WO2022153144A1 - 発光素子、表示装置、および電子機器 - Google Patents

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Abstract

新規な発光素子を提供する。 陽極と、陽極上のＥＬ層と、ＥＬ層上の陰極と、を有する発光素子であって、ＥＬ層の側面に第１の層が隣接し、第１の層の側面に第１の部位が隣接する。ＥＬ層と第１の部位は、第１の層を介して隣接する。第１の部位の屈折率を、前記第１の層の屈折率よりも小さくする。ＥＬ層の底面と側面のなす角度 θ を９０度よりも大きくする。

Description

発光素子、表示装置、および電子機器
本発明の一態様は、発光素子、表示装置、および電子機器に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
表示装置として、各画素に表示素子を駆動するためのトランジスタを有するアクティブマトリクス型の表示装置が知られている。例えば、表示素子として液晶素子を用いたアクティブマトリクス型の液晶表示装置（「液晶ディスプレイ」ともいう。）、表示素子として有機ＥＬ素子などの発光素子を用いたアクティブマトリクス型の発光表示装置（「有機ＥＬディスプレイ」ともいう。）などが知られている。
有機ＥＬディスプレイは、自発光型の表示装置であるため、液晶ディスプレイよりも視野角が広く、かつ、高い応答性を備えている。加えて、有機ＥＬディスプレイは、バックライトが不要であることから、表示装置の軽量化、薄型化、低消費電力化などの実現が容易であり、近年盛んに研究されている。画素として機能する有機ＥＬ素子は、陽極と陰極が発光層を介して重なる構成を備える。また、有機ＥＬディスプレイでは、隣接する発光層の電気的な干渉を防ぐため、隣接する画素間に隔壁が設けられる（特許文献１）。
また、発光層などの有機ＥＬ層を低分子材料で形成する場合は、メタルマスクを用いた真空蒸着法で行う方法が知られている（特許文献２）。
特開２０１４−１２３５２７号公報 特開２００３−１５７９７３号公報
画素間に設ける隔壁（「土手」または「バンク」ともいう。）は、表示装置の表示品位の向上および消費電力の低減などの効果を奏する。その一方で、十分な効果を得るためには一定量の隔壁が必要であるため、隔壁の占有面積低減が難しく、画素開口率の向上、高精細化、および小型化などの実現が困難であった。
また、メタルマスクはレジストマスクよりも寸法精度が劣るため、メタルマスクを用いた画素毎の発光層の形成では、画素開口率の向上、高精細化などの実現が困難であった。また、メタルマスクは、蒸着源で生じる熱の影響により変形しやすいという問題があった。
本発明の一態様は、表示品位が良好な表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。または、信頼性が高い表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。または、消費電力が低い表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。または、軽量な表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。または、生産性が高い表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。または、新規な表示装置または半導体装置などを提供することを課題の一つとする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、陽極と、陽極上のＥＬ層と、ＥＬ層上の陰極と、を有し、ＥＬ層の側面に隣接する第１の層と、第１の層を介してＥＬ層の側面に隣接する第１の部位と、を有し、ＥＬ層の底面と側面のなす角度θが９０度よりも大きく、第１の部位の屈折率が第１の層の屈折率よりも小さい発光素子である。
また、角度θは、９０度よりも大きく、１３５度以下が好ましい。
第１の部位は、第１８族元素、窒素、酸素、またはフッ素を含んでもよい。
本発明の別の一態様は、複数の上記発光素子と、複数のトランジスタと、を有する表示装置である。上記発光素子が陰極側から光を射出する機能を有する場合、表示装置は、トップエミッション型の表示装置として機能する。
本発明の別の一態様は、上記表示装置と、アンテナ、バッテリ、またはセンサの少なくとも一と、を有する電子機器である。
本発明の一態様によれば、表示品位が良好な表示装置または半導体装置などを提供することができる。または、信頼性が高い表示装置または半導体装置などを提供することができる。または、消費電力が低い表示装置または半導体装置などを提供することができる。または、軽量な表示装置または半導体装置などを提供することができる。または、生産性が高い表示装置または半導体装置などを提供することができる。または、新規な表示装置または半導体装置など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。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１Ａおよび図１Ｂは、表示装置の構成例を説明する図である。
図２は、表示装置の構成例を説明する図である。
図３は、表示装置の構成例を説明する図である。
図４は、表示装置の構成例を説明する図である。
図５は、表示装置の構成例を説明する図である。
図６は、表示装置の構成例を説明する図である。
図７Ａ乃至図７Ｄは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図８Ａ乃至図８Ｄは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図９Ａ乃至図９Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１０Ａ乃至図１０Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１１Ａ乃至図１１Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１２Ａ乃至図１２Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１３Ａ乃至図１３Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、素子基板の変形例を説明する図である。
図１５Ａ乃至図１５Ｃは、素子基板の変形例を説明する図である。
図１６Ａ乃至図１６Ｃは、素子基板の作製方法例を説明する図である。
図１７Ａ乃至図１７Ｄは、素子基板の変形例を説明する図である。
図１８Ａは結晶構造の分類を説明する図である。図１８ＢはＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルを説明する図である。図１８ＣはＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の極微電子線回折パターンを説明する図である。
図１９Ａおよび図１９Ｂ１乃至図１９Ｂ５は、表示装置の構成例を説明する図である。
図２０Ａ乃至図２０Ｃは、画素回路の構成例を説明する図である。
図２１Ａ乃至図２１Ｄは、発光素子の構成例を説明する図である。
図２２Ａ乃至図２２Ｃは、トランジスタの構成例を説明する図である。
図２３Ａ乃至図２３Ｃは、トランジスタの構成例を説明する図である。
図２４Ａ乃至図２４Ｃは、トランジスタの構成例を説明する図である。
図２５Ａおよび図２５Ｂは、表示装置の構成例を説明する図である。
図２６は、表示装置の構成例を説明する図である。
図２７Ａ乃至図２７Ｆは、電子機器の一例を説明する図である。
本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（トランジスタ、ダイオード、フォトダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。また、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、パッケージにチップを収納した電子部品は半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置および電子機器等は、それ自体が半導体装置であり、半導体装置を有している場合がある。
また、本明細書等において、ＸとＹとが接続されていると記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に開示されているものとする。Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層など）であるとする。
ＸとＹとが電気的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示デバイス、発光デバイス、負荷など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オン状態とオフ状態が制御される。つまり、スイッチは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。
ＸとＹとが機能的に接続されている場合の一例としては、ＸとＹとの機能的な接続を可能とする回路（例えば、論理回路（インバータ、ＮＡＮＤ回路、ＮＯＲ回路など）、信号変換回路（デジタルアナログ変換回路、アナログデジタル変換回路、ガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（電源回路（昇圧回路、降圧回路など）、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など）、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路（信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、制御回路など）が、ＸとＹとの間に１個以上接続されることが可能である。なお、一例として、ＸとＹとの間に別の回路を挟んでいても、Ｘから出力された信号がＹへ伝達される場合は、ＸとＹとは機能的に接続されているものとする。
なお、ＸとＹとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子または別の回路を挟んで接続されている場合）と、ＸとＹとが直接接続されている場合（つまり、ＸとＹとの間に別の素子または別の回路を挟まずに接続されている場合）とを含むものとする。
また、例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（または第１の端子など）とドレイン（または第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子など）、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（または第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子など）、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（または第１の端子など）とドレイン（または第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（または第１の端子など）、トランジスタのドレイン（または第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（または第１の端子など）と、ドレイン（または第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、１つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、および電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
また、本明細書等において、「抵抗素子」とは、例えば、０Ωよりも高い抵抗値を有する回路素子、配線などを用いることができる。そのため、本明細書等において、「抵抗素子」は、抵抗値を有する配線、ソース−ドレイン間に電流が流れるトランジスタ、ダイオード、コイルなどを含むものとする。そのため、「抵抗素子」という用語は、「抵抗」「負荷」「抵抗値を有する領域」などの用語に言い換えることができ、逆に「抵抗」「負荷」「抵抗値を有する領域」という用語は、「抵抗素子」などの用語に言い換えることができる。抵抗値としては、例えば、好ましくは１ｍΩ以上１０Ω以下、より好ましくは５ｍΩ以上５Ω以下、更に好ましくは１０ｍΩ以上１Ω以下とすることができる。また、例えば、１Ω以上１×１０９Ω以下としてもよい。
また、配線を抵抗素子として用いる場合、当該配線の長さによって抵抗値を決める場合がある。または、配線として用いる導電体とは異なる抵抗率を有する導電体を抵抗素子として用いる場合がある。または、半導体に不純物をドーピングすることで抵抗値を決める場合がある。
また、本明細書等において、「容量素子」とは、例えば、０Ｆよりも高い静電容量の値を有する回路素子、０Ｆよりも高い静電容量の値を有する配線の領域、寄生容量、トランジスタのゲート容量などとすることができる。そのため、本明細書等において、「容量素子」は、１対の電極と、当該電極の間に含まれている誘電体と、を含む回路素子だけでなく、配線と配線との間に生じる寄生容量、トランジスタのソースまたはドレインの一方とゲートとの間に生じるゲート容量などを含むものとする。また、「容量素子」「寄生容量」「ゲート容量」などという用語は、「容量」などの用語に言い換えることができ、逆に、「容量」という用語は、「容量素子」「寄生容量」「ゲート容量」などの用語に言い換えることができる。また、「容量」の「１対の電極」という用語は、「一対の導電体」「一対の導電領域」「一対の領域」などに言い換えることができる。なお、静電容量の値としては、例えば、０．０５ｆＦ以上１０ｐＦ以下とすることができる。また、例えば、１ｐＦ以上１０μＦ以下としてもよい。
