JP2022046523A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ動作による入力手段を有する表示装置を提供する。【解決手段】第１の基板、第２の基板、表示部、第１のセンサ素子、第２のセンサ素子を有する表示装置であって、表示部は、第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、第１のセンサ素子および第２のセンサ素子は、第１の基板と第２の基板との間において、表示部と重なる領域に設けられ、第２のセンサ素子が設けられる領域は第１のセンサ素子が設けられる領域と重なるように設けられ、第１の基板および第２の基板は可撓性を有し、第１のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板に対する接触物の有無を検出することができる機能を有し、第２のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板の歪を検出することができる機能を有する。【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、半導体装置、該半導体装置を用いた表示装置に関する。

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
一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明
の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、プログラムまたは、組成物（コンポ
ジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示
する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装
置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を
一例として挙げることができる。

なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置
全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、
表示装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。

近年、表示装置は様々な用途に応用され、携帯型の電子機器などには不可欠な要素となり
つつある。例えば、携帯型の電子機器などに用いられる表示装置は薄型、狭額縁、軽量で
あることなどが求められている。また、表示装置に可撓性を付与することで、新たな用途
が探索されている。

可撓性を有する表示装置としては、例えば、特許文献１に、フィルム基板上にスイッチン
グ素子であるトランジスタや、有機ＥＬ素子を備えたアクティブマトリクス型の発光装置
が開示されている。

特開２００３－１７４１５３号公報

可撓性を有する表示装置は、例えば、曲面ディスプレイなどのように可撓性の特徴を活か
した応用が望める。また、曲げるなどの動作を入力手段の一つとすることも可能である。

したがって、本発明の一態様は、可撓性を有する表示装置を提供することを目的の一つと
する。または、曲げ動作による入力手段を有する表示装置を提供することを目的の一つと
する。または、軽量の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、薄型の表示
装置を提供することを目的の一つとする。または、歪センサを有する表示装置を提供する
ことを目的の一つとする。または、タッチセンサを有する表示装置を提供することを目的
の一つとする。または、新規な表示装置などを提供することを目的の一つとする。または
、上記表示装置の動作方法を提供することを目的の一つとする。または、上記表示装置を
動作させるためのプログラムを提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体
装置などを提供することを目的の一つとする。または当該半導体装置などの動作方法を提
供することを目的の一つとする。または、当該半導体装置などを動作させるためのプログ
ラムを提供することを目的の一つとする。

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。なお、本発明の一
態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題
は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図
面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、曲げ動作による入力手段を有する表示装置に関する。

本発明の一態様は、第１の基板、第２の基板、第１の素子層、第２の素子層を有する表示
装置であって、第１の基板および第２の基板は可撓性を有し、第１の素子層は、第１の基
板と第２の基板との間に設けられ、第２の素子層は、第１の基板と第２の基板との間に設
けられ、第１の素子層および第２の素子層は互いに重なる領域を有し、第１の素子層は、
表示部および第１のセンサ素子を有し、表示部の上面形状は略四角形であり、第１のセン
サ素子は、表示部と重なる領域に設けられ、第２の素子層は第２のセンサ素子を有し、第
２のセンサ素子は、表示部の第１の辺に沿う領域と、第１の辺と対向する第２の辺に沿う
領域と、第１の辺と第２の辺の中間の位置を含む領域と、に重なる領域のそれぞれに設け
られ、第１のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板に対する接触物の有無を検出す
ることができる機能を有し、第２のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板の歪を検
出することができる機能を有することを特徴とする表示装置である。

なお、本明細書における「第１」、「第２」、などの序数詞は、構成要素の混同を避ける
ために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

また、本発明の他の一態様は、第１の基板、第２の基板、第３の基板、第４の基板、第１
の素子層、第２の素子層を有する表示装置であって、第１の基板および第２の基板は可撓
性を有し、第３の基板は、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、第４の基板は、第
１の基板と第２の基板との間に設けられ第３の基板と第４の基板とは互いに重ならない位
置に並べて設けられ、第１の素子層は、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、第１
の素子層は、第３の基板と重なる領域を有し、第１の素子層は、第４の基板と重なる領域
を有し、第２の素子層は、第１の基板と第２の基板との間に設けられ、第２の素子層は、
第３の基板と重なる領域を有し、第２の素子層は、第４の基板と重なる領域を有し、第１
の素子層および第２の素子層は互いに重なる領域を有し、第１の素子層は、表示部および
第１のセンサ素子を有し、表示部の上面形状は略四角形であり、第１のセンサ素子は、表
示部と重なる領域に設けられ、第２の素子層は第２のセンサ素子を有し、第２のセンサ素
子は、表示部の第１の辺に沿う領域と、第１の辺と対向する第２の辺に沿う領域と、第１
の辺と第２の辺の中間の位置を含む領域と、に重なる領域のそれぞれに設けられ、第２の
センサ素子が設けられる領域は、第３の基板および／または第４の基板と重なる領域を有
し、第１のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板に対する接触物の有無を検出する
ことができる機能を有し、第２のセンサ素子は、第１の基板または第２の基板の歪を検出
することができる機能を有することを特徴とする表示装置である。

上記表示部は、表示面を上としたときに第３の基板と第４の基板との間を境に曲げること
ができる。

第３の基板は、第１の基板および第２の基板よりも剛性が高く、また、第４の基板も第１
の基板および第２の基板よりも剛性が高いことが好ましい。

第３の基板および第４の基板は、可撓性を有していてもよい。

第１の素子層と第２の素子層との間に絶縁層を有する構成であってもよい。

第１のセンサ素子としては、金属薄膜抵抗素子を用いることができる。

表示部は、有機ＥＬ素子を有する構成とすることができる。

また、本発明の他の一態様は、第１のステップで表示部に第１の画像を表示し、第２のス
テップで表示部の中央部付近または端部の曲率が第１の設定値以上であるか否かの判定を
行い、前記第２のステップにおいて、当該曲率が第１の設定値以上でない場合は当該曲率
の判定を繰り返し、当該曲率が第１の設定値以上である場合は第３のステップに進み、第
３のステップで表示部の端部に操作用の画像を表示し、第４のステップで操作用の画像上
において接触物の位置を検出し、第５のステップで操作用の画像上において接触物の位置
を検出し、第５のステップにおいて、接触物の位置に変化がなければ第６のステップに進
み、接触物の位置に変化があれば第７のステップに進み、第６のステップで表示部の端部
の曲率が第２の設定値以上であるか否かの判定を行い、第６のステップにおいて、当該曲
率が第２の設定値以上でない場合は第５のステップに戻り、当該曲率が第２の設定値以上
であれば第７のステップに進み、第７のステップで第１の画像から第２の画像への切り替
えを行うことを特徴とする表示装置の動作方法である。

第７のステップで表示部に表示された画像を第１のステップで表示部に表示された画像と
して、第１のステップから第７のステップを順次繰り返し行ってもよい。

本発明の一態様を用いることにより、可撓性を有する表示装置を提供することができる。
または、曲げ動作による入力手段を有する表示装置を提供することができる。または、軽
量の表示装置を提供することができる。または、薄型の表示装置を提供することができる
。または、歪センサを有する表示装置を提供することができる。または、タッチセンサを
有する表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置などを提供することが
できる。または、上記表示装置の動作方法を提供することができる。または、上記表示装
置を動作させるためのプログラムを提供することができる。または、新規な半導体装置な
どを提供することができる。または当該半導体装置などの動作方法を提供することができ
る。または、当該半導体装置などを動作させるためのプログラム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、自ずと明らかとなるものであり、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。

表示装置を説明する上面図および断面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明する上面図および断面図。 歪センサ素子が設けられる領域の位置を説明する上面図。 表示装置を説明する上面図。 表示装置を説明する断面図および歪センサ素子の上面図。 表示装置を説明する断面図。 表示装置を説明するブロック図。 表示装置の形態を説明する図。 表示装置の形態を説明する図。 表示装置の動作を説明する図。 表示装置の動作を説明する図。 表示装置の動作を説明する図。 歪センサ回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 読み出し回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 歪センサ回路および画素回路を説明する図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する断面図。 トランジスタを説明する上面図。 表示モジュールを説明する斜視図。 タッチパネルの一例を示す図。 検知回路及び変換器の構成及び駆動方法の一例を示す図。 検知回路の一例を示す図。 タッチパネルを説明する断面図。 電子機器を説明する図。 表示装置の動作を説明するフローチャート。

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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、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、同一部分また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ことがある。なお、図を構成する同じ要素のハ
ッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。

なお、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、Ｘ
とＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、Ｘ
とＹとが直接接続されている場合とを含むものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例え
ば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。したがっ
て、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または
文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。

ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能
とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイ
オード、表示素子、発光素子、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが
可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイ
ッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか
流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択し
て切り替える機能を有している。

ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能
とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変
換回路（ＤＡ変換回路、ＡＤ変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電
源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）
、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅または電流量などを大きくできる
回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成
回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能であ
る。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号
がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。

なお、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続
されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子または別の回路を挟んで接続されてい
る場合）と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子
または別の回路を挟んで機能的に接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されてい
る場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子または別の回路を挟まずに接続されている場合
）とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、
単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。

なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されてい
る場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もあ
る。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、およ
び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における
電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている
場合も、その範疇に含める。

なお、例えば、トランジスタのソース（または第１の端子など）が、Ｚ１を介して（また
は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）
が、Ｚ２を介して（または介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタ
のソース（または第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部
がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）が、Ｚ２の
一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下
のように表現することができる。

例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（または第１の端子など）とドレイン（または
第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（ま
たは第１の端子など）、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）、Ｙの順序で
電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース
（または第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（または
第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端
子など）、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的
に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（
または第１の端子など）とドレイン（または第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に
接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子など）、トランジスタのドレイ
ン（または第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することが
できる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規
定することにより、トランジスタのソース（または第１の端子など）と、ドレイン（また
は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これら
の表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、
Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）で
あるとする。

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応
じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用
語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。

（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面を用いて説明する。

なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源（照明装置な
ども含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅ
ｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設け
られたモジュール、または表示素子にＣＯＧ方式により駆動回路が直接実装されたモジュ
ールも全て表示装置に含むものとする。

本発明の一態様である表示装置は、可撓性を有する。なお、可撓性とは、曲げ、撓めるこ
とが可能であることをいう。

図１（Ａ）は、本発明の一態様の表示装置を説明する模式図である。図１（Ａ）は上面図
であり、図１（Ｂ）は断面図である。当該表示装置は、基板４１、基板４２、基板４３、
基板４４、基板４８、素子層５１、および素子層５２を有する。なお、図１（Ａ）は基板
４２を省いて図示している。

基板４８の一方の面に接して素子層５１が設けられ、素子層５１に接して基板４２が設け
られる。また、基板４８の他方の面に接して素子層５２が設けられ、素子層５２に接して
基板４３および基板４４が設けられる。ここで、基板４３および基板４４は、重ねること
なく間隔を設けて設置される。そして、素子層５２、基板４３、および基板４４に接して
基板４１が設けられる。

基板４１、基板４２、および基板４８は可撓性を有する。基板４１、基板４２、および基
板４８は、熱膨張に起因する反りなどを防止するために、同じ材料および同じ厚さのもの
を用いることが好ましい。なお、当該三つの基板とそれぞれ接する層または基板とは、図
示しない接着層等を用いて貼り合わすことができる。

なお、基板４８は、酸化シリコンや酸化アルミニウムなどの絶縁層であってもよい。また
、図２（Ａ）に示すように、基板４８を設けない構成とすることもできる。

また、基板４３および基板４４は、基板４１、基板４２、および基板４８よりも剛性の高
い基板を用いることが好ましい。このような構成とすることで、特定の領域が曲がりやす
い表示装置とすることができる。図１（Ａ）、（Ｂ）に示す構成では、基板４３と基板４
４との間の領域で折り曲げやすくすることができる。また、上面から見て、基板４３およ
び基板４４の互いに向かい合う辺と略並行であって、基板４４とは遠い側の基板４３の辺
より外側の領域を折り曲げやすくすることができる。また、上面から見て基板４３および
基板４４の互いに向かい合う辺と略並行であって、基板４３とは遠い側の基板４４の辺よ
り外側の領域を折り曲げやすくすることができる。

また、基板４３および基板４４は、基板４１、基板４２、および基板４８と同じ剛性の基
板を用いてもよい。当該構成において基板４３および基板４４が設けてある領域は、その
厚みの作用によって機械的強度が向上するため、上記と同様に特定の領域を折り曲げやす
くすることができる。また、部分的に基板４１を厚くして基板４３および基板４４を省い
てもよい。

なお、上記各基板の材料、厚さなどを適宜選択することにより、任意の領域において曲げ
やすさを同程度とする構成としてもよい。この場合、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、
基板４３および基板４４を省いた構成としてもよい。

