JP6312965B2 - Ｅｌ表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は表示装置に関する。特に本発明は、ＥＬ表示装置、ＥＬ表示装置の駆動方法及び
電子機器に関する。
表示装置は、液晶表示装置に代表されるように、テレビ受像機などの大型表示装置から携
帯電話などの小型表示装置に至るまで、普及が進んでいる。今後は、より付加価値の高い
製品が求められており開発が進められている。近年では、より臨場感のある画像を再現す
るため、立体表示を体験可能な表示装置の開発が進められている。
立体表示を行う表示方式としては、左目で見る画像と右目で見る画像とを眼鏡を用いて分
離して視認させる方式（画像分離方式ともいう）が、視野角を広くとることができるため
、大画面での視聴に好適であるとされている。画像分離方式は、左目用の画像と右目用の
画像とを用意し、視認者の左目で見る画像と右目でみる画像を、液晶によるシャッター、
偏光フィルター、または分光フィルターを具備する眼鏡を用いて分離する方式である。
なお、液晶によるシャッターを具備する眼鏡を用いた左右の画像の時間的な分離は、フレ
ームシーケンシャル方式とも呼ばれる。フレームシーケンシャル方式による立体表示を行
う表示装置としては、例えば特許文献１がある。
特開２００９−３１５２３号公報
立体表示を行う表示装置として特許文献１に示すように液晶表示装置を用いる場合、左目
用画像と右目用画像とを切り替えて表示を行う。このとき、液晶素子の応答速度が不十分
であると、正常な表示が得られないといった問題がある。そのため表示装置の各画素が具
備する表示素子としてＥＬ素子による発光素子を用いることが考えられる。
ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置によりフレームシーケンシャル方式による立体表示を行う
場合、図１１（Ａ）に示す左目用画像と右目用画像とを切り替えて表示するＥＬ表示装置
８０１及び左目用画像または右目用画像が選択的に視認されるようにするための切替手段
つき眼鏡８０２を用いる。切替手段つき眼鏡８０２は、左目用画像と右目用画像の表示に
同期して、液晶によるシャッターの透過または非透過を左目用眼鏡８０３Ａ及び右目用眼
鏡８０３Ｂとで切り替えて選択的に視認されるよう動作する。そして視認者は、左目に視
認される左目用画像と右面に視認される右目用画像を結像することで立体画像を視認でき
る。
ＥＬ素子を用いたＥＬ表示装置の画素の回路図について図１１（Ｂ）に示す。画素８１０
は、選択トランジスタ８１１、駆動トランジスタ８１２、ＥＬ素子８１３、容量素子８１
４を有する。図１１（Ｂ）に示す画素８１０では、選択トランジスタ８１１のゲートに接
続されたゲート線８２１の選択信号Ｓｅｌにより選択トランジスタが導通状態となり、信
号線８２２の画像信号Ｓｉｇを容量素子８１４で保持する。容量素子８１４で保持される
画像信号Ｓｉｇにより駆動トランジスタ８１２の導通状態が制御される。第１の電源線８
２３の電位をＶＬ１、第２の電源線８２４の電位をＶＬ２とし、ＶＬ１＞ＶＬ２のとき、
駆動トランジスタ８１２のソースとドレインの間及びＥＬ素子８１３の両端の電極間を第
１の電源線８２３から第２の電源線８２４に向けて電流が流れることで発光素子が発光す
ることとなる。
図１１（Ｃ）では、ＥＬ表示装置における左目用画像及び右目用画像の書き込み動作、及
び切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡による切替についてのタイミングチャー
トについて示している。図１１（Ｃ）では、左目用画像及び右目用画像の書き込み動作に
ついて、画素の１行目からｍ行目（ｍは２以上の自然数）の画素に画像信号を書き込む動
作を矢印８３１で表している。矢印８３１は画素の１行目からｍ行目まで順に画像信号を
書き込むのに一定の期間を要することを表している。
なお図１１（Ｃ）中、’Ｂ’は黒表示を行うための画像信号が書き込まれている期間、’
Ｌ’は左目用画像の画像信号が書き込まれている期間、’Ｒ’は右目用画像の画像信号が
書き込まれている期間を表している。また切替手段つき眼鏡について図１１（Ｃ）では、
左目用眼鏡及び右目用眼鏡がＥＬ表示装置で表示する画像を透過とするか、非透過とする
か、あるいは透過と非透過の切替期間であるか、について示している。
また図１１（Ｃ）では、左目用画像を表示する期間（左目用画像表示期間）と右目用画像
を表示する期間（右目用画像表示期間）とで１フレーム期間を表している。立体表示を行
う表示装置では、１フレーム期間を１秒間に６０回以上とすることで動画表示のフリッカ
等による画質の劣化を少なくすることができる。
図１１（Ｃ）で左目用画像表示期間及び右目用画像表示期間は、それぞれ第１の期間Ｔ１
乃至第４の期間Ｔ４で構成している。第１の期間Ｔ１は、黒表示から’Ｌ’または’Ｒ’
の画像信号を書き込む期間である。第２の期間Ｔ２は、’Ｌ’または’Ｒ’の画像信号に
よる表示を保持する期間である。第３の期間Ｔ３は、’Ｌ’または’Ｒ’の画像信号によ
る表示から黒表示の画像信号を書き込む期間である。第４の期間Ｔ４は、黒表示の画像信
号による表示を保持する期間である。第３の期間Ｔ３及び第４の期間Ｔ４における黒表示
の画像信号の書き込み及び黒表示は、左目用眼鏡及び右目用眼鏡での透過と非透過を切り
替える間の切替期間において、左目用画像または右目用画像が視認されないようにするた
めに行う。切替手段つき眼鏡の切替期間で左目用画像または右目用画像が視認されてしま
うと、クロストークといった表示の不具合が生じてしまう。
図１１（Ａ）乃至（Ｃ）に示した発光素子を画素に有するＥＬ表示装置においてフレーム
シーケンシャル方式による立体表示を行うには、クロストークを抑制するための、黒表示
している期間及び黒表示の画像信号を書き込む期間を設けることが必須となっている。そ
の結果、画素に画像信号を書き込んで発光素子を点灯させる期間が短くなる。発光素子の
点灯期間が短くなることによる輝度の低下を抑制するために、予め発光素子の輝度が大き
くなるよう画像信号を補正することが考えられる。しかしながらそれではＥＬ表示装置の
消費電力が増大してしまう。特にＥＬ表示装置の大画面化を実現する際には、前述の消費
電力の増大が顕著になる。
またＥＬ表示装置の大画面化を実現する際には、特に画素数を増加させる場合、１行目か
らｍ行目まで順に黒表示の画像信号を書き込む期間が長くなるため、ＥＬ表示装置のさら
なる輝度の低下が懸念される。またＥＬ表示装置の大画面化を実現する際には、画素に設
けるトランジスタの半導体層として非晶質シリコンを用いる際に電気的な特性が不足する
ため、多結晶シリコンを用いることが考えられる。しかしながら、多結晶シリコンを用い
たトランジスタは、レーザー光を照射して結晶化する工程が必要なことからトランジスタ
特性にバラツキが生じ、それがＥＬ表示装置の表示に悪影響を与えることが問題となる。
そのため、レーザー結晶化の工程が不要であり、且つ移動度等の電気的特性に優れた半導
体層を有するトランジスタであることが求められる。
そこで、本発明の一態様は、フレームシーケンシャル方式による立体表示を行うＥＬ表示
装置において、画素に画像信号を書き込んで発光素子を点灯させる期間が短くなることに
より増加してしまう消費電力を低減することを課題の一とする。また本発明の一態様は、
フレームシーケンシャル方式による立体表示を行うＥＬ表示装置において、当該ＥＬ表示
装置を大型化した際の画素に設けるトランジスタ間のトランジスタ特性のバラツキを低減
し、画質特性に優れたＥＬ表示装置とすることを課題の一とする。
本発明の一態様は、左目用画像と右目用画像とを切り替えて表示するＥＬ表示装置と、左
目用画像または右目用画像が選択的に視認されるようにするための切替手段つき眼鏡と、
により立体画像を視認するＥＬ表示装置に関するものである。ＥＬ表示装置の表示部で表
示する左目用画像または右目用画像は、第１の期間において信号線の画像信号を第１の容
量素子で保持させ、第２の期間において第１の容量素子に保持された画像信号を第２の容
量素子に保持させて第３トランジスタを流れる電流を制御し、第３の期間において第４ト
ランジスタを導通状態として発光素子の点灯を制御し、且つ信号線の画像信号を第１の容
量素子で保持させるものである。
本発明の一態様は、ゲートが走査線に電気的に接続され、第１端子が信号線に電気的に接
続され、第２端子が第１の容量素子に電気的に接続され、走査線の信号に応じて信号線に
供給される画像信号を第１の容量素子に保持させる第１トランジスタと、ゲートが第１の
制御線に電気的に接続され、第１端子が第１の容量素子に電気的に接続され、第２端子が
第２の容量素子に電気的に接続され、第１の容量素子に保持された画像信号を第２の容量
素子に保持させる第２トランジスタと、ゲートが第２の容量素子の一方の電極に電気的に
接続され、第１端子が第１の電源線に電気的に接続され、第２の容量素子の保持された画
像信号に応じて第２端子に電流を流す第３トランジスタと、ゲートが第２の制御線に電気
的に接続され、第１端子が第３トランジスタの第２端子に電気的に接続され、第３トラン
ジスタを流れる電流を第２端子に流す第４トランジスタと、第１電極が第４トランジスタ
の第２端子に電気的に接続され、第２電極が第２の電源線に電気的に接続され、第３トラ
ンジスタ及び第４トランジスタを流れる電流に応じて発光する発光素子と、を有するＥＬ
表示装置である。
本発明の一態様において、第１の容量素子の静電容量は、第２の容量素子の静電容量より
も大きいＥＬ表示装置でもよい。
本発明の一態様において、第１トランジスタ乃至第４トランジスタの半導体層は、酸化物
半導体であるＥＬ表示装置でもよい。
本発明の一態様は、左目用画像と右目用画像とを切り替えて表示するＥＬ表示装置と、左
目用画像または右目用画像の表示に同期して視認者の左目または右目において左目用画像
または右目用画像が選択的に視認されるようにするための切替手段つき眼鏡と、により立
体画像を視認できるＥＬ表示装置の駆動方法において、第１の期間において走査線の選択
信号により第１トランジスタを導通状態として信号線の画像信号を第１の容量素子で保持
させ、第２の期間において第１の容量素子に保持された画像信号を、第１の制御信号によ
り第２トランジスタを導通状態として第２の容量素子に保持させ、第２の容量素子に保持
された画像信号に応じて第３トランジスタの第１端子と第２端子との間を流れる電流を制
御し、第３の期間において、電流を第２の制御信号により第４トランジスタを導通状態と
して発光素子に流し発光素子の点灯を制御すること、により左目用画像及び右目用画像の
表示が行われるＥＬ表示装置の駆動方法である。
本発明の一態様は、左目用画像と右目用画像とを切り替えて表示するＥＬ表示装置と、左
目用画像または右目用画像の表示に同期して視認者の左目または右目において左目用画像
または右目用画像が選択的に視認されるようにするための切替手段つき眼鏡と、により立
体画像を視認できるＥＬ表示装置の駆動方法において、第１の期間において走査線の選択
信号により第１トランジスタを導通状態として信号線の画像信号を第１の容量素子で保持
させ、第２の期間において第１の容量素子に保持された画像信号を、第１の制御信号によ
り第２トランジスタを導通状態として第２の容量素子に保持させ、第２の容量素子に保持
された画像信号に応じて第３トランジスタの第１端子と第２端子との間を流れる電流を制
御し、第３の期間において、電流を第２の制御信号により第４トランジスタを導通状態と
