JP7246365B2 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、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、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、撮像装置、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、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。

トランジスタに適用可能な半導体薄膜としてシリコン系半導体材料が広く知られているが、その他の材料として酸化物半導体が注目されている。酸化物半導体としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛などの一元系金属の酸化物のみでなく、多元系金属の酸化物も知られている。多元系金属の酸化物の中でも、特にＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（以下、ＩＧＺＯとも呼ぶ）に関する研究が盛んに行われている。

ＩＧＺＯに関する研究により、酸化物半導体において、単結晶でも非晶質でもないＣＡＡＣ（ｃ－ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造およびｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造が見出された（非特許文献１乃至非特許文献３参照）。非特許文献１および非特許文献２では、ＣＡＡＣ構造を有する酸化物半導体を用いてトランジスタを作製する技術も開示されている。さらに、ＣＡＡＣ構造およびｎｃ構造よりも結晶性の低い酸化物半導体でさえも微小な結晶を有することが非特許文献４および非特許文献５に示されている。

さらに、ＩＧＺＯを活性層として用いたトランジスタは極めて低いオフ電流を持ち（非特許文献６参照）、その特性を利用したＬＳＩおよびディスプレイが報告されている（非特許文献７および非特許文献８参照）。

また、オフ電流が極めて低いトランジスタをメモリセルに用いる構成の記憶装置が特許文献１に開示されている。

特開２０１１－１１９６７４号公報

Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，"ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ"，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ ４３，ｉｓｓｕｅ １，ｐ．１８３－１８６ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，"Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ５３，Ｎｕｍｂｅｒ ４Ｓ，ｐ．０４ＥＤ１８－１－０４ＥＤ１８－１０ Ｓ．Ｉｔｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｔｈｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＡＭ－ＦＰＤ’１３ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ"，２０１３，ｐ．１５１－１５４ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ．，"ＥＣＳ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ３，ｉｓｓｕｅ ９，ｐ．Ｑ３０１２－Ｑ３０２２ Ｓ．Ｙａｍａｚａｋｉ，"ＥＣＳ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ"，２０１４，ｖｏｌｕｍｅ ６４，ｉｓｓｕｅ １０，ｐ．１５５－１６４ Ｋ．Ｋａｔｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ"，２０１２，ｖｏｌｕｍｅ ５１，ｐ．０２１２０１－１－０２１２０１－７ Ｓ．Ｍａｔｓｕｄａ ｅｔ ａｌ．，"２０１５ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ ＶＬＳＩ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ"，２０１５，ｐ．Ｔ２１６－Ｔ２１７ Ｓ．Ａｍａｎｏ ｅｔ ａｌ．，"ＳＩＤ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ"，２０１０，ｖｏｌｕｍｅ ４１，ｉｓｓｕｅ １，ｐ．６２６－６２９

表示装置では高解像度化が進み、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）解像度またはそれ以上の解像度で表示を行うことができるハードウェアが開発されている。また、輝度調整によって画像品質を高めるＨＤＲ（ハイダイナミックレンジ）表示技術の導入も進んでいる。

明瞭な階調表示を行うには、表示素子に供給することのできるデータ電位の幅を広くとることが望まれる。一方で、例えば液晶表示装置用のソースドライバの出力電圧は１５Ｖ程度であり、それ以上の電圧を表示素子に供給するには高出力のソースドライバを用いなければならない。高出力のソースドライバは消費電力も高く、新たなドライバＩＣを開発しなければならない場合もある。

また、動画像をより滑らかに表示するにはフレーム周波数を上げることが求められるが、画素数の増加とともに水平期間が短くなるため、フレーム周波数を上げることが困難となっている。フレーム周波数を上げやすい構成の実現によって、フィールドシーケンシャル液晶方式の表示装置などにも適用しやすくなる。

したがって、本発明の一態様では、画像品質を高めることができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、ソースドライバの出力電圧以上の電圧を表示素子に供給することができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、表示画像の輝度を高めることができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、フレーム周波数を高めることができる表示装置を提供することを目的の一つとする。

または、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い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、上記表示装置の駆動方法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。

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、画像品質を高めることができる表示装置に関する。

本発明の一態様は、第１のノードと、第２のノードと、第３のノードと、表示素子と、が設けられた画素を有し、第１のノードおよび第２のノードに第１のデータを書き込む機能と、第２のノードに保持されている第１のデータを第３のノードに読み出す機能と、第１のノードに保持されている第１のデータと第３のノードに読み出された第１のデータとの容量結合によって第１のノードに第２のデータを生成する機能と、第２のデータを表示素子に供給して表示を行う機能と、を有する表示装置である。

また、本発明の他の一態様は、第１の画素と、第２の画素と、第１の配線と、第２の配線と、を有し、第１の画素および第２の画素のそれぞれには、第１のノードと、第２のノードと、第３のノードと、表示素子と、が設けられ、第１の配線は第１の画素と電気的に接続され、第２の配線は第１の画素と電気的に接続され、第２の配線は第２の画素と電気的に接続され、第１のノードおよび第２のノードに第１のデータを書き込む第１の機能と、第２のノードに保持されている第１のデータを第３のノードに読み出す第２の機能と、第１のノードに保持されている第１のデータと第３のノードに読み出された第１のデータとの容量結合によって、第１のノードに第２のデータを生成する第３の機能と、第２のデータを表示素子に供給して表示を行う第４の機能と、を有し、第１の配線に第１の信号が供給されたとき、第１の画素では第１の機能が働き、第２の配線に第２の信号が供給されたとき、第１の画素では第２乃至第４の機能が働き、第２の画素では第１の機能が働く表示装置である。

また、本発明の他の一態様は、第１の画素と、第２の画素と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有し、第１の画素および第２の画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、回路ブロックと、を有し、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の一方の電極は、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、回路ブロックと電気的に接続され、第１の画素において、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の配線に電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の配線に電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第３の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第４のトランジスタのゲートは、第２の配線と電気的に接続され、第２の画素において、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の配線に電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の配線に電気的に接続され、第１のトランジスタのゲートは、第３の配線と電気的に接続され、第２のトランジスタのゲートは、第４の配線と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第３の配線と電気的に接続され、第４のトランジスタのゲートは、第３の配線と電気的に接続され、回路ブロックは、表示素子を有する表示装置である。

回路ブロックは、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、第３の容量素子と、表示素子として有機ＥＬ素子と、を有し、有機ＥＬ素子の一方の電極は、第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第３の容量素子の一方の電極は、第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第５のトランジスタのゲートは、第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第３の容量素子の他方の電極は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続された構成とすることができる。

上記構成において、第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続することができる。

また、回路ブロックは、第７のトランジスタと、第４の容量素子と、表示素子として液晶素子と、を有し、液晶素子の一方の電極は、第４の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第４の容量素子の一方の電極は、第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第７のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続された構成としてもよい。

上記構成において、第４の容量素子の他方の電極は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続することができる。

第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。

本発明の一態様を用いることで、画像品質を高めることができる表示装置を提供することができる。または、ソースドライバの出力電圧以上の電圧を表示素子に供給することができる表示装置を提供することができる。または、表示画像の輝度を高めることができる表示装置を提供することができる。または、フレーム周波数を高めることができる表示装置を提供することができる。

または、低消費電力の表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い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、上記表示装置の駆動方法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。

表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置の動作を説明するタイミングチャート。 回路ブロックを説明する図。 回路ブロックを説明する図。 画素回路を説明する図。 シミュレーションに用いる表示装置の構成を説明する図およびタイミングチャート。 シミュレーションの結果を説明する図。 シミュレーションの結果を説明する図。 表示装置を説明する図。 タッチパネルを説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 表示装置を説明する図。 トランジスタを説明する図。 トランジスタを説明する図。 トランジスタを説明する図。 トランジスタを説明する図。 電子機器を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨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。

また、回路図上では単一の要素として図示されている場合であっても、機能的に不都合がなければ、当該要素が複数で構成されてもよい。例えば、スイッチとして動作するトランジスタは、複数が直列または並列に接続されてもよい場合がある。また、キャパシタを分割して複数の位置に配置する場合もある。

