JP2014207159A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円偏光板を設けなくてもモアレが軽減された発光装置を提供する。また、円偏光板を設けなくても外部の景色の写り込みが抑制された発光装置を提供する。また、消費電力が低減された発光装置を提供する。また、長寿命な発光装置を提供する。【解決手段】複数の発光素子が設けられた第１の基板と、第２の基板との間に、散乱部材を含む樹脂層を有し、散乱部材は、液晶状態を示す材料、または樹脂と、有機樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物である発光装置。液晶状態を示す材料としては、コレステリック液晶材料、ＰＤＬＣ材料、ＰＮＬＣ材料等を用いることができる。樹脂と、該樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物に用いる樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂等を用いることができる。また粒子としては、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト等を用いることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置および発光装置の製造方法に関する。

近年、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）を利用した発光素子の研究開発が盛んに行われている。これら発光素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の物質を含む層を挟んだものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の物質からの発光が得られる。

上述の発光素子は自発光型であるため、これを用いた発光装置は、視認性に優れバックライトが不要であり、消費電力が少ない等の利点を有する。さらに、発光素子を用いた発光装置は薄型軽量に作製でき、応答速度が高いなどの利点も有する。また上述の発光素子は可撓性を図れるため、可撓性を有する発光装置を作製可能である点も、液晶表示装置と比較して有利な点である。

発光装置に適用する場合、発光素子の一対の電極の一方には反射性の導電膜を用い、他方には透光性を有する導電膜を用いることが多い。発光性の物質からの発光を、反射性の導電膜で反射し、透光性を有する導電膜の方向に取り出すことで、発光素子の輝度を高めることができる。

そのため発光装置では、各画素の発光素子が有する反射性の導電膜が、等間隔で多数並ぶことになる。高精細化の進んだ発光装置では、画素密度、すなわち解像度が２５０ｐｐｉ以上、さらには３００ｐｐｉ以上となることもある。このように微細な幅で、等間隔に反射性の導電膜が並ぶと、外部の光が該導電膜で反射したとき、その反射光が回折格子の原理でモアレとなるという問題が生じる。また外部の景色が該導電膜で反射して写り込んでしまうという問題も生じる。

モアレおよび写り込みを抑制する方法としては、発光素子の上に円偏光板を設け、外部の光の反射光が出ていくことを防ぐといった方法が知られている（たとえば特許文献１）。

特開平９−１２７８８５号公報

しかしながら、円偏光板を設けることで、外部の光の反射光だけでなく、発光素子からの光も大幅に減少してしまう。すると発光装置として必要な輝度を得るために発光素子の輝度を上げることになり、これが発光装置の消費電力の増大、および寿命の短縮を招いていた。

そこで本発明の一態様では、円偏光板を設けなくてもモアレが軽減された発光装置を提供することを目的の一とする。また、円偏光板を設けなくても外部の景色の写り込みが抑制された発光装置を提供することを目的の一とする。また、消費電力が低減された発光装置を提供することを目的の一とする。また、長寿命な発光装置を提供することを目的の一とする。

本発明の一態様は、複数の発光素子が設けられた第１の基板と、第２の基板との間に、散乱部材を含む樹脂層を有し、散乱部材は、液晶状態を示す材料、または樹脂と該樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物である発光装置である。

本発明の一態様により、円偏光板を設けなくてもモアレが軽減された発光装置を提供することができる。また、円偏光板を設けなくても外部の景色の写り込みが抑制された発光装置を提供することができる。また、消費電力が低減された発光装置を提供することができる。また、長寿命な発光装置を提供することができる。

本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する断面図。 本発明の一態様の発光装置を説明する上面図および断面図 本発明の一態様に適用可能な発光素子を説明する図。 本発明の一態様の電子機器を説明する図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更しうることは当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、図面を用いて発明の構成を説明するにあたり、同じものを指す符号は異なる図面間でも共通して用いる。なお、同様のものを指す際にはハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

なお、本明細書等においてモアレとは、微細な幅で等間隔に設けられた導電膜等に、外部の光等が透過するとき、または外部の光が反射するときに、回折や干渉により生じる干渉模様をいう。

また、本明細書等において第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順または積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

また、本明細書等において「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「絶縁層上のゲート電極」の表現であれば、絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外しない。「下」についても同様である。また、平面的な重なりのない場合（重畳しない場合といってもよい）も除外しない。

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

また、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線などが含まれる。

なお、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分低い場合は「絶縁体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「絶縁体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。従って、本明細書に記載の「半導体」は、「絶縁体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「絶縁体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。

また、「半導体」と表記した場合でも、例えば、導電性が十分高い場合は「導電体」としての特性を有する場合がある。また、「半導体」と「導電体」は境界が曖昧であり、厳密に区別できない場合がある。従って、本明細書に記載の「半導体」は、「導電体」と言い換えることができる場合がある。同様に、本明細書に記載の「導電体」は、「半導体」と言い換えることができる場合がある。

また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

また、本明細書等において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置の例について、図１および図２を用いて説明する。

≪発光装置の構成≫
図１（Ａ）は発光素子１３０を有する発光装置の一部の断面図である。発光装置は、基板９０３の上方に、第１の電極１１８、発光性の物質を含むＥＬ層１２０、第２の電極１２２を有する。図１（Ａ）の発光装置では、第１の電極１１８には反射性の導電膜を用い、第２の電極１２２には透光性を有する導電膜を用いる。そのため第１の電極１１８、ＥＬ層１２０、第２の電極１２２が重畳した部分にはトップエミッション型の発光素子１３０が形成され、第２の電極１２２側に発光性の物質からの発光が取り出される。また複数の発光素子１３０は隔壁１２４により互いに離間されている。

