JP2018037510A - 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置 - Google Patents

半導体装置、該半導体装置を有する表示装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2018037510A
JP2018037510A JP2016169077A JP2016169077A JP2018037510A JP 2018037510 A JP2018037510 A JP 2018037510A JP 2016169077 A JP2016169077 A JP 2016169077A JP 2016169077 A JP2016169077 A JP 2016169077A JP 2018037510 A JP2018037510 A JP 2018037510A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
electrode
insulating film
transistor
oxide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2016169077A
Other languages
English (en)
Inventor
英明 宍戸
Hideaki Shishido
英明 宍戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2016169077A priority Critical patent/JP2018037510A/ja
Publication of JP2018037510A publication Critical patent/JP2018037510A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Liquid Crystal (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

【課題】高精細度でかつ、表示性能の高い表示装置を提供する。また、新規は半導体装置を提供する。
【解決手段】画素部と周辺回路を有し、画素部は第１のトランジスタを有し、周辺回路は第２のトランジスタを有し、第１のトランジスタの第１のゲート絶縁膜は第２のトランジスタで下地絶縁膜として機能し、第１のトランジスタのソース電極およびドレイン電極は第２のトランジスタの第１のゲート電極と同じ膜の加工によって形成される。
【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、半導体装置及び該半導体装置を有する表示装置に関する。
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一態様は、物、方法、又は製造方法に関する。本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。そのため、より具体的に本明細書で開示する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、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、出力装置、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、又は、それらの製造方法を一例として挙げることができる。
絶縁表面を有する基板上に形成された半導体膜を用いてトランジスタ（電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、または薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ともいう）を構成する技術が注目されている。該トランジスタは集積回路（ＩＣ）や画像表示装置（表示装置）のような電子デバイスに広く応用されている。トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコンを代表とする半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。
例えば、特許文献１では、酸化物半導体を有するトランジスタを表示装置に用いる技術が開示されている。
また、特許文献２では、電流能力の高いトランジスタとしてトップゲート型トランジスタが開示されている。
特開２００７−１２３８６１号公報 特開２０１３−０７７８１７号公報
特許文献１に示すように、酸化物半導体を有するトランジスタを表示装置に用いることができる。一方で一つの表示装置に用いられる場所によってトランジスタに求められる特性は異なる。つまり画素内では開口率を高めるためにレイアウト面積が小さいトランジスタが求められる。また、ゲートドライバ、デマルチプレクサ等の周辺回路では高い駆動能力を有するトランジスタが求められる。従来の技術ではこれらの異なる要求を同時に満たせない、という問題があった。
上記問題に鑑み、本発明の一態様は、複数種のトランジスタを有する半導体装置において、レイアウト面積が小さいトランジスタと駆動能力が高いトランジスタを有する半導体装置を提供することを課題の１つとする。または、本発明の一態様は、新規な半導体装置を提供することを課題の一つとする。
なお、上記の課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。上記以外の課題は、明細書の記載から自ずと明らかになるものであり、明細書等の記載から上記以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、基板上に、周辺回路と、画素部を有し、画素部は複数の画素を有し、複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、周辺回路は第２のトランジスタを有し、第１のトランジスタは、第１の電極と、第１の電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上の、第１の電極と重なる第１の金属酸化物膜と、第１の金属酸化物膜上の第１のソース電極および第１のドレイン電極と、第１の金属酸化物膜、第１のソース電極および第１のドレイン電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の第４の絶縁膜と、を有し、第２のトランジスタは、第２の電極と、第２の電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の、第２の電極と重なる第２の金属酸化物膜と、第２の金属酸化物膜上の第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜上の第３の電極と、第３の電極上の第４の絶縁膜と、第４の絶縁膜上の第２のソース電極および第２のドレイン電極と、を有し、第２の電極は、第１のソース電極及び第１のドレイン電極と同じ材料で形成されることを特徴とする、半導体装置である。
また、本発明の他の一態様は、基板上に、周辺回路と、画素部と、周辺回路と画素部を接続する接続部と、を有し、画素部は複数の画素を有し、複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、周辺回路は第２のトランジスタを有し、第１のトランジスタは、第１の電極と、第１の電極上の第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上の、第１の電極と重なる第１の金属酸化物膜と、第１の金属酸化物膜上の第１のソース電極および第１のドレイン電極と、第１の金属酸化物膜、第１のソース電極および第１のドレイン電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の第４の絶縁膜と、を有し、第２のトランジスタは、第２の電極と、第２の電極上の第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜上の、第２の電極と重なる第２の金属酸化物膜と、第２の金属酸化物膜上の第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜上の第３の電極と、第３の電極上の第４の絶縁膜と、第４の絶縁膜上の第２のソース電極および第２のドレイン電極と、を有し、第２の電極は、第１のソース電極及び第１のドレイン電極と同じ材料で形成され、接続部は第５の電極と、第５の電極上の第６の電極と、を有し、第５の電極は第１の電極と同じ材料で形成され、第６の電極は第１のソース電極、第１のドレイン電極及び第２の電極と同じ材料で形成されることを特徴とする、半導体装置である。
上記各構成において、第２のソース電極は第４の絶縁膜中に設けられた第１の開口部を介して第２の金属酸化物膜と電気的に接続され、第２のドレイン電極は第４の絶縁膜中に設けられた第２の開口部を通して第２の金属酸化物膜と電気的に接続されることを特徴とする、半導体装置である。
また、本発明の他の一態様は、基板上に、周辺回路と、画素部を有し、画素部は複数の画素を有し、複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、周辺回路は第２のトランジスタを有し、第１のトランジスタは、第１のゲート電極、第１のゲート絶縁膜、第１の金属酸化物膜、第２のゲート絶縁膜、第２のゲート電極、第１のソース電極、第１のドレイン電極を有し、第２のトランジスタは第３のゲート電極、第３のゲート絶縁膜、第２の金属酸化物膜、第４のゲート絶縁膜、第４のゲート電極、第２のソース電極、第２のドレイン電極を有し、第１のゲート電極は第２のソース電極、及び第２のドレイン電極と同じ材料で形成され、第２のゲート絶縁膜は、第３のゲート絶縁膜、及び第４のゲート絶縁膜と同じ工程で形成された絶縁膜が積層されていることを特徴とする、半導体装置である。
また、上記態様において、第１のトランジスタは、第４の絶縁膜上に第５の絶縁膜を有し、第５の絶縁膜上に第４の電極を有し、第５の絶縁膜は第３の絶縁膜と同じ材料で形成され、第４の電極は第３の電極と同じ材料で形成されると好ましい。
また、上記態様において、周辺回路はゲートドライバであると好ましい。
また、上記態様において、周辺回路はデマルチプレクサであってもよい。
また、上記態様において、第１の金属酸化物と第２の金属酸化物は組成が異なることが好ましい。
また、上記態様において、第１の金属酸化物膜はＩｎと、Ｚｎと、Ｇａと、をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子数比）及びその近傍の組成で有し、第２の金属酸化物膜はＩｎと、Ｚｎと、Ｇａと、をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１（原子数比）及びその近傍の組成で有すると好ましい。
また、上記態様において、画素部は液晶を有すると好ましい。
また、上記態様において、画素部は有機化合物層を有する構成としてもよい。
また、上記態様において、更に、複数の信号線を有し、複数の画素のそれぞれは、更に第１の表示素子と、第１の導電膜と、第２の絶縁膜と、画素回路と、第２の表示素子と、を有し、複数の画素の一つと複数の信号線の一つは電気的に接続され、第１の導電膜は第１の表示素子と電気的に接続され、第１のソース電極および第１のドレイン電極の一方は、第１の導電膜と重なる領域を備え、第２の絶縁膜は、第１のソース電極および第１のドレイン電極の一方と第１の導電膜の間に挟まれる領域を備え、画素回路は、複数の信号線の一つと電気的に接続され、第１のトランジスタは画素回路に含まれ、第２の表示素子は、画素回路に含まれ、第２の絶縁膜は開口部を備え、第１のソース電極および第１のドレイン電極の一方は、開口部において第１の導電膜と電気的に接続されると好ましい。
また、上記態様の半導体装置と、入力部と、を有し、入力部は、半導体装置に近接するものを検知する機能を備える。
本発明の一態様により、レイアウト面積が小さいトランジスタと駆動能力が高いトランジスタを有する半導体装置を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかになるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
半導体装置の上面を説明する図である。 半導体装置の断面を説明する図である。 半導体装置の回路を説明する図である。 半導体装置の回路を説明する図である。 半導体装置の断面を説明する図である。 エネルギーバンドを説明する図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 半導体装置の作製方法を説明する上面図である。 表示装置の構成を説明する図である。 表示装置の断面の構成を説明する図である。 表示装置の断面の構成を説明する図である。 表示装置の回路を説明する図である。 表示装置の構成を説明するブロック図及び模式図である。 発光素子の断面模式図である。 表示モジュールを説明する図である。 電子機器を説明する図である。 電子機器を説明する図である。 表示装置を説明する図である。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、以下の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。
また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。
また、本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
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、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、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、「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、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
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。したがって、−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。したがって、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、「膜」という用語と、「層」という用語とは、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、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇｓにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇｓにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇｓにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
また、本明細書等では、チャネル幅Ｗを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Ｗあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅（例えば１μｍ）あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流／長さの次元を持つ単位（例えば、Ａ／μｍ）で表される場合がある。
トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、６０℃、８５℃、９５℃、または１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓに依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓ、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
また、本明細書等において、トランジスタのしきい値電圧とは、トランジスタにチャネルが形成されたときのゲート電圧（Ｖｇ）を指す。具体的には、トランジスタのしきい値電圧とは、ゲート電圧（Ｖｇ）を横軸に、ドレイン電流（Ｉｄ）の平方根を縦軸にプロットした曲線（Ｖｇ−√Ｉｄ特性）において、最大傾きである接線を外挿したときの直線と、ドレイン電流（Ｉｄ）の平方根が０（Ｉｄが０Ａ）との交点におけるゲート電圧（Ｖｇ）を指す場合がある。あるいは、トランジスタのしきい値電圧とは、チャネル長をＬ、チャネル幅をＷとし、Ｉｄ［Ａ］×Ｌ［μｍ］／Ｗ［μｍ］の値が１×１０−９［Ａ］となるゲート電圧（Ｖｇ）を指す場合がある。
また、本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができる。また、ＯＳ−ＦＥＴと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、半導体の不純物とは、半導体膜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である。不純物が含まれることにより、半導体にＤＯＳ（Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｔａｔｅ）が形成されることや、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を有する場合、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、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、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、半導体がシリコンを有する場合、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。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置及び表示装置について、図１乃至図２を参照して説明する。
＜１−１半導体装置の構成例１＞
図１は、本発明の一態様の半導体装置５０の上面図であり、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、図１に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２間、Ａ３−Ａ４間、画素回路１０のＡ５−Ａ６間における切断面の断面図に相当する。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、トランジスタＴｒ１のチャネル長（Ｌ）方向の断面、及びトランジスタＴｒ２のチャネル長（Ｌ）方向の断面を含む。また、図１ではＡ１−Ａ２はデマルチプレクサ１２（Ｄｅｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ。ＤｅＭＵＸとも呼称する。）中にあるが、Ａ１−Ａ２をゲードドライバ中のトランジスタの断面としても良い。
図１および図２に示す半導体装置５０は、少なくともボトムゲートを有するトランジスタＴｒ１と、ボトムゲート及びトップゲートを有するトランジスタＴｒ２と、を有する。
なお、図２（Ａ）に示す表示装置は画素電極上の液晶層を図示していないが、本願の一態様の半導体装置５０の表示素子としては液晶素子、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子（有機物及び無機物を含むＥＬ素子、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤなど）などを用いることができる。一例として上部にエレクトロルミネッセンス素子を含む表示素子を有する場合の断面図を図２（Ｂ）に示す。
ただし、本発明の一態様の半導体装置５０に用いられる表示素子は液晶素子、ＥＬ素子に限定されない。上記以外にも発光トランジスタ素子（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、電子インク素子、電気泳動素子、エレクトロウェッティング素子、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）ディスプレイ、圧電セラミックディスプレイ、量子ドットなどが挙げられる。
表示装置に用いる半導体装置中では、機能によってトランジスタに求められる特性は異なる。例えば、ゲートドライバ１１ａ及びゲートドライバ１１ｂや、ソースドライバ１３が有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ１２ではオン時の電流が高いことが求められる。一方、画素回路１０内のトランジスタではオン電流が高いことよりも、高い開口率を実現するためにレイアウト面積が小さいことが、より求められる。近年では、画素密度が１０００ｐｐｉ（ｐｉｘｌｅｌ ｐｅｒ ｉｎｃｈ）を超える表示装置が注目されている。また、後述する、一つの画素に２つの種類の表示素子を有する表示装置では、画素部での高い開口率が求められる傾向がより顕著である。本発明は、以上のような表示装置に好適に用いることができる。
トップゲートセルフアライン（Ｔｏｐ−Ｇａｔｅ−Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｈｎｅ：ＴＧＳＡ）型のトランジスタ（以下、ＴＧＳＡ型のトランジスタと略す）は電流駆動能力が高い。そのためゲートドライバ、デマルチプレクサ用のトランジスタとして好適に用いることができる。一方、チャネルエッチ（Ｃｈａｎｎｅｌ−Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＣＥ）型のトランジスタ（以下、ＣＥ型のトランジスタと略す）はＴＧＳＡ型のトランジスタのコンタクトホールの配置マージンを考慮するとレイアウト面積がＴＧＳＡ型のトランジスタより小さい。そのため画素部のトランジスタとして好適に用いることができる。
トランジスタＴｒ１は、基板１０２上の導電膜１０４ａと、導電膜１０４ａ上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１０８上の導電膜１１２ａと、酸化物半導体膜１０８上の導電膜１１２ｂと、酸化物半導体膜１０８、導電膜１１２ａ、及び導電膜１１２ｂ上の絶縁膜１１６ａと、絶縁膜１１６ａ上の絶縁膜１１６ｂと、絶縁膜１１６ｂ上の絶縁膜２１０ａと、絶縁膜２１０ａ上の導電膜２１２ａと、を有する。
例えば、トランジスタＴｒ１において、導電膜１０４ａが第１のゲート電極として機能し、導電膜１１２ａがソース電極として機能し、導電膜１１２ｂがドレイン電極として機能し、導電膜２１２ａが第２のゲート電極として機能する。また、トランジスタＴｒ１において、絶縁膜１０６が第１のゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜１１６ａ、１１６ｂ、２１０ａが第２のゲート絶縁膜として機能する。
トランジスタＴｒ２は、基板１０２上の絶縁膜１０６と、絶縁膜１０６上の導電膜１１２ｃと、導電膜１１２ｃ上の絶縁膜１１６ａと、絶縁膜１１６ａ上の絶縁膜１１６ｂと、絶縁膜１１６ｂ上の酸化物半導体膜１２８と、酸化物半導体膜１２８上の絶縁膜２１０ｂと、酸化物半導体膜上の絶縁膜２１６ａ、２１６ｂと、絶縁膜２１０ｂ上の導電膜２１２ｂと、酸化物半導体膜１２８及び絶縁膜２１６ａ、２１６ｂ上の導電膜２２２ａと、酸化物半導体膜１２８及び絶縁膜２１６ａ、２１６ｂ上の導電膜２２２ｂと、を有する。
例えば、トランジスタＴｒ２において、導電膜１１２ｃが第１のゲート電極として機能し、導電膜２２２ａがソース電極として機能し、導電膜２２２ｂがドレイン電極として機能し、導電膜２１２ｂが第２のゲート電極として機能する。また、トランジスタＴｒ２において、絶縁膜１１６ａ、１１６ｂが第１のゲート絶縁膜として機能し、絶縁膜２１２ｂが第２のゲート電極として機能する。
図２（Ａ）、（Ｂ）の構成では絶縁膜１１６ａ、１１６ｂが積層される例を示したが、単層でもよい。また３層以上の積層でもよい。また、絶縁膜２１６ａ、２１６ｂが積層される例を示したが、単層でもよい。また３層以上の積層でもよい。
また、ゲートドライバなど周辺の回路と画素部を接続する配線は、基板１０２上の導電膜１０４ｂと、導電膜１０４ｂ上の導電膜１１２ｂと、を有する。
上記構成のトランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２では、トランジスタＴｒ１の下側のＧＩ膜となる絶縁膜１０６と、トランジスタＴｒ２の下地絶縁膜となる絶縁膜１０６が共通して用いられている。また、トランジスタＴｒ１のボトムゲートとなる導電膜１０４ａと、接続部の配線となる導電膜１０４ｂと、を同じ材料から同じ工程で作成している。また、トランジスタＴｒ１のＳ／Ｄ電極となる導電膜１１２ａ及び１１２ｂ、トランジスタＴｒ２のボトムゲートとなる１１２ｃ、及び接続部の導電膜１１２ｄと、を同じ材料から同じ工程で作成している。このような構成にすることによって特性の異なるトランジスタを、マスク枚数または工程数の増加を極力抑えつつ同一基板上に作成することができる。
また、酸化物半導体膜１０８と酸化物半導体膜１２８は、それぞれ、Ｉｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）と、Ｚｎと、を有する。例えば、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８のどちらか、又は両方は、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有すると好ましい。ただし、本発明の一態様の表示装置は、これに限定されず、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比よりも少ない領域を有する構成、あるいはＩｎの原子数比がＭの原子数比と同じ領域を有する構成としてもよい。
酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８のどちらか、又は両方が、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有することで、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の電界効果移動度を高くすることができる。
また、酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１２８とは、組成が同じ、または組成が概略同じであってもよい。酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１２８の組成を同じにすることで、製造コストを低減することが可能となる。ただし、後述するように、本発明の一態様の半導体装置は、これに限定されず、酸化物半導体膜１０８と、酸化物半導体膜１２８との組成を異ならせてもよい。
例えば、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、表示装置が有するゲート信号を生成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）表示装置を提供することができる。また、上記の電界効果移動度が高いトランジスタを、表示装置が有する信号線の供給を行うソースドライバ（とくにデマルチプレクサ）に用いることで表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
上記の構成によって開口率が高く、同時に表示性能が高い表示素子を提供することができる。しかも工程数の増加を極力抑えることができる。
＜１−２．半導体装置の画素回路１０＞
ここで図１、２に示す半導体装置５０の画素回路１０の一例について、図３を用いて説明する。
図３は、半導体装置５０の画素回路２５１の一例を示す回路図である。
図３に示す画素回路２５１は、トランジスタ２４０と、容量素子２５５と、液晶素子２５７と、走査線２５８と、信号線２５９と、容量線２６５と、を有する。図２のトランジスタＴｒ１が図３のトランジスタ２４０として機能する。また、容量素子２５５については図２においては図示していない。
トランジスタ２４０のソース電極及びドレイン電極の一方は、信号線２５９に電気的に接続される。トランジスタ２４０のゲート電極は走査線２５８に電気的に接続される。トランジスタ２４０は、オン状態またはオフ状態になることにより、信号線の信号の書き込みを制御する機能を有する。
容量素子２５５の一対の電極の一方は、トランジスタ２４０のソース電極及びドレイン電極の他方と、液晶素子の一対の電極の一方と、に電気的に接続される。また、容量素子２５５の一対の電極の他方は、容量線２６５に電気的に接続される。
以上の構成が図１、２に示す表示装置の画素回路５５の一例である。
＜１−３．半導体装置の画素回路２＞
また、図１、２に示す半導体装置５０の画素回路５５の例について、図４を用いて説明する。
図４は、半導体装置５０の画素回路５５の一例を示す回路図である。
図４に示す画素回路５５は、トランジスタＴｒ１１と、トランジスタＴｒ１２と、容量素子Ｃｓ１と、発光素子１６０と、を有する。なお図４については、画素回路が列方向に２つ隣接する構成を例示している。図２に示すトランジスタＴｒ１が画素回路５５内のトランジスタＴｒ１１又はトランジスタＴｒ１２のどちらかとして適用され、機能する。また容量素子Ｃｓ１については、図２においては図示していない。
また、図４に示す回路図においては、画素にデータ信号の書き込みを行うデータ線ＤＬ＿Ｙ−１と、隣接する画素にデータ信号の書き込みを行うデータ線ＤＬ＿Ｙと、発光素子に電位を供給するアノード線ＡＮＯＤＥ＿Ｘ−１と、隣接する発光素子に電位を供給するＡＮＯＤＥ＿Ｘと、画素に走査信号を供給する走査線ＧＬ＿Ｘと、が示されている。
トランジスタＴｒ１１のソース電極及びドレイン電極の一方は、データ線ＤＬ＿Ｙ−１に電気的に接続される。さらに、トランジスタＴｒ１１の第１のゲート電極及び第２のゲート電極は、走査線ＧＬ＿Ｘに電気的に接続される。トランジスタＴｒ１１は、オン状態またはオフ状態になることにより、データ信号のデータの書き込みを制御する機能を有する。
容量素子Ｃｓ１の一対の電極の一方は、トランジスタＴｒ１１のソース電極及びドレイン電極の他方に電気的に接続される。また、容量素子Ｃｓ１の一対の電極の他方は、トランジスタＴｒ１２の第２のゲート電極（バックゲート電極ともいう）に電気的に接続される。容量素子Ｃｓ１は、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Ｔｒ１２のソース電極及びドレイン電極の一方は、アノード線ＡＮＯＤＥ＿Ｘ−１に電気的に接続される。
発光素子１６０の一対の電極（導電膜１３８、導電膜１４４）の一方は、トランジスタＴｒ１２のソース電極及びドレイン電極の他方と電気的に接続され、他方は、カソード線ＣＡＴＨＯＤＥに電気的に接続される。なお、発光素子１６０の一対の電極の一方には、容量素子Ｃｓ１の一対の電極の他方が電気的に接続される。
以上の構成が図１、２の半導体装置の画素回路５５の他の一例である。
トランジスタＴｒ１１と、トランジスタＴｒ１２とで、導電膜及び絶縁膜のいずれか一方または双方を共通して用いることができるため、マスク枚数または工程数を削減することが可能である。
＜１−４．半導体装置の構成要素＞
次に、本実施の形態の表示装置に含まれる構成要素について、詳細に説明する。
［基板］
