TWI679480B - 顯示裝置及具有該顯示裝置的電子裝置 - Google Patents

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TWI679480B
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保坂泰靖
Yasuharu Hosaka
島行徳
Yukinori Shima
岡崎健一
Kenichi Okazaki
山崎舜平
Shunpei Yamazaki
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日商半導體能源研究所股份有限公司
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Abstract

本發明的顯示裝置包括：形成有與像素區域的外側相鄰並包括將信號供應到包括在像素區域的各像素中的第一電晶體的至少一個第二電晶體的驅動電路區域的第一基板；與第一基板相對的第二基板；以及被夾持在第一基板與第二基板之間的液晶層，其中還包括：第一電晶體及第二電晶體上的使用無機絕緣材料而形成的第一層間絕緣膜；第一層間絕緣膜上的使用有機絕緣材料而形成的第二層間絕緣膜；以及第二層間絕緣膜上的使用無機絕緣材料而形成的第三層間絕緣膜，並且第三層間絕緣膜設置在該像素區域中的一部分並具有比驅動電路區域更內側的端部。

Description

顯示裝置及具有該顯示裝置的電子裝置
本發明係關於一種使用液晶面板的顯示裝置或一種使用有機EL面板的顯示裝置。此外，本發明還涉及一種具有上述顯示裝置的電子裝置。
近年來，對使用液晶面板的顯示裝置或使用有機EL面板的顯示裝置的研究開發日益火熱。這種顯示裝置被粗分為如下兩種：一是只將像素控制用電晶體(像素電晶體)形成在基板上，而掃描電路(驅動電路)形成在週邊IC上的顯示裝置；二是像素電晶體和掃描電路都形成在同一基板上的顯示裝置。
為了實現顯示裝置的窄邊框化或週邊IC的成本降低，較佳為使用驅動電路整合型顯示裝置。但是，用於驅動電路的電晶體所需的電特性(如場效應遷移率(μFE)或臨界值等)高於像素電晶體所需的電特性。
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，但是作為其他材料，氧化物半導體受到 關注。例如，已公開了作為用於電晶體的半導體薄膜使用電子載子濃度低於1018/cm3的包含銦(In)、鎵(Ga)及鋅(Zn)的非晶氧化物的電晶體(例如，參照專利文獻1)。
因為將氧化物半導體用於半導體層的電晶體的場效應遷移率高於將作為矽類半導體材料的非晶矽用於半導體層的電晶體，所以其工作速度快，適合用於驅動電路整合型顯示裝置，並且其製程比將多晶矽用於半導體層的電晶體更容易。
但是，將氧化物半導體用於半導體層的電晶體有如下問題：氫、水分等雜質侵入氧化物半導體而形成載子，這使得該電晶體的電特性變動。
為了解決上述問題，已公開了藉由將用作電晶體的通道形成區的氧化物半導體膜中的氫原子的濃度設定為低於1×1016cm-3而使其可靠性得到提高的電晶體(例如專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2006-165528號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開第2011-139047號公報
如專利文獻2所述那樣，為了充分保持將氧化物半導體膜用作半導體層的電晶體的電特性，從該氧化物半導體膜儘量排除氫、水分等是重要的。
此外，在將電晶體用於顯示裝置的像素區域和驅動電 路區域的兩者的情況下，雖然根據驅動方法而不同，但是因為用於驅動電路區域的電晶體的電負載大於用於像素區域的電晶體，所以用於驅動電路區域的電晶體的電特性很重要。
尤其是，在將其半導體層使用氧化物半導體膜的電晶體用於像素區域及驅動電路區域的顯示裝置中，有如下問題：在高溫高濕環境下的可靠性試驗中，用於驅動電路區域的電晶體退化。該電晶體退化的原因是：水分等從形成在電晶體上的有機絕緣膜侵入用於半導體層的氧化物半導體膜，使得該氧化物半導體膜的載子密度增高。
鑒於上述問題，本發明的一實施方式的目的之一是：在抑制其像素區域及驅動電路區域具有電晶體的顯示裝置的電特性的變動的同時，提高其可靠性。尤其是，在將氧化物半導體膜用於電晶體的通道形成區的顯示裝置中，在抑制向該氧化物半導體膜的氫、水分的侵入而抑制電特性的變動的同時，提高其可靠性。
鑒於上述問題，本發明的一實施方式提供一種顯示裝置，其中在具有用於像素區域及驅動電路區域的電晶體的顯示裝置中可以抑制電晶體的電特性的變動。更明確而言，將氧化物半導體膜用於電晶體的通道形成區，並使形成在該電晶體上的由有機絕緣材料形成的平坦化膜的結構具有特徵，以不使氫、水分容易侵入氧化物半導體膜，尤 其是，侵入用於驅動電路區域的氧化物半導體膜。以下說明更具體的結構。
本發明的一實施方式是一種顯示裝置，包括：第一基板，在該第一基板上形成有：像素區域，在該像素區域中排列有多個像素，該多個像素的每一個包括像素電極及與該像素電極電連接的至少一個第一電晶體；以及驅動電路區域，該驅動電路區域與像素區域的外側相鄰，並包括將信號供應到包括在像素區域的各像素中的第一電晶體的至少一個第二電晶體；第二基板，該第二基板與第一基板相對；以及被夾持在第一基板與第二基板之間的液晶層，其中，還包括：第一電晶體及第二電晶體上的使用無機絕緣材料而形成的第一層間絕緣膜；第一層間絕緣膜上的使用有機絕緣材料而形成的第二層間絕緣膜；以及第二層間絕緣膜上的使用無機絕緣材料而形成的第三層間絕緣膜，並且，第三層間絕緣膜設置在像素區域中的一部分，該第三層間絕緣膜的端部形成在比驅動電路區域更內側。
在上述結構中，還可以包括：位於像素電極上的第一配向膜；位於第一配向膜上的液晶層；位於液晶層上的第二配向膜；位於第二配向膜上的反電極；位於反電極上的有機保護絕緣膜；位於有機保護絕緣膜上的彩色膜及遮光膜；以及位於彩色膜及遮光膜上的第二基板。
此外，本發明的另一實施方式是一種顯示裝置，包括：第一基板，在該第一基板上形成有：像素區域，在該像素區域中排列有多個像素，該多個像素的每一個包括像 素電極及與該像素電極電連接的至少一個第一電晶體；以及驅動電路區域，該驅動電路區域與像素區域的外側相鄰，並包括將信號供應到包括在像素區域的各像素中的第一電晶體的至少一個第二電晶體；第二基板，該第二基板與第一基板相對；以及被夾持在第一基板與第二基板之間的發光層，其中，還包括：第一電晶體及第二電晶體上的使用無機絕緣材料而形成的第一層間絕緣膜；第一層間絕緣膜上的使用有機絕緣材料而形成的第二層間絕緣膜；以及第二層間絕緣膜上的使用無機絕緣材料而形成的第三層間絕緣膜，並且，第三層間絕緣膜設置在像素區域中的一部分，該第三層間絕緣膜的端部形成在比驅動電路區域更內側。
在上述結構中，還可以包括：位於像素電極上的發光層；以及位於發光層上的電極。
此外，在上述各結構中，第三層間絕緣膜較佳為選自氮化矽膜、氮氧化矽膜以及氧化鋁膜中的任一種。
此外，在上述各結構中，第一電晶體及第二電晶體的形成通道形成區的半導體材料較佳為氧化物半導體。此外，第一電晶體及所述第二電晶體較佳為包括：閘極電極；形成在閘極電極上的使用氧化物半導體而形成的半導體層；以及形成在半導體層上的源極電極及汲極電極。
此外，本發明的一實施方式的範疇內還包括具有上述各結構的顯示裝置的電子裝置。
本發明可以在抑制其像素區域及驅動電路區域具有電 晶體的顯示裝置的電特性的變動的同時，提高其可靠性。尤其是，在將氧化物半導體膜用於電晶體的通道形成區的顯示裝置中，可以在抑制向該氧化物半導體膜的氫、水分的侵入而抑制電特性的變動的同時，提高其可靠性。
101‧‧‧第一電晶體
102‧‧‧第一基板
103‧‧‧第二電晶體
104‧‧‧閘極電極
105‧‧‧第三電晶體
106‧‧‧閘極絕緣膜
107‧‧‧電容元件
108‧‧‧半導體層
110‧‧‧源極電極
112‧‧‧汲極電極
113‧‧‧電極
114‧‧‧第一層間絕緣膜
116‧‧‧第二層間絕緣膜
118‧‧‧電容電極
120‧‧‧第三層間絕緣膜
122‧‧‧像素電極
124‧‧‧第一配向膜
126‧‧‧分隔壁
128‧‧‧發光層
130‧‧‧電極
140‧‧‧閘極驅動電路部
142‧‧‧像素區域
144‧‧‧源極驅動電路部
146‧‧‧FPC端子部
148‧‧‧FPC
150‧‧‧液晶元件
152‧‧‧第二基板
153‧‧‧彩色膜
154‧‧‧遮光膜
156‧‧‧有機保護絕緣膜
158‧‧‧反電極
160‧‧‧間隔物
162‧‧‧液晶層
164‧‧‧第二配向膜
166‧‧‧密封材料
170‧‧‧發光元件
172‧‧‧填充材料
4001‧‧‧第一基板
4002‧‧‧光電二極體元件
4014‧‧‧第一層間絕緣膜
4016‧‧‧第二層間絕緣膜
4020‧‧‧第三層間絕緣膜
4024‧‧‧第一配向膜
4030‧‧‧第一電晶體
4032‧‧‧電容元件
4034‧‧‧液晶元件
4036‧‧‧閘極線
4040‧‧‧電晶體
4052‧‧‧第二基板
4056‧‧‧電晶體
4057‧‧‧閘極選擇線
4058‧‧‧重設信號線
4059‧‧‧視頻信號線
4060‧‧‧第二電晶體
4062‧‧‧第三電晶體
4071‧‧‧輸出信號線
4084‧‧‧第二配向膜
4085‧‧‧彩色膜
4086‧‧‧有機絕緣膜
4088‧‧‧反電極
4096‧‧‧液晶層
5040‧‧‧閘極驅動電路部
5042‧‧‧像素區域
8033‧‧‧卡子
8034‧‧‧開關
8035‧‧‧電源開關
8036‧‧‧開關
8038‧‧‧操作開關
8630‧‧‧機殼
8631‧‧‧顯示部
8631a‧‧‧顯示部
8631b‧‧‧顯示部
8633‧‧‧太陽能電池
8634‧‧‧充放電控制電路
8635‧‧‧電池
8636‧‧‧DCDC轉換器
8637‧‧‧轉換器
9300‧‧‧機殼
9301‧‧‧按鈕
9302‧‧‧麥克風
9303‧‧‧顯示部
9304‧‧‧揚聲器
9305‧‧‧影像拍攝裝置
9310‧‧‧機殼
9311‧‧‧顯示部
9320‧‧‧機殼
9321‧‧‧按鈕
9322‧‧‧麥克風
9323‧‧‧顯示部
圖1A至1C是說明顯示裝置的一實施方式的頂面的圖；圖2是說明顯示裝置的一實施方式的剖面的圖；圖3是說明顯示裝置的一實施方式的頂面的圖；圖4是說明顯示裝置的一實施方式的剖面的圖；圖5A和5B是示出本發明的一實施方式的帶影像感測器的顯示裝置的一個例子的電路圖及剖面圖；圖6A至6C是示出本發明的一實施方式的平板終端的一個例子的圖；圖7A至7C是示出本發明的一實施方式的電子裝置的例子的圖；圖8是示出相對於各質量電荷比的釋放氣體的離子強度的圖；圖9是示出相對於基板表面溫度的各質量電荷比的離子強度的圖；圖10是樣本的剖面觀察影像；圖11A和11B是示出各樣本的電特性的圖。