また、発光装置は基板９０３対向する基板９０２の下方に、カラーフィルタ層１６５を有する。カラーフィルタ層１６５は、遮光層１６４およびカラーフィルタ１６６を含む。

また発光装置は発光素子１３０が設けられた基板９０３と、カラーフィルタ層１６５が設けられた基板９０２の間に、樹脂層１７１を有する。樹脂層１７１は散乱部材を含む。

＜基板＞
基板９０３および基板９０２としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板などを用いることができる。またエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂等の有機樹脂を含む基板を用いてもよい。基板９０３および基板９０２に可撓性を有する基板を用いると、可撓性を有する発光装置とすることができる。

＜第１の電極および第２の電極＞
上述したように、図１（Ａ）では第１の電極１１８として反射性の導電膜を用いる。反射性の導電膜を用いることで、発光素子からの光の取り出し効率を向上することができる。なお、第１の電極１１８を積層構造としてもよい。例えば、ＥＬ層１２０に接する側に金属酸化物による導電膜、またはチタン等を薄く形成し、他方に反射率の高い金属膜（アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など）を用いることができる。このような構成とすることで、ＥＬ層１２０と反射率の高い金属膜（アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など）との間に形成される絶縁膜の生成を抑制することができる。

また第２の電極１２２として透光性を有する導電膜を用いる。例えば第２の電極を陰極に用いる場合は、第２の電極は、ＥＬ層１２０に電子を注入できる仕事関数の小さい電極が好ましい。仕事関数の小さい金属単層ではなく、仕事関数の小さいアルカリ金属、またはアルカリ土類金属を数ｎｍ形成した層を緩衝層として、その上にアルミニウム等の金属、インジウム−スズ酸化物等の金属酸化物または半導体を形成した電極を用いることが好ましい。緩衝層としては、アルカリ金属、またはアルカリ土類金属の酸化物、ハロゲン化物を用いることもできる。また、マグネシウム−銀等の合金を第２の電極１２２として用いることもできる。

＜ＥＬ層＞
ＥＬ層１２０については、実施の形態３で詳述する。

＜隔壁＞
隔壁１２４は、有機樹脂または無機膜等を用いることができる。

＜カラーフィルタ＞
カラーフィルタ１６６は、特定の波長帯域の光を透過する有色層である。例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）のカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過する緑色（Ｇ）のカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）のカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタ１６６には、公知の材料を用いることができる。

＜遮光層＞
遮光層１６４としては、チタン、クロムなどの反射率の低い金属膜、または、黒色顔料や黒色染料が含浸された有機樹脂などを用いることができる。

＜樹脂層＞
樹脂層１７１が含む散乱部材としては、液晶状態を示す材料を用いることができる。また、樹脂と、該樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物を用いることもできる。

液晶状態を示す材料としては、コレステリック液晶材料、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ；高分子分散型液晶）材料、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ；高分子ネットワーク型液晶）材料等を用いることができる。散乱部材として液晶状態を示す材料を用いると、粒子を用いる場合と比較して凝集が起きにくいため、より均一な散乱部材とすることができる。またＰＤＬＣ材料およびＰＮＣＬ材料は高分子を有するため、樹脂層１７１に接着剤としての機能を持たせることができる。

樹脂と、該樹脂と屈折率の異なる粒子では、屈折率の差が０．１以上あることが好ましく、０．３以上あることがより好ましい。具体的には樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン、フッ素系不活性液体等を用いることができる。また粒子としては、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト等を用いることができる。

酸化チタンおよび酸化バリウムの粒子は、光を散乱させる性質が強く好ましい。またゼオライトを用いると、樹脂等の有する水を吸着することができ、発光素子の信頼性を向上させることができる。

散乱部材として十分に機能させるため、粒子の粒径は可視光の波長よりも大きいことが好ましい。また一次粒径が可視光の波長より小さくても、これらが凝集した二次粒子を形成することで散乱部材として機能させてもよい。具体的には粒子の粒径は０．０５μｍ以上５μｍ以下が好ましく、０．１μｍ以上２μｍ以下がより好ましい。また樹脂層１７１の厚さの１／２より小さいことが好ましい。

散乱部材として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の接着剤として機能する樹脂と、該樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物を用いると、樹脂層１７１に接着剤としての機能を持たせることができる。そのため、基板９０３と基板９０２を樹脂層１７１により封止することが可能となる。

また、液晶状態を示す材料、または樹脂と該樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物を有するため、樹脂層１７１の屈折率は空気と比較して高くなる。例えば空気の屈折率がｎ＝１．０であるのに対し、樹脂層１７１の屈折率をｎ＝１．５〜１．８とすることができる。このように屈折率の高い材料を発光素子１３０と接して充填し封止することで、発光素子１３０からの光取り出し効率を向上させることができる。

樹脂と粒子の混合比率は、樹脂の屈折率と、粒子の粒径および屈折率により適宜調整することができるが、たとえば樹脂に対して粒子が１ｗｔ％以上１０ｗｔ％となるよう混合することができる。

散乱部材は、樹脂層１７１のヘイズ値が５０％以下、より好ましくは３０％以下、さらに好ましくは１０％以下となるように樹脂層１７１中に有することが好ましい。

樹脂層１７１が散乱部材を有することで、発光装置の外部の光が第１の電極１１８で反射しても、その反射光は樹脂層１７１を通過する際に散乱する。そのため反射光が出ていっても、モアレを生じにくくさせることができる。また、外部の景色の写り込みを抑制することができる。また、樹脂層１７１が散乱部材を有する構成とすると、たとえば基板９０２の外側に散乱層を設ける場合よりも、発光素子の近くで散乱させることができる。そのため発光素子から取り出された発光がぼけて不鮮明な表示となることを抑制できる。