して発光素子に流し発光素子の点灯を制御し、且つ点灯をしながら第１の期間における走
査線の選択信号により第１トランジスタを導通状態として信号線の画像信号を第１の容量
素子で保持させること、により左目用画像及び右目用画像の表示が行われるＥＬ表示装置
の駆動方法である。
フレームシーケンシャル方式による立体表示を行うＥＬ表示装置において、画素に画像信
号を書き込んで発光素子を点灯させる期間が短くなることにより増加してしまう消費電力
を低減することができる。
本発明の一態様を説明するためのブロック図及び回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための外観図及びブロック図。 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 本発明の一態様を説明するための図。 本発明の課題を説明するための図。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、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、以下に説明する本
発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、又は信号波形は
、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに
限定されない。
なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第Ｎ（Ｎは自然数）という用語は、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。なお自然数は、特に断りのない限り、１以上として説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様のＥＬ表示装置の構成及び動作について図１乃至図５
を参照して説明する。
図１（Ａ）は、ＥＬ表示装置の構成を表すブロック図である。図１（Ａ）に示すＥＬ表示
装置は、画素部１０と、走査線駆動回路１１と、信号線駆動回路１２と、表示制御回路１
８と、電源回路２１と、を有する。画素部１０には、走査線駆動回路１１より延在して設
けられ、当該走査線駆動回路１１によって電位が制御される複数の走査線１３が設けられ
ている。また画素部１０には、信号線駆動回路１２より延在して設けられ、当該信号線駆
動回路１２によって電位が制御される複数の信号線１４が設けられている。また画素部１
０には、電源回路２１より延在して設けられ、当該電源回路２１によって一定の電位が供
給される第１の電源線１９及び第２の電源線２０が設けられている。また画素部１０には
、表示制御回路１８より延在して設けられ、当該表示制御回路１８によって電位が制御さ
れる第１の制御線１６及び第２の制御線１７が設けられている。また画素部１０にはマト
リクス状に設けられた複数の画素１５を有する。
図１（Ａ）で画素部１０には、複数の画素１５がマトリクス状に配置（ストライプ配置）
する例について示している。なお、画素１５は必ずしもマトリクス状に配置されている必
要はなく、例えば、画素１５をデルタ配置、またはベイヤー配置としてもよい。なお、カ
ラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青）の
三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）、又はＲＧＢに、イ
エロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものなどがある。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。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示すＥＬ表示装置が有する画素１５の回路図の一例を示す図
である。図１（Ｂ）に示す画素１５は、第１トランジスタ１０１、第２トランジスタ１０
２、第３トランジスタ１０３、第４トランジスタ１０４、発光素子１０５、第１の容量素
子１０６、及び第２の容量素子１０７を有する。
図１（Ｂ）に示す画素１５で第１トランジスタ１０１は、ゲートが走査線１３に接続され
、ソース及びドレインの一方（第１端子という）が信号線１４に接続され、ソース及びド
レインの他方（第２端子という）が第２トランジスタ１０２の第１端子及び第１の容量素
子１０６の一方の電極に接続されている。第１トランジスタ１０１は、走査線１３に供給
される選択信号Ｓｅｌにより第１端子と第２端子との間の導通状態が制御される。すなわ
ち第１トランジスタ１０１は、選択信号Ｓｅｌによりオンまたはオフになるスイッチとし
て機能する。選択信号Ｓｅｌによって第１トランジスタ１０１が導通状態となることで信
号線１４に供給される画像信号の電位Ｓｉｇが第１の容量素子１０６に保持されることと
なる。
図１（Ｂ）に示す画素１５で第２トランジスタ１０２は、ゲートが第１の制御線１６に接
続され、第１端子が第１トランジスタ１０１の第２端子及び第１の容量素子１０６の一方
の電極に接続され、第２端子が第３トランジスタ１０３のゲート及び第２の容量素子１０
７の一方の電極に接続されている。第２トランジスタ１０２は、第１の制御線１６に供給
される第１の制御信号Ｔｒａ（転送制御信号ともいう）により第１端子と第２端子との間
の導通状態が制御される。すなわち第２トランジスタ１０２は、第１の制御信号Ｔｒａに
よりオンまたはオフになるスイッチとして機能する。第１の制御信号Ｔｒａによって第２
トランジスタ１０２が導通状態となることで第１の容量素子１０６に保持された画像信号
の電位Ｓｉｇが第２の容量素子１０７に転送されて保持されることとなる。
図１（Ｂ）に示す画素１５で第３トランジスタ１０３は、ゲートが第２トランジスタの第
２端子及び第２の容量素子１０７の一方の電極に接続され、第１端子が第１の電源線１９
に接続され、第２端子が第４トランジスタ１０４の第１端子に接続されている。第３トラ
ンジスタ１０３は、第２の容量素子１０７に保持される電位に応じて、第１端子と第２端
子との間に流す電流量を制御する。すなわち第３トランジスタ１０３は、第２の容量素子
１０７に保持される電位により第１端子と第２端子との間の電流量を調節する電流源とし
て機能する。
図１（Ｂ）に示す画素１５で第４トランジスタ１０４は、ゲートが第２の制御線１７に接
続され、第１端子が第３トランジスタ１０３の第２端子に接続され、第２端子が発光素子
１０５の一方の電極に接続されている。第４トランジスタ１０４は、第２の制御線１７に
供給される第２の制御信号ＥＮ（発光制御信号ともいう）により第１端子と第２端子との
間の導通状態が制御される。すなわち第４トランジスタ１０４は、第２の制御信号ＥＮに
よりオンまたはオフになるスイッチとして機能する。
図１（Ｂ）に示す画素１５で発光素子１０５は、一方の電極が第４トランジスタ１０４の
第２端子に接続され、他方の電極が第２の電源線２０に接続される。第３トランジスタ１
０３の第１端子と第２端子との間に発光素子１０５を発光させるための電流が流れ、且つ
第４トランジスタ１０４が導通状態である際に、発光素子１０５が発光することとなる。
第３トランジスタ１０３が電流源として機能し、且つ第４トランジスタ１０４がスイッチ
として機能することで、発光素子１０５の所望の輝度での発光または非発光を制御するこ
とができる。なお図１（Ｂ）で示した第３トランジスタ１０３、第４トランジスタ１０４
及び発光素子１０５の接続順序は、第１の電源線１９と第２の電源線２０との間で入れ替
えて設ける構成とすることも可能である。
第１の容量素子１０６は、一方の電極が第１トランジスタ１０１の第２端子及び第２トラ
ンジスタ１０２の第１端子に接続され、他方の電極が第１の電源線１９に接続される。ま
た第２の容量素子１０７は、一方の電極が第２トランジスタ１０２の第２端子及び第３ト
ランジスタ１０３のゲートに接続され、他方の電極が第１の電源線１９に接続される。
表示制御回路１８は、ＥＬ表示装置の外部より供給される画像信号を元に、画素部１０で
の表示を行うための各種信号を生成するための回路である。表示制御回路１８では、前述
の第１の制御信号Ｔｒａ、第２の制御信号ＥＮの他、走査線駆動回路１１及び信号線駆動
回路１２を駆動するためのクロック信号、スタートパルス等のタイミング信号を生成する
回路となる。
電源回路２１は、第１の電源線１９及び第２の電源線２０に供給する電位に限らず、ＥＬ
表示装置で必要な複数の電位を生成するための回路である。電源回路２１では固定電源の
電位を元に複数の電位を生成する構成とすればよい。なお各画素に電源を供給する第１の
電源線１９は、発光素子の駆動電圧が色要素毎に異なる場合、色毎に異なる電源電圧が供
給される構成としてもよい。
なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続
されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。
なお画像信号の電位Ｓｉｇが保持される第１の容量素子１０６の静電容量は、第１の容量
素子１０６の電位が転送されて保持される第２の容量素子１０７の静電容量よりも大きく
しておくことが好ましい。第２の容量素子１０７に保持される電位は、第２トランジスタ
１０２が導通状態となった際の第１の容量素子１０６の静電容量と第２の容量素子１０７
の静電容量との和による静電容量で見積もられることとなる。従って予め第１の容量素子
１０６の静電容量の大きさを第２の容量素子１０７の静電容量の大きさの１０倍以上とし
ておくことが好ましい。第１の容量素子１０６の静電容量の大きさを第２の容量素子１０
７の静電容量の大きさの１０倍以上とすることで、第２の容量素子１０７に保持される電
位と第１の容量素子１０６に保持される電位との変化を低減することができる。
なお第１の容量素子１０６及び第２の容量素子１０７は、他方の電極が第１の電源線１９
に接続される構成を示しているが他の構成でもよい。例えば、第１の電源線１９以外の別
の配線との間に容量素子を配置してもよい。なお別の配線とは、容量素子を形成するため
に設けられた配線、または前段の画素に接続されるゲート線のことをいう。
なお本実施の形態の構成では図１（Ｂ）の回路構成において、第１の電源線１９の電位を
ＶＬ１及び第２の電源線２０の電位をＶＬ２とすると、ＶＬ１＞ＶＬ２として説明を行う
。従って第３トランジスタ１０３及び第４トランジスタ１０４のソースとドレインとの間
が導通状態であるとき、発光素子１０５では第１の電源線１９から第２の電源線２０の方
に電流が流れる。発光素子１０５は当該発光素子１０５を流れる電流の大きさに応じて発
光する。なお第１の電源線１９の電位及び第２の電源線２０の電位を、ＶＬ２＞ＶＬ１と
してもよく、この場合発光素子１０５の積層順序を逆にすればよい。
なお、本明細書における第１トランジスタ１０１乃至第４トランジスタ１０４は酸化物半
導体を半導体層に有するトランジスタである。具体的には、Ｚｎ−Ｏを含む酸化物半導体
を用いて半導体層を形成すればよく、この場合トランジスタの導電型はｎチャネル型とな
る。本明細書においては図１（Ｂ）に示す回路図が酸化物半導体を半導体層に有するトラ
ンジスタであると明確に判別できるよう、図２に示すように酸化物半導体を半導体層に有
するトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載することもある。
酸化物半導体を半導体層に有する第１トランジスタ１０１乃至第４トランジスタ１０４は
、作製工程において酸化物半導体中の水素を十分に低減するような工程を経ることにより
、非導通状態（オフ状態ともいう）のトランジスタにおいて流れる電流であるオフ電流を
極めて小さくできる。従って第１トランジスタ１０１と第２トランジスタ１０２との間に
設けられる第１の容量素子１０６、第２トランジスタ１０２と第３トランジスタ１０３の
ゲートとの間に設けられる第２の容量素子１０７では、一定期間供給された画像信号を保
持することができる。
なお酸化物半導体膜中の水素の濃度が５×１０１９／ｃｍ３以下、特に５×１０１８／ｃ
ｍ３以下であることが望ましい。酸化物半導体中の水素を十分に低減することで、トラン
ジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下
等がなく、またレーザー結晶化の工程が不要であり、電気的特性に優れた半導体層を有す
るトランジスタ特性とすることができる。
次いで図３（Ａ）では、左目用画像と右目用画像とを切り替えて表示するＥＬ表示装置２
０１と、左目用画像または右目用画像が選択的に視認されるようにするための切替手段つ
き眼鏡２０２と、により立体画像を視認する際の外観図について示している。切替手段つ
き眼鏡２０２は、左目用眼鏡２０３Ａと右目用眼鏡２０３Ｂに設けられているシャッター
が交互に開閉する。シャッターの開閉に同期して、左目用画像と右目用画像とが交互にＥ
Ｌ表示装置２０１に表示されることによって、視認者がＥＬ表示装置２０１の画像を立体
映像として認識することができる。
切替手段つき眼鏡２０２の左目用眼鏡２０３Ａと右目用眼鏡２０３Ｂに設けられるシャッ
ターは、一例として液晶材料を電極で挟持した液晶素子を用いて構成すればよい。なお左
目用眼鏡２０３Ａまたは右目用眼鏡２０３Ｂのシャッターを開くことによって、ＥＬ表示
装置２０１で表示されている画像が視認者の左目または右目に導かれることとなる。また
シャッターを閉じることによって、ＥＬ表示装置２０１で表示されている画像が視認者の
左目または右目より遮断することとなる。
なお図３（Ａ）では、ＥＬ表示装置２０１と切替手段つき眼鏡２０２との電気的な接続手
段を特に図示していないが、例えばケーブル、または無線信号によって、ＥＬ表示装置２
０１と切替手段つき眼鏡２０２との間の信号の同期を図る構成としてもよい。
ＥＬ表示装置２０１と切替手段つき眼鏡２０２の主要な構成についてのブロック図を図３
（Ｂ）に示す。
図３（Ｂ）には図３（Ａ）に対応させて、ＥＬ表示装置２０１及び切替手段つき眼鏡２０
２のブロック図を示している。図３（Ｂ）においてＥＬ表示装置２０１は、表示制御回路
１８、画素部１０、走査線駆動回路１１、信号線駆動回路１２、切替手段つき眼鏡制御回
路２０４を有するブロック図を示している。また図３（Ｂ）において切替手段つき眼鏡２
０２は、左目用眼鏡２０３Ａ、右目用眼鏡２０３Ｂを有するブロック図を示している。
表示制御回路１８は、ＥＬ表示装置の外部より供給される画像信号ｄａｔａを元に、第１
の制御信号Ｔｒａ、第２の制御信号ＥＮの他、走査線駆動回路１１及び信号線駆動回路１
２を駆動するためのクロック信号、スタートパルス等のタイミング信号を生成する回路と
なる。
切替手段つき眼鏡制御回路２０４は、ＥＬ表示装置の外部より供給される画像信号ｄａｔ
ａを元に、切替手段つき眼鏡２０２の左目用眼鏡２０３Ａ及び右目用眼鏡２０３Ｂのシャ
ッター開閉動作を画素部１０で表示される左目用画像及び右目用画像との同期を取って駆
動するための制御を行う回路である。なおＥＬ表示装置２０１と切替手段つき眼鏡２０２
との電気的な接続手段を特に図示していないが、例えばＥＬ表示装置２０１と切替手段つ
き眼鏡制御回路２０４との間の信号はケーブル、または無線信号によって双方向に通信す
る。
なお図３（Ｂ）では、走査線駆動回路１１、信号線駆動回路１２が画素部１０と同じ基板
上に設けられる構成について示したが、走査線駆動回路１１または信号線駆動回路１２の
いずれか一が画素部１０と同じ基板上に設けられる構成としてもよい。また画素部１０の
みを基板上に設ける構成としても良い。
次いで図４及び図５を用いて、ＥＬ表示装置における左目用画像及び右目用画像の書き込
み動作、切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡による切替動作、画素内の第１ト
ランジスタ１０１乃至第４トランジスタ１０４の導通状態について説明する。図４では、
ＥＬ表示装置における左目用画像及び右目用画像の書き込み動作、切替手段つき眼鏡の左
目用眼鏡及び右目用眼鏡による切替動作、第１の制御信号Ｔｒａ、及び第２の制御信号Ｅ
Ｎのタイミングチャートについて示している。図５（Ａ）乃至（Ｄ）では、図４のタイミ
ングチャート内で示す各期間での画素における各トランジスタの導通状態及び電流の流れ
について可視化して示したものである。
なお図４では、左目用画像及び右目用画像の書き込み動作について、画素の１行目からｍ
行目（ｍは２以上の自然数）の画素に画像信号を書き込む動作を矢印２２１で表している
。矢印２２１は画素の１行目からｍ行目まで順に画像信号を書き込むのに一定の期間を要
することを表している。
なお図４中、’Ｂ’は黒表示を行うための画像信号が書き込まれている期間、’Ｌ’は左
目用画像の画像信号が書き込まれている期間、’Ｒ’は右目用画像の画像信号が書き込ま
れている期間を表している。また切替手段つき眼鏡について図４では、左目用眼鏡及び右
目用眼鏡がＥＬ表示装置で表示する画像を透過とするか、非透過とするか、あるいは透過
と非透過の切替期間であるか、について示している。
また図４では、左目用画像を表示する期間（左目用画像表示期間）及び右目用画像を表示
する期間（右目用画像表示期間）を１フレーム期間として表している。立体表示を行う表
示装置では、１フレーム期間を１秒間に６０回以上とすることで動画表示のフリッカ等に
よる画質の劣化を少なくすることができる。
図４で左目用画像表示期間及び右目用画像表示期間は、それぞれ第１の期間Ｔ１乃至第３
の期間Ｔ３で構成している。
第１の期間Ｔ１は、信号線に供給される’Ｌ’または’Ｒ’の画像信号の電位を第１の容
量素子に保持する期間であると共に、前の期間に第２の容量素子に保持された’Ｌ’また
は’Ｒ’の画像信号の電位に応じて発光素子に電流Ｉｄａｔａを流す期間である。また第
１の期間Ｔ１では、前の期間に第２の容量素子に保持された’Ｌ’または’Ｒ’の画像信
号の電位に応じて切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡が、透過または非透過と
なる期間である。また第１の期間Ｔ１では、第１の制御信号ＴｒａをＬレベルの電位とし
て第２トランジスタを非導通状態とし、第２の制御信号ＥＮをＨレベルの電位として第４
トランジスタを導通状態とする期間である。従って発光素子が発光状態となる期間となる
。
なお図５（Ａ）では第１の期間Ｔ１での各トランジスタの導通状態及び電流の流れについ
て可視化して示している。図５（Ａ）に示す第１の期間Ｔ１では、走査線の選択信号Ｓｅ
ｌにより第１トランジスタがオンになり、第１の容量素子に画像信号ＶＬが保持される。
また前の期間に画像信号ＶＲが第２の容量素子に保持されている。そして第２トランジス
タがオフ、第４トランジスタがオンであることで、画像信号ＶＲに応じた電流Ｉｄａｔａ
が第３トランジスタ、第４トランジスタ及び発光素子に流れる。
第２の期間Ｔ２は、第１の期間Ｔ１で第１の容量素子に保持された’Ｌ’または’Ｒ’の
画像信号の電位を第２の容量素子に保持させるとともに、発光素子を非発光とする期間で
ある。また第２の期間Ｔ２では、切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡の透過ま
たは非透過を第１の期間の状態から切り替えるための切替期間となる。また第２の期間Ｔ
２では、第１の制御信号ＴｒａをＨレベルの電位として第２トランジスタを導通状態とし
、第２の制御信号ＥＮをＬレベルの電位として第４トランジスタを非導通状態とする期間
である。従って発光素子が非発光状態となる期間となる。
なお図５（Ｂ）では第２の期間Ｔ２での各トランジスタの導通状態及び電流の流れについ
て可視化して示している。図５（Ｂ）に示す第２の期間Ｔ２では、第１の制御信号Ｔｒａ
により第２トランジスタがオンになり、第１の容量素子に保持された画像信号ＶＬが第２
の容量素子に転送され保持される。このとき第４トランジスタがオフであることで、画像
信号ＶＬに応じた電流Ｉｄａｔａは、第４トランジスタ及び発光素子には流れない。
第３の期間Ｔ３は、第２の期間Ｔ２で第２の容量素子に保持された’Ｌ’または’Ｒ’の
画像信号の電位に応じて発光素子に電流Ｉｄａｔａを流す期間である。また第３の期間Ｔ
３では、第２の期間Ｔ２で第２の容量素子に保持された’Ｌ’または’Ｒ’の画像信号の
電位に応じて切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡が、透過または非透過となる
期間である。また第３の期間Ｔ３では、第１の制御信号ＴｒａをＬレベルの電位として第
２トランジスタを非導通状態とし、第２の制御信号ＥＮをＨレベルの電位として第４トラ
ンジスタを導通状態とする期間である。従って発光素子が発光状態となる期間となる。
なお図５（Ｃ）では第３の期間Ｔ３での各トランジスタの導通状態及び電流の流れについ
て可視化して示している。図５（Ｃ）に示す第３の期間Ｔ３では、第１の容量素子及び第
２の容量素子に画像信号ＶＬが保持されている。そして第２トランジスタがオフ、第４ト
ランジスタがオンであることで、画像信号ＶＬに応じた電流Ｉｄａｔａが第３トランジス
タ、第４トランジスタ及び発光素子に流れる。
また第１の期間Ｔ１は、図４に示すように第３の期間Ｔ３と重畳して行うことが可能であ
る。具体的には第３の期間Ｔ３で行われる第２の容量素子に保持された’Ｌ’または’Ｒ
’の画像信号の電位に応じて発光素子に電流Ｉｄａｔａを流す動作と共に、信号線に供給
される’Ｌ’または’Ｒ’の画像信号の電位を第１の容量素子に保持する。従って第１の
期間Ｔ１と第３の期間Ｔ３での切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡及び右目用眼鏡は、同じ動
作となる。同様に第１の期間Ｔ１と第３の期間Ｔ３とでは、第１の制御信号Ｔｒａ及び第
２の制御信号ＥＮは同じ動作となる。従って発光素子が発光状態となる期間となる。
なお図５（Ｄ）では図５（Ｃ）で示した第３の期間Ｔ３と重畳して行うことのできる第１
の期間Ｔ１での各トランジスタの導通状態及び電流の流れについて可視化して示している
。図５（Ｄ）に示す第１の期間Ｔ１では、走査線の選択信号Ｓｅｌにより第１トランジス
タがオンになり、第１の容量素子に画像信号ＶＲが保持される。また前の期間である図５
（Ｃ）で示した第３の期間Ｔ３で画像信号ＶＬが第２の容量素子に保持されている。そし
て第２トランジスタがオフ、第４トランジスタがオンであることで、画像信号ＶＬに応じ
た電流Ｉｄａｔａが第３トランジスタ、第４トランジスタ及び発光素子に流れる。
なお画像信号の電位が保持される第１の容量素子及び第２の容量素子では、各トランジス
タのオン又はオフの切替によって転送する画像信号の電位が変動することが考えられる。
この場合、予め第１の容量素子の静電容量の大きさを第２の容量素子の静電容量の大きさ
