JP2021092764A - 表示装置、表示モジュール、電子機器、及び表示装置の作製方法 - Google Patents

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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
紘慈 楠
Koji Kusunoki
紘慈 楠
江口　晋吾
Shingo Eguchi
晋吾 江口
池田　隆之
Takayuki Ikeda
隆之 池田
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Abstract

【課題】精細度が高く、表示品位の高い表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１００Ａは、トランジスタ１２０ａ，１２０ｂ、発光ダイオード１１０ａ，１１０ｂ、第１の導電層１９０ａ、第２の導電層１１７ａ、第１の絶縁層１８８、及び、第２の絶縁層１０４を有する。トランジスタは、第１の導電層と電気的に接続される。発光ダイオードは、第２の導電層と電気的に接続される。第１の導電層は、トランジスタ上に位置し、第１の絶縁層は、トランジスタ上に位置し、第２の導電層は、第１の導電層上に位置し、第２の絶縁層は、第１の絶縁層上に位置し、発光ダイオードは、第２の絶縁層上に位置する。第１の導電層の上面の高さは、第１の絶縁層の上面の高さと概略一致し、第２の導電層の下面の高さは、第２の絶縁層の下面の高さと概略一致する。第１の絶縁層と第２の絶縁層とは、直接接合しており、第１の導電層と第２の導電層とは、直接接合している。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、表示装置、表示モジュール、電子機器、及びこれらの作製方法に関する。
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）、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。
近年、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ））を表示デバイス（表示素子ともいう）に用いた表示装置が提案されている（例えば特許文献１）。マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置は、高輝度、高コントラスト、長寿命などの利点があり、次世代の表示装置として研究開発が活発である。
米国特許出願公開第２０１４／０３６７７０５号明細書
マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置は、ＬＥＤチップの実装にかかる時間が極めて長く、製造コストの削減が課題となっている。例えば、ピック・アンド・プレイス方式では、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ異なるウエハ上に作製し、ＬＥＤを１つずつ切り出して回路基板に実装する。したがって、表示装置の画素数が多いほど、実装するＬＥＤの個数が増え、実装にかかる時間が長くなる。また、表示装置の精細度が高いほど、ＬＥＤの実装の難易度が高くなる。
本発明の一態様は、精細度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、解像度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、表示品位の高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、消費電力の低い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様は、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置の製造コストを削減することを課題の一とする。本発明の一態様は、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置を製造することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。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ものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様の表示装置は、トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有する。トランジスタは、第１の導電層と電気的に接続される。発光ダイオードは、第２の導電層と電気的に接続される。第１の導電層は、トランジスタ上に位置する。第１の絶縁層は、トランジスタ上に位置する。第２の導電層は、第１の導電層上に位置する。第２の絶縁層は、第１の絶縁層上に位置する。発光ダイオードは、第２の絶縁層上に位置する。第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第２の導電層の第１の導電層側の面の高さは、第２の絶縁層の第１の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第１の絶縁層と第２の絶縁層とは、直接接合している。第１の導電層と第２の導電層とは、直接接合している。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有することが好ましい。第３の絶縁層は、トランジスタと第１の絶縁層との間に位置することが好ましい。第４の絶縁層は、発光ダイオードと第２の絶縁層との間に位置することが好ましい。第１の絶縁層及び第２の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン膜を有することが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有することが好ましい。
第１の導電層における、トランジスタ側の面と側面との間の角度は、０°より大きく９０°以下、または、０°より大きく９０°未満であることが好ましい。第２の導電層における、トランジスタ側の面と側面との間の角度は、９０°以上１８０°未満、または、９０°より大きく１８０°未満であることが好ましい。なお、本発明の一態様の表示装置の断面観察を行うことで、２つの導電層の形状の違いから、当該２つの導電層の間が、貼り合わせの境界面であることを推定することができる。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第５の絶縁層を有することが好ましい。トランジスタは、金属酸化物層、及びゲート電極を有することが好ましい。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有することが好ましい。ゲート電極の上面の高さは、第５の絶縁層の上面の高さと概略一致していることが好ましい。
または、本発明の一態様の表示装置が第５の絶縁層を有する場合、トランジスタは、金属酸化物層、ゲート絶縁層、ゲート電極、第３の導電層、及び第４の導電層を有することが好ましい。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有することが好ましい。金属酸化物層は、第３の導電層と重なる第１の領域と、第４の導電層と重なる第２の領域と、第１の領域と第２の領域の間の第３の領域と、を有することが好ましい。第３の導電層及び第４の導電層は、金属酸化物層上に互いに離間して位置することが好ましい。第５の絶縁層は、第３の導電層上及び第４の導電層上に位置することが好ましい。第５の絶縁層は、第３の領域と重なる開口を有することが好ましい。ゲート絶縁層は、開口の内側に位置し、かつ、第５の絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なることが好ましい。ゲート電極は、開口の内側に位置し、かつ、ゲート絶縁層を介して、第５の絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なることが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、駆動回路を有することが好ましい。駆動回路は、回路用トランジスタを有することが好ましい。回路用トランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有することが好ましい。トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層は、それぞれ、半導体基板上に位置することが好ましい。
または、本発明の一態様の表示装置は、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有する。第１のトランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有する。第２のトランジスタは、金属酸化物層を有する。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有する。第２のトランジスタは、第１の導電層と電気的に接続される。発光ダイオードは、第２の導電層と電気的に接続される。第２のトランジスタは、第１のトランジスタ上に位置する。第１の導電層は、第２のトランジスタ上に位置する。第１の絶縁層は、第２のトランジスタ上に位置する。第２の導電層は、第１の導電層上に位置する。第２の絶縁層は、第１の絶縁層上に位置する。発光ダイオードは、第２の絶縁層上に位置する。第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第２の導電層の第１の導電層側の面の高さは、第２の絶縁層の第１の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第１の絶縁層と第２の絶縁層とは、直接接合している。第１の導電層と第２の導電層とは、直接接合している。
第１の導電層及び第２の導電層は、同一の金属を有することが好ましい。当該金属は、金、アルミニウム、タングステン、または銅であることが好ましい。
発光ダイオードは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。また、発光ダイオードは、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物を有することが好ましい。また、発光ダイオードは、窒化ガリウムを有することが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、互いに異なる色の光を呈する第１の発光ダイオード及び第２の発光ダイオードを有していてもよい。このとき、第１の発光ダイオードと電気的に接続されるトランジスタと、第２の発光ダイオードと電気的に接続されるトランジスタと、は、チャネル長及びチャネル幅の一方または双方が互いに異なる構造であってもよい。
または、本発明の一態様の表示装置は、各色の画素に、同じ色の光を呈する複数の発光ダイオードを有していてもよい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、機能層を有することが好ましい。機能層は、発光ダイオード上に位置することが好ましい。発光ダイオードが発する光は、機能層を介して、当該表示装置の外部に取り出されることが好ましい。機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有することが好ましい。色変換層は、量子ドットを有することが好ましい。
本発明の一態様は、上記の構成の表示装置を有する表示モジュールである。当該表示モジュールには、フレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＦＰＣと記す）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等のコネクタが取り付けられていてもよい。また、当該表示モジュールには、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式もしくはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式等により集積回路（ＩＣ）が実装されていてもよい。
本発明の一態様は、上記の表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち、少なくとも一つと、を有する電子機器である。
本発明の一態様は、上記の表示装置と、光学部材と、フレームと、筐体と、を有する電子機器である。筐体は、タッチセンサを有する。
本発明の一態様は、第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、複数のトランジスタ上に、それぞれ複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、複数の発光ダイオード上に、それぞれ複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第２の導電層を形成し、複数のトランジスタのそれぞれが、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、複数の第１の導電層のそれぞれを、複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させることで、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる、表示装置の作製方法である。複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いることが好ましい。
本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、第２の基板を剥離し、第２の基板を剥離することで露出した面に、第３の基板を貼り合わせてもよい。
または、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、第２の基板を研磨することで、第２の基板の厚さを薄くし、第２の基板の研磨した面に、第３の基板を貼り合わせてもよい。
または、本発明の一態様は、第１の基板上にチャネル形成領域を有する複数の第１のトランジスタを形成し、複数の第１のトランジスタ上に、複数の第２のトランジスタをマトリクス状に形成し、複数の第２のトランジスタ上に、それぞれ複数の第２のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、複数の発光ダイオード上に、それぞれ複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第２の導電層を形成し、複数の第２のトランジスタのそれぞれが、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、複数の第１の導電層のそれぞれを、複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させることで、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせ、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、第２の基板を剥離し、第２の基板を剥離することで露出した面に、着色層、色変換層、及び遮光層のうち少なくとも一つを形成する、表示装置の作製方法である。複数の第２のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いることが好ましい。
複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。
本発明の一態様により、精細度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、解像度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、表示品位の高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、消費電力の低い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、信頼性の高い表示装置を提供できる。
本発明の一態様により、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置の製造コストを削減できる。本発明の一態様により、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置を製造できる。
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。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。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１は、表示装置の一例を示す断面図である。 図２（Ａ）〜図２（Ｃ）は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図３は、表示装置の一例を示す断面図である。 図４は、表示装置の一例を示す断面図である。 図５（Ａ）、図５（Ｂ）は、表示装置の一例を示す断面図である。 図６（Ａ）、図６（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図７は、表示装置の一例を示す断面図である。 図８は、表示装置の一例を示す断面図である。 図９は、表示装置の一例を示す断面図である。 図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図１１は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図１２は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図１３は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。 図１４（Ａ）は、トランジスタの一例を示す上面図である。図１４（Ｂ）〜図１４（Ｄ）は、トランジスタの一例を示す断面図である。 図１５は、画素回路の一例を示す回路図である。 図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）は、電子機器の一例を示す図である。 図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）は、電子機器の一例を示す図である。 図２１（Ａ）〜図２１（Ｆ）は、電子機器の一例を示す図である。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。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である。
（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について図１〜図７を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、表示デバイスである発光ダイオードと、表示デバイスを駆動するトランジスタと、をそれぞれ複数有する。複数の発光ダイオードは、可視光に対する透過性を有する基板にマトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。複数の発光ダイオードは、複数のトランジスタよりも当該基板側に位置する。複数の発光ダイオードは、当該基板側に光を発する。
本実施の形態の表示装置は、互いに異なる基板上に形成された複数のトランジスタと複数の発光ダイオードと、を貼り合わせることで形成される。
本実施の形態の表示装置の作製方法では、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせるため、画素数の多い表示装置や高精細な表示装置を作製する場合であっても、発光ダイオードを１つずつ回路基板に実装する方法に比べて、表示装置の製造時間を短縮でき、また、製造の難易度を低くすることができる。
本発明の一態様の表示装置の作製方法としては、まず、第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、複数のトランジスタ上に、第１の絶縁層と、複数の第１の導電層と、を形成する。複数の第１の導電層は、それぞれ複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される。ここで、第１の絶縁層の上面の高さと、第１の導電層の上面の高さとが一致するように、第１の絶縁層及び第１の導電層を形成する。また、第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、複数の発光ダイオード上に、第２の絶縁層と、複数の第２の導電層と、を形成する。複数の第２の導電層は、それぞれ複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。ここで、第２の絶縁層の上面の高さと、第２の導電層の上面の高さとが一致するように、第２の絶縁層及び第２の導電層を形成する。
そして、複数のトランジスタのそれぞれが、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる。第１の基板と第２の基板を貼り合わせることで、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせることができる。具体的には、複数の第１の導電層のそれぞれを、複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させる。これにより、第１の導電層及び第２の導電層を介して、トランジスタと発光ダイオードとを電気的に接続することができる。第１の導電層と第２の導電層は主成分が同一の金属元素であることが好ましく、同一の材料で形成されることがより好ましい。これにより、第１の導電層と第２の導電層との接合強度を高めることができる。また、第１の絶縁層は、第２の絶縁層と直接接合される。第１の絶縁層と第２の絶縁層は同一の材料で形成されることが好ましく、特に、第１の絶縁層と第２の絶縁層として酸化シリコン膜を用いることが好ましい。水酸基（ＯＨ基）を介した親水性接合が生じることで、第１の絶縁層と第２の絶縁層との接合強度を高めることができる。
作製された表示装置において、第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第２の導電層の第１の導電層側の面の高さは、第２の絶縁層の第１の絶縁層側の面の高さと概略一致する。なお、本明細書等において、「Ａの高さとＢの高さが概略一致する」とは、Ａの高さとＢの高さが一致している場合を含み、かつ、Ａの高さとＢの高さが一致するように作製された際の製造上の誤差によりＡの高さとＢの高さに差が生じている場合を含む。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有することが好ましい。第３の絶縁層は、トランジスタと第１の絶縁層との間に位置することが好ましい。第４の絶縁層は、発光ダイオードと第２の絶縁層との間に位置することが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、第１の絶縁層及び第２の絶縁層よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有することが好ましい。酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることで、第１の基板側の積層構造及び第２の基板側の積層構造の一方から他方へ不純物が拡散することなどを抑制できる。