このように樹脂層１７１が散乱部材を有する構成は、隣接する発光素子との距離が近くモアレが生じやすい高精細な発光装置、具体的には解像度が２５０ｐｐｉ以上、２５６ｐｐｉ以上、または３００ｐｐｉ以上の発光装置により好適である。

＜変形例１＞
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）と一部異なる発光装置の一部の断面図である。主な相違点は、図１（Ｂ）における発光装置は、基板９０２の下方に樹脂層１６２を介して絶縁層１６３を有し、絶縁層１６３の下方にカラーフィルタ層１６５を有する点である。樹脂層１６２は散乱部材を含む。また他の相違点は、樹脂層１１７１は散乱部材を含まない点である。

＜樹脂層＞
樹脂層１６２が含む散乱部材は、図１（Ａ）の樹脂層１７１が含む散乱部材と同様のものを適用することができる。

樹脂層１６２は、基板９０２と絶縁層１６３の接着層として機能させることができる。このような構成は、たとえばカラーフィルタ層１６５を形成する工程では剛性の大きな基板を用い、完成した発光装置の基板には可撓性を有する基板を用いたい場合に好適である。たとえば、絶縁層１６３、カラーフィルタ層１６５および絶縁層１６３を剛性の大きな基板上に形成し、樹脂層１１７１を介して基板９０３の上方に設けたのち、該剛性の大きな基板を剥離し、その後可撓性を有する基板９０２を樹脂層１６２により接着することができる。さらに基板９０３も可撓性を有する基板とすれば、可撓性を有する発光装置とすることができる。該発光装置は、軽く壊れにくい、携帯性の向上した発光装置とすることができ好ましい。

仮に基板９０２の外側に散乱部材を有する層を設ける構成とすると、基板９０２の厚みのため散乱部材を有する層がカラーフィルタ層１６５から遠くなる。すると、発光素子から取り出された発光がぼけて不鮮明な表示となる恐れがある。これに対して、樹脂層１６２が散乱部材を含む構成とすることで、光が取り出される側の基板９０２よりも内側、かつカラーフィルタ層１６５より外側に散乱部材を有する層を設けることができる。具体的には、カラーフィルタ層１６５から光が取り出される側に１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下、さらに好ましくは１μｍ以下の領域に散乱部材を有する層を設けることができる。そのため発光がぼけて不鮮明な表示となることを抑制できる。

＜絶縁層＞
絶縁層１６３には、透水性の低い膜を用いることが好ましい。透水性の低い膜としては、窒化シリコンおよび酸化窒化シリコン等の窒素と珪素を含む膜、窒化アルミニウム等の窒素とアルミニウムを含む膜が挙げられる。

樹脂層１６２が散乱部材を有する構成としても、樹脂層１７１の場合と同様にモアレを生じにくくさせることができる。また、外部の景色の写り込みを抑制することができる。また発光素子から取り出された発光がぼけて不鮮明な表示となることを抑制できる。そのため高精細な発光装置に好適である。

＜変形例２＞
図１（Ｃ）は、図１（Ｂ）と一部異なる発光装置の一部の断面図である。主な相違点は、図１（Ｃ）における発光装置では、樹脂層１７１および樹脂層１６２がともに散乱部材を含む点である。

樹脂層１７１および樹脂層１６２がともに散乱部材を有する構成とすることで、片方のみが散乱部材を有する場合より、より効果的にモアレおよび外部の景色の写り込みを生じにくくさせることができる。また基板９０２の外側に散乱層を設ける場合よりも、発光素子から取り出された発光がぼけて不鮮明な表示となることを抑制できる。そのため高精細な発光装置に好適である。

＜変形例３＞
図２（Ａ）は、図１（Ｃ）と一部異なる発光装置の一部の断面図である。主な相違点は、図２（Ａ）における発光装置では、基板９０３の上方に、樹脂層１１７２、絶縁層１０３およびＴＦＴ層１５０を有し、これらの上方に第１の電極１１８、ＥＬ層１２０、第２の電極１２２を有する点である。また他の相違点は、絶縁層１６３の下方のカラーフィルタ層１６５は、遮光層１６４およびカラーフィルタ１６６に加えて、オーバーコート１６８を含む点である。なお、樹脂層１１７２は散乱部材を含まない。

＜ＴＦＴ層＞
ＴＦＴ層１５０は、発光素子１３０を制御するトランジスタ１５１をはじめとする半導体装置を有する。ＴＦＴ層１５０を有することで、アクティブマトリクス型の表示装置とすることが可能となる。トランジスタ１５１が有するソース電極またはドレイン電極の一方は、発光素子１３０の第１の電極１１８と電気的に接続されている。ＴＦＴ層１５０については、実施の形態２で詳述する。

＜樹脂層＞
樹脂層１１７２は、基板９０３と絶縁層１０３の接着層として機能させることができる。このような構成は、たとえばＴＦＴ層１５０および発光素子１３０を形成する工程では剛性の大きな基板を用い、完成した発光装置の基板には可撓性を有する基板を用いたい場合に好適である。たとえば、絶縁層１０３、ＴＦＴ層１５０および発光素子１３０を剛性の大きな基板上に形成し、樹脂層１１７１を介してカラーフィルタ層１６５を有する基板の下方に設けたのち、該剛性の大きな基板を剥離し、その後可撓性を有する基板９０３を樹脂層１１７２により接着することができる。このような構成とすることで、可撓性を有する発光装置とすることができる。

