CN115202115A - 显示装置 - Google Patents

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CN115202115A
CN115202115A CN202210844141.6A CN202210844141A CN115202115A CN 115202115 A CN115202115 A CN 115202115A CN 202210844141 A CN202210844141 A CN 202210844141A CN 115202115 A CN115202115 A CN 115202115A
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CN
China
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transistor
wiring
pixel
electrode
light
Prior art date
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Pending
Application number
CN202210844141.6A
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English (en)
Inventor
川岛进
楠本直人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

本发明提供一种能够提高图像品质的显示装置。该显示装置包括第一电路、像素及布线。第一电路具有对布线供应数据的功能及使布线处于浮动状态而保持所述数据的功能。像素具有从布线取得数据两次而进行加法运算的功能，可以在布线被供应数据的期间进行第一次的数据写入且在布线保持所述数据的期间进行第二次的所述数据写入。由此，通过对源极线进行一次数据充电就可以对显示元件供应源极驱动器的输出电压以上的数据电位。

Description

显示装置
本发明申请是国际申请号为PCT/IB2019/050507，国际申请日为2019年1月22日，进入中国国家阶段的申请号为201980010491.9，名称为“显示装置及电子设备”的发明专利申请的分案申请。
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)。因此，作为在本说明书中更具体地公开的本发明的一个方式的技术领域的例子，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、这些装置的驱动方法或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、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
作为可以应用于晶体管的半导体薄膜，硅类半导体材料被广泛地周知，作为其他材料，氧化物半导体受到关注。作为氧化物半导体，例如，已知除了如氧化铟、氧化锌等单元金属氧化物之外还有多元金属氧化物。在多元金属氧化物中，有关In-Ga-Zn氧化物(以下也称为IGZO)的研究尤为火热。
通过对IGZO的研究，在氧化物半导体中，发现了既不是单晶也不是非晶的CAAC(c-axis aligned crystalline：c轴取向结晶)结构及nc(nanocrystalline：纳米晶)结构(参照非专利文献1至非专利文献3)。非专利文献1及非专利文献2中公开了一种使用具有CAAC结构的氧化物半导体制造晶体管的技术。再者，非专利文献4及非专利文献5中公开了一种比CAAC结构及nc结构的结晶性更低的氧化物半导体中也具有微小的结晶。
将IGZO用于活性层的晶体管具有极低的关态电流(参照非专利文献6)，已知有利用了该特性的LSI及显示器(参照非专利文献7及非专利文献8)。
另外，专利文献1公开了一种具有将关态电流(off-state current)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2011-119674号公报
[非专利文献]
[非专利文献1]S.Yamazaki et al.，“SID Symposium Digest of TechnicalPapers”，2012，volume 43，issue 1，p.183-186
[非专利文献2]S.Yamazaki et al.，“Japanese Journal of Applied Physics”，2014，volume 53，Number 4S，p.04ED18-1-04ED18-10
[非专利文献3]S.Ito et al.，“The Proceedings of AM-FPD’13Digest ofTechnical Papers”，2013，p.151-154
[非专利文献4]S.Yamazaki et al.，“ECS Journal of Solid State Scienceand Technology”，2014，volume 3，issue 9，p.Q3012-Q3022
[非专利文献5]S.Yamazaki，“ECS Transactions”，2014，volume64，issue 10，p.155-164
[非专利文献6]K.Kato et al.，“Japanese Journal of Applied Physics”，2012，volume 51，p.021201-1-021201-7
[非专利文献7]S.Matsuda et al.，“2015Symposium on VLSI TechnologyDigest of Technical Papers”，2015，p.T216-T217
[非专利文献8]S.Amano et al.，“SID Symposium Digest of TechnicalPapers”，2010，volume 41，issue 1，p.626-629
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，已经开发出能够以8K4K(像素数：7680×4320)或更高分辨率进行显示的硬件。此外，通过亮度调整提高图像品质的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，需要扩大能够供应到显示元件的数据电位的范围。另一方面，例如液晶显示装置用的源极驱动器的输出电压为15V左右，为了对显示元件供应更高电压需要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，为了进一步流畅地显示动态图像，需要提高帧频率，但随着像素数的增加水平期间缩短，因此难以提高帧频率。通过实现易于提高帧频率的结构，容易应用于场序制液晶方式的显示装置等。
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品质的显示装置。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率的显示装置。