第１の導電層における、トランジスタ側の面と側面との間の角度は、０°より大きく９０°以下、または、０°より大きく９０°未満であることが好ましい。第２の導電層における、トランジスタ側の面と側面との間の角度は、９０°以上１８０°未満、または、９０°より大きく１８０°未満であることが好ましい。第１の導電層と第２の導電層の双方がトランジスタと同一基板上に形成される場合、第１の導電層と第２の導電層は、トランジスタ側の面と側面との間の角度がいずれも９０°以下となるよう作製されることが多い。したがって、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などを用いて表示装置の断面観察を行うことで、２つの導電層のテーパ形状の違いから、当該２つの導電層の間が、貼り合わせの境界面であることを推定することができる。
本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードを用いて映像を表示する機能を有する。発光ダイオードは自発光デバイスであるため、表示デバイスとして発光ダイオードを用いる場合、表示装置にはバックライトが不要であり、また偏光板を設けなくてもよい。したがって、表示装置の消費電力を低減することができ、また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。また、表示デバイスとして発光ダイオードを用いた表示装置は、輝度を高めることが可能（例えば、５０００ｃｄ／ｍ２以上、好ましくは１００００ｃｄ／ｍ２以上）であり、かつ、コントラストが高く視野角が広いため、高い表示品位を得ることができる。また、発光材料に無機材料を用いることで、表示装置の寿命を長くし、信頼性を高めることができる。
本実施の形態では、特に、発光ダイオードとして、マイクロＬＥＤを用いる場合の例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロＬＥＤについて説明する。ただし、発光ダイオードに特に限定はなく、例えば、量子井戸接合を有するマイクロＬＥＤ、ナノコラムを用いたＬＥＤなどを用いてもよい。
発光ダイオードの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに好ましい。また、当該領域の面積は、１μｍ２以上が好ましく、１０μｍ２以上が好ましく、１００μｍ２以上がさらに好ましい。なお、本明細書等において、光を射出する領域の面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤと記す場合がある。
表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。金属酸化物を用いたトランジスタは、消費電力を低くすることができる。そのため、マイクロＬＥＤと組み合わせることで、極めて消費電力の低減された表示装置を実現することができる。
特に、本実施の形態の表示装置は、ゲート電極の上面の高さが、絶縁層の上面の高さと概略一致しているトランジスタを有することが好ましい。例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いて平坦化処理を施すことで、ゲート電極の上面と絶縁層の上面を平坦化し、ゲート電極の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
このような構成のトランジスタは、サイズを小さくすることが容易である。トランジスタのサイズを小さくすることで、画素のサイズを小さくすることができるため、表示装置の精細度を高めることができる。
本実施の形態の表示装置は精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型やブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、メガネ型のＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、またはＭＲ（Ｍｉｘｅｄ Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
［表示装置の構成例１］
図１に、表示装置１００Ａの断面図を示す。図２に、表示装置１００Ａの作製方法を示す断面図を示す。
図１に示す表示装置１００Ａは、図２（Ａ）に示すＬＥＤ基板１５０Ａと、図２（Ｂ）に示す回路基板１５０Ｂと、が貼り合わされて（図２（Ｃ）参照）構成されている。
図２（Ａ）に、ＬＥＤ基板１５０Ａの断面図を示す。
ＬＥＤ基板１５０Ａは、基板１０１、発光ダイオード１１０ａ、発光ダイオード１１０ｂ、絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４を有する。絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４は、それぞれ、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
発光ダイオード１１０ａは、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、半導体層１１５ａ、導電層１１６ａ、導電層１１６ｂ、電極１１７ａ、及び、電極１１７ｂを有する。発光ダイオード１１０ｂは、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、半導体層１１５ｂ、導電層１１６ｃ、導電層１１６ｄ、電極１１７ｃ、及び、電極１１７ｄを有する。発光ダイオードが有する各層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基板１０１上に半導体層１１３ａが設けられ、半導体層１１３ａ上に発光層１１４ａが設けられ、発光層１１４ａ上に半導体層１１５ａが設けられている。電極１１７ａは、導電層１１６ａを介して、半導体層１１５ａと電気的に接続されている。電極１１７ｂは、導電層１１６ｂを介して、半導体層１１３ａと電気的に接続されている。
基板１０１上に半導体層１１３ｂが設けられ、半導体層１１３ｂ上に発光層１１４ｂが設けられ、発光層１１４ｂ上に半導体層１１５ｂが設けられている。電極１１７ｃは、導電層１１６ｃを介して、半導体層１１５ｂと電気的に接続されている。電極１１７ｄは、導電層１１６ｄを介して、半導体層１１３ｂと電気的に接続されている。
絶縁層１０２は、基板１０１、半導体層１１３ａ、１１３ｂ、発光層１１４ａ、１１４ｂ、及び、半導体層１１５ａ、１１５ｂを覆うように設けられる。絶縁層１０２は平坦化機能を有することが好ましい。絶縁層１０２上に絶縁層１０３が設けられている。絶縁層１０２と絶縁層１０３に設けられた開口を埋めるように、導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄが設けられている。導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄの上面の高さは、絶縁層１０３の上面の高さと概略一致していることが好ましい。導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ上及び絶縁層１０３上に絶縁層１０４が設けられている。絶縁層１０４に設けられた開口を埋めるように、電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄが設けられている。電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄの上面の高さは、絶縁層１０４の上面の高さと概略一致していることが好ましい。
本実施の形態の表示装置は、絶縁層の上面の高さと導電層の上面の高さとが概略一致している構成が少なくとも一つ適用されている。当該構成の作製方法例としては、まず、絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層を形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施す方法が挙げられる。これにより、導電層の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
絶縁層１０２は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの無機絶縁材料を用いて形成することが好ましい。
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。
絶縁層１０３には、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。絶縁層１０３は、ＬＥＤ基板１５０Ａから回路基板１５０Ｂに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
絶縁層１０４には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１０４は、回路基板１５０Ｂが有する絶縁層と直接接合する層である。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。
導電層１１６ａ〜導電層１１６ｄに用いることができる材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、チタン、クロム、ニッケル、銅（Ｃｕ）、イットリウム、ジルコニウム、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、モリブデン、タンタル、またはタングステン（Ｗ）などの金属、またはこれを主成分とする合金（銀とパラジウム（Ｐｄ）と銅の合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（ＡＰＣ））など）が挙げられる。また、酸化スズ、または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。
電極１１７ａ〜電極１１７ｄには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。電極１１７ａ〜電極１１７ｄは、回路基板１５０Ｂが有する導電層と直接接合する層である。接合のしやすさから、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、またはＡｕを用いることが好ましい。
発光層１１４ａは、半導体層１１３ａと半導体層１１５ａとに挟持されている。発光層１１４ｂは、半導体層１１３ｂと半導体層１１５ｂとに挟持されている。発光層１１４ａ、１１４ｂでは、電子と正孔が結合して光を発する。半導体層１１３ａ、１１３ｂと半導体層１１５ａ、１１５ｂとのうち、一方はｎ型の半導体層であり、他方はｐ型の半導体層である。
半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、及び半導体層１１５ａを含む積層構造、及び、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、及び半導体層１１５ｂを含む積層構造は、それぞれ、赤色、黄色、緑色、または青色などの光を呈するように形成される。また、当該積層構造は、紫外光を呈するように形成されてもよい。２つの積層構造は異なる色の光を呈することが好ましい。これらの積層構造には、例えば、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物（ＩＩＩ−Ｖ族化合物ともいう）を用いることができる。第１３族元素としては、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどが挙げられる。第１５族元素としては、窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどが挙げられる。例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いて、発光ダイオードを作製することができる。
発光ダイオード１１０ａと発光ダイオード１１０ｂとを、互いに異なる色の光を呈するように形成することにより、色変換層を形成する工程が不要となる。したがって、表示装置の製造コストを抑制することができる。
また、２つの積層構造が同じ色の光を呈してもよい。このとき、発光層１１４ａ、１１４ｂから発せられた光は、色変換層及び着色層の一方又は双方を介して、表示装置の外部に取り出されてもよい。なお、各色の画素が、同一の色の光を呈する発光ダイオードを有する構成は、表示装置の構成例２で後述する。
また、本実施の形態の表示装置は、赤外光を呈する発光ダイオードを有していてもよい。赤外光を呈する発光ダイオードは、例えば、赤外光センサの光源として用いることができる。
基板１０１としては、化合物半導体基板を用いてもよく、例えば、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物半導体基板を用いてもよい。また、基板１０１としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの単結晶基板を用いることができる。
図１に示すように、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂの光は、基板１０１側に射出される。したがって、基板１０１は、可視光に対する透過性を有することが好ましい。例えば、研磨などにより厚さを薄くすることで、基板１０１の可視光に対する透過性を高めてもよい。
図２（Ｂ）に、回路基板１５０Ｂの断面図を示す。
回路基板１５０Ｂは、基板１５１、絶縁層１５２、トランジスタ１２０ａ、トランジスタ１２０ｂ、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ、導電層１８９ｂ、絶縁層１８６、絶縁層１８７、絶縁層１８８、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄを有する。回路基板１５０Ｂは、さらに、絶縁層１６２、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５等の絶縁層を有する。これら絶縁層の一つまたは複数は、トランジスタの構成要素とみなされる場合もあるが、本実施の形態では、トランジスタの構成要素に含めずに説明する。なお、回路基板１５０Ｂが有する各導電層及び各絶縁層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基板１５１としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁性基板、または、シリコンや炭化シリコンなど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（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板などの半導体基板を用いることができる。
基板１５１は、可視光を遮る（可視光に対して非透過性を有する）ことが好ましい。基板１５１が可視光を遮ることで、基板１５１に形成されたトランジスタ１２０ａ、１２０ｂに外部から光が入り込むことを抑制することができる。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、基板１５１は可視光に対する透過性を有していてもよい。
基板１５１上には、絶縁層１５２が設けられている。絶縁層１５２は、基板１５１から水や水素などの不純物が、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂに拡散すること、及び金属酸化物層１６５から絶縁層１５２側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層１５２としては、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、導電層１６１、絶縁層１６３、絶縁層１６４、金属酸化物層１６５、一対の導電層１６６、絶縁層１６７、導電層１６８等を有する。なお、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタの具体例は実施の形態３で詳述する。
金属酸化物層１６５は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層１６５は、一対の導電層１６６の一方と重なる第１の領域と、一対の導電層１６６の他方と重なる第２の領域と、当該第１の領域と当該第２の領域の間の第３の領域と、を有する。
絶縁層１５２上に導電層１６１及び絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１及び絶縁層１６２を覆って絶縁層１６３及び絶縁層１６４が設けられている。金属酸化物層１６５は、絶縁層１６４上に設けられている。導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６３及び絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は絶縁層１６３及び絶縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる。絶縁層１６３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。金属酸化物層１６５と接する絶縁層１６４には、酸化シリコン膜などの酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
ここで、導電層１６１の上面の高さは、絶縁層１６２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
一対の導電層１６６は、金属酸化物層１６５上に離間して設けられている。一対の導電層１６６は、ソース及びドレインとして機能する。金属酸化物層１６５及び一対の導電層１６６を覆って、絶縁層１８１が設けられ、絶縁層１８１上に絶縁層１８２が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口が設けられており、当該開口の内部に絶縁層１６７及び導電層１６８が埋め込まれている。当該開口は、上記第３の領域と重なる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８はゲート電極として機能し、絶縁層１６７はゲート絶縁層として機能する。導電層１６８は絶縁層１６７を介して金属酸化物層１６５と重なる。
ここで、導電層１６８の上面の高さは、絶縁層１８２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、及び導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３及び絶縁層１８５が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。絶縁層１８１で一対の導電層１６６を覆うことで、絶縁層１８２に含まれる酸素により一対の導電層１６６が酸化してしまうことを抑制できる。
一対の導電層１６６の一方及び導電層１８９ａと電気的に接続されるプラグが、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５に設けられた開口内に埋め込まれている。プラグは、当該開口の側面及び一対の導電層１６６の一方の上面に接する導電層１８４ｂと、当該導電層１８４ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１８４ａと、を有することが好ましい。このとき、導電層１８４ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。
絶縁層１８５上に導電層１８９ａ及び絶縁層１８６が設けられ、導電層１８９ａ上に導電層１８９ｂが設けられ、絶縁層１８６上に絶縁層１８７が設けられている。絶縁層１８６は平坦化機能を有することが好ましい。ここで、導電層１８９ｂの上面の高さは、絶縁層１８７の上面の高さと概略一致している。絶縁層１８７及び絶縁層１８６は、導電層１８９ａに達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９ｂが埋め込まれている。導電層１８９ｂは導電層１８９ａと導電層１９０ａまたは導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。
トランジスタ１２０ａの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ａと電気的に接続されている。
同様に、トランジスタ１２０ｂの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ、及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ｃと電気的に接続されている。
絶縁層１８６は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの無機絶縁材料を用いて形成することが好ましい。
絶縁層１８７には、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。絶縁層１８７は、ＬＥＤ基板１５０Ａからトランジスタに不純物（水素、水など）が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。また、絶縁層１８７は、回路基板１５０ＢからＬＥＤ基板１５０Ａに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
絶縁層１８８は、ＬＥＤ基板１５０Ａが有する絶縁層１０４と直接接合する層である。絶縁層１８８は、絶縁層１０４と同一の材料で形成されることが好ましい。絶縁層１８８には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。なお、絶縁層１０４及び絶縁層１８８のうち一方または双方が積層構造の場合、互いに接する層（表層、接合面を含む層）が同一の材料で形成されていることが好ましい。
導電層１９０ａ〜導電層１９０ｄは、ＬＥＤ基板１５０Ａが有する電極１１７ａ〜電極１１７ｄと直接接合する層である。導電層１９０ａ〜導電層１９０ｄと、電極１１７ａ〜電極１１７ｄとは、主成分が同一の金属元素であることが好ましく、同一の材料で形成されることがより好ましい。導電層１９０ａ〜導電層１９０ｄには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。接合のしやすさから、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、またはＡｕを用いることが好ましい。なお、導電層１９０（導電層１９０ａ〜導電層１９０ｄ）及び電極１１７（電極１１７ａ〜電極１１７ｄ）のうち一方または双方が積層構造の場合、互いに接する層（表層、接合面を含む層）が同一の材料で形成されていることが好ましい。
なお、回路基板１５０Ｂは、発光ダイオードの光を反射する反射層及び当該光を遮る遮光層の一方または双方を有していてもよい。
図１に示すように、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄは、それぞれ、回路基板１５０Ｂに設けられた導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄと接合され、電気的に接続される。
例えば、電極１１７ａと導電層１９０ａとが接続されることで、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１１０ａとを電気的に接続することができる。電極１１７ａは、発光ダイオード１１０ａの画素電極として機能する。また、電極１１７ｂと導電層１９０ｂとが接続される。電極１１７ｂは、発光ダイオード１１０ａの共通電極として機能する。
同様に、電極１１７ｃと導電層１９０ｃとが接続されることで、トランジスタ１２０ｂと発光ダイオード１１０ｂとを電気的に接続することができる。電極１１７ｃは、発光ダイオード１１０ｂの画素電極として機能する。また、電極１１７ｄと導電層１９０ｄとが接続される。電極１１７ｄは、発光ダイオード１１０ｂの共通電極として機能する。
