TW201939122A - 半導體裝置、顯示裝置、及電子裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種電路面積小且功耗低的顯示裝置。一種包括半導體裝置及D/A轉換電路的顯示裝置，該半導體裝置包括第一電晶體至第三電晶體、第一電容器及第二電容器。第一電晶體的第一端子與第一電容器的第一端子電連接，第二電晶體的第一端子與第三電晶體的閘極、第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子電連接，第三電晶體的第一端子與第二電容器的第二端子電連接。D/A轉換電路的輸出端子與第一電晶體的第二端子及第二電晶體的第二端子電連接。藉由對第一電容器的第一端子施加電位，將第三電晶體的閘極的電位改變(細密地調整)為比D/A轉換電路能夠輸出的電位更精確的電位。
Description
本發明的一個實施方式係關於一種半導體裝置、顯示裝置及電子裝置。
本發明的一個實施方式不侷限於上述技術領域。本說明書等所公開的發明的技術領域係關於一種物體、方法或製造方法。另外，本發明的一個實施方式係關於一種製程(process)、機器(machine)、產品(manufacture)或者組合物(composition of matter)。因此，明確而言，作為本說明書所公開的本發明的一個實施方式的技術領域的例子可以舉出半導體裝置、顯示裝置、液晶顯示裝置、發光裝置、蓄電裝置、攝像裝置、記憶體裝置、處理器、電子裝置、系統、它們的驅動方法、它們的製造方法或它們的檢查方法。
近年來，對智慧手機等行動電話機、平板資訊終端、筆記本型PC(個人電腦)、可攜式遊戲機等所包括的顯示裝置在各種方面上進行改良。例如，對顯示裝置進行開發，以提高解析度及顏色再現性，減小驅動電路或者降低功耗等。另外，例如，專利文獻1公開了為了顯示多色調的影像使用多色調線性D/A轉換電路的包括液晶元件的顯示裝置的源極驅動器IC的發明。
另外，可以舉出作為顯示裝置的像素電路中的切換元件使用將氧化物半導體用於半導體薄膜的電晶體的技術等。
作為可以應用於電晶體的半導體薄膜，矽類半導體材料被廣泛地周知。作為其他材料，氧化物半導體受到關注。作為氧化物半導體，例如，已知除了如氧化銦、氧化鋅等單元金屬氧化物之外還有多元金屬氧化物。在多元金屬氧化物中，有關In-Ga-Zn氧化物(以下也稱為IGZO)的研究尤為火熱。
藉由對IGZO的研究，在氧化物半導體中，發現了既不是單晶也不是非晶的CAAC(c-axis aligned crystalline：c軸配向結晶)結構及nc(nanocrystalline：奈米晶)結構(參照非專利文獻1至非專利文獻3)。非專利文獻1及非專利文獻2中公開了一種使用具有CAAC結構的氧化物半導體製造電晶體的技術。非專利文獻4及非專利文獻5中公開了即使在結晶性低於CAAC結構及nc結構的氧化物半導體中也具有微小的結晶。
將IGZO用於活性層的電晶體具有極低的關態電流(參照非專利文獻6)，已知有利用了該特性的LSI及顯示裝置(參照非專利文獻7及非專利文獻8)。另外，在專利文獻2中公開了將在活性層中包含IGZO的電晶體用於顯示裝置的像素電路的發明。
[專利文獻1]美國專利第8462145號說明書
[專利文獻2]日本專利申請公開第2010-156963號公報
[非專利文獻1]S．Yamazaki et al．，“SID Symposium Digest of Technical Papers”，2012，volume 43，issue 1，p．183-186
[非專利文獻2]S．Yamazaki et al．，“Japanese Journal of Applied Physics”，2014，volume 53，Number 4S，p．04ED18-1-04ED18-10
[非專利文獻3]S．Ito et al．，“The Proceedings of AM-FPD’13 Digest of Technical Papers”，2013，p．151-154
[非專利文獻4]S．Yamazaki et al．，“ECS Journal of Solid State Science and Technology”，2014，volume 3，issue 9，p．Q3012-Q3022
[非專利文獻5]S．Yamazaki，“ECS Transactions”，2014，volume 64，issue 10，p．155-164
[非專利文獻6]K．Kato et al．，“Japanese Journal of Applied Physics”，2012，volume 51，p．021201-1-021201-7
[非專利文獻7]S．Matsuda et al．，“2015 Symposium on VLSI Technology Digest of Technical Papers”，2015，p．T216-T217
[非專利文獻8]S．Amano et al．，“SID Symposium Digest of Technical Papers”，2010，volume 41，issue 1，p．626-629
為了顯示高品質的影像，例如，顯示裝置被要求為高解析度、多色調、廣色域等。例如，為了在包括有機EL(Electro Luminescence：電致發光)元件等發光元件、或者透射型液晶元件或反射型液晶元件等液晶元件的顯示裝置中顯示多色調的影像，需要適當地設計源極驅動器電路。
為了處理多色調的影像資料，需要使得源極驅動器電路所包括的D/A轉換電路的分辨能力(resolving power)高，D/A轉換電路藉由提高其分辨能力，而能夠更細密地輸出類比值(電壓)。然而，在設計高分辨能力的D/A轉換電路時，該D/A轉換電路的電路面積增大。
本發明的一個實施方式的目的之一是一種能夠生成多色調的影像資料的像素電路(在本說明書等中記載為半導體裝置)。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是一種具有該半導體裝置的顯示裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是一種具有該顯示裝置的電子裝置。
另外，本發明的一個實施方式的目的之一是一種具有電路面積小的源極驅動器電路的顯示裝置。另外，本發明的一個實施方式的目的之一是一種具有功耗低的源極驅動器電路的顯示裝置。
注意，本發明的一個實施方式的目的不侷限於上述目的。上述目的並不妨礙其他目的的存在。此外，其他目的是上面沒有提到而將在下面的記載中進行說明的目的。所屬技術領域的通常知識者可以從說明書或圖式等的記載中導出並適當抽出該上面沒有提到的目的。此外，本發明的一個實施方式實現上述目的及其他目的中的至少一個目的。此外，本發明的一個實施 方式並不需要實現所有的上述目的及其他目的。
(1)
本發明的一個實施方式是半導體裝置，包括第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體、第一電容器及第二電容器。第一電晶體的第一端子與第一電容器的第一端子電連接。第二電晶體的第一端子與第三電晶體的閘極、第一電容器的第二端子、第二電容器的第一端子電連接。第三電晶體的第一端子與第二電容器的第二端子電連接。該半導體裝置具有第一功能至第四功能。第一功能具有藉由使第一電晶體處於導通狀態來對第一電容器的第一端子寫入第一電位的功能、以及藉由使第二電晶體處於導通狀態來對第三電晶體的閘極、第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子寫入第二電位的功能。第二功能具有藉由使第二電晶體處於關閉狀態來在第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子保持第三電晶體的閘極的第二電位的功能。第三功能具有對第一電容器的第一端子寫入第一電位和第三電位的總和的功能、以及在對第一電容器的第一端子寫入了第一電位和第三電位的總和時第三電晶體的閘極、第一電容器的第二端子、第二電容器的第一端子中保持的第二電位改變為第二電位和第四電位的總和的功能。第四功能具有在第三電晶體的第一端子和第二端子之間供應對應於第二電位和第四電位的總和的電流的功能。第二電位對應於上位元的資料。第四電位對應於下位元的資料。
(2)
本發明的另一個實施方式是具有上述(1)的結構的半導體裝置，其中第一電晶體至第三電晶體中的至少一個在通道形成區域中包含金屬氧化物。
(3)
本發明的另一個實施方式是具有上述(1)或(2)的結構的半導體裝置，還包括第四電晶體及發光元件。第四電晶體的第一端子與第三電晶體的第一端子及第二電容器的第二端子電連接。發光元件的輸入端子與第四電晶體的第二端子電連接。
(4)
本發明的另一個實施方式是具有上述(3)的結構的半導體裝置，其中第四電晶體在通道形成區域中包含金屬氧化物。
(5)
本發明的另一個實施方式是半導體裝置，包括第一電晶體、第二電晶體、第一電容器及第二電容器。第一電晶體的第一端子與第一電容器的第一端子電連接。第二電晶體的第一端子與第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子電連接。該半導體裝置具有第一功能至第三功能。第一功能具有藉由使第一電晶體處於導通狀態來對第一電容器的第一端子寫入第一電位的功能、以及藉由使第二電晶體處於導通狀態來對第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子寫入第二電位的功能。第二功能具有藉由使第二電晶體處於關閉狀態來保持第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子的第二電位的功能。第三功能具有對第一電容器的第一端子寫入第一電位和第三電位的總和的功能、以及在對第一電容器的第一端子寫入了第一電位和第三電位的總和時第一電容器的第二端子及第二電容器的第一端子中保持的第二電位改變為第二電位和第四電位的總和的功能。第二電位 對應於上位元的資料。第四電位對應於下位元的資料。
(6)
本發明的另一個實施方式是具有上述(5)的結構的半導體裝置，其中第一電晶體和第二電晶體中的至少一個在通道形成區域中包含金屬氧化物。
(7)
本發明的另一個實施方式是具有上述(5)或上述(6)的結構的半導體裝置，還包括液晶元件。該液晶元件的輸入端子與第二電晶體的第一端子電連接。
(8)
本發明的另一個實施方式是一種顯示裝置，該顯示裝置包括具有上述(1)至(7)中的任一個結構的半導體裝置及D/A轉換電路。D/A轉換電路的輸出端子與第一電晶體的第一端子及第二電晶體的第一端子電連接。D/A轉換電路生成第一電位、第二電位或第一電位和第三電位的總和，並且從D/A轉換電路的輸出端子輸出第一電位、第二電位或第一電位和第三電位的總和的功能。
(9)
本發明的另一個實施方式是一種電子裝置，包括具有上述(8)的結構的顯示裝置及外殼。
本發明的一個實施方式可以提供一種能夠生成多色調的影像資料的半導體 裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有該半導體裝置的顯示裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有該顯示裝置的電子裝置。
另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有電路面積小的源極驅動器電路的顯示裝置。另外，本發明的一個實施方式可以提供一種具有功耗低的源極驅動器電路的顯示裝置。
注意，本發明的一個實施方式的效果不侷限於上述效果。上述效果並不妨礙其他效果的存在。此外，其他效果是上面沒有提到而將在下面的記載中進行說明的效果。所屬技術領域的通常知識者可以從說明書或圖式等的記載中導出並適當抽出該上面沒有提到的效果。此外，本發明的一個實施方式實現上述效果及其他效果中的至少一個效果。由此，本發明的一個實施方式根據情況有時不包括以上舉出的效果。
DD‧‧‧顯示裝置
PA‧‧‧顯示部
GD‧‧‧閘極驅動器電路
SD‧‧‧源極驅動器電路
PDX‧‧‧像素
SR‧‧‧移位暫存器
LAT‧‧‧閂鎖電路
LVS‧‧‧位準轉換電路
DAC‧‧‧D/A轉換電路
AMP‧‧‧放大器電路
GL‧‧‧佈線
SL‧‧‧佈線
DB‧‧‧資料匯流排線
Tr1‧‧‧電晶體
Tr2‧‧‧電晶體
Tr3‧‧‧電晶體
Tr4‧‧‧電晶體
Tr5‧‧‧電晶體
C1‧‧‧電容器
C2‧‧‧電容器
GL1‧‧‧佈線
GL2‧‧‧佈線
GL3‧‧‧佈線
DL‧‧‧佈線
WDL‧‧‧佈線
AL‧‧‧佈線
VL‧‧‧佈線
CAT‧‧‧佈線
VCOM‧‧‧佈線
ND1‧‧‧節點
ND2‧‧‧節點
215‧‧‧顯示部
221a‧‧‧掃描線驅動電路
231a‧‧‧信號線驅動電路
232a‧‧‧信號線驅動電路
241a‧‧‧共通線驅動電路
723‧‧‧電極
726‧‧‧絕緣層
728‧‧‧絕緣層
729‧‧‧絕緣層
741‧‧‧絕緣層
742‧‧‧半導體層
744a‧‧‧電極
744b‧‧‧電極
746‧‧‧電極
755‧‧‧雜質
771‧‧‧基板
772‧‧‧絕緣層
810‧‧‧電晶體
811‧‧‧電晶體
820‧‧‧電晶體
821‧‧‧電晶體
825‧‧‧電晶體
826‧‧‧電晶體
842‧‧‧電晶體
843‧‧‧電晶體
844‧‧‧電晶體
845‧‧‧電晶體
846‧‧‧電晶體
847‧‧‧電晶體
4001‧‧‧第一基板
4005‧‧‧密封劑
4006‧‧‧第二基板
4010‧‧‧電晶體
4011‧‧‧電晶體
4014‧‧‧佈線
4015‧‧‧電極
4017‧‧‧電極
4018‧‧‧FPC
4019‧‧‧各向異性導電層
4020‧‧‧電容器
4021‧‧‧電極
4030‧‧‧第一電極層
4031‧‧‧第二電極層
4032‧‧‧絕緣層
4033‧‧‧絕緣層
4041‧‧‧印刷電路板
4042‧‧‧積體電路
4102‧‧‧絕緣層
4103‧‧‧絕緣層
4110‧‧‧絕緣層
4111‧‧‧絕緣層
4112‧‧‧絕緣層
4133‧‧‧絕緣層
4200‧‧‧輸入裝置
4210‧‧‧觸控面板
4227‧‧‧電極
4228‧‧‧電極
4237‧‧‧佈線
4238‧‧‧佈線
4239‧‧‧佈線
4263‧‧‧基板
4272b‧‧‧FPC
4273b‧‧‧IC
4510‧‧‧分隔壁
5321a‧‧‧外殼
5321b‧‧‧外殼
5321c‧‧‧鉸鏈部
5322‧‧‧顯示部
5323‧‧‧操作按鈕
5401‧‧‧外殼
5402‧‧‧顯示部
5403‧‧‧鍵盤
5404‧‧‧指向裝置
5501‧‧‧外殼
5502‧‧‧顯示部
5503‧‧‧麥克風
5504‧‧‧揚聲器
5505‧‧‧操作按鈕
5701‧‧‧顯示面板
5702‧‧‧顯示面板
5703‧‧‧顯示面板
5704‧‧‧顯示面板
