WO2021099880A1 - 表示装置、表示モジュール、電子機器、及び表示装置の作製方法 - Google Patents

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layer
insulating layer
display device
light emitting
insulator
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山崎舜平
楠紘慈
安達広樹
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株式会社半導体エネルギー研究所
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to a display device, a display module, an electronic device, and a method for manufacturing the same.
  • One aspect of the present invention is not limited to the above technical fields.
  • the technical fields of one aspect of the present invention include semiconductor devices, display devices, light emitting devices, power storage devices, storage devices, electronic devices, lighting devices, input devices (for example, touch sensors), input / output devices (for example, touch panels, etc.). ), Their driving method, or their manufacturing method can be given as an example.
  • micro light emitting diode (micro LED (Light Emitting Diode)) as a display device (also referred to as a display element)
  • a display device using a micro light emitting diode (micro LED (Light Emitting Diode)) as a display device (also referred to as a display element)
  • a display device using a micro light emitting diode (micro LED (Light Emitting Diode)) as a display device (also referred to as a display element)
  • Patent Document 1 Display devices that use micro LEDs as display devices have advantages such as high brightness, high contrast, and long life, and are being actively researched and developed as next-generation display devices.
  • a display device using a micro LED as a display device it takes an extremely long time to mount the LED chip, and reduction of manufacturing cost is an issue.
  • red (R), green (G), and blue (B) LEDs are manufactured on different wafers, and the LEDs are cut out one by one and mounted on a circuit board. Therefore, as the number of pixels of the display device increases, the number of LEDs to be mounted increases, and the time required for mounting increases. Further, the higher the definition of the display device, the higher the difficulty of mounting the LED.
  • One aspect of the present invention is to provide a display device having high definition.
  • One aspect of the present invention is to provide a display device having a high resolution.
  • One aspect of the present invention is to provide a display device having high display quality.
  • One aspect of the present invention is to provide a display device having low power consumption.
  • One aspect of the present invention is to provide a highly reliable display device.
  • One aspect of the present invention is to reduce the manufacturing cost of a display device using a micro LED as a display device.
  • One aspect of the present invention is to manufacture a display device using a micro LED as a display device with a high yield.
  • One aspect of the present invention is a display device having a transistor, a light emitting diode, a first conductive layer, a second conductive layer, a first insulating layer, and a second insulating layer.
  • the transistor is electrically connected to the first conductive layer, and the first conductive layer and the first insulating layer are respectively located on the transistor.
  • the second conductive layer is located on the first conductive layer.
  • the second insulating layer is located on the first insulating layer.
  • the light emitting diode has a first electrode on the second insulating layer, a light emitting layer on the first electrode, and a second electrode on the light emitting layer.
  • the second electrode is electrically connected to the second conductive layer.
  • the height of the surface of the first conductive layer on the side of the second conductive layer roughly coincides with the height of the surface of the first insulating layer on the side of the second insulating layer.
  • the first insulating layer and the second insulating layer are directly bonded to each other.
  • the second conductive layer is located inside the opening of the second insulating layer and is electrically connected to the first conductive layer.
  • the display device of one aspect of the present invention preferably further has a third insulating layer and a fourth insulating layer.
  • the third insulating layer is preferably located between the transistor and the first insulating layer.
  • the fourth insulating layer is preferably located between the light emitting diode and the second insulating layer. It is preferable that the first insulating layer and the second insulating layer each have a silicon oxide film.
  • the third insulating layer and the fourth insulating layer preferably have at least one of an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, and a silicon nitride film, respectively.
  • the display device of one aspect of the present invention preferably further has a fifth insulating layer.
  • the transistor preferably has a metal oxide layer and a gate electrode.
  • the metal oxide layer preferably has a channel forming region. It is preferable that the height of the upper surface of the gate electrode is substantially the same as the height of the upper surface of the fifth insulating layer.
  • the transistor preferably has a metal oxide layer, a gate insulating layer, a gate electrode, a third conductive layer, and a fourth conductive layer.
  • the metal oxide layer preferably has a channel forming region.
  • the metal oxide layer includes a first region that overlaps the third conductive layer, a second region that overlaps the fourth conductive layer, and a third region between the first region and the second region. It is preferable to have.
  • the third conductive layer and the fourth conductive layer are preferably located on the metal oxide layer so as to be separated from each other.
  • the fifth insulating layer is preferably located on the third conductive layer and the fourth conductive layer.
  • the fifth insulating layer preferably has an opening that overlaps the third region.
  • the gate insulating layer is preferably located inside the opening and overlaps the side surface of the fifth insulating layer and the upper surface of the third region. It is preferable that the gate electrode is located inside the opening and overlaps the side surface of the fifth insulating layer and the upper surface of the third region via the gate insulating layer.
  • the display device of one aspect of the present invention preferably further includes a drive circuit.
  • the drive circuit preferably has a circuit transistor.
  • the circuit transistor preferably has a channel forming region on the semiconductor substrate.
  • the transistor, the light emitting diode, the first conductive layer, the second conductive layer, the first insulating layer, and the second insulating layer are preferably located on the semiconductor substrate, respectively.
  • the transistor preferably has a channel forming region on the semiconductor substrate.
  • the semiconductor substrate is preferably a silicon substrate.
  • the light emitting diode is preferably a micro light emitting diode. Further, the light emitting diode preferably has a compound containing a Group 13 element and a Group 15 element (also referred to as a Group III-V compound). Further, the light emitting diode preferably has gallium nitride.
  • the display device of one aspect of the present invention preferably further has a functional layer.
  • the functional layer is preferably located on the light emitting diode.
  • the light emitted by the light emitting diode is preferably taken out of the display device via the functional layer.
  • the functional layer preferably has one or both of a coloring layer and a color conversion layer.
  • One aspect of the present invention is an electronic device having a display device having the above configuration, an optical member, a frame, and a housing, and the housing has a touch sensor.
  • One aspect of the present invention is a display module having a display device having the above configuration.
  • a connector such as a flexible printed circuit board (Flexible Printed Circuit, hereinafter referred to as FPC) or TCP (Tape Carrier Package) may be attached to the display module.
  • FPC Flexible Printed Circuit
  • TCP Transmission Carrier Package
  • an integrated circuit IC may be mounted on the display module by a COG (Chip On Glass) method, a COF (Chip On Film) method, or the like.
  • One aspect of the present invention is an electronic device having the above-mentioned display module and at least one of an antenna, a battery, a housing, a camera, a speaker, a microphone, and an operation button.
  • a plurality of transistors are formed on a first substrate, and a plurality of first conductive layers electrically connected to at least one of the plurality of transistors are formed on the plurality of transistors. Then, a first insulating layer is formed on the plurality of transistors, and a conductive film, a first semiconductor film, a light emitter, a second semiconductor film, and a second insulating layer are formed on the second substrate. , In this order, by directly joining the first insulating layer and the second insulating layer, the first substrate and the second substrate are bonded together, and the second substrate is attached from the first substrate.
  • a plurality of first electrodes, a plurality of first semiconductor layers, a plurality of light emitting layers, and A plurality of second semiconductor layers are formed in a matrix, and a plurality of openings each reaching at least one of the plurality of first conductive layers are formed in the second insulating layer, and at least one of the plurality of openings is formed.
  • a plurality of second conductive layers located inside the one are formed, and are electrically connected to at least one of the plurality of second semiconductor layers and at least one of the plurality of second conductive layers, respectively.
  • At least one flattening process in the step of forming a plurality of transistors.
  • At least one of the plurality of light emitting diodes is preferably a micro light emitting diode.
  • At least one of the plurality of transistors preferably has a metal oxide in the channel forming region.
  • At least one of the plurality of transistors preferably has silicon in the channel forming region.
  • At least one of a coloring layer, a color conversion layer, and a touch sensor is formed on a third substrate, and a third substrate is formed on a plurality of light emitting diodes. May be pasted together.
  • At least one of a coloring layer, a color conversion layer, and a touch sensor may be formed on at least one of a plurality of light emitting diodes.
  • a display device having high definition can be provided.
  • a display device having a high resolution can be provided.
  • a display device having low power consumption can be provided.
  • a highly reliable display device can be provided.
  • the manufacturing cost of a display device using a micro LED as a display device can be reduced.
  • a display device using a micro LED as a display device can be manufactured with a high yield.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a display device.
  • 3A and 3B are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a display device.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a display device.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a method for manufacturing a display device.
  • 6A and 6B are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a display device.
  • 7A and 7B are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a display device.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the display device.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the display device.
  • 9A is a top view showing an example of a transistor.
  • 9B to 9D are cross-sectional views showing an example of a transistor.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing an example of pixels.
  • 11A and 11B are diagrams showing an example of an electronic device.
  • 12A and 12B are diagrams showing an example of an electronic device.
  • 13A and 13B are diagrams showing an example of an electronic device.
  • 14A to 14D are diagrams showing an example of an electronic device.
  • 15A to 15F are diagrams showing an example of an electronic device.
  • membrane and the word “layer” can be interchanged with each other in some cases or depending on the situation.
  • conductive layer can be changed to the term “conductive layer”.
  • insulating film can be changed to the term “insulating layer”.
  • the display device of the present embodiment has a plurality of light emitting diodes as display devices and a plurality of transistors for driving the display devices.
  • the plurality of light emitting diodes are provided in a matrix.
  • Each of the plurality of transistors is electrically connected to at least one of the plurality of light emitting diodes.
  • the laminated film is processed to separate elements.
  • isolation By (also called isolation), a plurality of light emitting diodes are formed.
  • the substrate on which the laminated film is formed and the substrate on which the transistor is formed are bonded to each other before the laminated film constituting the light emitting diode is processed.
  • high alignment accuracy is not required. Therefore, even when a display device having a large number of pixels or a high-definition display device is manufactured, the difficulty of bonding can be reduced and the manufacturing yield of the display device can be increased.
  • a plurality of transistors are formed in a matrix on a first substrate, and a first insulating layer and a plurality of first insulating layers are formed on the plurality of transistors.
  • the conductive layer of is formed so that the height of the upper surface of the first insulating layer and the height of the upper surface of the first conductive layer match.
  • the plurality of first conductive layers are each electrically connected to at least one of the plurality of transistors.
  • a conductive film, a first semiconductor film, a light emitter, a second semiconductor film, and a second insulating layer are formed on the second substrate in this order.
  • the first substrate and the second substrate are bonded together by directly joining the first insulating layer and the second insulating layer.
  • the first insulating layer and the second insulating layer are preferably formed of the same material, and it is particularly preferable to use a silicon oxide film as the first insulating layer and the second insulating layer.
  • a hydrophilic bond via a hydroxyl group (OH group) By forming a hydrophilic bond via a hydroxyl group (OH group), the bond strength between the first insulating layer and the second insulating layer can be increased.
  • High alignment by bonding the first substrate and the second substrate before processing the conductive film, the first semiconductor film, the light emitting body, and the second semiconductor film (before separating the elements of the light emitting diode). Since accuracy is not required, the difficulty of bonding can be reduced, and the manufacturing yield of the display device can be increased.
  • the second substrate is peeled off from the first substrate. Then, by processing the conductive film, the first semiconductor film, the light emitting body, and the second semiconductor film into a plurality of island-shaped patterns, the plurality of first electrodes and the plurality of first semiconductors are formed.
  • the layer, the plurality of light emitting layers, and the plurality of second semiconductor layers are formed in a matrix.
  • the first electrode, the first semiconductor layer, the light emitting layer, and the second semiconductor layer are layers constituting the light emitting diode, respectively.
  • a plurality of openings are formed in the second insulating layer.
  • the plurality of openings each reach at least one of the plurality of first conductive layers.
  • a plurality of second conductive layers are formed. Each of the plurality of second conductive layers is located inside at least one of the plurality of openings. As a result, the first conductive layer and the second conductive layer are electrically connected to each other.
  • a plurality of second electrodes are formed.
  • the second electrode is electrically connected to the second semiconductor layer and the second conductive layer.
  • a plurality of light emitting diodes having the first electrode, the first semiconductor layer, the light emitting layer, the second semiconductor layer, and the second electrode can be formed.
  • the second electrode is preferably formed so as to be in contact with the upper surface of the second semiconductor layer and the upper surface of the second conductive layer.
  • the second electrode is electrically connected to the transistor via the first conductive layer and the second conductive layer.
  • each of the plurality of transistors is electrically connected to at least one of the plurality of light emitting diodes.
  • the height of the surface of the first conductive layer on the side of the second conductive layer roughly coincides with the height of the surface of the first insulating layer on the side of the second insulating layer.
  • “A and B roughly match” includes the case where A and B match, and when manufactured so that A and B match, in manufacturing. This includes the case where there is a difference between A and B due to an error.
  • the display device of one aspect of the present invention preferably further has a third insulating layer and a fourth insulating layer.
  • the third insulating layer is preferably located between the transistor and the first insulating layer.
  • the fourth insulating layer is preferably located between the light emitting diode and the second insulating layer.
  • As the third insulating layer and the fourth insulating layer it is preferable to use a film in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the first insulating layer and the second insulating layer.
  • the third insulating layer and the fourth insulating layer preferably have at least one of an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, and a silicon nitride film, respectively.
  • the display device of the present embodiment has a function of displaying an image using a light emitting diode. Since the light emitting diode is a self-luminous device, when the light emitting diode is used as the display device, the display device does not need a backlight and does not need to be provided with a polarizing plate. Therefore, the power consumption of the display device can be reduced, and the display device can be made thinner and lighter. Further, a display device using a light emitting diode as the display device can be improved luminance (e.g., 5000 cd / m 2 or more, preferably 10000 cd / m 2 or more), and and, for the viewing angle is wide high contrast , High display quality can be obtained. Further, by using an inorganic material as the light emitting material, the life of the display device can be extended and the reliability can be improved.
  • luminance e.g., 5000 cd / m 2 or more, preferably 10000 cd / m 2 or more
  • the light emitting diode is not particularly limited, and for example, a micro LED having a quantum well junction, an LED using a nanocolumn, or the like may be used.
  • Area of the region that emits light emitting diode is preferably 1 mm 2 or less, more preferably 10000 2 or less, more preferably 3000 .mu.m 2 or less, more preferably 700 .mu.m 2 or less.
  • a light emitting diode having an area of a region for emitting light of 10,000 ⁇ m 2 or less may be referred to as a micro LED.
  • the transistor included in the display device preferably has a metal oxide in the channel forming region.
  • Transistors using metal oxides can reduce power consumption. Therefore, by combining with the micro LED, it is possible to realize a display device with extremely reduced power consumption.
  • the display device of the present embodiment preferably has a transistor in which the height of the upper surface of the gate electrode is substantially the same as the height of the upper surface of the insulating layer.
  • the upper surface of the gate electrode and the upper surface of the insulating layer are flattened, and the height of the upper surface of the gate electrode and the height of the upper surface of the insulating layer are made uniform. be able to.
  • Transistors having such a configuration can easily be reduced in size. By reducing the size of the transistor, the size of the pixel can be reduced, so that the definition of the display device can be improved.
  • the transistor included in the display device preferably has silicon in the channel forming region. This enables high-speed operation of the circuit.
  • the display device may have both a transistor having silicon in the channel forming region and a transistor having a metal oxide in the channel forming region.
  • a transistor having a metal oxide in the channel forming region may be used for the pixel circuit and the gate driver, and a transistor having silicon in the channel forming region may be used for the source driver.
  • a transistor having a metal oxide in the channel forming region may be used for the pixel circuit, and a transistor having silicon in the channel forming region may be used for the source driver and the gate driver.
  • transistors having silicon in the channel forming region may be used for all of the pixel circuit, the gate driver, and the source driver.
  • a transistor having a metal oxide in the channel forming region may be used for all of the pixel circuit, the gate driver, and the source driver.
  • the display device of the present embodiment can increase the definition, it can be suitably used for an electronic device having a relatively small display unit.
  • electronic devices include wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices).
  • wearable devices are mounted on the head such as VR (Virtual Reality) devices such as head-mounted displays, glasses-type AR (Augmented Reality) devices, and MR (Mixed Reality) devices. Possible wearable devices and the like can be mentioned.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of the display device 100A.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the display device 100B.
  • 3 to 7 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the display device 100A and the display device 100B.
  • the configuration and manufacturing method of the display devices 100A and 100B will be described.
  • the display device 100A and the display device 100B include transistors 130a and 130b having silicon in the channel forming region, transistors 120a and 120b having metal oxides in the channel forming region, and light emitting diodes 110a and 110b.
  • the light emitting diode 110a has an electrode 112a, a semiconductor layer 113a, a light emitting layer 114a, a semiconductor layer 115a, and an electrode 117a.
  • the light emitting diode 110b has an electrode 112b, a semiconductor layer 113b, a light emitting layer 114b, a semiconductor layer 115b, and an electrode 117c. Each layer of the light emitting diode may have a single layer structure or a laminated structure.
  • the sub-pixels of each color have a light emitting diode that emits light of the same color.
  • the sub-pixels of each color have a light emitting diode that exhibits blue light.
  • a coloring layer CFR and a color conversion layer CCMR are provided in a region overlapping the light emitting diode 110a of the red sub-pixels.
  • the color conversion layer CCMR has a function of converting blue light into red light.
  • the light emitted by the light emitting diode 110a is converted from blue to red by the color conversion layer CCMR, the purity of the red light is increased by the colored layer CFR, and the light is emitted to the outside of the display device 100A or the display device 100B.
  • a green coloring layer and a color conversion layer for converting blue light into green are provided in a region overlapping the light emitting diode of the green sub-pixel.
  • the light emitted by the light emitting diode of the green sub-pixel is converted from blue to green by the color conversion layer, the purity of the green light is increased by the colored layer, and the outside of the display device 100A or the display device 100B is increased. Is ejected to.
  • the color conversion layer is not provided in the region of the blue sub-pixels that overlaps with the light emitting diode 110b.
  • the blue light emitted by the light emitting diode 110b is emitted to the outside of the display device 100A or the display device 100B without color conversion.
  • a blue colored layer may be provided in a region overlapping the light emitting diode 110b of the blue pixels.
  • the purity of blue light can be increased. Further, when the blue colored layer is not provided, the manufacturing process can be simplified.
  • red light R and blue light B are extracted in the directions of the arrows shown in FIGS. 1 and 2.
  • the display device 100A the light emitted by the light emitting diode 110a is taken out through the color conversion layer CCMR and the colored layer CFR formed on the light emitting diode 110a.
  • the substrate 191 is bonded on the light emitting diode 110a, and the light emitted by the light emitting diode 110a is taken out through the color conversion layer CCMR and the coloring layer CFR formed on the substrate 191. ..
  • the LED substrate 150A shown in FIG. 3A and the circuit board 150B shown in FIG. 3B are manufactured.
  • FIG. 3A shows a cross-sectional view of the LED substrate 150A.
  • the LED substrate 150A has a substrate 101, a semiconductor film 115, a light emitter 114, a semiconductor film 113, a conductive film 112, an insulating layer 103, and an insulating layer 104.
  • the semiconductor film 115, the light emitting body 114, the semiconductor film 113, the conductive film 112, the insulating layer 103, and the insulating layer 104 may have a single-layer structure or a laminated structure, respectively.
  • the LED substrate 150A may have an additional layer. For example, a base layer or the like may be provided between the substrate 101 and the semiconductor film 115.
  • the conductive film 112, the semiconductor film 113, the light emitting body 114, and the semiconductor film 115 are films that are processed in a later step to form a light emitting diode.
  • the light emitting body 114 is sandwiched between the semiconductor film 113 and the semiconductor film 115. In the light emitter 114, electrons and holes are combined to emit light.
  • the semiconductor film 113 and the semiconductor film 115 one is an n-type semiconductor layer and the other is a p-type semiconductor layer.
  • the laminated structure including the semiconductor film 113, the light emitting body 114, and the semiconductor film 115 is formed so as to exhibit light such as red, yellow, green, blue, and ultraviolet light.
  • compounds containing Group 13 elements and Group 15 elements can be used.
  • Group 13 elements include aluminum, gallium, and indium.
  • Group 15 elements include nitrogen, phosphorus, arsenic, and antimony.
  • gallium / phosphorus compound gallium / arsenide compound, gallium / aluminum / arsenic compound, aluminum / gallium / indium / phosphorus compound, gallium nitride (GaN), indium / gallium nitride compound, selenium / zinc compound, etc. are used to emit light.
  • a diode can be made.
  • a compound semiconductor substrate may be used, and for example, a compound semiconductor substrate containing a Group 13 element and a Group 15 element may be used. Further, as the substrate 101, for example, a single crystal substrate such as a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, or a gallium nitride (GaN) substrate can be used.
  • a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, or a gallium nitride (GaN) substrate.
  • the conductive film 112 is a film that is processed in a later step and serves as an electrode of a light emitting diode.
  • Materials that can be used for the conductive film 112 include, for example, metals such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, molybdenum, tantalum, or tungsten, or metals thereof.
  • Ag-Pd-Cu (APC), etc. which is an alloy containing silver, palladium, and copper as a main component, and an oxide such as tin oxide or zinc oxide may be used.
  • the insulating layer 103 and the insulating layer 104 can be formed by using various inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • silicon oxide nitriding has a higher oxygen content than nitrogen as its composition.
  • silicon nitride oxide has a higher nitrogen content than oxygen in its composition.
  • the insulating layer 103 it is preferable to use a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the silicon oxide film.
  • the insulating layer 103 preferably functions as a barrier layer that prevents impurities from diffusing from the LED substrate 150A to the circuit board 150B.
  • the insulating layer 104 is a layer that is directly bonded to the insulating layer of the circuit board 150B. By directly bonding the oxide insulating films to each other, the bonding strength (bonding strength) can be increased.
  • the display device of the present embodiment may have a light emitting diode that exhibits infrared light.
  • a light emitting diode exhibiting infrared light can be used, for example, as a light source of an infrared light sensor.
  • FIG. 3B shows a cross-sectional view of the circuit board 150B.
  • the circuit board 150B has a transistor (transistors 130a, 130b) having a channel forming region on the substrate 131 and a transistor (transistors 120a, 120b) having a channel forming region on a metal oxide laminated.
  • Each layer of the circuit board 150B may have a single-layer structure or a laminated structure.
  • the transistors 130a and 130b have a conductive layer 135, an insulating layer 134, an insulating layer 136, and a pair of low resistance regions 133.
  • the conductive layer 135 functions as a gate.
  • the insulating layer 134 is located between the conductive layer 135 and the substrate 131, and functions as a gate insulating layer.
  • the insulating layer 136 is provided so as to cover the side surface of the conductive layer 135 and functions as a sidewall.
  • the pair of low resistance regions 133 are impurities-doped regions in the substrate 131, one of which functions as a transistor source and the other of which functions as a transistor drain.
  • an element separation layer 132 is provided between two adjacent transistors so as to be embedded in the substrate 131.
  • An insulating layer 139 is provided so as to cover the transistors 130a and 130b, and a conductive layer 138 is provided on the insulating layer 139.
  • the conductive layer 138 is electrically connected to one of the pair of low resistance regions 133 via the conductive layer 137 embedded in the opening of the insulating layer 139.
  • the insulating layer 141 is provided so as to cover the conductive layer 138, and the conductive layer 142 is provided on the insulating layer 141.
  • the conductive layer 138 and the conductive layer 142 each function as wiring.
  • an insulating layer 143 and an insulating layer 152 are provided so as to cover the conductive layer 142, and transistors 120a and 120b are provided on the insulating layer 152.
  • At least one of the insulating layers (insulating layer 139, insulating layer 141, insulating layer 143, and insulating layer 152 in FIG. 3B) provided between the transistors 130a and 130b and the transistors 120a and 120b is used as a barrier layer. It is preferable to use a functional layer.
  • the barrier layer for example, it is preferable to use a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the silicon oxide film.
  • the insulating layer 152 functions as a barrier layer is shown.
  • the insulating layer 152 is a barrier that prevents one or both of water and hydrogen from diffusing from the transistors 130a and 130b to the transistors 120a and 120b and desorbing oxygen from the transistors 120a and 120b to the transistors 130a and 130b. Acts as a layer.
  • the transistors 120a and 120b include a conductive layer 161, an insulating layer 163, an insulating layer 164, a metal oxide layer 165, a pair of conductive layers 166, an insulating layer 167, a conductive layer 168, and the like.
  • One or more of the insulating layers such as the insulating layer 162, the insulating layer 181 and the insulating layer 182, the insulating layer 183, and the insulating layer 185 may be regarded as components of the transistor, but in the present embodiment, the transistor is used. It will be explained without including it in the components of. A specific example of a transistor that can be used in the display device of one aspect of the present invention will be described in detail in the second embodiment.
  • the metal oxide layer 165 has a channel forming region.
  • the metal oxide layer 165 has a first region that overlaps with one of the pair of conductive layers 166, a second region that overlaps with the other of the pair of conductive layers 166, and between the first region and the second region. It has a third region of.
  • a conductive layer 161 and an insulating layer 162 are provided on the insulating layer 152, and an insulating layer 163 and an insulating layer 164 are provided so as to cover the conductive layer 161 and the insulating layer 162.
  • the metal oxide layer 165 is provided on the insulating layer 164.
  • the conductive layer 161 functions as a gate electrode, and the insulating layer 163 and the insulating layer 164 function as a gate insulating layer.
  • the conductive layer 161 overlaps with the metal oxide layer 165 via the insulating layer 163 and the insulating layer 164.
  • the insulating layer 163 preferably functions as a barrier layer like the insulating layer 152. It is preferable to use an oxide insulating film such as a silicon oxide film for the insulating layer 164 in contact with the metal oxide layer 165.
  • the height of the upper surface of the conductive layer 161 is substantially the same as the height of the upper surface of the insulating layer 162. Thereby, the size of the transistors 120a and 120b can be reduced.
  • At least one configuration in which the height of the upper surface of the insulating layer and the height of the upper surface of the conductive layer are substantially the same is applied to the display device of the present embodiment.
  • a method for producing the configuration first, an insulating layer is formed, an opening is provided in the insulating layer, a conductive layer is formed so as to fill the opening, and then a flattening treatment is performed by using a CMP method or the like. Can be mentioned.
  • the height of the upper surface of the conductive layer and the height of the upper surface of the insulating layer can be made uniform.
