CN117581289A - 电子设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种新颖电子设备。该电子设备包括显示装置、运算部以及视线检测部，显示装置包括功能电路及被分割为多个副显示部的显示部。视线检测部具有检测用户的视线的功能。运算部具有利用视线检测部的检测结果将多个副显示部的每一个分配为第一区域或第二区域的功能。第一区域具有与注视点重叠的区。功能电路具有使第二区域的驱动频率低于第一区域的驱动频率的功能。
Description
技术领域
本发明的一个方式涉及一种电子设备。本发明的一个方式涉及一种具备显示装置的可穿戴电子设备。
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。
背景技术
近年来，适合于虚拟现实(VR：Virtual Reality)、增强现实(AR：AugmentedReality)等用途的HMD(Head Mounted Display)型电子设备已在普及。HMD可以根据用户的头部动作、用户的视线或操作在用户的周围360度的全方位显示影像，因此用户可以得到较高的沉浸感、临场感。
HMD具有如下结构，即通过光学构件等放大显示在显示装置上的图像，并且放大的图像被用户看到。此时，有如下担忧：因具有光学构件而导致框体大型化；或者用户易于看到像素而感到很强的颗粒感，所以显示装置需要高清晰化及小型化。例如，专利文献1公开了由于使用能够进行高速驱动的晶体管而具有精细像素的HMD。
[先行技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利申请公开第2000-2856号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
HMD型电子设备被要求具有根据用户的头部动作、用户的视线或操作的较高绘图处理能力。当以具有较高绘图处理能力的运算电路驱动实现了高清晰化及小型化的显示装置时，功耗有可能增大。并且，具有较高绘图处理能力的运算电路需要用来冷却运算电路的散热机构，这有可能导致电子设备的大型化。
或者，在将用来驱动显示装置的应用处理器等功能电路设置在与显示部重叠的区上的结构中，如果采用实现了高清晰化及小型化的显示装置，绘图处理能力就有可能不足够。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种实现了低功耗化的电子设备。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种实现了小型化及轻量化的电子设备。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种绘图处理能力优异的电子设备。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种新颖电子设备。
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。此外，上述以外的目的是可以从说明书、附图、权利要求书等的记载衍生出来的。
解决技术问题的手段
本发明的一个方式是一种电子设备，包括显示装置、运算部以及视线检测部，显示装置包括功能电路及被分割为多个副显示部的显示部，视线检测部具有检测用户的视线的功能，运算部具有利用视线检测部的检测结果将多个副显示部的每一个分配为第一区域或第二区域的功能，功能电路具有如下功能：使作为第二区域所包括的副显示部的驱动频率的第二驱动频率低于作为第一区域所包括的副显示部的驱动频率的第一驱动频率。
第一区域具有与用户的注视点重叠的区。第二区域被设定为第一区域的外侧。第二驱动频率优选为第一驱动频率的1/2以下，更优选为1/5以下。
副显示部也可以包括多个像素电路及多个发光元件。显示装置也可以包括多个栅极驱动电路及多个源极驱动电路。例如，多个栅极驱动电路中的一个及多个源极驱动电路中的一个与多个副显示部中的一个电连接。另外，显示装置也可以包括第一层、第一层上的第二层及第二层上的第三层。例如，也可以将多个栅极驱动电路及多个源极驱动电路设置在第一层中，将多个像素电路设置在第二层中，并且将多个发光元件设置在第三层中。
另外，像素电路也可以包括第一晶体管、其源极和漏极中的一方与第一晶体管的栅极电连接的第二晶体管以及与第一晶体管的栅极电连接的电容器，第二晶体管的沟道形成区也可以具有氧化物半导体。作为发光元件，例如可以使用有机EL元件。
另外，电子设备也可以包括具有储存多个副显示部的每一个的图像数据的功能的存储装置。
发明效果
根据本发明的一个方式可以提供一种实现了低功耗化的电子设备。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种实现了小型化及轻量化的电子设备。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种绘图处理能力优异的电子设备。此外，根据本发明的一个方式可以提供一种新颖电子设备。
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。此外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽取上述以外的效果。
附图说明
图1A及图1B是说明电子设备的结构例子的图。
图2A及图2B是说明电子设备的结构例子的图。
图3A及图3B是说明显示装置的结构例子的图。
图4是说明显示装置的结构例子的图。
图5A至图5C是显示模块的立体图。
图6是说明电子设备的工作例子的图。
图7A及图7B是说明电子设备的结构例子的示意图。
图8A及图8B是说明电子设备的结构例子的示意图。
图9A及图9B是说明电子设备的结构例子的示意图。
图10A及图10B是说明显示装置的结构例子的图。
图11A至图11D是说明显示装置的结构例子的图。
图12A至图12D是说明显示装置的结构例子的图。
图13是说明显示装置的驱动方法的时序图。
图14A及图14B是说明显示装置的结构例子的图。
图15A及图15B是说明显示装置的工作例子的图。
图16A及图16B是说明显示装置的结构例子的图。
图17A至图17D是说明显示装置的结构例子的图。
图18A至图18C是说明显示装置的结构例子的图。
图19是说明显示装置的结构例子的方框图。
图20是说明显示装置的结构例子的方框图。
图21A及图21B是说明显示装置的结构例子的图。
图22是说明显示装置的结构例子的图。
图23是说明显示装置的结构例子的图。
图24A是说明副显示部的图。图24B1至图24B7是说明像素的结构例子的图。
图25A至图25G是说明像素的结构例子的图。
图26是说明显示部的图。
图27A及图27B是说明显示装置的结构例子的图。
图28A至图28D是说明发光元件的结构例子的图。
图29A至图29D是说明发光元件的结构例子的图。
图30A至图30D是说明发光元件的结构例子的图。
图31A至图31C是说明发光元件的结构例子的图。
图32是说明显示装置的结构例子的图。
图33是说明显示装置的结构例子的图。
图34A及图34B是说明显示装置的结构例子的图。
图35A及图35B是说明显示装置的结构例子的图。
图36A及图36B是说明显示装置的结构例子的图。
图37是说明显示装置的结构例子的图。
图38是说明显示装置的结构例子的图。
图39是说明显示装置的结构例子的图。
图40是说明显示装置的结构例子的图。
图41A至图41C是说明晶体管的结构例子的图。
图42A是说明结晶结构的分类的图。图42B是说明CAAC-IGZO膜的XRD谱的图。图42C是说明CAAC-IGZO膜的纳米束电子衍射图案的图。
图43A至图43D是说明实施例的图。
图44是说明实施例的图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。注意，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，就是实施方式可以以多个不同方式来实施，其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下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实施方式所记载的内容中。
在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流是指晶体管处于关闭状态(也称为非导通状态、遮断状态)时的漏极电流。在没有特别的说明的情况下，在n沟道晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth(p沟道型晶体管中Vgs高于Vth)的状态。
在本说明书等中，金属氧化物(metal oxide)是指广义上的金属的氧化物。金属氧化物被分类为氧化物绝缘体、氧化物导电体(包括透明氧化物导电体)和氧化物半导体(Oxide Semiconductor，也可以简称为OS)等。例如，在将金属氧化物用于晶体管的活性层的情况下，有时将该金属氧化物称为氧化物半导体。换言之，也可以将本说明书等中的“OS晶体管”称为包含金属氧化物或氧化物半导体的晶体管。
(实施方式1)
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的电子设备。根据本发明的一个方式的电子设备适合用于VR或AR用途的可穿戴电子设备。
<电子设备的结构例子>
作为可穿戴电子设备的一个例子，图1A示出眼镜型(护目镜型)电子设备100的立体图。在图1A所示的电子设备100中，一对显示装置10(显示装置10_L及显示装置10_R)、动作检测部101、视线检测部102、运算部103及通信部104包括在框体105内。
图1B是图1A的电子设备100的方框图。与图1A同样，电子设备100包括显示装置10_L、显示装置10_R、动作检测部101、视线检测部102、运算部103及通信部104，经过总线BW互相发送或接收各种信号。显示装置10_L及显示装置10_R各自包括多个像素230、驱动电路30及功能电路40。一个像素230包括一个发光元件61及一个像素电路51。因此，显示装置10_L及显示装置10_R各自包括多个发光元件61及多个像素电路51。
动作检测部101具有检测框体105的动作，即穿戴电子设备100的用户的头部动作的功能。作为动作检测部101，例如可以使用利用MEMS技术的运动传感器。作为运动传感器，可以使用三轴运动传感器或六轴运动传感器等。动作检测部101所检测的有关框体105的动作的信息有时被称为第一信息、第一数据或动作数据等。
视线检测部102具有取得有关用户的视线的信息的功能。具体而言，具有检测用户的视线的功能。例如，利用瞳孔角膜反射(Pupil Center Corneal Reflection)法或亮/暗瞳效应(Bright/Dark Pupil Effect)法等视线测量(眼球追踪)方法检测用户的视线即可。或者，也可以利用使用激光或超声波等的视线测量方法取得用户的视线。用户的视线的检测既可以对用户的一只眼进行，也可以对双眼进行。例如，通过对双眼进行视线检测，可以预测用户至注视点的距离。
运算部103具有利用视线检测部102的视线检测结果算出用户的注视点的功能。例如，可以知道显示装置10上的注视点。也就是说，可以知道用户注视显示在显示装置10_L及显示装置10_R上的图像中的哪个物体。另外，可以知道用户是否注视屏幕以外的部分。注意，视线检测部102所得的有关用户的视线的信息(视线检测结果)有时被称为第二信息或视线信息等。
运算部103具有进行根据框体105的动作的绘图处理的功能。运算部103利用第一信息及从外部经过通信部104输入的图像数据进行根据框体105的动作的绘图处理。作为图像数据，例如可以使用360度全方位的图像数据。360度全方位的图像数据是通过全天球相机(全方位相机、360°相机)或计算机图形学等生成的数据。具体而言，运算部103具有根据第一信息将360度全方位的图像数据转换为能够显示在显示装置10_L及显示装置10_R上的图像数据的功能。
另外，运算部103具有利用第二信息决定对显示装置10_L及显示装置10_R各自的显示部设定的多个区的尺寸及形状的功能。具体而言，运算部103根据第二信息算出显示部上的注视点，并以该注视点为准对显示部设定下述第一区S1至第三区S3等。
作为运算部103，可以单独或组合地使用中央处理器(CPU：Central ProcessingUnit)、DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)或GPU(Graphics ProcessingUnit：图形处理器)等微处理器。另外，这些微处理器也可以由FPGA(Field ProgrammableGate Array：现场可编程门阵列)或FPAA(Field Programmable Analog Array：现场可编程模拟阵列)等PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)来构成。
运算部103通过由处理器解释且执行来自各种程序的指令，进行各种数据处理及程序控制。可由处理器执行的程序可以储存在处理器中的存储器区，也可以储存在另外设置的存储部中。作为存储部，例如也可以使用采用非易失性存储元件的存储装置诸如快闪存储器、MRAM(Magnetoresistive Random Access Memory：磁阻随机存取存储器)、PRAM(Phase change RAM：相变随机存取存储器)、ReRAM(Resistive RAM：电阻随机存取存储器)、FeRAM(Ferroelectric RAM：铁电随机存取存储器)等或者采用易失性存储元件的存储装置如DRAM(Dynamic RAM：动态随机存取存储器)及SRAM(Static RAM：静态随机存取存储器)等。
通信部104具有为了取得图像数据等各种数据以无线或有线与外部设备进行通信的功能。例如，在通信部104中设置高频电路(RF电路)进行RF信号的发送和接收即可。高频电路是用来将各国法制所规定的频带的电磁信号与电信号彼此变换且使用该电磁信号以无线方式与其他通信设备进行通信的电路。当进行无线通信时，作为通信协议或通信技术可以使用：通信标准诸如LTE(Long Term Evolution：长期演进)、GSM(Global System forMobile Communication：注册商标：全球移动通讯系统)、EDGE(Enhanced Data Rates forGSM Evolution：GSM增强数据率演进)、CDMA2000(Code Division Multiple Access 2000：码分多址2000)、WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access：注册商标：宽频码分多址)；或者由IEEE(电气电子工程师学会)通信标准化的规格诸如Wi-Fi(WirelessFidelity：注册商标：无线保真)、Bluetooth(注册商标：蓝牙)、ZigBee(注册商标)等。此外，可以使用国际电信联盟(ITU)所决定的第三代移动通信系统(3G)、第四代移动通信系统(4G)或第五代移动通信系统(5G)等。
另外，通信部104也可以包括LAN(Local Area Network：局域网)连接用端子、数字广播接收用端子、连接AC适配器的端子等外部端口。
显示装置10_L及显示装置10_R各自包括多个发光元件61、多个像素电路51、驱动电路30及功能电路40。像素电路51具有控制发光元件61的发光的功能。驱动电路30具有控制像素电路51的功能。
运算部103所决定的显示装置10的显示部中的多个区的信息用于在各区间有差异地设定分辨率的驱动等。功能电路40具有如下功能：以在靠近注视点的区中进行高分辨率显示的方式控制驱动电路30；以在远离注视点的区中进行低分辨率显示的方式控制驱动电路30。
例如，通过每隔一个像素或每隔多个像素进行图像数据的改写，可以实现分辨率低的显示。通过减少要改写图像数据的像素，可以降低显示装置的功耗。
如本发明的一个方式那样，也可以分别设置功能电路40和运算部103。在包括运算部103时，可以使运算部103进行根据框体105的动作的绘图处理以及根据注视点决定下述多个区(第一区S1至第三区S3)等负载较大的运算处理。另一方面，通过使功能电路40进行控制驱动电路30的处理，可以实现电路的小型化及低功耗化。尤其是，在可穿戴电子设备中需要以短期间检测用户的头部动作、视线动作等，所以需要高速运算处理，而增大运算的功耗。另一方面，在本发明的一个方式中，可以使输出驱动电路30的控制信号的功能与运算部103分开而由功能电路40进行该输出。因此，可以不使负载集中于一个运算部而抑制运算部的负载。由此，可以实现整体上的低功耗化。
另外，也可以在电子设备100中设置传感器125。传感器125具有取得用户的视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉中的任一个或多个信息的功能即可。更具体地说，传感器125具有检测或测量力、位移、位置、速度、加速度、角速度、转速、距离、光、磁、温度、声音、时间、电场、电流、电压、电力、辐射线、湿度、倾斜度、振动、气味和红外线中的任一个或多个信息的功能即可。电子设备100也可以包括一个或多个传感器125。
此外，也可以使用传感器125测量周围的温度、湿度、照度、臭气等。另外，也可以使用传感器125例如取得用于利用指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脉形状(包括静脉形状、动脉形状)或脸等的个人识别的信息。另外，也可以使用传感器125测量用户的眨眼次数、眼睑动作、瞳孔大小、体温、脉搏或血液中的氧饱和度等，以检测用户的疲劳度及健康状态等。电子设备100也可以检测用户的疲劳度及健康状态等而在显示装置10上显示警告等。
另外，也可以检测用户的视线及眼睑的动作来控制电子设备100的工作。用户的视线及眼睑的动作的检测既可以对用户的一只眼进行，也可以对双眼进行。例如，也可以组合左右眼睑的动作来控制电子设备100的工作。用户不需使用双手操作电子设备100，所以可以实现免提的状态(双手无拘束的状态)下的输入操作等。
另外，图2A是示出电子设备100的立体图。在图2A中，电子设备100的框体105除了一对显示装置10_L、显示装置10_R及运算部103之外，例如还包括安装部106、缓冲构件107、一对透镜108等。一对显示装置10_L及显示装置10_R各自设置在框体105内部的经过透镜108可看到的位置上。
另外，图2A所示的框体105设置有输入端子109及输出端子110。可以将供应来自影像输出设备等的图像信号(图像数据)或用于对设置在框体105内的电池进行充电的电力等的电缆连接到输入端子109。输出端子110例如被用作声音输出端子，可以与耳机或头戴式耳机等连接。
另外，框体105优选具有一种机构，其中能够调整透镜108及显示装置10_L和显示装置10_R的左右位置，以根据用户的眼睛的位置使透镜108及显示装置10_L和显示装置10_R位于最合适的位置上。此外，优选具有一种机构，其中通过改变透镜108与显示装置10_L及显示装置10_R之间的距离来调整焦点。
缓冲构件107是与用户的脸(额头或脸颊等)接触的部分。通过使缓冲构件107与用户的脸密接，可以防止漏光，从而可以进一步提高沉浸感。缓冲构件107优选使用柔软的材料以在用户装上电子设备100时与用户的脸密接。在使用这种材料时，不仅让用户感觉亲肤，而且当在较冷的季节等装上的情况下不让用户感到寒意，所以是优选的。在缓冲构件107或安装部106等接触于用户的皮肤的构件采用可拆卸的结构时，容易进行清洗及交换，所以是优选的。
本发明的一个方式的电子设备也可以还包括耳机106A。耳机106A包括通信部(未图示)，并具有无线通信功能。耳机106A可以通过使用无线通信功能输出声音数据。耳机106A也可以包括振动机构以被用作骨传导耳机。
另外，如图2B所示的耳机106B那样，耳机106A可以与安装部106直接连接或以有线连接。另外，耳机106B及安装部106也可以包括磁铁。由此，可以用磁力将耳机106B固定到安装部106，收纳变得容易，所以是优选的。
<显示装置的结构例子>
参照图3A、图3B及图4说明可应用于图1A及图1B所示的显示装置10_L及显示装置10_R的显示装置10A的结构。
图3A是可应用于图1A及图1B所示的显示装置10_L及显示装置10_R的显示装置10A的立体图。
显示装置10A包括衬底11及衬底12。显示装置10A包括由设置在衬底11与衬底12之间的元件构成的显示部13。显示部13是显示装置10A中的显示图像的区。显示部13包括多个像素230。像素230包括像素电路51及发光元件61。
当将像素230配置为1920×1080个像素的矩阵状时，可以实现以所谓全高清(也称为“2K分辨率”、“2K1K”或“2K”等)的分辨率能够显示的显示部13。另外，例如，当将像素230配置为3840×2160个像素的矩阵状时，可以实现能够以所谓超高清(也称为“4K分辨率”、“4K2K”或“4K”等)的分辨率进行显示的显示部13。另外，例如，当将像素230配置为7680×4320个像素的矩阵状时，可以实现能够以所谓超高清(也称为“8K分辨率”、“8K4K”或“8K”等)的分辨率进行显示的显示部13。通过增加像素230，也可以实现以16K、甚至为32K的分辨率进行显示的显示部13。
另外，显示部13的像素密度(清晰度)优选为1000ppi以上且10000ppi以下。例如，可以为2000ppi以上且6000ppi以下，也可以为3000ppi以上且5000ppi以下。
注意，对显示部13的屏幕比例(纵横比)没有特别的限制。显示部13例如可以对应于1：1(正方形)、4：3、16：9、16：10等各种屏幕比例。
另外，在本说明书等中，有时可以将“元件”换称为“器件”。例如，可以将显示元件、发光元件及液晶元件分别换称为显示器件、发光器件及液晶器件。
显示装置10A可以从外部经过端子部14被输入各种信号及电源电位而使用设置在显示部13中的显示元件进行图像显示。作为显示元件可以使用各种元件。典型的是，可以使用有机EL元件及LED元件等具有发射光的功能的发光元件、液晶元件或MEMS(MicroElectro Mechanical Systems)元件等。
衬底11与衬底12之间设置有多个层，各层中设置有用来进行电路工作的晶体管或发射光的显示元件。多个层中设置有具有控制显示元件的工作的功能的像素电路、具有控制像素电路的功能的驱动电路、具有控制驱动电路的功能的功能电路等。
图3B是示意性地示出设置在衬底11与衬底12之间的各层的结构的立体图。
衬底11上设置有层20。层20包括驱动电路30、功能电路40及输入输出电路80。层20包括在沟道形成区22中包含硅的晶体管21(也称为Si晶体管)。衬底11例如是硅衬底。硅衬底的热传导性比玻璃衬底高，所以是优选的。通过将驱动电路30、功能电路40及输入输出电路80设置在同一层中，可以缩短电连接驱动电路30、功能电路40与输入输出电路80的布线。由此，用来使功能电路40控制驱动电路30的控制信号的充放电时间变短，而可以降低功耗。另外，输入输出电路80向功能电路40及驱动电路30供应信号所需的充放电时间变短，而可以降低功耗。
晶体管21例如可以为在沟道形成区中包含单晶硅的晶体管(也称为“c-Si晶体管”)。尤其是，当作为在层20中设置的晶体管使用在沟道形成区中包含单晶硅的晶体管时，可以增大该晶体管的通态电流。由此，可以高速地驱动层20所包括的电路，所以是优选的。此外，因为Si晶体管可以通过沟道长度为3nm以上且10nm以下的微型加工来形成，所以可以实现显示部与CPU、GPU等加速器、应用处理器等被设置为一体的显示装置10A。
另外，层20也可以设置有在沟道形成区中包含多晶硅的晶体管(也称为“Poly-Si晶体管”)。作为多晶硅也可以使用低温多晶硅(LTPS：Low Temperature Poly Silicon)。在沟道形成区中包含LTPS的晶体管也被称为“LTPS晶体管”。另外，层20也可以设置有OS晶体管。
作为驱动电路30可以使用移位寄存器、电平转换器、反相器、锁存器、模拟开关及逻辑电路等各种电路。驱动电路30例如包括栅极驱动电路、源极驱动电路等。此外，还可以包括运算电路、存储电路、电源电路等。由于可以以与显示部13重叠的方式配置栅极驱动电路、源极驱动电路及其他电路，因此与排列地配置上述电路及显示部13的情况相比，可以使显示装置10A的显示部13的外围的非显示区(也称为边框)的宽度极小，而可以实现显示装置10A的小型化。
功能电路40例如具有作为应用处理器的功能，该应用处理器用来控制显示装置10A中的各电路并生成用于各电路的控制的信号。另外，功能电路40也可以包括GPU等用来校正图像数据的电路以及CPU。另外，功能电路40也可以包括具有作为接口的功能的LVDS(Low Voltage Differential Signaling：低压差分信号)电路、MIPI(Mobile IndustryProcessor Interface：移动产业处理器接口)电路及D/A(Digital to Analog：模拟数字)转换电路等，该接口用来从显示装置10A的外部接收图像数据等数据。另外，功能电路40也可以包括用来压缩、拉伸图像数据的电路及电源电路等。
层20上设置有层50。层50包括具有多个像素电路51的像素电路群55。层50也可以设置有OS晶体管。像素电路51也可以以包括OS晶体管的方式被构成。层50可以以层叠在层20上的方式设置。
层50也可以设置有Si晶体管。例如，像素电路51也可以以包括在沟道形成区中包含单晶硅或多晶硅的晶体管的方式被构成。作为多晶硅也可以使用LTPS。例如，也可以在其他衬底上形成层50来将其与层20贴合在一起。
例如，像素电路51也可以由使用不同的半导体材料的多种晶体管构成。在像素电路51由使用不同的半导体材料的多种晶体管构成的情况下，也可以按每个晶体管的种类将上述晶体管设置在彼此不同的层中。例如，在像素电路51由Si晶体管及OS晶体管构成的情况下，也可以以重叠的方式设置Si晶体管和OS晶体管。通过以重叠的方式设置晶体管，像素电路51的占有面积得到减小。因此，可以提高显示装置10A的清晰度。注意，有时将组合LTPS晶体管和OS晶体管的结构称为LTPO。
作为OS晶体管的晶体管52，优选使用在沟道形成区中包括包含铟、元素M(元素M是铝、镓、钇或锡)和锌中的至少一个的氧化物的晶体管。这种OS晶体管具有关态电流极低的特性。因此，尤其是在作为设置在像素电路中的晶体管使用OS晶体管时，可以长期间保持写入到像素电路的模拟数据，所以是优选的。
层50上设置有层60。层60上设置有衬底12。衬底12优选为由具有透光性的衬底或具有透光性的材料构成的层。层60设置有多个发光元件61。另外，层60可以以层叠在层50上的方式设置。作为发光元件61，例如可以使用有机电致发光元件(也称为“有机EL元件”)等。但是，发光元件61不限定于此，例如也可以使用由无机材料构成的无机EL元件。注意，有时将“有机EL元件”和“无机EL元件”统称为“EL元件”。发光元件61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，可以将该量子点用作发光材料。