電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄと、導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄと、は、主成分が同一の金属元素であることが好ましい。
また、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた絶縁層１０４と、回路基板１５０Ｂに設けられた絶縁層１８８とが、直接接合される。絶縁層１０４と絶縁層１８８とは、同一の成分または材料で構成されることが好ましい。
ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂの接合面において、同一の材料の層同士が接することで、機械的な強度を有する接続を得ることができる。
金属層同士の接合には、表面の酸化膜及び不純物の吸着層などをスパッタリング処理などで除去し、清浄化及び活性化した表面同士を接触させて接合する表面活性化接合法を用いることができる。または、温度と圧力を併用して表面同士を接合する拡散接合法などを用いることができる。どちらも原子レベルでの結合が起こるため、電気的だけでなく機械的にも優れた接合を得ることができる。
絶縁層同士の接合には、研磨などによって高い平坦性を得たのち、酸素プラズマ等で親水性処理をした表面同士を接触させて仮接合し、熱処理による脱水で本接合を行う親水性接合法などを用いることができる。親水性接合法も原子レベルでの結合が起こるため、機械的に優れた接合を得ることができる。酸化物絶縁膜を用いた場合、親水性処理を行うことで、接合強度をより高めることができ、好ましい。なお、酸化物絶縁膜を用いる場合、親水性処理を別途施さなくてもよい。
ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂの接合面には絶縁層と金属層の双方が存在するため、２種以上の接合法を組み合わせて接合してもよい。例えば、表面活性化接合法及び親水性接合法を組み合わせて行うことができる。
例えば、研磨後に表面を清浄化し、金属層の表面に酸化防止処理を行ったのちに親水性処理を行って接合する方法などを用いることができる。また、金属層の表面をＡｕなどの難酸化性金属とし、親水性処理を行ってもよい。また、親水性処理を行わない場合、金属層の酸化防止処理が削減でき、材料の種類の制限がなくなり、作製コストの低減、作製工程の削減を図ることができる。なお、上述した方法以外の接合方法を用いてもよい。
なお、ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂの貼り合わせは、基板全面を直接接合する構成に限られず、少なくとも一部で、銀、カーボン、銅などの導電性ペースト、または、金、はんだなどのバンプを介して基板同士を接続させる構成としてもよい。
なお、１つのトランジスタに、複数の発光ダイオードが電気的に接続されていてもよい。
次に、図３に、表示装置１００Ｂの断面図を示す。
表示装置１００Ｂでは、トランジスタ１２０ａとトランジスタ１２０ｂとでチャネル長が互いに異なる例を示す。それ以外の構成は、表示装置１００Ａと同様である。
発光ダイオード１１０ａを駆動するトランジスタ１２０ａと、発光ダイオード１１０ｂを駆動するトランジスタ１２０ｂと、は、トランジスタのサイズ、チャネル長、チャネル幅、及び構造などの少なくとも一つが互いに異なっていてもよい。例えば、発光ダイオード１１０ａと発光ダイオード１１０ｂとが互いに異なる色の光を呈する場合などでは、色ごとにトランジスタの構成を変えてもよい。具体的には、所望の輝度で発光させるために必要な電流量に応じて、色ごとにトランジスタのチャネル長及びチャネル幅の一方又は双方を変えてもよい。
次に、図４に、表示装置１００Ｃの断面図を示す。
表示装置１００Ｃは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ）と、金属酸化物層にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ）と、を積層して有する。
基板１３１としては、単結晶シリコン基板が好適である。トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、導電層１３５、絶縁層１３４、絶縁層１３６、一対の低抵抗領域１３３を有する。導電層１３５は、ゲートとして機能する。絶縁層１３４は、導電層１３５と基板１３１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層１３６は、導電層１３５の側面を覆って設けられ、サイドウォールとして機能する。一対の低抵抗領域１３３は、基板１３１における、不純物がドープされた領域であり、一方がトランジスタのソースとして機能し、他方がトランジスタのドレインとして機能する。
また、基板１３１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタの間に、素子分離層１３２が設けられている。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂを覆って絶縁層１３９が設けられ、絶縁層１３９上に導電層１３８が設けられている。絶縁層１３９の開口に埋め込まれた導電層１３７を介して、導電層１３８は、一対の低抵抗領域１３３の一方と電気的に接続される。また導電層１３８を覆って絶縁層１４１が設けられ、絶縁層１４１上に導電層１４２が設けられている。導電層１３８及び導電層１４２は、それぞれ配線として機能する。また、導電層１４２を覆って絶縁層１４３及び絶縁層１５２が設けられ、絶縁層１５２上にトランジスタ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。絶縁層１５２から基板１０１までの積層構造は表示装置１００Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、画素回路を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、画素回路を構成するトランジスタ、または、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバの一方又は双方）を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂは、演算回路や記憶回路などの各種回路を構成するトランジスタとして用いることができる。
このような構成とすることで、発光ダイオードの直下に画素回路だけでなく駆動回路等を形成することができるため、表示部の外側に駆動回路を設ける場合に比べて、表示装置を小型化することができる。また、狭額縁の（非表示領域の狭い）表示装置を実現することができる。
［表示装置の構成例２］
図５（Ａ）に、表示装置１００Ｄの断面図を示し、図５（Ｂ）に、表示装置１００Ｅの断面図を示す。
表示装置１００Ｄ及び表示装置１００Ｅでは、各色の画素が、同一の色の光を呈する発光ダイオードを有する。
表示装置１００Ｄ及び表示装置１００Ｅは、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが設けられた基板１９１を有する。
具体的には、基板１９１は、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲを有する。色変換層ＣＣＭＲは、青色の光を赤色の光に変換する機能を有する。
図５（Ａ）、図５（Ｂ）では、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａが発した光は、色変換層ＣＣＭＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｄまたは表示装置１００Ｅの外部に射出される。
図示しないが、同様に、基板１９１は、緑色の画素が有する発光ダイオードと重なる領域に、緑色の着色層と、青色の光を緑色に変換する色変換層と、を有する。これにより、緑色の画素が有する発光ダイオードが発した光は、色変換層により青色から緑色に変換され、着色層により緑色の光の純度が高められて、表示装置の外部に射出される。
一方、基板１９１は、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、色変換層を有さない。基板１９１は、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、青色の着色層を有していてもよい。青色の着色層を設けると、青色の光の純度を高めることができる。青色の着色層を設けない場合、作製工程を簡略化できる。
発光ダイオード１１０ｂが発した青色の光は、接着層１９２及び基板１９１を介して、表示装置１００Ｄまたは表示装置１００Ｅの外部に射出される。
各色の画素で同じ構成の発光ダイオードを有する表示装置の作製では、基板上に１種類の発光ダイオードのみを作製すればよいため、複数種の発光ダイオードを作製する場合に比べて、製造装置及び工程を簡素化できる。
基板１９１は、発光ダイオードからの光を取り出す側に位置するため、可視光に対する透過性の高い材料を用いることが好ましい。基板１９１に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、サファイア、樹脂などが挙げられる。基板１９１には、樹脂フィルムなどのフィルムを用いてもよい。これにより表示装置の軽量化、薄型化が可能となる。
色変換層としては、蛍光体や量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）を用いることが好ましい。特に、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。
色変換層は、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）、塗布法、インプリント法、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等を用いて形成することができる。また、量子ドットフィルムなどの色変換フィルムを用いてもよい。
色変換層となる膜を加工する際には、フォトリソグラフィ法を用いることが好ましい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。例えば、フォトレジストに量子ドットを混合した材料を用いて薄膜を成膜し、フォトリソグラフィ法を用いて当該薄膜を加工することで、島状の色変換層を形成することができる。
量子ドットを構成する材料としては、特に限定は無く、例えば、第１４族元素、第１５族元素、第１６族元素、複数の第１４族元素からなる化合物、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、各種半導体クラスターなどが挙げられる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いてもよい。
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挙げられる。また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、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。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドットのサイズを変更させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ（直径）は、例えば、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、発光スペクトルがより狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。棒状の量子ドットである量子ロッドは、指向性を有する光を呈する機能を有する。
着色層は特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
表示装置１００Ｄは、まず、表示装置１００Ａのように回路基板とＬＥＤ基板を貼り合わせ、その後、ＬＥＤ基板が有する基板１０１を剥離し、剥離により露出した面に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせることで作製できる。
基板１０１の剥離方法に限定は無く、例えば、図６（Ａ）に示すように、レーザ光（Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を基板１０１の一面全体に照射する方法が挙げられる。これにより、基板１０１を剥離し、絶縁層１０２、及び発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂを露出することができる（図６（Ｂ））。
レーザとしては、エキシマレーザ、固体レーザなどを用いることができる。例えば、ダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）を用いてもよい。
基板１０１と発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂとの間に、剥離層を設けてもよい。
剥離層は、有機材料または無機材料を用いて形成することができる。
剥離層に用いることができる有機材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
剥離層に用いることができる無機材料としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素を含む金属、該元素を含む合金、または該元素を含む化合物等が挙げられる。シリコンを含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
接着層１９２には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
また、表示装置１００Ｅに示すように、基板１０１に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせてもよい。つまり、基板１０１を剥離しなくてもよい。
このとき、研磨などにより、基板１０１の厚さを薄くすることが好ましい。これにより、発光ダイオードが発する光の取り出し効率を高めることができる。また、表示装置の薄型化、軽量化も可能となる。
表示装置１００Ｅは、まず、表示装置１００Ａのように回路基板とＬＥＤ基板を貼り合わせ、その後、ＬＥＤ基板が有する基板１０１を研磨し、基板１０１の研磨した面に、接着層１９２を用いて、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲなどが設けられた基板１９１を貼り合わせることで作製できる。
［表示装置の構成例３］
図７に、表示装置１００Ｆの断面図を示す。
本発明の一態様の表示装置は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）であってもよい。上述の各表示装置の構成を、タッチパネルに適用することができる。表示装置１００Ｆは、表示装置１００Ａにタッチセンサを搭載する例である。
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知デバイス（センサデバイス、検知素子、センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知デバイスとして適用することができる。
センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
本実施の形態では、静電容量方式の検知デバイスを有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知デバイスとを貼り合わせる構成、表示デバイスを支持する基板及び対向基板の一方または双方に検知デバイスを構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
表示装置１００Ｆにおいて、基板１５１から基板１０１までの積層構造は、表示装置１００Ａと同様のため、詳細な説明は省略する。
導電層１８９ｃは、導電層１８９ｄ、導電層１９０ｅ、及び導電体１９５を介して、ＦＰＣ１と電気的に接続されている。表示装置１００Ｆには、ＦＰＣ１を介して、信号及び電力が供給される。
導電層１８９ｃは、導電層１８９ａと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。導電層１８９ｄは、導電層１８９ｂと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。導電層１９０ｅは、導電層１９０ａ〜１９０ｄと同一の材料及び同一の工程で形成することができる。
導電体１９５としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
基板１７１にタッチセンサが設けられている。基板１７１のタッチセンサが設けられている面を基板１０１側に向けて、基板１７１と基板１０１とが、接着層１７９によって貼り合わされている。
基板１７１の基板１０１側には、電極１７７及び電極１７８が設けられている。電極１７７及び電極１７８は同一平面上に形成されている。電極１７７及び電極１７８には、可視光を透過する材料を用いる。絶縁層１７３は、電極１７７及び電極１７８を覆うように設けられている。電極１７４は、絶縁層１７３に設けられた開口を介して、電極１７７を挟むように設けられる２つの電極１７８と電気的に接続している。
電極１７７、１７８と同一の導電層を加工して得られた配線１７２が、電極１７４と同一の導電層を加工して得られた導電層１７５と接続している。導電層１７５は、接続体１７６を介してＦＰＣ２と電気的に接続される。
以上のように、本実施の形態の表示装置は、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせることができるため、表示装置の製造コストの削減及び歩留まりの向上を図ることができる。また、マイクロＬＥＤと、金属酸化物を用いたトランジスタを組み合わせることで、消費電力の低減された表示装置を実現できる。
本実施の形態の表示装置は、複数のトランジスタ上の第１の絶縁層と、複数の発光ダイオード上の第２の絶縁層と、に、同一の材料の膜（好ましくは酸化物絶縁膜、より好ましくは酸化シリコン膜）を用いる。第１の絶縁層と第２の絶縁層とを直接接合することで、接合強度を高めることができる。さらに、複数のトランジスタと、第１の絶縁層と、の間に、第３の絶縁層を設け、複数の発光ダイオードと、第２の絶縁層と、の間に、第４の絶縁層を設ける。第３の絶縁層及び第４の絶縁層としては、第１の絶縁層及び第２の絶縁層よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜（好ましくは、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜、より好ましくは、窒化シリコン膜）を用いる。これにより、トランジスタ及び発光ダイオードに入り込む不純物を好適に抑制できる。
また、本実施の形態の表示装置は、トランジスタのサイズを小さくできるため、精細度を高めることや、比較的小さな表示部を有する電子機器への適用が容易である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
（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について図８〜図１３を用いて説明する。
実施の形態１で表示装置の構成例２として示した表示装置１００Ｄ及び表示装置１００Ｅ（図５（Ａ）及び図５（Ｂ））では、トランジスタ及び発光ダイオードが設けられた基板に、色変換層が設けられた基板を貼り合わせる例を示したが、本発明はこれに限られない。
本実施の形態では、発光ダイオード側の基板を剥離し、当該剥離により露出した面に、色変換層を形成する例を説明する。
なお、実施の形態１と共通する構成要素については、詳細な説明を省略する場合がある。
本実施の形態の表示装置は、表示デバイスである発光ダイオードと、表示デバイスを駆動するトランジスタと、をそれぞれ複数有する。複数の発光ダイオードは、マトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。
本実施の形態の表示装置は、互いに異なる基板上に形成された複数のトランジスタと複数の発光ダイオードと、を貼り合わせることで形成される。
本実施の形態の表示装置の作製方法では、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせるため、画素数の多い表示装置や高精細な表示装置を作製する場合であっても、発光ダイオードを１つずつ回路基板に実装する方法に比べて、表示装置の製造時間を短縮でき、また、製造の難易度を低くすることができる。
本実施の形態の表示装置は、半導体基板にチャネル形成領域を有するトランジスタと、金属酸化物層にチャネル形成領域を有するトランジスタと、を積層して有する。これにより、回路の高速動作が可能であり、かつ、消費電力を極めて小さくすることができる。
本発明の一態様の表示装置の作製方法としては、まず、第１の基板にチャネル形成領域を有する複数の第１のトランジスタを形成し、複数の第１のトランジスタ上に、複数の第２のトランジスタをマトリクス状に形成し、複数の第２のトランジスタ上に、第１の絶縁層と、複数の第１の導電層と、を形成する。複数の第１の導電層は、それぞれ複数の第２のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される。ここで、第１の絶縁層の上面の高さと、第１の導電層の上面の高さとが一致するように、第１の絶縁層及び第１の導電層を形成する。また、第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、複数の発光ダイオード上に、第２の絶縁層と、複数の第２の導電層と、を形成する。複数の第２の導電層は、それぞれ複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。ここで、第２の絶縁層の上面の高さと、第２の導電層の上面の高さとが一致するように、第２の絶縁層及び第２の導電層を形成する。
そして、複数の第２のトランジスタのそれぞれが、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる。第１の基板と第２の基板を貼り合わせることで、複数の発光ダイオードと複数の第２のトランジスタとを一度に貼り合わせることができる。具体的には、複数の第１の導電層のそれぞれを、複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させる。これにより、第１の導電層及び第２の導電層を介して、第２のトランジスタと発光ダイオードとを電気的に接続することができる。第１の導電層と第２の導電層は主成分が同一の金属元素であることが好ましく、同一の材料で形成されることがより好ましい。当該金属元素は、金、アルミニウム、タングステン、または銅であることが好ましく、特に金が好ましい。これにより、第１の導電層と第２の導電層との接合強度を高めることができる。また、第１の絶縁層は、第２の絶縁層と直接接合される。第１の絶縁層と第２の絶縁層は同一の材料で形成されることが好ましく、特に、第１の絶縁層と第２の絶縁層として酸化シリコン膜を用いることが好ましい。
その後、第２の基板を剥離し、剥離により露出した面に、着色層、色変換層、及び遮光層のうち少なくとも一つを形成する。
本発明の一態様の表示装置は、各色の画素が同一の色の光を呈する発光ダイオードを有することが好ましい。これにより、表示装置の作製が容易となり、工程の簡略化、歩留まりの向上を図ることができる。
