JP2017130201A - 入力システム、および電子機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】新規な構成の入力システムおよび電子機器を提供すること。両手がふさがった状態であっても設定の変更が可能な電子機器を提供すること。
【解決手段】瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、前記撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、を有し、前記瞳の形状の変化に応じた設定の変更を行う入力システムおよび電子機器とする。手動で操作する手段とは異なる手段で設定の変更を行い、表示に反映することができる。
【選択図】図６

Description

本発明の一態様は、入力システム、および電子機器に関する。
なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
なお、本明細書等において、電子機器は、電気的特性を利用することで機能しうる機器等を指す。一例としては、表示装置、撮像装置等の電気的特性を利用することで機能する装置を有する機器は電子機器である。
ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ：Ｈｅａｄ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ）の開発が盛んである。ＨＭＤで表示される映像は、頭部の傾きに基づいて表示される（例えば特許文献１、２を参照）。
特開２０１５−５５６３８号公報 特開２０１５−１９２６９７号公報
映像をＨＭＤで観察しながら、視野のズームアップ（またはズームアウト）を試みる場合、カメラの倍率等を再設定する必要がある。しかしながらＨＭＤを装着しながら、作業用の工具または鉗子等の術具等を所持して作業を行う場合、一旦手にしていた道具を手放して操作することになる。そのため、設定を変更する度に作業が中断し、著しく作業の効率が落ちる。
そこで、両手がふさがった状態であっても設定の変更が可能な、新規な構成の入力システム、および電子機器を提供することを課題の一とする。または、新規な構成の入力システム、および電子機器を提供することを課題の一とする。
なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
本発明の一態様は、瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、を有し、瞳の形状の変化に応じた設定の変更を行う入力システムである。
本発明の一態様は、瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、瞳の形状の変化に応じた設定の変更に基づく表示データを演算する機能を有する演算装置と、表示データに応じた表示を行う機能を有する表示装置と、を有する電子機器である。
本発明の一態様は、瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、頭部の動きを検出する機能を有する加速度センサと、頭部の動きと、瞳の形状の変化に応じた設定の変更と、に基づく表示データを演算する機能を有する演算装置と、表示データに応じた表示を行う機能を有する表示装置と、を有する電子機器である。
本発明の一態様において、表示装置は、発光素子を有する電子機器が好ましい。
本発明の一態様において、表示装置は、液晶素子を有する電子機器が好ましい。
本発明の一態様において、表示装置は、網膜走査型の投影装置である電子機器が好ましい。
なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。
本発明の一態様は、両手がふさがった状態であっても設定の変更が可能な、新規な構成の入力システム、および電子機器を提供することができる。または、新規な構成の入力システム、および電子機器を提供することができる。
なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び／又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明するブロック図。 眼球を説明する図。 電子機器を説明するブロック図。 電子機器を説明するブロック図。 電子機器を説明するフローチャート。 電子機器を説明するフローチャート。 眼球の動きを説明する図。 使用者の視線と仮想空間における表示領域との関係を説明する図。 使用者の視線と仮想空間における表示領域との関係を説明する図。 使用者の視線と仮想空間における表示領域との関係を説明する図。 使用者の視線と仮想空間における表示領域との関係を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 表示装置の一例を説明する図。 表示装置の一例を説明する図。 駆動回路の構成例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 トランジスタの一例を説明する図。 エネルギーバンド構造を説明する図。 表示装置の一例を説明する図。 表示装置の一例を説明する図。 表示モジュールの一例を説明する図。 電子機器の一例を説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、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、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
また、図面において、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
本明細書等における「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲において異なる序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、ソースおよびドレインの機能は、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、動作条件などによって互いに入れ替わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。このため、本明細書においては、ソースおよびドレインの用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に記載されているものとする。
また、本明細書等において、「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。よって、「電気的に接続する」と表現される場合であっても、現実の回路においては、物理的な接続部分がなく、配線が延在しているだけの場合もある。
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域（「チャネル形成領域」ともいう。）における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅が大きくなる。
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
また、本明細書等に示すトランジスタは、明示されている場合を除き、エンハンスメント型（ノーマリーオフ型）の電界効果トランジスタとする。
なお、半導体の不純物とは、例えば、半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。不純物が含まれることにより、例えば、半導体のＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅｓ）が高くなることや、キャリア移動度が低下することや、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、および酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。酸化物半導体の場合、例えば水素などの不純物の混入によって酸素欠損を形成する場合がある。また、半導体がシリコンである場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
また、本明細書において、「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、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」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、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
また、本明細書において、フォトリソグラフィ工程を行った後にエッチング工程を行う場合は、特段の説明がない限り、フォトリソグラフィ工程で形成したレジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。
また、本明細書等において、高電源電位ＶＤＤ（以下、単に「ＶＤＤ」または「Ｈ電位」ともいう。）とは、低電源電位ＶＳＳよりも高い電位の電源電位を示す。また、低電源電位ＶＳＳ（以下、単に「ＶＳＳ」または「Ｌ電位」ともいう。）とは、高電源電位ＶＤＤよりも低い電位の電源電位を示す。また、接地電位をＶＤＤまたはＶＳＳとして用いることもできる。例えばＶＤＤが接地電位の場合には、ＶＳＳは接地電位より低い電位であり、ＶＳＳが接地電位の場合には、ＶＤＤは接地電位より高い電位である。
また、一般に「電圧」とは、ある電位と基準の電位（例えば、接地電位（ＧＮＤ電位）またはソース電位など）との電位差のことを示す場合が多い。また、「電位」は相対的なものであり、基準となる電位によって配線等に与える電位が変化する場合がある。よって「電圧」と「電位」は互いに言い換えることが可能な場合がある。なお、本明細書等では、明示される場合を除き、ＶＳＳを基準の電位とする。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書において、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）
本発明の一態様の電子機器および入力システムについて、図面を用いて説明する。電子機器は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）として用いることができる。
＜外観＞
図１は、電子機器の外観の一例である。説明のため、図中ではＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を図示している。
電子機器１００は、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０および表示装置１５０を有する。
撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０および表示装置１５０は、例えば筐体１１０内に設けることができる。
筐体１１０内では、Ｙ方向に設けた開口１１２において眼球と向き合うように、表示装置１５０および撮像装置１２０が設けられる。
撮像装置１２０は、瞳の形状を撮像可能な撮像素子を有するカメラを用いることができる。黒目、白目が目蓋から露出した部分の形状は、輪郭がはっきりしているため、高性能な撮像素子を用いなくても瞳の形状の検出が可能である。
検出装置１３０は、撮像装置１２０で撮像した瞳の形状をもとに、瞳の形状の変化を検出する。例えば、目蓋と強膜（白目）の境界、または目蓋と角膜（例えば、黒目）の境界、の情報から瞳の形状の変化を検出する。なお検出装置１３０における瞳の形状の変化の検出は、画像処理や演算処理を伴うものであるため、瞳の形状の変化の算出という場合がある。
演算装置１４０は、瞳の形状の変化に応じた設定の変更に基づく表示データを生成する。あるいは演算装置１４０は、頭部の動きと、瞳の形状の変化と、に応じた設定の変更に基づく表示データを生成する。なお演算装置１４０における表示データの生成はプロセッサ等の回路での処理を伴うため、表示データを演算して生成するという場合がある。
表示装置１５０は、ＥＬ表示装置、液晶表示装置を用いることができる。表示面を球面状とし、眼球を覆うように表示面が配置できる表示装置が好ましい。
このような構成にすることで、両手がふさがった状態であっても設定の変更を行う電子機器、および入力システムとすることができる。
図１に示す電子機器１００は、図２（Ａ）乃至（Ｃ）の構成とすることもできる。
図２（Ａ）に示す電子機器１００Ａは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒを有する。セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒによって左右の目で視認する表示を異ならせることで、両眼視差を生じさせることができる。この両眼視差によって、使用者に立体的な視認を感じさせることができる。
図２（Ｂ）に示す電子機器１００Ｂは、撮像装置１２０Ｌ、１２０Ｒ、検出装置１３０Ｌ、１３０Ｒ、演算装置１４０、セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒを有する。図２（Ａ）と同様に、両眼視差によって、使用者に立体的な視認を感じさせることができる。両方の瞳の形状の変化を別々に検出することができる。
図２（Ｃ）に示す電子機器１００Ｃは、図２（Ｂ）と同様に、撮像装置１２０Ｌ、１２０Ｒ、検出装置１３０Ｌ、１３０Ｒ、演算装置１４０、セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒを有する。図２（Ｂ）と異なる点は、演算装置１４０を表示装置１５０Ｒの裏側から筐体の側面に配置した点である。当該構成とすることで、筐体１１０の先端側に装置が集中し、重心が偏ることを抑制することができる。
図３（Ａ）、（Ｂ）は、使用者が図１に示す電子機器１００を装着した際の一例を示す図である。
図３（Ａ）は、筐体１１０を装着した使用者をＸ方向から見た図である。図３（Ａ）において、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０および表示装置１５０を有する筐体１１０の他、使用者の眼球１６０、筐体１１０を頭部に固定するためのスピーカー部１６１、および固定具１６２、１６３を図示している。スピーカー部１６１、固定具１６２、１６３は、頭部に筐体１１０を固定するためのものである。そのため、バンド型形状の固定具に限らず、別の構成としてもよい。
図３（Ｂ）は、筐体１１０を装着した使用者をＺ方向から見た図である。図３（Ｂ）では、図３（Ａ）と同様に、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０および表示装置１５０を有する筐体１１０の他、使用者の眼球１６０、筐体１１０を頭部に固定するためのスピーカー部１６１、および固定具１６２、１６３を図示している。
図１に示す電子機器１００は、図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）の構成とすることもできる。図４（Ａ）、（Ｂ）、図５（Ａ）、（Ｂ）は、図１に示す電子機器１００に、頭部の傾きを検出するための加速度センサを取り付けた例である。
図４（Ａ）、（Ｂ）は、加速度センサを筐体１１０に備えた電子機器を装着した際の一例を示す図である。図４（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）と同様に、特定の方向から見た図である。
図４（Ａ）、（Ｂ）に図示するように加速度センサ１８０は、筐体１１０内に設ける構成とすることができる。加速度センサ１８０は筐体１１０の傾きを検知し、筐体１１０の傾きに連動する頭部の傾きを検知することができる。
図５（Ａ）、（Ｂ）は、加速度センサを筐体１１０外部に備えた電子機器を装着した際の一例を示す図である。図５（Ａ）、（Ｂ）は、図３（Ａ）、（Ｂ）と同様に、特定の方向から見た図である。
なお頭部の傾きの検出は、加速度センサに限らない。例えば筐体１１０の外側に取り付けた撮像装置等によって周辺環境を撮像し、周辺環境の画像の変化に応じて、頭部の傾き等を検出する構成としてもよい。
図５（Ａ）、（Ｂ）に図示するように加速度センサ１８０Ａ，１８０Ｂは、筐体１１０外部の固定具１６２、１６３に設ける構成とすることができる。加速度センサ１８０Ａ，１８０Ｂは頭部の傾きを検知することができる。
＜ブロック図＞
図６は、電子機器１００のブロック図を表している。図６のブロック図において、電子機器１００は、図１と同様に、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０および表示装置１５０を有する。
撮像装置１２０は、撮像可能な撮像素子を有するカメラで、瞳の形状を撮像する。瞳の形状の撮像データは検出装置１３０に出力される。撮像装置１２０は、確実に瞳の形状を撮像できるように、傾き等を調整できる機構を備えていてもよい。
検出装置１３０は、瞳の形状の撮像データをもとに、瞳の形状の変化を検出する。瞳の形状の変化のデータは、演算装置１４０に出力される。
例えば、図７（Ａ）に撮像する眼球１６０を図示する。眼球１６０において目として視認される領域は、角膜１７１（例えば、黒目）と、強膜１７２（白目）と、である。目の周辺には、目蓋１７０があり、眼球１６０を保護している。
視線の動きは、例えば図７（Ｂ）に示すように、角膜１７１および強膜１７２を含む撮像領域１７３で水平方向に走査していき（図中、矢印１７４の方向）、目蓋１７０と強膜１７２、または目蓋１７０と角膜１７１との境界を特定して判断する。目蓋１７０と強膜１７２、または目蓋１７０と角膜１７１の境界は、明暗がはっきりしているため、高性能な撮像素子を用いなくても瞳の形状の検出が可能である。
演算装置１４０は、瞳の形状の変化のデータをもとに、カメラの倍率等の設定の変更に基づく表示データを生成する。なお表示データは、変更された設定に加えて、加速度センサ等の他のデータをもとに生成され、表示装置１５０に出力される。
図８（Ａ）は、図２（Ａ）の電子機器１００Ａに対応するブロック図である。図８（Ａ）に示す電子機器１００Ａは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒを有する。演算装置１４０で生成される表示データは、表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒに異なるデータとして出力される。
図８（Ｂ）は、図２（Ｂ）の電子機器１００Ｂに対応するブロック図である。図８（Ｂ）に示す電子機器１００Ｂは、撮像装置１２０Ｌ、１２０Ｒ、検出装置１３０Ｌ、１３０Ｒ、演算装置１４０、セパレータ１１１、および表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒを有する。撮像装置１２０Ｌで生成される撮像データは、検出装置１３０Ｌに出力される。撮像装置１２０Ｒで生成される撮像データは、検出装置１３０Ｒに出力される。演算装置１４０で生成される表示データは、表示装置１５０Ｌ、１５０Ｒに異なるデータとして出力される。