また、本明細書等において、トランジスタは、ゲート、ソース、およびドレインと呼ばれる３つの端子を有する。ゲートは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子である。ソースまたはドレインとして機能する二つの端子は、トランジスタの入出力端子である。二つの入出力端子は、トランジスタの導電型（ｎチャネル型、ｐチャネル型）およびトランジスタの３つの端子に与えられる電位の高低によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。このため、本明細書等においては、ソースおよびドレインの用語は、言い換えることができるものとする。また、本明細書等では、トランジスタの接続関係を説明する際、「ソースまたはドレインの一方」（または第１電極、または第１端子）、「ソースまたはドレインの他方」（または第２電極、または第２端子）という表記を用いる。なお、トランジスタの構造によっては、上述した３つの端子に加えて、バックゲートを有する場合がある。この場合、本明細書等において、トランジスタのゲートまたはバックゲートの一方を第１ゲートと呼称し、トランジスタのゲートまたはバックゲートの他方を第２ゲートと呼称することがある。更に、同じトランジスタにおいて、「ゲート」と「バックゲート」の用語は互いに入れ換えることができる場合がある。また、トランジスタが、３以上のゲートを有する場合は、本明細書等においては、それぞれのゲートを第１ゲート、第２ゲート、第３ゲートなどと呼称することがある。
また、本明細書等において、「ノード」は、回路構成、デバイス構造等に応じて、端子、配線、電極、導電層、導電体、不純物領域等と言い換えることが可能である。また、端子、配線等を「ノード」と言い換えることが可能である。
また、本明細書等において、「電圧」と「電位」は、適宜言い換えることができる。「電圧」は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、「電圧」を「電位」に言い換えることができる。なお、グラウンド電位は必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。また、電位は相対的なものであり、基準となる電位が変わることによって、配線に与えられる電位、回路などに印加される電位、回路などから出力される電位なども変化する。
また、本明細書等において、「高レベル電位（「ハイレベル電位」、「Ｈ電位」、または「Ｈ」ともいう）」「低レベル電位（「ローレベル電位」、「Ｌ電位」、または「Ｌ」ともいう）」という用語は、特定の電位を意味するものではない。例えば、２本の配線において、両方とも「高レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの高レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。また、同様に、２本の配線において、両方とも「低レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの低レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。
「電流」とは、電荷の移動現象（電気伝導）のことであり、例えば、「正の荷電体の電気伝導が起きている」という記載は、「その逆向きに負の荷電体の電気伝導が起きている」と換言することができる。そのため、本明細書等において、「電流」とは、特に断らない限り、キャリアの移動に伴う電荷の移動現象（電気伝導）をいうものとする。ここでいうキャリアとは、電子、正孔、アニオン、カチオン、錯イオン等が挙げられ、電流の流れる系（例えば、半導体、金属、電解液、真空中など）によってキャリアが異なる。また、配線等における「電流の向き」は、正のキャリアが移動する方向とし、正の電流量で記載する。換言すると、負のキャリアが移動する方向は、電流の向きと逆の方向となり、負の電流量で表現される。そのため、本明細書等において、電流の正負（または電流の向き）について断りがない場合、「素子Ａから素子Ｂに電流が流れる」等の記載は「素子Ｂから素子Ａに電流が流れる」等に言い換えることができるものとする。また、「素子Ａに電流が入力される」等の記載は「素子Ａから電流が出力される」等に言い換えることができるものとする。
また、本明細書等において、「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。例えば、本明細書などの実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲などにおいて「第２」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第１」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲などにおいて省略することもありうる。
また、本明細書等において、「上に」、「下に」、「上方に」、または「下方に」などの配置を示す語句は、構成要素同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている場合がある。また、構成要素同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書等で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。例えば、「導電体の上面に位置する絶縁体」の表現では、示している図面の向きを１８０度回転することによって、「導電体の下面に位置する絶縁体」と言い換えることができる。
また、「上」および「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
また、本明細書等において、「隣接」または「近接」の用語は、複数の構成要素が直接接している状態を限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａに隣接する電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａと電極Ｂが直接接する状態だけでなく、絶縁層Ａと電極Ｂの間に空間または他の構成要素を含む状態も含む。
また、本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、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な場合がある。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な場合がある。または、場合によっては、または、状況に応じて、「膜」、「層」などの語句を使わずに、別の用語に入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」または「導電膜」という用語を、「導電体」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁層」「絶縁膜」という用語を、「絶縁体」という用語に変更することが可能な場合がある。
また、本明細書等において「電極」「配線」「端子」などの用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」または「配線」の用語は、複数の「電極」または「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。また、例えば、「端子」は「配線」または「電極」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。更に、「端子」の用語は、複数の「電極」「配線」「端子」などが一体となって形成されている場合なども含む。そのため、例えば、「電極」は「配線」または「端子」の一部とすることができ、また、例えば、「端子」は「配線」または「電極」の一部とすることができる。また、「電極」「配線」「端子」などの用語は、場合によって、「領域」などの用語に置き換える場合がある。
また、本明細書等において、「配線」、「信号線」、「電源線」などの用語は、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、「配線」という用語を、「信号線」という用語に変更することが可能な場合がある。また、例えば、「配線」という用語を、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号線」「電源線」などの用語を、「配線」という用語に変更することが可能な場合がある。「電源線」などの用語は、「信号線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で「信号線」などの用語は、「電源線」などの用語に変更することが可能な場合がある。また、配線に印加されている「電位」という用語を、場合によっては、または、状況に応じて、「信号」などという用語に変更することが可能な場合がある。また、その逆も同様で、「信号」などの用語は、「電位」という用語に変更することが可能な場合がある。
本明細書等において、半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物である。不純物が含まれることにより、例えば、半導体の欠陥準位密度が高くなること、キャリア移動度が低下すること、結晶性が低下することなどが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、主成分以外の遷移金属などがあり、特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、窒素などがある。具体的には、半導体がシリコン層である場合、半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１５族元素などがある。
本明細書等において、スイッチとは、導通状態（オン状態）、または、非導通状態（オフ状態）になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。一例としては、電気的なスイッチ、機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど）、またはこれらを組み合わせた論理回路などがある。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。
機械的なスイッチの一例としては、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」または「概略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」または「概略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体または金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称する場合がある。つまり、増幅作用、整流作用、およびスイッチング作用の少なくとも１つを有するトランジスタのチャネルが金属酸化物に形成される場合、当該金属酸化物を、酸化物半導体または金属酸化物半導体と呼称することができる。また、「ＯＳトランジスタ」と記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
また、本明細書等において、各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、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、互いに構成例を適宜組み合わせることが可能である。
本明細書に記載の実施の形態については、図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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。従って、本発明は、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、実施の形態の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場合がある。また、図面を理解しやすくするため、斜視図または上面図などにおいて、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。また、図面を理解しやすくするため、ハッチングなどの表記を省略する場合がある。
また、本明細書の図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもその大きさもしくは縦横比などに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、または、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
本明細書等において、複数の要素に同じ符号を用いる場合、特に、それらを区別する必要があるときには、符号の末尾に“Ａ”、“ａ”、“＿１”、“［ｉ］”、“［ｍ，ｎ］”等の識別用の文字を付記して記載する場合がある。例えば、複数ある画素２３０を、画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、または画素２３０Ｂと示す場合がある。言い換えると、画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、および画素２３０Ｂに共通の事柄を説明する場合、もしくは、それぞれを区別する必要が無い場合は、単に「画素２３０」と示す場合がある。