の１０倍以上として、電位の変化を低減することが望ましい。
なお第１の容量素子及び第２の容量素子に電位を一定期間保持する場合、第１トランジス
タ及び第２トランジスタの第１端子と第２端子との間をリークする電流による電位の経時
的な変化は、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタとすることで低減することが
できる。すなわち、第１の容量素子及び第２の容量素子に電位を保持することができる。
上述のように、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタは、作製工程において酸化
物半導体中の水素を十分に低減するような工程を経ることにより、非導通状態（オフ状態
ともいう）のトランジスタにおいて流れる電流であるオフ電流を極めて小さくできる。
図１乃至図５で説明したよう本実施の形態の構成では、クロストークを抑制するための黒
表示の画像信号の書き込みをなくすことができる。そして切替手段つき眼鏡の左目用眼鏡
及び右目用眼鏡の切替期間は、第１の容量素子に保持された画像信号の電位を第２の容量
素子に転送する期間に行うことができる。当該画像信号を転送する期間では、順次黒表示
とする画像信号を書き込んでいって切替手段つき眼鏡の切替期間を設ける構成と異なり、
黒表示の画像信号を書き込むことなく一斉に全ての画素を黒表示とすることができる。そ
のためＥＬ表示装置の輝度の低下を抑制することができる。特にＥＬ表示装置を大画面化
した際には、１行目からｍ行目まで順次黒表示を行うための画像信号を書き込む際に時間
を要するのに対して、本発明の構成では、一旦書き込んだ画像信号を一斉に転送する期間
のみ、発光素子を非発光状態とすることができるため、ＥＬ表示装置の輝度の低下を抑制
することができる。その結果ＥＬ表示装置の輝度を高めるため分の消費電力の増加を抑制
し、ＥＬ表示装置の消費電力の低減することができる。
また本実施の形態の構成では、画素内で画像信号の転送を行うために各画素内に予め画像
信号を書き込んでおく必要がある。上記説明したように本実施の形態の構成では、発光素
子を発光させている期間において、次の期間の画像信号を画素に書き込むことができる。
そして本発明の一態様では酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタを画素のトラン
ジスタに用いることで、第１の容量素子及び第２の容量素子に保持した画像信号の電位が
リークすることを低減できる。従ってメモリ回路等を設けるといった複雑な回路構成とす
ることなく、当該回路動作を実現することができる。
以上説明したように本発明の一形態によれば、フレームシーケンシャル方式による立体表
示を行うＥＬ表示装置において、クロストークを抑制するための黒表示の画像信号の書き
込みをなくし、発光素子の点灯期間が短くなることによる分の消費電力の増加を抑制する
ことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置の各画素が具備する発光素子
の構成について説明する。
図６は、薄膜トランジスタに接続された発光素子の断面構造の一形態について示したもの
である。発光素子は、第１電極５１１、発光層を有するＥＬ層５１３、第２電極５１４が
順に積層して設けられている。第１電極５１１または第２電極５１４の一方は陽極として
機能し、他方は陰極として機能する。発光素子は、陽極から注入される正孔及び陰極から
注入される電子がＥＬ層に含まれる発光層で再結合して、発光する。発光素子の第１電極
５１１は、基板５０３上に形成された薄膜トランジスタ５０１に接続する。また、薄膜ト
ランジスタ５０１のソース又はドレインとなる電極及び第１電極５１１を覆うように隔壁
５０２が設けられる。また、第１電極５１１上の隔壁５０２の開口部に、ＥＬ層５１３が
設けられ、ＥＬ層５１３や隔壁５０２を覆うように第２電極５１４が設けられる。
第１電極５１１または第２電極５１４は、金属、合金、または電気伝導性化合物を用いて
形成する。
例えば、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の大きい（仕事関数が４．０
ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることできる。代表的には、酸化イ
ンジウム−酸化スズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含
有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ
Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム（ＩＷＺＯ）
等の透光性を有する導電性金属酸化物層がある。
また、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の小さい（代表的には、仕事関
数が３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることができる。代表的
には、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等の
アルカリ金属、およびマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属
、およびこれらを含む合金（アルミニウム、マグネシウムと銀との合金、アルミニウムと
リチウムの合金）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属およびこれらを含む合
金等がある。
アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金は、真空蒸着法、スパッタリン
グ法などを用いて形成する。また、銀ペーストなどをインクジェット法により吐出し焼成
して形成することも可能である。また、第１電極５１１および第２電極５１４は、単層に
限らず、積層して形成することもできる。
なお、ＥＬ層５１３で発光する光を外部に取り出すため、第１電極５１１または第２電極
５１４のいずれか一方或いは両方を、ＥＬ層５１３からの発光を透過するように形成する
。第１電極５１１のみが透光性を有する電極である場合、光は、矢印方向５００に示すよ
うに第１電極５１１を通って、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で基板５０
３側から取り出される。また、第２電極５１４のみが透光性を有する電極である場合、光
は第２電極５１４を通って信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で封止基板５１
６側から取り出される。第１電極５１１および第２電極５１４がいずれも透光性を有する
電極である場合、光は第１電極５１１および第２電極５１４を通って、信号線から入力さ
れるビデオ信号に応じた輝度で基板５０３側及び封止基板５１６の両方から取り出される
。
透光性を有する電極は、例えば、透光性を有する導電性金属酸化物を用いて形成するか、
或いは、銀、アルミニウム等を数ｎｍ乃至数十ｎｍの厚さとなるように形成する。また、
膜厚を薄くした銀、アルミニウムなどの金属層と、透光性を有する導電性金属酸化物層と
の積層構造とすることもできる。
陽極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の一方は、仕事関数の大きい（
仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ましい。
また、陰極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の他方は、仕事関数の小
さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ま
しい。代表的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金や化合物、
並びに希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。
ＥＬ層５１３は、発光層を有する。また、ＥＬ層５１３は、発光層のほかに、正孔注入層
、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層を有してもよい。正孔輸送層は、陽極と発光層
の間に設けられる。また、正孔注入層は陽極と発光層との間、或いは陽極と正孔輸送層と
の間に設けられる。一方、電子輸送層は、陰極と発光層との間に設けられる。電子注入層
は陰極と発光層との間、或いは陰極と電子輸送層との間に設けられる。なお、正孔注入層
、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は全ての層を設ける必要はなく、適宜求める機
能等に応じて選択して設ければよい。
発光層は発光性の物質を含む。発光性の物質としては、例えば、蛍光を発光する蛍光性化
合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
また、発光層は、発光性の物質をホスト材料に分散して形成できる。発光性の物質をホス
ト材料に分散して発光層を形成すると、発光物質同士が消光反応を引き起こす濃度消光現
象や、結晶化現象を抑制できる。
発光性の物質が蛍光性化合物の場合には、ホスト材料に蛍光性化合物よりも一重項励起エ
ネルギー（基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好
ましい。また、燐光性化合物の場合には、ホスト材料に燐光性化合物よりも三重項励起エ
ネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好
ましい。
また、ホスト材料に分散する発光性の物質としては、上述した燐光性化合物や蛍光性化合
物を用いることができる。
なお、発光層として、２種類以上のホスト材料と発光性の物質を用いてもよいし、２種類
以上の発光性の物質とホスト材料を用いてもよい。また、２種類以上のホスト材料及び２
種類以上の発光性の物質を用いてもよい。
また、正孔注入層として、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質を含む層を用い
ることができる。正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層は、キャリア
密度が高く、正孔注入性に優れている。また、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す
物質とを含む層を、陽極として機能する電極に接する正孔注入層として用いることにより
、陽極として機能する電極材料の仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝
導性化合物、およびこれらの混合物などを用いることができる。
発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は、蒸着法、塗布法等によ
り形成することができる。
また、第２電極５１４及び隔壁５０２上にパッシベーション層５１５をスパッタリング法
やＣＶＤ法により形成してもよい。パッシベーション層５１５を設けることで、外部から