図９（Ａ）は、図４（Ａ）、（Ｂ）の電子機器に対応するブロック図である。図９（Ａ）に示す電子機器１００Ｄは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、セパレータ１１１、表示装置１５０、および加速度センサ１８０を有する。加速度センサ１８０で得られる頭部の傾きに関するデータは、演算装置１４０に出力される。
図９（Ｂ）は、図５（Ａ）、（Ｂ）の電子機器に対応するブロック図である。図９（Ｂ）に示す電子機器１００Ｅは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、セパレータ１１１、表示装置１５０、および加速度センサ１８０Ａ、１８０Ｂを有する。加速度センサ１８０Ａ、１８０Ｂで得られる頭部の傾きに関するデータは、演算装置１４０に出力される。
このような構成にすることで、視線の動きに応じて頭部の傾きの変化を予測し、予測された傾きの変化に対応する表示データを生成することができる。そのため、実際の頭部の動きよりも前に表示データを生成することができ、頭部の傾きに応じた表示をリアルタイムに行うことができる。
＜フローチャート＞
図１０は、電子機器１００の動作例、および入力システムを説明するフローチャートである。
ステップＳ１０では、目の形状（例えば、開き具合）に応じた設定について、初期設定を行う。例えば、目の開き具合が通常の状態であれば設定の変更を行わない、または目の開き具合が目を見開いた状態であれば表示領域を広げ、表示装置の大きさにあわせて縮小して表示するよう設定変更を行う、または目の開き具合が目を細めた状態であれば表示領域を狭めて、表示装置の大きさにあわせて拡大して表示するよう設定変更を行う、または目を閉じた状態であれば表示を行わない設定変更を行う、といった具合である。
ステップＳ１１では、目の開き具合を撮像する。目の開き具合の撮像は、例えば撮像装置によって行う。このとき、瞬き等、目の開き具合は常に変化するものの、一定期間継続して変化し続ける等でなければ、開き具合に変化がないものとする。
撮像装置１２０で目の開き具合を撮像し、検出装置１３０で目の開き具合の変化を観察する。ステップＳ１２では、目の開き具合が、予め設定した状態から変化したかどうかの判断を行う。またステップＳ１３では、目の開き具合の変化を、一定期間検出したか否かの判断を行う。目の開き具合の変化を検出し、該変化が一定期間継続して検出される場合、ステップＳ１４の動作を行う。それ以外、例えば目の開き具合の変化を検出しない、または目の開き具合の変化が一定期間継続して検出されない場合、ステップＳ１１の動作を行う。
ステップＳ１４では、目の開き具合の変化があれば、表示されている表示データの設定の変更を行う。目の開き具合の変化に応じた設定の変更を、表示データに反映させる。
また図１１は、図１０とは異なる、電子機器１００の動作例を説明するフローチャートである。
ステップＳ２１では、目の形状（例えば、開き具合）に応じた設定によって表示を行う。
ステップＳ２２では、目の開き具合を撮像することで、目を閉じたか否かの判断を行う。目を閉じたことを検出し、該変化が一定期間継続して検出される場合、ステップＳ２３の動作を行う。それ以外、例えば目を閉じていないと判断し、ステップＳ２１の動作を行う。
ステップＳ２３では、目を閉じていれば、表示されている表示データの生成、出力を停止し、表示装置による表示を停止する。ステップＳ２３を経ることで、使用者が表示を視認していない期間、表示装置での表示を一時的に停止することができるため、低消費電力化を図ることができる。
ステップＳ２４では、目の開き具合を撮像することで、目を開いたか否かの判断を行う。目を開いたことを検出し、該変化が一定期間継続して検出される場合、ステップＳ２５の動作を行う。それ以外、例えば目を開いていないと判断し、ステップＳ２３の動作を行う。
ステップＳ２５では、目を開いていれば、表示されている表示データの生成、出力を再開し、表示装置による表示を再開する。このとき、表示装置の表示は、段階的に輝度等の明るさが元の表示データになるように設定することで、使用者が感じる眩しさ等を軽減することができる。
＜動作例＞
図１２乃至図１６では、動作例について説明する。
図１２は、動作を説明するために目の開き具合について説明する図である。また、角膜１７１と、強膜１７２および目蓋１７０を図示している。目の開き具合が通常の状態の場合、図１２では眼球１６０の状態として図示している。目の開き具合が見開いた状態の場合、図１２では眼球１６０Ｂの状態として図示している。目の開き具合が細めた状態の場合、図１２では眼球１６０Ｍの状態として図示している。目が閉じた状態の場合、図１２では眼球１６０Ｃの状態として図示している。
図１３は、電子機器を装着する使用者の頭部、視認する仮想空間、および表示装置による表示領域の関係を示す図である。図１３では、電子機器を使用者が装着した場合、仮想空間１５１、表示領域１５２、眼球１６０を図示している。なお図１３において、使用者が装着する電子機器における筐体等の構成は、図示を省略している。
次いで図１４乃至図１６では、目の開き具合に応じた設定の変更に基づく表示データの変化について目の開き具合と併せた具体的な動作を示して説明する。なお図１４乃至図１６では、図１３と同様に、仮想空間１５１、表示領域１５２、眼球１６０の関係を図示している。
図１４（Ａ）は、眼球１６０から眼球１６０Ｂとなるように目の開き具合を変化させる状態を表している。この状態では、電子機器における撮像装置が眼球１６０から眼球１６０Ｂへの目を見開く変化を検出し、該変化に応じた設定の変更による表示データを演算する。
図１４（Ｂ）は、仮想空間１５１における表示領域１５２を正面に視線を向けて視認している使用者の目の開き具合の変化（眼球１６０から眼球１６０Ｂとなる変化）に応じた設定の変更による表示データの表示領域の変化を表している。図１４（Ｂ）では、元の状態で表示領域１５２の表示をしていた状態から、表示領域１５５に領域を広げて表示を行う様子を表している。
図１５（Ａ）は、眼球１６０から眼球１６０Ｍとなるように目の開き具合を変化させる状態を表している。この状態では、電子機器における撮像装置が眼球１６０から眼球１６０Ｍへの目を細める変化を検出し、該変化に応じた設定の変更による表示データを演算する。
図１５（Ｂ）は、仮想空間１５１における表示領域１５２を正面に視線を向けて視認している使用者の目の開き具合の変化（眼球１６０から眼球１６０Ｍとなる変化）に応じた設定の変更による表示データの表示領域の変化を表している。図１５（Ｂ）では、元の状態で表示領域１５２の表示をしていた状態から、表示領域１５４に領域を狭めて表示を行う様子を表している。
図１６（Ａ）は、眼球１６０から眼球１６０Ｃとなるように目の開き具合を変化させる状態を表している。この状態では、電子機器における撮像装置が眼球１６０から眼球１６０Ｃへの目を閉じる変化を検出し、該変化に応じた設定の変更による表示データを演算する。
図１６（Ｂ）は、仮想空間１５１における表示領域１５２を正面に視線を向けて視認している使用者の目の開き具合の変化（眼球１６０から眼球１６０Ｃとなる変化）に応じた設定の変更による表示データの表示領域の変化を表している。図１６（Ｂ）では、元の状態で表示領域１５２の表示をしていた状態から、表示を行わない様子を表している。なお使用者の目の開き具合の変化は、図１６（Ｃ）に図示するように片目の変化であってもよい。
以上のように目の形状を検出し、表示の設定の変更に反映させることで、両手がふさがった状態であっても設定の変更が可能な入力システム、および電子機器を提供することができる。
＜変形例＞
図１７乃至図２０では、図１で示した電子機器とは異なる構成例について説明する。
図１７（Ａ）に示す電子機器１００Ｊは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、表示装置１５０、および照明装置１９０を有する。照明装置１９０が射出する光で左右の眼球を照らすことで、撮像装置１２０で眼球の様子を撮像しやすくすることができる。なお照明装置１９０が射出する光は可視光に限らない。表示装置１５０の視認に影響を与えない光、例えば赤外光などの他の波長の光であってもよい。
図１７（Ｂ）に示す電子機器１００Ｈは、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、表示装置１５０、および光学装置１９１を有する。光学装置１９１を介して表示装置１５０を視認する構成とすることで、表示を視認しやすくすることができる。撮像装置１２０は、眼球の様子を撮像しやすくするように光学装置１９１よりも手前（眼球側）に配置する構成とすることができる。
電子機器は、網膜走査型の電子機器であってもよい。図１８（Ａ）、（Ｂ）に示す電子機器２００は、網膜走査型の電子機器の一例である。
図１８（Ａ）に示す電子機器２００は、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、および投影装置１５３を有する。図１８（Ａ）に示す電子機器２００は、図１８（Ｂ）に図示する眼鏡のレンズ２１０およびテンプル２２０に固定し、表示を視認することができる。
図１９（Ａ）に示す電子機器１００Ｆは、筐体１１０と、表示部を有する別の電子機器１１３と、を組み合わせて用いる構成である。電子機器１１３は、スマートフォン等の情報端末である。図１９（Ｂ）に示す電子機器１１３は、図１の電子機器１００同様、撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０、および表示装置１５０を有する。なお電子機器１１３が有する撮像装置１２０、検出装置１３０、および／または演算装置１４０は、電子機器１１３とは別に筐体内に予め設け、通信手段等によって表示データや撮像データ等を送受信する構成としてもよい。なお検出装置１３０は、ハードウェアとして内蔵されていなくてもよく、ソフトウェア等としてメモリ等に記憶されている構成でもよい。この場合演算装置１４０を検出装置１３０として用いることができる。
図２０（Ａ）に示す電子機器１００Ｋは、図１の電子機器１００の変形例であり、曲面を有する表示装置１５０ＢＥを有する。また図２０（Ｂ）に示す電子機器１００Ｉは、図２（Ｂ）の電子機器１００の変形例であり、左右に曲面を有する表示装置１５０ＢＥを有する。曲面を有する表示装置１５０ＢＥとすることで、より臨場感の高い表示を行うことができる。
図１７乃至図２０に示す構成においても、図１と同様に撮像装置１２０、検出装置１３０、演算装置１４０の他、表示を視認するための表示装置１５０または投影装置１５３を有する。このような構成にすることで、視線の動きに応じて頭部の傾きの変化を予測し、予測された傾きの変化に対応する表示データを生成することができる。そのため、実際の頭部の動きよりも前に表示データを生成することができ、頭部の傾きに応じた表示をリアルタイムに行うことができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、表示装置１５０の一例について説明する。図２１（Ａ）は、表示装置５００の構成例を説明するブロック図である。
図２１（Ａ）に示す表示装置５００は、駆動回路５１１、駆動回路５２１ａ、駆動回路５２１ｂ、および表示領域５３１を有している。なお、駆動回路５１１、駆動回路５２１ａ、および駆動回路５２１ｂをまとめて「駆動回路」または「周辺駆動回路」という場合がある。
駆動回路５２１ａ、駆動回路５２１ｂは、例えば走査線駆動回路として機能できる。また、駆動回路５１１は、例えば信号線駆動回路として機能できる。なお、駆動回路５２１ａ、および駆動回路５２１ｂは、どちらか一方のみとしてもよい。また、表示領域５３１を挟んで駆動回路５１１と向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。
また、図２１（Ａ）に例示する表示装置５００は、各々が略平行に配設され、且つ、駆動回路５２１ａ、および／または駆動回路５２１ｂによって電位が制御されるｐ本の配線５３５と、各々が略平行に配設され、且つ、駆動回路５１１によって電位が制御されるｑ本の配線５３６と、を有する。さらに、表示領域５３１はマトリクス状に配設された複数の画素５３２を有する。画素５３２は、画素回路５３４および表示素子を有する。
また、３つの画素５３２を１つの画素として機能させることで、フルカラー表示を実現することができる。３つの画素５３２は、それぞれが赤色光、緑色光、または青色光の、透過率、反射率、または発光光量などを制御する。なお、３つの画素５３２で制御する光の色は赤、緑、青の組み合わせに限らず、黄、シアン、マゼンタであってもよい。
また、赤色光、緑色光、青色光を制御する画素に、白色光を制御する画素５３２を加えて、４つの画素５３２をまとめて１つの画素として機能させてもよい。白色光を制御する画素５３２を加えることで、表示領域の輝度を高めることができる。また、１つの画素として機能させる画素５３２を増やし、赤、緑、青、黄、シアン、およびマゼンタを適宜組み合わせて用いることにより、再現可能な色域を広げることができる。
画素を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、「２Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置５００を実現することができる。また、例えば、画素を３８４０×２１６０のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置５００を実現することができる。また、例えば、画素を７６８０×４３２０のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置５００を実現することができる。画素を増やすことで、１６Ｋや３２Ｋの解像度で表示可能な表示装置５００を実現することも可能である。
ｇ行目の配線５３５＿ｇ（ｇは１以上ｐ以下の自然数。）は、表示領域５３１においてｐ行ｑ列（ｐ、ｑは、ともに１以上の自然数。）に配設された複数の画素５３２のうち、ｇ行に配設されたｑ個の画素５３２と電気的に接続される。また、ｈ列目の配線５３６＿ｈ（ｈは１以上ｑ以下の自然数。）は、ｐ行ｑ列に配設された画素５３２のうち、ｈ列に配設されたｐ個の画素５３２に電気的に接続される。
〔表示素子〕
表示装置５００は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子の一例としては、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、または、有機物及び無機物を含むＥＬ素子）、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、グレーティングライトバルブ（ＧＬＶ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、ＤＭＳ（デジタル・マイクロ・シャッター）、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）、ＩＭＯＤ（インターフェロメトリック・モジュレーション）素子、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子、など、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。
ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）又はＳＥＤ方式平面型ディスプレイ（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。量子ドットを用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。電子インク、電子粉流体（登録商標）、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。表示装置はプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）であってもよい。表示装置は網膜走査型の投影装置であってもよい。
なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
なお、ＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するｐ型ＧａＮ半導体層などを設けて、ＬＥＤを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体層との間に、ＡｌＮ層を設けてもよい。なお、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体層は、ＭＯＣＶＤで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。
図２１（Ｂ）、図２１（Ｃ）、図２２（Ａ）、および図２２（Ｂ）は、画素５３２に用いることができる回路構成例を示している。
〔発光表示装置用画素回路の一例〕
図２１（Ｂ）に示す画素回路５３４は、トランジスタ４６１と、容量素子４６３と、トランジスタ４６８と、トランジスタ４６４と、を有する。また、図２１（Ｂ）に示す画素回路５３４は、表示素子として機能できる発光素子４２６と電気的に接続されている。
トランジスタ４６１のソース電極およびドレイン電極の一方は、配線５３６＿ｈに電気的に接続される。さらに、トランジスタ４６１のゲート電極は、配線５３５＿ｇに電気的に接続される。配線５３６＿ｈからはビデオ信号が供給される。
トランジスタ４６１は、ビデオ信号のノード４６５への書き込みを制御する機能を有する。
容量素子４６３の一対の電極の一方は、ノード４６５に電気的に接続され、他方は、ノード４６７に電気的に接続される。また、トランジスタ４６１のソース電極およびドレイン電極の他方は、ノード４６５に電気的に接続される。
容量素子４６３は、ノード４６５に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
トランジスタ４６８のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電気的に接続され、他方はノード４６７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４６８のゲート電極は、ノード４６５に電気的に接続される。
トランジスタ４６４のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線Ｖ０に電気的に接続され、他方はノード４６７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４６４のゲート電極は、配線５３５＿ｇに電気的に接続される。
発光素子４２６のアノードまたはカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続され、他方は、ノード４６７に電気的に接続される。
発光素子４２６としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）などを用いることができる。ただし、発光素子４２６としては、これに限定されず、例えば無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。