素子層５１は、表示部４７およびタッチセンサ４９を含む。表示部４７に設けられる表示
素子には、代表的には有機ＥＬ素子を用いることができる。また、有機ＥＬ素子に替えて
、無機ＥＬ素子を用いることもできる。また、液晶素子を用いてもよい。例えば、液晶素
子と反射電極と組み合すことで、反射型の表示装置とすることができる。また、液晶素子
と有機ＥＬ素子などの薄型光源と組み合わすことで、透過型の表示装置とすることができ
る。また、液晶素子、反射電極および薄型光源を組み合わすことで、半透過型の表示装置
とすることができる。

また、タッチセンサ４９としては、静電容量方式、光学方式、感圧方式などのタッチセン
サを用いることができる。なお、タッチセンサ４９は、図示したように表示部４７と重な
って設けられる形態に限られず、表示部に組み込まれた形態であってもよい。また、タッ
チセンサ４９が基板４２と素子層５１との間に設けられる形態であってもよい。また、タ
ッチセンサ４９が基板４２の上に設けられていてもよい。

素子層５１には、上記表示素子と電気的に接続される第１の回路が設けられる。第１の回
路は、画素回路としての機能を有することができる。表示素子が有機ＥＬ素子であれば、
例えば、二つのトランジスタおよび一つの容量素子を含む回路構成とすることができる。
また、表示素子が液晶素子であれば、一つのトランジスタおよび一つの容量素子を含む回
路構成とすることができる。

素子層５２には、基板４１および／または基板４２の歪を間接的に検知することのできる
センサが設けられている。センサとしては、具体的には歪センサ素子を用いることができ
る。歪センサ素子には、代表的には金属薄膜抵抗素子を用いることができる。当該金属薄
膜抵抗素子の抵抗変化量から、当該金属薄膜抵抗素子が設けられた領域近傍の歪量を検出
することができる。また、歪センサ素子として、圧電素子を用いることもできる。当該圧
電素子としては、チタン酸バリウム、チタン酸ジルコン酸鉛、酸化亜鉛などの圧電体を有
する素子を用いることができる。

上記歪センサ素子は、図１（Ａ）、（Ｂ）等に図示される領域４６に配置される。なお、
領域４６には、一つの歪センサ素子が配置される例に限らず、複数の歪センサ素子が領域
４６に配置されていてもよい。また、図１では、領域４６は基板４３および／または基板
４４と一部が重なるように図示しているが、重ならない構成または全てが重なる構成とす
ることもできる。

素子層５２は、上記歪センサ素子と電気的に接続される第２の回路を有することができる
。第２の回路は、歪センサ素子の抵抗変化量を読み出す機能を有する。第２の回路は、例
えば、二つまたは三つのトランジスタおよび抵抗を含む構成とすることができる。なお、
第２の回路は素子層５２に含まれず、外付けされる構成であってもよい。

また、図２（Ｂ）に示すように、素子層５１に表示部４７および歪センサ素子を有する領
域４６が設けられていてもよい。この場合、素子層５１に、表示素子と電気的に接続され
る第１の回路と、当該歪センサ素子と電気的に接続される第２の回路を有する構成とする
ことができる。なお、第２の回路は外付けであってもよい。

また、図２（Ｃ）に示すように、素子層５２と、基板４３、基板４４および基板４１との
間に基板４５を設ける構成としてもよい。なお、基板４５は絶縁層であってもよい。

領域４６に配置される歪センサ素子は、図１（Ａ）に示す領域４６内に示される矢印方向
の曲げに対して検出することのできる向きで配置する。例えば、図示するように表示部４
７の上面を略四角形とした場合、歪センサ素子は、表示部４７の第１の辺に沿う領域と、
第１の辺と対向する第２の辺に沿う領域と、第１の辺と第２の辺の中間の位置を含む領域
と、に重なる領域に設けられる。このようにすることで、表示装置を中央で二つに折り曲
げるような動作、および表示装置の端部を曲げる動作を検知することができる。

当該曲げ動作と表示機能を連携させることで、本を見る動作と同様の動作によって表示装
置を操作することができる。具体的には、本を開く動作、閉じる動作、またはページをめ
くる動作などを表示装置に付与することで、画像の表示、表示のオフ、画像の切り替えな
どを行うことができる。

なお、歪センサ素子が配置される領域４６は、図１（Ａ）および図３（Ａ）に示した例に
限られず、図４（Ａ）乃至図４（Ｆ）に示すような位置に設けられていてもよい。図４（
Ａ）乃至図４（Ｆ）に示す位置に領域４６が設けられていても上述した曲げ動作を検出す
ることができる。なお、図１（Ａ）、図３（Ａ）、および図４（Ａ）乃至図４（Ｆ）に図
示される領域４６の数および間隔は一例であり、限定されるものではない。

なお、表示部４７、領域４６が有する歪センサ素子、および各駆動回路の上面図の一例を
図５に示す。

表示部４７は、マトリクス状に整列した画素８１と、画素８１は、前述した表示素子およ
び第１の回路を有する。第１の回路は回路７１および回路７２と電気的に接続される。回
路７１は、例えば、信号線駆動回路（ソースドライバ）としての機能を有することができ
る。回路７２は、例えば、走査線駆動回路（ゲートドライバ）としての機能を有すること
ができる。

歪センサ素子８２は、一部の画素８１中に設けることができる、または一部の画素８１と
重なるように設けることができる。

前述した第２の回路は、画素８１に含むことができる。または、画素８１と重ねて設ける
ことができる。または、外付けの回路とすることができる。回路７３および回路７４は、
歪センサ素子８２を選択する回路、および信号を読み出すための回路である。回路７３お
よび回路７４のいずれかに第２の回路を含ませることもできる。

図６（Ａ）は表示素子に有機ＥＬ素子を用いた表示装置の一部の断面図の一例である。な
お、図６（Ａ）では図５に示す画素８１の表示素子および歪センサ素子８２が含まれる領
域３０２、駆動回路を含む領域３０６、およびＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅ
ｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）接続領域３０５のそれぞれが有する代表的な構成の一部を図示して
いる。また、図６（Ｂ）は歪センサ素子８２の上面図であり、点線部位の断面を図６（Ａ
）に示している。歪センサ素子８２は矢印方向の形状変化を検出することができる。なお
、タッチセンサ４９については、詳細を省略する。

領域３０６には、第２の回路、回路７１、回路７２、回路７３または回路７４などをふく
むことができる。なお、第２の回路、回路７１、回路７２、回路７３または回路７４の一
部または全ては、外付けのＩＣチップであってもよい。

図６（Ａ）に示す表示装置は、図１（Ａ）に示す表示装置の一例であり、基板４１と、基
板４３と、素子層５２と、基板４８と、絶縁膜３２１ａと、素子層５１と、絶縁膜３２１
ｂと、基板４２が、上記順序で積層されている領域を有する。なお、基板４１、基板４２
、基板４３、および基板４８のそれぞれが接する層および基板との間には、図示されない
接着層などが設けられていてもよい。

絶縁膜３２１ａおよび絶縁膜３２１ｂとしては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、
窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜の単層、またはこれらの積層を用いることが
できる。

図６（Ａ）において素子層５１は、トランジスタ３５０と、トランジスタ３５４ａと、ト
ランジスタ３５４ｂと、絶縁膜３６４、絶縁膜３６８と、平坦化絶縁膜３７０と、接続電
極３６０と、導電膜３７２と、導電膜３７４と、絶縁膜３３４と、封止層４３２と、着色
層３３６（カラーフィルタ）と、遮光層３３８（ブラックマトリクス）を有する。また、
素子層５１は、基板４１、基板４８、封止層４３２およびシール材３１２によって密閉さ
れる。なお、素子層５１においては、上記の要素の一部が含まれない場合もある。また、
上記以外の要素が含まれる場合もある。

また、素子層５２は、歪センサ素子８２および平坦化絶縁膜３７１を有する。なお、歪セ
ンサ素子８２の抵抗変化を読み取るための第２の回路を素子層５２に設けてもよい。

絶縁膜３６４には、例えば、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。
絶縁膜３６４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
いて形成することが好ましい。絶縁膜３６８は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカ
リ土類金属等のブロッキングできる機能を有する。例えば、窒化絶縁膜などを用いること
が好ましい。

また、平坦化絶縁膜３７０、３７１としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミ
ドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有
する有機材料を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層
させることで、平坦化絶縁膜３７０、３７１を形成してもよい。

領域３０２において、トランジスタ３５０は第１の回路が有するトランジスタであり、有
機ＥＬ素子４８０と電気的に接続される。有機ＥＬ素子４８０は、導電膜３７２、ＥＬ層
４４６、および導電膜３７４を有する。図６（Ａ）に示す表示装置は、有機ＥＬ素子４８
０が有するＥＬ層４４６が発光することによって、画像を表示することができる。

平坦化絶縁膜３７０上の導電膜３７２上には、絶縁膜４３０が設けられる。絶縁膜４３０
は、導電膜３７２の一部を覆っている。導電膜３７２にＥＬ層４４６が発する光に対して
反射率の高い導電膜を用い、導電膜３７４に当該光に対して透光性が高い導電膜を用いる
ことで、有機ＥＬ素子４８０をトップエミッション構造とすることができる。また、導電
膜３７２に当該光に対して透光性の高い導電膜を用い、導電膜３７４に当該光に対して反
射率の高い導電膜を用いることで、有機ＥＬ素子４８０をボトムエミッション構造とする
ことができる。また、導電膜３７２および導電膜３７４の両方に当該光に対して透光性が
高い導電膜を用いることでデュアルエミッション構造とすることができる。

絶縁膜４３０としては、例えば、有機樹脂または無機絶縁材料を用いることができる。有
機樹脂としては、例えば、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン
樹脂、エポキシ樹脂、またはフェノール樹脂等を用いることができる。無機絶縁材料とし
ては、例えば、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、有機ＥＬ素子４８０と重なる位置に、着色層３３６が設けられ、絶縁膜４３０と重
なる位置に遮光層３３８が設けられている。着色層３３６および遮光層３３８は、絶縁膜
３３４で覆われている。有機ＥＬ素子４８０と絶縁膜３３４の間は封止層４３２で充填さ
れている。

封止層４３２としては、可撓性を有する固体封止材料を用いることができる。例えば、ガ
ラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光
硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。

なお、図６（Ａ）に示す表示装置においては、着色層３３６を設ける構成について例示し
たが、これに限定されない。例えば、発光色の異なるＥＬ層４４６を選択的に形成する場
合においては、着色層３３６を設けない構成としてもよい。着色層３３６の色は、ＲＧＢ
（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、Ｒの画素とＧの画素
とＢの画素とＷ（白）の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列の
ように、ＲＧＢのうちの２色分で一つの色要素を構成し、色要素によって、異なる２色を
選択して構成してもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追
加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。
ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示
の表示装置に適用することもできる。

基板４１、基板４２、基板４３、基板４４、基板４８には、それぞれ、靱性が高い材料を
用いることが好ましい。これにより、耐衝撃性に優れ、破損しにくい発光装置を実現でき
る。例えば、基板４１および基板４２を有機樹脂基板とすることで、基材にガラス基板を
用いる場合に比べて、軽量であり、破損しにくい表示装置を実現できる。

基板４１、基板４２、基板４３、基板４４、基板４８としては、例えば、可撓性を有する
程度の厚さのガラス、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレー
ト（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
メチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（Ｐ
ＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、およびポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等
から選ばれた材料を用いることができる。とくに、熱膨張係数の低い材料を用いることが
好ましく、例えば、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ等を用いることが好
ましい。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜ
て熱膨張係数を小さくした基板を使用することもできる。

ＦＰＣ接続領域３０５は、接続電極３６０、異方性導電膜３８０、およびＦＰＣ３１６を
有する。また、接続電極３６０は、トランジスタのソース電極層およびドレイン電極層を
形成する工程で形成することができる。また、接続電極３６０は、ＦＰＣ３１６が有する
端子と異方性導電膜３８０を介して、電気的に接続される。

なお、歪センサ素子８２は金属薄膜の伸縮に伴う抵抗変化を検出するため、当該金属薄膜
が伸縮しやすいように一方の面と他方の面は機械的物性（弾性率、曲げ強さ、ヤング率、
ポアソン比、硬度など）が異なる材料と接していることが好ましい。例えば、図６（Ａ）
の構成では、一方の面が平坦化絶縁膜３７１と接し、他方の面が基板４１と接している。
ここで、平坦化絶縁膜３７１と基板４１で機械的物性が異なる材料を用いることで、相対
的に当該金属薄膜の伸縮しやすい面が決定される。したがって、例えば、凸型に変形した
場合に当該金属薄膜が伸び、凹型に変形した場合は当該金属薄膜が縮むことになり、両者
の抵抗値によって変形の方向を検出することができる。