此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种功耗低的显示装置。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之一是提供一种新颖的半导体装置等。
注意，这些课题的记载不妨碍其他课题的存在。此外，本发明的一个方式并不需要达到所有上述课题。另外，上述以外的课题从说明书、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课题。
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品质的显示装置。
本发明的一个方式是一种显示装置，包括第一电路、像素及布线，第一电路具有对布线供应数据的功能及使布线处于浮动状态而保持数据的功能，像素具有从布线取得数据两次而进行加法运算的功能，像素可以在布线被供应数据的期间进行第一次的数据写入，像素可以在布线保持数据的期间进行第二次的数据写入。
本发明的其他一个方式是一种显示装置，包括第一电路、第一像素、第二像素、第一布线及第二布线，第一电路具有对第一布线供应第一数据的功能及使第一布线处于浮动状态而保持第一数据的功能，第一电路具有对第二布线供应第二数据的功能及使第二布线处于浮动状态而保持第二数据的功能，第一像素具有从第一布线取得第一数据两次而进行加法运算的功能，第二像素具有从第二布线取得第二数据两次而进行加法运算的功能，第一像素在第一布线被供应第一数据的期间进行第一次的第一数据的写入，第一像素在第一布线保持第一数据的期间进行第二次的第一数据的写入，第二像素在第二布线被供应第二数据的期间进行第一次的第二数据的写入，第二像素在第二布线保持第二数据的期间进行第二次的第二数据的写入，可以将第一像素进行第二次的第一数据的写入期间与第二像素进行第一次的第二数据的写入期间重叠。
另外，上述显示装置也可以还包括第三布线、第四布线及第五布线，其中第三布线具有供应选择第一像素的信号电位的功能，第四布线具有供应选择第一像素的信号电位的功能，第四布线具有供应选择第二像素的信号电位的功能，第五布线具有选择第二像素的信号电位的功能。
另外，本发明的其他一个方式是一种显示装置，包括第一电路、第一像素、第二像素、第一布线、第二布线、第三布线、第四布线及第五布线，第一电路与第一布线电连接，第一电路与第二布线电连接，第一像素及第二像素包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第一电容器及电路区块，第一晶体管的源极和漏极中的一方与第二晶体管的源极和漏极中的一方电连接，第二晶体管的源极和漏极中的一方与第一电容器的一方电极电连接，第一电容器的另一方电极与第三晶体管的源极和漏极中的一方电连接，第三晶体管的源极和漏极中的一方与电路区块电连接。在第一像素中，第一晶体管的源极和漏极中的另一方与第一布线电连接，第三晶体管的源极和漏极中的另一方与第一布线电连接，第一晶体管的栅极与第四布线电连接，第二晶体管的栅极与第三布线电连接，第三晶体管的栅极与第三布线电连接。在第二像素中，第一晶体管的源极和漏极中的另一方与第二布线电连接，第三晶体管的源极和漏极中的另一方与第二布线电连接，第一晶体管的栅极与第五布线电连接，第二晶体管的栅极与第四布线电连接，第三晶体管的栅极与第四布线电连接，电路区块包括显示元件。
另外，上述显示装置也可以还包括第二电容器及第三电容器，第二电容器的一方电极与第一布线电连接，第三电容器的一方电极与第二布线电连接。
第一电路可以与源极驱动器电连接。另外，第三布线至第五布线可以与栅极驱动器电连接。
第一电路包括第四晶体管及第五晶体管，第四晶体管的源极和漏极中的一方与第一布线电连接，第五晶体管的源极和漏极中的一方与第二布线电连接，第四晶体管的源极和漏极中的另一方可以与第五晶体管的源极和漏极中的另一方电连接。
电路区块包括第六晶体管、第七晶体管、第四电容器及作为显示元件的有机EL元件，并且可以具有如下结构：有机EL元件的一方电极与第七晶体管的源极和漏极中的一方电连接，第七晶体管的源极和漏极中的另一方与第四电容器的一方电极电连接，第四电容器的一方电极与第六晶体管的源极和漏极中的一方电连接，第六晶体管的栅极与第四电容器的另一方电极电连接，第四电容器的另一方电极与第一电容器的一方电极电连接。
在上述结构中，第六晶体管的源极和漏极中的另一方可以与第二晶体管的源极和漏极中的另一方电连接。
另外，电路区块包括第八晶体管、第五电容器及作为显示元件的液晶元件，并且可以具有如下结构：液晶元件的一方电极与第五电容器的一方电极电连接，第五电容器的一方电极与第八晶体管的源极和漏极中的一方电连接，第八晶体管的源极和漏极中的另一方与第一电容器的一方电极电连接。
在上述结构中，第五电容器的另一方电极可以与第二晶体管的源极和漏极中的另一方电连接。
作为液晶元件可以使用在一对电极间具有树脂部和液晶部的光散射型液晶元件。
在包括液相元件时，显示装置还包括发射红色(R)的发光元件、发射绿色(G)的发光元件及发射蓝色B的发光元件，可以通过依次使各发光元件闪烁而通过液晶元件射出到外部来进行显示。
第三晶体管优选在沟道形成区域中具有金属氧化物，并且金属氧化物优选包含In、Zn及M(M是Al、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。
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品质的显示装置。另外，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元件的显示装置。另外，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。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种能够提高帧频率的显示装置。
此外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种功耗低的显示装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种可靠性高的显示装置。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种新颖的显示装置等。另外，通过使用本发明的一个方式可以提供一种上述显示装置的驱动方法。另外，通过使用本发明的一个方式可以是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]是说明显示装置的图。
[图3]是说明显示装置的工作的时序图。
[图4]是说明电路区块的图。
[图5]是说明电路区块的图。
[图6]是说明像素电路的图。
[图7]是说明显示装置的图。
[图8]是说明显示装置的工作的时序图。
[图9]是说明用于模拟的显示装置的结构的图。
[图10]是用于模拟的时序图。
[图11]是说明模拟结果的图。
[图12]是说明模拟结果的图。
[图13]是说明显示装置的图。
[图14]是说明触摸面板的图。
[图15]是说明显示装置的图。
[图16]是说明显示装置的图。
[图17]是说明显示装置的图。
[图18]是说明显示装置的图。
[图19]是说明显示装置的图。
[图20]是说明晶体管的图。