例えば、電位供給線ＶＬ＿ａまたは電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。
図２１（Ｂ）の画素回路５３４を有する表示装置５００では、駆動回路５２１ａ、および／または駆動回路５２１ｂにより各行の画素５３２を順次選択し、トランジスタ４６１、およびトランジスタ４６４をオン状態にしてビデオ信号をノード４６５に書き込む。
ノード４６５にデータが書き込まれた画素５３２は、トランジスタ４６１、およびトランジスタ４６４がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、ノード４６５に書き込まれたデータの電位に応じてトランジスタ４６８のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、発光素子４２６は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
また、図２２（Ａ）に示すように、トランジスタ４６１、トランジスタ４６４、およびトランジスタ４６８として、バックゲートを有するトランジスタを用いてもよい。図２２（Ａ）に示すトランジスタ４６１、およびトランジスタ４６４は、ゲートがバックゲートと電気的に接続されている。よって、ゲートとバックゲートが常に同じ電位となる。また、トランジスタ４６８はバックゲートがノード４６７と電気的に接続されている。よって、バックゲートがノード４６７と常に同じ電位となる。
〔液晶表示装置用画素回路の一例〕
図２１（Ｃ）に示す画素回路５３４は、トランジスタ４６１と、容量素子４６３と、を有する。また、図２１（Ｃ）に示す画素回路５３４は、表示素子として機能できる液晶素子４６２と電気的に接続されている。
液晶素子４６２の一対の電極の一方の電位は、画素回路５３４の仕様に応じて適宜設定される。例えば、液晶素子４６２の一対の電極の一方に、共通の電位（コモン電位）を与えてもよいし、容量線ＣＬと同電位としてもよい。また、液晶素子４６２の一対の電極の一方に、画素５３２毎に異なる電位を与えてもよい。液晶素子４６２の一対の電極の他方はノード４６６に電気的に接続されている。液晶素子４６２は、ノード４６６に書き込まれるデータにより配向状態が設定される。
液晶素子４６２を備える表示装置の駆動方法としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡモード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＭＶＡモード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＩＰＳモード、ＦＦＳモード、またはＴＢＡ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｂｅｎｄ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどを用いてもよい。また、表示装置の駆動方法としては、上述した駆動方法の他、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。ただし、これに限定されず、液晶素子およびその駆動方式として様々なものを用いることができる。
表示素子として、液晶素子を用いる場合、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
また、配向膜を用いないブルー相（Ｂｌｕｅ Ｐｈａｓｅ）を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、かつ、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。
また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。
また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。
ｇ行ｈ列目の画素回路５３４において、トランジスタ４６１のソース電極およびドレイン電極の一方は、配線５３６＿ｈに電気的に接続され、他方はノード４６６に電気的に接続される。トランジスタ４６１のゲート電極は、配線５３５＿ｇに電気的に接続される。配線５３６＿ｈからはビデオ信号が供給される。トランジスタ４６１は、ノード４６６へのビデオ信号の書き込みを制御する機能を有する。
容量素子４６３の一対の電極の一方は、特定の電位が供給される配線（以下、容量線ＣＬ）に電気的に接続され、他方は、ノード４６６に電気的に接続される。なお、容量線ＣＬの電位の値は、画素回路５３４の仕様に応じて適宜設定される。容量素子４６３は、ノード４６６に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
例えば、図２１（Ｃ）の画素回路５３４を有する表示装置５００では、駆動回路５２１ａ、および／または駆動回路５２１ｂにより各行の画素回路５３４を順次選択し、トランジスタ４６１をオン状態にしてノード４６６にビデオ信号を書き込む。
ノード４６６にビデオ信号が書き込まれた画素回路５３４は、トランジスタ４６１がオフ状態になることで保持状態になる。これを行毎に順次行うことにより、表示領域５３１に画像を表示できる。
また、図２２（Ｂ）に示すように、トランジスタ４６１にバックゲートを有するトランジスタを用いてもよい。図２２（Ｂ）に示すトランジスタ４６１は、ゲートがバックゲートと電気的に接続されている。よって、ゲートとバックゲートが常に同じ電位となる。
〔周辺回路の構成例〕
図２３（Ａ）に駆動回路５１１の構成例を示す。駆動回路５１１は、シフトレジスタ５１２、ラッチ回路５１３、およびバッファ５１４を有する。また、図２３（Ｂ）に駆動回路５２１ａの構成例を示す。駆動回路５２１ａは、シフトレジスタ５２２、およびバッファ５２３を有する。駆動回路５２１ｂも駆動回路５２１ａと同様の構成とすることができる。
シフトレジスタ５１２およびシフトレジスタ５２２にはスタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＬＫなどが入力される。
本実施の形態は、他の実施の形態など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３）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した電子機器に用いることができるトランジスタの構造例を説明する。
本発明の一態様の電子機器は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図２４（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ４１０の断面図である。トランジスタ４１０は、基板２７１上に絶縁層２７２を介して電極２４６を有する。また、電極２４６上に絶縁層２２６を介して半導体層２４２を有する。電極２４６はゲート電極として機能できる。絶縁層２２６はゲート絶縁層として機能できる。
また、半導体層２４２のチャネル形成領域上に絶縁層２２２を有する。また、半導体層２４２の一部と接して、絶縁層２２６上に電極２４４ａおよび電極２４４ｂを有する。電極２４４ａの一部、および電極２４４ｂの一部は、絶縁層２２２上に形成される。
絶縁層２２２は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層２２２を設けることで、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に、半導体層２４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
また、トランジスタ４１０は、電極２４４ａ、電極２４４ｂおよび絶縁層２２２上に絶縁層２２８を有し、絶縁層２２８の上に絶縁層２２９を有する。
なお、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの、少なくとも半導体層２４２と接する部分に、半導体層２４２の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層２４２中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ＋層）となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。酸化物半導体から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
半導体層２４２にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極２４４ａおよび電極２４４ｂと半導体層２４２の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
半導体層２４２にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層２４２と電極２４４ａの間、および半導体層２４２と電極２４４ｂの間に、ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層を設けることが好ましい。ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。
絶縁層２２９は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層２２９を省略することもできる。
なお、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層２２９の形成前または形成後、もしくは絶縁層２２９の形成前後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層２２９や他の絶縁層中に含まれる酸素を半導体層２４２中に拡散させ、半導体層２４２中の酸素欠損を補填することができる。または、絶縁層２２９を加熱しながら成膜することで、半導体層２４２中の酸素欠損を補填することができる。
図２４（Ａ２）に示すトランジスタ４１１は、絶縁層２２９上にバックゲートとして機能できる電極２２３を有する点がトランジスタ４１０と異なる。電極２２３は、電極２４６と同様の材料および方法で形成することができる。
＜バックゲートについて＞
一般に、バックゲートは導電層で形成される。ゲートとバックゲートは、両者で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。バックゲートはゲートと同様に機能させることができる。バックゲートの電位は、ゲートと同電位としてもよいし、ＧＮＤ電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲートの電位をゲートと連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
電極２４６および電極２２３は、どちらもゲートとして機能することができる。よって、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極２２３は、絶縁層２２８と絶縁層２２９の間に設けてもよい。
なお、電極２４６または電極２２３の一方を、「ゲート」または「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート」または「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ４１１において、電極２２３を「ゲート電極」と言う場合、電極２４６を「バックゲート電極」と言う。なお、電極２２３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ４１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極２４６および電極２２３のどちらか一方を、「第１のゲート」または「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート」または「第２のゲート電極」という場合がある。
半導体層２４２を挟んで電極２４６および電極２２３を設けることで、更には、電極２４６および電極２２３を同電位とすることで、半導体層２４２においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ４１１のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
したがって、トランジスタ４１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、集積度の高いトランジスタを有する電子機器を実現することができる。
また、ゲートとバックゲートは導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲートを半導体層よりも大きく形成し、バックゲートで半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
また、電極２４６（ゲート）および電極２２３（バックゲート）は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、絶縁層２７２側もしくは電極２２３上方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層２４２のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加する−ＧＢＴ（Ｇａｔｅ Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）による劣化が抑制される。また、ドレイン電圧の大きさにより、オン電流が流れ始めるゲート電圧（立ち上がり電圧）が変化する現象を軽減することができる。なお、この効果は、電極２４６および電極２２３が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。
なお、ＧＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＧＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
また、電極２４６および電極２２３を有し、且つ電極２４６および電極２２３を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。
また、バックゲートを有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲートを有さないトランジスタより小さい。
また、バックゲートを、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好なパルス出力回路を有する電子機器を実現することができる。
図２４（Ｂ１）に、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネル保護型のトランジスタ４２０の断面図を示す。トランジスタ４２０は、トランジスタ４１０とほぼ同様の構造を有しているが、開口２３１ａおよび開口２３１ｂを有する絶縁層２２２が半導体層２４２を覆っている点が異なる。開口２３１ａおよび開口２３１ｂは、半導体層２４２と重なる絶縁層２２２の一部を選択的に除去して形成される。
開口２３１ａにおいて半導体層２４２と電極２４４ａが電気的に接続している。また、開口２３１ｂにおいて、半導体層２４２と電極２４４ｂが電気的に接続している。絶縁層２２２を設けることで、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に生じる半導体層２４２の露出を防ぐことができる。よって、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に半導体層２４２の薄膜化を防ぐことができる。絶縁層２２２の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
図２４（Ｂ２）に示すトランジスタ４２１は、絶縁層２２９上にバックゲートとして機能できる電極２２３を有する点が、トランジスタ４２０と異なる。
また、トランジスタ４２０およびトランジスタ４２１は、トランジスタ４１０およびトランジスタ４１１よりも、電極２４４ａと電極２４６の間の距離と、電極２４４ｂと電極２４６の間の距離が長くなる。よって、電極２４４ａと電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４４ｂと電極２４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
図２４（Ｃ１）に示すトランジスタ４２５は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタである。トランジスタ４２５は、絶縁層２２２を設けずに、半導体層２４２に接して電極２４４ａおよび電極２４４ｂを形成する。このため、電極２４４ａおよび電極２４４ｂの形成時に露出する半導体層２４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層２２２を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
図２４（Ｃ２）に示すトランジスタ４２６は、絶縁層２２９上にバックゲートとして機能できる電極２２３を有する点が、トランジスタ４２５と異なる。
〔トップゲート型トランジスタ〕
図２５（Ａ１）に、トップゲート型のトランジスタの一種であるトランジスタ４３０の断面図を示す。トランジスタ４３０は、基板２７１の上に絶縁層２７２を介して半導体層２４２を有し、半導体層２４２および絶縁層２７２上に、半導体層２４２の一部に接する電極２４４ａ、および半導体層２４２の一部に接する電極２４４ｂを有し、半導体層２４２、電極２４４ａ、および電極２４４ｂ上に絶縁層２２６を有し、絶縁層２２６上に電極２４６を有する。
トランジスタ４３０は、電極２４６および電極２４４ａ、並びに、電極２４６および電極２４４ｂが重ならないため、電極２４６および電極２４４ａの間に生じる寄生容量、並びに、電極２４６および電極２４４ｂの間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる（図２５（Ａ３）参照）。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
なお、不純物２５５の導入は、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。
不純物２５５としては、例えば、第１３族元素または第１５族元素などのうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層２４２に酸化物半導体を用いる場合は、不純物２５５として、希ガス、水素、および窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。