なお、本明細書等において、メタルマスク、またはＦＭＭ（ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク）を用いるデバイスをＭＭ（メタルマスク）構造と呼称する場合がある。また、本明細書等において、メタルマスク、またはＦＭＭを用いないデバイスをＭＭＬ（メタルマスクレス）構造と呼称する場合がある。ＭＭＬ構造の表示装置は、メタルマスクを用いずに作製するため、ＦＭＭ構造、またはＭＭ構造の表示装置よりも画素配置及び画素形状等の設計自由度が高い。
なお、ＭＭＬ構造の表示装置の作製方法では、島状のＥＬ層は、メタルマスクのパターンによって形成されるのではなく、ＥＬ層を一面に成膜した後に加工することで形成される。したがって、これまで実現が困難であった高精細な表示装置または高開口率の表示装置を実現することができる。さらに、ＥＬ層を各色で作り分けることができるため、極めて鮮やかでコントラストが高く、表示品位の高い表示装置を実現できる。また、ＥＬ層上に犠牲層を設けることで、表示装置の作製工程中にＥＬ層が受けるダメージを低減し、発光デバイスの信頼性を高めることができる。
なお、表示装置をファインメタルマスク（ＦＭＭ）構造を用いて形成する場合、画素配置の構成などに制限がかかる場合がある。ここで、ＦＭＭ構造について、以下、説明を行う。
ＦＭＭ構造としては、ＥＬ蒸着時において、所望の領域にＥＬが蒸着されるように開口部が設けられた金属のマスク（ＦＭＭともいう。）を基板に対向してセットする。その後、ＦＭＭを介して、ＥＬ蒸着を行うことで、所望の領域にＥＬ蒸着を行う。ＥＬ蒸着する際の基板サイズが大きくなると、ＦＭＭのサイズも大きくなり、その重量も大きくなる。また、ＥＬ蒸着時に熱などがＦＭＭに与えられるため、ＦＭＭが変形する場合がある。又は、ＥＬ蒸着時にＦＭＭに一定のテンションを与えて蒸着する方法などもあるため、ＦＭＭの重量、及び強度は、重要なパラメータである。
そのため、ＦＭＭを用いて、画素配置の構成を設計する場合、上記のパラメータなどを考慮する必要があり、一定の制限のもとに検討する必要がある。一方で、本発明の一態様の表示装置においては、ＭＭＬ構造を用いて作製されるため、画素配置の構成などＦＭＭ構造と比較し自由度が高いといった、優れた効果を奏する。なお、本構成においては、例えばフレキシブルデバイスなどとも非常に親和性が高く、画素、及び駆動回路のいずれか一または双方ともに、様々な回路配置とすることができる。
（実施の形態１）
本発明の一態様の表示装置１００について、図面を用いて説明する。
＜＜構成例＞＞
図１Ａは、表示装置１００の斜視概略図である。表示装置１００は、基板１１１と基板１２１とが貼り合わされた構成を有する。表示装置１００は、表示領域２３５、周辺回路領域２３２、周辺回路領域２３３等を有する。図１では表示装置１００にＦＰＣ１２４が実装されている例を示している。そのため、図１Ａに示す構成は、表示装置１００およびＦＰＣ１２４を有する表示モジュールということもできる。
周辺回路領域２３２および周辺回路領域２３３には、表示領域２３５に信号を供給するための回路が含まれる。周辺回路領域２３２および周辺回路領域２３３に含まれる回路の総称を、「周辺駆動回路」という場合がある。周辺駆動回路に含まれる回路としては、例えば、走査線駆動回路、および信号線駆動回路などがある。
周辺駆動回路の一部または全部を、ＩＣ（集積回路）で実装してもよい。例えば、周辺駆動回路の一部または全部が含まれるＩＣを、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ　ｏｎ　Ｆｉｌｍ）方式等により、基板１１１に設けてもよい。また、ＩＣを、ＣＯＦ方式等により、ＦＰＣ１２４に実装してもよい。
表示領域２３５、周辺回路領域２３２、および周辺回路領域２３３に供給される信号および電力は、ＦＰＣ１２４を介して外部から入力される。
また、図１Ａでは、表示領域２３５の一部の拡大図を付記している。表示領域２３５には、複数の画素２４０がマトリクス状に配置されている。画素２４０は、画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、および画素２３０Ｂを有する。前述した通り、本明細書などにおいて、画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、および画素２３０Ｂに共通の事柄を説明する場合、または三者を区別する必要が無い場合、単に「画素２３０」と示す場合がある。
〔断面構成例〕
図１Ｂは、図１ＡにＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。図１Ｂでは、表示領域２３５の一部、周辺回路領域２３３の一部、およびＦＰＣ１２４を含む領域の一部の断面を示している。
画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、および画素２３０Ｂは、それぞれが表示素子として発光素子１７０を有する。発光素子１７０は、陽極として機能する電極１７１、ＥＬ層１７２、陰極として機能する電極１７３を有する。図１Ｂでは、画素２３０Ｒが有する発光素子１７０を発光素子１７０Ｒと示し、画素２３０Ｇが有する発光素子１７０を発光素子１７０Ｇと示し、画素２３０Ｂが有する発光素子１７０を発光素子１７０Ｂと示している。
なお、本明細書などにおいて、発光素子１７０Ｒが有する電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３を、電極１７１Ｒ、ＥＬ層１７２Ｒ、および電極１７３Ｒと示す場合がある。発光素子１７０Ｇが有する電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３を、電極１７１Ｇ、ＥＬ層１７２Ｇ、および電極１７３Ｇと示す場合がある。発光素子１７０Ｂが有する電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３を、電極１７１Ｂ、ＥＬ層１７２Ｂ、および電極１７３Ｂと示す場合がある。
発光素子１７０Ｒは、光１７５Ｒを射出する機能を有する。発光素子１７０Ｇは、光１７５Ｇを射出する機能を有する。発光素子１７０Ｂは、光１７５Ｂを射出する機能を有する。例えば、光１７５Ｒは赤色光、光１７５Ｇは緑色光、光１７５Ｂは青色光である。
また、画素２３０Ｒ、画素２３０Ｇ、および画素２３０Ｂは、それぞれが表示素子を駆動するためのトランジスタ２５１を有する。トランジスタ２５１は、発光素子１７０に流れる電流を制御するトランジスタ（駆動トランジスタともいう）である。
また、周辺回路領域２３２、および周辺回路領域２３３は、複数のトランジスタを有する。図１Ｂでは、周辺回路領域２３３に含まれるトランジスタの一例として、トランジスタ２５２を示している。
表示装置１００は、基板１１１と基板１２１の間に、トランジスタ２５１、トランジスタ２５２、発光素子１７０等を有する。基板１１１と基板１２１は、接着層１４２を介して重なる。
接着層１４２としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これらの接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
トランジスタ２５１およびトランジスタ２５２は、絶縁層１１２を介して基板１１１上に設けられている。また、トランジスタ２５１およびトランジスタ２５２は、絶縁層２１０および絶縁層２１３に覆われている。また、絶縁層２１３上に絶縁層１１４が設けられている。絶縁層１１４は、平坦化層としての機能を有することが好ましい。なお、「平坦化層」とは、被形成面の凹凸が低減された表面を有する層のことをいう。
トランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、単層であっても２層以上であってもよい。各トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水および水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。
画素２３０において、電極１７１が絶縁層１１４上に設けられている。電極１７１は、絶縁層１１４に設けられた開口部で、トランジスタ２５１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
また、電極１７１上にＥＬ層１７２が設けられ、ＥＬ層１７２上に電極１７３が設けられている。電極１７３は、ＥＬ層１７２を介して電極１７１と互いに重なる領域を有する。また、電極１７３上に保護層１２６が設けられている。また、発光素子１７０および保護層１２６を覆う絶縁層１１５が設けられている。絶縁層１１５は、発光素子１７０の側面を覆うことが好ましい。また、絶縁層１１５は、水素および水分が透過しにくい材料で形成することが好ましい。
また、絶縁層１１５上に絶縁層１１６が設けられている。絶縁層１１６は、平坦化層としての機能を有することが好ましい。絶縁層１１６上に導電層１１８が設けられている。導電層１１８は、絶縁層１１６、絶縁層１１５、および保護層１２６に埋め込むように設けられた電極１１７を介して、電極１７３と電気的に接続される。導電層１１８は複数の電極１７３と電気的に接続され、共通電極として機能する。
また、図１Ｂに示す表示装置１００は、電極２２８および電極２２９を有する。電極２２８は絶縁層２１１上に設けられている。電極２２９は、絶縁層２１０に設けられた開口部で、電極２２８と電気的に接続されている。
また、ＦＰＣ１２４は、接続層１３８を介して電極２２９と電気的に接続されている。電極２２９は周辺駆動回路と電気的に接続される。
接続層１３８としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）、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。
発光素子１７０は、例えば、トップエミッション型の発光素子である。発光素子１７０がトップエミッション型の発光素子である場合、電極１７１は可視光を反射する機能を有し、電極１７３は可視光を透過する機能を有する。よって、光１７５は電極１７３側から射出される。また、導電層１１８も可視光を透過する機能を有する。
ＥＬ層１７２は少なくとも発光層を有する。また、ＥＬ層１７２は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子ブロック材料電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性及び正孔輸送性が高い物質）等を含む層を有していてもよい。
発光素子１７０の発光色は、ＥＬ層１７２を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。
カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の発光素子１７０と着色層（カラーフィルタ）を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光素子１７０を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎にＥＬ層１７２を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。
また、後者の方法に加えて、発光素子１７０に微小光共振器（マイクロキャビティ）構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。発光素子１７０にマイクロキャビティ構造を付与するには、電極１７１と電極１７３間の距離ｄとＥＬ層１７２の屈折率ｎの積（光学距離）が、波長λの２分の１のｍ倍（ｍは１以上の整数）になるように構成すればよい。よって、距離ｄは数式１で求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
数式１より、マイクロキャビティ構造の発光素子１７０は、光１７５（光１７５Ｒ、光１７５Ｇ、光１７５Ｂ）の波長（発光色）に応じて距離ｄが決定される。距離ｄは、ＥＬ層１７２の厚さに相当する。よって、ＥＬ層１７２ＧはＥＬ層１７２Ｂよりも厚く設けられ、ＥＬ層１７２ＲはＥＬ層１７２Ｇよりも厚く設けられる場合がある。
なお、厳密には、距離ｄは、反射電極として機能する電極１７１における反射領域から半透過・半反射として機能する電極１７３における反射領域までの距離である。しかしながら、電極１７１および電極１７３における反射領域の位置を厳密に決定することが困難な場合がある。この場合、電極１７１と電極１７３の任意の位置を反射領域と仮定することで、充分にマイクロキャビティの効果を得ることができるものとする。
発光素子１７０は、正孔輸送層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層などにより構成される。発光素子１７０の詳細な構成例については、他の実施の形態で説明する。マイクロキャビティ構造において光１７５の取り出し効率を高めるため、反射電極として機能する電極１７１から発光層までの光学距離をλ／４の奇数倍にすることが好ましい。当該光学距離を実現するため、発光素子１７０を構成する各層の厚さを適宜調整することが好ましい。
また、光１７５を電極１７３側から射出する場合は、電極１７３の反射率が透過率よりも大きいことが好ましい。電極１７３の光１７５の透過率を好ましくは２％以上５０％以下、より好ましくは２％以上３０％以下、さらに好ましくは２％以上１０％以下にするとよい。電極１７３の透過率を小さく（反射率を大きく）することで、マイクロキャビティの効果を高めることができる。
ＥＬ層１７２には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。ＥＬ層１７２を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
ＥＬ層１７２は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
画素毎に光１７５（光１７５Ｒ、光１７５Ｇ、および光１７５Ｂ）の輝度を制御することによって、カラー表示を実現することができる。カラー表示を実現するために組み合わせる発光色の色相は、赤、緑、青の組み合わせだけでなく、黄、シアン、マゼンタの組み合わせであってもよい。組み合わせる発光色の色相は、目的または用途などに応じて適宜設定すればよい。