以下，參照圖式對本發明的實施方式進行詳細說明。注意，本發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容可以被變換為各種形式。本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。
在以下所說明的實施方式中，在不同圖式之間以同一符號表示同一部分。在各實施方式的說明中，為了容易理解，誇大表示圖式中的各構成要素，即，層和區域等的厚度、寬度以及相對位置關係等。
在本說明書等中，“電極”或“佈線”不在功能上限定其構成要素。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”還包括多個“電極”或“佈線”被形成為一體的情況等。
在本說明書等中，氮氧化矽膜是指作為其成分含有氮、氧和矽且氮含量多於氧含量的膜。氧氮化矽膜是指作為其成分含有氧、氮和矽且氧含量多於氮含量的膜。
在使用極性不同的電晶體的情況或電路工作的電流方向變化的情況等下，“源極”和“汲極”的功能有時被互換。因此，在本說明書等中，“源極”和“汲極”可以互換使用。
實施方式1
在本實施方式中，參照圖1A至1C及圖2說明使用液晶面板的顯示裝置作為顯示裝置的一實施方式。
圖1A至1C是作為顯示裝置的一實施方式的顯示裝置的俯視圖，其中圖1A示出顯示裝置的整體，圖1B示出顯示裝置的驅動電路部的一部分，並且圖1C是示出像素區域的一部分。此外，圖2相當於沿圖1A中的X1-Y1的剖面圖。
在圖1A所示的顯示裝置中，以圍繞設置在第一基板102上的像素區域142、與像素區域142的外側相鄰且對該像素區域142供應信號的作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140及源極驅動電路部144的方式設置有密封材料166，並使用第二基板152進行密封。以與設置有像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144的第一基板102相對的方式設置有第二基板152。由此，像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144與顯示元件一起被第一基板102、密封材料166以及第二基板152密封。
此外，在圖1A中的與由第一基板102上的密封材料166圍繞的區域不同的區域中設置有與像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144電連接的FPC端子部146(FPC：撓性印刷電路)，該FPC端子部146與FPC148連接，並且從FPC148向像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144供應各種信號及電位。
雖然在圖1A中示出閘極驅動電路部140、源極驅動電路部144以及像素區域142都形成在第一基板102上的 例子，但是本發明的結構不侷限於此。例如，也可以採用如下結構：只將閘極驅動電路部140形成在第一基板102上，並將另外準備的形成有源極驅動電路的基板(例如，由單晶半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路基板)安裝在第一基板102上。
雖然在圖1A中示出將兩個閘極驅動電路部140分別配置在像素區域142的兩側的結構，但是本發明不侷限於此。例如，也可以採用只在像素區域142的一側配置閘極驅動電路部140的結構。
對另外形成的驅動電路基板的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封裝)方法、打線接合方法或者TAB(Tape Automated Bonding：捲帶式自動接合)方法等。注意，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板上安裝有包括控制器的IC等的模組。
像這樣，藉由將包括電晶體的驅動電路的一部分或全部及像素區域142都形成在第一基板102上，可以形成系統整合型面板(system-on-panel)。
在圖1C中，在像素區域142中形成有第一電晶體101及電容元件107。在第一電晶體101中，閘極電極104、源極電極110以及汲極電極112都與半導體層108電連接。注意，雖然在圖1C所示的平面圖中未圖示，但是在第一電晶體101上形成有由無機絕緣材料形成的第一層間絕緣膜，在第一層間絕緣膜上形成有由有機絕緣材料 形成的第二層間絕緣膜，並且在第二層間絕緣膜上形成有由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜。此外，電容元件107由電容電極118、形成在電容電極118上的第三層間絕緣膜以及形成在該第三層間絕緣膜上的像素電極122構成。
在圖1B中，在驅動電路區域的閘極驅動電路部140中形成有第二電晶體103及第三電晶體105。在閘極驅動電路部140的各電晶體中，閘極電極104、源極電極110以及汲極電極112都與半導體層108電連接。此外，在閘極驅動電路部140中，包括閘極電極104的閘極線在左右方向上延伸，包括源極電極110的源極線在上下方向上延伸，並且包括汲極電極112的汲極線以與源極電極相離的方式在上下方向上延伸。
包括第二電晶體103及第三電晶體105的閘極驅動電路部140能夠將信號供應到包括在像素區域142的各像素中的第一電晶體101。
此外，閘極驅動電路部140中的第二電晶體103及第三電晶體105因進行各種信號的控制及升壓等而需要相當高的電壓。明確而言，需要10V至30V左右的電壓。另一方面，像素區域142中的第一電晶體101因只用來進行像素的開關而只需要幾V至20V左右的電壓。因此，施加到閘極驅動電路部140中的第二電晶體103及第三電晶體105的電負載比施加到像素區域142中的第一電晶體101的電負載大得多。
為了更明確而言明圖1A至1C所示的顯示裝置的結構，參照相當於沿圖1A至1C中的X1-Y1的剖面圖的圖2說明閘極驅動電路部140及像素區域142的結構。
在像素區域142中，第一電晶體101使用如下構件而形成：第一基板102；形成在第一基板102上的閘極電極104；形成在閘極電極104上的閘極絕緣膜106；與閘極絕緣膜106接觸且設置在與閘極電極104重疊的位置上的半導體層108；以及形成在閘極絕緣膜106及半導體層108上的源極電極110及汲極電極112。
在像素區域142中，還包括：第一電晶體101上，更明確而言，閘極絕緣膜106、半導體層108、源極電極110及汲極電極112上的由無機絕緣材料形成的第一層間絕緣膜114；第一層間絕緣膜114上的由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116；形成在第二層間絕緣膜116上的電容電極118；第二層間絕緣膜116及電容電極118上的由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120；以及形成在第三層間絕緣膜120上的像素電極122。
注意，電容元件107由電容電極118、第三層間絕緣膜120以及像素電極122形成。藉由使用透射可見光的材料形成電容電極118、第三層間絕緣膜120以及像素電極122，可以確保高電容而不降低像素區域的孔徑比，所以是較佳的。
在像素區域142中，還包括：像素電極122上的第一配向膜124；第一配向膜124上的液晶層162；液晶層 162上的第二配向膜164；第二配向膜164的反電極158；反電極158上的有機保護絕緣膜156；有機保護絕緣膜156上的彩色膜153及遮光膜154；以及彩色膜153及遮光膜154上的第二基板152。
注意，作為顯示元件的液晶元件150由像素電極122、第一配向膜124、液晶層162、第二配向膜164以及反電極158形成。
在閘極驅動電路部140中，第二電晶體103及第三電晶體105使用如下構件而形成：第一基板102；形成在第一基板102上的閘極電極104；形成在閘極電極104上的閘極絕緣膜106；與閘極絕緣膜106接觸且設置在與閘極電極104重疊的位置上的半導體層108；以及形成在閘極絕緣膜106及半導體層108上的源極電極110及汲極電極112。
在閘極驅動電路部140中，還包括：第二電晶體103及第三電晶體105上，更明確而言，閘極絕緣膜106、半導體層108、源極電極110及汲極電極112上的第一層間絕緣膜114；以及第一層間絕緣膜114上的第二層間絕緣膜116。
就是說，第三層間絕緣膜120設置在像素區域142中的一部分，並且第三層間絕緣膜120的端部形成在比作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140更內側。
藉由採用這種結構，可以將從外部侵入的水分或產生在顯示裝置內部的水分、氫等氣體從閘極驅動電路部140 的第二層間絕緣膜116釋放到上部。因此，可以抑制水分、氫等氣體侵入第一電晶體101、第二電晶體103以及第三電晶體105的內部。
由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116為了減少構成顯示裝置的電晶體的凹凸等而需要平坦性高的有機絕緣材料。這是因為可以藉由減少電晶體的凹凸等而提高顯示裝置的影像品質的緣故。但是，該有機絕緣材料因加熱等而釋放作為氣體的氫、水分或有機成分。
例如，在將作為矽類半導體材料的矽膜用於半導體層108的電晶體中，如上所述的氫、水分或有機成分的氣體成為大問題的可能性低。但是，在本發明的一實施方式中，因為將氧化物半導體膜用於半導體層108，所以需要將來自由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116的氣體釋放到外部。注意，第三層間絕緣膜120的端部形成在比作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140更內側的結構在將氧化物半導體膜用於半導體層108的情況下發揮好效果，並且其在將氧化物半導體以外的材料(例如，作為矽類半導體材料的非晶矽、結晶矽等)用於半導體層108的電晶體中也發揮同樣效果。
在本實施方式中，形成在由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116上的由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120用作電容元件107的介電質。由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120可以抑制氫、水分等從外部侵入第二層間絕緣膜116。
但是，若將第三層間絕緣膜120形成在用於閘極驅動電路部140的第二電晶體103及第三電晶體105上的第二層間絕緣膜116上，則不能將從用於第二層間絕緣膜116的有機絕緣材料釋放的氣體擴散到外部，從而該氣體侵入第二電晶體103及第三電晶體105內部。