また、本発明の一態様の表示装置は、図７に示す断面図の構成であってもよい。図７に示
す表示装置は図２（Ｂ）に示す表示装置の一例である。なお、図６に示す表示装置と共通
する部分の説明は省略する。

図７では図５に示す画素８１の表示素子および歪センサ素子８２が含まれる領域３０２、
駆動回路を含む領域３０６、およびＦＰＣ接続領域３０５のそれぞれが有する代表的な構
成の一部を図示している。

領域３０６において、トランジスタ３５２は第２の回路に含まれるトランジスタとするこ
とができる。この場合、歪センサ素子８２の一方および他方の電極は異なる配線とそれぞ
れ電気的に接続される。当該配線の一方はトランジスタ３５２のゲート電極と電気的に接
続される。

また、領域３０６において、トランジスタ３５４は、回路７１、回路７２、回路７３また
は回路７４に含まれるトランジスタとすることできる。

また、図６（Ａ）および図７の表示装置の構成では、基板４１および基板４２の間におい
て、高さ（厚み方向）の異なる位置に歪センサ素子を二つ以上設けてもよい。また、基板
４１上、基板４２上、または基板４１上および基板４２上に歪センサ素子を設けてもよい
。

上記表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域が酸化物半導体層で形成された
トランジスタであることが好ましい。

酸化物半導体層を用いたトランジスタは、移動度が高いためトランジスタの占有面積を小
さくすることができ、開口率を向上させることができる。また、当該トランジスタを用い
て、画素８１と同一基板上に回路７１乃至回路７４を形成することもできる。また、当該
トランジスタはオフ電流が極めて小さく、画像信号等の保持時間を長くすることができる
ことから、フレーム周波数を低くすることができ、表示装置の消費電力を低減させること
ができる。

また、歪センサ素子８２が電気的に接続されるトランジスタにも酸化物半導体層を用いた
トランジスタを用いることが好ましい。当該トランジスタにオフ電流の極めて小さいトラ
ンジスタを用いることで、出力配線等に対する不必要な電荷の入出力を抑制することがで
きる。

また、酸化物半導体層としては、ｃ軸に配向した結晶を有することが好ましい。トランジ
スタのチャネル形成領域に当該結晶を有する酸化物半導体層を用いると、例えば、表示装
置を曲げる際に当該酸化物半導体層にクラック等が入りにくくなるため、信頼性を向上さ
せることができる。

なお、酸化物半導体層を有するトランジスタを用いることは一例であり、非晶質シリコン
層や多結晶シリコン層を有するトランジスタを用いてもよい。または、有機半導体を有す
るトランジスタを用いてもよい。有機半導体の例としては、テトラセンやペンタセンなど
のアセン類、オリゴチオフェン誘導体、フタロシアニン類、ペリレン誘導体、ルブレン、
Ａｌｑ３、ＴＴＦ－ＴＣＮＱ、ポリチオフェン（ポリ（３－ヘキシルチオフェン）（Ｐ３
ＨＴ）など）、ポリアセチレン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリピロー
ル、ポリアニリン、アントラセン、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ポリパラフ
ェニレンビニレン（ＰＰＶ）、などがあげられる。

図８は、本発明の一態様の表示装置のブロック図の一例である。表示装置５０００は、表
示部５００１、歪センサ部５００２、タッチセンサ部５００９、回路５０１０、回路５０
２０、回路５０３０、第１の記憶装置５０４０、第２の記憶装置５０５０を有する。なお
、表示部５００１、歪センサ部５００２およびタッチセンサ部以外の要素は表示装置５０
００に含まず、外付けされる構成であってもよい。また、表示装置５０００には図示しな
い様々な制御回路、演算回路、電源回路、上記とは異なる記憶回路などを接続することが
できる。

ここで、回路５０１０は、表示部５００１を制御する機能を有することができる。また、
回路５０２０は、表示部５００１に表示する情報に関する処理を行う機能を有することが
できる。また、回路５０３０は、歪センサ部５００２およびタッチセンサ部５００９を制
御する機能を有することができる。なお、歪センサ部５００２およびタッチセンサ部５０
０９をそれぞれ制御する回路を設けてもよい。また、第１の記憶装置５０４０および第２
の記憶装置５０５０は、表示部５００１に表示する情報に関するデータ（以下、表示デー
タ）を記憶する機能を有することができる。第１の記憶装置５０４０は記憶媒体から表示
データを読み出す再生装置であってもよい。

まず、可撓性を有する表示部５００１が有する歪センサ部５００２および／またはタッチ
センサ部５００９で検出された信号は、回路５０３０を介して回路５０２０に入力される
。

回路５０２０では、上記信号に基づいて第１の記憶装置５０４０から必要な表示データを
読み出す。当該表示データの一部は第２の記憶装置５０５０に記憶させることができ、必
要に応じて、第２の記憶装置５０５０から表示データを読み出すこともできる。また、第
２の記憶装置５０５０には、ユーザが入力するデータを記憶することもできる。また、歪
センサ部５００２で検出された信号に基づいて、表示部５００１への電源供給を制御する
こともできる。

また、回路５０２０は通信機器５０６０と接続することができ、通信機器５０６０を介し
て表示データを外部から読み出すこともできる。また、通信機器５０６０を介して外部に
表示データやユーザが入力したデータを出力することもできる。

回路５０２０に読み出された表示データは回路５０１０に入力され、表示部５００１で当
該表示データに基づく画像が表示される。

以上の動作を繰り返し行うことで、表示装置の曲げ操作および／またはタッチ操作と表示
機能を連携させることができ、本を見る動作と同様の動作によって表示装置を操作するこ
とができる。

本発明の一態様の表示装置の応用形態を説明する。図９（Ａ）は、本発明の一態様の表示
装置５０００を略平面を有するように開いた状態の一例である。例えば、表示部５００１
には、時刻５１０１、ソフトウェアの起動とリンクするアイコン５１０２、文字情報５１
０３、画像５１０４などを表示することができる。表示部５００１が有するタッチセンサ
を利用することにより、アイコン５１０２の操作や画面の切り替えなどを行うことができ
る。すなわち、本発明の一態様の表示装置は、情報端末として利用することができる。

次に、表示装置５０００を電子ブックとして利用する場合の一形態を説明する。図９（Ａ
）の状態と同様に表示装置５０００が平面状に開いた状態では、例えば、図９（Ｂ）に示
すようにユーザが選択した情報を表示部５００１全体に表示することができる。

続いて、表示装置５０００を折り曲げた場合の動作を説明する。まず、表示装置５０００
を中央付近を境に二つに折り曲げると、図１０（Ａ）に示すように表示部の両端に束ねた
紙の端部のような画像５００３が表示される。なお、図１０（Ａ）の上図を前面図とした
とき、図１０（Ａ）の下図は、上面図に相当する。また、画像５００３が表示される表示
部５００１の折り曲げの角度は任意に設定すればよい。例えば、当該角度は１７５°乃至
１００°程度とすることができる。

また、画像５００３は、図１０（Ｂ）に示すように、表示装置５０００の端部を折り曲げ
ることでも表示することができる。なお、図１０（Ｂ）の上図を前面図としたとき、図１
０（Ｂ）の下図は、上面図に相当する。

また、画像５００３は、図１０（Ｃ）に示すように、表示しているページの大凡の位置を
視覚的に判断できるように、画像５００３の幅を表示部５００１の左右で変えることがで
きる。例えば、左から右にページをめくって読む本を表示装置５０００で読むことを想定
した場合、読み始めの状態においては、表示部５００１の左側の画像５００３の幅を狭く
し、右側の画像５００３の幅を広くする。また、読み終わりの状態においては、その逆と
することができる。

また、図１１（Ａ）に示すように画像５００３にインデックス５００４を付けることもで
きる。また、図１１（Ｂ）に示すように、表示装置５０００の端部において、表示部５０
０１の表示面が凸型になるように曲げた場合には、束ねた紙の端部の間隔が表示部の外側
ほど広くなるような画像５００３を表示することができる。また、画像５００３の幅は、
表示装置５０００の端部の曲率によって変化させることができる。例えば、本と同じよう
に当該曲率が大きいほど画像５００３の幅を広くする。逆に、当該曲率が小さい場合は、
画像５００３の幅を狭くする。また、当該曲率が小さく、かつ表示装置５０００の中央部
の折り曲げの曲率が小さい場合においては、画像５００３の幅をさらに狭くし、図９（Ｂ
）に示す表示に近づく。

上述した図１０（Ａ）乃至図１１（Ｂ）における表示装置５０００の形態は、実物の本の
形状および視覚的な形態を模したものである。

次に、表示装置５０００の操作方法の一例を説明する。

例えば、表示部５００１に表示されているページを切り替える方法としては、まず、上述
したいずれかの方法を用いて画像５００３を表示させる。そして、図１２（Ａ）に示すよ
うに、指等で画像５００３が表示されている領域を触れ、指等をスライドすることによっ
て、任意のページを表示させることができる。例えば、指等をゆっくりとスライドさせる
ことで、１ページずつ画像を切り替えることができる。また、指等を速くスライドさせる
ことで、目的のページを迅速に表示させることができる。また、インデックス５００４の
表示がある場合は、インデックス５００４が表示されている領域を触れることで、目的の
ページに迅速に切り替えることができる。上記動作は、表示装置５０００が有する歪セン
サ部５００２およびタッチセンサ部５００９の機能を利用する。

また、図１２（Ｂ）に示すように、表示部５００１の表示面が凸型になるように曲げるこ
とによってもページを切り替えることができる。例えば、曲げて戻す動作を一度行う毎に
１ページずつ画像を切り替えることができる。また、曲げた状態を維持することで、連続
的に画像を切り替えることができる。当該動作は、表示装置５０００が有する歪センサ部
５００２の機能を利用する。

なお、上記画像の切り替え時は、本のページをめくるような画像の表示をさせてもよいし
、瞬時に画像の切り替え表示を行ってもよい。また、表示部５００１の左側に表示される
画像５００３の領域を用いて上記操作をする場合は、左から右にページをめくるように画
像を切り替えることができる。また、表示部５００１の右側に表示される画像５００３の
領域を用いて上記操作をする場合は、右から左にページをめくるように画像を切り替える
ことができる。

また、本のページをめくるように画像の切り替えを行う場合は、表示面の折り曲げ角度で
調整することもできる。例えば、図１３（Ａ）に示すように、相対的に表示面の折り曲げ
角度が大きい（平坦に近い）場合はゆっくりと画像が切り替わり、図１３（Ｂ）に示すよ
うに、相対的に表示面の折り曲げ角度が小さい場合は速く画像が切り替わるような機能を
持たせることができる。当該動作は、表示装置５０００が有する歪センサ部５００２の機
能を利用する。

上述した表示装置５０００を電子ブックとして利用する場合の一形態の動作は、図３７に
示すフローチャートに従って説明することができる。

まず、表示部５００１に画像を表示する（Ｓ１０１）。当該画像はユーザが選択したもの
であり、例えば、本の表紙、本の任意のページである。

ユーザがページを変更する場合、表示部５００１の中央部付近または端部を折り曲げる動
作を行う。

表示装置５０００は、上記曲げ動作による曲率が設定値以上であるか否かの判定を歪セン
サを用いて行う（Ｓ１０２）。

当該曲率が設定値以上でない場合は、Ｓ１０１の画像表示を保持したまま上記曲率判定を
繰り返す。

当該曲率が設定値以上である場合は、表示部の端部に操作用の画像５００３を表示する（
Ｓ１０３）。

次に、ユーザが画像５００３上に例えば指を置くと、表示装置５０００のタッチセンサに
より指の位置が検出される（Ｓ１０４）。

ユーザが画像５００３上で指等の接触物を動かす、または表示部５００１の端部を折り曲
げる動作を行う。

タイマー等を用いて表示装置５０００のタッチセンサにより再び指の位置の検出が行われ
る（Ｓ１０５）。このとき、指の位置が変化していれば、ユーザが目的とする画像を選択
し、当該画像を表示する（Ｓ１０７）。すなわち、ページを切り替える動作が行われる。

Ｓ１０５において、指の位置の変化が認められない場合は、歪センサによって曲率が設定
値以上であるか否かの判定を行う（Ｓ１０６）。このとき、曲率が設定値以上であれば、
ユーザが目的とする画像を選択し、当該画像を表示する（Ｓ１０７）。

Ｓ１０６において、曲率が設定値以上でなければＳ１０１の画像を保持し、Ｓ１０５に戻
る。

Ｓ１０７において画像が切り替えられた後、当該画像を対象としてＳ１０１に戻り上記ス
テップを繰り返す。

なお、図３７に示すフローチャートは一例であり、当該フローチャートに含まれる一部の
ステップを除外して動作させることもできる。また、当該フローチャートに含まれないス
テップを追加してもよい。