基板１０２の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を、基板１０２として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０２として用いてもよい。なお、基板１０２として、ガラス基板を用いる場合、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。
また、基板１０２として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、半導体装置５０を形成してもよい。または、基板１０２と半導体装置５０の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板１０２より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、半導体装置５０は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
［導電膜］
導電膜１０４ａ、導電膜１０４ｂ、導電膜１１２ａ、導電膜１１２ｂ、導電膜２１２ａ、導電膜２１２ｂ、導電膜２２２ａおよび導電膜２２２ｂとしては、クロム（Ｃｒ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いてそれぞれ形成することができる。
導電膜１０４ａ、導電膜１０４ｂ、導電膜１１２ａ、導電膜１１２ｂ、導電膜２１２ａ、導電膜２１２ｂ、導電膜２２２ａおよび導電膜２２２ｂには、インジウムと錫とを有する酸化物、タングステンとインジウムとを有する酸化物、タングステンとインジウムと亜鉛とを有する酸化物、チタンとインジウムとを有する酸化物、チタンとインジウムと錫とを有する酸化物、インジウムと亜鉛とを有する酸化物、シリコンとインジウムと錫とを有する酸化物、インジウムとガリウムと亜鉛とを有する酸化物等の酸化物導電体を適用することもできる。
特に、導電膜２１２ａ、導電膜２１２ｂには、上述の酸化物導電体を好適に用いることができる。ここで、酸化物導電体について説明を行う。本明細書等において、酸化物導電体をＯＣ（Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称してもよい。酸化物導電体としては、例えば、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された酸化物半導体を、酸化物導電体ということができる。一般に、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。
また、導電膜１０４ａ、導電膜１０４ｂ、導電膜１１２ａ、導電膜１１２ｂ、導電膜１１２ｄ、導電膜１１２ｃには、Ｃｕ−Ｘ合金膜（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）を適用してもよい。Ｃｕ−Ｘ合金膜を用いることで、ウエットエッチングプロセスで加工できるため、製造コストを抑制することが可能となる。Ｃｕ−Ｘ合金膜としては、Ｃｕ−Ｍｎ合金が特に好ましい。
また、導電膜１０４ａ、導電膜１０４ｂ、導電膜１１２ａ、導電膜１１２ｂ、導電膜１１２ｄ、導電膜１１２ｃのいずれか一つまたは複数には、上述の金属元素の中でも、特にアルミニウム、銅、チタン、タングステン、タンタル、及びモリブデンの中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。
また、導電膜１０４ａ、導電膜１０４ｂ、導電膜１１２ａ、導電膜１１２ｂ、導電膜１１２ｄ、導電膜１１２ｃのいずれか一つまたは複数には、窒素とタンタルを含む、所謂窒化タンタル膜を用いると好適である。当該窒化タンタル膜は、導電性を有し、且つ、銅または水素に対して、高いバリア性を有する。また、窒化タンタル膜は、さらに自身からの水素の放出が少ないため、酸化物半導体膜１０８と接する金属膜、または酸化物半導体膜１０８の近傍の金属膜として、最も好適に用いることができる。
［絶縁膜］
絶縁膜１０６、絶縁膜１１６ａ、絶縁膜１１６ｂ、絶縁膜２１０ａ、絶縁膜２１０ｂ、及び絶縁膜２１６としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜および酸化ネオジム膜を一種以上含む絶縁層を、それぞれ用いることができる。
また、絶縁膜１０６は、酸素の透過を抑制するブロッキング膜としての機能を有する。例えば、絶縁膜１１６ａ、絶縁膜１１６ｂ、酸化物半導体膜１０８、酸化物半導体膜１２８、絶縁膜２１０ａ、絶縁膜２１０ｂ及び絶縁膜２１６、及び絶縁膜１２６のいずれか一つまたは複数が過剰酸素領域を有する場合において、絶縁膜１０６によって酸素の透過を抑制することができる。
なお、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８のいずれか一方または双方と接する絶縁膜としては、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（過剰酸素領域）を有することがより好ましい。別言すると、過剰酸素領域を有する酸化物絶縁膜は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。
なお、上述の過剰酸素領域を有する酸化物絶縁膜としては、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜を形成する、成膜後の絶縁膜を酸素雰囲気下で熱処理を行う、または成膜後の絶縁膜中に酸素を添加することで形成すればよい。成膜後の絶縁膜中に酸素を添加する方法としては、プラズマ処理が好ましい。
また、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜には、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、などのいわゆる高誘電率の絶縁膜を用いても良い。酸化シリコン、酸化窒化シリコンと比べて誘電率が高いこれらの絶縁膜をゲート絶縁膜に用いた場合、絶縁膜の膜厚を大きくできるため、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。すなわち、オフ電流の小さい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Ｔｒ１及びトランジスタＴｒ２のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜には、窒化シリコンを用いてもよい。ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜に窒化シリコンを用いる場合、以下の効果を奏する。窒化シリコンは、酸化シリコンと比較して比誘電率が高く、酸化シリコンと同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、絶縁膜を厚膜化することができる。よって、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の絶縁耐圧の低下を抑制、さらには絶縁耐圧を向上させて、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２の静電破壊を抑制することができる。
また、絶縁膜１１６ａ、絶縁膜１１６ｂ、絶縁膜２１６ａ及び絶縁膜２１６ｂは、酸化物半導体膜１０８または酸化物半導体膜１２８のいずれか一方または双方に酸素を供給する機能を有する。すなわち、絶縁膜１１６ａ、１１６ｂ、２１６ａおよび２１６ｂは、酸素を有する。また、絶縁膜１１６ａ、２１６ａは、酸素を透過することのできる絶縁膜である。なお、絶縁膜１１６ａは、後に形成する絶縁膜１１６ｂを形成する際の、酸化物半導体膜１０８へのダメージ緩和膜としても機能し、絶縁膜２１６ａは、後に形成する絶縁膜２１６ｂを形成する際の、酸化物半導体膜１２８へのダメージ緩和膜としても機能する。
絶縁膜１１６ａとしては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
また、絶縁膜１１６ａ、２１６ａは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、絶縁膜１１６ａ、２１６ａに含まれる欠陥密度が多いと、欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁膜１１６ａにおける酸素の透過量が減少してしまう。
また、絶縁膜１１６ａ、２１６ａは、窒素酸化物に起因する準位密度が低い酸化物絶縁膜を用いて形成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、酸化物半導体膜の価電子帯の上端のエネルギー（Ｅｖ＿ｏｓ）と酸化物半導体膜の伝導帯の下端のエネルギー（Ｅｃ＿ｏｓ）の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁膜として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ）において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。なお、上記のアンモニアの放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。また、上記のアンモニアの放出量は、ＴＤＳにおけるアンモニア分子に換算しての総量である。
窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０を越えて２以下、好ましくは１以上２以下）、代表的にはＮＯ２またはＮＯは、絶縁膜１１６ａ、２１６ａなどに準位を形成する。当該準位は、酸化物半導体膜１０８、１２８のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁膜１１６ａ及び酸化物半導体膜１０８の界面、または絶縁膜２１６ａ及び酸化物半導体膜１２８の界面に拡散すると、当該準位が絶縁膜１１６ａ、２１６ａ側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁膜１１６ａ及び酸化物半導体膜１０８の界面近傍、または絶縁膜２１６ａ及び酸化物半導体膜１２８の界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁膜１１６ａ、２１６ａに含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁膜１１６ｂ、２１６ｂに含まれるアンモニアと反応するため、絶縁膜１１６ａ、２１６ａに含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁膜１１６ａ及び酸化物半導体膜１０８の界面、または絶縁膜２１６ａ及び酸化物半導体膜１２８の界面において、電子がトラップされにくい。
絶縁膜１１６ａ、２１６ａとして、上記酸化物絶縁膜を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
なお、トランジスタの作製工程の加熱処理、代表的には３００℃以上３５０℃未満の加熱処理により、絶縁膜１１６ａ、２１６ａは、１００Ｋ以下のＥＳＲで測定して得られたスペクトルにおいてｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下の第３のシグナルが観測される。なお、第１のシグナル及び第２のシグナルのスプリット幅、並びに第２のシグナル及び第３のシグナルのスプリット幅は、ＸバンドのＥＳＲ測定において約５ｍＴである。また、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満であり、代表的には１×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満である。
なお、１００Ｋ以下のＥＳＲスペクトルにおいて、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計は、窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０以上２以下、好ましくは１以上２以下）起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
なお、１００Ｋ以下のＥＳＲスペクトルにおいて、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計は、窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０以上２以下、好ましくは１以上２以下）起因のシグナルに相当する。窒素酸化物の代表例としては、一酸化窒素、二酸化窒素等がある。即ち、ｇ値が２．０３７以上２．０３９以下の第１のシグナル、ｇ値が２．００１以上２．００３以下の第２のシグナル、及びｇ値が１．９６４以上１．９６６以下である第３のシグナルのスピンの密度の合計が少ないほど、酸化物絶縁膜に含まれる窒素酸化物の含有量が少ないといえる。
また、上記酸化物絶縁膜は、ＳＩＭＳで測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
基板温度が２２０℃以上３５０℃以下であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて、上記酸化物絶縁膜を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。
絶縁膜１１６ａは、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が放出する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。なお、上記の酸素の放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。また、上記の酸素の放出量は、ＴＤＳにおける酸素原子に換算しての総量である。
絶縁膜１１６ａとしては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
また、絶縁膜１１６ｂ、２１６ｂは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、さらには１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。
また、絶縁膜１１６ａと絶縁膜１１６ｂ、及び絶縁膜２１６ａと絶縁膜２１６ｂは、同種の材料の絶縁膜を用いることができるため、絶縁膜１１６ａと絶縁膜１１６ｂとの界面、及び絶縁膜２１６ａと絶縁膜２１６ｂとの界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の形態においては、絶縁膜１１６ａと絶縁膜１１６ｂとの界面、及び絶縁膜２１６ａと絶縁膜２１６ｂとの界面を、破線で図示している。
絶縁膜２３０としては、例えば厚さ１．５μｍの感光性のアクリル系の有機樹脂膜を形成する。
［酸化物半導体膜］
酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８としては、それぞれ先に示す材料を用いることができる。
酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ＞Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１等が挙げられる。
酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≦Ｍを満たす組成でもよい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６、等が挙げられる。
酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８の組成は同じでもよいし、異なっていてもよい。例えば、酸化物半導体膜１０８ではＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１及びその近傍の組成とし、酸化物半導体膜１２８ではＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１及びその近傍の組成とし、酸化物半導体膜１２８でＩｎの割合を多くすることができる。ここで１：１：１の近傍とは、Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の総和に対して、Ｉｎが１の場合、Ｍが０．５以上１．５以下であり、且つＺｎが０．５以上１．５以下である。また４：２：４．１及びその近傍とは、Ｉｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の総和に対して、Ｉｎが４の場合、Ｍが１．５以上２．５以下であり、且つＺｎが３以上５．１以下である。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８が、それぞれＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いることで、結晶性を有する酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８を形成しやすくなる。なお、成膜される酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８のスパッタリングターゲットとして、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１を用いる場合、成膜される酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８の原子数比は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３近傍となる場合がある。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタＴｒ１及びトランジスタＴｒ２のオフ電流を低減することができる。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８の厚さは、それぞれ３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体膜を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８は水素ができる限り低減されていることが好ましい。
具体的には、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８において、ＳＩＭＳ分析により得られる水素濃度を、それぞれ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、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８において、第１４族元素の一つであるシリコンまたは炭素が含まれると、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８におけるＳＩＭＳ分析により得られるシリコン濃度を、それぞれ２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８におけるＳＩＭＳ分析により得られる炭素濃度を、それぞれ２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８において、ＳＩＭＳ分析により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、それぞれ１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。
また、酸化物半導体膜１０８及び酸化物半導体膜１２８は、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）であれば、それぞれ非単結晶構造でもよい。
本明細書等において、金属酸化物とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体膜に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができる。また、ＯＳ ＦＥＴと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
また、本明細書等において、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）、及びＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）と記載する場合がある。なお、ＣＡＡＣは結晶構造の一例を表し、ＣＡＣは機能、または材料の構成の一例を表す。
また、本明細書等において、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタの半導体膜に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、本明細書等において、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタの半導体膜に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
なお、上記記載の、導電膜、絶縁膜、酸化物半導体膜などの様々な膜としては、スパッタリング法、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ：（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法、熱ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成することができる。なお、熱ＣＶＤ法として、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、またはＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などが挙げられる。
熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。
熱ＣＶＤ法は、原料ガス及び酸化剤をチャンバー内に送り、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。
また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスを用いて、成膜を行ってもよい。
＜１−５．半導体装置の構成例２＞
次に、図１及び図２（Ａ）、（Ｂ）に示す半導体装置５０の変形例について、図５（Ａ）（Ｂ）及び図６を用いて説明する。
ここでは、酸化物半導体膜の積層構造について説明する。
図５（Ａ）（Ｂ）は、半導体装置５０が有するトランジスタＴｒ１のチャネル長（Ｌ）方向の断面図である。
図５（Ａ）は、トランジスタＴｒ１が有する酸化物半導体膜１０８を、酸化物半導体膜の３層の積層構造とした例である。この場合、酸化物半導体膜１０８は、酸化物半導体膜１０８ａと、酸化物半導体膜１０８ａ上の酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｂ上の酸化物半導体膜１０８ｃと、を有する構成である。
図５（Ｂ）は、トランジスタＴｒ１が有する酸化物半導体膜１０８を、酸化物半導体膜１０８ｂと、酸化物半導体膜１０８ｂ上の酸化物半導体膜１０８ｃと、を有する構成とする例を示す。すなわち酸化物半導体膜が２層の積層構造である。なお、この実施例で説明する酸化物半導体膜が積層構造を有する構造は、トランジスタＴｒ２０やその他明細書に開示されるトランジスタに適用しても良い。
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃに接する絶縁膜のバンド構造、及び酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃに接する絶縁膜のバンド構造の一例を図６（Ａ）（Ｂ）に示す。
図６（Ａ）は、絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１６ａを有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。また、図６（Ｂ）は、絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１６ａを有する積層構造の膜厚方向のバンド構造の一例である。なお、バンド構造は、理解を容易にするため絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、及び絶縁膜１１６ａの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）を示す。
また、図６（Ａ）は、絶縁膜１０６、及び絶縁膜１１６ａとして酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８ａとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｂとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｃとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用いる構成のバンド図である。
また、図６（Ｂ）は、絶縁膜１０６、及び絶縁膜１１６ａとして酸化シリコン膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｂとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１の金属酸化物ターゲットを用いて形成される酸化物半導体膜を用い、酸化物半導体膜１０８ｃとして金属元素の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２の金属酸化物ターゲットを用いて形成される金属酸化膜を用いる構成のバンド図である。
図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１８８ｃにおいて、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようなバンド構造を有するためには、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとの界面において、トラップ中心や再結合中心のような欠陥準位、を形成するような不純物が存在しないとする。
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃに連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。
図６（Ａ）（Ｂ）に示す構成とすることで酸化物半導体膜１０８ｂがウェル（井戸）となり、上記積層構造を用いたトランジスタにおいて、チャネル領域が酸化物半導体膜１０８ｂに形成されることがわかる。
なお、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃを設けることにより、酸化物半導体膜１０８ｂに形成されうるトラップ準位を酸化物半導体膜１０８ｂより遠ざけることができる。
また、トラップ準位が、チャネル領域として機能する酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位から遠くなることがあり、トラップ準位に電子が蓄積しやすくなってしまう。トラップ準位に電子が蓄積されることで、マイナスの固定電荷となり、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトしてしまう。したがって、トラップ準位が酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位（Ｅｃ）より真空準位に近くなるような構成にすると好ましい。このようにすることで、トラップ準位に電子が蓄積しにくくなり、トランジスタのオン電流を増大させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、酸化物半導体膜１０８ｂよりも伝導帯下端のエネルギー準位が真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位と、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。すなわち、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの電子親和力と、酸化物半導体膜１０８ｂの電子親和力との差が、０．１５ｅＶ以上、または０．５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、または１ｅＶ以下である。
このような構成を有することで、酸化物半導体膜１０８ｂが電流の主な経路となり、チャネル領域として機能する。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜１０８ｂを構成する金属元素の一種以上から構成される酸化物半導体膜であるため、酸化物半導体膜１０８ａと酸化物半導体膜１０８ｂとの界面、または酸化物半導体膜１０８ｂと酸化物半導体膜１０８ｃとの界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、チャネル領域の一部として機能することを防止するため、導電率が十分に低い材料を用いるものとする。または、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃには、電子親和力（真空準位と伝導帯下端のエネルギー準位との差）が酸化物半導体膜１０８ｂよりも小さく、伝導帯下端のエネルギー準位が酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端エネルギー準位と差分（バンドオフセット）を有する材料を用いるものとする。また、ドレイン電圧の大きさに依存したしきい値電圧の差が生じることを抑制するためには、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの伝導帯下端のエネルギー準位が、酸化物半導体膜１０８ｂの伝導帯下端のエネルギー準位よりも０．２ｅＶ以上真空準位に近い材料、好ましくは０．５ｅＶ以上真空準位に近い材料を適用することが好ましい。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃは、膜中にスピネル型の結晶構造が含まれないことが好ましい。酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜中にスピネル型の結晶構造を含む場合、該スピネル型の結晶構造と他の領域との界面において、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂへ拡散してしまう場合がある。なお、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃが後述するＣＡＡＣ−ＯＳである場合、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素、例えば、銅元素のブロッキング性が高くなり好ましい。
