WO2021161126A1 - 表示装置および電子機器 - Google Patents

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WO2021161126A1
WO2021161126A1 PCT/IB2021/050762 IB2021050762W WO2021161126A1 WO 2021161126 A1 WO2021161126 A1 WO 2021161126A1 IB 2021050762 W IB2021050762 W IB 2021050762W WO 2021161126 A1 WO2021161126 A1 WO 2021161126A1
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insulator
transistor
oxide
light emitting
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山崎舜平
楠紘慈
楠本直人
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株式会社半導体エネルギー研究所
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    • H01L27/1207—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body the substrate comprising an insulating body on a semiconductor body, e.g. SOI combined with devices in contact with the semiconductor body, i.e. bulk/SOI hybrid circuits
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    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
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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.
  • 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.
  • a display device using a highly reliable light emitting diode (LED (Light Emitting Diode)) as a display device (also referred to as a display element) has been proposed (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
  • LED Light Emitting Diode
  • display devices using micro LEDs have advantages such as high brightness, high contrast, and long life, and research and development are active as next-generation display devices.
  • a compound semiconductor having a band gap suitable for each emission color is required.
  • the band gap can be changed by adjusting the atomic number ratio of the elements or introducing impurities. If the LED that emits R, the LED that emits G, and the LED that emits B can be individually formed on the same substrate, the manufacturing process of the display device can be simplified.
  • the pick-and-place process of the LED chip requires a lot of time, and has a problem that the manufacturing cost does not decrease.
  • one aspect of the present invention is to provide an inexpensive and highly reliable display device.
  • one of the purposes is to provide a small display device.
  • one of the purposes is to provide a display device having high display quality.
  • one of the purposes is to provide a display device having low power consumption.
  • one of the purposes is to reduce the manufacturing cost of a display device using a micro LED.
  • one of the purposes is to provide a new display device.
  • one of the purposes is to provide a method for manufacturing the above display device.
  • One aspect of the present invention includes a transistor, a reflective layer, a light emitting diode, a first insulating layer, and a second insulating layer, and the transistor, the reflective layer, and the light emitting diode each overlap each other. It has a region, a reflective layer is provided on the transistor via a first insulating layer, a light emitting diode is provided on the reflective layer via a second insulating layer, and the light emitting diode has a semiconductor layer.
  • the semiconductor layer is a display device having a region in contact with the second insulating layer.
  • the color conversion layer preferably has a phosphor or quantum dots.
  • the transistor has a metal oxide in the channel forming region, and the metal oxides are In, Zn, and M (M is Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf. It is preferable to have one or more of).
  • Another aspect of the present invention includes a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer, and the second layer and the third layer are first layers.
  • the second layer is provided between the first layer and the third layer, and the first layer has a first transistor.
  • the second layer has a second transistor, the third layer has a reflective layer, the fourth layer has a light emitting diode, and the first transistor, the second transistor, and the reflective layer.
  • each of the light emitting diodes has regions that overlap each other, a first insulating layer is provided between the first transistor and the second transistor, and a first insulating layer is provided between the second transistor and the reflective layer.
  • a third insulating layer is provided between the reflective layer and the light emitting diode, the light emitting diode has a semiconductor layer, and the semiconductor layer is a third insulating layer. It is a display device having a contact area.
  • the fifth layer is provided so as to sandwich the fourth layer with the third layer, and the fifth layer is one or both of the color conversion layer and the coloring layer.
  • the fifth layer is one or both of the color conversion layer and the coloring layer.
  • each of the first transistor, the second transistor, the reflection layer, and the light emitting diode has a region overlapping with each other, and the light emitting diode, the color conversion layer, and the coloring
  • a fourth insulating layer may be provided between one or both of the layers.
  • the color conversion layer preferably has a phosphor or quantum dots.
  • the first transistor preferably has silicon in the channel forming region.
  • the second transistor has a metal oxide in the channel forming region, and the metal oxides are In, Zn, and M (M is Al, Ti, Ga, Ge, Sn, Y, Zr, La, It is preferable to have one or more of Ce, Nd or Hf).
  • the first transistor can be a component of a circuit that drives a pixel circuit
  • the second transistor can be a component of a pixel circuit
  • the semiconductor layer is preferably a compound semiconductor containing a Group 13 element and a Group 15 element.
  • the light emitting diode preferably emits blue, bluish-purple, purple or ultraviolet light.
  • an inexpensive and highly reliable display device can be provided.
  • a small display device can be provided.
  • a display device having low power consumption can be provided.
  • the manufacturing cost of the display device using the micro LED can be reduced.
  • a new display device can be provided.
  • a method for manufacturing the above display device can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a display device.
  • 2A and 2B are diagrams for explaining the display device.
  • 3A to 3D are views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode.
  • 4A to 4D are views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode.
  • 5A to 5D are views for explaining a method of manufacturing a light emitting diode.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the display device.
  • 6C to 6E are diagrams illustrating transistors.
  • 7A and 7B are diagrams for explaining the display device.
  • 8A and 8B are diagrams for explaining the display device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a display device.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display device.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display device.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a display device.
  • FIG. 12A is a top view illustrating an example of a transistor.
  • 12B to 12D are cross-sectional views illustrating an example of a transistor.
  • FIG. 13 is a circuit diagram illustrating an example of a pixel circuit.
  • 14A and 14B are diagrams illustrating an example of an electronic device.
  • 15A and 15B are diagrams for explaining an example of an electronic device.
  • 16A and 16B are diagrams for explaining an example of an electronic device.
  • 17A and 17B are diagrams for explaining an example of an electronic device.
  • 18A to 18D are diagrams for explaining an example of an electronic device.
  • 19A to 19F are diagrams for explaining 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 light emitting diode included in the pixel circuit, a transistor included in the pixel circuit, and a transistor included in the drive circuit of the pixel circuit, and each of them has a laminated structure so as to have an overlapping region. .. With this configuration, the display device can be miniaturized.
  • a plurality of light emitting diodes can be attached to a circuit board on which a transistor or the like is formed in one step. Therefore, even when manufacturing a display device having a large number of pixels or a high-definition display device, the manufacturing time of the display device can be shortened as compared with the method of mounting the light emitting diodes one by one on the circuit board. .. In addition, the difficulty of manufacturing the display device can be reduced.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of a display device 100A, which is one aspect of the present invention.
  • the display device 100A includes a layer 11 provided with a transistor or the like of a pixel circuit drive circuit or the like, a layer 12 provided with a transistor or the like of the pixel circuit, a layer 13 provided with a reflection layer, and a pixel circuit. It has a structure in which a layer 14 provided with a light emitting device (also referred to as a light emitting element) such as a light emitting diode is laminated in this order.
  • a light emitting device also referred to as a light emitting element
  • the display device is divided into a plurality of layers for convenience, but the boundary between the layers is not strictly defined.
  • the element may be in a layer other than the layer 11 as long as the function of the element is not impaired.
  • another insulating layer and another conductive layer may be provided as required. Further, a part of the insulating layer and the conductive layer of each layer may be omitted if necessary.
  • the layer 11 has a transistor 130 that is a component of, for example, a drive circuit of a pixel circuit (one or both of a gate driver and a source driver). Since the transistor 130 is required to operate at high speed, it is preferable to use a transistor (hereinafter, Si transistor) having silicon (single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or the like) in the channel forming region.
  • Si transistor a transistor having silicon (single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or the like) in the channel forming region.
  • FIG. 1 shows an example in which single crystal silicon is used for the substrate 151, and the transistor 130 has a channel forming region on the substrate 151.
  • a part of the drive circuit of the pixel circuit may be provided in an external IC chip connected to the pixel circuit.
  • the transistor 130 has 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 151, 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 151, one of which functions as a source of the transistor 130 and the other of which functions as a drain of the transistor 130. Further, an element separation layer 132 is provided around the transistor 130.
  • An insulating layer 139 is provided so as to cover the transistor 130, and a conductive layer 138 is provided on the insulating layer 139. Further, a conductive layer 137 is embedded in the opening provided in 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. Further, an insulating layer 141 is provided so as to cover the conductive layer 138. The conductive layer 138 functions as wiring. The wiring can be electrically connected to another transistor, a pixel circuit, another circuit, or the like of a circuit having a transistor 130 as an element.
  • the layer 12 includes a transistor 120, an insulating layer 142, an insulating layer 162, an insulating layer 181, an insulating layer 182, an insulating layer 183, a conductive layer 184a, a conductive layer 184b, an insulating layer 185, and an insulating layer 186, which are components of a pixel circuit. It has a conductive layer 194 and a conductive layer 195. One or more of these elements may be regarded as the components of the transistor, but in the present embodiment, they will be described without being included in the components of the transistor.
  • the conductive layer and the insulating layer of the layer 12 may have a single-layer structure or a laminated structure.
  • the insulating layer 142 is provided on the layer 11.
  • the insulating layer 142 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing from the layer 11 into the transistor 120 and desorption of oxygen from the metal oxide layer 165 to the insulating layer 142 side.
  • a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, which is less likely to diffuse hydrogen and oxygen than a silicon oxide film, can be used.
  • the transistor 120 has 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.
  • 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 third embodiment.
  • the transistor 120 is preferably a transistor having a metal oxide layer 165 in the channel forming region (hereinafter referred to as an OS transistor).
  • 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.
  • the OS transistor does not require a bonding step or the like, and can be formed in a region overlapping the Si transistor via an insulating layer or the like. Therefore, the laminated device can be manufactured by a simple process, and the manufacturing cost can be reduced.
  • the OS transistor has features such as high mobility, high-speed operation, and high reliability as compared with a transistor using amorphous silicon.
  • the metal oxide used for the OS transistor can be formed in the film forming step, and the laser apparatus required in the crystallizing step of polycrystalline silicon can be eliminated. Therefore, by using the OS transistor, it is possible to manufacture an inexpensive and highly reliable display device.
  • a conductive layer 161 and an insulating layer 162 are provided on the insulating layer 142, and an insulating layer 163 is provided so as to cover the conductive layer 161 and the insulating layer 162.
  • An insulating layer 164 is provided on the insulating layer 163, and a 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 has a region that overlaps with the metal oxide layer 165 via the insulating layer 163 and the insulating layer 164.
  • the insulating layer 163 is preferably formed of a material that functions as a barrier layer, like the insulating layer 142. 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 pair of conductive layers 166 are provided on the metal oxide layer 165 at intervals.
  • One of the pair of conductive layers 166 functions as a source for the transistor and the other functions as 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 is provided at a position overlapping the third region of the metal oxide layer 165.
  • the insulating layer 167 has a region that overlaps the side surface of the insulating layer 181 and the side surface of the insulating layer 182.
  • the conductive layer 168 has a region that 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 has a region that overlaps with the metal oxide layer 165 via the insulating layer 167.
  • 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 are preferably formed of a material that functions as a barrier layer, like the insulating layer 142. By covering the pair of conductive layers 166 with the insulating layer 181, it is possible to prevent the pair of conductive layers 166 from being oxidized by oxygen contained in the insulating layer 182.
  • One of the pair of conductive layers 166 and a plug electrically connected to the conductive layer 195 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 may have 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 is preferably formed of a conductive material in which hydrogen and oxygen are difficult to diffuse.
  • a conductive layer 195, a conductive layer 194, and an insulating layer 186 are provided on the insulating layer 185.
  • the conductive layer 195 functions as a wiring for electrically connecting the transistor 120 and the light emitting diode 110 provided in the layer 14.
  • the conductive layer 194 functions as a plug that electrically connects the transistor 120 and the light emitting diode 110.
  • Materials that can be used for the conductive layer 194 and the conductive layer 195 include, for example, aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, molybdenum, tantalum, tungsten and the like. Examples thereof include metals and alloys containing this as a main component (such as an alloy of silver, palladium and copper (Ag-Pd-Cu (APC))). Further, an oxide such as tin oxide or zinc oxide may be used. Further, the conductive layer 194 and the conductive layer 195 may be a laminate of any two or more of the above materials.
  • the insulating layer 186 can have a flattening function.
  • the insulating layer 186 is preferably formed by using a single layer or a laminate having one or more inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • the layer 13 is provided with a conductive layer 189, a conductive layer 192, a reflective layer 193, and an insulating layer 187 covering them.
  • the conductive layer 189 and the conductive layer 192 function as wirings that electrically connect to the light emitting diode 110.
  • the reflection layer 193 is provided at a position overlapping the light emitting diode 110 provided in the layer 14, and has a function of reflecting the light emitted from the light emitting diode 110 toward the layer 12. By providing the reflective layer 193, the direction of the light emitted by the light emitting diode 110 can be adjusted to the outside of the layer 14 (the side opposite to the surface of the layer 14 in contact with the layer 13).