在從上述有機絕緣材料釋放的氣體侵入用於電晶體的半導體層108的氧化物半導體時，該氣體成為氧化物半導體膜中的雜質而導致使用該半導體層108的電晶體的特性變動。
但是，如圖2所示，藉由採用用於閘極驅動電路部140的第二電晶體103及第三電晶體105上的第三層間絕緣膜120具有開口的結構，即第三層間絕緣膜120設置在像素區域142的一部分且第三層間絕緣膜120的端部形成在比閘極驅動電路部140更內側的結構，可以得到能夠將從第二層間絕緣膜116釋放的氣體擴散到外部的結構。
注意，至於用於像素區域142的第一電晶體101，如圖2所示，較佳為採用去除了與半導體層108重疊的位置上的由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120的結構。藉由採用這種結構，可以抑制從由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116釋放的氣體侵入第一電晶體101。
這裏，關於圖1A至1C及圖2所示的顯示裝置的其他構成要素，以下進行詳細的說明。
作為第一基板102及第二基板152，使用鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋇硼矽酸鹽玻璃等玻璃材料。從量 產的觀點來看，作為第一基板102及第二基板152較佳為使用第八代(2160mm×2460mm)、第九代(2400mm×2800mm或2450mm×3050mm)或第十代(2950mm×3400mm)等的母體玻璃。因為在處理溫度高且處理時間長的情況下母體玻璃大幅度收縮，所以當使用母體玻璃進行量產時，較佳的是，在600℃以下，較佳為450℃以下，更佳為350℃以下的溫度下進行製程的加熱處理。
此外，還可以在第一基板102與閘極電極104之間設置基底絕緣膜。作為基底絕緣膜，可以舉出氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鎵膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋁膜、氧氮化鋁膜等。藉由作為基底絕緣膜使用氮化矽膜、氧化鎵膜、氧化鉿膜、氧化釔膜、氧化鋁膜等，可以抑制來自第一基板102的雜質，典型為鹼金屬、水、氫等從基板102侵入半導體層108中。
閘極電極104可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢中的金屬元素、以上述金屬元素為成分的合金或組合上述金屬元素的合金等而形成。此外，還可以使用選自錳、鋯中的任一種或兩種的金屬元素。此外，閘極電極104可以具有單層結構或者兩層以上的疊層結構。例如，可以舉出包含矽的鋁膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的兩層結構、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的兩層結構、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的兩層結構、以及依次層疊鈦膜、該鈦膜上的鋁膜和 其上的鈦膜的三層結構等。此外，還可以使用：組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的元素的膜、組合多種元素的合金膜或氮化膜。
閘極電極104還可以使用銦錫氧化物、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、銦鋅氧化物、添加了氧化矽的銦錫氧化物等透光導電材料。此外，還可以採用上述具有透光性的導電性材料和上述金屬元素的疊層結構。
此外，還可以在閘極電極104和閘極絕緣膜106之間設置In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜、In-Sn類氧氮化物半導體膜、In-Ga類氧氮化物半導體膜、In-Zn類氧氮化物半導體膜、Sn類氧氮化物半導體膜、In類氧氮化物半導體膜、金屬氮化膜(InN、ZnN等)等。由於上述膜具有5eV以上，較佳為5.5eV以上的功函數，且該數值比氧化物半導體的電子親和力大，所以可以使使用氧化物半導體的電晶體的臨界電壓漂移到正值，從而可以實現所謂常關閉(normally-off)特性的切換元件。例如，在使用In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜的情況下，使用其氮濃度至少高於半導體層108，具體為7atoms%以上的In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜。
閘極絕緣膜106例如使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鎵膜或Ga-Zn類金屬氧化物膜等即可，並且以疊層或單層設置閘極絕緣膜106。注意，為了提高其與半導體層108之間的 介面特性，閘極絕緣膜106中的至少與半導體層108接觸的區域較佳為由氧化絕緣膜形成。
藉由將具有阻擋氧、氫、水等的效果的絕緣膜用於閘極絕緣膜106，可以防止氧從半導體層108擴散到外部且可以防止氫、水等從外部侵入半導體層108。作為具有阻擋氧、氫、水等的效果的絕緣膜，可以舉出氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿等。
此外，藉由以疊層結構形成閘極絕緣膜106，其中使用缺陷少的氮化矽膜作為第一氮化矽膜，在第一氮化矽膜上設置有氫釋放量及氨釋放量少的氮化矽膜作為第二氮化矽膜，並且在第二氮化矽膜上設置有氧化絕緣膜，可以形成缺陷少且氫及氨的釋放量少的閘極絕緣膜106。結果，可以抑制包含在閘極絕緣膜106中的氫及氮轉移到半導體層108。
藉由將氮化矽膜用於閘極絕緣膜106，可以得到如下效果。與氧化矽膜相比，氮化矽膜的相對介電常數高，為得到相等的靜電容量所需的厚度大，所以可以在物理上使閘極絕緣膜厚膜化。因此，可以抑制第一電晶體101、第二電晶體103以及第三電晶體105的絕緣耐壓的下降。再者，藉由提高絕緣耐壓，可以抑制用於顯示裝置的電晶體的靜電破壞。
此外，在將銅用於閘極電極104且使用氮化矽膜作為接觸閘極電極104的閘極絕緣膜106的情況下，為了抑制 銅與氨分子起反應，較佳為儘量減少該氮化矽膜的因加熱而釋放的氨分子。
在將氧化物半導體膜用於半導體層108的電晶體中，當在氧化物半導體膜與閘極絕緣膜的介面或閘極絕緣膜中有陷阱能階(也稱為介面能階)時，電晶體的臨界電壓變動，典型為臨界電壓的負漂移且次臨限擺動值(S值)增大，該次臨限擺動值示出當電晶體成為導通狀態時為了使汲極電流變化一位數而所需的閘極電壓。其結果，有每個電晶體的電特性產生偏差的問題。因此，藉由使用缺陷少的氮化矽膜作為閘極絕緣膜，可以減少臨界電壓的負漂移及電晶體的電特性的偏差。
此外，藉由將矽酸鉿(HfSiOx)、添加有氮的矽酸鉿(HfSixOyNz)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz)、氧化鉿、氧化釔等high-k材料用於閘極絕緣膜106，可以降低電晶體的閘極洩漏電流。
較佳為將閘極絕緣膜106的厚度設定為5nm以上且400nm以下，較佳為設定為10nm以上且300nm以下，更佳為設定為50nm以上且250nm以下。
半導體層108較佳為使用氧化物半導體，其中至少包含銦(In)或鋅(Zn)。或者，較佳為包含In和Zn的兩者。為了減少使用該氧化物半導體的電晶體的電特性偏差，除了上述元素以外，較佳為還具有一種或多種穩定劑(stabilizer)。
作為穩定劑，可以舉出鎵(Ga)、錫(Sn)、鉿 (Hf)、鋁(Al)或鋯(Zr)等。作為其他穩定劑，還可以舉出鑭系元素的鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、鎦(Lu)等。
例如，作為氧化物半導體，可以使用：氧化銦；氧化錫；氧化鋅；In-Zn類金屬氧化物；Sn-Zn類金屬氧化物；Al-Zn類金屬氧化物；Zn-Mg類金屬氧化物；Sn-Mg類金屬氧化物；In-Mg類金屬氧化物；In-Ga類金屬氧化物；In-W類金屬氧化物；In-Ga-Zn類金屬氧化物(也稱為IGZO)；In-Al-Zn類金屬氧化物；In-Sn-Zn類金屬氧化物；Sn-Ga-Zn類金屬氧化物；Al-Ga-Zn類金屬氧化物；Sn-Al-Zn類金屬氧化物；In-Hf-Zn類金屬氧化物；In-La-Zn類金屬氧化物；In-Ce-Zn類金屬氧化物；In-Pr-Zn類金屬氧化物；In-Nd-Zn類金屬氧化物；In-Sm-Zn類金屬氧化物；In-Eu-Zn類金屬氧化物；In-Gd-Zn類金屬氧化物；In-Tb-Zn類金屬氧化物；In-Dy-Zn類金屬氧化物；In-Ho-Zn類金屬氧化物；In-Er-Zn類金屬氧化物；In-Tm-Zn類金屬氧化物；In-Yb-Zn類金屬氧化物；In-Lu-Zn類金屬氧化物；In-Sn-Ga-Zn類金屬氧化物；In-Hf-Ga-Zn類金屬氧化物；In-Al-Ga-Zn類金屬氧化物；In-Sn-Al-Zn類金屬氧化物；In-Sn-Hf-Zn類金屬氧化物；In-Hf-Al-Zn類金屬氧化物。
注意，在此，例如In-Ga-Zn類金屬氧化物是指作為 主要成分具有In、Ga和Zn的氧化物，對於In、Ga、Zn的比例沒有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。
作為氧化物半導體，還可以使用表示為InMO3(ZnO)m(m>0且m不是整數)的材料。注意，M表示選自Ga、Fe、Mn和Co中的一種或多種金屬元素。此外，作為氧化物半導體，還可以使用表示為In2SnO5(ZnO)n(n>0且n是整數)的材料。
例如，可以使用In：Ga：Zn=1：1：1(=1/3：1/3：1/3)、In：Ga：Zn=2：2：1(=2/5：2/5：1/5)或In：Ga：Zn=3：1：2(=1/2：1/6：1/3)的原子數比的In-Ga-Zn類金屬氧化物或與該組成相似的氧化物。或者，可以使用In：Sn：Zn=1：1：1(=1/3：1/3：1/3)、In：Sn：Zn=2：1：3(=1/3：1/6：1/2)或In：Sn：Zn=2：1：5(=1/4：1/8：5/8)的原子數比的In-Sn-Zn類金屬氧化物。注意，金屬氧化物的原子數比作為誤差包括上述原子數比的±20%的變動。
但是，本發明不侷限於此，可以根據所需要的半導體特性及電特性(場效應遷移率、臨界電壓、偏差等)而使用具有適當的組成的材料。此外，較佳為採用適當的載子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素和氧的原子數比、原子間距離、密度等，以得到所需要的半導體特性。