図２５（Ａ２）に示すトランジスタ４３１は、電極２２３および絶縁層２２７を有する点がトランジスタ４３０と異なる。トランジスタ４３１は、絶縁層２７２の上に形成された電極２２３を有し、電極２２３上に形成された絶縁層２２７を有する。電極２２３は、バックゲートとして機能することができる。よって、絶縁層２２７は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層２２７は、絶縁層２２６と同様の材料および方法により形成することができる。
トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４３１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４３１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高いトランジスタを有する電子機器を実現することができる。
図２５（Ｂ１）に例示するトランジスタ４４０は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ４４０は、電極２４４ａおよび電極２４４ｂを形成した後に半導体層２４２を形成する点が、トランジスタ４３０と異なる。また、図２５（Ｂ２）に例示するトランジスタ４４１は、電極２２３および絶縁層２２７を有する点が、トランジスタ４４０と異なる。トランジスタ４４０およびトランジスタ４４１において、半導体層２４２の一部は電極２４４ａ上に形成され、半導体層２４２の他の一部は電極２４４ｂ上に形成される。
トランジスタ４１１と同様に、トランジスタ４４１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ４４１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、集積度の高いトランジスタを有する電子機器を実現できる。
図２６（Ａ１）に例示するトランジスタ４４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ４４２は、絶縁層２２９上に電極２４４ａおよび電極２４４ｂを有する。電極２４４ａおよび電極２４４ｂは、絶縁層２２８および絶縁層２２９に形成した開口部において半導体層２４２と電気的に接続する。
また、電極２４６と重ならない絶縁層２２６の一部が除去されている。また、トランジスタ４４２が有する絶縁層２２６の一部は、電極２４６の端部を越えて延伸している。
電極２４６と絶縁層２２６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる（図２６（Ａ３）参照）。
この時、半導体層２４２の電極２４６と重なる領域には不純物２５５が導入されず、電極２４６と重ならない領域に不純物２５５が導入される。また、半導体層２４２の絶縁層２２６を介して不純物２５５が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層２２６を介さずに不純物２５５が導入された領域よりも低くなる。よって、半導体層２４２中の電極２４６と隣接する領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。
図２６（Ａ２）に示すトランジスタ４４３は、半導体層２４２の下方に電極２２３を有する点がトランジスタ４４２と異なる。また、電極２２３は絶縁層２７２を介して半導体層２４２と重なる。電極２２３は、バックゲート電極として機能することができる。
また、図２６（Ｂ１）に示すトランジスタ４４４および図２６（Ｂ２）に示すトランジスタ４４５のように、絶縁層２２６の電極２４６と重ならない領域を全て除去してもよい。また、図２６（Ｃ１）に示すトランジスタ４４６および図２６（Ｃ２）に示すトランジスタ４４７のように、絶縁層２２６の開口部以外を除去せずに残してもよい。
トランジスタ４４４乃至トランジスタ４４７も、電極２４６を形成した後に、電極２４６をマスクとして用いて不純物２５５を半導体層２４２に導入することで、半導体層２４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。
〔ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ〕
図２７に、半導体層２４２として酸化物半導体を用いたトランジスタ構造の一例を示す。図２７（Ａ）はトランジスタ４５１の上面図である。図２７（Ｂ）は、図２７（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２の断面図（チャネル長方向の断面図）である。図２７（Ｃ）は、図２７（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｗ１−Ｗ２の断面図（チャネル幅方向の断面図）である。
トランジスタ４５１は半導体層２４２、絶縁層２２６、絶縁層２７２、絶縁層２８２、絶縁層２７４、電極２２４、電極２４３、電極２４４ａ、および電極２４４ｂを有する。電極２４３はゲートとして機能できる。電極２２４はバックゲートとして機能できる。絶縁層２２６、絶縁層２７２、絶縁層２８２、および絶縁層２７４はゲート絶縁層として機能できる。電極２４４ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極２４４ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。
基板２７１上に絶縁層２７５が設けられ、絶縁層２７５上に電極２２４および絶縁層２７３が設けられている。また、電極２２４および絶縁層２７３上に絶縁層２７４が設けられている。また、絶縁層２７４上に絶縁層２８２が設けられ、絶縁層２８２上に絶縁層２７２が設けられている。
絶縁層２７２に形成された凸部の上に半導体層２４２ａが設けられ、半導体層２４２ａの上に半導体層２４２ｂが設けられている。また、半導体層２４２ｂ上に、電極２４４ａ、および電極２４４ｂが設けられている。半導体層２４２ｂの電極２４４ａと重なる領域が、トランジスタ４５１のソースまたはドレインの一方として機能できる。半導体層２４２ｂの電極２４４ｂと重なる領域が、トランジスタ４５１のソースまたはドレインの他方として機能できる。
また、半導体層２４２ｂの一部と接して、半導体層２４２ｃが設けられている。また、半導体層２４２ｃ上に絶縁層２２６が設けられ、絶縁層２２６の上に電極２４３が設けられている。
トランジスタ４５１は、部位Ｗ１−Ｗ２において、半導体層２４２ｂの上面および側面、並びに半導体層２４２ａの側面が半導体層２４２ｃに覆われた構造を有する。また、絶縁層２７２に設けた凸部の上方に半導体層２４２ｂを設けることで、半導体層２４２ｂの側面を電極２４３で覆うことができる。すなわち、トランジスタ４５１は、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂを電気的に取り囲むことができる構造を有している。このように、導電膜の電界によって、チャネルが形成される半導体層を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。また、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタを、「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタ」もしくは「ｓ−ｃｈａｎｎｅｌトランジスタ」ともいう。
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、半導体層２４２ｂの全体（バルク）にチャネルを形成することもできる。ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのドレイン電流を大きくすることができ、さらに大きいオン電流を得ることができる。また、電極２４３の電界によって、半導体層２４２ｂに形成されるチャネル形成領域の全領域を空乏化することができる。したがって、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造では、トランジスタのオフ電流をさらに小さくすることができる。
なお、絶縁層２７２の凸部を高くし、また、チャネル幅を小さくすることで、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造によるオン電流の増大効果、オフ電流の低減効果などをより高めることができる。また、半導体層２４２ｂの加工時に、露出する半導体層２４２ａを除去してもよい。この場合、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの側面が揃う場合がある。
また、トランジスタ４５１上に絶縁層２２８が設けられ、絶縁層２２８上に絶縁層２２９が設けられている。また、絶縁層２２９上に電極２２５ａ、電極２２５ｂ、および電極２２５ｃ、が設けられている。電極２２５ａは、絶縁層２２９および絶縁層２２８に設けられた開口部で、コンタクトプラグを介して電極２４４ａと電気的に接続されている。電極２２５ｂは、絶縁層２２９および絶縁層２２８に設けられた開口部で、コンタクトプラグを介して電極２４４ｂと電気的に接続されている。電極２２５ｃは、絶縁層２２９および絶縁層２２８に設けられた開口部で、コンタクトプラグを介して電極２４３と電気的に接続されている。
なお、絶縁層２８２を酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどで形成することで、絶縁層２８２を電荷捕獲層として機能させることができる。絶縁層２８２に電子を注入することで、トランジスタのしきい値電圧を変動させることが可能である。絶縁層２８２への電子の注入は、例えば、トンネル効果を利用すればよい。電極２２４に正の電圧を印加することによって、トンネル電子を絶縁層２８２に注入することができる。
［半導体層２４２のエネルギーバンド構造（１）］
ここで、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの積層により構成される半導体層２４２の機能およびその効果について、図３５（Ａ）に示すエネルギーバンド構造図を用いて説明する。図３５（Ａ）は、図２７（Ｂ）にＤ１−Ｄ２の一点鎖線で示した部位のエネルギーバンド構造を示している。すなわち、図３５（Ａ）は、トランジスタ４５１のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
図３５（Ａ）中、Ｅｃ３８２、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、Ｅｃ３８３ｃ、Ｅｃ３８６は、それぞれ、絶縁層２７２、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、半導体層２４２ｃ、絶縁層２２６の伝導帯下端のエネルギーを示している。
ここで、電子親和力は、真空準位と価電子帯上端のエネルギーとの差（「イオン化ポテンシャル」ともいう。）からバンドギャップを引いた値となる。なお、バンドギャップは、分光エリプソメータ（ＨＯＲＩＢＡ ＪＯＢＩＮ ＹＶＯＮ社 ＵＴ−３００）を用いて測定できる。また、真空準位と価電子帯上端のエネルギー差は、紫外線光電子分光分析（ＵＰＳ：Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）装置（ＰＨＩ社 ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅ）を用いて測定できる。
なお、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．４ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．３ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．９ｅＶ、電子親和力は約４．３ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．４ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：１０のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．５ｅＶ、電子親和力は約４．５ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約３．２ｅＶ、電子親和力は約４．７ｅＶである。また、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物のバンドギャップは約２．８ｅＶ、電子親和力は約５．０ｅＶである。
絶縁層２７２と絶縁層２２６は絶縁物であるため、Ｅｃ３８２とＥｃ３８６は、Ｅｃ３８３ａ、Ｅｃ３８３ｂ、およびＥｃ３８３ｃよりも真空準位に近い（電子親和力が小さい。）。
また、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ａは、Ｅｃ３８３ｂよりも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以下真空準位に近いことが好ましい。
また、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも真空準位に近い。具体的には、Ｅｃ３８３ｃは、Ｅｃ３８３ｂよりも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以下真空準位に近いことが好ましい。
ここで、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの間には、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂとの混合領域を有する場合がある。また、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの間には、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの混合領域を有する場合がある。混合領域は、界面準位密度が低くなる。そのため、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂおよび半導体層２４２ｃの積層体は、それぞれの界面近傍において、エネルギーが連続的に変化する（連続接合ともいう。）バンド構造となる。
このとき、電子は、半導体層２４２ａ中および半導体層２４２ｃ中ではなく、半導体層２４２ｂ中を主として移動する。したがって、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂの界面における界面準位密度、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの界面における界面準位密度を低くすることによって、半導体層２４２ｂ中で電子の移動が阻害されることが少なく、トランジスタ４５１のオン電流を高くすることができる。
また、半導体層２４２ａと絶縁層２７２の界面、および半導体層２４２ｃと絶縁層２２６の界面近傍には、不純物や欠陥に起因したトラップ準位３９０が形成され得るものの、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃがあることにより、半導体層２４２ｂと当該トラップ準位とを遠ざけることができる。
なお、トランジスタ４５１がｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有する場合、部位Ｗ１−Ｗ２において、半導体層２４２ｂの全体にチャネルが形成される。したがって、半導体層２４２ｂが厚いほどチャネル領域は大きくなる。即ち、半導体層２４２ｂが厚いほど、トランジスタ４５１のオン電流を高くすることができる。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは４０ｎｍ以上、さらに好ましくは６０ｎｍ以上、より好ましくは１００ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体層２４２ｂとすればよい。ただし、トランジスタ４５１を有する電子機器の生産性が低下する場合があるため、例えば、３００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下、さらに好ましくは１５０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体層２４２ｂとすればよい。なお、チャネル形成領域が縮小していくと、半導体層２４２ｂが薄いほうがトランジスタの電気特性が向上する場合もある。よって、半導体層２４２ｂの厚さが１０ｎｍ未満であってもよい。
また、トランジスタ４５１のオン電流を高くするためには、半導体層２４２ｃの厚さは小さいほど好ましい。例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは５ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以下の領域を有する半導体層２４２ｃとすればよい。一方、半導体層２４２ｃは、チャネルの形成される半導体層２４２ｂへ、隣接する絶縁体を構成する酸素以外の元素（水素、シリコンなど）が入り込まないようブロックする機能を有する。そのため、半導体層２４２ｃは、ある程度の厚さを有することが好ましい。例えば、０．３ｎｍ以上、好ましくは１ｎｍ以上、さらに好ましくは２ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体層２４２ｃとすればよい。
また、信頼性を高くするためには、半導体層２４２ａは厚く、半導体層２４２ｃは薄いことが好ましい。例えば、１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは４０ｎｍ以上、より好ましくは６０ｎｍ以上の厚さの領域を有する半導体層２４２ａとすればよい。半導体層２４２ａの厚さを、厚くすることで、隣接する絶縁体と半導体層２４２ａとの界面からチャネルの形成される半導体層２４２ｂまでの距離を離すことができる。ただし、トランジスタ４５１を有する電子機器の生産性が低下する場合があるため、例えば、２００ｎｍ以下、好ましくは１２０ｎｍ以下、さらに好ましくは８０ｎｍ以下の厚さの領域を有する半導体層２４２ａとすればよい。
なお、酸化物半導体中のシリコンは、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。したがって、半導体層２４２ｂのシリコン濃度は低いほど好ましい。例えば、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ａとの間に、例えば、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）において、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃度となる領域を有する。また、半導体層２４２ｂと半導体層２４２ｃとの間に、ＳＩＭＳにおいて、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満のシリコン濃度となる領域を有する。