＜絶縁層＞
絶縁層１０３には、透水性の低い膜を用いることが好ましく、絶縁層１６３と同様の材料を適用することができる。

＜オーバーコート＞
またカラーフィルタ層１６５にオーバーコート１６８を設けることで、カラーフィルタ１６６からの不純物の拡散を防ぎ、またカラーフィルタ層１６５の平坦性を向上させて光学特性を高めることができる。

＜変形例４＞
図２（Ｂ）は、図２（Ａ）と一部異なる発光装置の一部の断面図である。主な相違点は、図２（Ａ）の発光素子がトップエミッション型であったのに対して、図２（Ｂ）の発光素子はボトムエミッション型である点である。また他の相違点は、樹脂層１７２が散乱部材を含む点である。

より具体的には、図２（Ｂ）における発光装置では、基板９０３の上方に、散乱部材を含む樹脂層１７２、絶縁層１０３、カラーフィルタ１６６を含むＴＦＴ層１５０を有し、これらの上方に第１の電極１１８、ＥＬ層１２０、第２の電極１２２を有する。また図２（Ｂ）では、第１の電極１１８には透光性を有する導電膜を用い、第２の電極１２２には反射性の導電膜を用いる。第１の電極１１８、ＥＬ層１２０、第２の電極１２２が重畳した部分にはボトムエミッション型の発光素子１３０が形成され、第１の電極１１８側に発光性の物質からの発光が取り出される。

樹脂層１７２が散乱部材を有することで、発光装置の外部の光が第２の電極１２２で反射しても、その反射光は樹脂層１７２を通過する際に散乱する。そのため反射光が出ていっても、モアレを生じにくくさせることができる。また、外部の景色の写り込みを抑制することができる。また、樹脂層１７２が散乱部材を有する構成とすると、たとえば基板９０３の外側に散乱層を設ける場合よりも、発光素子の近くで散乱させることができる。そのため発光素子から取り出された発光がぼけて不鮮明な表示となることを抑制できる。そのため高精細な発光装置に好適である。

また本発明の一態様は上記の例に限定されず、たとえば図１（Ａ）乃至図２（Ｂ）に示した発光装置の特徴を併せ持つ発光装置としてもよい。また、基板９０２または基板９０３の外側にタッチパネルを設けた構成としてもよい。また、基板９０２および基板９０３の間にインセル型タッチパネルを設けた構成としてもよい。インセル型タッチパネルを設ける構成とすると、基板の枚数を最低２枚まで削減することができ好ましい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置の例について、上面および周辺部を含めて図３を用いて説明する。

≪発光装置の構成≫
図３（Ａ）は発光装置の上面図である。発光装置は、基板９０３上に、表示部４５０２と駆動回路部４５０３を有する。図３（Ａ）の一点鎖線Ａ１−Ａ２で示した部分の断面構造の一部を、図３（Ｂ）の断面Ａ１−Ａ２に示す。

＜表示部＞
図３（Ｂ）に示す発光装置の表示部４５０２と、図２（Ａ）との主な相違点は、隔壁１２４の形状である。図３（Ｂ）に示すように隔壁１２４を高くすると、隣接する発光素子とのクロストークを抑制することができる。図３に示す発光装置は、樹脂層１６２が散乱部材を有するため、モアレおよび外部の景色の写り込みを生じにくくさせることができる。

＜駆動回路部＞
図３（Ａ）および（Ｂ）に示す発光装置の駆動回路部４５０３は、トランジスタをはじめとする半導体装置を有し、発光装置のゲートドライバまたはソースドライバとして機能させることができる。

＜端子部＞
また図３（Ｂ）に示す発光装置の端子部では、導電層１５７と、ＦＰＣ４５１８が、異方性導電膜４５１９を介して電気的に接続されている。

＜ＴＦＴ層＞
ＴＦＴ層１５０が有するトランジスタ１５１は、ゲート電極１５２と、ゲート絶縁膜１５３と、半導体膜１５４と、ソース電極１５５ａと、ドレイン電極１５５ｂとを有する。またトランジスタ１５１上には、絶縁膜１１４および絶縁膜１１６が設けられている。

［ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極］
ゲート電極１５２、ソース電極１５５ａおよびドレイン電極１５５ｂは、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。

また、ゲート電極１５２、ソース電極１５５ａおよびドレイン電極１５５ｂは、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えばアルミニウム膜の上または下に、タングステン膜、チタン膜、モリブデン膜から選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金等のバリア膜として機能する膜を積層する２層構造としてもよい。またアルミニウム膜の上下に、上述のバリア膜として機能する膜を積層する３層構造としてもよい。同様に、銅膜の上または下に、上述のバリア膜として機能する膜を積層する２層構造としてもよい。また銅膜の上下に、上述のバリア膜として機能する膜を積層する３層構造としてもよい。

アルミニウム膜および銅膜は抵抗が低いため、ゲート電極１５２、ソース電極１５５ａおよびドレイン電極１５５ｂに用いることで半導体装置の消費電力を削減することができる。また、タングステン膜、チタン膜、モリブデン膜等のバリア膜として機能する膜を、アルミニウム膜および銅膜等と接して積層することで、これらの拡散を抑制し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、ゲート電極１５２とゲート絶縁膜１５３との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、後述する半導体膜１５４に酸化物半導体を用いる場合、トランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも半導体膜１５４より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。

［ゲート絶縁膜］
ゲート絶縁膜１５３には、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物などを用いればよく、積層または単層で設ける。

また、ゲート絶縁膜１５３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。

［半導体膜］
半導体膜１５４には、さまざまな半導体材料を用いることができる。具体的には、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコン等を用いることができ、これらの膜を単層または積層で設けることができる。また、これらの半導体膜の一部、また積層した場合は少なくとも１つの層に、導電型を付与する不純物を添加してもよい。