  • the reflective layer 193 preferably has a region that also overlaps with the transistor 120 of the layer 12.
  • the reflective layer 193 can block the light emitted from the light emitting diode 110 in the layer 12 direction, and can suppress the characteristic fluctuation when the transistor 120 is irradiated with the light.
  • the reflective layer 193 preferably has a region that also overlaps with the transistor 130 included in the layer 11.
  • the transistor having a region overlapping with the reflection layer 193 may be a part of the transistors of the layer 12 and the layer 11. Shading is not necessary as long as the characteristics of the transistor fluctuate due to light irradiation are acceptable. Further, the wiring or electrodes provided on the layer 12, the layer 13, and the like may have a function as a light-shielding layer.
  • the reflective layer 193 is preferably formed of a material having a high reflectance of light emitted by the light emitting diode 110 included in the layer 14.
  • metals such as aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, molybdenum, tantalum, or tungsten, or alloys containing these as the main components (silver, palladium, and copper). (Ag-Pd-Cu (APC), etc.) and the like.
  • the reflective layer 193 may be a laminate of any two or more of the above materials.
  • An insulating layer 187 is provided on the conductive layer 189, the conductive layer 192, and the reflective layer 193.
  • An insulating layer 188 is provided on the insulating layer 187. Further, the insulating layer 102 is provided on the insulating layer 188.
  • One of the pair of conductive layers 166 of the transistor 120 is electrically connected to the conductive layer 189 via the conductive layer 184a and the conductive layer 184b.
  • the insulating layer 186 and the insulating layer 187 can have a flattening function.
  • the insulating layer 186 and the insulating layer 187 are formed by using a single layer or a laminate having one or more inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon oxide nitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride. Is preferable.
  • silicon oxide nitride refers to a material having silicon, oxygen and nitrogen, and having a higher oxygen content than nitrogen. Further, silicon nitride refers to a material having silicon, oxygen, and nitrogen and having a higher nitrogen content than oxygen.
  • the insulating layer 188 can function as a barrier layer that prevents impurities (hydrogen, water, etc.) from diffusing from the layer 14 to the transistor 120.
  • impurities hydrogen, water, etc.
  • a film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, which is less likely to diffuse hydrogen and oxygen than a silicon oxide film, can be used.
  • the insulating layer 102 is preferably formed by using a single layer or a laminate having one or more inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • the transistor 120 can be used as a transistor constituting a pixel circuit.
  • the transistor 130 can be used as a transistor constituting a drive circuit (one or both of a gate driver and a source driver) for driving the pixel circuit.
  • the transistor 130 may be a transistor that constitutes a pixel circuit.
  • the transistors 120 and 130 can also be used as transistors constituting various circuits such as an arithmetic circuit or a storage circuit.
  • an element such as a transistor having a pixel circuit but also an element such as a transistor having a drive circuit can be formed directly under the light emitting diode, so that a drive circuit is provided outside the display unit.
  • the display device can be miniaturized as compared with the case. Further, it is possible to realize a display device having a narrow frame (narrow non-display area).
  • the layer 14 has a light emitting diode 110, an insulating layer 103, and an insulating layer 104.
  • the insulating layer 102, the insulating layer 103, and the insulating layer 104 may have a single-layer structure or a laminated structure, respectively.
  • the light emitting diode 110 has a semiconductor layer 113, a light emitting layer 114, and a semiconductor layer 115, and is provided on the layer 13 in this order.
  • the light emitting diode 110 may further have a plurality of layers.
  • the insulating layer 103 is provided so as to cover the insulating layer 102, the semiconductor layer 113, the light emitting layer 114, and the semiconductor layer 115.
  • the insulating layer 103 preferably has a flattening function.
  • An insulating layer 104 is provided on the insulating layer 103.
  • a conductive layer 190a and a conductive layer 191a are provided in the openings provided in the insulating layer 103.
  • the conductive layer 190c and the conductive layer 191c are provided in the openings provided in the insulating layer 103, the insulating layer 102, the insulating layer 188, and the insulating layer 187.
  • the conductive layer 190a, the conductive layer 190c, the conductive layer 191a, and the conductive layer 191c function as plugs for electrically connecting each element.
  • the semiconductor layer 113 is electrically connected to the conductive layer 189 via the conductive layer 190a, the conductive layer 190b, and the conductive layer 190c. Further, the semiconductor layer 115 is electrically connected to the conductive layer 192 via the conductive layer 191a, the conductive layer 191b, and the conductive layer 191c.
  • the conductive layer 190b and the conductive layer 191b function as connection wiring.
  • the insulating layer 103, the insulating layer 104, the insulating layer 139, the insulating layer 141, the insulating layer 162, the insulating layer 182, and the insulating layer 185 are made of silicon oxide, silicon oxide, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and the like. It is preferably formed using a single layer or a laminate having one or more inorganic insulating materials such as titanium nitride.
  • Materials that can be used for the conductive layer 190a to 190c and the conductive layer 191a to 191c include, for example, aluminum, titanium, chromium, nickel, copper, yttrium, zirconium, tin, zinc, silver, platinum, gold, and the like. Examples thereof include metals such as molybdenum, tantalum, and tungsten, or alloys containing the same as a main component (such as an alloy of silver, palladium, and copper (Ag-Pd-Cu (APC))). Further, an oxide such as tin oxide or zinc oxide may be used. Further, the conductive layer 190a to the conductive layer 190c and the conductive layer 191a to the conductive layer 191c may be a laminate of any two or more of the above materials.
  • the light emitting layer 114 is sandwiched between the semiconductor layer 113 and the semiconductor layer 115. In the light emitting layer 114, electrons and holes are combined to emit light.
  • An n-type semiconductor layer can be used for one of the semiconductor layer 113 and the semiconductor layer 115, and a p-type semiconductor layer can be used for the other. Further, as the light emitting layer 114, an n-type, i-type, or p-type semiconductor layer can be used as the light emitting layer 114.
  • the laminated structure including the semiconductor layer 113, the light emitting layer 114, and the semiconductor layer 115 is formed so as to emit light such as red, green, blue, bluish purple, purple, or ultraviolet light.
  • a compound containing a Group 13 element and a Group 15 element also referred to as a Group 3-5 compound
  • Examples of Group 13 elements include aluminum, gallium, and indium.
  • Examples of Group 15 elements include nitrogen, phosphorus, arsenic, and antimony.
  • gallium / phosphorus compound gallium / arsenide compound, gallium / aluminum / arsenide compound, aluminum / gallium / indium / phosphorus compound, gallium nitride, indium / gallium nitride compound, selenium / zinc compound, etc.
  • a light emitting diode that emits the desired light can be produced.
  • a compound other than the above-mentioned compound may be used.
  • the pn junction or pin junction may be a heterojunction or a double heterojunction as well as a homojunction.
  • an LED having a quantum well junction, an LED using a nanocolumn, or the like may be used.
  • a material such as gallium nitride can be used for the light emitting diode that emits light in the blue wavelength band from ultraviolet rays.
  • a material such as an indium / gallium nitride compound can be used for the light emitting diode that emits light in the wavelength band from ultraviolet to green.
  • Materials such as aluminum, gallium, indium phosphide, and phosphorus compounds or gallium arsenide compounds can be used for the light emitting diodes that emit light in the wavelength band from green to red.
  • a material such as a gallium arsenide compound can be used for the light emitting diode that emits light in the infrared wavelength band.
  • the plurality of light emitting diodes 110 provided on the same surface have a configuration capable of emitting light of different colors such as R (red), G (green), and B (blue), a color conversion layer is used. It is possible to display a color image without it. Therefore, the step of forming the color conversion layer becomes unnecessary, and the manufacturing cost of the display device can be suppressed.
  • all the light emitting diodes 110 provided on the same surface may be configured to emit light of the same color.
  • the light emitted from the light emitting layer 114 is taken out of the display device via one or both of the color conversion layer and the coloring layer. The configuration will be described in detail in the second embodiment of the display device.
  • the display device of the present embodiment may have a light emitting diode that emits infrared light.
  • a light emitting diode that emits infrared light can be used, for example, as a light source for an infrared light sensor.
  • FIG. 1 shows a form in which the reflective layer 193 can be formed of the same material and the same process as the conductive layer 189 and the conductive layer 192, but is different from the layer provided with the conductive layer 189 and the conductive layer 192. It may be provided in a layer.
  • the reflective layer 193 may be provided on the insulating layer 188 and covered with the insulating layer 102.
  • the reflection layer 193 may be provided between the insulating layer 102 and the light emitting diode 110.
  • the reflective layer 193 may be configured to be in contact with the semiconductor layer 113 and may act as one electrode layer of the light emitting diode 110.
  • the light emitting diode 110 is processed into a structure as shown in FIG. 1 after a laminated structure of a separately formed compound semiconductor or the like is fixed to the insulating layer 102.
  • a method of forming the light emitting diode 110 will be described with reference to FIGS. 3A to 3D, FIGS. 4A to 4D, and FIGS. 5A to 5D.
  • a release layer 310, a semiconductor layer 113a, a light emitting layer 114a, and a semiconductor layer 115a are provided on the substrate 300 (see FIG. 3A).
  • the substrate 300 a single crystal substrate such as a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, a silicon (Si) substrate, or a compound semiconductor can be used.
  • a compound semiconductor a compound containing the above-mentioned Group 13 element and Group 15 element can be used.
  • the substrate 300 is preferably made of a material having the same or slightly different lattice constant as the light emitting layer 114a or the like.
  • gallium arsenide aluminum (AlGaAs) or the like can be used for the light emitting layer 114a or the like.
  • GaAs gallium arsenide
  • a release layer 310 is provided on the substrate 300.
  • the release layer 310 is provided to lift off the laminate having the semiconductor layer 113a, the light emitting layer 114a, the semiconductor layer 115a, and the like from the substrate 300.
  • the release layer 310 is preferably formed of a material that can be easily removed later by wet etching or the like. For example, aluminum arsenide (AlAs) or the like can be used.
  • a semiconductor layer 113a, a light emitting layer 114a, and a semiconductor layer 115a are provided on the release layer 310.
  • the semiconductor layer 113a and the semiconductor layer 115a function as a clad layer, and for example, one can have p-type conductivity and the other can have n-type conductivity. Although the case where the basic configuration of the light emitting diode is three layers will be described here, it may have more layers. Alternatively, a pn junction may be formed by adding an impurity to a part of the light emitting layer 114a.
  • the semiconductor layer 113a, the light emitting layer 114a, and the semiconductor layer 115a can be formed by epitaxially growing using, for example, a MOCVD method (metalorganic chemical vapor deposition method) or the like.
  • the adhesive layer 320 and the substrate 330 are provided on the semiconductor layer 115a (see FIG. 3B).
  • the substrate 330 can function as a support substrate when lifting off a laminate having a semiconductor layer 113a, a light emitting layer 114a, a semiconductor layer 115a, and the like.
  • the adhesive layer 320 has a function of adhering the laminate to the substrate 330.
  • the laminate Before the adhesive layer 320 and the substrate 330 are provided on the semiconductor layer 115a, the laminate may be processed into an island shape or a stripe shape.
  • a substrate having a flat surface As the substrate 330, a semiconductor substrate such as silicon, a glass substrate, a ceramics substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like can be used.
  • a material that can be peeled off again after being adhered can be used.
  • a pressure-sensitive adhesive, an ultraviolet curable resin, a thermosetting resin, a material soluble in water, an organic solvent, or the like can be used.
  • the release layer 310 is etched (see FIG. 3C) by wet etching using an acid or the like to separate the substrate 300 (see FIG. 3D).
  • FIGS. 4A, FIG. See 4B show the elements of the layer 13, and show how the surface of the semiconductor layer 113a exposed in FIG. 3D is fixed to the surface of the insulating layer 102.
  • the adhesive layer 320 and the substrate 330 are removed from the laminate of FIG. 4B (see FIG. 4C).
  • the adhesive layer 320 can weaken the adhesive force with the semiconductor layer 115a by curing or deteriorating. Alternatively, the adhesive layer 320 may be dissolved to remove the substrate 330.
  • the semiconductor layer 113a, the light emitting layer 114a, and the semiconductor layer 115a are processed into an island shape to form the semiconductor layer 113, the light emitting layer 114b, and the semiconductor layer 115b (see FIG. 4D).
  • the light emitting layer 114a and the semiconductor layer 115a are processed to expose a part of the surface of the semiconductor layer 113 (see FIG. 5A). .. At this time, the semiconductor layer 113, the light emitting layer 114, and the semiconductor layer 115 are laminated.
  • the insulating layer 103 that covers the laminate of the semiconductor layer 113, the light emitting layer 114, and the semiconductor layer 115 is formed (see FIG. 5B).