本実施の形態では、各色の画素が、青色の光を呈する発光ダイオードを有する場合を例に挙げて説明する。青色の画素では、発光ダイオードが発する青色の光が、色変換層を介さずに、表示装置の外部に取り出される。赤色の画素及び緑色の画素では、発光ダイオードが発する青色の光が、色変換層により赤色の光または緑色の光に変換されて、表示装置の外部に取り出される。
各色の画素において、発光ダイオードが発する光は、着色層を介して、表示装置の外部に取り出されることが好ましい。これにより、光の色純度を高めることができる。なお、少なくとも１色の画素において、着色層が設けられていなくてもよい。着色層を設けない構成とすることで、発光ダイオードから射出された光を効率的に表示装置の外部に取り出すことができる。
また、各色の画素の間には、遮光層が設けられることが好ましい。これにより、発光ダイオードが発する光が、隣接画素に入り込むこと（光のクロストークともいえる）を抑制できる。したがって、表示装置の表示品位を高めることができる。
作製された表示装置において、第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第２の導電層の第１の導電層側の面の高さは、第２の絶縁層の第１の絶縁層側の面の高さと概略一致する。
表示装置は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタと、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタと、の双方を有することが好ましい。例えば、画素回路及びゲートドライバに、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを用い、ソースドライバに、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを用いてもよい。または、例えば、画素回路に、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを用い、ソースドライバ及びゲートドライバに、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを用いてもよい。また、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ及びチャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタの一方または双方は、演算回路や記憶回路などの各種回路を構成するトランジスタとして用いてもよい。
［表示装置の構成例４］
図８に、表示装置１００Ｇの断面図を示す。図９に、表示装置１００Ｈの断面図を示す。図１０〜図１３に、表示装置１００Ｇの作製方法を示す断面図を示す。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃと、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと、を有する。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおいて、各色の画素は、青色の光を呈する発光ダイオードを有する。
表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおいて、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが設けられている。色変換層ＣＣＭＲは、青色の光を赤色の光に変換する機能を有する。
発光ダイオード１１０ａが発した光は、色変換層ＣＣＭＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｇまたは表示装置１００Ｈの外部に射出される。
同様に、表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおいて、緑色の画素が有する発光ダイオード１１０ｃと重なる領域に、緑色の着色層ＣＦＧと、青色の光を緑色に変換する色変換層ＣＣＭＧと、が設けられている。これにより、発光ダイオード１１０ｃが発した光は、色変換層ＣＣＭＧにより青色から緑色に変換され、着色層ＣＦＧにより緑色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｇまたは表示装置１００Ｈの外部に射出される。
一方、表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈにおいて、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域には、色変換層が設けられていない。発光ダイオード１１０ｂが発した青色の光は、色変換されずに、着色層ＣＦＢを介して、表示装置１００Ｇまたは表示装置１００Ｈの外部に射出される。
なお、表示装置１００Ｇまたは表示装置１００Ｈにおいて、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、青色の着色層ＣＦＢが設けられていることが好ましい。これにより、青色の光の純度を高めることができる。青色の着色層ＣＦＢを設けない場合は、作製工程を簡略化できる。また、青色の着色層ＣＦＢを設けない構成とすることで、発光ダイオード１１０ｂから射出された光を効率的に表示装置の外部に取り出すことができる。
各色の画素で同じ構成の発光ダイオードを有する表示装置１００Ｇ及び表示装置１００Ｈの作製では、基板上に１種類の発光ダイオードのみを作製すればよいため、複数種の発光ダイオードを作製する場合に比べて、製造装置及び工程を簡素化できる。
各色の画素の間には、遮光層１０６が設けられている。遮光層１０６は、下地膜１０９上に設けられている。遮光層１０６を設けることで、発光ダイオードが発する光が、隣接する他の色の画素に入り込むことを抑制できる。したがって、表示装置の表示品位を高めることができる。
図９に示す表示装置１００Ｈは、遮光層１０５を有する点で、図８に示す表示装置１００Ｇと異なる。本発明の一態様の表示装置は、遮光層１０５を有することが好ましい。遮光層１０５は、下地膜１０９、絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び、絶縁層１０４に設けられた開口に埋め込まれている。遮光層１０５を設けることで、発光ダイオードが発する光が、隣接する他の色の画素に入り込むことを抑制できる。したがって、表示装置の表示品位を高めることができる。なお、下地膜１０９または絶縁層１０４に開口を設けなくてもよい。遮光層１０５は、下地膜１０９、絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び、絶縁層１０４のうち少なくとも一層に設けられた開口に埋め込むことで形成できる。
遮光層１０６及び遮光層１０５の材料については特に限定されず、例えば、金属材料などの無機材料、又は、顔料（カーボンブラックなど）もしくは染料を含む樹脂材料などの有機材料を用いることができる。また、各色の着色層に用いるカラーフィルタを積層することで、遮光層を形成してもよい。例えば、赤色、緑色、青色の３色のカラーフィルタを積層して、遮光層を形成してもよい。
図８に示す表示装置１００Ｇは、まず、図１０（Ａ）に示すＬＥＤ基板１５０Ｃと、図１０（Ｂ）に示す回路基板１５０Ｄと、を貼り合わせ（図１１参照）、その後、ＬＥＤ基板１５０Ｃが有する基板１０１を剥離し（図１２及び図１３参照）、剥離により露出した面に、着色層、色変換層、遮光層１０６等を設けることで作製できる。
図１０（Ａ）に、ＬＥＤ基板１５０Ｃの断面図を示す。
ＬＥＤ基板１５０Ｃは、基板１０１、下地膜１０９、発光ダイオード１１０ａ、発光ダイオード１１０ｂ、発光ダイオード１１０ｃ、絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４を有する。下地膜１０９、絶縁層１０２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４は、それぞれ、単層構造であっても、積層構造であってもよい。なお、図９に示す表示装置１００Ｈを作製する場合は、ＬＥＤ基板１５０Ｃは、さらに、遮光層１０５を有する。
発光ダイオード１１０ａ、発光ダイオード１１０ｂ、及び、発光ダイオード１１０ｃは、同一の色の光を呈する。各発光ダイオードは、半導体層１１３、発光層１１４、及び、半導体層１１５を有する。発光ダイオード１１０ａは、さらに、導電層１１６ａ、導電層１１６ｂ、電極１１７ａ、及び、電極１１７ｂを有する。発光ダイオード１１０ｂは、さらに、導電層１１６ｃ、導電層１１６ｄ、電極１１７ｃ、及び、電極１１７ｄを有する。発光ダイオード１１０ｃは、さらに、導電層１１６ｅ、導電層１１６ｆ、電極１１７ｅ、及び、電極１１７ｆを有する。発光ダイオードが有する各層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基板１０１上に下地膜１０９が設けられ、下地膜１０９上に、半導体層１１３が設けられ、半導体層１１３上に発光層１１４が設けられ、発光層１１４上に半導体層１１５が設けられている。
電極１１７ａは、導電層１１６ａを介して、発光ダイオード１１０ａが有する半導体層１１５と電気的に接続されている。電極１１７ｂは、導電層１１６ｂを介して、発光ダイオード１１０ａが有する半導体層１１３と電気的に接続されている。
同様に、電極１１７ｃは、導電層１１６ｃを介して、発光ダイオード１１０ｂが有する半導体層１１５と電気的に接続されている。電極１１７ｄは、導電層１１６ｄを介して、発光ダイオード１１０ｂが有する半導体層１１３と電気的に接続されている。
そして、電極１１７ｅは、導電層１１６ｅを介して、発光ダイオード１１０ｃが有する半導体層１１５と電気的に接続されている。電極１１７ｆは、導電層１１６ｆを介して、発光ダイオード１１０ｃが有する半導体層１１３と電気的に接続されている。
絶縁層１０２は、基板１０１、半導体層１１３、発光層１１４、及び、半導体層１１５を覆うように設けられる。絶縁層１０２は平坦化機能を有することが好ましい。絶縁層１０２上に絶縁層１０３が設けられている。絶縁層１０２と絶縁層１０３に設けられた開口を埋めるように、導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１１６ｆが設けられている。導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１１６ｆの上面の高さは、絶縁層１０３の上面の高さと概略一致していることが好ましい。導電層１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ、１１６ｅ、１１６ｆ上及び絶縁層１０３上に絶縁層１０４が設けられている。絶縁層１０４に設けられた開口を埋めるように、電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆが設けられている。電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆの上面の高さは、絶縁層１０４の上面の高さと概略一致していることが好ましい。
本実施の形態の表示装置は、絶縁層の上面の高さと導電層の上面の高さとが概略一致している構成が少なくとも一つ適用されている。当該構成の作製方法例としては、まず、絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層を形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施す方法が挙げられる。これにより、導電層の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
ＬＥＤ基板１５０Ｃの各構成要素に用いることができる材料は、実施の形態１を参照できる。
下地膜１０９は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの無機絶縁材料を用いて形成することが好ましい。
絶縁層１０３には、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。絶縁層１０３は、ＬＥＤ基板１５０Ｃから回路基板１５０Ｄに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
絶縁層１０４には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１０４は、回路基板１５０Ｄが有する絶縁層と直接接合する層である。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。
電極１１７ａ〜電極１１７ｄには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。電極１１７ａ〜電極１１７ｄは、回路基板１５０Ｄが有する導電層と直接接合する層である。接合のしやすさから、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、またはＡｕを用いることが好ましい。
基板１０１としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの単結晶基板を用いることができる。なお、本実施の形態では、基板１０１を後の工程で剥離するため、基板１０１の可視光に対する透過性の有無は問わない。
図１０（Ｂ）に、回路基板１５０Ｄの断面図を示す。
回路基板１５０Ｄは、図４に示す表示装置１００Ｃの基板１３１から絶縁層１８８までの積層構造と同様であるため、詳細な説明は省略する場合がある。回路基板１５０Ｄの各構成要素に用いることができる材料は、実施の形態１を参照できる。
回路基板１５０Ｄは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ）と、金属酸化物層にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）と、を積層して有する。なお、回路基板１５０Ｄが有する各層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基板１３１としては、単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。または、基板１３１として化合物半導体基板を用いてもよい。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、導電層１３５、絶縁層１３４、絶縁層１３６、一対の低抵抗領域１３３を有する。導電層１３５は、ゲートとして機能する。絶縁層１３４は、導電層１３５と基板１３１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層１３６は、導電層１３５の側面を覆って設けられ、サイドウォールとして機能する。一対の低抵抗領域１３３は、基板１３１における、不純物がドープされた領域であり、一方がトランジスタのソースとして機能し、他方がトランジスタのドレインとして機能する。
また、基板１３１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタの間に、素子分離層１３２が設けられている。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを覆って絶縁層１３９が設けられ、絶縁層１３９上に導電層１３８が設けられている。絶縁層１３９の開口に埋め込まれた導電層１３７を介して、導電層１３８は、一対の低抵抗領域１３３の一方と電気的に接続される。また導電層１３８を覆って絶縁層１４１が設けられ、絶縁層１４１上に導電層１４２が設けられている。導電層１３８及び導電層１４２は、それぞれ配線として機能する。また、導電層１４２を覆って絶縁層１４３及び絶縁層１５２が設けられている。
絶縁層１５２は、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ側から水や水素などの不純物が、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに拡散すること、及び金属酸化物層１６５から絶縁層１５２側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層１５２としては、酸化シリコン膜よりも水素や酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、導電層１６１、絶縁層１６３、絶縁層１６４、金属酸化物層１６５、一対の導電層１６６、絶縁層１６７、導電層１６８等を有する。
金属酸化物層１６５は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層１６５は、一対の導電層１６６の一方と重なる第１の領域と、一対の導電層１６６の他方と重なる第２の領域と、当該第１の領域と当該第２の領域の間の第３の領域と、を有する。
絶縁層１５２上に導電層１６１及び絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１及び絶縁層１６２を覆って絶縁層１６３及び絶縁層１６４が設けられている。金属酸化物層１６５は、絶縁層１６４上に設けられている。導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６３及び絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は絶縁層１６３及び絶縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる。絶縁層１６３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。金属酸化物層１６５と接する絶縁層１６４には、酸化シリコン膜などの酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
ここで、導電層１６１の上面の高さは、絶縁層１６２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
一対の導電層１６６は、金属酸化物層１６５上に離間して設けられている。一対の導電層１６６は、ソース及びドレインとして機能する。金属酸化物層１６５及び一対の導電層１６６を覆って、絶縁層１８１が設けられ、絶縁層１８１上に絶縁層１８２が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口が設けられており、当該開口の内部に絶縁層１６７及び導電層１６８が埋め込まれている。当該開口は、上記第３の領域と重なる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８はゲート電極として機能し、絶縁層１６７はゲート絶縁層として機能する。導電層１６８は絶縁層１６７を介して金属酸化物層１６５と重なる。
ここで、導電層１６８の上面の高さは、絶縁層１８２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、及び導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３及び絶縁層１８５が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。絶縁層１８１で一対の導電層１６６を覆うことで、絶縁層１８２に含まれる酸素により一対の導電層１６６が酸化してしまうことを抑制できる。
一対の導電層１６６の一方及び導電層１８９ａと電気的に接続されるプラグが、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５に設けられた開口内に埋め込まれている。プラグは、当該開口の側面及び一対の導電層１６６の一方の上面に接する導電層１８４ｂと、当該導電層１８４ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１８４ａと、を有することが好ましい。このとき、導電層１８４ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。
絶縁層１８５上に導電層１８９ａ及び絶縁層１８６が設けられ、導電層１８９ａ上に導電層１８９ｂが設けられ、絶縁層１８６上に絶縁層１８７が設けられている。絶縁層１８６は平坦化機能を有することが好ましい。ここで、導電層１８９ｂの上面の高さは、絶縁層１８７の上面の高さと概略一致している。絶縁層１８７及び絶縁層１８６は、導電層１８９ａに達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９ｂが埋め込まれている。導電層１８９ｂは導電層１８９ａと導電層１９０ａまたは導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。
トランジスタ１２０ａの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ａと電気的に接続されている。
同様に、トランジスタ１２０ｂの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ、及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ｃと電気的に接続されている。
そして、トランジスタ１２０ｃの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ、及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ｅと電気的に接続されている。
絶縁層１８７には、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。絶縁層１８７は、ＬＥＤ基板１５０Ｃからトランジスタに不純物（水素、水など）が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。また、絶縁層１８７は、回路基板１５０ＤからＬＥＤ基板１５０Ｃに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
絶縁層１８８は、ＬＥＤ基板１５０Ｃが有する絶縁層１０４と直接接合する層である。絶縁層１８８は、絶縁層１０４と同一の材料で形成されることが好ましい。絶縁層１８８には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。なお、絶縁層１０４及び絶縁層１８８のうち一方または双方が積層構造の場合、互いに接する層（表層、接合面を含む層）が同一の材料で形成されていることが好ましい。
導電層１９０ａ〜導電層１９０ｆは、ＬＥＤ基板１５０Ｃが有する電極１１７ａ〜電極１１７ｆと直接接合する層である。導電層１９０ａ〜導電層１９０ｆと、電極１１７ａ〜電極１１７ｆとは、主成分が同一の金属元素であることが好ましく、同一の材料で形成されることがより好ましい。導電層１９０ａ〜導電層１９０ｆには、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどを用いることができる。接合のしやすさから、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、またはＡｕを用いることが好ましい。なお、導電層１９０及び電極１１７のうち一方または双方が積層構造の場合、互いに接する層（表層、接合面を含む層）が同一の材料で形成されていることが好ましい。
なお、回路基板１５０Ｄは、発光ダイオードの光を反射する反射層及び当該光を遮る遮光層の一方または双方を有していてもよい。
図１１に示すように、ＬＥＤ基板１５０Ｃに設けられた電極１１７ａ〜１１７ｆは、それぞれ、回路基板１５０Ｄに設けられた導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄ、１９０ｅ、１９０ｆと接合され、電気的に接続される。
例えば、電極１１７ａと導電層１９０ａとが接続されることで、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１１０ａとを電気的に接続することができる。電極１１７ａは、発光ダイオード１１０ａの画素電極として機能する。また、電極１１７ｂと導電層１９０ｂとが接続される。電極１１７ｂは、発光ダイオード１１０ａの共通電極として機能する。