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚は、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂに拡散することを抑制することのできる膜厚以上であって、絶縁膜１１６ａから酸化物半導体膜１０８への酸素の供給を抑制する膜厚未満とする。例えば、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚が１０ｎｍ以上であると、導電膜１１２ａ、１１２ｂの構成元素が酸化物半導体膜１０８ｂへ拡散するのを抑制することができる。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃの膜厚を１００ｎｍ以下とすると、絶縁膜１０６、１１６ａ、１１６ｂから酸化物半導体膜１０８ｂへ効果的に酸素を供給することができる。
酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、またはＳｎ）であるとき、ＭをＩｎより高い原子数比で有することで、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃのエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくしうる。よって、酸化物半導体膜１０８ｂとの電子親和力の差をＭの組成によって制御することが可能となる場合がある。また、Ｍは、酸素との結合力が強い金属元素であるため、これらの元素をＩｎより高い原子数比で有することで、酸素欠損が生じにくくなる。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎおよびＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％より高く、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％より高くする。また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃとして、酸化ガリウム膜を用いてもよい。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物半導体膜１０８ｂと比較して、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃに含まれるＭの原子数比が大きく、代表的には、酸化物半導体膜１０８ｂに含まれる上記原子と比較して、１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比である。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物半導体膜１０８ｂをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃをＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ２／ｘ２がｙ１／ｘ１よりも大きく、好ましくは、ｙ２／ｘ２がｙ１／ｘ１よりも１．５倍以上である。より好ましくは、ｙ２／ｘ２がｙ１／ｘ１よりも２倍以上大きく、さらに好ましくは、ｙ２／ｘ２がｙ１／ｘ１よりも３倍以上または４倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜１０８ｂにおいて、ｙ１がｘ１以上であると、酸化物半導体膜１０８ｂを用いる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、酸化物半導体膜１０８ｂを用いる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。
酸化物半導体膜１０８ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物半導体膜１０８ｂを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１とすると、ｘ１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であって、ｚ１／ｙ１は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。なお、ｚ１／ｙ１を１以上６以下とすることで、酸化物半導体膜１０８ｂとして後述のＣＡＡＣ−ＯＳが形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２等がある。
また、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２とすると、ｘ２／ｙ２＜ｘ１／ｙ１であって、ｚ２／ｙ２は、１／３以上６以下、さらには１以上６以下であることが好ましい。また、Ｉｎに対するＭの原子数比率を大きくすることで、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｃのエネルギーギャップを大きく、電子親和力を小さくすることが可能であるため、ｙ２／ｘ２を３以上、または４以上とすることが好ましい。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：４、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：４：５、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：５：５等がある。
なお、酸化物半導体膜１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ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４０％の変動を含む。
このように、本発明の半導体装置としては、第２のゲート電極の有無、または酸化物半導体膜の積層構造を変えて適用してもよい。また、本実施の形態に係るトランジスタは、上記の構造のそれぞれを自由に組み合わせることが可能である。
＜１−６．半導体装置の作製方法＞
次に、本発明の一態様の半導体装置５０の作製方法について、図７乃至図１７を用いて説明する。
なお、図７乃至図１７は、半導体装置５０の作製方法を説明する断面図である。
まず、基板１０２上に導電膜を形成し、該導電膜をリソグラフィ工程及びエッチング工程を行い加工して、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４ａ及び１０４ｂを形成する（図７参照）。次に、導電膜１０４ａ及び導電膜１０４ｂ上に絶縁膜１０６を形成する。絶縁膜１０６はトランジスタＴｒ１の部分ではボトムゲート側のゲート絶縁膜として機能する。更に、導電膜１０４ｂ上ではリソグラフィ工程及びエッチング工程を行い絶縁膜１０６中に開口部を形成する（図８参照）。
本実施の形態では、第１のゲート電極として機能する導電膜１０４ａとして、厚さ１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリング法により形成する。また、絶縁膜１０６として厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜とをＰＥＣＶＤ法により形成する。
なお、絶縁膜１０６として用いる窒化シリコン膜は、積層構造とする。具体的には、窒化シリコン膜を、第１の窒化シリコン膜と、第２の窒化シリコン膜と、第３のシリコン膜との３層積層構造とすることができる。該３層積層構造の一例としては、以下のように形成することができる。
第１の窒化シリコン膜としては、例えば、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥ−ＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
第２の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量２０００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが３００ｎｍとなるように形成すればよい。
第３の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、及び流量５０００ｓｃｃｍの窒素を原料ガスとしてＰＥＣＶＤ装置の反応室に供給し、反応室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成すればよい。
なお、上記第１の窒化シリコン膜、第２の窒化シリコン膜、及び第３の窒化シリコン膜形成時の基板温度は３５０℃以下とすることができる。
絶縁膜１０６を、窒化シリコン膜の３層の積層構造とすることで、例えば、導電膜１０４ａに銅（Ｃｕ）を含む導電膜を用いる場合において、以下の効果を奏する。
第１の窒化シリコン膜は、導電膜１０４からの銅（Ｃｕ）元素の拡散を抑制することができる。第２の窒化シリコン膜は、水素を放出する機能を有し、ゲート絶縁膜として機能する絶縁膜の耐圧を向上させることができる。第３の窒化シリコン膜は、第３の窒化シリコン膜からの水素放出が少なく、且つ第２の窒化シリコン膜からの放出される水素の拡散を抑制することができる。
次に、絶縁膜１０６上に酸化物半導体膜１０８を形成する。
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜を形成する。また、上記酸化物半導体膜の形成時の基板温度を１７０℃とし、形成時の成膜ガスとしては、流量６０ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１４０ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。その後、上記酸化物半導体膜を所望の形状に加工することで、島状の酸化物半導体膜１０８を形成する（図９参照）。なお、酸化物半導体膜の形成には、ウエットエッチング装置を用いる。
次に、絶縁膜１０６及び酸化物半導体膜１０８上に導電膜を形成し、当該導電膜を所望の形状に加工することで、導電膜１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｄおよび１１２ｃを形成する（図１０参照）。導電膜１１２ａ、１１２ｂはトランジスタＴｒ１のソース電極、又はドレイン電極として、導電膜１１２ｄは接続部の配線の一部として、導電膜１１２ｃはトランジスタＴｒ２の第１のゲート電極として機能する。
本実施の形態では、導電膜１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｄ、及び１１２ｃとして、厚さ５０ｎｍのタングステン膜と、厚さ１００ｎｍのアルミニウム膜と、厚さ５０ｎｍのチタン膜とが順に積層された積層膜をスパッタリング法により成膜する。
また、導電膜１１２ａ、１１２ｂの形成後に、酸化物半導体膜１０８の表面（バックチャネル側）を洗浄してもよい。当該洗浄方法としては、例えば、リン酸水溶液等のエッチャントを用いた洗浄が挙げられる。これにより、酸化物半導体膜１０８の表面に付着する不純物（例えば、導電膜１１２ａ、１１２ｂに含まれる元素等）を除去することができる。なお、当該洗浄を必ずしも行う必要はなく、場合によっては、洗浄を行わなくてもよい。
その後、絶縁膜１０６、酸化物半導体膜１０８、及び導電膜１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｄ、１１２ｃ上に絶縁膜１１６ａおよび１１６ｂを形成する（図１１参照）。前述したように絶縁膜１１６ａ、１１６ｂの積層とせず、単層としても良い。
本実施の形態では、絶縁膜１１６ａとして厚さ２０ｎｍの第１の酸化窒化シリコン膜を、絶縁膜１１６ｂとして厚さ２００ｎｍの第２の酸化窒化シリコン膜を用いる。成膜方法としては両方ともＰＥＣＶＤ法を用いる。
なお、絶縁膜１１６ａ、１１６ｂの成膜方法としては、第１の酸化窒化シリコン膜を形成した後、大気に曝すことなく、連続的に第２の酸化窒化シリコン膜を形成することが好ましい。このように成膜することによって、第１の酸化窒化シリコン膜と、第２の酸化窒化シリコン膜との界面において大気成分由来の不純物濃度を低減することができるとともに、絶縁膜１１６ｂに含まれる酸素を酸化物半導体膜１０８に移動させることが可能となり、酸化物半導体膜１０８の酸素欠損量を低減することが可能となる。
本実施の形態においては、第１の酸化窒化膜として、基板１０２を保持する温度を２２０℃とし、流量５０ｓｃｃｍのシラン及び流量２０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室内の圧力を２０Ｐａとし、平行平板電極に供給する高周波電力を１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗ（電力密度としては１．６×１０−２Ｗ／ｃｍ２）とするＰＥＣＶＤ法を用いて、酸化窒化シリコン膜を形成する。
第２の酸化窒化膜として、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上３５０℃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１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化窒化シリコン膜を形成する。
絶縁膜１１６ｂの成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜１１６ｂ中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。
第２の酸化窒化シリコン膜としては、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上３５０℃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１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。
第２の酸化窒化シリコン膜の成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進む。そのため、第２の酸化窒化シリコン膜中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。一方、基板温度が、上記温度で形成された膜では、シリコンと酸素の結合力が弱いため、後の工程の加熱処理により膜中の酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。
なお、第２の酸化窒化シリコン膜の形成工程において、第１の酸化窒化シリコン膜が酸化物半導体膜１０８の保護膜となる。したがって、酸化物半導体膜１０８へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて第２の酸化窒化シリコン膜を形成することができる。
なお、第２の酸化窒化シリコン膜の成膜条件において、酸化性気体に対するシリコンを含む堆積性気体の流量を増加することで、絶縁膜１１６ｂの欠陥量を低減することが可能である。代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が６×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、好ましくは３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは１．５×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である欠陥量の少ない酸化物絶縁膜を形成することができる。この結果、トランジスタＴｒ１の信頼性を高めることができる。
また、絶縁膜１１６ｂを成膜した後に、加熱処理（以下、第１の加熱処理とする）を行うと好適である。第１の加熱処理により、絶縁膜１１６ｂに含まれる窒素酸化物を低減することができる。または、第１の加熱処理により、絶縁膜１１６ｂに含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜１０８に移動させ、酸化物半導体膜１０８に含まれる酸素欠損量を低減することができる。
第１の加熱処理の温度は、代表的には、４００℃未満、好ましくは３７５℃未満、さらに好ましくは、１５０℃以上３５０℃以下とする。第１の加熱処理は、窒素、酸素、超乾燥空気（水の含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは１ｐｐｍ以下、好ましくは１０ｐｐｂ以下の空気）、または希ガス（アルゴン、ヘリウム等）の雰囲気下で行えばよい。なお、上記窒素、酸素、超乾燥空気、または希ガスに水素、水等が含まれないことが好ましい該加熱処理には、電気炉、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）等を用いることができる。
次に、絶縁膜１１６ｂ上に酸化物半導体膜１２８を形成する（図１２参照）。
本実施の形態では、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いて、スパッタリング法により酸化物半導体膜を形成する。また、上記酸化物半導体膜の形成時の基板温度を１７０℃とし、形成時の成膜ガスとしては、流量６０ｓｃｃｍの酸素ガスと、流量１４０ｓｃｃｍのアルゴンガスと、を用いる。その後、上記酸化物半導体膜を所望の形状に加工することで、島状の酸化物半導体膜１２８を形成する。なお、酸化物半導体膜の形成には、ウエットエッチング装置を用いる。
次に絶縁膜１１６ｂと酸化物半導体膜１２８上に、ゲート絶縁膜となる絶縁膜を成膜し、その上にゲート電極となる導電膜を成膜する。その後当該積層膜を所望の形状に加工することで、島状の絶縁膜２１０ａ、２１０ｂと、島状の導電膜２１２ａ、２１２ｂ上とを形成する（図１３参照）。島状の絶縁膜２１０ａは第１のトランジスタＴｒ１のゲート絶縁膜として機能する。また島状の絶縁膜２１０ｂは第２のトランジスタＴｒ２のゲート絶縁膜の一部として機能する。また、島状の導電膜２１２ａおよび２１２ｂは、それぞれ第１のトランジスタＴｒ１のゲート電極および第２のトランジスタＴｒ２のゲート電極として機能する。
本実施の形態では、絶縁膜２１０ａ、２１０ｂとしては、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成する。また、導電膜２１２ａ、２１２ｂとしては、厚さ２００ｎｍの酸化物半導体膜を、スパッタリング装置を用いて形成する。なお、当該酸化物半導体膜としては、酸化物半導体膜１２８と同じ組成を用いる。
次に、絶縁膜２１０ａ、絶縁膜２１０ｂ、導電膜２１２ａ及び導電膜２１２ｂ上に絶縁膜２１６ａ及び２１６ｂを形成する（図１４参照）。
本実施の形態では、絶縁膜２１６ａ及び絶縁膜２１６ｂの積層構造を用いる。絶縁膜２１６ａとしては厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜をＰＥＣＶＤ装置を用いて形成する。また、絶縁膜２１６ｂとしては、厚さ２００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を、ＰＥＣＶＤ装置を用いて形成する。
また、酸化物半導体膜１２８の一部の領域と、導電膜２１２ａ、２１２ｂとは、絶縁膜２１６ａと接することで、絶縁膜２１６ａ中の水素及び窒素のいずれか一方または双方が添加されることで酸化物導電体（ＯＣ）となる。
なお、絶縁膜２１０ａ、２１０ｂは、それぞれ導電膜２１２ａ、２１２ｂをマスクに自己整合的に形成される。
次に、絶縁膜２１６ａ、２１６ｂの所望の領域に酸化物半導体膜１２８に達する開口部を形成する。次に当該開口部を覆うように、酸化物半導体膜１２８及び絶縁膜２１６ｂ上に導電膜を形成し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜２２２ａ、２２２ｂを形成する（図１５参照）。
導電膜２２２ａ、２２２ｂとして、厚さ１００ｎｍのタングステン膜と、厚さ２００ｎｍの銅膜とをスパッタリング法により形成する。
次に、絶縁膜２１６ｂ及び導電膜２２２ａ、２２２ｂ上に絶縁膜２３０を形成する。その後、絶縁膜２３０の所望の領域を加工することで、導電膜１１２ａに達する開口部２５２を形成する（図１６参照）。
次に、絶縁膜２３０及び導電膜１１２ａ上に導電膜を形成し、当該導電膜を島状に加工することで、導電膜２５３を形成する（図１７参照）。
本実施の形態では、導電膜２５３としては、厚さ１０ｎｍのＩＴＳＯ（酸化珪素を含むインジウム錫酸化物）膜と、厚さ２００ｎｍの反射性の金属膜（ここでは、銀、パラジウム、及び銅を有する金属膜）と、厚さ１０ｎｍのＩＴＳＯ膜との積層膜を用いる。また、導電膜２５３への加工には、ウエットエッチング装置を用いる。
この後は通常の工程によって絶縁膜２３０及び導電膜２５３上に液晶素子、発光素子、その他の表示に必要な構造を設けることができる。
なお、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置７００ＴＰＡの構成について、図１８乃至図２２を参照しながら説明する。
図１８は本発明の一態様の表示装置の構成を説明する図である。図１８（Ａ）は本発明の一態様の表示装置の上面図である。図１８（Ｂ−１）は図１８（Ａ）の一部の構成を説明する下面図であり、図１８（Ｂ−２）は図１８（Ｂ−１）に図示する一部の構成を省略して説明する下面図である。
図１９および図２０は本発明の一態様の表示装置の構成を説明する断面図である。図１９（Ａ）は図１８（Ａ）の切断線Ｘ１−Ｘ２、切断線Ｘ３−Ｘ４、切断線Ｘ５−Ｘ６における断面図であり、図１９（Ｂ）は図１８（Ａ）の一部を説明する図である。
図２０（Ａ）は図１８（Ａ）の切断線Ｘ７−Ｘ８、切断線Ｘ９−Ｘ１０、切断線Ｘ１１−Ｘ１２における断面図であり、図２０（Ｂ）は図２０（Ａ）の一部を説明する図である。
図２１は本発明の一態様の入出力装置が備える画素回路の構成を説明する回路図である。
図２２は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる表示部の画素および配線等の配置を説明するブロック図である。図２２（Ｂ−１）および図２２（Ｂ−２）は本発明の一態様の入出力装置に用いることができる開口部の配置を説明する模式図である。
＜表示装置の構成例１．＞
本実施の形態で説明する表示装置７００ＴＰＡは、表示部と、表示部と重なる領域を備える入力部と、を有する。例えば、表示部が表示をする側に入力部を有する（図１９（Ａ）および図２０（Ａ）参照）。
表示部は、信号線Ｓ１（ｊ）と、画素７０２（ｉ，ｊ）と、を備える（図１８（Ｂ−１）および図１７（Ｂ−２）参照）。
画素７０２（ｉ，ｊ）は、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される。
画素７０２（ｉ，ｊ）は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と、第１の導電膜と、第２の導電膜と、第２の絶縁膜５０１Ｃと、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）と、を有する（図１９（Ａ）、図２０（Ａ）および図２１参照）。
第１の導電膜は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と電気的に接続される（図２０（Ａ）参照）。例えば、第１の導電膜を、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）の第１の電極７５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。
第２の導電膜は、第１の導電膜と重なる領域を備える。例えば、第２の導電膜を、スイッチＳＷ１に用いることができるトランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜５１２Ｂに用いることができる。
第２の絶縁膜５０１Ｃは、第２の導電膜と第１の導電膜の間に挟まれる領域を備える。
画素回路５３０（ｉ，ｊ）は、第２の導電膜と電気的に接続される。例えば、第２の導電膜をソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜５１２Ｂに用いたトランジスタを、画素回路５３０（ｉ，ｊ）のスイッチＳＷ１に用いることができる（図２０（Ａ）および図２１参照）。
第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と電気的に接続される。
第２の絶縁膜５０１Ｃは、開口部５９１Ａを備える（図２０（Ａ）参照）。
第２の導電膜は、開口部５９１Ａにおいて第１の導電膜と電気的に接続される。例えば、導電膜５１２Ｂは、第１の導電膜を兼ねる第１の電極７５１（ｉ，ｊ）と電気的に接続される。ところで、第２の絶縁膜に設けられた開口部５９１Ａにおいて第２の導電膜と電気的に接続される第１の導電膜を、貫通電極ということができる。
画素回路５３０（ｉ，ｊ）は、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される（図２１参照）。なお、導電膜５１２Ａは、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される（図２０（Ａ）及び図２１参照）。
入力部は、表示部と重なる領域に近接するものを検知する機能を備える（図１９（Ａ）参照）。例えば、近接する指などを検知する検知素子７７５（ｇ，ｈ）等を備える。
これにより、例えば同一の工程を用いて形成することができる画素回路を用いて、第１の表示素子と、第１の表示素子とは異なる方法を用いて表示をする第２の表示素子と、を駆動することができる。また、表示部と重なる領域に近接するものを検知することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた入出力装置を提供することができる。
例えば、実施の形態１で説明したトランジスタＴｒ１を画素回路５３０（ｉ，ｊ）中の各トランジスタ（スイッチＳＷ１やスイッチＳＷ２に用いることができるトランジスタやトランジスタＭ）に適用することができる。また実施の形態１で説明したトランジスタＴｒ２を駆動回路ＧＤ中のトランジスタＭＤに適用することができる。
本実施の形態の表示装置は各画素に複数のトランジスタを作る必要がある。そのためレイアウト面積が小さいチャネルエッチ型のトランジスタを好適に用いることができる。またデマルチプレクサやゲートドライバには電流駆動能力の高いトランジスタが求められるため、ＴＧＳＡ型のトランジスタを好適に用いることができる。そのため実施の形態１に示した半導体装置を、本発明の一態様の表示装置７００ＴＰＡに用いることにより、高精細でかつ表示品質の高い表示装置を提供することができる。
また、本実施の形態で説明する表示装置の第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）を視認できる範囲の一部において視認できるように配設される。例えば、外光を反射する強度を制御して表示をする第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）に外光が入射し反射する方向を、破線の矢印で図中に示す。また、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）を視認できる範囲の一部に第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）が光を射出する方向を、実線の矢印で図中に示す（図１９（Ａ）および図２０（Ａ）参照）。
これにより、第１の表示素子を用いた表示を視認することができる領域の一部において、第２の表示素子を用いた表示を視認することができる。または、情報処理装置の姿勢等を変えることなく使用者は表示を視認することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の第１の電極７５１（ｉ，ｊ）は、第２の絶縁膜５０１Ｃに埋め込まれた側端部を備える（図１９（Ａ）および図２０（Ａ）参照）。これにより、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）の端部に生じる段差を小さくし、段差に基づく配向欠陥等を生じ難くすることができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の画素回路５３０（ｉ，ｊ）は、スイッチＳＷ１を備える。スイッチＳＷ１はトランジスタを含み、トランジスタは、酸化物半導体を含む。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）が表示をする領域に囲まれた領域に表示をする機能を備える（図２２（Ｂ−１）または図５（Ｂ−２）参照）。なお、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）は、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）と重なる領域に表示をし、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、開口部７５１Ｈと重なる領域に表示をする。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）は、入射する光を反射する機能を備える反射膜と、反射する光の強さを制御する機能と、を有する。そして、反射膜は、開口部７５１Ｈを備える。なお、例えば、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）の反射膜に、第１の導電膜または第１の電極７５１（ｉ，ｊ）等を用いることができる。
また、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、開口部７５１Ｈに向けて光を射出する機能を有する。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の入力部は、検知素子７７５（ｇ，ｈ）を有する。検知素子７７５（ｇ，ｈ）は、制御線ＣＬ（ｇ）と、信号線ＭＬ（ｈ）と、を備え、信号線ＭＬ（ｈ）は、表示部と重なる領域に近接するものにより一部が遮られる電界を、制御線ＣＬ（ｇ）との間に形成するように配置される（図１９（Ａ）参照）。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の制御線ＣＬ（ｇ）は透光性の導電膜を備え、信号線ＭＬ（ｈ）は透光性の導電膜を備える。そして、透光性の導電膜は、画素７０２（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える。例えば、制御線ＣＬ（ｇ）は画素７０２（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える（図１９（Ａ）参照）。
上記本発明の一態様の入出力装置は、画素と重なる領域に透光性を備える導電膜を備える制御線と、画素と重なる領域に透光性を備える導電膜を備える信号線と、を含んで構成される。これにより、表示部の表示を遮ることなく、表示部と重なる領域に近接するものを検知することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた入出力装置を提供することができる。
本実施の形態で説明する表示装置の画素７０２（ｉ，ｊ）は表示部の行方向にｍ個、列方向にｎ個並んで配設される（図２２（Ａ）参照）。ここでｉは１以上ｍ以下の整数であり、ｊは１以上ｎ以下の整数であり、ｍおよびｎは１以上の整数である。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、走査線Ｇ２（ｉ）と、配線ＣＳＣＯＭと、配線ＡＮＯと、を有する（図２１参照）。
走査線Ｇ１（ｉ）は、行方向に配設される一群の画素７０２（ｉ，１）乃至画素７０２（ｉ，ｎ）と電気的に接続される。
列方向に配設される他の一群の画素７０２（１，ｊ）乃至画素７０２（ｍ，ｊ）は、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される。