［基板］
基板１１１および基板１２１に用いる材料に大きな制限はない。目的に応じて、透光性の有無および加熱処理に耐えうる程度の耐熱性などを勘案して決定すればよい。例えばバリウムホウケイ酸ガラスおよびアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミックス基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、半導体基板、可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。
半導体基板としては、例えば、シリコン、もしくはゲルマニウムなどを材料とした半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、もしくは酸化ガリウムを材料とした化合物半導体基板などがある。また、半導体基板は、単結晶半導体であってもよいし、多結晶半導体であってもよい。
なお、表示装置１００の可撓性を高めるため、基板１１１および基板１２１には可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。
可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバーなどを用いることができる。
基板として上記材料を用いることにより、軽量な表示装置を提供することができる。また、基板として上記材料を用いることにより、衝撃に強い表示装置を提供することができる。また、基板として上記材料を用いることにより、破損しにくい表示装置を提供することができる。
基板１１１および基板１２１に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板１１１および基板１２１に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
［導電層］
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる導電性材料としては、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム等から選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いることができる。また、リン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される半導体、ニッケルシリサイドなどのシリサイドを用いてもよい。導電性材料の形成方法は特に限定されず、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、スピンコート法などの各種形成方法を用いることができる。
また、導電層に用いることのできる導電性材料として、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの酸素を有する導電性材料を用いることもできる。また、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステンなどの窒素を含む導電性材料を用いることもできる。また、酸素を有する導電性材料、窒素を含む導電性材料、前述した金属元素を含む材料を適宜組み合わせた積層構造とすることもできる。
導電層に用いることのできる導電性材料は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム層の単層構造、アルミニウム層上にチタン層を積層する二層構造、窒化チタン層上にチタン層を積層する二層構造、窒化チタン層上にタングステン層を積層する二層構造、窒化タンタル層上にタングステン層を積層する二層構造、チタン層と、そのチタン層上にアルミニウム層を積層し、さらにその上にチタン層を形成する三層構造などがある。また、導電性材料として、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数の元素を含むアルミニウム合金を用いてもよい。
発光素子１７０がトップエミッション型の発光素子である場合、電極１７１は、ＥＬ層１７２が発する光を効率よく反射する導電性材料を用いて形成することが好ましい。なお、電極１７１の構成は単層に限らず、複数層の積層構造としてもよい。例えば、電極１７１を陽極として用いる場合、ＥＬ層１７２と接する層を、インジウム錫酸化物などの透光性を有する層とし、その層に接して反射率の高い層（アルミニウム、アルミニウムを含む合金、または銀など）を設けてもよい。
可視光を反射する導電性材料としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、またはこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料または合金に、ランタン、ネオジム、またはゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニウムを含む合金（アルミニウム合金）、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金、銀とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、金属膜または合金膜と金属酸化物膜を積層してもよい。例えばアルミニウム合金膜に接するように金属膜あるいは金属酸化物膜を積層することで、アルミニウム合金膜の酸化を抑制することができる。金属膜、金属酸化物膜の他の例としては、チタン、酸化チタンなどが挙げられる。また、上述したように、透光性を有する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）の積層膜などを用いることができる。
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、透光性を有する導電性材料としては、酸化物導電体を適用することもできる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料、もしくは該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層、および表示素子が有する導電層（画素電極または共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
ここで、金属酸化物の一種である酸化物導電体について説明しておく。本明細書等において、酸化物導電体をＯＣ（Ｏｘｉｄｅ　Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称してもよい。酸化物導電体としては、例えば、金属酸化物に酸素欠損を形成し、該酸素欠損に水素を添加すると、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、金属酸化物は、導電性が高くなり導電体化する。導電体化された金属酸化物を、酸化物導電体ということができる。一般に、酸化物半導体はエネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する金属酸化物である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。
［絶縁層］
各絶縁層は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、アルミニウムシリケートなどから選ばれた材料を、単層でまたは積層して用いる。また、酸化物材料、窒化物材料、酸化窒化物材料、窒化酸化物材料のうち、複数の材料を混合した材料を用いてもよい。
なお、本明細書中において、窒化酸化物とは、酸素よりも窒素の含有量が多い化合物をいう。また、酸化窒化物とは、窒素よりも酸素の含有量が多い化合物をいう。なお、各元素の含有量は、例えば、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ　Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて測定することができる。
特に絶縁層１１３および絶縁層２１３は、不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウムまたはタンタルを含む絶縁材料を、単層で、または積層で用いればよい。不純物が透過しにくい絶縁性材料の一例として、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、窒化シリコンなどを挙げることができる。
絶縁層１１３に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、基板１１１側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。絶縁層２１３に不純物が透過しにくい絶縁性材料を用いることで、絶縁層１１４側からの不純物の拡散を抑制し、トランジスタの信頼性を高めることができる。
また、平坦化層として機能できる絶縁層としては、ポリイミド、アクリル樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁層を複数積層してもよい。
なお、シロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基またはアリール基）またはフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。
また、絶縁層などの表面にＣＭＰ処理を行なってもよい。ＣＭＰ処理を行うことにより、試料表面の凹凸を低減し、この後形成される絶縁層および導電層の被覆性を高めることができる。
〔トランジスタについて〕
本発明の一態様において、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。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。
周辺駆動回路が有するトランジスタと、画素回路が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。周辺駆動回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。
［半導体材料］
トランジスタの半導体層に用いる半導体材料の結晶性について大きな制限はない。非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。なお、結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
また、例えば、トランジスタの半導体層に用いる半導体材料として、シリコン、ゲルマニウムなどを用いることができる。また、炭化シリコン、ガリウム砒素、金属酸化物、窒化物半導体などの化合物半導体、有機半導体などを用いることができる。
例えば、トランジスタに用いる半導体材料として、多結晶シリコン（ポリシリコン）、非晶質シリコン（アモルファスシリコン）などを用いることができる。また、トランジスタに用いる半導体材料として、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。
＜金属酸化物＞
ここで、酸化物半導体として用いることが可能な金属酸化物について説明しておく。
酸化物半導体として用いる金属酸化物は、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、錫などが含まれていることが好ましい。また、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、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。
ここでは、金属酸化物が、インジウム、元素Ｍおよび亜鉛を有するＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物である場合を考える。なお、元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、または錫とする。そのほかの元素Ｍに適用可能な元素としては、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、マグネシウム、コバルトなどがある。ただし、元素Ｍとして、前述の元素を複数組み合わせても構わない場合がある。
なお、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
＜結晶構造の分類＞
まず、酸化物半導体における、結晶構造の分類について、図１８Ａを用いて説明を行う。図１８Ａは、酸化物半導体、代表的にはＩＧＺＯ（Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を含む金属酸化物）の結晶構造の分類を説明する図である。
図１８Ａに示すように、酸化物半導体は、大きく分けて「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ（結晶性）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」と、に分類される。また、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ」の中には、ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓが含まれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の中には、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、及びＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）が含まれる（ｅｘｃｌｕｄｉｎｇ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ　ａｎｄ　ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ）。なお、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」の分類には、ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ、ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ、及びｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓは除かれる。また、「Ｃｒｙｓｔａｌ」の中には、ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ、及びｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌが含まれる。