  • the insulating layer 103 is formed with an opening reaching the semiconductor layer 113 and an opening reaching the semiconductor layer 115. Further, the insulating layer 103, the insulating layer 102, the insulating layer 187, and the insulating layer 186 are formed with an opening reaching the conductive layer 189 and an opening reaching the conductive layer 192.
  • a conductive layer (conductive layer 190a, conductive layer 190c, conductive layer 191a, conductive layer 191c) is embedded in each of the openings.
  • the conductive layer 190a and the conductive layer 191a can act as a pair of electrodes of the light emitting diode 110.
  • a conductive layer serving as a pair of electrodes of the light emitting diode 110 is provided in contact with each of the semiconductor layer 113 and the semiconductor layer 115, and one of the conductive layers and the conductive layer 190a are electrically connected to the other of the conductive layers.
  • the conductive layer 191a may be electrically connected.
  • the conductive layer 190b and the conductive layer 191b are formed on the insulating layer 103.
  • the conductive layer 190b electrically connects the conductive layer 190a and the conductive layer 190c
  • the conductive layer 191b electrically connects the conductive layer 191a and the conductive layer 191c (see FIG. 5C).
  • the adhesive layer 500 may be provided between the insulating layer 102 and the semiconductor layer 113. (See FIG. 5D).
  • an insulating resin for the adhesive layer 500, an insulating resin, a conductive resin (including a resin containing a conductive filler) or the like can be used.
  • a conductive resin is used for the adhesive layer 500, the adhesive layer 500 can also act as one electrode layer of the light emitting diode 110.
  • a light emitting diode in which one of the pair of electrodes is electrically connected to the conductive layer 189 and the other of the pair of electrodes is electrically connected to the conductive layer 192.
  • one light emitting diode is shown in the figure used for the description of the above step, a plurality of light emitting diodes can be formed at the same time in the above step. Further, the above step is an example, and the light emitting diode may be formed by another step.
  • the display device 100A shown in FIGS. 1, 2A, and 2B has a laminated configuration of layers 11, layers 12, layers 13, and 14. However, the laminated configuration shown in FIGS. 6A and 6B may be used.
  • FIG. 6A is an example of the display device 100B having a laminated structure of the layer 15, the layer 12, the layer 13, and the layer 14, and is different from the display device 100A in that the layer 15 is provided instead of the layer 11.
  • the same reference numerals are used for the common elements of the layers 14 and 11.
  • the layer 15 has a substrate 152.
  • the substrate 152 has a function as a support substrate.
  • a semiconductor substrate such as silicon, a glass substrate, a ceramics substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like can be used.
  • the drive circuit of the pixel circuit and the like can be formed by the OS transistor provided in the layer 12.
  • the transistor 120e included in the drive circuit of the pixel circuit can be provided in the region 402 provided outside the pixel unit 401.
  • the structure of the transistor 120 included in the layer 12 is an example, and may be the self-aligned transistor 120c shown in FIG. 6C.
  • the layer 12 may have a transistor having a structure such as a staggered type, an inverted staggered type, a coprena type, or an inverted coprena type.
  • the structure of these transistors can also be applied to other display devices shown in this embodiment.
  • the reflective layer 193 is provided on the semiconductor layer 115 to allow light to the outside through the substrate 152. Can be ejected.
  • the reflective layer 193 may be omitted to emit light on both sides.
  • FIG. 6B is an example of the display device 100C having a laminated structure of the layer 16, the layer 12, the layer 13, and the layer 14, the point where the layer 16 is provided instead of the layer 11, and the OS transistor on the layer 12. Is not provided, which is different from the display device 100A.
  • the same reference numerals are used for the common elements of the layers 16 and 11.
  • the layer 16 is provided with a pixel circuit (excluding the display device) formed of Si transistors. Therefore, a semiconductor substrate such as silicon can be used for the layer 16.
  • FIG. 6B shows an example in which the transistor 130d is provided on the silicon substrate 153.
  • the layer 16 has a structure in which a silicon layer is provided on the substrate 154 via an insulating layer 143, and the silicon layer has a self-aligned transistor 130f having a channel forming region. May be good.
  • the silicon layer single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, amorphous silicon and the like can be used.
  • the layer 16 may have 130 g of the inverted stagger type transistor shown in FIG. 6E.
  • the layer 16 may have a transistor having a structure such as a staggered type, a coprena type, or an inverted coprena type. The structure of these transistors can also be applied to the layer 11 of the other display devices shown in the present embodiment.
  • the substrate 154 a silicon substrate, a glass substrate, a ceramics substrate, a metal substrate, a resin substrate, or the like can be used.
  • the insulating layer 143 is preferably formed by using a single layer or a laminate having one or more inorganic insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride nitride, silicon nitride, silicon nitride, aluminum oxide, hafnium oxide, and titanium nitride.
  • the drive circuit of the pixel circuit and the like can be provided on the layer 16.
  • the transistor 130e included in the drive circuit of the pixel circuit can be provided in the region 402 provided outside the pixel unit 401.
  • a part or all of the drive circuit of the pixel circuit may be provided in an external IC chip connected to the pixel circuit.
  • FIG. 9 shows a cross-sectional view of a display device 100D (also referred to as a touch panel) in which a display device and a touch sensor are combined.
  • a display device 100D also referred to as a touch panel
  • the configuration of the display device 100A is illustrated in FIG. 9, the display device 100B or the display device 100C can be combined with the 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 or 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.
  • a touch panel having a capacitance type detection device will be described as an example.
  • 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 and 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.
  • a conductive layer 194 is formed on the insulating layer 185.
  • the conductive layer 194 has a function as an electrode for supplying a power source or a drive signal to the display device 100A, or as a wiring.
  • the conductive layer 194 can be formed of the same material and the same process as the conductive layer 189, the conductive layer 192, the reflective layer 193, and the like.
  • the conductive layer 194 is electrically connected to the FPC (Flexible Printed Circuits) 501 via the conductive layer 195, the conductive layer 196, and the conductor 197.
  • a power supply and a drive signal can be supplied to the display device 100D via the FPC 501.
  • an anisotropic conductive film (ACF: Anisotropic Conductive Film) or an anisotropic conductive paste (ACP: Anisotropic Conductive Paste) can be used.
  • ACF Anisotropic Conductive Film
  • ACP Anisotropic Conductive Paste
  • the touch sensor is provided on the first surface of the substrate 171.
  • An adhesive layer 179 is provided so as to cover the elements of the touch sensor, and the adhesive layer 179 and the insulating layer 104 are bonded to each other.
  • a conductive layer 177 and a conductive layer 178 are provided on the first surface of the substrate 171.
  • the conductive layer 177 and the conductive layer 178 are formed on the same plane.
  • a material that transmits visible light can be used for the conductive layer 177 and the conductive layer 178.
  • the insulating layer 173 is provided so as to cover the conductive layer 177 and the conductive layer 178.
  • the conductive layer 174 is electrically connected to two conductive layers 178 provided so as to sandwich the conductive layer 177 via an opening provided in the insulating layer 173.
  • the conductive layer 178 is connected to the conductive layer 175.
  • the conductive layer 175 can be formed of the same material and the same process as the conductive layer 174.
  • the conductive layer 175 is electrically connected to the FPC 502 via the conductor 176.
  • As the conductor 176 an anisotropic conductive film or an anisotropic conductive paste can be used as in the case of the conductor 197.
  • a plurality of light emitting diodes can be formed in the same process, and the plurality of light emitting diodes and the plurality of transistors can be electrically connected in the same process. Therefore, it is possible to reduce the manufacturing cost of the display device and improve the yield. Further, the display device can be miniaturized by configuring the elements such as the light emitting diode of the pixel circuit, the transistor of the pixel circuit, and the elements of the drive circuit of the pixel circuit to overlap each other. be able to.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view of the display device 100E.
  • the display device 100E has a pixel 20R that emits red light, a pixel 20G that emits green light, and a pixel 20B that emits blue light. Further, a layer 17 is provided on the layer 14 on which the light emitting diode is provided. The layer 17 is provided with a color conversion layer, a coloring layer, a light-shielding layer, and the like.
  • the pixel 20R has a light emitting diode 110R.
  • the pixel 20G has a light emitting diode 110G.
  • Pixel 20B has a light emitting diode 110B.
  • Each of the light emitting diode 110R, the light emitting diode 110G, and the light emitting diode 110B emits light of the same color. That is, each of the light emitting diode 110R, the light emitting diode 110G, and the light emitting diode 110B can have the same configuration.
  • each of the light emitting diode 110R, the light emitting diode 110G, and the light emitting diode 110B emits blue light.
  • pixels that emit the three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) light can be used.
  • a color conversion layer is used for the pixels, and the light emitted by the light emitting diode is converted into light of a required color and emitted to the outside.
  • a light emitting diode that emits blue light it is not necessary to use a color conversion layer for the pixel that emits blue light, so that the manufacturing cost can be reduced.
  • the red pixel 20R is provided with a color conversion layer 360R and a coloring layer 361R in a region overlapping the light emitting diode 110R.
  • the light emitted by the light emitting diode 110R is converted from blue to red by the color conversion layer 360R, the purity of the red light is increased by the coloring layer 361R, and the light is emitted to the outside of the display device 100E.
  • the colored layer 361R may be omitted.
  • the green pixel 20G is provided with a color conversion layer 360G and a coloring layer 361G in a region overlapping the light emitting diode 110G.
  • the light emitted by the light emitting diode 110G is converted from blue to green by the color conversion layer 360G, the purity of the green light is increased by the coloring layer 361G, and the light is emitted to the outside of the display device 100E.
  • the colored layer 361G may be omitted.
  • the blue pixel 20B is provided with a colored layer 361B in a region overlapping the light emitting diode 110B.
  • the light emitted by the light emitting diode 110B is emitted to the outside of the display device 100E after the purity of the blue light is increased by the colored layer 361B.
  • the colored layer 361B may be omitted. As described above, in the blue pixel 20B, the color conversion layer can be omitted.
  • the manufacturing device and the process can be simplified as compared with the case where a plurality of types of light emitting diodes are manufactured.
  • a light-shielding layer 350 is provided between the pixels of each color.
  • the light-shielding layer 350 is provided at least at a position where the light emitting diode 110 blocks light emitted in the lateral direction. If necessary, the light emitting diode 110 may be provided at a position where it blocks light emitted in an oblique direction. Further, a light-shielding layer 351 that covers the periphery of the pixel is provided on the insulating layer 104.
  • the light-shielding layer 350 and the light-shielding layer 351 it is possible to suppress the light emitted by the light emitting diode from entering the pixel region of another adjacent color, and it is possible to prevent color mixing. Therefore, the display quality of the display device can be improved.
  • one of the light-shielding layer 350 and the light-shielding layer 351 may be provided.
  • the materials constituting the light-shielding layer 350 and the light-shielding layer 351 are 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. Further, the light-shielding layer 351 may be formed by laminating colored layers of each color. For example, it can be formed by laminating three colored layers of red, green, and blue.
  • each of the light emitting diode 110R, the light emitting diode 110G, and the light emitting diode 110B may be configured to emit light having a wavelength higher than that of blue light.
  • a light emitting diode capable of emitting light such as bluish purple, purple, or ultraviolet can be used. By using light having high photon energy, color conversion can be efficiently performed in the color conversion layer.
  • the blue pixel 20B is provided with the color conversion layer 360B and the coloring layer 361B in the region overlapping with the light emitting diode 110B.
  • the light emitted by the light emitting diode 110B is converted from bluish purple, purple, or ultraviolet to blue by the color conversion layer 360B, the purity of the blue light is increased by the coloring layer 361B, and the light is emitted to the outside of the display device 100E. ..
  • the colored layer 361B may be omitted.
  • 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.
  • a lithography method can be used.
  • a method can be used in which a resist mask is formed on a thin film to be processed, the thin film is processed by etching or the like, and the resist mask is removed.
  • a method may be used in which a photosensitive thin film is formed and then exposed and developed to process the thin film into a desired shape.
  • an island-shaped color conversion layer can be formed by forming a thin film using a photosensitive material mixed with quantum dots and processing the thin film using a lithography method.
  • 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 dot. By attaching the protective agent or providing a 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.
  • 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 insulators, conductors, oxides, and semiconductors shown below are formed by a sputtering method, a chemical vapor deposition (CVD) method, a molecular beam epitaxy (MBE) method, and a pulse laser. It can be carried out by using a deposition (PLD: Pulsed Laser Deposition) method, an atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition) method, or the like.
  • a deposition PLD: Pulsed Laser Deposition
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the term "insulator” can be paraphrased as an insulating film or an insulating layer.
  • the term “conductor” can be rephrased as a conductive film or a conductive layer.
