM的电位为止使背灯关闭等工作，可以抑制不需要的显示工作被看到。
图15C是对图15A的结构附加晶体管143的结构。晶体管143的源极和漏极中的一个与电容器141的一个电极电连接。晶体管143的源极和漏极中的另一个与节点NM电连接。
在该结构中，在晶体管143导通的同时液晶器件142被施加节点NM的电位。因此，能够在确定节点NM的电位之后的任意时序开始液晶器件142的工作。
图15D是对图15C的结构附加晶体管144的结构。晶体管144的源极和漏极中的一个与液晶器件142的一个电极电连接。晶体管144的源极和漏极中的另一个与布线153电连接。
与布线153电连接的电路170可以具有对供应到电容器141及液晶器件142的电位进行复位的功能。
图16A至图16D是可用于电路21的作为显示器件包括发光器件的结构实例。
图16A所示的结构包括晶体管145、电容器146及发光器件147。晶体管145的源极和漏极中的一个与发光器件147的一个电极电连接。发光器件147的一个电极与电容器146的一个电极电连接。电容器146的另一个电极与晶体管145的栅极电连接。晶体管145的栅极与节点NM电连接。
晶体管145的源极和漏极中的另一个与布线154电连接。发光器件147的另一个电极与布线155电连接。布线154、155具有供应电源的功能。例如，布线154能够供应高电位电源。此外，布线155能够供应低电位电源。
在图16A所示的结构中，在节点NM的电位成为晶体管111的阈值电压以上时，在发光器件147中电流流过。
另外，如图16B所示，发光器件147的一个电极可以与布线154电连接，发光器件147的另一个电极可以与晶体管145的源极和漏极中的另一个电连接。该结构也可以用于具有发光器件147的其他电路21。
图16C是对图16A的结构附加晶体管148的结构。晶体管148的源极和漏极中的一个与晶体管145的源极和漏极中的一个电连接。晶体管148的源极和漏极中的另一个与发光器件147的一个电极电连接。
在该结构中，节点NM的电位为晶体管111的阈值电压以上，当晶体管148导通时，电流流过发光器件147。因此，能够在确定节点NM的电位之后的任意时序开始发光器件147的发光。
图16D是对图16A的结构附加晶体管149的结构。晶体管149的源极和漏极中的一个与晶体管145的源极和漏极中的一个电连接。晶体管149的源极和漏极中的另一个与布线156电连接。
布线156可以与基准电位等特定电位的供应源电连接。通过从布线156对晶体管145的源极和漏极中的一个供应特定电位，可以使图像数据的写入稳定化。此外，可以控制发光器件147的发光时序。
此外，布线156可以与电路171连接，并可以具有监控线的功能。电路171可以具有供应上述特定电位的供应源的功能、取得晶体管145的电特性的功能及生成校正数据的功能中的一个以上。
<晶体管的变形例>
此外，如图17A所示，在本发明的一个方式的电路中，可以使用设置有背栅极的晶体管。图17A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。此外，可以具有背栅极与能够供应恒电位的布线电连接的结构。通过采用该结构，可以控制晶体管的阈值电压。注意，在电路11及电路21所包括的晶体管中也可以设置背栅极。
此外，在像素10中，晶体管101、102具有对电容值较大的电容器104迅速地进行充放电的功能。晶体管103具有对电容器104及电路21的合成电容器C进行充电的功能。当电容器104的电容值为C104且电路21的电容值为C21时，合成电容器C为C104×(C21/(C104+C21))，变为小于C104的值。
由此，如图17B的概念图所示，作为晶体管103可以使用其电流供应能力比晶体管101、102小的晶体管。具体而言，可以使晶体管103的沟道宽度小于晶体管101、102的沟道宽度。因此，与所有晶体管具有相同尺寸的结构相比，可以提高开口率。
<模拟结果>
接着，说明关于像素工作的模拟结果。图18示出用于模拟的像素10的结构。以图2所示的电路结构为基准，作为电路21使用具有液晶器件(Clc)及电容器(Cs)的结构。模拟对提高输入电压大约3倍的工作的节点NM的电压变化进行。
用于模拟的参数如下，晶体管尺寸为L/W＝3μm/60μm(晶体管Tr1、Tr2)、L/W＝3μm/30μm(晶体管Tr3)，电容器C1的电容值为14.4pF，电容器Cs的电容值为1.2pF，液晶元件Clc的电容值为1.2pF。施加到栅极线的GL1、GL2的电压为+26V作为“H”，并为-21V作为“L”。此外，VCOM及TCOM(公共电压)的电位为+8V。注意，作为电路模拟软件使用SPICE。
图19是根据上述像素的时序图的工作的模拟结果，横轴为时间(秒)，纵轴为像素10的节点NM的电压(V)。注意，SL1相当于布线127[m_1]，SL2相当于布线127[m_2]，GL1相当于布线126，GL2相当于布线125。此外，在正极性工作时DATA1为+16V，DATA2为0V。在负极性工作时DATA1为0V，DATA2为+16V。
如图19所示，可以确认到正极性工作、负极性工作都以公共电压为基准升压大约21V(大约2.6倍以上)。通过提高晶体管的电特性且降低寄生电容，可以生成更高的电压。
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器件的显示装置的结构例子及使用发光器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。
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。
图20A至图20C示出能够使用本发明的一个方式的显示装置的结构。
在图20A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20A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151、152、129、154、155等供应规定电位的功能。
通过FPC(Flexible printed circuit：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、COF(Chip On Film)法、COG(Chip On Glass)法以及TCP(Tape Carrier Package)法等。
图20B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20B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20B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与显示器件密封在一起。
虽然图20B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20C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器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，可以适用实施方式1所示的Si晶体管或OS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。图20A至图20C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器件(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器件。
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器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21A和图21B示出触摸屏的一个例子。图21A是触摸屏4210的立体图。图21B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器件的结构。