なお、図１８Ａに示す太枠内の構造は、「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」と、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」との間の中間状態であり、新しい境界領域（Ｎｅｗ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｐｈａｓｅ）に属する構造である。すなわち、当該構造は、エネルギー的に不安定な「Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ（無定形）」および、「Ｃｒｙｓｔａｌ（結晶）」とは全く異なる構造と言い換えることができる。
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。ここで、「Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ」に分類されるＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ−Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを図１８Ｂに示す。横軸は、２θ［ｄｅｇ．］を示し、縦軸は、強度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）［ａ．ｕ．］を示す。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ−Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。以降、図１８Ｂに示すＧＩＸＤ測定で得られるＸＲＤスペクトルを、本明細書中において、単にＸＲＤスペクトルと記す場合がある。なお、図１８Ｂに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、図１８Ｂに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の厚さは、５００ｎｍである。
図１８Ｂに示すように、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、明確な結晶性を示すピークが検出される。具体的には、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜のＸＲＤスペクトルでは、２θ＝３１°近傍に、ｃ軸配向を示すピークが検出される。なお、図１８Ｂに示すように、２θ＝３１°近傍のピークは、ピーク強度が検出された角度を軸に左右非対称である。
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。ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の回折パターンを、図１８Ｃに示す。図１８Ｃは、電子線を基板に対して平行に入射するＮＢＥＤによって観察される回折パターンである。なお、図１８Ｃに示すＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］近傍である。また、極微電子線回折法では、プローブ径を１ｎｍとして電子線回折が行われる。
図１８Ｃに示すように、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯ膜の回折パターンでは、ｃ軸配向を示す複数のスポットが観察される。
＜酸化物半導体の構造＞
なお、酸化物半導体は、結晶構造に着目した場合、図１８Ａとは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、例えば、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、及びｎｃ−ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体、などが含まれる。
ここで、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、及びａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの詳細について、説明を行う。
［ＣＡＡＣ−ＯＳ］
ＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域はｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ−ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ−ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が多数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の大きさは、数十ｎｍ程度となる場合がある。
また、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、スズ、チタンなどから選ばれた一種、または複数種）において、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、及び酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、元素Ｍ、亜鉛（Ｚｎ）、及び酸素を有する層（以下、（Ｍ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムと元素Ｍは、互いに置換可能である。よって、（Ｍ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層には元素Ｍが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層にはＺｎが含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ像において、格子像として観察される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する金属元素の種類、組成などにより変動する場合がある。
また、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう。）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、五角形、七角形などの格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することはできない。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないこと、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化することなどによって、歪みを許容することができるためと考えられる。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されトランジスタのオン電流の低下、電界効果移動度の低下などを引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ−ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は不純物の混入、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。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。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、鬆又は低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
＜酸化物半導体の構成＞
次に、上述のＣＡＣ−ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ−ＯＳは材料構成に関する。
［ＣＡＣ−ＯＳ］
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
さらに、ＣＡＣ−ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、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。
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。
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。
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。
＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
トランジスタのチャネル形成領域には、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のチャネル形成領域のキャリア濃度は１×１０１７ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ−３未満であり、１×１０−９ｃｍ−３以上である。なお、酸化物半導体膜のキャリア濃度を低くする場合においては、酸化物半導体膜中の不純物濃度を低くし、欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを高純度真性又は実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性又は実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
また、高純度真性又は実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
また、酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物としては、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、シリコン等がある。
＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンまたは炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体のチャネル形成領域におけるシリコンおよび炭素の濃度と、酸化物半導体のチャネル形成領域との界面近傍のシリコンまたは炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
また、酸化物半導体にアルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属又はアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体のチャネル形成領域中のアルカリ金属又はアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
また、酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体のチャネル形成領域中の窒素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
また、酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体のチャネル形成領域における中の水素はできる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体のチャネル形成領域において、ＳＩＭＳにより得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満にする。
不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
＜その他の半導体材料＞
トランジスタの半導体層に用いることができる半導体材料は、上述の金属酸化物に限られない。半導体層として、バンドギャップを有する半導体材料（ゼロギャップ半導体ではない半導体材料）を用いてもよい。例えば、シリコンなどの単体元素の半導体、ヒ化ガリウムなどの化合物半導体、半導体として機能する層状物質（原子層物質、２次元材料などともいう。）などを半導体材料に用いることが好ましい。特に、半導体として機能する層状物質を半導体材料に用いると好適である。
ここで、本明細書等において、層状物質とは、層状の結晶構造を有する材料群の総称である。層状の結晶構造は、共有結合またはイオン結合によって形成される層が、ファンデルワールス力のような、共有結合またはイオン結合よりも弱い結合を介して積層している構造である。層状物質は、単位層内における電気伝導性が高く、つまり、２次元電気伝導性が高い。半導体として機能し、かつ、２次元電気伝導性の高い材料をチャネル形成領域に用いることで、オン電流の大きいトランジスタを提供することができる。