同様に、電極１１７ｃと導電層１９０ｃとが接続されることで、トランジスタ１２０ｂと発光ダイオード１１０ｂとを電気的に接続することができる。電極１１７ｃは、発光ダイオード１１０ｂの画素電極として機能する。また、電極１１７ｄと導電層１９０ｄとが接続される。電極１１７ｄは、発光ダイオード１１０ｂの共通電極として機能する。
そして、電極１１７ｅと導電層１９０ｅとが接続されることで、トランジスタ１２０ｃと発光ダイオード１１０ｃとを電気的に接続することができる。電極１１７ｅは、発光ダイオード１１０ｃの画素電極として機能する。また、電極１１７ｆと導電層１９０ｆとが接続される。電極１１７ｆは、発光ダイオード１１０ｃの共通電極として機能する。
電極１１７ａ、１１７ｂ、１１７ｃ、１１７ｄ、１１７ｅ、１１７ｆと、導電層１９０ａ、１９０ｂ、１９０ｃ、１９０ｄ、１９０ｅ、１９０ｆと、は、主成分が同一の金属元素であることが好ましい。
また、ＬＥＤ基板１５０Ｃに設けられた絶縁層１０４と、回路基板１５０Ｄに設けられた絶縁層１８８とが、直接接合される。絶縁層１０４と絶縁層１８８とは、同一の成分または材料で構成されることが好ましい。
ＬＥＤ基板１５０Ｃと回路基板１５０Ｄの接合面において、同一の材料の層同士が接することで、機械的な強度を有する接続を得ることができる。
ＬＥＤ基板１５０Ｃと回路基板１５０Ｄとを貼り合わせた後、基板１０１を剥離する。
基板１０１の剥離方法に限定は無く、例えば、図１２に示すように、レーザ光（Ｌａｓｅｒ ｂｅａｍ）を基板１０１の一面全体に照射する方法が挙げられる。これにより、基板１０１を剥離し、下地膜１０９を露出することができる（図１３）。
基板１０１と発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂとの間に、剥離層を設けてもよい。剥離層に用いることができる材料は、実施の形態１を参照できる。
そして、下地膜１０９上に、遮光層１０６、色変換層ＣＣＭＲ、色変換層ＣＣＭＧ、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢを形成する。
具体的には、赤色の画素と青色の画素の間、及び、青色の画素と緑色の画素の間に、遮光層１０６を形成する。
また、赤色の画素が有する発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、色変換層ＣＣＭＲを形成し、色変換層ＣＣＭＲ上に着色層ＣＦＲを形成する。同様に、緑色の画素が有する発光ダイオード１１０ｃと重なる領域に、色変換層ＣＣＭＧを形成し、色変換層ＣＣＭＧ上に着色層ＣＦＧを形成する。そして、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域には、着色層ＣＦＢを形成する。
色変換層としては、蛍光体や量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔ）を用いることが好ましい。特に、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。
色変換層は、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）、塗布法、インプリント法、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等を用いて形成することができる。また、量子ドットフィルムなどの色変換フィルムを用いてもよい。
量子ドットの詳細は、実施の形態１を参照できる。
着色層は特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
以上のように、本実施の形態の表示装置は、複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとを一度に貼り合わせることができるため、表示装置の製造コストの削減及び歩留まりの向上を図ることができる。また、マイクロＬＥＤと、金属酸化物を用いたトランジスタと、半導体基板（特にシリコン基板）を用いたトランジスタと、を組み合わせることで、回路の高速動作が可能であり、かつ、消費電力の低減された表示装置を実現できる。
本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードが形成された基板が剥離され、当該剥離により露出した面に色変換層、着色層、及び遮光層などが設けられている。したがって、表示装置の表示品位を高めることができる。
また、本実施の形態の表示装置は、トランジスタのサイズを小さくできるため、精細度を高めることや、比較的小さな表示部を有する電子機器への適用が容易である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタについて説明する。
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
表示装置が有するトランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタを用いることができる。これにより、オフ電流の極めて小さいトランジスタを実現することができる。
表示装置が有するトランジスタにシリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタを適用してもよい。当該トランジスタとしては、例えば、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン）を有するトランジスタ、単結晶シリコンを有するトランジスタなどが挙げられる。例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタと、シリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタと、を組み合わせて用いてもよい。
なお、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）の間にチャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に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、チャネル形成領域とは、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場合がある。
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル形成領域の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
なお、本明細書等において、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅などは、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
なお、以下に示す絶縁体、導電体、酸化物、半導体の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行うことができる。また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「酸化物」という用語を、酸化物膜または酸化物層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
図１４（Ａ）にトランジスタ２００の上面図を示す。なお、図１４（Ａ）では、図の明瞭化のため、一部の要素の図示を省略する。図１４（Ｂ）に、図１４（Ａ）における一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面図を示す。図１４（Ｂ）は、トランジスタ２００のチャネル長方向の断面図といえる。図１４（Ｃ）に、図１４（Ａ）における一点鎖線Ａ３−Ａ４間の断面図を示す。図１４（Ｃ）は、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図といえる。図１４（Ｄ）に、図１４（Ａ）における一点鎖線Ａ５−Ａ６間の断面図を示す。
図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）に示す半導体装置は、基板（図示せず）上の絶縁体２１２と、絶縁体２１２上の絶縁体２１４と、絶縁体２１４上のトランジスタ２００と、トランジスタ２００上の絶縁体２８０と、絶縁体２８０上の絶縁体２８２と、絶縁体２８２上の絶縁体２８３と、絶縁体２８３上の絶縁体２８５と、を有する。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８５は層間絶縁膜として機能する。また、トランジスタ２００と電気的に接続し、プラグとして機能する導電体２４０（導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂ）を有する。なお、プラグとして機能する導電体２４０の側面に接して絶縁体２４１（絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂ）が設けられる。また、絶縁体２８５上及び導電体２４０上には、導電体２４０と電気的に接続し、配線として機能する導電体２４６（導電体２４６ａ及び導電体２４６ｂ）が設けられる。
絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８５の開口の内壁に接して絶縁体２４１ａが設けられ、絶縁体２４１ａの側面に接して導電体２４０ａの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ａの第２の導電体が設けられている。また、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８５の開口の内壁に接して絶縁体２４１ｂが設けられ、絶縁体２４１ｂの側面に接して導電体２４０ｂの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ｂの第２の導電体が設けられている。ここで、導電体２４０の上面の高さと、導電体２４６と重なる領域の、絶縁体２８５の上面の高さと、は同程度にできる。なお、トランジスタ２００では、導電体２４０として、第１の導電体と第２の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２４０を単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
［トランジスタ２００］
図１４（Ａ）乃至図１４（Ｄ）に示すように、トランジスタ２００は、絶縁体２１４上の絶縁体２１６と、絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５（導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃ）と、絶縁体２１６上、及び導電体２０５上の絶縁体２２２と、絶縁体２２２上の絶縁体２２４と、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２４３（酸化物２４３ａ及び酸化物２４３ｂ）と、酸化物２４３ａ上の導電体２４２ａと、導電体２４２ａ上の絶縁体２７１ａと、酸化物２４３ｂ上の導電体２４２ｂと、導電体２４２ｂ上の絶縁体２７１ｂと、酸化物２３０ｂ上の絶縁体２５０（絶縁体２５０ａ及び絶縁体２５０ｂ）と、絶縁体２５０上に位置し、酸化物２３０ｂの一部と重なる導電体２６０（導電体２６０ａ及び導電体２６０ｂ）と、絶縁体２２２、絶縁体２２４、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２４３ａ、酸化物２４３ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、絶縁体２７１ａ、及び絶縁体２７１ｂを覆って配置される絶縁体２７５と、を有する。
なお、以下において、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂをまとめて酸化物２３０と呼ぶ場合がある。また、導電体２４２ａと導電体２４２ｂをまとめて導電体２４２と呼ぶ場合がある。また、絶縁体２７１ａと絶縁体２７１ｂをまとめて絶縁体２７１と呼ぶ場合がある。
絶縁体２８０及び絶縁体２７５には、酸化物２３０ｂに達する開口が設けられる。当該開口内に、絶縁体２５０及び導電体２６０が配置されている。また、トランジスタ２００のチャネル長方向において、絶縁体２７１ａ、導電体２４２ａ、及び酸化物２４３ａと、絶縁体２７１ｂ、導電体２４２ｂ、及び酸化物２４３ｂと、の間に導電体２６０及び絶縁体２５０が設けられている。絶縁体２５０は、導電体２６０の側面と接する領域と、導電体２６０の底面と接する領域と、を有する。
酸化物２３０は、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａの上に配置された酸化物２３０ｂと、を有することが好ましい。酸化物２３０ｂの下に酸化物２３０ａを有することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、トランジスタ２００では、酸化物２３０が、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの２層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ｂの単層、または３層以上の積層構造を設ける構成にしてもよいし、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂのそれぞれが積層構造を有していてもよい。
導電体２６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能し、導電体２０５は、第２のゲート（バックゲートともいう）電極として機能する。また、絶縁体２５０は、第１のゲート絶縁膜として機能し、絶縁体２２４及び絶縁体２２２は、第２のゲート絶縁膜として機能する。また、導電体２４２ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電体２４２ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。また、酸化物２３０の導電体２６０と重畳する領域の少なくとも一部はチャネル形成領域として機能する。
酸化物２３０ｂは、導電体２４２ａと重畳する領域に、ソース領域及びドレイン領域の一方を有し、導電体２４２ｂと重畳する領域に、ソース領域及びドレイン領域の他方を有する。また、酸化物２３０ｂは、ソース領域とドレイン領域に挟まれた領域にチャネル形成領域（図１４（Ｂ）において斜線部で示す領域）を有する。
チャネル形成領域は、ソース領域及びドレイン領域よりも、酸素欠損が少なく、または不純物濃度が低いため、キャリア濃度が低い高抵抗領域である。ここで、チャネル形成領域のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
なお、上記において、酸化物２３０ｂにチャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン領域が形成される例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ａにも同様に、チャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン領域が形成される場合がある。
トランジスタ２００は、チャネル形成領域を含む酸化物２３０（酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂ）に、半導体として機能する金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を用いることが好ましい。
半導体として機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
酸化物２３０として、例えば、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有するＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種）等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、インジウム酸化物を用いてもよい。
ここで、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。
具体的には、酸化物２３０ａとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：０．５［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｂとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物を用いればよい。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±３０％の範囲を含む。また、元素Ｍとして、ガリウムを用いることが好ましい。
なお、金属酸化物をスパッタリング法により成膜する場合、上記の原子数比は、成膜された金属酸化物の原子数比に限られず、金属酸化物の成膜に用いるスパッタリングターゲットの原子数比であってもよい。
このように、酸化物２３０ｂの下に酸化物２３０ａを配置することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物からの、酸化物２３０ｂに対する、不純物及び酸素の拡散を抑制することができる。
また、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂの界面における欠陥準位密度が低くすることができる。酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂは、それぞれ結晶性を有することが好ましい。特に、酸化物２３０ｂとして、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性の高い、緻密な構造を有しており、不純物や欠陥（例えば、酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ ｖａｃａｎｃｙともいう）など）が少ない金属酸化物である。特に、金属酸化物の形成後に、金属酸化物が多結晶化しない程度の温度（例えば、４００℃以上６００℃以下）で加熱処理することで、ＣＡＡＣ−ＯＳをより結晶性の高い、緻密な構造にすることができる。このようにして、ＣＡＡＣ−ＯＳの密度をより高めることで、当該ＣＡＡＣ−ＯＳ中の不純物または酸素の拡散をより低減することができる。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の少なくとも一は、水、水素などの不純物が、基板側から、または、トランジスタ２００の上方からトランジスタ２００に拡散することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の少なくとも一は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。
なお、本明細書において、バリア絶縁膜とは、バリア性を有する絶縁膜のことを指す。本明細書において、バリア性とは、対応する物質の拡散を抑制する機能（透過性が低いともいう）とする。または、対応する物質を、捕獲、及び固着する（ゲッタリングともいう）機能とする。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。例えば、絶縁体２１２、絶縁体２７５、及び絶縁体２８３として、より水素バリア性が高い、窒化シリコンなどを用いることが好ましい。また、例えば、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２８２として、水素を捕獲及び水素を固着する機能が高い、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウム、などを用いることが好ましい。これにより、水、水素などの不純物が絶縁体２１２、及び絶縁体２１４を介して、基板側からトランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。または、水、水素などの不純物が絶縁体２８３よりも外側に配置されている層間絶縁膜などから、トランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体２２４などに含まれる酸素が、絶縁体２１２、及び絶縁体２１４を介して基板側に、拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体２８０などに含まれる酸素が、絶縁体２８２などを介してトランジスタ２００より上方に、拡散するのを抑制することができる。この様に、トランジスタ２００を、水、水素などの不純物、及び酸素の拡散を抑制する機能を有する、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３で取り囲む構造とすることが好ましい。
ここで、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３として、アモルファス構造を有する酸化物を用いることが好ましい。例えば、ＡｌＯｘ（ｘは０より大きい任意数）、またはＭｇＯｙ（ｙは０より大きい任意数）などの金属酸化物を用いることが好ましい。このようなアモルファス構造を有する金属酸化物では、酸素原子がダングリングボンドを有しており、当該ダングリングボンドで水素を捕獲または固着する性質を有する場合がある。このようなアモルファス構造を有する金属酸化物をトランジスタ２００の構成要素として用いる、またはトランジスタ２００の周囲に設けることで、トランジスタ２００に含まれる水素、またはトランジスタ２００の周囲に存在する水素を捕獲または固着することができる。特にトランジスタ２００のチャネル形成領域に含まれる水素を捕獲または固着することが好ましい。アモルファス構造を有する金属酸化物をトランジスタ２００の構成要素として用いる、またはトランジスタ２００の周囲に設けることで、良好な特性を有し、信頼性の高いトランジスタ２００、及び半導体装置を作製することができる。
なお、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３は、アモルファス構造であることが好ましいが、一部に多結晶構造の領域が形成されていてもよい。また、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３は、アモルファス構造の層と、多結晶構造の層と、が積層された多層構造であってもよい。例えば、アモルファス構造の層の上に多結晶構造の層が形成された積層構造でもよい。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の成膜は、例えば、スパッタリング法を用いて行えばよい。スパッタリング法は、成膜ガスに水素を用いなくてよいので、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の水素濃度を低減することができる。なお、成膜方法は、スパッタリング法に限られるものではなく、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを適宜用いてもよい。
また、絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８５は、絶縁体２１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間絶縁膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８５として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを適宜用いればよい。