  • the pair of conductive layers 166 are provided on the metal oxide layer 165 at intervals.
  • the pair of conductive layers 166 functions as a source and a drain.
  • An insulating layer 181 is provided so as to cover the metal oxide layer 165 and the pair of conductive layers 166, and an insulating layer 182 is provided on the insulating layer 181.
  • the insulating layer 181 and the insulating layer 182 are provided with an opening reaching the metal oxide layer 165, and the insulating layer 167 and the conductive layer 168 are embedded inside the opening. The opening overlaps the third region.
  • the insulating layer 167 overlaps the side surface of the insulating layer 181 and the side surface of the insulating layer 182.
  • the conductive layer 168 overlaps the side surface of the insulating layer 181 and the side surface of the insulating layer 182 via the insulating layer 167.
  • the conductive layer 168 functions as a gate electrode, and the insulating layer 167 functions as a gate insulating layer.
  • the conductive layer 168 overlaps with the metal oxide layer 165 via the insulating layer 167.
  • the height of the upper surface of the conductive layer 168 is substantially the same as the height of the upper surface of the insulating layer 182. Thereby, the size of the transistors 120a and 120b can be reduced.
  • the insulating layer 183 and the insulating layer 185 are provided so as to cover the upper surfaces of the insulating layer 182, the insulating layer 167, and the conductive layer 168.
  • the insulating layer 181 and the insulating layer 183 preferably function as a barrier layer in the same manner as the insulating layer 152.
  • One of the pair of conductive layers 166 and a plug electrically connected to the conductive layer 189a are embedded in openings provided in the insulating layer 181, the insulating layer 182, the insulating layer 183, and the insulating layer 185.
  • the plug preferably has a conductive layer 184b in contact with the side surface of the opening and one upper surface of the pair of conductive layers 166, and a conductive layer 184a embedded inside the conductive layer 184b.
  • the conductive layer 184b it is preferable to use a conductive material in which hydrogen and oxygen are difficult to diffuse.
  • a conductive layer 189a and an insulating layer 186 are provided on the insulating layer 185, a conductive layer 189b is provided on the conductive layer 189a, and an insulating layer 187 is provided on the insulating layer 186.
  • An insulating layer 188, a conductive layer 190a, a conductive layer 190b, a conductive layer 190c, and a conductive layer 190d are provided on the insulating layer 187.
  • the insulating layer 186 preferably has a flattening function.
  • the height of the upper surface of the conductive layer 189b substantially coincides with the height of the upper surface of the insulating layer 187.
  • the insulating layer 187 and the insulating layer 186 are provided with an opening reaching the conductive layer 189a, and the conductive layer 189b is embedded inside the opening.
  • the conductive layer 189b functions as a plug that electrically connects the conductive layer 189a and the conductive layer 190a or the conductive layer 190c.
  • the height of the upper surface of the insulating layer 188 is substantially the same as the height of the upper surfaces of the conductive layer 190a, the conductive layer 190b, the conductive layer 190c, and the conductive layer 190d.
  • One of the pair of conductive layers 166 of the transistor 120a is electrically connected to the conductive layer 190a via the conductive layer 184a, the conductive layer 184b, the conductive layer 189a, and the conductive layer 189b.
  • one of the pair of conductive layers 166 of the transistor 120b is electrically connected to the conductive layer 190c via the conductive layer 184a, the conductive layer 184b, the conductive layer 189a, and the conductive layer 189b.
  • the insulating layer 186 is preferably formed by using an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • the insulating layer 187 for example, a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the silicon oxide film can be used.
  • the insulating layer 187 preferably functions as a barrier layer that prevents impurities (hydrogen, water, etc.) from diffusing from the LED substrate 150A to the transistor. Further, the insulating layer 187 preferably functions as a barrier layer for preventing impurities from diffusing from the circuit board 150B to the LED board 150A.
  • the insulating layer 188 is a layer that is directly bonded to the insulating layer 104 of the LED substrate 150A.
  • the insulating layer 188 is preferably formed of the same material as the insulating layer 104. It is preferable to use an oxide insulating film for the insulating layer 188. By directly bonding the oxide insulating films to each other, the bonding strength (bonding strength) can be increased.
  • the layers in contact with each other (layer including the surface layer and the bonding surface) are formed of the same material.
  • Examples of materials that can be used for various conductive layers of the circuit board 150B include aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, molybdenum, tantalum, and tungsten. Examples of the metal or an alloy containing the same as a main component (APC, etc.). Further, an oxide such as tin oxide or zinc oxide may be used.
  • the circuit board 150B may have one or both of a reflection layer that reflects the light of the light emitting diode and a light shielding layer that blocks the light.
  • the transistors 120a and 120b can be used as transistors constituting a pixel circuit. Further, the transistors 130a and 130b can be used as a transistor constituting a pixel circuit or a transistor constituting a drive circuit (one or both of a gate driver and a source driver) for driving the pixel circuit. Further, the transistors 120a, 120b, 130a and 130b can be used as transistors constituting various circuits such as an arithmetic circuit and a storage circuit.
  • a pixel circuit not only a pixel circuit but also a drive circuit and the like can be formed directly under the light emitting diode, so that the display device can be downsized as compared with the case where the drive circuit is provided outside the display unit. be able to. Further, it is possible to realize a display device having a narrow frame (narrow non-display area).
  • the LED substrate 150A and the circuit board 150B are bonded together.
  • the insulating layer 104 provided on the LED substrate 150A and the insulating layer 188 provided on the circuit board 150B are directly bonded.
  • the insulating layer 104 and the insulating layer 188 are preferably composed of the same components.
  • the surfaces treated with hydrophilicity such as oxygen plasma are brought into contact with each other for temporary bonding, and then main bonding is performed by dehydration by heat treatment. Etc. can be used. Since the hydrophilic bonding method also causes bonding at the atomic level, it is possible to obtain mechanically excellent bonding.
  • an oxide insulating film it is preferable to carry out a hydrophilic treatment because the bonding strength can be further increased. When an oxide insulating film is used, it is not necessary to separately perform hydrophilic treatment.
  • the LED substrate 150A is bonded to the circuit board 150B in a state where the film constituting the light emitting diode is formed but the processing such as patterning is not performed. .. Therefore, high alignment accuracy is not required, and the difficulty of bonding can be reduced. As a result, the production yield can be increased even in a display device having high definition and resolution.
  • the substrate 101 is peeled off (FIGS. 5 and 6A).
  • the method of peeling the substrate 101 is not limited, and for example, as shown in FIG. 5, a method of irradiating the entire surface of the substrate 101 with a laser beam (Laser beam) can be mentioned. As a result, the substrate 101 can be peeled off to expose the semiconductor film 115 (FIG. 6A).
  • a laser beam Laser beam
  • an excimer laser a solid-state laser, or the like can be used.
  • a diode-pumped solid-state laser DPSS
  • DPSS diode-pumped solid-state laser
  • a release layer may be provided between the substrate 101 and the light emitting diode (in FIG. 6A, between the substrate 101 and the semiconductor film 115).
  • the release layer can be formed using an organic material or an inorganic material.
  • organic material examples include polyimide resin, acrylic resin, epoxy resin, polyamide resin, polyimideamide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, and phenol resin.
  • Examples of the inorganic material that can be used for the release layer include metals containing elements selected from tungsten, molybdenum, titanium, tantalum, niobium, nickel, cobalt, zirconium, zinc, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, and silicon. Examples thereof include an alloy containing the element, a compound containing the element, and the like.
  • the crystal structure of the layer containing silicon may be amorphous, microcrystal, or polycrystalline.
  • the conductive film 112, the semiconductor film 113, the light emitting body 114, and the semiconductor film 115 are processed, and the electrodes 112a, the electrodes 112b, the semiconductor layer 113a, the semiconductor layer 113b, the light emitting layer 114a, and the light emitting light are processed.
  • the layer 114b, the semiconductor layer 115a, and the semiconductor layer 115b are formed.
  • the insulating layer 102 is formed on the insulating layer 103.
  • the height of the upper surface of the insulating layer 102 substantially coincides with the height of the upper surfaces of the semiconductor layers 115a and 115b.
  • the insulating layer 102 is preferably formed by using an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride. Further, it is preferable that the insulating layer 102 has a function of blocking visible light. Since the insulating layer 102 has a function of blocking visible light, it is possible to suppress the light emitted by the light emitting diode from reaching the adjacent sub-pixels and improve the display quality of the display device.
  • an inorganic insulating material such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride. Further, it is preferable that the insulating layer 102 has a function of blocking visible light. Since the insulating layer 102 has a function of blocking visible light, it is possible to suppress the light emitted by
  • the insulating layer 102 is provided with openings reaching each of the conductive layer 190a, the conductive layer 190b, the conductive layer 190c, the electrode 112a, and the electrode 112b. Although not shown, the insulating layer 102 is also provided with an opening reaching the conductive layer 190d.
  • the conductive layer 116a, the conductive layer 116b, the conductive layer 116c, the conductive layer 116d, and the conductive layer 116e are formed so as to fill these openings.
  • the opening reaching the conductive layer 190d is also filled with the conductive layer.
  • Materials that can be used for the conductive layer 116a to 116d include, for example, aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, molybdenum, tantalum, and tungsten. Examples thereof include metal and alloys containing this as a main component (APC and the like). Further, an oxide such as tin oxide or zinc oxide may be used.
  • the electrode 117a, the conductive layer 117b, the electrode 117c, and the conductive layer 117d are formed on the insulating layer 102.
  • the light emitting diode 110a having the electrode 112a, the semiconductor layer 113a, the light emitting layer 114a, the semiconductor layer 115a, and the electrode 117a can be formed. Further, a light emitting diode 110b having an electrode 112b, a semiconductor layer 113b, a light emitting layer 114b, a semiconductor layer 115b, and an electrode 117c can be formed.
  • the electrode 117a electrically connects the semiconductor layer 115a and the conductive layer 116a.
  • the electrode 117a is electrically connected to the conductive layer 190a via the conductive layer 116a.
  • the transistor 120a and the light emitting diode 110a can be electrically connected.
  • the electrode 117a functions as a pixel electrode of the light emitting diode 110a.
  • the electrode 117a is preferably formed so as to be in contact with the upper surface of the semiconductor layer 115a and the upper surface of the conductive layer 116a.
  • the conductive layer 117b is electrically connected to the electrode 112a via the conductive layer 116b, and is electrically connected to the conductive layer 190b via the conductive layer 116c.
  • the electrode 112a is electrically connected to the conductive layer 190b via the conductive layer 116b, the conductive layer 117b, and the conductive layer 116c.
  • the electrode 112b functions as a common electrode of the light emitting diode 110a.
  • the electrode 117c electrically connects the semiconductor layer 115b and the conductive layer 116d.
  • the electrode 117c is electrically connected to the conductive layer 190c via the conductive layer 116d.
  • the transistor 120b and the light emitting diode 110b can be electrically connected.
  • the electrode 117c functions as a pixel electrode of the light emitting diode 110b.
  • the electrode 117c is preferably formed so as to be in contact with the upper surface of the semiconductor layer 115b and the upper surface of the conductive layer 116d.
  • the conductive layer 117d is electrically connected to the electrode 112b via the conductive layer 116e, and is electrically connected to the conductive layer 190d via the conductive layer (not shown).
  • the electrode 112b is electrically connected to the conductive layer 190d via the conductive layer 116e, the conductive layer 117d, and the like.
  • the electrode 112b functions as a common electrode of the light emitting diode 110b.
  • the insulating layer 102 may be provided with an opening surrounding the light emitting diode, and the light-shielding layer BM may be embedded in the opening.
  • the material of the light-shielding layer BM is not particularly limited, and for example, an inorganic material such as a metal material or an organic material such as a resin material containing a pigment (carbon black or the like) or a dye can be used.
  • the color conversion layer CCMR and the colored layer CFR are formed in the region overlapping with the light emitting diode 110a. Further, a blue colored layer may be formed in a region overlapping the light emitting diode 110b.
  • the color conversion layer CCMR is formed on the light emitting diode 110a, and the colored layer CFR is formed on the color conversion layer CCMR.
  • the color conversion layer CCMR may be formed directly on the light emitting diode 110a. Further, as shown in FIG. 1, an insulating layer may be formed on the light emitting diode 110a, and a color conversion layer CCMR may be formed on the insulating layer.
  • FIG. 1 shows an example in which an insulating layer 193 is formed on an insulating layer 102, and an insulating layer 194 is formed on an electrode 117a, a conductive layer 117b, an electrode 117c, a conductive layer 117d, and an insulating layer 193.
  • Various insulating materials can be used for the insulating layer 193 and the insulating layer 194, respectively.
  • the insulating layer provided between the light emitting diode 110a and the color conversion layer CCMR is at least a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the silicon oxide film. It is preferable to have one layer.
  • FIG. 1 shows an example in which an insulating layer 193 is formed on an insulating layer 102, and an insulating layer 194 is formed on an electrode 117a, a conductive layer 117b, an electrode 117c, a
  • FIG. 1 shows an example in which an oxide insulating film (silicon oxide film or the like) is used for the insulating layer 193, and a film in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the silicon oxide film is used for the insulating layer 194.
  • oxide insulating film silicon oxide film or the like
  • the formation surface of the color conversion layer CCMR is preferably flat.
  • FIG. 1 shows an example in which the upper surfaces of the electrodes 117a, the conductive layer 117b, the electrodes 117c, and the conductive layer 117d are substantially aligned with the upper surface of the insulating layer 193.
  • quantum dots have a narrow peak width in the emission spectrum, and can obtain emission with good color purity. Thereby, the display quality of the display device can be improved.
  • the color conversion layer can be formed by using a droplet ejection method (for example, an inkjet method), a coating method, an imprint method, various printing methods (screen printing, offset printing), or the like. Further, a color conversion film such as a quantum dot film may be used.
  • a droplet ejection method for example, an inkjet method
  • a coating method for example, an imprint method
  • various printing methods screen printing, offset printing
  • a color conversion film such as a quantum dot film may be used.
  • the material constituting the quantum dot is not particularly limited, and for example, it belongs to a group 14 element, a group 15 element, a group 16 element, a compound composed of a plurality of group 14 elements, and groups 4 to 14.
  • quantum dots examples include a core type, a core-shell type, and a core-multishell type.
  • a protective agent is attached or a protecting group is provided on the surface of the quantum dots. By the attachment of the protective agent or the provision of the protecting group, aggregation can be prevented and the solubility in a solvent can be enhanced. It is also possible to reduce reactivity and improve electrical stability.
  • the size of the quantum dots is appropriately adjusted so that light having a desired wavelength can be obtained.
  • the emission of the quantum dots shifts to the blue side, that is, to the high energy side. Therefore, by changing the size of the quantum dots, the wavelengths of the spectra in the ultraviolet region, visible region, and infrared region are used. The emission wavelength can be adjusted over the region.
  • the size (diameter) of the quantum dots is, for example, 0.5 nm or more and 20 nm or less, preferably 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the narrower the size distribution of the quantum dots the narrower the emission spectrum becomes, and the better the color purity of the quantum dots can be obtained.
  • the shape of the quantum dot is not particularly limited, and may be spherical, rod-shaped, disk-shaped, or other shape.
  • a quantum rod, which is a rod-shaped quantum dot has a function of exhibiting directional light.
  • the colored layer is a colored layer that transmits light in a specific wavelength range.
  • a color filter that transmits light in the red, green, blue, or yellow wavelength range can be used.
  • the material that can be used for the colored layer include a metal material, a resin material, a resin material containing a pigment or a dye, and the like.
  • a substrate 191 provided with the coloring layer CFR and the color conversion layer CCMR is prepared.
  • the substrate 191 Since the substrate 191 is located on the side from which the light from the light emitting diode is taken out, it is preferable to use a material having high transparency to visible light. Examples of the material that can be used for the substrate 191 include glass, quartz, sapphire, and resin. A film such as a resin film may be used for the substrate 191. This makes it possible to reduce the weight and thickness of the display device.
  • the substrate 191 is bonded using the adhesive layer 192 so that the colored layer CFR and the color conversion layer CCMR overlap with the light emitting diode 110a. Thereby, the display device 100B can be manufactured.
  • various curable adhesives such as a photocurable adhesive such as an ultraviolet curable type, a reaction curable type adhesive, a thermosetting type adhesive, and an anaerobic type adhesive can be used. Moreover, you may use an adhesive sheet or the like.
  • FIG. 2 shows an example in which the adhesive layer 192 is in contact with the insulating layer 102 and the electrode 117a
  • the insulating layer (for example, the insulating layer 193 and the insulating layer 193 shown in FIG. 1) is attached to one or both of the insulating layer 102 and the electrode 117a.
  • One or both of the insulating layers 194) may be provided, and the insulating layer and the adhesive layer 192 may be in contact with each other.
  • a plurality of light emitting diodes may be electrically connected to one transistor.
  • At least one of the size, channel length, channel width, structure, and the like of the transistor driving the light emitting diode may be different from each other for each color exhibited by the sub-pixel.
  • one or both of the channel length and the channel width of the transistor may be changed for each color according to the amount of current required to emit light with a desired brightness.
  • the display device of one aspect of the present invention may be a display device (also referred to as an input / output device or a touch panel) equipped with a touch sensor.
  • the detection device (also referred to as a sensor device, a detection element, or a sensor element) included in the touch panel of one aspect of the present invention is not limited.
  • Various sensors capable of detecting the proximity or contact of the object to be detected such as a finger and a stylus can be applied as a detection device.
  • various methods such as a capacitance method, a resistance film method, a surface acoustic wave method, an infrared method, an optical method, and a pressure sensitive method can be used.
  • the capacitance method there are a surface type capacitance method, a projection type capacitance method and the like. Further, as the projection type capacitance method, there are a self-capacitance method, a mutual capacitance method and the like. It is preferable to use the mutual capacitance method because simultaneous multipoint detection is possible.
  • the touch panel of one aspect of the present invention has a configuration in which a separately manufactured display device and a detection device are bonded together, a configuration in which electrodes or the like constituting the detection device are provided on one or both of a substrate supporting the display device and a facing substrate, and the like. , Various configurations can be applied.
  • Display device configuration example 2 The display device 100C shown in FIG. 8 differs from the display device 100A shown in FIG. 1 mainly in that it does not have transistors 120a and 120b.
  • a pixel circuit is formed by using transistors (transistors 130a and 130b) having a channel forming region on the substrate 131. Further, using a transistor having a channel forming region on the substrate 131, various circuits such as a drive circuit (one or both of a gate driver and a source driver) for driving the pixel circuit, an arithmetic circuit, and a storage circuit are formed. May be good.
  • the display device 100C can be manufactured by the same method as the display device 100A except that the configuration of the circuit board to be manufactured is different.
  • the configuration of the circuit board will be described below.
  • the configuration from the substrate 131 to the conductive layer 138 is the same as the configuration of the circuit board 150B (FIG. 3B). Further, an insulating layer 186 is provided on the conductive layer 138, a conductive layer 189 is provided on the conductive layer 138, and an insulating layer 187 is provided on the insulating layer 186. An insulating layer 188, a conductive layer 190a, a conductive layer 190b, a conductive layer 190c, and a conductive layer 190d are provided on the insulating layer 187.
  • the insulating layer 186 preferably has a flattening function.
  • the height of the upper surface of the conductive layer 189 is substantially the same as the height of the upper surface of the insulating layer 187.
  • the insulating layer 187 and the insulating layer 186 are provided with an opening reaching the conductive layer 138, and the conductive layer 189 is embedded inside the opening.
  • the conductive layer 189 functions as a plug that electrically connects the conductive layer 138 and the conductive layer 190a or the conductive layer 190c.
  • the height of the upper surface of the insulating layer 188 is substantially the same as the height of the upper surfaces of the conductive layer 190a, the conductive layer 190b, the conductive layer 190c, and the conductive layer 190d.
  • the substrate on which the laminated film is formed and the substrate on which the transistor is formed are bonded to each other. At the time, high alignment accuracy is not required. Therefore, even when a display device having a large number of pixels or a high-definition display device is manufactured, the difficulty of bonding can be reduced and the manufacturing yield of the display device can be increased.
  • a film of the same material is formed on the first insulating layer on a plurality of transistors and the second insulating layer on the laminated film constituting the light emitting diode.
  • a film, more preferably a silicon oxide film is used.
  • the third insulating layer and the fourth insulating layer a film in which one or both of hydrogen and oxygen are less likely to diffuse than the first insulating layer and the second insulating layer is used.
  • the third insulating layer and the fourth insulating layer it is preferable to use at least one of an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, and a silicon nitride film, and it is particularly preferable to use a silicon nitride film. preferable.
  • impurities entering the transistor and the light emitting diode can be suitably suppressed.
  • the display device of the present embodiment can reduce the size of the transistor, it is easy to increase the definition and to apply it to an electronic device having a relatively small display unit.
  • the structure of the transistor included in the display device is not particularly limited. For example, it may be a planar type transistor, a stagger type transistor, or an inverted stagger type transistor. Further, a transistor structure having either a top gate structure or a bottom gate structure may be used. Alternatively, gate electrodes may be provided above and below the channel.
  • the transistor included in the display device for example, a transistor using a metal oxide in the channel forming region can be used. As a result, a transistor having an extremely small off-current can be realized.
  • a transistor having silicon in the channel forming region may be applied to the transistor included in the display device.
  • the transistor include a transistor having amorphous silicon, a transistor having crystalline silicon (typically, low-temperature polysilicon), and a transistor having single crystal silicon.
  • a transistor using a metal oxide in the channel forming region and a transistor having silicon in the channel forming region may be used in combination.
  • the transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source. Then, it has a region (hereinafter, also referred to as a channel forming region) in which a channel is formed between the drain (drain terminal, drain region, or drain electrode) and the source (source terminal, source region, or source electrode). It is possible to pass a current between the source and the drain through the channel forming region.
  • the channel forming region means a region in which a current mainly flows.
  • the functions of the source and the drain may be interchanged when transistors having different polarities are adopted or when the direction of the current changes in the circuit operation. Therefore, in the present specification and the like, the terms source and drain may be used interchangeably.
  • the channel length is, for example, the source in the top view of the transistor, the region where the semiconductor (or the portion where the current flows in the semiconductor when the transistor is on) and the gate electrode overlap each other, or the channel formation region.
  • the channel length does not always take the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in the present specification, the channel length is set to any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the channel formation region.
  • the channel width is, for example, the channel length direction in the region where the semiconductor (or the portion where the current flows in the semiconductor when the transistor is on) and the gate electrode overlap each other in the top view of the transistor, or in the channel formation region. Refers to the length of the channel formation region in the vertical direction with reference to. In one transistor, the channel width does not always take the same value in all regions. That is, the channel width of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in the present specification, the channel width is set to any one value, the maximum value, the minimum value, or the average value in the channel formation region.
  • the channel width in the region where the channel is actually formed (hereinafter, also referred to as “effective channel width”) and the channel width shown in the top view of the transistor. (Hereinafter, also referred to as “apparent channel width”) and may be different.
  • the effective channel width may be larger than the apparent channel width, and the influence thereof may not be negligible.
  • the proportion of the channel forming region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width is larger than the apparent channel width.
  • channel width may refer to an apparent channel width.
  • channel width may refer to an effective channel width.
  • the values of the channel length, channel width, effective channel width, apparent channel width, and the like can be determined by analyzing a cross-sectional TEM (Transmission Electron Microscope) image or the like.
  • insulator can be paraphrased as an insulating film or an insulating layer.
  • conductor can be rephrased as a conductive film or a conductive layer.
  • oxide can be paraphrased as an oxide film or an oxide layer.
  • semiconductor can be paraphrased as a semiconductor film or a semiconductor layer.
  • FIG. 9A shows a top view of the transistor 200. In FIG. 9A, some elements are not shown for the sake of clarity.
  • FIG. 9B shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A1-A2 in FIG. 9A.
  • FIG. 9B can be said to be a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.
  • FIG. 9C shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A3-A4 in FIG. 9A.
  • FIG. 9C can be said to be a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction.
  • FIG. 9D shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A5-A6 in FIG. 9A.
  • the semiconductor devices shown in FIGS. 9A to 9D include an insulator 212 on a substrate (not shown), an insulator 214 on the insulator 212, a transistor 200 on the insulator 214, and an insulator 280 on the transistor 200. And an insulator 282 on the insulator 280, an insulator 283 on the insulator 282, and an insulator 285 on the insulator 283.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, and the insulator 285 function as an interlayer insulating film.
  • conductor 240 (conductor 240a and conductor 240b) that is electrically connected to the transistor 200 and functions as a plug.
  • An insulator 241 (insulator 241a and insulator 241b) is provided in contact with the side surface of the conductor 240 that functions as a plug.
  • a conductor 246 (conductor 246a and a conductor 246b) that is electrically connected to the conductor 240 and functions as wiring is provided.
  • the insulator 241a is provided in contact with the inner wall of the opening of the insulator 280, the insulator 282, the insulator 283, and the insulator 285, and the first conductor of the conductor 240a is provided in contact with the side surface of the insulator 241a. Further, a second conductor of the conductor 240a is provided inside. Further, the insulator 241b is provided in contact with the inner wall of the opening of the insulator 280, the insulator 282, and the insulator 283, and the first conductor of the conductor 240b is provided in contact with the side surface of the insulator 241b. A second conductor of the conductor 240b is provided inside.
  • the height of the upper surface of the conductor 240 and the height of the upper surface of the insulator 285 in the region overlapping the conductor 246 can be made about the same.
  • the conductor 240 may be provided as a single layer or a laminated structure having three or more layers. When the structure has a laminated structure, an ordinal number may be given in the order of formation to distinguish them.
  • the transistor 200 includes an insulator 216 on the insulator 214 and a conductor 205 (conductor 205a, conductor 205b, and conductor 205) arranged so as to be embedded in the insulator 216. 205c), the insulator 222 on the insulator 216 and the conductor 205, the insulator 224 on the insulator 222, the oxide 230a on the insulator 224, and the oxide 230b on the oxide 230a.
  • Oxide 243 (oxide 243a and oxide 243b) on oxide 230b, conductor 242a on oxide 243a, insulator 271a on conductor 242a, conductor 242b on oxide 243b, and conductivity.
  • Insulator 275 which is arranged in the above.