[图21]是说明晶体管的图。
[图22]是说明晶体管的图。
[图23]是说明晶体管的图。
[图24]是说明电子设备的图。
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。
(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具有在像素内附加图像数据的功能的显示装置。在各像素中设置存储节点，首先在该存储节点保持第一图像数据。接着，由电容耦合将第二图像数据附加到该存储节点并供应给显示元件。就是说，可以将源极驱动器的输出电压以上的数据电位供应给显示元件。
在该显示装置中，以第一图像数据及第二图像数据使用相同数据为前提。首先，在源极线被供应图像数据的期间进行第一次写入，在源极线保持该图像数据的期间进行第二次写入。由此，可以对源极线进行一次数据充电，从而可以实现低功耗化。另外，通过设置两个源极线而并行对两个像素进行写入，可以提高写入速度。
图1是说明本发明的一个方式的显示装置的图。显示装置包括像素10、电路11、源极驱动器12、栅极驱动器13。
像素10具有通过不同路径取得图像数据两次的功能。因此，一个像素10通过两个布线电连接于一个源极线。
源极线在每一列设置两个(第一源极线、第二源极线)，按每一行交替地电连接于像素10。例如，第一行的像素10电连接于第一源极线，第二行的像素10电连接于第二源极线，第三行的像素10电连接于第一源极线。
电路11电连接于源极驱动器12及上述两个源极线，并且可以将从源极驱动器12供应的图像数据供应给第一源极线或第二源极线。另外，电路11可以使上述两个源极线处于浮动状态，并且可以在第一源极线及第二源极线保持图像数据。
通过使源极线与电容器电连接，源极线可以进一步稳定地保持图像数据。该电容器不局限于一个，也可以多个电容器并联连接。另外，在源极线的布线电容(寄生电容)充分大于一个像素10的数据保持电容时，也可以不设置该电容器。
一个像素10电连接于两个栅极线且以第一次图像数据的写入与第二次图像数据的写入时序不同的方式进行控制。在此，可以使第n行(n为1以上的自然数)的像素10中的第二次写入图像数据的时序与第n+1行的像素10中的第一次写入图像数据的时序相同，由此第n行的像素10和第n+1行的像素10可以共用一个栅极线。
因此，与第一行及最后一行的像素10电连接的栅极线的数量计算为1.5个(1个+0.5个)，与其他像素10电连接的栅极线的数量计算为一个(0.5个+0.5个)。换言之，实际上可以由一个栅极线控制一个像素10，所以可以减少用来写入图像数据的信号数。另外，不需要设置要进行复杂控制的栅极驱动器。另外，栅极线的数量减少，所以也可以提高像素10的开口率。
在源极线被供应图像数据的期间对像素10进行第一次数据写入，在相同源极线保持图像数据的期间对像素进行第二次数据写入。因此，只要对源极线进行一次图像数据的充电即可。另外，如上所述，通过设置两个源极线，可以并行地进行第n行的像素10和第n+1行的像素10的工作，所以可以使图像数据的写入高速化。
图2示出电路11以及第m列第n行至第n+2行(m、n为1以上的自然数)的像素10的具体例子。
电路11[m]可以具有包括晶体管107及晶体管108的结构。晶体管107的栅极与布线124电连接，晶体管108的栅极与布线123电连接。另外，晶体管107的源极和漏极中的一方与布线125[m]电连接，晶体管108的源极和漏极中的一方与布线126[m]电连接。晶体管107的源极和漏极中的另一方及晶体管108的源极和漏极中的另一方与源极驱动器12的第m列用的输出线电连接。
布线123及布线124被用作控制晶体管108或晶体管107的导通的信号线。布线125[m]及布线126[m]被用作源极线。
布线125[m]与电容器105的一方电极电连接。另外，布线126[m]与电容器106的一方电极电连接。电容器105的另一方电极及电容器106的另一方电极与被供应固定电位的布线135电连接。注意，如上所述，也可以并联连接多个电容器105及多个电容器106。另外，也可以采用不设置电容器105及电容器106的结构。
在晶体管107导通时，从源极驱动器12输出的图像数据(DATA)被输出到布线126[m]。在晶体管108导通时，从源极驱动器输出的图像数据(DATA)被输出到布线125[m]。另外，通过在输出上述图像数据后使晶体管107处于非导通，布线126[m]处于浮动状态而在布线126[m]保持图像数据(DATA)。通过使晶体管108处于非导通，布线125[m]处于浮动状态而在布线125[m]保持图像数据(DATA)。
注意，上述电路11的结构的说明只是一个例子，只要具有对布线125及布线126选择性地供应数据的功能以及使布线125及布线126处于浮动状态的功能，就可以采用其他结构。
像素10包括晶体管101、晶体管102、晶体管103、电容器104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，在后面说明其详细内容。
晶体管101的源极和漏极中的一方与晶体管102的源极和漏极中的一方电连接。晶体管102的源极和漏极中的一方与电容器104的一方电极电连接。电容器104的另一方电极与晶体管103的源极和漏极中的一方电连接。晶体管103的源极和漏极中的一方与电路区块110电连接。
在此，将晶体管103的源极和漏极中的一方、电容器104的另一方电极与电路区块连接的布线记为节点NM。电路区块110所包括的显示元件根据节点NM的电位进行工作。另外，与节点NM连接的电路区块110的构成要素可以使节点NM处于浮动状态。
在第n行的像素10[n，m]中，晶体管101的栅极与布线121[n+1]电连接。晶体管102的栅极及晶体管103的栅极与布线121[n]电连接。晶体管101的源极和漏极中的另一方及晶体管103的源极和漏极中的另一方与布线125[m]电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一方与能够供应特定电位“Vref”的布线电连接。
在第n+1行的像素10[n+1，m]中，晶体管101的栅极与布线121[n+2]电连接。晶体管102的栅极及晶体管103的栅极与布线121[n+1]电连接。晶体管101的源极和漏极中的另一方及晶体管103的源极和漏极中的另一方与布线126[m]电连接。晶体管102的源极和漏极中的另一方与能够供应特定电位“Vref”的布线电连接。
布线121被用作栅极线且与栅极驱动器13(参照图1)电连接。
如上所述，像素10每隔一行交替地连接至不同的源极线(布线125或布线126)。另外，栅极线(布线121)与列方向上相邻的两个像素10电连接。
作为能够供应“Vref”的布线，例如可以使用与电路区块110的构成要素电连接的电源线等。
另外，为了进行后面说明的电容耦合工作，需要在同一期间对像素10供应第一次供应的数据和“Vref”。因此，在从源极线供应“Vref”时，至少需要用来供应数据的源极线及用来供应“Vref”或第二次的数据的源极线。
在本发明的一个方式中从电源线等供应“Vref”，所以通过切换时序可以使用一个信号线进行第一次的数据供应或第二次的数据供应。也就是说，本发明的一个方式的显示装置可以使用较少的布线构成显示装置。