また、一つの導電体が、配線、電極および端子のような複数の機能を併せ持っている場合があり、本明細書においては、同一の要素に対して複数の呼称を用いる場合がある。また、回路図上で要素間が直接接続されているように図示されている場合であっても、実際には当該要素間が複数の導電体を介して接続されている場合があり、本明細書ではこのような構成でも直接接続の範疇に含める。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を参照して説明する。

本発明の一態様は、画素内で画像データを加算する機能を有する表示装置である。当該表示装置では、同一の画像データを画素内の二つのノードに書き込んだ後に加算する構成である。画像データを書き込むタイミングと加算動作のタイミングが異なるため、垂直方向（ソース線の延在方向）の画素間でゲート線を共有して並列動作を行うことができる。したがって、１画素に接続されるソース線は１本とすることができる。また、１画素に接続されるゲート線も実質１本にすることができる。

各画素には複数のノードが設けられ、はじめに第１のノードおよび第２のノードに同一の画像データを書き込む。次に、第２のノードから第３のノードに当該画像データを読み出すと同時に、容量結合で当該画像データを第１のノードの画像データに付加する。当該動作により、ソースドライバの出力電圧以上のデータ電位を表示素子に供給することができる。

また、第１の画素における第２のノードから第３のノードに画像データを読み出す動作と、第２の画素における第１のノードおよび第２のノードに同じ画像データを保持する動作を並行して行うことができるため、高速動作が可能となる。

図１は、本発明の一態様の表示装置を説明する図である。表示装置は、画素１０と、ソースドライバ１２と、ゲートドライバ１３を有する。なお、ソースドライバ１２およびゲートドライバ１３の一方または両方を２つ以上設けて画素１０を駆動させてもよい。

画素１０は、記憶部Ｍ１、記憶部Ｍ２、および表示素子１１を有する。記憶部Ｍ１は表示素子１１と電気的に接続される。また、記憶部Ｍ２は記憶部Ｍ１と電気的に接続される。

記憶部Ｍ１および記憶部Ｍ２は、ソース線および第１のゲート線と電気的に接続され、第１のゲート線に供給される信号によって、同一のデータの書き込みが行われる。したがって、記憶部Ｍ１および記憶部Ｍ２は、ソース線から供給される同一のデータを保持することができる。また、記憶部Ｍ２は、第２のゲート線と電気的に接続され、第２のゲート線に供給される信号によって、データの読み出しが行われる。

記憶部Ｍ２から読み出されたデータは記憶部Ｍ１のデータに加算され、当該加算されたデータは表示素子１１に供給される。このような動作を行うことにより、ソースドライバ１２の出力電圧以上の電圧を表示素子１１に供給することができる。

上述のように一つの画素１０は２本のゲート線と電気的に接続され、同一画素では記憶部Ｍ１および記憶部Ｍ２に対するデータの書き込みと、記憶部Ｍ２からのデータの読み出しが異なるタイミングとなるように制御される。

ここで、ｎ行目（ｎは１以上の自然数）の画素１０における記憶部Ｍ２からデータを読み出すタイミングと、ｎ＋１行目の画素１０における記憶部Ｍ１および記憶部Ｍ２にデータを書き込むタイミングを重ねることができる。したがって、ｎ行目の画素１０とｎ＋１行目の画素１０で、１本のゲート線を共有することができる。

上記構成において、第１行と最終行の画素１０に電気的に接続されるゲート線は１．５本（１本＋０．５本）の計算となるが、その他の画素１０に電気的に接続されるゲート線は１本（０．５本＋０．５本）の計算となる。つまり、一つの画素１０が実質１本のゲート線で制御できることになるため、データを加算する動作を含めても高速動作が可能となる。また、複雑な制御が必要なゲートドライバも不要となる。また、ゲート線の数が少なくなるため、画素１０の開口率を向上させることもできる。

図２に画素アレイの第ｍ列、第ｎ行乃至第ｎ＋２行（ｍ、ｎは１以上の自然数）における画素１０の具体例を示す。

画素１０は、トランジスタ１０１と、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、容量素子１０５と、容量素子１０６と、回路ブロック１１０を有する構成とすることができる。回路ブロック１１０は、トランジスタ、容量素子、および表示素子などを有することができ、詳細は後述する。

トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方は、容量素子１０５の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０５の一方の電極は、トランジスタ１０２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１０２のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０３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１０３のソースまたはドレインの一方は、容量素子１０６の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０６の他方の電極は、トランジスタ１０４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１０４のソースまたはドレインの一方は、回路ブロック１１０と電気的に接続される。

ここで、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方、容量素子１０６の他方の電極、および回路ブロックが接続される配線をノードＮＭとする。回路ブロック１１０が有する表示素子は、ノードＮＭの電位に従って動作する。なお、ノードＮＭと接続する回路ブロック１１０の要素は、ノードＮＭをフローティングにすることができる。

また、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方、容量素子１０５の一方の電極、およびトランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＡとする。また、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方、容量素子１０６の一方の電極、およびトランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方が接続される配線をノードＮＢとする。

なお、図１における記憶部Ｍ１は、ノードＮＭおよびその周辺要素に相当する。また、図１における記憶部Ｍ２は、ノードＮＡおよびその周辺要素に相当する。また、図１における表示素子１１は、回路ブロック１１０が有する一要素である。

第ｎ行目の画素１０［ｎ，ｍ］において、トランジスタ１０１のゲート、トランジスタ１０３のゲートおよびトランジスタ１０４のゲートは、配線１２１［ｎ］と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２１［ｎ＋１］と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方およびトランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、配線１２５［ｍ］と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、特定の電位“Ｖ_ｒｅｆ”を供給することのできる配線と電気的に接続される。容量素子１０５の他方の電極は、特定の電位“Ｖ_ｒ”を供給することのできる配線と電気的に接続される。

また、第ｎ＋１行目の画素１０［ｎ＋１，ｍ］において、トランジスタ１０１のゲート、トランジスタ１０３のゲートおよびトランジスタ１０４のゲートは、配線１２１［ｎ＋１］と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２１［ｎ＋２］と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方およびトランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、配線１２５［ｍ］と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、特定の電位“Ｖ_ｒｅｆ”を供給することのできる配線と電気的に接続される。容量素子１０５の他方の電極は、特定の電位“Ｖ_ｒ”を供給することのできる配線と電気的に接続される。

配線１２１はゲート線としての機能を有し、ゲートドライバ１３（図１参照）と電気的に接続される。配線１２５はソース線としての機能を有し、ソースドライバ１２（図１参照）と電気的に接続される。

上述したように、ゲート線（配線１２１）は、垂直方向において隣接する二つの画素１０と電気的に接続する。したがって、垂直方向の二つの画素１０の並列動作が可能となる。

“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”を供給することのできる配線としては、例えば回路ブロック１１０の要素と電気的に接続される電源線などを用いることができる。なお、“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”を供給することのできる配線は同一であってもよいし、異なっていてもよい。

ノードＮＭ、ノードＮＡおよびノードＮＢは、記憶ノードとして作用する。各ノードに接続するトランジスタを導通させることで、データを各ノードに書き込むことができる。また、当該トランジスタを非導通とすることで、当該データを各ノードに保持することができる。当該トランジスタに極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることでリーク電流を抑えることができ、各ノードの電位を長時間保持することが可能となる。当該トランジスタには、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（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。

具体的には、トランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４にＯＳトランジスタを適用することが好ましい。また、回路ブロック１１０が有する要素にＯＳトランジスタを適用してもよい。また、リーク電流量が許容できる範囲で動作を行う場合は、Ｓｉをチャネル形成領域に有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を適用してもよい。または、ＯＳトランジスタおよびＳｉトランジスタを併用してもよい。なお、上記Ｓｉトランジスタとしては、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、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。

ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ－Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ－Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）－ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ－ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。

ＯＳトランジスタはエネルギーギャップが大きいため、数ｙＡ／μｍ（チャネル幅１μｍあたりの電流値）という極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。

ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。

半導体層を構成する酸化物半導体がＩｎ－Ｍ－Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。

半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１０／ｃｍ^３未満であり、１×１０^－９／ｃｍ^３以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。

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、半導体層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。

半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（ＳＩＭＳにより得られる濃度）を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。