如图3B所示，本发明的一个方式的显示装置10A可以具有层叠发光元件61、像素电路51和驱动电路30及功能电路40的结构，所以可以大幅度地提高像素的开口率(有效显示面积比)。例如，可以使像素的开口率为40％以上且小于100％，优选为50％以上且95％以下，更优选为60％以上且95％以下。此外，能够极高密度地配置像素电路51，由此可以使像素具有极高的清晰度。例如，显示装置10A的显示部13(层叠有像素电路51和发光元件61的区)可以以20000ppi以下或30000ppi以下且2000ppi以上、优选为3000ppi以上、更优选为5000ppi以上、进一步优选为6000ppi以上的清晰度配置像素。
这种显示装置10A清晰度极高，因此适合用于头戴显示器等VR用设备或眼镜型AR用设备。例如，因为显示装置10A具有清晰度极高的显示部，所以在透过透镜等光学构件观看显示装置10A的显示部的结构中，即使用透镜放大显示部也用户不能看到像素，由此可以实现具有高度沉浸感的显示。
当将显示装置10A用作可穿戴VR用显示装置或AR用显示装置时，可以将显示部13的对角尺寸设定为0.1英寸以上且5.0英寸以下，优选为0.5英寸以上且2.0英寸以下，更优选为1英寸以上且1.7英寸以下。例如，也可以将显示部13的对角尺寸设定为1.5英寸或1.5英寸附近。通过将显示部13的对角尺寸设定为2.0英寸以下，可以以曝光装置(典型的是扫描装置)的一次曝光处理进行处理，所以可以提高制造工艺的生产率。
另外，根据本发明的一个方式的显示装置10A也可以应用于可穿戴电子设备以外的设备。此时，显示部13的对角尺寸也可以大于2.0英寸。另外，也可以根据显示部13的对角尺寸适当地选择用于像素电路51的晶体管的结构。例如，在将单晶Si晶体管用于像素电路51时，显示部13的对角尺寸优选为0.1英寸以上且3英寸以下。另外，在将LTPS晶体管用于像素电路51时，显示部13的对角尺寸优选为0.1英寸以上且30英寸以下，更优选为1英寸以上且30英寸以下。另外，在将LTPO用于像素电路51时，显示部13的对角尺寸优选为0.1英寸以上且50英寸以下，更优选为1英寸以上且50英寸以下。另外，在将OS晶体管用于像素电路51时，显示部13的对角尺寸优选为0.1英寸以上且200英寸以下，更优选为50英寸以上且100英寸以下。
单晶Si衬底的大型化非常难，因此使用单晶Si晶体管的显示装置非常难以实现大型化。另外，当将LTPS晶体管用于显示装置时在制造工序中使用激光晶化装置，因此难以对应于大型化(典型的是对角尺寸为大于30英寸的屏幕尺寸)。另一方面，OS晶体管不受在制造工序中使用激光晶化装置等的限制，或者可以以较低的工艺温度(典型的是450℃以下)制造，因此还可以对应于具有较大面积(典型的是对角50英寸以上且100英寸以下)的显示装置。另外，LTPO可以对应于使用LTPS晶体管时和使用OS晶体管时之间的对角尺寸(典型的是1英寸以上且50英寸以下)。
参照图4说明驱动电路30及功能电路40的具体结构例子。图4是示出在显示装置10A中使像素电路51、驱动电路30与功能电路40连接的多个布线以及显示装置10A内的总线等的方框图。
在图4所示的显示装置10A中，多个像素电路51以矩阵状配置在层50中。
另外，在图4所示的显示装置10A中，层20配置有驱动电路30、功能电路40及输入输出电路80。驱动电路30例如包括源极驱动电路31、数字模拟转换电路(DAC：Digital AnalogConverter)32、放大电路35、栅极驱动电路33及电平转换器34。功能电路40例如包括存储装置41、GPU(AI加速器)42、EL校正电路43、时序控制器44、CPU45、传感控制器46及电源电路47。功能电路40具有作为应用处理器的功能。
输入输出电路80对应于LVDS(Low Voltage Differential Signaling：低电压差分信号)等传输方式，输入输出电路80具有将通过端子部14被输入的控制信号及图像数据等分配到驱动电路30及功能电路40的功能。另外，输入输出电路80具有通过端子部14将显示装置10A的信息输出到外部的功能。
另外，在图4所示的显示装置10A中例示出驱动电路30所包括的电路及功能电路40所包括的电路都与总线BSL电连接的结构。
源极驱动电路31例如具有向像素230所包括的像素电路51发送图像数据的功能。因此，源极驱动电路31通过布线SL与像素电路51电连接。注意，也可以设置多个源极驱动电路31。
数字模拟转换电路32例如具有将被后述GPU、校正电路等进行数字处理的图像数据转换为模拟数据的功能。转换为模拟数据的图像数据被运算放大器等放大电路35放大，而通过源极驱动电路31被发送到像素电路51。注意，也可以向源极驱动电路31、数字模拟转换电路32及像素电路51依次发送图像数据。另外，数字模拟转换电路32及放大电路35也可以包括在源极驱动电路31中。
栅极驱动电路33例如具有在显示电路51中选择图像数据的发送对象的像素电路的功能。因此，栅极驱动电路33通过布线GL与像素电路51电连接。注意，也可以以对应于源极驱动电路31的方式设置多个栅极驱动电路33。
电平转换器34例如具有将向源极驱动电路31、数字模拟转换电路32、栅极驱动电路33等输入的信号转换为适当的电平的功能。
存储装置41例如具有储存显示在像素电路51上的图像数据的功能。注意，存储装置41可以具有作为数字数据或模拟数据储存图像数据的结构。
另外，当在存储装置41中储存图像数据时，优选作为存储装置41使用非易失性存储器。此时，作为存储装置41例如可以使用NAND型存储器等。
另外，当在存储装置41中储存GPU42，EL校正电路43，CPU45等所产生的暂时数据时，优选作为存储装置41使用易失性存储器。此时，作为存储装置41例如可以使用SRAM(Static Random Access Memory：静态随机存取存储器)、DRAM(Dynamic Random AccessMemory：动态随机存取存储器)等。
GPU42例如具有进行用来将从存储装置41读出的图像数据输出到像素电路51的处理的功能。尤其是，由于GPU42具有进行并行流水线处理的结构，所以能够高速地处理输出到像素电路51上的图像数据。另外，GPU42还可以被用作用来对被编码的图像进行复制的译码器。
另外，功能电路40也可以包括能够提高显示装置10A的显示品质的多个电路。作为该电路，例如也可以设置校正电路(调色、调光)，其中检测显示装置10A所显示的图像的颜色不均匀，校正该颜色不均匀而实现最合适的图像。例如，在将使用有机EL的发光器件用作显示元件时，也可以在功能电路40中设置根据该发光器件的特性校正图像数据的EL校正电路。功能电路40例如包括EL校正电路43。
另外，上述所说明的图像校正也可以利用人工智能。例如，也可以对流过像素电路的电流(或施加到像素电路的电压)进行监视及取得，由图像传感器等取得显示的图像，将电流(或电压)和图像用作人工智能的运算(例如，人工神经网络等)的输入数据，基于其输出结果判断该图像要不要校正。
另外，人工智能的运算可以不但应用于图像校正而且应用于提高图像数据的分辨率的上转换处理。作为一个例子，在图4的GPU42中示出用来进行各种校正运算(颜色不均匀校正42a、上转换42b等)的方块。
用于图像数据的上转换处理的算法可以选自Nearest neighbor法、Bilinear法、Bicubic法、RAISR(Rapid and Accurate Image Super-Resolution)法、ANR(AnchoredNeighborhood Regression)法、A+法、SRCNN(Super-Resolution Convolutional NeuralNetwork)法等中。
作为上转换处理，也可以按每个根据注视点决定的区改变用于上转换处理的算法。例如，用虽处理速度慢但精度高的算法进行注视点及注视点附近的区的上转换处理，用虽处理速度快但精度低的算法进行该区之外的区的上转换处理，即可。通过采用该结构，可以缩短上转换处理所需的时间。另外，可以降低上转换处理所需的功耗。
另外，除了上转换处理之外，也可以进行降低图像数据的分辨率的下转换处理。在图像数据的分辨率大于显示部13的分辨率时，有时图像数据的一部分没有显示在显示部13上。此时，通过进行下转换处理，可以将该图像数据整体显示在显示部13上。
时序控制器44例如具有控制显示图像的驱动频率(帧频、帧率或刷新频率等)的功能。例如，当在显示装置10A上显示静态图像时，通过使用时序控制器44降低驱动频率，可以降低显示装置10A的功耗。
CPU45例如具有进行操作系统的执行、数据的控制、各种运算及程序的执行等通用处理的功能。CPU45例如具有进行如下指令的功能，即存储装置41中的图像数据的写入工作或读出工作、图像数据的校正工作、对于后述传感器的工作等的指令。另外，例如，CPU45也可以具有向功能电路40所包括的电路中的至少一个发送控制信号的功能。
传感控制器46例如具有控制传感器的功能。另外，在图4中，作为用来与该传感器电连接的布线，示出布线SNCL。
该传感器例如可以为能够设置在显示部13中的触摸传感器。或者，该传感器例如可以为照度传感器。
电源电路47例如具有生成向像素电路51、驱动电路30及功能电路40等供应的电压的功能。注意，电源电路47也可以具有选择要供应电压的电路的功能。例如，在显示静态图像的期间，通过使电源电路47停止向CPU45、GPU42等供应电压，可以降低显示装置10A整体的功耗。
如上所述，本发明的一个方式的显示装置可以具有层叠显示元件、像素电路、驱动电路和功能电路40的结构。由于可以以与像素电路重叠的方式配置作为外围电路的驱动电路及功能电路并可以使边框的宽度极小，因此可以实现显示装置的小型化。另外，本发明的一个方式的显示装置通过采用层叠各电路的结构可以缩短连接各电路之间的布线，因此可以实现显示装置的轻量化。另外，本发明的一个方式的显示装置可以包括像素的清晰度得到提高的显示部，因此可以实现显示品质优异的显示装置。
<显示模块的结构例子>
接着，说明包括显示装置10A的显示模块的结构例子。
图5A至图5C是显示模块500的立体图。在显示模块500中，显示装置10A的端子部14具有FPC504(FPC：Flexible printed circuit)。FPC504具有在由绝缘体构成的薄膜中包括布线的结构。另外，FPC504具有柔性。FPC504被用作用来从外部将视频信号、控制信号及电源电位等供应到显示装置10A的布线。另外，也可以在FPC504上安装IC。
图5B所示的显示模块500具有在印刷电路板501上包括显示装置10A的结构。印刷电路板501具有在由绝缘体构成的衬底的内部或表面或者内部和表面包括布线的结构。
在图5B所示的显示模块500中，显示装置10A的端子部14通过引线503与印刷电路板501的端子部502电连接。引线503可以通过引线键合来形成。此外，引线键合可以使用球键合(ball bonding)或楔键合(wedge bonding)。
此外，也可以在形成引线503后以树脂材料等覆盖引线503。注意，也可以以引线键合之外的方法使显示装置10A与印刷电路板501电连接。例如，也可以通过各向异性导电粘合剂或凸块等实现显示装置10A与印刷电路板501的电连接。
另外，在图5B所示的显示模块500中，印刷电路板501的端子部502与FPC504电连接。例如，在显示装置10A的端子部14所包括的电极的间距与FPC504所包括的电极的间距不同的情况下，也可以通过印刷电路板501使端子部14与FPC504电连接。具体而言，可以使用形成在印刷电路板501中的布线将端子部14所包括的多个电极的间隔(间距)改变为端子部502所包括的多个电极的间隔。也就是说，在端子部14所包括的电极的间距与FPC504所包括的电极的间距不同的情况下也可以实现两者电极的电连接。
另外，也可以在印刷电路板501中设置电阻器、电容元件、半导体元件等各种元件。
另外，如图5C所示的显示模块500那样，也可以使端子部502电连接于设置在印刷电路板501的底面(没有设置显示装置10A一侧的面)的连接部505。例如，通过作为连接部505采用插座方式连接部，可以容易进行显示模块500与其他设备的装卸。
<电子设备的工作例子>
参照附图说明电子设备100的工作例子。图6是用来说明电子设备100的工作例子的流程图。
在动作检测部101中取得第一信息(有关框体105的动作的信息)(步骤E11)。
在视线检测部102中取得第二信息(有关用户的视线的信息)(步骤E12)。
在运算部103中基于第一信息进行360度全方位的图像数据的绘图处理(步骤E13)。
举个具体例子说明步骤E13。在图7A的示意图中示出位于360度全方位的图像数据111的中心的用户112。用户112可以看到在电子设备100的显示装置10A上显示的方向113A上的图像114A。
图7B的示意图示出图7A的示意图中的用户112转头看到方向113B上的图像114B的情况。根据电子设备100的框体的动作图像114A变为图像114B，由此用户112可以识别360度全方位的图像数据111所表现的空间。
如图7A及图7B所示，用户112根据头部动作摇动电子设备100的框体。根据电子设备100的动作可由360度全方位的图像数据111得到的图像所接受的绘图处理的能力越高，用户112可以识别越逼真的虚拟空间。
在运算部103中基于第二信息决定在显示装置的显示部上的区中对应于注视点G的多个区(步骤E14)。例如，如图8A所示，决定包括注视点G的第一区S1及与第一区S1相邻的第二区S2。将第二区的外侧设为第三区S3。
举个具体例子说明步骤E14。
虽然有个体差异，但是一般而言，人的视野大致分为如下五个。第一是辨别视野，为如下区：视力、颜色识别等视觉功能最优异；并且是视野中心的约为5°以内(包括注视点)。第二是有效视野，为如下区：只要有眼球运动就可以瞬时识别规定信息；是视野中心(注视点)的平行约为30°以内且垂直约为20°以内；并且邻接于辨别视野外侧。第三是稳定注视视野，为如下区：通过头部运动可以不勉强地识别规定信息；是视野中心的平行约为90°以内且垂直约为70°以内；并且邻接于有效视野外侧。第四是引导视野，为如下区：虽然能够感觉到规定对象的存在但识别能力低；是视野中心的平行约为100°以内且垂直约为85°以内；并且邻接于稳定注视视野外侧。第五是辅助视野，为如下区：规定对象的识别能力极低到只能感觉到刺激的存在的程度；是视野中心的平行约为100°至200°以内且垂直约为85°至130°以内；并且邻接于引导视野外侧。
如上所述可知，在图像114中，重要的是辨别视野至有效视野的图像品质。特别重要的是辨别视野的图像品质。
图8A是示出用户112从正面(图像显示面)观察显示在电子设备100的显示装置10A的显示部上的图像114的情况的示意图。图8A所示的图像114也对应于显示部。另外，在图像114上示出用户112的视线113所到的注视点G。在本说明书等中，将图像114上的包括辨别视野的区设为“第一区S1”，并将包括有效视野的区设为“第二区S2”。另外，将包括稳定注视视野、引导视野及辅助视野的区设为“第三区S3”。
注意，在图8A中，以曲线表示第一区S1与第二区S2的境界(轮廓)，但不局限于此。如图8B所示，第一区S1与第二区S2的境界(轮廓)可以为矩形，也可以为多角形。另外，也可以为组合直线与曲线的形状。另外，也可以将显示装置10A的显示部分为两个区，来将包括辨别视野及有效视野的区定为第一区S1并将其他区定为第二区S2。此时，没有形成第三区S3。
图9A是从上方看显示在电子设备100的显示装置10A的显示部上的图像114的图，图9B是从横向看显示在电子设备100的显示装置10A的显示部上的图像114的图。在本说明书等中，将第一区S1的水平方向上的角度表示为“角度θx1”，将第二区S2的水平方向上的角度表示为“角度θx2”(参照图9A)。另外，在本说明书等中，将第一区S1的垂直方向上的角度表示为“角度θy1”，将第二区S2的垂直方向上的角度表示为“角度θy2”(参照图9B)。
例如，通过将角度θx1及角度θy1都设为10°，可以增大第一区S1的面积。此时，第一区S1包括有效视野的一部分。另外，例如，通过将角度θx2及角度θy2分别设为45°及35°，可以增大第二区S2的面积。此时，第二区S2包括稳定注视视野的一部分。
注意，注视点G的位置根据用户112的视线变动而有些变动。所以，角度θx1及角度θy1各自优选为5°以上且小于20°。通过以比辨别视野广大的方式设定第一区S1的面积，显示装置10A的工作得到稳定，图像的可见度得到提高。
当用户112的视线113转移时注视点G也转移。由此，第一区S1及第二区S2也转移。例如，在视线113的变动量超过一定量时，判断为视线113转移。换言之，在注视点G的变动量超过一定量时，判断为注视点G转移。另外，在视线113的变动量变为一定量以下时，判断为视线113的转移停止，决定第一区S1至第三区S3。换言之，在注视点G的变动量变为一定量以下时，判断为注视点G的转移停止，而决定第一区S1至第三区S3。
在功能电路40中根据多个区(第一区S1至第三区S3)控制驱动电路30(步骤E15)。
<像素电路的结构例子>
图10A及图10B示出像素电路51的结构例子及连接于像素电路51的发光元件61。图10A是示出各元件的连接的图，图10B是示意性地示出包括驱动电路的层20、包括像素电路所包括的多个晶体管的层50和包括发光元件的层60的上下关系的图。
在图10A及图10B中作为一个例子示出的像素电路51包括晶体管52A、晶体管52B、晶体管52C及电容器53。晶体管52A、晶体管52B、晶体管52C可以使用OS晶体管构成。晶体管52A、晶体管52B、晶体管52C的各OS晶体管优选包括背栅电极，此时可以具有向背栅电极供应与栅电极相同的信号的结构或向背栅电极供应与栅电极不同的信号的结构。
晶体管52B包括与晶体管52A电连接的栅电极、与发光元件61电连接的第一电极以及与布线ANO电连接的第二电极。布线ANO是用来供应电位的布线，该电位用来给发光元件61提供电流。
晶体管52A包括与晶体管52B的栅电极电连接的第一端子、与被用作源极线的布线SL电连接的第二端子以及具有根据被用作栅极线的布线GL1的电位控制导通状态或非导通状态的功能的栅电极。
晶体管52C包括与布线V0电连接的第一端子、与发光元件61电连接的第二端子以及具有根据被用作栅极线的布线GL2的电位控制导通状态或非导通状态的功能的栅电极。布线V0是用来供应基准电位的布线，并是用来将流过像素电路51的电流输出到驱动电路30或功能电路40的布线。
电容器53包括与晶体管52B的栅电极电连接的导电膜以及与晶体管52C的第二电极电连接的导电膜。
发光元件61包括与晶体管52B的第一电极电连接的第一电极以及与布线VCOM电连接的第二电极。布线VCOM是用来供应电位的布线，该电位用来给发光元件61提供电流。
由此，可以根据供应到晶体管52B的栅电极的图像信号而控制发光元件61发射的光的强度。此外，根据通过晶体管52C供应的布线V0的基准电位可以抑制晶体管52B的栅极-源极间电位差的不均匀。
此外，可以从布线V0输出可用于像素参数的设定的电流值。更具体而言，布线V0可以被用作将流过晶体管52B的电流或流过发光元件61的电流输出到外部的监控线。输出到布线V0的电流由源极跟随电路等转换为电压并输出到外部。或者，可以由A/D转换器等转换为数字信号并输出到功能电路40等。
在本发明的一个方式中说明的发光元件是指有机EL元件(也称为OLED(OrganicLight Emitting Diode))等自发光型显示元件。另外，电连接到像素电路的发光元件可以为LED(Light Emitting Diode：发光二极管)、微型LED、QLED(Quantum-dot LightEmitting Diode：量子点发光二极管)、半导体激光等自发光型发光元件。
在图10B所例示的结构中，可以缩短电连接像素电路51和驱动电路30的布线，所以可以减小该布线的布线电阻。因此，可以高速地进行数据写入，所以显示装置10A可以高速地驱动。由此，即使增加显示装置10A中的像素电路51也可以确保充分的帧期间，可以提高显示装置10A的像素密度。另外，通过提高显示装置10A的像素密度，可以提高显示在显示装置10A上的图像的清晰度。例如，可以使显示装置10A的像素密度为1000ppi以上、5000ppi以上或者7000ppi以上。因此，显示装置10A例如可以为AR或VR用显示装置，可以将其适当地用于HMD等显示部与用户的距离近的电子设备。
注意，图10A及图10B示出一共包括三个晶体管的像素电路51的例子，但是本发明的一个方式不局限于此。以下，说明可用于像素电路51的像素电路的结构例子及驱动方法例子。
图11A所示的像素电路51A包括晶体管52A、晶体管52B及电容器53。另外，图11A示出连接于像素电路51A的发光元件61。另外，像素电路51A与布线SL、布线GL、布线ANO及布线VCOM电连接。像素电路51A具有从图10A所示的像素电路51中去除晶体管52C并将布线GL1及布线GL2替换为布线GL的结构。
在晶体管52A中，栅极与布线GL电连接，源极和漏极中的一方与布线SL电连接，另一方与晶体管52B的栅极及电容器C1的一方电极电连接。在晶体管52B中，源极和漏极中的一方与布线ANO电连接，另一方与发光元件61的阳极电连接。电容器C1的另一方电极与发光元件61的阳极电连接。发光元件61的阴极与布线VCOM电连接。
图11B所示的像素电路51B是对像素电路51A追加晶体管52C的结构。另外，像素电路51B与布线V0电连接。
图11C所示的像素电路51C是上述像素电路51A的晶体管52A及晶体管52B采用一对栅极彼此电连接的晶体管时的例子。另外，图11D所示的像素电路51D是在像素电路51B中采用该晶体管时的例子。因此，可以增大晶体管能够流过的电流。注意，在此示出所有晶体管采用一对栅极电连接的晶体管，但是不局限于此。另外，也可以采用包括一对栅极且该一对栅极分别与不同布线电连接的晶体管。例如，通过使用一方栅极与源极电连接的晶体管，可以提高可靠性。
图12A所示的像素电路51E具有对上述像素电路51B追加晶体管52D的结构。另外，像素电路51E与被用作栅极线的布线GL1、布线GL2及布线GL3电连接。注意，在本实施方式等中，有时将布线GL1、布线GL2及布线GL3总称为布线GL。因此，布线GL不局限为一个，有时为多个。
在晶体管52D中，栅极与布线GL3电连接，源极和漏极中的一方与晶体管52B的栅极电连接，另一方与布线V0电连接。另外，晶体管52A的栅极与布线GL1电连接，晶体管52C的栅极与布线GL2电连接。
通过同时使晶体管52C及晶体管52D处于导通状态，晶体管52B的源极及栅极成为相同电位，所以可以使晶体管52B处于非导通状态。由此，可以强制性地遮断流过发光元件61的电流。这种像素电路是在使用交替地设置显示期间及关灯期间的显示方法时优选的。
图12B所示的像素电路51F具有对上述像素电路51E追加电容器53A时的例子。电容器53A被用作保持电容器。
图12C所示的像素电路51G及图12D所示的像素电路51H分别是上述像素电路51E或像素电路51F使用包括一对栅极的晶体管时的例子。晶体管52A、晶体管52C、晶体管52D采用一对栅极彼此电连接的晶体管，晶体管52B采用一方栅极与源极电连接的晶体管。
接着，说明使用像素电路51E的显示装置的驱动方法的一个例子。注意，使用像素电路51F、51G及51H的显示装置也可以利用同样的驱动方法。
图13是使用像素电路51E的显示装置的驱动方法的时序图。在此示出第k行栅极线的布线GL1[k]、布线GL2[k]及布线GL3[k]以及第k+1行栅极线的布线GL1[k+1]、布线GL2[k+1]及布线GL3[k+1]的电位的推移。此外，图13示出向被用作源极线的布线SL供应信号的时序。
在此示出以将一个水平期间分为点亮期间和关灯期间的方式进行显示的驱动方法的例子。此外，第k行水平期间从第k+1行水平期间漂移栅极线的选择期间。
在第k行点亮期间，首先向布线GL1[k]及布线GL2[k]供应高电平电位，向布线SL供应源极信号。由此，晶体管52A和晶体管52C成为导通状态，从布线SL向晶体管52B的栅极写入与源极信号对应的电位。然后，通过向布线GL1[k]及布线GL2[k]供应低电平电位，晶体管52A和晶体管52C成为非导通状态，保持晶体管52B的栅极电位。
接着，在第k+1行点亮期间，通过与上述同样的工作写入数据。
接着，说明关灯期间。在第k行关灯期间，向布线GL2[k]和布线GL3[k]供应高电平电位。由此，晶体管52C和晶体管52D成为导通状态，所以在向晶体管52B的源极和栅极供应相同电位时，在晶体管52B中电流几乎没有流过。由此，发光元件61关灯。位于第k行的所有子像素关灯。第k行子像素直到下一个点亮期间为止维持关灯状态。
接着，在第k+1行的关灯期间，与上述同样地，第k+1行的所有子像素成为关灯状态。
如此，也可以将如下驱动方法称为占空驱动，即不是在一个水平期间中一直点亮而是在一个水平期间中设定关灯期间的驱动方法。通过利用占空驱动，可以减少显示动态图像时的余像，由此可以实现动态图像的显示性能高的显示装置。尤其是，在VR设备等中，通过减少余像，可以减轻所谓的VR晕动症(VR sickness)。
可以将占空驱动中的相对于一个水平期间的点亮期间比率称为占空比。例如，“占空比为50％”意味着点亮期间和关灯期间的长度相等。注意，可以自由地设定占空比，例如可以在高于0％且为100％以下的范围内适当地进行调整。
另外，参照图14A及图14B说明与上述像素电路不同的结构。
图14A是像素230的方框图。图14A所示的像素包括开关晶体管、驱动晶体管、发光元件(LED)及存储电路MEM(存储器)。
存储电路MEM通过布线SL2及晶体管52A被供应数据DataW。当像素除了被供应图像数据Data以外还被供应数据DataW时，流过发光元件的电流增大，因此显示装置可以表现高亮度。
图14B是像素电路51I的具体电路图。
图14B所示的像素电路51I包括晶体管52w、晶体管52A、晶体管52B、晶体管52C、电容器53s及电容器53w。另外，图14B示出连接于像素电路51I的发光元件61。
晶体管52w被用作开关晶体管。晶体管52B被用作驱动晶体管。晶体管52w的源极和漏极中的一方与电容器53w的一方电极电连接。电容器53w的另一方电极与晶体管52A的源极和漏极中的一方电连接。晶体管52A的源极和漏极中的一方与晶体管52B的栅极电连接。晶体管52B的栅极与电容器53s的一方电极电连接。电容器53s的另一方电极与晶体管52B的源极和漏极中的一方电连接。晶体管52B的源极和漏极中的一方与晶体管52C的源极和漏极中的一方电连接。晶体管52C的源极和漏极中的一方与发光元件61的一方电极电连接。图14B所示的各晶体管包括与栅极电连接的背栅极，但是背栅极的连接方式不局限于此。另外，也可以在晶体管中不设置背栅极。
在此，将连接有电容器53w的另一个电极、晶体管52A的源极和漏极中的一个、晶体管52B的栅极及电容器53s的一个电极的节点称为节点NM。此外，将连接有电容器53s的另一个电极、晶体管52B的源极和漏极中的一个、晶体管52C的源极和漏极中的一个及发光元件61的一个电极的节点称为节点NA。
晶体管52w的栅极与布线GL1电连接。晶体管52C的栅极与布线GL1电连接。晶体管52A的栅极与布线GL2电连接。晶体管52w的源极和漏极中的另一个与布线SL1电连接。晶体管52C的源极和漏极中的另一个与布线V0电连接。晶体管52A的源极和漏极中的另一个与布线SL2电连接。注意，在本实施方式等中，有时将布线SL1及布线SL2总称为布线SL。因此，布线SL不局限为一个，有时为多个。
晶体管52B的源极和漏极中的另一方与布线ANO电连接。发光元件61的另一方电极与布线VCOM电连接。