节点NM是存储节点，通过使晶体管103导通，可以将供应到布线125或布线126的数据写入到节点NM。此外，通过使晶体管103非导通，可以在节点NM中保持该数据。通过作为晶体管103使用关态电流极低的晶体管，可以长时间地保持节点NM的电位。作为该晶体管，例如，可以使用将金属氧化物用于沟道形成区域的晶体管(以下，称为OS晶体管)。
OS晶体管不仅可以用于晶体管103还可以用于构成像素10的其他的晶体管。另外，构成电路11的晶体管也可以使用OS晶体管。另外，作为像素10及电路11也可以使用在沟道形成区域中包含Si的晶体管(以下，称为Si晶体管)。或者，也可以使用OS晶体管和Si晶体管的双方。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。
OS晶体管具有大能隙而呈现极低的关态电流特性。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。
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，可以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/cm3，1×10-9/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。该氧化物半导体的杂质浓度低，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，载流子密度增加而容易n型化。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特性。因此，半导体层的氮浓度(通过二次离子质谱分析法测得的浓度)优选为5×1018atoms/cm3以下。
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。
下面，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)测量法之一的Out-Of-Plane法利用θ/2θ扫描进行测量时，观察不到明确的峰值。也就是说，根据X射线衍射测量，可知在测量区域中没有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。
使用图3所示的时序图说明附加两个图像数据的工作的一个例子。在下面说明中，以“H”表示高电位，以“L”表示低电位。另外，以“D1”表示对第一行的像素进行写入时供应的图像数据，以“D2”表示对第二行的像素进行写入时供应的图像数据，以“D3”表示对第三行的像素进行写入时供应的图像数据。作为“Vref”，例如可以使用0V、GND电位或特定的基准电位。
首先，说明对第n行的像素10[n，m]的节点NM[n，m]写入“D1”的工作。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、工作时序等的详细变化。由电容耦合引起的电位变化取决于供应侧与被供应侧的容量比，但是为了便于说明，假设节点NM的电容值足够小。
首先，在时刻T1使布线123的电位为“H”且使布线124的电位为“L”，以“D1”被供应至布线125[m]的方式使晶体管108导通。
另外，通过在时刻T1使布线121[n]的电位为“H”，在像素10[n，m]中晶体管102导通而电容器104的一方电极的电位变为“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103导通而节点NM[n，m]被写入布线125[m]的电位。该工作是第一次的写入工作，节点NM[n，m]的电位变为“D1”。
然后，在使布线121[n]的电位为“L”时，晶体管102及晶体管103变为非导通，节点NM[n，m]保持“D1”。另外，电容器104保持“D1-Vref”。
到这里是像素10[n，m]中的“D1”的写入工作。下面说明像素10[n，m]中的“D1”的加法工作及像素10[n+1，m]中的“D2”的写入工作。
通过在时刻T2使布线123的电位为“L”且使布线124的电位为“H”，使布线125[m]处于浮动状态而保持“D1”。另外，以对布线126[m]供应“D2”的方式使晶体管107导通。
另外，通过在时刻T2使布线121[n+1]的电位为“H”，在像素10[n，m]中晶体管101导通而由电容器104的电容耦合对节点NM[n，m]的电位施加保持在布线125[m]的电位“D1”。该工作是第二次的写入工作，节点NM[n，m]的电位变为“D1-Vref+D1”。此时，在“Vref＝0”时，节点NM[n，m]的电位变为“D1+D1”。就是说，可以将供应并保持在源极线中的数据附加到像素内。
另外，在像素10[n+1，m]中晶体管102导通而电容器104的一方电极的电位变为“Vref”。另外，晶体管103导通而节点NM[n+1，m]被写入布线126[m]的电位。该工作是第一次的写入工作，节点NM[n+1，m]的电位变为“D2”。
到这里是像素10[n，m]中的“D1+D1”的写入工作以及像素10[n+1，m]中的“D2”的写入工作。下面说明像素10[n+1，m]中的“D2”的加法工作及像素10[n+2，m]中的“D3”的写入工作。
通过在时刻T3使布线123的电位为“H”且使布线124的电位为“L”，使布线126处于浮动状态而保持“D2”。另外，以对布线125[m]供应“D3”的方式使晶体管108导通。
另外，通过在时刻T3使布线121[n+2]的电位为“H”，在像素[n+1，m]中晶体管101导通而由电容器104的电容耦合对节点NM[n+1，m]的电位施加保持在布线126[m]的电位“D2”。该工作是第二次的写入工作，节点NM[n+1，m]的电位变为“D2-Vref+D2”。此时，在“Vref＝0”时，节点NM[n+1，m]的电位变为“D2+D2”。
另外，在像素10[n+2，m]中晶体管102导通而电容器104的一方电极的电位变为“Vref”。另外，晶体管103导通而节点NM[n+2，m]被写入布线125[m]的电位。该工作是第一次的写入工作，节点NM[n+2，m]的电位变为“D3”。
到这里是像素10[n+1，m]中的“D2+D2”的写入工作以及像素10[n+2，m]中的“D3”的写入工作。在像素10[n+2，m]中，通过根据图3所示的时序图进行与上述同样的工作，可以写入“D3+D3”。
如上所述，本发明的一个方式可以高速地进行附加两个图像数据的工作。通过附加图像数据，可以将源极驱动器的最大输出电压以上的电位供应给显示元件，有助于显示亮度的提高、动态范围的扩大等。另外，在进行标准的显示时，源极驱动器的输出电压可以为一半左右，因此也可以降低功耗。
另外，可以并行地进行对第n行的像素和第n+1行的像素写入，所以可以提高帧频率。因此，即使在因像素数的增大而水平期间短的情况下也可以易于提高帧频率。另外，本发明的一个方式也适合于需要高速工作的场序制液晶显示装置。
图4A至图4C是可以应用于电路区块110且作为显示元件包括EL元件的结构的例子。
图4A所示的结构包括晶体管111、电容器113及EL元件114。晶体管111的源极和漏极中的一方与EL元件114的一方电极电连接。EL元件114的一方电极与电容器113的一方电极电连接。电容器113的另一方电极与晶体管111的栅极电连接。晶体管111的栅极与节点NM电连接。