また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（ＳＩＭＳにより得られる濃度）は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい。

また、半導体層を構成する酸化物半導体に水素が含まれていると、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成する場合がある。したがって、水素が多く含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタは、ノーマリーオン特性となりやすい。

酸素欠損に水素が入った欠陥は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。

よって、酸化物半導体中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、より好ましくは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。水素などの不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。

また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ－ＯＳ、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ－ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。

非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。

なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ－ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。

以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ－ＯＳの構成について説明する。

ＣＡＣ－ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ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、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上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２ｎｍ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。

なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよ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、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳ（ＣＡＣ－ＯＳの中でもＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ－ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯ_Ｘ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯ_Ｘ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、Ｇａ_Ｘ４Ｚｎ_Ｙ４Ｏ_Ｚ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯ_Ｘ１、またはＩｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。

つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。

なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ_{（１＋ｘ０）}Ｇａ_{（１－ｘ０）}Ｏ_３（ＺｎＯ）_ｍ０（－１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ－ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。

一方、ＣＡＣ－ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ－ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ－ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。

なお、ＣＡＣ－ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。

なお、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。

なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ－ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。

ＣＡＣ－ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、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、およ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。

ＣＡＣ－ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ－ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。

また、ＣＡＣ－ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ－ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）構造を有することがわかる。

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、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。

ＣＡＣ－ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ－ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。

ここで、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域は、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域が、酸化物半導体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、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域は、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。

したがって、ＣＡＣ－ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯ_Ｘ３などに起因する絶縁性と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉ_ｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。

また、ＣＡＣ－ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ－ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。

なお、画素１０は、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構成であってもよい。図３（Ａ）は、トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方がトランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方に接続される例である。図３（Ｂ）は、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方がトランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方に接続される例である。いずれの構成も図２の構成と同様の動作を行うことができる。

また、画素１０の加算動作では容量結合を用いるため、供給側に設けられる容量素子１０５の容量値を大きくすることが好ましい。一方で、画素の開口率を高めるためには、容量素子の占有面積はできるだけ小さくすることが好ましい。そのため、画素間で容量素子を互いに共有する構成としてもよい。

新たな書き込み動作を行っていない画素１０においては、容量素子１０５に書き込む電位を変化させても表示動作に影響を与えない。したがって、複数の画素１０で互いに容量素子１０５を共有し、容量値を高めることができる。なお、容量素子１０５を共有できる画素１０は、並列動作が行われない画素１０に限られる。

例えば、図４に示すように、接続線１３６を設け、垂直方向の一つ置きの画素１０の容量素子１０５を電気的に並列接続することができる。なお、図４では２個の画素１０で容量素子１０５を共有する構成を示したが、垂直方向の一つ置きの画素１０であれば、３個以上の画素１０で容量素子１０５を共有してもよい。

図５に示すタイミングチャートを用いて、画素１０に供給した画像データを加算する動作の一例を説明する。なお、以下の説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”で表す。また、１行目の画素に書き込む際に供給する画像データを“Ｄ１”、２行目の画素に書き込む際に供給する画像データを“Ｄ２”、３行目の画素に書き込む際に供給する画像データを“Ｄ３”とする。”Ｖ_ｒｅｆ”としては、例えば０Ｖ、ＧＮＤ電位または特定の基準電位を用いることができる。

まず、ｎ行目の画素１０［ｎ，ｍ］のノードＮＡ［ｎ，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ，ｍ］に“Ｄ１”を書き込む動作を説明する。なお、ここでは電位の分配、結合または損失において、回路の構成や動作タイミングなどに起因する詳細な変化は勘案しない。また、容量結合による電位の変化は供給側と被供給側の容量比に依存するが、説明を明瞭にするため、回路ブロック１１０の容量値は十分に小さい値に仮定する。

時刻Ｔ１に配線１２１［ｎ］の電位を“Ｈ”とすると、画素１０［ｎ，ｍ］において、トランジスタ１０３が導通し、容量素子１０６の一方の電極の電位は“Ｖ_ｒｅｆ”となる。当該動作は、後の加算動作（容量結合動作）を行うためのリセット動作である。また、トランジスタ１０１が導通し、ノードＮＡ［ｎ，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。また、トランジスタ１０４が導通し、ノードＮＭ［ｎ，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。当該動作は画像データの書き込み動作であり、ノードＮＡ［ｎ，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ，ｍ］の電位は“Ｄ１”となる。

時刻Ｔ２に配線１２１［ｎ］の電位を“Ｌ”とすると、トランジスタ１０１、トランジスタ１０３およびトランジスタ１０４が非導通となる。このとき、ノードＮＡ［ｎ，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ，ｍ］に“Ｄ１”が保持される。また、容量素子１０６には、“Ｄ１－Ｖ_ｒｅｆ”が保持される。

ここまでが画素１０［ｎ，ｍ］における“Ｄ１”の書き込み動作である。次に画素１０［ｎ，ｍ］における“Ｄ１”の加算動作および画素１０［ｎ＋１，ｍ］における“Ｄ２”の書き込み動作を説明する。

時刻Ｔ２に配線１２１［ｎ＋１］の電位を“Ｈ”とすると、画素１０［ｎ，ｍ］において、トランジスタ１０２が導通し、ノードＮＡ［ｎ，ｍ］に保持された“Ｄ１”がノードＮＢ［ｎ，ｍ］に読み出される。このとき、容量素子１０６の容量結合によりノードＮＭ［ｎ，ｍ］の電位にノードＮＢ［ｎ，ｍ］の電位“Ｄ１”が付加される。当該動作は加算動作であり、ノードＮＭ［ｎ，ｍ］の電位は“Ｄ１－Ｖ_ｒｅｆ＋Ｄ１”となる。このとき、“Ｖ_ｒｅｆ”＝０であれば、ノードＮＭ［ｎ，ｍ］の電位は、“Ｄ１＋Ｄ１”となる。すなわち、はじめにノードＮＡ［ｎ，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ，ｍ］に保持されたデータを加算することができる。

画素１０［ｎ＋１，ｍ］においては、トランジスタ１０３が導通し、容量素子１０６の一方の電極の電位は“Ｖ_ｒｅｆ”となる。また、トランジスタ１０１が導通し、ノードＮＡ［ｎ＋１，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。また、トランジスタ１０４が導通し、ノードＮＭ［ｎ＋１，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。当該動作は画像データの書き込み動作であり、ノードＮＡ［ｎ＋１，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ＋１，ｍ］の電位は“Ｄ２”となる。

ここまでが画素１０［ｎ，ｍ］における“Ｄ１”の加算動作、および画素１０［ｎ＋１，ｍ］における“Ｄ２”の書き込み動作である。次に画素１０［ｎ＋１，ｍ］における“Ｄ２”の加算および画素１０［ｎ＋２，ｍ］における“Ｄ３”の書き込み動作を説明する。

時刻Ｔ３に配線１２１［ｎ＋２］の電位を“Ｈ”とすると、画素１０［ｎ＋１，ｍ］において、トランジスタ１０２が導通し、ノードＮＡ［ｎ＋１，ｍ］に保持された“Ｄ２”がノードＮＢ［ｎ＋１，ｍ］に読み出される。このとき、容量素子１０６の容量結合によりノードＮＭ［ｎ＋１，ｍ］の電位にノードＮＢ［ｎ＋１，ｍ］の電位“Ｄ２”が付加される。当該動作は加算動作であり、ノードＮＭ［ｎ＋１，ｍ］の電位は“Ｄ２－Ｖ_ｒｅｆ＋Ｄ２”となる。このとき、“Ｖ_ｒｅｆ”＝０であれば、ノードＮＭ［ｎ＋１，ｍ］の電位は、“Ｄ２＋Ｄ２”となる。

画素１０［ｎ＋２，ｍ］においては、トランジスタ１０３が導通し、容量素子１０６の一方の電極の電位は“Ｖ_ｒｅｆ”となる。また、トランジスタ１０１が導通し、ノードＮＡ［ｎ＋２，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。また、トランジスタ１０４が導通し、ノードＮＭ［ｎ＋２，ｍ］に配線１２５［ｍ］の電位が書き込まれる。当該動作は画像データの書き込み動作であり、ノードＮＡ［ｎ＋２，ｍ］およびノードＮＭ［ｎ＋２，ｍ］の電位は“Ｄ３”となる。