5801‧‧‧第一外殼
5802‧‧‧第二外殼
5803‧‧‧顯示部
5804‧‧‧操作鍵
5805‧‧‧透鏡
5806‧‧‧連接部
5901‧‧‧外殼
5902‧‧‧顯示部
5903‧‧‧操作按鈕
5904‧‧‧表把
5905‧‧‧錶帶
6200‧‧‧數位看板
6201‧‧‧牆壁
9000‧‧‧外殼
9001‧‧‧顯示部
9003‧‧‧揚聲器
9005‧‧‧操作鍵
9006‧‧‧連接端子
在圖式中：圖1是示出顯示裝置的一例的方塊圖；圖2A和圖2B是示出像素的一例的電路圖；圖3是示出像素的一例的電路圖；圖4是用來說明像素的工作例子的時序圖；圖5A和圖5B是示出像素的一例的電路圖；圖6是示出像素的一例的電路圖； 圖7是用來說明像素的工作例子的時序圖；圖8A和圖8B是示出顯示裝置的一例的俯視圖；圖9A和圖9B是示出觸控面板的一例的透視圖；圖10是示出顯示裝置的一例的剖面圖；圖11是示出顯示裝置的一例的剖面圖；圖12A1、圖12A2、圖12B1、圖12B2、圖12C1及圖12C2是示出電晶體的結構例子的剖面圖；圖13A1至圖13A3、圖13B1、圖13B2、圖13C1及圖13C2是電晶體的結構例子的剖面圖；圖14A至圖14F是示出電子裝置的一例的透視圖；圖15A和圖15B是示出電子裝置的一例的透視圖。
在本說明書等中，金屬氧化物(metal oxide)是指廣義上的金屬的氧化物。金屬氧化物被分類為氧化物絕緣體、氧化物導電體(包括透明氧化物導電體)和氧化物半導體(Oxide Semiconductor，也可以簡稱為OS)等。例如，在將金屬氧化物用於電晶體的活性層的情況下，有時將該金屬氧化物稱為氧化物半導體。換言之，在金屬氧化物能夠構成包括具有放大作用、整流作用及開關作用中的至少一個的電晶體的通道形成區域時，該金屬氧化物稱為金屬氧化物半導體(metal oxide semiconductor)，簡稱為OS。此外，可以將OSFET(或OS電晶體)換稱為包含金屬氧化物或氧化物半導體的電晶體。
此外，在本說明書等中，有時將包含氮的金屬氧化物也稱為金屬氧化物(metal oxide)。此外，也可以將包含氮的金屬氧化物稱為金屬氧氮化物(metal oxynitride)。
在本實施方式中，說明本發明的一個實施方式的半導體裝置及具有該半導體裝置的顯示裝置。
〈顯示裝置的電路結構〉
首先，對顯示裝置的結構例子進行說明。圖1是表示包括發光元件，如無機EL元件及有機EL元件等、或液晶元件的顯示裝置的一個例子的方塊圖。顯示裝置DD包括顯示部PA、源極驅動器電路SD及閘極驅動器電路GD。
顯示部PA包括多個像素PIX。注意，圖1僅示出在顯示部PA中包括的多個像素PIX之一，而省略其他像素PIX。另外，較佳為矩陣狀地配置顯示部PA所包括的多個像素PIX。
在圖1中，像素PIX藉由佈線SL與源極驅動器電路SD電連接。再者，像素PIX藉由佈線GL與閘極驅動器電路GD電連接。注意，顯示部PA因為包括多個像素PIX，所以可以使多個像素PIX與佈線SL電連接。與此同樣，可以使多個 像素PIX與佈線GL電連接。另外，根據顯示部PA所包括的像素PIX的個數，可以分別設置多個佈線SL及多個佈線GL。再說，根據像素PIX的電路結構，可以採用一個像素PIX與多個佈線SL或多個佈線GL電連接的結構。
像素PIX可以包括一個以上的子像素。例如，對像素PIX可以使用包括一個子像素的結構(紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)及白色(W)等中的一個顏色)、包括三個子像素的結構(紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)的三個顏色等)、或者包括四個子像素的結構(紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)及白色(W)的四個顏色、或者紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)及黃色(Y)的四個顏色等)。注意，適用於子像素的顏色要素不侷限上述，根據必要可以組合青色(C)及洋紅色(M)等。
源極驅動器電路SD具有生成要輸入到顯示部PA所包括的像素PIX的影像資料的功能、將該影像資料發送到像素PIX的功能。
例如，源極驅動器電路SD可以包括移位暫存器SR、閂鎖電路LAT、位準轉換電路LVS、D/A轉換電路DAC、放大器電路AMP及資料匯流排線DB。在圖1中，移位暫存器SR的輸出端子與閂鎖電路LAT的時脈輸入端子電連接，閂鎖電路LAT的輸入端子與資料匯流排線DB電連接，閂鎖電路LAT的輸出端子與位準轉換電路LVS的輸入端子電連接，位準轉換電路LVS的輸出端子與D/A轉換電路DAC的輸入端子電連接，D/A轉換電路DAC的輸出端子與放大器電路AMP的輸入端子電連接，放大器電路AMP的輸出端子與顯示部PA電 連接。
注意，圖1所示的閂鎖電路LAT、位準轉換電路LVS、D/A轉換電路DAC、放大器電路AMP是對一個佈線SL設置的。換言之，根據佈線SL的個數，需要分別設置多個閂鎖電路LAT、多個位準轉換電路LVS、多個D/A轉換電路DAC及多個放大器電路AMP。另外，此時，移位暫存器SR具有對多個閂鎖電路LAT的時脈輸入端子的每一個依次發送脈衝信號的結構即可。
資料匯流排線DB是用來發送包含要輸入到顯示部PA的影像資料的數位信號的佈線。該影像資料具有灰階，灰階越大，可以越平滑地表現顏色或亮度得的變化，因此可以在顯示部PA中顯示更自然的影像。然而，灰階越大，該影像資料的資料量越大，因此需要高分辨能力的D/A轉換電路。
對閂鎖電路LAT的輸入端子從資料匯流排線DB輸入包含影像資料的數位信號。並且，根據從移位暫存器SR發送的信號，閂鎖電路LAT進行保持該影像資料的工作和將所保持的該影像資料從輸出端子輸出的工作中的一個。
位準轉換電路LVS具有將輸入信號轉換為具有振幅更大的電壓或振幅更小的電壓的輸出信號的功能。圖1所示的位準轉換電路LVS具有將從閂鎖電路LAT發送的包含影像資料的數位信號的振幅電壓轉換為D/A轉換電路DAC適當工作的振幅電壓的功能。
D/A轉換電路DAC具有將被輸入的包含影像資料的數位信號轉換為類比信號的功能及將該類比信號從輸出端子輸出的功能。尤其是，在顯示部PA中表示多色調的影像資料的情況下，D/A轉換電路DAC需要為高分辨能力的D/A轉換電路。
放大器電路AMP具有將輸入到輸入端子的類比信號放大並輸出到輸出端子的功能。藉由在D/A轉換電路DAC和顯示部PA之間設置放大器電路AMP，可以將影像資料穩定地發送到顯示部PA。作為放大器電路AMP，可以適用包括運算放大器等的電壓跟隨器電路等。注意，在作為放大器電路使用具有差分輸入電路的電路的情況下，該差分輸入電路的偏置電壓較佳為無限趨近於0V。
藉由進行上述工作，源極驅動器電路SD可以將從資料匯流排線DB發送的包含影像資料的數位信號轉換為類比信號並將該信號發送到顯示部PA。
閘極驅動器電路GD具有在顯示部PA所包括的多個像素PIX中選擇被輸入影像資料的任何像素PIX的功能。
作為對顯示部PA輸入影像資料的方法，例如有如下：閘極驅動器電路GD對與某一個佈線GL電連接的多個像素PIX發送選擇信號，使包含在多個像素PIX中的影像資料的寫入切換元件為導通狀態，然後，從源極驅動器電路SD藉由佈線SL對多個像素PIX發送影像資料來進行寫入。
注意，本發明的一個實施方式不侷限於圖1所示的顯示裝置DD的結構。作為本發明的一個實施方式，例如根據設計規格、目的等的情況，適當地改變顯示裝置DD的組件。
在將多色調的影像顯示在顯示部PA中的情況下，只要提高D/A轉換電路DAC的分辨能力即可，然而，此時因為D/A轉換電路DAC增大，所以有時源極驅動器電路SD的電路面積增大。當使源極驅動器電路SD所包括的電路中的電晶體或電容器等的電路元件縮小以縮小源極驅動器電路SD的電路面積時，由於寄生電阻或在製造電路元件時導致的結構的不均勻的影響等，有時電路元件的電特性受到不良影響。
〈像素的電路結構〉
本發明的一個實施方式是基於上述的，由於電容耦合，將像素PIX的影像資料的保持部的電位改變為比D/A轉換電路DAC能夠輸出的電位更精確的電位。換言之，根據本發明的一個實施方式，可以對像素PIX的影像資料的保持部供應比D/A轉換電路DAC能夠輸出的電位更細密的電位。由此，因為無需提高D/A轉換電路的分辨能力，所以可以使用分辨能力低的D/A轉換電路。因此，可以縮減包括D/A轉換電路DAC的源極驅動器電路SD的電路面積，並且可以減少源極驅動器電路SD的功耗。
〈〈包括發光元件的像素PIX〉〉
圖2A和圖2B示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的包括發光元件的像素PIX的電路結構的例子。
圖2A所示的像素PIX包括電晶體Tr1至電晶體Tr5、電容器C1、電容器C2及發光元件LD。此外，佈線DL、佈線WDL、佈線GL1至佈線GL3、佈線VL、佈線AL、佈線CAT與像素PIX電連接。
電晶體Tr1、電晶體Tr2、電晶體Tr4及電晶體Tr5分別用作切換元件。電晶體Tr3用作控制流過發光元件LD的電流的驅動電晶體。另外，電晶體Tr1至電晶體Tr5可以適用實施方式3所記載的結構。
佈線DL及佈線WDL各自為用來對像素PIX發送影像資料的佈線，並且為相應於圖1的顯示裝置DD的佈線SL的佈線。再者，佈線GL1至佈線GL3各自為對於像素PIX的選擇信號線，並且為相應於圖1的顯示裝置DD的佈線GL的佈線。
佈線VL是用來對像素PIX中的特定的節點供應預定的電位的佈線。再者，佈線AL是用來供應流過發光元件LD的電流的佈線。
佈線CAT是用來對發光元件LD的輸出端子供應預定的電位的佈線。作為預定的電位可以採用例如參考電位、低位準電位及比它們更低的電位等。
電晶體Tr1的第一端子與電容器C1的第一端子電連接，電晶體Tr1的第二端子與佈線DL電連接，電晶體Tr1的閘極與佈線GL1電連接。電晶體Tr2的第一端子與電晶體Tr3的閘極、電容器C1的第二端子及電容器C2的第一端子電連接，電晶體Tr2的第二端子與佈線WDL電連接，電晶體Tr2的閘極與佈線GL2電連接。
注意，在圖2A、下述的圖2B及圖3中，將電晶體Tr1的第一端子與電容器C1的第一端子的電連接點表示為節點ND1，將電晶體Tr2的第一端子與電晶體Tr3的閘極、電容器C1的第二端子、電容器C2的第一端子的電連接點表示為節點ND2。
電晶體Tr3的第一端子與佈線AL電連接，電晶體Tr3的第二端子與電晶體Tr4的第一端子、電晶體Tr5的第一端子及電容器C2的第二端子電連接。電晶體Tr4的第二端子與佈線VL電連接，電晶體Tr4的閘極與佈線GL1電連接。電晶體Tr5的第二端子與發光元件LD的輸入端子電連接，電晶體Tr5的閘極與佈線GL3電連接。發光元件LD的輸出端子與佈線CAT電連接。
在圖2A的像素PIX中，電晶體Tr1、電晶體Tr2及電晶體Tr5較佳為OS電晶體。尤其是，OS電晶體較佳為具有在通道形成區域中包含銦、元素M(元素M為鋁、鎵、釔或錫)和鋅中的至少一種的氧化物。此外，在實施方式4中詳細地說明該氧化物。藉由作為電晶體Tr1、電晶體Tr2及電晶體Tr5採用這樣的OS電晶體，可以使電晶體的關態電流極小。在電容器C1的第一端子(節點ND1) 中保持資料的情況下，藉由作為電晶體Tr1使用OS電晶體，可以防止由於關態電流導致的保持在節點ND1中的資料的損壞。與此同樣，在電晶體Tr3的閘極、電容器C1的第二端子及電容器C2的第一端子(節點ND2)中保持資料的情況下，藉由作為電晶體Tr2使用OS電晶體，可以防止由於關態電流導致的保持在節點ND2中的資料的損壞。此外，在暫時停止發光元件LD的發光的情況下，藉由作為電晶體Tr5使用OS電晶體，可以防止由於關態電流的發光元件LD的發光。
作為電晶體Tr3及/或電晶體Tr4，例如，可以使用在通道形成區域中包含矽的電晶體(以下記為Si電晶體)。作為矽，例如，可以使用氫化非晶矽、微晶矽或多晶矽等。
另外，作為電晶體Tr3及/或電晶體Tr4，可以使用OS電晶體。尤其是，作為電晶體Tr1至電晶體Tr5都使用OS電晶體，可以同時形成每個電晶體，因此有時可以縮短顯示部PA的製造步驟。也就是說，可以縮短顯示部PA的生產時間，由此可以增加某個單位時間內的生產個數。
注意，根據本發明的一個實施方式的像素PIX的結構及與像素PIX電連接的佈線的結構不侷限於圖2A所示的結構。作為本發明的一個實施方式，例如根據設計規格、目的等的情況，可以適當地改變像素PIX及每個佈線的組件。
明確而言，作為圖2A的像素PIX所包括的電晶體Tr1至電晶體Tr5中的至少一 個，可以採用具有背閘極的電晶體。藉由對電晶體的背閘極施加電位，可以增減該電晶體的臨界電壓。
另外，在同一個電晶體中，藉由使閘極與背閘極電連接，可以增大該電晶體處於導通狀態時流過的源極-汲極電流。圖2B示出如下結構：圖2A的像素PIX所包括的電晶體Tr1至電晶體Tr5都是具有背閘極的電晶體，並且在同一個電晶體中，使該各電晶體的閘極與背閘極電連接。
另外，作為其他具體例子，可以將佈線DL及佈線WDL合併用作一個佈線(參照圖3)。
(工作例子1)
接著，對圖2A所示的像素PIX的工作例子進行說明。注意，為了對圖2A的像素PIX發送影像資料，像素PIX的佈線DL及佈線WDL與圖1的源極驅動器電路SD電連接。
圖4是圖2A所示的像素PIX的工作例子的時序圖。圖4所示的時序圖表示時間T1至時間T8及其附近的時間內的佈線DL、佈線WDL、佈線VL、佈線GL1至佈線GL3、節點ND1及節點ND2的電位的變化。注意，圖4所記載的high指的是高位準電位，low指的是低位準電位。另外，圖4所記載的VGND指的是參考電位。
注意，在時間T1至時間T8及其附近的時間內，佈線VL一直被施加VGND。
注意，在本工作例子中，除非特別敘述，電晶體Tr1、電晶體Tr2、電晶體Tr4及電晶體Tr5均在線形線性區域中工作。也就是說，對電晶體Tr1、電晶體Tr2、電晶體Tr4及電晶體Tr5的閘極電壓、源極電壓及汲極電壓進行適當的偏壓，使得這些電晶體在線性區域中工作。
此外，在本工作例子中，除非特別敘述，電晶體Tr3在飽和區域中工作。也就是說，對電晶體Tr3的閘極電壓、源極電壓及汲極電壓進行適當的偏壓，使得該電晶體在飽和區域中工作。注意，即使電晶體Tr3的工作偏離理想的飽和區域中的工作，也只要所得到的電流的精度在所希望的範圍內就可以看作對電晶體Tr3的閘極電壓、源極電壓及汲極電壓進行了適當的偏壓。
[時間T1之前]
在時間T1之前，對佈線GL1及佈線GL2施加低位準電位，並且對佈線GL3施加高位準電位。在佈線GL1的電位為低位準電位時，對電晶體Tr1及電晶體Tr4的每個閘極施加低位準電位，因此電晶體Tr1及電晶體Tr4處於關閉狀態。換言之，佈線DL和節點ND1之間成為不電連接的狀態。與此同樣，在佈線GL2的電位為低位準電位時，對電晶體Tr2的閘極施加低位準電位，因此電晶體Tr2處於關閉狀態。換言之，佈線WDL和節點ND2之間成為不電連接的狀態。再者，在佈線GL3的電位為高位準電位時，對電晶體Tr5的閘極施加高位準電位，因此電晶體Tr5處於導通狀態。換言之，發光元件LD的輸 入端子和電晶體Tr5的第一端子之間成為不電連接的狀態。