  • the term “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. 12A shows a top view of the transistor 200. In FIG. 12A, some elements are not shown for the sake of clarity.
  • FIG. 12B shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A1-A2 in FIG. 12A.
  • FIG. 12B can be said to be a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel length direction.
  • FIG. 12C shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A3-A4 in FIG. 12A.
  • FIG. 12C can be said to be a cross-sectional view of the transistor 200 in the channel width direction.
  • FIG. 12D shows a cross-sectional view between the alternate long and short dash lines A5-A6 in FIG. 12A.
  • the semiconductor devices shown in FIGS. 12A to 12D 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, the insulator 283, and the insulator 285, and the first conductor of the conductor 240b is 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, a conductor 205 (conductor 205a, and a conductor 205b) arranged so as to be embedded in the insulator 216, and the insulator 205.
  • insulator 260b and an insulator 222, an insulator 224, an oxide 230a, an oxide 230b, an oxide 243a, an oxide 243b, a conductor 242a, a conductor 242b, an insulator 271a, and an insulator 271b. It has an insulator 275 and.
  • 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 openings that reach 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. 12B) 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 forming 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, 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). , Zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, etc. (one or more) and the like 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 referred to as 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 called 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, silicon nitride, and the like. Alternatively, silicon nitride oxide or the like can be used.
  • silicon nitride oxide or the like can be used 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.
  • 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 and a conductor 205b.
  • 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 height of the upper surface of the conductor 205b 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.
  • the conductor 205a 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 and the conductor 205b 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, the insulator 222 preferably has a function of suppressing 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. 12B 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. 12D 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 are preferable because they are heat-stable. Like the insulator 224, the insulator 250a preferably has a reduced concentration of impurities such as water and hydrogen in the insulator 250a.
  • 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. 12B and 12C, 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. 12B and 12C, 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 is preferably lower than the height of the bottom surface of the oxide 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 impurities such as water and hydrogen from diffusing 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 crystal line), nc (nano crystal line), CAC (crowd-aligned crystal), single crystal (single crystal), and single crystal. Crystals (poly crystal) and the like can be mentioned.
  • 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 (Glazing-Incidence XRD) measurement.
  • GIXD Gazing-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 (Transmission Electron Microscope) 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 can tolerate distortion due to the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the ab plane direction, or that the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal atoms. It is thought that this is the reason.
  • 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 be lowered 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 or amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.
  • 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.
  • electron beam diffraction also referred to as selected area electron diffraction
  • a diffraction pattern such as a halo pattern is performed. Is observed.
  • 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 lower the flow rate ratio of oxygen gas to the total flow rate of the film-forming gas at the time of film formation is preferable.
  • the flow rate ratio of 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 complementarily to switch the function (On / Off). Function) can be added to the 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 as a 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. 13 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. 13 has a light emitting diode 110, a switch SW21, a transistor M, and a capacitance C1 described in the first embodiment.
  • the transistor M corresponds to the transistor 120 or the transistor 130d described in the first embodiment.
  • the pixel PIX (i, j) may further have a switch SW22.
  • the light emitting diode 110 is preferably a micro light emitting diode or a mini light emitting diode.
  • 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 diode 110.
  • the other electrode of capacitance C1 is electrically connected to the wiring Cathode.
  • the anode of the light emitting diode 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 diode 110 can be set to a high potential, and the cathode side can be set to 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 diode 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 diode 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 diode 110 for a period based on the control signal.
  • the light emitting diode 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.
  • highly crystalline silicon such as single crystal silicon or polycrystalline silicon because high field effect mobility can be realized and higher speed operation is possible.
  • 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. 13, 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, for example, watch-type or bracelet-type information terminals (wearable devices), VR devices such as head-mounted displays, glasses-type AR devices, MR devices, XR devices, or heads. Examples include wearable devices that can be attached to the device.
  • 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 it is possible to further enhance the sense of presence or depth in an electronic device for personal use such as a portable type or a home use.
  • 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. 14A 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 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. 14B.
  • 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. 14B 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 their angles. 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. 14B 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 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 fast forward and fast rewind process 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. 15A shows a perspective view of the glasses-type electronic device 900.
  • the electronic device 900 has a pair of display panels 901, a pair of housings 902, a pair of optical members 903, a pair of mounting portions 904, and the like.
  • the electronic device 900 can project the image displayed on the display panel 901 onto the display area 906 of the optical member 903. Since the optical member 903 has translucency, the user can see the image displayed in the display area 906 by superimposing it on the transmitted image visually recognized through the optical member 903. Therefore, the electronic device 900 is an electronic device capable of AR display.
  • the display panel 901 included in the electronic device 900 preferably has a function of capturing an image in addition to a function of displaying an image.
  • the electronic device 900 can receive the light incident on the display panel 901 via the optical member 903, convert it into an electric signal, and output it.
  • the user's eyes, or the eyes and their surroundings can be imaged and output as image information to an external device or a calculation unit provided in the electronic device 900.
  • One housing 902 is provided with a camera 905 capable of photographing the front. Further, although not shown, one of the housings 902 is provided with a wireless receiver or a connector to which a cable can be connected, and a video signal or the like can be supplied to the housing 902. Further, by arranging an acceleration sensor such as a gyro sensor in the housing 902, it is possible to detect the orientation of the user's head and display an image corresponding to the orientation in the display area 906. Further, it is preferable that the housing 902 is provided with a battery, and it is preferable that the housing 902 can be charged wirelessly or by wire.
  • a method of projecting an image onto the display area 906 of the electronic device 900 will be described with reference to FIG. 15B.
  • a display panel 901, a lens 911, and a reflector 912 are provided inside the housing 902. Further, a portion of the optical member 903 corresponding to the display area 906 has a reflecting surface 913 that functions as a half mirror.
  • the light 915 emitted from the display panel 901 passes through the lens 911 and is reflected by the reflector 912 toward the optical member 903. Inside the optical member 903, the light 915 repeats total internal reflection at the end surface of the optical member 903 and reaches the reflecting surface 913 to project an image on the reflecting surface 913. As a result, the user can visually recognize both the light 915 reflected on the reflecting surface 913 and the transmitted light 916 transmitted through the optical member 903 (including the reflecting surface 913).
  • FIG. 15B shows an example in which the reflector 912 and the reflector 913 each have a curved surface.
  • the degree of freedom in optical design can be increased and the thickness of the optical member 903 can be reduced as compared with the case where these are flat surfaces.
  • the reflector 912 and the reflection surface 913 may be flat.
  • the reflector 912 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 913, 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 916 can be increased.
  • the electronic device 900 has a mechanism for adjusting one or both of the distance and the angle between the lens 911 and the display panel 901. This makes it possible to adjust the focus and enlarge / reduce the image.
  • one or both of the lens 911 and the display panel 901 may be configured to be movable in the optical axis direction.
  • the electronic device 900 preferably has a mechanism capable of adjusting the angle of the reflector 912. By changing the angle of the reflector 912, it is possible to change the position of the display area 906 in which the image is displayed. This makes it possible to arrange the display area 906 at an optimum position according to the position of the user's eyes.
  • a display device can be applied to the display panel 901. Therefore, it is possible to obtain an electronic device 900 capable of displaying extremely high definition.
  • FIG. 16A and 16B show perspective views of the goggle-type electronic device 950.
  • FIG. 16A is a perspective view showing the front surface, the plane surface, and the left side surface of the electronic device 950
  • FIG. 16B 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 or 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 comes into close contact with the user's face when the user wears the electronic device 950.
  • 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. 17A 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. 17B 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 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. 18A 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. 18A can be performed by an operation switch provided in the housing 7101 or a 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 included in 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. 18B shows an example of a notebook personal computer.
  • the notebook personal computer 7200 includes 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.
  • 18C and 18D show an example of digital signage.
  • the digital signage 7300 shown in FIG. 18C includes 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. 18D 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. Further, when it is used for 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. 19A to 19F 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. 19A to 19F 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 electronic device even if the electronic device is provided with a camera or the like, it has a function of shooting a still image or a moving image and saving it on a recording medium (external or built in the camera), a function of displaying the shot image on a display unit, and the like. good.
  • FIGS. 19A to 19F Details of the electronic devices shown in FIGS. 19A to 19F will be described below.
  • FIG. 19A 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 or image information on a plurality of surfaces thereof.
  • FIG. 19A 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 or SNS, sender name, date and time, time, remaining battery level, and radio field strength. Alternatively, an icon 9050 or the like may be displayed at the position where the information 9051 is displayed.
  • FIG. 19B 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. 19C 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 charge with other information terminals by means of the connection terminal 9006.
  • the charging operation may be performed by wireless power supply.
  • FIG. 19D to 19F are perspective views showing a foldable mobile information terminal 9201. Further, FIG. 19D is a perspective view of the mobile information terminal 9201 in an unfolded state, FIG. 19F is a folded state, and FIG. 19E is a perspective view of a state in which one of FIGS. 19D and 19F 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. For example, the display unit 9001 can be bent with a radius of curvature of 0.1 mm or more and 150 mm or less.