ここまでが画素１０［ｎ＋１，ｍ］における“Ｄ２”の加算動作、および画素１０［ｎ＋２，ｍ］における“Ｄ３”の書き込み動作である。画素１０［ｎ＋２，ｍ］においては、図５に示すタイミングチャートに従って上述した同様の動作を行うことにより、“Ｄ３”の加算動作を行うことができる。

以上の説明のように、本発明の一態様では２つの画像データを加算するための動作を行うことができる。画像データを加算することで、ソースドライバの最大出力電圧以上の電位を表示素子に供給することができ、表示輝度の向上やダイナミックレンジの拡大などに寄与することができる。また、標準的な表示を行う場合は、ソースドライバの出力電圧を約半分にすることもでき、消費電力を削減することもできる。

また、ｎ行目の画素における画像データの書き込み動作とｎ＋１行目の画素における画像データの加算動作を並行して行うことができるため、フレーム周波数を高めることができる。したがって、画素数増大によって水平期間が短い場合でもフレーム周波数を高めやすくなる。また、本発明の一態様は、高速動作が必要なフィールドシーケンシャル液晶表示装置にも適する。

図６（Ａ）乃至（Ｃ）は、回路ブロック１１０に適用でき、表示素子としてＥＬ素子を含む構成の例である。

図６（Ａ）に示す構成は、トランジスタ１１１と、容量素子１１３と、ＥＬ素子１１４を有する。トランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方は、ＥＬ素子１１４の一方の電極と電気的に接続される。ＥＬ素子１１４の一方の電極は、容量素子１１３の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１３の他方の電極は、トランジスタ１１１のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１１１のゲートは、ノードＮＭに電気的に接続される。

トランジスタ１１１のソースまたはドレインの他方は、配線１２８と電気的に接続される。ＥＬ素子１１４の他方の電極は、配線１２９と電気的に接続される。配線１２８、１２９は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１２８は、高電位電源を供給することができる。また、配線１２９は、低電位電源を供給することができる。

ここで、図１に示した“Ｖ_ｒｅｆ”を供給するための配線には、配線１２８を適用することができる。また、“Ｖ_ｒ”を供給するための配線にも配線１２８を適用することができる。“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”は０Ｖ、ＧＮＤまたは低電位であることが好ましいため、配線１２８は、少なくともそれらの電位のいずれかを供給する機能も有する。配線１２８には、ノードＮＭにデータを書き込むタイミングでは“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”を供給し、ＥＬ素子１１４を発光させるタイミングでは高電位電源を供給すればよい。なお、“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”を供給する専用の共通配線を設けてもよい。

図６（Ａ）に示す構成では、ノードＮＭの電位がトランジスタ１１１のしきい値電圧以上となったときにＥＬ素子１１４に電流が流れる。したがって、図５のタイミングチャートに示す画像データの書き込みの段階でＥＬ素子１１４の発光が始まる場合があり、用途が限定されることがある。

図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の構成にトランジスタ１１２を付加した構成である。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１１１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１１２のソースまたはドレインの他方は、ＥＬ素子１１４と電気的に接続される。トランジスタ１１２のゲートは、配線１２７と電気的に接続される。配線１２７は、トランジスタ１１２の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。

当該構成では、ノードＮＭの電位がトランジスタ１１１のしきい値電圧以上であって、トランジスタ１１２が導通したときにＥＬ素子１１４に電流が流れる。したがって、図３のタイミングチャートに示す２回目の書き込み以降にＥＬ素子１１４の発光を開始することができる。

図６（Ｃ）は、図６（Ｂ）の構成にトランジスタ１１５を付加した構成である。トランジスタ１１５のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１１１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１１５のソースまたはドレインの他方は、配線１３０と電気的に接続される。トランジスタ１１５のゲートは、配線１３１と電気的に接続される。配線１３１は、トランジスタ１１５の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。

配線１３０は、基準電位などの特定の電位の供給源と電気的に接続することができる。配線１３０からトランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方に特定の電位を供給することで、画像データの書き込みを安定化させることもできる。

また、配線１３０は回路１２０と接続することができ、モニタ線としての機能を有することもできる。回路１２０は、上記特定の電位を供給する機能、トランジスタ１１１の電気特性を取得する機能、および補正データを生成する機能の一つ以上を有することができる。

図７（Ａ）乃至（Ｃ）は、回路ブロック１１０に適用でき、表示素子として液晶素子を含む構成の例である。

図７（Ａ）に示す構成は、容量素子１１６および液晶素子１１７を有する。液晶素子１１７の一方の電極は、容量素子１１６の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１６の一方の電極は、ノードＮＭに電気的に接続される。

容量素子１１６の他方の電極は、配線１３２と電気的に接続される。液晶素子１１７の他方の電極は、配線１３３と電気的に接続される。配線１３２、１３３は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１３２、１３３は、ＧＮＤや０Ｖなどの基準電位や任意の電位を供給することができる。

ここで、図１に示した“Ｖ_ｒｅｆ”を供給するための配線には、配線１３２を適用することができる。また、“Ｖ_ｒ”を供給するための配線にも配線１３２を適用することができる。なお、“Ｖ_ｒｅｆ”および“Ｖ_ｒ”を供給する専用の共通配線を設けてもよい。

当該構成では、ノードＮＭの電位が液晶素子１１７の動作しきい値以上に確定したときに液晶素子１１７の動作が開始される。したがって、図５のタイミングチャートに示す画像データの書き込みの段階で表示動作が始まる場合があり、用途が限定されることがある。ただし、透過型液晶表示装置の場合は、図５のタイミングチャートに示す画像データの加算動作後までバックライトを消灯するなどの動作を併用することで、不必要な表示動作が行われても視認を抑制することができる。

図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の構成にトランジスタ１１８を付加した構成である。トランジスタ１１８のソースまたはドレインの一方は、容量素子１１６の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１１８のソースまたはドレインの他方は、ノードＮＭと電気的に接続される。トランジスタ１１８のゲートは、配線１２７と電気的に接続される。配線１２７は、トランジスタ１１８の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。

当該構成では、トランジスタ１１８の導通に伴って液晶素子１１７にノードＮＭの電位が印加される。したがって、図５に示すタイミングチャートの画像データの加算動作以降に液晶素子の動作を開始することができる。

なお、トランジスタ１１８が非導通の状態では容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位が保持され続けるため、画像データを書き換える前に容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位をリセットすることが好ましい。当該リセットは、例えば、画素が接続されるソース線（図２に示す配線１２５）にリセット電位を供給し、トランジスタ１０３およびトランジスタ１１８を同時に導通させればよい。

図７（Ｃ）は、図７（Ｂ）の構成にトランジスタ１１９を付加した構成である。トランジスタ１１９のソースまたはドレインの一方は、液晶素子１１７の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１１９のソースまたはドレインの他方は、配線１３０と電気的に接続される。トランジスタ１１９のゲートは、配線１３１と電気的に接続される。配線１３１はトランジスタ１１９の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。

配線１３０と電気的に接続される回路１２０は、前述した図６（Ｃ）の説明と同様であるほか、容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位をリセットする機能を有していてもよい。

また、図６、図７では“Ｖ_ｒｅｆ”を電源線から供給する例を示したが、ゲート線から供給することもできる。例えば、図８（Ａ）に示すように画素１０［ｎ，ｍ］においては、配線１２１から“Ｖ_ｒｅｆ”を供給してもよい。図５のタイミングチャートに示すように、“Ｄ１”の書き込み時（トランジスタ１０３の導通時）に配線１２１［ｎ＋１，ｍ］は“Ｌ”に相当する電位が供給されているため、当該電位を“Ｖ_ｒｅｆ”として利用することができる。

また、図８（Ｂ）、（Ｃ）に示すようにトランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４は、バックゲートを設けた構成であってもよい。図８（Ｂ）は、バックゲートがフロントゲートと電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。図８（Ｃ）は、バックゲートが定電位を供給できる配線１３４と電気的に接続された構成を示しており、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。なお、図６（Ａ）乃至（Ｃ）および図７（Ａ）乃至（Ｃ）に示す回路ブロック１１０が有するトランジスタにもバックゲートを設けてもよい。