布线GL1及GL2可以被用作用来控制晶体管的工作的信号线。布线SL1可以被用作对像素供应图像数据Data的信号线。此外，布线SL2可以被用作对存储电路MEM写入数据DataW的信号线。例如，布线SL2可以被用作对像素供应校正信号的信号线。布线V0被用作取得晶体管52B的电特性的监控线。此外，通过将特定电位从布线V0经过晶体管52C供应到电容器53s的另一个电极，可以使图像信号的写入稳定化。
晶体管52A及电容器53w构成存储电路MEM。节点NM是存储节点，通过使晶体管52A处于导通状态，可以将布线SL2所供应的数据DataW写入到节点NM。通过作为晶体管52A使用其关态电流极小的OS晶体管，可以长时间保持节点NM的电位。
在像素电路51I中，布线SL1所供应的图像数据Data通过晶体管52w被供应到电容器53w。晶体管52w的源极和漏极中的一方与节点NM电容耦合。因此，已被写入数据DataW的节点NM的电位根据图像数据Data变化。另外，节点NA与节点NM通过电容器53s电容耦合。因此，节点NA的电位根据数据DataW及图像数据Data变化。
另外，晶体管52w被用作决定是否被供应图像数据Data的选择晶体管。晶体管52C被用作决定是否使节点NA的电位等于布线V0的复位晶体管。
另外，本发明的一个方式的显示装置可以使用以与像素电路群55重叠的方式设置的功能电路40检测不良像素。通过使用该不良像素的信息，可以校正因不良像素引起的显示缺陷并进行正常的显示。
以下示出的校正方法的一部分或全部也可以由设在显示装置的外部的电路执行。另外，也可以由功能电路40执行校正方法的一部分并由设在显示装置的外部的电路执行该校正方法的其他一部分。
以下示出更具体的校正方法的例子。图15A为以下说明的校正方法的流程图。
首先，在步骤E1开始校正工作。
接着，在步骤E2，读出像素的电流。例如，可以以将电流输出到与像素电连接的监控线的方式驱动各像素。
在如下述显示装置10B等那样像素电路群55可分割为多个区划59时，可以对每个区划59一齐进行电流读出工作。通过将像素电路群55分割为多个区划59，可以以极短的时间进行所有像素的电流读出工作。
接着，在步骤E3，将读出的电流转换为电压。此时，在后面的处理使用数字信号的情况下，可以在步骤E3转换为数字数据。例如，通过使用模拟-数字转换电路(ADC)，可以将模拟数据转换为数字数据。
接着，在步骤E4，根据所获取的数据获取各像素的像素参数。作为像素参数，例如可以举出驱动晶体管的阈值电压或场效应迁移率、发光元件的閾值电压、规定电压中的电流值等。
接着，在步骤E5，根据像素参数判断各像素是否为异常。例如，在像素参数值超过(或低于)规定阈值时，将该像素判断为异常像素。
作为异常，可以举出相对于输入的数据电位而言亮度明显偏低的暗点缺陷或亮度明显偏高的亮点缺陷等。
在步骤E5，可以识别并获取异常像素的地址及缺陷的种类。
接着，在步骤E6，进行校正处理。
使用图15B说明校正处理的一个例子。图15B示意性地示出3×3个以像素电路51和发光元件61为一组的像素。在此，将中央的像素设为暗点缺陷的像素151。在图15B中，示意性地示出像素151关灯而其附近的像素150以规定亮度点亮的状态。
暗点缺陷是指即使做出提高输入到像素的数据电位的校正，像素的亮度也不会达到正常亮度的缺陷。于是，如图15B所示，对暗点缺陷的像素151附近的像素150进行提高亮度的校正。由此，即使发生了暗点缺陷，也可以显示正常的图像。
注意，在缺陷为亮点缺陷的情况下，通过降低附近像素的亮度，可以使亮点缺陷变得不明显。
特别是，在具有高清晰度(例如1000ppi以上)的显示装置的情况下，由于很难将相邻的多个像素分开并查看，所以使用这种在附近的像素补充异常像素的校正方法是特别有效的。
另一方面，优选对发生暗点缺陷、亮点缺陷等异常的像素以不输入数据电位的方式进行校正。
如此，可以对各像素设定校正参数。通过将校正参数用于输入的图像数据，可以生成用来在显示装置10A上显示最佳图像的校正图像数据。
此外，不仅是异常像素及其附近的像素，由于在没有被判断为异常像素的像素中也存在像素参数的偏差，所以在显示图像时，有时会观察到起因于该偏差的不均匀。在此，可以对没有被判断为异常像素的像素设定校正参数，以消除(均衡化)像素参数的偏差。例如，可以根据一部分像素或所有像素的像素参数的中央值或平均值等设定基准值，对于规定像素的像素参数，将用来消除与基准值的差分的校正值设定为该像素的校正参数。
此外，作为异常像素附近的像素的校正数据，优选设定考虑了补充异常像素的校正量和消除像素参数的偏差的校正量两者的校正数据。
接着，在步骤E7，结束校正工作。
后面可以根据通过上述校正工作获取的校正数据和被输入的图像数据进行图像的显示。
注意，作为校正工作的步骤之一，也可以使用神经网络。在该神经网络中，例如可以根据通过机械学习得到的推测结果决定校正参数。例如，在使用神经网络决定校正参数时，即使不使用用来进行校正的详细算法，也可以进行高精度的校正，从而使异常像素不显眼。
以上是校正方法的说明。
<变形例子1>
图16A及图16B是作为显示装置10A的变形例子的显示装置10B的立体图。图16B是用来说明显示装置10B所包括的各层的结构的立体图。为了避免重复说明，主要说明与显示装置10A不同之处。
显示装置10B层叠有包括多个像素电路51的像素电路群55和驱动电路30。在显示装置10B中，像素电路群55被分割为多个区划59，驱动电路30被分割为多个区划39。多个区划39都包括源极驱动电路31及栅极驱动电路33。
图17A示出显示装置10B所包括的像素电路群55的结构例子。图17B示出显示装置10B所包括的驱动电路30的结构例子。区划59及区划39都被配置为m行n列(m及n都为1以上的整数)的矩阵状。在本说明书等中，将第1行第1列区划59表示为区划59[1，1]，将第m行第n列区划59表示为区划59[m，n]。同样地，将第1行第1列区划39表示为区划39[1，1]，将第m行第n列区划39表示为区划39[m，n]。图17A及图17B示出m及n分别为4及8的情况。也就是说，像素电路群55及驱动电路30各自被分割为32个。
多个区划59都包括多个像素电路51、多个布线SL及多个布线GL。在多个区划59的每一个中，多个像素电路51中的一个与多个布线SL中的至少一个及多个布线GL中的至少一个电连接。
区划59中的一个以与区划39中的一个重叠的方式设置(参照图17C)。例如，区划59[i，j](i为1以上且m以下的整数，j为1以上且n以下的整数)以与区划39[i，j]重叠的方式设置。区划39[i，j]所包括的源极驱动电路31[i，j]与区划59[i，j]所包括的布线SL电连接。区划39[i，j]所包括的栅极驱动电路33[i，j]与区划59[i，j]所包括的布线GL电连接。源极驱动电路31[i，j]及栅极驱动电路33[i，j]具有控制区划59[i，j]所包括的多个像素电路51的功能。
通过以重叠的方式设置区划59[i，j]与区划39[i，j]，可以使区划59[i，j]所包括的像素电路51与区划39[i，j]所包括的源极驱动电路31及栅极驱动电路33的连接距离(布线长度)极短。其结果是，布线电阻及寄生电容得到减少，因此充放电所需的时间得到减少，而可以实现高速驱动。另外，可以降低功耗。另外，可以实现小型化及轻量化。
另外，显示装置10B具有每个区划39包括源极驱动电路31及栅极驱动电路33的结构。因此，可以按照对应于区划39的每个区划59分割显示部13来改写图像数据。例如，可以在显示部13中仅改写图像发生变化的区划的图像数据而保持图像没发生变化的区划的图像数据，而可以实现功耗的降低。
在本实施方式等中，将按每个区划59被分割的显示部13中的一个称为副显示部19。因此，也可以说副显示部19按每个区划39被分割。在参照图16及图17说明的显示装置10B中示出显示部13被分割为32个副显示部19的情况(参照图16A)。副显示部19包括多个图10等所示的像素230。具体而言，一个副显示部19包括具有多个像素电路51的区划59中的一个以及多个发光元件61。另外，一个区划39具有控制一个副显示部19所包括的多个像素230的功能。
另外，在显示装置10B中，可以通过功能电路40所包括的时序控制器44对每个副显示部19任意设定显示图像时的驱动频率。功能电路40具有控制多个区划39及多个区划59的每一个的工作的功能。也就是说，功能电路40具有控制被配置为矩阵状的多个副显示部19的每一个的驱动频率及工作时序的功能。另外，功能电路40具有进行副显示部之间的同步调整的功能。
另外，也可以在每个区划39中设置时序控制器441及输入输出电路442(参照图17D)。作为输入输出电路442，例如可以使用I2C(Inter-Integrated Circuit：集成电路总线)接口等。在图17中，将区划39[i，j]所包括的时序控制器441表示为时序控制器441[i，j]。另外，将区划39[i，j]所包括的输入输出电路442表示为输入输出电路442[i，j]。
例如，功能电路40向输入输出电路442[i，j]供应栅极驱动电路33[i，j]的扫描方向及驱动频率的设定信号以及降低分辨率时的图像数据省略像素数(在改写图像数据时不改写的像素数)等工作参数。源极驱动电路31[i，j]及栅极驱动电路33[i，j]根据该工作参数工作。
另外，在副显示部19包括下述受光元件的情况下，输入输出电路442向功能电路40输出被受光元件进行光电转换的信息。
在根据本发明的一个方式的电子设备的显示装置10B中，通过层叠像素电路51与驱动电路30并根据用户的视线动作使每个副显示部19的驱动频率不同，可以实现低功耗化。
图18A示出包括4行8列的副显示部19的显示部13。另外，图18A示出以注视点G为中心的第一区S1至第三区S3。运算部103将多个副显示部19的每一个分配为重叠于第一区S1或第二区S2的第一区域29A和重叠于第三区S3的第二区域29B中的任一方。也就是说，运算部103将多个区划39的每一个分配为第一区域29A或第二区域29B。此时，重叠于第一区S1或第二区S2的第一区域29A包括与注视点G重叠的区。另外，第二区域29B包括位于第一区域29A的外侧的副显示部19(参照图18B)。
多个区划39的每一个所包括的驱动电路(源极驱动电路31及栅极驱动电路33)的工作被功能电路40控制。例如，第二区域29B是与包括上述稳定注视视野、引导视野及辅助视野的第三区S3重叠的区域，即是用户的识别能力低的区域。因此，即便在显示图像时使第二区域29B在单位时间内的改写图像数据的次数(以下也称为“图像改写次数”)少于第一区域29A，用户感觉到的实质上的显示品质(以下也称为“实质上的显示品质”)也几乎不降低。也就是说，即便使第二区域29B所包括的副显示部19的驱动频率(也称为“第二驱动频率”)低于第一区域29A所包括的副显示部19的驱动频率(也称为“第一驱动频率”)，实质上的显示品质也几乎不降低。
在降低驱动频率时，可以降低显示装置的功耗。另一方面，在降低驱动频率时，显示品质也下降。尤其是，显示动态图像时的显示品质下降。根据本发明的一个方式，通过使第二驱动频率低于第一驱动频率，可以在降低用户的可见度较低的区域的功耗的同时抑制实质上的显示品质的下降。根据本发明的一个方式，可以同时实现显示品质的维持和功耗的降低。
第一驱动频率为30Hz以上且500Hz以下，优选为60Hz以上且500Hz以下即可。第二驱动频率优选为第一驱动频率以下，更优选为第一驱动频率的1/2以下，进一步优选为第一驱动频率的1/5以下。
另外，也可以在与第三区S3重叠的副显示部19中将离第一区域29A更远的区域设为第三区域29C(参照图18C)，并也可以使第三区域29C所包括的副显示部19的驱动频率(也称为“第三驱动频率”)低于第二区域29B。第三驱动频率优选为第二驱动频率以下，更优选为第二驱动频率的1/2以下，进一步优选为第二驱动频率的1/5以下。通过使图像改写次数极少，可以进一步降低功耗。另外，根据需要也可以停止改写图像数据。通过停止改写图像数据，可以进一步降低功耗。
在利用这种驱动方法的情况下，优选将关态电流极低的晶体管用作构成像素电路51的晶体管。例如，优选将OS晶体管用作构成像素电路51的晶体管。OS晶体管的关态电流极低，所以该OS晶体管可以以长期间保持被供应到像素电路51的图像数据。尤其是，优选将OS晶体管用作晶体管52A。
另外，有时其亮度、对比度或色调等与之前的图像大不相同的图像显示在显示部13上，诸如显示在显示部13上的影像场景变化。在这种情况下，图像转换的时序在第一区域29A与其驱动频率低于第一区域29A的区域之间发生偏差，因此这两个区域间的亮度、对比度或色调等大不相同，而有可能降低实质上的显示品质。在这样影像场景变化的情况等下，首先以与第一区域29A相同的驱动频率还改写第一区域29A以外的区域的图像数据，然后降低第一区域29A以外的区域的驱动频率，即可。
另外，也可以在判断为注视点G的变动量超过一定量时以第一区域29A相同的驱动频率还改写第一区域29A以外的区域的图像数据，并且在判断为其变动量为一定量以下时降低第一区域29A以外的区域的驱动频率。另外，在判断为注视点G的变动量较少时，也可以进一步降低第一区域29A以外的区域的驱动频率。
另外，在显示装置10B不包括作为暂时保持图像数据的存储装置的帧存储器的情况或者包括对应于显示部13整体的一个帧存储器的情况下，需要将第二驱动频率及第三驱动频率都设为第一驱动频率的整数分之一。
通过设置对应于多个副显示部19的每一个的帧存储器，可以将第二驱动频率及第三驱动频率设为不局限于第一驱动频率的整数分之一的任意值。通过将第二驱动频率及第三驱动频率设为任意值，可以提高驱动频率的设定自由度。因此，可以减少实质上的显示品质的降低。
图19是说明每个副显示部19包括帧存储器443的显示装置10B的结构例子的方框图。在图19中，输入输出电路80包括图像信息输入部461及时钟信号输入部462。另外，功能电路40包括图像数据暂时存储部463、工作参数设定部464、内部时钟信号生成部465、图像处理部466、存储器控制器467及多个帧存储器443。
多个帧存储器443中的一个具有保持显示在多个副显示部19中的一个上的图像数据的功能。例如，帧存储器443[1，1]具有保持显示在副显示部19[1，1]上的图像数据的功能。同样地，帧存储器443[m，n]具有保持显示在副显示部19[m，n]上的图像数据的功能。
另外，多个副显示部19中的一个与多个区划39中的一个电连接。在图19中，多个区划39的每一个包括源极驱动电路31、栅极驱动电路33、时序控制器441及输入输出电路442。
显示在显示部13上的图像数据以及显示装置10B的工作参数从外部被供应到图像信息输入部461。时钟信号从外部被供应到时钟信号输入部462。另外，该时钟信号通过时钟信号输入部462被供应到内部时钟信号生成部465。
内部时钟信号生成部465具有使用从外部供应的时钟信号生成在显示装置10B中使用的时钟信号(也称为“内部时钟信号”)的功能。内部时钟信号被供应到图像数据暂时存储部463、工作参数设定部464、存储器控制器467、区划39等，用来使构成显示装置10B的各电路等的工作时序同步。
通过图像信息输入部461输入的图像数据被供应到图像数据暂时存储部463。另外，通过图像信息输入部461输入的工作参数被供应到工作参数设定部464。
图像数据暂时存储部463保持被供应的图像数据而使该图像数据与内部时钟信号同步并将其供应到图像处理部466。通过设置图像数据暂时存储部463，可以消除从外部供应图像数据的时序与在显示装置10B内部对该图像数据进行处理的时序的错开。
工作参数设定部464具有保持被供应的工作参数的功能。工作参数具有决定多个副显示部19的每一个的驱动频率、扫描方向、分辨率设定等的信息。
图像处理部466具有对图像数据暂时存储部463所保持的图像数据进行运算处理的功能。例如，具有对图像数据进行对比度调整、亮度调整及伽马校正等的功能。另外，图像处理部466具有按每个副显示部19分割图像数据暂时存储部463所保持的图像数据的功能。
存储器控制器467具有控制多个帧存储器443的工作的功能。按每个副显示部19被图像处理部466分割的图像数据储存在多个帧存储器443中。另外，多个帧存储器443具有对应于各帧存储器443的区划39所输出的读出要求信号(read)向区划39供应图像数据的功能。
另外，如图20所示，也可以将存储装置41用作帧存储器443。也就是说，存储装置41也可以储存按每个副显示部19被分割的图像数据。
另外，帧存储器443也可以设置在功能电路40以外之处。另外，帧存储器443也可以设置在显示装置10B以外的半导体装置中。
注意，对显示部13设定的区域不局限于第一区域29A、第二区域29B及第三区域29C这三个区域，也可以对显示部13设定四个以上的区域。通过对显示部13设定多个区域并逐渐地降低驱动频率，可以进一步减少实质上的显示品质的降低。
另外，也可以对显示在第一区域29A上的图像进行上述上转换处理。通过在第一区域29A上显示被上转换处理的图像，可以提高显示品质。另外，也可以对显示在第一区域29A以外的区域上的图像进行上述上转换处理。通过在第一区域29A以外的区域上显示被上转换处理的图像，可以进一步减少降低第一区域29A以外的区域的驱动频率时的实质上的显示品质的降低。
另外，也可以以高精度算法对显示在第一区域29A上的图像进行上转换处理并以低精度算法对显示在第一区域29A以外的区域上的图像进行上转换处理。在此情况下也可以进一步减少降低第一区域29A以外的区域的驱动频率时的实质上的显示品质的降低。
另外，通过在改写每个副显示部19的图像数据时一齐改写所有副显示部19的图像数据，可以实现高速改写。也就是说，通过在改写每个区划39的图像数据时一齐改写所有区划39的图像数据，可以实现高速改写。
一般而言，在采用线序驱动的情况下，源极驱动电路在栅极驱动电路选择一行像素时对一行所有像素一齐写入图像数据。例如，在显示部13不被分割为副显示部19并具有4000×2000个像素的分辨率的情况下，源极驱动电路需要在栅极驱动电路选择一行像素时对4000个像素写入图像数据。在帧频为120Hz的情况下，1帧时间约为8.3msec。因此，栅极驱动电路需要在约为8.3msec间选择2000行像素，选择一行像素的时间，即对每个像素写入图像数据的时间约为4.17μsec。也就是说，显示部的分辨率越高或帧频越高，越难以确保足以改写图像数据的时间。
在本实施方式所例示的显示装置10B中，显示部13在行方向上被分割为四个。由此，对一个副显示部19中的每个像素写入图像数据所需的时间可以为不分割显示部13的情况的四倍。根据本发明的一个方式，在帧频为240Hz、甚至为360Hz的情况下也可以容易确保改写图像数据的时间，因此可以实现显示品质高的显示装置。
另外，在本实施方式所例示的显示装置10B中，因为显示部13在行方向上被分割为四个，所以电连接源极驱动电路与像素电路的布线SL的长度变为四分之一。因此，布线SL的电阻值及寄生电容都变为四分之一，可以缩短图像数据的写入(改写)所需的时间。
再者，在本实施方式所例示的显示装置10B中，因为显示部13在列方向上被分割为八个，所以电连接栅极驱动电路与像素电路的布线GL的长度变为八分之一。因此，布线GL的电阻值及寄生电容都变为八分之一，信号的劣化及延迟得到改善，容易确保改写图像数据的时间。
根据本发明的一个方式的显示装置10B容易确保足以写入图像数据的时间，所以可以实现显示图像的高速改写。因此，可以实现显示品质高的显示装置。尤其是，可以实现在显示动态图像的方面优异的显示装置。
<变形例子2>
图21A及图21B是作为显示装置10A的变形例子的显示装置10C的立体图。显示装置10C也是显示装置10B的变形例子。图21B是用来说明显示装置10C所包括的各层的结构的立体图。为了避免重复说明，主要说明与显示装置10A及显示装置10B不同之处。
包括多个像素电路51的像素电路群55、驱动电路30、功能电路40及端子部14也可以设置在同一层中。在显示装置10C中，像素电路群55、驱动电路30、功能电路40及端子部14设置在层20中。通过将像素电路群55、驱动电路30及功能电路40设置在同一层中，可以缩短电连接它们的布线。因此，布线电阻及寄生电容得到降低，功耗也得到降低。
例如，在作为用于显示装置10C的晶体管使用c-Si晶体管的情况下，可以将单晶硅衬底用作层20而设置像素电路群55、驱动电路30、功能电路40及端子部14。通过将单晶硅衬底用作层20，可以省略衬底11。因此，可以实现显示装置10C的轻量化。另外，可以降低显示装置10C的生产成本。因此，显示装置10C的生产率得到提高。
注意，用于显示装置10C的晶体管不局限于c-Si晶体管。作为用于显示装置10C的晶体管可以使用Poly-Si晶体管或OS晶体管等各种晶体管。
另外，在图21所示的显示装置10C中，显示部13由被配置为m行n列的矩阵状的副显示部19构成。因此，像素电路群55可以分为被配置为m行n列的矩阵状的区划59。图22是层20的俯视布局图。图22示出m为4且n为8时的区划59。
在显示装置10C中，驱动电路30被分开为驱动电路30a、驱动电路30b、驱动电路30c及驱动电路30d这些四个区而设置。驱动电路30a、驱动电路30b、驱动电路30c及驱动电路30d设置在像素电路群55的外侧。具体而言，在像素电路群55的外周四边中，第一边一侧设置有驱动电路30a，隔着像素电路群55与第一边相对的第三边一侧设置有驱动电路30c，第二边一侧设置有驱动电路30b，并且隔着像素电路群55与第二边相对的第四边一侧设置有驱动电路30d。
驱动电路30a及驱动电路30c各自包括16个栅极驱动电路33。驱动电路30b及驱动电路30d各自包括16个源极驱动电路31。栅极驱动电路33中的一个与区划59中的一个所包括的多个像素电路51电连接。源极驱动电路31中的一个与区划59中的一个所包括的多个像素电路51电连接。
在图22中，将电连接于区划59[1，1]的栅极驱动电路33表示为栅极驱动电路33[1，1]，将电连接于区划59[1，1]的源极驱动电路31表示为源极驱动电路31[1，1]。同样地，将电连接于区划59[4，8]的栅极驱动电路33表示为栅极驱动电路33[4，8]，将电连接于区划59[4，8]的源极驱动电路31表示为源极驱动电路31[4，8]。
另外，驱动电路30a包括栅极驱动电路33[1，1]至栅极驱动电路33[1，4]、栅极驱动电路33[2，1]至栅极驱动电路33[2，4]、栅极驱动电路33[3，1]至栅极驱动电路33[3，4]以及栅极驱动电路33[4，1]至栅极驱动电路33[4，4]。另外，驱动电路30b包括源极驱动电路31[1，1]至源极驱动电路31[1，8]以及源极驱动电路31[2，1]至源极驱动电路31[2，8]。另外，驱动电路30c包括栅极驱动电路33[1，5]至栅极驱动电路33[1，8]、栅极驱动电路33[2，5]至栅极驱动电路33[2，8]、栅极驱动电路33[3，5]至栅极驱动电路33[3，8]以及栅极驱动电路33[4，5]至栅极驱动电路33[4，8]。另外，驱动电路30d包括源极驱动电路31[3，1]至源极驱动电路31[3，8]以及源极驱动电路31[4，1]至源极驱动电路31[4，8]。
设置在层20中的像素电路群55、驱动电路30及功能电路40的配置方式不局限于图22所示的结构。例如，也可以采用图23所示的结构。在图23中，驱动电路30被分开为驱动电路30a及驱动电路30b这些两个区而设置。例如，驱动电路30a设置有32个栅极驱动电路33(栅极驱动电路33[1，1]至栅极驱动电路33[4，8])，驱动电路30b设置有32个源极驱动电路31(源极驱动电路31[1，1]至源极驱动电路31[4，8])。
在根据本发明的一个方式的显示装置10B及显示装置10C中例示出了将显示部13分割为32个副显示部19的情况。但是，根据本发明的一个方式的显示装置10B及显示装置10C的显示部13并不需被分割为32个，也可以被分割为16个、64个或128个等。在增大显示部13的分割数时，可以进一步减少用户感觉到的实质上的显示品质的降低。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
(实施方式2)
在本实施方式中，说明包括被配置为p行q列(p及q都是2以上的整数)的矩阵状的多个像素230的副显示部19的结构例子。图24A是说明副显示部19的方框图。副显示部19与设置在区划39中的源极驱动电路31及栅极驱动电路33电连接。
在图24A中，将第p行第1列像素230表示为像素230[p，1]，将第1行第q列像素230表示为像素230[1，q]，并且将第p行第q列像素230表示为像素230[p，q]。
栅极驱动电路33中的电路例如被用作扫描线驱动电路。源极驱动电路31中的电路例如被用作信号线驱动电路。
例如，也可以将OS晶体管用作构成像素230的晶体管并将Si晶体管用作构成驱动电路的晶体管。OS晶体管的关态电流低，所以可以降低功耗。另外，Si晶体管的工作速度比OS晶体管快，所以适合用于驱动电路。另外，根据显示装置的方式也可以将OS晶体管用作构成像素230的晶体管和构成驱动电路的晶体管。另外，根据显示装置的方式也可以将Si晶体管用作构成像素230的晶体管和构成驱动电路的晶体管的双方。另外，根据显示装置的方式也可以将Si晶体管用作构成像素230的晶体管并将OS晶体管用作构成驱动电路的晶体管。
另外，也可以将Si晶体管和OS晶体管的双方用作构成像素230的晶体管。另外，也可以将Si晶体管和OS晶体管的双方用作构成驱动电路的晶体管。
另外，在图24A中示出以彼此大致为平行的方式配置且其电位被栅极驱动电路33控制的p个布线GL以及以彼此大致为平行的方式配置且其电位被源极驱动电路31控制的q个布线SL。例如，配置在第r行(r表示任意数，在本实施方式等中为1以上且p以下的整数)上的像素230通过第r个布线GL与栅极驱动电路33电连接。另外，配置在第s列(s表示任意数，在本实施方式等中为1以上且q以下的整数)上的像素230通过第s个布线SL与源极驱动电路31电连接。
注意，与一行上的像素230电连接的布线GL不局限于一个。另外，与一列上的像素230电连接的布线SL不局限于一个。另外，布线GL及布线SL仅是一个例子，与像素230电连接的布线不局限于布线GL及布线SL。
通过将控制红色光的像素230、控制绿色光的像素230以及控制蓝色光的像素230配置为矩阵状并总用作一个像素240，并且控制每个像素230的发光量(发光亮度)，能够实现全彩色显示。换言之，该三个像素230被用作子像素。也就是说，三个子像素分别控制红色光、绿色光或蓝色光的发光量等(参照图24B1)。此外，三个子像素分别控制的光的颜色不局限于红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)的组合，也可以是青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)的组合(参照图24B2)。
在将像素240配置为1920×1080的矩阵状时，可以实现能够以所谓2K分辨率进行全彩色显示的显示部13。另外，例如在将像素240配置为3840×2160的矩阵状时，可以实现能够以所谓4K分辨率进行全彩色显示的显示部13。另外，例如在将像素240配置为7680×4320的矩阵状时，可以实现能够以8K分辨率进行全彩色显示的显示部13。通过增加像素240，还可以实现能够以16K或32K的分辨率进行全彩色显示的显示部13。
另外，作为构成一个像素240的三个像素230的配置方式，也可以采用Delta配置(参照图24B3)。具体而言，也可以以使构成一个像素240的三个像素230的每一个的中心点连接的线形成三角形的方式配置像素230。注意，像素230的配置方式不局限于条纹配置及Delta配置。作为像素230的配置方式，也可以采用Zigzag配置、S条纹配置、拜耳配置或Pentile配置。