発光素子への水分や酸素の侵入による発光素子の劣化を低減することができる。さらには
、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の空間に窒素を封入し、さらに乾燥剤を
配置してもよい。または、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の間を、透光性
を有し、且つ吸水性の高い有機樹脂で充填してもよい。
発光素子が白色の発光を示す場合、カラーフィルター、又は色変換層などを、基板５０３
または封止基板５１６に設けることによってフルカラー表示を行なうことができる。
またコントラストを高めるため、基板５０３または封止基板５１６に偏光板又は円偏光板
を設けてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置におけるトランジスタの構成
について説明する。
トランジスタの構造の一例として、酸化物半導体でなる半導体層（酸化物半導体層）を有
するトランジスタの構造について、図７及び図８を参照して説明する。図７及び図８は、
トランジスタの断面模式図である。
図７（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであり
、逆スタガ型トランジスタともいう。
図７（Ａ）に示すトランジスタは、基板７１０の上に設けられた導電層７１１と、導電層
７１１の上に設けられた絶縁層７１２と、絶縁層７１２を挟んで導電層７１１の上に設け
られた酸化物半導体層７１３と、酸化物半導体層７１３の一部の上にそれぞれ設けられた
導電層７１５及び導電層７１６と、を有している。
また、図７（Ａ）に、トランジスタの酸化物半導体層７１３の他の一部（導電層７１５及
び導電層７１６が設けられていない部分）に接する酸化物絶縁層７１７と、酸化物絶縁層
７１７の上に設けられた保護絶縁層７１９を示す。
図７（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである
チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう。）トランジスタであり、逆スタガ型トラ
ンジスタともいう。
図７（Ｂ）に示すトランジスタは、基板７２０の上に設けられた導電層７２１と、導電層
７２１の上に設けられた絶縁層７２２と、絶縁層７２２を挟んで導電層７２１の上に設け
られた酸化物半導体層７２３と、絶縁層７２２及び酸化物半導体層７２３を挟んで導電層
７２１の上に設けられた絶縁層７２７と、酸化物半導体層７２３の一部の上及び絶縁層７
２７の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７２５及び導電層７２６と、を有している。
ここで、酸化物半導体層７２３の一部又は全てと導電層７２１とが重なる構造にすると、
酸化物半導体層７２３への光の入射を抑えることができる。
また、図７（Ｂ）に、トランジスタの上に設けられた保護絶縁層７２９を示す。
図７（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである
。
図７（Ｃ）に示すトランジスタは、基板７３０の上に設けられた導電層７３１と、導電層
７３１の上に設けられた絶縁層７３２と、絶縁層７３２の一部の上にそれぞれ設けられた
導電層７３５及び導電層７３６と、絶縁層７３２、導電層７３５、及び、導電層７３６を
挟んで導電層７３１の上に設けられた酸化物半導体層７３３と、を有している。
ここで、酸化物半導体層７３３の一部又は全てと導電層７３１とが重なる構造にすると、
酸化物半導体層７３３への光の入射を抑えることができる。
また、図７（Ｃ）に、酸化物半導体層７３３の上面及び側面と接する酸化物絶縁層７３７
と、酸化物絶縁層７３７の上に設けられた保護絶縁層７３９を示す。
図７（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造を有するトランジスタの一つである
。
図７（Ｄ）に示すトランジスタは、絶縁層７４７を挟んで基板７４０の上に設けられた酸
化物半導体層７４３と、酸化物半導体層７４３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７
４５及び導電層７４６と、酸化物半導体層７４３、導電層７４５、及び導電層７４６の上
に設けられた絶縁層７４２と、絶縁層７４２を挟んで酸化物半導体層７４３の上に設けら
れた導電層７４１と、を有している。
基板７１０、基板７２０、基板７３０、基板７４０のそれぞれには、一例として、ガラス
基板（バリウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス基板等）、絶縁体でな
る基板（セラミック基板、石英基板、サファイア基板等）、結晶化ガラス基板、プラスチ
ック基板、又は、半導体基板（シリコン基板等）を用いる。
図７（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、絶縁層７４７は、基板７４０からの不純物元素
の拡散を防止する下地層としての機能を有する。絶縁層７４７には、一例として、窒化シ
リコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウ
ム層、及び酸化窒化アルミニウム層を、単層で又は積層させて用いる。又は、絶縁層７４
７には、前述の層と、遮光性を有する材料の層とを積層させて用いる。又は、絶縁層７４
７には、遮光性を有する材料の層を用いる。なお、絶縁層７４７として、遮光性を有する
材料の層を用いると、酸化物半導体層７４３への光の入射を抑えることができる。
なお、図７（Ｄ）に示すトランジスタと同様に、図７（Ａ）〜図７（Ｃ）に示すトランジ
スタにおいて、基板７１０と導電層７１１との間、基板７２０と導電層７２１との間、基
板７３０と導電層７３１との間に、それぞれ絶縁層７４７を設けてもよい。
導電層（導電層７１１、導電層７２１、導電層７３１、導電層７４１）は、トランジスタ
のゲートとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、モリブデン、チタン
、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、及びスカンジウム等
の金属材料の層、又は、当該金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）は、トランジスタ
のゲート絶縁層としての機能を有する。
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、一例として
、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化ア
ルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層
、酸化ハフニウム層、又は、酸化アルミニウムガリウム層を用いる。
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３
、酸化物半導体層７４３）と接するゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７
１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、酸素を含む絶縁層を用いるの
が好ましく、当該酸素を含む絶縁層が、化学量論的組成比より酸素が多い領域（酸素過剰
領域とも表記する）を含むことがより好ましい。
上記ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層が酸素過剰領域を有することにより、酸化
物半導体層からゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層への酸素の移動を防ぐことがで
きる。また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層から酸化物半導体層への酸素の供
給を行うこともできる。よって、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と接する酸化
物半導体層を、十分な量の酸素を含有する層とすることができる。
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層
７３２、絶縁層７４２）は、水素や水等の不純物を混入させない方法を用いて成膜するこ
とが好ましい。ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に水素や水等の不純物が含まれ
ると、酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層
７３３、酸化物半導体層７４３）への水素や水等の不純物の侵入や、水素や水等の不純物
による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、等によって、酸化物半導体層が低抵抗化（ｎ
型化）してしまい、寄生チャネルが形成される恐れがあるためである。例えば、ゲート絶
縁層としての機能を有する絶縁層は、スパッタリング法によって成膜し、スパッタガスと
しては、水素や水等の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、酸素を供給する処理を行うことが
好ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理や、酸素ドープ処理
、等がある。または、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加しても良い。な
お、本明細書等において、酸素ドープ処理とは、酸素をバルクに添加することをいい、当
該バルクの用語は、酸素を膜表面のみでなく膜内部に添加することを明確にする趣旨で用
いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマ
ドープが含まれる。
ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に対して、酸素ドープ処理等の酸素を供給する
処理を行うことにより、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、化学量論的組成
比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体
層に酸素を供給し、酸化物半導体層中または絶縁層との界面の酸素欠陥を低減することが
できる。
例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層として酸化アルミニウムガリウム層を
用いた場合、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ＧａｘＡｌ２−
ｘＯ３＋α（０＜ｘ＜２、０＜α＜１）とすることができる。
または、スパッタリング法を用いてゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を成膜する
際に、酸素ガス、または、不活性気体（例えば、アルゴン等の希ガス、又は、窒素）と酸