  • the oxide 230a and the oxide 230b may be collectively referred to as the oxide 230.
  • the conductor 242a and the conductor 242b may be collectively referred to as a conductor 242.
  • the insulator 271a and the insulator 271b may be collectively referred to as an insulator 271.
  • the insulator 280 and the insulator 275 are provided with an opening reaching the oxide 230b.
  • An insulator 250 and a conductor 260 are arranged in the opening. Further, in the channel length direction of the transistor 200, the conductor 260 and the insulator 250 are provided between the insulator 271a, the conductor 242a, and the oxide 243a, and the insulator 271b, the conductor 242b, and the oxide 243b. Has been done.
  • the insulator 250 has a region in contact with the side surface of the conductor 260 and a region in contact with the bottom surface of the conductor 260.
  • the oxide 230 preferably has an oxide 230a arranged on the insulator 224 and an oxide 230b arranged on the oxide 230a.
  • the oxide 230a By having the oxide 230a under the oxide 230b, it is possible to suppress the diffusion of impurities into the oxide 230b from the structure formed below the oxide 230a.
  • the transistor 200 shows a configuration in which the oxide 230 is laminated with two layers of the oxide 230a and the oxide 230b, but the present invention is not limited to this.
  • a single layer of the oxide 230b or a laminated structure of three or more layers may be provided, or each of the oxide 230a and the oxide 230b may have a laminated structure.
  • the conductor 260 functions as a first gate (also referred to as a top gate) electrode, and the conductor 205 functions as a second gate (also referred to as a back gate) electrode.
  • the insulator 250 functions as a first gate insulating film, and the insulator 224 and the insulator 222 function as a second gate insulating film.
  • the conductor 242a functions as one of the source electrode and the drain electrode, and the conductor 242b functions as the other of the source electrode and the drain electrode.
  • at least a part of the region of the oxide 230 that overlaps with the conductor 260 functions as a channel forming region.
  • the oxide 230b has one of the source region and the drain region in the region superimposing on the conductor 242a, and has the other of the source region and the drain region in the region superimposing on the conductor 242b. Further, the oxide 230b has a channel forming region (a region shown by a shaded portion in FIG. 9B) in a region sandwiched between the source region and the drain region.
  • the channel formation region is a high resistance region having a low carrier concentration because it has less oxygen deficiency or a lower impurity concentration than the source region and drain region.
  • the carrier concentration in the channel formation region is preferably 1 ⁇ 10 18 cm -3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 17 cm -3, and less than 1 ⁇ 10 16 cm -3. It is even more preferably less than 1 ⁇ 10 13 cm -3 , even more preferably less than 1 ⁇ 10 12 cm -3.
  • the lower limit of the carrier concentration in the channel formation region is not particularly limited, but may be, for example, 1 ⁇ 10 -9 cm -3 .
  • the oxide 230a may also have a channel formation region, a source region, and a drain region.
  • a metal oxide also referred to as an oxide semiconductor
  • oxide 230 oxide 230a and oxide 230b
  • the metal oxide functioning as a semiconductor it is preferable to use a metal oxide having a band gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more. As described above, by using a metal oxide having a large bandgap, the off-current of the transistor can be reduced.
  • oxide 230 for example, an In-M-Zn oxide having indium, element M and zinc (element M is aluminum, gallium, yttrium, tin, copper, vanadium, beryllium, boron, titanium, iron, nickel, germanium). , Zinc, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. (one or more) and other metal oxides may be used. Further, as the oxide 230, In—Ga oxide, In—Zn oxide, or indium oxide may be used.
  • the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide 230b is larger than the atomic number ratio of In to the element M in the metal oxide used for the oxide 230a.
  • a metal oxide having a composition in the vicinity thereof may be used.
  • a metal oxide having a composition may be used.
  • the composition in the vicinity includes a range of ⁇ 30% of the desired atomic number ratio. Further, it is preferable to use gallium as the element M.
  • the above atomic number ratio is not limited to the atomic number ratio of the formed metal oxide, but is the atomic number ratio of the sputtering target used for forming the metal oxide. It may be.
  • the oxide 230a under the oxide 230b By arranging the oxide 230a under the oxide 230b in this way, it is possible to suppress the diffusion of impurities and oxygen from the structure formed below the oxide 230a to the oxide 230b. ..
  • the oxide 230a and the oxide 230b have a common element (main component) other than oxygen, the defect level density at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b can be lowered. Since the defect level density at the interface between the oxide 230a and the oxide 230b can be lowered, the influence of interfacial scattering on carrier conduction is small, and a high on-current can be obtained.
  • each oxide 230b has crystallinity.
  • CAAC-OS c-axis aligned crystalline semiconductor semiconductor
  • CAAC-OS is highly crystalline, has a dense structure, impurities and defects (e.g. oxygen vacancies (V O: also called oxygen Vacancy) etc.) is less metal oxides.
  • the CAAC-OS is subjected to heat treatment at a temperature at which the metal oxide does not polycrystallize (for example, 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower), whereby CAAC-OS has a more crystalline and dense structure. Can be. In this way, by increasing the density of CAAC-OS, the diffusion of impurities or oxygen in the CAAC-OS can be further reduced.
  • the metal oxide having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the metal oxide having CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
  • At least one of the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283 has impurities such as water and hydrogen from the substrate side or from above the transistor 200. It is preferable that it functions as a barrier insulating film that suppresses diffusion into.
  • At least one of insulator 212, insulator 214, insulator 271, insulator 275, insulator 282, and insulator 283 is a hydrogen atom, a hydrogen molecule, a water molecule, a nitrogen atom, a nitrogen molecule, and a nitrogen oxide molecule
  • an insulating material having a function of suppressing the diffusion of impurities such as N 2 O, NO, NO 2
  • copper atoms the above impurities are difficult to permeate
  • it is preferable to use an insulating material having a function of suppressing the diffusion of oxygen for example, at least one oxygen atom, oxygen molecule, etc.) (the oxygen is difficult to permeate).
  • the barrier insulating film refers to an insulating film having a barrier property.
  • the barrier property is a function of suppressing the diffusion of the corresponding substance (also referred to as low permeability).
  • the corresponding substance has a function of capturing and fixing (also referred to as gettering).
  • Examples of the insulator 212, insulator 214, insulator 271, insulator 275, insulator 282, and insulator 283 include aluminum oxide, magnesium oxide, hafnium oxide, gallium oxide, indium gallium zinc oxide, and silicon nitride. Alternatively, silicon nitride oxide or the like can be used. For example, as the insulator 212, the insulator 275, and the insulator 283, it is preferable to use silicon nitride or the like having a higher hydrogen barrier property. Further, for example, as the insulator 214, the insulator 271, and the insulator 282, it is preferable to use aluminum oxide or magnesium oxide having a high function of capturing hydrogen and fixing hydrogen.
  • the transistor 200 has an insulator 212, an insulator 214, an insulator 271, an insulator 275, an insulator 282, and an insulator 283, which have a function of suppressing the diffusion of impurities such as water and hydrogen, and oxygen. It is preferable to have a structure surrounded by.
  • an oxide having an amorphous structure as the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283.
  • a metal oxide such as AlO x (x is an arbitrary number larger than 0) or MgO y (y is an arbitrary number larger than 0).
  • an oxygen atom has a dangling bond, and the dangling bond may have a property of capturing or fixing hydrogen.
  • a metal oxide having such an amorphous structure as a component of the transistor 200 or providing it around the transistor 200, hydrogen contained in the transistor 200 or hydrogen existing around the transistor 200 is captured or fixed. be able to. In particular, it is preferable to capture or fix hydrogen contained in the channel forming region of the transistor 200.
  • a metal oxide having an amorphous structure as a component of the transistor 200 or providing it around the transistor 200, the transistor 200 having good characteristics and high reliability and a semiconductor device can be manufactured.
  • the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283 preferably have an amorphous structure, but a region having a polycrystalline structure is partially formed. May be good. Further, the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283 have a multilayer structure in which a layer having an amorphous structure and a layer having a polycrystalline structure are laminated. May be good. For example, it may be a laminated structure in which a layer having a polycrystalline structure is formed on a layer having an amorphous structure.
  • the film formation of the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283 may be performed by using, for example, a sputtering method. Since it is not necessary to use hydrogen as the film forming gas in the sputtering method, the hydrogen concentration of the insulator 212, the insulator 214, the insulator 271, the insulator 275, the insulator 282, and the insulator 283 can be reduced.
  • the film forming method is not limited to the sputtering method, and a CVD method, an MBE method, a PLD method, an ALD method, or the like may be appropriately used.
  • the insulator 216, the insulator 280, and the insulator 285 preferably have a lower dielectric constant than the insulator 214.
  • a material having a low dielectric constant as an interlayer insulating film, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated between the wirings.
  • silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide added with fluorine, silicon oxide added with carbon, carbon and nitrogen were added. Silicon oxide, silicon oxide having pores, or the like may be appropriately used.
  • the conductor 205 is arranged so as to overlap the oxide 230 and the conductor 260.
  • the conductor 205 has a conductor 205a, a conductor 205b, and a conductor 205c.
  • the conductor 205a is provided in contact with the bottom surface and the side wall of the opening.
  • the conductor 205b is provided so as to be embedded in the recess formed in the conductor 205a.
  • the upper surface of the conductor 205b is lower than the upper surface of the conductor 205a and the upper surface of the insulator 216.
  • the conductor 205c is provided in contact with the upper surface of the conductor 205b and the side surface of the conductor 205a.
  • the height of the upper surface of the conductor 205c is substantially the same as the height of the upper surface of the conductor 205a and the height of the upper surface of the insulator 216. That is, the conductor 205b is wrapped in the conductor 205a and the conductor 205c.
  • the conductor 205a and the conductor 205c a conductive material that can be used for the conductor 260a described later may be used.
  • the conductor 205b a conductive material that can be used for the conductor 260b described later may be used.
  • the conductor 205 shows a configuration in which the conductor 205a, the conductor 205b, and the conductor 205c are laminated, but the present invention is not limited to this.
  • the conductor 205 may be provided as a single-layer, two-layer, or four-layer or higher laminated structure.
  • the insulator 222 and the insulator 224 function as a gate insulating film.
  • the insulator 222 preferably has a function of suppressing the diffusion of hydrogen (for example, at least one hydrogen atom, hydrogen molecule, etc.). Further, the insulator 222 preferably has a function of suppressing the diffusion of oxygen (for example, at least one oxygen atom, oxygen molecule, etc.). For example, it is preferable that the insulator 222 can suppress the diffusion of one or both of hydrogen and oxygen more than the insulator 224.
  • the insulator 222 it is preferable to use an insulator containing oxides of one or both of aluminum and hafnium, which are insulating materials.
  • the insulator it is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate) and the like.
  • a barrier insulating film that can be used for the above-mentioned insulator 214 or the like may be used.
  • the insulator 224 silicon oxide, silicon oxide nitride, or the like may be appropriately used. By providing the insulator 224 containing oxygen in contact with the oxide 230, oxygen deficiency in the oxide 230 can be reduced and the reliability of the transistor 200 can be improved. Further, the insulator 224 is preferably processed into an island shape so as to be superimposed on the oxide 230a. In this case, the insulator 275 is in contact with the side surface of the insulator 224 and the upper surface of the insulator 222.
  • the insulator 224 and the insulator 280 can be separated by the insulator 275, so that the oxygen contained in the insulator 280 diffuses into the insulator 224 and the oxygen in the insulator 224 becomes excessive. It can be suppressed.
  • the insulator 222 and the insulator 224 may have a laminated structure of two or more layers.
  • the laminated structure is not limited to the same material, and may be a laminated structure made of different materials.
  • FIG. 9B and the like show a configuration in which the insulator 224 is superposed on the oxide 230a to form an island shape, the present invention is not limited to this. If the amount of oxygen contained in the insulator 224 can be adjusted appropriately, the insulator 224 may not be patterned, as in the insulator 222.
  • Oxide 243a and oxide 243b are provided on oxide 230b.
  • the oxide 243a and the oxide 243b are provided so as to be separated from each other with the conductor 260 interposed therebetween.
  • the oxide 243 (oxide 243a and oxide 243b) preferably has a function of suppressing the permeation of oxygen.
  • electricity between the conductor 242 and the oxide 230b can be obtained. This is preferable because the resistance is reduced. If the electrical resistance between the conductor 242 and the oxide 230b can be sufficiently reduced, the oxide 243 may not be provided.
  • a metal oxide having an element M may be used.
  • the element M aluminum, gallium, yttrium, or tin may be used.
  • Oxide 243 preferably has a higher concentration of element M than oxide 230b.
  • gallium oxide may be used as the oxide 243.
  • a metal oxide such as In—M—Zn oxide may be used.
  • the atomic number ratio of the element M to In is preferably larger than the atomic number ratio of the element M to In in the metal oxide used for the oxide 230b.
  • the film thickness of the oxide 243 is preferably 0.5 nm or more and 5 nm or less, more preferably 1 nm or more and 3 nm or less, and further preferably 1 nm or more and 2 nm or less.
  • the conductor 242a is provided in contact with the upper surface of the oxide 243a, and the conductor 242b is provided in contact with the upper surface of the oxide 243b.
  • the conductor 242a and the conductor 242b each function as a source electrode or a drain electrode of the transistor 200.
  • Examples of the conductor 242 include a nitride containing tantalum, a nitride containing titanium, a nitride containing molybdenum, a nitride containing tungsten, a nitride containing tantalum and aluminum, and titanium. It is preferable to use a nitride containing aluminum and the like. In one aspect of the invention, tantalum-containing nitrides are particularly preferred. Further, for example, ruthenium oxide, ruthenium nitride, an oxide containing strontium and ruthenium, an oxide containing lanthanum and nickel, and the like may be used. These materials are preferable because they are conductive materials that are difficult to oxidize or materials that maintain conductivity even when oxygen is absorbed.
  • the conductor 242 it is preferable that no curved surface is formed between the side surface of the conductor 242 and the upper surface of the conductor 242.
  • the cross-sectional area of the conductor 242 in the cross section in the channel width direction as shown in FIG. 9D can be increased.
  • the conductivity of the conductor 242 can be increased, and the on-current of the transistor 200 can be increased.
  • the insulator 271a is provided in contact with the upper surface of the conductor 242a, and the insulator 271b is provided in contact with the upper surface of the conductor 242b.
  • the insulator 275 is in contact with the upper surface of the insulator 222, the side surface of the insulator 224, the side surface of the oxide 230a, the side surface of the oxide 230b, the side surface of the oxide 243, the side surface of the conductor 242, the side surface and the upper surface of the insulator 271. Is provided.
  • the insulator 275 has an opening formed in a region where the insulator 250 and the conductor 260 are provided.
  • the insulator 224 or the insulator can be provided. It is possible to capture impurities such as hydrogen contained in 216 and the like so that the amount of hydrogen in the region becomes a constant value. In this case, it is preferable that the insulator 214, the insulator 271, and the insulator 275 contain aluminum oxide having an amorphous structure.
  • the insulator 250 has an insulator 250a and an insulator 250b on the insulator 250a, and functions as a gate insulating film. Further, the insulator 250a may be arranged in contact with the upper surface of the oxide 230b, the side surface of the oxide 243, the side surface of the conductor 242, the side surface of the insulator 271, the side surface of the insulator 275, and the side surface of the insulator 280. preferable.
  • the film thickness of the insulator 250 is preferably 1 nm or more and 20 nm or less.
  • the insulator 250a includes silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, silicon oxide having pores, and the like. Can be used. In particular, silicon oxide and silicon nitride nitride are preferable because they are stable against heat. Like the insulator 224, the insulator 250a preferably has a reduced concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulator 250.
  • the insulator 250a is formed by using an insulator in which oxygen is released by heating
  • the insulator 250b is formed by using an insulator having a function of suppressing the diffusion of oxygen.
  • oxygen contained in the insulator 250a can be suppressed from diffusing into the conductor 260. That is, it is possible to suppress a decrease in the amount of oxygen supplied to the oxide 230.
  • oxidation of the conductor 260 by oxygen contained in the insulator 250a can be suppressed.
  • the insulator 250b can be provided using the same material as the insulator 222.
  • the insulator 250b specifically, a metal oxide containing one or more selected from hafnium, aluminum, gallium, yttrium, zirconium, tungsten, titanium, tantalum, nickel, germanium, magnesium and the like.
  • a metal oxide that can be used as the oxide 230 can be used.
  • the insulator it is preferable to use aluminum oxide, hafnium oxide, an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate) and the like.
  • the film thickness of the insulator 250b is preferably 0.5 nm or more and 3.0 nm or less, and more preferably 1.0 nm or more and 1.5 nm or less.
  • the insulator 250 is shown in a two-layer laminated structure in FIGS. 9B and 9C, the present invention is not limited to this.
  • the insulator 250 may have a single layer or a laminated structure of three or more layers.
  • the conductor 260 is provided on the insulator 250b and functions as a first gate electrode of the transistor 200.
  • the conductor 260 preferably has a conductor 260a and a conductor 260b arranged on the conductor 260a.
  • the conductor 260a is preferably arranged so as to wrap the bottom surface and the side surface of the conductor 260b.
  • the upper surface of the conductor 260 substantially coincides with the upper surface of the insulator 250.
  • the conductor 260 is shown as a two-layer structure of the conductor 260a and the conductor 260b in FIGS. 9B and 9C, it may be a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers.
  • the conductor 260a it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the diffusion of impurities such as hydrogen atom, hydrogen molecule, water molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide molecule and copper atom.
  • impurities such as hydrogen atom, hydrogen molecule, water molecule, nitrogen atom, nitrogen molecule, nitrogen oxide molecule and copper atom.
  • a conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen for example, at least one oxygen atom, oxygen molecule, etc.
  • the conductor 260a has a function of suppressing the diffusion of oxygen, it is possible to prevent the conductor 260b from being oxidized by the oxygen contained in the insulator 250 and the conductivity from being lowered.
  • the conductive material having a function of suppressing the diffusion of oxygen for example, titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide and the like are preferably used.
  • the conductor 260 also functions as wiring, it is preferable to use a conductor having high conductivity.
  • a conductor having high conductivity for example, as the conductor 260b, a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component can be used.
  • the conductor 260b may have a laminated structure, for example, a laminated structure of titanium or titanium nitride and the conductive material.
  • the conductor 260 is self-aligned so as to fill the opening formed in the insulator 280 or the like.
  • the conductor 260 can be reliably arranged in the region between the conductor 242a and the conductor 242b without aligning the conductor 260.
  • the height of the bottom surface of the conductor 260 in the region not overlapping with the oxide 230b when the bottom surface of the insulator 222 is used as a reference in the channel width direction of the transistor 200 is the oxide. It is preferably lower than the height of the bottom surface of 230b.
  • the conductor 260 which functions as a gate electrode, covers the side surface and the upper surface of the channel forming region of the oxide 230b via an insulator 250 or the like, so that the electric field of the conductor 260 is covered with the channel forming region of the oxide 230b. It becomes easier to act on the whole. Therefore, the on-current of the transistor 200 can be increased and the frequency characteristics can be improved.
  • the difference is 0 nm or more and 100 nm or less, preferably 3 nm or more and 50 nm or less, and more preferably 5 nm or more and 20 nm or less.
  • the insulator 280 is provided on the insulator 275, and an opening is formed in a region where the insulator 250 and the conductor 260 are provided. Further, the upper surface of the insulator 280 may be flattened. In this case, it is preferable that the upper surface of the insulator 280 substantially coincides with the upper surface of the insulator 250 and the upper surface of the conductor 260.
  • the insulator 282 is provided in contact with the upper surface of the insulator 280, the upper surface of the insulator 250, and the upper surface of the conductor 260.
  • the insulator 282 preferably functions as a barrier insulating film that suppresses the diffusion of impurities such as water and hydrogen into the insulator 280 from above, and preferably has a function of capturing impurities such as hydrogen. Further, the insulator 282 preferably functions as a barrier insulating film that suppresses the permeation of oxygen.
  • an insulator such as aluminum oxide may be used.
  • the insulator 282 which has a function of capturing impurities such as hydrogen in contact with the insulator 280 in the region sandwiched between the insulator 212 and the insulator 283, hydrogen contained in the insulator 280 and the like, etc. Impurities can be captured and the amount of hydrogen in the region can be kept constant.
  • the conductor 240a and the conductor 240b it is preferable to use a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component. Further, the conductor 240a and the conductor 240b may have a laminated structure. When the conductor 240 has a laminated structure, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing the permeation of impurities such as water and hydrogen as the conductor in contact with the insulator 241. For example, a conductive material that can be used for the above-mentioned conductor 260a may be used.
  • an insulator such as silicon nitride, aluminum oxide, or silicon nitride may be used. Since the insulator 241a and the insulator 241b are provided in contact with the insulator 283, the insulator 282, and the insulator 271, impurities such as water and hydrogen contained in the insulator 280 and the like are removed from the conductor 240a and the conductor 240b. It is possible to prevent the oxide 230 from being mixed with the oxide 230.
  • the conductor 246 (conductor 246a and conductor 246b) that functions as wiring may be arranged in contact with the upper surface of the conductor 240a and the upper surface of the conductor 240b.
  • the conductor 246 it is preferable to use a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component.
  • the conductor may have a laminated structure, for example, titanium or titanium nitride may be laminated with the conductive material.
  • the conductor may be formed so as to be embedded in an opening provided in the insulator.
  • metal oxide also referred to as an oxide semiconductor
  • the metal oxide preferably contains at least indium or zinc. In particular, it preferably contains indium and zinc. In addition to them, it is preferable that aluminum, gallium, yttrium, tin and the like are contained. It may also contain one or more selected from boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, cobalt and the like. ..
  • the metal oxide can be formed by a CVD method such as a sputtering method, a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method, or an ALD method.
  • a CVD method such as a sputtering method, a metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) method, or an ALD method.
  • the crystal structure of the oxide semiconductor includes amorphous (including compactly atomous), CAAC (c-axis-aligned crystalline), nc (nanocrystalline), CAC (crowd-aligned crystal), single crystal (single crystal), and single crystal. (Poly crystal) and the like.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated using an X-ray diffraction (XRD) spectrum.
  • XRD X-ray diffraction
  • it can be evaluated using the XRD spectrum obtained by GIXD (Graxing-Incidence XRD) measurement.
  • GIXD Gram-Incidence XRD
  • the GIXD method is also referred to as a thin film method or a Seemann-Bohlin method.
  • the shape of the peak of the XRD spectrum is almost symmetrical.
  • the shape of the peak of the XRD spectrum is asymmetrical.
  • the asymmetrical shape of the peaks in the XRD spectrum clearly indicates the presence of crystals in the film or substrate. In other words, the film or substrate cannot be said to be in an amorphous state unless the shape of the peak of the XRD spectrum is symmetrical.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated by a diffraction pattern (also referred to as a microelectron diffraction pattern) observed by a micro electron diffraction method (NBED: Nano Beam Electron Diffraction).
  • a diffraction pattern also referred to as a microelectron diffraction pattern
  • NBED Nano Beam Electron Diffraction
  • halos are observed, and it can be confirmed that the quartz glass is in an amorphous state.
  • a spot-like pattern is observed instead of a halo. Therefore, it is presumed that the IGZO film formed at room temperature is neither in a crystalline state nor in an amorphous state, is in an intermediate state, and cannot be concluded to be in an amorphous state.
  • oxide semiconductors may be classified differently from the above.
  • oxide semiconductors are divided into single crystal oxide semiconductors and other non-single crystal oxide semiconductors.
  • the non-single crystal oxide semiconductor include the above-mentioned CAAC-OS and nc-OS.
  • the non-single crystal oxide semiconductor includes a polycrystalline oxide semiconductor, a pseudo-amorphous oxide semiconductor (a-like OS: amorphous-like oxide semiconductor), an amorphous oxide semiconductor, and the like.
  • CAAC-OS CAAC-OS
  • nc-OS nc-OS
  • a-like OS the details of the above-mentioned CAAC-OS, nc-OS, and a-like OS will be described.
  • CAAC-OS is an oxide semiconductor having a plurality of crystal regions, and the plurality of crystal regions are oriented in a specific direction on the c-axis.
  • the specific direction is the thickness direction of the CAAC-OS film, the normal direction of the surface to be formed of the CAAC-OS film, or the normal direction of the surface of the CAAC-OS film.
  • the crystal region is a region having periodicity in the atomic arrangement. When the atomic arrangement is regarded as a lattice arrangement, the crystal region is also a region in which the lattice arrangement is aligned. Further, the CAAC-OS has a region in which a plurality of crystal regions are connected in the ab plane direction, and the region may have distortion.
  • the strain refers to a region in which a plurality of crystal regions are connected in which the orientation of the lattice arrangement changes between a region in which the lattice arrangement is aligned and a region in which another grid arrangement is aligned. That is, CAAC-OS is an oxide semiconductor that is c-axis oriented and not clearly oriented in the ab plane direction.
  • Each of the plurality of crystal regions is composed of one or a plurality of minute crystals (crystals having a maximum diameter of less than 10 nm).
  • the maximum diameter of the crystal region is less than 10 nm.
  • the size of the crystal region may be about several tens of nm.
  • CAAC-OS has indium (In) and oxygen. It tends to have a layered crystal structure (also referred to as a layered structure) in which a layer (hereinafter, In layer) and a layer having elements M, zinc (Zn), and oxygen (hereinafter, (M, Zn) layer) are laminated. There is. Indium and element M can be replaced with each other. Therefore, the (M, Zn) layer may contain indium. In addition, the In layer may contain the element M. The In layer may contain Zn.
  • the layered structure is observed as a lattice image in, for example, a high-resolution TEM image.
  • the position of the peak indicating the c-axis orientation may vary depending on the type and composition of the metal elements constituting CAAC-OS.
  • a plurality of bright spots are observed in the electron diffraction pattern of the CAAC-OS film.
  • a certain spot and another spot are observed at point-symmetrical positions with the spot of the incident electron beam passing through the sample (also referred to as a direct spot) as the center of symmetry.
  • the lattice arrangement in the crystal region is based on a hexagonal lattice, but the unit lattice is not limited to a regular hexagon and may be a non-regular hexagon. Further, in the above strain, it may have a lattice arrangement such as a pentagon or a heptagon.