次に、図２に示す表示装置の画素１０に図７（Ａ）に示す回路ブロックを適用した構成（図９（Ａ）参照）のシミュレーション結果を説明する。パラメータは以下の通りであり、トランジスタサイズはＬ／Ｗ＝４μｍ／４０μｍ（画素１０が有するトランジスタ）、容量素子Ｃ１、Ｃ２の容量値は５ｐＦ、容量素子Ｃｓの容量値は５００ｆＦ、液晶素子Ｃｌｃの容量値は１ｐＦ、画像データ（ＤＡＴＡ）は最大５Ｖ、“Ｖ_ｒｅｆ”、“Ｖ_ｒ”は０Ｖ、共通電極ＣｓＣＯＭおよびＴＣＯＭは０Ｖとした。また、トランジスタのゲートに印加する電圧は、“Ｈ”として＋２０Ｖ、“Ｌ”として－２０Ｖとした。なお、回路シミュレーションソフトウェアにはＳＰＩＣＥを用いた。

図９（Ａ）に示す回路を図９（Ｂ）に示すタイミングチャートに従って動作させた場合のシミュレーション結果を図１０に示す。

図１０は、画像データ（ＤＡＴＡ）として＋５Ｖを入力したときのノードＮＭ［ｎ］、およびノードＮＭ［ｎ＋１］における電圧のシミュレーション結果である。ノードＮＭ［ｎ］では、ＧＬ［ｎ］を“Ｈ”としたタイミングで１回目の書き込みが行われ、ＧＬ［ｎ＋１］を“Ｈ”としたタイミングで２回目の書き込みが行われ、画像データ（ＤＡＴＡ）が供給側と被供給側との容量比に従って加算されていることが確かめられた。ノードＮＭ［ｎ＋１］も同様である。

図１１は、画像データ（ＤＡＴＡ）として－５Ｖ乃至＋５Ｖを入力したときのノードＮＭ［ｎ］、およびノードＮＭ［ｎ＋１］における電圧のシミュレーション結果である。いずれの場合においても画像データ（ＤＡＴＡ）が供給側と被供給側との容量比に従って加算されていることが確かめられた。

以上のシミュレーション結果により、二つのノードに保持した電位を加算して表示素子に供給できることが確かめられた。本発明の一態様の表示装置では垂直方向の画素間における並列動作も可能であり、高速動作を必要とする表示装置に適用することが好ましい。

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示装置の構成例と、ＥＬ素子を用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態１で説明した表示装置の要素、動作および機能の説明は省略する。

図１２（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一態様を用いることのできる表示装置の構成を示す図である。

図１２（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、表示部２１５がシール材４００５および第２の基板４００６によって封止されている。

表示部２１５には、実施の形態１で説明した画素１０等を設けることができる。なお、以下に説明する走査線駆動回路はゲートドライバ、信号線駆動回路はソースドライバに相当する。

図１２（Ａ）では、走査線駆動回路２２１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、信号線駆動回路２３２ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、それぞれがプリント基板４０４１上に設けられた集積回路４０４２を複数有する。集積回路４０４２は、単結晶半導体または多結晶半導体で形成されている。共通線駆動回路２４１ａは、実施の形態１に示した配線１２８、１２９、１３２、１３３などに規定の電位を供給する機能を有する。

走査線駆動回路２２１ａ、共通線駆動回路２４１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、および信号線駆動回路２３２ａに与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８を介して供給される。

走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に選択信号を供給する機能を有する。信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に画像データを供給する機能を有する。集積回路４０４２は、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に実装されている。

なお、集積回路４０４２の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング法、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）法、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）法などを用いることができる。

図１２（Ｂ）は、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａに含まれる集積回路４０４２をＣＯＧ法により実装する例を示している。また、駆動回路の一部または全体を表示部２１５と同じ基板上に一体形成して、システムオンパネルを形成することができる。

図１２（Ｂ）では、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａを、表示部２１５と同じ基板上に形成する例を示している。駆動回路を表示部２１５内の画素回路と同時に形成することで、部品点数を削減することができる。よって、生産性を高めることができる。

また、図１２（Ｂ）では、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａと、を囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａの上に第２の基板４００６が設けられている。よって、表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。

また、図１２（Ｂ）では、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部を別途形成して実装しても良い。また、図１２（Ｃ）に示すように、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを表示部２１５と同じ基板上に形成してもよい。

また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。

また第１の基板上に設けられた表示部および走査線駆動回路は、トランジスタを複数有している。当該トランジスタとして、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。

周辺駆動回路が有するトランジスタと、表示部の画素回路が有するトランジスタの構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。周辺駆動回路が有するトランジスタは、全て同じ構造のトランジスタであってもよく、２種類以上の構造のトランジスタを有していてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造のトランジスタであってもよく、２種類以上の構造のトランジスタを有していてもよい。

また、第２の基板４００６上には入力装置４２００を設けることができる。図１２（Ａ）乃至（Ｃ）に示す表示装置に入力装置４２００を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。

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、検知素子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素子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素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板および対向基板の一方または双方に検知素子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。

図１３（Ａ）、（Ｂ）に、タッチパネルの一例を示す。図１３（Ａ）は、タッチパネル４２１０の斜視図である。図１３（Ｂ）は、入力装置４２００の斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。

タッチパネル４２１０は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。

タッチパネル４２１０は、入力装置４２００と、表示装置とを有し、これらが重ねて設けられている。

入力装置４２００は、基板４２６３、電極４２２７、電極４２２８、複数の配線４２３７、複数の配線４２３８および複数の配線４２３９を有する。例えば、電極４２２７は配線４２３７または配線４２３９と電気的に接続することができる。また、電極４２２８は配線４２３９と電気的に接続することができる。ＦＰＣ４２７２ｂは、複数の配線４２３７および複数の配線４２３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ４２７２ｂにはＩＣ４２７３ｂを設けることができる。

または、表示装置の第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設けてもよい。第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。

図１４（Ａ）、（Ｂ）は、図１２（Ｂ）中でＮ１－Ｎ２の鎖線で示した部位の断面図である。図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す表示装置は電極４０１５を有しており、電極４０１５はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。また、図１４（Ａ）、（Ｂ）では、電極４０１５は、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、および絶縁層４１１０に形成された開口において配線４０１４と電気的に接続されている。

電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電層から形成され、配線４０１４は、トランジスタ４０１０、およびトランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。

また、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と走査線駆動回路２２１ａは、トランジスタを複数有しており、図１４（Ａ）、（Ｂ）では、表示部２１５に含まれるトランジスタ４０１０、および走査線駆動回路２２１ａに含まれるトランジスタ４０１１を例示している。なお、図１４（Ａ）、（Ｂ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１としてボトムゲート型のトランジスタを例示しているが、トップゲート型のトランジスタであってもよい。

図１４（Ａ）、（Ｂ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１上に絶縁層４１１２が設けられている。また、図１４（Ｂ）では、絶縁層４１１２上に隔壁４５１０が形成されている。

また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に設けられている。また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１１１上に形成された電極４０１７を有する。電極４０１７はバックゲート電極として機能することができる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す表示装置は、容量素子４０２０を有する。容量素子４０２０は、トランジスタ４０１０のゲート電極と同じ工程で形成された電極４０２１と、ソース電極およびドレイン電極と同じ工程で形成された電極と、を有する。それぞれの電極は、絶縁層４１０３を介して重なっている。

一般に、表示装置の画素部に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。

表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続する。図１４（Ａ）は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図１４（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、および液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１は液晶層４００８を介して重畳する。

また、スペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。

また、必要に応じて、ブラックマトリクス（遮光層）、着色層（カラーフィルタ）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。また、上記バックライト、およびサイドライトとして、マイクロＬＥＤなどを用いても良い。

図１４（Ａ）に示す表示装置では、第２の基板４００６と第２の電極層４０３１の間に、遮光層４１３２、着色層４１３１、絶縁層４１３３が設けられている。

遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、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が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。

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、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。遮光層および着色層は、例えば、インクジェット法などを用いて形成することができる。