例如，In-Sn-Zn類金屬氧化物可以較容易獲得高遷移率。但是，In-Ga-Zn類金屬氧化物也可以藉由減小塊體內 缺陷密度提高場效應遷移率。
此外，可以用作半導體層108的氧化物半導體膜的能隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上，更佳為3eV以上。像這樣，藉由使用能隙寬的氧化物半導體膜，可以減少電晶體的關態電流。
以下，說明可以用作半導體層108的氧化物半導體膜的結構。
氧化物半導體膜大致分為非單晶氧化物半導體膜和單晶氧化物半導體膜。非單晶氧化物半導體膜是指CAAC-OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor，即C軸配向晶體氧化物半導體)膜、多晶氧化物半導體膜、微晶氧化物半導體膜以及非晶氧化物半導體膜等。
這裏，對CAAC-OS膜進行說明。
CAAC-OS膜是包含多個結晶部的氧化物半導體膜之一，大部分的結晶部的尺寸為能夠容納於一邊短於100nm的立方體內的尺寸。因此，有時包括在CAAC-OS膜中的結晶部的尺寸為能夠容納於一邊短於10nm、短於5nm或短於3nm的立方體內的尺寸。
在CAAC-OS膜的透射電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)影像中，觀察不到結晶部與結晶部之間的明確的邊界，即晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，不容易發生起因於晶界的電子遷移率的降低。
根據從大致平行於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜 的TEM影像(剖面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為層狀。各金屬原子層具有反映被形成CAAC-OS膜的面(也稱為被形成面)或CAAC-OS膜的頂面的凸凹的形狀並以平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方式排列。
另一方面，根據從大致垂直於樣本面的方向觀察的CAAC-OS膜的TEM影像(平面TEM影像)可知在結晶部中金屬原子排列為三角形狀或六角形狀。但是，在不同的結晶部之間金屬原子的排列沒有規律性。
注意，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，因此也包括角度為-5°以上且5°以下的情況。此外，“垂直”是指兩條直線形成的角度為80°以上且100°以下，因此也包括角度為85°以上且95°以下的情況。
由剖面TEM影像及平面TEM影像可知，CAAC-OS膜的結晶部具有配向性。
使用X射線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置對CAAC-OS膜進行結構分析。例如，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4的結晶的CAAC-OS膜時，在繞射角(2θ)為31°附近時出現峰值。由於該峰值來源於InGaZnO4結晶的(009)面，由此可以確認CAAC-OS膜中的結晶具有c軸配向性，並且c軸朝向大致垂直於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的方向。
另一方面，當利用從大致垂直於c軸的方向使X線入 射到樣本的in-plane法分析CAAC-OS膜時，在2θ為56°附近時出現峰值。該峰值來源於InGaZnO4結晶的(110)面。在此，將2θ固定為56°附近並在以樣本面的法線向量為軸(
Figure TWI679480B_D0001
軸)旋轉樣本的條件下進行分析(
Figure TWI679480B_D0002
掃描)。當該樣本是InGaZnO4的單晶氧化物半導體膜時，出現六個峰值。該六個峰值來源於相等於(110)面的結晶面。另一方面，當該樣本是CAAC-OS膜時，即使在將2θ固定為56°附近的狀態下進行
Figure TWI679480B_D0003
掃描也不能觀察到明確的峰值。
由上述結果可知，在具有c軸配向的CAAC-OS膜中，雖然a軸及b軸的方向在結晶部之間不同，但是c軸都朝向平行於被形成面或頂面的法線向量的方向。因此，在上述剖面TEM影像中觀察到的排列為層狀的各金屬原子層相當於與結晶的ab面平行的面。
注意，結晶部在形成CAAC-OS膜或進行加熱處理等晶化處理時形成。如上所述，結晶的c軸朝向平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量的方向。由此，例如，當CAAC-OS膜的形狀因蝕刻等而發生改變時，結晶的c軸不一定平行於CAAC-OS膜的被形成面或頂面的法線向量。
此外，CAAC-OS膜中的晶化度不一定均勻。例如，當CAAC-OS膜的結晶部是由CAAC-OS膜的頂面近旁的結晶成長而形成時，有時頂面附近的晶化度高於被形成面附近的晶化度。此外，當對CAAC-OS膜添加雜質時，被添加了雜質的區域的晶化度改變，所以有時CAAC-OS膜 中的晶化度根據區域而不同。
注意，當利用out-of-plane法分析包括InGaZnO4結晶的CAAC-OS膜時，除了在2θ為31°附近的峰值之外，有時還在2θ為36°附近觀察到峰值。因為2θ為36°附近的峰值歸屬於ZnGa2O4的結晶的(311)面，所以意味著在具有InGaZnO4的結晶的CAAC-OS膜的一部分中含有ZnGa2O4的結晶。較佳的是，在CAAC-OS膜中在2θ為31°附近時出現峰值而在2θ為36°附近時不出現峰值。
CAAC-OS膜是雜質濃度低的氧化物半導體膜。雜質是指氫、碳、矽、過渡金屬元素等氧化物半導體膜的主要成分以外的元素。尤其是，矽等元素因為其與氧的結合力比構成氧化物半導體膜的金屬元素與氧的結合力更強而成為從氧化物半導體膜奪取氧來使氧化物半導體膜的原子排列雜亂使得結晶性降低的主要因素。此外，鐵或鎳等重金屬、氬、二氧化碳等因為其原子半徑(分子半徑)大而在包含在氧化物半導體膜內部時成為使氧化物半導體膜的原子排列雜亂使得結晶性降低的主要因素。注意，包含在氧化物半導體膜中的雜質有時成為載子陷阱或載子發生源。
此外，CAAC-OS膜是缺陷態密度低的氧化物半導體膜。例如，氧化物半導體膜中的氧空位有時成為載子陷阱或者藉由俘獲氫而成為載子發生源。
將雜質濃度低且缺陷態密度低(氧空位的個數少)的狀態稱為“高純度本質”或“實際上高純度本質”。高純度本質或實際上高純度本質的氧化物半導體膜具有少載子 發生源，因此可以具有較低的載子密度。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體很少具有負臨界電壓的電特性(也稱為常開啟特性)。此外，高純度本質或實際上高純度本質的氧化物半導體膜具有少載子陷阱。因此，使用該氧化物半導體膜的電晶體的電特性變動小，而成為高可靠性電晶體。此外，被氧化物半導體膜的載子陷阱俘獲的電荷到被釋放需要長時間，有時像固定電荷那樣動作。因此，使用雜質濃度高且缺陷態密度高的氧化物半導體膜的電晶體的電特性有時不穩定。
此外，在使用CAAC-OS膜的電晶體中，起因於可見光或紫外光的照射的電特性的變動小。
CAAC-OS膜例如較佳為使用多晶的氧化物半導體濺射靶材，且利用濺射法形成。當離子碰撞到該濺射靶材時，有時包含在濺射靶材中的結晶區域從a-b面劈開，即具有平行於a-b面的面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子剝離。此時，藉由該平板狀的濺射粒子保持結晶狀態到達基板，可以形成CAAC-OS膜。
為了形成CAAC-OS膜，較佳為採用如下條件。
藉由降低成膜時的雜質的混入，可以抑制因雜質導致的結晶狀態的破壞。例如，只要降低存在於成膜室內的雜質(氫、水、二氧化碳及氮等)的濃度即可。此外，可以降低成膜氣體中的雜質濃度。明確而言，使用露點為-80℃以下，較佳為-100℃以下的成膜氣體。
此外，藉由增高成膜時的基板加熱溫度，在濺射粒子 到達基板之後發生濺射粒子的遷移。明確而言，在將基板加熱溫度設定為100℃以上且740℃以下，較佳為150℃以上且500℃以下的狀態下進行成膜。藉由增高成膜時的基板加熱溫度，當平板狀的濺射粒子到達基板時，在基板上發生遷移，濺射粒子的平坦的面附著到基板。
較佳的是，藉由增高成膜氣體中的氧比例並對電力進行最優化，減輕成膜時的電漿損傷。將成膜氣體中的氧比例設定為30vol.%以上，較佳為100vol.%。
此外，用作半導體層108的氧化物半導體膜也可以採用層疊有多個氧化物半導體膜的結構。例如，也可以作為氧化物半導體膜使用第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的疊層，並且第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜分別使用不同的組成的金屬氧化物。例如，可以作為第一氧化物半導體膜使用二元金屬氧化物至四元金屬氧化物之一，而作為第二氧化物半導體膜使用與第一氧化物半導體膜不同的二元金屬氧化物至四元金屬氧化物。
此外，也可以使第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜的構成元素相同，並使兩者的組成不同。例如，也可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：1：1，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=3：1：2。此外，也可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：3：2，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=2：1：3。此外，各氧化物半導體膜的原子數比作為誤差包括上述原子 數比的±20%的變動。
此時，較佳為將第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜中的離閘極電極近的一側(通道一側)的氧化物半導體膜的In與Ga的含量比設定為In>Ga。此外，較佳為將離閘極電極遠的一側(背通道一側)的氧化物半導體膜的In與Ga的含量比設定為In
Figure TWI679480B_D0004
Ga。
此外，也可以採用三層結構的氧化物半導體膜，使第一氧化物半導體膜至第三氧化物半導體膜的構成元素相同，並使各自的組成不同。例如，也可以將第一氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：3：2，將第二氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=3：1：2，並且將第三氧化物半導體膜的原子數比設定為In：Ga：Zn=1：1：1。