また、表示装置５０００は、上記フローチャートに示すステップが記述されたプログラム
を有していてもよい。または、当該プログラムは、表示装置５０００を制御する制御装置
が有していてもよい。または、当該プログラムは記憶媒体に格納されていてもよい。

なお、画像５００３が表示される領域および当該領域が有する機能は、表示部５００１と
は分離されて設けられていてもよい。

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。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した歪センサ素子および歪センサ素子の抵抗変化
量を読み出す機能を有する第２の回路について説明する。なお、本実施の形態では歪セン
サ素子と電気的に接続された第２の回路を歪センサ回路と称する。

図１４（Ａ）は、歪センサ素子として金属薄膜抵抗素子などの可変抵抗素子を用いた歪セ
ンサ回路の一例である。当該歪センサ回路は、トランジスタ５０１、トランジスタ５０２
、可変抵抗素子５１０、抵抗素子５２０を有する。

トランジスタ５０１のソースまたはドレインの一方は配線５４０と電気的に接続され、ソ
ースまたはドレインの他方はトランジスタ５０２のソースまたはドレインの一方と電気的
に接続される。トランジスタ５０２のソースドレインの他方は配線５５０と電気的に接続
され、ゲートは配線５３０と電気的に接続される。可変抵抗素子５１０の一方の端子は配
線５６０と電気的に接続され、他方の端子は抵抗素子５２０の一方の端子およびトランジ
スタ５０１のゲートと電気的に接続される。抵抗素子５２０の他方の端子は配線５７０と
電気的に接続される。

ここで、配線５３０は、歪センサ回路の選択信号線としての機能を有することができる。
配線５４０は、高電源電位線としての機能を有することができる。配線５５０は、出力信
号線としての機能を有することができる。配線５６０は、高電源電位線としての機能を有
することができる。配線５７０は、低電源電位線としての機能を有することができる。な
お、配線５６０を低電源電位線、配線５７０を高電源電位線としてもよい。

トランジスタ５０１はノードＮＤ１の電位により、導通、非導通が制御され、トランジス
タ５０２は配線５３０の電位により、導通、非導通が制御される。

例えば、配線５４０の電位Ｖｐｃ２および配線５５０の初期の電位Ｖｉｎｉの間にＶｉｎ
ｉ＜Ｖｐｃ２のような関係があるとする。そして、配線５３０を”Ｈ”レベルの電位とし
てトランジスタ５０２が導通すると、配線５５０の電位Ｖｏｕｔは、トランジスタ５０１
の導通、非導通により変化することになる。すなわち、トランジスタ５０１のゲート電位
であるノードＮＤ１の電位Ｖ１に依存して、配線５５０の電位Ｖｏｕｔが決定される。

ノードＮＤ１の電位は可変抵抗素子５１０の抵抗値Ｒ１および抵抗素子５２０の抵抗値Ｒ
２によって決まる。すなわち、配線５６０の電位をＶｅｘ１、配線５７０の電位をＶｅｘ
２とするとき、ノードＮＤ１の電位Ｖ１は、下記数式で表すことができる。

上記数式より、可変抵抗素子５１０の抵抗値Ｒ１が正の方向に変化した場合、Ｖ１は減少
するように変化し、可変抵抗素子５１０の抵抗値Ｒ１が負の方向に変化した場合、Ｖ１は
増加するように変化する。当該歪センサ回路では、Ｖ１に応じた電位を配線５５０に出力
する。したがって、配線５５０に出力された電位によって、可変抵抗素子５１０にかかる
歪の変化量を感知することができる。

なお、本発明の一態様の歪センサ回路は、図１４（Ｂ）に示す構成であってもよい。図１
４（Ｂ）に示す歪センサ回路は、トランジスタ５０３を有する点が図１４（Ａ）に示す歪
センサ回路と異なる。トランジスタ５０３のソースまたはドレインの一方は可変抵抗素子
５１０の一方の端子と電気的に接続され、ソースまたはドレインの他方は配線５６０と電
気的に接続される。また、トランジスタ５０３のゲートは配線５３０と電気的に接続され
る。

トランジスタ５０３は配線５３０が”Ｈ”レベルの電位のとき、すなわち当該歪センサ回
路が選択されたときのみ導通する機能を有する。したがって、配線５３０が”Ｌ”レベル
の電位のときは非導通となるため、配線５６０および配線５７０間を流れる不必要な電流
を抑制することができる。

図１５は、図１４（Ａ）に示した回路と同様の歪センサ回路部９１および有機ＥＬ素子を
含む画素回路部９２を組み合わせた回路の一例である。画素回路部９２は、トランジスタ
５０４、トランジスタ５０５、容量素子６１０、有機ＥＬ素子６２０を有する。

トランジスタ５０４のソースまたはドレインの一方は配線５８０と電気的に接続され、ソ
ースまたはドレインの他方はトランジスタ５０５のゲートおよび容量素子６１０の一方の
端子と電気的に接続される。また、トランジスタ５０４のゲートは、配線５９０と電気的
に接続される。また、容量素子６１０の他方の端子およびトランジスタ５０５のソースま
たはドレインの一方は、配線５６０に電気的に接続される。また、トランジスタ５０５の
ソースまたはドレインの他方は有機ＥＬ素子６２０の一方の端子と電気的に接続され、有
機ＥＬ素子６２０の他方の端子は配線５７０と電気的に接続される。

図１５に示す回路では、有機ＥＬ素子６２０の他方の端子および抵抗素子５２０の他方の
端子は電気的に接続される構成とすることができる。

ここで、配線５８０は、画素回路部９２に画像信号を入力する信号線としての機能を有す
ることができる。また、配線５９０は、画素回路部９２の選択信号線としての機能を有す
ることができる。

トランジスタ５０４は、配線５９０の電位が”Ｈ”レベルのときに導通し、配線５８０の
電位に応じたデータをノードＮＤ２に書き込むことができる。また、配線５９０の電位を
”Ｌ”レベルとすることで、ノードＮＤ２のデータを格納することができる。

ノードＮＤ２の電位に応じて、トランジスタ５０５の導通、非導通が制御される。したが
って、ノードＮＤ２の電位によって有機ＥＬ素子６２０の発光、非発光を制御することが
できる。

なお、当該回路は、図１６に示すように、図１４（Ｂ）に示した回路と同様の歪センサ回
路部９１と有機ＥＬ素子を含む画素回路部９２を組み合わせた構成であってもよい。容量
素子６１０の他方の端子、トランジスタ５０５のソースまたはドレインの一方、およびト
ランジスタ５０３のソースまたはドレインの他方は電気的に接続される構成とすることが
できる。

図１５および図１６に示す回路は、一つの画素回路部９２と一つの歪センサ回路部９１を
組み合わせた構成例であるが、図１７に示すように複数の画素回路部９２と一つの歪セン
サ回路部９１を組み合わせた構成であってもよい。なお、図１７では４つの画素回路部（
画素回路部９２ａ乃至画素回路部９２ｄ）を例示したが、これに限らず二つ以上の画素回
路部と一つの歪センサ回路部９１を組み合わせる構成とすることができる。なお、図１８
に示すように、歪センサ回路部９１がトランジスタ５０３を有する構成であってもよい。

なお、配線５５０には、図１９に示すような読み出し機能を有する回路を設けることがで
きる。配線５５０はセレクタ６３０に接続され、選択された信号がトランジスタ６４０の
ゲートに入力される。ここで、トランジスタ６５０はトランジスタ６４０のゲート電位を
配線５４５から供給される電位にリセットするためのスイッチである。トランジスタ６４
０から出力される信号は、アンプ６６０およびアナログ－デジタル変換器６７０を介して
デジタルデータとして出力することができる。配線５４５は、低電源電位線としての機能
を有することができる。なお、図１４乃至図１８に示す回路に図１９に示す読み出し機能
を有する回路を組み合わせた場合、配線５４０を低電源電位線、配線５４５を高電源電位
線としてもよい。

また、上記は画素回路部９２が有機ＥＬ素子６２０を有する例を示したが、図２０および
図２１に示すように画素回路部９２が液晶素子６２５を有する構成とすることもできる。
もちろん、前述した回路と同様に図２０および図２１に示す回路にトランジスタ５０３を
設ける構成としてもよい。

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。

（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のできるトランジスタおよび
該トランジスタを構成する材料について説明する。本実施の形態で説明するトランジスタ
は、先の実施の形態で説明したトランジスタ３５０、３５２、３５４、５０１、５０２、
５０３、５０４、５０５などに用いることができる。

図２２（Ａ）は、本発明の一態様である表示装置に用いることができる一例のトランジス
タの断面図である。当該トランジスタは、基板９００上に形成された絶縁膜９１５と、ゲ
ート電極層９２０と、絶縁膜９３１および絶縁膜９３２の順で形成されたゲート絶縁膜９
３０と、酸化物半導体層９４０と、酸化物半導体層９４０の一部と接するソース電極層９
５０およびドレイン電極層９６０を有する。また、必要に応じて、ゲート絶縁膜９３０、
酸化物半導体層９４０、およびソース電極層９５０およびドレイン電極層９６０上に絶縁
膜９８０、絶縁膜９９０が形成されていてもよい。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２２（Ｂ）に示すように、絶縁膜９９０上に
ゲート電極層９２０および酸化物半導体層９４０と重なるように導電膜９２１を備えてい
てもよい。導電膜９２１を第２のゲート電極層（バックゲート）として用いることで、オ
ン電流の増加や、しきい値電圧の制御を行うことができる。オン電流を増加させるには、
例えば、ゲート電極層９２０と導電膜９２１を同電位とし、ダブルゲートトランジスタと
して駆動させればよい。また、しきい値電圧の制御を行うには、ゲート電極層９２０とは
異なる定電位を導電膜９２１に供給すればよい。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２３（Ａ）、（Ｂ）に示すようなチャネル保
護型のボトムゲート構造であってもよい。ここで、絶縁膜９３３は、チャネル領域を保護
する機能を有する。したがって、絶縁膜９３３は、チャネル領域と重なる領域にのみ配置
されていてもよいし、図２３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、それら以外の領域にも、配置
されていてもよい。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すようなセルフアラ
イン型のトップゲート構造であってもよい。図２４（Ａ）の構造において、ソース領域９
５１およびドレイン領域９６１は、ソース電極層９５０およびドレイン電極層９６０の接
触による酸素欠損の生成、およびゲート電極層９２０をマスクとしてホウ素、リン、アル
ゴンなどの不純物を酸化物半導体層９４０へドーピングすることによって形成することが
できる。また、図２４（Ｂ）の構造において、ソース領域９５１およびドレイン領域９６
１は、上記ドーピングに替えて酸化物半導体層９４０の一部と接するように窒化珪素膜な
どの水素を含む絶縁膜９７５を形成し、水素を酸化物半導体層９４０の一部に拡散させる
ことで形成することができる。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２５（Ａ）に示すようなセルフアライン型の
トップゲート構造であってもよい。図２５（Ａ）の構造において、ソース領域９５１およ
びドレイン領域９６１は、ソース電極層９５０およびドレイン電極層９６０の接触による
酸素欠損の生成、およびゲート絶縁膜９３０をマスクとしてホウ素、リン、アルゴンなど
の不純物を酸化物半導体層９４０へドーピングすることによって形成することができる。
図２５（Ａ）の構造において、ソース電極層９５０、ドレイン電極層９６０およびゲート
電極層９２０は同一の工程で形成することができる。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２５（Ｂ）に示すようなセルフアライン型の
トップゲート構造であってもよい。図２５（Ｂ）の構造において、ソース領域９５１およ
びドレイン領域９６１は、ゲート絶縁膜９３０をマスクとしてホウ素、リン、アルゴンな
どの不純物をドーピングすることに加え、酸化物半導体層９４０の一部と接する窒化珪素
膜などの水素を含む絶縁膜９７５から水素を酸化物半導体層９４０の一部に拡散させるこ
とで形成することができる。当該構成では、より低抵抗のソース領域９５１およびドレイ
ン領域９６１を形成することができる。なお、上記不純物をドーピングしない構成、また
は絶縁膜９７５を形成しない構成とすることもできる。

また、本発明の一態様のトランジスタは、図２６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、絶縁膜９
１５を介して酸化物半導体層９４０と重なるように導電膜９２１を備えていてもよい。な
お、図２６（Ａ）、（Ｂ）では、図２４（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタに導電膜９２
１を備える例を示したが、図２５（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタに導電膜９２１を備
えることもできる。