  • a clear grain boundary cannot be confirmed even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the formation of grain boundaries is suppressed by the distortion of the lattice arrangement. This is because CAAC-OS allows distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction and that the bond distance between atoms changes due to the replacement of metal atoms. It is thought that it can be done.
  • CAAC-OS for which no clear crystal grain boundary is confirmed, is one of the crystalline oxides having a crystal structure suitable for the semiconductor layer of the transistor.
  • a configuration having Zn is preferable.
  • In-Zn oxide and In-Ga-Zn oxide are more suitable than In oxide because they can suppress the generation of grain boundaries.
  • CAAC-OS is an oxide semiconductor having high crystallinity and no clear grain boundary is confirmed. Therefore, it can be said that CAAC-OS is unlikely to cause a decrease in electron mobility due to grain boundaries. Further, since the crystallinity of the oxide semiconductor may decrease due to the mixing of impurities and the generation of defects, CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor having few impurities and defects (oxygen deficiency, etc.). Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, the oxide semiconductor having CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability. CAAC-OS is also stable against high temperatures (so-called thermal budgets) in the manufacturing process. Therefore, when CAAC-OS is used for the OS transistor, the degree of freedom in the manufacturing process can be expanded.
  • nc-OS has periodicity in the atomic arrangement in a minute region (for example, a region of 1 nm or more and 10 nm or less, particularly a region of 1 nm or more and 3 nm or less).
  • nc-OS has tiny crystals. Since the size of the minute crystal is, for example, 1 nm or more and 10 nm or less, particularly 1 nm or more and 3 nm or less, the minute crystal is also referred to as a nanocrystal.
  • nc-OS does not show regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film.
  • nc-OS may be indistinguishable from a-like OS and / or amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method. For example, when a structural analysis is performed on an nc-OS film using an XRD apparatus, a peak indicating crystallinity is not detected in the Out-of-plane XRD measurement using a ⁇ / 2 ⁇ scan. Further, when electron beam diffraction (also referred to as selected area electron diffraction) using an electron beam having a probe diameter larger than that of nanocrystals (for example, 50 nm or more) is performed on the nc-OS film, a diffraction pattern such as a halo pattern is performed. Is observed.
  • electron beam diffraction also referred to as selected area electron diffraction
  • nanocrystals for example, 50 nm or more
  • electron diffraction also referred to as nanobeam electron diffraction
  • an electron beam having a probe diameter for example, 1 nm or more and 30 nm or less
  • An electron diffraction pattern in which a plurality of spots are observed in a ring-shaped region centered on a direct spot may be acquired.
  • the a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
  • the a-like OS has a void or low density region. That is, a-like OS has lower crystallinity than nc-OS and CAAC-OS. In addition, a-like OS has a higher hydrogen concentration in the membrane than nc-OS and CAAC-OS.
  • CAC-OS relates to the material composition.
  • CAC-OS is, for example, a composition of a material in which the elements constituting the metal oxide are unevenly distributed in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or a size close thereto.
  • the metal oxide one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having the metal element has a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or a size close thereto.
  • the mixed state is also called a mosaic shape or a patch shape.
  • CAC-OS has a structure in which the material is separated into a first region and a second region to form a mosaic shape, and the first region is distributed in the membrane (hereinafter, also referred to as a cloud shape). It says.). That is, CAC-OS is a composite metal oxide having a structure in which the first region and the second region are mixed.
  • the atomic number ratios of In, Ga, and Zn with respect to the metal elements constituting CAC-OS in the In-Ga-Zn oxide are expressed as [In], [Ga], and [Zn], respectively.
  • the first region is a region in which [In] is larger than [In] in the composition of the CAC-OS film.
  • the second region is a region in which [Ga] is larger than [Ga] in the composition of the CAC-OS film.
  • the first region is a region in which [In] is larger than [In] in the second region and [Ga] is smaller than [Ga] in the second region.
  • the second region is a region in which [Ga] is larger than [Ga] in the first region and [In] is smaller than [In] in the first region.
  • the first region is a region in which indium oxide, indium zinc oxide, or the like is the main component.
  • the second region is a region in which gallium oxide, gallium zinc oxide, or the like is the main component. That is, the first region can be rephrased as a region containing In as a main component. Further, the second region can be rephrased as a region containing Ga as a main component.
  • CAC-OS in In-Ga-Zn oxide is a region containing Ga as a main component and a part of In as a main component in a material composition containing In, Ga, Zn, and O. Each of the regions is mosaic, and these regions are randomly present. Therefore, it is presumed that CAC-OS has a structure in which metal elements are non-uniformly distributed.
  • the CAC-OS can be formed by a sputtering method, for example, under the condition that the substrate is not heated.
  • a sputtering method one or more selected from an inert gas (typically argon), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as the film forming gas. Good.
  • the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the film-forming gas at the time of film formation is preferably 0% or more and less than 30%. Is preferably 0% or more and 10% or less.
  • EDX Energy Dispersive X-ray spectroscopy
  • the first region is a region having higher conductivity than the second region. That is, when the carrier flows through the first region, the conductivity as a metal oxide is exhibited. Therefore, high field effect mobility ( ⁇ ) can be realized by distributing the first region in the metal oxide in a cloud shape.
  • the second region is a region having higher insulating properties than the first region. That is, the leakage current can be suppressed by distributing the second region in the metal oxide.
  • CAC-OS when CAC-OS is used for a transistor, the conductivity caused by the first region and the insulating property caused by the second region act in a complementary manner to cause a switching function (On / Off). Function) can be added to CAC-OS. That is, the CAC-OS has a conductive function in a part of the material and an insulating function in a part of the material, and has a function as a semiconductor in the whole material. By separating the conductive function and the insulating function, both functions can be maximized. Therefore, by using CAC-OS for the transistor, high on-current ( Ion ), high field effect mobility ( ⁇ ), and good switching operation can be realized.
  • Ion on-current
  • ⁇ high field effect mobility
  • CAC-OS is most suitable for various semiconductor devices including display devices.
  • Oxide semiconductors have various structures, and each has different characteristics.
  • the oxide semiconductor of one aspect of the present invention has two or more of amorphous oxide semiconductor, polycrystalline oxide semiconductor, a-like OS, CAC-OS, nc-OS, and CAAC-OS. You may.
  • the display device of the present embodiment has a plurality of pixels arranged in a matrix of m rows and n columns (m and n are integers of 1 or more each).
  • FIG. 10 shows an example of a circuit diagram of pixels PIX (i, j) (i is an integer of 1 or more and m or less, and j is an integer of 1 or more and n or less).
  • the pixel PIX (i, j) shown in FIG. 10 has a light emitting device 110 (also referred to as a light emitting element), a switch SW21, a transistor M, and a capacitance C1.
  • the pixel PIX (i, j) may further have a switch SW22.
  • a light emitting diode is used as the light emitting device 110 is shown.
  • the switch SW21 an example in which a transistor is used as the switch SW21 is shown.
  • the gate of the switch SW21 is electrically connected to the scanning line GL1 (i).
  • One of the source and drain of the switch SW21 is electrically connected to the signal line SL (j), and the other is electrically connected to the gate of the transistor M.
  • the switch SW22 is shown.
  • the gate of the switch SW22 is electrically connected to the scanning line GL2 (i).
  • One of the source and drain of the switch SW22 is electrically connected to the wiring COM, and the other is electrically connected to the gate of the transistor M.
  • the gate of the transistor M is electrically connected to one electrode of the capacitance C1, the other of the source and drain of the switch SW21, and the other of the source and drain of the switch SW22.
  • One of the source and drain of the transistor M is electrically connected to the wiring CATHODE, and the other is electrically connected to the cathode of the light emitting device 110.
  • the other electrode of capacitance C1 is electrically connected to the wiring Cathode.
  • the anode of the light emitting device 110 is electrically connected to the wiring ANODE.
  • the scanning line GL1 (i) has a function of supplying a selection signal.
  • the scanning line GL2 (i) has a function of supplying a control signal.
  • the signal line SL (j) has a function of supplying an image signal.
  • a constant potential is supplied to each of the wiring COM, the wiring CATHODE, and the wiring anode.
  • the anode side of the light emitting device 110 can have a high potential, and the cathode side can have a lower potential than the anode side.
  • the switch SW21 is controlled by a selection signal and functions as a selection transistor for controlling the selection state of the pixel PIX (i, j).
  • the transistor M functions as a drive transistor that controls the current flowing through the light emitting device 110 according to the potential supplied to the gate.
  • the switch SW21 is in the conductive state, the image signal supplied to the signal line SL (j) is supplied to the gate of the transistor M, and the emission brightness of the light emitting device 110 can be controlled according to the potential thereof.
  • the switch SW22 has a function of controlling the gate potential of the transistor M based on the control signal. Specifically, the switch SW22 can supply a potential that causes the transistor M to be in a non-conducting state to the gate of the transistor M.
  • the switch SW22 can be used, for example, to control the pulse width.
  • a current can be supplied from the transistor M to the light emitting device 110 for a period based on the control signal.
  • the light emitting device 110 can express gradation based on the image signal and the control signal.
  • a transistor using a metal oxide (oxide semiconductor) to the semiconductor layer on which a channel is formed, respectively, for the transistor included in the pixel PIX (i, j).
  • Transistors using metal oxides with a wider bandgap and lower carrier concentration than silicon can achieve extremely small off-currents. Therefore, due to the small off-current, it is possible to retain the electric charge accumulated in the capacitance connected in series with the transistor for a long period of time. Therefore, it is particularly preferable to use a transistor to which an oxide semiconductor is applied for the switch SW21 and the switch SW22 connected in series with the capacitance C1. Further, by using a transistor to which an oxide semiconductor is applied for other transistors as well, the manufacturing cost can be reduced.
  • a transistor in which silicon is applied to a semiconductor in which a channel is formed can also be used.
  • a transistor to which an oxide semiconductor is applied to one or more is used, and a transistor to which silicon is applied may be used in addition to the transistor.
  • the transistor is shown as an n-channel type transistor in FIG. 10, a p-channel type transistor can also be used.
  • the electronic device of the present embodiment has a display device of one aspect of the present invention in the display unit.
  • the display device of one aspect of the present invention has high display quality and low power consumption. Further, the display device according to one aspect of the present invention can easily be made high in definition and high in resolution. Therefore, it can be used as a display unit of various electronic devices.
  • Electronic devices include, for example, electronic devices with relatively large screens such as television devices, desktop or notebook personal computers, monitors for computers, digital signage, and large game machines such as pachinko machines, as well as digital devices. Examples include cameras, digital video cameras, digital photo frames, mobile phones, portable game machines, mobile information terminals, sound reproduction devices, and the like.
  • the display device of one aspect of the present invention can increase the definition, it can be suitably used for an electronic device having a relatively small display unit.
  • electronic devices include wristwatch-type and bracelet-type information terminals (wearable devices).
  • wearable devices include wearable devices that can be worn on the head, such as devices for VR such as head-mounted displays, devices for glasses-type AR, and devices for MR.
  • the display device of one aspect of the present invention includes HD (number of pixels 1280 ⁇ 720), FHD (number of pixels 1920 ⁇ 1080), WQHD (number of pixels 2560 ⁇ 1440), WQXGA (number of pixels 2560 ⁇ 1600), 4K (number of pixels). It is preferable to have an extremely high resolution such as 3840 ⁇ 2160) and 8K (number of pixels 7680 ⁇ 4320). In particular, it is preferable to set the resolution to 4K, 8K, or higher.
  • the pixel density (definition) in the display device of one aspect of the present invention is preferably 300 ppi or more, more preferably 500 ppi or more, more preferably 1000 ppi or more, more preferably 3000 ppi or more, more preferably 5000 ppi or more, and more preferably 7000 ppi or more. Is even more preferable.
  • a display device having such a high resolution and / or high definition it is possible to further enhance the sense of presence and depth in personal-use electronic devices such as portable and home-use electronic devices.
  • the electronic device of the present embodiment is a sensor (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, voltage. , Including the ability to measure power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, odor or infrared rays).
  • the electronic device of the present embodiment can have various functions. For example, a function to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, a function to execute various software (programs), wireless communication. It can have a function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like.
  • FIG. 11A shows a perspective view of the glasses-type electronic device 700.
  • the electronic device 700 includes a pair of display panels 701, a pair of housings 702, a pair of optical members 703, a pair of mounting portions 704, a frame 707, a nose pad 708, and the like.
  • the electronic device 700 can project the image displayed on the display panel 701 onto the display area 706 of the optical member 703. Since the optical member 703 has translucency, the user can see the image displayed in the display area 706 by superimposing it on the transmitted image visually recognized through the optical member 703. Therefore, the electronic device 700 is an electronic device capable of AR display.
  • One or both housings 702 may be provided with a camera capable of photographing the front. Further, the housing 702 may have a wireless communication device, and the wireless communication device can supply a video signal or the like to the housing 702. In addition to the wireless communication device or in addition to the wireless communication device, a connector to which a cable to which a video signal and / or a power supply potential is supplied may be connected may be provided. Further, by equipping the housing 702 with an acceleration sensor such as a gyro sensor, it is possible to detect the orientation of the user's head and display an image corresponding to the orientation in the display area 706.
  • an acceleration sensor such as a gyro sensor
  • a processor may be provided in one or both housings 702.
  • the processor has a function of controlling various components of the electronic device 700, such as a camera, a wireless communication device, and a pair of display panels 701, and a function of generating an image.
  • the processor may have a function of generating a composite image for AR display.
  • the wireless communication device can communicate data with an external device.
  • data transmitted from the outside is output to a processor, and the processor can also generate image data for AR display based on the data.
  • Examples of data transmitted from the outside include image data and data including biometric information transmitted from a biosensor device or the like.
  • a method of projecting an image onto the display area 706 of the electronic device 700 will be described with reference to FIG. 11B.
  • a display panel 701 is provided inside the housing 702. Further, the optical member 703 is provided with a reflector 712, and a reflection surface 713 functioning as a half mirror is provided in a portion of the optical member 703 corresponding to the display area 706.
  • the light 715 emitted from the display panel 701 is reflected by the reflector 712 toward the optical member 703. Inside the optical member 703, the light 715 repeats total internal reflection at the end surface of the optical member 703 and reaches the reflecting surface 713, so that an image is projected on the reflecting surface 713. As a result, the user can visually recognize both the light 715 reflected by the reflecting surface 713 and the transmitted light 716 transmitted through the optical member 703 (including the reflecting surface 713).
  • FIG. 11 shows an example in which the reflector 712 and the reflector 713 each have a curved surface.
  • the degree of freedom in optical design can be increased and the thickness of the optical member 703 can be reduced as compared with the case where these are flat surfaces.
  • the reflector 712 and the reflection surface 713 may be flat.
  • the reflector 712 a member having a mirror surface can be used, and it is preferable that the reflector has a high reflectance. Further, as the reflecting surface 713, a half mirror utilizing the reflection of the metal film may be used, but if a prism or the like utilizing the total reflection is used, the transmittance of the transmitted light 716 can be increased.
  • the housing 702 may have a lens between the display panel 701 and the reflector 712. At this time, it is preferable that the housing 702 has a mechanism for adjusting the distance between the lens and the display panel 701 and the angles thereof. This makes it possible to adjust the focus and enlarge / reduce the image.
  • the lens and the display panel 701 may be configured to be movable in the optical axis direction.
  • the housing 702 has a mechanism capable of adjusting the angle of the reflector 712. By changing the angle of the reflector 712, it is possible to change the position of the display area 706 in which the image is displayed. This makes it possible to arrange the display area 706 at an optimum position according to the position of the user's eyes.
  • the housing 702 is preferably provided with a battery 717 and a wireless power supply module 718.
  • a battery 717 By having the battery 717, it can be used without separately connecting the battery to the electronic device 700, so that the convenience can be enhanced. Further, by having the wireless power supply module 718, it can be charged wirelessly, so that convenience and design can be enhanced. Further, the risk of failure such as contact failure can be reduced and the reliability of the electronic device 700 can be improved as compared with the case of charging by wire with a connector or the like.
  • the housing 702 is provided with a touch sensor module 719.
  • the touch sensor module 719 has a function of detecting that the outer surface of the housing 702 is touched.
  • FIG. 11B shows how the surface of the housing 702 is touched by the finger 720.
  • the touch sensor module 719 can detect a user's tap operation and / or slide operation and execute various processes. For example, it is possible to execute a process such as pausing and resuming a moving image by a tap operation, and to execute a process of fast forward and fast rewind by a slide operation. Further, by providing the touch sensor module 719 in each of the two housings 702, the range of operations can be expanded.
  • various touch sensors can be applied.
  • various methods such as a capacitance method, a resistance film method, an infrared method, an electromagnetic induction method, a surface acoustic wave method, and an optical method can be adopted.
  • a photoelectric conversion device (also referred to as a photoelectric conversion element) can be used as the light receiving device (also referred to as a light receiving element).
  • the photoelectric conversion device include those using an inorganic semiconductor for the active layer, those using an organic semiconductor, and the like.
  • a display device can be applied to the display panel 701. Therefore, it is possible to obtain an electronic device 700 capable of displaying extremely high definition.
  • FIG. 12A and 12B show perspective views of the goggle-type electronic device 950.
  • FIG. 12A is a perspective view showing the front surface, the plane surface, and the left side surface of the electronic device 950
  • FIG. 12B is a perspective view showing the back surface, the bottom surface, and the right side surface of the electronic device 950.
  • the electronic device 950 includes a pair of display panels 951, a housing 952, a pair of mounting portions 954, a cushioning member 955, a pair of lenses 956, and the like.
  • the pair of display panels 951 are provided at positions inside the housing 952 that can be visually recognized through the lens 956.
  • the electronic device 950 is an electronic device for VR.
  • a user wearing the electronic device 950 can visually recognize the image displayed on the display panel 951 through the lens 956. Further, by displaying different images on the pair of display panels 951, it is possible to perform three-dimensional display using parallax.
  • An input terminal 957 and an output terminal 958 are provided on the back side of the housing 952.
  • a cable for supplying a video signal from a video output device or the like and power for charging a battery provided in the housing 952 can be connected to the input terminal 957.
  • the output terminal 958 can function as, for example, an audio output terminal, and can be connected to earphones, headphones, or the like. If the audio data can be output by wireless communication, or if the audio is output from an external video output device, the audio output terminal may not be provided.
  • the electronic device 950 preferably has a mechanism capable of adjusting the left and right positions of the lens 956 and the display panel 951 so as to be optimally positioned according to the position of the user's eyes. Further, it is preferable to have a mechanism for adjusting the focus by changing the distance between the lens 956 and the display panel 951.
  • a display device can be applied to the display panel 951. Therefore, it is possible to obtain an electronic device 950 capable of displaying extremely high definition. This makes the user feel highly immersive.
  • the cushioning member 955 is a portion that comes into contact with the user's face (forehead, cheeks, etc.). When the cushioning member 955 is in close contact with the user's face, light leakage can be prevented and the immersive feeling can be further enhanced. It is preferable to use a soft material for the cushioning member 955 so that the shock absorbing member 955 will come into close contact with the user's face when the user wears the electronic device 950. For example, materials such as rubber, silicone rubber, urethane, and sponge can be used.
  • the cushioning member 955 when a material such as a sponge whose surface is covered with cloth or leather (natural leather or synthetic leather) is used as the cushioning member 955, a gap is less likely to occur between the user's face and the cushioning member 955, and light leakage is preferable. Can be prevented.
  • Members that come into contact with the user's skin, such as the cushioning member 955 and the mounting portion 954, are preferably configured to be removable because they can be easily cleaned and replaced.
  • the electronic device 6500 shown in FIG. 13A is a portable information terminal that can be used as a smartphone.
  • the electronic device 6500 includes a housing 6501, a display unit 6502, a power button 6503, a button 6504, a speaker 6505, a microphone 6506, a camera 6507, a light source 6508, and the like.
  • the display unit 6502 has a touch panel function.
  • a display device can be applied to the display unit 6502.
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view including an end portion of the housing 6501 on the microphone 6506 side.
  • a translucent protective member 6510 is provided on the display surface side of the housing 6501, and the display panel 6511, the optical member 6512, the touch sensor panel 6513, and the printed circuit board are provided in the space surrounded by the housing 6501 and the protective member 6510.
  • a substrate 6517, a battery 6518, and the like are arranged.
  • a display panel 6511, an optical member 6512, and a touch sensor panel 6513 are fixed to the protective member 6510 by an adhesive layer (not shown).
  • a part of the display panel 6511 is folded back, and the FPC 6515 is connected to the folded back portion.
  • IC6516 is mounted on FPC6515.
  • the FPC6515 is connected to a terminal provided on the printed circuit board 6517.
  • a flexible display according to one aspect of the present invention can be applied to the display panel 6511. Therefore, an extremely lightweight electronic device can be realized. Further, since the display panel 6511 is extremely thin, it is possible to mount a large-capacity battery 6518 while suppressing the thickness of the electronic device. Further, by folding back a part of the display panel 6511 and arranging the connection portion with the FPC 6515 on the back side of the pixel portion, an electronic device having a narrow frame can be realized.
  • FIG. 14A shows an example of a television device.
  • the display unit 7000 is incorporated in the housing 7101.
  • a configuration in which the housing 7101 is supported by the stand 7103 is shown.
  • a display device can be applied to the display unit 7000.
  • the operation of the television device 7100 shown in FIG. 14A can be performed by the operation switch provided in the housing 7101 and the separate remote control operation machine 7111.
  • the display unit 7000 may be provided with a touch sensor, and the television device 7100 may be operated by touching the display unit 7000 with a finger or the like.
  • the remote controller 7111 may have a display unit that displays information output from the remote controller 7111.
  • the channel and volume can be operated by the operation keys or the touch panel provided on the remote controller 7111, and the image displayed on the display unit 7000 can be operated.
  • the television device 7100 is configured to include a receiver, a modem, and the like.
  • the receiver can receive general television broadcasts.
  • information communication is performed in one direction (from sender to receiver) or in two directions (between sender and receiver, or between recipients, etc.). It is also possible.
  • FIG. 14B shows an example of a notebook personal computer.
  • the notebook personal computer 7200 has a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, and the like.
  • a display unit 7000 is incorporated in the housing 7211.
  • a display device can be applied to the display unit 7000.
  • the digital signage 7300 shown in FIG. 14C has a housing 7301, a display unit 7000, a speaker 7303, and the like. Further, it may have an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like.
  • FIG. 14D is a digital signage 7400 attached to a columnar pillar 7401.
  • the digital signage 7400 has a display unit 7000 provided along the curved surface of the pillar 7401.
  • the display device of one aspect of the present invention can be applied to the display unit 7000.
  • the wider the display unit 7000 the more information can be provided at one time. Further, the wider the display unit 7000 is, the easier it is to be noticed by people, and for example, the advertising effect of the advertisement can be enhanced.
  • the touch panel By applying the touch panel to the display unit 7000, not only the image or moving image can be displayed on the display unit 7000, but also the user can intuitively operate the display unit 7000, which is preferable. In addition, when used for the purpose of providing information such as route information or traffic information, usability can be improved by intuitive operation.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can be linked with the information terminal 7311 such as a smartphone or the information terminal 7411 owned by the user by wireless communication.
  • the information of the advertisement displayed on the display unit 7000 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411. Further, by operating the information terminal 7311 or the information terminal 7411, the display of the display unit 7000 can be switched.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can be made to execute a game using the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411 as an operation means (controller). As a result, an unspecified number of users can participate in and enjoy the game at the same time.
  • the electronic devices shown in FIGS. 15A to 15F include a housing 9000, a display unit 9001, a speaker 9003, an operation key 9005 (including a power switch or an operation switch), a connection terminal 9006, and a sensor 9007 (force, displacement, position, speed). , Acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, voice, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell or infrared (Including the function of), microphone 9008, and the like.
  • the electronic devices shown in FIGS. 15A to 15F have various functions. For example, a function to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function to display a calendar, date or time, etc., a function to control processing by various software (programs), It can have a wireless communication function, a function of reading and processing a program or data recorded on a recording medium, and the like.
  • the functions of electronic devices are not limited to these, and can have various functions.
  • the electronic device may have a plurality of display units.
  • the camera has a function of providing a camera or the like in an electronic device, taking a still image and / or a moving image and saving it in a recording medium (external or built in the camera), a function of displaying the taken image on a display unit, and the like. You may.
  • FIGS. 15A to 15F Details of the electronic devices shown in FIGS. 15A to 15F will be described below.
  • FIG. 15A is a perspective view showing a mobile information terminal 9101.
  • the mobile information terminal 9101 can be used as, for example, a smartphone.
  • the mobile information terminal 9101 may be provided with a speaker 9003, a connection terminal 9006, a sensor 9007, and the like. Further, the mobile information terminal 9101 can display character and / or image information on a plurality of surfaces thereof.
  • FIG. 15A shows an example in which three icons 9050 are displayed. Further, the information 9051 indicated by the broken line rectangle can be displayed on another surface of the display unit 9001. Examples of information 9051 include notification of incoming calls such as e-mail, SNS, and telephone, titles such as e-mail and SNS, sender name, date and time, time, remaining battery level, and radio wave strength. Alternatively, an icon 9050 or the like may be displayed at the position where the information 9051 is displayed.
  • FIG. 15B is a perspective view showing a mobile information terminal 9102.
  • the mobile information terminal 9102 has a function of displaying information on three or more surfaces of the display unit 9001.
  • information 9052, information 9053, and information 9054 are displayed on different surfaces.
  • the user can check the information 9053 displayed at a position that can be observed from above the mobile information terminal 9102 with the mobile information terminal 9102 stored in the chest pocket of the clothes.
  • the user can check the display without taking out the mobile information terminal 9102 from the pocket, and can determine, for example, whether or not to receive a call.
  • FIG. 15C is a perspective view showing a wristwatch-type portable information terminal 9200.
  • the mobile information terminal 9200 can be used as, for example, a smart watch.
  • the display unit 9001 is provided with a curved display surface, and can display along the curved display surface.
  • the mobile information terminal 9200 can also make a hands-free call by, for example, intercommunication with a headset capable of wireless communication.
  • the mobile information terminal 9200 can also perform data transmission and / or charge with other information terminals by means of the connection terminal 9006.
  • the charging operation may be performed by wireless power supply.