比起與Ga及Zn相比In的原子數比大的氧化物半導體膜，典型為第二氧化物半導體膜及Ga、Zn、In的原子數比相等的氧化物半導體膜，典型為第三氧化物半導體膜來，與Ga及Zn相比In的原子數比小的氧化物半導體膜，典型為原子數比為In：Ga：Zn=1：3：2的第一氧化物半導體膜不容易產生氧空位，從而可以抑制載子密度的增高。此外，在原子數比為In：Ga：Zn=1：3：2的第一氧化物半導體膜具有非晶結構時，第二氧化物半導體膜容易成為CAAC-OS膜。
因為第一至第三氧化物半導體膜的構成元素彼此相同，所以第一氧化物半導體膜與第二氧化物半導體膜之間 的介面的陷阱能階少。因此，藉由採用具有上述結構的氧化物半導體膜，可以減少電晶體的隨時間變化或由光劣化導致的臨界電壓的變動量。
在氧化物半導體中，重金屬的s軌道主要有助於載子傳導，並且藉由增加In的含率增加s軌道的重疊，由此具有In>Ga的組成的氧化物的載子遷移率比具有In
Figure TWI679480B_D0005
Ga的組成的氧化物高。此外，Ga的氧空位的形成能量比In大，從而Ga不容易產生氧空位，由此具有In
Figure TWI679480B_D0006
Ga的組成的氧化物與具有In>Ga的組成的氧化物相比具有穩定的特性。
藉由在通道一側使用具有In>Ga的組成的氧化物半導體並在背通道一側使用具有In
Figure TWI679480B_D0007
Ga的組成的氧化物半導體，可以進一步提高電晶體的場效應遷移率及可靠性。
此外，也可以作為第一氧化物半導體膜至第三氧化物半導體膜使用結晶性不同的氧化物半導體。就是說，也可以採用適當地組合單晶氧化物半導體、多晶氧化物半導體、微晶氧化物半導體、非晶氧化物半導體或CAAC-OS的結構。在第一氧化物半導體膜和第二氧化物半導體膜中的至少一方使用非晶氧化物半導體時，可以緩和氧化物半導體膜的內部應力或外部應力，降低電晶體的特性偏差。此外，能夠進一步提高電晶體的可靠性。
氧化物半導體膜的厚度為1nm以上且100nm以下，較佳為1nm以上且30nm以下，更佳為1nm以上且50nm以下，進一步較佳為3nm以上且20nm以下。
在用於半導體層108的氧化物半導體膜中，藉由二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)測得的鹼金屬或鹼土金屬的濃度較佳為1×1018atoms/cm3以下，更佳為2×1016atoms/cm3以下。這是因為如下緣故：鹼金屬及鹼土金屬當與氧化物半導體接合時可能生成載子，這成為電晶體的關態電流的上升的原因。
此外，在用於半導體層108的氧化物半導體膜中，藉由二次離子質譜分析法測得的氫濃度較佳為低於5×1018atoms/cm3以下，較佳為1×1018atoms/cm3以下，更佳為5×1017atoms/cm3以下，進一步較佳為1×1016atoms/cm3以下。
包含在氧化物半導體膜中的氫與接合到金屬原子的氧起反應而成為水，同時在氧脫離的晶格(或氧脫離的部分)中形成空位。此外，氫的一部分與氧接合而產生作為載子的電子。因此，在形成氧化物半導體膜的製程中，藉由極力降低包含氫的雜質，可以降低氧化物半導體膜的氫濃度。由此，藉由將極力去除了氫的氧化物半導體膜用於通道形成區，可以在抑制臨界電壓的負漂移的同時，降低電特性的偏差。此外，可以降低電晶體的源極及汲極中的洩漏電流，典型為關態電流。
此外，藉由將其氮濃度為5×1018atoms/cm3以下的氧化物半導體膜用於半導體層108，可以在抑制臨界電壓的負漂移的同時，降低電特性的偏差。
注意，根據各種實驗可以證明將藉由儘量去除氫而被高度純化了的氧化物半導體膜用於通道形成區的電晶體的關態電流低。例如，即使使用具有1×106μm通道寬度和10μm通道長度的電晶體，也可以得到在從1V至10V的源極電極和汲極電極之間的電壓(汲極電壓)範圍內關態電流小於或等於半導體參數分析儀的測量極限，即小於或等於1×10-13A以下的特性。在此情況下，可知：相當於關態電流除以電晶體的通道寬度的數值的關態電流為100zA/μm以下。此外，藉由使用如下電路來測量關態電流，在該電路中連接電容元件與電晶體且由該電晶體控制流入到電容元件或從電容元件流出的電荷。在該測量時，將被高度純化了的氧化物半導體膜用於上述電晶體的通道形成區域，且根據電容元件的每單位時間的電荷量推移測量該電晶體的關態電流。其結果是，可知：當電晶體的源極電極和汲極電極之間的電壓為3V時，可以獲得更低的關態電流，即幾十yA/μm。因此，將被高度純化了的氧化物半導體膜用於通道形成區的電晶體的關態電流極小。
作為源極電極110及汲極電極112，可以使用由鋁、鈦、鉻、鎳、銅、釔、鋯、鉬、銀、鉭或鎢等導電材料構成的單個金屬或以這些元素為主要成分的合金的單層結構或疊層結構。例如，可以舉出如下結構：包含矽的鋁膜的單層結構；在鋁膜上層疊鈦膜的兩層結構；在鎢膜上層疊鈦膜的兩層結構；在銅-鎂-鋁合金膜上層疊銅膜的兩層結構；在鈦膜或氮化鈦膜上層疊鋁膜或銅膜，在其上還形成 鈦膜或氮化鈦膜的三層結構；以及在鉬膜或氮化鉬膜上層疊鋁膜或銅膜，在其上還形成鉬膜或氮化鉬膜的三層結構等。此外，還可以使用包含氧化銦、氧化錫或氧化鋅的透明導電材料。
注意，雖然在本實施方式中將源極電極110及汲極電極112設置在半導體層108上，但是也可以將源極電極110及汲極電極112設置在閘極絕緣膜106與半導體層108之間。
作為第一層間絕緣膜114，較佳為使用氧化物絕緣膜以提高與用作半導體層108的氧化物半導體膜之間的介面特性。作為第一層間絕緣膜114，可以使用厚度為150nm以上400nm以下的氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉿膜、氧化鎵膜或Ga-Zn類金屬氧化物膜等。此外，作為第一層間絕緣膜114，還可以採用氧化物絕緣膜與氮化物絕緣膜的疊層結構。例如，作為第一層間絕緣膜114，可以採用氧氮化矽膜與氮化矽膜的疊層結構。
作為第二層間絕緣膜116，可以使用具有耐熱性的有機絕緣材料如丙烯酸類樹脂、聚醯亞胺類樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺類樹脂、環氧類樹脂等。此外，也可以藉由層疊多個由上述材料形成的絕緣膜來形成第二層間絕緣膜116。藉由使用第二層間絕緣膜116，可以使第一電晶體101等的凹凸平坦化。
作為電容電極118，可以使用包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化 鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(以下稱為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等透光導電材料。
作為第三層間絕緣膜120，可以使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氮化矽膜、氧化鋁膜等無機絕緣材料。尤其是，作為第三層間絕緣膜120，較佳為使用選自氮化矽膜、氮氧化矽膜以及氧化鋁膜中的任一種。藉由將選自氮化矽膜、氮氧化矽膜以及氧化鋁膜中的任一種用作第三層間絕緣膜120，可以抑制來自第二層間絕緣膜116的氫、水分的釋放。
作為像素電極122，可以使用與作為電容電極118示出的材料同樣的材料。作為用於電容電極118及像素電極122的材料，既可使用相同的材料又可使用不同的材料，但是因為可以降低製造成本所以較佳為使用相同的材料。
作為第一配向膜124及第二配向膜164，可以使用具有耐熱性的有機絕緣材料如丙烯酸類樹脂、聚醯亞胺類樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺類樹脂、環氧類樹脂等。
作為液晶層162，可以使用如下液晶材料：熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、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、近晶相、立方相、手性向列相、均質相等。
在採用橫向電場方式的情況下，也可以使用不使用配向膜(第一配向膜124及第二配向膜164)的呈現藍相的液晶。藍相是液晶相中之一種，當使膽固醇相液晶的溫度升高時，在即將由膽固醇相液晶轉變成均質相之前呈現。 因為藍相只在較窄的溫度範圍內出現，所以將其中混合了幾wt%以上的手性試劑的液晶組合物用於液晶層，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，所以不需要配向處理，並且視角依賴性小。此外，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故障、破損。從而，可以提高液晶顯示裝置的生產率。使用氧化物半導體膜的電晶體有由於靜電的影響而使電晶體的電特性明顯波動而偏離設計範圍的擔憂。由此，將藍相的液晶材料用於具有使用氧化物半導體膜的電晶體的液晶顯示裝置是更為有效的。
液晶材料的固有電阻為1×109Ω．cm以上，較佳為1×1011Ω．cm以上，更佳為1×1012Ω．cm以上。注意，本說明書中的固有電阻的值為在20℃測量的值。
考慮到配置在像素區域中的電晶體的洩漏電流等而以能夠在指定期間中保持電荷的方式設定設置在顯示裝置中的儲存電容的大小。根據電晶體的關態電流等設定儲存電容的大小即可。藉由使用具有被高度純化了且抑制了氧空位的形成的氧化物半導體層的電晶體，例如，在使用液晶元件作為顯示元件的情況下，設置具有各像素中的液晶電容的1/3以下，較佳為1/5以下的電容大小的儲存電容，就足夠了。
在本實施方式中使用的將被高度純化了且抑制了氧空 位的形成的氧化物半導體用於半導體層的電晶體可以降低關閉狀態下的電流值(關態電流值)。因此，可以延長影像信號等的電信號的保持時間，並且，還可以延長電源開啟狀態下的寫入間隔。因此，可以降低更新工作的頻率，所以具有抑制耗電量的效果。
在圖1A至1C及圖2所示的顯示裝置中，作為液晶元件150的驅動模式，可以採用TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面內轉換)模式、FFS(Fringe Field Switching：邊緣電場轉換)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：軸對稱排列微單元)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence：光學補償彎曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：鐵電液晶)模式、AFLC(Anti Ferroelectric Liquid Crystal：反鐵電液晶)模式等。尤其是，較佳為採用FFS模式以得到廣視角。