層状物質として、グラフェン、シリセン、カルコゲン化物などがある。カルコゲン化物は、カルコゲンを含む化合物である。また、カルコゲンは、第１６族に属する元素の総称であり、酸素、硫黄、セレン、テルル、ポロニウム、リバモリウムが含まれる。また、カルコゲン化物として、遷移金属カルコゲナイド、１３族カルコゲナイドなどが挙げられる。
トランジスタの半導体層として、例えば、半導体として機能する遷移金属カルコゲナイドを用いることが好ましい。半導体層として適用可能な遷移金属カルコゲナイドとして、具体的には、硫化モリブデン（代表的にはＭｏＳ２）、セレン化モリブデン（代表的にはＭｏＳｅ２）、モリブデンテルル（代表的にはＭｏＴｅ２）、硫化タングステン（代表的にはＷＳ２）、セレン化タングステン（代表的にはＷＳｅ２）、タングステンテルル（代表的にはＷＴｅ２）、硫化ハフニウム（代表的にはＨｆＳ２）、セレン化ハフニウム（代表的にはＨｆＳｅ２）、硫化ジルコニウム（代表的にはＺｒＳ２）、セレン化ジルコニウム（代表的にはＺｒＳｅ２）などが挙げられる。
〔変形例１〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ａの断面を図２に示す。表示装置１００Ａは、基板１２１に、絶縁層１２２、着色層１３１（着色層１３１Ｒ、着色層１３１Ｇ、および着色層１３１Ｂ）、遮光層１３２、および絶縁層１３３などが設けられている。絶縁層１３３は、平坦化層としての機能を有していてもよい。
着色層１３１Ｒは赤の色域を透過する機能を有し、着色層１３１Ｇは緑の色域を透過する機能を有し、着色層１３１Ｂは青の色域を透過する機能を有する。なお、着色層１３１と遮光層１３２を設ける場合は、着色層１３１周辺部において着色層１３１と遮光層１３２が互いに重なる領域が形成される。
また、着色層１３１Ｒは発光素子１７０Ｒと重なる領域を有し、着色層１３１Ｇは発光素子１７０Ｇと重なる領域を有し、着色層１３１Ｂは発光素子１７０Ｂと重なる領域を有する。着色層１３１と発光素子１７０を重ねて設けることで、光１７５の色純度を高めることができる。
〔変形例２〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｂの断面を図３に示す。表示装置１００Ｂは表示装置１００に重ねてマイクロレンズアレイ２４５を有する。マイクロレンズアレイ２４５によって、発光素子１７０から射出された光１７５が集光される。これにより、表示装置の光取り出し効率を高めることができる。
〔変形例３〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｃの断面を図４に示す。表示装置１００Ｃは、表示装置１００Ａと表示装置１００Ｂを組み合わせた構成を有する。着色層１３１とマイクロレンズアレイ２４５の双方を用いることにより、より表示品位の高い表示装置が実現できる。
〔変形例４〕
表示装置１００はトップエミッション型の表示装置に限らず、ボトムエミッション型の表示装置であってもよい。表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｄの断面を図５に示す。表示装置１００Ｄはボトムエミッション構造の発光素子１７０を有するボトムエミッション型の表示装置である。
ボトムエミッション構造（下面射出構造）の発光素子１７０は、可視光を透過する導電性材料を用いた電極１７１と、可視光を反射する導電性材料を用いた電極１７３を有する。
なお、発光素子１７０をデュアルエミッション構造（両面射出構造）の発光素子にすることもできる。発光素子１７０をデュアルエミッション構造の発光素子とする場合は、電極１７１および電極１７３ともに、可視光を透過する導電性材料で構成すればよい。
〔変形例５〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｅの断面を図６に示す。
表示装置１００Ｅは、隣接する２つの発光素子１７０の間に比誘電率の小さい部位であるＬＤＲ１８０（ＬＤＲ：Ｌｏｗ　Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ｒｅｇｉｏｎ）を備える。より具体的には、ＬＤＲ１８０（「第１の部位」ともいう。）は、隣接する２つのＥＬ層１７２の間に設けられている。また、ＬＤＲ１８０は、絶縁層１１５を介してＥＬ層１７２の側面と隣接する。ＬＤＲ１８０および絶縁層１１５は絶縁層１２７で覆われている。
また、表示装置１００Ｅにおいて、ＥＬ層１７２の側面を逆テーパ形状にすることが好ましい。ここで、「ＥＬ層１７２の側面が逆テーパ形状」とは、ＥＬ層１７２の底面とＥＬ層１７２の側面のなすテーパ角θが、９０度を超えている形状をいう。
ＬＤＲ１８０、およびＥＬ層１７２側面の逆テーパ形状などについては、追って説明する。
＜＜作製方法例＞＞
表示装置１００の作製方法の一例について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、表示領域２３５に着目して作製方法を説明する。
なお、表示装置を構成する絶縁層、半導体層、ならびに、電極、配線を形成するための導電層などは、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、プラズマＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ：Ｐｌａｓｍａ　Ｅｎｈａｎｃｅｄ　ＡＬＤ）法などを用いて形成することができる。ＣＶＤ法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法または熱ＣＶＤ法でもよい。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　ＣＶＤ）法を用いてもよい。
また、表示装置を構成する絶縁層、半導体層、ならびに、電極、配線を形成するための導電層などは、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成してもよい。
ＰＥＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。ＭＯＣＶＤ法、ＡＬＤ法、または熱ＣＶＤ法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくい。例えば、半導体装置に含まれる配線、電極、素子（トランジスタ、容量素子など）などは、プラズマから電荷を受け取ることでチャージアップする場合がある。このとき、蓄積した電荷によって、半導体装置に含まれる配線、電極、素子などが破壊される場合がある。一方、プラズマを用いない成膜方法の場合、こういったプラズマダメージが生じないため、半導体装置の歩留まりを高くすることができる。また、成膜中のプラズマダメージが生じないため、欠陥の少ない膜が得られる。
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、ターゲットなどから放出される粒子が堆積する成膜方法とは異なり、被処理物の表面における反応により膜が形成される成膜方法である。したがって、被処理物の形状の影響を受けにくく、良好な段差被覆性を有する成膜方法である。特に、ＡＬＤ法は、優れた段差被覆性と、優れた厚さの均一性を有するため、アスペクト比の高い開口部の表面を被覆する場合などに好適である。ただし、ＡＬＤ法は、比較的成膜速度が遅いため、成膜速度の速いＣＶＤ法などの他の成膜方法と組み合わせて用いることが好ましい場合もある。
ＣＶＤ法およびＡＬＤ法は、原料ガスの流量比によって、得られる膜の組成を制御することができる。例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、原料ガスの流量比によって、任意の組成の膜を成膜することができる。また、例えば、ＣＶＤ法およびＡＬＤ法では、成膜しながら原料ガスの流量比を変化させることによって、組成が連続的に変化した膜を成膜することができる。原料ガスの流量比を変化させながら成膜する場合、複数の成膜室を用いて成膜する場合と比べて、搬送および圧力調整に掛かる時間の分、成膜に掛かる時間を短くすることができる。したがって、半導体装置の生産性を高めることができる場合がある。
なお、ＡＬＤ法により成膜する場合は、材料ガスとして塩素を含まないガスを用いることが好ましい。
また、スパッタリング法で酸化物半導体を形成する場合、スパッタリング装置におけるチャンバーは、酸化物半導体にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて、高真空（５×１０−７Ｐａから１×１０−４Ｐａ程度まで）に排気することが好ましい。特に、スパッタリング装置の待機時における、チャンバー内のＨ２Ｏに相当するガス分子（ｍ／ｚ＝１８に相当するガス分子）の分圧を１×１０−４Ｐａ以下とすることが好ましく、５×１０−５Ｐａ以下とすることがより好ましい。成膜温度はＲＴ以上５００℃以下が好ましく、ＲＴ以上３００℃以下がより好ましく、ＲＴ以上２００℃以下がさらに好ましい。
また、スパッタリングガスの高純度化も必要である。例えば、スパッタリングガスとして用いる酸素ガスおよびアルゴンガスは、露点が−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下、より好ましくは−１２０℃以下にまで高純度化したガスを用いることで酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。
また、スパッタリング法で絶縁層、導電層、または半導体層などを形成する場合、酸素を含むスパッタリングガスを用いることで、被形成層に酸素を供給することができる。スパッタリングガスに含まれる酸素が多いほど、被形成層に供給される酸素が多くなりやすい。
表示装置を構成する層（薄膜）を加工する際には、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の層を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより層を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい層（薄膜）上にレジストマスクを形成して、レジストマスクをマスクとして用いて、当該層（薄膜）の一部を選択的に除去し、その後レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する層を成膜した後に、露光、現像を行って、当該層を所望の形状に加工する方法と、がある。
フォトリソグラフィ法において光を用いる場合、露光に用いる光は、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外光、ＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。また、露光に用いる光として、極端紫外（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ　Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）光またはＸ線を用いてもよい。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、Ｘ線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
層（薄膜）の除去（エッチング）には、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などを用いることができる。また、これらのエッチング方法を組み合わせて用いてもよい。
表示装置１００は、素子基板１５１（図１２Ｃ参照。）と基板１２１を組み合わせて作製する。
〔素子基板１５１〕
素子基板１５１の作製方法例を説明する。
［工程１］
基板１１１上に絶縁層１１２を形成する（図７Ａ参照。）。絶縁層１１２は複数の絶縁層の積層であってもよい。絶縁層１１２としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜などの無機絶縁膜を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。また、絶縁層１１２には、水素、水などの不純物が透過しにくい材料を用いることが好ましい。
無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜となるため、高温で形成することが好ましい。無機絶縁膜の成膜時の基板温度は、室温（２５℃）以上３５０℃以下が好ましく、１００℃以上３００℃以下がさらに好ましい。
［工程２］
次に、絶縁層１１２上にトランジスタ２５１を形成する（図７Ｂ参照。）。
［工程３］
次に、トランジスタ２５１上に、絶縁層１１３、絶縁層２１０、絶縁層２１３上を形成する（図７Ｃ参照。）。トランジスタ２５１がＯＳトランジスタである場合、絶縁層１１３および絶縁層２１０は、加熱により酸素が放出される絶縁層（以下、「過剰酸素を含む絶縁層」ともいう。）であることが好ましい。
なお、本明細書などにおいて、加熱により層中から放出される酸素を「過剰酸素」という。過剰酸素を含む絶縁層は、絶縁層の表面温度が１００℃以上７００℃以下、好ましくは１００℃以上５００℃以下の加熱処理で行われるＴＤＳ分析にて、酸素原子に換算した酸素の脱離量が、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、または１．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となる場合もある。
また、絶縁層２１３は、絶縁層１１２と同様に、水素、水などの不純物が透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、絶縁層１１３および絶縁層２１０が過剰酸素を含む絶縁層である場合、絶縁層２１３を酸素が拡散および透過しにくい絶縁材料で形成することが好ましい。