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。
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22A及图22B是沿着图20B中的点划线N1-N2的截面图。图22A及图22B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22A及图22B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22A及图22B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22A及图22B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22A及图22B中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，在图22B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。
图22A、图22B所示的显示装置包括电容器4020。图22A、图22B示出电容器4020包括通过与晶体管4010的栅电极相同的工序形成的电极4021、绝缘层4103、在与源电极及漏电极相同的工序中形成的电极的例子。电容器4020的结构不局限于此，也可以由其他导电层及绝缘层形成。
设置在显示部215中的晶体管4010与显示器件电连接。图22A是作为显示器件使用液晶器件的液晶显示装置的一个例子。在图22A中，作为显示器件的液晶器件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。
作为液晶器件4013，可采用使用各种模式的液晶器件。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、宾主模式等的液晶器件。
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。
液晶器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器件。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。作为用于液晶器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22A示出具有垂直电场方式的液晶器件的液晶显示装置的例子，但是也可以对本发明的一个方式应用具有水平电场方式的液晶器件的液晶显示装置。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Micro-LED等。
在图22A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22A及图22B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。
作为包括在显示装置中的显示器件可以使用发光器件。作为发光器件，例如，可以使用利用电致发光的EL器件。EL器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器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层中的发光化合物发光。
作为EL器件，例如可以使用有机EL器件或无机EL器件。注意，也可以在发光材料中使用包括化合物半导体的LED(包括微型LED)。
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器件根据其器件结构而分类为分散型无机EL器件和薄膜型无机EL器件。分散型无机EL器件包括发光层，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器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，这里作为发光器件使用有机EL器件进行说明。
为了取出发光，使发光器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器件。作为发光器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22B是作为显示器件使用发光器件的发光显示装置(也称为“EL显示装置”)的一个例子。被用作显示器件的发光器件4513与设置在显示部215中的晶体管4010电连接。虽然发光器件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。根据从发光器件4513取出光的方向等，可以适当地改变发光器件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。
发光器件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器件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器件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器件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器件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，也可以在发光器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。
通过使发光器件具有微腔结构，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。
关于对显示器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器件构成。
注意，如图23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23中示出对图22A所示的液晶显示装置应用叠层结构的例子，但是也可以应用于图22B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器件供应光的功能。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器件。通过将该发光器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)三种颜色的发光器件。再者，也可以包括白色(W)的发光器件。作为这些发光器件优选使用发光二极管(LED：Light EmittingDiode)。
再者，发光器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器件。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，红色的发光器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，绿色的发光器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。蓝色的发光器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器件闪亮的同时，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24A、图24B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24A所示的背光单元4340a具有在像素正下隔着扩散板4352设置多个发光器件4342的结构。扩散板4352具有使从发光器件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。在发光器件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器件4342，所以可以实现明亮的显示。此外，不需要导光板，有不容易损失发光器件4342的光的效率的优点。注意，根据需要也可以在发光器件4342中设置光扩散用的透镜4344。