晶体管111的源极和漏极中的另一方与布线128电连接。EL元件114的另一方电极与布线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。
在此，图2所示的用来供应“Vref”的晶体管102的源极和漏极中的另一方可以与布线128电连接。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任一的功能。对于布线128，在对节点NM写入数据的时序供应“Vref”，而在使EL元件114发光的时序供应高电位电源，即可。另外，晶体管102的源极和漏极中的另一方也可以与供应“Vref”的公共布线电连接。
在图4A所示的结构中，在节点NM的电位变为晶体管111的阈值电压以上时电流流过EL元件114。因此，有时EL元件114在图3的时序图所示的第一次写入阶段开始发光，因此该结构的用途可能受限。
图4B是对图4A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方与晶体管111的源极和漏极中的一方电连接。晶体管112的源极和漏极中的另一方与EL元件114电连接。晶体管112的栅极与布线127电连接。布线127可以被用作控制晶体管112的导通的信号线。
在该结构中，在节点NM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EL元件114。因此，可以使EL元件114在图3的时序图所示的第二次写入之后开始发光。
图4C是对图4B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方与晶体管111的源极和漏极中的一方电连接。晶体管115的源极和漏极中的另一方与布线130电连接。晶体管115的栅极与布线131电连接。布线131可以被用作控制晶体管115的导通的信号线。
布线130可以与基准电位等特定电位的供应源电连接。通过从布线130对晶体管111的源极和漏极中的一方供应特定电位，也可以使图像数据的写入稳定化。
此外，布线130可以与电路120连接，并可以被用作监控线。电路120可以具有供应上述特定电位的功能、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方以上。
图5A至图5C是可以应用于电路区块110且作为显示元件包括液晶元件的结构的例子。
图5A所示的结构包括电容器116及液晶元件117。液晶元件117的一方电极与电容器116的一方电极电连接。电容器116的一方电极与节点NM电连接。
电容器116的另一方电极与布线132电连接。液晶元件117的另一方电极与布线133电连接。布线132、133具有供应电源的功能。例如，布线132、133可以供应GND、0V等基准电位或任意电位。
在此，图2所示的用来供应“Vref”的晶体管102的源极和漏极中的另一方可以与布线132电连接。另外，晶体管102的源极和漏极中的另一方也可以与供应“Vref”的公共布线电连接。
在该结构中，在节点NM的电位变为液晶元件117的工作阈值以上时开始液晶元件117的工作。因此，有时在图3的时序图所示的第一次写入的阶段开始显示工作，因此该结构的用途可能受限。但是，在是透射型液晶显示装置的情况下，通过直到图3的时序图所示的第二次写入为止并行地进行使背光关灯等的工作，即便发生不需要的显示工作也可以抑制被看到。
图5B是对图5A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方与电容器116的一方电极电连接。晶体管118的源极和漏极中的另一方与节点NM电连接。晶体管118的栅极与布线127电连接。布线127可以被用作控制晶体管118的导通的信号线。
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NM的电位。因此，可以在图3的时序图所示的第二次写入之后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。该复位例如可以通过如下方法进行，对与像素连接的源极线(布线125或布线126)供应复位电位并同时使晶体管102及晶体管118导通。
图5C是对图5B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方与液晶元件117的一方电极电连接。晶体管119的源极和漏极中的另一方与布线130电连接。晶体管119的栅极与布线131电连接。布线131可以被用作控制晶体管119的导通的信号线。
电连接到布线130的电路120与上述图4C中的说明同样，还可以具有对供应电容器116及液晶元件117的电位进行复位的功能。
此外，虽然图4、图5示出从电源线供应“Vref”的例子，但是也可以从栅极线供应“Vref”。例如，如图6A所示，在像素10[n，m]中也可以从布线121供应“Vref”。如图3所示，因为在写入“D1”时(在晶体管103导通时)，布线121[n+1]被供应相当于“L”的电位，所以可以将该电位用作“Vref”。
此外，如图6B、图6C所示，晶体管101、102、103也可以采用设置有背栅极的结构。图6B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6C示出背栅极与能够供应恒定电位的布线134电连接的结构，该结构可以控制晶体管的阈值电压。另外，也可以在图4A至图4C及图5A至图5C所示的电路区块110所包括的晶体管设置背栅极。
作为包括在源极线保持数据且将该数据用于加法工作的像素的显示装置，也可以采用图7所示的结构。
在图7所示的显示装置中，像素的基本结构与图2所示的显示装置相同，与图2所示的显示装置的不同之处在于每一列设有一个源极线且每一行设有两个栅极线。另外，设置电路14以代替电路11。
作为栅极线设置布线121及布线122。布线121与晶体管102的栅极及晶体管103的栅极电连接。布线122与晶体管101的栅极电连接。
电路14包括晶体管109。晶体管109的栅极与布线123电连接。晶体管109的源极和漏极中的一方与布线125(源极线)电连接，源极和漏极中的另一方与源极驱动器12电连接。因此，通过控制晶体管109的导通，可以将图像数据(DATA)供应到或保持在布线125。
图7所示的结构也在源极线被供应图像数据时进行第一次写入且在源极线保持图像数据时进行第二次写入。注意，列方向上的所有像素连接到一个源极线，所以不能通过并行工作提高写入速度。另一方面，在源极线保持图像数据时在源极驱动器内的输出电路进行电源门控而可以降低起因于泄漏电流等的功耗。
使用图8所示的时序图说明附加两个图像数据的工作及源极驱动器的电源门控的一个例子。
首先，说明对第n行的像素10[n，m]的节点NM[n，m]写入图像数据“D1”的工作。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、工作时序等的详细变化。
在时刻T1使布线123的电位为“H”以对布线125[m]供应“D1”的方式使晶体管109导通。