另外，三个子像素(像素230)的面积也可以不同。当根据发光颜色而发光效率及可靠性等不同时，也可以按发光颜色改变子像素的面积(参照图24B4)。
另外，也可以将四个子像素总用作一个像素。例如，也可以对分别控制红色光、绿色光、蓝色光的三个子像素追加控制白色光的子像素(参照图24B5)。通过追加控制白色光的子像素，能够提高显示区的亮度。此外，也可以对分别控制红色光、绿色光、蓝色光的三个子像素添加控制黄色光的子像素(参照图24B6)。另外，也可以对分别控制青色光、品红色光、黄色光的三个子像素添加控制白色光的子像素(参照图24B7)。
通过增加用作一个像素的子像素的数量可以适当地组合控制红色、绿色、蓝色、青色、品红色及黄色等的光的子像素而使用，由此可以提高半色调的再现性。因此，可以提高显示品质。
本发明的一个方式的显示装置可以再现各种规格的色域。例如，可以再现如下规格的色域等：在电视广播中使用的PAL(Phase Alternating Line：逐行倒相)规格及NTSC(National Television System Committee：美国国家电视标准委员会)规格；在用于个人计算机、数码相机、打印机等电子设备的显示装置中广泛使用的sRGB(standard RGB：标准RGB)规格及Adobe RGB规格；在HDTV(High Definition Television，也被称为高清)中使用的ITU-R BT.709(International Telecommunication Union RadiocommunicationSector Broadcasting Service(Television)709：国际电信联盟无线电通信部门广播服务(电视)709)规格；在数字电影放映中使用的DCI-P3(Digital Cinema Initiatives P3：数字电影倡导联盟P3)规格；以及在UHDTV(Ultra High Definition Television，也被称为超高清)中使用的ITU-R BT.2020(REC.2020(Recommendation2020：建议2020))规格等。
另外，也可以在一个像素240中设置具有受光元件的像素231。在图25A所示的像素240中，呈现绿色光的像素230(G)、呈现蓝色光的像素230(B)、呈现红色光的像素230(R)及具有受光元件的像素231(S)被配置为条纹状。注意，在本说明书等中像素231也被称为“摄像像素”。
像素231所包括的受光元件优选为检测可见光的元件，更优选为检测蓝色、紫色、蓝紫色、绿色、黄绿色、黄色、橙色、红色等颜色的光中的一个或多个的元件。另外，像素231所包括的受光元件也可以为检测红外光的元件。
图25A所示的像素240采用条纹配置。另外，当用具有受光元件的像素231检测规定颜色的光时，优选与像素231相邻地配置呈现该颜色的光的像素230，由此可以提高检测精度。
在图25B所示的像素240中，三个像素230及一个像素231被配置为矩阵状。图25B示出呈现红色光的像素230与具有受光元件的像素231在行方向上相邻且呈现蓝色光的像素230与呈现绿色光的像素230在行方向上相邻的例子，但不局限于此。
图25C所示的像素240具有对S条纹配置追加像素231的结构。图25C的像素240包括一个纵长形像素230、两个横长形像素230及一个横长形像素231。注意，纵长形像素230也可以为R、G或S，对横长形子像素的排列顺序也没有限制。
图25D示出交替地配置像素240a及像素240b的例子。像素240a包括呈现蓝色光的像素230、呈现绿色光的像素230及具有受光元件的像素231。另外，像素240b包括呈现红色光的像素230、呈现绿色光的像素230及具有受光元件的像素231。将像素240a和像素240b总用作一个像素240。在图25D中，像素240a和像素240b的双方都包括呈现绿色光的像素230及像素231，但不局限于此。通过像素240a和像素240b的双方都包括像素231，可以提高摄像像素的清晰度。
图25E示出作为像素230及像素231的配置方式采用六方最密堆积型的布局的例子。通过采用六方最密堆积型的布局，可以提高各子像素的开口率，所以是优选的。另外，图25E示出像素230及像素231的顶面形状为六角形的例子。
图25F所示的像素240是横列上配置有像素230且其下配置有像素231的例子。
图25G所示的像素240是横列上配置有像素230及像素230X且其下配置有像素231的例子。
作为像素230X，例如可以使用呈现红外光(IR)的像素230。也就是说，像素230X包括呈现红外光(IR)的发光元件61。在此情况下，像素231优选包括检测红外光的受光元件。例如，可以在以发射可见光的像素230显示图像的同时以像素231检测子像素X所发的红外光的反射光。
另外，也可以在一个像素240中设置多个像素231。此时，多个像素231所检测的光的波长区域可以相同，也可以不同。例如，也可以以多个像素231的一部分检测可见光并以其他一部分检测红外光。
另外，像素231可以不设置在所有像素240中，也可以按规定像素数设置包括像素231的像素240。
可以使用像素231或者像素231及上述传感器125例如检测用于利用指纹、掌纹、虹膜、视网膜、脉形状(包括静脉形状、动脉形状)或脸等的个人识别的信息。另外，可以使用像素231或者像素231及传感器125测量用户的眨眼次数、眼睑动作、瞳孔大小、体温、脉搏、血液中的氧饱和度等，以检测用户的疲劳度及健康状态等。
可以利用用户的视线动作、眨眼次数及眨眼节奏等实现电子设备的操作。具体而言，使用像素231或者像素231及传感器125检测用户的视线动作、眨眼次数及眨眼节奏等的信息，将上述信息中的一个或上述信息的组合用作电子设备的操作信号，即可。例如，也可以采用眨眼代替鼠标的点击工作。通过检测视线动作及眨眼，用户可以在免提的状态下进行电子设备的输入操作。由此，可以提高电子设备的操作性。
另外，通过在显示装置10中设置多个摄像像素(像素231)，可以将该多个摄像像素用作视线检测部102。因此，可以减少电子设备的构件数。由此，可以实现电子设备的轻量化、生产率的提高及成本的降低等。
图26示出像素240包括具有受光元件的像素231的情况下的显示部13的结构例子。图26是说明包括像素231的显示部13的方框图。显示部13包括被配置为矩阵状的多个像素240。作为像素240，图26例示出图25F的像素结构。
在图26中，显示部13与第一驱动部141、第二驱动部143及读出部142电连接。具体而言，第一驱动部141通过多个布线161与多个像素231电连接。一个布线161与在一行上配置的多个像素231电连接。另外，读出部142通过多个布线162与多个像素231电连接。一个布线162与在一列上配置的多个像素231电连接。另外，第二驱动部143通过多个布线163与读出部142电连接。
与一个像素231连接的布线不局限于布线161及布线162。除布线161及布线162外的布线也可以与像素231连接。
另外，第一驱动部141、读出部142及第二驱动部143与控制部144电连接。控制部144具有控制第一驱动部141、读出部142及第二驱动部143的工作的功能。
第一驱动部141具有按每一行选择像素231的功能。被第一驱动部141选择的行的像素231通过布线162将摄像数据输出到读出部142。
读出部142保持像素231所供应的摄像数据而进行噪声去除处理等。作为噪声去除处理，例如也可以进行CDS(Correlated Double Sampling：相关双采样)处理等。另外，读出部142也可以具有放大摄像数据的功能、使摄像数据A/D转换的功能等。
第二驱动部143具有依次选择读出部142所保持的摄像数据并将摄像数据从输出端子OUT输出到外部的功能。
注意，如图24所示，多个像素230与源极驱动电路31及栅极驱动电路33电连接，图26没有示出上述情况。另外，图26示出将一个第一驱动部141、一个读出部142、一个第二驱动部143以及控制部144设置在显示部13中的例子，但它们也可以设置在每个副显示部19中。
通过在每个副显示部19中设置第一驱动部141、读出部142、第二驱动部143及控制部144，可以使有关被判断为不需摄像工作的区的第一驱动部141、读出部142、第二驱动部143及控制部144的工作速度变慢或者停止它们的工作。因此，可以降低显示装置的功耗。
另外，与源极驱动电路31及栅极驱动电路33同样，第一驱动部141、读出部142、第二驱动部143及控制部144设置在层20中即可。
<像素231的电路结构例子>
图27A是说明像素231的电路结构例子的电路图。像素231包括受光元件71(也称为“光电转换元件”或“摄像元件”)及像素电路72。在本说明书等中，有时将像素电路72称为“摄像像素电路”。
像素电路72包括晶体管132及读出电路73。读出电路73包括晶体管133、晶体管134、晶体管135及电容器138。注意，也可以不设置电容器138。
受光元件71的一方电极(阴极)与晶体管132的源极和漏极中的一方电连接。晶体管132的源极和漏极中的另一方与晶体管133的源极和漏极中的一方电连接。晶体管133的源极和漏极中的一方与电容器138的一方电极电连接。电容器138的一方电极与晶体管134的栅极电连接。晶体管134的源极和漏极中的一方与晶体管135的源极和漏极中的一方电连接。
在此，将连接晶体管132的源极和漏极中的另一方、晶体管133的源极和漏极中的一方、电容器138的一方电极与晶体管134的栅极的布线设为节点FD。节点FD可以被用作电荷检测部。
受光元件71的另一方电极(阳极)与布线121电连接。晶体管132的栅极与布线127电连接。晶体管133的源极和漏极中的另一方与布线122电连接。晶体管134的源极和漏极中的另一方与布线123电连接。晶体管133的栅极与布线126电连接。晶体管135的栅极与布线128电连接。电容器138的另一方电极例如与GND布线等基准电位线电连接。晶体管135的源极和漏极中的另一方与布线352电连接。
布线127、布线126、布线128具有作为控制各晶体管的开启状态、关闭状态的信号线的功能。布线352具有作为输出线的功能。
布线121、布线122、布线123具有作为电源线的功能。在图27A所示的结构中，受光元件71的阴极一侧与晶体管132电连接，并且可以将节点FD复位至高电位。因此，将布线122设为高电位(比布线121高的电位)。
注意，虽然在图27A所示的结构中受光元件71的阴极一侧与节点FD电连接，但也可以采用受光元件71的阳极一侧与晶体管132的源极和漏极中的一方电连接的结构。在此情况下，将节点FD复位至低电位来进行工作，所以将布线122设为低电位(比布线121低的电位)即可。
晶体管132具有控制节点FD的电位的功能。晶体管132也被称为“传送晶体管”。晶体管133具有使节点FD的电位复位的功能。晶体管133也被称为“复位晶体管”。晶体管134被用作源极跟随电路，可以将节点FD的电位作为图像数据输出到布线352。晶体管135具有选择输出图像数据的像素的功能。晶体管134也被称为“放大晶体管”。晶体管135也被称为“选择晶体管”。
另外，如图27B所示，也可以将受光元件71和晶体管132组合为一个来使多组受光元件71及晶体管132电连接于一个节点FD。也就是说，也可以使多组受光元件71及晶体管132电连接于一个读出电路73。
通过由多组受光元件71及晶体管132共同使用一个读出电路73，可以降低每个像素231所占的面积。因此，可以提高像素231的安装密度。例如，也可以将读出电路73形成在层20中并将受光元件71及晶体管132形成在层50中。另外，受光元件71也可以形成在层60。
在图27B中，将第一组受光元件71及晶体管132表示为受光元件71_1及晶体管132_1。晶体管132_1的栅极与布线127_1电连接。另外，将第二组受光元件71及晶体管132表示为受光元件71_2及晶体管132_2。晶体管132_2的栅极与布线127_2电连接。另外，将第k组(k为1以上的整数)受光元件71及晶体管132表示为受光元件71_k及晶体管132_k。晶体管132_k的栅极与布线127_k电连接。
在图27B所示的结构中，可以将一组受光元件71和晶体管132看作一个像素231。在图27B中，将由受光元件71_1和晶体管132_1构成的像素231表示为像素231_1。另外，将由受光元件71_2和晶体管132_2构成的像素231表示为像素231_2。另外，将由受光元件71_k和晶体管132_k构成的像素231表示为像素231_k。在图27B所示的结构中，晶体管132相当于像素电路72。
<发光元件的结构例子>
对可用于根据本发明的一个方式的显示装置的发光元件61进行说明。
如图28A所示，发光元件61在一对电极(导电体171和导电体173)间包括EL层172。EL层172可以由层4420、发光层4411、层4430等的多个层构成。层4420例如可以包括含有电子注入性高的物质的层(电子注入层)及含有电子传输性高的物质的层(电子传输层)等。发光层4411例如包含发光化合物。层4430例如可以包括含有空穴注入性高的物质的层(空穴注入层)及含有空穴传输性高的物质的层(空穴传输层)。
包括设置在一对电极间的层4420、发光层4411及层4430的结构可以用作单一的发光单元，在本说明书等中将图28A的结构称为单结构。
此外，图28B是图28A所示的发光元件61所包括的EL层172的变形例子。具体而言，图28B所示的发光元件61包括导电体171上的层4430-1、层4430-1上的层4430-2、层4430-2上的发光层4411、发光层4411上的层4420-1、层4420-1上的层4420-2以及层4420-2上的导电体173。例如，在将导电体171及导电体173分别用作阳极及阴极时，层4430-1被用作空穴注入层，层4430-2被用作空穴传输层，层4420-1被用作电子传输层，层4420-2被用作电子注入层。或者，在将导电体171及导电体173分别用作阴极及阳极时，层4430-1被用作电子注入层，层4430-2被用作电子传输层，层4420-1被用作空穴传输层，层4420-2被用作空穴注入层。通过采用这种层结构，能够向发光层4411有效地注入载流子，而提高发光层4411内的载流子的再结合效率。
此外，如图28C所示，层4420与层4430之间设置有多个发光层(发光层4411、发光层4412、发光层4413)的结构也是单结构的变形例子。
如图28D所示，多个发光单元(EL层172a、EL层172b)隔着中间层(电荷产生层)4440串联连接的结构在本说明书中被称为串联结构或叠层结构。通过采用串联结构，可以实现能够进行高亮度发光的发光元件。
另外，当发光元件61具有图28D所示的串联结构时，可以使EL层172a和EL层172b的发光颜色相同。例如，EL层172a及EL层172b的发光颜色也可以都是绿色。
另外，通过将发射红色光(R)的发光元件61、发射绿色光(G)的发光元件61及发射蓝色光(B)的发光元件61都用作子像素而由这三个子像素构成一个像素，可以实现全彩色显示。当一个像素包括R、G、B这三种子像素时，各发光元件61也可以具有串联结构。具体而言，R的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射红色光的材料，G的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射绿色光的材料，B的子像素的EL层172a及EL层172b都包含能够发射蓝色光的材料。换言之，发光层4411和发光层4412的材料也可以相同。通过使EL层172a和EL层172b的发光颜色相同，可以降低单位发光亮度的电流密度。因此，可以提高发光元件61的可靠性。
发光元件的发光颜色可以根据构成EL层172的材料为红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色或白色等。另外，通过使发光元件具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。
发光层也可以包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)、O(橙)等的两种以上的发光物质。白色发光元件优选具有发光层包含两种以上的发光物质的结构。为了得到白色发光，选择各发光处于补色关系的两种以上的发光物质即可。例如，通过使第一发光层的发光颜色与第二发光层的发光颜色处于补色关系，可以得到在发光元件整体上以白色发光的发光元件。此外，包括三个以上的发光层的发光元件也是同样的。
发光层优选包含每个发光呈现R(红)、G(绿)、B(蓝)、Y(黄)、O(橙)等的两种以上的发光物质。或者，优选包含每个发光包含R、G、B中的两种以上的光谱成分的两种以上的发光物质。此外，作为发光物质，也可以使用发射近红外光的物质。
作为发光物质，可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(量子点材料等)、呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence：TADF)材料)等。
<发光元件的形成方法>
以下说明发光元件61的形成方法的一个例子。
图29A是发光元件61的俯视示意图。发光元件61包括呈现红色的多个发光元件61R、呈现绿色的多个发光元件61G及呈现蓝色的多个发光元件61B。在图29A中为了便于区别各发光元件，在各发光元件的发光区内附上符号“R”、“G”、“B”。另外，图29A示出采用具有红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)这三个发光颜色的结构作为一个例子，但不局限于此。例如，也可以采用具有四个以上的颜色的结构。
发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都被配置为矩阵状。图29A示出所谓的条纹配置，即在一个方向上配置同一个颜色的发光元件的配置，但发光元件的配置方法不局限于此。
作为发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B，优选使用OLED(Organic LightEmitting Diode：有机发光二极管)或QOLED(Quantum-dot Organic Light EmittingDiode：量子点有机发光二极管)等有机EL器件。作为EL元件所包含的发光物质，可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(量子点材料等)、呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(Thermally Activated Delayed Fluorescence：TADF)材料)等。
图29B为对应于图29A中的点划线A1-A2的截面示意图。图29B示出发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的截面。发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B都设置在绝缘体363上并包括被用作像素电极的导电体171及被用作公共电极的导电体173。作为绝缘体363，可以使用无机绝缘膜和有机绝缘膜中的一方或双方。作为绝缘体363，优选使用无机绝缘膜。作为无机绝缘膜，例如可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化铪膜等氧化物绝缘膜及氮化物绝缘膜。
发光元件61R在被用作像素电极的导电体171与被用作公共电极的导电体173之间包括EL层172R。EL层172R包含发射至少在红色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。发光元件61G中的EL层172G包含发射至少在绿色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。发光元件61B中的EL层172B包含发射至少在蓝色波长区域具有强度的光的发光性有机化合物。
除了包含发光性有机化合物的层(发光层)以外，EL层172R、EL层172G及EL层172B各自还可以包括电子注入层、电子传输层、空穴注入层及空穴传输层中的一个以上。
每个发光元件都设置有被用作像素电极的导电体171。另外，被用作公共电极的导电体173为各发光元件共同使用的一连续的层。被用作像素电极的导电体171和被用作公共电极的导电体173中的任一个使用对可见光具有透光性的导电膜，另一个使用具有反射性的导电膜。通过使被用作像素电极的导电体171具有透光性而被用作公共电极的导电体173具有反射性，可以制造底面发射型(底部发射结构)显示装置，与此相反，通过使被用作像素电极的导电体171具有反射性而被用作公共电极的导电体173具有透光性，可以制造顶面发射型(顶部发射结构)显示装置。注意，通过使被用作像素电极的导电体171和被用作公共电极的导电体173都具有透光性，也可以制造双面发射型(双面发射结构)显示装置。
例如，在发光元件61R具有顶部发射结构时，来自发光元件61R的光175R被发射到导电体173一侧。在发光元件61R具有顶部发射结构时，来自发光元件61G的光175G被发射到导电体173一侧。在发光元件61B具有顶部发射结构时，来自发光元件61B的光175B被发射到导电体173一侧。
以覆盖被用作像素电极的导电体171的端部的方式设置绝缘体272。绝缘体272的端部优选为锥形形状。绝缘体272可以使用与可用于绝缘体363的材料同样的材料。
绝缘体272是为了防止相邻的发光元件61之间非意图地电短路并从发光元件61非意图地发光而设置的。此外，绝缘体272还具有当使用金属掩模形成EL层172时不使金属掩模与导电体171接触的功能。
EL层172R、EL层172G及EL层172B各自包括与被用作像素电极的导电体171的顶面接触的区以及与绝缘体272的表面接触的区。另外，EL层172R、EL层172G及EL层172B的端部位于绝缘体272上。
如图29B所示，在颜色不同的发光元件之间，在两个EL层之间设置间隙。如此，优选以互不接触的方式设置EL层172R、EL层172G及EL层172G。由此，可以适当地防止电流流过相邻的两个EL层而产生非意图性发光(也称为串扰)。因此，可以提高对比度并实现显示品质高的显示装置。
可以利用使用金属掩模等遮蔽掩模的真空蒸镀法等分开形成EL层172R、EL层172G及EL层172G。另外，也可以通过光刻法分开制造上述EL层。通过利用光刻法，可以实现在使用金属掩模时难以实现的高清晰度的显示装置。
注意，在本说明书等中，有时将使用金属掩模或FMM(Fine Metal Mask，高精细金属掩模)制造的器件称为MM(Metal Mask)结构的器件。另外，在本说明书等中，有时将不使用金属掩模或FMM制造的器件称为MML(Metal Mask Less)结构的器件。MML结构的显示装置不使用金属掩模制造，因此其像素配置及像素形状等的设计自由度比MM结构的显示装置高。
此外，以覆盖发光发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的方式在被用作公共电极的导电体173上设置保护层271。保护层271具有防止水等杂质从上方扩散到各发光元件的功能。
保护层271例如可以采用至少包括无机绝缘膜的单层结构或叠层结构。作为无机绝缘膜，例如可以举出氧化硅膜、氧氮化硅膜、氮氧化硅膜、氮化硅膜、氧化铝膜、氧氮化铝膜、氧化铪膜等氧化物膜或氮化物膜。另外，作为保护层271也可以使用铟镓氧化物、铟镓锌氧化物(IGZO)等半导体材料。另外，保护层271利用ALD法、CVD法及溅射法形成即可。注意，作为保护层271例示出具有包括无机绝缘膜的结构，但不局限于此。例如，保护层271也可以具有无机绝缘膜和有机绝缘膜的叠层结构。
在本说明书中，氮氧化物是指氮含量大于氧含量的化合物。另外，氧氮化物是指氧含量大于氮含量的化合物。此外，例如可以使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS：RutherfordBackscattering Spectrometry)等来测定各元素的含量。
当保护层271使用铟镓锌氧化物时，可以利用湿蚀刻法或干蚀刻法进行加工。例如，当保护层271使用IGZO时，可以使用草酸、磷酸或混合药液(例如，磷酸、醋酸、硝酸和水的混合药液(也称为混合酸铝蚀刻液))等药液。该混合酸铝蚀刻液可以以磷酸：醋酸：硝酸：水＝53.3：6.7：3.3：36.7及其附近的体积比进行配制。
此外，也可以将图29B所示的结构称为后面说明的SBS结构。
图29C示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图29C中包括呈现白色光的发光元件61W。发光元件61W在被用作像素电极的导电体171与被用作公共电极的导电体173之间包括呈现白色光的EL层172W。
作为EL层172W，例如可以采用层叠有以各自的发光颜色成为补色关系的方式选择的两个以上的发光层的结构。另外，也可以使用在发光层之间夹着电荷产生层的叠层型EL层。
图29C并列地示出三个发光元件61W。左边的发光元件61W的上部设置有着色层264R。着色层264R被用作使红色光透过的带通滤光片。同样地，中间的发光元件61W的上部设置有使绿色光透过的着色层264G，右边的发光元件61W的上部设置有使蓝色光透过的着色层264B。由此，可以使显示装置显示彩色图像。
在此，在相邻的两个发光元件61W之间，EL层172W与被用作公共电极的导电体173彼此分开。由此，可以防止在相邻的两个发光元件61W中电流通过EL层172W流过而产生非意图性发光。特别是在作为EL层172W使用两个发光层之间设有电荷产生层的叠层型EL层时具有如下问题：当清晰度越高，即相邻的像素间的距离越小时，串扰的影响越明显，而对比度降低。因此，通过采用这种结构，可以实现兼具高清晰度和高对比度的显示装置。
优选利用光刻法分开EL层172W及被用作公共电极的导电体173。由此，可以缩小发光元件之间的间隙，例如与使用金属掩模等遮蔽掩模时相比，可以实现具有高开口率的显示装置。
注意，底部发射结构的发光元件中在被用作像素电极的导电体171与绝缘体363之间设置着色层即可。
图29D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图29D中，发光元件61R、发光元件61G与发光元件61B之间没有设置绝缘体272。通过采用该结构，可以实现开口率较高的显示装置。另外，由于不设置绝缘体272而减小发光元件61的凹凸，所以显示装置的视角得到提高。具体而言，可以将视角设为150°以上且小于180°，优选为160°以上且小于180°。
另外，保护层271覆盖EL层172R、EL层172G及EL层172B的侧面。通过采用该结构，可以抑制有可能从EL层172R、EL层172G及EL层172B的侧面进入的杂质(典型的是水等)。另外，相邻的发光元件61之间的泄漏电流得到降低，所以彩度及对比度得到提高且功耗得到降低。
另外，在图29D所示的结构中，导电体171、EL层172R及导电体173的顶面形状大致一致。这种结构可以在形成导电体171、EL层172R及导电体173之后利用抗蚀剂掩模等一齐形成。这种工艺由于将导电体173用作掩模对EL层172R及导电体173进行加工，因此也可以被称为自对准构图。注意，在此对EL层172R进行说明，但EL层172G及EL层172B也可以采用同样的结构。