また上記の半導体材料の他に、酸化物半導体を用いることができる。酸化物半導体を用いたトランジスタは、非晶質シリコンと比較して移動度が高く、かつ多結晶シリコンと比較して大面積の基板に作製可能であるといった利点を有する。また酸化物半導体を用いたトランジスタには、極めてオフ電流が低い特性を有するものがある。そのため、当該トランジスタを用いることで、高精細で消費電力の低い発光装置とすることができる。

以下に、半導体膜１５４に適用可能な酸化物半導体について説明する。

酸化物半導体は、例えば、インジウムを含む。インジウムを含む酸化物半導体は、キャリア移動度（電子移動度）が高くなる。また、酸化物半導体は、元素Ｍを含むと好ましい。元素Ｍとして、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどがある。元素Ｍは、例えば、酸素との結合エネルギーが高い元素である。元素Ｍは、例えば、酸化物半導体のエネルギーギャップを大きくする機能を有する元素である。また、酸化物半導体は、亜鉛を含むと好ましい。酸化物半導体が亜鉛を含むと、結晶質の酸化物半導体となりやすい。また、酸化物半導体の価電子帯上端のエネルギー（Ｅｖ）は、例えば、亜鉛の原子数比によって制御できる場合がある。

ただし、酸化物半導体は、インジウムを含まなくてもよい。酸化物半導体は、例えば、Ｚｎ−Ｓｎ酸化物、Ｇａ−Ｓｎ酸化物であっても構わない。

なお、酸化物半導体は、ＩｎとＭの原子数比率をＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、またはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上であるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物としてもよい。また、酸化物半導体は、ＩｎとＭの原子数比率をＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、またはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満であるＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物としてもよい。

また、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きい。酸化物半導体のエネルギーギャップは、２．７ｅＶ以上４．９ｅＶ以下、好ましくは３ｅＶ以上４．７ｅＶ以下、さらに好ましくは３．２ｅＶ以上４．４ｅＶ以下とする。

トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減し、高純度真性化することが有効である。なお、酸化物半導体において、主成分以外（１ａｔｏｍｉｃ％未満）の軽元素、半金族元素、金族元素などは不純物となる。例えば、水素、リチウム、炭素、窒素、フッ素、ナトリウム、シリコン、塩素、カリウム、カルシウム、チタン、鉄、ニッケル、銅、ゲルマニウム、ストロンチウム、ジルコニウムおよびハフニウムは酸化物中で不純物となる場合がある。従って、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。

例えば、酸化物半導体中にシリコンが含まれることで不純物準位を形成する場合がある。また、酸化物半導体の表層にシリコンがあることで不純物準位を形成する場合がある。そのため、酸化物半導体の内部、表層におけるシリコン濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする。

また、酸化物半導体中で水素は、不純物準位を形成し、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。そのため、酸化物半導体膜の水素濃度はＳＩＭＳにおいて、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。また、酸化物半導体中で窒素は、不純物準位を形成し、キャリア密度を増大させてしまう場合がある。そのため、酸化物半導体中の窒素濃度は、ＳＩＭＳにおいて、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。

酸化物半導体膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を有していてもよい。まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折像が観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜は、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜のナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜のナノビーム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

例えば、酸化物半導体層（Ｓ１）と、酸化物半導体層（Ｓ２）とが、この順番で形成された多層膜であってもよい。

このとき、例えば、酸化物半導体層（Ｓ２）の伝導帯下端のエネルギー（Ｅｃ）を、酸化物半導体層（Ｓ１）よりも高くする。具体的には、酸化物半導体層（Ｓ２）として、酸化物半導体層（Ｓ１）よりも電子親和力の０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下小さい酸化物半導体を用いる。なお、電子親和力は、真空準位と伝導帯下端のエネルギーとの差である。

または、例えば、酸化物半導体層（Ｓ２）のエネルギーギャップを、酸化物半導体層（Ｓ１）よりも大きくする。なお、エネルギーギャップは、例えば、光学的な手法により導出することができる。具体的には、酸化物半導体層（Ｓ２）として、酸化物半導体層（Ｓ１）よりもエネルギーギャップの０．１ｅＶ以上１．２ｅＶ以下、好ましくは０．２ｅＶ以上０．８ｅＶ以下大きい酸化物半導体を用いる。

または、酸化物半導体は、例えば、酸化物半導体層（Ｓ１）と、酸化物半導体層（Ｓ２）と、酸化物半導体層（Ｓ３）とが、この順番で形成された多層膜であってもよい。

または、例えば、酸化物半導体層（Ｓ２）の伝導帯下端のエネルギー（Ｅｃ）を、酸化物半導体層（Ｓ１）および酸化物半導体層（Ｓ３）よりも低くする。具体的には、酸化物半導体層（Ｓ２）として、酸化物半導体層（Ｓ１）および酸化物半導体層（Ｓ３）よりも電子親和力の０．０７ｅＶ以上１．３ｅＶ以下、好ましくは０．１ｅＶ以上０．７ｅＶ以下、さらに好ましくは０．１５ｅＶ以上０．４ｅＶ以下大きい酸化物半導体を用いる。

または、例えば、酸化物半導体層（Ｓ２）のエネルギーギャップを、酸化物半導体層（Ｓ１）および酸化物半導体層（Ｓ３）よりも小さくする。具体的には、酸化物半導体層（Ｓ２）として、酸化物半導体層（Ｓ１）および酸化物半導体層（Ｓ３）よりもエネルギーギャップの０．１ｅＶ以上１．２ｅＶ以下、好ましくは０．２ｅＶ以上０．８ｅＶ以下小さい酸化物半導体を用いる。