導電体２０５は、酸化物２３０、及び導電体２６０と、重なるように配置する。ここで、導電体２０５は、絶縁体２１６に形成された開口に埋め込まれて設けることが好ましい。
導電体２０５は、導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃを有する。導電体２０５ａは、当該開口の底面及び側壁に接して設けられる。導電体２０５ｂは、導電体２０５ａに形成された凹部に埋め込まれるように設けられる。ここで、導電体２０５ｂの上面は、導電体２０５ａの上面及び絶縁体２１６の上面より低くなる。導電体２０５ｃは、導電体２０５ｂの上面、及び導電体２０５ａの側面に接して設けられる。ここで、導電体２０５ｃの上面の高さは、導電体２０５ａの上面の高さ及び絶縁体２１６の上面の高さと略一致する。つまり、導電体２０５ｂは、導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃに包み込まれる構成になる。
導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃは、後述する導電体２６０ａに用いることができる導電性材料を用いればよい。また、導電体２０５ｂは、後述する導電体２６０ｂに用いることができる導電性材料を用いればよい。また、トランジスタ２００では、導電体２０５は、導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０５は、単層、２層または４層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
絶縁体２２２及び絶縁体２２４は、ゲート絶縁膜として機能する。
絶縁体２２２は、水素（例えば、水素原子、水素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４よりも水素及び酸素の一方または双方の拡散をより抑制できることが好ましい。
絶縁体２２２は、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。当該絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。また、絶縁体２２２としては、上述の絶縁体２１４などに用いることができる、バリア絶縁膜を用いてもよい。
絶縁体２２４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどを適宜用いればよい。酸素を含む絶縁体２２４を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。また、絶縁体２２４は、酸化物２３０ａと重畳するように、島状に加工されていることが好ましい。この場合、絶縁体２７５が、絶縁体２２４の側面及び絶縁体２２２の上面に接する構成になる。これにより、絶縁体２２４と絶縁体２８０を絶縁体２７５によって離隔することができるので、絶縁体２８０に含まれる酸素が絶縁体２２４に拡散し、絶縁体２２４中の酸素が過剰になりすぎるのを抑制することができる。
なお、絶縁体２２２及び絶縁体２２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。なお、図１４（Ｂ）などにおいて、絶縁体２２４を、酸化物２３０ａと重畳して島状に形成する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。絶縁体２２４に含まれる酸素量を適正に調整できるならば、絶縁体２２２と同様に、絶縁体２２４をパターニングしない構成にしてもよい。
酸化物２４３ａ及び酸化物２４３ｂが、酸化物２３０ｂ上に設けられる。酸化物２４３ａと酸化物２４３ｂは、導電体２６０を挟んで離隔して設けられる。酸化物２４３（酸化物２４３ａ、及び酸化物２４３ｂ）は、酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。ソース電極やドレイン電極として機能する導電体２４２と酸化物２３０ｂとの間に酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物２４３を配置することで、導電体２４２と、酸化物２３０ｂとの間の電気抵抗が低減されるので好ましい。なお、導電体２４２と酸化物２３０ｂの間の電気抵抗を十分低減できる場合、酸化物２４３を設けない構成にしてもよい。
酸化物２４３として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。特に、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。酸化物２４３は、酸化物２３０ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、酸化物２４３として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、酸化物２４３として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。具体的には、酸化物２４３に用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２４３の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
導電体２４２ａは酸化物２４３ａの上面に接して設けられ、導電体２４２ｂは、酸化物２４３ｂの上面に接して設けられることが好ましい。導電体２４２ａと導電体２４２ｂは、それぞれトランジスタ２００のソース電極またはドレイン電極として機能する。
導電体２４２（導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂ）としては、例えば、タンタルを含む窒化物、チタンを含む窒化物、モリブデンを含む窒化物、タングステンを含む窒化物、タンタル及びアルミニウムを含む窒化物、チタン及びアルミニウムを含む窒化物などを用いることが好ましい。本発明の一態様においては、タンタルを含む窒化物が特に好ましい。また、例えば、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いてもよい。これらの材料は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
また、導電体２４２の側面と導電体２４２の上面との間に、湾曲面が形成されないことが好ましい。当該湾曲面が形成されない導電体２４２とすることで、図１４（Ｄ）に示すような、チャネル幅方向の断面における、導電体２４２の断面積を大きくすることができる。これにより、導電体２４２の導電率を大きくし、トランジスタ２００のオン電流を大きくすることができる。
絶縁体２７１ａは、導電体２４２ａの上面に接して設けられており、絶縁体２７１ｂは、導電体２４２ｂの上面に接して設けられている。
絶縁体２７５は、絶縁体２２２の上面、絶縁体２２４の側面、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、酸化物２４３の側面、導電体２４２の側面、絶縁体２７１の側面及び上面に接して設けられる。絶縁体２７５は、絶縁体２５０、及び導電体２６０が設けられる領域に開口が形成されている。
絶縁体２１２と絶縁体２８３に挟まれた領域内で、水素などの不純物を捕獲する機能を有する、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２７５を設けることで、絶縁体２２４、または絶縁体２１６などに含まれる水素などの不純物を捕獲し、当該領域内における、水素の量を一定値にすることができる。この場合は、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２７５に、アモルファス構造の酸化アルミニウムが含まれていることが好ましい。
絶縁体２５０は、絶縁体２５０ａと、絶縁体２５０ａ上の絶縁体２５０ｂを有し、ゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁体２５０ａは、酸化物２３０ｂの上面、酸化物２４３の側面、導電体２４２の側面、絶縁体２７１の側面、絶縁体２７５の側面、及び絶縁体２８０の側面に接して配置することが好ましい。また、絶縁体２５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
絶縁体２５０ａは、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。絶縁体２５０ａは、絶縁体２２４と同様に、水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体２５０ａは、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成し、絶縁体２５０ｂは、酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような構成にすることで、絶縁体２５０ａに含まれる酸素が、導電体２６０へ拡散するのを抑制することができる。つまり、酸化物２３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。また、絶縁体２５０ａに含まれる酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。例えば、絶縁体２５０ｂは、絶縁体２２２と同様の材料を用いて設けることができる。
絶縁体２５０ｂとして、具体的には、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、マグネシウムなどから選ばれた一種、もしくは二種以上が含まれた金属酸化物、または酸化物２３０として用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることが好ましい。当該絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。また、絶縁体２５０ｂの膜厚は、０．５ｎｍ以上、３．０ｎｍ以下が好ましく、１．０ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下がより好ましい。
なお、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）では、絶縁体２５０を２層の積層構造で図示したが、本発明はこれに限られるものではない。絶縁体２５０を単層、または３層以上の積層構造としてもよい。
導電体２６０は、絶縁体２５０ｂ上に設けられており、トランジスタ２００の第１のゲート電極として機能する。導電体２６０は、導電体２６０ａと、導電体２６０ａの上に配置された導電体２６０ｂと、を有することが好ましい。例えば、導電体２６０ａは、導電体２６０ｂの底面及び側面を包むように配置されることが好ましい。また、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）に示すように、導電体２６０の上面は、絶縁体２５０の上面と略一致している。なお、図１４（Ｂ）及び図１４（Ｃ）では、導電体２６０は、導電体２６０ａと導電体２６０ｂの２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体２６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
また、導電体２６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体２５０に含まれる酸素により、導電体２６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
また、導電体２６０は、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、導電体２６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
また、トランジスタ２００では、導電体２６０は、絶縁体２８０などに形成されている開口を埋めるように自己整合的に形成される。導電体２６０をこのように形成することにより、導電体２４２ａと導電体２４２ｂとの間の領域に、導電体２６０を位置合わせすることなく確実に配置することができる。
また、図１４（Ｃ）に示すように、トランジスタ２００のチャネル幅方向において、絶縁体２２２の底面を基準としたときの、導電体２６０の、酸化物２３０ｂと重ならない領域の底面の高さは、酸化物２３０ｂの底面の高さより低いことが好ましい。ゲート電極として機能する導電体２６０が、絶縁体２５０などを介して、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域の側面及び上面を覆う構成とすることで、導電体２６０の電界を酸化物２３０ｂのチャネル形成領域全体に作用させやすくなる。よって、トランジスタ２００のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。絶縁体２２２の底面を基準としたときの、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂと、導電体２６０とが、重ならない領域における導電体２６０の底面の高さと、酸化物２３０ｂの底面の高さと、の差は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
絶縁体２８０は、絶縁体２７５上に設けられ、絶縁体２５０、及び導電体２６０が設けられる領域に開口が形成されている。また、絶縁体２８０の上面は、平坦化されていてもよい。この場合、絶縁体２８０の上面の高さは、絶縁体２５０の上面の高さ、及び導電体２６０の上面の高さと概略一致していることが好ましい。
絶縁体２８２は、絶縁体２８０の上面、絶縁体２５０の上面、及び導電体２６０の上面に接して設けられる。絶縁体２８２は、水、水素などの不純物が、上方から絶縁体２８０に拡散するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましく、水素などの不純物を捕獲する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２８２は、酸素の透過を抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。絶縁体２８２としては、例えば、酸化アルミニウムなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２１２と絶縁体２８３に挟まれた領域内で、絶縁体２８０に接して、水素などの不純物を捕獲する機能を有する、絶縁体２８２を設けることで、絶縁体２８０などに含まれる水素などの不純物を捕獲し、当該領域内における、水素の量を一定値にすることができる。特に、絶縁体２８２として、アモルファス構造を有する酸化アルミニウムを用いることで、より効果的に水素を捕獲または固着できる場合があるため好ましい。これにより、良好な特性を有し、信頼性の高いトランジスタ２００、及び半導体装置を作製することができる。
導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂは積層構造としてもよい。導電体２４０を積層構造とする場合、絶縁体２４１と接する導電体には、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、上述の導電体２６０ａに用いることができる導電性材料を用いればよい。
絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂとしては、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂは、絶縁体２８３、絶縁体２８２、及び絶縁体２７１に接して設けられるので、絶縁体２８０などに含まれる水、水素などの不純物が、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂを通じて酸化物２３０に混入するのを抑制することができる。
また、導電体２４０ａの上面及び導電体２４０ｂの上面に接して、配線として機能する導電体２４６（導電体２４６ａ及び導電体２４６ｂ）を配置してもよい。導電体２４６は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。なお、当該導電体は、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
以上により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。また、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。また、低消費電力の半導体装置を提供することができる。
［金属酸化物］
次に、トランジスタに用いることができる金属酸化物（酸化物半導体ともいう）について説明する。
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズなどが含まれていることが好ましい。また、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、コバルトなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
また、金属酸化物は、スパッタリング法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのＣＶＤ法や、ＡＬＤ法などにより形成することができる。
＜結晶構造の分類＞
酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓを含む）、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ ｃｒｙｓｔａｌ）、及び多結晶（ｐｏｌｙ ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。
なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。例えば、ＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ−Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを用いて評価することができる。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ−Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。
例えば、石英ガラス基板では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するＩＧＺＯ膜では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、ＸＲＤスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ Ｂｅａｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう）にて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温成膜したＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温成膜したＩＧＺＯ膜は、結晶状態でもなく、非晶質状態でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
＜＜酸化物半導体の構造＞＞
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、及びｎｃ−ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
ここで、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、及びａ−ｌｉｋｅ ＯＳの詳細について、説明を行う。
［［ＣＡＡＣ−ＯＳ］］
ＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ−ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ−ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
また、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
また、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないことや、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ−ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。従って、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ−ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
［［ｎｃ−ＯＳ］］
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ−ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
［［ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ］］
ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
＜＜酸化物半導体の構成＞＞
次に、上述のＣＡＣ−ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ−ＯＳは材料構成に関する。
［［ＣＡＣ−ＯＳ］］
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
さらに、ＣＡＣ−ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、及びＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、及び［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。
なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、一部にＩｎを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
また、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
ここで、第１の領域は、第２の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第１の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第１の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
一方、第２の領域は、第１の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第２の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
従って、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ−ＯＳ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。導電性の機能と絶縁性の機能と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。よって、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図１５を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、それぞれ１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画素を有する。図１５に、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）の回路図の一例を示す。