另外，在图29D中，保护层271上还设置有保护层273。例如，通过利用能够沉积覆盖性较高的膜的装置(典型的是ALD装置等)形成保护层271且利用沉积其覆盖性比保护层271低的膜的装置(典型的是溅射装置)形成保护层273，可以在保护层271与保护层273之间设置区275。换言之，区275位于EL层172R与EL层172G之间以及EL层172G与EL层172B之间。
区275例如包含选自空气、氮、氧、二氧化碳和第18族元素(典型的为氦、氖、氩、氪、氙等)等中的任一个或多个。另外，区275有时例如包含在沉积保护层273时使用的气体。例如，在利用溅射法沉积保护层273时，区275有时包含上述第18族元素中的任一个或多个。注意，在区275包含气体时，可以利用气相层析法等进行气体的识别等。或者，在利用溅射法沉积保护层273时，保护层273的膜中也有时包含在进行溅射时使用的气体。在此情况下，当利用能量分散型X射线分析(EDX分析)等分析保护层273时有时检测出氩等元素。
另外，在区275的折射率比保护层271的折射率低时，EL层172R、EL层172G或EL层172B所发射的光在保护层271与区275的界面反射。由此，有时可以抑制EL层172R、EL层172G或EL层172B所发射的光入射到相邻的像素。由此，可以抑制从相邻的像素混入不同发光颜色，而可以提高显示装置的显示品质。
此外，在采用图29D所示的结构时，可以使发光元件61R与发光元件61G间的区或者发光元件61G与发光元件61B间的区(以下，简单地称为发光元件间的距离)变窄。具体而言，可以将发光元件间的距离设为1μm以下，优选为500nm以下，更优选为200nm以下、100nm以下、90nm以下、70nm以下、50nm以下、30nm以下、20nm以下、15nm以下或者10nm以下。换言之，具有EL层172R的侧面与EL层172G的侧面的间隔或者EL层172G的侧面与EL层172B的侧面的间隔为1μm以下的区，优选为0.5μm(500nm)以下的区，更优选为100nm以下的区。
另外，例如，在区275包含气体时，可以在进行发光元件间的元件分离的同时抑制来自各发光元件的光的混合或串扰等。
另外，区275可以为空间，也可以被填充剂填充。作为填充剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。另外，作为填充剂也可以使用光致抗蚀剂。被用作填充剂的光致抗蚀剂既可以是正型光致抗蚀剂，又可以是负型光致抗蚀剂。
图30A示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30A所示的结构的与图29D所示的结构不同之处在于绝缘体363的结构。在对发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B进行加工时绝缘体363的顶面的一部分被削掉而具有凹部。该凹部中形成保护层271。换言之，在从截面看时具有保护层271的底面位于导电体171的底面的下方的区。通过具有该区，可以适当地抑制可从下方进入到发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的杂质(典型的是水等)。此外，上述凹部可在通过湿蚀刻等去除可在发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B的加工中附着于各发光元件的侧面的杂质(也称为残渣物)时形成。通过在去除上述残渣物之后以保护层271覆盖各发光元件的侧面，可以实现可靠性高的显示装置。
另外，图30B示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30B所示的结构除了图30A所示的结构之外还包括绝缘体276及微透镜阵列277。绝缘体276被用作粘合层。另外，在绝缘体276的折射率比微透镜阵列277的折射率低时，微透镜阵列277可以聚集发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B所发射的光。由此，可以提高显示装置的光提取效率。尤其在用户从显示装置的显示面的正面看该显示面时，可以看到明亮的图像，所以这是优选的。此外，作为绝缘体276，可以使用紫外线固化粘合剂等光固化粘合剂、反应固化粘合剂、热固化粘合剂、厌氧粘合剂等各种固化粘合剂。作为这些粘合剂，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。尤其是，优选使用环氧树脂等透湿性低的材料。此外，也可以使用两液混合型树脂。此外，也可以使用粘合薄片等。
另外，图30C示出与上述结构不同的例子。具体而言，图30C所示的结构包括三个发光元件61W而代替图30A所示的结构中的发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B。另外，在三个发光元件61W的上方包括绝缘体276，并在绝缘体276的上方包括着色层264R、着色层264G及着色层264B。具体而言，重叠于左侧的发光元件61W的位置上设置有透过红色光的着色层264R，重叠于中央的发光元件61W的位置上设置有透过绿色光的着色层264G，重叠于右侧的发光元件61W的位置上设置有透过蓝色光的着色层264B。由此，半导体装置可以显示彩色图像。图30C所示的结构也是图29C所示的结构的变形例子。
另外，图30D示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图30D所示的结构中，保护层271以邻接于导电体171及EL层172的侧面的方式设置。另外，导电体173设置为各发光元件共同使用的一连续的层。另外，在图30D所示的结构中，区275优选被填充剂填充。
通过使发光元件61具有光学微腔谐振器(微腔)结构，可以提高发光颜色的色纯度。在使发光元件61具有微腔结构时，将导电体171与导电体173间的距离d和EL层172的折射率n的积(光学距离)设定为波长λ的二分之一的m倍(m为1以上的整数)，即可。距离d可以由算式1求出。
d＝m×λ/(2×n)···算式1。
根据算式1，在微腔结构的发光元件61中基于所发射的光的波长(发光颜色)来决定距离d。距离d相当于EL层172的厚度。因此，EL层172G有时以比EL层172B厚的方式设置，EL层172R有时以比EL层172G厚的方式设置。
注意，严格地说，距离d是被用作反射电极的导电体171中的反射区至被用作具有所发的光的透射性及反射性的电极(半透射-半反射电极)的导电体173中的反射区的距离。例如，在导电体171是银与透明导电膜的ITO(Indium Tin Oxide)的叠层且ITO位于EL层172一侧的情况下，通过调整ITO的厚度可以设定对应于发光颜色的距离d。就是说，即使EL层172R、EL层172G及EL层172B的厚度都相同，也通过改变该ITO的厚度可以得到适合于发光颜色的距离d。
然而，有时难以严格地决定导电体171及导电体173中的反射区的位置。此时，假设为，通过将导电体171及导电体173中的任意位置假设为反射区可以充分得到微腔效应。
发光元件61由空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层、电子注入层等构成。将在其他实施方式中说明发光元件61的详细的结构例子。为了提高微腔结构的光提取效率，优选将被用作反射电极的导电体171至发光层的光学距离设为λ/4的奇数倍。为了实现该光学距离，优选调整构成发光元件61的各层的厚度。
另外，在从导电体173一侧发射光时，导电体173的反射率优选比其透过率高。导电体173的光透射率优选为2％以上且50％以下，更优选为2％以上且30％以下，进一步优选为2％以上且10％以下。通过降低导电体173的透过率(提高其反射率)，可以提高微腔效应。
图31A示出与上述结构不同的例子。具体而言，在图31A所示的结构中，在各发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B中EL层172都超过导电体171的端部延伸。例如，在发光元件61R中EL层172R超过导电体171的端部延伸。另外，在发光元件61G中EL层172G超过导电体171的端部延伸。另外，在发光元件61B中EL层172B超过导电体171的端部延伸。
另外，在各发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B中，EL层172和保护层271具有隔着绝缘体270重叠的区。另外，在相邻的发光元件61之间的区中，绝缘体278设置在保护层271上。
作为绝缘体278，可以举出环氧树脂、丙烯酸树脂、硅酮树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、酰亚胺树脂、PVC(聚氯乙烯)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVA(乙烯-乙酸乙烯酯)树脂等。另外，作为绝缘体278也可以使用光致抗蚀剂。被用作绝缘体278的光致抗蚀剂既可以是正型光致抗蚀剂，又可以是负型光致抗蚀剂。
另外，发光元件61R、发光元件61G、发光元件61B及绝缘体278上设置有公共层174，公共层174上设置有导电体173。公共层174具有接触于EL层172R的区、接触于EL层172G的区以及接触于EL层172B的区。发光元件61R、发光元件61G和发光元件61B共同使用公共层174。
作为公共层174可以采用空穴注入层、空穴传输层、空穴阻挡层、电子阻挡层、电子传输层和电子注入层中的一个以上。例如，公共层174也可以是载流子注入层(空穴注入层或电子注入层)。另外，公共层174也可以说是EL层172的一部分。此外，根据需要设置公共层174即可。当设置公共层174时，作为EL层172所包括的层也可以不设置具有与公共层174相同的功能的层。
另外，导电体173上设置有保护层273，保护层273上设置有绝缘体276。
另外，图31B示出与上述结构不同的例子。具体而言，图31B所示的结构包括三个发光元件61W而代替图31A所示的结构中的发光元件61R、发光元件61G及发光元件61B。另外，在三个发光元件61W的上方包括绝缘体276，并在绝缘体276的上方包括着色层264R、着色层264G及着色层264B。具体而言，重叠于左侧的发光元件61W的位置上设置有透过红色光的着色层264R，重叠于中央的发光元件61W的位置上设置有透过绿色光的着色层264G，重叠于右侧的发光元件61W的位置上设置有透过蓝色光的着色层264B。由此，半导体装置可以显示彩色图像。图31B所示的结构也是图30C所示的结构的变形例子。
另外，如图31C所示，也可以在绝缘体363上设置发光元件61R、发光元件61G及受光元件71。通过在发光元件61中使用被用作光电转换层的活性层182(也称为“受光层”)代替EL层172，可以实現图31C所示的受光元件71。活性层182具有电阻值根据入射光的波长及强度变化的特性。与EL层172同样，活性层182可以使用有机化合物形成。此外，作为活性层182也可以使用硅等无机材料。
受光元件71具有检测从显示装置的外部经过保护层273、导电体173及公共层174入射的光Lin的功能。另外，也可以以与受光元件71重叠的方式在入射光Lin一侧设置透过任意波长区域的光的着色层。
<可用于发光元件及受光元件的材料>
说明可用于发光元件及受光元件的材料。
空穴注入层是将空穴从阳极注入到空穴传输层的包含空穴注入性高的材料的层。作为空穴注入性高的材料，可以举出芳香胺化合物、包含空穴传输性材料及受体性材料(电子受体性材料)的复合材料等。
空穴传输层是将从阳极通过空穴注入层注入的空穴传输到发光层的层。空穴传输层是包含空穴传输性材料的层。作为空穴传输性材料，优选采用空穴迁移率为1×10-6cm2/Vs以上的物质。注意，只要空穴传输性比电子传输性高，就可以使用上述以外的物质。作为空穴传输性材料，优选使用富π电子型杂芳族化合物(例如咔唑衍生物、噻吩衍生物、呋喃衍生物等)、芳香胺(包含芳香胺骨架的化合物)等空穴传输性高的材料。
电子传输层是将从阴极通过电子注入层注入的电子传输到发光层的层。电子传输层是包含电子传输性材料的层。作为电子传输性材料，优选采用电子迁移率为1×10-6cm2/Vs以上的物质。注意，只要电子传输性比空穴传输性高，就可以使用上述以外的物质。作为电子传输性材料，可以使用包含喹啉骨架的金属配合物、包含苯并喹啉骨架的金属配合物、包含噁唑骨架的金属配合物、包含噻唑骨架的金属配合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、咪唑衍生物、噁唑衍生物、噻唑衍生物、菲咯啉衍生物、包含喹啉配体的喹啉衍生物、苯并喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物、嘧啶衍生物或者含氮杂芳族化合物等缺π电子型杂芳族化合物等的电子传输性高的材料。
电子注入层是将电子从阴极注入到电子传输层的包含电子注入性高的材料的层。作为电子注入性高的材料，可以使用碱金属、碱土金属或者它们的化合物。作为电子注入性高的材料，也可以使用包含电子传输性材料及供体性材料(电子给体性材料)的复合材料。
作为电子注入层，例如可以使用锂、铯、镱、氟化锂(LiF)、氟化铯(CsF)、氟化钙(CaFx，x为任意数)、8-(羟基喹啉)锂(简称：Liq)、2-(2-吡啶基)苯酚锂(简称：LiPP)、2-(2-吡啶基)-3-羟基吡啶(pyridinolato)锂(简称：LiPPy)、4-苯基-2-(2-吡啶基)苯酚锂(简称：LiPPP)、锂氧化物(LiOx)、碳酸铯等碱金属、碱土金属或它们的化合物。另外，电子注入层也可以具有两层以上的叠层结构。作为该叠层结构，例如可以采用作为第一层使用氟化锂且作为第二层使用镱的结构。
或者，作为电子注入层也可以使用电子传输性材料。例如，可以将具有非共用电子对并具有缺电子杂芳环的化合物用于电子传输性材料。具体而言，可以使用具有吡啶环、二嗪环(嘧啶环、吡嗪环、哒嗪环)以及三嗪环中的至少一个的化合物。
此外，具有非共用电子对的有机化合物的最低未占据分子轨道(LUMO：LowestUnoccupied Molecular Orbital)优选为-3.6eV以上且-2.3eV以下。一般来说，可以使用CV(循环伏安法)、光电子能谱法、光吸收能谱法、逆光电子能谱法等估计有机化合物的最高占据分子轨道(HOMO：Highest Occupied Molecular Orbital)能级及LUMO能级。
例如，作为具有非共用电子对的有机化合物，可以使用4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(简称：BPhen)、2，9-二(萘-2-基)-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉(简称：NBPhen)、二喹喔啉并[2，3-a：2’，3’-c]吩嗪(简称：HATNA)或2，4，6-三[3’-(吡啶-3-基)联苯基-3-基]-1，3，5-三嗪(简称：TmPPPyTz)等。此外，与BPhen相比，NBPhen具有高玻璃化转变温度(Tg)，从而具有高耐热性。
受光元件在一对电极间至少包括被用作光电转换层的活性层。在本说明书等中，有时将一对电极中的一方记为像素电极且另一方记为公共电极。
在受光元件所包括的一对电极中，一方的电极被用作阳极且另一方的电极被用作阴极。以下以像素电极被用作阳极且公共电极被用作阴极的情况为例进行说明。通过将反向偏压施加到像素电极与公共电极之间来驱动受光元件，可以检测出入射到受光元件的光来产生电荷，由此可以将其提取为电流。或者，像素电极也可以被用作阴极且公共电极也可以被用作阳极。
受光元件所包括的活性层包含半导体。作为该半导体，可以举出硅等无机半导体及包含有机化合物的有机半导体。在本实施方式中，示出使用有机半导体作为活性层所包括的半导体的例子。通过使用有机半导体，可以以相同的方法(例如，真空蒸镀法)形成发光层及活性层，并可以共同使用制造装置，所以是优选的。
作为活性层含有的n型半导体的材料，可以举出富勒烯(例如C60、C70等)、富勒烯衍生物等具有电子接受性的有机半导体材料。富勒烯具有足球形状，该形状在能量上稳定。富勒烯的HOMO能级及LUMO能级都深(低)。因为富勒烯的LUMO能级较深，所以电子受体性(受体性)极高。一般地，当如苯那样π电子共轭(共振)在平面上扩大时，电子供体性(供体型)变高。另一方面，富勒烯具有球形状，尽管π电子共轭扩大，但是电子受体性变高。在电子受体性较高时，高速且高效地引起电荷分离，所以对受光元件来说是有益的。C60、C70都在可见光区中具有宽吸收带，尤其是，C70与C60相比具有更大的π电子共轭体系，在长波长区域中也具有更宽的吸收带，所以是优选的。除此之外，作为富勒烯衍生物可以举出[6，6]-苯基-C71-丁酸甲酯(简称：PC70BM)、[6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(简称：PC60BM)或1’，1”，4’，4”-四氢-二[1，4]甲烷萘并(methanonaphthaleno)[1，2：2’，3’，56，60：2”，3”][5，6]富勒烯-C60(简称：ICBA)等。
作为n型半导体的材料，例如可以举出N，N’-二甲基-3，4，9，10-苝四羧酸二酰亚胺(简称：Me-PTCDI)等的苝四羧酸衍生物。
另外，作为n型半导体的材料，例如可以举出2，2’-(5，5’-(噻吩并[3，2-b]噻吩-2，5-二基)双(噻吩-5，2-二基))双(甲烷-1-基-1-亚基)二丙二腈(简称：FT2TDMN)。
作为n型半导体的材料，可以举出具有喹啉骨架的金属配合物、具有苯并喹啉骨架的金属配合物、具有噁唑骨架的金属配合物、具有噻唑骨架的金属配合物、噁二唑衍生物、三唑衍生物、咪唑衍生物、噁唑衍生物、噻唑衍生物、菲罗啉衍生物、喹啉衍生物、苯并喹啉衍生物、喹喔啉衍生物、二苯并喹喔啉衍生物、吡啶衍生物、联吡啶衍生物、嘧啶衍生物、萘衍生物、蒽衍生物、香豆素衍生物、若丹明衍生物、三嗪衍生物或醌衍生物等。
作为活性层含有的p型半导体的材料，可以举出铜(II)酞菁(Copper(II)phthalocyanine：CuPc)、四苯基二苯并二茚并芘(Tetraphenyldibenzoperiflanthene：DBP)、酞菁锌(Zinc Phthalocyanine：ZnPc)、锡酞菁(SnPc)、喹吖啶酮、红荧烯等具有电子供体性的有机半导体材料。
另外，作为p型半导体的材料，可以举出咔唑衍生物、噻吩衍生物、呋喃衍生物、具有芳香胺骨架的化合物等。再者，作为p型半导体的材料，可以举出萘衍生物、蒽衍生物、芘衍生物、三亚苯衍生物、芴衍生物、吡咯衍生物、苯并呋喃衍生物、苯并噻吩衍生物、吲哚衍生物、二苯并呋喃衍生物、二苯并噻吩衍生物、吲哚咔唑衍生物、卟啉衍生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物、喹吖啶酮衍生物、红荧烯衍生物、并四苯衍生物、聚亚苯亚乙烯衍生物、聚对亚苯衍生物、聚芴衍生物、聚乙烯咔唑衍生物、聚噻吩衍生物等。
具有电子供体性的有机半导体材料的HOMO能级优选比具有电子接收性的有机半导体材料的HOMO能级浅(高)。具有电子给体性的有机半导体材料的LUMO能级优选比具有电子接收性的有机半导体材料的LUMO能级浅(高)。
优选使用球状的富勒烯作为具有电子接收性的有机半导体材料，且优选使用其形状与平面相似的有机半导体材料作为具有电子给体性的有机半导体材料。形状相似的分子具有容易聚集的趋势，当同一种分子凝集时，因分子轨道的能级相近而可以提高载流子传输性。
例如，优选共蒸镀n型半导体和p型半导体形成活性层。此外，也可以层叠n型半导体和p型半导体形成活性层。
受光元件作为活性层以外的层也可以包括包含空穴传输性高的物质、电子传输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)等的层。此外，不局限于上述物质，也可以包括包含空穴注入性高的物质、空穴阻挡材料、电子注入性高的材料或电子阻挡材料等的层。
受光元件可以使用低分子化合物或高分子化合物，还可以包含无机化合物。构成受光元件的层可以通过蒸镀法(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。
例如，作为空穴传输性材料或电子阻挡材料，可以使用聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/(聚苯乙烯磺酸)(简称：PEDOT/PSS)等高分子化合物及钼氧化物、碘化铜(CuI)等无机化合物。另外，作为电子传输性材料或空穴阻挡材料，可以使用氧化锌(ZnO)等无机化合物、乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)等有机化合物。受光元件例如也可以包含PEIE与ZnO的混合膜。
作为活性层可以使用被用作供体的聚[[4，8-双[5-(2-乙基己基)-2-噻吩基]苯并[1，2-b：4，5-b’]二噻吩-2，6-二基]-2，5-噻吩二基[5，7-双(2-乙基己基)-4，8-二氧-4H，8H-苯并[1，2-c：4，5-c’]二噻吩-1，3-二基]]聚合物(简称：PBDB-T)或PBDB-T衍生物等高分子化合物。例如，可以使用将受体材料分散于PBDB-T或PBDB-T衍生物中的方法等。
此外，也可以在活性层中混合三种以上的材料。例如，以放大波长区域为目的而除了n型半导体的材料及p型半导体的材料以外还可以混合第三材料。此时，第三材料可以为低分子化合物或高分子化合物。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
(实施方式3)
在本实施方式中，说明作为本发明的一个方式的显示装置10(显示装置10A、显示装置10B或显示装置10C)的截面结构例子。
图32是示出显示装置10的结构例子的截面图。显示装置10包括衬底11及衬底12，该衬底11及该衬底12使用密封剂712贴合在一起。
作为衬底11，例如可以使用玻璃衬底或单晶硅衬底等衬底。
衬底11上包括半导体衬底15，该半导体衬底15设置有晶体管445及晶体管601。晶体管445及晶体管601可以为设置在实施方式1所示的层20中的晶体管21。
晶体管445由用作栅电极的导电体448、用作栅极绝缘体的绝缘体446及衬底11的一部分构成，并包括含有沟道形成区的半导体区447、用作源区和漏区中的一个的低电阻区449a及用作源区和漏区中的另一个的低电阻区449b。晶体管445可以为p沟道型或n沟道型。
晶体管445及其他晶体管由元件分离层403电分离。图32示出晶体管445及晶体管601由元件分离层403电分离的情况。元件分离层403可以利用LOCOS(LOCal Oxidation ofSilicon：硅局部氧化)法或STI(Shallow Trench Isolation：浅沟槽隔离)法等形成。
在此，在图32所示的晶体管445中，半导体区447具有凸形状。此外，半导体区447的侧面及顶面以隔着绝缘体446被导电体448覆盖的方式设置。注意，图32未示出导电体448覆盖半导体区447的侧面的情况。此外，导电体448可以使用调整功函数的材料。
像晶体管445那样，半导体区具有凸形状的晶体管因利用半导体衬底的凸部而可以被称为鳍型晶体管。此外，也可以以与凸部的顶面接触的方式具有被用作用来形成凸部的掩模的绝缘体。此外，虽然在图32中示出对衬底11的一部分进行加工来形成凸部的情况，但是也可以对SOI衬底进行加工来形成具有凸部的半导体。
此外，图32所示的晶体管445的结构只是一个例子而不局限于该结构，可以根据电路结构或电路工作方法等使用合适的晶体管。例如，晶体管445可以为平面型晶体管。
晶体管601可以采用与晶体管445相同的结构。
在衬底11上除了设置有元件分离层403、晶体管445及晶体管601以外还设置有绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411。绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409及绝缘体411中嵌入导电体451。在此，可以使导电体451的顶面的高度与绝缘体411的顶面的高度大致相同。
导电体451及绝缘体411上设置有绝缘体421及绝缘体214。绝缘体421及绝缘体214中嵌入导电体453。在此，可以使导电体453的顶面的高度与绝缘体214的顶面的高度大致相同。
导电体453及绝缘体214上设置有绝缘体216。绝缘体216中嵌入导电体455。在此，可以使导电体455的顶面的高度与绝缘体216的顶面的高度大致相同。
导电体455及绝缘体216上设置有绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281。绝缘体222、绝缘体224、绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281中嵌入导电体305。在此，可以使导电体305的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度大致相同。
导电体305及绝缘体281上设置有绝缘体361。绝缘体361中嵌入导电体317及导电体337。在此，可以使导电体337的顶面的高度与绝缘体361的顶面的高度大致相同。
导电体337及绝缘体361上设置有绝缘体363。绝缘体363中嵌入导电体347、导电体353、导电体355及导电体357。在此，可以使导电体353、导电体355及导电体357的顶面的高度与绝缘体363的顶面的高度大致相同。
在导电体353、导电体355、导电体357及绝缘体363上设置有连接电极760。此外，以与连接电极760电连接的方式设置有各向异性导电体780，并以与各向异性导电体780电连接的方式设置有FPC(柔性电路板)716。通过使用FPC716，可以从显示装置10的外部向显示装置10供应各种信号等。
如图32所示，晶体管445的用作源区和漏区中的另一个的低电阻区449b通过导电体451、导电体453、导电体455、导电体305、导电体317、导电体337、导电体347、导电体353、导电体355、导电体357、连接电极760及各向异性导电体780电连接于FPC716。在图32中，作为具有使连接电极760和导电体347电连接的功能的导电体示出导电体353、导电体355及导电体357的三个导电体，本发明的一个方式不局限于此。具有使连接电极760和导电体347电连接的功能的导电体的个数可以为一个、两个、四个以上。通过设置具有使连接电极760和导电体347电连接的功能的多个导电体，可以降低接触电阻。
绝缘体214上设置有晶体管750。晶体管750可以为设置在实施方式1所示的层50中的晶体管52。例如，可以为设置在像素电路51中的晶体管。晶体管750可以适当地使用OS晶体管。OS晶体管具有关态电流极低的特征。由此，可以长时间保持图像数据等，从而可以降低刷新频率。由此，可以降低显示装置10的功耗。
绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281中嵌入导电体301a及导电体301b。导电体301a与晶体管750的源极和漏极中的一个电连接，导电体301b与晶体管750的源极和漏极中的另一个电连接。在此，可以使导电体301a及导电体301b的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度大致相同。