另外，在節點ND2的電位和電晶體Tr3的源極的電位之間的差異(閘極-源極電壓)高於電晶體Tr3的臨界電壓的情況下，電晶體Tr3處於導通狀態，根據電晶體Tr3的閘極-源極電壓，決定電晶體Tr3的源極-汲極之間流過的電流。此時，在電晶體Tr3的第二端子為源極的情況下，從佈線AL藉由電晶體Tr3及電晶體Tr5對發光元件LD的輸入端子流過電流。由此發光元件LD發光。注意，在圖4所示的時序圖中，節點ND2的電位記載為V0，亦即電晶體Tr3處於關閉狀態的電位(換言之，V0和電晶體Tr3的源極的電位之間的差異低於電晶體Tr3的臨界電壓，因此發光元件LD也不發光)。
另外，為了簡單地說明本工作例子，將時間T1之前的節點ND1的電位也設定為V0。
在此假定，在時間T1之前，從源極驅動器電路SD對像素PIX沒有發送影像資料，並且對佈線DL及佈線WDL已施加VGND。
[時間T1]
在時間T1中對佈線GL3施加低位準電位。因此，從時間T1至時間T2之間，對電晶體Tr5的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr5處於關閉狀態。由此，無論電晶體Tr3處於導通狀態還是關閉狀態，電流也不流向發光元件LD的輸入端子，而發光元件LD不發光。
[時間T2]
在時間T2中對佈線GL1施加高位準電位。因此，從時間T2至時間T3之間，對電晶體Tr1及電晶體Tr4的每個閘極施加高位準電位，而電晶體Tr1及電晶體Tr4處於導通狀態。
在電晶體Tr1處於導通狀態時，佈線DL和節點ND1之間電連接。因此節點ND1的電位成為VGND。另外，在電晶體Tr4處於導通狀態時，佈線VL和電容器C2的第二端子之間電連接。因此，電容器C2的第二端子的電位成為VGND。
另外，因為電容器C1的第二端子(節點ND2)處於浮動狀態，所以在節點ND1的電位變化時，由於電容耦合，節點ND2的電位也變化。注意，根據節點ND1的電位的變化量及電容器C1的靜電電容等決定節點ND2的電位的變化量。在本工作例子中，節點ND1的電位從V0下降到VGND，因此節點ND2的電位從V0降低。
[時間T3]
在時間T3中，對佈線GL2施加高位準電位。因此，從時間T3至時間T4之間，對電晶體Tr2的閘極施加高位準電位，而電晶體Tr2處於導通狀態。
在電晶體Tr2處於導通狀態時，佈線WDL和節點ND2之間電連接。因此，節點ND2的電位成為VGND。注意，因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以節點ND1 的電位沒有隨著節點ND2的電位的變化而變動。與此同樣，因為電晶體Tr4處於導通狀態，所以電容器C2的第二端子的電位沒有隨著節點ND2的電位的變化而變動。
[時間T4]
在時間T4中，作為影像資料，從源極驅動器電路SD對佈線DL及佈線WDL發送類比信號。在此，作為類比信號的電位，對佈線DL及佈線WDL輸入Vdata。
因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以從佈線DL對電容器C1的第一端子(節點ND1)施加Vdata。另外，因為電晶體Tr2處於導通狀態，所以從佈線WDL對電晶體Tr3的閘極、電容器C1的第二端子及電容器C2的第一端子(節點ND2)施加Vdata。注意，因為電晶體Tr4處於導通狀態，所以電容器C2的第二端子的電位沒有隨著節點ND1及節點ND2的電位的變化而變動。
[時間T5]
在時間T5中，對佈線GL2施加低位準電位。因此，從時間T5至時間T6之間，對電晶體Tr2的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr2處於關閉狀態。
在電晶體Tr2處於關閉狀態時，佈線WDL和節點ND2之間成為不電連接的狀態。因此，節點ND2處於浮動狀態。
[時間T6]
在時間T6中，從源極驅動器電路SD對佈線DL及佈線WDL發送信號，該信號是對時間T4至時間T6之間被輸入的電位Vdata加上ΔVdata的高度的電位的信號。換言之，佈線DL及佈線WDL的每個電位成為Vdata□ΔVdata。
因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以從佈線DL對節點ND1施加Vdata□ΔVdata。換言之，節點ND1的電位從時間T4至時間T6之間的Vdata變為Vdata□ΔVdata。
因為電晶體Tr2處於關閉狀態，所以從佈線WDL對節點ND2不施加Vdata□ΔVdata。然而，因為節點ND1的電位從Vdata變為Vdata□ΔVdata且節點ND2處於浮動狀態，所以藉由節點ND1的電位的變動，由於電容器C1的電容耦合，因而節點ND2的電位也變動。在圖4的時序圖中，將節點ND2的電位的變動量記為ΔVg，然而以下面公式(E1)可以估計ΔVg。
因此，在將節點ND2的電位設定為VND2、電容器C1的靜電電容值設定為C1、並且將電容器C2的靜電電容值設定為C2的情況下，以下面公式(E2)表示VND2。
[公式2]
注意，雖然在時間T6中將佈線WDL的電位設定為Vdata□ΔVdata，但是在圖2A所示的電路的結構例子中，對任何元件沒有輸入佈線WDL的電位Vdata□ΔVdata。因此，在圖2A所示的電路的結構例子中，在時間T6中不必要將佈線WDL的電位設定為Vdata□ΔVdata。
[時間T7]
在時間T7中，對佈線GL1施加低位準電位。因此，從時間T7至時間T8之間，對電晶體Tr1的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr1處於關閉狀態。因此，節點ND1處於浮動狀態，節點ND1的電位由電容器C1保持。
另外，從時間T7至時間T8之間，對電晶體Tr4的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr4處於關閉狀態。此時，電容器C2的第二端子的電位為VGND且電晶體Tr3的閘極(節點ND2)的電位為VND2，因此在VND2-VGND高於電晶體Tr3的臨界電壓的情況下，電晶體Tr3處於導通狀態。另外，根據VND2-VGND決定電晶體Tr3的源極-汲極之間流過的電流。
[時間T8]
在時間T8中，對佈線GL3施加高位準電位。因此，在時間T8以後，對電晶體Tr5的閘極施加高位準電位，而電晶體Tr5處於導通狀態。由此，從佈線AL 流過的電流藉由電晶體Tr3及電晶體Tr5輸入到發光元件LD的輸入端子，而發光元件LD發光。此時，發光元件LD的輸入端子和輸出端子之間施加電壓且對佈線CAT供應預定的電位，因此電晶體Tr3的第二端子、電晶體Tr4的第一端子、電晶體Tr5的第一端子及電容器C2的第二端子的電連接點的電位得到提高。並且，因為節點ND1及節點ND2各自處於浮動狀態，所以由於該電連接點的電位得到提高，因而有時節點ND1及節點ND2的每個電位由於電容耦合得到提高。在圖4的時序圖中，將時間T8以後的節點ND1及節點ND2的每個電位表示為比從時間T7至時間T8之間的節點ND1及節點ND2的每個電位高。
注意，根據流過發光元件LD的電流決定發光元件LD的亮度。根據基爾霍夫定律，流過發光元件LD的電流大致相等於流過電晶體Tr3的源極-汲極之間的電流，因此根據電晶體Tr3的閘極-源極電壓決定發光元件LD的亮度。
圖2A的像素PIX以上述方式進行圖4的時序圖中的時間T1至時間T8及其附近的時間的工作，由此可以對像素PIX的影像資料的保持部(節點ND2)供應比D/A轉換電路DAC能夠輸出的電位更細密的電位。
〈〈包括液晶元件的像素PIX〉〉
在此，在圖5A和圖5B中示出本發明的一個實施方式的半導體裝置的包括液晶元件的像素PIX的電路結構的例子。
圖5A所示的像素PIX包括電晶體Tr1、電晶體Tr2、電容器C1、電容器C2及液晶元件LC。此外，佈線DL、佈線WDL、佈線GL1、佈線GL2及佈線VCOM與像素PIX電連接。
電晶體Tr1及電晶體Tr2分別用作切換元件。尤其是，電晶體Tr2被用作對液晶元件LC的第一端子施加電壓的驅動電晶體。另外，電晶體Tr1及電晶體Tr2可以適用實施方式3所記載的結構。
佈線DL及佈線WDL各自為用來對像素PIX發送影像資料的佈線，並且為相應於圖1的顯示裝置DD的佈線SL的佈線。再者，佈線GL1及佈線GL2各自為對於像素PIX的選擇信號線，並且為相應於圖1的顯示裝置DD的佈線GL的佈線。
佈線VCOM是用來對液晶元件LC的第二端子供應預定的電位的佈線。作為預定的電位可以採用例如參考電位、低位準電位及比它們更低的電位等。另外，佈線VCOM可以對顯示部PA中的多個像素PIX分別包括的液晶元件LC的第二端子供應共同的電位。
電晶體Tr1的第一端子與電容器C1的第一端子電連接，電晶體Tr1的第二端子與佈線DL電連接，電晶體Tr1的閘極與佈線GL1電連接。電晶體Tr2的第一端子與電容器C1的第二端子、電容器C2的第一端子及液晶元件LC的第一端子電連接，電晶體Tr2的第二端子與佈線WDL電連接，電晶體Tr2的閘極與佈線 GL2電連接。
注意，在圖5A、下述的圖5B及圖6中，將電晶體Tr1的第一端子與電容器C1的第一端子的電連接點表示為節點ND1，將電晶體Tr2的第一端子與電容器C1的第二端子、電容器C2的第一端子、液晶元件LC的第一端子的電連接點表示為節點ND2。
液晶元件LC的第二端子與佈線VCOM電連接。此外，電容器C2的第二端子與佈線VCOM電連接。
在圖5A的像素PIX中，電晶體Tr1及電晶體Tr2較佳為OS電晶體。尤其是，OS電晶體較佳為具有在通道形成區域中包含銦、元素M(元素M為鋁、鎵、釔或錫)和鋅中的至少一種的氧化物。此外，在實施方式4中詳細地說明該氧化物。藉由作為電晶體Tr1及電晶體Tr2採用這樣的OS電晶體，可以使電晶體的關態電流極小。在電容器C1的第一端子(節點ND1)中保持資料的情況下，藉由作為電晶體Tr1使用OS電晶體，可以防止由於關態電流導致的保持在節點ND1中的資料的損壞。與此同樣，在電容器C1的第二端子、電容器C2的第一端子及液晶元件LC的第一端子(節點ND2)中保持資料的情況下，藉由作為電晶體Tr2使用OS電晶體，可以防止由於關態電流導致的保持在節點ND2中的資料的損壞。
作為電晶體Tr1及/或電晶體Tr2，例如，可以使用上面所述的Si電晶體。
另外，作為電晶體Tr1及電晶體Tr2的每個通道形成區域較佳為由相同的材料形成。例如，作為電晶體Tr1及電晶體Tr2都使用OS電晶體，可以同時形成每個電晶體，因此有時可以縮短顯示部PA的製造步驟。也就是說，可以縮短顯示部PA的生產時間，由此可以增加某個單位時間內的生產個數。
(工作例子2)
接著，對圖5A所示的像素PIX的工作例子進行說明。注意，為了對圖5A的像素PIX發送影像資料，像素PIX的佈線DL及佈線WDL與圖1的源極驅動器電路SD電連接。
圖7是圖5A所示的像素PIX的工作例子的時序圖。圖7所示的時序圖表示時間T1至時間T6及其附近的時間內的佈線DL、佈線WDL、佈線VCOM、佈線GL1、佈線GL2、節點ND1及節點ND2的電位的變化。注意，圖7所記載的high指的是高位準電位，low指的是低位準電位。另外，圖7所記載的VGND指的是參考電位。
注意，在時間T1至時間T6及其附近的時間內，佈線VCOM一直被施加VGND。
注意，在本工作例子中，除非特別敘述，電晶體Tr1及電晶體Tr2均在線形線性區域中工作。也就是說，對電晶體Tr1及電晶體Tr2的閘極電壓、源極電壓及汲極電壓進行適當的偏壓，使得這些電晶體在線性區域中工作。
注意，根據本發明的一個實施方式的像素PIX的結構及與像素PIX電連接的佈線的結構不侷限於圖5A所示的結構。作為本發明的一個實施方式，例如根據設計規格、目的等的情況，可以適當地改變像素PIX及每個佈線的組件。
明確而言，作為圖5A的像素PIX所包括的電晶體Tr1及電晶體Tr2中的至少一個，可以採用具有背閘極的電晶體。藉由對電晶體的背閘極施加電位，可以增減該電晶體的臨界電壓。
另外，在同一個電晶體中，藉由使閘極與背閘極電連接，可以增大該電晶體處於導通狀態時流過的源極-汲極電流。圖5B示出如下結構：圖5A的像素PIX所包括的電晶體Tr1及電晶體Tr2都是具有背閘極的電晶體，並且在同一個電晶體中，使該各電晶體的閘極與背閘極電連接。
另外，作為其他具體例子，可以將佈線DL及佈線WDL合併用作一個佈線(參照圖6)。注意，圖6所示的像素PIX的工作方法參考上述的工作例子。
[時間T1之前]
在時間T1之前，對佈線GL1及佈線GL2施加低位準電位。在佈線GL1的電位為低位準電位時，對電晶體Tr1的閘極施加低位準電位，因此電晶體Tr1處於關閉狀態。換言之，佈線DL和節點ND1之間成為不電連接的狀態。與此同樣，在佈線GL2的電位為低位準電位時，對電晶體Tr2的閘極施加低位準電 位，因此電晶體Tr2處於關閉狀態。換言之，佈線WDL和節點ND2之間成為不電連接的狀態。
在液晶元件LC的第一端子(節點ND2)和第二端子之間產生一定程度以上的電位差的情況下，根據該電位差液晶元件LC所包括的液晶分子配向。因為配向了的液晶分子使來自顯示裝置DD所包括的背光單元的光透過，所以從像素PIX發射該光。根據施加到液晶元件LC的第一端子(節點ND2)和第二端子之間的電壓，就是節點ND2的電位決定該光的強度，由此藉由調整該電位可以進行灰階顯示。注意，在圖7所示的時序圖的時間T1之前，以不使從像素PIX發射光的程度產生液晶元件LC的第一端子(節點ND2)和第二端子之間的電位差，而將該電位設定為V0。換言之，在圖7所示的時序圖中，將節點ND2的電位記載為V0。注意，V0也可以為等於VGND或低於VGND的電位。在本工作例子中，將V0設定為大於VGND但不夠高得從像素PIX發射光的電位進行說明。
另外，為了簡單地說明本工作例子，將時間T1之前的節點ND1的電位也設定為V0。
在此假定，在時間T1之前，從源極驅動器電路SD對像素PIX沒有發送影像資料，並且對佈線DL及佈線WDL已施加VGND。
[時間T1]
在時間T1中對佈線GL1施加高位準電位。因此，從時間T1至時間T2之間，對電晶體Tr1的閘極施加高位準電位，而電晶體Tr1處於導通狀態。
在電晶體Tr1處於導通狀態時，佈線DL和節點ND1之間電連接。因此節點ND1的電位成為VGND。
另外，因為電容器C1的第二端子(節點ND2)處於浮動狀態，所以在節點ND1的電位變化時，由於電容耦合，節點ND2的電位也變化。注意，根據節點ND1的電位的變化量及電容器C1的靜電電容等決定節點ND2的電位的變化量。在本工作例子中，節點ND1的電位從V0下降到VGND，因此節點ND2的電位從V0降低。