此外，也可以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，可以舉出幾個例子，例如可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直配向構型)模式等。此外，也可以使用將像素(pixel)分成幾個區域(子像素)且使分子分別倒向不同方向的被稱為多域化或多域設計的方法。
雖然在圖1A至1C及圖2中未圖示，但是也可以適 當地設置偏振構件、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以及相位差基板的圓偏振。此外，作為光源，可以使用背光、側光燈等。
作為像素區域142中的顯示方式，可以採用逐行掃描方式或隔行掃描方式等。此外，當進行彩色顯示時在像素中受到控制的顏色因素不侷限於RGB(R顯示紅色，G顯示綠色，B顯示藍色)的三種顏色。例如，也可以採用RGBW(W顯示白色)、或者對RGB追加黃色(yellow)、青色(cyan)、洋紅色(magenta)等中的一種顏色以上的顏色。注意，也可以按每個顏色因素的點使其顯示區的大小不同。所公開的發明不侷限於彩色顯示的顯示裝置，而也可以應用於黑白顯示的顯示裝置。
在第二基板152的下方形成有間隔物160，該間隔物是為了控制第一基板102和第二基板152之間的距離(單元間隙)而提供的。由單元間隙決定液晶層162的厚度。作為間隔物160，可以使用藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而獲得的柱狀間隔物或球狀間隔物等任意形狀的間隔物。
彩色膜153用作所謂的濾色片。作為彩色膜153，只要使用透射特定波長區的光的材料即可，而可以使用包含染料或顏料的有機樹脂膜等。
遮光膜154用作所謂的黑矩陣。作為遮光膜154，只要對彼此相鄰的像素之間的放射光進行遮光即可，可以使 用金屬膜及包含黑色染料或黑色顏料的有機樹脂膜等。在本實施方式中，示出由包含黑色顏料的有機樹脂膜形成的遮光膜154。
有機保護絕緣膜156是為了不使包含在彩色膜153中的離子性物質擴散到液晶層162中而提供的。注意，有機保護絕緣膜156的結構不侷限於此，也可以不設置有機保護絕緣膜156。
作為密封材料166，可以使用熱固化性樹脂、紫外線固化性樹脂等。注意，在圖2所示的密封材料166的密封區域中，在第一基板102與第二基板152之間設置有閘極絕緣膜106、以與源極電極110及汲極電極112相同的製程形成的電極113、第一層間絕緣膜114以及第二層間絕緣膜116，但是本發明不侷限於此。例如，也可以只設置有閘極絕緣膜106及第一層間絕緣膜114。此外，因為可以藉由去除第二層間絕緣膜116抑制來自外部的水分等的侵入，所以如圖2所示，較佳為採用第二層間絕緣膜116的一部分被去除了或者被凹進了的結構。
如上所述，本實施方式所示的顯示裝置包括：分別形成在像素區域和驅動電路區域中的電晶體；形成在該電晶體上的第一層間絕緣膜；形成在第一層間絕緣膜上的第二層間絕緣膜；以及形成在第二層間絕緣膜上的第三層間絕緣膜，其中，第三層間絕緣膜設置在像素區域中的一部分，並且第三層間絕緣膜的端部形成在比驅動電路區域更內側。藉由採用這種結構，可以抑制來自第二層間絕緣膜 的脫氣侵入電晶體一側，而可以得到高可靠性顯示裝置。再者，藉由設置第一層間絕緣膜，可以抑制來自第二層間絕緣膜的脫氣侵入電晶體一側。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式或實施例所示的結構適當地組合而使用。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖3及圖4說明使用有機EL面板的顯示裝置作為顯示裝置的一實施方式。注意，以同一符號表示與實施方式1所示的結構相同的部分，而省略其詳細說明。
圖3和圖4分別示出顯示裝置的俯視圖和顯示裝置的剖面圖。此外，圖4相當於沿圖3中的X2-Y2的剖面圖。
在圖3所示的顯示裝置中，以圍繞設置在第一基板102上的像素區域142、與像素區域142的外側相鄰且對該像素區域142供應信號的作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140及源極驅動電路部144的方式設置有密封材料166，並使用第二基板152進行密封。以與設置有像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144的第一基板102相對的方式設置有第二基板152。由此，像素區域142、閘極驅動電路部140以及源極驅動電路部144與顯示元件一起被第一基板102、密封材料166以及第二基板152密封。
像這樣，藉由將包括電晶體的驅動電路的一部分或全部及像素區域142都形成在第一基板102上，可以形成系統整合型面板(system-on-panel)。
以下，參照相當於沿圖3中的X2-Y2的剖面圖的圖4對閘極驅動電路部140及像素區域142的結構進行詳細的說明。
在像素區域142中，第一電晶體101如下構件而形成：第一基板102；形成在第一基板102上的閘極電極104；形成在閘極電極104上的閘極絕緣膜106；與閘極絕緣膜106接觸且設置在與閘極電極104重疊的位置上的半導體層108；以及形成在閘極絕緣膜106及半導體層108上的源極電極110及汲極電極112。
在像素區域142中，還包括：第一電晶體101上，更明確而言，閘極絕緣膜106、半導體層108、源極電極110及汲極電極112上的由無機絕緣材料形成的第一層間絕緣膜114；第一層間絕緣膜114上的由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116；形成在第二層間絕緣膜116上的由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120；形成在第二層間絕緣膜116及第三層間絕緣膜120上的分隔壁126；形成在第三層間絕緣膜120及分隔壁126上的像素電極122；形成在像素電極122上的發光層128；以及形成在發光層128上的電極130。
注意，發光元件170由像素電極122、發光層128以及電極130形成。
此外，在發光元件170上，更明確而言，電極130上設置有填充材料172，並且在填充材料172上設置有第二基板152。就是說，在第一基板102與第二基板152之間夾有發光元件170及填充材料172。
此外，在閘極驅動電路部140中，第二電晶體103及第三電晶體105使用如下構件而形成：第一基板102；形成在第一基板102上的閘極電極104；形成在閘極電極104上的閘極絕緣膜106；與閘極絕緣膜106接觸且設置在與閘極電極104重疊的位置上的半導體層108；以及形成在閘極絕緣膜106及半導體層108上的源極電極110及汲極電極112。
在閘極驅動電路部140中，還包括：第二電晶體103及第三電晶體105上，更明確而言，閘極絕緣膜106、半導體層108、源極電極110及汲極電極112上的由無機絕緣材料形成的第一層間絕緣膜114；以及第一層間絕緣膜114上的由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116。
就是說，第三層間絕緣膜120設置在像素區域142中的一部分，並且第三層間絕緣膜120的端部形成在比作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140更內側。
藉由採用這種結構，可以將從外部侵入的水分或產生在顯示裝置內部的水分、氫等氣體從閘極驅動電路部140的第二層間絕緣膜116釋放到上部。因此，可以抑制水分、氫等氣體侵入第一電晶體101、第二電晶體103以及第三電晶體105的內部。
由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116為了減少構成顯示裝置的電晶體的凹凸等而需要平坦性高的有機絕緣材料。但是，該有機絕緣材料因加熱等而釋放作為氣體的氫、水分或有機成分。
例如，在將作為矽類半導體材料的矽膜用於半導體層108的電晶體中，如上所述的氫、水分或有機成分的氣體成為大問題的可能性低。但是，在本發明的一實施方式中，因為將氧化物半導體膜用於半導體層108，所以需要將來自由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116的氣體適當地釋放到外部。注意，第三層間絕緣膜120的端部形成在比作為驅動電路區域的閘極驅動電路部140更內側的結構在將氧化物半導體膜用於半導體層108的情況下發揮好效果，並且其在將氧化物半導體以外的材料(例如，作為矽類半導體材料的非晶矽、結晶矽等)用於半導體層108的電晶體中也發揮同樣效果。
在本實施方式中，形成在第二層間絕緣膜116上的第三層間絕緣膜120是為了抑制從第二層間絕緣膜116釋放的氣體侵入發光元件170一側及/或為了提高像素電極122與第二層間絕緣膜116之間的貼緊性而形成的。藉由採用這種結構，可以抑制氫、水分等的氣體從第二層間絕緣膜116侵入發光元件170一側。
但是，若將第三層間絕緣膜120形成在用於閘極驅動電路部140的第二電晶體103及第三電晶體105上的第二層間絕緣膜116上，則不能將從用於第二層間絕緣膜116 的有機絕緣材料釋放的氣體擴散到外部，從而該氣體侵入第二電晶體103及第三電晶體105內部。
在上述氣體侵入用於電晶體的半導體層108的氧化物半導體時，該氣體成為氧化物半導體膜中的雜質而導致使用該半導體層108的電晶體的特性變動。
但是，如圖4所示，藉由採用用於閘極驅動電路部140的第二電晶體103及第三電晶體105上的第三層間絕緣膜120具有開口的結構，即第三層間絕緣膜120設置在像素區域142的一部分且第三層間絕緣膜120的端部形成在比閘極驅動電路部140更內側的結構，可以得到能夠將從第二層間絕緣膜116釋放的氣體擴散到外部的結構。
注意，至於用於像素區域142的第一電晶體101，如圖4所示，較佳為採用去除了與半導體層108重疊的位置上的由無機絕緣材料形成的第三層間絕緣膜120的結構。藉由採用這種結構，可以抑制從由有機絕緣材料形成的第二層間絕緣膜116釋放的氣體侵入第一電晶體101。
這裏，關於圖3及圖4所示的顯示裝置的其他構成要素，以下對與實施方式1所示的顯示裝置不同的結構進行詳細的說明。
分隔壁126使用有機絕緣材料或無機絕緣材料形成。尤其是，較佳為使用感光性的樹脂材料在像素電極122上形成開口部，並且將該開口部的側壁形成為具有連續曲率的傾斜面。
作為填充材料172，除了氮或氬等惰性氣體以外，也 可以使用紫外線固化樹脂、熱固性樹脂，可以使用PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸類樹脂、聚醯亞胺類樹脂、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)。例如，作為填充材料172可以使用氮。