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Abstract

安価で信頼性の高い表示装置を提供する。 画素回路が有する発光ダイオード、画素回路が有するトランジスタ、画素回路の駆動回路が有するトランジスタを有し、そのそれぞれが互いに重なる領域を有するように積層された構成を有する。当該構成とすることで、表示装置を小型化することができる。また、当該表示装置は、１回の工程で、複数の発光ダイオードをトランジスタ等が形成された回路基板に貼り合わせて作製することができる。したがって、表示装置の製造コストを低くすることができる。

Description

表示装置および電子機器
本発明の一態様は、表示装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本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、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
信頼性が高い発光ダイオード（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、特許文献２）。特にマイクロＬＥＤを用いた表示装置は、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。
特開２００８−５８５３５号公報 米国特許出願公開第２０１４／０３６７７０５号明細書
赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）などの光を発するＬＥＤを形成するには、それぞれの発光色に適したバンドギャップを有する化合物半導体が必要である。ただし、同一元素の組み合わせを有する化合物半導体であっても、当該元素の原子数比の調整、または不純物を導入するなどによってバンドギャップを変化させることができる。同一基板上にＲを発光するＬＥＤ、Ｇを発光するＬＥＤ、Ｂを発光するＬＥＤをそれぞれ個別に形成することができれば、表示装置の製造工程を簡略化することができる。
しかしながら、同一半導体基板上に発光色の異なるＬＥＤチップを作製するには多くの工程を必要とし、現状では製造難度が高い。そのため、発光色ごとに異なる半導体基板を用いてＬＥＤチップを作製し、それらを１つずつピック・アンド・プレイスして一つの表示装置を作製する工程が試みられている。
しかしながら、上記ＬＥＤチップのピック・アンド・プレイス工程は多くの時間を要する点で、製造コストが下がらない問題を有している。当該問題を解決するためには、複数のＬＥＤチップを同時にピック・アンド・プレイスできる構成が好ましい。また、単色のＬＥＤチップを用いて色変換する技術を用いれば、ＬＥＤチップの大量生産により製造コストを下げることができる。
したがって、本発明の一態様は、安価で信頼性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、小型の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、表示品位の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、消費電力の低い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、マイクロＬＥＤを用いた表示装置の製造コストを削減することを目的の一つとする。または、新規の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、上記表示装置の作製方法を提供することを目的の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。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、トランジスタと、反射層と、発光ダイオードと、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、を有し、トランジスタ、反射層、および発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、反射層は、トランジスタ上に第１の絶縁層を介して設けられ、発光ダイオードは、反射層上に第２の絶縁層を介して設けられ、発光ダイオードは半導体層を有し、半導体層は、第２の絶縁層と接する領域を有する表示装置である。
さらに色変換層および着色層の一方または双方と、第３の絶縁層と、を有し、色変換層および着色層の一方または双方は、発光ダイオード上に第３の絶縁層を介して設けることができる。色変換層は、蛍光体または量子ドットを有することが好ましい。
トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有することが好ましい。
本発明の他の一態様は、第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層と、を有し、第２の層および第３の層は、第１の層と第４の層との間に設けられ、第２の層は、第１の層と第３の層との間に設けられ、第１の層は、第１のトランジスタを有し、第２の層は、第２のトランジスタを有し、第３の層は、反射層を有し、第４の層は、発光ダイオードを有し、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、反射層、および発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、第１のトランジスタと第２のトランジスタとの間には、第１の絶縁層が設けられ、第２のトランジスタと反射層との間には、第２の絶縁層が設けられ、反射層と発光ダイオードとの間には、第３の絶縁層が設けられ、発光ダイオードは半導体層を有し、半導体層は、第３の絶縁層と接する領域を有する表示装置である。
さらに第５の層を有し、第５の層は、第３の層との間に第４の層を挟むように設けられ、第５の層は、色変換層および着色層の一方または双方を有し、色変換層および着色層の一方または双方、第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、反射層、および発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、発光ダイオードと色変換層および着色層の一方または双方との間には、第４の絶縁層を設けることができる。
色変換層は、蛍光体または量子ドットを有することが好ましい。
第１のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有することが好ましい。また、第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有することが好ましい。
第１のトランジスタは、画素回路を駆動する回路の構成要素であり、第２のトランジスタは、画素回路の構成要素とすることができる。
上記本発明の二つの態様において、半導体層は、第１３族元素および第１５族元素を含む化合物半導体であることが好ましい。また、発光ダイオードは、青色、青紫色、紫色または紫外の光を発することが好ましい。
本発明の一態様により、安価で信頼性の高い表示装置を提供することができる。または、小型の表示装置を提供することができる。または、表示品位の高い表示装置を提供することができる。または、消費電力の低い表示装置を提供することができる。または、マイクロＬＥＤを用いた表示装置の製造コストを削減することができる。または、新規の表示装置を提供することができる。または、上記表示装置の作製方法を提供することができる。
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、表示装置を説明する図である。
図２Ａ、図２Ｂは、表示装置を説明する図である。
図３Ａ乃至図３Ｄは、発光ダイオードの作製方法を説明する図である。
図４Ａ乃至図４Ｄは、発光ダイオードの作製方法を説明する図である。
図５Ａ乃至図５Ｄは、発光ダイオードの作製方法を説明する図である。
図６Ａ、図６Ｂは、表示装置を説明する図である。図６Ｃ乃至図６Ｅは、トランジスタを説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂは、表示装置を説明する図である。
図８Ａ、図８Ｂは、表示装置を説明する図である。
図９は、表示装置を説明する図である。
図１０は、表示装置を説明する図である。
図１１は、表示装置を説明する図である。
図１２Ａは、トランジスタの一例を説明する上面図である。図１２Ｂ乃至図１２Ｄは、トランジスタの一例を説明する断面図である。
図１３は、画素回路の一例を説明する回路図である。
図１４Ａ、図１４Ｂは、電子機器の一例を説明する図である。
図１５Ａ、図１５Ｂは、電子機器の一例を説明する図である。
図１６Ａ、図１６Ｂは、電子機器の一例を説明する図である。
図１７Ａ、図１７Ｂは、電子機器の一例を説明する図である。
図１８Ａ乃至図１８Ｄは、電子機器の一例を説明する図である。
図１９Ａ乃至図１９Ｆは、電子機器の一例を説明する図である。
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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。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、または、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を用いて説明する。
本実施の形態の表示装置は、画素回路が有する発光ダイオード、画素回路が有するトランジスタ、画素回路の駆動回路が有するトランジスタを有し、そのそれぞれが互いに重なる領域を有するように積層された構成を有する。当該構成とすることで、表示装置を小型化することができる。
また、本実施の形態の表示装置の作製方法では、１回の工程で、複数の発光ダイオードをトランジスタ等が形成された回路基板に貼り合わせることができる。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、発光ダイオードを１つずつ回路基板に実装する方法に比べて、表示装置の製造時間を短縮することができる。また、表示装置の製造の難度を低くすることができる。
図１に、本発明の一態様である表示装置１００Ａの断面図を示す。表示装置１００Ａは、画素回路の駆動回路などが有するトランジスタなどが設けられた層１１と、画素回路が有するトランジスタなどが設けられた層１２と、反射層が設けられた層１３と、画素回路が有する発光ダイオードなどの発光デバイス（発光素子ともいう）などが設けられた層１４と、が順に積層された構成を有する。
なお、本実施の形態では、便宜的に表示装置を複数の層に分けた説明をするが、厳密に層の境界は定義されない。例えば、実施の形態において層１１の要素として説明する要素であっても、当該要素が層１１と層１２の境界近傍にある場合は、当該要素は層１２の要素であるということもできる。また、当該要素の機能が阻害されなければ、当該要素は層１１以外の層にあってもよい。また、本発明の一態様において、各層が有する絶縁層および導電層以外に、他の絶縁層および他の導電層が必要に応じて設けられていてもよい。また、各層が有する絶縁層および導電層の一部は、必要に応じて省かれていてもよい。
層１１は、例えば、画素回路の駆動回路（ゲートドライバおよびソースドライバの一方または双方）などの構成要素であるトランジスタ１３０を有する。トランジスタ１３０は、高速動作が必要とされるため、チャネル形成領域にシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、または非晶質シリコンなど）を有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を用いることが好ましい。図１は、基板１５１に単結晶シリコンを用いた例であり、トランジスタ１３０は、基板１５１にチャネル形成領域を有する。
なお、画素回路の駆動回路の一部は、当該画素回路と接続される外付けのＩＣチップ内に設けられていてもよい。
トランジスタ１３０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１５１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１５１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１３０のソースとして機能し、他方がトランジスタ１３０のドレインとして機能する。また、トランジスタ１３０の周辺には、素子分離層１３２が設けられている。
トランジスタ１３０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。また、絶縁層１３９に設けられた開口部には、導電層１３７が埋め込まれている。導電層１３８は、導電層１３７を介して、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が設けられている。導電層１３８は、配線として機能する。当該配線は、トランジスタ１３０を要素として有する回路の他のトランジスタ、画素回路、または他の回路等とを電気的に接続することができる。
層１２は、画素回路の構成要素であるトランジスタ１２０、絶縁層１４２、絶縁層１６２、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂ、絶縁層１８５、絶縁層１８６、導電層１９４、導電層１９５を有する。これらの要素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、層１２が有する各導電層および各絶縁層は、単層構造であっても、積層構造であってもよい。
絶縁層１４２は、層１１上に設けられる。絶縁層１４２は、層１１から水または水素などの不純物が、トランジスタ１２０に拡散すること、および金属酸化物層１６５から絶縁層１４２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。絶縁層１４２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および酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
トランジスタ１２０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。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３で詳述する。
トランジスタ１２０は、チャネル形成領域に金属酸化物層１６５を有するトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）であることが好ましい。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。
ＯＳトランジスタは貼り合わせ工程などを必要とせず、絶縁層などを介してＳｉトランジスタと重なる領域に形成することができる。したがって、簡易な工程で積層型のデバイスを作製することができ、製造コストを低減させることができる。
また、ＯＳトランジスタは、非晶質シリコンを用いたトランジスタと比べて、移動度が高く高速動作が可、信頼性が高いなどの特徴を有する。また、ＯＳトランジスタに用いる金属酸化物は成膜工程で形成することができ、多結晶シリコンの結晶化工程で必要なレーザ装置などを不要とすることができる。したがって、ＯＳトランジスタを用いることで、安価で信頼性が高い表示装置を製造することができる。
絶縁層１４２上には導電層１６１および絶縁層１６２が設けられ、導電層１６１および絶縁層１６２を覆って絶縁層１６３が設けられている。絶縁層１６３上には、絶縁層１６４が設けられ、絶縁層１６４上には金属酸化物層１６５が設けられている。
導電層１６１はゲート電極として機能し、絶縁層１６３および絶縁層１６４はゲート絶縁層として機能する。導電層１６１は、絶縁層１６３および絶縁層１６４を介して金属酸化物層１６５と重なる領域を有する。絶縁層１６３は、絶縁層１４２と同様に、バリア層として機能する材料で形成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。
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のうち一方は、トランジスタのソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。金属酸化物層１６５および一対の導電層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および絶縁層１８２には金属酸化物層１６５に達する開口部が設けられており、当該開口部の内部に絶縁層１６７および導電層１６８が埋め込まれている。当該開口部は、金属酸化物層１６５の第３の領域と重なる位置に設けられる。絶縁層１６７は、絶縁層１８１の側面および絶縁層１８２の側面と重なる領域を有する。導電層１６８は、絶縁層１６７を介して、絶縁層１８１の側面および絶縁層１８２の側面と重なる領域を有する。
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と重なる領域を有する。
そして、絶縁層１８２、絶縁層１６７、および導電層１６８の上面を覆って、絶縁層１８３および絶縁層１８５が設けられている。
絶縁層１８１および絶縁層１８３は、絶縁層１４２と同様に、バリア層として機能する材料で形成されることが好ましい。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の一方および導電層１９５と電気的に接続されるプラグは、絶縁層１８１、絶縁層１８２、絶縁層１８３、および絶縁層１８５に設けられた開口部内に埋め込まれている。当該プラグは、当該開口部の側面および一対の導電層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、を有することができる。導電層１８４ｂは、水素および酸素が拡散しにくい導電材料で形成することが好ましい。
絶縁層１８５上には、導電層１９５、導電層１９４、および絶縁層１８６が設けられる。導電層１９５は、トランジスタ１２０と層１４に設けられる発光ダイオード１１０とを電気的に接続する配線として機能する。導電層１９４は、トランジスタ１２０と発光ダイオード１１０とを電気的に接続するプラグとして機能する。
導電層１９４および導電層１９５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。また、導電層１９４および導電層１９５は、上記いずれか２つ以上の材料の積層であってもよい。
絶縁層１８６は、平坦化機能を有することができる。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一つ以上有する単層または積層を用いて形成することが好ましい。
層１３には、導電層１８９、導電層１９２、反射層１９３、およびこれらを覆う絶縁層１８７が設けられる。導電層１８９および導電層１９２は、発光ダイオード１１０と電気的に接続する配線として機能する。反射層１９３は、層１４に設けられる発光ダイオード１１０と重なる位置に設けられ、発光ダイオード１１０から層１２側に射出する光を反射する機能を有する。反射層１９３を設けることで、発光ダイオード１１０が射出する光の方向を層１４の外側（層１４の層１３と接する面とは反対側）に調整することができる。
なお、反射層１９３は、層１２が有するトランジスタ１２０とも重なる領域を有することが好ましい。反射層１９３によって、発光ダイオード１１０から層１２方向に射出する光を遮光することができ、トランジスタ１２０に光が照射されたときの特性変動を抑えることができる。同様な理由で、反射層１９３は、層１１が有するトランジスタ１３０とも重なる領域を有することが好ましい。
なお、反射層１９３と重なる領域を有するトランジスタは、層１２および層１１が有するトランジスタの一部であってもよい。光照射により起こるトランジスタの特性変動が許容される範囲であれば、遮光は不要である。また、層１２、層１３などに設けられる配線または電極が遮光層としての機能を有する場合がある。
反射層１９３は、層１４が有する発光ダイオード１１０が発する光の反射率が高い材料で形成することが好ましい。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、反射層１９３は、上記いずれか２つ以上の材料の積層であってもよい。
導電層１８９、導電層１９２、および反射層１９３上には絶縁層１８７が設けられている。絶縁層１８７上には絶縁層１８８が設けられている。また、絶縁層１８８上に絶縁層１０２が設けられている。
トランジスタ１２０の一対の導電層１６６の一方は、導電層１８４ａ、導電層１８４ｂを介して導電層１８９と電気的に接続されている。
絶縁層１８６および絶縁層１８７は、平坦化機能を有することができる。絶縁層１８６および絶縁層１８７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一つ以上有する単層または積層を用いて形成することが好ましい。
なお、本明細書等において、酸化窒化シリコンとは、シリコン、酸素および窒素を有し、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指す。また、窒化酸化シリコンとは、シリコン、酸素、窒素を有し、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。
絶縁層１８８は、層１４からトランジスタ１２０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できる。絶縁層１８８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および酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
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一つ以上有する単層または積層を用いて形成することが好ましい。
トランジスタ１２０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。トランジスタ１３０は、当該画素回路を駆動するための駆動回路（ゲートドライバおよびソースドライバの一方または双方など）を構成するトランジスタとして用いることができる。なお、トランジスタ１３０は、画素回路を構成するトランジスタであってもよい。また、トランジスタ１２０、１３０は、演算回路または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もできる。
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が有するトランジスタ等の要素だけでなく駆動回路が有するトランジスタ等の要素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。