例えば、画素７０２（ｉ，ｊ）の行方向に隣接する画素７０２（ｉ，ｊ＋１）は、画素７０２（ｉ，ｊ）に対する開口部７５１Ｈの配置と異なるように画素７０２（ｉ，ｊ＋１）に配置される開口部を備える（図２２（Ｂ−１）参照）。
例えば、画素７０２（ｉ，ｊ）の列方向に隣接する画素７０２（ｉ＋１，ｊ）は、画素７０２（ｉ，ｊ）に対する開口部７５１Ｈの配置と異なるように画素７０２（ｉ＋１，ｊ）に配置される開口部を備える（図２２（Ｂ−２）参照）。なお、例えば、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）を反射膜に用いることができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置の第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）は、液晶材料を含む層７５３と、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）および第２の電極７５２と、を備える。なお、第２の電極７５２は、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）との間に液晶材料の配向を制御する電界が形成されるように配置される（図１９（Ａ）および図２０（Ａ）参照）。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、配向膜ＡＦ１および配向膜ＡＦ２を備える。配向膜ＡＦ２は、配向膜ＡＦ１との間に液晶材料を含む層７５３を挟むように配設される。
また、本実施の形態で説明する表示装置の第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）は、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）と、第４の電極５５２と、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）と、を備える。
第４の電極５５２は、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える。発光性の材料を含む層５５３（ｊ）は、第３の電極５５１および第４の電極５５２の間に配設される領域を備える。そして、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）は、接続部５２２において、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と電気的に接続される。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、着色膜ＣＦ１と、遮光膜ＢＭと、絶縁膜７７１と、機能膜７７０Ｐと、機能膜７７０Ｄと、を有する。
着色膜ＣＦ１は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える。遮光膜ＢＭは、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と重なる領域に開口部を備える。
絶縁膜７７１は、着色膜ＣＦ１と液晶材料を含む層７５３の間または遮光膜ＢＭと液晶材料を含む層７５３の間に配設される。これにより、着色膜ＣＦ１の厚さに基づく凹凸を平坦にすることができる。または、遮光膜ＢＭまたは着色膜ＣＦ１等から液晶材料を含む層７５３への不純物の拡散を、抑制することができる。
機能膜７７０Ｐは、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える。機能膜７７０Ｐは、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）との間に検知素子７７５（ｇ，ｈ）を挟むように配設される。これにより、例えば、検知素子７７５（ｇ，ｈ）が反射する光を低減することができる。
機能膜７７０Ｄは、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）と重なる領域を備える。機能膜７７０Ｄは、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）との間に基板７７０を挟むように配設される。これにより、例えば、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）が反射する光を拡散することができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、基板５７０と、基板７７０と、基板７１０と、機能層５２０と、機能層７２０と、を有する。
基板７７０は、基板５７０と重なる領域を備える。
基板７１０は、基板７７０と重なる領域を備える。
機能層５２０は、基板５７０および基板７７０の間に配設される領域を備える。機能層５２０は、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）と、絶縁膜５２１と、絶縁膜５２８と、を含む。また、機能層５２０は、絶縁膜５１８および絶縁膜５１６を含む（図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）参照）。
絶縁膜５２１は、画素回路５３０（ｉ，ｊ）および第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）の間に配設される。
絶縁膜５２８は、絶縁膜５２１および基板５７０の間に配設され、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）と重なる領域に開口部を備える。第３の電極５５１の周縁に沿って形成される絶縁膜５２８は、第３の電極５５１および第４の電極５５２の短絡を防止することができる。
絶縁膜５１８は、絶縁膜５２１および画素回路５３０（ｉ，ｊ）の間に配設される領域を備え、絶縁膜５１６は、絶縁膜５１８および画素回路５３０（ｉ，ｊ）の間に配設される領域を備える。
機能層７２０は、基板７７０および基板７１０の間に配設される領域を備える。機能層７２０は、検知素子７７５（ｇ，ｈ）と、絶縁膜７０６と、を備える。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、接合層５０５と、接合層７０９と、封止材７０５と、構造体ＫＢ１と、を有する。
接合層５０５は、機能層５２０および基板５７０の間に配設され、機能層５２０および基板５７０を貼り合せる機能を備える。
封止材７０５は、機能層５２０および基板７７０の間に配設され、機能層５２０および基板７７０を貼り合わせる機能を備える。
構造体ＫＢ１は、機能層５２０および基板７７０の間に所定の間隙を設ける機能を備える。
接合層７０９は、機能層７２０および基板７７０の間に配設され、機能層７２０および基板７７０を貼り合せる機能を備える。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、端子５１９Ｃと、導電膜５１１Ｃと、を有する。
第２の絶縁膜５０１Ｃは、端子５１９Ｃおよび導電膜５１１Ｃの間に挟まれる領域を備える。また、第２の絶縁膜５０１Ｃは、開口部５９１Ｃを備える。
端子５１９Ｃは、開口部５９１Ｃにおいて導電膜５１１Ｃと電気的に接続される。また、導電膜５１１Ｃは、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と電気的に接続される。
導電体ＣＰは、端子５１９Ｃと第２の電極７５２の間に挟まれ、端子５１９Ｃと第２の電極７５２を電気的に接続する。例えば、導電性の粒子を導電体ＣＰに用いることができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、端子５１９Ｂと、導電膜５１１Ｂと、を有する。
第２の絶縁膜５０１Ｃは、端子５１９Ｂおよび導電膜５１１Ｂの間に挟まれる領域を備える。また、第２の絶縁膜５０１Ｃは、開口部５９１Ｂを備える。
端子５１９Ｂは、開口部５９１Ｂにおいて導電膜５１１Ｂと電気的に接続される。また、導電膜５１１Ｂは、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と電気的に接続される。なお、例えば、導電材料ＡＣＦ１を用いて、端子５１９Ｂとフレキシブルプリント基板ＦＰＣ１を電気的に接続することができる。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、端子７１９を有する。端子７１９は、検知素子７７５（ｇ，ｈ）と電気的に接続される。
また、本実施の形態で説明する入出力装置は、駆動回路ＧＤと、駆動回路ＳＤと、を有する（図１８（Ａ）および図２２（Ａ）参照）。
駆動回路ＧＤは、走査線Ｇ１（ｉ）と電気的に接続される。駆動回路ＧＤは、例えばトランジスタＭＤを備える。具体的には、画素回路５３０（ｉ，ｊ）に含まれるトランジスタと同じ工程で形成することができる半導体膜を含むトランジスタをトランジスタＭＤに用いることができる（図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）参照）。
駆動回路ＳＤは、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される。駆動回路ＳＤは、例えば端子５１９Ｂまたは端子５１９Ｃと同一の工程で形成することができる端子に導電材料を用いて電気的に接続される。
以下に、入出力装置を構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。
例えば第１の導電膜を第１の電極７５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。また、第１の導電膜を反射膜に用いることができる。
また、第２の導電膜をトランジスタのソース電極またはドレイン電極の機能を備える導電膜５１２Ｂに用いることができる。
本発明の一態様の入出力装置は、基板５７０、基板７７０、基板７１０、構造体ＫＢ１封止材７０５、接合層５０５または接合層７０９を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、機能層５２０、機能層７２０、絶縁膜５２１、絶縁膜５２８、を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、信号線Ｓ１（ｊ）、信号線Ｓ２（ｊ）、走査線Ｇ１（ｉ）、走査線Ｇ２（ｉ）、配線ＣＳＣＯＭ、配線ＡＮＯを有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、第１の導電膜または第２の導電膜を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、端子５１９Ｂ、端子５１９Ｃ、端子７１９、導電膜５１１Ｂまたは導電膜５１１Ｃを有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、画素回路５３０（ｉ，ｊ）またはスイッチＳＷ１、を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）、反射膜、開口部７５１Ｈ、液晶材料を含む層７５３または第２の電極７５２を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、配向膜ＡＦ１、配向膜ＡＦ２、着色膜ＣＦ１、遮光膜ＢＭ、絶縁膜７７１、機能膜７７０Ｐまたは機能膜７７０Ｄを有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）、第４の電極５５２または発光性の材料を含む層５５３（ｊ）を有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、第２の絶縁膜５０１Ｃを有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、駆動回路ＧＤまたは駆動回路ＳＤを有する。
また、本発明の一態様の入出力装置は、検知素子７７５（ｇ，ｈ）、制御線ＣＬ（ｇ）、信号線ＭＬ（ｈ）、導電膜ＢＲ（ｇ，ｈ）または絶縁膜７０６を有する。
基板５７０には、実施の形態１で記載した基板を用いることができる。
《基板７７０、基板７１０》例えば、透光性を備える材料を基板７７０または基板７１０に用いることができる。具体的には、基板５７０に用いることができる材料から選択された材料を基板７７０または基板７１０に用いることができる。例えば、無アルカリガラス、アルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラスまたはサファイア等を用いることができる。なお、アルミノ珪酸ガラス、強化ガラス、化学強化ガラスまたはサファイア等を、入出力装置の使用者に近い側に配置される基板７７０または基板７１０に好適に用いることができる。これにより、使用に伴う入出力装置の破損や傷付きを防止することができる。
また、厚さ０．７ｍｍまたは厚さ０．１ｍｍ程度まで研磨した材料を基板７７０または基板７１０に用いることができる。これにより、機能膜７７０Ｄが第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）に近接して配置され、画像のボケを低減し、画像を鮮明に表示することができる。
《封止材７０５》無機材料、有機材料または無機材料と有機材料の複合材料等を封止材７０５等に用いることができる。
例えば、熱溶融性の樹脂または硬化性の樹脂等の有機材料を、封止材７０５等に用いることができる。具体的には、反応硬化型接着剤、光硬化型接着剤、熱硬化型接着剤または／および嫌気型接着剤等の有機材料を封止材７０５等に用いることができる。
《接合層５０５》 例えば、封止材７０５に用いることができる材料を接合層５０５に用いることができる。
《接合層７０９》 例えば、封止材７０５に用いることができる材料を接合層７０９に用いることができる。
《絶縁膜５２１》 例えば、絶縁性の無機材料、絶縁性の有機材料または無機材料と有機材料を含む絶縁性の複合材料を、絶縁膜５２１等に用いることができる。
具体的には、無機酸化物膜、無機窒化物膜または無機酸化窒化物膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を、絶縁膜５２１等に用いることができる。例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等またはこれらから選ばれた複数を積層した積層材料を含む膜を、絶縁膜５２１等に用いることができる。
具体的には、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリシロキサン若しくはアクリル樹脂等またはこれらから選択された複数の樹脂の積層材料もしくは複合材料などを絶縁膜５２１等に用いることができる。また、感光性を有する材料を用いて形成してもよい。
これにより、例えば絶縁膜５２１と重なるさまざまな構造に由来する段差を平坦化することができる。
《絶縁膜５２８》 例えば、絶縁膜５２１に用いることができる材料を絶縁膜５２８等に用いることができる。具体的には、厚さ１μｍのポリイミドを含む膜を絶縁膜５２８に用いることができる。
《第２の絶縁膜５０１Ｃ》 例えば、絶縁膜５２１に用いることができる材料を第２の絶縁膜５０１Ｃに用いることができる。具体的には、シリコンおよび酸素を含む材料を第２の絶縁膜５０１Ｃに用いることができる。これにより、画素回路または第２の表示素子等への不純物の拡散を抑制することができる。
例えば、シリコン、酸素および窒素を含む厚さ２００ｎｍの膜を第２の絶縁膜５０１Ｃに用いることができる。
なお、第２の絶縁膜５０１Ｃは、開口部５９１Ａ、開口部５９１Ｂまたは開口部５９１Ｃを有する。
《絶縁膜７０６》 例えば、絶縁膜５２１に用いることができる材料を絶縁膜５２８等に用いることができる。具体的には、例えば、シリコンおよび酸素を含む膜を絶縁膜７０６に用いることができる。
《配線、端子、導電膜》 導電性を備える材料を配線等に用いることができる。具体的には、導電性を備える材料を、信号線Ｓ１（ｊ）、信号線Ｓ２（ｊ）、走査線Ｇ１（ｉ）、走査線Ｇ２（ｉ）、配線ＣＳＣＯＭ、配線ＡＮＯ、端子５１９Ｂ、端子５１９Ｃ、端子７１９導電膜５１１Ｂまたは導電膜５１１Ｃ等に用いることができる。
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線等に用いることができる。
具体的には、アルミニウム、金、白金、銀、銅、クロム、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、鉄、コバルト、パラジウムまたはマンガンから選ばれた金属元素などを、配線等に用いることができる。または、上述した金属元素を含む合金などを、配線等に用いることができる。特に、銅とマンガンの合金がウエットエッチング法を用いた微細加工に好適である。
具体的には、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等を配線等に用いることができる。
具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を、配線等に用いることができる。
具体的には、グラフェンまたはグラファイトを含む膜を配線等に用いることができる。
例えば、酸化グラフェンを含む膜を形成し、酸化グラフェンを含む膜を還元することにより、グラフェンを含む膜を形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
具体的には、導電性高分子を配線等に用いることができる。
《第１の導電膜、第２の導電膜》 例えば、配線等に用いることができる材料を第１の導電膜または第２の導電膜に用いることができる。
また、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）または配線等を第１の導電膜に用いることができる。
また、スイッチＳＷ１に用いることができるトランジスタの導電膜５１２Ｂまたは配線等を第２の導電膜に用いることができる。
《画素回路５３０（ｉ，ｊ）》 画素回路５３０（ｉ，ｊ）は、信号線Ｓ１（ｊ）、信号線Ｓ２（ｊ）、走査線Ｇ１（ｉ）、走査線Ｇ２（ｉ）、配線ＣＳＣＯＭおよび配線ＡＮＯと電気的に接続される（図１９参照）。
画素回路５３０（ｉ，ｊ＋１）は、信号線Ｓ１（ｊ＋１）、信号線Ｓ２（ｊ＋１）、走査線Ｇ１（ｉ）、走査線Ｇ２（ｉ）、配線ＣＳＣＯＭおよび配線ＡＮＯと電気的に接続される。
なお、信号線Ｓ２（ｊ）に供給する信号に用いる電圧が、信号線Ｓ１（ｊ＋１）に供給する信号に用いる電圧と異なる場合、信号線Ｓ１（ｊ＋１）を信号線Ｓ２（ｊ）から離して配置する。具体的には、信号線Ｓ２（ｊ＋１）を信号線Ｓ２（ｊ）に隣接するように配置する。
画素回路５３０（ｉ，ｊ）は、スイッチＳＷ１、容量素子Ｃ１、スイッチＳＷ２、トランジスタＭおよび容量素子Ｃ２を含む。
例えば、走査線Ｇ１（ｉ）と電気的に接続されるゲート電極と、信号線Ｓ１（ｊ）と電気的に接続される第１の電極と、を有するトランジスタを、スイッチＳＷ１に用いることができる。
容量素子Ｃ１は、スイッチＳＷ１に用いるトランジスタの第２の電極に電気的に接続される第１の電極と、配線ＣＳＣＯＭに電気的に接続される第２の電極と、を有する。
例えば、走査線Ｇ２（ｉ）と電気的に接続されるゲート電極と、信号線Ｓ２（ｊ）と電気的に接続される第１の電極と、を有するトランジスタを、スイッチＳＷ２に用いることができる。
トランジスタＭは、スイッチＳＷ２に用いるトランジスタの第２の電極に電気的に接続されるゲート電極と、配線ＡＮＯと電気的に接続される第１の電極と、を有する。
なお、半導体膜をゲート電極との間に挟むように設けられた導電膜を備えるトランジスタを、トランジスタＭに用いることができる。例えば、トランジスタＭのゲート電極と同じ電位を供給することができる配線と電気的に接続される導電膜を用いることができる。
容量素子Ｃ２は、スイッチＳＷ２に用いるトランジスタの第２の電極に電気的に接続される第１の電極と、トランジスタＭの第１の電極に電気的に接続される第２の電極と、を有する。
なお、第１の表示素子７５０の第１の電極をスイッチＳＷ１に用いるトランジスタの第２の電極と電気的に接続し、第１の表示素子７５０の第２の電極を配線ＶＣＯＭ１と電気的に接続する。これにより、第１の表示素子７５０を駆動することができる。
また、第２の表示素子５５０の第１の電極をトランジスタＭの第２の電極と電気的に接続し、第２の表示素子５５０の第２の電極を配線ＶＣＯＭ２と電気的に接続する。これにより、第２の表示素子５５０を駆動することができる。
《スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、トランジスタＭ、トランジスタＭＤ》 例えば、ボトムゲート型またはトップゲート型等のトランジスタをスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、トランジスタＭ、トランジスタＭＤ等に用いることができる。
また実施の形態１で示した材料及び方法で作成することができる。
例えば、１４族の元素を含む半導体を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、シリコンを含む半導体を半導体膜に用いることができる。例えば、単結晶シリコン、ポリシリコン、微結晶シリコンまたはアモルファスシリコンなどを半導体膜に用いたトランジスタを用いることができる。
例えば、酸化物半導体を半導体膜に用いるトランジスタを利用することができる。具体的には、インジウムを含む酸化物半導体またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物半導体を半導体膜に用いることができる。
一例を挙げれば、アモルファスシリコンを半導体膜に用いたトランジスタと比較して、オフ状態におけるリーク電流が小さいトランジスタをスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、トランジスタＭ、トランジスタＭＤ等に用いることができる。具体的には、酸化物半導体を半導体膜５０８に用いたトランジスタをスイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２、トランジスタＭ、トランジスタＭＤ等に用いることができる。
これにより、アモルファスシリコンを半導体膜に用いたトランジスタを利用する画素回路と比較して、画素回路が画像信号を保持することができる時間を長くすることができる。具体的には、フリッカーの発生を抑制しながら、選択信号を３０Ｈｚ未満、好ましくは１Ｈｚ未満より好ましくは一分に一回未満の頻度で供給することができる。その結果、情報処理装置の使用者に蓄積する疲労を低減することができる。また、駆動に伴う消費電力を低減することができる。
スイッチＳＷ１に用いることができるトランジスタは、半導体膜５０８および半導体膜５０８と重なる領域を備える導電膜５０４を備える（図２０（Ｂ）参照）。また、スイッチＳＷ１に用いることができるトランジスタは、導電膜５１２Ａおよび導電膜５１２Ｂを備える。
なお、導電膜５０４はゲート電極の機能を備え、絶縁膜５０６はゲート絶縁膜の機能を備える。また、導電膜５１２Ａはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の一方を備え、導電膜５１２Ｂはソース電極の機能またはドレイン電極の機能の他方を備える。
また、導電膜５０４との間に半導体膜５０８を挟むように設けられた導電膜５２４を備えるトランジスタを、トランジスタＭＤに用いることができる（図１９（Ｂ）参照）。
タンタルおよび窒素を含む厚さ１０ｎｍの膜と、銅を含む厚さ３００ｎｍの膜と、をこの順で積層した導電膜を導電膜５０４に用いることができる。
シリコンおよび窒素を含む厚さ４００ｎｍの膜と、シリコン、酸素および窒素を含む厚さ２００ｎｍの膜と、を積層した材料を絶縁膜５０６に用いることができる。
インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む厚さ２５ｎｍの膜を、半導体膜５０８に用いることができる。
タングステンを含む厚さ５０ｎｍの膜と、アルミニウムを含む厚さ４００ｎｍの膜と、チタンを含む厚さ１００ｎｍの膜と、をこの順で積層した導電膜を、導電膜５１２Ａまたは導電膜５１２Ｂに用いることができる。
《第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）》 例えば、光の反射または透過を制御する機能を備える表示素子を、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）等に用いることができる。例えば、液晶素子と偏光板を組み合わせた構成またはシャッター方式のＭＥＭＳ表示素子等を用いることができる。具体的には、反射型の表示素子を用いることにより、入出力装置の消費電力を抑制することができる。例えば、反射型の液晶表示素子を第１の表示素子７５０に用いることができる。
例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）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）モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる液晶素子を用いることができる。
また、例えば垂直配向（ＶＡ）モード、具体的には、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ−Ｖｉｅｗ）モードなどの駆動方法を用いて駆動することができる液晶素子を用いることができる。
例えば、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。または、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、等方相等を示す液晶材料を用いることができる。または、ブルー相を示す液晶材料を用いることができる。
《第１の電極７５１（ｉ，ｊ）》 例えば、配線等に用いる材料を第１の電極７５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。具体的には、反射膜を第１の電極７５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。
《反射膜》 例えば、可視光を反射する材料を反射膜に用いることができる。具体的には、銀を含む材料を反射膜に用いることができる。例えば、銀およびパラジウム等を含む材料または銀および銅等を含む材料を反射膜に用いることができる。
反射膜は、例えば、液晶材料を含む層７５３を透過してくる光を反射する。これにより、第１の表示素子７５０を反射型の液晶素子にすることができる。また、例えば、表面に凹凸を備える材料を、反射膜に用いることができる。これにより、入射する光をさまざまな方向に反射して、白色の表示をすることができる。
なお、第１の電極７５１（ｉ，ｊ）を反射膜に用いる構成に限られない。例えば、液晶材料を含む層７５３と第１の電極７５１（ｉ，ｊ）の間に反射膜を配設する構成を用いることができる。または、反射膜と液晶材料を含む層７５３の間に透光性を有する第１の電極７５１（ｉ，ｊ）を配置する構成を用いることができる。
《開口部７５１Ｈ》 非開口部の総面積に対する開口部７５１Ｈの総面積の比の値が大きすぎると、第１の表示素子７５０（ｉ，ｊ）を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口部７５１Ｈの総面積の比の値が小さすぎると、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）を用いた表示が暗くなってしまう。
また、反射膜に設ける開口部７５１Ｈの面積が小さすぎると、第２の表示素子５５０が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状を開口部７５１Ｈの形状に用いることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状を開口部７５１Ｈの形状に用いることができる。また、開口部７５１Ｈを隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口部７５１Ｈを同じ色を表示する機能を備える他の画素に寄せて配置する。これにより、第２の表示素子５５０が射出する光が隣接する画素に配置された着色膜に入射してしまう現象（クロストークともいう）を抑制できる。
《第２の電極７５２》 例えば、可視光について透光性を有し且つ導電性を備える材料を、第２の電極７５２に用いることができる。
例えば、導電性酸化物、光が透過する程度に薄い金属膜または金属ナノワイヤーを第２の電極７５２に用いることができる。
具体的には、インジウムを含む導電性酸化物を第２の電極７５２に用いることができる。または、厚さ１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の金属薄膜を第２の電極７５２に用いることができる。または、銀を含む金属ナノワイヤーを第２の電極７５２に用いることができる。
具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、アルミニウムを添加した酸化亜鉛などを、第２の電極７５２に用いることができる。
《制御線ＣＬ（ｇ）、信号線ＭＬ（ｈ）、導電膜ＢＲ（ｇ，ｈ）》 例えば、可視光について透光性を有し且つ導電性を備える材料を、制御線ＣＬ（ｇ）、信号線ＭＬ（ｈ）または導電膜ＢＲ（ｇ，ｈ）に用いることができる。
具体的には、第２の電極７５２に用いる材料を制御線ＣＬ（ｇ）、信号線ＭＬ（ｈ）または導電膜ＢＲ（ｇ，ｈ）に用いることができる。
《配向膜ＡＦ１、配向膜ＡＦ２》 例えば、ポリイミド等を含む材料を配向膜ＡＦ１または配向膜ＡＦ２に用いることができる。具体的には、所定の方向に配向するようにラビンング処理または光配向技術を用いて形成された材料を用いることができる。
例えば、可溶性のポリイミドを含む膜を配向膜ＡＦ１または配向膜ＡＦ２に用いることができる。
《着色膜ＣＦ１》 所定の色の光を透過する材料を着色膜ＣＦ１に用いることができる。これにより、着色膜ＣＦ１を例えばカラーフィルターに用いることができる。
例えば、青色の光を透過する材料、緑色の光を透過する材料、赤色の光を透過する材料、黄色の光を透過する材料または白色の光を透過する材料などを着色膜ＣＦ１に用いることができる。
《遮光膜ＢＭ》 光の透過を妨げる材料を遮光膜ＢＭに用いることができる。これにより、遮光膜ＢＭを例えばブラックマトリクスに用いることができる。
《絶縁膜７７１》 例えば、ポリイミド、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等を絶縁膜７７１に用いることができる。
《機能膜７７０Ｐ、機能膜７７０Ｄ》 例えば、反射防止フィルム、偏光フィルム、位相差フィルム、光拡散フィルム、または集光フィルム等を機能膜７７０Ｐまたは機能膜７７０Ｄに用いることができる。または、２色性色素を含む膜を機能膜７７０Ｐに用いることができる。
また、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜などを、機能膜７７０Ｐに用いることができる。
具体的には、円偏光フィルムを機能膜７７０Ｐに用いることができる。また、光拡散フィルムを機能膜７７０Ｄに用いることができる。
《第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）》 例えば、発光素子を第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）に用いることができる。具体的には、有機エレクトロルミネッセンス素子、無機エレクトロルミネッセンス素子または発光ダイオードなどを、第２の表示素子５５０（ｉ，ｊ）に用いることができる。