また、半導体層２４２ｂの水素濃度を低減するために、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃの水素濃度を低減すると好ましい。半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃは、ＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の水素濃度となる領域を有する。また、半導体層２４２ｂの窒素濃度を低減するために、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃの窒素濃度を低減すると好ましい。半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃは、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下の窒素濃度となる領域を有する。
なお、酸化物半導体に銅が混入すると、電子トラップを生成する場合がある。電子トラップは、トランジスタのしきい値電圧がプラス方向へ変動させる場合がある。したがって、半導体層２４２ｂの表面または内部における銅濃度は低いほど好ましい。例えば、半導体層２４２ｂ、銅濃度が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、または１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下となる領域を有すると好ましい。
上述の３層構造は一例である。例えば、半導体層２４２ａまたは半導体層２４２ｃのない２層構造としても構わない。または、半導体層２４２ａの上もしくは下、または半導体層２４２ｃ上もしくは下に、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂおよび半導体層２４２ｃとして例示した半導体のいずれか一を有する４層構造としても構わない。または、半導体層２４２ａの上、半導体層２４２ａの下、半導体層２４２ｃの上、半導体層２４２ｃの下のいずれか二箇所以上に、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂおよび半導体層２４２ｃとして例示した半導体のいずれか一を有するｇ層構造（ｇは５以上の整数）としても構わない。
特に、本実施の形態に例示するトランジスタ４５１は、チャネル幅方向において、半導体層２４２ｂの上面と側面が半導体層２４２ｃと接し、半導体層２４２ｂの下面が半導体層２４２ａと接して形成されている。このように、半導体層２４２ｂを半導体層２４２ａと半導体層２４２ｃで覆う構成とすることで、上記トラップ準位の影響をさらに低減することができる。
また、半導体層２４２ａ、および半導体層２４２ｃのバンドギャップは、半導体層２４２ｂのバンドギャップよりも広いほうが好ましい。
本発明の一態様によれば、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを実現することができる。よって、電気特性のばらつきが少ないトランジスタを有する電子機器を実現することができる。本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。よって、信頼性の良好なトランジスタを有する電子機器を実現することができる。
また、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）は、オフ電流を極めて小さくすることができる。具体的には、ソースとドレイン間の電圧が３．５Ｖ、室温（２５℃）下において、チャネル幅１μｍ当たりのオフ電流を１×１０−２０Ａ未満、１×１０−２２Ａ未満、あるいは１×１０−２４Ａ未満とすることができる。すなわち、オンオフ比を２０桁以上１５０桁以下とすることができる。また、ＯＳトランジスタは、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。ＯＳトランジスタを用いることで、出力電圧が大きく高耐圧なトランジスタを有する電子機器を提供することができる。
本発明の一態様によれば、消費電力が少ないトランジスタを実現することができる。よって、消費電力が少ないトランジスタを有する電子機器を実現することができる。
また、目的によっては、バックゲートとして機能できる電極２２４を設けなくてもよい。図２８（Ａ）はトランジスタ４５１ａの上面図である。図２８（Ｂ）は、図２８（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２の断面図である。図２８（Ｃ）は、図２８（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。トランジスタ４５１ａは、トランジスタ４５１から電極２２４、絶縁層２７３、絶縁層２７４、および絶縁層２８２を省略した構成を有する。これらの電極や絶縁層を設けないことで、トランジスタの生産性を高めることができる。よって、電子機器の生産性を高めることができる。
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタの他の一例を図２９に示す。図２９（Ａ）はトランジスタ４５２の上面図である。図２９（Ｂ）および図２９（Ｃ）は、図２９（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２および部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。
トランジスタ４５２は、トランジスタ４５１と同様の構成を有するが、電極２４４ａおよび電極２４４ｂが半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂの側面と接している点が異なる。また、トランジスタ４５２を覆う絶縁層２２８として、トランジスタ４５１と同様の平坦な表面を有する絶縁層を用いてもよい。また、絶縁層２２９上に、電極２２５ａ、電極２２５ｂ、および電極２２５ｃを設けてもよい。
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタの他の一例を図３０に示す。図３０（Ａ）はトランジスタ４５３の上面図である。図３０（Ｂ）は、図３０（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２および部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。トランジスタ４５３も、トランジスタ４５１と同様に、絶縁層２７２に設けた凸部の上に半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂが設けられている。また、半導体層２４２ｂ上に電極２４４ａ、および電極２４４ｂが設けられている。半導体層２４２ｂの電極２４４ａと重なる領域が、トランジスタ４５３のソースまたはドレインの一方として機能できる。半導体層２４２ｂの電極２４４ｂと重なる領域が、トランジスタ４５３のソースまたはドレインの他方として機能できる。よって、半導体層２４２ｂの、電極２４４ａと電極２４４ｂに挟まれた領域２６９が、チャネル形成領域として機能できる。
トランジスタ４５３は、絶縁層２２８の一部を除去して領域２６９と重なる領域に開口が設けられ、該開口の側面および底面に沿って半導体層２４２ｃが設けられている。また、該開口内に、半導体層２４２ｃを介して、かつ、該開口の側面および底面に沿って、絶縁層２２６が設けられている。また、該開口内に、半導体層２４２ｃおよび絶縁層２２６を介して、かつ、該開口の側面および底面に沿って、電極２４３が設けられている。
なお、該開口は、チャネル幅方向の断面において、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂよりも大きく設けられている。よって、領域２６９において、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂの側面は、半導体層２４２ｃに覆われている。
また、絶縁層２２８上に絶縁層２２９が設けられ、絶縁層２２９上に絶縁層２７７が設けられている。また、絶縁層２７７上に電極２２５ａ、電極２２５ｂ、および電極２２５ｃが設けられている。電極２２５ａは、絶縁層２７７、絶縁層２２９、および絶縁層２２８の一部を除去して形成した開口において、コンタクトプラグを介して電極２４４ａと電気的に接続されている。また、電極２２５ｂは、絶縁層２７７、絶縁層２２９、および絶縁層２２８の一部を除去して形成した開口において、コンタクトプラグを介して電極２４４ｂと電気的に接続されている。また、電極２２５ｃは、絶縁層２７７および絶縁層２２９の一部を除去して形成した開口において、コンタクトプラグを介して電極２４３と電気的に接続されている。
また、目的によっては、バックゲートとして機能できる電極２２４を設けなくてもよい。図３１（Ａ）はトランジスタ４５３ａの上面図である。図３１（Ｂ）は、図３１（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２および部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。トランジスタ４５３ａは、トランジスタ４５３から電極２２４、絶縁層２７４、および絶縁層２８２を省略した構成を有する。これらの電極や絶縁層を設けないことで、トランジスタの生産性を高めることができる。よって、電子機器の生産性を高めることができる。
ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ型トランジスタの他の一例を図３２に示す。図３２（Ａ）はトランジスタ４５４の上面図である。図３２（Ｂ）は、図３２（Ａ）に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２の断面図である。図３２（Ｃ）は、図３２（Ａ）に一点鎖線で示した部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。
トランジスタ４５４は、バックゲート電極を有するボトムゲート型のトランジスタの一種である。トランジスタ４５４は、絶縁層２７４上に電極２４３が形成され、電極２４３を覆って絶縁層２２６が設けられている。また、絶縁層２２６上の電極２４３と重なる領域に半導体層２４２が形成されている。トランジスタ４５４が有する半導体層２４２は、半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの積層を有する。
また、半導体層２４２の一部に接して、絶縁層２２６上に電極２４４ａおよび電極２４４ｂが形成されている。また、半導体層２４２の一部に接して、電極２４４ａおよび電極２４４ｂ上に絶縁層２２８が形成されている。また、絶縁層２２８上に絶縁層２２９が形成されている。また、絶縁層２２９上の半導体層２４２と重なる領域に電極２２４が形成されている。
絶縁層２２９上に設けられた電極２２４は、絶縁層２２９、絶縁層２２８、および絶縁層２２６に設けられた開口２４７ａおよび開口２４７ｂにおいて、電極２４３と電気的に接続されている。よって、電極２２４と電極２４３には、同じ電位が供給される。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けなくてもよい。開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けない場合は、電極２２４と電極２４３に異なる電位を供給することができる。
［半導体層２４２のエネルギーバンド構造（２）］
図３５（Ｂ）は、図３２（Ｂ）にＤ３−Ｄ４の一点鎖線で示す部位のエネルギーバンド構造図である。図３５（Ｂ）は、トランジスタ４５４のチャネル形成領域のエネルギーバンド構造を示している。
図３５（Ｂ）中、Ｅｃ３８４は、絶縁層２２８の伝導帯下端のエネルギーを示している。半導体層２４２を半導体層２４２ａと半導体層２４２ｂの２層とすることで、トランジスタの生産性を高めることができる。なお、半導体層２４２ｃを設けない分、トラップ準位３９０の影響を受けやすくなるが、半導体層２４２を単層構造とした場合よりも高い電界効果移動度を実現することができる。
また、目的によっては、バックゲートとして機能できる電極２２４を設けなくてもよい。図３３（Ａ）はトランジスタ４５４ａの上面図である。図３３（Ｂ）および図３３（Ｃ）は、図３３（Ａ）中に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２および部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。トランジスタ４５４ａは、トランジスタ４５４から電極２２４、開口２４７ａおよび開口２４７ｂを省略した構成を有する。これらの電極や開口を設けないことで、トランジスタの生産性を高めることができる。よって、電子機器の生産性を高めることができる。
図３４に、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するトランジスタの一例を示す。図３４に例示するトランジスタ４４８は、前述したトランジスタ４４７とほぼ同様の構成を有する。トランジスタ４４８はバックゲートを有するトップゲート型のトランジスタの一種である。図３４（Ａ）はトランジスタ４４８の上面図である。図３４（Ｂ）は、図３４（Ａ）に一点鎖線で示した部位Ｌ１−Ｌ２の断面図である。図３４（Ｃ）は、図３４（Ａ）に一点鎖線で示した部位Ｗ１−Ｗ２の断面図である。
図３４は、トランジスタ４４８を構成する半導体層２４２にシリコンなどの無機半導体層を用いる場合の構成例を示している。図３４において、基板２７１の上に電極２２４が設けられ、電極２２４の上に絶縁層２７２が設けられている。また、絶縁層２７２が有する凸部の上に半導体層２４２が形成されている。
半導体層２４２は、半導体層２４２ｉと、２つの半導体層２４２ｔと、２つの半導体層２４２ｕとを有する。半導体層２４２ｉは、２つの半導体層２４２ｔの間に配置されている。また、半導体層２４２ｉと２つの半導体層２４２ｔは、２つの半導体層２４２ｕの間に配置されている。また、半導体層２４２ｉと重なる領域に電極２４３が設けられている。
トランジスタ４４８がオン状態の時に半導体層２４２ｉにチャネルが形成される。よって、半導体層２４２ｉはチャネル形成領域として機能する。また、半導体層２４２ｔは低濃度不純物領域（ＬＤＤ）として機能する。また、半導体層２４２ｕは高濃度不純物領域として機能する。なお、２つの半導体層２４２ｔのうち、一方または両方の半導体層２４２ｔを設けなくてもよい。また、２つの半導体層２４２ｕのうち、一方の半導体層２４２ｕはソース領域として機能し、他方の半導体層２４２ｕはドレイン領域として機能する。
絶縁層２２９上に設けられた電極２４４ａは、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９に設けられた開口２４７ｃにおいて、半導体層２４２ｕの一方と電気的に接続されている。また、絶縁層２２９上に設けられた電極２４４ｂは、絶縁層２２６、絶縁層２２８、および絶縁層２２９に設けられた開口２４７ｄにおいて、半導体層２４２ｕの他方と電気的に接続されている。
絶縁層２２６上に設けられた電極２４３は、絶縁層２２６、および絶縁層２７２に設けられた開口２４７ａおよび開口２４７ｂにおいて、電極２２４と電気的に接続されている。よって、電極２４３と電極２２４には、同じ電位が供給される。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂは、どちらか一方を設けなくてもよい。また、開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けなくてもよい。開口２４７ａおよび開口２４７ｂの両方を設けない場合は、電極２４３と電極２２４に異なる電位を供給することができる。
＜成膜方法について＞
本明細書等に示す電極などの導電層、絶縁層、および半導体層は、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、蒸着法、またはスパッタリング法などを用いて形成することができる。一般に、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ ＣＶＤ）法などに分類できる。また、大気圧下で成膜を行なう常圧ＣＶＤ（ＡＰＣＶＤ：Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ＣＶＤ）法などもある。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法などに分類できる。
また、一般に、蒸着法は、抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＩＡＤ（Ｉｏｎ ｂｅａｍ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などに分類できる。
プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、ＭＯＣＶＤ法や蒸着法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。
また、一般に、スパッタリング法は、ＤＣスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法などに分類できる。
対向ターゲットスパッタリング法では、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッタリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めることができる。
なお、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送や圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、トランジスタや電子機器の生産性を高めることができる場合がある。
＜基板＞
基板２７１として用いる材料に大きな制限はない。目的に応じて、透光性の有無や加熱処理に耐えうる程度の耐熱性などを勘案して決定すればよい。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、基板２７１として、半導体基板、可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。
半導体基板としては、例えば、シリコン、もしくはゲルマニウムなどを材料とした単体半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、もしくは酸化ガリウムを材料とした化合物半導体基板などがある。また、半導体基板は、単結晶半導体であってもよいし、多結晶半導体であってもよい。
可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド（ナイロン、アラミドなど）、ポリイミド、ポリカーボネート、アラミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂などを用いることができる。
基板２７１に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板２７１に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
＜絶縁層＞
絶縁層２２２、絶縁層２２６、絶縁層２２８、絶縁層２２９、絶縁層２７２、絶縁層２７３、絶縁層２７４、絶縁層２７５、絶縁層２７７、および絶縁層２８２は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。
なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。
特に絶縁層２７５および絶縁層２２９は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。例えば、不純物が透過しにくい絶縁性材料として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。また、絶縁層２７５または絶縁層２２９として、絶縁性の高い酸化インジウム錫亜鉛（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物）などを用いてもよい。
絶縁層２７５に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板２７１側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層２２９に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層２２９側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。
絶縁層２２２、絶縁層２２６、絶縁層２２８、絶縁層２２９、絶縁層２７２、絶縁層２７３、絶縁層２７４、絶縁層２７７、および絶縁層２８２として、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層して用いてもよい。絶縁層２２２、絶縁層２２６、絶縁層２２８、絶縁層２２９、絶縁層２７２、絶縁層２７３、絶縁層２７４、絶縁層２７７、および絶縁層２８２の形成方法は特に限定されず、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法またはＰＬＤ法、ＡＬＤ法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。
例えば、熱ＣＶＤ法を用いて、酸化アルミニウムを成膜する場合には、溶媒とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（ＴＭＡなど）を気化させた原料ガスと、酸化剤としてＨ２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ３）３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，６，６−テトラメチル−３，５−ヘプタンジオナート）などがある。
例えば、ＰＥＣＶＤ法を用いて酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合には、原料ガスとしてシリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
また、堆積性気体のガス流量に対する酸化性気体のガス流量を２０倍以上１００倍未満、または４０倍以上８０倍以下とし、処理室内の圧力を１００Ｐａ以下、または５０Ｐａ以下とすることで、欠陥量の少ない酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
また、処理室内に載置された基板を２８０℃以上４００℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給することで、緻密な酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
また、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を、有機シランガスを用いたＣＶＤ法を用いて形成することができる。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）などのシリコン含有化合物を用いることができる。有機シランガスを用いたＣＶＤ法を用いることで、被覆性の高い絶縁層を形成することができる。
また、絶縁層を、マイクロ波を用いたプラズマＣＶＤ法を用いて形成してもよい。マイクロ波とは３００ＭＨｚから３００ＧＨｚの周波数域を指す。マイクロ波において、電子温度が低く、電子エネルギーが小さい。また、供給された電力において、電子の加速に用いられる割合が少なく、より多くの分子の解離及び電離に用いられることが可能であり、密度の高いプラズマ（高密度プラズマ）を励起することができる。このため、被成膜面及び堆積物へのプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない絶縁層を形成することができる。
また、半導体層２４２として酸化物半導体を用いる場合、半導体層２４２中の水素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の水素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層２４２と接する絶縁層中の水素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の水素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、２×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、半導体層２４２中の窒素濃度の増加を防ぐために、絶縁層中の窒素濃度を低減することが好ましい。特に、半導体層２４２と接する絶縁層中の窒素濃度を低減することが好ましい。具体的には、絶縁層中の窒素濃度を、ＳＩＭＳにおいて、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
なお、ＳＩＭＳ分析によって測定された濃度は、プラスマイナス４０％の変動を含む場合がある。
また、半導体層２４２として酸化物半導体を用いる場合、絶縁層は、加熱により酸素が放出される絶縁層（「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。）を用いて形成することが好ましい。特に、半導体層２４２と接する絶縁層は、過剰酸素を含む絶縁層とすることが好ましい。例えば、当該絶縁層の表面温度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行われるＴＤＳ分析において、酸素原子に換算した酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、あるいは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である絶縁層が好ましい。
また、過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層に酸素を添加する処理を行って形成することもできる。酸素を添加する処理は、酸素雰囲気下による熱処理や、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。酸素を添加するためのガスとしては、１６Ｏ２もしくは１８Ｏ２などの酸素ガス、亜酸化窒素ガスまたはオゾンガスなどを用いることができる。また、プラズマ処理で酸素の添加を行う場合、マイクロ波で酸素を励起し、高密度な酸素プラズマを発生させることで、絶縁層への酸素添加量を増加させることができる。なお、本明細書では酸素を添加する処理を「酸素ドープ処理」ともいう。
また、酸素を含む雰囲気中でスパッタリング法により絶縁層を成膜することで、当該絶縁層の被形成層に酸素を導入することができる。
また、一般に、容量素子は対向する二つの電極の間に誘電体を挟む構成を有し、誘電体の厚さが薄いほど（対向する二つの電極間距離が短いほど）、また、誘電体の誘電率が大きいほど容量値が大きくなる。ただし、容量素子の容量値を増やすために誘電体を薄くすると、トンネル効果などに起因して、二つの電極間に意図せずに流れる電流（以下、「リーク電流」ともいう。）が増加しやすくなり、また、容量素子の絶縁耐圧が低下しやすくなる。
トランジスタのゲート電極、ゲート絶縁層、半導体層が重畳する部分は、容量素子として機能する（以下、「ゲート容量」ともいう。）。なお、半導体層の、ゲート絶縁層を介してゲート電極と重畳する領域にチャネルが形成される。すなわち、ゲート電極とチャネル形成領域が、容量素子の二つの電極として機能する。また、ゲート絶縁層が容量素子の誘電体として機能する。ゲート容量の容量値は大きいほうが好ましいが、容量値を大きくするためにゲート絶縁層を薄くすると、前述のリーク電流の増加や、絶縁耐圧の低下といった問題が生じやすい。
そこで、誘電体として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙ（ｘ＞０、ｙ＞０））、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ（ｘ＞０、ｙ＞０、ｚ＞０））、酸化ハフニウム、または酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いると、誘電体を厚くしても、容量素子の容量値を十分確保することが可能となる。
例えば、誘電体として誘電率が大きいｈｉｇｈ−ｋ材料を用いると、誘電体を厚くしても、誘電体として酸化シリコンを用いた場合と同等の容量値を実現できるため、容量素子を形成する二つの電極間に生じるリーク電流を低減できる。なお、誘電体をｈｉｇｈ−ｋ材料と、他の絶縁材料との積層構造としてもよい。
また、絶縁層２２８は、平坦な表面を有する絶縁層である。絶縁層２２８としては、上記絶縁性材料のほかに、ポリイミド、アクリル系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層してもよい。
なお、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
絶縁層２２８の形成方法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法など）、印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷など）などを用いればよい。
また、試料表面にＣＭＰ処理を行なってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層や導電層の被覆性を高めることができる。
＜半導体層＞
半導体層２４２としては、単結晶半導体、多結晶半導体、微結晶半導体、非晶質半導体などを用いることができる。半導体材料としては、例えば、シリコンや、ゲルマニウムなどを用いることができる。また、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、酸化物半導体、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体などを用いることができる。
また、半導体層２４２として有機物半導体を用いる場合は、芳香環をもつ低分子有機材料やπ電子共役系導電性高分子などを用いることができる。例えば、ルブレン、テトラセン、ペンタセン、ペリレンジイミド、テトラシアノキノジメタン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレンビニレンなどを用いることができる。
また、前述した通り、酸化物半導体のバンドギャップは２ｅＶ以上あるため、半導体層２４２に酸化物半導体を用いると、オフ電流が極めて少ないトランジスタを実現することができる。また、ＯＳトランジスタは、ソースとドレイン間の絶縁耐圧が高い。よって、信頼性の良好なトランジスタを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧なトランジスタを提供できる。また、信頼性の良好なトランジスタを有する電子機器などを提供できる。また、出力電圧が大きく高耐圧なトランジスタを有する電子機器を提供することができる。
また、例えば、チャネルが形成される半導体層に結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタ（「結晶性Ｓｉトランジスタ」ともいう。）は、ＯＳトランジスタよりも比較的高い移動度を得やすい。一方で、結晶性Ｓｉトランジスタは、ＯＳトランジスタのように極めて少ないオフ電流の実現が困難である。よって、半導体層に用いる半導体材料は、目的や用途に応じて適宜使い分けることが肝要である。例えば、目的や用途に応じて、ＯＳトランジスタと結晶性Ｓｉトランジスタなどを組み合わせて用いてもよい。
本実施の形態では、半導体層２４２として酸化物半導体を用いる場合について説明する。半導体層２４２に用いる酸化物半導体は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む酸化物半導体を用いることが好ましい。酸化物半導体は、例えば、インジウムを含むと、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は、好ましくは、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。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウムなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。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。酸化物半導体は亜鉛を含むと結晶化しやすくなる場合がある。
ただし、半導体層２４２に用いる酸化物半導体は、インジウムを含む酸化物に限定されない。酸化物半導体は、例えば、亜鉛スズ酸化物、ガリウムスズ酸化物、酸化ガリウムなどの、インジウムを含まず、亜鉛を含む酸化物、ガリウムを含む酸化物、スズを含む酸化物半導体などであっても構わない。
例えば、半導体層２４２として、熱ＣＶＤ法でＩｎＧａＺｎＯＸ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ３）３）、トリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）、およびジメチル亜鉛（Ｚｎ（ＣＨ３）２）を用いる。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３）を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（Ｚｎ（Ｃ２Ｈ５）２）を用いることもできる。
例えば、半導体層２４２として、ＡＬＤ法で、ＩｎＧａＺｎＯＸ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＩｎＯ２層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスとＯ３ガスを順次繰り返し導入してＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを用いてＩｎＧａＯ２層やＩｎＺｎＯ２層、ＧａＩｎＯ層、ＺｎＩｎＯ層、ＧａＺｎＯ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ３ガスに代えてＡｒ等の不活性ガスで水をバブリングしたＨ２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３ガスやトリス（アセチルアセトナト）インジウムを用いても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）インジウムは、Ｉｎ（ａｃａｃ）３とも呼ぶ。また、Ｇａ（ＣＨ３）３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３ガスやトリス（アセチルアセトナト）ガリウムを用いても良い。なお、トリス（アセチルアセトナト）ガリウムは、Ｇａ（ａｃａｃ）３とも呼ぶ。また、Ｚｎ（ＣＨ３）２ガスや、酢酸亜鉛を用いても良い。これらのガス種には限定されない。
酸化物半導体をスパッタリング法で成膜する場合、パーティクル数低減のため、インジウムを含むターゲットを用いると好ましい。また、元素Ｍの原子数比が高い酸化物ターゲットを用いた場合、ターゲットの導電性が低くなる場合がある。インジウムを含むターゲットを用いる場合、ターゲットの導電率を高めることができ、ＤＣ放電、ＡＣ放電が容易となるため、大面積の基板へ対応しやすくなる。したがって、電子機器の生産性を高めることができる。
また、前述した通り、酸化物半導体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を、例えば、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎが３：１：１、３：１：２、３：１：４、１：１：０．５、１：１：１、１：１：２、１：４：４、５：１：７、４：２：４．１、およびこれらの近傍などとすればよい。
スパッタリング法を用いて酸化物半導体を形成する場合、基板温度を１５０℃以上７５０℃以下、または１５０℃以上４５０℃以下、または２００℃以上３５０℃以下として成膜することで、酸化物半導体の結晶性を高めることができる。
なお、酸化物半導体をスパッタリング法で成膜すると、ターゲットの原子数比からずれた原子数比の酸化物半導体が成膜される場合がある。特に、亜鉛は、ターゲットの原子数比よりも成膜された膜の原子数比が小さくなる場合がある。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。
半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃは、ＩｎもしくはＧａの一方、または両方を含む材料で形成することが好ましい。代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物（ＩｎとＧａを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物（ＩｎとＺｎを含む酸化物）、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎと、元素Ｍと、Ｚｎを含む酸化物。元素Ｍは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆから選ばれた１種類以上の元素で、Ｉｎよりも酸素との結合力が強い金属元素である。）がある。