または、例えば、トランジスタのオン電流を高くするためには、酸化物半導体層（Ｓ３）の厚さは小さいほど好ましい。例えば、酸化物半導体層（Ｓ３）は、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下とする。一方、酸化物半導体層（Ｓ３）は、電流密度の高い酸化物半導体層（Ｓ２）へ、ゲート絶縁膜１５３を構成する元素（シリコンなど）が入り込まないようブロックする機能も有する。そのため、酸化物半導体層（Ｓ３）は、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、酸化物半導体層（Ｓ３）の厚さは、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは２ｎｍ以上とする。

また、酸化物半導体層（Ｓ１）の厚さは酸化物半導体層（Ｓ２）の厚さより厚く、酸化物半導体層（Ｓ２）の厚さは酸化物半導体層（Ｓ３）の厚さより厚く設けられることが好ましい。具体的には、酸化物半導体層（Ｓ１）の厚さは、２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上とする。酸化物半導体層（Ｓ１）の厚さを、２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上とすることで、絶縁膜と酸化物半導体層（Ｓ１）との界面から電流密度の高い酸化物半導体層（Ｓ２）までを２０ｎｍ以上、好ましくは３０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上離すことができる。ただし、半導体装置の生産性が低下する場合があるため、酸化物半導体層（Ｓ１）の厚さは、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体層（Ｓ２）の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。

次に、酸化物半導体膜の形成方法について説明する。酸化物半導体膜は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＡＬＤ法またはＰＬＤ法を用いて形成すればよい。

半導体膜１５４となる酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比は、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎが３：１：１、３：１：２、３：１：４、１：１：０．５、１：１：１、１：１：２、１：３：１、１：３：２、１：３：４、１：３：６、１：６：２、１：６：４、１：６：６、１：６：８、１：６：１０、１：９：２、１：９：４、１：９：６、１：９：８、１：９：１０などとすればよい。元素Ｍは、例えば、アルミニウム、ガリウム、イットリウムまたはスズなどである。

酸化物半導体膜をスパッタリング法で成膜する場合、酸素を含む雰囲気で成膜する。例えば、雰囲気全体に占める酸素の割合を、１０ｖｏｌｕｍｅ％以上、好ましくは２０ｖｏｌｕｍｅ％以上、さらに好ましくは５０ｖｏｌｕｍｅ％以上、より好ましくは８０ｖｏｌｕｍｅ％以上とする。特に、雰囲気全体に占める酸素の割合を、１００ｖｏｌｕｍｅ％とすると好ましい。雰囲気全体に占める酸素の割合を、１００ｖｏｌｕｍｅ％とすると、半導体膜１５４となる酸化物半導体膜に含まれる、希ガスなどの不純物濃度を低減することができる。

半導体膜１５４となる酸化物半導体膜をスパッタリング法で成膜する場合、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の膜が形成される場合がある。例えば、亜鉛は、酸素を含む雰囲気で成膜すると、ターゲットの原子数比よりも膜の原子数比が小さくなりやすい場合がある。具体的には、ターゲットに含まれる亜鉛の原子数比の４０ａｔｏｍｉｃ％以上９０ａｔｏｍｉｃ％程度以下となる場合がある。また、例えば、インジウムは、酸素を含む雰囲気で成膜すると、ターゲットの原子数比よりも膜の原子数比が小さくなりやすい場合がある。

半導体膜１５４となる酸化物半導体膜を形成した後で、第１の加熱処理を行うと好ましい。第１の加熱処理は、７０℃以上４５０℃以下、好ましくは１００℃以上３００℃以下、さらに好ましくは１５０℃以上２５０℃以下で行えばよい。第１の加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気、または酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上、１ｖｏｌｕｍｅ％以上もしくは１０ｖｏｌｕｍｅ％以上含む雰囲気で行う。第１の加熱処理は減圧状態で行ってもよい。または、第１の加熱処理の雰囲気は、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、脱離した酸素を補うために酸化性ガスを０．００１ｖｏｌｕｍｅ％以上、１％以上または１０％以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。第１の加熱処理によって、半導体膜１５４となる酸化物半導体膜から水素や水などの不純物を除去することができる。また、第１の加熱処理によって、半導体膜１５４となる酸化物半導体膜の高純度真性化ができる。

［絶縁膜］
絶縁膜１１４および絶縁膜１１６には、ゲート絶縁膜１５３と同様の材料を適用することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である発光装置に適用することができる発光素子１３０について、図４を用いて説明する。

＜発光素子の構成＞
図４（Ａ）に示す発光素子１３０は、一対の電極（第１の電極１１８、第２の電極１２２）間にＥＬ層１２０が挟まれた構造を有する。なお、以下の本実施の形態の説明においては、例として、第１の電極１１８を陽極として用い、第２の電極１２２を陰極として用いるものとする。

また、ＥＬ層１２０は、少なくとも発光層を含んで形成されていればよく、発光層以外の機能層を含む積層構造であっても良い。発光層以外の機能層としては、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、バイポーラ性（電子及び正孔の輸送性の高い物質）の物質等を含む層を用いることができる。具体的には、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の機能層を適宜組み合わせて用いることができる。

図４（Ａ）に示す発光素子１３０は、第１の電極１１８と第２の電極１２２との間に生じた電位差により電流が流れ、ＥＬ層１２０において正孔と電子とが再結合し、発光するものである。つまりＥＬ層１２０に発光領域が形成されるような構成となっている。

なお、ＥＬ層１２０は図４（Ｂ）のように第１の電極１１８と第２の電極１２２との間に複数積層されていても良い。ｎ（ｎは２以上の自然数）層の積層構造を有する場合には、ｍ（ｍは自然数、ｍは１以上ｎ−１以下）番目のＥＬ層１２０と、（ｍ＋１）番目のＥＬ層１２０との間には、それぞれ電荷発生層１２０ａを設けることが好ましい。