本発明の一態様である表示装置では、上述したように酸化物半導体を活性層に用いること
ができる。酸化物半導体層を用いたトランジスタは非晶質シリコンを用いたトランジスタ
よりも移動度が高いため、トランジスタを小さくすることが容易であり、画素を小さくす
ることができる。また、酸化物半導体層を用いたトランジスタは可撓性を有する表示装置
に優れた信頼性を与える。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっ
ては、または、状況に応じて、活性層は、酸化物半導体以外の半導体を有していてもよい
。

なお、図２２（Ａ）、（Ｂ）および図２３（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタの断面の構
成においては、ゲート電極層９２０の幅は酸化物半導体層９４０の幅よりも大きくするこ
とが好ましい。バックライトを有する表示装置では当該ゲート電極層が遮光層となり、酸
化物半導体層９４０に光が照射されることによる電気特性の劣化を抑制することができる
。また、有機ＥＬ素子を用いた表示装置などでは、トップゲート型のトランジスタを用い
ることでゲート電極層を遮光層とすることができる。

以下に、発明の一態様のトランジスタの構成要素について、詳細に説明する。

基板９００は、実施の形態１に示した基板４１および基板４２に用いることができる材料
で形成することができる。なお、基板９００は、実施の形態１に示す基板４１に相当する
。

絶縁膜９１５には、例えば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、ま
たは窒化酸化シリコン膜の単層、またはこれらの積層を用いることができる。なお、絶縁
膜９１５は実施の形態１に示す絶縁膜３２１ａに相当する。

ゲート電極層９２０および導電膜９２１には、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形成することができる。ま
た、ゲート電極層９２０は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。

また、ゲート電極層９２０および導電膜９２１には、インジウム錫酸化物、酸化タングス
テンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタ
ンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化
物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物、グラフェン等の透光性を有する導電性
材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の
積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極層９２０と絶縁膜９３２との間に、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ系酸窒化物半導体
膜、Ｉｎ－Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ－Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ－Ｚｎ系酸窒
化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ
、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。

ゲート絶縁膜９３０として機能する絶縁膜９３１、９３２としては、プラズマ化学気相堆
積（ＰＥＣＶＤ：（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ
Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））法、スパッタ法等により、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。なお、ゲート絶縁膜９３０は、絶縁膜９３１、９３２
の積層構造とせずに、上述の材料から選択された単層の絶縁膜、または３層以上の絶縁膜
を用いてもよい。

なお、トランジスタのチャネル形成領域として機能する酸化物半導体層９４０と接する絶
縁膜９３２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（酸素過剰領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁膜９３２
は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁膜９３２に酸素過剰領域を設
けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁膜９３２を形成すればよい。または、成膜後の
絶縁膜９３２に酸素を導入して、酸素過剰領域を形成してもよい。酸素の導入方法として
は、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ
処理等を用いることができる。

また、絶縁膜９３１、９３２として、酸化ハフニウムを用いる場合、以下の効果を奏する
。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したが
って、酸化シリコンに対して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。

なお、本実施の形態では、絶縁膜９３１として窒化シリコン膜を形成し、絶縁膜９３２と
して酸化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜と比較して比誘電率
が高く、酸化シリコン膜と同等の静電容量を得るのに必要な膜厚が大きいため、トランジ
スタのゲート絶縁膜９３０として、窒化シリコン膜を含むことで絶縁膜を物理的に厚膜化
することができる。よって、トランジスタの絶縁耐圧を向上させて、トランジスタの静電
破壊を抑制することができる。

酸化物半導体層９４０は、代表的には、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｍ
－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）があ
る。とくに、酸化物半導体層９４０としては、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ
、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）を用いると好ましい。

酸化物半導体層９４０がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパ
ッタターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。
また、当該スパッタターゲットは多結晶であることが好ましい。このようなスパッタター
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＝５
：５：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３などが好ましい。
なお、成膜される酸化物半導体層９４０の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッ
タ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。

なお、酸化物半導体層９４０がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いて
のＩｎとＭの原子数比率は、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ
％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％
未満とする。

また、酸化物半導体層９４０は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅ
Ｖ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、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

また、酸化物半導体層９４０の厚さは、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、酸化物半導体層９４０としては、キャリア密度の低い酸化物半導体層を用いる。例
えば、酸化物半導体層９４０は、キャリア密度が１×１０^１７個／ｃｍ^３以下、好ましく
は１×１０^１５個／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３個／ｃｍ^３以下、より好
ましくは１×１０^１１個／ｃｍ^３以下とする。

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効
果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体層９４０のキャリア密度や不純
物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとする
ことが好ましい。

酸化物半導体層において、水素、窒素、炭素、シリコン、および主成分以外の金属元素は
不純物となる。例えば、水素および窒素は、ドナー準位の形成に寄与し、キャリア密度を
増大させてしまう。また、シリコンは、酸化物半導体層中で不純物準位を形成する。当該
不純物準位はトラップとなり、トランジスタの電気特性を劣化させることがある。酸化物
半導体層中や、他の層との界面において不純物濃度を低減させることが好ましい。

なお、酸化物半導体層をチャネルとするトランジスタに安定した電気特性を付与するため
には、酸化物半導体層中の不純物濃度を低減し、酸化物半導体層を真性または実質的に真
性にすることが有効である。ここで、実質的に真性とは、酸化物半導体層のキャリア密度
が、１×１０^１７個／ｃｍ^３未満であること、好ましくは１×１０^１５個／ｃｍ^３未満で
あること、さらに好ましくは１×１０^１３個／ｃｍ^３未満であることを指す。

酸化物半導体層を真性または実質的に真性とするためには、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒ
ｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）分析において、例えば、酸化物半導
体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層のある領域において、シリコン濃度を
１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満
、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする部分を有することとする
。また、水素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸化物半導
体層のある領域において、２×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１
９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さら
に好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする部分を有することとする。また
、窒素濃度は、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層の
ある領域において、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ま
しくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする部分を有することとする。

また、酸化物半導体層が結晶を含む場合、シリコンや炭素が高濃度で含まれると、酸化物
半導体層の結晶性を低下させることがある。酸化物半導体層の結晶性を低下させないため
には、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または、酸化物半導体層のある領域
において、シリコン濃度を１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは５×１０^１
８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満とす
る部分を有することとする。また、例えば、酸化物半導体層のある深さにおいて、または
、酸化物半導体層のある領域において、炭素濃度を１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満
、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは１×１０^１８ａｔ
ｏｍｓ／ｃｍ^３未満とする部分を有することとする。

具体的に、高純度化された酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いたトランジスタのオ
フ電流が低いことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が１×１０
^６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（
ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナラ
イザの測定限界以下、すなわち１×１０^－１３Ａ以下という特性を得ることができる。こ
の場合、オフ電流をトランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、１００ｚＡ／μ
ｍ以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流
入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電
流の測定を行った。当該測定では、上記トランジスタに高純度化された酸化物半導体層を
チャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジス
タのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧
が３Ｖの場合に、数十ｙＡ／μｍという、さらに低いオフ電流が得られることが分かった
。したがって、高純度化された酸化物半導体層をチャネル形成領域に用いたトランジスタ
は、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく低い。

ソース電極層９５０およびドレイン電極層９６０には、酸化物半導体層から酸素を引き抜
く性質を有する導電膜を用いると好ましい。例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍ
ｏ、Ｗ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｎｄ、Ｓｃなどを用いることができる。また、上記材料の合金や上
記材料の導電性窒化物を用いてもよい。また、上記材料、上記材料の合金、および上記材
料の導電性窒化物から選ばれた複数の材料の積層であってもよい。代表的には、特に酸素
と結合しやすいＴｉや、後のプロセス温度が比較的高くできることなどから、融点の高い
Ｗを用いることがより好ましい。また、低抵抗のＣｕまたはＣｕ－Ｘ合金（Ｘは、Ｍｎ、
Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）や上記材料とＣｕまたはＣｕ－Ｘ合
金との積層を用いてもよい。

なお、Ｃｕ－Ｘ合金（Ｘは、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔａ、またはＴｉ）
は、加熱処理により酸化物半導体層と接する領域、または絶縁膜と接する領域に被覆膜が
形成される場合がある。被覆膜は、Ｘを含む化合物で形成される。Ｘを含む化合物の一例
としては、Ｘの酸化物、Ｉｎ－Ｘ酸化物、Ｇａ－Ｘ酸化物、Ｉｎ－Ｇａ－Ｘ酸化物、Ｉｎ
－Ｇａ－Ｚｎ－Ｘ酸化物等がある。被覆膜が形成されることで、被覆膜がブロッキング膜
となり、Ｃｕ－Ｘ合金膜中のＣｕが、酸化物半導体層に入り込むことを抑制することがで
きる。

酸化物半導体層から酸素を引き抜く性質を有する導電膜の作用により、酸化物半導体層中
の酸素が脱離し、酸化物半導体層中に酸素欠損が形成される。膜中に僅かに含まれる水素
と当該酸素欠損が結合することにより当該領域は顕著にｎ型化する。したがって、ｎ型化
した当該領域はトランジスタのソースまたはドレインとして作用させることができる。

絶縁膜９８０、９９０は、保護絶縁膜としての機能を有する。絶縁膜９８０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脱離
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、膜の表面温
度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行わ
れるＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ
／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物絶縁膜
である。

絶縁膜９８０としては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４
００ｎｍ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９８０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
１．５×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３未満、さらには１×１０^１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以
下であることが好ましい。なお、絶縁膜９８０は、絶縁膜９７０と比較して酸化物半導体
層９４０から離れているため、絶縁膜９７０より、欠陥密度が多くともよい。

絶縁膜９９０は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングで
きる機能を有する。絶縁膜９９０を設けることで、酸化物半導体層９４０からの酸素の外
部への拡散と、外部から酸化物半導体層９４０への水素、水等の入り込みを防ぐことがで
きる。絶縁膜９９０としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶
縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニ
ウム等がある。なお、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキン
グ効果を有する窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する
酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁
膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウ
ム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等
がある。

また、酸化物半導体層９４０は、複数の酸化物半導体層が積層された構造でもよい。例え
ば、図２７（Ａ）に示すトランジスタのように、酸化物半導体層９４０を第１の酸化物半
導体層９４１ａと第２の酸化物半導体層９４１ｂの積層とすることができる。第１の酸化
物半導体層９４１ａと第２の酸化物半導体層９４１ｂに、異なる原子数比の金属酸化物を
用いてもよい。例えば、一方の酸化物半導体層に二種類の金属を含む酸化物、三種類の金
属を含む酸化物、四種類の金属を含む酸化物のうち一つを用い、他方の酸化物半導体層に
一方の酸化物半導体層と異なる二種類の金属を含む酸化物、三種類の金属を含む酸化物、
四種類の金属を含む酸化物を用いてもよい。

また、第１の酸化物半導体層９４１ａと第２の酸化物半導体層９４１ｂの構成元素を同一
とし、両者の原子数比を異ならせてもよい。例えば、一方の酸化物半導体層の原子数比を
Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、５：５：６、３：１：２または２：１：３とし、他方の
酸化物半導体層の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：３：４、１：３：６、
１：４：５、１：６：４、または１：９：６である酸化物半導体層で形成することができ
る。なお、各酸化物半導体層の原子数比は、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。

このとき、一方の酸化物半導体層と他方の酸化物半導体層のうち、ゲート電極に近い側（
チャネル側）の酸化物半導体層のＩｎとＧａの原子数比をＩｎ≧Ｇａ（ＩｎはＧａ以上）
とし、ゲート電極から遠い側（バックチャネル側）の酸化物半導体層のＩｎとＧａの原子
数比をＩｎ＜Ｇａとすることで、電界効果移動度の高いトランジスタを作製することがで
きる。一方、チャネル側の酸化物半導体層のＩｎとＧａの原子数比をＩｎ＜Ｇａとし、バ
ックチャネル側の酸化物半導体層のＩｎとＧａの原子数比をＩｎ≧Ｇａ（ＩｎはＧａ以上
）とすることで、トランジスタの経時変化や信頼性試験によるしきい値電圧の変動量を低
減することができる。

また、トランジスタの半導体膜を第１の酸化物半導体層乃至第３の酸化物半導体層からな
る３層構造としてもよい。このとき、第１の酸化物半導体層乃至第３の酸化物半導体層の
構成元素を同一とし、且つそれぞれの原子数比を異ならせてもよい。半導体膜を３層構造
とするトランジスタの構成について、図２７（Ｂ）および図２８（Ａ）、（Ｂ）を用いて
説明する。なお、半導体膜を多層構造とする構成は、本実施の形態に示す他のトランジス
タに適用することもできる。

図２７（Ｂ）および図２８（Ａ）、（Ｂ）に示すトランジスタでは、第１の酸化物半導体
層９４２ａ、第２の酸化物半導体層９４２ｂ、および第３の酸化物半導体層９４２ｃがゲ
ート絶縁膜側から順に積層されている。