图24B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器件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。
发光器件4342可以固定于印刷电路板4347。注意，在图24B中示出RGB各颜色的发光器件4342彼此重叠，也可以在纵深方向上RGB各颜色的发光器件4342排列。此外，在导光板4341上与发光器件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由于可以减少发光器件4342，因此可以实现低成本且薄型的背光单元。
作为液晶器件也可以使用光散射型液晶器件。作为光散射型液晶器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器件。或者，也可以使用高分子网络型液晶(PNLC(Polymer Network Liquid Crystal))元件。
光散射型液晶器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。
光散射型液晶器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器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，光散射型液晶器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，光散射型液晶器件不管观看方向如何成为不透明状态。
图25A是将图24A的显示装置的液晶器件4013置换成光散射型液晶器件4016的结构。光散射型液晶器件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24A相同，在使用光散射型液晶器件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25B示出将图24B的显示装置的液晶器件4013置换成光散射型液晶器件4016的结构。图24B所示的结构优选为在不对光散射型液晶器件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26A至图26E示出图25B所示的显示装置的变形例子。注意，在图26A至图26E中，为了容易理解，示出图25B的一部分的构成要素而省略其他构成要素。
图26A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器件4342所发射的光。
图26B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器件射出到外部。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，发光器件4342不仅设置在显示装置的一边，而且如图26C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。通过将发光器件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器件。
图26D示出从发光器件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26E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器件4342所发射的光。
注意，图25B及图26A至图26E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27A1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27A1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+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27A2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27B1示出与图27A1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27B2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27C1示出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27C2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28A1、图28A2、图28B1、图28B2、图28C1及图28C2示出晶体管810、811、820、821、825、826的沟道宽度方向的截面图。
在图28B2和图28C2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被栅电极及背栅电极覆盖。
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29A1所例示的晶体管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29A2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包括隔着绝缘层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29B1所示的晶体管844及图29B2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29C1所示的晶体管846及图29C2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30A1、图30A2、图30B1、图30B2、图30C1及图30C2示出晶体管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31A至图31F示出这些电子设备的具体例子。
图31A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31B是便携式数据终端，包括外壳911、显示部912、扬声器913、操作按钮914、照相机919等。通过利用显示部912的触摸屏功能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。
图31C是移动电话机，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31D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31E是电视机，包括外壳971、显示部973、操作按钮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31F是数字标牌，包括大型显示部922。数字标牌例如在柱子921的侧面安装有大型显示部922。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。