また、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す表示装置は、絶縁層４１１１と絶縁層４１０４を有する。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４として、不純物元素を透過しにくい絶縁層を用いる。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４でトランジスタの半導体層を挟むことで、外部からの不純物の浸入を防ぐことができる。

また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子（ＥＬ素子）を適用することができる。ＥＬ素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（「ＥＬ層」ともいう。）を有する。一対の電極間に、ＥＬ素子の閾値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光性の化合物が発光する。

また、ＥＬ素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。なお、発光材料として化合物半導体を用いるＬＥＤ（マイクロＬＥＤを含む）もＥＬ素子の一つである。

有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。

なお、ＥＬ層は、発光性の化合物以外に、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）などを有していてもよい。

ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。

無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー－アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。

発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタおよび発光素子を形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出（トップエミッション）構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出（ボトムエミッション）構造や、両面から発光を取り出す両面射出（デュアルエミッション）構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。

図１４（Ｂ）は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置（「ＥＬ表示装置」ともいう。）の一例である。表示素子である発光素子４５１３は、表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、この構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。

隔壁４５１０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。

発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。

発光素子４５１３の発光色は、発光層４５１１を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。

カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の発光素子４５１３と着色層を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光素子４５１３を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎に発光層４５１１を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、発光素子４５１３にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。

なお、発光層４５１１は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。

発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）などを形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。

充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル系樹脂、ポリイミド、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、充填材４５１４に乾燥剤が含まれていてもよい。

シール材４００５には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材４００５に乾燥剤が含まれていてもよい。

また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。

また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。

表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、および電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。

第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。

また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、または、アニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。

また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。

なお、図１５に示すように、トランジスタや容量素子が高さ方向に重なる領域を有するようなスタック構造としてもよい。例えば、駆動回路を構成するトランジスタ４０１１およびトランジスタ４０２２を重ねて配置すれば、狭額縁の表示装置とすることができる。また、画素回路を構成するトランジスタ４０１０、トランジスタ４０２３、容量素子４０２０などが一部でも重なる領域を有するように配置すれば開口率や解像度を向上させることができる。なお、図１５では図１４（Ａ）に示す液晶表示装置にスタック構造を応用した例を示しているが、図１４（Ｂ）に示すＥＬ表示装置に応用してもよい。

また、画素回路において、電極や配線に可視光に対して透光性の高い透光性導電膜を用いることで、画素内の光の透過率を高めることができ、実質的に開口率を向上させることができる。なお、ＯＳトランジスタを用いる場合は半導体層も透光性を有するため、さらに開口率を高めることができる。これらは、トランジスタ等をスタック構造としない場合においても有効である。

また、液晶表示装置と発光装置を組み合わせて表示装置を構成としてもよい。

発光装置は表示面の逆側、または表示面の端部に配置される。発光装置は表示素子に光を供給する機能を有する。発光装置は、バックライトとも呼ぶことができる。

ここで、発光装置は、板状またはシート状の導光部（導光板ともいう）と、異なる色の光を呈する複数の発光素子を有することができる。当該発光素子を導光部の側面近傍に配置すると、導光部側面から内部へ光を発することができる。導光部は光路を変更する機構（光取り出し機構ともいう）を有しており、これにより、発光装置は表示パネルの画素部に光を均一に照射することができる。または、導光部を設けず、画素の直下に発光装置を配置する構成としてもよい。

発光装置は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の発光素子を有することが好ましい。さらに白色（Ｗ）の発光素子を有していてもよい。これら発光素子として発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いることが好ましい。

さらに、発光素子は、その発光スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ：Ｆｕｌｌ Ｗｉｄｔｈ ａｔ Ｈａｌｆ Ｍａｘｉｍｕｍ）が、５０ｎｍ以下、好ましくは４０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、さらに好ましくは２０ｎｍ以下である、極めて色純度の高い発光素子であることが好ましい。なお、発光スペクトルの半値全幅は、小さければ小さいほどよいが、例えば１ｎｍ以上とすることができる。これにより、カラー表示を行う際に、色再現性が高い鮮やかな表示を行うことができる。

また、赤色の発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が、６２５ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。また、緑色の発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が、５１５ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。青色の発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が、４４５ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の範囲内に位置する素子を用いることが好ましい。

表示装置は、３色の発光素子を順次点滅させるとともに、これと同期させて画素を駆動し、継時加法混色法に基づいてカラー表示を行うことができる。当該駆動方法は、フィールドシーケンシャル駆動とも呼ぶことができる。

フィールドシーケンシャル駆動では、鮮やかなカラー画像を表示することができる。また、滑らかな動画像を表示することができる。また上記駆動方法を用いることで、１つの画素を複数の異なる色の副画素で構成する必要がなく、１つの画素の有効反射面積（有効表示面積、開口率ともいう）を大きくできるため、明るい表示を行うことができる。さらに、画素にカラーフィルタを設ける必要がないため、画素の透過率も向上させることもでき、さらに明るい表示を行うことができる。また、作製工程を簡略化でき、作製コストを低減することができる。

図１６（Ａ）、（Ｂ）は、フィールドシーケンシャル駆動が可能な表示装置の断面概略図の一例である。当該表示装置の基板４００１側にはＲＧＢ各色の発光が可能なバックライトユニットが設けられる。なお、フィールドシーケンシャル駆動では、ＲＧＢ各色の時分割発光で色を表現するため、カラーフィルタは不要となる。

図１６（Ａ）に示すバックライトユニット４３４０ａは、画素の直下に拡散板４３５２を介して発光素子４３４２が複数設けられた構成である。拡散板４３５２は、発光素子４３４２から基板４００１側に射出された光を拡散し、表示部面内の輝度を均一化する機能を有する。発光素子４３４２と拡散板４３５２との間には、必要に応じて偏光板を設けてもよい。また、拡散板４３５２は不要であれば設けなくてもよい。また、遮光層４１３２を省いた構成としてもよい。

バックライトユニット４３４０ａは、発光素子４３４２を多く搭載することができるため、明るい表示が可能となる。また、導光板は不要であり、発光素子４３４２の光の効率を損ないにくい利点がある。なお、必要に応じて発光素子４３４２に光拡散用のレンズ４３４４を設けてもよい。

図１６（Ｂ）に示すバックライトユニット４３４０ｂは、画素の直下に拡散板４３５２を介して導光板４３４１が設けられた構成である。導光板４３４１の端部には発光素子４３４２が複数設けられる。導光板４３４１は、拡散板４３５２とは逆側に凹凸形状を有し、導波した光を当該凹凸形状で散乱して拡散板４３５２の方向に射出することができる。

発光素子４３４２は、プリント基板４３４７に固定することができる。なお、図１６（Ｂ）では、ＲＧＢ各色の発光素子４３４２が重なるように図示しているが、奥行方向にＲＧＢ各色の発光素子４３４２が並ぶように配置することもできる。また、導光板４３４１において、発光素子４３４２とは反対側の側面には、可視光を反射する反射層４３４８を設けてもよい。

バックライトユニット４３４０ｂは、発光素子４３４２を少なくすることができるため、低コストかつ薄型とすることができる。

また、液晶素子には、光散乱型液晶素子を用いてもよい。光散乱型液晶素子としては、液晶と高分子の複合材料を有する素子を用いることが好ましい。例えば、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ））素子を用いることができる。または、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ））素子を用いてもよい。

光散乱型液晶素子は、一対の電極で挟まれる樹脂部の３次元ネットワーク構造中に液晶部が設けられた構造である。液晶部に用いる材料としては、例えばネマティック液晶を用いることができる。また、樹脂部としては光硬化樹脂を用いることができる。光硬化樹脂は、例えば、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマー、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマー、または、これらを混合させた重合性化合物を用いることができる。

光散乱型液晶素子は液晶材料の屈折率の異方性を利用し、光を透過または散乱させることにより表示を行う。また、樹脂部も屈折率の異方性を有していてもよい。光散乱型液晶素子に印加される電圧に従って液晶分子が一定方向に配列するとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差が小さくなる方向が発生し、当該方向に沿って入射する光は液晶部で散乱されることなく透過する。したがって、光散乱型液晶素子は当該方向からは透明な状態に視認される。一方で、印加される電圧に従って液晶分子の配列がランダムとなるとき、液晶部と樹脂部の屈折率の差に大きな変化が生じないため、入射する光は液晶部で散乱される。したがって、光散乱型液晶素子は視認の方向を問わず不透明の状態となる。