第１の酸化物半導体層９４２ａおよび第３の酸化物半導体層９４２ｃを構成する材料は、
ＩｎＭ_１ｘＺｎ_ｙＯ_ｚ（ｘ≧１（ｘは１以上）、ｙ＞１、ｚ＞０、Ｍ_１＝Ｇａ、Ｈｆ等）
で表記できる材料を用いる。また、第２の酸化物半導体層９４２ｂを構成する材料は、Ｉ
ｎＭ_２ｘＺｎ_ｙＯ_ｚ（ｘ≧１（ｘは１以上）、ｙ≧ｘ（ｙはｘ以上）、ｚ＞０、Ｍ２＝Ｇ
ａ、Ｓｎ等）で表記できる材料を用いる。

第１の酸化物半導体層９４２ａの伝導帯下端および第３の酸化物半導体層９４２ｃの伝導
帯下端に比べて第２の酸化物半導体層９４２ｂの伝導帯下端が真空準位から最も深くなる
ような井戸型構造を構成するように、第１、第２、および第３の酸化物半導体層の材料を
適宜選択する。

例えば、第１の酸化物半導体層９４２ａおよび第３の酸化物半導体層９４２ｃを原子数比
がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、１：３：２、１：３：４、１：３：６、１：４：５、
１：６：４、または１：９：６である酸化物半導体層で形成し、第２の酸化物半導体層９
４２ｂの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、５：５：６、３：１：２または２：
１：３である酸化物半導体層で形成することができる。

第１の酸化物半導体層９４２ａ乃至第３の酸化物半導体層９４２ｃの構成元素は同一であ
るため、第２の酸化物半導体層９４２ｂは、第１の酸化物半導体層９４２ａとの界面にお
ける欠陥準位（トラップ準位）が少ない。詳細には、当該欠陥準位（トラップ準位）は、
ゲート絶縁膜と第１の酸化物半導体層９４２ａとの界面における欠陥準位よりも少ない。
このため、上記のように酸化物半導体層が積層されていることで、トランジスタの経時変
化や信頼性試験によるしきい値電圧の変動量を低減することができる。

また、第１の酸化物半導体層９４２ａの伝導帯下端および第３の酸化物半導体層９４２ｃ
の伝導帯下端に比べて第２の酸化物半導体層９４２ｂの伝導帯下端が真空準位から最も深
くなるような井戸型構造とすることが好ましい。第１、第２、および第３の酸化物半導体
層の材料を適宜選択することで、トランジスタの電界効果移動度を高めることが可能であ
ると共に、トランジスタの経時変化や信頼性試験によるしきい値電圧の変動量を低減する
ことができる。

また、第１の酸化物半導体層９４２ａ乃至第３の酸化物半導体層９４２ｃに、結晶性の異
なる酸化物半導体を適用してもよい。なお、少なくともチャネル形成領域となりうる第２
の酸化物半導体層９４２ｂは結晶性を有する膜であることが好ましく、表面に対して略垂
直方向にｃ軸配向した膜であることがより好ましい。

なお、図２８（Ａ）などに示すトップゲート型トランジスタのチャネル形成領域における
チャネル幅方向の断面は、図２９（Ａ）に示すような構成であることが好ましい。当該構
成において、ゲート電極層９２０は、酸化物半導体層９４０のチャネル幅方向を電気的に
取り囲み、オン電流が高められる。このようなトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄ
ｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。

また、図２６（Ａ）、（Ｂ）に示すような導電膜９２１を有するような構成において、ゲ
ート電極層９２０と導電膜９２１を同電位とする場合には図２９（Ｂ）に示すように、コ
ンタクトホールを通じて両者を接続させてもよい。

また、本発明の一態様のトランジスタにおけるソース電極層９５０およびドレイン電極層
９６０は、図３０（Ａ）、（Ｂ）に示す上面図のような構成とすることができる。なお、
図３０（Ａ）、（Ｂ）では、酸化物半導体層９４０、ソース電極層９５０およびドレイン
電極層９６０のみを図示している。図３０（Ａ）に示すように、ソース電極層９５０およ
びドレイン電極層９６０の幅（Ｗ_ＳＤ）は、酸化物半導体層９４０の幅（Ｗ_ＯＳ）よりも
長く形成されていてもよい。また、図３０（Ｂ）に示すように、Ｗ_ＳＤはＷ_ＯＳよりも短
く形成されていてもよい。Ｗ_ＯＳ≧Ｗ_ＳＤ（Ｗ_ＳＤはＷ_ＯＳ以下）とすることで、ゲート
電界が酸化物半導体層９４０全体にかかりやすくなり、トランジスタの電気特性を向上さ
せることができる。

なお、本実施の形態で説明した金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜は、代表的に
はスパッタ法やプラズマＣＶＤ法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱
ＣＶＤ法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としては、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏ
ｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａ
ｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などがある。

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。

また、熱ＣＶＤ法では、原料ガスと酸化剤を同時に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。

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が順次にチ
ャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば
、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料
ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガス
と同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原
料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリア
ガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。ま
た、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２
の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の層を成膜し
、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の層が第１の層上に積層されて薄膜
が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すこと
で、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰
り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦ
ＥＴを作製する場合に適している。

ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法は、これまでに記載した実施形態に開示された
金属膜、半導体膜、無機絶縁膜など様々な膜を形成することができ、例えば、Ｉｎ－Ｇａ
－Ｚｎ－Ｏ膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、および
ジメチル亜鉛を用いることができる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、Ｉｎ（Ｃ
Ｈ_３）_３である。また、トリメチルガリウムの化学式は、Ｇａ（ＣＨ_３）_３である。また
、ジメチル亜鉛の化学式は、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２である。また、これらの組み合わせに限定
されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（化学式Ｇａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３）
を用いることもでき、ジメチル亜鉛に代えてジエチル亜鉛（化学式Ｚｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_２）
を用いることもできる。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化ハフニウム膜を形成する場合には、溶媒と
ハフニウム前駆体化合物を含む液体（ハフニウムアルコキシドや、テトラキスジメチルア
ミドハフニウム（ＴＤＭＡＨ）などのハフニウムアミド）を気化させた原料ガスと、酸化
剤としてオゾン（Ｏ_３）の２種類のガスを用いる。なお、テトラキスジメチルアミドハフ
ニウムの化学式はＨｆ［Ｎ（ＣＨ_３）_２］_４である。また、他の材料液としては、テトラ
キス（エチルメチルアミド）ハフニウムなどがある。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化アルミニウム膜を形成する場合には、溶媒
とアルミニウム前駆体化合物を含む液体（トリメチルアルミニウムＴＭＡなど）を気化さ
せた原料ガスと、酸化剤としてＨ_２Ｏの２種類のガスを用いる。なお、トリメチルアルミ
ニウムの化学式はＡｌ（ＣＨ_３）_３である。また、他の材料液としては、トリス（ジメチ
ルアミド）アルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、アルミニウムトリス（２，２，
６，６－テトラメチル－３，５－ヘプタンジオナート）などがある。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化シリコン膜を形成する場合には、ヘキサク
ロロジシランを被成膜面に吸着させ、吸着物に含まれる塩素を除去し、酸化性ガス（Ｏ_２
、一酸化二窒素）のラジカルを供給して吸着物と反応させる。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ_６ガ
スとＢ_２Ｈ_６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ_６
ガスとＨ_２ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、Ｂ_２Ｈ_６ガスに代え
てＳｉＨ_４ガスを用いてもよい。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ
膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入してＩｎ－
Ｏ層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを同時に導入してＧａＯ層を形
成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ_３）_２とＯ_３ガスを同時に導入してＺｎＯ層を形成する。な
お、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎ－Ｇａ－Ｏ
層やＩｎ－Ｚｎ－Ｏ層、Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、
Ｏ_３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングして得られたＨ_２Ｏガスを用いても良
いが、Ｈを含まないＯ_３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスにかえ
て、Ｉｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｇ
ａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いても良い。また、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２ガスを用いても良い。

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。

（実施の形態４）
以下では、本発明の一態様に用いることのできる酸化物半導体膜の構造について説明する
。

なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が－１０°以上１０°以下の角度で
配置されている状態をいう。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、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す
。

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

まずは、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ－ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（
高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。
一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバ
ウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜は、結
晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

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

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

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

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

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

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

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

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

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

微結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領
域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜
に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大き
さであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微
結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ
－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）
膜と呼ぶ。また、ｎｃ－ＯＳ膜は、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確
認できない場合がある。

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

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

次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化
物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。

非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ－ｏｆ－ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが
観測される。

なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ－ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造
を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化
物半導体（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ Ｏｘ
ｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。

ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともい
う。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認
することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａｍｏｒ
ｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結
晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ－ＯＳ膜であれば
、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。

なお、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ－ＯＳ膜の結晶部の大きさの計
測は、高分解能ＴＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶は
層状構造を有し、Ｉｎ－Ｏ層の間に、Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ_４
の結晶の単位格子は、Ｉｎ－Ｏ層を３層有し、またＧａ－Ｚｎ－Ｏ層を６層有する、計９
層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は
、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその
値は０．２９ｎｍと求められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目
し、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれ
の格子縞がＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ－ｂ面に対応する。

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

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。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を用いることができる表示モジュールにつ
いて説明を行う。

図３１に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との
間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、ＦＰＣ８００５に接続された
表示パネル８００６、バックライト８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０
、バッテリー８０１１を有する。

本発明の一態様の表示装置は、例えば、表示パネル８００６に用いることができる。

上部カバー８００１および下部カバー８００２は、タッチパネル８００４および表示パネ
ル８００６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。また、上部カ
バー８００１および下部カバー８００２は可撓性を有する。

タッチパネル８００４は代表的には抵抗膜方式または静電容量方式のものを用い、表示パ
ネル８００６に重畳することができる。また、表示パネル８００６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８０
０６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。また
、タッチパネル８００４は、可撓性を有していてもよい。また、本発明の一態様の歪セン
サ素子を用いることによってタッチパネルとして機能させてもよい。

バックライト８００７は、光源８００８を有する。なお、図３１において、バックライト
８００７上に光源８００８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８００７の端部に光源８００８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８００７を設けない構成としてもよい。また、
バックライト８００７は、可撓性を有していてもよい。

フレーム８００９は、表示パネル８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０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８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。また、フレーム８００９は、可
撓性を有していてもよい。

プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号およびクロック信号を出力するための信
号処理回路を有する。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ー８０１１による電源であってもよい。バッテリー８０１
１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。プリント基板８０１０は、ＦＰＣで
あってもよい。

また、表示モジュール８０００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。

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。

（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の歪センサ素子を備える表示装置を用いることのでき
るタッチパネルについて説明する。

本発明の一態様の表示装置は、一対の基板間にタッチセンサと表示素子と歪センサ素子と
、を有する構成とすることができる。タッチセンサは、例えば、静電容量方式であっても
よい。当該タッチパネルは、表示部を局所的に触れることによる入力機能を有するほか、
歪センサ素子を動作させることにより、表示部の曲げ動作に対して入力機能を持たせるこ
ともできる。なお、以下の説明では、先の実施の形態に示した歪センサ素子に関する説明
は省略する。

タッチセンサ部と表示部を重ねて有するタッチパネルにおいて、静電容量方式のタッチセ
ンサを構成する配線や電極と、表示部を構成する配線や電極との間には、寄生容量が形成
される場合がある。表示素子を駆動させたときに生じるノイズが、寄生容量を通してタッ
チセンサ側に伝わることで、タッチセンサの検出感度が低下する恐れがある。

また、タッチセンサ部と表示部の距離を十分広くすることで、ノイズの影響を避け、タッ
チセンサの検出感度の低下を抑制することができるが、タッチパネル全体の厚さが厚くな
る場合がある。

本実施の形態では、アクティブマトリクス方式のタッチセンサを用いる例を説明する。当
該タッチセンサは、トランジスタおよび容量素子を有する。該トランジスタおよび該容量
素子は電気的に接続する。なお、本発明の一態様の表示装置には、トランジスタ等の素子
を有さない形態のタッチセンサを用いてもよい。

本発明の一態様のアクティブマトリクス方式のタッチセンサは、容量素子を構成する電極
と、読み出し配線が別の層で形成することができる。読み出し配線を細い幅で形成するこ
とで、寄生容量を小さくでき、ノイズの影響を抑制することができる。これにより、タッ
チセンサの検出感度の低下を抑制できる。また、検出信号を増幅して出力させることでも
、ノイズの影響を抑制することができる。