作為發光元件170，可以使用利用電致發光的發光元件。利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化合物而被區別，一般來說，前者被稱為有機EL元件，而後者被稱為無機EL元件。這裏，使用有機EL元件進行說明。
在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子和電洞從一對電極(像素電極122及電極130)分別注入到包含發光有機化合物的層，以使電流流過。然後，藉由使這些載子(電子和電洞)重新結合，發光有機化合物達到激發態，並且當該激發態恢復到基態時，獲得發光。根據這種機制，該發光元件被稱為電流激發型發光元件。
為了取出發光，使發光元件170的一對電極(像素電極122及電極130)中的至少一個具有透光性即可。本發明可以採用如下發射結構中的任一種：頂部發射結構，其中藉由與第一基板102相對表面取出發射的光；底部發射結構，其中藉由第一基板102一側的表面取出發射的光；以及雙面發射結構，其中藉由第一基板102一側的表面和與第一基板102相對表面取出發射的光。
此外，也可以在電極130及分隔壁126上形成保護 膜，以防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入發光元件170。作為保護膜，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜等。此外，在由第一基板102、第二基板152以及密封材料166密封的空間中設置有填充材料172並被密封。如此，為了不暴露於外氣，較佳為使用氣密性高且脫氣少的保護薄膜(黏合薄膜、紫外線固化樹脂薄膜等)、覆蓋材料進行封裝(封入)。
若有需要，也可以在發光元件170的光射出面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、濾色片等光學薄膜。此外，也可以在偏光板或圓偏光板上設置抗反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理是利用表面的凹凸來擴散反射光並降低眩光的。
作為發光層128，較佳為使用包含作為使三重態激發能改變成發光的發光材料的客體材料和其三重態激發能階(T1能階)高於該客體材料的主體材料的有機化合物。發光層128既可採用層疊有多個發光層的結構(所謂的串置層結構)又可採用包含發光層以外的功能層(電洞注入層、電洞傳輸層、電子傳輸層、電子注入層、電荷產生層等)的結構。
作為密封材料166，除了實施方式1所示的材料以外，還可以使用包含玻璃材料的材料，例如，可以使用使粉末玻璃(也稱為玻璃粉)溶解及凝固而成的玻璃體。因為這種材料能夠有效地抑制水分或氣體的透過，所以在使 用發光元件170作為顯示元件的情況下可以抑制該發光元件170的退化而實現可靠性極高的顯示裝置。
此外，雖然在圖4所示的密封材料166的密封區域中在第一基板102與第二基板152之間只設置有閘極絕緣膜106，但是本發明不侷限於此。例如，也可以在第一基板102與第二基板152之間層疊有閘極絕緣膜106及第一層間絕緣膜114。注意，如圖4所示，較佳為在去除了第二層間絕緣膜116的區域中配置有密封材料166。
如上所述，本實施方式所示的顯示裝置包括：分別形成在像素區域和驅動電路區域中的電晶體；形成在該電晶體上的第一層間絕緣膜；形成在第一層間絕緣膜上的第二層間絕緣膜；以及形成在第二層間絕緣膜上的第三層間絕緣膜，其中，第三層間絕緣膜設置在像素區域中的一部分，並且第三層間絕緣膜的端部形成在比驅動電路區域更內側。藉由採用這種結構，可以抑制來自第二層間絕緣膜的脫氣侵入電晶體一側，而可以得到高可靠性顯示裝置。再者，藉由設置第一層間絕緣膜，可以抑制來自第二層間絕緣膜的脫氣侵入電晶體一側。
本實施方式所示的結構可以與其他實施方式或實施例所示的結構適當地組合而使用。
實施方式3
在本實施方式中，對能夠與上述實施方式所示的顯示裝置組合的影像感測器進行說明。
圖5A示出帶影像感測器的顯示裝置的一個例子。圖5A是說明帶影像感測器的顯示裝置的一個像素的等效電路。
光電二極體元件4002的一個電極與重設信號線4058電連接，另一個電極與電晶體4040的閘極電極電連接。電晶體4040的源極電極和汲極電極中的一方與電源電位(VDD)電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與電晶體4056的源極電極和汲極電極中的一方電連接。電晶體4056的閘極電極與閘極選擇線4057電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與輸出信號線4071電連接。
此外，第一電晶體4030為像素開關用電晶體，其源極電極和汲極電極中的一方與視頻信號線4059電連接，源極電極和汲極電極中的另一方與電容元件4032及液晶元件4034電連接。此外，第一電晶體4030的閘極電極與閘極線4036電連接。
第一電晶體4030、電容元件4032以及液晶元件4034可以採用與實施方式1所示的顯示裝置相同的結構。
圖5B示出帶影像感測器的顯示裝置的一個像素的一部分的剖面圖及驅動電路部的剖面圖，在像素區域5042中，在第一基板4001上設置有光電二極體元件4002及第一電晶體4030。在驅動電路的閘極驅動電路部5040中，在第一基板4001上設置有第二電晶體4060及第三電晶體4062。
此外，在像素區域5042中的光電二極體元件4002及 第一電晶體4030上形成有第一層間絕緣膜4014、第二層間絕緣膜4016以及第三層間絕緣膜4020。此外，在第二層間絕緣膜4016上形成有將第三層間絕緣膜4020用作介電質的電容元件4032。
就是說，第三層間絕緣膜4020設置在像素區域5042中的一部分，並且第三層間絕緣膜4020的端部形成在比閘極驅動電路部5040更內側。藉由採用這種結構，可以將從第二層間絕緣膜4016釋放出的氣體擴散到外部。因此，可以抑制來自第二層間絕緣膜4016的脫氣侵入電晶體一側，而可以得到高可靠性顯示裝置。
光電二極體元件4002具有一對電極，即：與第一電晶體4030的源極電極及汲極電極在同一製程中形成的下部電極；以及與液晶元件4034的像素電極在同一製程中形成的上部電極，並且在該一對電極間具有二極體。
作為可以用於光電二極體元件4002的二極體，可以採用如下二極體：包括p型半導體膜、n型半導體膜的疊層的pn型二極體；包括p型半導體膜、i型半導體膜、n型半導體膜的疊層的pin型二極體；肖特基型二極體；等等。
此外，光電二極體元件4002上設置有第一配向膜4024、液晶層4096、第二配向膜4084、對電極4088、有機絕緣膜4086、彩色膜4085、第二基板4052等。
此外，作為pin型二極體，將p型半導體膜一側作為受光面時呈現高光電轉換特性。這是由於電洞遷移率比電 子遷移率低的緣故。雖然在本實施方式中示出將由第二基板4052的面穿過彩色膜4085、液晶層4096等入射至光電二極體元件4002的光轉換為電信號的結構的例子，但是不侷限於此。例如，也可以採用不設置有彩色膜4085的結構。
本實施方式所示的光電二極體元件4002藉由使光入射至光電二極體元件4002，以使一對電極間流過電流。光電二極體元件4002可以藉由檢測光，來讀取被檢測目標的資訊。
作為本實施方式所示的帶影像感測器的顯示裝置，可以藉由將電晶體的製造等、顯示裝置及影像感測器的製程共通化來提高生產率。但是，也可以將之前的實施方式所示的顯示裝置與本實施方式所示的影像感測器形成於不同的基板上。具體地，可以在之前的實施方式中所示的顯示裝置中，在第二基板上製造影像感測器。
本實施方式可以與其他實施方式或其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式4
在本實施方式中，說明使用本發明的一實施方式的顯示裝置的平板終端的一個例子。
圖6A和6B是翻蓋式平板終端。圖6A是平板終端打開的狀態。平板終端包括：機殼8630；以及設置在機殼8630中的顯示部8631a、顯示部8631b、顯示模式切換開 關8034、電源開關8035、省電模式切換開關8036、卡子8033、操作開關8038。
本發明的一實施方式的顯示裝置可以應用於顯示部8631a及顯示部8631b。
可以將部分顯示部8631a或整個顯示部8631a用作觸摸屏，藉由接觸所顯示的操作鍵，可以進行資料輸入。例如，可以使顯示部8631a的整個面顯示鍵盤按鈕來將其用作觸摸屏，並且將顯示部8631b用作顯示屏。
與顯示部8631a同樣，可以將部分顯示部8631b或整個顯示部8631b用作觸摸屏。
此外，也可以對顯示部8631a的觸摸屏的區域和顯示部8631b的觸摸屏的區域同時進行觸摸輸入。
此外，顯示模式切換開關8034能夠選擇切換豎屏顯示和橫屏顯示等顯示方向以及黑白顯示和彩色顯示等。省電模式切換開關8036可以根據內置於平板終端中的光感測器檢測出的外光將顯示的亮度設定為最適合的亮度。此外，平板終端除了具有光感測器以外還可以具有能夠檢測出傾斜度的陀螺儀、加速度感測器等其他檢測裝置。
此外，雖然圖6A示出顯示部8631b與顯示部8631a的面積相等的例子，但是不侷限於此。顯示部8631b的面積可以與顯示部8631a的面積不相等，並且它們的顯示品質也可以有差異。例如可以採用一方與另一方相比能夠進行高清晰顯示的顯示面板。
圖6B是平板終端合上的狀態。平板終端包括機殼 8630、設置於機殼8630中的太陽能電池8633及充放電控制電路8634。在圖6B中，作為充放電控制電路8634的一個例子示出具有電池8635和DCDC轉換器8636的結構。
因為是翻蓋式平板終端，所以在不使用時能夠合上機殼8630。由此，可以保護顯示部8631a和顯示部8631b，所以耐久性良好，且從長期使用的觀點來看可靠性良好。
除了上述以外，圖6A及圖6B所示的平板終端還可以具有如下功能：顯示各種各樣的資訊(靜態影像、動態影像、文字影像等)；將日曆、日期或時刻等顯示在顯示部上；對顯示在顯示部上的資訊進行觸摸輸入操作或編輯的觸摸輸入；藉由各種各樣的軟體(程式)控制處理等。
平板終端可以將由太陽能電池8633得到的電力用於平板終端的工作。或者，平板終端可以將該電力儲存在電池8635中。此外，也可以將太陽能電池8633設置在機殼8630的兩個面上。當作為電池8635使用鋰離子電池時，有可以實現小型化等的優點。
以下，參照圖6C所示的方塊圖對圖6B所示的充放電控制電路8634的結構和工作進行說明。圖6C示出太陽能電池8633、電池8635、DCDC轉換器8636、轉換器8637、開關SW1、開關SW2及開關SW3以及顯示部8631。在圖6C中，電池8635、DCDC轉換器8636、轉換器8637以及開關SW1、開關SW2及開關SW3對應於圖6B所示的充放電控制電路8634。