絶縁層１１３および絶縁層２１０が過剰酸素を含む絶縁層である場合、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことにより、ＯＳトランジスタを構成する酸化物半導体層に酸素を効率よく供給することができる。その結果、酸化物半導体層中の酸素欠損、および酸化物半導体層と絶縁層の界面欠陥を修復し、欠陥準位を低減することができる。これにより、極めて信頼性の高いトランジスタを実現できる。また、表示装置に当該トランジスタを用いることで、表示装置の信頼性を高めることができる。
［工程４］
次に、絶縁層１１４を形成する（図７Ｄ参照。）。絶縁層１１４は、後に形成する表示素子の被形成面となる層であるため、平坦化層として機能することが好ましい。
［工程５］
次に、絶縁層１１４、絶縁層２１３、および絶縁層２１０に、トランジスタ２５１に達する開口１６１を形成する（図７Ｄ参照。）。
［工程６］
次に、絶縁層１１４上に、電極１７１を形成する（図８Ａおよび図８Ｂ参照。）。図８Ａは、絶縁層１１４より上層に設けられる構造物を示す斜視模式図である。本実施の形態に開示する説明を理解しやすくするため、図８Ａでは一部の構成要素の記載を省略している。例えば、電極１７１より下層に位置する構成要素の記載を省略している。後述する図８Ｃ、図９Ｂ、図１１Ａ、図１２Ｂ、および図１３Ｂも同様である。
また、図面などにおいて、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向を示す矢印を付す場合がある。なお、本明細書等において、「Ｘ方向」とはＸ軸に沿う方向であり、明示する場合を除き順方向と逆方向を区別しない。「Ｙ方向」および「Ｚ方向」についても同様である。また、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、それぞれが互いに交差する方向である。より具体的には、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向は、それぞれが互いに直交する方向である。本明細書などでは、Ｘ方向、Ｙ方向、またはＺ方向の１つを「第１方向」または「第１の方向」と呼ぶ場合がある。また、他の１つを「第２方向」または「第２の方向」と呼ぶ場合がある。また、残りの１つを「第３方向」または「第３の方向」と呼ぶ場合がある。図８などでは、基板１１１の表面に垂直な方向をＺ方向としている。
図８Ｂは、図８Ａに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。電極１７１は、ＯＳトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続する。
表示装置１００はトップエミッション型の表示装置であるため、電極１７１は、可視光を反射する導電材料を用いて形成する。また、電極１７１を陽極として用いる場合は、電極１７１を、例えばＩＴＯと銀の積層構造とすればよい。または、例えば２層のＩＴＯの間に銀を挟む積層構造とすればよい。
［工程７］
次に、ＥＬ層１７２Ｒを形成する。本実施の形態では、ＥＬ層１７２Ｒを有機ＥＬで形成する。ＥＬ層１７２Ｒは、蒸着法、塗布法、印刷法、吐出法などの方法で形成することができる。ＥＬ層１７２Ｒの形成後に行う工程は、ＥＬ層１７２Ｒに加わる温度が、ＥＬ層１７２Ｒの耐熱温度以下となるように行うことが好ましい。
［工程８］
次に、電極１７３Ｒを形成する。電極１７３Ｒは、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。また、電極１７３Ｒを陰極として用いる場合は、電極１７３Ｒを、例えば、フッ化リチウムとＩＴＯの積層構造とすればよい。
［工程９］
次に、保護層１２６Ｒを形成する。保護層１２６Ｒは、可視光を透過する材料を用いて形成する。保護層１２６Ｒとしては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、または酸化物半導体などの材料を用いることができる。保護層１２６Ｒは単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。例えば、保護層１２６Ｒを酸化アルミニウムと窒化シリコンとの積層構造、または酸化物半導体（例えば、ＩＧＺＯ）と酸化アルミニウムとの積層構造などとしてもよい。
保護層１２６Ｒの形成は、例えば、スパッタリング法、ＡＬＤ法（熱ＡＬＤ法、ＰＥＡＬＤ法）または真空蒸着法を用いることができる。なお、保護層１２６Ｒの形成は、下層にあるＥＬ層へのダメージが少ない形成方法が好ましい。よって、保護層１２６Ｒの形成は、スパッタリング法よりも、ＡＬＤ法、または真空蒸着法で行うことが好ましい。
なお、後述する保護層１２６Ｇおよび保護層１２６Ｂも保護層１２６Ｒと同様である。
［工程１０］
次に、保護層１２６Ｒ上にレジストマスク１７９Ｒを形成する（図８Ｃおよび図８Ｄ参照。）。図８Ｃは、電極１７３上にレジストマスク１７９Ｒを形成した状態を示す斜視模式図である。図８Ｄは、図８Ｃに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。
［工程１１］
次に、レジストマスクをマスクとして用いて、保護層１２６Ｒ、電極１７３Ｒ、およびＥＬ層１７２Ｒの一部を選択的に除去する（図９Ａ参照。）。図９Ａは、エッチング処理が行われた状態を示す断面模式図である。エッチング処理の終了後、レジストマスク１７９Ｒを除去する。レジストマスク１７９Ｒの除去は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などで行えばよい。また、これらのエッチング方法を組み合わせて用いてもよい。
［工程１２］
次に、ＥＬ層１７２Ｇを形成する（図９Ｂおよび図９Ｃ参照。）。図９Ｂは、絶縁層１１４より上層に設けられる構造物を示す斜視模式図である。図９Ｃは、図９Ｂに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。本実施の形態では、ＥＬ層１７２Ｇを有機ＥＬで形成する。ＥＬ層１７２Ｇは、蒸着法、塗布法、印刷法、吐出法などの方法で形成することができる。ＥＬ層１７２Ｇの形成後に行う工程は、ＥＬ層１７２Ｇに加わる温度が、ＥＬ層１７２ＲおよびＥＬ層１７２Ｇの耐熱温度以下となるように行うことが好ましい。
［工程１３］
次に、電極１７３Ｇを形成する。電極１７３Ｇは、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。また、電極１７３Ｇを陰極として用いる場合は、電極１７３Ｇを、例えば、フッ化リチウムとＩＴＯの積層構造とすればよい。
［工程１４］
次に、保護層１２６Ｇを形成する。保護層１２６Ｇは、可視光を透過する材料を用いて形成する。
［工程１５］
次に、保護層１２６Ｇ上にレジストマスク１７９Ｇを形成する（図１０Ａ参照。）。
［工程１６］
次に、レジストマスクをマスクとして用いて、保護層１２６Ｇ、電極１７３Ｇ、およびＥＬ層１７２Ｇの一部を選択的に除去する（図１０Ｂ参照。）。図１０Ｂは、エッチング処理が行われた状態を示す断面模式図である。この時、電極１７３ＲおよびＥＬ層１７２Ｒがエッチングされないようにエッチング処理を行う。例えば、保護層１２６Ｇのエッチング後に、電極１７３ＧおよびＥＬ層１７２Ｇのエッチングが可能で保護層１２６Ｒがエッチングされにくい条件に切り替えてエッチング処理を行なえばよい。エッチング処理の終了後、レジストマスク１７９Ｇを除去する（図１０Ｃ参照。）。レジストマスク１７９Ｇの除去は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などで行えばよい。また、これらのエッチング方法を組み合わせて用いてもよい。
［工程１７］
次に、ＥＬ層１７２Ｂを形成する（図１１Ａおよび図１１Ｂ参照。）。図１１Ａは、絶縁層１１４より上層に設けられる構造物を示す斜視模式図である。図１１Ｂは、図１１Ａに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。本実施の形態では、ＥＬ層１７２Ｂを有機ＥＬで形成する。ＥＬ層１７２Ｂは、蒸着法、塗布法、印刷法、吐出法などの方法で形成することができる。ＥＬ層１７２Ｂの形成後に行う工程は、ＥＬ層１７２Ｂに加わる温度が、ＥＬ層１７２Ｒ、ＥＬ層１７２Ｇ、およびＥＬ層１７２Ｂの耐熱温度以下となるように行うことが好ましい。
［工程１８］
次に、電極１７３Ｂを形成する。電極１７３Ｂは、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。また、電極１７３Ｂを陰極として用いる場合は、電極１７３Ｂを、例えば、フッ化リチウムとＩＴＯの積層構造とすればよい。
［工程１９］
次に、保護層１２６Ｂを形成する。保護層１２６Ｂは、可視光を透過する材料を用いて形成する。
［工程２０］
次に、保護層１２６Ｂ上にレジストマスク１７９Ｂを形成する（図１０Ｃ参照。）。
［工程２１］
次に、レジストマスクをマスクとして用いて、保護層１２６Ｂ、電極１７３Ｂ、およびＥＬ層１７２Ｂの一部を選択的に除去する（図１２Ａ参照。）。図１２Ａは、エッチング処理が行われた状態を示す断面模式図である。この時、電極１７３Ｒ、ＥＬ層１７２Ｒ、電極１７３Ｇ、およびＥＬ層１７２Ｇがエッチングされないようにエッチング処理を行う。例えば、保護層１２６Ｂのエッチング後に、電極１７３ＢおよびＥＬ層１７２Ｂのエッチングが可能で保護層１２６Ｒおよび保護層１２６Ｇがエッチングされにくい条件に切り替えてエッチング処理を行なえばよい。エッチング処理の終了後、レジストマスク１７９Ｂを除去する。レジストマスク１７９Ｂの除去は、ドライエッチング法、ウエットエッチング法などで行えばよい。また、これらのエッチング方法を組み合わせて用いてもよい。
［工程２２］
次に、保護層１２６（保護層１２６Ｒ、保護層１２６Ｇ、保護層１２６Ｂ）をマスクとして用いて、電極１７１の一部を選択的に除去する。図１２Ｂは、絶縁層１１４より上層に設けられる構造物を示す斜視模式図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。
保護層１２６をマスクとして用いて、電極１７１の一部を選択的に除去することで、保護層１２６Ｒと重なる電極１７１Ｒと、保護層１２６Ｇと重なる電極１７１Ｇと、保護層１２６Ｂと重なる電極１７１Ｂが形成される。また、電極１７１の一部を選択的に除去する際に、絶縁層１１４の一部が除去されて、絶縁層１１４の一部に凹部が形成される場合がある。なお、工程２２は、レジストマスク１７９Ｂの除去前に行ってもよい。
また、上記の作製方法によれば、電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３それぞれの側面を略一致させることができる。電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３それぞれの側面を略一致させることによって、後の工程で行う絶縁層などの被覆性が高められるため、好ましい。
このようにして、発光素子１７０（発光素子１７０Ｒ、発光素子１７０Ｇ、および発光素子１７０Ｂ）を形成できる。
レジストマスクを用いたエッチング処理により発光素子１７０を形成することで、隔壁を用いることなく隣接する発光層の電気的な干渉を防ぐことができる。よって、隔壁の形成が不要であり、表示装置の生産性を高めることができる。また、隔壁の形成が不要であるため、画素開口率の向上、高精細化、および小型化などが実現できる。
また、本発明の一態様によれば、レジストマスクを用いて電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３のそれぞれの一部を選択的に除去することで、画素として機能する発光素子を作り分けることができる。よって、メタルマスクを用いずに、または、メタルマスクの使用量を低減して発光素子の作製が可能であり、表示装置の生産性を高めることができる。
例えば、メタルマスクを用いて発光素子１７０の形成を行うと、寸法精度の制約により、発光素子１７０間の最短距離を２０μｍ以下にすることが難しい。本発明の一態様によれば、隣接する発光素子１７０間の最短距離を２０μｍ以下にできる。具体的には、隣接する発光素子１７０間の距離を０．１μｍ以上１５μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上１０μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上５μｍ以下にできる。よって、画素開口率の向上、高精細化、および小型化などが実現できる。
［工程２３］
次に、発光素子１７０を覆う絶縁層１１５を形成する（図１３Ａ参照。）。絶縁層１１５としては、水および水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層１１５をバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、発光素子１７０およびトランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。
絶縁層１１５としては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、または酸化ジルコニウムなどを、単層または積層して用いればよい。
絶縁層１１５は段差被覆性に優れるＡＬＤ法で形成することが好ましい。絶縁層１１５をＡＬＤ法で形成することで、電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３の側面を絶縁層１１５で覆うことができる。
［工程２４］
次に、絶縁層１１５上に絶縁層１１６を形成する。絶縁層１１６は、平坦化層としての機能を有することが好ましい。
［工程２５］
次に、絶縁層１１５および絶縁層１１６に埋め込むように電極１１７を形成する。電極１１７は、発光素子１７０毎に設けられ、電極１７３と電気的に接続される。なお、発光素子１７０毎に設けられる電極１１７の数は１つに限定されない。１つの発光素子１７０に複数の電極１１７を設けてもよい。