素との混合ガスを導入することで、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に酸素過剰
領域を形成してもよい。なお、スパッタリング法による成膜後、熱処理を行っても良い。
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３
、酸化物半導体層７４３）は、トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。こ
れらの酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物（
Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、三元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−
Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化
物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、及び二元系金属酸化物等（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物
、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸
化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系金
属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物等）が挙げられる。また、酸化物半導体層に用い
ることができる酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚ
ｎ−Ｏ系金属酸化物等を用いることもできる。また、酸化物半導体層に用いることができ
る酸化物半導体として、上記金属酸化物にＳｉＯ２を含ませた酸化物半導体を用いること
もできる。
また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）
ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ
、及びＣｏから選ばれた一つ又は複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとしては、Ｇａ、Ｇ
ａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、Ｇａ及びＣｏ等が挙げられる。
導電層（導電層７１５及び導電層７１６、導電層７２５及び導電層７２６、導電層７３５
及び導電層７３６、並びに、導電層７４５及び導電層７４６）は、トランジスタのソース
又はドレインとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、アルミニウム、
クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくは、タングステン等の金属材料、又
は、これらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
例えば、トランジスタのソース又はドレインとしての機能を有する導電層として、アルミ
ニウム及び銅等の金属材料の層と、チタン、モリブデン、及びタングステン等の高融点金
属材料層とを積層させて用いる。又は、複数の高融点金属材料の層の間にアルミニウム及
び銅等の金属材料の層を設けて用いる。また、上記の導電層として、ヒロックやウィスカ
ーの発生を防止する元素（シリコン、ネオジム、スカンジウム等）が添加されたアルミニ
ウム層を用いると、トランジスタの耐熱性を向上させることができる。
また、上記の導電層の材料として、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２
）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯ
と略記する）、若しくは、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、又は、
これらの金属酸化物に酸化シリコンを含ませた金属酸化物を用いる。
絶縁層７２７は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう
。）としての機能を有する。
酸化物絶縁層７１７及び酸化物絶縁層７３７には、一例として、酸化シリコン層等の酸化
物絶縁層を用いる。
保護絶縁層７１９、保護絶縁層７２９、及び保護絶縁層７３９には、一例として、窒化シ
リコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化シリコン層、及び窒化酸化アルミニウム層等の
無機絶縁層を用いる。
また、酸化物半導体層７４３と導電層７４５との間、及び酸化物半導体層７４３と導電層
７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層をバッファ層
として設けてもよい。図７（Ｄ）のトランジスタに酸化物導電層を設けたトランジスタを
図８（Ａ）に示す。
図８（Ａ）のトランジスタは、酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとして機能す
る導電層７４５及び導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する
酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４が形成されている。図８（Ｂ）のトランジス
タは、作製工程により酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の形状が異なる例であ
る。
図８（Ａ）のトランジスタでは、酸化物半導体膜と酸化物導電膜の積層を形成し、酸化物
半導体膜と酸化物導電膜との積層を同じフォトリソグラフィ工程によって形状を加工して
島状の酸化物半導体層７４３と島状の酸化物導電膜を形成する。酸化物半導体層７４３及
び酸化物導電膜上にソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６を
形成した後、導電層７４５及び導電層７４６をマスクとして、島状の酸化物導電膜をエッ
チングし、ソース領域およびドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物
導電層７９４を形成する。
図８（Ｂ）のトランジスタでは、酸化物半導体層７４３上に酸化物導電膜を形成し、その
上に金属導電膜を形成し、酸化物導電膜および金属導電膜を同じフォトリソグラフィ工程
によって加工して、ソース領域およびドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及
び酸化物導電層７９４、ソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４
６を形成する。
なお、酸化物導電層の形状を加工するためのエッチング処理の際、酸化物半導体層が過剰
にエッチングされないように、エッチング条件（エッチング材の種類、濃度、エッチング
時間等）を適宜調整する。
酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着
法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用
いる。酸化物導電層の材料としては、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アル
ミニウム、酸化亜鉛ガリウム、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）などを適
用することができる。また、上記材料に酸化珪素を含ませてもよい。
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層７４３とソース及び
ドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６との間に設けることで、ソース領
域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタが高速動作をすることが
できる。
また、酸化物半導体層７４３、ドレイン領域として機能する酸化物導電層（酸化物導電層
７９２又は酸化物導電層７９４）、ドレインとして機能する導電層（導電層７４５又は導
電層７４６）の構成とすることによって、トランジスタの耐圧を向上させることができる
。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したトランジスタの半導体層に用いることので
きる酸化物半導体の一例について、図９（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。
本実施の形態の酸化物半導体層は、第１の結晶性酸化物半導体層上に第１の結晶性酸化物
半導体層よりも厚い第２の結晶性酸化物半導体層を有する積層構造である。
絶縁層１６００上に絶縁層１６０２を形成する。本実施の形態では、絶縁層１６０２とし
て、ＰＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の膜厚の
絶縁層を形成する。例えば、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、窒
化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン
膜から選ばれた一層またはこれらの積層を用いることができる。
次に、絶縁層１６０２上に膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を形成す
る。第１の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、そのスパッタリング法に
よる成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用
ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、
基板とターゲットの間との距離を１６０ｍｍ、基板温度２５０℃、圧力０．４Ｐａ、直流
（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲気下で膜
厚５ｎｍの第１の酸化物半導体膜を成膜する。
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第１の加熱処理
を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第１の加熱処理に
よって第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を形成する（図９（Ａ）参照）。
第１の加熱処理の温度にもよるが、第１の加熱処理によって、膜表面から結晶化が起こり
、膜の表面から内部に向かって結晶成長し、Ｃ軸配向した結晶が得られる。第１の加熱処
理によって、亜鉛と酸素が膜表面に多く集まり、上平面が六角形をなす亜鉛と酸素からな