本発明の一態様のタッチパネルは、アクティブマトリクス方式のタッチセンサを用いるこ
とで、センサ部と表示部の距離を狭くし、タッチパネルを薄型化することができる。また
、２枚の基板の間にタッチセンサおよび表示素子を配置することができることからも、タ
ッチパネルを薄型化することができる。ここで、本発明の一態様のタッチセンサを用いる
ことで、センサ部と表示部の距離を狭くしても、タッチセンサの検出感度の低下を抑制で
きる。したがって、本発明の一態様では、タッチセンサもしくはタッチパネルの薄型化と
、高い検出感度を両立することができる。また、一対の基板に可撓性を有する材料を用い
ることで、可撓性を有するタッチパネルとすることもできる。また、本発明の一態様では
、繰り返しの曲げに強いタッチパネルを提供することができる。または、大型のタッチパ
ネルを提供することができる。

本発明の一態様のタッチパネルが有するタッチセンサには、容量素子の電極として酸化物
導電体層を用いてもよい。アクティブマトリクス方式のタッチセンサにおいて、トランジ
スタを構成する半導体層や導電膜と、容量素子の電極とを同一工程で成膜することが好ま
しい。これにより、タッチパネルを作製するための工程数が少なくなり、製造コストを低
減させることができる。

なお、本発明の一態様のタッチパネルは、容量素子の電極として酸化物導電体層を用いる
ことで、他の材料を用いる場合に比べて、視野角依存性が小さくなることがある。また、
本発明の一態様のタッチパネルは、容量素子の電極として酸化物導電体層を用いることで
、他の材料を用いる場合に比べて、ＮＴＳＣ比を大きくできることがある。

具体的には、本発明の一態様は、タッチセンサ、遮光層、および表示素子を有するタッチ
パネルであり、遮光層は、タッチセンサと表示素子の間に位置し、遮光層は、タッチセン
サが有するトランジスタと重なる部分を有し、表示素子は、タッチセンサが有する容量素
子と重なる部分を有する、タッチパネルである。なお、当該タッチパネルは、非接触で情
報を入力することもできる。

表示素子としては、特に限定はないが、例えば、有機ＥＬ素子を用いることができる。

＜タッチパネルの構成例＞
図３２は本発明の一態様のタッチパネルの構成を説明する投影図である。図３２（Ａ）は
本発明の一態様のタッチパネル７００、およびタッチパネル７００が備える検知ユニット
８００の構成を説明する投影図である。

本実施の形態で説明するタッチパネル７００は、可視光を透過する窓部１４を具備し且つ
マトリクス状に配設される複数の検知ユニット８００、行方向（図中に矢印Ｒで示す）に
配置される複数の検知ユニット８００と電気的に接続する走査線Ｇ１、列方向（図中に矢
印Ｃで示す）に配置される複数の検知ユニット８００と電気的に接続する信号線ＤＬ並び
に、検知ユニット８００、走査線Ｇ１および信号線ＤＬを支持する可撓性の基材１６を備
える可撓性の入力装置１００と、窓部１４に重なり且つマトリクス状に配設される複数の
画素７０２および画素７０２を支持する可撓性の基材７１０を備える表示部７０１と、を
有する（図３２（Ａ）乃至図３２（Ｂ））。

検知ユニット８００は、窓部１４に重なる検知素子Ｃおよび検知素子Ｃと電気的に接続さ
れる検知回路１９を備える（図３２（Ａ））。

検知回路１９は、選択信号を供給され且つ検知素子Ｃの容量の変化に基づいて検知信号Ｄ
ＡＴＡを供給する。

走査線Ｇ１は、選択信号を供給することができ、信号線ＤＬは、検知信号ＤＡＴＡを供給
することができ、検知回路１９は、複数の窓部１４の間隙に重なるように配置される。

また、本実施の形態で説明するタッチパネル７００は、検知ユニット８００および検知ユ
ニット８００の窓部１４と重なる画素７０２の間に、着色層を備える。

本実施の形態で説明するタッチパネル７００は、可視光を透過する窓部１４を具備する検
知ユニット８００を複数備える可撓性の入力装置１００と、窓部１４に重なる画素７０２
を複数備える可撓性の表示部７０１と、を有し、窓部１４と画素７０２の間に着色層を含
んで構成される。

これにより、タッチパネルは容量の変化に基づく検知信号およびそれを供給する検知ユニ
ットの位置情報を供給すること、検知ユニットの位置情報と関連付けられた画像情報を表
示すること、並びに曲げることができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な
タッチパネルを提供することができる。

また、タッチパネル７００は、入力装置１００が供給する信号を供給されるＦＰＣ７１２
または／および画像情報を含む信号を表示部７０１に供給するＦＰＣ７１３を備えていて
もよい。

また、傷の発生を防いでタッチパネル７００を保護する保護層１７ｐまたは／およびタッ
チパネル７００が反射する外光の強度を弱める反射防止層７６７ｐを備えていてもよい。

また、タッチパネル７００は、表示部７０１の走査線に選択信号を供給する走査線駆動回
路７０３ｇ、信号を供給する配線７１１およびＦＰＣ７１３と電気的に接続される端子７
１９を有する。

以下に、タッチパネル７００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、複数の窓部１４に重なる位置に着色層を備える入力装置１００は、入力装置１０
０であるとともにカラーフィルタでもある。

また、例えば入力装置１００が表示部７０１に重ねられたタッチパネル７００は、入力装
置１００であるとともに表示部７０１でもある。

タッチパネル７００は、入力装置１００と、表示部７０１と、を備える（図３２（Ａ））
。

入力装置１００は複数の検知ユニット８００および検知ユニットを支持する可撓性の基材
１６を備える。例えば、４０行１５列のマトリクス状に複数の検知ユニット８００を可撓
性の基材１６に配設する。

窓部１４は可視光を透過する。

例えば、可視光を透過する材料または可視光を透過する程度に薄い材料を用いた基材１６
、検知素子Ｃ、および可撓性の保護基材１７を、可視光の透過を妨げないように重ねて配
置して、窓部１４を構成すればよい。

例えば、可視光を透過しない材料に開口部を設けて用いてもよい。具体的には、矩形など
さまざまな形の開口部を１つまたは複数設けて用いてもよい。

窓部１４に重なる位置に所定の色の光を透過する着色層を備える。例えば、青色の光を透
過する着色層ＣＦＢ、緑色の光を透過する着色層ＣＦＧ、または赤色の光を透過する着色
層ＣＦＲを備える（図３２（Ａ））。

なお、青色、緑色または／および赤色に加えて、白色の光を透過する着色層または黄色の
光を透過する着色層などさまざまな色の光を透過する着色層を備えることができる。

着色層に金属材料、樹脂材料、顔料または染料等を用いることができる。

窓部１４を囲むように遮光層ＢＭを備える。遮光層ＢＭは窓部１４より光を透過しにくい
。

カーボンブラック、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等を遮光層
ＢＭに用いることができる。

遮光層ＢＭと重なる位置に走査線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線
ＶＲＥＳ並びに検知回路１９を備える。

なお、着色層および遮光層ＢＭを覆う透光性のオーバーコートを備えることができる。

有機材料、無機材料または有機材料と無機材料の複合材料を可撓性の基材１６、基材７１
０に用いることができる。

５μｍ以上２５００μｍ以下、好ましくは５μｍ以上６８０μｍ以下、より好ましくは５
μｍ以上１７０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上４５μｍ以下、より好ましくは８μ
ｍ以上２５μｍ以下の厚さを有する材料を、基材１６や基材７１０に用いることができる
。

また、不純物の透過が抑制された材料を基材１６や基材７１０に好適に用いることができ
る。例えば、水蒸気の透過率が１０^－５ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）以下、好ましくは１０^－６
ｇ／（ｍ^２・ｄａｙ）以下である材料を好適に用いることができる。

また、基材７１０と基材１６には、互いに線膨張率がおよそ等しい材料を好適に用いるこ
とができる。例えば、基材７１０及び基材１６は、それぞれ、線膨張率が１×１０^－３／
Ｋ以下、好ましくは５×１０^－５／Ｋ以下、より好ましくは１×１０^－５／Ｋ以下である
材料を好適に用いることができる。

例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチックフィルム等の有機材料を、基材１６や基
材７１０に用いることができる。

例えば、金属板または厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下の薄板状のガラス板等の無機材料を
、基材１６や基材７１０に用いることができる。

また、入力装置１００は可撓性の保護基材１７または／および保護層１７ｐを備えること
ができる。可撓性の保護基材１７または保護層１７ｐは傷の発生を防いで入力装置１００
を保護する。

表示部７０１は、マトリクス状に配置された複数の画素７０２を備える（図３２（Ｂ））
。例えば、画素７０２は副画素７０２Ｂ、副画素７０２Ｇおよび副画素７０２Ｒを含み、
それぞれの副画素は表示素子と表示素子を駆動する画素回路を備える。

なお、画素７０２の副画素７０２Ｂは着色層ＣＦＢと重なる位置に配置され、副画素７０
２Ｇは着色層ＣＦＧと重なる位置に配置され、副画素７０２Ｒは着色層ＣＦＲと重なる位
置に配置される。

表示部７０１は、反射防止層７６７ｐを画素に重なる位置に備えていてもよい。反射防止
層７６７ｐとして、例えば円偏光板を用いることができる。

表示部７０１は、信号を供給することができる配線７１１を備え、端子７１９が配線７１
１に設けられている。なお、画像信号および同期信号等の信号を供給することができるＦ
ＰＣ７１３が端子７１９に電気的に接続されている。

なお、ＦＰＣ７１３にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。

《検知素子Ｃ》
検知素子Ｃについて、容量素子を用いた一例を挙げて説明する。当該容量素子は、一対の
電極を有する。一対の電極間には、誘電体層として絶縁膜を有する。

例えば、大気中に置かれた検知素子Ｃの一対の電極のどちらかに、大気と異なる誘電率を
有するものが近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。具体的には、指などが検知素子Ｃ
に近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。これにより、近接検知器に用いることができ
る。

また、検知素子Ｃが変形する場合、変形に伴って容量が変化する。

具体的には、指などが検知素子Ｃに触れることにより、一対の電極の間隔が狭くなると、
検知素子Ｃの容量は大きくなる。これにより、接触検知器に用いることができる。

具体的には、検知素子Ｃを折り曲げることにより、一対の電極の間隔が狭くなる。これに
より、検知素子Ｃの容量は大きくなる。これにより、屈曲検知器に用いることもできる。

《検知回路１９および変換器ＣＯＮＶ》
図３３は本発明の一態様の検知回路１９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説
明する図である。

図３３（Ａ）は本発明の一態様の検知回路１９および変換器ＣＯＮＶの構成を説明する回
路図であり、図３３（Ｂ－１）および図３３（Ｂ－２）は駆動方法を説明するタイミング
チャートである。また、図３３（Ｃ）に図３３（Ａ）とは異なる変換器ＣＯＮＶを示し、
図３４（Ａ）にマトリクス状の検知回路１９を示す。

検知回路１９は例えばトランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３を含む（図３３（Ａ）、図
３４（Ａ））。また、検知回路１９は電源電位および信号を供給する配線を含む。例えば
、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＣＳ、走査線Ｇ１、配線ＲＥＳ、および配線ＶＲＥＳな
どを含む。

なお、検知回路１９を窓部１４と重ならない領域に配置してもよい。

また、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３は半導体層を有する。例えば、１４族の元
素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。具体的には、シ
リコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体な
どを適用できる。

例えば、同一の工程で形成することができるトランジスタをトランジスタＭ１乃至トラン
ジスタＭ３に用いることができる。

トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３のいずれか一は、酸化物半導体層を有することが
好ましい。このとき、該酸化物半導体層は、酸化物導電体層と同一表面上に位置すること
が好ましい。酸化物半導体層を有するトランジスタはオフ電流が小さいため、トランジス
タＭ１は該酸化物半導体層を有することが特に好ましい。

また、導電性を有する材料を配線に適用できる。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に用いることができる。具体的には、容量
素子の一対の電極に用いることができる材料と同一の材料を適用できる。

アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、
鉄、コバルト、銅、またはパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を走査
線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳに用いることができる
。

基材１６に形成した膜を加工して、基材１６に検知回路１９を形成してもよい。

または、他の基材に形成された検知回路１９を基材１６に転置してもよい。

検知ユニット８００が供給する検知信号ＤＡＴＡを変換してＦＰＣ１に供給することがで
きるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる（図３２（Ａ））。例えば
、トランジスタＭ４を変換器ＣＯＮＶに用いることができる。また図３３（Ｃ）に示すよ
うに、トランジスタＭ４、Ｍ５を変換器ＣＯＮＶに用いることができる。

本発明の一態様の検知回路１９は、ゲートが検知素子Ｃの一方の電極と電気的に接続され
、第１の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＰＩと電気的に接続される
トランジスタＭ１を備える（図３３（Ａ））。