例えば、発光性の有機化合物を発光性の材料を含む層に用いることができる。量子ドットを発光性の材料を含む層に用いることができる。
例えば、青色の光を射出するように積層された積層体、緑色の光を射出するように積層された積層体または赤色の光を射出するように積層された積層体等を、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）に用いることができる。
例えば、信号線Ｓ１（ｊ）に沿って列方向に長い帯状の積層体を、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）に用いることができる。また、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）とは異なる色の光を射出する信号線Ｓ１（ｊ＋１）に沿って列方向に長い帯状の積層体を、発光性の材料を含む層５５３（ｊ＋１）に用いることができる。
また、例えば、白色の光を射出するように積層された積層体を、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）および発光性の材料を含む層５５３（ｊ＋１）に用いることができる。具体的には、青色の光を射出する蛍光材料を含む発光性の材料を含む層と、緑色および赤色の光を射出する蛍光材料以外の材料を含む層または黄色の光を射出する蛍光材料以外の材料を含む層と、を積層した積層体を、発光性の材料を含む層５５３（ｊ）および発光性の材料を含む層５５３（ｊ＋１）に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料を第３の電極５５１（ｉ，ｊ）または第４の電極５５２に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料から選択された、可視光について透光性を有する材料を、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。
具体的には、導電性酸化物またはインジウムを含む導電性酸化物、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを、第３の電極５５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。または、光が透過する程度に薄い金属膜を第３の電極５５１（ｉ，ｊ）に用いることができる。
例えば、配線等に用いることができる材料から選択された可視光について反射性を有する材料を、第４の電極５５２に用いることができる。
《検知素子７７５（ｇ，ｈ）》 例えば静電容量、照度、磁力、電波または圧力等を検知して、検知した物理量に基づく情報を供給する素子を、検知素子７７５（ｇ，ｈ）に用いることができる。
具体的には、容量素子、光電変換素子、磁気検知素子、圧電素子または共振器等を検知素子７７５（ｇ，ｈ）に用いることができる。
例えば、大気中において、大気より大きな誘電率を備える指などが導電膜に近接すると、指と導電膜の間の静電容量が変化する。この静電容量の変化を検知して検知情報を供給することができる。具体的には、自己容量方式の検知素子を用いることができる。
例えば、制御線ＣＬ（ｇ）と、信号線ＭＬ（ｈ）と、を検知素子に用いることができる。具体的には、探索信号が供給される制御線ＣＬ（ｇ）と、近接するものによって一部が遮られる電界が制御線ＣＬ（ｇ）との間に形成されるように配設される信号線ＭＬ（ｈ）と、を用いることができる。これにより、近接するものに遮られて変化する電界を信号線ＭＬ（ｈ）の電位を用いて検知して、検知信号として供給することができる。その結果、電界を遮るように近接するものを検知することができる。具体的には、相互容量方式の検知素子を用いることができる。
《駆動回路ＧＤ》 シフトレジスタ等のさまざまな順序回路等を駆動回路ＧＤに用いることができる。例えば、トランジスタＭＤ、容量素子等を駆動回路ＧＤに用いることができる。実施の形態１で説明したように、スイッチＳＷ１に用いることができるトランジスタと異なる構成をトランジスタＭＤに用いることができる。具体的には、導電膜５２４を有するトランジスタをトランジスタＭＤに用いることができる（図１９（Ｂ）参照）。または、トランジスタＭと同一の工程で形成することができる半導体膜を備えるトランジスタを用いてもよい。
導電膜５１２との間に半導体膜５０８を挟むように、導電膜５２４を配設し、導電膜５２４および半導体膜５０８の間に絶縁膜５１９を配設し、半導体膜５０８および導電膜５１２の間に絶縁膜５１６及び５１８を配設する。例えば、導電膜５１２と同じ電位を供給する配線に導電膜５２４を電気的に接続することができる。
《駆動回路ＳＤ》 例えば、集積回路を駆動回路ＳＤに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に形成された集積回路を駆動回路ＳＤに用いることができる。
例えば、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ ｇｌａｓｓ）法を用いて、画素回路５３０（ｉ，ｊ）と電気的に接続されるパッドに駆動回路ＳＤを実装することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、パッドに集積回路を実装できる。
なお、パッドは、端子５１９Ｂまたは端子５１９Ｃと同一の工程で形成することができる。
《発振回路ＯＳＣ、検知回路ＤＣ》 例えば、集積回路を発振回路ＯＳＣまたは検知回路ＤＣに用いることができる。具体的には、シリコン基板上に形成された集積回路を発振回路ＯＳＣまたは検知回路ＤＣに用いることができる。
例えば、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ ｏｎ ｇｌａｓｓ）法を用いて、検知素子７７５（ｇ，ｈ）と電気的に接続されるパッドに発振回路ＯＳＣまたは検知回路ＤＣを実装することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、パッドに集積回路を実装できる。
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる発光素子について、図２３を用いて説明する。
＜発光素子の構成例＞
まず、本発明の一態様の半導体装置に用いることのできる発光素子の構成について、図２３を用いて説明する。図２３は、発光素子１６０の断面模式図である。
なお、発光素子１６０としては、無機化合物及び有機化合物のいずれか一方または双方を用いることができる。発光素子１６０に用いる有機化合物としては、低分子化合物または高分子化合物が挙げられる。高分子化合物は、熱的に安定で、塗布法等により容易に均一性に優れた薄膜を形成することができるため好適である。
図２３に示す発光素子１６０は、一対の電極（導電膜１３８及び導電膜１４４）を有し、該一対の電極間に設けられたＥＬ層１４２を有する。ＥＬ層１４２は、少なくとも発光層１５０を有する。
また、図２３に示すＥＬ層１４２は、発光層１５０の他に、正孔注入層１５１、正孔輸送層１５２、電子輸送層１５３、及び電子注入層１５４等の機能層を有する。
なお、本実施の形態においては、一対の電極のうち、導電膜１３８を陽極として、導電膜１４４を陰極として説明するが、発光素子１６０の構成としては、その限りではない。つまり、導電膜１３８を陰極とし、導電膜１４４を陽極とし、当該電極間の各層の積層を、逆の順番にしてもよい。すなわち、陽極側から、正孔注入層１５１と、正孔輸送層１５２と、発光層１５０と、電子輸送層１５３と、電子注入層１５４と、が積層する順番とすればよい。
なお、ＥＬ層１４２の構成は、図２３に示す構成に限定されず、発光層１５０の他に、正孔注入層１５１、正孔輸送層１５２、電子輸送層１５３、及び電子注入層１５４の中から選ばれた少なくとも一つを有する構成とすればよい。あるいは、ＥＬ層１４２は、正孔または電子の注入障壁を低減する、正孔または電子の輸送性を向上する、正孔または電子の輸送性を阻害する、または電極による消光現象を抑制する、ことができる等の機能を有する機能層を有する構成としてもよい。なお、機能層はそれぞれ単層であっても、複数の層が積層された構成であってもよい。
発光層１５０には、低分子化合物および高分子化合物を用いることができる。
なお、本明細書等において、高分子化合物とは、分子量分布を有し、平均分子量が、１×１０３乃至１×１０８である重合体である。また、低分子化合物とは、分子量分布を有さず、分子量が、１×１０４以下の化合物である。
また、高分子化合物は、一つまたは複数の構成単位が重合している化合物である。すなわち、該構成単位とは、高分子化合物が１以上有する単位をいう。
また、高分子化合物は、ブロック共重合体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体のいずれであってもよく、その他の態様であってもよい。
高分子化合物の末端基が重合活性基を有する場合、発光素子において発光特性または輝度寿命の低下を引き起こす可能性がある。したがって、高分子化合物の末端基は、安定な末端基であると好ましい。該安定な末端基としては、主鎖と共有結合している基が好ましく、炭素−炭素結合を介してアリール基または複素環基と結合する基が好ましい。
発光層１５０に低分子化合物を用いる場合、ホスト材料として機能する低分子化合物に加えて、発光性の低分子化合物をゲスト材料として有すると好ましい。発光層１５０中では、ホスト材料が、少なくともゲスト材料より重量比で多く存在し、ゲスト材料は、ホスト材料中に分散される。
ゲスト材料としては、発光性の有機化合物を用いればよく、該発光性の有機化合物としては、蛍光を発することができる物質（以下、蛍光性化合物ともいう）または燐光を発することができる物質（以下、燐光性化合物ともいう）を用いることができる。
本発明の一態様の発光素子１６０においては、一対の電極（導電膜１３８及び導電膜１４４）間に電圧を印加することにより、陰極から電子が、陽極から正孔（ホール）が、それぞれＥＬ層１４２に注入され、電流が流れる。そして、注入された電子及び正孔が再結合することによって、励起子が形成される。キャリア（電子および正孔）の再結合によって生じる励起子のうち、一重項励起子と三重項励起子の比（以下、励起子生成確率）は、統計的確率により、１：３となる。そのため、蛍光性化合物を用いた発光素子において、発光に寄与する一重項励起子が生成する割合は２５％であり、発光に寄与しない三重項励起子が生成する割合は７５％となる。一方、燐光性化合物を用いた発光素子においては、一重項励起子及び三重項励起子の双方が発光に寄与することができる。したがって、蛍光性化合物を用いた発光素子より、燐光性化合物を用いた発光素子の方が、高い発光効率となるため好ましい。
なお、励起子はキャリア（電子および正孔）対のことである。励起子はエネルギーを有するため、励起子が生成した材料は励起状態となる。
発光層１５０に高分子化合物を用いる場合、該高分子化合物は、構成単位として、正孔を輸送する機能（正孔輸送性）を有する骨格と、電子を輸送する機能（電子輸送性）を有する骨格とを有すると好ましい。あるいは、π電子過剰型複素芳香族骨格または芳香族アミン骨格の少なくとも一つを有し、π電子不足型複素芳香族骨格を有すると好ましい。これらの骨格が、直接または他の骨格を介して結合する。
また、高分子化合物が、正孔輸送性を有する骨格と、電子輸送性を有する骨格と、を有する場合、キャリアバランスを容易に制御することが可能となる。そのため、キャリア再結合領域の制御も簡便に行うことができる。そのためには、正孔輸送性を有する骨格と、電子輸送性を有する骨格と、の構成比率は、１：９から９：１（モル比）の範囲が好ましく、電子輸送性を有する骨格が、正孔輸送性を有する骨格より、構成比率が高いことが、さらに好ましい。
また、高分子化合物は、構成単位として、正孔輸送性を有する骨格および電子輸送性を有する骨格の他に、発光性の骨格を有しても良い。高分子化合物が、発光性の骨格を有する場合、高分子化合物の全構成単位に対する発光性の骨格の構成比率は低いことが好ましく、具体的には、好ましくは０．１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であり、より好ましくは０．１ｍｏｌ％以上５ｍｏｌ％以下である。
なお、発光素子１６０に用いる高分子化合物としては、各構成単位の結合方向、結合角、結合長などが異なる化合物を有する場合がある。また、各構成単位が異なる置換基を有してもよく、各構成単位の間に異なる骨格を有していてもよい。また、各構成単位の重合法が異なっていてもよい。
また、発光層１５０は、ホスト材料として機能する高分子化合物に加えて、発光性の低分子材料をゲスト材料として有してもよい。このとき、ホスト材料として機能する高分子化合物中に、発光性の低分子化合物がゲスト材料として分散され、該高分子化合物が、少なくとも発光性の低分子化合物より重量比で多く存在する。発光性の低分子化合物の含有量は、高分子化合物に対する重量比で、好ましくは０．１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下であり、より好ましくは０．１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下である。
次に、本発明の一態様に係わる発光素子の構成要素の詳細について、以下説明を行う。
［発光層］
発光層１５０に用いることができる材料について、それぞれ以下に説明する。
発光層１５０に用いることができる高分子化合物としては、特に限定はないが、複素芳香族骨格及び芳香族炭化水素骨格の少なくとも一つを有すると好ましい。また、これらの骨格が互いに、直接、またはアリーレン基もしくはアルキレン基を介して結合する構造が好ましい。なお、上記の骨格が介して結合する基としては、アリーレン基およびアルキレン基に限られない。
また、高分子化合物が有する複素芳香族骨格のうち、フラン骨格、チオフェン骨格、またはピロール骨格は、安定で信頼性が良好なため、当該骨格の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有することが好ましい。また、ピリジン骨格、ジアジン骨格（ピラジン骨格、ピリミジン骨格、及びピリダジン骨格）、及びトリアジン骨格が好ましく、中でもジアジン骨格およびトリアジン骨格は、安定で信頼性が良好なため好ましい。また、例えば、フラン骨格、ベンゾフラン骨格、ジベンゾフラン骨格、ベンゾジフラン骨格、チオフェン骨格、ベンゾチオフェン骨格、ジベンゾチオフェン骨格、ベンゾジチオフェン骨格、チエノチオフェン骨格、ジチエノチオフェン骨格、ジチエノフラン骨格、ジチエノセレノフェン骨格、シクロペンタジチオフェン骨格、ジチエノシロール骨格、チエノピロール骨格、ジチエノピロール骨格、チエノインドール骨格、チエノピリジン骨格、チエノピラジン骨格、チアゾール骨格、チアジアゾール骨格、ベンゾチアゾール骨格、ベンゾジチアゾール骨格、オキサゾール骨格、オキサジアゾール骨格、ベンゾオキサゾール骨格、ベンゾジオキサゾール骨格、セレノフェン骨格、ベンゾセレノフェン骨格、ジベンゾセレノフェン骨格、ベンゾジセレノフェン骨格、セレノロセレノフェン骨格、インダセノチオフェン骨格、インダセノジチオフェン骨格、インダセノセレノフェン骨格、インダセノジセレノフェン骨格、ピロール骨格、インドール骨格、カルバゾール骨格、インドロカルバゾール骨格、ビカルバゾール骨格、ピロロピロール骨格、アクリダン骨格、アクリドン骨格、フェノキサジン骨格、フェノチアジン骨格、フェナジン骨格、フェナザシリン骨格、アゼピン骨格、ジュロリジン骨格等を用いることができる。また、例えば、キノリン骨格、ナフチリジン骨格、キノキサリン骨格、キナゾリン骨格、フタラジン骨格、シンノリン骨格、プテリジン骨格、アクリジン骨格、フェナントリジン骨格、フェナントロリン骨格、ベンゾキノリン骨格、ベンゾキノキサリン骨格、ベンゾキナゾリン骨格、ジベンゾキノリン骨格、ジベンゾキノキサリン骨格、ジベンゾキナゾリン骨格、イミダゾール骨格、ピラゾール骨格、トリアゾール骨格、ベンゾイミダゾール骨格、イミダゾピリジン骨格、プリン骨格、トリアゾピリミジン骨格、トリアゾピリジン骨格、インダゾール骨格等を用いることができる。
また、上記の複素芳香族骨格に換えて、芳香族炭化水素骨格を用いてもよい。芳香族炭化水素骨格としては、例えば、ビフェニル骨格、ナフタレン骨格、アントラセン骨格、クリセン骨格、フェナントレン骨格、トリフェニレン骨格、フルオレン骨格、スピロフルオレン骨格、インダセン骨格、ジベンゾシロール骨格等が挙げられる。
また、高分子化合物に芳香族アミン骨格を用いることができ、中でも２級アミン骨格または３級アミン骨格が好ましく、特にトリアリールアミン骨格が好ましい。トリアリールアミン骨格のアリール基としては、環を形成する炭素数が６乃至１３の置換または無置換のアリール基が好ましく、フェニル基、ナフチル基、フルオレニル基等が挙げられる。例えば、トリフェニルアミン骨格、フェニレンジアミン骨格、ナフタレンジアミン骨格、ベンジジン骨格等が挙げられる。
また、高分子化合物に他に用いることができる骨格としては、ケトン骨格、アルコキシ骨格等が挙げられる。
また、上記の芳香族アミン骨格、複素芳香族骨格、及び芳香族炭化水素骨格が、アリーレン基またはアルキレン基で結合する場合、当該アリーレン基及びアルキレン基としては、例えば、フェニレン基、ビフェニルジイル基、テルフェニルジイル基、ナフタレンジイル基、フルオレンジイル基、アントラセンジイル基、９，１０−ジヒドロアントラセンジイル基、フェナントレンジイル基、ピレンジイル基、ペリレンジイル基、クリセンジイル基、アルコキシフェニレン基、アリーレンビニレン基（フェニレンビニレン基等）、ビニレン基等が挙げられる。また、エーテル結合、チオエーテル結合、エステル結合等によって結合しても良い。
上述した芳香族アミン骨格、複素芳香族骨格、及び芳香族炭化水素骨格、あるいは上記のアリーレン基及びアルキレン基は、それぞれ置換基を有していてもよい。当該置換基としては、炭素数１乃至炭素数２０のアルキル基、アルコキシ基、またはアルキルチオ基、炭素数３乃至炭素数２０のシクロアルキル基、または炭素数６乃至炭素数１８の置換もしくは無置換のアリール基またはアリールオキシ基、炭素数４乃至炭素数１４の複素環化合物基も置換基として選択することができる。炭素数１乃至炭素数２０のアルキル基としては具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ラウリル基、２−エチル−ヘキシル基、３−メチル−ブチル基などを挙げることができる。また、炭素数１乃至炭素数２０のアルコキシ基としては具体的には、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、ヘプチルオキシ基、オクチルオキシ基、デシルオキシ基、ラウリルオキシ基、２−エチルーヘキシルオキシ基、３−メチル−ブトキシ基、イソプロピルオキシ基などを挙げることができる。また、炭素数１乃至炭素数２０のアルキルチオ基としては具体的には、メチルチオ基、エチルチオ基、ブチルチオ基、ペンチルチオ基、ヘキシルチオ基、ヘプチルチオ基、オクチルチオ基、デシルチオ基、ラウリルチオ基、２−エチル−ヘキシルチオ基、３−メチル−ブチルチオ基、イソプロピルチオ基などを挙げることができる。また、炭素数３乃至炭素数２０のシクロアルキル基、としては具体的には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ノルボルニル基、ノルアダマンチル基、アダマンチル基、ホモアダマンチル基、トリシクロデカニル基などを挙げることができる。また、炭素数６乃至炭素数１８のアリール基としては具体的には、置換もしくは無置換のフェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、フルオレニル基、アントラセニル基、ピレニル基などを挙げることができる。また、炭素数６乃至炭素数１８のアリールオキシ基としては具体的には、置換または無置換のアルコキシフェノキシ基、アルキルフェノキシ基、ナフチルオキシ基、アントラセニルオキシ基、ピレニルオキシ基などを挙げることができる。また、炭素数４乃至炭素数１４の複素環化合物基としては具体的には、置換または無置換のチエニル基、ピロリル基、フリル基、ピリジル基などを挙げることができる。また、上記置換基は互いに結合して環を形成してもよい。このような例としては、例えば、フルオレン骨格における９位の炭素が置換基としてフェニル基を二つ有する場合、当該フェニル基同士が結合することによって、スピロフルオレン骨格を形成するような場合が挙げられる。なお、無置換の場合、合成の容易さや原料の価格の面で有利である。
上記の高分子化合物としては、例えば、ポリ［２−メトキシ−５−（２−エチルヘキシルオキシ）−１，４−フェニレンビニレン］（略称：ＭＥＨ−ＰＰＶ）、ポリ（２，５−ジオクチル−１，４−フェニレンビニレン）等のポリフェニレンビニレン（ＰＰＶ）誘導体、ポリ（９，９−ジ−ｎ−オクチルフルオレニル−２，７−ジイル）（略称：ＰＦ８）、ポリ［（９，９−ジ−ｎ−オクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ａｌｔ−（ベンゾ［２，１，３］チアジアゾール−４，８−ジイル）］（略称：Ｆ８ＢＴ）、ポリ［（９，９−ジ−ｎ−オクチルフルオレニル−２，７−ジイル）−ａｌｔ−（２，２’−ビチオフェン−５，５’−ジイル）］（略称Ｆ８Ｔ２）、ポリ［（９，９−ジオクチル−２，７−ジビニレンフルオレニレン）−ａｌｔ−（９，１０−アントラセン）］、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ａｌｔ−（２，５−ジメチル−１，４−フェニレン）］等のポリフルオレン誘導体、ポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（略称：Ｐ３ＨＴ）等のポリアルキルチオフェン（ＰＡＴ）誘導体、ポリフェニレン誘導体等が挙げられる。また、これらの高分子化合物や、ポリ（９−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）、ポリ（２−ビニルナフタレン）、ポリ［ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン］（略称：ＰＴＡＡ）等の高分子化合物に、発光性の低分子化合物をドープして発光層に用いてもよい。
発光層１５０に用いることができる蛍光性化合物としては、特に限定はないが、アントラセン誘導体、テトラセン誘導体、クリセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、スチルベン誘導体、アクリドン誘導体、クマリン誘導体、フェノキサジン誘導体、フェノチアジン誘導体などが好ましい。例えば以下に示す材料の置換もしくは無置換材料を用いることができる。置換基としては、上記の置換基を用いることができる。また、脂肪族炭化水素が好ましく、より好ましくはアルキル基、さらに好ましくは分岐を有するアルキル基である。
具体的には、５，６−ビス［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−２，２’−ビピリジン（略称：ＰＡＰ２ＢＰｙ）、５，６−ビス［４’−（１０−フェニル−９−アントリル）ビフェニル−４−イル］−２，２’−ビピリジン（略称：ＰＡＰＰ２ＢＰｙ）、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス［３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ｍＭｅｍＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−ピレン−１，６−ジアミン（略称：１，６ｔＢｕ−ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−３，８−ジシクロヘキシルピレン−１，６−ジアミン（略称：ｃｈ−１，６ＦＬＰＡＰｒｎ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルスチルベン−４，４’−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｓ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（１０−フェニル−９−アントリル）トリフェニルアミン（略称：ＹＧＡＰＡ）、４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−４’−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）トリフェニルアミン（略称：２ＹＧＡＰＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＡＰＡ）、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン（略称：ＴＢＰ）、４−（１０−フェニル−９−アントリル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＰＡ）、Ｎ，Ｎ’’−（２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン−９，１０−ジイルジ−４，１−フェニレン）ビス［Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン］（略称：ＤＰＡＢＰＡ）、Ｎ，９−ジフェニル−Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＰＡ）、Ｎ−［４−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＰＡ）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’，Ｎ’’’，Ｎ’’’−オクタフェニルジベンゾ［ｇ，ｐ］クリセン−２，７，１０，１５−テトラアミン（略称：ＤＢＣ１）、クマリン３０、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，９−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：２ＰＣＡＢＰｈＡ）、Ｎ−（９，１０−ジフェニル−２−アントリル）−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＰＡ）、Ｎ−［９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−２−アントリル］−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−トリフェニル−１，４−フェニレンジアミン（略称：２ＤＰＡＢＰｈＡ）、９，１０−ビス（１，１’−ビフェニル−２−イル）−Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−フェニルアントラセン−２−アミン（略称：２ＹＧＡＢＰｈＡ）、Ｎ，Ｎ，９−トリフェニルアントラセン−９−アミン（略称：ＤＰｈＡＰｈＡ）、クマリン６、クマリン５４５Ｔ、Ｎ，Ｎ’−ジフェニルキナクリドン（略称：ＤＰＱｄ）、ルブレン、２，８−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−５，１１−ビス（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−６，１２−ジフェニルテトラセン（略称：ＴＢＲｂ）、ナイルレッド、５，１２−ビス（１，１’−ビフェニル−４−イル）−６，１１−ジフェニルテトラセン（略称：ＢＰＴ）、２−（２−｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−６−メチル−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ１）、２−｛２−メチル−６−［２−（２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＭ２）、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）テトラセン−５，１１−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＴＤ）、７，１４−ジフェニル−Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラキス（４−メチルフェニル）アセナフト［１，２−ａ］フルオランテン−３，１０−ジアミン（略称：ｐ−ｍＰｈＡＦＤ）、２−｛２−イソプロピル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＩ）、２−｛２−ｔｅｒｔ−ブチル−６−［２−（１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＤＣＪＴＢ）、２−（２，６−ビス｛２−［４−（ジメチルアミノ）フェニル］エテニル｝−４Ｈ−ピラン−４−イリデン）プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＭ）、２−｛２，６−ビス［２−（８−メトキシ−１，１，７，７−テトラメチル−２，３，６，７−テトラヒドロ−１Ｈ，５Ｈ−ベンゾ［ｉｊ］キノリジン−９−イル）エテニル］−４Ｈ−ピラン−４−イリデン｝プロパンジニトリル（略称：ＢｉｓＤＣＪＴＭ）、５，１０，１５，２０−テトラフェニルビスベンゾ［５，６］インデノ［１，２，３−ｃｄ：１’，２’，３’−ｌｍ］ペリレン、などが挙げられる。
高分子化合物に用いることができる発光性の骨格としては、特に限定はないが、アントラセン、テトラセン、クリセン、フェナントレン、ピレン、ペリレン、スチルベン、アクリドン、クマリン、フェノキサジン、フェノチアジンなどの骨格から、１個または２個の水素を芳香環から除いた構造を構成単位として有すると好ましい。また、置換基として上記に挙げた置換基を用いることができる。また、置換基として脂肪族炭化水素基を導入しても良く、好ましくはアルキル基、さらに好ましくは分岐を有するアルキル基である。
燐光性化合物としては、イリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体が挙げられ、中でも有機イリジウム錯体、例えばイリジウム系オルトメタル錯体が好ましい。オルトメタル化する配位子としては４Ｈ−トリアゾール配位子、１Ｈ−トリアゾール配位子、イミダゾール配位子、ピリジン配位子、ピリミジン配位子、ピラジン配位子、あるいはイソキノリン配位子などが挙げられる。金属錯体としては、ポルフィリン配位子を有する白金錯体などが挙げられる。また、例えば以下に示す材料の置換もしくは無置換材料を用いることができる。なお、置換基としては、上記の置換基を用いることができる。