るグラフェンタイプの二次元結晶が最表面に１層または複数層形成され、これが膜厚方向
に成長して重なり積層となる。加熱処理の温度を上げると表面から内部、そして内部から
底部と結晶成長が進行する。
第１の加熱処理によって、酸化物絶縁層である絶縁層１６０２中の酸素を第１の結晶性酸
化物半導体層１６０４との界面またはその近傍（界面からプラスマイナス５ｎｍ）に拡散
させて、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の酸素欠損を低減する。従って、下地絶縁
層として用いられる絶縁層１６０２は、膜中（バルク中）、第１の結晶性酸化物半導体層
１６０４と絶縁層１６０２との界面、のいずれかには少なくとも化学量論比を超える量の
酸素が存在することが好ましい。
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４上に１０ｎｍよりも厚い第２の酸化物半導
体膜を形成する。第２の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、その成膜時
における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。成膜時における基板温度を２００
℃以上４００℃以下とすることにより、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の表面上に
接して成膜する酸化物半導体層にプリカーサの整列が起き、所謂、秩序性を持たせること
ができる。
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用
ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、
基板とターゲットの間との距離を１７０ｍｍ、基板温度４００℃、圧力０．４Ｐａ、直流
（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、又はアルゴン及び酸素雰囲気下で膜
厚２５ｎｍの第２の酸化物半導体膜を成膜する。
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第２の加熱処理
を行う。第２の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第２の加熱処理に
よって第２の結晶性酸化物半導体層１６０６を形成する（図９（Ｂ）参照）。第２の加熱
処理を、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、又は窒素と酸素の混合雰囲気下で行うことにより
、第２の結晶性酸化物半導体層の高密度化及び欠陥数の減少を図る。第２の加熱処理によ
って、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を核として膜厚方向、即ち底部から内部に結
晶成長が進行して第２の結晶性酸化物半導体層１６０６が形成される。
また、絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程を大気に触れることなく連続
的に行うことが好ましい。絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程は、水素
及び水分をほとんど含まない雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気雰囲気など）
下に制御することが好ましく、例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露
点−５０℃以下の乾燥窒素雰囲気とする。
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４及び第２の結晶性酸化物半導体層１６０６
からなる酸化物半導体積層を加工して島状の酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１
６０８を形成する（図９（Ｃ）参照）。図では、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４と
第２の結晶性酸化物半導体層１６０６の界面を点線で示し、酸化物半導体積層と説明して
いるが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図
示している。
酸化物半導体積層の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体積層上に形成した後、当
該酸化物半導体積層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、
フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット
法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。
なお、酸化物半導体積層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでも
よい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
また、上記作製方法により、得られる第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化
物半導体層は、Ｃ軸配向を有していることを特徴の一つとしている。ただし、第１の結晶
性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、単結晶構造ではなく、非晶質構造
でもない構造であり、ｃ軸配向を有した結晶（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓ
ｔａｌ； ＣＡＡＣとも呼ぶ）を含む酸化物を有する。なお、第１の結晶性酸化物半導体
層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、一部に結晶粒界を有している。
いずれにしても、ＣＡＡＣを得るには酸化物半導体膜の堆積初期段階において六方晶の結
晶が形成されるようにすることと、当該結晶を種として結晶が成長されるようにすること
が肝要である。そのためには、基板加熱温度を１００℃〜５００℃、好適には２００℃〜
４００℃、さらに好適には２５０℃〜３００℃にすると好ましい。また、これに加えて、
成膜時の基板加熱温度よりも高い温度で、堆積された酸化物半導体膜を熱処理することで
膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥を修復することができる。
なお、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、少なくともＺｎ
を有する酸化物材料であり、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材
料や、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ
−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の
材料や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料や、Ｚｎ−Ｏ系の材料などがある。また
、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ
−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いてもよい。また、上記の材料にＳｉＯ２を含ませてもよい
。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム
（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物膜、という意味であり、その組成比は特に問わない
。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
なお、酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれ
ていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石
灰ガラスも使えると指摘されている（神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の
物性とデバイス開発の現状」、固体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐｐ．６２
１−６３３）。しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構
成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する
元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちＮａは、酸化物半
導体膜に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してＮａ＋となる。また
、Ｎａは、酸化物半導体膜内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断
する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシ
フトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起
こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの
特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体膜中の水素の濃度が十分に低い場合にお
いて顕著に現れる。従って、酸化物半導体膜中の水素の濃度が５×１０１９／ｃｍ３以下
、特に５×１０１８／ｃｍ３以下である場合には、上記不純物の濃度を低減することが望
ましい。具体的に、二次イオン質量分析法によるＮａ濃度の測定値は、５×１０１６／ｃ
ｍ３以下、好ましくは１×１０１６／ｃｍ３以下、更に好ましくは１×１０１５／ｃｍ３
以下とする。同様に、Ｌｉ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×
１０１５／ｃｍ３以下とする。同様に、Ｋ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、
好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。
また、第１の結晶性酸化物半導体層上に第２の結晶性酸化物半導体層を形成する２層構造
に限定されず、第２の結晶性酸化物半導体層の形成後に第３の結晶性酸化物半導体層を形
成するための成膜処理と加熱処理のプロセスを繰り返し行って、３層以上の積層構造とし
てもよい。
上記作製方法で形成された酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１６０８を、本明細