绝缘体361中嵌入导电体311、导电体313、导电体331、电容器790、导电体333及导电体335。导电体311及导电体313与晶体管750电连接并用作布线。导电体333及导电体335与电容器790电连接。在此，可以使导电体331、导电体333及导电体335的顶面的高度与绝缘体361的顶面的高度大致相同。
绝缘体363中嵌入导电体341、导电体343及导电体351。在此，可以使导电体351的顶面的高度与绝缘体363的顶面的高度大致相同。
绝缘体405、绝缘体407、绝缘体409、绝缘体411、绝缘体421、绝缘体214、绝缘体280、绝缘体274、绝缘体281、绝缘体361及绝缘体363用作层间膜，也可以用作分别覆盖其下方的凹凸形状的平坦化膜。例如，为了提高绝缘体363的顶面的平坦性，可以通过利用化学机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)法等的平坦化处理使其平面平坦化。
如图32所示，电容器790包括下部电极321、上部电极325。此外，下部电极321与上部电极325之间设置有绝缘体323。也就是说，电容器790具有一对电极间夹有用作介电体的绝缘体323的叠层型结构。此外，虽然图32示出绝缘体281上设置有电容器790的例子，但是也可以在与绝缘体281不同的绝缘体上设置电容器790。
图32示出导电体301a、导电体301b及导电体305形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体311、导电体313、导电体317及下部电极321形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体331、导电体333、导电体335及导电体337形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体341、导电体343及导电体347形成在同一层中的例子。此外，还示出导电体351、导电体353、导电体355及导电体357形成在同一层中的例子。通过在同一层中形成多个导电体，可以简化显示装置10的制造工序，由此可以降低显示装置10的制造成本。此外，它们也可以分别形成在不同的层中并含有不同种类的材料。
图32所示的显示装置10包括发光元件61。发光元件61包括导电体772、EL层786及导电体788。EL层786具有有机化合物或者量子点等无机化合物。
作为可用于有机化合物的材料，可以举出荧光性材料或磷光性材料等。此外，作为可用作量子点的材料，可以举出胶状量子点材料、合金型量子点材料、核壳(Core Shell)型量子点材料、核型量子点材料等。
此外，导电体772通过导电体351、导电体341、导电体331、导电体313及导电体301b电连接于晶体管750的源极和漏极中的另一个。导电体772形成在绝缘体363上，并被用作像素电极。
导电体772可以使用对可见光具有透光性的材料或具有反射性的材料。作为透光性材料，例如，可以使用含有铟、锌、锡等的氧化物材料。作为反射性材料，例如，可以使用含有铝、银等材料。
虽然图32中没有进行图示，但显示装置10可以设置偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件(光学衬底)等。
衬底12一侧设置有遮光层738及与该遮光层738接触的绝缘体734。遮光层738具有遮蔽从邻接区发射的光的功能。或者，遮光层738具有防止外光到达晶体管750等的功能。
图32所示的显示装置10在绝缘体363上设置有绝缘体730。在此，绝缘体730可以覆盖导电体772的一部分。此外，发光元件61包括透光性导电体788，可以为顶部发射结构的发光元件。
此外，遮光层738以具有与绝缘体730重叠的区的方式设置。此外，遮光层738被绝缘体734覆盖。此外，密封层732填充发光元件61与绝缘体734之间的空间。
再者，绝缘体730与EL层786之间设置有结构体778。此外，绝缘体730与绝缘体734之间设置有结构体778。
图33示出图32所示的显示装置10的变形例子。图33所示的显示装置10的与图32所示的显示装置10不同之处是设置有着色层736。此外，着色层736具有与发光元件61重叠的区。通过设置着色层736，可以提高从发光元件61提取的光的色纯度。因此，显示装置10能够显示高品质图像。此外，因为显示装置10中的所有发光元件61例如可以为发射白色光的发光元件，所以不需要分别涂布形成EL层786，可以实现高清晰的显示装置10。
发光元件61可以具有光学微腔谐振器(微腔)结构。由此，即使不设置着色层也可以提取规定的颜色的光(例如RGB)，由此显示装置10能够进行彩色显示。通过采用不设置着色层的结构，可以抑制由着色层吸收光。由此，显示装置10能够显示高亮度图像，并且可以降低显示装置10的功耗。此外，当通过在各像素中将EL层786形成为岛状或者在各像素列中将EL层786形成为条状，也就是说，通过分别涂布来形成EL层786时，也可以采用不设置着色层的结构。此外，显示装置10的亮度例如可以为500cd/m2以上，优选为1000cd/m2以上且10000cd/m2以下，更优选为2000cd/m2以上且5000cd/m2以下。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
(实施方式4)
在本实施方式中，说明显示装置10的与实施方式3不同的截面结构例子。
图34A示出显示装置10的截面结构例子。图34A所示的显示装置10包括衬底16、发光元件61R、发光元件61G、受光元件71、晶体管300及晶体管310。
发光元件61R具有呈现红色光(R)的功能。发光元件61G具有呈现绿色光(G)的功能。晶体管300及晶体管310是在衬底16中具有沟道形成区的晶体管。作为衬底16，例如可以使用如单晶硅衬底等半导体衬底。晶体管300及晶体管310包括衬底16的一部分、导电体371、低电阻区372、绝缘体373及绝缘体374。导电体371被用作栅电极。绝缘体373位于衬底16与导电体371之间，并被用作栅极绝缘体。低电阻区372是衬底16中掺杂有杂质的区，并被用作源极或漏极。绝缘体374覆盖导电体371的侧面。
晶体管300例如相当于上述实施方式所示的晶体管52B。晶体管310例如相当于上述实施方式所示的晶体管132。
此外，在相邻的两个晶体管300之间，以嵌入衬底16的方式设置有元件分离层403。
此外，以覆盖晶体管310的方式设置有绝缘体261，并绝缘体261上设置有电容器791。
电容器791包括导电体792、导电体794及位于它们之间的绝缘体793。导电体792用作电容器791的一个电极，导电体794用作电容器791的另一个电极，并且绝缘体793用作电容器791的介电质。
导电体792设置在绝缘体261上，并嵌入导电体795中。导电体792通过嵌入绝缘体261中的插头257与晶体管300的源极和漏极中的一个电连接。绝缘体793覆盖导电体792而设置。导电体792与导电体794具有隔着绝缘体793彼此重叠的区。
以覆盖电容器791的方式设置有绝缘体255a，绝缘体255a上设置有绝缘体255b，绝缘体255b上设置有绝缘体255c。绝缘体255c上设置有发光元件61R及发光元件61G。相邻的发光器件之间的区以及相邻的发光器件与受光器件之间的区中设置有绝缘物。在图34A等中，该区中设置有保护层271及保护层271上的绝缘体278。
发光元件61R所包括的EL层172R及发光元件61G所包括的EL层172G各自上设置有绝缘体270。另外，EL层172R、EL层172G及绝缘体278上设置有公共层174，公共层174上设置有导电体173。另外，导电体173上设置有保护层273。
导电体171通过嵌入绝缘体793、绝缘体255a、绝缘体255b及绝缘体255c中的插头256、嵌入导电体795中的导电体792及嵌入绝缘体261中的插头257与晶体管310的源极和漏极中的一方电连接。绝缘体255c的顶面的高度与插头256的顶面的高度一致或大致一致。插头可以使用各种导电材料。
另外，发光元件61R、发光元件61G及受光元件71上设置有绝缘体276。导电体171至绝缘体276相当于层60。绝缘体276上设置有衬底12。绝缘体276被用作粘合层。衬底16至绝缘体255c的叠层结构相当于显示装置10A及显示装置10B的层50、显示装置10C的层20。
在图34A所示的结构例子中，发光元件形成在层60中，受光元件形成在层50或层20中。
受光元件71具有检测从显示装置的外部经过绝缘体276、绝缘体255a及绝缘体261等入射的光Lin的功能。
图34B示出与图34A所示的显示装置10的截面结构例子不同的截面结构例子。图34B示出图34A的变形例子。图34B所示的显示装置10设置有发光元件61W代替发光元件61R及发光元件61G，并且在绝缘体276上的重叠于发光元件61W的区包括着色层。图34B示出包括重叠于一个发光元件61W的着色层264R以及重叠于另一个发光元件61W的着色层264G的显示装置10的截面结构例子。
发光元件61W具有呈现白色光的功能。另外，着色层264R具有透过红色光的功能，着色层264G具有透过绿色光的功能。来自发光元件61W的白色光(W)经过着色层264R作为红色光被发射到显示装置的外部。另外，来自发光元件61W的白色光(W)经过着色层264G作为绿色光被发射到显示装置的外部。注意，虽然图34B没有示出，但也可以使用透过蓝色光等除红色光及绿色光外的波长区域的光的着色层。
另外，也可以在绝缘体276上的重叠于受光元件71的区上设置着色层264X。作为着色层264X，可以设置透过任意波长区域的光的着色层。通过设置着色层264X，可以由受光元件71仅检测透过着色层264X的光。
图34B所示的显示装置10在着色层264R、着色层264G及着色层264X上包括绝缘体258，在绝缘体258上包括衬底12。绝缘体258被用作粘合层。
图35A示出图34B所示的显示装置10的变形例子。图35A所示的显示装置10具有在相邻的发光元件61W之间共同使用相同的EL层172W的结构。另外，EL层172W还残留在重叠于受光元件71的区上。只要EL层172W薄得透过光Lin，即使EL层172W残留在重叠于受光元件71的区上也可以检测光Lin。
图35B示出图34A所示的显示装置10的变形例子。如上述实施方式所示，通过使用被用作光电转换层的活性层182代替发光元件61的EL层172，可以实现受光元件71。
在图35B所示的显示装置10中，发光元件61及受光元件71设置在层60中。设置在层60中的受光元件71通过插头256及插头257与晶体管310的源极和漏极中的一方电连接。
另外，如图36A所示，也可以以重叠于发光元件61W的方式设置着色层264R及着色层264G并以重叠于受光元件71的方式设置着色层264X。
另外，如图36B所示，也可以以重叠于发光元件61W的方式设置着色层264R及着色层264G并在受光元件71上不设置着色层。
图37示出图34A所示的显示装置10的变形例子。图37所示的显示装置10具有层叠晶体管300和晶体管302的结构。晶体管300的沟道形成在衬底16中。晶体管302的沟道形成在衬底17中。作为衬底16及衬底17都使用半导体衬底。
图37所示的显示装置10具有如下结构：贴合设置有晶体管300、电容器791及受光元件71的衬底16与设置有晶体管302的衬底17。
这里，优选在衬底16的底面设置绝缘体345。此外，优选在设置于衬底17上的绝缘体262上设置绝缘体346。绝缘体345、绝缘体346为被用作保护层的绝缘体，可以抑制杂质扩散到衬底16及衬底17。
另外，也可以在绝缘体261与导电体792之间设置绝缘体796及绝缘体797。另外，也可以在绝缘体261上设置导电体798。优选的是，以嵌入绝缘体797中的方式设置导电体798。
衬底16中设置有穿过衬底16及绝缘体345的插头342。这里，优选覆盖插头342的侧面设置绝缘体344。绝缘体344为被用作保护层的绝缘体，可以抑制杂质扩散到衬底16。在衬底16为硅衬底的情况下，插头342也被称为硅穿孔电极(TSV：Through Silicon Via)。
在衬底16的背面(与衬底12一侧相反的一侧的表面)一侧、绝缘体345下设置导电体348。导电体348优选以嵌入在绝缘体332中的方式设置。此外，优选使导电体348及绝缘体332的底面平坦化。这里，导电体348通过插头342与导电体798电连接。
另一方面，衬底17在绝缘体346上设置有导电体349。导电体349优选以嵌入在绝缘体336中的方式设置。此外，优选使导电体349及绝缘体336的顶面平坦化。
通过使导电体348与导电体349接合，衬底17与衬底16电连接。这里，通过提高由导电体349及绝缘体332形成的面以及由导电体348及绝缘体336形成的面的平坦性，可以良好地贴合导电体348与导电体349。
作为导电体348及导电体349优选使用相同的导电材料。例如，可以使用包含选自Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、W中的元素的金属膜或以上述元素为成分的金属氮化物膜(氮化钛膜、氮化钼膜、氮化钨膜)等。尤其优选的是，作为导电体348及导电体349使用铜。由此，可以采用Cu-Cu(铜-铜)直接接合技术(通过彼此连接Cu(铜)的焊盘来进行电导通的技术)。
在图37所示的显示装置10中，导电体348及绝缘体332至绝缘体255c的叠层结构相当于显示装置10A及显示装置10B的层50。另外，衬底17至导电体349及绝缘体336的叠层结构相当于显示装置10A及显示装置10B的层20。
如图38所示的显示装置10，也可以在导电体348与导电体349之间设置凸块358以通过凸块358使导电体348与导电体349电连接。凸块358例如可以使用包含金(Au)、镍(Ni)、铟(In)、锡(Sn)等的导电材料形成。此外，例如，有时作为凸块358使用焊料。此外，也可以在绝缘体332与绝缘体336之间设置粘合层359。此外，在设置凸块358时，也可以不设置绝缘体332及绝缘体336。
图39示出图36所示的显示装置10的变形例子。在图39所示的显示装置10中，衬底16上设置有晶体管380。因此，图39所示的显示装置10具有层叠晶体管380和晶体管302的结构。晶体管380是具有背栅极的晶体管。作为衬底16可以使用半导体衬底，也可以使用其他材料的衬底。
另外，在图39中，作为受光元件71使用图35B所示的受光元件71。具体而言，作为被用作光电转换层的活性层使用有机半导体。
晶体管380包括半导体382、绝缘体384、导电体385、一对导电体383、绝缘体326及导电体381。作为半导体382，例如也可以使用氧化物半导体。
在图39所示的显示装置10中，衬底16上设置有绝缘体324。绝缘体324被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从衬底16一侧扩散到晶体管380且防止氧从半导体382向绝缘体324一侧脱离。作为绝缘体324，例如可以使用与氧化硅膜相比氢或氧不容易扩散的膜诸如氧化铝膜、氧化铪膜、氮化硅膜等。
绝缘体324上设置有导电体381，并以覆盖导电体381的方式设置有绝缘体326。绝缘体326中的至少接触半导体382的部分优选使用氧化硅膜等氧化物绝缘膜。绝缘体326的顶面优选被平坦化。
半导体382设置在绝缘体326上。一对导电体383接触于半导体382上并用作源电极及漏电极。
以覆盖一对导电体383的顶面及侧面以及半导体382的侧面等的方式设置有绝缘体327，绝缘体327上设置有绝缘体261。绝缘体327被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘体261等扩散到半导体382以及氧从半导体382脱离。作为绝缘体327，可以使用与绝缘体324同样的绝缘膜。
绝缘体327及绝缘体261中设置有到达半导体382的开口。该开口内部嵌入有接触于绝缘体261、绝缘体327及导电体383的侧面以及半导体382的顶面的绝缘体384、以及接触于绝缘体384的导电体385。
导电体385被用作晶体管380的第一栅电极，绝缘体384被用作第一栅极绝缘体。导电体381被用作晶体管380的第二栅电极，绝缘体326的一部分被用作第二栅极绝缘体。
当将第一栅电极和第二栅电极中的一方称为“栅极”或“栅电极”时，有时将第一栅电极和第二栅电极中的另一方称为“背栅极”或“背栅电极”。
导电体385的顶面、绝缘体384的顶面及绝缘体261的顶面被进行平坦化处理以它们的高度都一致或大致一致，并以覆盖它们的方式设置有绝缘体329及绝缘体263。
绝缘体261及绝缘体263被用作层间绝缘体。绝缘体329被用作阻挡层，该阻挡层防止水或氢等杂质从绝缘体263一侧扩散到晶体管380。绝缘体329可以使用与绝缘体327及绝缘体324同样的绝缘膜。
以嵌入于设置在绝缘体796、绝缘体797、绝缘体263、绝缘体329、绝缘体261及绝缘体327中的开口中的方式设置有与一对导电体383中的一方电连接的插头799。
这里，在插头799中，优选的是，作为接触于绝缘体796、绝缘体797、绝缘体263、绝缘体329、绝缘体261及绝缘体327的各开口的侧面的部分以及该开口底部的接触于导电体383的一部分的部分使用氢及氧不容易扩散的导电材料。
另外，图39所示的显示装置10中以穿过绝缘体263、绝缘体329、绝缘体261、绝缘体327、绝缘体326、绝缘体324、衬底16及绝缘体345的方式设置有插头342。另外，如上所述，优选设置覆盖插头342的侧面的绝缘体344。
另外，如图40所示的显示装置10，也可以在导电体348与导电体349之间设置凸块358以通过凸块358使导电体348与导电体349电连接。此外，也可以在绝缘体332与绝缘体336之间设置粘合层359。图40所示的显示装置10是图39所示的显示装置10的变形例子，也是图37所示的显示装置10的变形例子。
另外，如图35A所示，也可以以重叠于受光元件71的方式设置着色层264X。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
(实施方式5)
<OS晶体管的结构例子>
在本实施方式中，说明可以用于本发明的一个方式的显示装置的OS晶体管的结构例子。图41A、图41B及图41C是可以用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管750及晶体管750周边的俯视图及截面图。晶体管750还可被用作晶体管380等。
图41A是晶体管750的俯视图。此外，图41B及图41C是晶体管750的截面图。在此，图41B是沿着图41A中的点划线A1-A2的截面图，该截面图相当于晶体管750的沟道长度方向上的截面图。图41C是沿着图41A中的点划线A3-A4的截面图，该截面图相当于晶体管750的沟道宽度方向上的截面图。注意，为了容易理解，在图41A的俯视图中省略部分构成要素。
如图41至图41C所示，晶体管750包括：配置在衬底(未图示)上的金属氧化物220a；配置在金属氧化物220a上的金属氧化物220b；配置在金属氧化物220b上的相互分离的导电体242a及导电体242b；配置在导电体242a及导电体242b上并形成有导电体242a与导电体242b之间的开口的绝缘体280；配置在开口中的导电体260；配置在金属氧化物220b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体280与导电体260之间的绝缘体250；以及配置在金属氧化物220b、导电体242a、导电体242b以及绝缘体280与绝缘体250之间的金属氧化物220c。在此，如图41B和图41C所示，导电体260的顶面优选与绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物220c以及绝缘体280的顶面大致对齐。以下，金属氧化物220a、金属氧化物220b以及金属氧化物220c有时被统称为金属氧化物220。此外，导电体242a及导电体242b有时被统称为导电体242。
在图41至图41C所示的晶体管750中，导电体242a及导电体242b的位于导电体260一侧的侧面具有大致垂直的形状。此外，图41至图41C所示的晶体管750不局限于此，导电体242a及导电体242b的侧面和底面所形成的角度可以为10°以上且80°以下，优选为30°以上且60°以下。此外，导电体242a和导电体242b的相对的侧面也可以具有多个面。
此外，如图41A至图41C所示，优选在绝缘体224、金属氧化物220a、金属氧化物220b、导电体242a、导电体242b及金属氧化物220c与绝缘体280之间配置有绝缘体254。在此，如图41B、图41C所示，绝缘体254优选与金属氧化物220c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物220a及金属氧化物220b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。
注意，在晶体管750中，形成沟道的区(以下也称为沟道形成区)及其附近层叠有金属氧化物220a、金属氧化物220b及金属氧化物220c的三层，但是本发明不局限于此。例如，可以是金属氧化物220b与金属氧化物220c的两层结构或者四层以上的叠层结构。此外，在晶体管750中，导电体260具有两层结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体260也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。此外，金属氧化物220a、金属氧化物220b以及金属氧化物220c也可以各自具有两层以上的叠层结构。
例如，在金属氧化物220c具有由第一金属氧化物和第一金属氧化物上的第二金属氧化物构成的叠层结构的情况下，优选的是，第一金属氧化物具有与金属氧化物220b同样的组成，第二金属氧化物具有与金属氧化物220a同样的组成。
在此，导电体260被用作晶体管的栅电极，导电体242a及导电体242b各被用作源电极或漏电极。如上所述，导电体260以嵌入绝缘体280的开口及被夹在导电体242a与导电体242b之间的区中的方式形成。在此，导电体260、导电体242a及导电体242b的配置相对于绝缘体280的开口自对准地被选择。也就是说，在晶体管750中，栅电极可以自对准地配置在源电极与漏电极之间。由此，可以以不设置用于对准的余地的方式形成导电体260，所以可以实现晶体管750的占有面积的缩小。由此，可以实现显示装置的高清晰化。此外，可以缩小显示装置的边框。
此外，如图41A至图41C所示，导电体260优选包括配置在绝缘体250的内侧的导电体260a及以嵌入导电体260a的内侧的方式配置的导电体260b。
此外，晶体管750优选包括配置在衬底(未图示)上的绝缘体214、配置在绝缘体214上的绝缘体216、以嵌入绝缘体216的方式配置的导电体205、配置在绝缘体216及导电体205上的绝缘体222以及配置在绝缘体222上的绝缘体224。优选在绝缘体224上配置有金属氧化物220a。
此外，优选在晶体管750上配置有被用作层间膜的绝缘体274及绝缘体281。在此，绝缘体274优选与导电体260、绝缘体250、绝缘体254、金属氧化物220c以及绝缘体280的顶面接触。
此外，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274优选具有抑制氢(例如，氢原子、氢分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274的氢透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体280。此外，绝缘体222及绝缘体254优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能。例如，绝缘体222及绝缘体254的氧透过性优选低于绝缘体224、绝缘体250以及绝缘体280。
在此，绝缘体224、金属氧化物220及绝缘体250被绝缘体222及绝缘体274隔离。由此，可以抑制包含在绝缘体274的上层及绝缘体222的下层中的氢等杂质或过剩的氧混入绝缘体224、金属氧化物220及绝缘体250。
优选的是，设置与晶体管750电连接且被用作插头的导电体245(导电体245a及导电体245b)。此外，还包括与被用作插头的导电体245的侧面接触的绝缘体241(绝缘体241a及绝缘体241b)。也就是说，绝缘体241以与绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274以及绝缘体281的开口的内壁接触的方式形成。此外，可以以与绝缘体241的侧面接触的方式设置有导电体245的第一导电体且在其内侧设置有导电体245的第二导电体。在此，导电体245的顶面的高度与绝缘体281的顶面的高度可以大致相同。此外，示出晶体管750中层叠有导电体245的第一导电体及导电体245的第二导电体的结构，但是本发明不局限于此。例如，导电体245也可以具有单层结构或者三层以上的叠层结构。在结构体具有叠层结构的情况下，有时按形成顺序赋予序数以进行区別。
此外，优选在晶体管750中将被用作氧化物半导体的金属氧化物(以下也称为氧化物半导体)用于包含沟道形成区的金属氧化物220(金属氧化物220a、金属氧化物220b及金属氧化物220c)。例如，作为将成为金属氧化物220的沟道形成区的金属氧化物，优选使用其带隙为2eV以上，优选为2.5eV以上的金属氧化物。
作为上述金属氧化物，优选至少包含铟(In)或锌(Zn)。尤其是，优选包含铟(In)及锌(Zn)。此外，除此之外，优选还包含元素M。元素M可以为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)、锡(Sn)、硼(B)、钛(Ti)、铁(Fe)、镍(Ni)、锗(Ge)、锆(Zr)、钼(Mo)、镧(La)、铈(Ce)、钕(Nd)、铪(Hf)、钽(Ta)、钨(W)、镁(Mg)、钴(Co)中的一种以上。尤其是，元素M优选为铝(Al)、镓(Ga)、钇(Y)或锡(Sn)。另外，元素M更优选包含镓(Ga)和锡(Sn)中的任一方或双方。
此外，如图41B所示，金属氧化物220b中的不与导电体242重叠的区的厚度有时比其与导电体242重叠的区的厚度薄。该厚度薄区由于在形成导电体242a及导电体242b时去除金属氧化物220b的顶面的一部分而形成。当在金属氧化物220b的顶面上沉积成为导电体242的导电膜时，有时在与该导电膜的界面附近形成低电阻区。如此，通过去除金属氧化物220b的顶面上的位于导电体242a与导电体242b之间的低电阻区，可以抑制沟道形成在该区中。
通过本发明的一个方式，可以提供一种包括尺寸小的晶体管并其清晰度高的显示装置。此外，可以提供一种包括通态电流大的晶体管并其亮度高的显示装置。此外，可以提供一种包括工作速度快的晶体管并其工作速度快的显示装置。此外，可以提供一种包括电特性稳定的晶体管并其可靠性高的显示装置。此外，可以提供一种包括关态电流小的晶体管并其功耗低的显示装置。
以下说明可以用于本发明的一个方式的显示装置的晶体管750的详细结构。
导电体205以包括与金属氧化物220及导电体260重叠的区的方式配置。此外，导电体205优选以嵌入绝缘体216中的方式设置。