  • 15D to 15F are perspective views showing a foldable mobile information terminal 9201.
  • 15D is a perspective view of the mobile information terminal 9201 in an unfolded state
  • FIG. 15F is a folded state
  • FIG. 15E is a perspective view of a state in which one of FIGS. 15D and 15F is in the process of changing to the other.
  • the mobile information terminal 9201 is excellent in portability in the folded state, and is excellent in display listability due to a wide seamless display area in the unfolded state.
  • the display unit 9001 included in the personal digital assistant terminal 9201 is supported by three housings 9000 connected by a hinge 9055.
  • the display unit 9001 can be bent with a radius of curvature of 0.1 mm or more and 150 mm or less.
  • ANODE Wiring, CATHEAD: Wiring, COM: Wiring, CCMR: Color conversion layer, CFR: Colored layer, C1: Capacitance, GL1: Scan line, GL2: Scan line, M: Conductor, PIX: Pixel, SL: Signal line SW21: Switch, SW22: Switch, 100A: Display device, 100B: Display device, 100C: Display device, 101: Substrate, 102: Insulation layer, 103: Insulation layer, 104: Insulation layer, 110: Light emitting device, 110a: Light emitting Diode, 110b: light emitting diode, 112: conductive film, 112a: electrode, 112b: electrode, 113: semiconductor film, 113a: semiconductor layer, 113b: semiconductor layer, 114: light emitter, 114a: light emitting layer, 114b: light emitting layer, 115: Semiconductor film, 115a: Semiconductor layer, 115b: Semiconductor layer, 116a:

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Abstract

精細度が高い表示装置を提供する。 トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有する表示装置である。トランジスタは、第１の導電層と電気的に接続され、第１の導電層及び第１の絶縁層は、それぞれトランジスタ上に位置する。第２の導電層は、第１の導電層上に位置する。第２の絶縁層は、第１の絶縁層上に位置する。発光ダイオードは、第２の絶縁層上の第１の電極と、第１の電極上の発光層と、発光層上の第２の電極と、を有する。第２の電極は、第２の導電層と電気的に接続される。第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第１の絶縁層と第２の絶縁層とは、直接接合している。第２の導電層は、第２の絶縁層の開口内部に位置し、かつ、第１の導電層と電気的に接続されている。

Description

表示装置、表示モジュール、電子機器、及び表示装置の作製方法
本発明の一態様は、表示装置、表示モジュール、電子機器、及びこれらの作製方法に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
近年、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ））を表示デバイス（表示素子ともいう）に用いた表示装置が提案されている（例えば特許文献１）。マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置は、高輝度、高コントラスト、長寿命などの利点があり、次世代の表示装置として研究開発が活発である。
米国特許出願公開第２０１４／０３６７７０５号明細書
マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置は、ＬＥＤチップの実装にかかる時間が極めて長く、製造コストの削減が課題となっている。例えば、ピック・アンド・プレイス方式では、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤをそれぞれ異なるウエハ上に作製し、ＬＥＤを１つずつ切り出して回路基板に実装する。したがって、表示装置の画素数が多いほど、実装するＬＥＤの個数が増え、実装にかかる時間が長くなる。また、表示装置の精細度が高いほど、ＬＥＤの実装の難易度が高くなる。
本発明の一態様は、精細度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、解像度が高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、表示品位の高い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、消費電力の低い表示装置を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様は、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置の製造コストを削減することを課題の一とする。本発明の一態様は、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置を製造することを課題の一とする。
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。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、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、トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有する表示装置である。トランジスタは、第１の導電層と電気的に接続され、第１の導電層及び第１の絶縁層は、それぞれトランジスタ上に位置する。第２の導電層は、第１の導電層上に位置する。第２の絶縁層は、第１の絶縁層上に位置する。発光ダイオードは、第２の絶縁層上の第１の電極と、第１の電極上の発光層と、発光層上の第２の電極と、を有する。第２の電極は、第２の導電層と電気的に接続される。第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。第１の絶縁層と第２の絶縁層とは、直接接合している。第２の導電層は、第２の絶縁層の開口内部に位置し、かつ、第１の導電層と電気的に接続されている。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有することが好ましい。第３の絶縁層は、トランジスタと第１の絶縁層との間に位置することが好ましい。第４の絶縁層は、発光ダイオードと第２の絶縁層との間に位置することが好ましい。第１の絶縁層及び第２の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン膜を有することが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有することが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第５の絶縁層を有することが好ましい。トランジスタは、金属酸化物層、及びゲート電極を有することが好ましい。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有することが好ましい。ゲート電極の上面の高さは、第５の絶縁層の上面の高さと概略一致していることが好ましい。
または、トランジスタは、金属酸化物層、ゲート絶縁層、ゲート電極、第３の導電層、及び第４の導電層を有することが好ましい。金属酸化物層は、チャネル形成領域を有することが好ましい。金属酸化物層は、第３の導電層と重なる第１の領域と、第４の導電層と重なる第２の領域と、第１の領域と第２の領域の間の第３の領域と、を有することが好ましい。第３の導電層及び第４の導電層は、金属酸化物層上に互いに離間して位置することが好ましい。第５の絶縁層は、第３の導電層上及び第４の導電層上に位置することが好ましい。第５の絶縁層は、第３の領域と重なる開口を有することが好ましい。ゲート絶縁層は、開口の内側に位置し、かつ、第５の絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なることが好ましい。ゲート電極は、開口の内側に位置し、かつ、ゲート絶縁層を介して、第５の絶縁層の側面及び第３の領域の上面と重なることが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、駆動回路を有することが好ましい。駆動回路は、回路用トランジスタを有することが好ましい。回路用トランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有することが好ましい。トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層は、それぞれ、半導体基板上に位置することが好ましい。
または、トランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有することが好ましい。半導体基板は、シリコン基板であることが好ましい。
発光ダイオードは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。また、発光ダイオードは、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物（ＩＩＩ−Ｖ族化合物ともいう）を有することが好ましい。また、発光ダイオードは、窒化ガリウムを有することが好ましい。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、機能層を有することが好ましい。機能層は、発光ダイオード上に位置することが好ましい。発光ダイオードが発する光は、機能層を介して、当該表示装置の外部に取り出されることが好ましい。機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有することが好ましい。
本発明の一態様は、上記の構成の表示装置と、光学部材と、フレームと、筐体と、を有し、筐体は、タッチセンサを有する、電子機器である。
本発明の一態様は、上記の構成の表示装置を有する表示モジュールである。当該表示モジュールには、フレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｐｒｉｎｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＦＰＣと記す）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｐａｃｋａｇｅ）等のコネクタが取り付けられていてもよい。また、当該表示モジュールには、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）方式もしくはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｆｉｌｍ）方式等により集積回路（ＩＣ）が実装されていてもよい。
本発明の一態様は、上記の表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち、少なくとも一つと、を有する電子機器である。
本発明の一態様は、第１の基板上に、複数のトランジスタを形成し、複数のトランジスタ上に、それぞれ複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、複数のトランジスタ上に、第１の絶縁層を形成し、第２の基板上に、導電膜、第１の半導体膜、発光体、第２の半導体膜、及び、第２の絶縁層を、この順で形成し、第１の絶縁層と第２の絶縁層とを直接接合させることで、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせ、第２の基板を第１の基板から剥離し、導電膜、第１の半導体膜、発光体、及び、第２の半導体膜を加工することで、複数の第１の電極、複数の第１の半導体層、複数の発光層、及び、複数の第２の半導体層をマトリクス状に形成し、第２の絶縁層に、それぞれ複数の第１の導電層の少なくとも一つに達する、複数の開口を形成し、それぞれ複数の開口の少なくとも一つの内部に位置する、複数の第２の導電層を形成し、それぞれ、複数の第２の半導体層の少なくとも一つ、及び、複数の第２の導電層の少なくとも一つと電気的に接続される、複数の第２の電極を形成することで、複数の発光ダイオードを形成する、表示装置の作製方法である。
複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いることが好ましい。複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードであることが好ましい。複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域にシリコンを有することが好ましい。
本発明の一態様の表示装置の作製方法では、第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、複数の発光ダイオード上に、第３の基板を貼り合わせてもよい。
または、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、複数の発光ダイオードの少なくとも一つの上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成してもよい。
本発明の一態様により、精細度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、解像度が高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、表示品位の高い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、消費電力の低い表示装置を提供できる。本発明の一態様により、信頼性の高い表示装置を提供できる。
本発明の一態様により、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置の製造コストを削減できる。本発明の一態様により、高い歩留まりで、マイクロＬＥＤを表示デバイスに用いた表示装置を製造できる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１は、表示装置の一例を示す断面図である。
図２は、表示装置の一例を示す断面図である。
図３Ａ、図３Ｂは、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図４は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図５は、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図６Ａ、図６Ｂは、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図７Ａ、図７Ｂは、表示装置の作製方法の一例を示す断面図である。
図８は、表示装置の一例を示す断面図である。
図９Ａは、トランジスタの一例を示す上面図である。図９Ｂ~図９Ｄは、トランジスタの一例を示す断面図である。
図１０は、画素の一例を示す回路図である。
図１１Ａ、図１１Ｂは、電子機器の一例を示す図である。
図１２Ａ、図１２Ｂは、電子機器の一例を示す図である。
図１３Ａ、図１３Ｂは、電子機器の一例を示す図である。
図１４Ａ~図１４Ｄは、電子機器の一例を示す図である。
図１５Ａ~図１５Ｆは、電子機器の一例を示す図である。
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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本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、同一部分又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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図１~図８を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、表示デバイスである発光ダイオードと、表示デバイスを駆動するトランジスタと、をそれぞれ複数有する。複数の発光ダイオードは、マトリクス状に設けられている。複数のトランジスタは、それぞれ、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。
本実施の形態の表示装置の作製方法では、互いに異なる基板上に形成された、発光ダイオードを構成する積層膜と、複数のトランジスタと、を貼り合わせた後に、当該積層膜を加工して素子分離（アイソレーションともいう）することで、複数の発光ダイオードを形成する。
本実施の形態の表示装置の作製方法では、発光ダイオードを構成する積層膜を加工する前に、当該積層膜が形成された基板とトランジスタが形成された基板とを貼り合わせるため、貼り合わせの際に、高い位置合わせ精度が要求されない。したがって、画素数の多い表示装置または高精細な表示装置を作製する場合であっても、貼り合わせの難易度を低くでき、表示装置の作製歩留まりを高めることができる。
本発明の一態様の表示装置の作製方法としては、まず、第１の基板上に、複数のトランジスタをマトリクス状に形成し、複数のトランジスタ上に、第１の絶縁層と、複数の第１の導電層と、を形成する。ここで、第１の絶縁層の上面の高さと、第１の導電層の上面の高さとが一致するように、第１の絶縁層及び第１の導電層を形成する。複数の第１の導電層は、それぞれ複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される。また、第２の基板上に、導電膜、第１の半導体膜、発光体、第２の半導体膜、及び、第２の絶縁層を、この順で形成する。
次に、第１の絶縁層と第２の絶縁層とを直接接合させることで、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせる。第１の絶縁層と第２の絶縁層は同一の材料で形成されることが好ましく、特に、第１の絶縁層と第２の絶縁層として酸化シリコン膜を用いることが好ましい。水酸基（ＯＨ基）を介した親水性接合が生じることで、第１の絶縁層と第２の絶縁層との接合強度を高めることができる。導電膜、第１の半導体膜、発光体、及び、第２の半導体膜の加工前（発光ダイオードの素子分離前）に、第１の基板と第２の基板を貼り合わせることで、高い位置合わせ精度が要求されないため、貼り合わせの難易度を低くでき、表示装置の作製歩留まりを高めることができる。
次に、第２の基板を第１の基板から剥離する。そして、導電膜、第１の半導体膜、発光体、及び、第２の半導体膜を、それぞれ、複数の島状のパターンに加工することで、複数の第１の電極、複数の第１の半導体層、複数の発光層、及び、複数の第２の半導体層をマトリクス状に形成する。第１の電極、第１の半導体層、発光層、及び第２の半導体層は、それぞれ、発光ダイオードを構成する層である。
次に、第２の絶縁層に、複数の開口を形成する。複数の開口は、それぞれ、複数の第１の導電層の少なくとも一つに達する。次に、複数の第２の導電層を形成する。複数の第２の導電層は、それぞれ、複数の開口の少なくとも一つの内部に位置する。これにより、第１の導電層と第２の導電層とが互いに電気的に接続される。
そして、複数の第２の電極を形成する。第２の電極は、第２の半導体層、及び、第２の導電層と電気的に接続される。これにより、第１の電極、第１の半導体層、発光層、第２の半導体層、及び第２の電極を有する発光ダイオードを、複数形成することができる。第２の電極は、第２の半導体層の上面、及び、第２の導電層の上面に接するように形成することが好ましい。また、第２の電極は、第１の導電層及び第２の導電層を介して、トランジスタと電気的に接続される。これにより、複数のトランジスタのそれぞれが、複数の発光ダイオードの少なくとも一つと電気的に接続される。
作製された表示装置において、第１の導電層の第２の導電層側の面の高さは、第１の絶縁層の第２の絶縁層側の面の高さと概略一致する。なお、本明細書等において、「ＡとＢが概略一致する」とは、ＡとＢが一致している場合を含み、かつ、ＡとＢが一致するように作製された際の製造上の誤差によりＡとＢに差が生じている場合を含む。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有することが好ましい。第３の絶縁層は、トランジスタと第１の絶縁層との間に位置することが好ましい。第４の絶縁層は、発光ダイオードと第２の絶縁層との間に位置することが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、第１の絶縁層及び第２の絶縁層よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。第３の絶縁層及び第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有することが好ましい。酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることで、第１の基板側の積層構造及び第２の基板側の積層構造の一方から他方へ不純物が拡散することなどを抑制できる。
本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードを用いて映像を表示する機能を有する。発光ダイオードは自発光デバイスであるため、表示デバイスとして発光ダイオードを用いる場合、表示装置にはバックライトが不要であり、また偏光板を設けなくてもよい。したがって、表示装置の消費電力を低減することができ、また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。また、表示デバイスとして発光ダイオードを用いた表示装置は、輝度を高めることが可能（例えば、５０００ｃｄ／ｍ２以上、好ましくは１００００ｃｄ／ｍ２以上）であり、かつ、コントラストが高く視野角が広いため、高い表示品位を得ることができる。また、発光材料に無機材料を用いることで、表示装置の寿命を長くし、信頼性を高めることができる。
本実施の形態では、特に、発光ダイオードとして、マイクロＬＥＤを用いる場合の例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有するマイクロＬＥＤについて説明する。ただし、発光ダイオードに特に限定はなく、例えば、量子井戸接合を有するマイクロＬＥＤ、ナノコラムを用いたＬＥＤなどを用いてもよい。
発光ダイオードの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに好ましい。なお、本明細書等において、光を射出する領域の面積が１００００μｍ２以下の発光ダイオードをマイクロＬＥＤと記す場合がある。
表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有することが好ましい。金属酸化物を用いたトランジスタは、消費電力を低くすることができる。そのため、マイクロＬＥＤと組み合わせることで、極めて消費電力の低減された表示装置を実現することができる。
特に、本実施の形態の表示装置は、ゲート電極の上面の高さが、絶縁層の上面の高さと概略一致しているトランジスタを有することが好ましい。例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法などを用いて平坦化処理を施すことで、ゲート電極の上面と絶縁層の上面を平坦化し、ゲート電極の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
このような構成のトランジスタは、サイズを小さくすることが容易である。トランジスタのサイズを小さくすることで、画素のサイズを小さくすることができるため、表示装置の精細度を高めることができる。
または、表示装置が有するトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有することが好ましい。これにより、回路の高速動作が可能となる。
また、表示装置は、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタと、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタと、の双方を有していてもよい。例えば、画素回路及びゲートドライバに、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを用い、ソースドライバに、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを用いてもよい。または、例えば、画素回路に、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを用い、ソースドライバ及びゲートドライバに、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを用いてもよい。または、画素回路、ゲートドライバ、及びソースドライバの全てに、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタを用いてもよい。または、画素回路、ゲートドライバ、及びソースドライバの全てに、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタを用いてもよい。
本実施の形態の表示装置は精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型及びブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）が挙げられる。そのほか、このような電子機器としては、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、メガネ型のＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、及び、ＭＲ（Ｍｉｘｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器などの、頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
［表示装置の構成例１］
図１に、表示装置１００Ａの断面図を示す。図２に、表示装置１００Ｂの断面図を示す。図３~図７に、表示装置１００Ａ及び表示装置１００Ｂの作製方法を示す断面図を示す。以下では、表示装置１００Ａ及び１００Ｂの、構成及び作製方法について説明する。
表示装置１００Ａ及び表示装置１００Ｂは、チャネル形成領域にシリコンを有するトランジスタ１３０ａ、１３０ｂと、チャネル形成領域に金属酸化物を有するトランジスタ１２０ａ、１２０ｂと、発光ダイオード１１０ａ、１１０ｂと、を有する。
発光ダイオード１１０ａは、電極１１２ａ、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、半導体層１１５ａ、及び、電極１１７ａを有する。発光ダイオード１１０ｂは、電極１１２ｂ、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、半導体層１１５ｂ、及び、電極１１７ｃを有する。発光ダイオードが有する各層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
表示装置１００Ａ及び表示装置１００Ｂにおいて、各色の副画素は、同一の色の光を呈する発光ダイオードを有する。本実施の形態では、各色の副画素が、青色の光を呈する発光ダイオードを有する例を挙げて説明する。
表示装置１００Ａ及び表示装置１００Ｂにおいて、赤色の副画素が有する発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが設けられている。色変換層ＣＣＭＲは、青色の光を赤色の光に変換する機能を有する。
発光ダイオード１１０ａが発した光は、色変換層ＣＣＭＲにより青色から赤色に変換され、着色層ＣＦＲにより赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ａまたは表示装置１００Ｂの外部に射出される。
図示しないが、同様に、表示装置１００Ａ及び表示装置１００Ｂにおいて、緑色の副画素が有する発光ダイオードと重なる領域に、緑色の着色層と、青色の光を緑色に変換する色変換層と、が設けられている。これにより、緑色の副画素が有する発光ダイオードが発した光は、色変換層により青色から緑色に変換され、着色層により緑色の光の純度が高められて、表示装置１００Ａまたは表示装置１００Ｂの外部に射出される。
一方、表示装置１００Ａまたは表示装置１００Ｂにおいて、青色の副画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域には、色変換層が設けられていない。発光ダイオード１１０ｂが発した青色の光は、色変換されずに、表示装置１００Ａまたは表示装置１００Ｂの外部に射出される。
なお、表示装置１００Ａまたは表示装置１００Ｂにおいて、青色の画素が有する発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、青色の着色層が設けられていてもよい。青色の着色層を設けると、青色の光の純度を高めることができる。また、青色の着色層を設けない場合、作製工程を簡略化できる。
各色の副画素で同じ構成の発光ダイオードを有する表示装置の作製では、基板上に１種類の発光ダイオードのみを作製すればよいため、複数種の発光ダイオードを作製する場合に比べて、製造装置及び工程を簡素化できる。
本実施の形態の表示装置では、図１及び図２に示す矢印の方向に、赤色の光Ｒと青色の光Ｂが取り出される。表示装置１００Ａにおいて、発光ダイオード１１０ａが発する光は、発光ダイオード１１０ａ上に形成された色変換層ＣＣＭＲ及び着色層ＣＦＲを介して、取り出される。一方、表示装置１００Ｂにおいては、発光ダイオード１１０ａ上に基板１９１が貼り合わされており、発光ダイオード１１０ａが発する光は、当該基板１９１に形成された色変換層ＣＣＭＲ及び着色層ＣＦＲを介して、取り出される。
本実施の形態の表示装置の作製方法としては、まず、図３Ａに示すＬＥＤ基板１５０Ａと、図３Ｂに示す回路基板１５０Ｂと、をそれぞれ作製する。
図３Ａに、ＬＥＤ基板１５０Ａの断面図を示す。
ＬＥＤ基板１５０Ａは、基板１０１、半導体膜１１５、発光体１１４、半導体膜１１３、導電膜１１２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４を有する。半導体膜１１５、発光体１１４、半導体膜１１３、導電膜１１２、絶縁層１０３、及び絶縁層１０４は、それぞれ、単層構造であっても、積層構造であってもよい。ＬＥＤ基板１５０Ａは、さらに層を有していてもよい。例えば、基板１０１と半導体膜１１５との間に下地層等が設けられていてもよい。
導電膜１１２、半導体膜１１３、発光体１１４、及び、半導体膜１１５は、後の工程で加工され、発光ダイオードを構成する膜である。発光体１１４は、半導体膜１１３と半導体膜１１５とに挟持されている。発光体１１４では、電子と正孔が結合して光を発する。半導体膜１１３と半導体膜１１５とのうち、一方はｎ型の半導体層であり、他方はｐ型の半導体層である。
半導体膜１１３、発光体１１４、及び、半導体膜１１５を含む積層構造は、赤色、黄色、緑色、青色、紫外光などの光を呈するように形成される。これらの積層構造には、例えば、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物（ＩＩＩ−Ｖ族化合物ともいう）を用いることができる。第１３族元素としては、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどが挙げられる。第１５族元素としては、窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどが挙げられる。例えば、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いて、発光ダイオードを作製することができる。
基板１０１としては、化合物半導体基板を用いてもよく、例えば、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物半導体基板を用いてもよい。また、基板１０１としては、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの単結晶基板を用いることができる。
導電膜１１２は、後の工程で加工され、発光ダイオードの電極となる膜である。導電膜１１２に用いることができる材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、銀、白金、金、モリブデン、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金（銀とパラジウムと銅の合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ（ＡＰＣ）など）が挙げられる。また、酸化スズ、または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。
絶縁層１０３及び絶縁層１０４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの各種無機絶縁材料を用いて形成することができる。
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものである。また、窒化酸化シリコンとは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものである。
特に、絶縁層１０３には、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。絶縁層１０３は、ＬＥＤ基板１５０Ａから回路基板１５０Ｂに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
また、絶縁層１０４には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層１０４は、回路基板１５０Ｂが有する絶縁層と直接接合する層である。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。
また、本実施の形態の表示装置は、赤外光を呈する発光ダイオードを有していてもよい。赤外光を呈する発光ダイオードは、例えば、赤外光センサの光源として用いることができる。
図３Ｂに、回路基板１５０Ｂの断面図を示す。
回路基板１５０Ｂは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ）と、金属酸化物にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ）と、を積層して有する。なお、回路基板１５０Ｂが有する各層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
基板１３１としては、単結晶シリコン基板が好適である。トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、導電層１３５、絶縁層１３４、絶縁層１３６、一対の低抵抗領域１３３を有する。導電層１３５は、ゲートとして機能する。絶縁層１３４は、導電層１３５と基板１３１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。絶縁層１３６は、導電層１３５の側面を覆って設けられ、サイドウォールとして機能する。一対の低抵抗領域１３３は、基板１３１における、不純物がドープされた領域であり、一方がトランジスタのソースとして機能し、他方がトランジスタのドレインとして機能する。
また、基板１３１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタの間に、素子分離層１３２が設けられている。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂを覆って絶縁層１３９が設けられ、絶縁層１３９上に導電層１３８が設けられている。絶縁層１３９の開口に埋め込まれた導電層１３７を介して、導電層１３８は、一対の低抵抗領域１３３の一方と電気的に接続される。また、導電層１３８を覆って絶縁層１４１が設けられ、絶縁層１４１上に導電層１４２が設けられている。導電層１３８及び導電層１４２は、それぞれ配線として機能する。また、導電層１４２を覆って絶縁層１４３及び絶縁層１５２が設けられ、絶縁層１５２上にトランジスタ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。