另外，在时刻T1使布线121[n]的电位为“H”时，在像素10[n，m]中晶体管103导通而电容器104的一方电极的电位变为“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102导通而节点NM[n，m]被写入布线125[m]的电位。该工作是第一次的写入工作，节点NM[n，m]的电位变为“D1”。
然后，通过在时刻T2使布线121[n]的电位为“L”且使布线123的电位为“L”，晶体管102及晶体管103变为非导通，节点NM[n，m]保持“D1”。另外，电容器104保持“D1-Vref”。另外，布线125[m]处于浮动状态而保持“D1”。
到这里是像素10[n，m]中的“D1”的写入工作。接着，说明像素10[n，m]中的“D1”的加法工作。
通过在时刻T2使布线122[n]的电位为“H”，在像素10[n，m]中晶体管101导通而由电容器104的电容耦合对节点NM[n，m]的电位施加保持在布线125[m]的电位“D1”。该工作是第二次的写入工作，节点NM[n，m]的电位变为“D1-Vref+D1”。此时，在“Vref＝0”时，节点NM[n，m]的电位变为“D1+D1”。就是说，可以将供应并保持在源极线中的数据附加到像素内。
在时刻T3以后，通过反复进行与上述同样的工作来对下一行以后的像素10写入图像数据(DATA)。
在此，在时刻T2至T3的期间源极线保持数据，所以不需要源极驱动器12的输出工作。因此，可以在该期间停止源极驱动器12的输出电路的工作。该期间最多为对像素10写入图像数据的期间的一半左右，所以可以大幅度地降低功耗。
接着，说明作为图2所示的显示装置的像素10采用图5A所示的电路区块的结构(参照图9)的模拟结果。参数为如下。晶体管尺寸设为L/W＝4μm/200μm(电路11所包括的晶体管)、L/W＝4μm/4μm(像素10所包括的晶体管)、源极线的电阻值设为1kΩ(相当于电路11与各像素间的电阻值)、电容器Csl的电容值设为100pF(相当于1000个与源极线连接的100fF的电容器)、电容器C1的电容值设为500fF、电容器Cs的电容值设为100fF、液晶元件Clc的电容值设为40fF、图像数据(DATA)最大为5V、“Vref”设为0V、共通电极CsCOM及TCOM设为0V。另外，作为施加到晶体管的栅极的电压，“H”设为+20V且“L”设为-20V。另外，作为电路模拟软件使用SPICE。
图11示出根据图10所示的时序图使图9所示的电路进行工作时的模拟结果。SMP1、SMP2是控制电路11的工作的栅极线。SL1是与像素10[n]连接的源极线，SL2是与像素10[n+1]连接的源极线。GL[n]是与像素10[n]连接的栅极线，GL[n+2]是与像素10[n+1]连接的栅极线，GL[n+1]是与像素10[n]及像素10[n+1]连接的栅极线。D1相当于供应给像素10[n]的图像数据(DATA)，D2相当于供应给像素10[n+1]的图像数据(DATA)，D3相当于供应给像素10[n+2](未图示)的图像数据(DATA)。
图11是作为图像数据(DATA)输入+5V时的节点NM[n]及节点NM[n+1]中的电压的模拟结果。确认到：在节点NM[n]中，在GL[n]为“H”的时序进行第一次写入且在GL[n+1]为“H”的时序进行第二次写入，附加有图像数据(DATA)。节点NM[n+1]也是同样的。
图12是作为图像数据(DATA)输入-5V至+5V时的节点NM[n]及节点NM[n+1]中的电压的模拟结果。确认到在上述任何情况下都附加有图像数据(DATA)。
通过上述模拟结果，确认到源极线的电容器保持的电位作为数据电压附加到像素。在本发明的一个方式的显示装置中，可以使一个水平期间中的从源极驱动器向像素的写入期间实质上为一次，所以优选应用于需要高速工作的显示装置。
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EL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13A至图13C是示出能够使用本发明的一个方式的显示装置的结构的图。
在图13A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。
在显示部215中可以设置实施方式1所说明的像素10等。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13A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(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、COG(Chip On Glass)法以及TCP(Tape Carrier Package)法、COF(Chip On Film)法等。
图13B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13B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13B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13B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。另外，也可以另行形成扫描线驱动电路或共通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、扫描线驱动电路的一部分或共通线驱动电路的一部分并进行安装。另外，如图13C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。
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为相同又可以为不同。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。图13A至图13C所示的对显示装置设置输入装置4200的结构能够用作触摸面板。
对本发明的一个方式的触摸面板所包括的感测元件(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面板为例进行说明。
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面板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14A和图14B示出触摸面板的一个例子。图14A是触摸面板4210的立体图。图14B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。
触摸面板4210具有贴合了分别制造的显示装置与感测元件的结构。