本实施方式可以与其他实施方式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、13A：栅极驱动器、13B：栅极驱动器、15：显示区域、16：选择电路、17：选择电路、18：选择电路、19：选择电路、20：电路、21：电路、101：晶体管、102：晶体管、103：晶体管、104：电容器、111：晶体管、112：晶体管、113：晶体管、114：晶体管、115：晶体管、116：晶体管、117：电容器、118：电容器、125：布线、126：布线、127：布线、128：布线、129：布线、131：晶体管、132：晶体管、133：晶体管、134：晶体管、141：电容器、142：液晶器件、143：晶体管、144：晶体管、145：晶体管、146：电容器、147：发光器件、148：晶体管、149：晶体管、151：布线、152：布线、153：布线、154：布线、155：布线、156：布线、161：布线、162：布线、163：布线、164：布线、165：布线、166：布线、170：电路、171：电路、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：共同线驱动电路、723：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、914：操作按钮、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：操作按钮、975：扬声器、976：通信用连接端子、977：光传感器、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：液晶器件、4014：布线、4015：电极、4016：光散射型液晶器件、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：发光器件、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：发光器件、4514：填充材料

Claims (11)

1.一种显示装置，包括：
第一电路；
第二电路；以及
像素，
其中，所述第一电路与所述第二电路电连接，
所述第一电路与所述像素电连接，
所述第二电路与所述像素电连接，
所述第一电路具有将第一数据输出到所述第二电路的功能，
所述第一电路具有将所述第一数据输出到所述像素的功能，
所述第二电路具有根据所述第一数据将第二数据输出到所述像素的功能，
在所述第一数据的电位为D1，所述第二数据的电位为D2，基准电位为V0时，V0＝(D1+D2)/2，
并且，所述像素具有根据所述第一数据及所述第二数据生成第三数据的功能以及对应于所述第三数据进行显示的功能。
2.根据权利要求1所述的显示装置，还包括第三电路，
其中所述第三电路具有输出路径的选择功能，
所述第三电路的输入端子与所述第二电路电连接，
并且所述第三电路的输出端子与所述像素电连接。
3.根据权利要求1或2所述的显示装置，
其中所述像素包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器及第四电路，
所述第一电容器的一个电极与所述第一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一个与所述第三电路电连接，
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，
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，
所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二电路电连接，
所述第二晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第一电路电连接，
所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第二电路电连接，
并且所述第四电路包括显示器件。
4.根据权利要求3所述的显示装置，
其中所述第三晶体管的沟道宽度比所述第一晶体管的沟道宽度及所述第二晶体管的沟道宽度小。
5.根据权利要求3或4所述的显示装置，
其中所述第四电路作为所述显示器件包括液晶器件，
并且所述液晶器件的一个电极与所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接。
6.根据权利要求5所述的显示装置，还包括第二电容器，
其中所述第二电容器的一个电极与所述液晶器件的一个电极电连接。
7.根据权利要求3或4所述的显示装置，
其中所述第四电路包括第四晶体管、第三电容器、作为所述显示器件的发光器件，
所述第四晶体管的栅极与所述第一晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第四晶体管的源极和漏极中的一个与所述发光器件的一个电极电连接，
所述发光器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四晶体管的栅极电连接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显示装置，
其中所述第二电路包括第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第九晶体管、第十晶体管、第四电容器以及第五电容器，
所述第五晶体管的源极和漏极中的一个与所述第四电容器的一个电极电连接，
所述第四电容器的一个电极与所述第六晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第五晶体管的栅极与所述第七晶体管的栅极电连接，
所述第七晶体管的源极和漏极中的一个与所述第四电容器的另一个电极电连接，
所述第四电容器的另一个电极与所述第八晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第八晶体管的栅极与所述第六晶体管的栅极电连接，
所述第八晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第九晶体管的栅极电连接，
所述第九晶体管的栅极与所述第五电容器的一个电极电连接，
所述第九晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第十晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
所述第十晶体管的源极和漏极中的一个与所述像素电连接，
并且所述第五晶体管的源极和漏极中的另一个与所述第一电路电连接。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的显示装置，
其中所述第二电路、所述第三电路以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，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)。
10.一种显示装置的工作方法，该显示装置包括：
电容器的一个电极与显示器件电连接的像素，
其中，生成第一数据及以特定电位为基准使所述第一数据反转的第二数据，
该显示装置的工作方法包括：
在对所述电容器的一个电极供应第一数据的状态下对所述电容器的另一个电极供应所述第二数据的第一步骤；以及
在使所述电容器的一个电极浮动的状态下对所述电容器的另一个电极供应所述第一数据的第二步骤，
并且，该显示装置以上述顺序进行工作。
11.一种电子设备，包括：
权利要求1至9中任一项所述的显示装置；以及
照相机。
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