トランジスタ１３０ａ、１３０ｂと、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂとの間に設けられる絶縁層（図３Ｂでは、絶縁層１３９、絶縁層１４１、絶縁層１４３、及び絶縁層１５２）のうち、少なくとも一層に、バリア層として機能する層を用いることが好ましい。バリア層としては、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることが好ましい。本実施の形態では、絶縁層１５２がバリア層として機能する例を示す。絶縁層１５２は、水及び水素の一方または双方が、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂからトランジスタ１２０ａ、１２０ｂに拡散すること、及び、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂからトランジスタ１３０ａ、１３０ｂ側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、導電層１６１、絶縁層１６３、絶縁層１６４、金属酸化物層１６５、一対の導電層１６６、絶縁層１６７、導電層１６８等を有する。絶縁層１６２、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５等の絶縁層の一つまたは複数は、トランジスタの構成要素とみなされる場合もあるが、本実施の形態では、トランジスタの構成要素に含めずに説明する。なお、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタの具体例は実施の形態２で詳述する。
金属酸化物層１６５は、チャネル形成領域を有する。金属酸化物層１６５は、一対の導電層１６６の一方と重なる第１の領域と、一対の導電層１６６の他方と重なる第２の領域と、当該第１の領域と当該第２の領域の間の第３の領域と、を有する。
絶縁層１５２上に導電層１６１及び絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１及び絶縁層１６２を覆って絶縁層１６３及び絶縁層１６４が設けられている。金属酸化物層１６５は、絶縁層１６４上に設けられている。導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６３及び絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は絶縁層１６３及び絶縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる。絶縁層１６３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。金属酸化物層１６５と接する絶縁層１６４には、酸化シリコン膜などの酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。
ここで、導電層１６１の上面の高さは、絶縁層１６２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
本実施の形態の表示装置は、絶縁層の上面の高さと導電層の上面の高さとが概略一致している構成が少なくとも一つ適用されている。当該構成の作製方法例としては、まず、絶縁層を形成し、当該絶縁層に開口を設け、当該開口を埋めるように導電層を形成した後、ＣＭＰ法などを用いて平坦化処理を施す方法が挙げられる。これにより、導電層の上面の高さと絶縁層の上面の高さを揃えることができる。
一対の導電層１６６は、金属酸化物層１６５上に離間して設けられている。一対の導電層１６６は、ソース及びドレインとして機能する。金属酸化物層１６５及び一対の導電層１６６を覆って、絶縁層１８１が設けられ、絶縁層１８１上に絶縁層１８２が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口が設けられており、当該開口の内部に絶縁層１６７及び導電層１６８が埋め込まれている。当該開口は、上記第３の領域と重なる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面及び絶縁層１８２の側面と重なる。導電層１６８はゲート電極として機能し、絶縁層１６７はゲート絶縁層として機能する。導電層１６８は絶縁層１６７を介して金属酸化物層１６５と重なる。
ここで、導電層１６８の上面の高さは、絶縁層１８２の上面の高さと概略一致している。これにより、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂのサイズを小さくすることができる。
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、及び導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３及び絶縁層１８５が設けられている。絶縁層１８１及び絶縁層１８３は、絶縁層１５２と同様に、バリア層として機能することが好ましい。絶縁層１８１で一対の導電層１６６を覆うことで、絶縁層１８２に含まれる酸素により一対の導電層１６６が酸化してしまうことを抑制できる。
一対の導電層１６６の一方及び導電層１８９ａと電気的に接続されるプラグが、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、及び絶縁層１８５に設けられた開口内に埋め込まれている。プラグは、当該開口の側面及び一対の導電層１６６の一方の上面に接する導電層１８４ｂと、当該導電層１８４ｂよりも内側に埋め込まれた導電層１８４ａと、を有することが好ましい。このとき、導電層１８４ｂとして、水素及び酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。
絶縁層１８５上に導電層１８９ａ及び絶縁層１８６が設けられ、導電層１８９ａ上に導電層１８９ｂが設けられ、絶縁層１８６上に絶縁層１８７が設けられている。絶縁層１８７上には、絶縁層１８８、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄが設けられている。絶縁層１８６は平坦化機能を有することが好ましい。ここで、導電層１８９ｂの上面の高さは、絶縁層１８７の上面の高さと概略一致している。絶縁層１８７及び絶縁層１８６は、導電層１８９ａに達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９ｂが埋め込まれている。導電層１８９ｂは導電層１８９ａと導電層１９０ａまたは導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。また、絶縁層１８８の上面の高さは、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄのそれぞれの上面の高さと概略一致している。
トランジスタ１２０ａの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ａと電気的に接続されている。
同様に、トランジスタ１２０ｂの一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、導電層１８９ａ、及び導電層１８９ｂを介して、導電層１９０ｃと電気的に接続されている。
絶縁層１８６は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの無機絶縁材料を用いて形成することが好ましい。
絶縁層１８７には、例えば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いることができる。絶縁層１８７は、ＬＥＤ基板１５０Ａからトランジスタに不純物（水素、水など）が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。また、絶縁層１８７は、回路基板１５０ＢからＬＥＤ基板１５０Ａに不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。
絶縁層１８８は、ＬＥＤ基板１５０Ａが有する絶縁層１０４と直接接合する層である。絶縁層１８８は、絶縁層１０４と同一の材料で形成されることが好ましい。絶縁層１８８には、酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。酸化物絶縁膜同士を直接接合させることで、接合強度（貼り合わせ強度）を高めることができる。なお、絶縁層１０４及び絶縁層１８８のうち一方または双方が積層構造の場合、互いに接する層（表層、接合面を含む層）が同一の材料で形成されていることが好ましい。
回路基板１５０Ｂが有する各種導電層に用いることができる材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、銀、白金、金、モリブデン、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金（ＡＰＣなど）が挙げられる。また、酸化スズ、または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。
なお、回路基板１５０Ｂは、発光ダイオードの光を反射する反射層及び当該光を遮る遮光層の一方または双方を有していてもよい。
トランジスタ１２０ａ、１２０ｂは、画素回路を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１３０ａ、１３０ｂは、画素回路を構成するトランジスタ、または、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバの一方又は双方）を構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂ、１３０ａ、１３０ｂは、演算回路や記憶回路などの各種回路を構成するトランジスタとして用いることができる。
このような構成とすることで、発光ダイオードの直下に画素回路だけでなく駆動回路等を形成することができるため、表示部の外側に駆動回路を設ける場合に比べて、表示装置を小型化することができる。また、狭額縁の（非表示領域の狭い）表示装置を実現することができる。
次に、図４に示すように、ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂとを貼り合わせる。ここでは、ＬＥＤ基板１５０Ａに設けられた絶縁層１０４と、回路基板１５０Ｂに設けられた絶縁層１８８とが、直接接合される。絶縁層１０４と絶縁層１８８とは、同一の成分で構成されることが好ましい。
ＬＥＤ基板１５０Ａと回路基板１５０Ｂの接合面において、同一の材料の層同士が接することで、機械的な強度を有する接続を得ることができる。
絶縁層同士の接合には、研磨などによって高い平坦性を得たのち、酸素プラズマ等で親水性処理をした表面同士を接触させて仮接合し、熱処理による脱水で本接合を行う親水性接合法などを用いることができる。親水性接合法も原子レベルでの結合が起こるため、機械的に優れた接合を得ることができる。酸化物絶縁膜を用いた場合、親水性処理を行うことで、接合強度をより高めることができ、好ましい。なお、酸化物絶縁膜を用いる場合、親水性処理を別途施さなくてもよい。
ここで、事前に、ＬＥＤ基板に複数の発光ダイオードを作製し、回路基板に複数のトランジスタを作製して、その後、ＬＥＤ基板と回路基板とを貼り合わせる場合には、高い位置合わせ精度が求められる。作製する表示装置の精細度及び解像度が高いほど、貼り合わせが困難となり、表示装置の作製歩留まりが低くなる。
一方、本実施の形態の表示装置の作製においては、ＬＥＤ基板１５０Ａは、発光ダイオードを構成する膜が形成されているものの、パターニングなどの加工は施されていない状態で、回路基板１５０Ｂと貼り合わせる。したがって、高い位置合わせ精度が要求されず、貼り合わせの難易度を低くできる。これにより、精細度及び解像度の高い表示装置であっても、作製歩留まりを高めることができる。
次に、基板１０１を剥離する（図５及び図６Ａ）。
基板１０１の剥離方法に限定は無く、例えば、図５に示すように、レーザ光（Ｌａｓｅｒ　ｂｅａｍ）を基板１０１の一面全体に照射する方法が挙げられる。これにより、基板１０１を剥離し、半導体膜１１５を露出することができる（図６Ａ）。
レーザとしては、エキシマレーザ、固体レーザなどを用いることができる。例えば、ダイオード励起固体レーザ（ＤＰＳＳ）を用いてもよい。
基板１０１と発光ダイオードとの間（図６Ａでは、基板１０１と半導体膜１１５との間）に、剥離層を設けてもよい。
剥離層は、有機材料または無機材料を用いて形成することができる。
剥離層に用いることができる有機材料としては、例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。
剥離層に用いることができる無機材料としては、タングステン、モリブデン、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、コバルト、ジルコニウム、亜鉛、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、シリコンから選択された元素を含む金属、該元素を含む合金、または該元素を含む化合物等が挙げられる。シリコンを含む層の結晶構造は、非晶質、微結晶、多結晶のいずれでもよい。
次に、図６Ｂに示すように、導電膜１１２、半導体膜１１３、発光体１１４、及び、半導体膜１１５を加工し、電極１１２ａ、電極１１２ｂ、半導体層１１３ａ、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ａ、発光層１１４ｂ、半導体層１１５ａ、及び、半導体層１１５ｂを形成する。さらに、絶縁層１０３上に、絶縁層１０２を形成する。ここで、絶縁層１０２の上面の高さは、半導体層１１５ａ、１１５ｂの上面の高さと概略一致することが好ましい。
絶縁層１０２は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、窒化チタンなどの無機絶縁材料を用いて形成することが好ましい。また、絶縁層１０２が可視光を遮る機能を有していることが好ましい。絶縁層１０２が可視光を遮る機能を有していることで、発光ダイオードが発する光が、隣接する副画素に到達することを抑制し、表示装置の表示品位を高めることができる。
次に、図７Ａに示すように、絶縁層１０２に、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、電極１１２ａ、及び電極１１２ｂのそれぞれに達する開口を設ける。なお、図示しないが、絶縁層１０２には、導電層１９０ｄに達する開口も設ける。
次に、これらの開口を埋めるように、導電層１１６ａ、導電層１１６ｂ、導電層１１６ｃ、導電層１１６ｄ、及び導電層１１６ｅを形成する。なお、図示しないが、導電層１９０ｄに達する開口も導電層によって埋められる。
導電層１１６ａ~導電層１１６ｄに用いることができる材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、スズ、亜鉛、銀、白金、金、モリブデン、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金（ＡＰＣなど）が挙げられる。また、酸化スズ、または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。
そして、絶縁層１０２上に、電極１１７ａ、導電層１１７ｂ、電極１１７ｃ、及び導電層１１７ｄを形成する。
これにより、電極１１２ａ、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、半導体層１１５ａ、及び、電極１１７ａを有する発光ダイオード１１０ａを形成することができる。また、電極１１２ｂ、半導体層１１３ｂ、発光層１１４ｂ、半導体層１１５ｂ、及び、電極１１７ｃを有する発光ダイオード１１０ｂを形成することができる。
電極１１７ａは、半導体層１１５ａと導電層１１６ａとを電気的に接続する。電極１１７ａは、導電層１１６ａを介して導電層１９０ａと電気的に接続される。電極１１７ａと導電層１９０ａとを電気的に接続することで、トランジスタ１２０ａと発光ダイオード１１０ａとを電気的に接続することができる。電極１１７ａは、発光ダイオード１１０ａの画素電極として機能する。なお、電極１１７ａは、半導体層１１５ａの上面及び導電層１１６ａの上面に接するように形成されることが好ましい。
また、導電層１１７ｂは、導電層１１６ｂを介して、電極１１２ａと電気的に接続し、かつ、導電層１１６ｃを介して、導電層１９０ｂと電気的に接続する。電極１１２ａは、導電層１１６ｂ、導電層１１７ｂ、導電層１１６ｃを介して、導電層１９０ｂと電気的に接続される。電極１１２ｂは、発光ダイオード１１０ａの共通電極として機能する。
同様に、電極１１７ｃは、半導体層１１５ｂと導電層１１６ｄとを電気的に接続する。電極１１７ｃは、導電層１１６ｄを介して導電層１９０ｃと電気的に接続される。電極１１７ｃと導電層１９０ｃとを電気的に接続することで、トランジスタ１２０ｂと発光ダイオード１１０ｂとを電気的に接続することができる。電極１１７ｃは、発光ダイオード１１０ｂの画素電極として機能する。なお、電極１１７ｃは、半導体層１１５ｂの上面及び導電層１１６ｄの上面に接するように形成されることが好ましい。
また、導電層１１７ｄは、導電層１１６ｅを介して、電極１１２ｂと電気的に接続し、かつ、導電層（図示しない）を介して、導電層１９０ｄと電気的に接続する。電極１１２ｂは、導電層１１６ｅ、導電層１１７ｄ等を介して、導電層１９０ｄと電気的に接続される。電極１１２ｂは、発光ダイオード１１０ｂの共通電極として機能する。
なお、図７Ｂに示すように、絶縁層１０２に発光ダイオードを取り囲む開口を設け、当該開口に遮光層ＢＭを埋め込んでもよい。これにより、発光ダイオードが発する光が、隣接する副画素に到達することを抑制し、表示装置の表示品位を高めることができる。なお、遮光層ＢＭの材料については特に限定されず、例えば、金属材料などの無機材料、又は、顔料（カーボンブラックなど）もしくは染料を含む樹脂材料などの有機材料を用いることができる。
その後、発光ダイオード１１０ａと重なる領域に、色変換層ＣＣＭＲ及び着色層ＣＦＲを形成する。さらに、発光ダイオード１１０ｂと重なる領域に、青色の着色層を形成してもよい。
図１に示す表示装置１００Ａを形成する場合には、発光ダイオード１１０ａ上に色変換層ＣＣＭＲを形成し、色変換層ＣＣＭＲ上に着色層ＣＦＲを形成する。発光ダイオード１１０ａ上に直接、色変換層ＣＣＭＲを形成してもよい。また、図１に示すように、発光ダイオード１１０ａ上に絶縁層を形成し、当該絶縁層上に色変換層ＣＣＭＲを形成してもよい。
図１では、絶縁層１０２上に絶縁層１９３を形成し、電極１１７ａ、導電層１１７ｂ、電極１１７ｃ、導電層１１７ｄ、及び、絶縁層１９３上に絶縁層１９４を形成する例を示す。絶縁層１９３及び絶縁層１９４には、それぞれ、各種絶縁材料を用いることができる。発光ダイオード１１０ａと色変換層ＣＣＭＲの間に設けられる絶縁層は、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、窒化シリコン膜などの、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を少なくとも一層有することが好ましい。図１では、絶縁層１９３に、酸化物絶縁膜（酸化シリコン膜など）を用い、絶縁層１９４に、酸化シリコン膜よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いる例を示す。
色変換層ＣＣＭＲの形成面は平坦であることが好ましい。例えば、図１では、電極１１７ａ、導電層１１７ｂ、電極１１７ｃ、及び導電層１１７ｄそれぞれの上面と、絶縁層１９３の上面とが概略一致している例を示す。
色変換層としては、蛍光体及び量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｄｏｔ）の一方または双方を用いることが好ましい。特に、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭く、色純度のよい発光を得ることができる。これにより、表示装置の表示品位を高めることができる。
色変換層は、液滴吐出法（例えば、インクジェット法）、塗布法、インプリント法、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等を用いて形成することができる。また、量子ドットフィルムなどの色変換フィルムを用いてもよい。
量子ドットを構成する材料としては、特に限定は無く、例えば、第１４族元素、第１５族元素、第１６族元素、複数の第１４族元素からなる化合物、第４族から第１４族に属する元素と第１６族元素との化合物、第２族元素と第１６族元素との化合物、第１３族元素と第１５族元素との化合物、第１３族元素と第１７族元素との化合物、第１４族元素と第１５族元素との化合物、第１１族元素と第１７族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスターなどが挙げられる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、酸化鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物、及びこれらの組み合わせなどが挙げられる。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いてもよい。
量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型などが挙げられる。また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着している又は保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着している又は当該保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるように、そのサイズを適宜調整する。結晶のサイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へシフトするため、量子ドットのサイズを変更させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調整することができる。量子ドットのサイズ（直径）は、例えば、０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、発光スペクトルがより狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。棒状の量子ドットである量子ロッドは、指向性を有する光を呈する機能を有する。
着色層は特定の波長域の光を透過する有色層である。例えば、赤色、緑色、青色、又は黄色の波長域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。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、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
一方、図２に示す表示装置１００Ｂを形成する場合には、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが設けられた基板１９１を準備する。
基板１９１は、発光ダイオードからの光を取り出す側に位置するため、可視光に対する透過性の高い材料を用いることが好ましい。基板１９１に用いることができる材料としては、例えば、ガラス、石英、サファイア、樹脂などが挙げられる。基板１９１には、樹脂フィルムなどのフィルムを用いてもよい。これにより表示装置の軽量化、薄型化が可能となる。
そして、着色層ＣＦＲ及び色変換層ＣＣＭＲが発光ダイオード１１０ａと重なるように、接着層１９２を用いて基板１９１を貼り合わせる。これにより、表示装置１００Ｂを作製することができる。
接着層１９２には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
なお、図２では、絶縁層１０２及び電極１１７ａなどに接着層１９２が接する例を示すが、絶縁層１０２上及び電極１１７ａ上の一方または双方に絶縁層（例えば、図１に示す絶縁層１９３及び絶縁層１９４の一方または双方）を設け、当該絶縁層と接着層１９２が接していてもよい。
なお、本実施の形態の表示装置において、１つのトランジスタに、複数の発光ダイオードが電気的に接続されていてもよい。
また、副画素が呈する色ごとに、発光ダイオードを駆動するトランジスタのサイズ、チャネル長、チャネル幅、及び構造などの少なくとも一つが互いに異なっていてもよい。具体的には、所望の輝度で発光させるために必要な電流量に応じて、色ごとにトランジスタのチャネル長及びチャネル幅の一方又は双方を変えてもよい。
また、本発明の一態様の表示装置は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）であってもよい。
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知デバイス（センサデバイス、検知素子、センサ素子ともいう）に限定は無い。指及び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、検知デバイス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。
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デバイスとを貼り合わせる構成、表示デバイスを支持する基板及び対向基板の一方または双方に検知デバイス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。
［表示装置の構成例２］
図８に示す表示装置１００Ｃは、主に、トランジスタ１２０ａ、１２０ｂを有さない点で、図１に示す表示装置１００Ａと異なる。
表示装置１００Ｃでは、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタ（トランジスタ１３０ａ、１３０ｂ）を用いて、画素回路を形成する。さらに、基板１３１にチャネル形成領域を有するトランジスタを用いて、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバの一方又は双方）、演算回路、記憶回路などの各種回路を形成してもよい。
表示装置１００Ｃは、作製する回路基板の構成が異なる以外は、表示装置１００Ａと同様の方法で作製することができる。以下に、回路基板の構成について説明する。
表示装置１００Ｃにおいて、基板１３１から導電層１３８までの構成は、回路基板１５０Ｂ（図３Ｂ）の構成と同様である。さらに、導電層１３８上に絶縁層１８６が設けられ、導電層１３８上に導電層１８９が設けられ、絶縁層１８６上に絶縁層１８７が設けられている。絶縁層１８７上には、絶縁層１８８、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄが設けられている。絶縁層１８６は平坦化機能を有することが好ましい。ここで、導電層１８９の上面の高さは、絶縁層１８７の上面の高さと概略一致している。絶縁層１８７及び絶縁層１８６は、導電層１３８に達する開口が設けられており、当該開口の内部に導電層１８９が埋め込まれている。導電層１８９は導電層１３８と導電層１９０ａまたは導電層１９０ｃとを電気的に接続するプラグとして機能する。また、絶縁層１８８の上面の高さは、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃ、及び、導電層１９０ｄのそれぞれの上面の高さと概略一致している。
以上のように、本実施の形態の表示装置は、発光ダイオードを構成する積層膜を加工する前に、当該積層膜が形成された基板とトランジスタが形成された基板とを貼り合わせるため、貼り合わせの際に、高い位置合わせ精度が要求されない。したがって、画素数の多い表示装置または高精細な表示装置を作製する場合であっても、貼り合わせの難易度を低くでき、表示装置の作製歩留まりを高めることができる。
本実施の形態の表示装置は、複数のトランジスタ上の第１の絶縁層と、発光ダイオードを構成する積層膜上の第２の絶縁層と、に、同一の材料の膜（好ましくは酸化物絶縁膜、より好ましくは酸化シリコン膜）を用いる。第１の絶縁層と第２の絶縁層とを直接接合することで、接合強度を高めることができる。さらに、複数のトランジスタと、第１の絶縁層と、の間に、第３の絶縁層を設け、発光ダイオードを構成する積層膜と、第２の絶縁層と、の間に、第４の絶縁層を設ける。第３の絶縁層及び第４の絶縁層としては、第１の絶縁層及び第２の絶縁層よりも水素及び酸素の一方または双方が拡散しにくい膜を用いる。具体的には、第３の絶縁層及び第４の絶縁層としては、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜の少なくとも一つを用いることが好ましく、窒化シリコン膜を用いることが特に好ましい。これにより、トランジスタ及び発光ダイオードに入り込む不純物を好適に抑制できる。
また、本実施の形態の表示装置は、トランジスタのサイズを小さくできるため、精細度を高めること、及び、比較的小さな表示部を有する電子機器への適用が容易である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に用いることができるトランジスタについて説明する。
表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
表示装置が有するトランジスタには、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を用いることができる。これにより、オフ電流の極めて小さいトランジスタを実現することができる。
表示装置が有するトランジスタにシリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタを適用してもよい。当該トランジスタとしては、例えば、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）を有するトランジスタ、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。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と、シリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタと、を組み合わせて用いてもよい。
なお、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域、またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域、またはソース電極）の間にチャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
また、ソース及びドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合、または、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースとドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
チャネル幅とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネル形成領域における、チャネル長方向を基準として垂直方向のチャネル形成領域の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。すなわち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネル形成領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
なお、本明細書等において、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅などは、断面ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
なお、以下に示す絶縁体、導電体、酸化物、半導体の成膜は、スパッタリング法、化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて行うことができる。また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「酸化物」という用語を、酸化物膜または酸化物層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
図９Ａにトランジスタ２００の上面図を示す。なお、図９Ａでは、図の明瞭化のため、一部の要素の図示を省略する。図９Ｂに、図９Ａにおける一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面図を示す。図９Ｂは、トランジスタ２００のチャネル長方向の断面図といえる。図９Ｃに、図９Ａにおける一点鎖線Ａ３−Ａ４間の断面図を示す。図９Ｃは、トランジスタ２００のチャネル幅方向の断面図といえる。図９Ｄに、図９Ａにおける一点鎖線Ａ５−Ａ６間の断面図を示す。
図９Ａ~図９Ｄに示す半導体装置は、基板（図示せず）上の絶縁体２１２と、絶縁体２１２上の絶縁体２１４と、絶縁体２１４上のトランジスタ２００と、トランジスタ２００上の絶縁体２８０と、絶縁体２８０上の絶縁体２８２と、絶縁体２８２上の絶縁体２８３と、絶縁体２８３上の絶縁体２８５と、を有する。絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８５は層間絶縁膜として機能する。また、トランジスタ２００と電気的に接続し、プラグとして機能する導電体２４０（導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂ）を有する。なお、プラグとして機能する導電体２４０の側面に接して絶縁体２４１（絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂ）が設けられる。また、絶縁体２８５上及び導電体２４０上には、導電体２４０と電気的に接続し、配線として機能する導電体２４６（導電体２４６ａ及び導電体２４６ｂ）が設けられる。
絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、及び絶縁体２８５の開口の内壁に接して絶縁体２４１ａが設けられ、絶縁体２４１ａの側面に接して導電体２４０ａの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ａの第２の導電体が設けられている。また、絶縁体２８０、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の開口の内壁に接して絶縁体２４１ｂが設けられ、絶縁体２４１ｂの側面に接して導電体２４０ｂの第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体２４０ｂの第２の導電体が設けられている。ここで、導電体２４０の上面の高さと、導電体２４６と重なる領域の、絶縁体２８５の上面の高さと、は同程度にできる。なお、トランジスタ２００では、導電体２４０として、第１の導電体と第２の導電体を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２４０を単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
［トランジスタ２００］
図９Ａ乃至図９Ｄに示すように、トランジスタ２００は、絶縁体２１４上の絶縁体２１６と、絶縁体２１６に埋め込まれるように配置された導電体２０５（導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃ）と、絶縁体２１６上、及び導電体２０５上の絶縁体２２２と、絶縁体２２２上の絶縁体２２４と、絶縁体２２４上の酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａ上の酸化物２３０ｂと、酸化物２３０ｂ上の酸化物２４３（酸化物２４３ａ及び酸化物２４３ｂ）と、酸化物２４３ａ上の導電体２４２ａと、導電体２４２ａ上の絶縁体２７１ａと、酸化物２４３ｂ上の導電体２４２ｂと、導電体２４２ｂ上の絶縁体２７１ｂと、酸化物２３０ｂ上の絶縁体２５０（絶縁体２５０ａ及び絶縁体２５０ｂ）と、絶縁体２５０上に位置し、酸化物２３０ｂの一部と重なる導電体２６０（導電体２６０ａ及び導電体２６０ｂ）と、絶縁体２２２、絶縁体２２４、酸化物２３０ａ、酸化物２３０ｂ、酸化物２４３ａ、酸化物２４３ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、絶縁体２７１ａ、及び絶縁体２７１ｂを覆って配置される絶縁体２７５と、を有する。
なお、以下において、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂをまとめて酸化物２３０と呼ぶ場合がある。また、導電体２４２ａと導電体２４２ｂをまとめて導電体２４２と呼ぶ場合がある。また、絶縁体２７１ａと絶縁体２７１ｂをまとめて絶縁体２７１と呼ぶ場合がある。
絶縁体２８０及び絶縁体２７５には、酸化物２３０ｂに達する開口が設けられる。当該開口内に、絶縁体２５０及び導電体２６０が配置されている。また、トランジスタ２００のチャネル長方向において、絶縁体２７１ａ、導電体２４２ａ、及び酸化物２４３ａと、絶縁体２７１ｂ、導電体２４２ｂ、及び酸化物２４３ｂと、の間に導電体２６０及び絶縁体２５０が設けられている。絶縁体２５０は、導電体２６０の側面と接する領域と、導電体２６０の底面と接する領域と、を有する。
酸化物２３０は、絶縁体２２４の上に配置された酸化物２３０ａと、酸化物２３０ａの上に配置された酸化物２３０ｂと、を有することが好ましい。酸化物２３０ｂの下に酸化物２３０ａを有することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物から、酸化物２３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、トランジスタ２００では、酸化物２３０が、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂの２層を積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ｂの単層、または３層以上の積層構造を設ける構成にしてもよいし、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂのそれぞれが積層構造を有していてもよい。
導電体２６０は、第１のゲート（トップゲートともいう）電極として機能し、導電体２０５は、第２のゲート（バックゲートともいう）電極として機能する。また、絶縁体２５０は、第１のゲート絶縁膜として機能し、絶縁体２２４及び絶縁体２２２は、第２のゲート絶縁膜として機能する。また、導電体２４２ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電体２４２ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能する。また、酸化物２３０の導電体２６０と重畳する領域の少なくとも一部はチャネル形成領域として機能する。
酸化物２３０ｂは、導電体２４２ａと重畳する領域に、ソース領域及びドレイン領域の一方を有し、導電体２４２ｂと重畳する領域に、ソース領域及びドレイン領域の他方を有する。また、酸化物２３０ｂは、ソース領域とドレイン領域に挟まれた領域にチャネル形成領域（図９Ｂにおいて斜線部で示す領域）を有する。