半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃは、半導体層２４２ｂを構成する金属元素のうち、１種類以上の同じ金属元素を含む材料により形成されることが好ましい。このような材料を用いると、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｂとの界面、ならびに半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂとの界面に界面準位を生じにくくすることができる。よって、界面におけるキャリアの散乱や捕獲が生じにくく、トランジスタの電界効果移動度を向上させることが可能となる。また、トランジスタのしきい値電圧のばらつきを低減することが可能となる。よって、良好な電気特性のトランジスタを有する電子機器を実現することが可能となる。
また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃもＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、半導体層２４２ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択することができる。好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。さらに好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃ、および半導体層２４２ｂを選択する。より好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きくなるように半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｃおよび半導体層２４２ｂを選択する。ｙ１がｘ１以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ１がｘ１の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ１はｘ１の３倍未満であると好ましい。半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを上記構成とすることにより、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃを、半導体層２４２ｂよりも酸素欠損が生じにくい層とすることができる。
なお、半導体層２４２ａおよび半導体層２４２ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、Ｉｎおよび元素Ｍの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたときのＺｎおよびＯを除いてのＩｎと元素Ｍの原子数比率は、好ましくはＩｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また、半導体層２４２ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、Ｉｎおよび元素Ｍの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたときのＺｎおよびＯを除いてのＩｎと元素Ｍの原子数比率は好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、元素Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
例えば、ＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ａ、およびＩｎまたはＧａを含む半導体層２４２ｃとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、１：３：６、１：４：５、１：６：４、または１：９：６およびこれらの近傍の原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物や、Ｉｎ：Ｇａ＝１：９などの原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ酸化物や、酸化ガリウムなどを用いることができる。また、半導体層２４２ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、１：１：１、５：５：６、５：１：７、または４：２：４．１およびこれらの近傍の原子数比のターゲットを用いて形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、半導体層２４２ａ、半導体層２４２ｂ、および半導体層２４２ｃの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。
また、ＯＳトランジスタに安定した電気特性を付与するためには、酸化物半導体層中の不純物及び酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層２４２を真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層２４２中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。
特に、半導体層２４２ｂ中の不純物および酸素欠損を低減して高純度真性化し、半導体層２４２ｂを真性または実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とすることが好ましい。また、少なくとも半導体層２４２ｂ中のチャネル形成領域が真性または実質的に真性と見なせる半導体層とすることが好ましい。
なお、実質的に真性と見なせる酸化物半導体層とは、酸化物半導体層中のキャリア密度が、８×１０１１／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上である酸化物半導体層をいう。
また、半導体層２４２に酸化物半導体層を用いる場合は、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体の一つである。
ＣＡＡＣ−ＯＳは誘電率異方性を有する。具体的には、ＣＡＡＣ−ＯＳはａ軸方向およびｂ軸方向の誘電率よりも、ｃ軸方向の誘電率が大きい。チャネルが形成される半導体層にＣＡＡＣ−ＯＳを用いて、ゲート電極をｃ軸方向に配置したトランジスタは、ｃ軸方向の誘電率が大きいため、ゲート電極から生じる電界がＣＡＡＣ−ＯＳ全体に届きやすい。よって、サブスレッショルドスイング値（Ｓ値）を小さくすることができる。また、半導体層にＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、微細化によるＳ値の増大が生じにくい。
また、ＣＡＡＣ−ＯＳはａ軸方向およびｂ軸方向の誘電率が小さいため、ソースとドレイン間に生じる電界の影響が緩和される。よって、チャネル長変調効果や、短チャネル効果、などが生じにくく、トランジスタの信頼性を高めることができる。
ここで、チャネル長変調効果とは、ドレイン電圧がしきい値電圧よりも高い場合に、ドレイン側から空乏層が広がり、実効上のチャネル長が短くなる現象を言う。また、短チャネル効果とは、チャネル長が短くなることにより、しきい値電圧の低下などの電気特性の悪化が生じる現象を言う。微細なトランジスタほど、これらの現象による電気特性の劣化が生じやすい。
酸化物半導体層の形成後、酸素ドープ処理を行ってもよい。また、酸化物半導体層に含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、酸化物半導体層を高純度化するために、加熱処理を行うことが好ましい。
例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が２０ｐｐｍ（露点換算で−５５℃）以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）雰囲気下で、酸化物半導体層に加熱処理を施す。なお、酸化性雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを１０ｐｐｍ以上含有する雰囲気をいう。また、不活性雰囲気とは、前述の酸化性ガスが１０ｐｐｍ未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。
また、加熱処理を行うことにより、不純物の放出と同時に絶縁層２２６に含まれる酸素を酸化物半導体層中に拡散させ、当該酸化物半導体層に含まれる酸素欠損を低減することができる。なお、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１０ｐｐｍ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。なお、加熱処理は、酸化物半導体層の形成後であればいつ行ってもよい。
加熱処理に用いる加熱装置に特別な限定はなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置であってもよい。例えば、電気炉や、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。
加熱処理は、２５０℃以上６５０℃以下、好ましくは３００℃以上５００℃以下で行えばよい。処理時間は２４時間以内が好ましい。２４時間を超える加熱処理は生産性の低下を招くため好ましくない。
＜電極＞
電極２４３、電極２２４、電極２４４ａ、電極２４４ｂ、電極２２５ａ、および電極２２５ｂを形成するための導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウムなどから選ばれた金属元素を１種以上含む材料を用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。これらの材料で形成される導電層を複数積層して用いてもよい。
また、電極２４３、電極２２４、電極２４４ａ、電極２４４ｂ、電極２２５ａ、および電極２２５ｂを形成するための導電性材料に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの酸素を含む導電性材料、窒化チタン、窒化タンタルなどの窒素を含む導電性材料を適用することもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。また、前述した金属元素を含む材料、酸素を含む導電性材料、および窒素を含む導電性材料を組み合わせた積層構造とすることもできる。導電性材料の形成方法は特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などの各種形成方法を用いることができる。
＜コンタクトプラグ＞
コンタクトプラグとしては、例えば、タングステン、ポリシリコン等の埋め込み性の高い導電性材料を用いることができる。また、当該材料の側面および底面を、チタン層、窒化チタン層またはこれらの積層からなるバリア層（拡散防止層）で覆ってもよい。この場合、バリア層も含めてコンタクトプラグという場合がある。
本実施の形態は、他の実施の形態など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）
上記実施の形態に示したトランジスタを用いて、シフトレジスタを含む駆動回路の一部または全体を画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。上記実施の形態に示したトランジスタを用いることが可能な表示装置の構成例について、図３６および図３７を用いて説明する。
〔液晶表示装置とＥＬ表示装置〕
表示装置の一例として、液晶素子を用いた表示装置およびＥＬ素子を用いた表示装置について説明する。図３６（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、第２の基板４００６によって封止されている。図３６（Ａ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３、および走査線駆動回路４００４が実装されている。また、信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８ａ、ＦＰＣ４０１８ｂから供給されている。
図３６（Ｂ）および図３６（Ｃ）において、第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。図３６（Ｂ）および図３６（Ｃ）においては、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体または多結晶半導体で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。図３６（Ｂ）および図３６（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４、または画素部４００２に与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
また図３６（Ｂ）および図３６（Ｃ）においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）などを用いることができる。図３６（Ａ）は、ＣＯＧにより信号線駆動回路４００３、走査線駆動回路４００４を実装する例であり、図３６（Ｂ）は、ＣＯＧにより信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図３６（Ｃ）は、ＴＣＰにより信号線駆動回路４００３を実装する例である。
また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。
また第１の基板上に設けられた画素部および走査線駆動回路は、トランジスタを複数有しており、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。
図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）は、図３６（Ｂ）中でＮ１−Ｎ２の鎖線で示した部位の断面構成を示す断面図である。図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）に示す表示装置は電極４０１５を有しており、電極４０１５はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。また、電極４０１５は、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、および絶縁層４１１０に形成された開口において配線４０１４と電気的に接続されている。
電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電層から形成され、配線４０１４は、トランジスタ４０１０、およびトランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有しており、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。図３７（Ａ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１上に、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、および絶縁層４１１０が設けられ、図３７（Ｂ）では、絶縁層４１１２の上に隔壁４５１０が形成されている。
また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に設けられている。また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に形成された電極４０１７を有し、電極４０１７上に絶縁層４１０３が形成されている。電極４０１７はバックゲート電極として機能することができる。
トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることができる。上記実施の形態で例示したトランジスタは、電気特性変動が抑制されており、電気的に安定である。よって、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）で示す本実施の形態の表示装置を信頼性の高い表示装置とすることができる。
なお、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１として、上記実施の形態に示したトランジスタ４５２と同様の構造を有するトランジスタを用いる場合について例示している。
また、図３７（Ａ）および図３７（Ｂ）に示す表示装置は、容量素子４０２０を有する。容量素子４０２０は、トランジスタ４０１０のソース電極またはドレイン電極の一方の一部と、電極４０２１が絶縁層４１０３を介して重なる領域を有する。電極４０２１は、電極４０１７と同じ導電層で形成されている。
一般に、表示装置に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
例えば、液晶表示装置の画素部にＯＳトランジスタを用いることにより、容量素子の容量を、液晶容量に対して１／３以下、もしくは１／５以下とすることができる。ＯＳトランジスタを用いることにより、容量素子の形成を省略することもできる。
画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続する。図３７（Ａ）は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図３７（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、および液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１は液晶層４００８を介して重畳する。
またスペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
なお、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１としてＯＳトランジスタを用いることが好ましい。ＯＳトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
また、ＯＳトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表示装置の駆動回路部や画素部に上記トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することが可能であるため、表示装置の部品点数を削減することができる。
また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。
また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子（「ＥＬ素子」ともいう。）を適用することができる。ＥＬ素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（「ＥＬ層」ともいう。）を有する。一対の電極間に、ＥＬ素子の閾値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光物質が発光する。