図１７（Ａ）は、図１６（Ａ）の表示装置の液晶素子４０１３を光散乱型液晶素子４０１６に置き換えた構成である。光散乱型液晶素子４０１６は、液晶部および樹脂部を有する複合層４００９、ならびに電極層４０３０、４０３１を有する。フィールドシーケンシャル駆動に関する要素は、図１６（Ａ）と同じであるが、光散乱型液晶素子４０１６を用いる場合は、配向膜および偏光板が不要となる。なお、スペーサ４０３５は球状の形態で図示しているが、柱状であってもよい。

図１７（Ｂ）は、図１６（Ｂ）の表示装置の液晶素子４０１３を光散乱型液晶素子４０１６に置き換えた構成である。図１７（Ｂ）の構成では、光散乱型液晶素子４０１６に電圧を印加しないときに光を透過し、電圧を印加したときに光を散乱させるモードで動作する構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、ノーマル状態（表示をさせない状態）で透明な表示装置とすることができる。この場合は、光を散乱させる動作を行ったときにカラー表示を行うことができる。

図１７（Ｂ）に示す表示装置の変形例を図１８（Ａ）乃至（Ｅ）に示す。なお、図１８（Ａ）乃至（Ｅ）においては、明瞭化のため、図１７（Ｂ）の一部要素を用い、他の要素を省いて図示している。

図１８（Ａ）は、基板４００１が導光板としての機能を有する構成である。基板４００１の外側の面には、凹凸形状を設けてもよい。当該構成では、導光板を別途設ける必要がなくなるため、製造コストを低減することができる。また、当該導光板による光の減衰もなくなるため、発光素子４３４２が射出する光を効率良く利用することができる。

図１８（Ｂ）は、複合層４００９の端部近傍から光を入射する構成である。複合層４００９と基板４００６との界面、および複合層４００９と基板４００１との界面での全反射を利用し、光散乱型液晶素子から外部に光を射出することができる。複合層４００９の樹脂部には、基板４００１および基板４００６よりも屈折率が大きい材料を用いる。

なお、発光素子４３４２は表示装置の一辺に設けるだけでなく、図１８（Ｃ）に示すように対向する二辺に設けてもよい。さらに、三辺または四辺に設けてもよい。発光素子４３４２を複数の辺に設けることで、光の減衰を補うことができ、大面積の表示素子にも対応することができる。

図１８（Ｄ）は、発光素子４３４２から射出される光がミラー４３４５を介して表示装置に導光される構成である。当該構成により表示装置に一定の角度からの導光を行いやすくなるため、効率良く全反射光を得ることができる。

図１８（Ｅ）は、複合層４００９上に層４００３および層４００４の積層を有する構成である。層４００３および層４００４の一方はガラス基板などの支持体であり、他方は無機膜、有機樹脂のコーティング膜またはフィルムなどで形成することができる。複合層４００９の樹脂部には、層４００４よりも屈折率が大きい材料を用いる。また、層４００４には層４００３よりも屈折率が大きい材料を用いる。

複合層４００９と層４００４との間には一つ目の界面が形成され、層４００４と層４００３との間には二つ目の界面が形成される。当該構成により、一つ目の界面で全反射されず通り抜けた光を二つ目の界面で全反射させ、複合層４００９に戻すことができる。したがって、発光素子４３４２が射出する光を効率良く利用することができる。

なお、図１７（Ｂ）および図１８（Ａ）乃至（Ｅ）における構成は、互いに組み合わせることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。

本発明の一態様の表示装置は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。

〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図１９（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ８１０のチャネル長方向の断面図である。図１９（Ａ１）において、トランジスタ８１０は基板７７１上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板７７１上に絶縁層７７２を介して電極７４６を有する。また、電極７４６上に絶縁層７２６を介して半導体層７４２を有する。電極７４６はゲート電極として機能できる。絶縁層７２６はゲート絶縁層として機能できる。

また、半導体層７４２のチャネル形成領域上に絶縁層７４１を有する。また、半導体層７４２の一部と接して、絶縁層７２６上に電極７４４ａおよび電極７４４ｂを有する。電極７４４ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極７４４ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。電極７４４ａの一部、および電極７４４ｂの一部は、絶縁層７４１上に形成される。

絶縁層７４１は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に、半導体層７４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。

また、トランジスタ８１０は、電極７４４ａ、電極７４４ｂおよび絶縁層７４１上に絶縁層７２８を有し、絶縁層７２８の上に絶縁層７２９を有する。

半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの、少なくとも半導体層７４２と接する部分に、半導体層７４２の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層７４２中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ^＋層）となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、半導体層７４２から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。

半導体層７４２にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極７４４ａおよび電極７４４ｂと半導体層７４２の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。

半導体層７４２にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層７４２と電極７４４ａの間、および半導体層７４２と電極７４４ｂの間に、ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層を設けることが好ましい。ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。

絶縁層７２９は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層７２９を省略することもできる。

図１９（Ａ２）に示すトランジスタ８１１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８１０と異なる。電極７２３は、電極７４６と同様の材料および方法で形成することができる。

一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。

電極７４６および電極７２３は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層７２６、絶縁層７２８、および絶縁層７２９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極７２３は、絶縁層７２８と絶縁層７２９の間に設けてもよい。

なお、電極７４６または電極７２３の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ８１１において、電極７２３を「ゲート電極」と言う場合、電極７４６を「バックゲート電極」と言う。また、電極７２３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ８１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極７４６および電極７２３のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。

半導体層７４２を挟んで電極７４６および電極７２３を設けることで、更には、電極７４６および電極７２３を同電位とすることで、半導体層７４２においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ８１１のオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。

したがって、トランジスタ８１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ８１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。

また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。

本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。

図１９（Ｂ１）は、図１９（Ａ１）とは異なる構成のチャネル保護型のトランジスタ８２０のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２０は、トランジスタ８１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層７４１が半導体層７４２の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層７４２と電極７４４ａが電気的に接続している。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層７４２と電極７４４ｂが電気的に接続している。絶縁層７４１の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。

図１９（Ｂ２）に示すトランジスタ８２１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２０と異なる。

絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に半導体層７４２の薄膜化を防ぐことができる。

また、トランジスタ８２０およびトランジスタ８２１は、トランジスタ８１０およびトランジスタ８１１よりも、電極７４４ａと電極７４６の間の距離と、電極７４４ｂと電極７４６の間の距離が長くなる。よって、電極７４４ａと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極７４４ｂと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。

図１９（Ｃ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタ８２５のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２５は、絶縁層７４１を用いずに電極７４４ａおよび電極７４４ｂを形成する。このため、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に露出する半導体層７４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層７２９を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。

図１０（Ｃ２）に示すトランジスタ８２６は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２５と異なる。

図２０（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８１０、８１１、８２０、８２１、８２５、８２６のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。

図２０（Ｂ２）、（Ｃ２）に示す構造では、ゲート電極とバックゲート電極とが接続され、ゲート電極とバックゲート電極との電位が同電位となる。また、半導体層７４２は、ゲート電極とバックゲート電極とに挟まれている。

ゲート電極およびバックゲート電極のそれぞれのチャネル幅方向の長さは、半導体層７４２のチャネル幅方向の長さよりも長く、半導体層７４２のチャネル幅方向全体は、絶縁層７２６、７４１、７２８、７２９を間に挟んでゲート電極またはバックゲート電極に覆われた構成である。

当該構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体層７４２を、ゲート電極およびバックゲート電極の電界によって電気的に取り囲むことができる。

トランジスタ８２１またはトランジスタ８２６のように、ゲート電極およびバックゲート電極の電界によって、チャネル形成領域が形成される半導体層７４２を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。

Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、ゲート電極およびバックゲート電極の一方または双方によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層７４２に印加することができるため、トランジスタの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタを微細化することが可能となる。また、Ｓ－ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、トランジスタの機械的強度を高めることができる。