チャネル形成領域は、ソース領域及びドレイン領域よりも、酸素欠損が少なく、または不純物濃度が低いため、キャリア濃度が低い高抵抗領域である。ここで、チャネル形成領域のキャリア濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１７ｃｍ−３未満であることがより好ましく、１×１０１６ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１３ｃｍ−３未満であることがさらに好ましく、１×１０１２ｃｍ−３未満であることがさらに好ましい。なお、チャネル形成領域のキャリア濃度の下限値については、特に限定は無いが、例えば、１×１０−９ｃｍ−３とすることができる。
なお、上記において、酸化物２３０ｂにチャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン領域が形成される例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、酸化物２３０ａにも同様に、チャネル形成領域、ソース領域、及びドレイン領域が形成される場合がある。
トランジスタ２００は、チャネル形成領域を含む酸化物２３０（酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂ）に、半導体として機能する金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を用いることが好ましい。
半導体として機能する金属酸化物は、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このように、バンドギャップの大きい金属酸化物を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
酸化物２３０として、例えば、インジウム、元素Ｍ及び亜鉛を有するＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、錫、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、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）等の金属酸化物を用いるとよい。また、酸化物２３０として、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、インジウム酸化物を用いてもよい。
ここで、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、酸化物２３０ａに用いる金属酸化物における、元素Ｍに対するＩｎの原子数比より大きいことが好ましい。
具体的には、酸化物２３０ａとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：０．５［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物を用いればよい。また、酸化物２３０ｂとして、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］もしくはその近傍の組成、またはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］もしくはその近傍の組成の金属酸化物を用いればよい。なお、近傍の組成とは、所望の原子数比の±３０％の範囲を含む。また、元素Ｍとして、ガリウムを用いることが好ましい。
なお、金属酸化物をスパッタリング法により成膜する場合、上記の原子数比は、成膜された金属酸化物の原子数比に限られず、金属酸化物の成膜に用いるスパッタリングターゲットの原子数比であってもよい。
このように、酸化物２３０ｂの下に酸化物２３０ａを配置することで、酸化物２３０ａよりも下方に形成された構造物からの、酸化物２３０ｂに対する、不純物及び酸素の拡散を抑制することができる。
また、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする）ことで、酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂの界面における欠陥準位密度が低くすることができる。酸化物２３０ａと酸化物２３０ｂとの界面における欠陥準位密度を低くすることができるため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さく、高いオン電流が得られる。
酸化物２３０ｂは、それぞれ結晶性を有することが好ましい。特に、酸化物２３０ｂとして、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ　ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いることが好ましい。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性の高い、緻密な構造を有しており、不純物及び欠陥（例えば、酸素欠損（ＶＯ：ｏｘｙｇｅｎ　Ｖａｃａｎｃｙともいう）など）が少ない金属酸化物である。特に、金属酸化物の形成後に、金属酸化物が多結晶化しない程度の温度（例えば、４００℃以上６００℃以下）で加熱処理することで、ＣＡＡＣ−ＯＳをより結晶性の高い、緻密な構造にすることができる。このようにして、ＣＡＡＣ−ＯＳの密度をより高めることで、当該ＣＡＡＣ−ＯＳ中の不純物または酸素の拡散をより低減することができる。
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳは、明確な結晶粒界を確認することが難しいため、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する金属酸化物は熱に強く、信頼性が高い。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の少なくとも一は、水、水素などの不純物が、基板側から、または、トランジスタ２００の上方からトランジスタ２００に拡散することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の少なくとも一は、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（Ｎ２Ｏ、ＮＯ、ＮＯ２など）、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい）絶縁性材料を用いることが好ましい。
なお、本明細書において、バリア絶縁膜とは、バリア性を有する絶縁膜のことを指す。本明細書において、バリア性とは、対応する物質の拡散を抑制する機能（透過性が低いともいう）とする。または、対応する物質を、捕獲、及び固着する（ゲッタリングともいう）機能とする。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウム、インジウムガリウム亜鉛酸化物、窒化シリコン、または窒化酸化シリコンなどを用いることができる。例えば、絶縁体２１２、絶縁体２７５、及び絶縁体２８３として、より水素バリア性が高い、窒化シリコンなどを用いることが好ましい。また、例えば、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２８２として、水素を捕獲及び水素を固着する機能が高い、酸化アルミニウムまたは酸化マグネシウム、などを用いることが好ましい。これにより、水、水素などの不純物が絶縁体２１２、及び絶縁体２１４を介して、基板側からトランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。または、水、水素などの不純物が絶縁体２８３よりも外側に配置されている層間絶縁膜などから、トランジスタ２００側に拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体２２４などに含まれる酸素が、絶縁体２１２、及び絶縁体２１４を介して基板側に、拡散するのを抑制することができる。または、絶縁体２８０などに含まれる酸素が、絶縁体２８２などを介してトランジスタ２００より上方に、拡散するのを抑制することができる。この様に、トランジスタ２００を、水、水素などの不純物、及び酸素の拡散を抑制する機能を有する、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３で取り囲む構造とすることが好ましい。
ここで、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３として、アモルファス構造を有する酸化物を用いることが好ましい。例えば、ＡｌＯｘ（ｘは０より大きい任意数）、またはＭｇＯｙ（ｙは０より大きい任意数）などの金属酸化物を用いることが好ましい。このようなアモルファス構造を有する金属酸化物では、酸素原子がダングリングボンドを有しており、当該ダングリングボンドで水素を捕獲または固着する性質を有する場合がある。このようなアモルファス構造を有する金属酸化物をトランジスタ２００の構成要素として用いる、またはトランジスタ２００の周囲に設けることで、トランジスタ２００に含まれる水素、またはトランジスタ２００の周囲に存在する水素を捕獲または固着することができる。特にトランジスタ２００のチャネル形成領域に含まれる水素を捕獲または固着することが好ましい。アモルファス構造を有する金属酸化物をトランジスタ２００の構成要素として用いる、またはトランジスタ２００の周囲に設けることで、良好な特性を有し、信頼性の高いトランジスタ２００、及び半導体装置を作製することができる。
なお、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３は、アモルファス構造であることが好ましいが、一部に多結晶構造の領域が形成されていてもよい。また、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３は、アモルファス構造の層と、多結晶構造の層と、が積層された多層構造であってもよい。例えば、アモルファス構造の層の上に多結晶構造の層が形成された積層構造でもよい。
絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の成膜は、例えば、スパッタリング法を用いて行えばよい。スパッタリング法は、成膜ガスに水素を用いなくてよいので、絶縁体２１２、絶縁体２１４、絶縁体２７１、絶縁体２７５、絶縁体２８２、及び絶縁体２８３の水素濃度を低減することができる。なお、成膜方法は、スパッタリング法に限られるものではなく、ＣＶＤ法、ＭＢＥ法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法などを適宜用いてもよい。
また、絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８５は、絶縁体２１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間絶縁膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８５として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを適宜用いればよい。
導電体２０５は、酸化物２３０、及び導電体２６０と、重なるように配置する。ここで、導電体２０５は、絶縁体２１６に形成された開口に埋め込まれて設けることが好ましい。
導電体２０５は、導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃを有する。導電体２０５ａは、当該開口の底面及び側壁に接して設けられる。導電体２０５ｂは、導電体２０５ａに形成された凹部に埋め込まれるように設けられる。ここで、導電体２０５ｂの上面は、導電体２０５ａの上面及び絶縁体２１６の上面より低くなる。導電体２０５ｃは、導電体２０５ｂの上面、及び導電体２０５ａの側面に接して設けられる。ここで、導電体２０５ｃの上面の高さは、導電体２０５ａの上面の高さ及び絶縁体２１６の上面の高さと略一致する。つまり、導電体２０５ｂは、導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃに包み込まれる構成になる。
導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃは、後述する導電体２６０ａに用いることができる導電性材料を用いればよい。また、導電体２０５ｂは、後述する導電体２６０ｂに用いることができる導電性材料を用いればよい。また、トランジスタ２００では、導電体２０５は、導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃを積層する構成について示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２０５は、単層、２層または４層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。
絶縁体２２２及び絶縁体２２４は、ゲート絶縁膜として機能する。
絶縁体２２２は、水素（例えば、水素原子、水素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４よりも水素及び酸素の一方または双方の拡散をより抑制できることが好ましい。
絶縁体２２２は、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。当該絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。また、絶縁体２２２としては、上述の絶縁体２１４などに用いることができる、バリア絶縁膜を用いてもよい。
絶縁体２２４は、酸化シリコン、酸化窒化シリコンなどを適宜用いればよい。酸素を含む絶縁体２２４を酸化物２３０に接して設けることにより、酸化物２３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ２００の信頼性を向上させることができる。また、絶縁体２２４は、酸化物２３０ａと重畳するように、島状に加工されていることが好ましい。この場合、絶縁体２７５が、絶縁体２２４の側面及び絶縁体２２２の上面に接する構成になる。これにより、絶縁体２２４と絶縁体２８０を絶縁体２７５によって離隔することができるので、絶縁体２８０に含まれる酸素が絶縁体２２４に拡散し、絶縁体２２４中の酸素が過剰になりすぎるのを抑制することができる。
なお、絶縁体２２２及び絶縁体２２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。なお、図９Ｂなどにおいて、絶縁体２２４を、酸化物２３０ａと重畳して島状に形成する構成について示したが、本発明はこれに限られるものではない。絶縁体２２４に含まれる酸素量を適正に調整できるならば、絶縁体２２２と同様に、絶縁体２２４をパターニングしない構成にしてもよい。
酸化物２４３ａ及び酸化物２４３ｂが、酸化物２３０ｂ上に設けられる。酸化物２４３ａと酸化物２４３ｂは、導電体２６０を挟んで離隔して設けられる。酸化物２４３（酸化物２４３ａ、及び酸化物２４３ｂ）は、酸素の透過を抑制する機能を有することが好ましい。ソース電極またはドレイン電極として機能する導電体２４２と酸化物２３０ｂとの間に酸素の透過を抑制する機能を有する酸化物２４３を配置することで、導電体２４２と、酸化物２３０ｂとの間の電気抵抗が低減されるので好ましい。なお、導電体２４２と酸化物２３０ｂの間の電気抵抗を十分低減できる場合、酸化物２４３を設けない構成にしてもよい。
酸化物２４３として、元素Ｍを有する金属酸化物を用いてもよい。特に、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫を用いるとよい。酸化物２４３は、酸化物２３０ｂよりも元素Ｍの濃度が高いことが好ましい。また、酸化物２４３として、酸化ガリウムを用いてもよい。また、酸化物２４３として、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物等の金属酸化物を用いてもよい。具体的には、酸化物２４３に用いる金属酸化物において、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比が、酸化物２３０ｂに用いる金属酸化物における、Ｉｎに対する元素Ｍの原子数比より大きいことが好ましい。また、酸化物２４３の膜厚は、０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下が好ましく、より好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下、さらに好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
導電体２４２ａは酸化物２４３ａの上面に接して設けられ、導電体２４２ｂは、酸化物２４３ｂの上面に接して設けられることが好ましい。導電体２４２ａと導電体２４２ｂは、それぞれトランジスタ２００のソース電極またはドレイン電極として機能する。
導電体２４２（導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂ）としては、例えば、タンタルを含む窒化物、チタンを含む窒化物、モリブデンを含む窒化物、タングステンを含む窒化物、タンタル及びアルミニウムを含む窒化物、チタン及びアルミニウムを含む窒化物などを用いることが好ましい。本発明の一態様においては、タンタルを含む窒化物が特に好ましい。また、例えば、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムを含む酸化物、ランタンとニッケルを含む酸化物などを用いてもよい。これらの材料は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
また、導電体２４２の側面と導電体２４２の上面との間に、湾曲面が形成されないことが好ましい。当該湾曲面が形成されない導電体２４２とすることで、図９Ｄに示すような、チャネル幅方向の断面における、導電体２４２の断面積を大きくすることができる。これにより、導電体２４２の導電率を大きくし、トランジスタ２００のオン電流を大きくすることができる。
絶縁体２７１ａは、導電体２４２ａの上面に接して設けられており、絶縁体２７１ｂは、導電体２４２ｂの上面に接して設けられている。
絶縁体２７５は、絶縁体２２２の上面、絶縁体２２４の側面、酸化物２３０ａの側面、酸化物２３０ｂの側面、酸化物２４３の側面、導電体２４２の側面、絶縁体２７１の側面及び上面に接して設けられる。絶縁体２７５は、絶縁体２５０、及び導電体２６０が設けられる領域に開口が形成されている。
絶縁体２１２と絶縁体２７５に挟まれた領域内で、水素などの不純物を捕獲する機能を有する、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２７５を設けることで、絶縁体２２４、または絶縁体２１６などに含まれる水素などの不純物を捕獲し、当該領域内における、水素の量を一定値にすることができる。この場合は、絶縁体２１４、絶縁体２７１、及び絶縁体２７５に、アモルファス構造の酸化アルミニウムが含まれていることが好ましい。
絶縁体２５０は、絶縁体２５０ａと、絶縁体２５０ａ上の絶縁体２５０ｂを有し、ゲート絶縁膜として機能する。また、絶縁体２５０ａは、酸化物２３０ｂの上面、酸化物２４３の側面、導電体２４２の側面、絶縁体２７１の側面、絶縁体２７５の側面、及び絶縁体２８０の側面に接して配置することが好ましい。また、絶縁体２５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
絶縁体２５０ａは、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンなどを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。絶縁体２５０ａは、絶縁体２２４と同様に、絶縁体２５０中の水、水素などの不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体２５０ａは、加熱により酸素が放出される絶縁体を用いて形成し、絶縁体２５０ｂは、酸素の拡散を抑制する機能を有する絶縁体を用いて形成することが好ましい。このような構成にすることで、絶縁体２５０ａに含まれる酸素が、導電体２６０へ拡散するのを抑制することができる。つまり、酸化物２３０へ供給する酸素量の減少を抑制することができる。また、絶縁体２５０ａに含まれる酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。例えば、絶縁体２５０ｂは、絶縁体２２２と同様の材料を用いて設けることができる。
絶縁体２５０ｂとして、具体的には、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、マグネシウムなどから選ばれた一種、もしくは二種以上が含まれた金属酸化物、または酸化物２３０として用いることができる金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウム及びハフニウムの一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いることが好ましい。当該絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）などを用いることが好ましい。また、絶縁体２５０ｂの膜厚は、０．５ｎｍ以上、３．０ｎｍ以下が好ましく、１．０ｎｍ以上、１．５ｎｍ以下がより好ましい。
なお、図９Ｂ及び図９Ｃでは、絶縁体２５０を２層の積層構造で図示したが、本発明はこれに限られるものではない。絶縁体２５０を単層、または３層以上の積層構造としてもよい。
導電体２６０は、絶縁体２５０ｂ上に設けられており、トランジスタ２００の第１のゲート電極として機能する。導電体２６０は、導電体２６０ａと、導電体２６０ａの上に配置された導電体２６０ｂと、を有することが好ましい。例えば、導電体２６０ａは、導電体２６０ｂの底面及び側面を包むように配置されることが好ましい。また、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、導電体２６０の上面は、絶縁体２５０の上面と略一致している。なお、図９Ｂ及び図９Ｃでは、導電体２６０は、導電体２６０ａと導電体２６０ｂの２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体２６０ａは、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子、銅原子などの不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子などの少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
また、導電体２６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことにより、絶縁体２５０に含まれる酸素により、導電体２６０ｂが酸化して導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、酸化ルテニウムなどを用いることが好ましい。
また、導電体２６０は、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、導電体２６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体２６０ｂは積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層構造としてもよい。
また、トランジスタ２００では、導電体２６０は、絶縁体２８０などに形成されている開口を埋めるように自己整合的に形成される。導電体２６０をこのように形成することにより、導電体２４２ａと導電体２４２ｂとの間の領域に、導電体２６０を位置合わせすることなく確実に配置することができる。
また、図９Ｃに示すように、トランジスタ２００のチャネル幅方向において、絶縁体２２２の底面を基準としたときの、導電体２６０の、酸化物２３０ｂと重ならない領域の底面の高さは、酸化物２３０ｂの底面の高さより低いことが好ましい。ゲート電極として機能する導電体２６０が、絶縁体２５０などを介して、酸化物２３０ｂのチャネル形成領域の側面及び上面を覆う構成とすることで、導電体２６０の電界を酸化物２３０ｂのチャネル形成領域全体に作用させやすくなる。よって、トランジスタ２００のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。絶縁体２２２の底面を基準としたときの、酸化物２３０ａ及び酸化物２３０ｂと、導電体２６０とが、重ならない領域における導電体２６０の底面の高さと、酸化物２３０ｂの底面の高さと、の差は、０ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは、３ｎｍ以上５０ｎｍ以下、より好ましくは、５ｎｍ以上２０ｎｍ以下とする。
絶縁体２８０は、絶縁体２７５上に設けられ、絶縁体２５０、及び導電体２６０が設けられる領域に開口が形成されている。また、絶縁体２８０の上面は、平坦化されていてもよい。この場合、絶縁体２８０の上面は、絶縁体２５０の上面、及び導電体２６０の上面と概略一致していることが好ましい。
絶縁体２８２は、絶縁体２８０の上面、絶縁体２５０の上面、及び導電体２６０の上面に接して設けられる。絶縁体２８２は、水、水素などの不純物が、上方から絶縁体２８０に拡散するのを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましく、水素などの不純物を捕獲する機能を有することが好ましい。また、絶縁体２８２は、酸素の透過を抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。絶縁体２８２としては、例えば、酸化アルミニウムなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２１２と絶縁体２８３に挟まれた領域内で、絶縁体２８０に接して、水素などの不純物を捕獲する機能を有する、絶縁体２８２を設けることで、絶縁体２８０などに含まれる水素などの不純物を捕獲し、当該領域内における、水素の量を一定値にすることができる。特に、絶縁体２８２として、アモルファス構造を有する酸化アルミニウム、またはアモルファス構造の酸化アルミニウムを用いることで、より効果的に水素を捕獲または固着できる場合があるため好ましい。これにより、良好な特性を有し、信頼性の高いトランジスタ２００、及び半導体装置を作製することができる。
導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂは積層構造としてもよい。導電体２４０を積層構造とする場合、絶縁体２４１と接する導電体には、水、水素などの不純物の透過を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。例えば、上述の導電体２６０ａに用いることができる導電性材料を用いればよい。
絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂとしては、例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化酸化シリコンなどの絶縁体を用いればよい。絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂは、絶縁体２８３、絶縁体２８２、及び絶縁体２７１に接して設けられるので、絶縁体２８０などに含まれる水、水素などの不純物が、導電体２４０ａ及び導電体２４０ｂを通じて酸化物２３０に混入するのを抑制することができる。
また、導電体２４０ａの上面及び導電体２４０ｂの上面に接して、配線として機能する導電体２４６（導電体２４６ａ及び導電体２４６ｂ）を配置してもよい。導電体２４６は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。なお、当該導電体は、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
以上により、良好な電気特性を有する半導体装置を提供することができる。また、信頼性が良好な半導体装置を提供することができる。また、微細化または高集積化が可能な半導体装置を提供することができる。また、低消費電力の半導体装置を提供することができる。
［金属酸化物］
次に、トランジスタに用いることができる金属酸化物（酸化物半導体ともいう）について説明する。
金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及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、スズなどが含まれていることが好ましい。また、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、マグネシウム、コバルト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。
また、金属酸化物は、スパッタリング法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などのＣＶＤ法、またはＡＬＤ法などにより形成することができる。
＜結晶構造の分類＞
酸化物半導体の結晶構造としては、アモルファス（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓを含む）、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ）、及び多結晶（ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。
なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。例えば、ＧＩＸＤ（Ｇｒａｘｉｎｇ−Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを用いて評価することができる。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ−Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。
例えば、石英ガラス基板では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するＩＧＺＯ膜では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、ＸＲＤスペクトルのピークの形状で左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ　Ｂｅａｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう）にて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温成膜したＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温成膜したＩＧＺＯ膜は、結晶状態でもなく、非晶質状態でもない、中間状態であり、非晶質状態であると結論することはできないと推定される。
＜＜酸化物半導体の構造＞＞
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、及びｎｃ−ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
ここで、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、及びａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの詳細について、説明を行う。
［［ＣＡＡＣ−ＯＳ］］
ＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ−ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ−ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
また、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
また、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないこと、及び、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ−ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入及び欠陥の生成などによって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物及び欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。従って、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ−ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
［［ｎｃ−ＯＳ］］
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ−ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ及び／または非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
［［ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ］］
ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
＜＜酸化物半導体の構成＞＞
次に、上述のＣＡＣ−ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ−ＯＳは材料構成に関する。
［［ＣＡＣ−ＯＳ］］
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ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、金属酸化物において、一つまたは複数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３ｎｍ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。
さらに、ＣＡＣ−ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、及びＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、及び［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
具体的には、上記第１の領域は、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。また、上記第２の領域は、ガリウム酸化物、ガリウム亜鉛酸化物などが主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。
なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、一部にＩｎを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を加熱しない条件で、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、及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、成膜時の成膜ガスの総流量に対する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。
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、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）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。
ここで、第１の領域は、第２の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第１の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第１の領域が、金属酸化物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、第２の領域は、第１の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第２の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
従って、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ−ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、及び良好なスイッチング動作を実現することができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について、図１０を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、ｍ行ｎ列（ｍ、ｎは、それぞれ１以上の整数）のマトリクス状に配置された複数の画素を有する。図１０に、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）の回路図の一例を示す。
図１０に示す画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、発光デバイス１１０（発光素子ともいう）、スイッチＳＷ２１、トランジスタＭ、及び容量Ｃ１を有する。画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、さらに、スイッチＳＷ２２を有していてもよい。ここでは、発光デバイス１１０として、発光ダイオードを用いた例を示している。特に、発光デバイス１１０として、マイクロ発光ダイオードを用いることが好ましい。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２１として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２１のゲートは、走査線ＧＬ１（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２１のソース及びドレインは、一方が信号線ＳＬ（ｊ）と電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
本実施の形態では、スイッチＳＷ２２として、トランジスタを用いる例を示す。スイッチＳＷ２２のゲートは、走査線ＧＬ２（ｉ）と電気的に接続される。スイッチＳＷ２２のソース及びドレインは、一方が配線ＣＯＭと電気的に接続され、他方がトランジスタＭのゲートと電気的に接続される。