在由太陽能電池8633發電時，使用DCDC轉換器8636對太陽能電池所產生的電力進行升壓或降壓以使它成為用來給電池8635充電的電壓。接著，使開關SW1開啟，並且利用轉換器8637將其升壓或降壓為最合適於顯示部8631的電壓。當不在顯示部8631進行顯示時，使開關SW1關閉且使開關SW2開啟而給電池8635充電。
此外，雖然作為發電單元的一個例子示出了太陽能電池8633，但是不侷限於此，也可以使用壓電元件(piezoelectric element)或熱電轉換元件(珀爾帖元件(peltier element))等其他發電單元代替太陽能電池8633。例如，也可以使用以無線(非接觸)的方式收發電力來進行充電的無線電力傳輸模組等的其他充電單元。
本實施方式可以與其他實施方式或其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式5
在本實施方式中，說明安裝有上述實施方式所示的顯示裝置等的電子裝置的例子。
圖7A是可攜式資訊終端。圖7A所示的可攜式資訊終端具備機殼9300、按鈕9301、麥克風9302、顯示部9303、揚聲器9304、影像拍攝裝置9305，並且具有作為行動電話機的功能。上述實施方式所示的顯示裝置或/及帶影像感測器的顯示裝置可以應用於顯示部9303。
圖7B是顯示器。圖7B所示的顯示器具備機殼9310 以及顯示部9311。上述實施方式所示的顯示裝置或/及帶影像感測器的顯示裝置可以應用於顯示部9311。
圖7C是數位相機。圖7C所示的數位相機具備機殼9320、按鈕9321、麥克風9322、顯示部9323。上述實施方式所示的顯示裝置或/及帶影像感測器的顯示裝置可以應用於顯示部9323。
藉由使用本發明的一實施方式，可以提高電子裝置的可靠性。
本實施方式可以與其他實施方式或其他實施例所記載的結構適當地組合而實施。
實施例1
在本實施例中，對作為可以用於顯示裝置的典型有機樹脂的丙烯酸樹脂的釋放氣體進行了調查。
作為樣本，在玻璃基板上塗敷丙烯酸樹脂，並且在氮氛圍下以250℃進行1小時的加熱處理。注意，以被進行了加熱處理後的厚度為1.5μm的方式形成丙烯酸樹脂。
對於所製造的樣本的釋放氣體，利用TDS(Thermal Desorption Spectroscopy：熱脫附分析技術)進行測定。
圖8示出基板表面溫度為250℃時的相對於各質量電荷比(也稱為M/z)的釋放氣體的離子強度。在圖8中，橫軸表示質量電荷比，而縱軸表示強度(任意單位)。由圖8可知，從樣本中檢測出起因於水的其質量電荷比為18(H2O)的氣體、起因於碳化氫的其質量電荷比為28 (C2H4)、44(C3H8)以及56(C4H8)的氣體。注意，各質量電荷比的近旁分別檢測出各碎片。
與此同樣，圖9示出相對於基板表面溫度的各質量電荷比(18、28、44以及56)的離子強度。在圖9中，橫軸表示基板表面溫度(℃)，而縱軸表示強度(任意單位)。在基板表面溫度的範圍在55℃至270℃的情況下，起因於水的其質量電荷比為18的離子強度的峰值位於55℃以上且100℃以下及150℃以上且270℃以下，而起因於碳化氫的其質量電荷比為28、44以及56的離子強度的峰值位於150℃以上且270℃以下。
由此可知，從有機樹脂釋放水、碳化氫等雜質，該雜質影響到氧化物半導體膜。尤其是，水在55℃以上且100℃以下的低溫下也被釋放。就是說，這意味著：在起因於有機樹脂的雜質到達氧化物半導體膜時，電晶體的電特性退化。
此外，還意味著：在由不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜(氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜等)覆蓋有機樹脂的情況下，從有機樹脂釋放氣體，從而對不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜的壓力增高，最終，不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜被破壞，而引起電晶體的形狀故障。
實施例2
在本實施例中，製造電晶體來評價剖面形狀及電特性。
在各樣本中，設置有底閘極頂接觸型電晶體，其中使用具有通道蝕刻結構的氧化物半導體膜。該電晶體包括：設置在玻璃基板上的閘極電極；設置在閘極電極上的閘極絕緣膜；隔著閘極絕緣膜設置在閘極電極上的氧化物半導體膜；以及位於氧化物半導體膜上且接觸氧化物半導體膜的一對電極。這裏，閘極電極使用鎢膜，閘極絕緣膜使用氮化矽膜及氮化矽膜上的氧氮化矽膜，氧化物半導體膜使用In-Ga-Zn氧化物膜，並且一對電極使用鎢膜、鎢膜上的鋁膜以及鋁膜上的鈦膜。
在一對電極上設置有保護絕緣膜(450nm厚的氧氮化矽膜及設置在氧氮化矽膜上的50nm厚的氮化矽膜)。
注意，在實施例樣本中，在保護絕緣膜上設置有2μm厚的丙烯酸樹脂，並且在丙烯酸樹脂上以暴露丙烯酸樹脂的側面的一部分的方式設置有200nm厚的氮化矽膜。在比較例樣本中，在保護絕緣膜上設置有1.5μm厚的丙烯酸樹脂，並且在丙烯酸樹脂上以覆蓋丙烯酸樹脂的方式設置有200nm厚的氮化矽膜。
圖10示出放大了比較例樣本的一部分的區域的由TEM獲取的透射電子影像(也稱為Transmitted Electron：TE影像)剖面形狀。該剖面形狀藉由使用由株式會社日立高新技術製造的“超薄膜評價系統HD-2300”而觀察。注意，在圖10中，只示出一對電極中的一個電極。在著眼於圖10所示的電極及覆蓋電極的保護絕緣膜時，從電極的步階部產生保護絕緣膜的裂縫。因為 在觀察區域中實施例樣本和比較例樣本具有大致同樣的結構，所以省略示出實施例樣本的剖面形狀。
由此可知，實施例樣本具有來自丙烯酸樹脂的釋放氣體擴散到實施例樣本外部的結構，而比較例樣本具有來自丙烯酸樹脂的釋放氣體不擴散到比較例樣本外部的結構。就是說，在比較例樣本中，來自丙烯酸樹脂的釋放氣體不擴散到外部，而藉由產生在保護絕緣膜中的裂縫到達電晶體。
接著，測定作為各樣本的電晶體的電特性的閘極電壓(Vg)-汲極電流(Id)特性。使用通道長度和通道寬度都是3μm的電晶體測定Vg-Id特性。注意，在測定Vg-Id特性時，將汲極電壓(Vd)設定為1V或10V，且在-20V至15V的範圍掃描閘極電壓(Vg)。
圖11A和11B示出各樣本的Vg-Id特性。在600mm×720mm的玻璃基板上儘量均勻地測定20個電晶體的Vg-Id特性。圖11A示出實施例樣本的電晶體的Vg-Id特性及場效應遷移率，而圖11B示出比較例樣本的電晶體的Vg-Id特性。注意，圖11A所示的場效應遷移率是在汲極電壓(Vd)為10V時獲取的數值。在圖11B中，難以計算出場效應遷移率而省略。
由圖11A可知，實施例樣本的電晶體能夠得到良好的開關特性。由圖11B可知，比較例樣本的電晶體不能得到開關特性，而處於常開狀態(normally-on)。
根據與實施例樣本之間的比較可知，比較例樣本的開 關特性故障是因為來自丙烯酸樹脂的釋放氣體影響到電晶體的緣故。明確而言，這可以被認為是因為如下緣故：由來自丙烯酸樹脂的釋放氣體導致氧化物半導體膜的載子密度的增高，從而不能利用來自閘極電極的電場使電晶體截止。
根據本實施例可知，在由不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜(這裏，200nm厚的氮化矽膜)覆蓋有機樹脂時，由來自有機樹脂的釋放氣體導致電晶體的開關特性故障。此外，還可知：藉由在覆蓋有機樹脂的不透過水、碳化氫等釋放氣體的膜的一部分設置用來使釋放氣體擴散到樣本外部的徑路，可以避免該電晶體的開關特性故障，而得到良好的開關特性。

Claims (9)

  1. 一種顯示裝置，包括：像素部，該像素部包括：第一電晶體；該第一電晶體上的第一絕緣膜；該第一絕緣膜上的第二絕緣膜；該第二絕緣膜上的第三絕緣膜；該第三絕緣膜上的第一電極，該第一電極電連接到該第一電晶體；以及該第三絕緣膜和該第一電極上的第一配向膜；以及驅動電路部，該驅動電路部包括：第二電晶體；該第二電晶體上的該第一絕緣膜；以及該第一絕緣膜上的該第二絕緣膜，其中：該第一絕緣膜包括無機絕緣材料，該第二絕緣膜包括有機絕緣材料，該第三絕緣膜包括無機絕緣材料，該第二絕緣膜的一部分接觸於該第一配向膜，並且，該第三絕緣膜具有與該第一絕緣膜接觸的區域。
  2. 一種顯示裝置，包括：像素部，該像素部包括：第一電晶體；該第一電晶體上的第一絕緣膜；該第一絕緣膜上的第二絕緣膜；該第二絕緣膜上的第三絕緣膜；該第三絕緣膜上的第一電極，該第一電極電連接到該第一電晶體；以及該第三絕緣膜和該第一電極上的第一配向膜；以及驅動電路部，該驅動電路部包括：第二電晶體；該第二電晶體上的該第一絕緣膜；以及該第一絕緣膜上的該第二絕緣膜，其中：該第一絕緣膜具有包含矽和氧的第一層和包含矽和氮的第二層的疊層結構，該第二絕緣膜是丙烯酸類樹脂膜，該第三絕緣膜是氮化矽膜，該第二絕緣膜的一部分接觸於該第一配向膜，該第三絕緣膜具有與該第一絕緣膜接觸的區域。
  3. 一種顯示裝置，包括：像素部，該像素部包括：第一電晶體；該第一電晶體上的第一絕緣膜；該第一絕緣膜上的第二絕緣膜；該第二絕緣膜上的第三絕緣膜；該第三絕緣膜上的第一電極，該第一電極電連接到該第一電晶體；以及該第三絕緣膜和該第一電極上的第四絕緣膜；以及驅動電路部，該驅動電路部包括：第二電晶體；該第二電晶體上的該第一絕緣膜；以及該第一絕緣膜上的該第二絕緣膜，其中：該第一絕緣膜包括無機絕緣材料，該第二絕緣膜包括有機絕緣材料，該第三絕緣膜包括無機絕緣材料，該第四絕緣膜包括有機絕緣材料，並且，該第二絕緣膜的一部分接觸於該第四絕緣膜。
  4. 根據申請專利範圍第1或2項之顯示裝置，還包括：該第一配向膜上的液晶層；以及該液晶層上的第二配向膜，其中，該第一配向膜與該第二配向膜彼此接觸。
  5. 根據申請專利範圍第4項之顯示裝置，還包括：該第二配向膜上的第二電極；該第二電極上的第四絕緣膜；該第四絕緣膜上的彩色膜；以及該第四絕緣膜上的遮光膜。
  6. 根據申請專利範圍第3項之顯示裝置，還包括：該第四絕緣膜上的第二電極，其中，該第二電極與該第一電晶體重疊且具有該第二絕緣膜和該第四絕緣膜夾置於兩者之間。
  7. 根據申請專利範圍第6項之顯示裝置，其中，該第一電晶體的通道區域與該第二電極重疊且具有該第二絕緣膜和該第四絕緣膜夾置於兩者之間。
  8. 根據申請專利範圍第1或3項之顯示裝置，其中該第二絕緣膜包含丙烯酸類樹脂、聚醯亞胺類樹脂、苯並環丁烯類樹脂、聚醯胺類樹脂以及環氧類樹脂中的任一種。
  9. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之顯示裝置，其中該第一電晶體和該第二電晶體各自包括包含銦和鋅的氧化物半導體層。
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