電荷発生層１２０ａは、有機化合物と金属酸化物の複合材料、金属酸化物、有機化合物とアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物との複合材料の他、これらを適宜組み合わせて形成することができる。有機化合物と金属酸化物の複合材料としては、例えば、有機化合物と酸化バナジウムや酸化モリブデンや酸化タングステン等の金属酸化物を含む。有機化合物としては、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素等の低分子化合物、または、それらの低分子化合物を基本骨格としたオリゴマー、デンドリマー、ポリマー等など、種々の化合物を用いることができる。なお、有機化合物としては、正孔輸送性有機化合物として正孔移動度が１０^−６ｃｍ^２／Ｖｓ以上であるものを適用することが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。なお、電荷発生層１２０ａに用いるこれらの材料は、キャリア注入性、キャリア輸送性に優れているため、発光素子１３０の低電流駆動、および低電圧駆動を実現することができる。

なお、電荷発生層１２０ａは、有機化合物と金属酸化物の複合材料と他の材料とを組み合わせて形成してもよい。例えば、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、電子供与性物質の中から選ばれた一の化合物と電子輸送性の高い化合物とを含む層とを組み合わせて形成してもよい。また、有機化合物と金属酸化物の複合材料を含む層と、透明導電膜とを組み合わせて形成してもよい。

このような構成を有する発光素子１３０は、エネルギーの移動や消光などの問題が起こり難く、材料の選択の幅が広がることで高い発光効率と長い寿命とを併せ持つ発光素子とすることが容易である。また、一方の発光層で燐光発光、他方で蛍光発光を得ることも容易である。

なお、電荷発生層１２０ａとは、第１の電極１１８と第２の電極１２２に電圧を印加したときに、電荷発生層１２０ａに接して形成される一方のＥＬ層１２０に対して正孔を注入する機能を有し、他方のＥＬ層１２０に電子を注入する機能を有する。

図４（Ｂ）に示す発光素子１３０は、ＥＬ層１２０に用いる発光物質の種類を変えることにより様々な発光色を得ることができる。また、発光物質として発光色の異なる複数の発光物質を用いることにより、ブロードなスペクトルの発光や白色発光を得ることもできる。

図４（Ｂ）に示す発光素子１３０を用いて、白色発光を得る場合、複数のＥＬ層１２０の組み合わせとしては、赤、青及び緑色の光を含んで白色に発光する構成であればよく、例えば、青色の蛍光材料を発光物質として含む第１の発光層と、緑色と赤色の燐光材料を発光物質として含む第２の発光層を有する構成が挙げられる。また、赤色の発光を示す第１の発光層と、緑色の発光を示す第２の発光層と、青色の発光を示す第３の発光層とを有する構成とすることもできる。または、補色の関係にある光を発する発光層を有する構成であっても白色発光が得られる。発光層が２層積層された積層型素子において、第１の発光層から得られる発光の発光色と第２の発光層から得られる発光の発光色を補色の関係にする場合、補色の関係としては、青色と黄色、あるいは青緑色と赤色などが挙げられる。

なお、上述した積層型素子の構成において、積層される発光層の間に電荷発生層を配置することにより、電流密度を低く保ったまま、高輝度領域での長寿命素子を実現することができる。また、電極材料の抵抗による電圧降下を小さくできるので、大面積での均一な発光が可能となる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様を適用した発光装置を用いた電子機器の例について、図５を用いて説明する。

本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の発光装置を用いる。

発光装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図５に示す。

図５（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０２が組み込まれている。表示部７１０２では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様を適用した発光装置は、表示部７１０２に用いることができる。また、ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。リモコン操作機７１１１が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１１に、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図５（Ｂ）は、コンピュータの一例を示している。コンピュータ７２００は、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の発光装置をその表示部７２０３に用いることにより作製される。

図５（Ｃ）は、携帯型ゲーム機の一例を示している。携帯型ゲーム機７３００は、筐体７３０１ａ及び筐体７３０１ｂの二つの筐体で構成されており、連結部７３０２により、開閉可能に連結されている。筐体７３０１ａには表示部７３０３ａが組み込まれ、筐体７３０１ｂには表示部７３０３ｂが組み込まれている。また、図５（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、スピーカ部７３０４、記録媒体挿入部７３０５、操作キー７３０６、接続端子７３０７、センサ７３０８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、ＬＥＤランプ、マイクロフォン等を備えている。もちろん、携帯型ゲーム機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも表示部７３０３ａ、筐体７３０１ｂの両方、又は一方に本発明の一態様の発光装置を用いていればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図５（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型ゲーム機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図５（Ｃ）に示す携帯型ゲーム機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。

図５（Ｄ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機７４００は、筐体７４０１に組み込まれた表示部７４０２の他、操作ボタン７４０３、スピーカ７４０５、マイク７４０６などを備えている。なお、携帯電話機７４００は、本発明の一態様の発光装置を表示部７４０２に用いることにより作製される。

図５（Ｄ）に示す携帯電話機７４００は、表示部７４０２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを作成するなどの操作は、表示部７４０２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部７４０２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの二つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部７４０２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。