触摸面板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、多个布线4238及多个布线4239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15A及图15B是沿着图13B中的点划线N1-N2的截面图。图15A及图15B所示的显示装置包括电极4015，该电极4015与FPC4018所包括的端子通过各向异性导电层4019电连接。另外，在图15A及图15B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15A及图15B中，示出显示部215所包括的晶体管4010及扫描线驱动电路221a中的晶体管4011。虽然图15A及图15B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15A及图15B中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，在图15B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15A、图15B所示的显示装置包括电容器4020。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、在与源电极及漏电极相同的工序中形成的电极的例子。各电极隔着绝缘层4103彼此重叠。
一般而言，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。图15A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15A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。
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15A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15A及图15B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。
另外，作为包括在显示装置中的显示元件可以使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性化合物的层(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层中的发光性化合物发光。
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，电子从一方电极注入到EL层中，而空穴从另一方电极注入到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层除了发光性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。发光元件有从与该衬底相反一侧的表面取出发光的顶部发射结构的发光元件，从衬底一侧的表面取出发光的底部发射结构的发光元件，以及从两个表面取出发光的双面发射结构的发光元件。发光元件可以使用上述任何结构的发光元件。
图15B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、或者、其合金或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。
注意，如图16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16中示出对图15A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15B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，所以可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烁的同时，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17A、图17B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17A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由于可以配置于显示部正下，所以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17B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17B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，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(PDLC(PolymerDispersed Liquid Crystal))元件。或者，也可以使用高分子网络型液晶(PNLC(PolymerNetwork 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18A是将图17A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以及电极层4030、4031。关于场序制驱动的构成要素与图17A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18B示出将图17B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19A至图19E示出图18B所示的显示装置的变形例子。注意，在图19A至图19E中，为了容易理解，示出图18B的一部分的构成要素而省略其他构成要素。
图19A示出衬底4001被用作导光板的结构。在衬底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19B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与衬底4006的界面以及复合层4009与衬底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衬底4001及衬底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19C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19D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19E示出复合层4009上层叠层4003及层4004的结构。层4003和层4004中的一方为玻璃衬底等支撑体，另一方可以由无机膜、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18B及图19A至图19E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20A1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20A1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方。电极744b可以被用作源电极和漏电极中的另一方。