青色または緑色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス｛２−［５−（２−メチルフェニル）−４−（２，６−ジメチルフェニル）−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル−κＮ２］フェニル−κＣ｝イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｔｚ−ｄｍｐ）３）、トリス（５−メチル−３，４−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｍｐｔｚ）３）、トリス［４−（３−ビフェニル）−５−イソプロピル−３−フェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾラト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｉＰｒｐｔｚ−３ｂ）３）、トリス［３−（５−ビフェニル）−５−イソプロピル−４−フェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾラト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｉＰｒ５ｂｔｚ）３）のような４Ｈ−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス［３−メチル−１−（２−メチルフェニル）−５−フェニル−１Ｈ−１，２，４−トリアゾラト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｍｐｔｚ１−ｍｐ）３）、トリス（１−メチル−５−フェニル−３−プロピル−１Ｈ−１，２，４−トリアゾラト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（Ｐｒｐｔｚ１−Ｍｅ）３）のような１Ｈ−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ｆａｃ−トリス［１−（２，６−ジイソプロピルフェニル）−２−フェニル−１Ｈ−イミダゾール］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｉＰｒｐｍｉ）３）、トリス［３−（２，６−ジメチルフェニル）−７−メチルイミダゾ［１，２−ｆ］フェナントリジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｐｉｍｐｔ−Ｍｅ）３）のようなイミダゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）テトラキス（１−ピラゾリル）ボラート（略称：ＦＩｒ６）、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：ＦＩｒｐｉｃ）、ビス｛２−［３’，５’−ビス（トリフルオロメチル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’｝イリジウム（ＩＩＩ）ピコリナート（略称：Ｉｒ（ＣＦ３ｐｐｙ）２（ｐｉｃ））、ビス［２−（４’，６’−ジフルオロフェニル）ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’］イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：ＦＩｒ（ａｃａｃ））のような電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属イリジウム錯体が挙げられる。上述した中でも、４Ｈ−トリアゾール骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも優れるため、特に好ましい。
また、緑色または黄色に発光ピークを有する物質としては、例えば、トリス（４−メチル−６−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｍ）３）、トリス（４−ｔ−ブチル−６−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）３）、（アセチルアセトナト）ビス（６−メチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（６−ｔｅｒｔ−ブチル−４−フェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｔＢｕｐｐｍ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［４−（２−ノルボルニル）−６−フェニルピリミジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｎｂｐｐｍ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス［５−メチル−６−（２−メチルフェニル）−４−フェニルピリミジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｍｐｐｍ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス｛４，６−ジメチル−２−［６−（２，６−ジメチルフェニル）−４−ピリミジニル−κＮ３］フェニル−κＣ｝イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｍｐｐｍ−ｄｍｐ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（４，６−ジフェニルピリミジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄｐｐｍ）２（ａｃａｃ））のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、（アセチルアセトナト）ビス（３，５−ジメチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−Ｍｅ）２（ａｃａｃ））、（アセチルアセトナト）ビス（５−イソプロピル−３−メチル−２−フェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｍｐｐｒ−ｉＰｒ）２（ａｃａｃ））のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）３）、ビス（２−フェニルピリジナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｐｙ）２（ａｃａｃ））、ビス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）２（ａｃａｃ））、トリス（ベンゾ［ｈ］キノリナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｂｚｑ）３）、トリス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｑ）３）、ビス（２−フェニルキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｑ）２（ａｃａｃ））のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、ビス（２，４−ジフェニル−１，３−オキサゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｄｐｏ）２（ａｃａｃ））、ビス｛２−［４’−（パーフルオロフェニル）フェニル］ピリジナト−Ｎ，Ｃ２’｝イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐ−ＰＦ−ｐｈ）２（ａｃａｃ））、ビス（２−フェニルベンゾチアゾラト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｂｔ）２（ａｃａｃ））など有機金属イリジウム錯体の他、トリス（アセチルアセトナト）（モノフェナントロリン）テルビウム（ＩＩＩ）（略称：Ｔｂ（ａｃａｃ）３（Ｐｈｅｎ））のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。
また、黄色または赤色に発光ピークを有する物質としては、例えば、（ジイソブチリルメタナト）ビス［４，６−ビス（３−メチルフェニル）ピリミジナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｉｂｍ））、ビス［４，６−ビス（３−メチルフェニル）ピリミジナト］（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（５ｍｄｐｐｍ）２（ｄｐｍ））、ビス［４，６−ジ（ナフタレン−１−イル）ピリミジナト］（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｄ１ｎｐｍ）２（ｄｐｍ））のようなピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、（アセチルアセトナト）ビス（２，３，５−トリフェニルピラジナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ａｃａｃ））、ビス（２，３，５−トリフェニルピラジナト）（ジピバロイルメタナト）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｔｐｐｒ）２（ｄｐｍ））、（アセチルアセトナト）ビス［２，３−ビス（４−フルオロフェニル）キノキサリナト］イリジウム（ＩＩＩ）（略称：［Ｉｒ（Ｆｄｐｑ）２（ａｃａｃ）］）のようなピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体や、トリス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）３）、ビス（１−フェニルイソキノリナト−Ｎ，Ｃ２’）イリジウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート（略称：Ｉｒ（ｐｉｑ）２（ａｃａｃ））のようなピリジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体の他、２，３，７，８，１２，１３，１７，１８−オクタエチル−２１Ｈ，２３Ｈ−ポルフィリン白金（ＩＩ）（略称：ＰｔＯＥＰ）のような白金錯体や、トリス（１，３−ジフェニル−１，３−プロパンジオナト）（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＤＢＭ）３（Ｐｈｅｎ））、トリス［１−（２−テノイル）−３，３，３−トリフルオロアセトナト］（モノフェナントロリン）ユーロピウム（ＩＩＩ）（略称：Ｅｕ（ＴＴＡ）３（Ｐｈｅｎ））のような希土類金属錯体が挙げられる。上述した中でも、ピリミジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、信頼性や発光効率にも際だって優れるため、特に好ましい。また、ピラジン骨格を有する有機金属イリジウム錯体は、色度の良い赤色発光が得られる。
また、燐光性化合物としては、高分子化合物であってもよく、例えば、イリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体を構成単位として有する高分子化合物が好ましい。すなわち、イリジウム、ロジウム、または白金系の有機金属錯体、あるいは金属錯体などから、１個または２個の水素を取り除いた構造を構成単位として有すると好ましい。
発光層１５０に含まれる発光性の有機化合物としては、三重項励起エネルギーを発光に変換できる物質であればよい。該三重項励起エネルギーを発光に変換できる物質としては、燐光性化合物の他に、熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｄｅｌａｙｅｄ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）体が挙げられる。したがって、燐光性化合物と記載した部分に関しては、熱活性化遅延蛍光体と読み替えても構わない。なお、熱活性化遅延蛍光体とは、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位との差が小さく、逆項間交差によって三重項励起状態から一重項励起状態へエネルギーを変換する機能を有する物質である。そのため、三重項励起状態をわずかな熱エネルギーによって一重項励起状態にアップコンバート（逆項間交差）が可能で、一重項励起状態からの発光（蛍光）を効率よく呈することができる。また、熱活性化遅延蛍光が効率良く得られる条件としては、三重項励起エネルギー準位と一重項励起エネルギー準位のエネルギー差が好ましくは０ｅＶより大きく０．２ｅＶ以下、さらに好ましくは０ｅＶより大きく０．１ｅＶ以下であることが挙げられる。
熱活性化遅延蛍光体としては、例えば以下の物質を用いることができる。
まず、フラーレンやその誘導体、プロフラビン等のアクリジン誘導体、エオシン等が挙げられる。また、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、スズ（Ｓｎ）、白金（Ｐｔ）、インジウム（Ｉｎ）、もしくはパラジウム（Ｐｄ）等を含む金属含有ポルフィリンが挙げられる。該金属含有ポルフィリンとしては、例えば、プロトポルフィリン−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（Ｐｒｏｔｏ ＩＸ））、メソポルフィリン−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（Ｍｅｓｏ ＩＸ））、ヘマトポルフィリン−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（Ｈｅｍａｔｏ ＩＸ））、コプロポルフィリンテトラメチルエステル−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（Ｃｏｐｒｏ ＩＩＩ−４Ｍｅ））、オクタエチルポルフィリン−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（ＯＥＰ））、エチオポルフィリン−フッ化スズ錯体（ＳｎＦ２（Ｅｔｉｏ Ｉ））、オクタエチルポルフィリン−塩化白金錯体（ＰｔＣｌ２ＯＥＰ）等が挙げられる。
また、一種の材料から構成される熱活性化遅延蛍光体としては、π電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有する複素環化合物も用いることができる。具体的には、２−（ビフェニル−４−イル）−４，６−ビス（１２−フェニルインドロ［２，３−ａ］カルバゾール−１１−イル）−１，３，５−トリアジン（略称：ＰＩＣ−ＴＲＺ）、２−｛４−［３−（Ｎ−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル｝−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン（略称：ＰＣＣｚＰＴｚｎ）、２−［４−（１０Ｈ−フェノキサジン−１０−イル）フェニル］−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン（略称：ＰＸＺ−ＴＲＺ）、３−［４−（５−フェニル−５，１０−ジヒドロフェナジン−１０−イル）フェニル］−４，５−ジフェニル−１，２，４−トリアゾール（略称：ＰＰＺ−３ＴＰＴ）、３−（９，９−ジメチル−９Ｈ−アクリジン−１０−イル）−９Ｈ−キサンテン−９−オン（略称：ＡＣＲＸＴＮ）、ビス［４−（９，９−ジメチル−９，１０−ジヒドロアクリジン）フェニル］スルホン（略称：ＤＭＡＣ−ＤＰＳ）、１０−フェニル−１０Ｈ，１０’Ｈ−スピロ［アクリジン−９，９’−アントラセン］−１０’−オン（略称：ＡＣＲＳＡ）等が挙げられる。該複素環化合物は、π電子過剰型複素芳香環及びπ電子不足型複素芳香環を有するため、電子輸送性及び正孔輸送性が高く、好ましい。なお、π電子過剰型複素芳香環とπ電子不足型複素芳香環とが直接結合した物質は、π電子過剰型複素芳香環のドナー性とπ電子不足型複素芳香環のアクセプター性が共に強く、一重項励起エネルギー準位と三重項励起エネルギー準位の差が小さくなるため、特に好ましい。
また、熱活性化遅延蛍光を示す材料として、励起錯体（エキサイプレックス、エキシプレックスまたはＥｘｃｉｐｌｅｘともいう）を形成する２種類の材料の組み合わせを含んでも良い。２種類の材料の組み合わせとしては、正孔輸送性材料と電子輸送性材料との組み合わせが好適である。具体的には、亜鉛やアルミニウム系金属錯体の他、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ピリミジン誘導体、トリアジン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、フェナントロリン誘導体などが挙げられる。他の例としては、芳香族アミンやカルバゾール誘導体などが挙げられる。
また、発光層１５０としては、ホスト材料として機能する化合物、及び発光性のゲスト材料として機能する化合物の他に、別の物質を有しても良い。例えば、以下の正孔輸送性材料および電子輸送性材料の置換もしくは無置換の材料を用いることができる。なお、置換基としては、既に挙げた置換基を用いることができる。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、芳香族アミン、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用いることができる。また、該正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。また、上記の高分子化合物が有する正孔輸送性の骨格や、π電子過剰型複素芳香族骨格、芳香族アミン骨格を有する高分子化合物であっても良い。
これら正孔輸送性の高い材料として、例えば、芳香族アミン化合物としては、Ｎ，Ｎ’−ジ（ｐ−トリル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン（略称：ＤＴＤＰＰＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＤＰＡＢ）、Ｎ，Ｎ’−ビス｛４−［ビス（３−メチルフェニル）アミノ］フェニル｝−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（略称：ＤＮＴＰＤ）、１，３，５−トリス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］ベンゼン（略称：ＤＰＡ３Ｂ）等を挙げることができる。
また、カルバゾール誘導体としては、具体的には、３−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＤＰＡ２）、３，６−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−（１−ナフチル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＴＰＮ２）、３−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ１）、３，６−ビス［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＡ２）、３−［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）アミノ］−９−フェニルカルバゾール（略称：ＰＣｚＰＣＮ１）等を挙げることができる。
また、カルバゾール誘導体としては、他に、４，４’−ジ（Ｎ−カルバゾリル）ビフェニル（略称：ＣＢＰ）、１，３，５−トリス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴＣＰＢ）、９−［４−（１０−フェニル−９−アントリル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＰＡ）、１，４−ビス［４−（Ｎ−カルバゾリル）フェニル］−２，３，５，６−テトラフェニルベンゼン等を用いることができる。
また、芳香族炭化水素としては、例えば、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、９，１０−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）アントラセン（略称：ＤＰＰＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス（４−フェニルフェニル）アントラセン（略称：ｔ−ＢｕＤＢＡ）、９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＮＡ）、９，１０−ジフェニルアントラセン（略称：ＤＰＡｎｔｈ）、２−ｔｅｒｔ−ブチルアントラセン（略称：ｔ−ＢｕＡｎｔｈ）、９，１０−ビス（４−メチル−１−ナフチル）アントラセン（略称：ＤＭＮＡ）、２−ｔｅｒｔ−ブチル−９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、９，１０−ビス［２−（１−ナフチル）フェニル］アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（１−ナフチル）アントラセン、２，３，６，７−テトラメチル−９，１０−ジ（２−ナフチル）アントラセン、９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ジフェニル−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス（２−フェニルフェニル）−９，９’−ビアントリル、１０，１０’−ビス［（２，３，４，５，６−ペンタフェニル）フェニル］−９，９’−ビアントリル、アントラセン、テトラセン、ルブレン、ペリレン、２，５，８，１１−テトラ（ｔｅｒｔ−ブチル）ペリレン等が挙げられる。また、この他、ペンタセン、コロネン等も用いることができる。このように、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有し、炭素数１４乃至炭素数４２である芳香族炭化水素を用いることがより好ましい。
なお、芳香族炭化水素は、ビニル骨格を有していてもよい。ビニル基を有している芳香族炭化水素としては、例えば、４，４’−ビス（２，２−ジフェニルビニル）ビフェニル（略称：ＤＰＶＢｉ）、９，１０−ビス［４−（２，２−ジフェニルビニル）フェニル］アントラセン（略称：ＤＰＶＰＡ）等が挙げられる。
また、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）（略称：ＰＶＫ）やポリ（４−ビニルトリフェニルアミン）（略称：ＰＶＴＰＡ）、ポリ［Ｎ−（４−｛Ｎ’−［４−（４−ジフェニルアミノ）フェニル］フェニル−Ｎ’−フェニルアミノ｝フェニル）メタクリルアミド］（略称：ＰＴＰＤＭＡ）、ポリ［Ｎ，Ｎ’−ビス（４−ブチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ビス（フェニル）ベンジジン］（略称：Ｐｏｌｙ−ＴＰＤ）等の高分子化合物を用いることもできる。
また、正孔輸送性の高い材料としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＮＰＢまたはα−ＮＰＤ）やＮ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−［１，１’−ビフェニル］−４，４’−ジアミン（略称：ＴＰＤ）、４，４’，４’’−トリス（カルバゾール−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＴＣＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（１−ナフチル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：１’−ＴＮＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス（Ｎ，Ｎ−ジフェニルアミノ）トリフェニルアミン（略称：ＴＤＡＴＡ）、４，４’，４’’−トリス［Ｎ−（３−メチルフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］トリフェニルアミン（略称：ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−ビス［Ｎ−（スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−イル）−Ｎ―フェニルアミノ］ビフェニル（略称：ＢＳＰＢ）、４−フェニル−４’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ＢＰＡＦＬＰ）、４−フェニル−３’−（９−フェニルフルオレン−９−イル）トリフェニルアミン（略称：ｍＢＰＡＦＬＰ）、Ｎ−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）−Ｎ−｛９，９−ジメチル−２−［Ｎ’−フェニル−Ｎ’−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）アミノ］−９Ｈ−フルオレン−７−イル｝フェニルアミン（略称：ＤＦＬＡＤＦＬ）、Ｎ−（９，９−ジメチル−２−ジフェニルアミノ−９Ｈ−フルオレン−７−イル）ジフェニルアミン（略称：ＤＰＮＦ）、２−［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡＳＦ）、４−フェニル−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡ１ＢＰ）、４，４’−ジフェニル−４’’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＢｉ１ＢＰ）、４−（１−ナフチル）−４’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＡＮＢ）、４，４’−ジ（１−ナフチル）−４’’−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）トリフェニルアミン（略称：ＰＣＢＮＢＢ）、４−フェニルジフェニル−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）アミン（略称：ＰＣＡ１ＢＰ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルベンゼン−１，３−ジアミン（略称：ＰＣＡ２Ｂ）、Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリフェニル−Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’−トリス（９−フェニルカルバゾール−３−イル）ベンゼン−１，３，５−トリアミン（略称：ＰＣＡ３Ｂ）、Ｎ−（４−ビフェニル）−Ｎ−（９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−イル）−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−アミン（略称：ＰＣＢｉＦ）、Ｎ−（１，１’−ビフェニル−４−イル）−Ｎ−［４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル］−９，９−ジメチル−９Ｈ−フルオレン−２−アミン（略称：ＰＣＢＢｉＦ）、９，９−ジメチル−Ｎ−フェニル−Ｎ−［４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル］フルオレン−２−アミン（略称：ＰＣＢＡＦ）、Ｎ−フェニル−Ｎ−［４−（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）フェニル］スピロ−９，９’−ビフルオレン−２−アミン（略称：ＰＣＢＡＳＦ）、２−［Ｎ−（９−フェニルカルバゾール−３−イル）−Ｎ−フェニルアミノ］スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＰＣＡＳＦ）、２，７−ビス［Ｎ−（４−ジフェニルアミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミノ］−スピロ−９，９’−ビフルオレン（略称：ＤＰＡ２ＳＦ）、Ｎ−［４−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ−（４−フェニル）フェニルアニリン（略称：ＹＧＡ１ＢＰ）、Ｎ，Ｎ’−ビス［４−（カルバゾール−９−イル）フェニル］−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−９，９−ジメチルフルオレン−２，７−ジアミン（略称：ＹＧＡ２Ｆ）などの芳香族アミン化合物等を用いることができる。また、３−［４−（１−ナフチル）−フェニル］−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣＰＮ）、３−［４−（９−フェナントリル）−フェニル］−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰＣＰＰｎ）、３，３’−ビス（９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール）（略称：ＰＣＣＰ）、１，３−ビス（Ｎ−カルバゾリル）ベンゼン（略称：ｍＣＰ）、３，６−ビス（３，５−ジフェニルフェニル）−９−フェニルカルバゾール（略称：ＣｚＴＰ）、３，６−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−９−フェニル−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＰｈＣｚＧＩ）、２，８−ジ（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−ジベンゾチオフェン（略称：Ｃｚ２ＤＢＴ）、４−｛３−［３−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］フェニル｝ジベンゾフラン（略称：ｍｍＤＢＦＦＬＢｉ−ＩＩ）、４，４’，４’’−（ベンゼン−１，３，５−トリイル）トリ（ジベンゾフラン）（略称：ＤＢＦ３Ｐ−ＩＩ）、１，３，５−トリ（ジベンゾチオフェン−４−イル）−ベンゼン（略称：ＤＢＴ３Ｐ−ＩＩ）、２，８−ジフェニル−４−［４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］ジベンゾチオフェン（略称：ＤＢＴＦＬＰ−ＩＩＩ）、４−［４−（９−フェニル−９Ｈ−フルオレン−９−イル）フェニル］−６−フェニルジベンゾチオフェン（略称：ＤＢＴＦＬＰ−ＩＶ）、４−［３−（トリフェニレン−２−イル）フェニル］ジベンゾチオフェン（略称：ｍＤＢＴＰＴｐ−ＩＩ）等のアミン化合物、カルバゾール化合物、チオフェン化合物、フラン化合物、フルオレン化合物、トリフェニレン化合物、フェナントレン化合物等を用いることができる。ここに述べた物質は、主に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質である。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。
電子輸送性材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電子を受け取りやすい材料（電子輸送性を有する材料）としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香族や金属錯体などを用いることができる。具体的には、キノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子等を有する金属錯体が挙げられる。また、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体などが挙げられる。また、該電子輸送性材料は高分子化合物であっても良い。また、上記の高分子化合物が有する電子輸送性の骨格やπ電子不足型複素芳香族骨格を有する高分子化合物であっても良い。