図１５に示す画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、発光デバイス１１０（発光素子ともいう）、スイッチＳＷ２１、トランジスタＭ、及び容量Ｃ１を有する。画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、さらに、スイッチＳＷ２２を有していてもよい。ここでは、発光デバイス１１０として、発光ダイオードを用いた例を示している。特に、発光デバイス１１０として、マイクロ発光ダイオードを用いることが好ましい。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２１として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２１のゲートは、走査線ＧＬ１（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２１のソース及びドレインは、一方が信号線ＳＬ（ｊ）と電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２２として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２２のゲートは、走査線ＧＬ２（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２２のソース及びドレインは、一方が配線ＣＯＭと電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
トランジスタＭのゲートは、容量Ｃ１の一方の電極、スイッチＳＷ２１のソース及びドレインの他方、及びスイッチＳＷ２２のソース及びドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタＭのソース及びドレインは、一方が配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続され、他方が発光デバイス１１０のカソードと電気的に接続される。
容量Ｃ１の他方の電極は、配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続される。
発光デバイス１１０のアノードは、配線ＡＮＯＤＥと電気的に接続される。
走査線ＧＬ１（ｉ）は、選択信号を供給する機能を有する。走査線ＧＬ２（ｉ）は、制御信号を供給する機能を有する。信号線ＳＬ（ｊ）は、画像信号を供給する機能を有する。配線ＣＯＭ、配線ＣＡＴＨＯＤＥ、及び配線ＡＮＯＤＥには、それぞれ定電位が供給される。発光デバイス１１０のアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。
スイッチＳＷ２１は、選択信号により制御され、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。
トランジスタＭは、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイス１１０に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。スイッチＳＷ２１が導通状態のとき、信号線ＳＬ（ｊ）に供給される画像信号がトランジスタＭのゲートに供給され、その電位に応じて、発光デバイス１１０の発光輝度を制御することができる。
スイッチＳＷ２２は、制御信号に基づいてトランジスタＭのゲート電位を制御する機能を有する。具体的には、スイッチＳＷ２２は、トランジスタＭを非導通状態にする電位を、トランジスタＭのゲートに供給することができる。
スイッチＳＷ２２は、例えば、パルス幅の制御に用いることができる。制御信号に基づく期間、トランジスタＭから発光デバイス１１０に電流を供給することができる。または、発光デバイス１１０は、画像信号及び制御信号に基づいて、階調を表現することができる。
ここで、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタには、それぞれチャネルが形成される半導体層に金属酸化物（酸化物半導体）を用いたトランジスタを適用することが好ましい。
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア濃度の低い金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。そのため、特に容量Ｃ１に直列に接続されるスイッチＳＷ２１及びスイッチＳＷ２２には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、作製コストを低減することができる。
また、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタに、チャネルが形成される半導体にシリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、高い電界効果移動度を実現することができ、より高速な動作が可能となるため好ましい。
また、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタのうち、一以上に酸化物半導体を適用したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成としてもよい。
なお、図１５において、トランジスタをｎチャネル型のトランジスタとして表記しているが、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図１６〜図２１を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、表示品位が高く、かつ、消費電力が低い。また、本発明の一態様の表示装置は、高精細化及び高解像度化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用いることができる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型やブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）や、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ向け機器、メガネ型のＡＲ向け機器、またはＭＲ向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
本発明の一態様の表示装置は、ＨＤ（画素数１２８０×７２０）、ＦＨＤ（画素数１９２０×１０８０）、ＷＱＨＤ（画素数２５６０×１４４０）、ＷＱＸＧＡ（画素数２５６０×１６００）、４Ｋ（画素数３８４０×２１６０）、８Ｋ（画素数７６８０×４３２０）といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に４Ｋ、８Ｋ、又はそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、本発明の一態様の表示装置における画素密度（精細度）は、３００ｐｐｉ以上が好ましく、５００ｐｐｉ以上がより好ましく、１０００ｐｐｉ以上がより好ましく、３０００ｐｐｉ以上がより好ましく、５０００ｐｐｉ以上がより好ましく、７０００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。このように高い解像度や、高い精細度を有する表示装置を用いることで、携帯型や家庭用途などのパーソナルユースの電子機器において、臨場感や奥行き感などをより高めることが可能となる。
本実施の形態の電子機器は、センサ（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、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。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）を実行する機能、無線通信機能、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す機能等を有することができる。
図１６（Ａ）に、メガネ型の電子機器７００の斜視図を示す。電子機器７００は、一対の表示パネル７０１、一対の筐体７０２、一対の光学部材７０３、一対の装着部７０４、フレーム７０７、鼻パッド７０８等を有する。
電子機器７００は、光学部材７０３の表示領域７０６に、表示パネル７０１で表示した画像を投影することができる。光学部材７０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材７０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域７０６に表示された画像を見ることができる。したがって電子機器７００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
一方または双方の筐体７０２には、前方を撮像することのできるカメラが設けられていてもよい。また、筐体７０２は無線通信機を有していてもよく、当該無線通信機により筐体７０２に映像信号等を供給することができる。なお、無線通信機に代えて、または無線通信機に加えて、映像信号や電源電位が供給されるケーブルを接続可能なコネクタを備えていてもよい。また、筐体７０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを備えることで、ユーザーの頭部の向きを検知して、その向きに応じた画像を表示領域７０６に表示することもできる。
一方または双方の筐体７０２には、プロセッサが設けられていてもよい。プロセッサは、カメラ、無線通信機、一対の表示パネル７０１等、電子機器７００が有する各種コンポーネントを制御する機能や、画像を生成する機能等を有している。プロセッサは、ＡＲ表示のための合成画像を生成する機能を有していてもよい。
また、無線通信機によって、外部の機器とデータの通信を行うことができる。例えば外部から送信されるデータをプロセッサに出力し、プロセッサは、当該データに基づいて、ＡＲ表示のための画像データを生成することもできる。外部から送信されるデータの例としては、画像データのほか、生体センサ装置などから送信される生体情報を含むデータなどが挙げられる。
図１６（Ｂ）を用いて、電子機器７００の表示領域７０６への画像の投影方法について説明する。筐体７０２の内部には、表示パネル７０１が設けられている。また、光学部材７０３には、反射板７１２が設けられ、光学部材７０３の表示領域７０６に相当する部分には、ハーフミラーとして機能する反射面７１３が設けられる。
表示パネル７０１から発せられた光７１５は、反射板７１２により光学部材７０３側へ反射される。光学部材７０３の内部において、光７１５は光学部材７０３の端面で全反射を繰り返し、反射面７１３に到達することで、反射面７１３に画像が投影される。これにより、ユーザーは、反射面７１３に反射された光７１５と、光学部材７０３（反射面７１３を含む）を透過した透過光７１６の両方を視認することができる。
図１６では、反射板７１２及び反射面７１３がそれぞれ曲面を有する例を示している。これにより、これらが平面である場合に比べて、光学設計の自由度を高めることができ、光学部材７０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板７１２及び反射面７１３を平面としてもよい。
反射板７１２としては、鏡面を有する部材を用いることができ、反射率が高いことが好ましい。また、反射面７１３としては、金属膜の反射を利用したハーフミラーを用いてもよいが、全反射を利用したプリズムなどを用いると、透過光７１６の透過率を高めることができる。
ここで、筐体７０２は、表示パネル７０１と反射板７１２との間に、レンズを有していてもよい。このとき、筐体７０２は、レンズと表示パネル７０１との距離や、これらの角度を調整する機構を有していることが好ましい。これにより、ピントの調整や、画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズまたは表示パネル７０１の一方または両方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
また、筐体７０２は、反射板７１２の角度を調整可能な機構を有していることが好ましい。反射板７１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域７０６の位置を変えることが可能となる。これにより、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置に表示領域７０６を配置することが可能となる。
筐体７０２にはバッテリ７１７及び無線給電モジュール７１８が設けられていることが好ましい。バッテリ７１７を有することで、電子機器７００に別途バッテリを接続することなく、使用することができるため、利便性を高めることができる。また、無線給電モジュール７１８を有することで、無線によって充電することができるため、利便性や意匠性を高めることができる。さらに、コネクタ等により有線で充電する場合に比べて、接点不良などの故障のリスクを低減でき、電子機器７００の信頼性を高めることができる。また、バッテリを装着部７０４に設けてもよい。
筐体７０２には、タッチセンサモジュール７１９が設けられている。タッチセンサモジュール７１９は、筐体７０２の外側の面がタッチされることを検出する機能を有する。図１６（Ｂ）では、筐体７０２の表面を指７２０で触れる様子を示している。タッチセンサモジュール７１９により、ユーザーのタップ操作やスライド操作などを検出し、様々な処理を実行することができる。例えば、タップ操作によって動画の一時停止や再開などの処理を実行することや、スライド操作により、早送りや早戻しの処理を実行することなどが可能となる。また、２つの筐体７０２のそれぞれにタッチセンサモジュール７１９を設けることで、操作の幅を広げることができる。
タッチセンサモジュール７１９としては、様々なタッチセンサを適用することができる。例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式、光学方式等、種々の方式を採用することができる。特に、静電容量方式または光学方式のセンサを、タッチセンサモジュール７１９に適用することが好ましい。
光学方式のタッチセンサを用いる場合には、受光デバイス（受光素子ともいう）として、光電変換デバイス（光電変換素子ともいう）を用いることができる。光電変換デバイスとしては、活性層に無機半導体を用いたもの、または有機半導体を用いたもの、などがある。
表示パネル７０１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器７００とすることができる。
図１７（Ａ）に、メガネ型の電子機器９００の斜視図を示す。電子機器９００は、一対の表示パネル９０１、一対の筐体９０２、一対の光学部材９０３、一対の装着部９０４等を有する。
電子機器９００は、光学部材９０３の表示領域９０６に、表示パネル９０１で表示した画像を投影することができる。光学部材９０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材９０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域９０６に表示された画像を見ることができる。したがって、電子機器９００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
電子機器９００が備える表示パネル９０１は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機能を有することが好ましい。このとき、電子機器９００は、光学部材９０３を介して表示パネル９０１に入射された光を受光し、電気信号に変換して出力することができる。これにより、ユーザーの目、または目及びその周辺を撮像し、画像情報として外部、または電子機器９００が備える演算部に出力することができる。
一つの筐体９０２には、前方を撮像することのできるカメラ９０５が設けられている。また図示しないが、いずれか一方の筐体９０２には無線受信機、またはケーブルを接続可能なコネクタが設けられ、筐体９０２に映像信号等を供給することができる。また、筐体９０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを配置することで、ユーザーの頭部の向きを検知して、その向きに応じた画像を表示領域９０６に表示することもできる。また、筐体９０２にはバッテリが設けられていることが好ましく、無線または有線によって充電することができることが好ましい。
図１７（Ｂ）を用いて、電子機器９００の表示領域９０６への画像の投影方法について説明する。筐体９０２の内部には、表示パネル９０１、レンズ９１１、反射板９１２が設けられている。また、光学部材９０３の表示領域９０６に相当する部分には、ハーフミラーとして機能する反射面９１３を有する。
表示パネル９０１から発せられた光９１５は、レンズ９１１を通過し、反射板９１２により光学部材９０３側へ反射される。光学部材９０３の内部において、光９１５は光学部材９０３の端面で全反射を繰り返し、反射面９１３に到達することで、反射面９１３に画像が投影される。これにより、ユーザーは、反射面９１３に反射された光９１５と、光学部材９０３（反射面９１３を含む）を透過した透過光９１６の両方を視認することができる。
図１７では、反射板９１２及び反射面９１３がそれぞれ曲面を有する例を示している。これにより、これらが平面である場合に比べて、光学設計の自由度を高めることができ、光学部材９０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板９１２及び反射面９１３を平面としてもよい。
反射板９１２としては、鏡面を有する部材を用いることができ、反射率が高いことが好ましい。また、反射面９１３としては、金属膜の反射を利用したハーフミラーを用いてもよいが、全反射を利用したプリズムなどを用いると、透過光９１６の透過率を高めることができる。
ここで、電子機器９００は、レンズ９１１と表示パネル９０１との間の距離及び角度の一方又は双方を調整する機構を有していることが好ましい。これにより、ピント調整や、画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズ９１１及び表示パネル９０１の一方または双方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
電子機器９００は、反射板９１２の角度を調整可能な機構を有していることが好ましい。反射板９１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域９０６の位置を変えることが可能となる。これにより、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置に表示領域９０６を配置することが可能となる。
表示パネル９０１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９００とすることができる。
図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）に、ゴーグル型の電子機器９５０の斜視図を示す。図１８（Ａ）は、電子機器９５０の正面、平面及び左側面を示す斜視図であり、図１８（Ｂ）は、電子機器９５０の背面、底面、及び右側面を示す斜視図である。
電子機器９５０は、一対の表示パネル９５１、筐体９５２、一対の装着部９５４、緩衝部材９５５、一対のレンズ９５６等を有する。一対の表示パネル９５１は、筐体９５２の内部の、レンズ９５６を通して視認できる位置にそれぞれ設けられている。
電子機器９５０は、ＶＲ向けの電子機器である。電子機器９５０を装着したユーザーは、レンズ９５６を通して表示パネル９５１に表示される画像を視認することができる。また、一対の表示パネル９５１に異なる画像を表示させることで、視差を用いた３次元表示を行うこともできる。
筐体９５２の背面側には、入力端子９５７と出力端子９５８とが設けられている。入力端子９５７には映像出力機器等からの映像信号や、筐体９５２内に設けられるバッテリを充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子９５８は、例えば音声出力端子として機能することができ、イヤフォンやヘッドフォン等を接続することができる。なお、無線通信により音声データを出力可能な構成とする場合や、外部の映像出力機器から音声を出力する場合には、当該音声出力端子を設けなくてもよい。
電子機器９５０は、レンズ９５６及び表示パネル９５１が、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ９５６と表示パネル９５１との距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。
表示パネル９５１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９５０とすることができる。これにより、ユーザーに高い没入感を感じさせることができる。
緩衝部材９５５は、ユーザーの顔（額や頬など）に接触する部分である。緩衝部材９５５がユーザーの顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材９５５は、ユーザーが電子機器９５０を装着した際にユーザーの顔に密着するよう、柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、ウレタン、スポンジなどの素材を用いることができる。また、緩衝部材９５５として、スポンジ等の表面を布や革（天然皮革または合成皮革）などで覆ったものを用いると、ユーザーの顔と緩衝部材９５５との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。緩衝部材９５５や装着部９５４などの、ユーザーの肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニングや交換が容易となるため好ましい。
図１９（Ａ）に示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
表示部６５０２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１９（Ｂ）は、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている。
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されており、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
図２０（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
表示部７０００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２０（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図２０（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
表示部７０００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２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）に、デジタルサイネージの一例を示す。