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+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20A2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中的一方称为“栅电极”时，将另一方称为“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中的一方称为“第一栅电极”，有时将另一方称为“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20B1示出与图20A1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20B2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20C1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20C2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21A1至图21C2示出晶体管810、811、820、821、825、826的沟道宽度方向的截面图。
在图21B2和图21C2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方或双方对半导体层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22A1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。在半导体层742的不与电极746重叠的区域中形成LDD(Lightly DopedDrain：轻掺杂漏极)区域。
图22A2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22B1所示的晶体管844及图22B2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22C1所示的晶体管846及图22C2所示的晶体管847那样，也可以不去除绝缘层726。
在晶体管843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23A1至图23C2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24示出这些电子设备的具体例子。
图24A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24B是数字标牌，包括大型显示部922。数字标牌例如安装在柱子921的侧面上。通过将本发明的一个方式的显示装置用于显示部922，可以进行各种图像的显示。
图24C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、外部连接端子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901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24D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24E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24F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的触摸面板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。
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、12：源极驱动器、13：栅极驱动器、14：电路、101：晶体管、102：晶体管、103：晶体管、104：电容器、105：电容器、106：电容器、107：晶体管、108：晶体管、109：晶体管、110：电路区块、111：晶体管、112：晶体管、113：电容器、114：EL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、122：布线、123：布线、124：布线、125：布线、126：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、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、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：外部连接端子、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：光传感器、1000：电容器、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：触摸面板、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 (3)

1.一种显示装置，包括：
外壳；以及
柔性显示面板，
其中，所述柔性显示面板包括：
第一至第三像素；
第一源极线；
第二源极线；
第一布线；以及
第二布线，
所述第一像素和所述第三像素与所述第一源极线电连接，
所述第二像素与所述第二源极线电连接，
所述第一像素和所述第二像素与所述第一布线电连接，
所述第二像素和所述第三像素与所述第二布线电连接，
并且，所述第一至第三像素都包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
2.一种显示装置，包括：
外壳；以及
柔性显示面板，
其中，所述柔性显示面板包括：
第一至第三像素；
第一源极线；
第二源极线；
第一栅极线；以及
第二栅极线，
所述第一像素和所述第三像素与所述第一源极线电连接，
所述第二像素与所述第二源极线电连接，
所述第一像素和所述第二像素与所述第一栅极线电连接，
所述第二像素和所述第三像素与所述第二栅极线电连接，
并且，所述第一至第三像素都包括在沟道形成区域中包含硅的晶体管。
3.一种显示装置，包括：
外壳；以及
柔性显示面板，
其中，所述柔性显示面板包括：
第一至第三像素；
第一源极线；
第二源极线；
第一栅极线；以及
第二栅极线，
所述第一像素和所述第三像素与所述第一源极线电连接，
所述第二像素与所述第二源极线电连接，
所述第一像素和所述第二像素与所述第一栅极线电连接，
所述第二像素和所述第三像素与所述第二栅极线电连接，
所述第一像素包括：
第一至第三晶体管；
电容器；以及
发光元件，
所述第一晶体管的源极和漏极中的一个与所述发光元件电连接，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三晶体管的源极和漏极中的一个电连接，
并且，所述第三晶体管的源极和漏极中的另一个与所述电容器电连接。
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