[時間T2]
在時間T2中，對佈線GL2施加高位準電位。因此，從時間T2至時間T3之間，對電晶體Tr2的閘極施加高位準電位，而電晶體Tr2處於導通狀態。
在電晶體Tr2處於導通狀態時，佈線WDL和節點ND2之間電連接。因此，節點ND2的電位成為VGND。注意，因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以節點ND1的電位沒有隨著節點ND2的電位的變化而變動。
[時間T3]
在時間T3中，作為影像資料，從源極驅動器電路SD對佈線DL及佈線WDL發 送類比信號。在此，作為類比信號的電位，對佈線DL及佈線WDL輸入Vdata。
因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以從佈線DL對電容器C1的第一端子(節點ND1)施加Vdata。另外，因為電晶體Tr2處於導通狀態，所以從佈線WDL對電容器C1的第二端子、電容器C2的第一端子(節點ND2)及液晶元件LC的第一端子施加Vdata。
[時間T4]
在時間T4中，對佈線GL2施加低位準電位。因此，從時間T4至時間T5之間，對電晶體Tr2的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr2處於關閉狀態。
在電晶體Tr2處於關閉狀態時，佈線WDL和節點ND2之間成為不電連接的狀態。因此，節點ND2處於浮動狀態。
[時間T5]
在時間T5中，從源極驅動器電路SD對佈線DL及佈線WDL發送信號，該信號是對時間T3至時間T5之間被輸入的電位Vdata加上ΔVdata的高度的電位的信號。換言之，佈線DL及佈線WDL的每個電位成為Vdata□ΔVdata。
因為電晶體Tr1處於導通狀態，所以從佈線DL對節點ND1施加Vdata□ΔVdata。換言之，節點ND1的電位從時間T3至時間T5之間的Vdata變為Vdata□ΔVdata。
因為電晶體Tr2處於關閉狀態，所以從佈線WDL對節點ND2不施加Vdata□ΔVdata。然而，因為節點ND1的電位從Vdata變為Vdata□ΔVdata且節點ND2處於浮動狀態，所以由於電容器C1的電容耦合，隨著節點ND1的電位的變動，節點ND2的電位也變動。在圖7的時序圖中，將節點ND2的電位的變動量記為ΔVg，然而在將電容器C1的靜電電容值設定為C1且將電容器C2的靜電電容值設定為C2時，與工作例子1同樣，以公式(E1)可以估計ΔVg。
因此，在將節點ND2的電位設定為VND2時，與工作例子1同樣，以公式(E2)表示VND2。
注意，在本工作例子中，關於公式(E1)及公式(E2)，不考慮產生在液晶元件LC的第一端子和第二端子之間的寄生電容。然而，液晶元件LC的第一端子因為與電容器C2的第一端子彼此電連接，並且液晶元件LC的第二端子及電容器C2的第二端子各自與佈線VCOM電連接，所以可以看作液晶元件LC與電容器C2並聯電連接的結構。因此，可以將公式(E1)及公式(E2)的靜電電容值C2看作考慮了液晶元件的寄生電容的值。
注意，雖然在從時間T5至時間T6中將佈線WDL的電位設定為Vdata□ΔVdata，然而在圖5A所示的電路的結構例子中，佈線WDL的電位Vdata□ΔVdata沒有輸入到任何元件。因此，在圖5A所示的電路的結構例子中，在時間T6中不一定必要將佈線WDL的電位設定為Vdata□ΔVdata。
[時間T6]
在時間T6中，對佈線GL1施加低位準電位。因此，從時間T6以後，對電晶體Tr1的閘極施加低位準電位，而電晶體Tr1處於關閉狀態。因此，節點ND1處於浮動狀態，節點ND1的電位由電容器C1保持。
在此，著眼於時間T5以後的液晶元件LC。在液晶元件LC的第一端子和第二端子之間被施加VND2□Vdata□ΔVg的電壓。因此，在時間T5以後，液晶元件LC所包括的液晶分子根據電位VND2配向並從像素PIX發射光。
注意，從像素PIX發射的光的亮度根據施加到液晶元件LC的第一端子-第二端子之間的電壓決定。
根據上述那樣，藉由對圖5A所示的像素PIX進行圖7的時序圖的時間T1至時間T6及其附近的時間的工作，可以對像素PIX的影像資料的保持部(節點ND2)供應比D/A轉換電路DAC能夠輸出的電位更細密的電位。
〈〈具體例子〉〉
在此對如下一個例子進行說明，亦即藉由上述的工作例子1(或者工作例子2)在顯示裝置DD的顯示部PA中顯示比D/A轉換電路DAC所輸出的影像資料更多色調的影像資料。
在該例子中，作為源極驅動器電路SD的D/A轉換電路DAC設置6位元的D/A 轉換電路，將像素PIX所包括的電容器C1與電容器C2的每個靜電電容值的比設定為C1：C2□1：15。
藉由作為D/A轉換電路DAC使用6位元的D/A轉換電路DAC，對像素PIX的節點ND1及節點ND2寫入的Vdata可以取得以2進制表示的“000000”至“111111”的值。在此，在將“111111”的電壓值設定為6．3V的情況下，D/A轉換電路DAC可以輸出的Vdata可取的電壓值為每隔0．1V從0V至6．3V的範圍的電壓值。
由此，在從上述的工作例子1的時間T4至時間T5之間(或者從上述的工作例子2的時間T3至時間T4之間)，對像素PIX的節點ND1及節點ND2可以寫入從0V至6．3V的範圍的Vdata。
[在Vdata取得從0V至4．8V的值時]
首先，對如下情況進行說明，亦即對像素PIX的節點ND1及節點ND2寫入從0V至4．8V(以2進制表示從“000000”至“110000”)的範圍的Vdata。
電容器C1與電容器C2的每個靜電電容值的比為C1：C2□1：15，因此從公式(E1)及C1：C2□1：15導出以下公式(E3)。
[公式3]
在此，將ΔVdata設定為例如以2進制表示從“000000”至“001111”的值。此時，ΔVdata可取的電壓值為每隔0．1V從0V至1．5V的範圍的電壓值。就是說，根據公式(E3)，ΔVg可取每隔0．00625V從0V至0．09375V的值。
由此，在從工作例子1的時間T6至時間T7之間(或者從上述的工作例子2的時間T5至時間T6之間)，根據公式(E2)及公式(E3)，像素PIX的節點ND2的電位可取每隔0．00625V從0V至4．8□0．09375V的值。
[在Vdata取得從4．9V至6．3V的值時]
接著，對如下情況進行說明，亦即對像素PIX的節點ND1及節點ND2寫入從4．9V至6．3V(以2進制表示從“110001”至“111111”)的範圍的Vdata。
電容器C1與電容器C2的每個靜電電容值的比與“Vdata取得從0V至4．8V的值時”相同，因此此時也可以採用公式(E3)。
在此，將ΔVdata設定為例如每隔0．1V從-1．5V至0V的範圍的電壓值。就是說，將ΔVdata設定為負值，並且將Vdata□ΔVdata設定為從3．4V至6．3V(以2進制表示從“100010”至“111111”)的值。
此時，根據公式(E3)，ΔVg可取每隔0．00625V從-0．09375V至0V的值。
由此，在從工作例子1的時間T6至時間T7之間(或者從上述的工作例子2的時間T5至時間T6之間)，根據公式(E2)及公式(E3)，像素PIX的節點ND2的電位可取每隔0．00625V從4.9-0．09375V至6．3V的值。
將上述的具體例子概括為如下，作為D/A轉換電路DAC設置能夠輸出每隔0．1V從0V至6．3V的類比值的D/A轉換電路(6位元)，並且藉由將像素PIX所包括的電容器C1及電容器C2的每個靜電電容值的比設定為C1：C2□1：15，可以對節點ND2每隔0．00625V供應從0V至6．3V的電位。
就是說，在圖2A或圖5A所示的像素PIX中，藉由進行上述的工作例子，可以對節點ND2供應比6位元的D/A轉換電路DAC能夠輸出的電壓更細密的電壓。在上述的具體例子中，在D/A轉換電路DAC中進行每隔0．1V的電位的輸出，然而對像素PIX的節點ND2可以寫入每隔0．00625V的電位。換言之，對像素PIX可以寫入比6位元的D/A轉換電路DAC能夠輸出的電位更細密的電位(影像資料)。
在上述的具體例子中，6位元的D/A轉換電路DAC供給的Vdata相當於影像資料的上次6位元，並且由像素PIX的電容耦合對節點ND2供應的ΔVg相當於影像資料的下次4位元的。換言之，由於圖2A或圖5A的像素PIX，對D/A轉換電路DAC供給的上次6位元的影像資料補充下次4位元的影像資料。
另外，本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置的工作方法不侷限於上述的工作例子或具體例子。該工作方法可以適當地改變例如對元件、電路或佈線等供應電位的順序或該電位的值。另外，如上面所述那樣，可以適當地改變發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置的結構，因此根據該結構，可以改變半導體裝置或顯示裝置的工作方法。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
在本實施方式中，對使用EL元件的顯示裝置及使用液晶元件的顯示裝置的結構例子進行說明。注意，在本實施方式中省略實施方式1中已說明的對從源極驅動器電路SD輸出的影像資料供應下位元的影像資料的工作及功能的說明。
圖8A所示的顯示裝置具有第一基板4001及第二基板4006。在該顯示裝置中，以圍繞設置在第一基板4001上的顯示部215的方式設置密封劑4005，顯示部215被第一基板4001、密封劑4005及第二基板4006密封。
顯示部215設置有包括實施方式1所示的像素PIX的像素陣列。
在圖8A中，掃描線驅動電路221a、信號線驅動電路231a、信號線驅動電路232a及共通線驅動電路241a都包括設置在印刷電路板4041上的多個積體電路4042。積體電路4042由單晶半導體或多晶半導體形成。信號線驅動電路231a及信號線驅動電路232a具有實施方式1所示的源極驅動器電路SD的功能。掃描線驅動電路221a具有實施方式1所示的閘極驅動器電路GD的功能。共通線驅動電路241a具有對實施方式1所示的佈線CAT或佈線VCOM供給規定電位的功能。
藉由FPC(Flexible printed circuit：軟性印刷電路板)4018向掃描線驅動電路221a、共通線驅動電路241a、信號線驅動電路231a及信號線驅動電路232a供應各種信號及電位。
包括於掃描線驅動電路221a及共通線驅動電路241a中的積體電路4042具有對顯示部215供應選擇信號的功能。包括在信號線驅動電路231a及信號線驅動電路232a中的積體電路4042具有對顯示部215供應影像信號的功能。積體電路4042被安裝在與由第一基板4001上的密封劑4005圍繞的區域不同的區域中。
注意，對積體電路4042的連接方法沒有特別的限制，可以使用打線接合法、COG(Chip On Glass)法、TCP(Tape Carrier Package)法以及COF(Chip On Film)法等。
圖8B示出利用COG法安裝包含於信號線驅動電路231a及信號線驅動電路232a中的積體電路4042的例子。另外，藉由將驅動電路的一部分或整體形成在形成有顯示部215的基板4001上，可以形成系統整合型面板(system-on-panel)。
圖8B示出將掃描線驅動電路221a及共通線驅動電路241a形成在形成有顯示部215的基板上的例子。藉由同時形成驅動電路與顯示部215內的像素電路，可以減少構件數。由此，可以提高生產率。
另外，在圖8B中，以圍繞設置在第一基板4001上的顯示部215、掃描線驅動電路221a以及共通線驅動電路241a的方式設置密封劑4005。顯示部215、掃描線驅動電路221a及共通線驅動電路241a上設置有第二基板4006。由此，顯示部215、掃描線驅動電路221a及共通線驅動電路241a藉由第一基板4001、密封劑4005及第二基板4006與顯示元件密封在一起。
雖然圖8B中示出另行形成信號線驅動電路231a及信號線驅動電路232a並將其安裝至第一基板4001的例子，但是本發明的一個實施方式不侷限於該結構，也可以另行形成掃描線驅動電路並進行安裝，或者另行形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分並進行安裝。
此外，顯示裝置有時包括顯示元件為密封狀態的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。
設置於第一基板上的顯示部及掃描線驅動電路包括多個電晶體。作為該電晶體，可以適用OS電晶體或Si電晶體。
週邊驅動電路所包括的電晶體及顯示部的像素電路所包括的電晶體的結構既可以具有相同的結構又可以具有不同的結構。週邊驅動電路所包括的電晶體既可以都具有相同的結構，又可以組合兩種以上的結構。同樣地，像素電路所包括的電晶體既可以都具有相同的結構，又可以組合兩種以上的結構。
另外，可以在第二基板4006上設置輸入裝置4200。圖8A和圖8B所示的對顯示裝置設置輸入裝置4200的結構能夠用作觸控面板。
對本發明的一個實施方式的觸控面板所包括的感測元件(也稱為感測元件)沒有特別的限制。還可以將能夠檢測出手指、觸控筆等檢測對象的接近或接觸的各種感測器用作感測元件。
例如，作為感測器的方式，可以利用靜電電容式、電阻膜式、表面聲波式、紅外線式、光學式、壓敏式等各種方式。
在本實施方式中，以包括靜電電容式的感測元件的觸控面板為例進行說明。
作為靜電電容式，有表面型靜電電容式、投影型靜電電容式等。另外，作為投影型靜電電容式，有自電容式、互電容式等。較佳為使用互電容式，因為可以同時進行多點感測。
本發明的一個實施方式的觸控面板可以採用貼合了分別製造的顯示裝置和感測元件的結構、在支撐顯示元件的基板和對置基板中的一者或兩者設置有構成感測元件的電極等的結構等各種各樣的結構。
圖9A和圖9B示出觸控面板的一個例子。圖9A是觸控面板4210的透視圖。圖9B是輸入裝置4200的透視示意圖。注意，為了明確起見，只示出典型的組件。
觸控面板4210具有貼合了分別製造的顯示裝置與感測元件的結構。
觸控面板4210包括重疊設置的輸入裝置4200和顯示裝置。
輸入裝置4200包括基板4263、電極4227、電極4228、多個佈線4237、多個佈線4238及多個佈線4239。例如，電極4227可以與佈線4237或佈線4239電連接。另外，電極4228可以與佈線4239電連接。FPC4272b可以與多個佈線4237及多個佈線4238分別電連接。FPC4272b可以設置有IC4273b。
顯示裝置的第一基板4001與第二基板4006之間可以設置觸控感測器。當在第 一基板4001與第二基板4006之間設置觸控感測器時，除了靜電電容式觸控感測器之外還可以使用利用光電轉換元件的光學式觸控感測器。