导电体205包括导电体205a、导电体205b及导电体205c。导电体205a与设置在绝缘体216中的开口的底面及侧壁接触。导电体205b以嵌入于形成在导电体205a的凹部的方式设置。在此，导电体205b的顶面低于导电体205a的顶面及绝缘体216的顶面。导电体205c与导电体205b的顶面及导电体205a的侧面接触。在此，导电体205c的顶面的高度与导电体205a的顶面的高度及绝缘体216的顶面的高度大致一致。换言之，导电体205b由导电体205a及导电体205c包围。
作为导电体205a及导电体205c优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电材料。或者，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
通过作为导电体205a及导电体205c使用具有抑制氢的扩散的功能的导电材料，可以抑制含在导电体205b中的氢等杂质通过绝缘体224等扩散到金属氧化物220。此外，通过作为导电体205a及导电体205c使用具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，可以抑制导电体205b被氧化而导电率下降。作为具有抑制氧扩散的功能的导电材料，例如可以使用钛、氮化钛、钽、氮化钽、钌、氧化钌等。由此，导电体205a可以采用上述导电材料的单层或叠层。例如，作为导电体205a使用氮化钛即可。
此外，导电体205b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。例如，导电体205b可以使用钨。
在此，导电体260有时被用作第一栅极(也称为顶栅极)电极。此外，导电体205有时被用作第二栅极(也称为底栅极)电极。在此情况下，通过独立地改变供应到导电体205的电位而不使其与供应到导电体260的电位联动，可以控制晶体管750的Vth。尤其是，通过对导电体205供应负电位，可以使晶体管750的Vth大于0V且可以减小关态电流。因此，与不对导电体205供应负电位时相比，在对导电体205供应负电位的情况下，可以减小对导电体260供应的电位为0V时的漏极电流。
导电体205优选比金属氧化物220中的沟道形成区大。尤其是，如图41C所示，导电体205优选延伸到与沟道宽度方向上的金属氧化物220交叉的端部的外侧的区。就是说，优选在金属氧化物220的沟道宽度方向的侧面的外侧，导电体205和导电体260隔着绝缘体重叠。
通过具有上述结构，可以由被用作第一栅电极的导电体260的电场和被用作第二栅电极的导电体205的电场电围绕金属氧化物220的沟道形成区。
此外，如图41C所示，将导电体205延伸来用作布线。但是，本发明不局限于此，也可以在导电体205下设置被用作布线的导电体。
绝缘体214优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧进入晶体管750的阻挡绝缘膜。因此，作为绝缘体214优选使用具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能(不容易使上述杂质透过)的绝缘材料。或者，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)的绝缘材料。
例如，优选的是，作为绝缘体214使用氧化铝或氮化硅等。由此，可以抑制水或氢等杂质从与绝缘体214相比更靠近衬底一侧扩散到晶体管750一侧。此外，可以抑制包含在绝缘体224等中的氧扩散到与绝缘体214相比更靠近衬底一侧。
此外，被用作层间膜的绝缘体216、绝缘体280及绝缘体281的介电常数优选比绝缘体214低。通过将介电常数低的材料作为层间膜，可以减少产生在布线之间的寄生电容。例如，作为绝缘体216、绝缘体280及绝缘体281，适当地使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。
绝缘体222及绝缘体224被用作栅极绝缘体。
在此，在与金属氧化物220接触的绝缘体224中，优选通过加热使氧脱离。在本说明书等中，有时将通过加热脱离的氧称为过剩氧。例如，作为绝缘体224适当地使用氧化硅或氧氮化硅等，即可。通过以与金属氧化物220接触的方式设置包含氧的绝缘体，可以减少金属氧化物220中的氧空位，从而可以提高晶体管750的可靠性。
具体而言，作为绝缘体224，优选使用通过加热使一部分的氧脱离的氧化物材料。通过加热使氧脱离的氧化物是指在TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：热脱附谱)分析中换算为氧原子的氧的脱离量为1.0×1018atoms/cm3以上，优选为1.0×1019atoms/cm3以上，进一步优选为2.0×1019atoms/cm3以上，或者3.0×1020atoms/cm3以上的氧化物膜。此外，进行上述TDS分析时的膜的表面温度优选在100℃以上且700℃以下，或者100℃以上且400℃以下的范围内。
此外，如图41C所示，有时在绝缘体224中不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物220b重叠的区的厚度比其他区的厚度薄。在绝缘体224中，不与绝缘体254重叠并不与金属氧化物220b重叠的区优选具有足够使上述氧扩散的厚度。
与绝缘体214等同样，绝缘体222优选被用作抑制水或氢等杂质从衬底一侧混入晶体管750的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体222的氢透过性优选比绝缘体224低。通过由绝缘体222、绝缘体254以及绝缘体274围绕绝缘体224、金属氧化物220以及绝缘体250等，可以抑制水或氢等杂质从外部进入晶体管750。
再者，绝缘体222优选具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体222的氧透过性优选比绝缘体224低。通过使绝缘体222具有抑制氧或杂质的扩散的功能，可以减少金属氧化物220所具有的氧扩散到衬底一侧，所以是优选的。此外，可以抑制导电体205与绝缘体224或金属氧化物220所具有的氧起反应。
绝缘体222优选使用作为绝缘材料的包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。当使用这种材料形成绝缘体222时，绝缘体222被用作抑制氧从金属氧化物220释放或氢等杂质从晶体管750的周围部进入金属氧化物220的层。
或者，例如也可以对上述绝缘体添加氧化铝、氧化铋、氧化锗、氧化铌、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化钇、氧化锆。此外，也可以对上述绝缘体进行氮化处理。还可以在上述绝缘体上层叠氧化硅、氧氮化硅或氮化硅。
此外，作为绝缘体222，例如也可以以单层或叠层使用包含氧化铝、氧化铪、氧化钽、氧化锆、锆钛酸铅(PZT)、钛酸锶(SrTiO3)或(Ba，Sr)TiO3(BST)等所谓的high-k材料的绝缘体。当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时降低晶体管工作时的栅极电位。
此外，绝缘体222及绝缘体224也可以具有两层以上的叠层结构。此时，不局限于由相同材料构成的叠层结构，也可以是由不同材料构成的叠层结构。例如，也可以在绝缘体222下设置有与绝缘体224同样的绝缘体。
金属氧化物220包括金属氧化物220a、金属氧化物220a上的金属氧化物220b及金属氧化物220b上的金属氧化物220c。当在金属氧化物220b下设置有金属氧化物220a时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物220a下方的结构物扩散到金属氧化物220b。当在金属氧化物220b上设置有金属氧化物220c时，可以抑制杂质从形成在金属氧化物220c的上方的结构物扩散到金属氧化物220b。
此外，金属氧化物220优选具有各金属原子的原子个数比互不相同的氧化物的叠层结构。例如，在金属氧化物220至少包含铟(In)及元素M的情况下，金属氧化物220a的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物220b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物220a中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物220b中的元素M与In的原子个数比。在此，金属氧化物220c可以使用可用于金属氧化物220a或金属氧化物220b的金属氧化物。
优选的是，使金属氧化物220a及金属氧化物220c的导带底的能量高于金属氧化物220b的导带底的能量。换言之，金属氧化物220a及金属氧化物220c的电子亲和势优选小于金属氧化物220b的电子亲和势。在此情况下，金属氧化物220c优选使用可以用于金属氧化物220a的金属氧化物。具体而言，金属氧化物220c的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比优选大于金属氧化物220b的构成元素中的元素M与其他元素的原子个数比。此外，金属氧化物220c中的元素M与In的原子个数比优选大于金属氧化物220b中的元素M与In的原子个数比。
在此，在金属氧化物220a、金属氧化物220b及金属氧化物220c的接合部中，导带底的能级平缓地变化。换言之，也可以将上述情况表达为金属氧化物220a、金属氧化物220b及金属氧化物220c的接合部的导带底的能级连续地变化或者连续地接合。为此，优选降低形成在金属氧化物220a与金属氧化物220b的界面以及金属氧化物220b与金属氧化物220c的界面的混合层的缺陷态密度。
具体而言，通过使金属氧化物220a与金属氧化物220b以及金属氧化物220b与金属氧化物220c除了氧之外还包含共同元素(为主要成分)，可以形成缺陷态密度低的混合层。例如，在金属氧化物220b为In-Ga-Zn氧化物的情况下，作为金属氧化物220a及金属氧化物220c可以使用In-Ga-Zn氧化物、Ga-Zn氧化物及氧化镓等。此外，金属氧化物220c可以具有叠层结构。例如，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的Ga-Zn氧化物的叠层结构，或者，可以使用In-Ga-Zn氧化物和该In-Ga-Zn氧化物上的氧化镓的叠层结构。换言之，作为金属氧化物220c，也可以使用In-Ga-Zn氧化物和不包含In的氧化物的叠层结构。
具体而言，作为金属氧化物220a使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或其附近或者1：1：0.5[原子个数比]或其附近的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物220b使用In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近或者3：1：2[原子个数比]或其附近的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物220c使用In：Ga：Zn＝1：3：4[原子个数比]或其附近、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近、Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或其附近或者Ga：Zn＝2：5[原子个数比]或其附近的金属氧化物，即可。此外，作为金属氧化物220c具有叠层结构的情况下的具体例子，可以举出In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近和Ga：Zn＝2：1[原子个数比]或其附近的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近和Ga：Zn＝2：5[原子个数比]或其附近的叠层结构、In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近和氧化镓的叠层结构等。
此时，载流子的主要路径为金属氧化物220b。通过使金属氧化物220a及金属氧化物220c具有上述结构，可以降低金属氧化物220a与金属氧化物220b的界面及金属氧化物220b与金属氧化物220c的界面的缺陷态密度。因此，界面散射对载流子传导的影响减少，从而晶体管750可以得到高通态电流及高频率特性。此外，在金属氧化物220c具有叠层结构时，被期待降低上述金属氧化物220b和金属氧化物220c之间的界面的缺陷态密度的效果及抑制金属氧化物220c所具有的构成元素扩散到绝缘体250一侧的效果。更具体而言，在金属氧化物220c具有叠层结构时，因为使不包含In的氧化物位于叠层结构的上方，所以可以抑制会扩散到绝缘体250一侧的In。由于绝缘体250被用作栅极绝缘体，因此在In扩散在其中的情况下导致晶体管的特性不良。由此，通过使金属氧化物220c具有叠层结构，可以提供可靠性高的显示装置。
在金属氧化物220b上设置被用作源电极及漏电极的导电体242(导电体242a及导电体242b)。作为导电体242，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。
通过以与金属氧化物220接触的方式形成上述导电体242，金属氧化物220中的导电体242附近的氧浓度有时降低。此外，在金属氧化物220中的导电体242附近有时形成包括包含在导电体242中的金属及金属氧化物220的成分的金属化合物层。在此情况下，金属氧化物220的导电体242附近的区中的载流子密度增加，该区的电阻降低。
在此，导电体242a与导电体242b之间的区以与绝缘体280的开口重叠的方式形成。因此，可以在导电体242a与导电体242b之间自对准地配置导电体260。
绝缘体250被用作栅极绝缘体。绝缘体250优选与金属氧化物220c的顶面接触地配置。绝缘体250可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。
与绝缘体224同样，优选降低绝缘体250中的水或氢等杂质的浓度。绝缘体250的厚度优选为1nm以上且20nm以下。
此外，也可以在绝缘体250与导电体260之间设置金属氧化物。该金属氧化物优选抑制从绝缘体250扩散到导电体260的氧。由此，可以抑制因绝缘体250中的氧所导致的导电体260的氧化。
此外，该金属氧化物有时被用作栅极绝缘体的一部分。因此，在将氧化硅或氧氮化硅等用于绝缘体250的情况下，作为该金属氧化物优选使用作为相对介电常数高的high-k材料的金属氧化物。通过使栅极绝缘体具有绝缘体250与该金属氧化物的叠层结构，可以形成具有热稳定性且相对介电常数高的叠层结构。因此，可以在保持栅极绝缘体的物理厚度的同时降低在晶体管工作时施加的栅极电位。此外，可以减少被用作栅极绝缘体的绝缘体的等效氧化物厚度(EOT：Equivalent oxide thickness)。
具体而言，可以使用包含选自铪、铝、镓、钇、锆、钨、钛、钽、镍、锗和镁等中的一种或两种以上的金属氧化物。特别是，优选使用作为包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体的氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。
虽然在图41至图41C中，导电体260具有两层结构，但是也可以具有单层结构或三层以上的叠层结构。
作为导电体260a优选使用上述具有抑制氢原子、氢分子、水分子、氮原子、氮分子、氧化氮分子(N2O、NO、NO2等)、铜原子等杂质的扩散的功能的导电体。此外，优选使用具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能的导电材料。
此外，当导电体260a具有抑制氧的扩散的功能时，可以抑制绝缘体250所包含的氧使导电体260b氧化而导致导电率的下降。作为具有抑制氧的扩散的功能的导电材料，例如，优选使用钽、氮化钽、钌或氧化钌等。
此外，作为导电体260b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，由于导电体260还被用作布线，所以优选使用导电性高的导电体。例如，可以使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体260b可以具有叠层结构，例如可以具有钛、氮化钛与上述导电材料的叠层结构。
此外，如图41A和图41C所示，在金属氧化物220b的不与导电体242重叠的区，即金属氧化物220的沟道形成区中，金属氧化物220的侧面被导电体260覆盖。由此，可以容易将被用作第一栅电极的导电体260的电场影响到金属氧化物220的侧面。由此，可以提高晶体管750的通态电流及频率特性。
绝缘体254与绝缘体214等同样地优选被用作抑制水或氢等杂质从绝缘体280一侧混入晶体管750的阻挡绝缘膜。例如，绝缘体254的氢透过性优选比绝缘体224低。再者，如图41B、图41C所示，绝缘体254优选与金属氧化物220c的侧面、导电体242a的顶面及侧面、导电体242b的顶面及侧面、金属氧化物220a及金属氧化物220b的侧面以及绝缘体224的顶面接触。通过采用这种结构，可以抑制绝缘体280所包含的氢从导电体242a、导电体242b、金属氧化物220a、金属氧化物220b及绝缘体224的顶面或侧面进入金属氧化物220。
再者，绝缘体254还具有抑制氧(例如，氧原子、氧分子等中的至少一个)的扩散的功能(不容易使上述氧透过)。例如，绝缘体254的氧透过性优选比绝缘体280或绝缘体224低。
绝缘体254优选通过溅射法进行沉积。通过在包含氧的气氛下使用溅射法沉积绝缘体254，可以对绝缘体224与绝缘体254接触的区附近添加氧。由此，可以将氧从该区通过绝缘体224供应到金属氧化物220中。在此，通过使绝缘体254具有抑制扩散到上方的氧的功能，可以防止氧从金属氧化物220扩散到绝缘体280。此外，通过使绝缘体222具有抑制扩散到下方的氧的功能，可以防止氧从金属氧化物220扩散到衬底一侧。如此，对金属氧化物220中的沟道形成区供应氧。由此，可以减少金属氧化物220的氧空位并抑制晶体管的常开启化。
作为绝缘体254，例如可以沉积包含铝及铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体。注意，作为包含铝和铪中的一方或双方的氧化物的绝缘体，优选使用氧化铝、氧化铪、包含铝及铪的氧化物(铝酸铪)等。
像这样，通过由对氢具有阻挡性的绝缘体254覆盖绝缘体224、绝缘体250以及金属氧化物220，绝缘体280由绝缘体254与绝缘体224、金属氧化物220以及绝缘体250分开。由此，可以抑制从晶体管750的外部进入氢等杂质，从而可以对晶体管750赋予良好的电特性及可靠性。
绝缘体280优选隔着绝缘体254设置在绝缘体224、金属氧化物220及导电体242上。例如，作为绝缘体280，优选具有氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅或具有空孔的氧化硅等。尤其是，氧化硅及氧氮化硅具有热稳定性，所以是优选的。特别是，因为氧化硅、氧氮化硅、具有空孔的氧化硅等的材料容易形成包含通过加热脱离的氧的区，所以是优选的。
此外，优选绝缘体280中的水或氢等杂质的浓度得到降低。此外，绝缘体280的顶面也可以被平坦化。
绝缘体274优选与绝缘体214等同样地被用作抑制水或氢等杂质从上方混入到绝缘体280的阻挡绝缘膜。作为绝缘体274，例如可以使用能够用于绝缘体214、绝缘体254等的绝缘体。
优选在绝缘体274上设置被用作层间膜的绝缘体281。与绝缘体224等同样，优选绝缘体281中的水或氢等杂质的浓度得到降低。
在形成于绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280及绝缘体254中的开口中配置导电体245a及导电体245b。导电体245a及导电体245b以中间夹着导电体260的方式设置。此外，导电体245a及导电体245b的顶面的高度与绝缘体281的顶面可以位于同一平面上。
此外，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241a，以与其侧面接触的方式形成有导电体245a的第一导电体。导电体242a位于该开口的底部的至少一部分，导电体245a与导电体242a接触。同样，以与绝缘体281、绝缘体274、绝缘体280以及绝缘体254的开口的内壁接触的方式设置有绝缘体241b，以与其侧面接触的方式形成有导电体245b的第一导电体。导电体242b位于该开口的底部的至少一部分，导电体245b与导电体242b接触。
导电体245a及导电体245b优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，导电体245a及导电体245b也可以具有叠层结构。
当作为导电体245采用叠层结构时，作为与金属氧化物220a、金属氧化物220b、导电体242、绝缘体254、绝缘体280、绝缘体274及绝缘体281接触的导电体优选使用上述具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电体。例如，优选使用钽、氮化钽、钛、氮化钛、钌或氧化钌等。可以以单层或叠层使用具有抑制水或氢等杂质的扩散的功能的导电材料。通过使用该导电材料，可以防止添加到绝缘体280的氧被导电体245a及导电体245b吸收。此外，可以防止水或氢等杂质从绝缘体281的上方的层通过导电体245a及导电体245b进入金属氧化物220。
作为绝缘体241a及绝缘体241b，例如使用能够用于绝缘体254等的绝缘体，即可。因为绝缘体241a及绝缘体241b与绝缘体254及接触地设置，所以可以抑制从绝缘体280等水或氢等杂质经过导电体245a及导电体245b混入金属氧化物220。此外，可以抑制绝缘体280所包含的氧被导电体245a及导电体245b吸收。
虽然未图示，但是可以以与导电体245a的顶面及导电体245b的顶面接触的方式配置被用作布线的导电体。被用作布线的导电体优选使用以钨、铜或铝为主要成分的导电材料。此外，该导电体可以具有叠层结构，例如，可以具有钛、氮化钛与上述导电材料的叠层结构。此外，该导电体也可以以嵌入绝缘体的开口中的方式形成。
<晶体管的构成材料>
以下，说明可用于晶体管的构成材料。
[衬底]
作为形成晶体管的衬底例如可以使用绝缘体衬底、半导体衬底或导电体衬底。作为绝缘体衬底，例如可以举出玻璃衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、稳定氧化锆衬底(氧化钇稳定氧化锆衬底等)、树脂衬底等。此外，作为半导体衬底，例如可以举出由硅或锗等构成的半导体衬底、或者由碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化铟、氧化锌或氧化镓等构成的化合物半导体衬底等。再者，还可以举出在上述半导体衬底内部具有绝缘体区的半导体衬底，例如有SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)衬底等。作为导电体衬底，可以举出石墨衬底、金属衬底、合金衬底、导电树脂衬底等。或者，可以举出包含金属氮化物的衬底、包含金属氧化物的衬底等。再者，还可以举出设置有导电体或半导体的绝缘体衬底、设置有导电体或绝缘体的半导体衬底、设置有半导体或绝缘体的导电体衬底等。或者，也可以使用在这些衬底上设置有元件的衬底。作为设置在衬底上的元件，可以举出电容器、电阻器、开关元件、发光元件、存储元件等。
[绝缘体]
作为绝缘体，有具有绝缘性的氧化物、氮化物、氧氮化物、氮氧化物、金属氧化物、金属氧氮化物以及金属氮氧化物等。
例如，当进行晶体管的微型化及高集成化时，由于栅极绝缘体的薄膜化，有时发生泄漏电流等的问题。通过作为被用作栅极绝缘体的绝缘体使用high-k材料，可以在保持物理厚度的同时实现晶体管工作时的低电压化。另一方面，通过将相对介电常数较低的材料用于被用作层间膜的绝缘体，可以减少产生在布线之间的寄生电容。因此，优选根据绝缘体的功能选择材料。
作为相对介电常数较高的绝缘体，可以举出氧化镓、氧化铪、氧化锆、含有铝及铪的氧化物、含有铝及铪的氧氮化物、含有硅及铪的氧化物、含有硅及铪的氧氮化物或者含有硅及铪的氮化物等。
作为相对介电常数较低的绝缘体，可以举出氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、添加有氟的氧化硅、添加有碳的氧化硅、添加有碳及氮的氧化硅、具有空孔的氧化硅或树脂等。
通过由具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体(绝缘体214、绝缘体222、绝缘体254、及绝缘体274等)围绕使用氧化物半导体的晶体管，可以使晶体管的电特性稳定。作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，例如可以以单层或叠层使用包含硼、碳、氮、氧、氟、镁、铝、硅、磷、氯、氩、镓、锗、钇、锆、镧、钕、铪或钽的绝缘体。具体而言，作为具有抑制氢等杂质及氧的透过的功能的绝缘体，可以使用氧化铝、氧化镁、氧化镓、氧化锗、氧化钇、氧化锆、氧化镧、氧化钕、氧化铪或氧化钽等金属氧化物、氮化铝、氮化铝钛、氮化钛、氮氧化硅或氮化硅等金属氮化物。
被用作栅极绝缘体的绝缘体优选为具有包含通过加热脱离的氧的区的绝缘体。例如，通过采用具有包含通过加热脱离的氧的区的氧化硅或者氧氮化硅接触于金属氧化物220的结构，可以填补金属氧化物220所包含的氧空位。
[导电体]
作为导电体，优选使用选自铝、铬、铜、银、金、铂、钽、镍、钛、钼、钨、铪、钒、铌、锰、镁、锆、铍、铟、钌、铱、锶和镧等中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或者组合上述金属元素的合金等。例如，优选使用氮化钽、氮化钛、钨、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物等。此外，氮化钽、氮化钛、包含钛和铝的氮化物、包含钽和铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、包含锶和钌的氧化物、包含镧和镍的氧化物是不容易氧化的导电材料或者吸收氧也维持导电性的材料，所以是优选的。此外，也可以使用以包含磷等杂质元素的多晶硅为代表的导电率高的半导体以及镍硅化物等硅化物。
此外，也可以层叠多个由上述材料形成的导电层。例如，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料和包含氮的导电材料的叠层结构。此外，也可以采用组合包含上述金属元素的材料、包含氧的导电材料和包含氮的导电材料的叠层结构。
此外，在将金属氧化物用于晶体管的沟道形成区的情况下，作为被用作栅电极的导电体优选采用组合包含上述金属元素的材料和包含氧的导电材料的叠层结构。在此情况下，优选将包含氧的导电材料设置在沟道形成区一侧。通过将包含氧的导电材料设置在沟道形成区一侧，从该导电材料脱离的氧容易被供应到沟道形成区。