図２０（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
図２０（Ｄ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）において、表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
また、図２０（Ｃ）、図２０（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
図２１（Ａ）乃至図２１（Ｆ）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、また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、においまた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２１（Ａ）乃至図２１（Ｆ）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、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処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画や動画を撮影し、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２１（Ａ）乃至図２１（Ｆ）に示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図２１（Ａ）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。図２１（Ａ）では３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。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もできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メールやＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、電波強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
図２１（Ｂ）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。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザーは、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、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
図２１（Ｃ）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、例えばスマートウォッチとして用いることができる。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、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により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うことや、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
図２１（Ｄ）〜図２１（Ｆ）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２１（Ｄ）は携帯情報端末９２０１を展開した状態、図２１（Ｆ）は折り畳んだ状態、図２１（Ｅ）は図２１（Ｄ）と図２１（Ｆ）の一方から他方に変化する途中の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。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
ＡＮＯＤＥ 配線
ＣＣＭＧ 色変換層
ＣＣＭＲ 色変換層
ＣＦＢ 着色層
ＣＦＧ 着色層
ＣＦＲ 着色層
ＣＯＭ 配線
ＰＩＸ 画素
ＳＬ 信号線
ＳＷ２１ スイッチ
ＳＷ２２ スイッチ
１００Ａ 表示装置
１００Ｂ 表示装置
１００Ｃ 表示装置
１００Ｄ 表示装置
１００Ｅ 表示装置
１００Ｆ 表示装置
１００Ｇ 表示装置
１００Ｈ 表示装置
１０１ 基板
１０２ 絶縁層
１０３ 絶縁層
１０４ 絶縁層
１０５ 遮光層
１０６ 遮光層
１０９ 下地膜
１１０ａ 発光ダイオード
１１０ｂ 発光ダイオード
１１０ｃ 発光ダイオード
１１０ 発光デバイス
１１３ａ 半導体層
１１３ｂ 半導体層
１１３ 半導体層
１１４ａ 発光層
１１４ｂ 発光層
１１４ 発光層
１１５ａ 半導体層
１１５ｂ 半導体層
１１５ 半導体層
１１６ａ 導電層
１１６ｂ 導電層
１１６ｃ 導電層
１１６ｄ 導電層
１１６ｅ 導電層
１１６ｆ 導電層
１１７ａ 電極
１１７ｂ 電極
１１７ｃ 電極
１１７ｄ 電極
１１７ｅ 電極
１１７ｆ 電極
１１７ 電極
１２０ａ トランジスタ
１２０ｂ トランジスタ
１２０ｃ トランジスタ
１３０ａ トランジスタ
１３０ｂ トランジスタ
１３０ｃ トランジスタ
１３１ 基板
１３２ 素子分離層
１３３ 低抵抗領域
１３４ 絶縁層
１３５ 導電層
１３６ 絶縁層
１３７ 導電層
１３８ 導電層
１３９ 絶縁層
１４１ 絶縁層
１４２ 導電層
１４３ 絶縁層
１５０Ａ ＬＥＤ基板
１５０Ｂ 回路基板
１５０Ｃ ＬＥＤ基板
１５０Ｄ 回路基板
１５１ 基板
１５２ 絶縁層
１６１ 導電層
１６２ 絶縁層
１６３ 絶縁層
１６４ 絶縁層
１６５ 金属酸化物層
１６６ 導電層
１６７ 絶縁層
１６８ 導電層
１７１ 基板
１７２ 配線
１７３ 絶縁層
１７４ 電極
１７５ 導電層
１７６ 接続体
１７７ 電極
１７８ 電極
１７９ 接着層
１８１ 絶縁層
１８２ 絶縁層
１８３ 絶縁層
１８４ａ 導電層
１８４ｂ 導電層
１８５ 絶縁層
１８６ 絶縁層
１８７ 絶縁層
１８８ 絶縁層
１８９ａ 導電層
１８９ｂ 導電層
１８９ｃ 導電層
１８９ｄ 導電層
１９０ａ 導電層
１９０ｂ 導電層
１９０ｃ 導電層
１９０ｄ 導電層
１９０ｅ 導電層
１９０ｆ 導電層
１９０ 導電層
１９１ 基板
１９２ 接着層
１９５ 導電体
２００ トランジスタ
２０５ａ 導電体
２０５ｂ 導電体
２０５ｃ 導電体
２０５ 導電体
２１２ 絶縁体
２１４ 絶縁体
２１６ 絶縁体
２２２ 絶縁体
２２４ 絶縁体
２３０ａ 酸化物
２３０ｂ 酸化物
２３０ 酸化物
２４０ａ 導電体
２４０ｂ 導電体
２４０ 導電体
２４１ａ 絶縁体
２４１ｂ 絶縁体
２４１ 絶縁体
２４２ａ 導電体
２４２ｂ 導電体
２４２ 導電体
２４３ａ 酸化物
２４３ｂ 酸化物
２４３ 酸化物
２４６ａ 導電体
２４６ｂ 導電体
２４６ 導電体
２５０ａ 絶縁体
２５０ｂ 絶縁体
２５０ 絶縁体
２６０ａ 導電体
２６０ｂ 導電体
２６０ 導電体
２７１ａ 絶縁体
２７１ｂ 絶縁体
２７１ 絶縁体
２７５ 絶縁体
２８０ 絶縁体
２８２ 絶縁体
２８３ 絶縁体
２８５ 絶縁体
７００ 電子機器
７０１ 表示パネル
７０２ 筐体
７０３ 光学部材
７０４ 装着部
７０６ 表示領域
７０７ フレーム
７０８ 鼻パッド
７１２ 反射板
７１３ 反射面
７１５ 光
７１６ 透過光
７１７ バッテリ
７１８ 無線給電モジュール
７１９ タッチセンサモジュール
７２０ 指
９００ 電子機器
９０１ 表示パネル
９０２ 筐体
９０３ 光学部材
９０４ 装着部
９０５ カメラ
９０６ 表示領域
９１１ レンズ
９１２ 反射板
９１３ 反射面
９１５ 光
９１６ 透過光
９５０ 電子機器
９５１ 表示パネル
９５２ 筐体
９５４ 装着部
９５５ 緩衝部材
９５６ レンズ
９５７ 入力端子
９５８ 出力端子
６５００ 電子機器
６５０１ 筐体
６５０２ 表示部
６５０３ 電源ボタン
６５０４ ボタン
６５０５ スピーカ
６５０６ マイク
６５０７ カメラ
６５０８ 光源
６５１０ 保護部材
６５１１ 表示パネル
６５１２ 光学部材
６５１３ タッチセンサパネル
６５１５ ＦＰＣ
６５１６ ＩＣ
６５１７ プリント基板
６５１８ バッテリ
７０００ 表示部
７１００ テレビジョン装置
７１０１ 筐体
７１０３ スタンド
７１１１ リモコン操作機
７２００ ノート型パーソナルコンピュータ
７２１１ 筐体
７２１２ キーボード
７２１３ ポインティングデバイス
７２１４ 外部接続ポート
７３００ デジタルサイネージ
７３０１ 筐体
７３０３ スピーカ
７３１１ 情報端末機
７４００ デジタルサイネージ
７４０１ 柱
７４１１ 情報端末機
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 アイコン
９０５１ 情報
９０５２ 情報
９０５３ 情報
９０５４ 情報
９０５５ ヒンジ
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

Claims (27)

  1. トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有し、
    前記トランジスタは、前記第１の導電層と電気的に接続され、
    前記発光ダイオードは、前記第２の導電層と電気的に接続され、
    前記第１の導電層は、前記トランジスタ上に位置し、
    前記第１の絶縁層は、前記トランジスタ上に位置し、
    前記第２の導電層は、前記第１の導電層上に位置し、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層上に位置し、
    前記発光ダイオードは、前記第２の絶縁層上に位置し、
    前記第１の導電層の前記第２の導電層側の面の高さは、前記第１の絶縁層の前記第２の絶縁層側の面の高さと概略一致し、
    前記第２の導電層の前記第１の導電層側の面の高さは、前記第２の絶縁層の前記第１の絶縁層側の面の高さと概略一致し、
    前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とは、直接接合しており、
    前記第１の導電層と前記第２の導電層とは、直接接合している、表示装置。
  2. 請求項１において、
    さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有し、
    前記第３の絶縁層は、前記トランジスタと前記第１の絶縁層との間に位置し、
    前記第４の絶縁層は、前記発光ダイオードと前記第２の絶縁層との間に位置し、
    前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン膜を有し、
    前記第３の絶縁層及び前記第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有する、表示装置。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１の導電層における、前記トランジスタ側の面と側面との間の角度は、０°より大きく９０°以下であり、
    前記第２の導電層における、前記トランジスタ側の面と側面との間の角度は、９０°以上１８０°未満である、表示装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    さらに、第５の絶縁層を有し、
    前記トランジスタは、金属酸化物層、及びゲート電極を有し、
    前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    前記ゲート電極の上面の高さは、前記第５の絶縁層の上面の高さと概略一致している、表示装置。
  5. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    さらに、第５の絶縁層を有し、
    前記トランジスタは、金属酸化物層、ゲート絶縁層、ゲート電極、第３の導電層、及び第４の導電層を有し、
    前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    前記金属酸化物層は、前記第３の導電層と重なる第１の領域と、前記第４の導電層と重なる第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間の第３の領域と、を有し、
    前記第３の導電層及び前記第４の導電層は、前記金属酸化物層上に互いに離間して位置し、
    前記第５の絶縁層は、前記第３の導電層上及び前記第４の導電層上に位置し、
    前記第５の絶縁層は、前記第３の領域と重なる開口を有し、
    前記ゲート絶縁層は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なり、
    前記ゲート電極は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記ゲート絶縁層を介して、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なる、表示装置。
  6. 第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有し、
    前記第１のトランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有し、
    前記第２のトランジスタは、金属酸化物層を有し、
    前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    前記第２のトランジスタは、前記第１の導電層と電気的に接続され、
    前記発光ダイオードは、前記第２の導電層と電気的に接続され、
    前記第２のトランジスタは、前記第１のトランジスタ上に位置し、
    前記第１の導電層は、前記第２のトランジスタ上に位置し、
    前記第１の絶縁層は、前記第２のトランジスタ上に位置し、
    前記第２の導電層は、前記第１の導電層上に位置し、
    前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層上に位置し、
    前記発光ダイオードは、前記第２の絶縁層上に位置し、
    前記第１の導電層の前記第２の導電層側の面の高さは、前記第１の絶縁層の前記第２の絶縁層側の面の高さと概略一致し、
    前記第２の導電層の前記第１の導電層側の面の高さは、前記第２の絶縁層の前記第１の絶縁層側の面の高さと概略一致し、
    前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とは、直接接合しており、
    前記第１の導電層と前記第２の導電層とは、直接接合している、表示装置。
  7. 請求項６において、
    さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有し、
    前記第３の絶縁層は、前記第２のトランジスタと前記第１の絶縁層との間に位置し、
    前記第４の絶縁層は、前記発光ダイオードと前記第２の絶縁層との間に位置し、
    前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン膜を有し、
    前記第３の絶縁層及び前記第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有する、表示装置。
  8. 請求項６または７において、
    前記第１の導電層における、前記第２のトランジスタ側の面と側面との間の角度は、０°より大きく９０°以下であり、
    前記第２の導電層における、前記第２のトランジスタ側の面と側面との間の角度は、９０°以上１８０°未満である、表示装置。
  9. 請求項６乃至８のいずれか一において、
    さらに、第５の絶縁層を有し、
    前記第２のトランジスタは、さらに、ゲート電極を有し、
    前記ゲート電極の上面の高さは、前記第５の絶縁層の上面の高さと概略一致している、表示装置。
  10. 請求項６乃至８のいずれか一において、
    さらに、第５の絶縁層を有し、
    前記第２のトランジスタは、さらに、ゲート絶縁層、ゲート電極、第３の導電層、及び第４の導電層を有し、
    前記金属酸化物層は、前記第３の導電層と重なる第１の領域と、前記第４の導電層と重なる第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間の第３の領域と、を有し、
    前記第３の導電層及び前記第４の導電層は、前記金属酸化物層上に互いに離間して位置し、
    前記第５の絶縁層は、前記第３の導電層上及び前記第４の導電層上に位置し、
    前記第５の絶縁層は、前記第３の領域と重なる開口を有し、
    前記ゲート絶縁層は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なり、
    前記ゲート電極は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記ゲート絶縁層を介して、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なる、表示装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一において、
    前記第１の導電層及び前記第２の導電層は、同一の金属を有し、
    前記金属は、金である、表示装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一において、
    さらに、機能層を有し、
    前記機能層は、前記発光ダイオード上に位置し、
    前記発光ダイオードが発する光は、前記機能層を介して、前記表示装置の外部に取り出され、
    前記機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有する、表示装置。
  13. 請求項１２において、
    前記色変換層は、量子ドットを有する、表示装置。
  14. 請求項１乃至１３のいずれか一において、
    前記発光ダイオードは、マイクロ発光ダイオードである、表示装置。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか一において、
    前記発光ダイオードは、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物を有する、表示装置。
  16. 請求項１乃至１５のいずれか一に記載の表示装置と、
    コネクタ及び集積回路のうち少なくとも一方と、を有する、表示モジュール。
  17. 請求項１６に記載の表示モジュールと、
    アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち少なくとも一つと、を有する、電子機器。
  18. 請求項１乃至１５のいずれか一に記載の表示装置と、
    光学部材と、
    フレームと、
    筐体と、を有し、
    前記筐体は、タッチセンサを有する、電子機器。
  19. 第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、
    前記複数のトランジスタ上に、それぞれ前記複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、
    第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、
    前記複数の発光ダイオード上に、それぞれ前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第２の導電層を形成し、
    前記複数のトランジスタのそれぞれが、前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、前記複数の第１の導電層のそれぞれを、前記複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させることで、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせる、表示装置の作製方法。
  20. 請求項１９において、
    前記複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いる、表示装置の作製方法。
  21. 請求項１９または２０において、
    第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、
    前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせた後、前記第２の基板を剥離し、
    前記第２の基板を剥離することで露出した面に、前記第３の基板を貼り合わせる、表示装置の作製方法。
  22. 請求項１９または２０において、
    第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、
    前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせた後、前記第２の基板を研磨することで、前記第２の基板の厚さを薄くし、
    前記第２の基板の研磨した面に、前記第３の基板を貼り合わせる、表示装置の作製方法。
  23. 請求項１９乃至２２のいずれか一において、
    前記複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する、表示装置の作製方法。
  24. 第１の基板にチャネル形成領域を有する複数の第１のトランジスタを形成し、
    前記複数の第１のトランジスタ上に、複数の第２のトランジスタをマトリクス状に形成し、
    前記複数の第２のトランジスタ上に、それぞれ前記複数の第２のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、
    第２の基板上に、複数の発光ダイオードをマトリクス状に形成し、
    前記複数の発光ダイオード上に、それぞれ前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第２の導電層を形成し、
    前記複数の第２のトランジスタのそれぞれが、前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続されるように、前記複数の第１の導電層のそれぞれを、前記複数の第２の導電層の少なくとも一つと直接接合させることで、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせ、
    前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせた後、前記第２の基板を剥離し、
    前記第２の基板を剥離することで露出した面に、着色層、色変換層、及び遮光層のうち少なくとも一つを形成する、表示装置の作製方法。
  25. 請求項２４において、
    前記複数の第２のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いる、表示装置の作製方法。
  26. 請求項２４または２５において、
    前記複数の第２のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する、表示装置の作製方法。
  27. 請求項１９乃至２６のいずれか一において、
    前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードである、表示装置の作製方法。
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