ゾ［ｈ］キノリナト）ベリリウム（ＩＩ）（略称：ＢｅＢｑ２）、ビス（２−メチル−８−キノリノラト）（４−フェニルフェノラト）アルミニウム（ＩＩＩ）（略称：ＢＡｌｑ）、ビス（８−キノリノラト）亜鉛（ＩＩ）（略称：Ｚｎｑ）など、キノリン骨格またはベンゾキノリン骨格を有する金属錯体等からなる層である。また、この他ビス［２−（２−ベンゾオキサゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＰＢＯ）、ビス［２−（２−ベンゾチアゾリル）フェノラト］亜鉛（ＩＩ）（略称：ＺｎＢＴＺ）などのオキサゾール系、チアゾール系配位子を有する金属錯体なども用いることができる。さらに、金属錯体以外にも、２−（４−ビフェニリル）−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール（略称：ＰＢＤ）や、１，３−ビス［５−（ｐ−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル］ベンゼン（略称：ＯＸＤ−７）、９−［４−（５−フェニル−１，３，４−オキサジアゾール−２−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣＯ１１）、３−（４−ビフェニリル）−４−フェニル−５−（４−ｔｅｒｔ−ブチルフェニル）−１，２，４−トリアゾール（略称：ＴＡＺ）、９−［４−（４，５−ジフェニル−４Ｈ−１，２，４−トリアゾール−３−イル）フェニル］−９Ｈ−カルバゾール（略称：ＣｚＴＡＺ１）、２，２’，２’’−（１，３，５−ベンゼントリイル）トリス（１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール）（略称：ＴＰＢＩ）、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］−１−フェニル−１Ｈ−ベンゾイミダゾール（略称：ｍＤＢＴＢＩｍ−ＩＩ）、バソフェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、バソキュプロイン（略称：ＢＣＰ）などの複素環化合物や、２−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、２−［３’−（ジベンゾチオフェン−４−イル）ビフェニル−３−イル］ジベンゾ［ｆ、ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＤＢＴＢＰＤＢｑ−ＩＩ）、２−［３’−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）ビフェニル−３−イル］ジベンゾ［ｆ、ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＣｚＢＰＤＢｑ）、２−［４−（３，６−ジフェニル−９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：２ＣｚＰＤＢｑ−ＩＩＩ）、７−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：７ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、及び、６−［３−（ジベンゾチオフェン−４−イル）フェニル］ジベンゾ［ｆ，ｈ］キノキサリン（略称：６ｍＤＢＴＰＤＢｑ−ＩＩ）、２−［３−｛３−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル｝−フェニル］ジベンゾ［ｆ、ｈ］キノキサリン（略称：２ｍＣｚＣｚＰＤＢｑ）、４，６−ビス［３−（フェナントレン−９−イル）フェニル］ピリミジン（略称：４，６ｍＰｎＰ２Ｐｍ）、４，６−ビス［３−（４−ジベンゾチエニル）フェニル］ピリミジン（略称：４，６ｍＤＢＴＰ２Ｐｍ−ＩＩ）、４，６−ビス［３−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ピリミジン（略称：４，６ｍＣｚＰ２Ｐｍ）などのジアジン骨格を有する複素環化合物や、２−｛４−［３−（Ｎ−フェニル−９Ｈ−カルバゾール−３−イル）−９Ｈ−カルバゾール−９−イル］フェニル｝−４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン（略称：ＰＣＣｚＰＴｚｎ）などのトリアジン骨格を有する複素環化合物や、３，５−ビス［３−（９Ｈ−カルバゾール−９−イル）フェニル］ピリジン（略称：３５ＤＣｚＰＰｙ）、１，３，５−トリ［３−（３−ピリジル）フェニル］ベンゼン（略称：ＴｍＰｙＰＢ）などのピリジン骨格を有する複素環化合物、４，４’−ビス（５−メチルベンゾオキサゾール−２−イル）スチルベン（略称：ＢｚＯｓ）などの複素芳香族化合物も用いることができる。上述した複素環化合物の中でも、ジアジン（ピリミジン、ピラジン、ピリダジン）骨格、またはピリジン骨格を有する複素環化合物は、安定で信頼性が良好であり好ましい。また、当該骨格を有する複素環化合物は、電子輸送性が高く、駆動電圧低減にも寄与する。また、ポリ（２，５−ピリジンジイル）（略称：ＰＰｙ）、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（ピリジン−３，５−ジイル）］（略称：ＰＦ−Ｐｙ）、ポリ［（９，９−ジオクチルフルオレン−２，７−ジイル）−ｃｏ−（２，２’−ビピリジン−６，６’−ジイル）］（略称：ＰＦ−ＢＰｙ）のような高分子化合物を用いることもできる。ここに述べた物質は、主に１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質である。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を用いても構わない。
また、上記の正孔輸送性材料および電子輸送性材料から、１個または２個の水素を取り除いた構造を有する高分子化合物を用いることができる。
なお、上述した、発光層１５０は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、インクジェット法、塗布法、ノズルプリント法、グラビア印刷等の方法で形成することができる。
なお、発光層１５０に高分子化合物を用いる場合、高分子化合物と併せて、発光層１５０に用いる材料としては、該高分子化合物を溶解することが可能な溶媒に対して、溶解性を有する材料であると好ましい。
また、発光層１５０を、インクジェット法、塗布法、ノズルプリント法、グラビア印刷等の方法で形成する場合に用いることができる溶媒としては、例えば、ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール、メチルアニソール等のエーテル系溶媒、トルエンキシレン、メシチレン、エチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、ビシクロヘキシル等の脂肪族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサン、ベンゾフェノン、アセトフェノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセルソルブアセテート、安息香酸メチル、酢酸フェニル等のエステル系溶媒、エチレングリコール、グリセリン、ヘキサンジオール等の多価アルコール系溶媒、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒、などを挙げることができる。また、溶媒は、一または複数で用いることができる。
なお、発光層１５０は２層以上の複数層でもって構成することもできる。例えば、第１の発光層と第２の発光層を正孔輸送層側から順に積層して発光層１５０とする場合、第１の発光層の高分子化合物として正孔輸送性を有する物質を用い、第２の発光層の高分子化合物として電子輸送性を有する物質を用いる構成などがある。
［正孔注入層］
正孔注入層１５１は、一対の電極の一方（導電膜１３８または導電膜１４４）からのホール注入障壁を低減することでホール注入を促進する機能を有し、例えば遷移金属酸化物、フタロシアニン誘導体、あるいは芳香族アミンなどによって形成される。遷移金属酸化物としては、モリブデン酸化物やバナジウム酸化物、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物などが挙げられる。フタロシアニン誘導体としては、フタロシアニンや金属フタロシアニンなどが挙げられる。芳香族アミンとしてはベンジジン誘導体やフェニレンジアミン誘導体などが挙げられる。ポリチオフェンやポリアニリンなどの高分子化合物を用いることもでき、例えば自己ドープされたポリチオフェンであるポリ（エチレンジオキシチオフェン）／ポリ（スチレンスルホン酸）などがその代表例である。また、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体や、側鎖または主鎖に芳香族アミン骨格またはπ電子過剰型複素芳香族骨格を有するポリアリーレン及びその誘導体、などが挙げられる。
正孔注入層１５１として、正孔輸送性材料と、これに対して電子受容性を示す材料の複合材料を有する層を用いることもできる。あるいは、電子受容性を示す材料を含む層と正孔輸送性材料を含む層の積層を用いても良い。これらの材料間では定常状態、あるいは電界存在下において電荷の授受が可能である。電子受容性を示す材料としては、キノジメタン誘導体やクロラニル誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体などの有機アクセプターを挙げることができる。具体的には、７，７，８，８−テトラシアノ−２，３，５，６−テトラフルオロキノジメタン（略称：Ｆ４−ＴＣＮＱ）、クロラニル、２，３，６，７，１０，１１−ヘキサシアノ−１，４，５，８，９，１２−ヘキサアザトリフェニレン（略称：ＨＡＴ−ＣＮ）等の電子吸引基（ハロゲン基やシアノ基）を有する化合物である。また、遷移金属酸化物、例えば第４族から第８族金属の酸化物を用いることができる。具体的には、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化クロム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化レニウムなどである。中でも酸化モリブデンは大気中でも安定であり、吸湿性が低く、扱いやすいため好ましい。
正孔輸送性材料としては、電子よりも正孔の輸送性の高い材料を用いることができ、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する材料であることが好ましい。具体的には、発光層１５０に用いることができる正孔輸送性材料として挙げた芳香族アミン、カルバゾール誘導体、芳香族炭化水素、スチルベン誘導体などを用いることができる。また、該正孔輸送性材料は高分子化合物であっても良い。
［正孔輸送層］
正孔注入層１５１と発光層１５０との間に正孔輸送層を設けてもよい。正孔輸送層は正孔輸送性材料を含む層であり、正孔注入層１５１の材料として例示した正孔輸送性材料を使用することができる。正孔輸送層は正孔注入層１５１に注入された正孔を発光層１５０へ輸送する機能を有するため、正孔注入層１５１のＨＯＭＯ（Ｈｉｇｈｅｓｔ Ｏｃｃｕｐｉｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｏｒｂｉｔａｌ、最高被占軌道ともいう）準位と同じ、あるいは近いＨＯＭＯ準位を有することが好ましい。
また、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質であることが好ましい。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外の物質を用いてもよい。なお、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層してもよい。
［電子輸送層］
発光層１５０と電子注入層との間に電子輸送層を設けてもよい。電子輸送層は、電子注入層１５４を経て一対の電極の他方（導電膜１３８または導電膜１４４）から注入された電子を発光層１５０へ輸送する機能を有する。電子輸送性材料としては、正孔よりも電子の輸送性の高い材料を用いることができ、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する材料であることが好ましい。電子を受け取りやすい材料（電子輸送性を有する材料）としては、含窒素複素芳香族化合物のようなπ電子不足型複素芳香族や金属錯体などを用いることができる。具体的には、発光層１５０に用いることができる電子輸送性材料として挙げたキノリン配位子、ベンゾキノリン配位子、オキサゾール配位子、あるいはチアゾール配位子等を有する金属錯体が挙げられる。また、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体などが挙げられる。また、ポリフェニレン、ポリフルオレン及びその誘導体などの高分子化合物であってもよい。また、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質であることが好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、上記以外の物質を電子輸送層として用いても構わない。また、電子輸送層は、単層だけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層してもよい。
また、電子輸送層と発光層１５０との間に電子キャリアの移動を制御する層を設けても良い。これは上述したような電子輸送性の高い材料に、電子トラップ性の高い物質を少量添加した層であって、電子キャリアの移動を抑制することによって、キャリアバランスを調節することが可能となる。このような構成は、発光層を電子が突き抜けてしまうことにより発生する問題（例えば素子寿命の低下）の抑制に大きな効果を発揮する。
［電子注入層］
電子注入層１５４は導電膜１４４からの電子注入障壁を低減することで電子注入を促進する機能を有し、例えば第１族金属、第２族金属、あるいはこれらの酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩などを用いることができる。また、先に示す電子輸送性材料と、これに対して電子供与性を示す材料の複合材料を用いることもできる。電子供与性を示す材料としては、第１族金属、第２族金属、あるいはこれらの酸化物などを挙げることができる。具体的には、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、リチウム酸化物（ＬｉＯｘ）等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。また、フッ化エルビウム（ＥｒＦ３）のような希土類金属化合物を用いることができる。また、電子注入層１５４にエレクトライドを用いてもよい。該エレクトライドとしては、例えば、カルシウムとアルミニウムの混合酸化物に電子を高濃度添加した物質等が挙げられる。また、電子注入層１５４に、電子輸送層で用いることが出来る物質を用いても良い。
また、電子注入層１５４に、有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料を用いてもよい。このような複合材料は、電子供与体によって有機化合物に電子が発生するため、電子注入性および電子輸送性に優れている。この場合、有機化合物としては、発生した電子の輸送に優れた化合物であることが好ましく、具体的には、例えば上述した電子輸送層を構成する化合物（金属錯体や複素芳香族化合物等）を用いることができる。電子供与体としては、有機化合物に対し電子供与性を示す物質であればよい。具体的には、アルカリ金属やアルカリ土類金属や希土類金属が好ましく、リチウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、エルビウム、イッテルビウム等が挙げられる。また、アルカリ金属酸化物やアルカリ土類金属酸化物が好ましく、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、バリウム酸化物等が挙げられる。また、酸化マグネシウムのようなルイス塩基を用いることもできる。また、テトラチアフルバレン（略称：ＴＴＦ）等の有機化合物を用いることもできる。
なお、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、インクジェット法、塗布法、ノズルプリント法、グラビア印刷等の方法で形成することができる。また、上述した、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、及び電子注入層には、上述した材料の他、量子ドットなどの無機化合物を用いてもよい。
量子ドットを構成する材料としては、第１４族元素の単体、複数の第１４族元素からなる化合物、第１５族元素の単体、第１６族元素の単体、第４族から第１４族に属する元素と第１６族元素との化合物、第２族元素と第１６族元素との化合物、第１３族元素と第１５族元素との化合物、第１３族元素と第１７族元素との化合物、第１４族元素と第１５族元素との化合物、第１１族元素と第１７族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、半導体クラスターなどを挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、セレン化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＩＩ）（ＰｂＴｅ）、硫化鉛（ＩＩ）（ＰｂＳ）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、テルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇａ２Ｓｅ３）、硫化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｓ３）、セレン化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｓｅ３）、テルル化砒素（ＩＩＩ）（Ａｓ２Ｔｅ３）、硫化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓｅ３）、テルル化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｔｅ３）、硫化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓ３）、セレン化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓｅ３）、テルル化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｔｅ３）、ケイ素（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓｎ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、ホウ素（Ｂ）、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、硫化バリウム（ＢａＳ）、セレン化バリウム（ＢａＳｅ）、テルル化バリウム（ＢａＴｅ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）、セレン化カルシウム（ＣａＳｅ）、テルル化カルシウム（ＣａＴｅ）、硫化ベリリウム（ＢｅＳ）、セレン化ベリリウム（ＢｅＳｅ）、テルル化ベリリウム（ＢｅＴｅ）、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）、硫化ゲルマニウム（ＧｅＳ）、セレン化ゲルマニウム（ＧｅＳｅ）、テルル化ゲルマニウム（ＧｅＴｅ）、硫化錫（ＩＶ）（ＳｎＳ２）、硫化錫（ＩＩ）（ＳｎＳ）、セレン化錫（ＩＩ）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（ＩＩ）（ＳｎＴｅ）、酸化鉛（ＩＩ）（ＰｂＯ）、フッ化銅（Ｉ）（ＣｕＦ）、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）、セレン化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｓｅ）、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）、硫化モリブデン（ＩＶ）（ＭｏＳ２）、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ）、酸化バナジウム（ＩＶ）（ＶＯ２）、酸化タングステン（ＩＶ）（ＷＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ５Ｏ９など）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化ゲルマニウム（Ｇｅ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物（ＣｄＺｎＳｅ）、インジウムと砒素とリンの化合物（ＩｎＡｓＰ）、カドミウムとセレンと硫黄の化合物（ＣｄＳｅＳ）、カドミウムとセレンとテルルの化合物（ＣｄＳｅＴｅ）、亜鉛とカドミウムとセレンの化合物（ＺｎＣｄＳｅ）、インジウムとガリウムと砒素の化合物（ＩｎＧａＡｓ）、インジウムとガリウムとセレンの化合物（ＩｎＧａＳｅ）、インジウムとセレンと硫黄の化合物（ＩｎＳｅＳ）、銅とインジウムと硫黄の化合物（例えばＣｕＩｎＳ２）およびこれらの組合せなどを挙げることができるが、これらに限定されない。また、組成が任意の数で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても良い。例えば、ＣｄＳｘＳｅ１−ｘ（ｘは０から１の任意の数）で表される合金型量子ドットは、ｘの比率を変化させることで発光波長を変えることができるため、青色を得るには有効な手段の一つである。
量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型などがあり、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ第２の無機材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボンドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコア−シェル型やコア−マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの例としては、硫化亜鉛（ＺｎＳ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）が挙げられる。
また、量子ドットは、表面原子の割合が多いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。保護剤（又は保護基）としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンｎ−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンｎ−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、トリ（ｎ−ヘキシル）アミン、トリ（ｎ−オクチル）アミン、トリ（ｎ−デシル）アミン等の第３級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、３級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイミン類等が挙げられる。
なお、量子ドットは、棒状の量子ロッドであっても良い。量子ロッドはｃ軸方向に偏光した指向性を有する光を呈するため、量子ロッドを発光材料として用いることにより、より外部量子効率が良好な発光素子を得ることができる。
発光層の発光材料に量子ドットを用いる場合、当該発光層の膜厚は３ｎｍ乃至１００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ乃至１００ｎｍとし、発光層中の量子ドットの含有率は１乃至１００体積％とする。ただし、量子ドットのみで発光層を形成することが好ましい。なお、当該量子ドットを発光材料としてホストに分散した発光層を形成する場合は、ホスト材料に量子ドットを分散させる、またはホスト材料と量子ドットとを適当な液媒体に溶解または分散させてウェットプロセス（スピンコート法、キャスト法、ダイコート法、ブレードコート法、ロールコート法、インクジェット法、印刷法、スプレーコート法、カーテンコート法、ラングミュア・ブロジェット法など）により形成すればよい。
ウェットプロセスに用いる液媒体としては、たとえば、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸エチル等の脂肪酸エステル類、ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、シクロヘキサン、デカリン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）等の有機溶媒を用いることができる。
［一対の電極］
導電膜１３８及び導電膜１４４は、発光素子の陽極または陰極としての機能を有する。導電膜１３８及び導電膜１４４は、金属、合金、導電性化合物、およびこれらの混合物や層体などを用いて形成することができる。
導電膜１３８及び導電膜１４４としては、実施の形態１に記載の材料の他、以下の材料を用いてもよい。
導電膜１３８または導電膜１４４の一方は、光を反射する機能を有する導電性材料により形成されると好ましい。該導電性材料としては、アルミニウム（Ａｌ）またはＡｌを含む合金等が挙げられる。Ａｌを含む合金としては、ＡｌとＬ（Ｌは、チタン（Ｔｉ）、ネオジム（Ｎｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、及びランタン（Ｌａ）の一つまたは複数を表す）とを含む合金等が挙げられ、例えばＡｌとＴｉ、またはＡｌとＮｉとＬａを含む合金等である。アルミニウムは、抵抗値が低く、光の反射率が高い。また、アルミニウムは、地殻における存在量が多く、安価であるため、アルミニウムを用いることによる発光素子の作製コストを低減することができる。また、銀（Ａｇ）またはＡｇと、Ｎ（Ｎは、イットリウム（Ｙ）、Ｎｄ、マグネシウム（Ｍｇ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、Ａｌ、Ｔｉ、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、タングステン（Ｗ）、マンガン（Ｍｎ）、スズ（Ｓｎ）、鉄（Ｆｅ）、Ｎｉ、銅（Ｃｕ）、パラジウム（Ｐｄ）、イリジウム（Ｉｒ）、または金（Ａｕ）の一つまたは複数を表す）とを含む合金等を用いても良い。銀を含む合金としては、例えば、銀とパラジウムと銅を含む合金、銀と銅を含む合金、銀とマグネシウムを含む合金、銀とニッケルを含む合金、銀と金を含む合金、銀とイッテルビウムを含む合金等が挙げられる。その他、タングステン、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅、チタンなどの遷移金属を用いることができる。
また、発光層から得られる発光は、導電膜１３８及び導電膜１４４の一方または双方を通して取り出される。したがって、導電膜１３８及び導電膜１４４の少なくとも一方は、光を透過する機能を有する導電性材料により形成されると好ましい。該導電性材料としては、可視光の透過率が４０％以上１００％以下、好ましくは６０％以上１００％以下であり、かつその抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下の導電性材料が挙げられる。
また、導電膜１３８及び導電膜１４４は、光を透過する機能と、光を反射する機能と、を有する導電性材料により形成されても良い。該導電性材料としては、可視光の反射率が２０％以上８０％以下、好ましくは４０％以上７０％以下であり、かつその抵抗率が１×１０−２Ω・ｃｍ以下の導電性材料が挙げられる。例えば、導電性を有する金属、合金、導電性化合物などを１種又は複数種用いて形成することができる。具体的には、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、以下ＩＴＯ）、珪素または酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（略称：ＩＴＳＯ）、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、チタンを含有した酸化インジウム−錫酸化物、インジウム−チタン酸化物、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウムなどの金属酸化物を用いることができる。また、光を透過する程度（好ましくは、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の厚さ）の金属薄膜を用いることができる。金属としては、例えば、ＡｇまたはＡｇとＡｌ、ＡｇとＭｇ、ＡｇとＡｕ、ＡｇとＹｂなどの合金等を用いることができる。
なお、本明細書等において、光を透過する機能を有する材料は、可視光を透過する機能を有し、且つ導電性を有する材料であればよく、例えば上記のようなＩＴＯに代表される酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、または有機物を含む有機導電体を含む。有機物を含む有機導電体としては、例えば、有機化合物と電子供与体（ドナー）とを混合してなる複合材料、有機化合物と電子受容体（アクセプター）とを混合してなる複合材料等が挙げられる。また、グラフェンなどの無機炭素系材料を用いても良い。また、当該材料の抵抗率としては、好ましくは１×１０５Ω・ｃｍ以下、さらに好ましくは１×１０４Ω・ｃｍ以下である。
また、上記の材料の複数を積層することによって導電膜１３８及び導電膜１４４の一方または双方を形成してもよい。
また、光取り出し効率を向上させるため、光を透過する機能を有する電極と接して、該電極より屈折率の高い材料を形成してもよい。このような材料としては、可視光を透過する機能を有する材料であればよく、導電性を有する材料であっても有さない材料であってもよい。例えば、上記のような酸化物導電体に加えて、酸化物半導体、有機物が挙げられる。有機物としては、例えば、発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、または電子注入層に例示した材料が挙げられる。また、無機炭素系材料や光が透過する程度の金属薄膜も用いることができ、数ｎｍ乃至数十ｎｍの層を複数積層させてもよい。
導電膜１３８または導電膜１４４が陰極としての機能を有する場合には、仕事関数が小さい（３．８ｅＶ以下）材料を有することが好ましい。例えば、元素周期表の第１族又は第２族に属する元素（リチウム、ナトリウム、セシウム等のアルカリ金属、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、マグネシウム等）、これら元素を含む合金（例えば、ＡｇとＭｇ、ＡｌとＬｉ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、Ｙｂ等の希土類金属、これら希土類金属を含む合金、アルミニウム、銀を含む合金等を用いることができる。
また、導電膜１３８または導電膜１４４を陽極として用いる場合、仕事関数の大きい（４．０ｅＶ以上）材料を用いることが好ましい。
また、導電膜１３８及び導電膜１４４は、光を反射する機能を有する導電性材料と、光を透過する機能を有する導電性材料との積層としてもよい。その場合、導電膜１３８及び導電膜１４４は、各発光層からの所望の光を共振させ、その波長の光を強めることができるように、光学距離を調整する機能を有することができるため好ましい。