尤其是，作为被用作栅电极的导电体，优选使用含有包含在形成沟道的金属氧化物中的金属元素及氧的导电材料。此外，也可以使用含有上述金属元素及氮的导电材料。例如，也可以使用氮化钛、氮化钽等包含氮的导电材料。此外，可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有硅的铟锡氧化物。此外，也可以使用包含氮的铟镓锌氧化物。通过使用上述材料，有时可以俘获形成沟道的金属氧化物所包含的氢。或者，有时可以俘获从外方的绝缘体等进入的氢。
<氧化物半导体中的结晶结构的分类>
对氧化物半导体中的结晶结构的分类参照图42A进行说明。图42A是说明氧化物半导体，典型为IGZO(包含In、Ga及Zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。
如图42A所示那样，氧化物半导体大致分为“Amorphous(无定形)”、“Crystalline(结晶性)”、“Crystal(结晶)”。此外，在“Amorphous”中包含completely amorphous。此外，在“Crystalline”中包含CAAC(c-axis-aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及CAC(cloud-aligned composite)(excluding single crystal and poly cristal)。此外，在“Crystalline”的分类中不包含single crystal(单晶)、poly crystal(多晶)及completely amorphous。此外，“Crystal”的分类中包含single crystal及poly crystal。
此外，图42A所示的外框线被加粗的部分中的结构是介于“Amorphous(无定形)”与“Crystal(结晶)”之间的中间状态，是属于新的边界区域(New crystalline phase)的结构。就是说，将该结构可以说是与“Crystal(结晶)”及在能量性上不稳定的“Amorphous(无定形)”完全不同的结构。
此外，可以使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)光谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。在此，图42B示出被分类为“Crystalline”的CAAC-IGZO膜的通过GIXD(Grazing-Incidence XRD)测量而得到的XRD谱。此外，将GIXD法也称为薄膜法或Seemann-Bohlin法。下面，将图42B所示的通过GIXD测量而得到的XRD谱简单地记为XRD谱。此外，图42B所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近。此外，图42B所示的CAAC-IGZO膜的厚度为500nm。
如图42B所示，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中检测出表示明确的结晶性的峰。具体而言，在CAAC-IGZO膜的XRD谱中，2θ＝31°或其附近检测出表示c轴取向的峰。此外，如图42B所示那样，2θ＝31°或其附近的峰在以检测出峰强度的角度为轴时左右非对称。
此外，可以使用通过纳米束电子衍射法(NBED：Nano Beam ElectronDiffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。图42C示出CAAC-IGZO膜的衍射图案。图42C是使用将电子束向平行于衬底的方向入射的NBED观察的衍射图案。此外，图42C所示的CAAC-IGZO膜的组成是In：Ga：Zn＝4：2：3[原子个数比]或其附近。此外，在纳米束电子衍射法中，进行束径为1nm的电子衍射法。
如图42C所示那样，在CAAC-IGZO膜的衍射图案中观察到表示c轴取向的多个斑点。
[氧化物半导体的结构]
此外，在注目于氧化物半导体的结晶结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与图42A不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述CAAC-OS及nc-OS。此外，在非单晶氧化物半导体中包含多晶氧化物半导体、a-like OS(amorphous-like oxidesemiconductor)及非晶氧化物半导体等。
在此，对上述CAAC-OS、nc-OS及a-like OS的详细内容进行说明。
[CAAC-OS]
CAAC-OS是包括多个结晶区域的氧化物半导体，该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向。此外，特定的方向是指CAAC-OS膜的厚度方向、CAAC-OS膜的被形成面的法线方向、或者CAAC-OS膜的表面的法线方向。此外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，CAAC-OS具有在a-b面方向上多个结晶区域连接的区域，有时该区域具有畸变。此外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和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。换言之，CAAC-OS是指c轴取向并在a-b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。
此外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。此外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的尺寸为几十nm左右。
此外，在In-M-Zn氧化物(元素M为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，CAAC-OS有包括层叠有包含铟(In)及氧的层(以下、In层)、含有元素M、锌(Zn)及氧的层(以下、(M，Zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。此外，铟和元素M可以彼此置换。因此，有时(M，Zn)层包含铟。此外，有时In层包含元素M。注意，有时In层包含Zn。该层状结构例如在高分辨率TEM图像中被观察作为晶格像。
例如，当对CAAC-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，在2θ＝31°或其附近检测出表示c轴取向的峰。注意，表示c轴取向的峰的位置(2θ值)有时根据构成CAAC-OS的金属元素的种类、组成等变动。
例如，在CAAC-OS膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。此外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。
在从上述特定的方向观察结晶区域的情况下，虽然该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格，但是单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。此外，在上述畸变中，有时具有五角形、七角形等晶格排列。此外，在CAAC-OS的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可能是由于CAAC-OS因为a-b面方向上的氧原子的排列的低密度及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。
此外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界成为复合中心而载流子被俘获，因而有可能导致晶体管的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的CAAC-OS是对晶体管的半导体层提供具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，为了构成CAAC-OS，优选为包含Zn的结构。例如，与In氧化物相比，In-Zn氧化物及In-Ga-Zn氧化物能够进一步地抑制晶界的发生，所以是优选的。
CAAC-OS是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。此外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以说CAAC-OS是杂质及缺陷(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。
[nc-OS]
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。换言之，nc-OS具有微小的结晶。此外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下，将该微小的结晶称为纳米晶。此外，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-like OS及非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc-OS膜使用XRD装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的Out-of-plane XRD测量中，不检测出表示结晶性的峰。此外，在对nc-OS膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子射线的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc-OS膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。
[a-like OS]
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。此外，a-like OS的膜中的氢浓度比nc-OS及CAAC-OS的膜中的氢浓度高。
[氧化物半导体的构成]
接着，说明上述的CAC-OS的详细内容。此外，CAC-OS与材料构成有关。
[CAC-OS]
CAC-OS例如是指包含在金属氧化物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3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物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混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。
再者，CAC-OS是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的结构(下面也称为云状)。就是说，CAC-OS是指具有该第一区域和该第二区域混合的结构的复合金属氧化物。
在此，将相对于构成In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS的金属元素的In、Ga及Zn的原子个数比的每一个记为[In]、[Ga]及[Zn]。例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，第一区域是其[In]大于CAC-OS膜的组成中的[In]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于CAC-OS膜的组成中的[Ga]的区域。此外，例如，第一区域是其[In]大于第二区域中的[In]且其[Ga]小于第二区域中的[Ga]的区域。此外，第二区域是其[Ga]大于第一区域中的[Ga]且其[In]小于第一区域中的[In]的区域。
具体而言，上述第一区域是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。此外，上述第二区域是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域称为以In为主要成分的区域。此外，可以将上述第二区域称为以Ga为主要成分的区域。
注意，有时观察不到上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。
例如，在In-Ga-Zn氧化物的CAC-OS中，根据通过能量分散型X射线分析法(EDX：Energy Dispersive X-ray spectroscopy)取得的EDX面分析(mapping)图像，可确认到具有以In为主要成分的区域(第一区域)及以Ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布而混合的结构。
在将CAC-OS用于晶体管的情况下，通过起因于第一区域的导电性和起因于第二区域的绝缘性的互补作用，可以使CAC-OS具有开关功能(控制导通/关闭的功能)。换言之，在CAC-OS的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将CAC-OS用于晶体管，可以实现高通态电流(Ion)、高场效应迁移率(μ)及良好的开关工作。
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-likeOS、CAC-OS、nc-OS、CAAC-OS中的两种以上。
<具有氧化物半导体的晶体管>
在此，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。此外，可以实现可靠性高的晶体管。
优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体中的载流子浓度可以为1×1017cm-3以下，优选为1×1015cm-3以下，更优选为1×1013cm-3以下，进一步优选为1×1011cm-3以下，更进一步优选低于1×1010cm-3，且1×10-9cm-3以上。在以降低氧化物半导体膜的载流子浓度为目的的情况下，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”。此外，有时将载流子浓度低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。
因为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，所以有可能具有较低的陷阱态密度。
此外，被氧化物半导体的陷阱能级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，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度，优选还降低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能级。因此，将氧化物半导体中或氧化物半导体的界面附近的硅及碳的浓度(通过SIMS测得的浓度)设定为2×1018atoms/cm3以下，优选为2×1017atoms/cm3以下。
当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷能级而形成载流子。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。因此，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，使载流子浓度增高，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。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱能级。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用SIMS测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于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。此外，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，优选尽可能地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。
本实施方式所示的结构例子及对应该结构例子的附图等的至少一部分可以与其他结构例子或附图等适当地组合。
<关于本说明书等的记载的注释>
下面，对上述实施方式及实施方式中的各结构的说明附加注释。
各实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而构成本发明的一个方式。此外，当在一个实施方式中示出多个结构实例时，可以适当地组合这些结构实例。
此外，可以将某一实施方式中说明的内容(或其一部分)应用/组合/替换成该实施方式中说明的其他内容(或其一部分)或另一个或多个其他实施方式中说明的内容(或其一部分)。
在实施方式中说明的内容是指在各实施方式中利用各种附图说明的内容或利用说明书所记载的文章说明的内容。
此外，通过将某一实施方式中示出的附图(或其一部分)与该附图的其他部分、该实施方式中示出的其他附图(或其一部分)或另一个或多个其他实施方式中示出的附图(或其一部分)组合，可以构成更多图。
在本说明书等中，根据功能对构成要素进行分类并在方框图中以彼此独立的方框表示。然而，在实际的电路等中难以根据功能对构成要素进行分类，有时一个电路涉及到多个功能或者多个电路涉及到一个功能。因此，方框图中的方框的分割不局限于说明书中说明的构成要素，而可以根据情况适当地不同。
在附图中，为便于清楚地说明，有时夸大表示大小、层的厚度或区。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。附图是为了明确起见而示出任意的大小的，而不局限于附图所示的形状或数值等。例如，可以包括因杂波或定时偏差等所引起的信号、电压或电流的不均匀等。
在本说明书等中，在说明晶体管的连接关系时，使用“源极和漏极中的一个”(第一电极或第一端子)、“源极和漏极中的另一个”(第二电极或第二端子)的表述。这是因为晶体管的源极和漏极根据晶体管的结构或工作条件等而互换的缘故。注意，根据情况可以将晶体管的源极和漏极适当地换称为源极(漏极)端子或源极(漏极)电极等。
此外，在本说明书等中，“电极”及“布线”不限定构成要素的功能。例如，有时将“电极”用作“布线”的一部分，反之亦然。再者，“电极”、“布线”还包括多个“电极”及“布线”被形成为一体的情况等。
此外，在本说明书等中，可以适当地调换电压和电位。电压是指与基准电位之间的电位差，例如在基准电位为地电压(接地电压)时，可以将电压换称为电位。接地电位不一定意味着0V。注意，电位是相对的，对布线等供应的电位有时根据基准电位而变化。
在本说明书等中，根据情况或状态，可以互相调换“膜”和“层”等词句。例如，有时可以将“导电层”调换为“导电膜”。此外，有时可以将“绝缘膜”调换为“绝缘层”。
在本说明书等中，开关是指具有通过变为导通状态(开启状态)或非导通状态(关闭状态)来控制是否使电流流过的功能的元件。或者，开关是指具有选择并切换电流路径的功能的元件。
在本说明书等中，例如，沟道长度是指在晶体管的俯视图中，半导体(或在晶体管处于开启状态时，在半导体中电流流过的部分)和栅极重叠的区或者形成沟道的区中的源极和漏极之间的距离。
在本说明书等中，例如，沟道宽度是指半导体(或在晶体管处于开启状态时，在半导体中电流流过的部分)和栅电极重叠的区、或者形成沟道的区中的形成有在与沟道长度方向正交的方向上延伸的沟道的区的长度。
在本说明书等中，“A与B连接”除了包括A与B直接连接的情况以外，还包括A与B电连接的情况。在此，“使A与B电连接”的描述是指当在A与B之间存在具有某种电作用的对象物时，能够进行A和B的电信号的授受的情况。
在本说明书等中，有时将在各颜色的发光器件(例如为蓝色(B)、绿色(G)及红色(R))中分别形成发光层或分别涂布发光层的结构称为SBS(Side By Side)结构。此外，在本说明书等中，有时将可发射白色光的发光器件称为白色发光器件。白色发光器件通过与着色层(例如，滤色片)组合来可以实现全彩色显示的显示装置。
此外，发光器件大致可以分为单结构和串联结构。单结构的器件优选具有如下结构：在一对电极间包括一个发光单元，而且该发光单元包括一个以上的发光层。为了得到白色发光，以两个以上的发光层的各发光处于补色关系的方式选择发光层即可。例如，通过使第一发光层的发光颜色与第二发光层的发光颜色处于补色关系，可以得到在发光器件整体上以白色发光的结构。此外，包括三个以上的发光层的发光器件也是同样的。
串联结构的器件优选具有如下结构：在一对电极间包括两个以上的多个发光单元，而且各发光单元包括一个以上的发光层。为了得到白色发光，采用组合从多个发光单元的发光层发射的光来得到白色发光的结构即可。注意，得到白色发光的结构与单结构中的结构同样。此外，在串联结构的器件中，优选在多个发光单元间设置电荷产生层等中间层。
此外，在对上述白色发光器件(单结构或串联结构)和SBS结构的发光器件进行比较的情况下，可以使SBS结构的发光器件的功耗比白色发光器件低。想要降低功耗的器件优选采用SBS结构的发光器件。另一方面，白色发光器件的制造工艺比SBS结构的发光器件简单，由此可以降低制造成本或者提高制造成品率，所以是优选的。
本说明书等中的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附加的，其并不表示工序顺序、层叠顺序或者配置顺序等某种顺序或次序。注意，关于本说明书等中不附加有序数词的术语，为了避免构成要素的混淆，在权利要求书中有时对该术语附加序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书中有时对该术语附加不同的序数词。注意，关于本说明书等中附加有序数词的术语，在权利要求书等中有时省略其序数词。
一般而言，“电容器”具有两个电极隔着绝缘体(电介质)彼此相对的结构。本说明书等包括“电容元件”为上述“电容器”的情况。换言之，本说明书等包括“电容元件”具有两个电极隔着绝缘体彼此相对的结构的情况、“电容元件”具有两个布线隔着绝缘体彼此相对的结构的情况或者“电容元件”具有两个布线隔着绝缘体配置的结构的情况。
[实施例]
在本实施例中，说明按每个副显示部19改变帧频所带来的功耗降低。
在本实施例中，假设一种显示装置，其中显示部13被分割为4行8列副显示部19，显示部13的对角尺寸为1.5英寸，并且分辨率为3000×4000像素，来计算出按每个副显示部19改变帧频时的功耗。在功耗计算中使用模拟软件SPICE。
在本实施例中，算出了模式A至D这四个模式的功耗。图43A至图43D示出各模式下的显示部13的工作状态。
作为模式A，假设所有副显示部19的帧频为120Hz的状态(参照图43A)。
作为模式B，假设如下状态：第2行第4列副显示部19(副显示部19[2，4])及第2行第5列副显示部19(副显示部19[2，5])的帧频为120Hz；在副显示部19[2，4]或副显示部19[2，5]的外侧与它们相邻的副显示部19的帧频为90Hz；在该副显示部19的外侧与它们相邻的副显示部19的帧频为60Hz；并且第1列及第8列副显示部19的帧频为30Hz(参照图43B)。
作为模式C，假设如下状态：第3列至第6列副显示部19的帧频为120Hz；并且第1列、第2列、第7列及第8列副显示部19的帧频为1Hz(参照图43C)。
作为模式D，假设所有副显示部19的帧频为1Hz的状态(参照图43D)。
图44是示出每个模式的功耗计算结果的图表。图44的横轴表示各模式。图44的纵轴表示以模式A的计算结果为准使各模式的计算结果归一化的值。图44中附记各模式的被归一化的功耗值。
另外，在图44中，将各模式的功耗分为数字电路的功耗及模拟电路的功耗。在本实施例中，数字电路主要是有关数据传送的电路，包括栅极驱动电路及源极驱动电路等。另外，模拟电路是有关使图像数据转换为模拟信号来显示图像的处理的电路，包括数字模拟转换电路及运算放大器等。
从图44可知，各模式之间数字电路的功耗没有差异，但模拟电路的功耗有差异。可知模式B及模式C的功耗比模式A低出30％左右。还可知模式D的功耗比模式A低出60％左右。
[符号说明]
10_L：显示装置、10_R：显示装置、30：驱动电路、40：功能电路、51：像素电路、61：发光元件、100：电子设备、101：动作检测部、102：视线检测部、103：运算部、104：通信部、105：框体。
Claims (7)
1.一种电子设备，包括：
显示装置；
运算部；以及
视线检测部，
其中，所述显示装置包括功能电路及被分割为多个副显示部的显示部，
所述视线检测部具有检测用户的视线的功能，
所述运算部具有利用所述视线检测部的检测结果将所述多个副显示部的每一个分配为第一区域或第二区域的功能，
并且，所述功能电路具有如下功能：使作为所述第二区域所包括的所述副显示部的驱动频率的第二驱动频率低于作为所述第一区域所包括的所述副显示部的驱动频率的第一驱动频率。
2.根据权利要求1所述的电子设备，
其中所述第一区域具有与所述用户的注视点重叠的区。
3.根据权利要求1所述的电子设备，
其中所述第二驱动频率为所述第一驱动频率的1/2以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备，
其中所述多个副显示部都包括多个像素电路及多个发光元件。
5.根据权利要求4所述的电子设备，
其中所述显示装置包括多个栅极驱动电路及多个源极驱动电路，
并且所述多个栅极驱动电路中的一个及所述多个源极驱动电路中的一个与所述多个副显示部中的一个电连接。
6.根据权利要求5所述的电子设备，
其中所述多个栅极驱动电路及所述多个源极驱动电路都设置在第一层中，
所述多个像素电路设置在所述第一层上的第二层中，
并且所述多个发光元件设置在所述第二层上的第三层中。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的电子设备，还包括：
存储装置，
其中所述存储装置具有储存所述多个副显示部的每一个的图像数据的功能。
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2022
- 2022-06-30 CN CN202280046663.XA patent/CN117581289A/zh active Pending
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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