層１４は、発光ダイオード１１０、絶縁層１０３、および絶縁層１０４を有する。絶縁層１０２、絶縁層１０３、および絶縁層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。
発光ダイオード１１０は、半導体層１１３、発光層１１４、半導体層１１５を有し、当該順序で層１３上に順に設けられる。なお、発光ダイオード１１０は、さらに複数の層を有していてもよい。
絶縁層１０３は、絶縁層１０２、半導体層１１３、発光層１１４、および半導体層１１５を覆って設けられる。絶縁層１０３は平坦化機能を有することが好ましい。絶縁層１０３上には、絶縁層１０４が設けられている。
絶縁層１０３に設けられた開口部に、導電層１９０ａおよび導電層１９１ａが設けられている。絶縁層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１８８、および絶縁層１８７に設けられた開口部に、導電層１９０ｃおよび導電層１９１ｃが設けられている。導電層１９０ａ、導電層１９０ｃ、導電層１９１ａ、導電層１９１ｃは、各要素を電気的に接続するプラグとして機能する。
半導体層１１３は、導電層１９０ａ、導電層１９０ｂ、導電層１９０ｃを介して導電層１８９と電気的に接続される。また、半導体層１１５は、導電層１９１ａ、導電層１９１ｂ、導電層１９１ｃを介して導電層１９２と電気的に接続される。ここで、導電層１９０ｂおよび導電層１９１ｂは、接続配線として機能する。
絶縁層１０３、絶縁層１０４、絶縁層１３９、絶縁層１４１、絶縁層１６２、絶縁層１８２、および絶縁層１８５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一つ以上有する単層または積層を用いて形成することが好ましい。
導電層１９０ａ乃至導電層１９０ｃおよび導電層１９１ａ乃至導電層１９１ｃ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。また、導電層１９０ａ乃至導電層１９０ｃおよび導電層１９１ａ乃至導電層１９１ｃは、上記いずれか２つ以上の材料の積層であってもよい。
発光層１１４は、半導体層１１３と半導体層１１５とに挟持されている。発光層１１４では、電子と正孔が結合して光を発する。半導体層１１３および半導体層１１５の一方にはｎ型の半導体層を用いることができ、他方はｐ型の半導体層を用いることができる。また、発光層１１４には、ｎ型、ｉ型、またはｐ型の半導体層を用いることができる。
半導体層１１３、発光層１１４、および半導体層１１５を含む積層構造は、赤色、緑色、青色、青紫色、紫色または紫外などの光を発するように形成される。当該積層構造には、例えば、第１３族元素および第１５族元素を含む化合物（３−５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、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ｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成し、目的の光を発する発光ダイオードを作製することができる。なお、上記化合物以外の化合物を用いてもよい。
また、ｐｎ接合またはｐｉｎ接合は、ホモ接合だけでなく、ヘテロ接合またはダブルヘテロ接合であってもよい。その他、量子井戸接合を有するＬＥＤ、ナノコラムを用いたＬＥＤなどを用いてもよい。
例えば、紫外から青色の波長帯の光を発する発光ダイオードには、窒化ガリウムなどの材料を用いることができる。紫外から緑色の波長帯の光を発する発光ダイオードには、インジウム・窒化ガリウム化合物などの材料を用いることができる。緑色から赤色の波長帯の光を発する発光ダイオードには、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物またはガリウム・ヒ素化合物などの材料を用いることができる。赤外の波長帯の光を発する発光ダイオードには、ガリウム・ヒ素化合物などの材料を用いることができる。
同一面上に設けられる複数の発光ダイオード１１０が、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの異なる色の光を発することができる構成であれば、色変換層を用いなくてもカラー画像の表示が可能となる。したがって、色変換層を形成する工程が不要となり、表示装置の製造コストを抑制することができる。
また、同一面上に設けられる全ての発光ダイオード１１０が同じ色の光を発する構成であってもよい。このとき、発光層１１４から発せられた光は、色変換層および着色層の一方または双方を介して、表示装置の外部に取り出される。当該構成は、表示装置の実施の形態２で詳述する。
また、本実施の形態の表示装置は、赤外光を発する発光ダイオードを有していてもよい。赤外光を発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。
なお、図１では、反射層１９３が導電層１８９および導電層１９２と同一材料、同一工程で形成することができる形態を示しているが、導電層１８９および導電層１９２が設けられる層とは異なる層に設けられていてもよい。例えば、図２Ａに示すように、反射層１９３が絶縁層１８８上に設けられ、絶縁層１０２に覆われる構成としてもよい。または、図２Ｂに示すように、反射層１９３が絶縁層１０２と発光ダイオード１１０との間に設けられていてもよい。このとき、反射層１９３は、半導体層１１３と接する構成とし、発光ダイオード１１０の一方の電極層として作用させてもよい。
発光ダイオード１１０は、別途形成した化合物半導体などの積層構造を絶縁層１０２に固着した後、図１に示すような構造に加工する。図３Ａ乃至図３Ｄ、図４Ａ乃至図４Ｄおよび図５Ａ乃至図５Ｄを用いて、発光ダイオード１１０の形成方法を説明する。
まず、基板３００上に、剥離層３１０、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａを設ける（図３Ａ参照）。
基板３００としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板、化合物半導体などの単結晶基板を用いることができる。当該化合物半導体としては、前述した第１３族元素および第１５族元素を含む化合物を用いることができる。基板３００は、発光層１１４ａ等をエピタキシャル成長させるにあたって、発光層１１４ａ等と格子定数が同じ、またはわずかに異なる程度の材料で構成されていることが好ましい。
例えば、赤色の光を発する発光ダイオードを形成する場合は、発光層１１４ａ等にヒ化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＡｓ）などを用いることができる。この場合、基板３００には、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などを用いることができる。
基板３００上には剥離層３１０が設けられる。剥離層３１０は、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａなどを有する積層体を基板３００からリフトオフするために設けられる。剥離層３１０は、後にウエットエッチングなどで容易に取り除ける材料で形成することが好ましい。例えば、ヒ化アルミニウム（ＡｌＡｓ）などを用いることができる。
剥離層３１０上には、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａが設けられる。半導体層１１３ａおよび半導体層１１５ａはクラッド層として機能し、例えば、一方がｐ型の導電性を有し、他方がｎ型の導電性を有することができる。なお、ここでは、発光ダイオードの基本構成が三層の場合を説明するが、さらに多くの層を有していてもよい。または、発光層１１４ａの一部に不純物を添加することによってｐｎ接合を形成する構成であってもよい。半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａは、例えば、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）などを用いてエピタキシャル成長させて形成することができる。
次に、半導体層１１５ａ上に接着層３２０および基板３３０を設ける（図３Ｂ参照）。基板３３０は、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａなどを有する積層体をリフトオフする際の支持基板として機能させることができる。接着層３２０は、上記積層体と基板３３０を接着する機能を有する。
なお、半導体層１１５ａ上に接着層３２０および基板３３０を設ける前に、当該積層体をアイランド状またはストライプ状に加工してもよい。
基板３３０には、平坦な表面を有する基板を用いることが好ましい。例えば、シリコン等の半導体基板、ガラス基板、セラミクス基板、金属基板、樹脂基板などを用いることができる。
接着層３２０には、接着した後に再剥離することができる材料を用いることができる。例えば、粘着剤、紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂、水または有機溶媒などに可溶な材料などを用いることができる。
次に、酸などを用いたウエットエッチングにより、剥離層３１０をエッチング（図３Ｃ参照）し、基板３００を分離する（図３Ｄ参照）。
次に、別途形成した層１１、層１２および層１３を有する積層体に、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、半導体層１１５ａ、接着層３２０および基板３３０を有する積層体を固着する（図４Ａ、図４Ｂ参照）。なお、図４Ａ、図４Ｂでは、層１３の要素を示しており、図３Ｄで露出した半導体層１１３ａの表面を絶縁層１０２の表面に固着する様子を示している。
次に、図４Ｂの積層体から接着層３２０および基板３３０を除去する（図４Ｃ参照）。接着層３２０は、硬化または変質させることで半導体層１１５ａとの接着力を弱めることができる。または、接着層３２０を溶解させて、基板３３０を除去してもよい。
次に、半導体層１１３ａ、発光層１１４ａ、および半導体層１１５ａをアイランド状に加工し、半導体層１１３、発光層１１４ｂ、および半導体層１１５ｂを形成する（図４Ｄ参照）。
次に、半導体層１１３と導電層１９０ａを電気的に接続する領域を形成するために、発光層１１４ａおよび半導体層１１５ａを加工し、半導体層１１３の一部の面を露出させる（図５Ａ参照）。このとき、半導体層１１３、発光層１１４、および半導体層１１５の積層が形成される。
次に、半導体層１１３、発光層１１４、および半導体層１１５の積層を覆う絶縁層１０３を形成する（図５Ｂ参照）。
次に、絶縁層１０３に、半導体層１１３に達する開口部、および半導体層１１５に達する開口部を形成する。また、絶縁層１０３、絶縁層１０２、絶縁層１８７、および絶縁層１８６に、導電層１８９に達する開口部、および導電層１９２に達する開口部を形成する。
次に、上記開口部のそれぞれに導電層（導電層１９０ａ、導電層１９０ｃ、導電層１９１ａ、導電層１９１ｃ）を埋め込む。ここで、導電層１９０ａおよび導電層１９１ａは、発光ダイオード１１０の一対の電極として作用させることができる。なお、発光ダイオード１１０の一対の電極となる導電層を半導体層１１３および半導体層１１５のそれぞれに接して設け、当該導電層の一方と導電層１９０ａを電気的に接続し、当該導電層の他方と導電層１９１ａを電気的に接続してもよい。
そして、絶縁層１０３上に、導電層１９０ｂおよび導電層１９１ｂを形成する。導電層１９０ｂによって、導電層１９０ａおよび導電層１９０ｃは電気的に接続される、導電層１９１ｂによって、導電層１９１ａおよび導電層１９１ｃは電気的に接続される（図５Ｃ参照）。
なお、上記では、絶縁層１０２上に発光ダイオード１１０が有する半導体層１１３が接して固着する例を説明したが、絶縁層１０２と半導体層１１３との間に接着層５００が設けられていてもよい（図５Ｄ参照）。接着層５００には、絶縁性樹脂、導電性樹脂（導電性フィラーを内在した樹脂を含む）などを用いることができる。接着層５００に導電性樹脂を用いる場合は、接着層５００を発光ダイオード１１０の一方の電極層として作用させることもできる。
以上の工程により、一対の電極の一方が導電層１８９と電気的に接続し、一対の電極の他方が導電層１９２と電気的に接続する発光ダイオードを形成することができる。なお、上記工程の説明に用いた図では、一つの発光ダイオードを図示しているが、上記工程では、複数の発光ダイオードを同時に形成することができる。また、上記工程は一例であり、他の工程で発光ダイオードを形成してもよい。
なお、図１、図２Ａ、図２Ｂに示す表示装置１００Ａでは、層１１、層１２、層１３、層１４の積層構成であるが、図６Ａ、図６Ｂに示す積層構成であってもよい。
図６Ａは、層１５、層１２、層１３、層１４の積層構成を有する表示装置１００Ｂの例であり、層１１の替わりに層１５が設けられている点が、表示装置１００Ａとは異なる。なお、層１４および層１１が有する共通の要素には、同じ符号を用いている。
ここで、層１５は基板１５２を有する。基板１５２は、支持基板としての機能を有する。基板１５２は、例えば、シリコン等の半導体基板、ガラス基板、セラミクス基板、金属基板、樹脂基板などを用いることができる。当該構成では、画素回路の駆動回路などは、層１２に設けられるＯＳトランジスタで形成することができる。例えば、図７Ａに示すように、画素部４０１の外側に設けられた領域４０２に画素回路の駆動回路が有するトランジスタ１２０ｅを設けることができる。
なお、層１２が有するトランジスタ１２０の構造は一例であり、図６Ｃに示すセルフアライン型のトランジスタ１２０ｃであってもよい。または、層１２は、スタガ型、逆スタガ型、コプレナ型、逆コプレナ型などの構造のトランジスタを有していてもよい。これらのトランジスタの構造は、本実施の形態に示すその他の表示装置にも適用することができる。
また、基板１５２が、発光ダイオード１１０が発する光に対して透過性を有する場合は、図８Ａに示すように、反射層１９３を半導体層１１５上に設けることで、基板１５２を介して外部に光を射出することができる。または、図８Ｂに示すように、反射層１９３を省いて、両側に光を射出する構成としてもよい。
また、図６Ｂは、層１６、層１２、層１３、層１４の積層構成を有する表示装置１００Ｃの例であり、層１１の替わりに層１６が設けられている点、および層１２にＯＳトランジスタが設けられていない点が、表示装置１００Ａとは異なる。なお、層１６および層１１が有する共通の要素には、同じ符号を用いている。
ここで、層１６には、Ｓｉトランジスタで形成された画素回路（表示デバイスを除く）が設けられる。したがって、層１６には、例えばシリコン等の半導体基板を用いることができる。図６Ｂでは、シリコン基板１５３にトランジスタ１３０ｄが設けられた例を示している。
なお、層１６は、図６Ｄに示すように、基板１５４上に絶縁層１４３を介してシリコン層が設けられ、当該シリコン層にチャネル形成領域を有するセルフアライン型のトランジスタ１３０ｆを有する構成であってもよい。当該シリコン層としては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコン、非晶質シリコンなどを用いることができる。または、層１６は、図６Ｅに示す逆スタガ型のトランジスタ１３０ｇを有していてもよい。または、層１６は、スタガ型、コプレナ型、逆コプレナ型などの構造のトランジスタを有していてもよい。これらのトランジスタの構造は、本実施の形態に示す他の表示装置が有する層１１にも適用することができる。
基板１５４としては、シリコン基板、ガラス基板、セラミクス基板、金属基板、樹脂基板などを用いることができる。絶縁層１４３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一つ以上有する単層または積層を用いて形成することが好ましい。
なお、表示装置１００Ｃにおいて、画素回路の駆動回路などは、層１６に設けることができる。例えば、図７Ｂに示すように、画素部４０１の外側に設けられた領域４０２に画素回路の駆動回路が有するトランジスタ１３０ｅを設けることができる。
また、表示装置１００Ｂ、表示装置１００Ｃにおいて、画素回路の駆動回路の一部またはすべては、当該画素回路と接続する外付けのＩＣチップ内に設けられていてもよい。
図９に、表示装置とタッチセンサとを組み合わせた表示装置１００Ｄ（タッチパネルともいう）の断面図を示す。なお、図９では、表示装置１００Ａの構成を例示しているが、表示装置１００Ｂ、または表示装置１００Ｃとタッチセンサとを組み合わせることもできる。
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。指または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。
本実施の形態では、静電容量方式の検知デバイスを有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知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およ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。
絶縁層１８５上には、導電層１９４が形成される。導電層１９４は、表示装置１００Ａに電源の供給または駆動信号の供給を行うための電極、または配線としての機能を有する。導電層１９４は、導電層１８９、導電層１９２、反射層１９３などと同一の材料および同一の工程で形成することができる。
導電層１９４は、導電層１９５、導電層１９６、および導電体１９７を介して、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｐｒｉｎｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔｓ）５０１と電気的に接続されている。表示装置１００Ｄには、ＦＰＣ５０１を介して、電源および駆動信号を供給することができる。
導電体１９７としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
タッチセンサは、基板１７１の第１の面に設けられている。タッチセンサが有する要素を覆うように接着層１７９が設けられ、接着層１７９と絶縁層１０４が貼り合わされている。
基板１７１の第１の面には、導電層１７７および導電層１７８が設けられている。導電層１７７および導電層１７８は同一平面上に形成されている。導電層１７７および導電層１７８には、可視光を透過する材料を用いることができる。絶縁層１７３は、導電層１７７および導電層１７８を覆うように設けられている。導電層１７４は、絶縁層１７３に設けられた開口部を介して、導電層１７７を挟むように設けられる２つの導電層１７８と電気的に接続している。
導電層１７８は、導電層１７５と接続している。導電層１７５は、導電層１７４と同一材料および同一の工程で形成することができる。導電層１７５は、導電体１７６を介してＦＰＣ５０２と電気的に接続される。導電体１７６には、導電体１９７と同様に、異方性導電フィルムまたは異方性導電ペーストを用いることができる。
以上のように、本実施の形態の表示装置は、複数の発光ダイオードを同一工程で形成し、当該複数の発光ダイオードと複数のトランジスタとの電気的な接続を同一の工程で行うことができる。したがって、表示装置の製造コストの削減および歩留まりの向上を図ることができる。また、画素回路が有する発光ダイオード、画素回路が有するトランジスタ等の要素、および画素回路の駆動回路が有するトランジスタ等の要素のそれぞれが互いに重なる領域を有する構成とすることで、表示装置を小型化することができる。
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。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、実施の形態１で説明した表示装置に対して、発光ダイオードの光の射出側に色変換層を設けた構成を説明する。なお、実施の形態１と共通する構成要素については、詳細な説明は省略する。
図１０に、表示装置１００Ｅの断面図を示す。表示装置１００Ｅは、赤色の光を射出する画素２０Ｒ、緑色の光を射出する画素２０Ｇ、青色の光を射出する画素２０Ｂを有する。また、発光ダイオードが設けられる層１４上には、層１７が設けられる。層１７には、色変換層、着色層、および遮光層などが設けられる。
画素２０Ｒは、発光ダイオード１１０Ｒを有する。画素２０Ｇは、発光ダイオード１１０Ｇを有する。画素２０Ｂは、発光ダイオード１１０Ｂを有する。発光ダイオード１１０Ｒ、発光ダイオード１１０Ｇ、発光ダイオード１１０Ｂのそれぞれは、同じ色の光を発する。すなわち、発光ダイオード１１０Ｒ、発光ダイオード１１０Ｇ、発光ダイオード１１０Ｂのそれぞれは、同じ構成とすることができる。
具体的には、発光ダイオード１１０Ｒ、発光ダイオード１１０Ｇ、発光ダイオード１１０Ｂのそれぞれは、青色に発光することが好ましい。カラー画像を構成するには、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光の三原色を発する画素を用いることができる。本実施の形態で説明する表示装置では、画素に色変換層を用い、発光ダイオードが発する光を必要な色の光に変換して外部に射出する。ここで、青色の光を発する発光ダイオードを用いれば、青色を発する画素では色変換層を用いる必要がないため、製造コストを低減させることができる。
赤色の画素２０Ｒには、発光ダイオード１１０Ｒと重なる領域に色変換層３６０Ｒおよび着色層３６１Ｒが設けられる。発光ダイオード１１０Ｒが発した光は、色変換層３６０Ｒで青色から赤色に変換され、着色層３６１Ｒで赤色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｅの外部に射出される。なお、着色層３６１Ｒを省いた構成としてもよい。
緑色の画素２０Ｇには、発光ダイオード１１０Ｇと重なる領域に色変換層３６０Ｇおよび着色層３６１Ｇが設けられる。発光ダイオード１１０Ｇが発した光は、色変換層３６０Ｇで青色から緑色に変換され、着色層３６１Ｇで緑色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｅの外部に射出される。なお、着色層３６１Ｇを省いた構成としてもよい。
青色の画素２０Ｂには、発光ダイオード１１０Ｂと重なる領域に着色層３６１Ｂが設けられる。発光ダイオード１１０Ｂが発した光は、着色層３６１Ｂで青色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｅの外部に射出される。なお、着色層３６１Ｂを省いた構成としてもよい。前述したとおり、青色の画素２０Ｂでは、色変換層を省くことができる。
表示装置１００Ｅ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、製造装置および工程を簡素化できる。
各色の画素の間には、遮光層３５０が設けられている。遮光層３５０は、少なくとも発光ダイオード１１０が横方向に発する光を遮る位置に設けられる。必要に応じて、発光ダイオード１１０が斜め方向に発する光を遮る位置にも設けてもよい。また、絶縁層１０４上には、画素の周囲を覆う遮光層３５１が設けられている。