圖10是以圖8B中的點劃線N1-N2示出的部位的一個例子的剖面圖，作為該圖8B所示的顯示裝置採用將發光元件用作顯示元件的發光顯示裝置(也稱為“EL顯示裝置”)。此外，圖11是以圖8B中的點劃線N1-N2示出的部位的一個例子的剖面圖，作為該圖8B所示的顯示裝置採用包括液晶元件的顯示裝置。
注意，在圖10及圖11的顯示裝置的說明中，首先對在沒有特別的說明的情況下兩者共同的結構進行說明，接著對圖10及圖11的顯示裝置的互不相同的結構進行說明。
圖10及圖11所示的顯示裝置包括電極4015，該電極4015與FPC4018的端子藉由各向異性導電層4019電連接。另外，在圖10及圖11中，電極4015在形成於絕緣層4112、絕緣層4111及絕緣層4110的開口中與佈線4014電連接。
電極4015與第一電極層4030使用同一導電層形成，佈線4014與電晶體4010及電晶體4011的源極電極及汲極電極使用同一導電層形成。
另外，設置在第一基板4001上的顯示部215和掃描線驅動電路221a包括多個電晶體。在圖10及圖11中，示出顯示部215中的電晶體4010及掃描線驅動電 路221a中的電晶體4011。雖然圖10及圖11中作為電晶體4010及電晶體4011示出底閘極型電晶體，但是也可以使用頂閘極型電晶體。另外，電晶體4011可以包括在實施方式1中已說明的閘極驅動器電路GD中。
在圖10及圖11中，在電晶體4010及電晶體4011上設置有絕緣層4112。另外，在圖10所示的顯示裝置中，絕緣層4112上形成有分隔壁4510。
另外，在圖10及圖11中，電晶體4010及電晶體4011設置在絕緣層4102上。另外，電晶體4010及電晶體4011包括形成在絕緣層4111上的電極4017。電極4017可以用作背閘極電極。
另外，圖10及圖11所示的顯示裝置包括電容器4020。電容器4020包括與電晶體4010的閘極電極以同一製程形成的電極4021以及與源極電極及汲極電極以同一製程形成的電極。每個電極隔著絕緣層4103彼此重疊。注意，作為電容器4020可以採用例如實施方式1中已說明的像素PIX的電容器C1或電容器C2。
一般而言，考慮在像素部中配置的電晶體的洩漏電流等設定在顯示裝置的像素部中設置的電容器的容量以使其能夠在指定期間保持電荷。電容器的容量考慮電晶體的關態電流等設定即可。
設置在顯示部215中的電晶體4010與顯示元件電連接。
另外，圖10及圖11所示的顯示裝置包括絕緣層4111及絕緣層4102。作為絕緣層4111及絕緣層4102，使用不易使雜質元素透過的絕緣層。藉由由絕緣層4111和絕緣層4102夾持電晶體，可以防止從外部到半導體層的雜質的混入。
在此，對圖10的顯示裝置所包括的有機EL元件詳細地進行說明。EL元件是利用電致發光的發光元件，在一對電極之間具有包含發光化合物的層(也稱為“EL層”)。當使一對電極之間產生高於EL元件的臨界電壓的電位差時，電洞從陽極一側注入到EL層中，而電子從陰極一側注入到EL層中。被注入的電子和電洞在EL層中再結合，由此，包含在EL層中的發光物質發光。
EL元件根據發光材料是有機化合物還是無機化合物被區別，通常前者被稱為有機EL元件，而後者被稱為無機EL元件。
在有機EL元件中，藉由施加電壓，電子從一個電極注入到EL層中，而電洞從另一個電極注入到EL層中。藉由這些載子(電子及電洞)再結合，發光有機化合物形成激發態，當從該激發態回到基態時發光。由於這種機制，這種發光元件被稱為電流激發型發光元件。
EL層除了發光化合物以外也可以還包括電洞注入性高的物質、電洞傳輸性高的物質、電洞阻擋材料、電子傳輸性高的物質、電子注入性高的物質或雙極性的物質(電子傳輸性及電洞傳輸性高的物質)等。
EL層可以藉由蒸鍍法(包括真空蒸鍍法)、轉印法、印刷法、噴墨法、塗佈法等的方法形成。
無機EL元件根據其元件結構而分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件包括發光層，其中發光材料的粒子分散在黏合劑中，並且其發光機制是利用施體能階和受體能階的施體-受體再結合型發光。薄膜型無機EL元件是其中發光層夾在電介質層之間，並且該夾著發光層的電介質層夾在電極之間的結構，其發光機制是利用金屬離子的內殼層電子躍遷的局部型發光。注意，這裡作為發光元件使用有機EL元件進行說明。
為了取出發光，使發光元件的一對電極中的至少一個為透明。在基板上形成有電晶體及發光元件。作為發光元件可以採用從與該基板相反一側的表面取出發光的頂部發射結構；從基板一側的表面取出發光的底部發射結構；以及從兩個表面取出發光的雙面發射結構。
在此，對作為顯示元件使用發光元件的圖10的顯示裝置進行說明。被用作顯示元件的發光元件4513與設置在顯示部215中的電晶體4010電連接。就是說，電晶體4010對應於實施方式1中已說明的電晶體Tr5且發光元件4513對應於實施方式1中已說明的發光元件LD。雖然發光元件4513具有第一電極層4030、發光層4511及第二電極層4031的疊層結構，但是不侷限於該結構。根 據從發光元件4513取出光的方向等，可以適當地改變發光元件4513的結構。
分隔壁4510使用有機絕緣材料或無機絕緣材料形成。尤其較佳為使用感光樹脂材料，在第一電極層4030上形成開口部，並且將該開口部的側面形成為具有連續曲率的傾斜面。
發光層4511可以使用一個層構成，也可以使用多個層的疊層構成。
發光元件4513的發光顏色可以根據構成發光層4511的材料變為白色、紅色、綠色、藍色、青色、洋紅色或黃色等。
作為實現彩色顯示的方法，有如下方法：組合發光顏色為白色的發光元件4513和彩色層的方法；以及在每個像素設置發光顏色不同的發光元件4513的方法。前者的方法的生產率比後者的方法高。另一方面，在後者的方法中，需要根據每個像素形成發光層4511，所以其生產率比前者的方法低。但是，在後者的方法中，可以得到其色純度比前者的方法高的發光顏色。藉由在後者的方法中使發光元件4513具有微腔結構，可以進一步提高色純度。
發光層4511也可以包含量子點等無機化合物。例如，藉由將量子點用於發光層，也可以將其用作發光材料。
為了防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入發光元件4513，也可以在第二電極 層4031及分隔壁4510上形成保護層。作為保護層，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜、氮氧化鋁膜、DLC(Diamond Like Carbon)膜等。此外，在由第一基板4001、第二基板4006以及密封劑4005密封的空間中設置有填充劑4514並被密封。如此，為了不暴露於外部氣體，較佳為使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(黏合薄膜、紫外線硬化性樹脂薄膜等)、覆蓋材料進行封裝(封入)。
作為填充劑4514，除了氮或氬等惰性氣體以外，也可以使用紫外線硬化性樹脂或熱固性樹脂，例如可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸類樹脂、聚醯亞胺、環氧類樹脂、矽酮類樹脂、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)或EVA(乙烯-醋酸乙烯酯)等。填充劑4514也可以包含乾燥劑。
作為密封劑4005，可以使用玻璃粉等玻璃材料或者兩液混合型樹脂等在常溫下固化的固化樹脂、光硬化性樹脂、熱固性樹脂等樹脂材料。密封劑4005也可以包含乾燥劑。
另外，根據需要，也可以在發光元件的光射出面上適當地設置諸如偏光板或者圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、濾色片等的光學薄膜。此外，也可以在偏光板或者圓偏光板上設置抗反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理是藉由利用表面的凹凸擴散反射光來降低反射眩光的處理。
藉由使發光元件具有微腔結構，能夠提取色純度高的光。另外，藉由組合微腔結構和濾色片，可以防止反射眩光，而可以提高影像的可見度。
關於對顯示元件施加電壓的第一電極層及第二電極層(也稱為像素電極層、共用電極層、相對電極層等)，根據取出光的方向、設置電極層的地方以及電極層的圖案結構而選擇其透光性、反射性，即可。
作為第一電極層4030及第二電極層4031，可以使用包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的氧化銦、銦錫氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加有氧化矽的銦錫氧化物等具有透光性的導電材料。
此外，第一電極層4030及第二電極層4031可以使用鎢(W)、鉬(Mo)、鋯(Zi)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉑(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等金屬、或者、其合金或其氮化物中的一種以上形成。
此外，第一電極層4030及第二電極層4031可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合體)的導電組成物形成。作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯及噻吩中的兩種以上構成的共聚物或其衍生物等。
接著，對作為顯示元件使用透射型液晶元件的圖11的顯示裝置(也稱為“液晶顯示裝置”)進行說明。在圖11中，作為顯示元件的液晶元件4013包括第一電極層4030、第二電極層4031及液晶層4008。注意，以夾持液晶層4008的方式設置有被用作配向膜的絕緣層4032及絕緣層4033。第二電極層4031設置在第二基板4006一側，第一電極層4030與第二電極層4031隔著液晶層4008重疊。設置在顯示部215中的電晶體4010與液晶元件4013電連接。換言之，作為電晶體4010可以採用例如實施方式1中已說明的電晶體Tr2，並且作為液晶元件4013可以採用例如實施方式1中已說明的像素PIX的液晶元件LC。
作為第一電極層4030及第二電極層4031較佳為使用使可見光透過的導電性材料。作為該導電性材料，例如，可以使用包含選自銦(In)、鋅(Zn)及錫(Sn)中的一種以上的材料。明確而言，可以舉出氧化銦、氧化錫銦(ITO)、銦鋅氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、包含氧化矽的銦錫氧化物(ITSO)、氧化鋅、以及包含鎵的氧化鋅等。此外，可以使用包含石墨烯的膜。包含石墨烯的膜例如可以藉由使形成在絕緣體或導電體等的膜上的包含氧化石墨烯的膜還原而形成。
作為液晶元件4013，例如，可以採用應用FFS(Fringe Field Switching：邊緣場切換)模式的液晶元件。另外，一般而言，作為液晶材料，有介電常數的各向異性(Δε)為正數的正型液晶材料和各向異性為負數的負型液晶 材料。作為本實施方式所示的液晶元件4013可以應用該兩種材料，根據所應用的模式及設計可以採用最適的液晶材料。
在本實施方式所示的顯示裝置中，較佳為使用負型液晶材料。在負型液晶中能夠抑制起因於液晶分子的極化的撓曲電效應導致影響，並且極性幾乎不影響穿透率。因此，可以抑制顯示裝置的使用者看到閃爍(flicker)。撓曲電效應是指主要起因於分子形狀且由於配向畸變發生極化的現象。在負型液晶材料中，不容易產生展曲變形或彎曲變形等配向畸變。
注意，在此作為液晶元件4013，採用應用FFS模式的元件，但是不侷限於此，可以採用應用各種模式的液晶元件。例如，可以使用採用VA(Vertical Alignment：垂直配向)模式、TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面切換)模式、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optically Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反鐵電液晶)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：電控雙折射)模式、VA-IPS(Vertical Alignment In-Plane-Switching：垂直配向平面切換)模式、賓主模式等的液晶元件。
另外，也可以對本實施方式所示的顯示裝置使用常黑型液晶顯示裝置，例如採用垂直配向(VA)模式的透過型液晶顯示裝置。作為垂直配向模式， 可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式、ASV(Advanced Super View：超視覺)模式等。
液晶元件是利用液晶的光學調變作用來控制光的透過或非透過的元件。液晶的光學調變作用由施加到液晶的電場(水平電場、垂直電場或傾斜方向電場)控制。作為用於液晶元件的液晶可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC：Polymer Dispersed Liquid Crystal：聚合物分散液晶)、鐵電液晶、反鐵電液晶等。這些液晶材料根據條件呈現出膽固醇相、層列相、立方相、手向列相、各向同性相等。
雖然圖11示出具有垂直電場方式的液晶元件的顯示裝置的例子，但是也可以對本發明的一個實施方式應用具有水平電場方式的液晶元件的顯示裝置。在採用水平電場方式的情況下，也可以使用不使用配向膜的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相的一種，是指當使膽固醇液晶的溫度上升時即將從膽固醇相轉變到均質相之前出現的相。因為藍相只在窄的溫度範圍內出現，所以將其中混合了5wt%以上的手性性試劑的液晶組合物用於液晶層4008，以擴大溫度範圍。由於包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的回應速度快，並且其具有光學各向同性。此外，包含呈現藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物不需要配向處理，並且視角依賴性小。另外，由於不需要設置配向膜而不需要摩擦處理，因此可以防止由於摩擦處理而引起的靜電破壞，並可以降低製程中的液晶顯示裝置的不良、破損。
間隔物4035是藉由對絕緣層選擇性地進行蝕刻而得到的柱狀間隔物，並且它是為控制第一電極層4030和第二電極層4031之間的間隔(單元間隙)而設置的。注意，還可以使用球狀間隔物。