書に開示するＥＬ表示装置に適用できるトランジスタ（例えば、実施の形態２及び実施の
形態３で説明したトランジスタ）に、適宜用いることができる。
また、本実施の形態の第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導体層の積層
を酸化物半導体層として用いた、実施の形態３の図７（Ｄ）のトランジスタにおいては、
酸化物半導体層の一方の面から他方の面に電界が印加されることはない。また、電流が酸
化物半導体積層の厚さ方向（一方の面から他方の面に流れる方向、具体的に図７（Ｄ）で
は上下方向）に流れる構造ではない。電流は、主として、酸化物半導体積層の界面を流れ
るトランジスタ構造であるため、トランジスタに光照射が行われ、またはＢＴストレスが
与えられても、トランジスタ特性の劣化は抑制される、または低減される。
酸化物半導体層１６０８のような第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導
体層の積層をトランジスタに用いることで、安定した電気的特性を有し、且つ、信頼性の
高いトランジスタを実現できる。
多結晶シリコンを用いたトランジスタは、レーザー光を照射して結晶化する工程が必要な
ことからトランジスタ特性にバラツキが生じ、それがＥＬ表示装置の表示に悪影響を与え
ることが問題となっていた。しかしながら、本実施の形態で示す酸化物半導体を用いたト
ランジスタはレーザー結晶化の工程が不要であることから、トランジスタ特性のバラツキ
を生じさせる問題の一つを排除することができ、ＥＬ表示装置の画質向上を図ることがで
きる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
（実施の形態５）
本明細書に開示するＥＬ表示装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用するこ
とができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョ
ン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともい
う）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機な
どが挙げられる。上記実施の形態で説明したモニター回路を有するＥＬ表示装置を具備す
る電子機器の例について説明する。
図１０（Ａ）は、電子書籍の一例を示している。図１０（Ａ）に示す電子書籍は、筐体１
７００及び筐体１７０１の２つの筐体で構成されている。筐体１７００及び筐体１７０１
は、蝶番１７０４により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構
成により、書籍のような動作を行うことが可能となる。
筐体１７００には表示部１７０２が組み込まれ、筐体１７０１には表示部１７０３が組み
込まれている。表示部１７０２及び表示部１７０３は、続き画面を表示する構成としても
よいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすること
で、例えば右側の表示部（図１０（Ａ）では表示部１７０２）に文章を表示し、左側の表
示部（図１０（Ａ）では表示部１７０３）に画像を表示することができる。
また、図１０（Ａ）では、筐体１７００に操作部等を備えた例を示している。例えば、筐
体１７００は、電源入力端子１７０５、操作キー１７０６、スピーカ１７０７等を備えて
いる。操作キー１７０６により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面に
キーボードやポインティングディバイス等を備える構成としてもよい。また、筐体の裏面
や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、及びＵＳＢケーブル等の各種ケ
ーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成としてもよい。さらに、図
１０（Ａ）に示す電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
図１０（Ｂ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いたデジタルフォトフレームの一
例を示している。例えば、図１０（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、筐体１７１１
に表示部１７１２が組み込まれている。表示部１７１２は、各種画像を表示することが可
能であり、例えば、デジタルカメラ等で撮影した画像を表示させることで、通常の写真立
てと同様に機能させることができる。
なお、図１０（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ
端子、ＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備え
る構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏
面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記
録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像を記憶したメモリを挿入して画像を取り
込み、取り込んだ画像を表示部１７１２に表示させることができる。
図１０（Ｃ）は、ＥＬ表示装置を用いたテレビジョン装置の一例を示している。図１０（
Ｃ）に示すテレビジョン装置は、筐体１７２１に表示部１７２２が組み込まれている。表
示部１７２２により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド１７
２３により筐体１７２１を支持した構成を示している。表示部１７２２は、上記実施の形
態に示したＥＬ表示装置を適用することができる。
図１０（Ｃ）に示すテレビジョン装置の操作は、筐体１７２１が備える操作スイッチや、
別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより
、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部１７２２に表示される映像を操作す
ることができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示
する表示部を設ける構成としてもよい。
図１０（Ｄ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いた携帯電話機の一例を示してい
る。図１０（Ｄ）に示す携帯電話機は、筐体１７３１に組み込まれた表示部１７３２の他
、操作ボタン１７３３、操作ボタン１７３７、外部接続ポート１７３４、スピーカ１７３
５、及びマイク１７３６等を備えている。
図１０（Ｄ）に示す携帯電話機は、表示部１７３２がタッチパネルになっており、指等の
接触により、表示部１７３２の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或
いはメールの作成等は、表示部１７３２を指等で接触することにより行うことができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。
１０ 画素部
１１ 走査線駆動回路
１２ 信号線駆動回路
１３ 走査線
１４ 信号線
１５ 画素
１６ 第１の制御線
１７ 第２の制御線
１８ 表示制御回路
１９ 第１の電源線
２０ 第２の電源線
２１ 電源回路
１０１ 第１トランジスタ
１０２ 第２トランジスタ
１０３ 第３トランジスタ
１０４ 第４トランジスタ
１０５ 発光素子
１０６ 第１の容量素子
１０７ 第２の容量素子
２０１ ＥＬ表示装置
２０２ 切替手段つき眼鏡
２０４ 切替手段つき眼鏡制御回路
２２１ 矢印
５００ 矢印方向
５０１ 薄膜トランジスタ
５０２ 隔壁
５０３ 基板
５１１ 電極
５１３ ＥＬ層
５１４ 電極
５１５ パッシベーション層
５１６ 封止基板
７１０ 基板
７１１ 導電層
７１２ 絶縁層
７１３ 酸化物半導体層
７１５ 導電層
７１６ 導電層
７１７ 酸化物絶縁層
７１９ 保護絶縁層
７２０ 基板
７２１ 導電層
７２２ 絶縁層
７２３ 酸化物半導体層
７２５ 導電層
７２６ 導電層
７２７ 絶縁層
７２９ 保護絶縁層
７３０ 基板
７３１ 導電層
７３２ 絶縁層
７３３ 酸化物半導体層
７３５ 導電層
７３６ 導電層
７３７ 酸化物絶縁層
７３９ 保護絶縁層
７４０ 基板
７４１ 導電層
７４２ 絶縁層
７４３ 酸化物半導体層
７４５ 導電層
７４６ 導電層
７４７ 絶縁層
７９２ 酸化物導電層
７９４ 酸化物導電層
８０１ ＥＬ表示装置
８０２ 切替手段つき眼鏡
８１０ 画素
８１１ 選択トランジスタ
８１２ 駆動トランジスタ
８１３ ＥＬ素子
８１４ 容量素子
８２１ ゲート線
８２２ 信号線
８２３ 第１の電源線
８２４ 第２の電源線
８３１ 矢印
１６００ 絶縁層
１６０２ 絶縁層
１６０４ 結晶性酸化物半導体層
１６０６ 結晶性酸化物半導体層
１６０８ 酸化物半導体層
１７００ 筐体
１７０１ 筐体
１７０２ 表示部
１７０３ 表示部
１７０４ 蝶番
１７０５ 電源入力端子
１７０６ 操作キー
１７０７ スピーカ
１７１１ 筐体
１７１２ 表示部
１７２１ 筐体
１７２２ 表示部
１７２３ スタンド
１７３１ 筐体
１７３２ 表示部
１７３３ 操作ボタン
１７３４ 外部接続ポート
１７３５ スピーカ
１７３６ マイク
１７３７ 操作ボタン
２０３Ａ 左目用眼鏡
２０３Ｂ 右目用眼鏡
８０３Ａ 左目用眼鏡
８０３Ｂ 右目用眼鏡

Claims (2)

  1. 一画素に、第１トランジスタ乃至第４トランジスタ、第１の容量素子、第２の容量素子並びに発光素子を有し、
    前記第１トランジスタは、ゲートが走査線に電気的に接続され、第１端子が信号線に電気的に接続され、第２端子が前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
    前記第２トランジスタは、ゲートが第１の制御線に電気的に接続され、第１端子が前記第１の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第２端子が前記第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、
    前記第３トランジスタは、ゲートが前記第２の容量素子の一方の電極に電気的に接続され、第１端子が第１の電源線に電気的に接続され、第２端子が前記第４トランジスタの第１端子に電気的に接続され、
    前記第４トランジスタは、ゲートが第２の制御線に電気的に接続され、第２端子が前記発光素子に電気的に接続され、
    前記第３のトランジスタに、前記第２の容量素子に蓄積された電荷に応じて電流が流れることで前記発光素子による発光の輝度が制御され、
    前記第１の容量素子の静電容量は、前記第２の容量素子の静電容量よりも大きいことを特徴とするＥＬ表示装置。
  2. 請求項１において、
    前記第１トランジスタ乃至前記第４トランジスタの半導体層は、酸化物半導体であることを特徴とするＥＬ表示装置。
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