遮光層３５０および遮光層３５１を設けることで、発光ダイオードが発する光が、隣接する他の色の画素領域に入り込むことを抑制でき、混色を防止できる。したがって、表示装置の表示品位を高めることができる。なお、遮光層３５０および遮光層３５１の一方が設けられた構成としてもよい。
遮光層３５０および遮光層３５１を構成する材料は特に限定されず、例えば、金属材料などの無機材料、または、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。また、遮光層３５１は、各色の着色層を積層して形成してもよい。例えば、赤色、緑色、青色の３色の着色層を積層して形成することができる。
また、発光ダイオード１１０Ｒ、発光ダイオード１１０Ｇ、発光ダイオード１１０Ｂのそれぞれは、青色の光より光子エネルギーが高い波長の光を発する構成であってもよい。例えば、青紫色、紫色、または紫外などの光を発することができる発光ダイオードを用いることができる。光子エネルギーが高い光を用いることで、色変換層にて効率よく色変換を行うことができる。
この場合は、図１１に示す表示装置１００Ｆのように、青色の画素２０Ｂには、発光ダイオード１１０Ｂと重なる領域に色変換層３６０Ｂおよび着色層３６１Ｂが設けられる。発光ダイオード１１０Ｂが発した光は、色変換層３６０Ｂで青紫色、紫色、または紫外から青色に変換され、着色層３６１Ｂで青色の光の純度が高められて、表示装置１００Ｅの外部に射出される。なお、着色層３６１Ｂを省いた構成としてもよい。
色変換層としては、蛍光体または量子ドット（ＱＤ：Ｑｕａｎｔｕｍ　ｄｏｔ）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。
色変換層となる膜を加工する際には、リソグラフィ法を用いることができる。例えば、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法を用いることができる。または、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法を用いてもよい。例えば、量子ドットを混合した感光性材料を用いて薄膜を成膜し、リソグラフィ法を用いて当該薄膜を加工することで、島状の色変換層を形成することができる。
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、およ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また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または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、また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、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
なお、表示装置１００Ｅおよび表示装置１００Ｄの構成は、表示装置１００Ａの構成を用いて例示したが、実施の形態１に示すその他の表示装置に適用することもできる。
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。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３）
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、非晶質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、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１２Ａにトランジスタ２００の上面図を示す。なお、図１２Ａでは、図の明瞭化のため、一部の要素の図示を省略する。図１２Ｂに、図１２Ａにおける一点鎖線Ａ１−Ａ２間の断面図を示す。図１２Ｂ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１２Ｃに、図１２Ａにおける一点鎖線Ａ３−Ａ４間の断面図を示す。図１２Ｃ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１２Ｄに、図１２Ａにおける一点鎖線Ａ５−Ａ６間の断面図を示す。
図１２Ａ乃至図１２Ｄ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、および絶縁体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および導電体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および絶縁体２４１ｂ）が設けられる。また、絶縁体２８５上および導電体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および導電体２４６ｂ）が設けられる。
絶縁体２８０、絶縁体２８２、絶縁体２８３、および絶縁体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、絶縁体２８３、および絶縁体２８５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１２Ａ乃至図１２Ｄ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、および導電体２０５ｂ）と、絶縁体２１６上、および導電体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および酸化物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および絶縁体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および導電体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、および絶縁体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および絶縁体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および導電体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、および酸化物２４３ａと、絶縁体２７１ｂ、導電体２４２ｂ、および酸化物２４３ｂと、の間に導電体２６０および絶縁体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および酸化物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および酸化物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および絶縁体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、ソース領域およ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、ソース領域およ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１２Ｂ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、ソース領域およ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、およ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、およ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および酸化物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および亜鉛を有する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、不純物および酸素の拡散を抑制することができる。
また、酸化物２３０ａおよび酸化物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、不純物および欠陥（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、および絶縁体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、および絶縁体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、および固着する（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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体２８２として、水素を捕獲およ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、および絶縁体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、および絶縁体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、およ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、および絶縁体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、および絶縁体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、およ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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体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、炭素およ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、および導電体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、および導電体２０５ｂを有する。導電体２０５ａは、当該開口の底面およ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の上面の高さは、導電体２０５ａの上面の高さおよび絶縁体２１６の上面の高さと略一致する。
導電体２０５ａ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、および導電体２０５ｂ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および絶縁体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よりも水素および酸素の一方または双方の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。
絶縁体２２２は、絶縁性材料であるアルミニウムおよ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、アルミニウムおよ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の側面および絶縁体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および絶縁体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１２Ｂ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および酸化物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、および酸化物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および導電体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、タンタルおよびアルミニウムを含む窒化物、チタンおよ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１２Ｄ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の側面および上面に接して設けられる。絶縁体２７５は、絶縁体２５０、および導電体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、および絶縁体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、および絶縁体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、および絶縁体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、炭素およ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、およ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２５０ａ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、アルミニウムおよ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、アルミニウムおよ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１２Ｂおよび図１２Ｃ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の底面および側面を包むように配置されることが好ましい。また、図１２Ｂおよび図１２Ｃ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１２Ｂおよび図１２Ｃ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１２Ｃ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、導電体２６０と酸化物２３０ｂとが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およ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および酸化物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、および導電体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、および導電体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、および導電体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、および半導体装置を作製することができる。
導電体２４０ａおよび導電体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および導電体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および絶縁体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および絶縁体２４１ｂは、絶縁体２８３、絶縁体２８２、および絶縁体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および導電体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の上面および導電体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および導電体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。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、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（ｎａｎｏ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ）、および多結晶（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（Ｇｒａｚｉｎｇ−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、および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、および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、結晶領域が複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）、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、および酸素を有する層（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（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）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、または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、および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およ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は不純物および欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。したがって、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。したがって、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。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ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およびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよび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、およびＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、および［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、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、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、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば、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。したがって、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。
したがって、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）、およ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。したがって、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４）
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１３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１３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１３に示す画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、実施の形態１で説明した発光ダイオード１１０、スイッチＳＷ２１、トランジスタＭ、および容量Ｃ１を有する。トランジスタＭは、実施の形態１で説明したトランジスタ１２０またはトランジスタ１３０ｄに相当する。画素ＰＩＸ（ｉ，ｊ）は、さらに、スイッチＳＷ２２を有していてもよい。発光ダイオード１１０は、マイクロ発光ダイオードまたはミニ発光ダイオードであることが好ましい。
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のソースおよびドレインは、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のソースおよびドレインは、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のソースおよびドレインの他方、およびスイッチＳＷ２２のソースおよ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のソースおよびドレインは、一方が配線ＣＡＴＨＯＤＥと電気的に接続され、他方が発光ダイオード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。
発光ダイオード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、および配線ＡＮＯＤＥには、それぞれ定電位が供給される。発光ダイオード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ダイオード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、発光ダイオード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から発光ダイオード１１０に電流を供給することができる。または、発光ダイオード１１０は、画像信号およ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およびスイッチ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または多結晶シリコンなどの結晶性の高いシリコンを用いることで、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１３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５）