また、ゲートが選択信号を供給することができる走査線Ｇ１と電気的に接続され、第１の
電極がトランジスタＭ１の第２の電極と電気的に接続され、第２の電極が例えば検知信号
ＤＡＴＡを供給することができる信号線ＤＬと電気的に接続されるトランジスタＭ２を備
える構成であってもよい。

また、ゲートがリセット信号を供給することができる配線ＲＥＳと電気的に接続され、第
１の電極が検知素子Ｃの一方の電極と電気的に接続され、第２の電極が例えば接地電位を
供給することができる配線ＶＲＥＳと電気的に接続されるトランジスタＭ３を備える構成
であってもよい。

検知素子Ｃの容量は、例えば、一対の電極にものが近接すること、もしくは一対の電極の
間隔が変化することにより変化する。これにより、検知回路１９は検知素子Ｃの容量の変
化に基づく検知信号ＤＡＴＡを供給することができる。

また、検知回路１９は、検知素子Ｃの他方の電極の電位を制御することができる制御信号
を供給することができる配線ＣＳを備える。

なお、検知素子Ｃの一方の電極、トランジスタＭ１のゲートおよびトランジスタＭ３の第
１の電極が電気的に接続される結節部をノードＡという。

配線ＶＲＥＳおよび配線ＶＰＩは例えば接地電位を供給することができ、配線ＶＰＯおよ
び配線ＢＲは例えば高電源電位を供給することができる。また、配線ＲＥＳはリセット信
号を供給することができ、走査線Ｇ１は選択信号を供給することができる。また、信号線
ＤＬは検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、端子ＯＵＴは検知信号ＤＡＴＡに基づい
て変換された信号を供給することができる。

なお、検知信号ＤＡＴＡを変換して端子ＯＵＴに供給することができるさまざまな回路を
、変換器ＣＯＮＶに用いることができる。例えば、変換器ＣＯＮＶを検知回路１９と電気
的に接続することにより、ソースフォロワ回路またはカレントミラー回路などが構成され
るようにしてもよい。

具体的には、トランジスタＭ４を用いた変換器ＣＯＮＶを用いて、ソースフォロワ回路を
構成できる（図３３（Ａ））。また、図３３（Ｃ）に示すように、変換器ＣＯＮＶは、ト
ランジスタＭ４、Ｍ５を有していてもよい。なお、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ
３と同一の工程で作製することができるトランジスタをトランジスタＭ４、Ｍ５に用いて
もよい。

前述の通り、本発明の一態様のアクティブマトリクス方式のタッチセンサは、検知素子を
構成する電極と、読み出し配線が別の層で形成することができる。図３４（Ｂ）に示すよ
うに、容量素子の一方の電極ＣＭと配線ＭＬとを別の層で形成し、配線ＭＬを細い幅で形
成することで、寄生容量を小さくでき、ノイズの影響を抑制することができる。これによ
り、タッチセンサの検出感度の低下を抑制できる。なお、容量素子の一方の電極ＣＭは図
３４（Ｃ）に拡大図で示す複数の画素７０２と重なる。

＜検知回路１９の駆動方法＞
検知回路１９の駆動方法について説明する。
《第１のステップ》
第１のステップにおいて、トランジスタＭ３を導通状態にした後に非導通状態にするリセ
ット信号をゲートに供給し、検知素子Ｃの第１の電極の電位を所定の電位にする（図３３
（Ｂ－１）期間Ｔ１参照）。

具体的には、リセット信号を配線ＲＥＳに供給させる。リセット信号が供給されたトラン
ジスタＭ３は、ノードＡの電位を例えば接地電位にする（図３３（Ａ））。

《第２のステップ》
第２のステップにおいて、トランジスタＭ２を導通状態にする選択信号をゲートに供給し
、トランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する。

具体的には、走査線Ｇ１に選択信号を供給させる。選択信号が供給されたトランジスタＭ
２は、トランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する（図３３（Ｂ－１
）期間Ｔ２参照）。

《第３のステップ》
第３のステップにおいて、制御信号を検知素子の第２の電極に供給し、制御信号および検
知素子Ｃの容量に基づいて変化する電位をトランジスタＭ１のゲートに供給する。

具体的には、配線ＣＳに矩形の制御信号を供給させる。矩形の制御信号を第２の電極に供
給された検知素子Ｃは、検知素子Ｃの容量に基づいてノードＡの電位を上昇する（図３３
（Ｂ－１）期間Ｔ２の後半を参照）。

例えば、検知素子Ｃが大気中に置かれている場合、大気より誘電率の高いものが、検知素
子Ｃの第２の電極に近接して配置された場合、検知素子Ｃの容量は見かけ上大きくなる。

これにより、矩形の制御信号がもたらすノードＡの電位の変化は、大気より誘電率の高い
ものが近接して配置されていない場合に比べて小さくなる（図３３（Ｂ－２）実線参照）
。

《第４のステップ》
第４のステップにおいて、トランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす信号を信号
線ＤＬに供給する。

例えば、トランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす電流の変化を信号線ＤＬに供
給する。

変換器ＣＯＮＶは、信号線ＤＬを流れる電流の変化を電圧の変化に変換して供給する。

《第５のステップ》
第５のステップにおいて、トランジスタＭ２を非導通状態にする選択信号をゲートに供給
する。

図３５は上述したタッチパネルの構成を示す断面図である。図３５では図７に示した表示
装置にタッチセンサを付加した例を図示している。当該タッチパネルでは、基板４２側に
検知回路１９が有するトランジスタおよび容量素子３４０が形成される。

容量素子３４０の一方の電極３４１は着色層３３６と重なるように形成され、着色層３３
６を透過する光に対して透光性を有する材料で形成される。また、容量素子３４０の他方
の電極３４２は、例えばトランジスタが有する半導体層と同じ材質を用いて形成すること
ができる。例えば、酸素欠損を形成する不純物やドナー準位の形成に寄与する不純物など
を酸化物半導体層に添加した酸化物導電体層を用いることができる。

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。

（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様が適用された電子機器について、図３６（Ａ）、（Ｂ
）を用いて説明する。

本発明の一態様の表示装置を適用することで、信頼性の高いフレキシブルな電子機器を作
製することができる。

本発明の一態様の表示装置を適用できる電子機器としては、例えば、テレビ、コンピュー
タ用などのモニタ、デジタルサイネージ、デジタルフォトフレーム、携帯型電話機、携帯
型ゲーム機、携帯型情報端末、音響再生装置などが挙げられる。

図３６（Ａ）は、薄型の携帯型情報端末の一例を示している。携帯型情報端末７１００は
、筐体７１０１に組み込まれた表示部７１０２の他、スピーカ７１０３、マイク７１０６
、カメラ７１０７などを備えている。筐体７１０１および表示部７１０２等は図３６（Ｂ
）に示すように可撓性を有し、携帯性および落下などの衝撃耐性に優れる。表示部７１０
２は本発明の一態様の表示装置を有し、曲げ操作などに対して画像の切り替えなどの機能
を付与することができる。したがって、特に電子ブックなどの用途に用いることが適する
。

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。

１４ 窓部
１６ 基材
１７ 保護基材
１７ｐ 保護層
１９ 検知回路
４１ 基板
４２ 基板
４３ 基板
４４ 基板
４５ 基板
４６ 領域
４７ 表示部
４８ 基板
４９ タッチセンサ
５１ 素子層
５２ 素子層
７１ 回路
７２ 回路
７３ 回路
７４ 回路
８１ 画素
８２ 歪センサ素子
９１ 歪センサ回路部
９２ 画素回路部
９２ａ 画素回路部
９２ｄ 画素回路部
１００ 入力装置
３０２ 領域
３０５ ＦＰＣ接続領域
３０６ 領域
３１２ シール材
３１６ ＦＰＣ
３２１ａ 絶縁膜
３２１ｂ 絶縁膜
３３４ 絶縁膜
３３６ 着色層
３３８ 遮光層
３４０ 容量素子
３４１ 電極
３４２ 電極
３５０ トランジスタ
３５２ トランジスタ
３５４ トランジスタ
３５４ａ トランジスタ
３５４ｂ トランジスタ
３６０ 接続電極
３６４ 絶縁膜
３６８ 絶縁膜
３７０ 平坦化絶縁膜
３７１ 平坦化絶縁膜
３７２ 導電膜
３７４ 導電膜
３８０ 異方性導電膜
４３０ 絶縁膜
４３２ 封止層
４４６ ＥＬ層
４８０ 有機ＥＬ素子
５０１ トランジスタ
５０２ トランジスタ
５０３ トランジスタ
５０４ トランジスタ
５０５ トランジスタ
５１０ 可変抵抗素子
５２０ 抵抗素子
５３０ 配線
５４０ 配線
５４５ 配線
５５０ 配線
５６０ 配線
５７０ 配線
５８０ 配線
５９０ 配線
６１０ 容量素子
６２０ 有機ＥＬ素子
６２５ 液晶素子
６３０ セレクタ
６４０ トランジスタ
６５０ トランジスタ
６６０ アンプ
６７０ アナログ－デジタル変換器
７００ タッチパネル
７０１ 表示部
７０２ 画素
７０２Ｂ 副画素
７０２Ｇ 副画素
７０２Ｒ 副画素
７０３ｇ 走査線駆動回路
７１０ 基材
７１１ 配線
７１２ ＦＰＣ
７１３ ＦＰＣ
７１９ 端子
７６７ｐ 反射防止層
８００ 検知ユニット
９００ 基板
９１５ 絶縁膜
９２０ ゲート電極層
９２１ 導電膜
９３０ ゲート絶縁膜
９３１ 絶縁膜
９３２ 絶縁膜
９３３ 絶縁膜
９４０ 酸化物半導体層
９４１ａ 酸化物半導体層
９４１ｂ 酸化物半導体層
９４２ａ 酸化物半導体層
９４２ｂ 酸化物半導体層
９４２ｃ 酸化物半導体層
９５０ ソース電極層
９５１ ソース領域
９６０ ドレイン電極層
９６１ ドレイン領域
９７０ 絶縁膜
９７５ 絶縁膜
９８０ 絶縁膜
９９０ 絶縁膜
５０００ 表示装置
５００１ 表示部
５００２ 歪センサ部
５００３ 画像
５００４ インデックス
５００９ タッチセンサ部
５０１０ 回路
５０２０ 回路
５０３０ 回路
５０４０ 記憶装置
５０５０ 記憶装置
５０６０ 通信機器
５１０１ 時刻
５１０２ アイコン
５１０３ 文字情報
５１０４ 画像
７１００ 携帯型情報端末
７１０１ 筐体
７１０２ 表示部
７１０３ スピーカ
７１０６ マイク
７１０７ カメラ
８０００ 表示モジュール
８００１ 上部カバー
８００２ 下部カバー
８００３ ＦＰＣ
８００４ タッチパネル
８００５ ＦＰＣ
８００６ 表示パネル
８００７ バックライト
８００８ 光源
８００９ フレーム
８０１０ プリント基板
８０１１ バッテリー

Claims (4)

1. 可撓性を有する第１の基板と、表示部と、第１のセンサ素子と、第２のセンサ素子と、を有し、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部における接触物の有無を検出することができる機能を有し、
   前記第２のセンサ素子は、前記第１の基板の歪を検出することができる機能を有し、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部と重なる領域に設けられ、
   前記第２のセンサ素子は、前記表示部の折り曲げ可能な領域と重なる領域に設けられる、表示装置。
2. 可撓性を有する第１の基板と、表示部と、第１のセンサ素子と、第２のセンサ素子と、を有し、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部における接触物の有無を検出することができる機能を有し、
   前記第２のセンサ素子は、前記第１の基板の歪を検出することができる機能を有し、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部と重なる領域に設けられ、
   前記第２のセンサ素子は、前記表示部の端部と重なる領域、及び前記表示部の折り曲げ可能な領域と重なる領域に設けられる、表示装置。
3. 可撓性を有する第１の基板と、表示部と、第１のセンサ素子と、第２のセンサ素子と、を有し、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部における接触物の有無を検出することができる機能を有し、
   前記第２のセンサ素子は、前記第１の基板の歪を検出することができる機能を有し、
   前記表示部の形状は略四角形であり、
   前記第１のセンサ素子は、前記表示部と重なる領域に設けられ、
   前記第２のセンサ素子は、前記表示部の第１の辺に沿う領域と重なる領域、前記第１の辺と対向する第２の辺に沿う領域と重なる領域、及び前記表示部の折り曲げ可能な領域と重なる領域に設けられる、表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   さらに、第２の基板を有し、
   前記第２の基板は、前記表示部の折り曲げ可能な領域と重ならない領域に設けられ、
   前記第２の基板は、前記第１の基板よりも剛性が高い、表示装置。

Images