此外，根據必要，可以適當地設置黑矩陣(遮光層)、彩色層(濾色片)、偏振構件、相位差構件、抗反射構件等的光學構件(光學基板)等。例如，也可以使用利用偏振基板及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，也可以使用背光單元或側光單元等。作為上述背光單元及側光單元，也可以使用Micro-LED等。在為圖11所示的顯示裝置的情況下，採用如下結構即可，例如，在第二基板4006的表面(與設置有彩色層4131及遮光層4132的面相反一側)及在第一基板4001的背面(與設置有絕緣層4102的面相反一側)都設置偏光基板，並且在第一基板4001背面一側隔著偏光基板設置背光單元(未圖示)。
在圖11所示的顯示裝置中，在第二基板4006和第二電極層4031之間設置有遮光層4132、彩色層4131及絕緣層4133。
作為能夠用於遮光層4132的材料，可以舉出碳黑、鈦黑、金屬、金屬氧化物或包含多個金屬氧化物的固溶體的複合氧化物等。遮光層也可以為包含樹脂材料的膜或包含金屬等無機材料的薄膜。另外，也可以對遮光層4132使用包含彩色層4131的材料的膜的疊層膜。例如，可以採用包含用於使某個顏色 的光透過的彩色層4131的材料的膜與包含用於使其他顏色的光透過的彩色層4131的材料的膜的疊層結構。藉由使彩色層4131與遮光層4132的材料相同，除了可以使用相同的設備以外，還可以實現製程簡化，因此是較佳的。
作為能夠用於彩色層4131的材料，可以舉出金屬材料、樹脂材料、包含顏料或染料的樹脂材料等。遮光層及彩色層的形成方法可以與上述各層的形成方法同樣地進行即可。例如，可以利用噴墨法等。
作為絕緣層4133較佳的是具有平坦化功能的保護層。藉由絕緣層4133具有平坦化功能，可以在其厚度彼此不同的彩色層4131及遮光層4132的形成面上形成平坦的絕緣膜。藉由使絕緣層4133平坦化，可以將第二電極層4031形成為平坦，因此能夠減少液晶層4008的厚度的不均勻。作為這種絕緣層4133，可以舉出丙烯酸樹脂等。
此外，雖然在本實施方式中，對顯示裝置的結構例子進行說明，但是根據情況可以適當地改變電路結構及電路元件等。例如，由於電晶體容易因靜電等而損壞，所以也可以設置用來保護驅動電路的保護電路。此外，保護電路較佳為使用非線性元件構成。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
在本實施方式中說明可以用於本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置的電晶體的結構。
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以使用底閘極型電晶體或頂閘極型電晶體等的各種方式的電晶體來製造。
(底閘極型電晶體)
圖12A1是底閘極型電晶體的一種的通道保護型電晶體810的剖面圖。在圖12A1中，電晶體810形成在基板771上。此外，電晶體810在基板771上隔著絕緣層772包括電極746。另外，在電極746上隔著絕緣層726包括半導體層742。電極746可以被用作閘極電極，並且絕緣層726可以被用作閘極絕緣層。
另外，在半導體層742的通道形成區域上包括絕緣層741。此外，在絕緣層726上以與半導體層742的一部分接觸的方式包括電極744a及電極744b。電極744a可以用作源極電極和汲極電極中的一個。電極744b用作源極電極和汲極電極中的另一個。電極744a的一部分及電極744b的一部分形成在絕緣層741上。
絕緣層741可以被用作通道保護層。藉由在通道形成區域上設置絕緣層741，可以防止在形成電極744a及電極744b時半導體層742被露出。由此，可以防止在形成電極744a及電極744b時半導體層742的通道形成區域被蝕刻。根據 本發明的一個實施方式，可以實現電特性良好的電晶體。
另外，電晶體810在電極744a、電極744b及絕緣層741上包括絕緣層728，在絕緣層728上包括絕緣層729。
當將氧化物半導體用於半導體層742時，較佳為將能夠從半導體層742的一部分中奪取氧而產生氧缺陷的材料用於電極744a及電極744b的至少與半導體層742接觸的部分。半導體層742中的產生氧缺陷的區域的載子濃度增加，該區域n型化而成為n型區域(有時稱為n+區域)。因此，該區域能夠被用作源極區域或汲極區域。當將氧化物半導體用於半導體層742時，作為能夠從半導體層742中奪取氧而產生氧缺陷的材料的一個例子，可以舉出鎢、鈦等。
藉由在半導體層742中形成源極區域及汲極區域，可以降低電極744a及電極744b與半導體層742的接觸電阻。因此，可以使場效移動率及臨界電壓等電晶體的電特性良好。
當將矽等半導體用於半導體層742時，較佳為在半導體層742與電極744a之間及半導體層742與電極744b之間設置被用作n型半導體或p型半導體的層。用作n型半導體或p型半導體的層可以被用作電晶體的源極區域或汲極區域。
絕緣層729較佳為使用具有防止雜質從外部擴散到電晶體中或者降低雜質的擴散的功能的材料形成。此外，根據需要也可以省略絕緣層729。
圖12A2所示的電晶體811與電晶體810之間的不同之處在於：電晶體811在絕緣層729上包括用作背閘極電極的電極723。電極723可以使用與閘極電極746同樣的材料及方法形成。
一般而言，背閘極電極使用導電層來形成，並閘極電極與背閘極電極以夾著半導體層的通道形成區域的方式設置。因此，背閘極電極可以具有與閘極電極同樣的功能。背閘極電極的電位可以與閘極電極相等，也可以為接地電位(GND電位)或任意電位。另外，藉由不跟閘極電極聯動而獨立地改變背閘極電極的電位，可以改變電晶體的臨界電壓。
電極746及電極723都可以被用作閘極電極。因此，絕緣層726、絕緣層728及絕緣層729都可以被用作閘極絕緣層。另外，也可以將電極723設置在絕緣層728與絕緣層729之間。
注意，當將電極746和電極723中的一個稱為“閘極電極”時，將另一個稱為“背閘極電極”。例如，在電晶體811中，當將電極723稱為“閘極電極”時，將電極746稱為“背閘極電極”。另外，當將電極723用作“閘極電極”時，電晶體811是頂閘極型電晶體之一種。此外，有時將電極746和電極723中的一個稱為“第一閘極電極”，有時將另一個稱為“第二閘極電極”。
藉由隔著半導體層742設置電極746以及電極723並將電極746及電極723的電 位設定為相同，半導體層742中的載子流過的區域在厚度方向上更加擴大，所以載子的移動量增加。其結果是，電晶體811的通態電流增大，並且場效移動率也增高。
因此，電晶體811是相對於佔有面積具有較大的通態電流的電晶體。亦即，可以相對於所要求的通態電流縮小電晶體811的佔有面積。根據本發明的一個實施方式，可以縮小電晶體的佔有面積。因此，根據本發明的一個實施方式，可以實現積體度高的半導體裝置。
另外，由於閘極電極及背閘極電極使用導電層形成，因此具有防止在電晶體的外部產生的電場影響到形成通道形成區域的半導體層的功能(尤其是對靜電等的電場遮蔽功能)。另外，當將背閘極電極形成得比半導體層大以使用背閘極電極覆蓋半導體層時，能夠提高電場遮蔽功能。
另外，藉由使用具有遮光性的導電膜形成背閘極電極，能夠防止光從背閘極電極一側入射到半導體層。由此，能夠防止半導體層的光劣化，並防止電晶體的臨界電壓漂移等電特性劣化。
根據本發明的一個實施方式，可以實現可靠性良好的電晶體。另外，可以實現可靠性良好的半導體裝置。
圖12B1示出作為底閘極型的電晶體之一的通道保護型電晶體820的剖面 圖。電晶體820具有與電晶體810大致相同的結構，而電晶體820的與電晶體810不同之處在於：絕緣層741覆蓋半導體層742的端部。另外，在選擇性地去除絕緣層741的重疊於半導體層742的部分而形成的開口部中，半導體層742與電極744a電連接。另外，在選擇性地去除絕緣層741的重疊於半導體層742的部分而形成的其他開口部中，半導體層742與電極744b電連接。絕緣層741的與通道形成區域重疊的區域可以被用作通道保護層。
圖12B2所示的電晶體821與電晶體820的不同之處在於：電晶體821在絕緣層729上包括可以被用作背閘極電極的電極723。
藉由設置絕緣層741，可以防止在形成電極744a及電極744b時半導體層742露出。因此，可以防止在形成電極744a及電極744b時半導體層742被薄膜化。
另外，與電晶體810及電晶體811相比，電晶體820及電晶體821的電極744a與電極746之間的距離及電極744b與電極746之間的距離更長。因此，可以減少產生在電極744a與電極746之間的寄生電容。此外，可以減少產生在電極744b與電極746之間的寄生電容。根據本發明的一個實施方式，可以提供一種電特性良好的電晶體。
圖12C1所示的電晶體825是底閘極型電晶體之一的通道蝕刻型電晶體。在電晶體825中，不使用絕緣層741形成電極744a及電極744b。因此，在形成電極744a及電極744b時露出的半導體層742的一部分有時被蝕刻。另一方面，由 於不設置絕緣層741，可以提高電晶體的生產率。
圖12C2所示的電晶體826與電晶體825的不同之處在於：電晶體826在絕緣層729上具有可以用作背閘極電極的電極723。
(頂閘極型電晶體)
圖13A1所示的電晶體842是頂閘極型電晶體之一。電晶體842的與電晶體810、電晶體811、電晶體820、電晶體821、電晶體825及電晶體826不同之處在於：在形成絕緣層729之後形成電極744a及電極744b。電極744a及電極744b在形成於絕緣層728及絕緣層729中的開口與半導體層742電連接。
另外，去除不與電極746重疊的絕緣層726的一部分，以電極746及剩餘的絕緣層726為遮罩將雜質755引入到半導體層742，由此可以在半導體層742中以自對準(self-alignment)的方式形成雜質區域(圖13A3)。電晶體842包括絕緣層726超過電極746的端部延伸的區域。半導體層742的藉由絕緣層726被引入雜質755的區域的雜質濃度低於不藉由絕緣層726被引入雜質755的區域。因此，在半導體層742的不與電極746重疊的區域中形成LDD(Lightly Doped Drain：輕摻雜汲極)區域。
圖13A2所示的電晶體843與電晶體842的不同之處在於電晶體843包括電極723。電晶體843包括形成在基板771上的電極723。電極723具有隔著絕緣層772與半導體層742層疊的區域。電極723可以用作背閘極電極。
另外，如圖13B1所示的電晶體844及圖13B2所示的電晶體845那樣，也可以完全去除不與電極746重疊的區域的絕緣層726。另外，如圖13C1所示的電晶體846及圖13C2所示的電晶體847那樣，也可以不去除絕緣層726。
在電晶體842至電晶體847中，也可以在形成電極746之後以電極746為遮罩而將雜質755引入到半導體層742，由此在半導體層742中自對準地形成雜質區域(圖13A3)。根據本發明的一個實施方式，可以實現電特性良好的電晶體。另外，根據本發明的一個實施方式，可以實現積體度高的半導體裝置。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
在本實施方式中，對可用於上述的實施方式中已說明的OS電晶體的金屬氧化物CAC-OS(Cloud-Aligned Composite Oxide semiconductor)及CAAC-OS(c-axis aligned crystalline Oxide Semiconductor)的結構進行說明。注意，在本說明書等中，CAC表示功能或材料的構成的一個例子，CAAC表示結晶結構的一個例子。
〈金屬氧化物的構成〉
CAC-OS或CAC-metal oxide在材料的一部分中具有導電性的功能，在材料的 另一部分中具有絕緣性的功能，作為材料的整體具有半導體的功能。此外，在將CAC-OS或CAC-metal oxide用於電晶體的活性層的情況下，導電性的功能是使被用作載子的電子(或電洞)流過的功能，絕緣性的功能是不使被用作載子的電子流過的功能。藉由導電性的功能和絕緣性的功能的互補作用，可以使CAC-OS或CAC-metal oxide具有開關功能(開啟/關閉的功能)。藉由在CAC-OS或CAC-metal oxide中使各功能分離，可以最大限度地提高各功能。
CAC-OS或CAC-metal oxide包括導電性區域及絕緣性區域。導電性區域具有上述導電性的功能，絕緣性區域具有上述絕緣性的功能。此外，在材料中，導電性區域和絕緣性區域有時以奈米粒子級分離。另外，導電性區域和絕緣性區域有時在材料中不均勻地分佈。此外，有時導電性區域被觀察為其邊緣模糊且以雲狀連接。
在CAC-OS或CAC-metal oxide中，有時導電性區域及絕緣性區域以0.5nm以上且10nm以下，較佳為0.5nm以上且3nm以下的尺寸分散在材料中。
此外，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有不同能帶間隙的成分構成。例如，CAC-OS或CAC-metal oxide由具有起因於絕緣性區域的寬隙的成分及具有起因於導電性區域的窄隙的成分構成。在該結構中，當使載子流過時，載子主要在具有窄隙的成分中流過。此外，具有窄隙的成分與具有寬隙的成分互補作用，與具有窄隙的成分聯動地在具有寬隙的成分中載子流過。因此， 在將上述CAC-OS或CAC-metal oxide用於電晶體的通道形成區域時，在電晶體的導通狀態中可以得到高電流驅動力，亦即大通態電流及高場效移動率。
就是說，也可以將CAC-OS或CAC-metal oxide稱為基質複合材料(matrix composite)或金屬基質複合材料(metal matrix composite)。
〈金屬氧化物的結構〉
氧化物半導體被分為單晶氧化物半導體和非單晶氧化物半導體。作為非單晶氧化物半導體，例如有CAAC-OS、多晶氧化物半導體、nc-OS(nanocrystalline oxide semiconductor)、a-like OS(amorphous-like oxide semiconductor)及非晶氧化物半導體等。
CAAC-OS具有c軸配向性，其多個奈米晶在a-b面方向上連結而結晶結構具有畸變。注意，畸變是指在多個奈米晶連結的區域中晶格排列一致的區域與其他晶格排列一致的區域之間的晶格排列的方向變化的部分。
雖然奈米晶基本上是六角形，但是並不侷限於正六角形，有不是正六角形的情況。此外，在畸變中有時具有五角形及七角形等晶格排列。另外，在CAAC-OS的畸變附近觀察不到明確的晶界(grain boundary)。亦即，可知藉由使晶格排列畸變，可抑制晶界的形成。這可能是由於CAAC-OS可容許因如下原因而發生的畸變：在a-b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金屬元素被取代而使原子間的鍵合距離產生變化等。