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１４乃至図１９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、高精細化およ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、例えば腕時計型またはブレスレット型の情報端末機（ウェアラブル機器）、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、ＭＲ向け機器、ＸＲ向け機器、または頭部に装着可能なウェアラブル機器等が挙げられる。
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、また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を有する表示装置を用いることで、携帯型または家庭用途などのパーソナルユースの電子機器において、臨場感または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１４Ａ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、およ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１４Ｂ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１４Ｂでは、反射板７１２および反射面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および反射面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、およ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、および画像の拡大、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およ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、利便性およ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１４Ｂ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および再開などの処理を実行すること、スライド操作により、早送りおよ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１５Ａに、メガネ型の電子機器９００の斜視図を示す。電子機器９００は、一対の表示パネル９０１、一対の筐体９０２、一対の光学部材９０３、一対の装着部９０４等を有する。
電子機器９００は、光学部材９０３の表示領域９０６に、表示パネル９０１で表示した画像を投影することができる。光学部材９０３は透光性を有するため、ユーザーは光学部材９０３を通して視認される透過像に重ねて、表示領域９０６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９００は、ＡＲ表示が可能な電子機器である。
電子機器９００が備える表示パネル９０１は、画像を表示する機能に加えて、撮像する機能を有することが好ましい。このとき、電子機器９００は、光学部材９０３を介して表示パネル９０１に入射された光を受光し、電気信号に変換して出力することができる。これにより、ユーザーの目、または目およびその周辺を撮像し、画像情報として外部、または電子機器９００が備える演算部に出力することができる。
一つの筐体９０２には、前方を撮像することのできるカメラ９０５が設けられている。また図示しないが、いずれか一方の筐体９０２には無線受信機、またはケーブルを接続可能なコネクタが設けられ、筐体９０２に映像信号等を供給することができる。また、筐体９０２に、ジャイロセンサなどの加速度センサを配置することで、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９０６に表示することもできる。また、筐体９０２にはバッテリが設けられていることが好ましく、無線または有線によって充電することができることが好ましい。
図１５Ｂを用いて、電子機器９００の表示領域９０６への画像の投影方法について説明する。筐体９０２の内部には、表示パネル９０１、レンズ９１１、反射板９１２が設けられている。また、光学部材９０３の表示領域９０６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９１３を有する。
表示パネル９０１から発せられた光９１５は、レンズ９１１を通過し、反射板９１２により光学部材９０３側へ反射される。光学部材９０３の内部において、光９１５は光学部材９０３の端面で全反射を繰り返し、反射面９１３に到達することで、反射面９１３に画像が投影される。これにより、ユーザーは、反射面９１３に反射された光９１５と、光学部材９０３（反射面９１３を含む）を透過した透過光９１６の両方を視認することができる。
図１５Ｂでは、反射板９１２および反射面９１３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９０３の厚さを薄くすることができる。なお、反射板９１２および反射面９１３を平面としてもよい。
反射板９１２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９１３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９１６の透過率を高めることができる。
ここで、電子機器９００は、レンズ９１１と表示パネル９０１との間の距離および角度の一方または双方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、ピント調整、および画像の拡大、縮小などを行うことが可能となる。例えば、レンズ９１１および表示パネル９０１の一方または双方が、光軸方向に移動可能な構成とすればよい。
電子機器９００は、反射板９１２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９１２の角度を変えることで、画像が表示される表示領域９０６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９０６を配置することが可能となる。
表示パネル９０１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９００とすることができる。
図１６Ａ、図１６Ｂに、ゴーグル型の電子機器９５０の斜視図を示す。図１６Ａは、電子機器９５０の正面、平面および左側面を示す斜視図であり、図１６Ｂは、電子機器９５０の背面、底面、およ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、または筐体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および表示パネル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（額または頬など）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および装着部９５４などの、ユーザーの肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニングおよび交換が容易となるため好ましい。
図１７Ａ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、および光源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１７Ｂ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、およ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１８Ａ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１８Ａ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、または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、チャンネルおよ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、受信機およ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１８Ｂ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１８Ｃ、図１８Ｄに、デジタルサイネージの一例を示す。
図１８Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、およびスピーカ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１８Ｄ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１８Ｃ、図１８Ｄ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１８Ｃ、図１８Ｄ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１９Ａ乃至図１９Ｆ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１９Ａ乃至図１９Ｆ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１９Ａ乃至図１９Ｆに示す電子機器の詳細について、以下説明を行う。
図１９Ａ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１９Ａ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、電子メールまたは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１９Ｂ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１９Ｃ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、および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１９Ｄ乃至図１９Ｆ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１９Ｄは携帯情報端末９２０１を展開した状態、図１９Ｆは折り畳んだ状態、図１９Ｅは図１９Ｄと図１９Ｆ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、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
１１：層、１２：層、１３：層、１４：層、１５：層、１６：層、１７：層、２０Ｂ：画素、２０Ｇ：画素、２０Ｒ：画素、１００Ａ：表示装置、１００Ｂ：表示装置、１００Ｃ：表示装置、１００Ｄ：表示装置、１００Ｅ：表示装置、１００Ｆ：表示装置、１０２：絶縁層、１０３：絶縁層、１０４：絶縁層、１１０：発光ダイオード、１１０Ｂ：発光ダイオード、１１０Ｇ：発光ダイオード、１１０Ｒ：発光ダイオード、１１３：半導体層、１１３ａ：半導体層、１１４：発光層、１１４ａ：発光層、１１４ｂ：発光層、１１５：半導体層、１１５ａ：半導体層、１１５ｂ：半導体層、１２０：トランジスタ、１２０ｃ：トランジスタ、１２０ｅ：トランジスタ、１３０：トランジスタ、１３０ｄ：トランジスタ、１３０ｅ：トランジスタ、１３０ｆ：トランジスタ、１３０ｇ：トランジスタ、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：絶縁層、１４３：絶縁層、１５１：基板、１５２：基板、１５３：シリコン基板、１５４：基板、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、１７１：基板、１７３：絶縁層、１７４：導電層、１７５：導電層、１７６：導電体、１７７：導電層、１７８：導電層、１７９：接着層、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、１９０ａ：導電層、１９０ｂ：導電層、１９０ｃ：導電層、１９１ａ：導電層、１９１ｂ：導電層、１９１ｃ：導電層、１９２：導電層、１９３：反射層、１９４：導電層、１９５：導電層、１９６：導電層、１９７：導電体、２００：トランジスタ、２０５：導電体、２０５ａ：導電体、２０５ｂ：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、３００：基板、３１０：剥離層、３２０：接着層、３３０：基板、３５０：遮光層、３５１：遮光層、３６０Ｂ：色変換層、３６０Ｇ：色変換層、３６０Ｒ：色変換層、３６１Ｂ：着色層、３６１Ｇ：着色層、３６１Ｒ：着色層、４０１：画素部、４０２：領域、５００：接着層、５０１：ＦＰＣ、５０２：ＦＰＣ、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、９００：電子機器、９０１：表示パネル、９０２：筐体、９０３：光学部材、９０４：装着部、９０５：カメラ、９０６：表示領域、９１１：レンズ、９１２：反射板、９１３：反射面、９１５：光、９１６：透過光、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 (13)

  1. 　トランジスタと、反射層と、発光ダイオードと、第１の絶縁層と、第２の絶縁層と、を有し、
    　前記トランジスタ、前記反射層、および前記発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、
    　前記反射層は、前記トランジスタ上に前記第１の絶縁層を介して設けられ、
    　前記発光ダイオードは、前記反射層上に前記第２の絶縁層を介して設けられ、
    　前記発光ダイオードは半導体層を有し、
    　前記半導体層は、前記第２の絶縁層と接する領域を有する表示装置。
  2. 　請求項１において、
    　さらに色変換層および着色層の一方または双方と、第３の絶縁層と、を有し、
    　前記色変換層および前記着色層の一方または双方は、前記発光ダイオード上に前記第３の絶縁層を介して設けられる表示装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記色変換層は、蛍光体または量子ドットを有する表示装置。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項において、
    　前記トランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有する表示装置。
  5. 　第１の層と、第２の層と、第３の層と、第４の層と、を有し、
    　前記第２の層および前記第３の層は、前記第１の層と前記第４の層との間に設けられ、
    　前記第２の層は、前記第１の層と前記第３の層との間に設けられ、
    　前記第１の層は、第１のトランジスタを有し、
    　前記第２の層は、第２のトランジスタを有し、
    　前記第３の層は、反射層を有し、
    　前記第４の層は、発光ダイオードを有し、
    　前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記反射層、および前記発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、
    　前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタとの間には、第１の絶縁層が設けられ、
    　前記第２のトランジスタと前記反射層との間には、第２の絶縁層が設けられ、
    　前記反射層と前記発光ダイオードとの間には、第３の絶縁層が設けられ、
    　前記発光ダイオードは半導体層を有し、
    　前記半導体層は、前記第３の絶縁層と接する領域を有する表示装置。
  6. 　請求項５において、
    　さらに第５の層を有し、
    　前記第５の層は、前記第３の層との間に前記第４の層を挟むように設けられ、
    　前記第５の層は、色変換層および着色層の一方または双方を有し、
    　前記色変換層および前記着色層の一方または双方、前記第１のトランジスタ、前記第２のトランジスタ、前記反射層、および前記発光ダイオードのそれぞれは、互いに重なる領域を有し、
    　前記発光ダイオードと前記色変換層および前記着色層の一方または双方との間には、第４の絶縁層が設けられる表示装置。
  7. 　請求項６において、
    　前記色変換層は、蛍光体または量子ドットを有する表示装置。
  8. 　請求項５乃至７のいずれか一項において、
    　前記第１のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有する表示装置。
  9. 　請求項５乃至８のいずれか一項において、
    　前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆの一つまたは複数）と、を有する表示装置。
  10. 　請求項５乃至９のいずれか一項において、
    　前記第１のトランジスタは、画素回路を駆動する回路の構成要素であり、前記第２のトランジスタは、前記画素回路の構成要素である表示装置。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか一項において、
    　前記半導体層は、第１３族元素および第１５族元素を含む化合物半導体である表示装置。
  12. 　請求項１乃至１１のいずれか一項において、前記発光ダイオードは、青色、青紫色、紫色または紫外の光を発する表示装置。
  13. 　請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の表示装置と、
    　バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、およびマイクのうち一つ以上を有する電子機器。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023247927A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 Smartkem Limited An integrated circuit for a flat-panel display

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116960244A (zh) * 2023-09-20 2023-10-27 昆山麦沄显示技术有限公司 一种集成式led芯片结构及制作方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019176326A1 (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 株式会社ブイ・テクノロジー Ｌｅｄ・トランジスタ複合素子
KR102030323B1 (ko) * 2018-11-23 2019-10-10 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법
US20190355874A1 (en) * 2018-05-20 2019-11-21 Black Peak LLC High brightness light emitting device with small size
WO2019220278A1 (ja) * 2018-05-17 2019-11-21 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置、及び電子機器
WO2019230260A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4291837B2 (ja) 2006-08-30 2009-07-08 株式会社沖データ 投写型表示装置および画像形成装置
US8987765B2 (en) 2013-06-17 2015-03-24 LuxVue Technology Corporation Reflective bank structure and method for integrating a light emitting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019176326A1 (ja) * 2018-03-16 2019-09-19 株式会社ブイ・テクノロジー Ｌｅｄ・トランジスタ複合素子
WO2019220278A1 (ja) * 2018-05-17 2019-11-21 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置、及び電子機器
US20190355874A1 (en) * 2018-05-20 2019-11-21 Black Peak LLC High brightness light emitting device with small size
WO2019230260A1 (ja) * 2018-05-31 2019-12-05 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
KR102030323B1 (ko) * 2018-11-23 2019-10-10 엘지디스플레이 주식회사 표시 장치 및 표시 장치의 제조 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023247927A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-28 Smartkem Limited An integrated circuit for a flat-panel display

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