導電膜１３８及び導電膜１４４の成膜方法は、スパッタリング法、蒸着法、印刷法、塗布法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を適宜用いることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の半導体装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図２４乃至図２７を用いて説明を行う。
＜５−１．表示モジュール＞
図２４に示す表示モジュール７０００は、上部カバー７００１と下部カバー７００２との間に、ＦＰＣ７００３に接続されたタッチパネル７００４、ＦＰＣ７００５に接続された表示パネル７００６、バックライト７００７、フレーム７００９、プリント基板７０１０、バッテリ７０１１を有する。
本発明の一態様の半導体装置は、例えば、表示パネル７００６に用いることができる。
上部カバー７００１及び下部カバー７００２は、タッチパネル７００４及び表示パネル７００６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。
タッチパネル７００４は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル７００６に重畳して用いることができる。また、表示パネル７００６の対向基板（封止基板）に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、表示パネル７００６の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
バックライト７００７は、光源７００８を有する。なお、図２４において、バックライト７００７上に光源７００８を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、バックライト７００７の端部に光源７００８を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機ＥＬ素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射型パネル等の場合においては、バックライト７００７を設けない構成としてもよい。
フレーム７００９は、表示パネル７００６の保護機能の他、プリント基板７０１０の動作により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７００９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７０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ７０１１による電源であってもよい。バッテリ７０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
また、表示モジュール７０００は、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。
＜５−２．電子機器１＞
次に、図２５（Ａ）乃至図２５（Ｅ）に電子機器の一例を示す。
図２５（Ａ）は、ファインダー８１００を取り付けた状態のカメラ８０００の外観を示す図である。
カメラ８０００は、筐体８００１、表示部８００２、操作ボタン８００３、シャッターボタン８００４等を有する。またカメラ８０００には、着脱可能なレンズ８００６が取り付けられている。
ここではカメラ８０００として、レンズ８００６を筐体８００１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ８００６と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ８０００は、シャッターボタン８００４を押すことにより、撮像することができる。また、表示部８００２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部８００２をタッチすることにより撮像することも可能である。
カメラ８０００の筐体８００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８１００のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー８１００は、筐体８１０１、表示部８１０２、ボタン８１０３等を有する。
筐体８１０１は、カメラ８０００のマウントと係合するマウントを有しており、ファインダー８１００をカメラ８０００に取り付けることができる。また当該マウントには電極を有し、当該電極を介してカメラ８０００から受信した映像等を表示部８１０２に表示させることができる。
ボタン８１０３は、電源ボタンとしての機能を有する。ボタン８１０３により、表示部８１０２の表示のオン・オフを切り替えることができる。
カメラ８０００の表示部８００２、及びファインダー８１００の表示部８１０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
なお、図２５（Ａ）では、カメラ８０００とファインダー８１００とを別の電子機器とし、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ８０００の筐体８００１に、表示装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
図２５（Ｂ）は、ヘッドマウントディスプレイ８２００の外観を示す図である。
ヘッドマウントディスプレイ８２００は、装着部８２０１、レンズ８２０２、本体８２０３、表示部８２０４、ケーブル８２０５等を有している。また装着部８２０１には、バッテリ８２０６が内蔵されている。
ケーブル８２０５は、バッテリ８２０６から本体８２０３に電力を供給する。本体８２０３は無線受信機等を備え、受信した画像データ等の映像情報を表示部８２０４に表示させることができる。また、本体８２０３に設けられたカメラで使用者の眼球やまぶたの動きを捉え、その情報をもとに使用者の視点の座標を算出することにより、使用者の視点を入力手段として用いることができる。
また、装着部８２０１には、使用者に触れる位置に複数の電極が設けられていてもよい。本体８２０３は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使用者の視点を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知することにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部８２０１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部８２０４に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部の動きなどを検出し、表示部８２０４に表示する映像をその動きに合わせて変化させてもよい。
表示部８２０４に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図２５（Ｃ）（Ｄ）（Ｅ）は、ヘッドマウントディスプレイ８３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８３００は、筐体８３０１と、表示部８３０２と、バンド状の固定具８３０４と、一対のレンズ８３０５と、を有する。
使用者は、レンズ８３０５を通して、表示部８３０２の表示を視認することができる。なお、表示部８３０２を湾曲して配置させる好適である。表示部８３０２を湾曲して配置することで、使用者が高い臨場感を感じることができる。なお、本実施の形態においては、表示部８３０２を１つ設ける構成について例示したが、これに限定されず、例えば、表示部８３０２を２つ設ける構成としてもよい。この場合、使用者の片方の目に１つの表示部が配置されるような構成とすると、視差を用いた３次元表示等を行うことも可能となる。
なお、表示部８３０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。本発明の一態様の半導体装置を有する表示装置は、極めて精細度が高いため、図２５（Ｅ）のようにレンズ８３０５を用いて拡大したとしても、使用者に画素が視認されることなく、より現実感の高い映像を表示することができる。
＜５−３．電子機器２＞
次に、図２５（Ａ）乃至図２５（Ｅ）に示す電子機器と、異なる電子機器の一例を図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す。
図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（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）、マイクロフォン９００８、等を有する。
図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。また、図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）には図示していないが、電子機器には、複数の表示部を有する構成としてもよい。また、該電子機器にカメラ等を設け、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図２６（Ａ）は、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、表示部９００１を大画面、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示部９００１を組み込むことが可能である。
図２６（Ｂ）は、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えば電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又は複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、３つの操作ボタン９０５０（操作アイコンまたは単にアイコンともいう）を表示部９００１の一の面に表示することができる。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することができる。なお、情報９０５１の一例としては、電子メールやＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）や電話などの着信を知らせる表示、電子メールやＳＮＳなどの題名、電子メールやＳＮＳなどの送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置に、情報９０５１の代わりに、操作ボタン９０５０などを表示してもよい。
図２６（Ｃ）は、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えば、携帯情報端末９１０２の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、その表示（ここでは情報９０５３）を確認することができる。具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
図２６（Ｄ）は、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００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。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００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、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６を有し、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。また接続端子９００６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は接続端子９００６を介さずに無線給電により行ってもよい。
図２６（Ｅ）（Ｆ）（Ｇ）は、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図２６（Ｅ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態の斜視図であり、図２６（Ｆ）が携帯情報端末９２０１を展開した状態または折り畳んだ状態の一方から他方に変化する途中の状態の斜視図であり、図２６（Ｇ）が携帯情報端末９２０１を折り畳んだ状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。ヒンジ９０５５を介して２つの筐体９０００間を屈曲させることにより、携帯情報端末９２０１を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。例えば、携帯情報端末９２０１は、曲率半径１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
次に、図２５（Ａ）乃至図２５（Ｅ）に示す電子機器、及び図２６（Ａ）乃至図２６（Ｇ）に示す電子機器と異なる電子機器の一例を図２７（Ａ）（Ｂ）に示す。図２７（Ａ）（Ｂ）は、複数の表示パネルを有する表示装置の斜視図である。なお、図２７（Ａ）は、複数の表示パネルが巻き取られた形態の斜視図であり、図２７（Ｂ）は、複数の表示パネルが展開された状態の斜視図である。
図２７（Ａ）（Ｂ）に示す表示装置９５００は、複数の表示パネル９５０１と、軸部９５１１と、軸受部９５１２と、を有する。また、複数の表示パネル９５０１は、表示領域９５０２と、透光性を有する領域９５０３と、を有する。
また、複数の表示パネル９５０１は、可撓性を有する。また、隣接する２つの表示パネル９５０１は、それらの一部が互いに重なるように設けられる。例えば、隣接する２つの表示パネル９５０１の透光性を有する領域９５０３を重ね合わせることができる。複数の表示パネル９５０１を用いることで、大画面の表示装置とすることができる。また、使用状況に応じて、表示パネル９５０１を巻き取ることが可能であるため、汎用性に優れた表示装置とすることができる。
また、図２７（Ａ）（Ｂ）においては、表示領域９５０２が隣接する表示パネル９５０１で離間する状態を図示しているが、これに限定されず、例えば、隣接する表示パネル９５０１の表示領域９５０２を隙間なく重ねあわせることで、連続した表示領域９５０２としてもよい。
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。ただし、本発明の一態様の半導体装置は、表示部を有さない電子機器にも適用することができる。
なお、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
ＡＣＦ１ 導電材料
ＡＦ１ 配向膜
ＡＦ２ 配向膜
ＡＮＯＤＥ＿Ｘ−１ アノード線
Ｃ１ 容量素子
Ｃ２ 容量素子
ＣＦ１ 着色膜
Ｃｓ１ 容量素子
ＤＬ＿Ｙ−１ データ線
Ｇ１ 走査線
Ｇ２ 走査線
ＫＢ１ 構造体
Ｓ１ 信号線
Ｓ２ 信号線
ＳＷ１ スイッチ
ＳＷ２ スイッチ
Ｔｒ１ トランジスタ
Ｔｒ２ トランジスタ
Ｔｒ１１ トランジスタ
Ｔｒ１２ トランジスタ
ＶＣＯＭ１ 配線
ＶＣＯＭ２ 配線
１０ 画素
１１ａ ゲートドライバ
１１ｂ ゲートドライバ
１２ デマルチプレクサ
１３ ソースドライバ
５０ 半導体装置
５５ 画素回路
１０２ 基板
１０４ 導電膜
１０４ａ 導電膜
１０４ｂ 導電膜
１０６ 絶縁膜
１０８ 酸化物半導体膜
１０８ａ 酸化物半導体膜
１０８ｂ 酸化物半導体膜
１０８ｃ 酸化物半導体膜
１１２ａ 導電膜
１１２ｂ 導電膜
１１２ｃ 導電膜
１１２ｄ 導電膜
１１６ａ 絶縁膜
１１６ｂ 絶縁膜
１２６ 絶縁膜
１２８ 酸化物半導体膜
１３８ 導電膜
１４２ ＥＬ層
１４４ 導電膜
１５０ 発光層
１５１ 正孔注入層
１５２ 正孔輸送層
１５３ 電子輸送層
１５４ 電子注入層
１６０ 発光素子
２１０ａ 絶縁膜
２１０ｂ 絶縁膜
２１２ａ 導電膜
２１２ｂ 導電膜
２１６ 絶縁膜
２１６ａ 絶縁膜
２１６ｂ 絶縁膜
２２２ａ 導電膜
２２２ｂ 導電膜
２３０ 絶縁膜
２４０ トランジスタ
２５２ 開口部
２５３ 導電膜
２５５ 容量素子
２５７ 液晶素子
２５８ 走査線
２５９ 信号線
２６５ 容量線
２７０ 発光素子
５０１Ｃ 絶縁膜
５０４ 導電膜
５０５ 接合層
５０６ 絶縁膜
５０８ 半導体膜
５１１Ｂ 導電膜
５１１Ｃ 導電膜
５１２ 導電膜
５１２Ａ 導電膜
５１２Ｂ 導電膜
５１６ 絶縁膜
５１８ 絶縁膜
５１９ 絶縁膜
５１９Ｂ 端子
５１９Ｃ 端子
５２０ 機能層
５２１ 絶縁膜
５２２ 接続部
５２４ 導電膜
５２８ 絶縁膜
５３０ 画素回路
５５０ 表示素子
５５１ 電極
５５２ 電極
５５３ 層
５７０ 基板
５９１Ａ 開口部
５９１Ｂ 開口部
５９１Ｃ 開口部
７００ＴＰＡ 表示装置
７０２ 画素
７０５ 封止材
７０６ 絶縁膜
７０９ 接合層
７１０ 基板
７１９ 端子
７２０ 機能層
７５０ 表示素子
７５１ 電極
７５１Ｈ 開口部
７５２ 電極
７５３ 層
７７０ 基板
７７０Ｄ 機能膜
７７０Ｐ 機能膜
７７１ 絶縁膜
７７５ 検知素子
７０００ 表示モジュール
７００１ 上部カバー
７００２ 下部カバー
７００３ ＦＰＣ
７００４ タッチパネル
７００５ ＦＰＣ
７００６ 表示パネル
７００７ バックライト
７００８ 光源
７００９ フレーム
７０１０ プリント基板
７０１１ バッテリ
８０００ カメラ
８００１ 筐体
８００２ 表示部
８００３ 操作ボタン
８００４ シャッターボタン
８００６ レンズ
８１００ ファインダー
８１０１ 筐体
８１０２ 表示部
８１０３ ボタン
８２００ ヘッドマウントディスプレイ
８２０１ 装着部
８２０２ レンズ
８２０３ 本体
８２０４ 表示部
８２０５ ケーブル
８２０６ バッテリ
８３００ ヘッドマウントディスプレイ
８３０１ 筐体
８３０２ 表示部
８３０４ 固定具
８３０５ レンズ
９０００ 筐体
９００１ 表示部
９００３ スピーカ
９００５ 操作キー
９００６ 接続端子
９００７ センサ
９００８ マイクロフォン
９０５０ 操作ボタン
９０５１ 情報
９０５２ 情報
９０５３ 情報
９０５４ 情報
９０５５ ヒンジ
９１００ テレビジョン装置
９１０１ 携帯情報端末
９１０２ 携帯情報端末
９２００ 携帯情報端末
９２０１ 携帯情報端末
９５００ 表示装置
９５０１ 表示パネル
９５０２ 表示領域
９５０３ 領域
９５１１ 軸部
９５１２ 軸受部

Claims (12)

  1. 基板上に、周辺回路と、画素部を有し、
    前記画素部は複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、
    前記周辺回路は第２のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタは、
    第１の電極と、
    前記第１の電極上の第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜上の、前記第１の電極と重なる第１の金属酸化物膜と、
    前記第１の金属酸化物膜上の第１のソース電極および第１のドレイン電極と、
    前記第１の金属酸化物膜、前記第１のソース電極および前記第１のドレイン電極上の第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上の第４の絶縁膜と、を有し、
    前記第２のトランジスタは、
    第２の電極と、
    前記第２の電極上の前記第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上の、前記第２の電極と重なる第２の金属酸化物膜と、
    前記第２の金属酸化物膜上の第３の絶縁膜と、
    前記第３の絶縁膜上の第３の電極と、
    前記第３の電極上の前記第４の絶縁膜と、
    前記第４の絶縁膜上の第２のソース電極および第２のドレイン電極と、を有し、
    前記第２の電極は、前記第１のソース電極及び前記第１のドレイン電極と同じ材料で形成されることを特徴とする、半導体装置。
  2. 基板上に、周辺回路と、画素部と、前記周辺回路と前記画素部を接続する接続部と、を有し、
    前記画素部は複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、
    前記周辺回路は第２のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタは、
    第１の電極と、
    前記第１の電極上の第１の絶縁膜と、
    前記第１の絶縁膜上の、前記第１の電極と重なる第１の金属酸化物膜と、
    前記第１の金属酸化物膜上の第１のソース電極および第１のドレイン電極と、
    前記第１の金属酸化物膜、前記第１のソース電極および前記第１のドレイン電極上の第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上の第４の絶縁膜と、を有し、
    前記第２のトランジスタは、
    第２の電極と、
    前記第２の電極上の前記第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜上の、前記第２の電極と重なる第２の金属酸化物膜と、
    前記第２の金属酸化物膜上の第３の絶縁膜と、
    前記第３の絶縁膜上の第３の電極と、
    前記第３の電極上の前記第４の絶縁膜と、
    前記第４の絶縁膜上の第２のソース電極および第２のドレイン電極と、を有し、
    前記第２の電極は、前記第１のソース電極及び前記第１のドレイン電極と同じ材料で形成され、
    前記接続部は第５の電極と、
    前記第５の電極上の第６の電極と、を有し、
    前記第５の電極は前記第１の電極と同じ材料で形成され、
    前記第６の電極は前記第１のソース電極、前記第１のドレイン電極及び前記第２の電極と同じ材料で形成されることを特徴とする、半導体装置。
  3. 請求項１または請求項２において、前記第２のソース電極は前記第４の絶縁膜中に設けられた第１の開口部を介して前記第２の金属酸化物膜と電気的に接続され、
    前記第２のドレイン電極は前記第４の絶縁膜中に設けられた第２の開口部を通して前記第２の金属酸化物膜と電気的に接続されることを特徴とする、半導体装置。
  4. 請求項１または請求項２において、
    前記第１のトランジスタは、
    前記第４の絶縁膜上に第５の絶縁膜を有し、
    前記第５の絶縁膜上に第４の電極を有し、
    前記第５の絶縁膜は前記第３の絶縁膜と同じ材料で形成され、
    前記第４の電極は前記第３の電極と同じ材料で形成されることを特徴とする、半導体装置。
  5. 基板上に、周辺回路と、画素部を有し、
    前記画素部は複数の画素を有し、
    前記複数の画素のそれぞれは第１のトランジスタを有し、
    前記周辺回路は第２のトランジスタを有し、
    前記第１のトランジスタは、第１のゲート電極、第１のゲート絶縁膜、第１の金属酸化物膜、第２のゲート絶縁膜、第２のゲート電極、第１のソース電極、第１のドレイン電極を有し、
    前記第２のトランジスタは第３のゲート電極、第３のゲート絶縁膜、第２の金属酸化物膜、第４のゲート絶縁膜、第４のゲート電極、第２のソース電極、第２のドレイン電極を有し、
    前記第１のゲート電極は前記第２のソース電極、及び前記第２のドレイン電極と同じ材料で形成され、
    前記第２のゲート絶縁膜は、前記第３のゲート絶縁膜、及び前記第４のゲート絶縁膜と同じ工程で形成された絶縁膜が積層されていることを特徴とする、半導体装置。
  6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記周辺回路はゲートドライバであることを特徴とする、半導体装置。
  7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
    前記周辺回路はデマルチプレクサであることを特徴とする、半導体装置。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
    前記第１の金属酸化物と前記第２の金属酸化物は組成が異なることを特徴とする、半導体装置。
  9. 請求項８において、前記第１の金属酸化物膜はＩｎと、Ｚｎと、Ｇａと、をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子数比）及びその近傍の組成で有し、
    前記第２の金属酸化物膜はＩｎと、Ｚｎと、Ｇａと、をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１（原子数比）及びその近傍の組成で有することを特徴とする、半導体装置。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記画素部は液晶を有することを特徴とする、半導体装置。
  11. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記画素部は有機化合物層を有することを特徴とする、半導体装置。
  12. 請求項１又は請求項２において、更に
    複数の信号線を有し、
    前記複数の画素のそれぞれは、更に第１の表示素子と、第１の導電膜と、第２の絶縁膜と、画素回路と、第２の表示素子と、を有し、
    前記複数の画素の一つと前記複数の信号線の一つは電気的に接続され、
    前記第１の導電膜は前記第１の表示素子と電気的に接続され、
    前記第１のソース電極および前記第１のドレイン電極の一方は、前記第１の導電膜と重なる領域を備え、
    前記第２の絶縁膜は、前記第１のソース電極および前記第１のドレイン電極の一方と前記第１の導電膜の間に挟まれる領域を備え、
    前記画素回路は、前記複数の信号線の一つと電気的に接続され、
    前記第１のトランジスタは前記画素回路に含まれ、
    前記第２の表示素子は、前記画素回路に含まれ、
    前記第２の絶縁膜は開口部を備え、
    前記第１のソース電極および前記第１のドレイン電極の一方は、前記開口部において前記第１の導電膜と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
JP2016169077A 2016-08-31 2016-08-31 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置 Withdrawn JP2018037510A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016169077A JP2018037510A (ja) 2016-08-31 2016-08-31 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016169077A JP2018037510A (ja) 2016-08-31 2016-08-31 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018037510A true JP2018037510A (ja) 2018-03-08

Family

ID=61567649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016169077A Withdrawn JP2018037510A (ja) 2016-08-31 2016-08-31 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018037510A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019186823A1 (ja) * 2018-03-28 2019-10-03 シャープ株式会社 表示装置
CN113764517A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 夏普株式会社 有源矩阵基板及其制造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019186823A1 (ja) * 2018-03-28 2019-10-03 シャープ株式会社 表示装置
CN113764517A (zh) * 2020-06-05 2021-12-07 夏普株式会社 有源矩阵基板及其制造方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6775096B2 (ja) 半導体装置
US11587982B2 (en) Light-emitting device including a plurality of transistors below a plurality of optical elements
US11659758B2 (en) Display unit, display module, and electronic device
US10510806B2 (en) Light-emitting element, light-emitting device, electronic device, and lighting device
US10340470B2 (en) Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting apparatus
US20230209851A1 (en) Light-Emitting Element, Display Device, Electronic Device, and Lighting Device
US20170271610A1 (en) Light-emitting element, display device, electronic device, and lighting device
US20220029121A1 (en) Light-Emitting Device, Light-Emitting Apparatus, Light-Emitting Module, Lighting Device, Display Apparatus, Display Module, and Electronic Device
US12004400B2 (en) Light-emitting apparatus, lighting device, display device, module, and electronic device
JP2018037510A (ja) 半導体装置、該半導体装置を有する表示装置
US20220231248A1 (en) Display Device, Display Module, and Electronic Device
WO2022162482A1 (ja) 発光装置、電子機器、表示装置および照明装置
TWI840900B (zh) 半導體裝置及包括半導體裝置的顯示裝置
KR20230078553A (ko) 유기 반도체 소자, 유기 el 소자, 및 포토다이오드
KR20240104052A (ko) 발광 디바이스

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190826

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200828

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20200909