CAAC-OS有具有層狀結晶結構(也稱為層狀結構)的傾向，在該層狀結晶結構中層疊有包含銦及氧的層(下面稱為In層)和包含元素M、鋅及氧的層(下面稱為(M，Zn)層)。另外，銦和元素M彼此可以取代，在用銦取代(M，Zn)層中的元素M的情況下，也可以將該層表示為(In，M，Zn)層。另外，在用元素M取代In層中的銦的情況下，也可以將該層表示為(In，M)層。
CAAC-OS為結晶性高的氧化物半導體。另外，在CAAC-OS中觀察不到明確的晶界，因此不容易發生起因於晶界的電子移動率的下降。另外，氧化物半導體的結晶性有時因雜質的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以說CAAC-OS是雜質或缺陷(氧空位等)少的氧化物半導體。因此，包含CAAC-OS的氧化物半導體的物理性質穩定。因此，包含CAAC-OS的氧化物半導體具有高耐熱性及高可靠性。另外，CAAC-OS對製程中的高溫度(所謂熱積存；thermal budget)也具有穩定性。因此，在對OS電晶體使用CAAC-OS時，能夠擴大製程的彈性。
在nc-OS中，微小的區域(例如1nm以上且10nm以下的區域，特別是1nm以上且3nm以下的區域)中的原子排列具有週期性。另外，nc-OS在不同的奈米晶之間觀察不到結晶定向的規律性。因此，在膜整體中觀察不到配向性。所以，有時nc-OS在某些分析方法中與a-like OS或非晶氧化物半導體沒有差別。
a-like OS是具有介於nc-OS與非晶氧化物半導體之間的結構的氧化物半導體。a-like OS包含空洞或低密度區域。也就是說，a-like OS的結晶性比nc-OS及CAAC-OS的結晶性低。
氧化物半導體具有各種結構及各種特性。本發明的一個實施方式的氧化物半導體也可以包括非晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、a-like OS、nc-OS、CAAC-OS中的兩種以上。
□具有氧化物半導體的電晶體□
在此，對將上述氧化物半導體用於電晶體的情況進行說明。
藉由將上述氧化物半導體用於電晶體，可以實現場效移動率高的電晶體。另外，可以實現可靠性高的電晶體。
另外，較佳為將載子密度低的氧化物半導體用於電晶體。在以降低氧化物半導體膜的載子密度為目的的情況下，可以降低氧化物半導體膜中的雜質濃度以降低缺陷態密度。在本說明書等中，將雜質濃度低且缺陷態密度低的狀態稱為“高純度本質”或“實質上高純度本質”。例如，氧化物半導體的載子密度可以低於8×1011/cm3，較佳為低於1×1011/cm3，更佳為低於1×1010/cm3且為1×10-9/cm3以上。
另外，因為高純度本質或實質上高純度本質的氧化物半導體膜具有較低的缺陷態密度，所以有可能具有較低的陷阱態密度。
此外，被氧化物半導體的陷阱能階俘獲的電荷到消失需要較長的時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，有時在陷阱態密度高的氧化物半導體中具有通道形成區域的電晶體的電特性不穩定。
因此，為了使電晶體的電特性穩定，降低氧化物半導體中的雜質濃度是有效的。為了降低氧化物半導體中的雜質濃度，較佳為還降低附近膜中的雜質濃度。作為雜質有氫、氮、鹼金屬、鹼土金屬、鐵、鎳、矽等。
〈雜質〉
在此，說明氧化物半導體中的各雜質的影響。
在氧化物半導體包含第14族元素之一的矽或碳時，氧化物半導體中形成缺陷能階。因此，將氧化物半導體中及氧化物半導體的介面附近的矽或碳的濃度(藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的濃度)設定為2×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1017atoms/cm3以下。
另外，當氧化物半導體包含鹼金屬或鹼土金屬時，有時形成缺陷能階而形成載子。因此，使用包含鹼金屬或鹼土金屬的氧化物半導體的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為降低氧化物半導體中的鹼金屬或鹼土金屬 的濃度。明確而言，將利用SIMS測得的氧化物半導體中的鹼金屬或鹼土金屬的濃度設定為1×1018atoms/cm3以下，較佳為2×1016atoms/cm3以下。
當氧化物半導體包含氮時，產生作為載子的電子，並載子密度增加，而氧化物半導體容易被n型化。其結果，將含有氮的氧化物半導體用於半導體的電晶體容易具有常開啟特性。因此，較佳為儘可能地減少氧化物半導體中的氮，例如，利用SIMS測得的氧化物半導體中的氮濃度小於5×1019atoms/cm3，較佳為5×1018atoms/cm3以下，更佳為1×1018atoms/cm3以下，進一步較佳為5×1017atoms/cm3以下。
包含在氧化物半導體中的氫與鍵合於金屬原子的氧起反應生成水，因此有時形成氧空位。當氫進入該氧空位時，有時產生作為載子的電子。另外，有時由於氫的一部分與鍵合於金屬原子的氧鍵合，產生作為載子的電子。因此，使用包含氫的氧化物半導體的電晶體容易具有常開啟特性。由此，較佳為儘可能地減少氧化物半導體中的氫。明確而言，在氧化物半導體中，利用SIMS測得的氫濃度低於1×1020atoms/cm3，較佳為低於1×1019atoms/cm3，更佳為低於5×1018atoms/cm3，進一步較佳為低於1×1018atoms/cm3。
藉由將雜質被充分降低的氧化物半導體用於電晶體的通道形成區域，可以使電晶體具有穩定的電特性。
本實施方式可以與其他實施方式適當地組合。
在本實施方式中，說明將上述的實施方式中已說明的半導體裝置或顯示裝置應用於電子裝置的產品例子。
〈筆記本式個人電腦〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於資訊終端裝置所具備的顯示器。圖14A示出資訊終端裝置之一的筆記本式個人電腦，其包括外殼5401、顯示部5402、鍵盤5403及指向裝置5404等。
〈智能手錶〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於可穿戴終端。圖14B是可穿戴終端之一種的智慧手錶，該智慧手錶包括外殼5901、顯示部5902、操作按鈕5903、表把5904、錶帶5905等。另外，也可以將附加有位置輸入裝置的功能的顯示裝置用於顯示部5902。另外，可以藉由在顯示裝置設置觸控面板來附加位置輸入裝置的功能。或者，也可以藉由在顯示裝置的像素部設置也稱為光感測器的光電轉換元件來附加位置輸入裝置的功能。另外，作為操作按鈕5903，可以具備啟動智慧手錶的電源開關、操作智慧手錶的軟體的按鈕、調整音量的按鈕和使顯示部5902點燈或關燈的按鈕等中的至少一個。另外，在圖14B所示的智慧手錶中示出兩個操作按鈕5903，但是智慧手錶所包括的按鈕的數量不侷限於此。另外，表把5904被用作調整智慧 手錶的時間的錶冠。另外，表把5904除了調整時間以外還可以被用作操作智慧手錶的軟體的輸入介面。此外，圖14B所示的智慧手錶為包括表把5904的結構，但是不侷限於此，也可以為不具有表把5904的結構。
〈視頻攝影機〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於視頻攝影機。圖14C所示的視頻攝影機包括第一外殼5801、第二外殼5802、顯示部5803、操作鍵5804、透鏡5805及連接部5806等。操作鍵5804及透鏡5805設置在第一外殼5801中，而顯示部5803設置在第二外殼5802中。並且，第一外殼5801和第二外殼5802由連接部5806連接，由連接部5806可以改變第一外殼5801和第二外殼5802之間的角度。顯示部5803的影像也可以根據連接部5806所形成的第一外殼5801和第二外殼5802之間的角度切換。
〈行動電話機〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於行動電話機。圖14D示出具有資訊終端的功能的行動電話機，該行動電話機包括外殼5501、顯示部5502、麥克風5503、揚聲器5504以及操作按鈕5505。另外，也可以將附加有位置輸入裝置的功能的顯示裝置用於顯示部5502。另外，可以藉由在顯示裝置設置觸控面板來附加位置輸入裝置的功能。或者，也可以藉由在顯示裝置的像素部設置也稱為光感測器的光電轉換元件來附加位置輸入裝置的功能。另外，作為操作按鈕5505，可以具備啟動行動電話機的電源開關、操作行動電話機的軟體的按鈕、調整音量的按鈕和使顯示部5502 點燈或關燈的按鈕等中的任一個。
另外，在圖14D所示的行動電話機中示出兩個操作按鈕5505，但是行動電話機所包括的按鈕的數量不侷限於此。此外，雖然未圖示，但是圖14D所示的行動電話機也可以包括發光裝置，其用途為閃光或照明。
〈電視機〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於電視機。圖14E所示的電視機包括外殼9000、顯示部9001、揚聲器9003、操作鍵9005(包括電源開關或操作開關)、連接端子9006等。可以將例如是50英寸以上或100英寸以上的大型的顯示部9001組裝到電視機。
〈移動體〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於作為移動體的汽車的駕駛座周邊。
例如，圖14F是示出汽車室內的前擋風玻璃周邊的圖。圖14F示出安裝在儀表板的顯示面板5701、顯示面板5702、顯示面板5703以及安裝在支柱的顯示面板5704。
顯示面板5701至顯示面板5703可以提供導航資訊、速度表、轉速計、行駛距離、加油量、排檔狀態、空調的設定以及其他各種資訊。另外，使用者可 以適當地改變顯示面板所顯示的顯示內容及佈置等，可以提高設計性。顯示面板5701至顯示面板5703還可以被用作照明設備。
藉由將由設置在車體的攝像單元拍攝的影像顯示在顯示面板5704上，可以補充被支柱遮擋的視野(死角)。也就是說，藉由顯示由設置在汽車外側的攝像單元拍攝的影像，可以補充死角，從而可以提高安全性。另外，藉由顯示補充看不到的部分的影像，可以更自然、更舒適地確認安全。顯示面板5704可以被用作照明設備。
〈電子廣告用的電子裝置〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於用來電子廣告的顯示器。圖15A示出可以掛牆的數位看板(Digital Signage)的例子。圖15A示出數位看板6200掛在牆壁6201上的情況。
〈折疊式平板資訊終端〉
本發明的一個實施方式的半導體裝置或顯示裝置可以應用於平板資訊終端。圖15B示出具有可以折疊的結構的平板資訊終端。圖15B所示的資訊終端包括外殼5321a、外殼5321b、顯示部5322及操作按鈕5323。尤其是，顯示部5322包括撓性基材，由該基材能夠實現可以折疊的結構。
另外，外殼5321a及外殼5321b由鉸鏈部5321c結合，並且可以由鉸鏈部5321c對折。此外，顯示部5322設置於外殼5321a、外殼5321b及鉸鏈部5321c中。
此外，雖然未圖示，圖14A至圖14C、圖14E、圖15A及圖15B所示的電子裝置也可以具有包括麥克風及揚聲器的結構。藉由採用這種結構，例如可以在上述電子裝置中附加聲音輸入功能。
此外，雖然未圖示，但是圖14A、圖14B、圖14D、圖15A及圖15B所示的電子裝置也可以具有包括相機的結構。
另外，雖然未圖示，但是圖14A至圖14F、圖15A及圖15B所示的電子裝置可以在外殼的內部設置感測器(該感測器具有測量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉速、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、輻射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線等)。尤其是，藉由設置具有陀螺儀感測器或加速度感測器等測定傾斜度的感測器的測定裝置，可以判斷圖14D所示的行動電話機的方向(該行動電話機相對於垂直方向朝向哪個方向)而將顯示部5502的螢幕顯示根據該行動電話機的方向自動切換。
另外，雖然未圖示，但是圖14A至圖14F、圖15A及圖15B所示的電子裝置也可以包括取得指紋、靜脈、虹膜或聲紋等生物資訊的裝置。藉由採用該結構，可以實現具有生物識別功能的電子裝置。
圖14A至圖14E及圖15A所示的電子裝置的顯示部可以使用撓性基材。明確而 言，該顯示部也可以具有在撓性基材上設置電晶體、電容器及顯示元件等的結構。藉由使用該結構，不僅可以實現其外殼如圖14A至圖14E及圖15A所示地具有平坦的面的電子裝置，而且可以實現如圖14F所示的儀表板及支柱那樣其外殼具有曲面的電子裝置。
作為可用於圖14A至圖14F、圖15A及圖15B的顯示部的撓性基材，舉出可以使用如下對可見光具有透光性的材料的例子：聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂(PEN)、聚醚碸樹脂(PES)、聚丙烯腈樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚醯胺樹脂、聚環烯烴樹脂、聚苯乙烯樹脂、聚醯胺-醯亞胺樹脂、聚丙烯樹脂、聚酯樹脂、聚鹵化乙烯樹脂、芳香族聚醯胺樹脂及環氧樹脂等。另外，也可以使用這些材料的混合物或疊層。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
(關於本說明書等的記載的附記)
下面，對上述實施方式中的各結構及說明附加注釋。
〈關於實施方式所示的本發明的一個實施方式的附記〉
各實施方式所示的結構可以與其他實施方式所示的結構適當地組合而構成本發明的一個實施方式。另外，當在一個實施方式中示出多個結構例子時，可以適當地組合結構例子。
另外，可以將某一實施方式中說明的內容(或其一部分)應用/組合/替換成該實施方式中說明的其他內容(或其一部分)和另一個或多個其他實施方式中說明的內容(或其一部分)中的至少一個內容。
注意，實施方式中說明的內容是指各實施方式中利用各種圖式所說明的內容或者利用說明書所記載的文章而說明的內容。
另外，藉由將某一實施方式中示出的圖式(或其一部分)與該圖式的其他部分、該實施方式中示出的其他圖式(或其一部分)和另一個或多個其他實施方式中示出的圖式(或其一部分)中的至少一個圖式組合，可以構成更多圖。
〈關於序數詞的附記〉
在本說明書等中，“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免組件的混淆而附加上的。因此，其不是為了限定組件的個數而附加上的。此外，其不是為了限定組件的順序而附加上的。另外，例如，本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件有可能在其他的實施方式或申請專利範圍中附有“第二”的序數詞。另外，例如，本說明書等的實施方式之一中附有“第一”的組件有可能在其他的實施方式或申請專利範圍中被省略“第一”。