トランジスタＭのゲートは、容量Ｃ１の一方の電極、スイッチＳＷ２１のソース及びドレインの他方、及びスイッチＳＷ２２のソース及びドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタＭのソース及びドレインは、一方が配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続され、他方が発光デバイス１１０のカソードと電気的に接続される。
容量Ｃ１の他方の電極は、配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続される。
発光デバイス１１０のアノードは、配線ＡＮＯＤＥと電気的に接続される。
走査線ＧＬ１（ｉ）は、選択信号を供給する機能を有する。走査線ＧＬ２（ｉ）は、制御信号を供給する機能を有する。信号線ＳＬ（ｊ）は、画像信号を供給する機能を有する。配線ＣＯＭ、配線ＣＡＴＨＯＤＥ、及び配線ＡＮＯＤＥには、それぞれ定電位が供給される。発光デバイス１１０のアノード側を高電位に、カソード側をアノード側よりも低電位にすることができる。
スイッチＳＷ２１は、選択信号により制御され、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）の選択状態を制御するための選択トランジスタとして機能する。
トランジスタＭは、ゲートに供給される電位に応じて発光デバイス１１０に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。スイッチＳＷ２１が導通状態のとき、信号線ＳＬ（ｊ）に供給される画像信号がトランジスタＭのゲートに供給され、その電位に応じて、発光デバイス１１０の発光輝度を制御することができる。
スイッチＳＷ２２は、制御信号に基づいてトランジスタＭのゲート電位を制御する機能を有する。具体的には、スイッチＳＷ２２は、トランジスタＭを非導通状態にする電位を、トランジスタＭのゲートに供給することができる。
スイッチＳＷ２２は、例えば、パルス幅の制御に用いることができる。制御信号に基づく期間、トランジスタＭから発光デバイス１１０に電流を供給することができる。または、発光デバイス１１０は、画像信号及び制御信号に基づいて、階調を表現することができる。
ここで、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタには、それぞれチャネルが形成される半導体層に金属酸化物（酸化物半導体）を用いたトランジスタを適用することが好ましい。
シリコンよりもバンドギャップが広く、かつキャリア濃度の低い金属酸化物を用いたトランジスタは、極めて小さいオフ電流を実現することができる。そのため、その小さいオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。そのため、特に容量Ｃ１に直列に接続されるスイッチＳＷ２１及びスイッチＳＷ２２には、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。また、これ以外のトランジスタも同様に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることで、作製コストを低減することができる。
また、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタに、チャネルが形成される半導体にシリコンを適用したトランジスタを用いることもできる。特に単結晶シリコン及び多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンの一種または複数種を用いることで、高い電界効果移動度を実現することができ、より高速な動作が可能となるため好ましい。
また、画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）が有するトランジスタのうち、一以上に酸化物半導体を適用したトランジスタを用い、それ以外にシリコンを適用したトランジスタを用いる構成としてもよい。
なお、図１０において、トランジスタをｎチャネル型のトランジスタとして表記しているが、ｐチャネル型のトランジスタを用いることもできる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について、図１１~図１５を用いて説明する。
本実施の形態の電子機器は、表示部に本発明の一態様の表示装置を有する。本発明の一態様の表示装置は、表示品位が高く、かつ、消費電力が低い。また、本発明の一態様の表示装置は、高精細化及び高解像度化が容易である。したがって、様々な電子機器の表示部に用いることができる。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニタ、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
特に、本発明の一態様の表示装置は、精細度を高めることが可能なため、比較的小さな表示部を有する電子機器に好適に用いることができる。このような電子機器としては、例えば腕時計型及びブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）が挙げられる。そのほか、このような電子機器としては、ヘッドマウントディスプレイなどのＶＲ向け機器、メガネ型のＡＲ向け機器、及び、ＭＲ向け機器など、頭部に装着可能なウェアラブル機器が挙げられる。
本発明の一態様の表示装置は、ＨＤ（画素数１２８０×７２０）、ＦＨＤ（画素数１９２０×１０８０）、ＷＱＨＤ（画素数２５６０×１４４０）、ＷＱＸＧＡ（画素数２５６０×１６００）、４Ｋ（画素数３８４０×２１６０）、８Ｋ（画素数７６８０×４３２０）といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に４Ｋ、８Ｋ、又はそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、本発明の一態様の表示装置における画素密度（精細度）は、３００ｐｐｉ以上が好ましく、５００ｐｐｉ以上がより好ましく、１０００ｐｐｉ以上がより好ましく、３０００ｐｐｉ以上がより好ましく、５０００ｐｐｉ以上がより好ましく、７０００ｐｐｉ以上がさらに好ましい。このように高い解像度及び／または高い精細度を有する表示装置を用いることで、携帯型及び家庭用途などのパーソナルユースの電子機器において、臨場感及び奥行き感などをより高めることが可能となる。
本実施の形態の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
本実施の形態の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
図１１Ａに、メガネ型の電子機器７００の斜視図を示す。電子機器７００は、一対の表示パネル７０１、一対の筐体７０２、一対の光学部材７０３、一対の装着部７０４、フレーム７０７、鼻パッド７０８等を有する。
電子機器７００は、光学部材７０３の表示領域７０６に、表示パネル７０１で表示した画像を投影することができる。光学部材７０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材７０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域７０６に表示された画像を見ることができる。したがって電子機器７００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
一方または双方の筐体７０２には、前方を撮像することのできるカメラが設けられていてもよい。また、筐体７０２は無線通信機を有していてもよく、当該無線通信機により筐体７０２に映像信号等を供給することができる。なお、無線通信機に代えて、または無線通信機に加えて、映像信号及び／または電源電位が供給されるケーブルを接続可能なコネクタを備えていてもよい。また、筐体７０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを備えることで、ユーザーの頭部の向きを検知して、その向きに応じた画像を表示領域７０６に表示することもできる。
一方または双方の筐体７０２には、プロセッサが設けられていてもよい。プロセッサは、カメラ、無線通信機、一対の表示パネル７０１等、電子機器７００が有する各種コンポーネントを制御する機能、及び、画像を生成する機能等を有している。プロセッサは、ＡＲ表示のための合成画像を生成する機能を有していてもよい。
また、無線通信機によって、外部の機器とデータの通信を行うことができる。例えば外部から送信されるデータをプロセッサに出力し、プロセッサは、当該データに基づいて、ＡＲ表示のための画像データを生成することもできる。外部から送信されるデータの例としては、画像データのほか、生体センサ装置などから送信される生体情報を含むデータなどが挙げられる。
図１１Ｂを用いて、電子機器７００の表示領域７０６への画像の投影方法について説明する。筐体７０２の内部には、表示パネル７０１が設けられている。また、光学部材７０３には、反射板７１２が設けられ、光学部材７０３の表示領域７０６に相当する部分には、ハーフミラーとして機能する反射面７１３が設けられる。
表示パネル７０１から発せられた光７１５は、反射板７１２により光学部材７０３側へ反射される。光学部材７０３の内部において、光７１５は光学部材７０３の端面で全反射を繰り返し、反射面７１３に到達することで、反射面７１３に画像が投影される。これにより、ユーザーは、反射面７１３に反射された光７１５と、光学部材７０３（反射面７１３を含む）を透過した透過光７１６の両方を視認することができる。
図１１では、反射板７１２及び反射面７１３がそれぞれ曲面を有する例を示している。これにより、これらが平面である場合に比べて、光学設計の自由度を高めることができ、光学部材７０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板７１２及び反射面７１３を平面としてもよい。
反射板７１２としては、鏡面を有する部材を用いることができ、反射率が高いことが好ましい。また、反射面７１３としては、金属膜の反射を利用したハーフミラーを用いてもよいが、全反射を利用したプリズムなどを用いると、透過光７１６の透過率を高めることができる。
ここで、筐体７０２は、表示パネル７０１と反射板７１２との間に、レンズを有していてもよい。このとき、筐体７０２は、レンズと表示パネル７０１との距離、及び、これらの角度を調整する機構を有していることが好ましい。これにより、ピントの調整、及び、画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズまたは表示パネル７０１の一方または両方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
また、筐体７０２は、反射板７１２の角度を調整可能な機構を有していることが好ましい。反射板７１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域７０６の位置を変えることが可能となる。これにより、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置に表示領域７０６を配置することが可能となる。
筐体７０２にはバッテリ７１７及び無線給電モジュール７１８が設けられていることが好ましい。バッテリ７１７を有することで、電子機器７００に別途バッテリを接続することなく、使用することができるため、利便性を高めることができる。また、無線給電モジュール７１８を有することで、無線によって充電することができるため、利便性及び意匠性を高めることができる。さらに、コネクタ等により有線で充電する場合に比べて、接点不良などの故障のリスクを低減でき、電子機器７００の信頼性を高めることができる。
筐体７０２には、タッチセンサモジュール７１９が設けられている。タッチセンサモジュール７１９は、筐体７０２の外側の面がタッチされることを検出する機能を有する。図１１Ｂでは、筐体７０２の表面を指７２０で触れる様子を示している。タッチセンサモジュール７１９により、ユーザーのタップ操作及び／またはスライド操作などを検出し、様々な処理を実行することができる。例えば、タップ操作によって動画の一時停止及び再開などの処理を実行すること、並びに、スライド操作により、早送り及び早戻しの処理を実行することなどが可能となる。また、２つの筐体７０２のそれぞれにタッチセンサモジュール７１９を設けることで、操作の幅を広げることができる。
タッチセンサモジュール７１９としては、様々なタッチセンサを適用することができる。例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、電磁誘導方式、表面弾性波方式、光学方式等、種々の方式を採用することができる。特に、静電容量方式または光学方式のセンサを、タッチセンサモジュール７１９に適用することが好ましい。
光学方式のタッチセンサを用いる場合には、受光デバイス（受光素子ともいう）として、光電変換デバイス（光電変換素子ともいう）を用いることができる。光電変換デバイスとしては、活性層に無機半導体を用いたもの、または有機半導体を用いたもの、などがある。
表示パネル７０１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器７００とすることができる。
図１２Ａ、図１２Ｂに、ゴーグル型の電子機器９５０の斜視図を示す。図１２Ａは、電子機器９５０の正面、平面及び左側面を示す斜視図であり、図１２Ｂは、電子機器９５０の背面、底面、及び右側面を示す斜視図である。
電子機器９５０は、一対の表示パネル９５１、筐体９５２、一対の装着部９５４、緩衝部材９５５、一対のレンズ９５６等を有する。一対の表示パネル９５１は、筐体９５２の内部の、レンズ９５６を通して視認できる位置にそれぞれ設けられている。
電子機器９５０は、ＶＲ向けの電子機器である。電子機器９５０を装着したユーザーは、レンズ９５６を通して表示パネル９５１に表示される画像を視認することができる。また、一対の表示パネル９５１に異なる画像を表示させることで、視差を用いた３次元表示を行うこともできる。
筐体９５２の背面側には、入力端子９５７と出力端子９５８とが設けられている。入力端子９５７には映像出力機器等からの映像信号、及び、筐体９５２内に設けられるバッテリを充電するための電力等を供給するケーブルを接続することができる。出力端子９５８は、例えば音声出力端子として機能することができ、イヤフォンまたはヘッドフォン等を接続することができる。なお、無線通信により音声データを出力可能な構成とする場合、または、外部の映像出力機器から音声を出力する場合には、当該音声出力端子を設けなくてもよい。
電子機器９５０は、レンズ９５６及び表示パネル９５１が、ユーザーの目の位置に応じて最適な位置となるように、これらの左右の位置を調整可能な機構を有していることが好ましい。また、レンズ９５６と表示パネル９５１との距離を変えることで、ピントを調整する機構を有していることが好ましい。
表示パネル９５１には、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。したがって極めて精細度の高い表示が可能な電子機器９５０とすることができる。これにより、ユーザーに高い没入感を感じさせることができる。
緩衝部材９５５は、ユーザーの顔（額及び頬など）に接触する部分である。緩衝部材９５５がユーザーの顔と密着することにより、光漏れを防ぐことができ、より没入感を高めることができる。緩衝部材９５５は、ユーザーが電子機器９５０を装着した際にユーザーの顔に密着するよう、柔らかな素材を用いることが好ましい。例えばゴム、シリコーンゴム、ウレタン、スポンジなどの素材を用いることができる。また、緩衝部材９５５として、スポンジ等の表面を布または革（天然皮革または合成皮革）などで覆ったものを用いると、ユーザーの顔と緩衝部材９５５との間に隙間が生じにくく光漏れを好適に防ぐことができる。緩衝部材９５５及び装着部９５４などの、ユーザーの肌に触れる部材は、それぞれ、取り外し可能な構成とすると、クリーニング及び交換が容易となるため好ましい。
図１３Ａに示す電子機器６５００は、スマートフォンとして用いることのできる携帯情報端末機である。
電子機器６５００は、筐体６５０１、表示部６５０２、電源ボタン６５０３、ボタン６５０４、スピーカ６５０５、マイク６５０６、カメラ６５０７、及び光源６５０８等を有する。表示部６５０２はタッチパネル機能を備える。
表示部６５０２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１３Ｂは、筐体６５０１のマイク６５０６側の端部を含む断面概略図である。
筐体６５０１の表示面側には透光性を有する保護部材６５１０が設けられ、筐体６５０１と保護部材６５１０に囲まれた空間内に、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、タッチセンサパネル６５１３、プリント基板６５１７、バッテリ６５１８等が配置されている。
保護部材６５１０には、表示パネル６５１１、光学部材６５１２、及びタッチセンサパネル６５１３が接着層（図示しない）により固定されている。
表示部６５０２よりも外側の領域において、表示パネル６５１１の一部が折り返されており、当該折り返された部分にＦＰＣ６５１５が接続されている。ＦＰＣ６５１５には、ＩＣ６５１６が実装されている。ＦＰＣ６５１５は、プリント基板６５１７に設けられた端子に接続されている。
表示パネル６５１１には本発明の一態様のフレキシブルディスプレイを適用することができる。そのため、極めて軽量な電子機器を実現できる。また、表示パネル６５１１が極めて薄いため、電子機器の厚さを抑えつつ、大容量のバッテリ６５１８を搭載することもできる。また、表示パネル６５１１の一部を折り返して、画素部の裏側にＦＰＣ６５１５との接続部を配置することにより、狭額縁の電子機器を実現できる。
図１４Ａにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１４Ａに示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチ、及び、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図１４Ｂに、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
図１４Ｃ、図１４Ｄに、デジタルサイネージの一例を示す。
図１４Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
図１４Ｄは円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
図１４Ｃ、図１４Ｄにおいて、表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表示するだけでなく、ユーザーが直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
また、図１４Ｃ、図１４Ｄに示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す電子機器は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９００８、等を有する。
図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す電子機器は、様々な機能を有する。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して処理する機能、等を有することができる。なお、電子機器の機能はこれらに限られず、様々な機能を有することができる。電子機器は、複数の表示部を有していてもよい。また、電子機器にカメラ等を設け、静止画及び／または動画を撮影し、記録媒体（外部またはカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有していてもよい。
図１５Ａ乃至図１５Ｆに示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図１５Ａは、携帯情報端末９１０１を示す斜視図である。携帯情報端末９１０１は、例えばスマートフォンとして用いることができる。なお、携帯情報端末９１０１は、スピーカ９００３、接続端子９００６、センサ９００７等を設けてもよい。また、携帯情報端末９１０１は、文字及び／または画像情報をその複数の面に表示することができる。図１５Ａでは３つのアイコン９０５０を表示した例を示している。また、破線の矩形で示す情報９０５１を表示部９００１の他の面に表示することもできる。情報９０５１の一例としては、電子メール、ＳＮＳ、電話などの着信の通知、電子メール、ＳＮＳなどの題名、送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、電波強度などがある。または、情報９０５１が表示されている位置にはアイコン９０５０などを表示してもよい。
図１５Ｂは、携帯情報端末９１０２を示す斜視図である。携帯情報端末９１０２は、表示部９００１の３面以上に情報を表示する機能を有する。ここでは、情報９０５２、情報９０５３、情報９０５４がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。例えばユーザーは、洋服の胸ポケットに携帯情報端末９１０２を収納した状態で、携帯情報端末９１０２の上方から観察できる位置に表示された情報９０５３を確認することもできる。ユーザーは、携帯情報端末９１０２をポケットから取り出すことなく表示を確認し、例えば電話を受けるか否かを判断できる。
図１５Ｃは、腕時計型の携帯情報端末９２００を示す斜視図である。携帯情報端末９２００は、例えばスマートウォッチとして用いることができる。また、表示部９００１はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、携帯情報端末９２００は、例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、携帯情報端末９２００は、接続端子９００６により、他の情報端末と相互にデータ伝送を行うこと、及び／または、充電を行うこともできる。なお、充電動作は無線給電により行ってもよい。
図１５Ｄ~図１５Ｆは、折り畳み可能な携帯情報端末９２０１を示す斜視図である。また、図１５Ｄは携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１５Ｆは折り畳んだ状態、図１５Ｅは図１５Ｄと図１５Ｆの一方から他方に変化する途中の状態の斜視図である。携帯情報端末９２０１は、折り畳んだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では継ぎ目のない広い表示領域により表示の一覧性に優れる。携帯情報端末９２０１が有する表示部９００１は、ヒンジ９０５５によって連結された３つの筐体９０００に支持されている。例えば、表示部９００１は、曲率半径０．１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態及び実施例と適宜組み合わせることができる。
ＡＮＯＤＥ：配線、ＣＡＴＨＯＤＥ：配線、ＣＯＭ：配線、ＣＣＭＲ：色変換層、ＣＦＲ：着色層、Ｃ１：容量、ＧＬ１：走査線、ＧＬ２：走査線、Ｍ：トランジスタ、ＰＩＸ：画素、ＳＬ：信号線、ＳＷ２１：スイッチ、ＳＷ２２：スイッチ、１００Ａ：表示装置、１００Ｂ：表示装置、１００Ｃ：表示装置、１０１：基板、１０２：絶縁層、１０３：絶縁層、１０４：絶縁層、１１０：発光デバイス、１１０ａ：発光ダイオード、１１０ｂ：発光ダイオード、１１２：導電膜、１１２ａ：電極、１１２ｂ：電極、１１３：半導体膜、１１３ａ：半導体層、１１３ｂ：半導体層、１１４：発光体、１１４ａ：発光層、１１４ｂ：発光層、１１５：半導体膜、１１５ａ：半導体層、１１５ｂ：半導体層、１１６ａ：導電層、１１６ｂ：導電層、１１６ｃ：導電層、１１６ｄ：導電層、１１６ｅ：導電層、１１７ａ：電極、１１７ｂ：導電層、１１７ｃ：電極、１１７ｄ：導電層、１２０ａ：トランジスタ、１２０ｂ：トランジスタ、１３０ａ：トランジスタ、１３０ｂ：トランジスタ、１３１：基板、１３２：素子分離層、１３３：低抵抗領域、１３４：絶縁層、１３５：導電層、１３６：絶縁層、１３７：導電層、１３８：導電層、１３９：絶縁層、１４１：絶縁層、１４２：導電層、１４３：絶縁層、１５０Ａ：ＬＥＤ基板、１５０Ｂ：回路基板、１５２：絶縁層、１６１：導電層、１６２：絶縁層、１６３：絶縁層、１６４：絶縁層、１６５：金属酸化物層、１６６：導電層、１６７：絶縁層、１６８：導電層、１８１：絶縁層、１８２：絶縁層、１８３：絶縁層、１８４ａ：導電層、１８４ｂ：導電層、１８５：絶縁層、１８６：絶縁層、１８７：絶縁層、１８８：絶縁層、１８９：導電層、１８９ａ：導電層、１８９ｂ：導電層、１９０ａ：導電層、１９０ｂ：導電層、１９０ｃ：導電層、１９０ｄ：導電層、１９１：基板、１９２：接着層、１９３：絶縁層、１９４：絶縁層、２００：トランジスタ、２０５：導電体、２０５ａ：導電体、２０５ｂ：導電体、２０５ｃ：導電体、２１２：絶縁体、２１４：絶縁体、２１６：絶縁体、２２２：絶縁体、２２４：絶縁体、２３０：酸化物、２３０ａ：酸化物、２３０ｂ：酸化物、２４０：導電体、２４０ａ：導電体、２４０ｂ：導電体、２４１：絶縁体、２４１ａ：絶縁体、２４１ｂ：絶縁体、２４２：導電体、２４２ａ：導電体、２４２ｂ：導電体、２４３：酸化物、２４３ａ：酸化物、２４３ｂ：酸化物、２４６：導電体、２４６ａ：導電体、２４６ｂ：導電体、２５０：絶縁体、２５０ａ：絶縁体、２５０ｂ：絶縁体、２６０：導電体、２６０ａ：導電体、２６０ｂ：導電体、２７１：絶縁体、２７１ａ：絶縁体、２７１ｂ：絶縁体、２７５：絶縁体、２８０：絶縁体、２８２：絶縁体、２８３：絶縁体、２８５：絶縁体、７００：電子機器、７０１：表示パネル、７０２：筐体、７０３：光学部材、７０４：装着部、７０６：表示領域、７０７：フレーム、７０８：鼻パッド、７１２：反射板、７１３：反射面、７１５：光、７１６：透過光、７１７：バッテリ、７１８：無線給電モジュール、７１９：タッチセンサモジュール、７２０：指、９５０：電子機器、９５１：表示パネル、９５２：筐体、９５４：装着部、９５５：緩衝部材、９５６：レンズ、９５７：入力端子、９５８：出力端子、６５００：電子機器、６５０１：筐体、６５０２：表示部、６５０３：電源ボタン、６５０４：ボタン、６５０５：スピーカ、６５０６：マイク、６５０７：カメラ、６５０８：光源、６５１０：保護部材、６５１１：表示パネル、６５１２：光学部材、６５１３：タッチセンサパネル、６５１５：ＦＰＣ、６５１６：ＩＣ、６５１７：プリント基板、６５１８：バッテリ、７０００：表示部、７１００：テレビジョン装置、７１０１：筐体、７１０３：スタンド、７１１１：リモコン操作機、７２００：ノート型パーソナルコンピュータ、７２１１：筐体、７２１２：キーボード、７２１３：ポインティングデバイス、７２１４：外部接続ポート、７３００：デジタルサイネージ、７３０１：筐体、７３０３：スピーカ、７３１１：情報端末機、７４００：デジタルサイネージ、７４０１：柱、７４１１：情報端末機、９０００：筐体、９００１：表示部、９００３：スピーカ、９００５：操作キー、９００６：接続端子、９００７：センサ、９００８：マイクロフォン、９０５０：アイコン、９０５１：情報、９０５２：情報、９０５３：情報、９０５４：情報、９０５５：ヒンジ、９１０１：携帯情報端末、９１０２：携帯情報端末、９２００：携帯情報端末、９２０１：携帯情報端末

Claims (21)

  1. 　トランジスタ、発光ダイオード、第１の導電層、第２の導電層、第１の絶縁層、及び、第２の絶縁層を有し、
    　前記トランジスタは、前記第１の導電層と電気的に接続され、
    　前記第１の導電層は、前記トランジスタ上に位置し、
    　前記第１の絶縁層は、前記トランジスタ上に位置し、
    　前記第２の導電層は、前記第１の導電層上に位置し、
    　前記第２の絶縁層は、前記第１の絶縁層上に位置し、
    　前記発光ダイオードは、前記第２の絶縁層上の第１の電極と、前記第１の電極上の発光層と、前記発光層上の第２の電極と、を有し、
    　前記第２の電極は、前記第２の導電層と電気的に接続され、
    　前記第１の導電層の前記第２の導電層側の面の高さは、前記第１の絶縁層の前記第２の絶縁層側の面の高さと概略一致し、
    　前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とは、直接接合しており、
    　前記第２の導電層は、前記第２の絶縁層の開口内部に位置し、かつ、前記第１の導電層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、
    　さらに、第３の絶縁層及び第４の絶縁層を有し、
    　前記第３の絶縁層は、前記トランジスタと前記第１の絶縁層との間に位置し、
    　前記第４の絶縁層は、前記発光ダイオードと前記第２の絶縁層との間に位置し、
    　前記第１の絶縁層及び前記第２の絶縁層は、それぞれ、酸化シリコン膜を有し、
    　前記第３の絶縁層及び前記第４の絶縁層は、それぞれ、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、及び、窒化シリコン膜のうち少なくとも一つを有する、表示装置。
  3. 　請求項１または２において、
    　さらに、第５の絶縁層を有し、
    　前記トランジスタは、金属酸化物層、及びゲート電極を有し、
    　前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    　前記ゲート電極の上面の高さは、前記第５の絶縁層の上面の高さと概略一致している、表示装置。
  4. 　請求項１または２において、
    　さらに、第５の絶縁層を有し、
    　前記トランジスタは、金属酸化物層、ゲート絶縁層、ゲート電極、第３の導電層、及び第４の導電層を有し、
    　前記金属酸化物層は、チャネル形成領域を有し、
    　前記金属酸化物層は、前記第３の導電層と重なる第１の領域と、前記第４の導電層と重なる第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域の間の第３の領域と、を有し、
    　前記第３の導電層及び前記第４の導電層は、前記金属酸化物層上に互いに離間して位置し、
    　前記第５の絶縁層は、前記第３の導電層上及び前記第４の導電層上に位置し、
    　前記第５の絶縁層は、前記第３の領域と重なる開口を有し、
    　前記ゲート絶縁層は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なり、
    　前記ゲート電極は、前記開口の内側に位置し、かつ、前記ゲート絶縁層を介して、前記第５の絶縁層の側面及び前記第３の領域の上面と重なる、表示装置。
  5. 　請求項１乃至４のいずれか一において、
    　さらに、駆動回路を有し、
    　前記駆動回路は、回路用トランジスタを有し、
    　前記回路用トランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有し、
    　前記トランジスタ、前記発光ダイオード、前記第１の導電層、前記第２の導電層、前記第１の絶縁層、及び、前記第２の絶縁層は、それぞれ、前記半導体基板上に位置する、表示装置。
  6. 　請求項１乃至４のいずれか一において、
    　前記トランジスタは、半導体基板にチャネル形成領域を有する、表示装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記半導体基板は、シリコン基板である、表示装置。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか一において、
    　前記発光ダイオードは、マイクロ発光ダイオードである、表示装置。
  9. 　請求項１乃至８のいずれか一において、
    　前記発光ダイオードは、第１３族元素及び第１５族元素を含む化合物を有する、表示装置。
  10. 　請求項１乃至９のいずれか一において、
    　前記発光ダイオードは、窒化ガリウムを有する、表示装置。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか一において、
    　さらに、機能層を有し、
    　前記機能層は、前記発光ダイオード上に位置し、
    　前記発光ダイオードが発する光は、前記機能層を介して、前記表示装置の外部に取り出され、
    　前記機能層は、着色層及び色変換層の一方又は双方を有する、表示装置。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれか一に記載の表示装置と、
    　光学部材と、
    　フレームと、
    　筐体と、を有し、
    　前記筐体は、タッチセンサを有する、電子機器。
  13. 　請求項１乃至１１のいずれか一に記載の表示装置と、
    　コネクタ及び集積回路のうち少なくとも一方と、を有する、表示モジュール。
  14. 　請求項１２に記載の表示モジュールと、
    　アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、及び操作ボタンのうち少なくとも一つと、を有する、電子機器。
  15. 　第１の基板上に、複数のトランジスタを形成し、
    　前記複数のトランジスタ上に、それぞれ前記複数のトランジスタの少なくとも一つと電気的に接続される複数の第１の導電層を形成し、
    　前記複数のトランジスタ上に、第１の絶縁層を形成し、
    　第２の基板上に、導電膜、第１の半導体膜、発光体、第２の半導体膜、及び、第２の絶縁層を、この順で形成し、
    　前記第１の絶縁層と前記第２の絶縁層とを直接接合させることで、前記第１の基板と前記第２の基板とを貼り合わせ、
    　前記第２の基板を前記第１の基板から剥離し、
    　前記導電膜、前記第１の半導体膜、前記発光体、及び、前記第２の半導体膜を加工することで、複数の第１の電極、複数の第１の半導体層、複数の発光層、及び、複数の第２の半導体層をマトリクス状に形成し、
    　前記第２の絶縁層に、それぞれ前記複数の第１の導電層の少なくとも一つに達する、複数の開口を形成し、
    　それぞれ前記複数の開口の少なくとも一つの内部に位置する、複数の第２の導電層を形成し、
    　それぞれ、前記複数の第２の半導体層の少なくとも一つ、及び、前記複数の第２の導電層の少なくとも一つと電気的に接続される、複数の第２の電極を形成することで、複数の発光ダイオードを形成する、表示装置の作製方法。
  16. 　請求項１５において、
    　前記複数のトランジスタを形成する工程には、少なくとも１回の平坦化処理を用いる、表示装置の作製方法。
  17. 　請求項１５または１６において、
    　第３の基板上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成し、
    　前記複数の発光ダイオード上に、前記第３の基板を貼り合わせる、表示装置の作製方法。
  18. 　請求項１５または１６において、
    　前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つの上に、着色層、色変換層、及びタッチセンサのうち少なくとも一つを形成する、表示装置の作製方法。
  19. 　請求項１５乃至１８のいずれか一において、
    　前記複数の発光ダイオードの少なくとも一つは、マイクロ発光ダイオードである、表示装置の作製方法。
  20. 　請求項１５乃至１９のいずれか一において、
    　前記複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域に金属酸化物を有する、表示装置の作製方法。
  21. 　請求項１５乃至２０のいずれか一において、
    　前記複数のトランジスタの少なくとも一つは、チャネル形成領域にシリコンを有する、表示装置の作製方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4170736A1 (en) * 2021-10-22 2023-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Light-emitting device and display apparatus including the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115083278A (zh) * 2022-06-24 2022-09-20 维沃移动通信有限公司 显示组件和电子设备

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012227514A (ja) * 2011-04-08 2012-11-15 Sony Corp 画素チップ、表示パネル、照明パネル、表示装置および照明装置
JP2016174143A (ja) * 2015-01-26 2016-09-29 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその製造方法
JP2019185000A (ja) * 2017-09-15 2019-10-24 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置および電子機器

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8987765B2 (en) 2013-06-17 2015-03-24 LuxVue Technology Corporation Reflective bank structure and method for integrating a light emitting device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012227514A (ja) * 2011-04-08 2012-11-15 Sony Corp 画素チップ、表示パネル、照明パネル、表示装置および照明装置
JP2016174143A (ja) * 2015-01-26 2016-09-29 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置およびその製造方法
JP2019185000A (ja) * 2017-09-15 2019-10-24 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置および電子機器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4170736A1 (en) * 2021-10-22 2023-04-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Light-emitting device and display apparatus including the same

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