また、ＥＬ素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
なお、ＥＬ層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）などを有していてもよい。
ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタおよび発光素子を形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出（トップエミッション）構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出（ボトムエミッション）構造や、両面から発光を取り出す両面射出（デュアルエミッション）構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
図３７（Ｂ）は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置（「ＥＬ表示装置」ともいう。）の一例である。表示素子である発光素子４５１３は、画素部４００２に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、この構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
隔壁４５１０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などを形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル樹脂、ポリイミド、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、充填材４５１４に乾燥剤が含まれていてもよい。
シール材４００５には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材４００５に乾燥剤が含まれていてもよい。
また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。
表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、および電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、または、アニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
上記実施の形態で示したシフトレジスタを用いることで、信頼性のよい表示装置を提供することができる。また、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、表示装置の信頼性をさらに高めることができる。また、上記実施の形態で示したトランジスタを用いることで、高精細化や、大面積化が可能で、表示品質の良い表示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表示装置を提供することができる。
〔表示モジュール〕
上述したシフトレジスタまたはトランジスタを使用した表示モジュールについて説明する。図３８に示す表示モジュール６０００は、上部カバー６００１と下部カバー６００２との間に、ＦＰＣ６００３に接続されたタッチセンサ６００４、ＦＰＣ６００５に接続された表示パネル６００６、バックライトユニット６００７、フレーム６００９、プリント基板６０１０、バッテリ６０１１を有する。なお、バックライトユニット６００７、バッテリ６０１１、タッチセンサ６００４などは、設けられない場合もある。
本発明の一態様の電子機器は、例えば、タッチセンサ６００４、表示パネル６００６、プリント基板６０１０に実装された集積回路などを用いることができる。例えば、表示パネル６００６に前述した表示装置を用いることができる。
上部カバー６００１および下部カバー６００２は、タッチセンサ６００４や表示パネル６００６などのサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
タッチセンサ６００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチセンサを表示パネル６００６に重畳して用いることができる。表示パネル６００６にタッチセンサの機能を付加することも可能である。例えば、表示パネル６００６の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、静電容量方式のタッチパネル機能を付加することなども可能である。または、表示パネル６００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチセンサの機能を付加することなども可能である。また、タッチセンサ６００４を設ける必要が無い場合は、タッチセンサ６００４を省略することができる。
バックライトユニット６００７は、光源６００８を有する。光源６００８をバックライトユニット６００７の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。また、表示パネル６００６に発光表示装置などを用いる場合は、バックライトユニット６００７を省略することができる。
フレーム６００９は、表示パネル６００６の保護機能の他、プリント基板６０１０側から発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。また、フレーム６００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
プリント基板６０１０は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信号処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源としては、バッテリ６０１１であってもよいし、商用電源であってもよい。なお、電源として商用電源を用いる場合には、バッテリ６０１１を省略することができる。
また、表示モジュール６０００に、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態など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５）
本発明の一態様の電子機器は、ＨＭＤ以外に用いることも可能である。本実施の形態では、ＨＭＤ以外の電子機器の一例について説明する。
本発明の一態様に係る電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型遊技機、パチンコ機などの固定式遊技機、電卓、電子手帳、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどが挙げられる。
図３９（Ａ）に示す携帯型遊技機２９００は、筐体２９０１、筐体２９０２、表示部２９０３、表示部２９０４、マイク２９０５、スピーカー２９０６、操作スイッチ２９０７、センサ用光源２９１３１、センサ２９１３２等を有する。また、携帯型遊技機２９００は、筐体２９０１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。なお、図３９（Ａ）に示した携帯型遊技機は、２つの表示部２９０３と表示部２９０４とを有しているが、表示部の数は、これに限定されない。表示部２９０３は、入力装置としてタッチセンサが設けられており、スタイラス２９０８等により操作可能となっている。
図３９（Ｂ）に示す情報端末２９１０は、筐体２９１１に、表示部２９１２、マイク２９１７、スピーカー部２９１４、カメラ２９１３、外部接続部２９１６、操作スイッチ２９１５、センサ用光源２９１４１、およびセンサ２９１４２等を有する。表示部２９１２には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチセンサを備える。また、情報端末２９１０は、筐体２９１１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末２９１０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。
図３９（Ｃ）に示すノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１、表示部２９２２、キーボード２９２３、およびポインティングデバイス２９２４、センサ用光源２９２３１、およびセンサ２９２３２等を有する。また、ノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。
図３９（Ｄ）に示すビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１、筐体２９４２、表示部２９４３、操作スイッチ２９４４、レンズ２９４５、および接続部２９４６等を有する。操作スイッチ２９４４およびレンズ２９４５は筐体２９４１に設けられており、表示部２９４３、センサ用光源２９４３１、およびセンサ２９４３２は筐体２９４２に設けられている。また、ビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体２９４１と筐体２９４２は、接続部２９４６により接続されており、筐体２９４１と筐体２９４２の間の角度は、接続部２９４６により変えることが可能な構造となっている。筐体２９４１に対する筐体２９４２の角度によって、表示部２９４３に表示される画像の向きの変更や、画像の表示／非表示の切り換えを行うことができる。
図３９（Ｅ）に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末２９６０は、筐体２９６１、表示部２９６２、バンド２９６３、バックル２９６４、操作スイッチ２９６５、入出力端子２９６６、センサ用光源２９６３１、およびセンサ２９６３２などを備える。また、情報端末２９６０は、筐体２９６１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末２９６０は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
表示部２９６２の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部２９６２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部２９６２に表示されたアイコン２９６７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作スイッチ２９６５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末２９６０に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ２９６５の機能を設定することもできる。
また、情報端末２９６０は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末２９６０は入出力端子２９６６を備え、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子２９６６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子２９６６を介さずに無線給電により行ってもよい。
図３９（Ｆ）は固定式遊技機であるスロットマシン２９７０の一例を示す。スロットマシン２９７０は、筐体２９７１に表示部２９７３が組み込まれている。また、スロットマシン２９７０は、その他、スタートレバー２９７４やストップスイッチ２９７５などの操作手段、コイン投入口、スピーカ、センサ用光源２９７３１、およびセンサ２９７３２などを備える。
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。
１００ 電子機器
１００Ａ 電子機器
１００Ｂ 電子機器
１００Ｃ 電子機器
１００Ｄ 電子機器
１００Ｅ 電子機器
１００Ｆ 電子機器
１００Ｈ 電子機器
１００Ｉ 電子機器
１００Ｊ 電子機器
１００Ｋ 電子機器
１１０ 筐体
１１１ セパレータ
１１２ 開口
１１３ 電子機器
１２０ 撮像装置
１２０Ｌ 撮像装置
１２０Ｒ 撮像装置
１３０ 検出装置
１３０Ｌ 検出装置
１３０Ｒ 検出装置
１４０ 演算装置
１５０ 表示装置
１５０ＢＥ 表示装置
１５０Ｌ 表示装置
１５０Ｒ 表示装置
１５１ 仮想空間
１５２ 表示領域
１５３ 投影装置
１５４ 表示領域
１５５ 表示領域
１６０ 眼球
１６０Ｂ 眼球
１６０Ｍ 眼球
１６０Ｃ 眼球
１６１ スピーカー部
１６２ 固定具
１６３ 固定具
Ｓ１０ ステップ
Ｓ１１ ステップ
Ｓ１２ ステップ
Ｓ１３ ステップ
Ｓ１４ ステップ
Ｓ２１ ステップ
Ｓ２２ ステップ
Ｓ２３ ステップ
Ｓ２４ ステップ
Ｓ２５ ステップ
１７０ 目蓋
１７１ 角膜
１７２ 強膜
１７３ 撮像領域
１７４ 矢印
１８０ 加速度センサ
１８０Ａ 加速度センサ
１８０Ｂ 加速度センサ
１９０ 照明装置
１９１ 光学装置
２００ 電子機器
２１０ レンズ
２２０ テンプル
２０１ トランジスタ
２２２ 絶縁層
２２３ 電極
２２４ 電極
２２６ 絶縁層
２２７ 絶縁層
２２８ 絶縁層
２２９ 絶縁層
２４２ 半導体層
２４３ 電極
２４６ 電極
２５５ 不純物
２６９ 領域
２７１ 基板
２７２ 絶縁層
２７３ 絶縁層
２７４ 絶縁層
２７５ 絶縁層
２７７ 絶縁層
２８２ 絶縁層
３８２ Ｅｃ
３８４ Ｅｃ
３８６ Ｅｃ
３９０ トラップ準位
４１０ トランジスタ
４１１ トランジスタ
４２０ トランジスタ
４２１ トランジスタ
４２５ トランジスタ
４２６ 発光素子
４３０ トランジスタ
４３１ トランジスタ
４４０ トランジスタ
４４１ トランジスタ
４４２ トランジスタ
４４３ トランジスタ
４４４ トランジスタ
４４５ トランジスタ
４４６ トランジスタ
４４７ トランジスタ
４４８ トランジスタ
４５１ トランジスタ
４５２ トランジスタ
４５３ トランジスタ
４５４ トランジスタ
４６１ トランジスタ
４６２ 液晶素子
４６３ 容量素子
４６４ トランジスタ
４６５ ノード
４６６ ノード
４６７ ノード
４６８ トランジスタ
５００ 表示装置
５１１ 駆動回路
５１２ シフトレジスタ
５１３ ラッチ回路
５１４ バッファ
５２２ シフトレジスタ
５２３ バッファ
５３１ 表示領域
５３２ 画素
５３４ 画素回路
５３５ 配線
５３６ 配線
２９００ 携帯型遊技機
２９０１ 筐体
２９０２ 筐体
２９０３ 表示部
２９０４ 表示部
２９０５ マイク
２９０６ スピーカ
２９０７ 操作スイッチ
２９０８ スタイラス
２９１０ 情報端末
２９１１ 筐体
２９１２ 表示部
２９１３ カメラ
２９１４ スピーカ部
２９１５ 操作スイッチ
２９１６ 外部接続部
２９１７ マイク
２９２０ ノート型パーソナルコンピュータ
２９２１ 筐体
２９２２ 表示部
２９２３ キーボード
２９２４ ポインティングデバイス
２９４０ ビデオカメラ
２９４１ 筐体
２９４２ 筐体
２９４３ 表示部
２９４４ 操作スイッチ
２９４５ レンズ
２９４６ 接続部
２９６０ 情報端末
２９６１ 筐体
２９６２ 表示部
２９６３ バンド
２９６４ バックル
２９６５ 操作スイッチ
２９６６ 入出力端子
２９６７ アイコン
２９７０ スロットマシン
２９７１ 筐体
２９７３ 表示部
２９７４ スタートレバー
２９７５ ストップスイッチ
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１４ 配線
４０１５ 電極
４０１７ 電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電層
４０２０ 容量素子
４０２１ 電極
４０３０ 電極層
４０３１ 電極層
４０３２ 絶縁層
４０３３ 絶縁層
４０３５ スペーサ
４１０２ 絶縁層
４１０３ 絶縁層
４１１０ 絶縁層
４１１１ 絶縁層
４１１２ 絶縁層
４５１０ 隔壁
４５１１ 発光層
４５１３ 発光素子
４５１４ 充填材
６０００ 表示モジュール
６００１ 上部カバー
６００２ 下部カバー
６００３ ＦＰＣ
６００４ タッチセンサ
６００５ ＦＰＣ
６００６ 表示パネル
６００７ バックライトユニット
６００８ 光源
６００９ フレーム
６０１０ プリント基板
６０１１ バッテリ
２９１３１ センサ用光源
２９１３２ センサ
２９１４１ センサ用光源
２９１４２ センサ
２９２３１ センサ用光源
２９２３２ センサ
２９４３１ センサ用光源
２９４３２ センサ
２９６３１ センサ用光源
２９６３２ センサ
２９７３１ センサ用光源
２９７３２ センサ
２２４ａ 電極
２２４ｂ 電極
２２５ａ 電極
２２５ｂ 電極
２２５ｃ 電極
２３１ａ 開口
２３１ｂ 開口
２４２ａ 半導体層
２４２ｂ 半導体層
２４２ｃ 半導体層
２４２ｉ 半導体層
２４２ｔ 半導体層
２４２ｕ 半導体層
２４４ａ 電極
２４４ｂ 電極
２４７ａ 開口
２４７ｂ 開口
２４７ｃ 開口
２４７ｄ 開口
３８３ａ Ｅｃ
３８３ｂ Ｅｃ
３８３ｃ Ｅｃ
４０１８ａ ＦＰＣ
４０１８ｂ ＦＰＣ
４５１ａ トランジスタ
４５３ａ トランジスタ
４５４ａ トランジスタ
５２１ａ 駆動回路
５２１ｂ 駆動回路
５３５＿ｇ 配線
５３６＿ｈ 配線

Claims (6)

  1. 瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、
    前記撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、を有し、
    前記瞳の形状の変化に応じた設定の変更を行う入力システム。
  2. 瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、
    前記撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、
    前記瞳の形状の変化に応じた設定の変更に基づく表示データを演算する機能を有する演算装置と、
    前記表示データに応じた表示を行う機能を有する表示装置と、を有する電子機器。
  3. 瞳を撮像する機能を有する撮像装置と、
    前記撮像装置で得られたデータから瞳の形状の変化を検出する機能を有する検出装置と、
    頭部の動きを検出する機能を有する加速度センサと、
    前記頭部の動きと、前記瞳の形状の変化に応じた設定の変更と、に基づく表示データを演算する機能を有する演算装置と、
    前記表示データに応じた表示を行う機能を有する表示装置と、を有する電子機器。
  4. 請求項２または３において、
    前記表示装置は、発光素子を有する電子機器。
  5. 請求項２乃至４のいずれか一において、
    前記表示装置は、液晶素子を有する電子機器。
  6. 請求項２乃至５のいずれか一において、
    前記表示装置は、網膜走査型の投影装置である電子機器。
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