〔トップゲート型トランジスタ〕
図２１（Ａ１）に例示するトランジスタ８４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。電極７４４ａおよび電極７４４ｂは、絶縁層７２８および絶縁層７２９に形成した開口部において半導体層７４２と電気的に接続する。

また、電極７４６と重ならない絶縁層７２６の一部を除去し、電極７４６と残りの絶縁層７２６をマスクとして用いて不純物を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる。トランジスタ８４２は、絶縁層７２６が電極７４６の端部を越えて延伸する領域を有する。半導体層７４２の絶縁層７２６を介して不純物が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層７２６を介さずに不純物が導入された領域よりも小さくなる。よって、半導体層７４２は、電極７４６と重ならない領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ Ｄｏｐｅｄ Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。

図２１（Ａ２）に示すトランジスタ８４３は、電極７２３を有する点がトランジスタ８４２と異なる。トランジスタ８４３は、基板７７１の上に形成された電極７２３を有する。電極７２３は、絶縁層７７２を介して半導体層７４２と重なる領域を有する。電極７２３は、バックゲート電極として機能することができる。

また、図２１（Ｂ１）に示すトランジスタ８４４および図２１（Ｂ２）に示すトランジスタ８４５のように、電極７４６と重ならない領域の絶縁層７２６を全て除去してもよい。また、図２１（Ｃ１）に示すトランジスタ８４６および図２１（Ｃ２）に示すトランジスタ８４７のように、絶縁層７２６を残してもよい。

トランジスタ８４２乃至トランジスタ８４７も、電極７４６を形成した後に、電極７４６をマスクとして用いて不純物を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。

図２２（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、８４７のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。

トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７は、それぞれ先に説明したＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造である。ただし、これに限定されず、トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７をＳ－ｃｈａｎｎｅｌ構造としなくてもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態４）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２３に示す。

図２３（Ａ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。

図２３（Ｂ）はデジタルサイネージであり、大型の表示部９２２を有する。例えば、柱９２１の側面に取り付けられる。表示部９２２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。

図２３（Ｃ）は、携帯電話機の一例であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。また、筐体９５１および表示部９５２は可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができる。表示部９５２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。

図２３（Ｄ）はビデオカメラであり、第１筐体９０１、第２筐体９０２、表示部９０３、操作キー９０４、レンズ９０５、接続部９０６、スピーカ９０７等を有する。操作キー９０４およびレンズ９０５は第１筐体９０１に設けられており、表示部９０３は第２筐体９０２に設けられている。表示部９０３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。

図２３（Ｅ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。

図２３（Ｆ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、スピーカ９１３、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９１２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。

本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１０：画素、１１：表示素子、１２：ソースドライバ、１３：ゲートドライバ、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０５：容量素子、１０６：容量素子、１１０：回路ブロック、１１１：トランジスタ、１１２：トランジスタ、１１３：容量素子、１１４：ＥＬ素子、１１５：トランジスタ、１１６：容量素子、１１７：液晶素子、１１８：トランジスタ、１１９：トランジスタ、１２０：回路、１２１：配線、１２５：配線、１２６：配線、１２７：配線、１２８：配線、１２９：配線、１３０：配線、１３１：配線、１３２：配線、１３３：配線、１３４：配線、１３６：接続線、２１５：表示部、２２１ａ：走査線駆動回路、２３１ａ：信号線駆動回路、２３２ａ：信号線駆動回路、２４１ａ：共通線駆動回路、７２３：電極、７２６：絶縁層、７２８：絶縁層、７２９：絶縁層、７４１：絶縁層、７４２：半導体層、７４４ａ：電極、７４４ｂ：電極、７４６：電極、７７１：基板、７７２：絶縁層、８１０：トランジスタ、８１１：トランジスタ、８２０：トランジスタ、８２１：トランジスタ、８２５：トランジスタ、８２６：トランジスタ、８３０：トランジスタ、８４０：トランジスタ、８４２：トランジスタ、８４３：トランジスタ、８４４：トランジスタ、８４５：トランジスタ、８４６：トランジスタ、８４７：トランジスタ、９０１：筐体、９０２：筐体、９０３：表示部、９０４：操作キー、９０５：レンズ、９０６：接続部、９０７：スピーカ、９１１：筐体、９１２：表示部、９１３：スピーカ、９１９：カメラ、９２１：柱、９２２：表示部、９５１：筐体、９５２：表示部、９５３：操作ボタン、９５４：外部接続ポート、９５５：スピーカ、９５６：マイク、９５７：カメラ、９６１：筐体、９６２：シャッターボタン、９６３：マイク、９６５：表示部、９６６：操作キー、９６７：スピーカ、９６８：ズームレバー、９６９：レンズ、９７１：筐体、９７３：表示部、９７４：操作キー、９７５：スピーカ、９７６：通信用接続端子、９７７：光センサ、４００１：基板、４００３：層、４００４：層、４００５：シール材、４００６：基板、４００８：液晶層、４００９：複合層、４０１０：トランジスタ、４０１１：トランジスタ、４０１３：液晶素子、４０１４：配線、４０１５：電極、４０１６：光散乱型液晶素子、４０１７：電極、４０１８：ＦＰＣ、４０１９：異方性導電層、４０２０：容量素子、４０２１：電極、４０２２：トランジスタ、４０２３：トランジスタ、４０３０：電極層、４０３１：電極層、４０３２：絶縁層、４０３３：絶縁層、４０３５：スペーサ、４０４１：プリント基板、４０４２：集積回路、４１０２：絶縁層、４１０３：絶縁層、４１０４：絶縁層、４１１０：絶縁層、４１１１：絶縁層、４１１２：絶縁層、４１３１：着色層、４１３２：遮光層、４１３３：絶縁層、４２００：入力装置、４２１０：タッチパネル、４２２７：電極、４２２８：電極、４２３７：配線、４２３８：配線、４２３９：配線、４２６３：基板、４２７２ｂ：ＦＰＣ、４２７３ｂ：ＩＣ、４３４０ａ：バックライトユニット、４３４０ｂ：バックライトユニット、４３４１：導光板、４３４２：発光素子、４３４４：レンズ、４３４５：ミラー、４３４７：プリント基板、４３４８：反射層、４３５２：拡散板、４５１０：隔壁、４５１１：発光層、４５１３：発光素子、４５１４：充填材

Claims (6)

1. 第１の画素と、第２の画素と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有し、
   前記第１の画素および前記第２の画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、回路ブロックと、を有し、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第１の容量素子の一方の電極は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記回路ブロックと電気的に接続され、
   前記第１の画素において、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第２の画素において、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第１のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのゲートは、前記第４の配線と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記回路ブロックは、表示素子を有し、
   前記回路ブロックは、第５のトランジスタと、第６のトランジスタと、第３の容量素子と、前記表示素子として有機ＥＬ素子と、を有し、
   前記有機ＥＬ素子の一方の電極は、前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第３の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第３の容量素子の一方の電極は、前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第５のトランジスタのゲートは、前記第３の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
   前記第３の容量素子の他方の電極は、前記第２の容量素子の他方の電極と電気的に接続されている表示装置。
2. 請求項１において、
   前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている表示装置。
3. 第１の画素と、第２の画素と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有し、
   前記第１の画素および前記第２の画素は、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、回路ブロックと、を有し、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第１の容量素子の一方の電極は、前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記回路ブロックと電気的に接続され、
   前記第１の画素において、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第１のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのゲートは、前記第２の配線と電気的に接続され、
   前記第２の画素において、
   前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の配線に直接接続され、
   前記第１のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのゲートは、前記第４の配線と電気的に接続され、
   前記第３のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのゲートは、前記第３の配線と電気的に接続され、
   前記回路ブロックは、表示素子を有し、
   前記回路ブロックは、第７のトランジスタと、第４の容量素子と、前記表示素子として液晶素子と、を有し、
   前記液晶素子の一方の電極は、前記第４の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
   前記第４の容量素子の一方の電極は、前記第７のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
   前記第７のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の容量素子の他方の電極と電気的に接続されている表示装置。
4. 請求項３において、
   前記第４の容量素子の他方の電極は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続されている表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
   前記第４のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の表示装置と、カメラと、を有する電子機器。

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