また、携帯電話機７４００内部に、ジャイロセンサ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機７４００の向き（縦か横か）を判断して、表示部７４０２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部７４０２を触れること、又は筐体７４０１の操作ボタン７４０３の操作により行われる。また、表示部７４０２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部７４０２の光センサで検出される信号を検知し、表示部７４０２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部７４０２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部７４０２に掌や指で触れ、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライト又は近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図５（Ｅ）は、二つ折り可能なタブレット型端末（開いた状態）の一例を示している。タブレット型端末７５００は、筐体７５０１ａ、筐体７５０１ｂ、表示部７５０２ａ、表示部７５０２ｂを有する。筐体７５０１ａと筐体７５０１ｂは、軸部７５０３により接続されており、該軸部７５０３を軸として開閉動作を行うことができる。また、筐体７５０１ａは、電源７５０４、操作キー７５０５、スピーカ７５０６等を備えている。なお、タブレット型端末７５００は、本発明の一態様の発光装置を表示部７５０２ａ、表示部７５０２ｂの両方、又は一方に用いることにより作製される。

表示部７５０２ａや表示部７５０２ｂは、少なくとも一部をタッチパネルの領域とすることができ、表示された操作キーにふれることでデータ入力をすることができる。例えば、表示部７５０２ａの全面にキーボードボタンを表示させてタッチパネルとし、表示部７５０２ｂを表示画面として用いることができる。

図５（Ｆ）は、リストバンド型の携帯表示装置の一例を示している。携帯表示装置７６００は、筐体７６０１、表示部７６０２、操作ボタン７６０３、及び送受信装置７６０４を備える。

携帯表示装置７６００は、送受信装置７６０４によって映像信号を受信可能で、受信した映像を表示部７６０２に表示することができる。また、音声信号を他の受信機器に送信することもできる。

また、操作ボタン７６０３によって、電源のＯＮ、ＯＦＦ動作や表示する映像の切り替え、または音声のボリュームの調整などを行うことができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

１０３ 絶縁層
１１４ 絶縁膜
１１６ 絶縁膜
１１８ 電極
１２０ ＥＬ層
１２０ａ 電荷発生層
１２２ 電極
１２４ 隔壁
１３０ 発光素子
１５０ ＴＦＴ層
１５１ トランジスタ
１５２ ゲート電極
１５３ ゲート絶縁膜
１５４ 半導体膜
１５５ａ ソース電極
１５５ｂ ドレイン電極
１５７ 導電層
１６２ 樹脂層
１６３ 絶縁層
１６４ 遮光層
１６５ カラーフィルタ層
１６６ カラーフィルタ
１６８ オーバーコート
１７１ 樹脂層
１７２ 樹脂層
９０２ 基板
９０３ 基板
１１７１ 樹脂層
１１７２ 樹脂層
４５０２ 表示部
４５０３ 駆動回路部
４５１８ ＦＰＣ
４５１９ 異方性導電膜
７１００ テレビジョン装置
７１０１ 筐体
７１０２ 表示部
７１０３ スタンド
７１１１ リモコン操作機
７２００ コンピュータ
７２０１ 本体
７２０２ 筐体
７２０３ 表示部
７２０４ キーボード
７２０６ ポインティングデバイス
７３００ 携帯型ゲーム機
７３０１ａ 筐体
７３０１ｂ 筐体
７３０２ 連結部
７３０３ａ 表示部
７３０３ｂ 表示部
７３０４ スピーカ部
７３０５ 記録媒体挿入部
７３０６ 操作キー
７３０７ 接続端子
７３０８ センサ
７４００ 携帯電話機
７４０１ 筐体
７４０２ 表示部
７４０３ 操作ボタン
７４０５ スピーカ
７４０６ マイク
７５００ タブレット型端末
７５０１ａ 筐体
７５０１ｂ 筐体
７５０２ａ 表示部
７５０２ｂ 表示部
７５０３ 軸部
７５０４ 電源
７５０５ 操作キー
７５０６ スピーカ
７６００ 携帯表示装置
７６０１ 筐体
７６０２ 表示部
７６０３ 操作ボタン
７６０４ 送受信装置

Claims (8)

1. 複数の発光素子が設けられた第１の基板と、
   前記第１の基板と対向する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に樹脂層を有し、
   前記樹脂層は、散乱部材を有し、
   前記散乱部材は、
   液晶状態を示す材料、または
   樹脂と、前記樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物
   である発光装置。
2. 複数の発光素子が設けられた第１の基板と、
   前記第１の基板と対向する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に、カラーフィルタ層と、樹脂層を有し、
   前記カラーフィルタ層から光が取り出される側に１００μｍ以下の領域に、前記樹脂層が設けられ、
   前記樹脂層は散乱部材を有し、
   前記散乱部材は、
   液晶状態を示す材料、または
   樹脂と、前記樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物
   である発光装置。
3. 請求項２において、
   前記カラーフィルタ層から光が取り出される側に１０μｍ以下の領域に、前記樹脂層が設けられる発光装置。
4. 請求項２において、
   前記カラーフィルタ層から光が取り出される側に１μｍ以下の領域に、前記樹脂層が設けられる発光装置。
5. 複数の発光素子が設けられた第１の基板と、
   前記第１の基板と対向する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に、
   前記第１の基板から前記第２の基板に順に、第１の樹脂層と、カラーフィルタ層と、第２の樹脂層と、が設けられ、
   前記第１の樹脂層および前記第２の樹脂層は散乱部材を有し、
   前記散乱部材は、
   液晶状態を示す材料、または
   樹脂と、前記樹脂と屈折率の異なる粒子の混合物
   である発光装置。
6. 請求項１乃至請求項５において、
   前記樹脂と屈折率の異なる前記粒子は、
   酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライトのいずれかを含む発光装置。
7. 請求項１乃至請求項６において、
   前記散乱部材を含む樹脂層、前記第１の散乱部材を含む樹脂層または前記第２の散乱部材を含む樹脂層は、ヘイズ値が５０％以下である発光装置。
8. 請求項１乃至請求項７において、
   解像度が２５０ｐｐｉ以上である発光装置。

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