〈關於說明圖式的記載的附記〉
參照圖式對實施方式進行說明。但是，所屬技術領域的通常知識者可以很容易地理解一個事實，就是實施方式可以以多個不同形式來實施，其方式和詳細內容可以在不脫離本發明的精神及其範圍的條件下被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在實施方式所記載的內容中。注意，在實施方式中的發明的結構中，在不同的圖式中共同使用相同的元件符號來表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反復說明。
在本說明書等中，為方便起見，使用了“上”、“下”等表示配置的詞句，以參照圖式說明組件的位置關係。組件的位置關係根據描述各組件的方向適當地改變。因此，表示配置的詞句不侷限於本說明書等中所示的記載，根據情況可以適當地更換表達方式。例如，如果是“位於導電體的頂面的絕緣體”的表述，藉由將所示的圖式的方向旋轉180度，則可以換稱為“位於導電體的下面的絕緣體”。
此外，“上”或“下”這樣的詞句不限定組件的位置關係為“正上”或“正下”且直接接觸的情況。例如，當記載為“絕緣層A上的電極B”時，不一定必須在絕緣層A上直接接觸地形成有電極B，也可以包括絕緣層A與電極B之間包括其他組件的情況。
在圖式中，為便於清楚地說明，有時誇大表示大小、層的厚度或區域。因此，本發明並不一定限定於上述尺寸。圖式是為了明確起見而示出任意的 大小的，而不侷限於圖式所示的形狀或數值等。例如，可以包括雜訊或定時偏差等所引起的信號、電壓或電流的不均勻等。
在透視圖等的圖式中，為了明確起見，有時省略部分組件的圖示。
在圖式中，有時使用同一元件符號表示同一組件、具有相同功能的組件、由同一材料構成的組件或者同時形成的組件等，並且有時省略重複說明。
〈關於可以改稱的記載的附記〉
在本說明書等中，在說明電晶體的連接關係時，使用將源極和汲極中的一方記為“源極和汲極中的一個”(第一電極或第一端子)，將源極和汲極中的另一方記為“源極和汲極中的另一個”(第二電極或第二端子)的表述。這是因為電晶體的源極和汲極根據電晶體的結構或工作條件等而互換的緣故。注意，可以將電晶體的源極和汲極根據情況適當地改稱為源極(汲極)端子、源極(汲極)電極等。另外，在本說明書等中，有時將閘極以外的兩個端子稱為第一端子及第二端子或第三端子及第四端子。注意，在本說明書等中，通道形成區域指的是形成通道的區域，藉由對閘極施加電位形成該區域，而可以使電流流過源極-汲極之間。
另外，在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作中的電流方向變化的情況等下，源極及汲極的功能有時相互調換。因此，在本說明書等中，“源極”和“汲極”可以互相調換。
另外，在本說明書等中，“電極”或“佈線”這樣的詞句不在功能上限定其組件。例如，有時將“電極”用作“佈線”的一部分，反之亦然。再者，“電極”或“佈線”這樣的詞句還包括多個“電極”或“佈線”被形成為一體的情況等。
另外，在本說明書等中，可以適當地調換電壓和電位。電壓是指與參考電位之間的電位差，例如在參考電位為接地電位時，可以將電壓換稱為電位。接地電位不一定意味著0V。注意，電位是相對的，對佈線等供應的電位有時根據參考電位而變化。
在本說明書等中，根據情況或狀態，可以互相調換“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”變換為“導電膜”。此外，有時可以將“絕緣膜”變換為“絕緣層”。另外，根據情況或狀態，可以使用其他詞句代替“膜”和“層”等詞句。例如，有時可以將“導電層”或“導電膜”變換為“導電體”。此外，例如有時可以將“絕緣層”或“絕緣膜”變換為“絕緣體”。
在本說明書等中，根據情況或狀態，可以互相調換“佈線”、“信號線”及“電源線”等詞句。例如，有時可以將“佈線”變換為“信號線”等。此外，例如有時可以將“佈線”變換為“電源線”等。反之亦然，有時可以將“信號線”或“電源線”變換為“佈線”。有時可以將“電源線”等 變換為“信號線”等。反之亦然，有時可以將“信號線”變換為“電源線”等。另外，根據情況或狀態，可以互相將施加到佈線的“電位”變換為“信號”等。反之亦然，有時可以將“信號”等變換為“電位”。
〈關於詞句的定義的附記〉
下面，對上述實施方式中說明到的詞句的定義進行說明。
〈〈關於半導體的雜質〉〉
半導體的雜質例如是構成半導體層的主要成分之外的物質。例如，濃度低於0.1atomic%的元素是雜質。有時由於包含雜質而例如發生在半導體中形成DOS(Density of State：態密度)、載子移動率降低或結晶性降低等情況。在半導體是氧化物半導體時，作為改變半導體的特性的雜質，例如有第1族元素、第2族元素、第13族元素、第14族元素、第15族元素或主要成分之外的過渡金屬等，特別是，例如有氫(也包含在水中)、鋰、鈉、矽、硼、磷、碳、氮等。在半導體是氧化物半導體時，例如有時氫等雜質的混入導致氧缺陷的產生。此外，在半導體是矽層時，作為改變半導體的特性的雜質，例如有氧、除了氫之外的第1族元素、第2族元素、第13族元素、第15族元素等。
〈〈開關〉〉
在本說明書等中，開關是指具有藉由變為導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態)來控制是否使電流流過的功能的元件。或者，開關是指 具有選擇並切換電流路徑的功能的元件。
例如，可以使用電開關或機械開關等。換言之，開關只要可以控制電流就不侷限於特定的開關。
電開關的例子包括電晶體(例如雙極電晶體或MOS電晶體)、二極體(例如PN二極體、PIN二極體、肖特基二極體、金屬-絕緣體-金屬(MIM；Metal Insulator Metal)二極體、金屬-絕緣體-半導體(MIS；Metal Insulator Semiconductor)二極體或者二極體接法的電晶體等)或者組合這些元件的邏輯電路。
當作為開關使用電晶體時，電晶體的“導通狀態”是指電晶體的源極電極與汲極電極在電性上短路的狀態。另外，電晶體的“非導通狀態”是指電晶體的源極電極與汲極電極在電性上斷開的狀態。當僅將電晶體用作開關時，對電晶體的極性(導電型)沒有特別的限制。
作為機械開關的一個例子，可以舉出像數位微鏡裝置(DMD；Digital Micromirror Device)那樣的利用MEMS(微機電系統)技術的開關。該開關具有以機械方式可動的電極，並且藉由移動該電極來控制導通和非導通而進行工作。
〈〈連接〉〉
注意，在本說明書等中，當記載為“X與Y連接”時，包括如下情況：X與Y電連接的情況；X與Y在功能上連接的情況；以及X與Y直接連接的情況。因此，不侷限於圖式或文中所示的連接關係等規定的連接關係，還包括圖式或文中所示的連接關係以外的連接關係。
這裡使用的X和Y為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜和層等)。
作為X和Y電連接的情況的一個例子，可以在X和Y之間連接一個以上的能夠電連接X和Y的元件(例如開關、電晶體、電容器、電感器、電阻器、二極體、顯示元件、發光元件、負載等)。另外，開關具有控制開啟和關閉的功能。換言之，藉由使開關處於導通狀態(開啟狀態)或非導通狀態(關閉狀態)來控制是否使電流流過。
作為X和Y在功能上連接的情況的一個例子，可以在X和Y之間連接一個以上的能夠在功能上連接X和Y的電路(例如，邏輯電路(反相器、NAND電路、NOR電路等)、信號轉換電路(DA轉換電路、AD轉換電路、γ(伽瑪)校正電路等)、電位位準轉換電路(電源電路(升壓電路、降壓電路等)、改變信號的電位位準的位準轉換器電路等)、電壓源、電流源、切換電路、放大電路(能夠增大信號振幅或電流量等的電路、運算放大器、差動放大電路、源極隨耦電路、緩衝器電路等)、信號產生電路、記憶體電路、控制電路等)。注意，例如，即使在X與Y之間夾有其他電路，當從X輸出的 信號傳送到Y時，也可以說X與Y在功能上是連接著的。
此外，當明確地記載為“X與Y電連接”時，包括如下情況：X與Y電連接的情況(換言之，以中間夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y的情況)；X與Y在功能上連接的情況(換言之，以中間夾有其他電路的方式在功能上連接X與Y的情況)；以及X與Y直接連接的情況(換言之，以中間不夾有其他元件或其他電路的方式連接X與Y的情況)。換言之，當明確記載有“電連接”時，與只明確記載有“連接”的情況相同。
注意，例如，在電晶體的源極(或第一端子等)藉由Z1(或沒有藉由Z1)與X電連接，電晶體的汲極(或第二端子等)藉由Z2(或沒有藉由Z2)與Y電連接的情況下以及在電晶體的源極(或第一端子等)與Z1的一部分直接連接，Z1的另一部分與X直接連接，電晶體的汲極(或第二端子等)與Z2的一部分直接連接，Z2的另一部分與Y直接連接的情況下，可以表示為如下。
例如，可以表達為“X、Y、電晶體的源極(或第一端子等)及電晶體的汲極(或第二端子等)互相電連接，並按X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)及Y的順序電連接”。或者，可以表達為“電晶體的源極(或第一端子等)與X電連接，電晶體的汲極(或第二端子等)與Y電連接，並以X、電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y的順序依次電連接”。或者，可以表達為“X藉由電晶體的源極(或第一端子等)及電晶體的汲極(或第二端子等)與Y電連接，X、 電晶體的源極(或第一端子等)、電晶體的汲極(或第二端子等)、Y依次設置為相互連接”。藉由使用與這種例子相同的表達方法規定電路結構中的連接順序，可以區別電晶體的源極(或第一端子等)與電晶體的汲極(或第二端子等)而決定技術範圍。注意，這些表達方法只是一個例子而已，不侷限於上述表達方法。在此，X、Y、Z1及Z2為物件(例如，裝置、元件、電路、佈線、電極、端子、導電膜及層等)。
另外，即使在電路圖上獨立的組件彼此電連接，也有時一個組件兼有多個組件的功能。例如，在佈線的一部分用作電極時，一個導電膜兼有佈線和電極的兩個組件的功能。因此，本說明書中的“電連接”的範疇內還包括這種一個導電膜兼有多個組件的功能的情況。
〈〈平行、垂直〉〉
在本說明書中，“平行”是指兩條直線形成的角度為-10°以上且10°以下的狀態。因此也包括該角度為-5°以上且5°以下的狀態。“大致平行”是指兩條直線形成的角度為-30°以上且30°以下的狀態。另外，“垂直”是指兩條直線形成的角度為80°以上且100°以下的狀態。因此也包括該角度為85°以上且95°以下的狀態。另外，“大致垂直”是指兩條直線形成的角度為60°以上且120°以下的狀態。
Claims (9)
- 一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；第三電晶體；第一電容器；以及第二電容器，其中，該第一電晶體的第一端子與該第一電容器的第一端子電連接，該第二電晶體的第一端子與該第三電晶體的閘極、該第一電容器的第二端子及該第二電容器的第一端子電連接，該第三電晶體的第一端子與該第二電容器的第二端子電連接，該半導體裝置具有第一功能至第四功能：該第一功能具有：藉由使該第一電晶體處於導通狀態來對該第一電容器的該第一端子寫入第一電位的功能；以及藉由使該第二電晶體處於導通狀態來對該第三電晶體的該閘極、該第一電容器的該第二端子及該第二電容器的該第一端子寫入第二電位的功能，該第二功能具有藉由使該第二電晶體處於關閉狀態來在該第一電容器的該第二端子及該第二電容器的該第一端子中保持該第三電晶體的該閘極的該第二電位的功能，該第三功能具有：對該第一電容器的該第一端子寫入該第一電位和第三電位的總和 的功能；以及在對該第一電容器的該第一端子寫入了該第一電位和該第三電位的總和時該第三電晶體的該閘極中保持的該第二電位改變為該第二電位和第四電位的總和的功能，該第四功能具有在該第三電晶體的該第一端子和第二端子之間供應對應於該第二電位和該第四電位的總和的電流的功能，該第二電位對應於上位元的資料，並且，該第四電位對應於下位元的資料。
- 根據申請專利範圍第1項之半導體裝置，其中該第一電晶體至該第三電晶體中的至少一個在通道形成區域中包含金屬氧化物。
- 根據申請專利範圍第1或2項之半導體裝置，還包括：第四電晶體；以及發光元件，其中，該第四電晶體的第一端子與該第三電晶體的該第一端子及該第二電容器的該第二端子電連接，並且，該發光元件的輸入端子與該第四電晶體的第二端子電連接。
- 根據申請專利範圍第3項之半導體裝置，其中該第四電晶體在通道形成區域中包含金屬氧化物。
- 一種半導體裝置，包括：第一電晶體；第二電晶體；第一電容器；以及第二電容器，其中，該第一電晶體的第一端子與該第一電容器的第一端子電連 接，該第二電晶體的第一端子與該第一電容器的第二端子及該第二電容器的第一端子電連接，該半導體裝置具有第一功能至第三功能：該第一功能具有：藉由使該第一電晶體處於導通狀態來對該第一電容器的該第一端子寫入第一電位的功能；以及藉由使該第二電晶體處於導通狀態來對該第一電容器的該第二端子及該第二電容器的該第一端子寫入第二電位的功能，該第二功能具有藉由使該第二電晶體處於關閉狀態來保持該第一電容器的該第二端子及該第二電容器的該第一端子的該第二電位的功能，該第三功能具有：對該第一電容器的該第一端子寫入該第一電位和第三電位的總和的功能；以及在對該第一電容器的該第一端子寫入了該第一電位和該第三電位的總和時該第一電容器的該第二端子及該第二電容器的該第一端子中保持的該第二電位改變為該第二電位和第四電位的總和的功能，該第二電位對應於上位元的資料，並且，該第四電位對應於下位元的資料。
- 根據申請專利範圍第5項之半導體裝置，其中該第一電晶體和該第二電晶體中的至少一個在通道形成區域中包含金屬氧化物。
- 根據申請專利範圍第5或6項之半導體裝置，還包括：液晶元件， 其中該液晶元件的輸入端子與該第二電晶體的該第一端子電連接。
- 一種顯示裝置，包括：申請專利範圍第1至7中任一項之半導體裝置；以及D/A轉換電路，其中，該D/A轉換電路的輸出端子與該第一電晶體的該第一端子及該第二電晶體的該第一端子電連接，並且，該D/A轉換電路生成該第一電位、該第二電位或該第一電位和該第三電位的總和，並且從該D/A轉換電路的該輸出端子輸出該第一電位、該第二電位或該第一電位和該第三電位的總和。
- 一種電子裝置，包括：申請專利範圍第8項之顯示裝置；以及外殼。
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