［工程２６］
次に、絶縁層１１６および電極１１７の上に導電層１１８を形成する（図１３Ｂおよび図１３Ｃ参照。）。図１３Ｂは、発光素子１７０の上に導電層１１８を設けた状態を示す斜視模式図である。図１３Ｃは、図１３Ｂに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。
導電層１１８は、複数の発光素子１７０のそれぞれが有する電極１７３と電気的に接続され、共通電極として機能する。また、導電層１１８を、透光性を有する導電性材料で形成することにより、発光素子１７０が発する光１７５を遮ることなく取り出すことができる。よって、発光素子１７０を覆って導電層１１８を設けることができる。すなわち、表示領域２３５全体を覆って導電層１１８を設けることができる。
導電層１１８は陰極補助導電層として機能できる。導電層１１８を設けることにより、表示領域２３５全体の陰極（電極１７３）の電位ばらつきが低減され、均一な発光強度が得られる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。
以上のようにして、素子基板１５１を作製できる。
〔変形例１〕
図１４に素子基板１５１の変形例を示す。素子基板１５１において、導電層１１８に代えて、絶縁層１１６および電極１１７の上に配線１１９を設けてもよい。図１４Ａは、発光素子１７０の上に配線１１９を設けた状態を示す斜視模式図である。図１４Ｂは、図１４Ａに一点鎖線で示す部位Ｆ１および部位Ｆ２と重なるＸＺ面をＹ方向に見た断面模式図である。
配線１１９は、透光性または遮光性を有する導電材料を用いて形成することができる。配線１１９を、遮光性を有する材料で形成する場合は、配線１１９を発光素子１７０と重なる面積がなるべく少なくなるように配置することが好ましい。配線１１９は、陰極補助配線として機能できる。隣接する前記発光素子それぞれの陰極を配線１１９と電気的に接続することにより、陰極の電位ばらつきを低減できる。よって、表示装置の表示品位を高めることができる。
また、図１４では配線１１９がＸ方向に延在し、Ｘ方向に隣接する電極１１７と電気的に接続しているが、配線１１９はＹ方向に延在してＹ方向に隣接する電極１１７と電気的に接続してもよい。また、配線１１９を網目状に配置してもよい。
〔変形例２〕
図１５Ａに示すように、絶縁層１１４と電極１７１の間に、絶縁層１３９を設けてもよい。絶縁層１３９には、絶縁層１１４よりも工程２２でエッチングされにくい材料を用いる。絶縁層１３９は、工程２２で電極１７１の一部をエッチングする際のエッチングストッパとして機能できる。
特に、工程２２をドライエッチング法で行う、またはドライエッチング法主体で行う場合は、絶縁層１３９を設けることが好ましい。絶縁層１１４よりもエッチング耐性のある絶縁層１３９を設けることにより、工程２２のプロセス設計自由度が高まり、生産性および信頼性を高めることができる。
〔変形例３〕
図１５Ｂに示すように、電極１１７を設けずに、導電層１１８と電極１７３を電気的に接続してもよい。電極１１７を設けないことで作製工程が簡略化され、表示装置の生産性を高めることができる。
〔変形例４〕
発光素子１７０にマイクロキャビティ構造を適用しない場合は、図１５Ｃに示すように、発光素子１７０Ｒ、発光素子１７０Ｇ、および発光素子１７０Ｂそれぞれの、電極１７１と電極１７３の距離を略一致させてもよい。
〔変形例５〕
次に、ＥＬ層１７２の側面が逆テーパ形状を備える表示装置１００Ｅ（図６参照。）の作製方法について説明する。工程２２で電極１７１の一部を選択的に除去した後、エッチング条件を変更してＥＬ層１７２の側面をエッチングする（図１６Ａ参照。）。ＥＬ層１７２の側面のエッチングは、ドライエッチング法で行うことが好ましい。ドライエッチングの条件と、隣接する発光素子１７０間の距離によってＥＬ層１７２の側面形状を制御できる。
続いて、工程２３を行ない、電極１７１、ＥＬ層１７２、および電極１７３の側面を覆う絶縁層１１５を形成する（図１６Ｂ参照。）。
絶縁層１１５の形成後、絶縁層１１５上に絶縁層１２７を形成する（図１６Ｃ参照。）。絶縁層１２７の形成は、スパッタリング法またはＣＶＤ法などを用いて、被覆性の悪い条件で行う。特に、スパッタリング法は被覆性の悪い条件で成膜することが容易であるため好ましい。例えば、絶縁層１２７として、スパッタリング法で窒化シリコン層を形成すればよい。絶縁層１２７を形成することにより、隣接する２つの発光素子１７０の間に、ＬＤＲ１８０が形成される。
ＬＤＲ１８０は絶縁層１１５と絶縁層１２７に囲まれた空隙である。よって、ＬＤＲ１８０の比誘電率を１または１に近づけることができる。また、ＬＤＲ１８０には何らかの気体が含まれる場合がある。また、絶縁層１２７を減圧下で形成する場合、ＬＤＲ１８０の少なくとも一部が減圧状態になっている場合がある。例えば、絶縁層１２７をスパッタリング法により形成する場合に、スパッタリングガスに用いた元素が含まれる可能性がある。例えば、第１８族元素（希ガス（貴ガス））、窒素、酸素などが含まれる場合がある。
ＬＤＲ１８０は空隙のままであってもよいし、ＬＤＲ１８０に絶縁層１１５よりも屈折率の小さい構造体を設けてもよい。例えば、ＬＤＲ１８０にフッ素を含む樹脂などを充填してもよい。ＬＤＲ１８０に構造体を設けることで、素子基板１５１の機械的強度を高めることができる。
ＥＬ層１７２の側面に絶縁層１１５を介してＬＤＲ１８０を設けることで、ＥＬ層１７２で生成される光１７５の一部が絶縁層１１５とＬＤＲ１８０の界面で反射する（図１７Ａ参照。）。なお、光１７５の他の一部が、ＥＬ層１７２と絶縁層１１５の界面で反射する場合がある。
ＥＬ層１７２の側面を逆テーパ形状にすることで、ＥＬ層１７２で生成される光１７５の一部を上面方向に反射させることができる。よって、光１７５の取り出し効率を高めることができる。よって、表示装置１００の輝度を高めることができる。
ＥＬ層１７２の底面とＥＬ層１７２の側面のなすテーパ角θは、９０°を超えて１００°以下が好ましく、９０°を超えて１２０°以下がより好ましく、９０°を超えて１３５°以下がさらに好ましい。
ＥＬ層１７２の側面は、図１７Ｂのような凸型であってもよいし、図１７Ｃまたは図１７Ｄのような凹型であってもよい。図１７Ｂと図１７Ｃに示す形状では、ＥＬ層１７２と電極１７１が接する面積よりも、ＥＬ層１７２と電極１７３が接する面積の方が大きい。図１７Ｄは、ＥＬ層１７２と電極１７１が接する面積と、ＥＬ層１７２と電極１７３が接する面積が同じであるが、ＥＬ層１７２の側面の一部がくびれている。よって、ＥＬ層１７２の側面の少なくとも一部が逆テーパ形状であればよい。
具体的には、ＥＬ層１７２をＸ方向またはＹ方向に見たときに、ＥＬ層１７２の側面の１／３以上が上記数値範囲のテーパ角θを備えることが好ましい。ＥＬ層１７２をＸ方向またはＹ方向に見たときに、ＥＬ層１７２の側面の１／２以上が上記数値範囲のテーパ角θを備えることがより好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、表示装置１００のより具体的な構成例について説明する。図１９Ａは、表示装置１００を説明するブロック図である。実施の形態１で説明したように、表示装置１００は、表示領域２３５、周辺回路領域２３２、および周辺回路領域２３３を有する。
周辺回路領域２３２に含まれる回路は、例えば走査線駆動回路として機能する。周辺回路領域２３２に含まれる回路は、例えば信号線駆動回路として機能する。なお、表示領域２３５をはさんで周辺回路領域２３２向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。表示領域２３５をはさんで周辺回路領域２３３向き合う位置に、何らかの回路を設けてもよい。なお、前述したとおり、周辺回路領域２３２および周辺回路領域２３３に含まれる回路の総称を、「周辺駆動回路」という場合がある。
周辺駆動回路には、シフトレジスタ、レベルシフタ、インバータ、ラッチ、アナログスイッチ、論理回路等の様々な回路を用いることができる。周辺駆動回路には、トランジスタおよび容量素子等を用いることができる。周辺駆動回路が有するトランジスタは、画素２３０に含まれるトランジスタと同じ工程で形成することができる。
また、表示装置１００は、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２３２に含まれる回路によって電位が制御されるｍ本の配線２３６と、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２３３に含まれる回路によって電位が制御されるｎ本の配線２３７と、を有する。
表示領域２３５はマトリクス状に配設された複数の画素２３０を有する。赤色光を制御する画素２３０、緑色光を制御する画素２３０、および青色光を制御する画素２３０をまとめて１つの画素２４０として機能させ、それぞれの画素２３０の発光量（発光輝度）を制御することで、フルカラー表示を実現することができる。よって、当該３つの画素２３０はそれぞれが副画素として機能する。すなわち、３つの副画素は、それぞれが赤色光、緑色光、または青色光の、発光量などを制御する（図１９Ｂ１参照。）。なお、３つの副画素それぞれが制御する光の色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の組み合わせに限らず、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄（Ｙ）であってもよい（図１９Ｂ２参照。）。
また、４つの副画素をまとめて１つの画素として機能させてもよい。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ制御する３つの副画素に、白色光を制御する副画素を加えてもよい（図１９Ｂ３参照。）。白色光を制御する副画素を加えることで、表示領域の輝度を高めることができる。また、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ制御する３つの副画素に、黄色光を制御する副画素を加えてもよい（図１９Ｂ４参照。）。また、シアン色光、マゼンタ色光、黄色光をそれぞれ制御する３つの副画素に、白色光を制御する副画素を加えてもよい（図１９Ｂ５参照。）。
１つの画素として機能させる副画素の数を増やし、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、および黄などの光を制御する副画素を適宜組み合わせて用いることにより、中間調の再現性を高めることができる。よって、表示品位を高めることができる。
また、本発明の一態様の表示装置は、さまざまな規格の色域を再現することができる。例えば、テレビ放送で使われるＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ　Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　Ｌｉｎｅ）規格およびＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）規格、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、プリンタなどの電子機器に用いる表示装置で広く使われているｓＲＧＢ（ｓｔａｎｄａｒｄ　ＲＧＢ）規格およびＡｄｏｂｅ　ＲＧＢ規格、ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、ハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ　ＢＴ．７０９（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｏｎ　Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｅｃｔｏｒ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）　７０９）規格、デジタルシネマ映写で使われるＤＣＩ−Ｐ３（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｉｎｅｍａ　Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ　Ｐ３）規格、ＵＨＤＴＶ（Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、スーパーハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ　ＢＴ．２０２０（ＲＥＣ．２０２０（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　２０２０））規格などの色域を再現することができる。
また、画素２４０を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、または「２Ｋ」などとも言われる。）の解像度でフルカラー表示可能な表示装置１００を実現することができる。また、例えば、画素２４０を３８４０×２１６０のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、または「４Ｋ」などとも言われる。）の解像度でフルカラー表示可能な表示装置１００を実現することができる。また、例えば、画素２４０を７６８０×４３２０のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、または「８Ｋ」などとも言われる。）の解像度でフルカラー表示可能な表示装置１００を実現することができる。画素２４０を増やすことで、１６Ｋまたは３２Ｋの解像度でフルカラー表示可能な表示装置１００を実現することも可能である。
＜画素２３０の回路構成例＞
図２０Ａは、画素２３０の回路構成例を示す図である。画素２３０は、画素回路４３１および表示素子４３２を有する。
各配線２３６は、表示領域２３５においてｍ行ｎ列に配設された画素回路４３１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素回路４３１と電気的に接続される。また、各配線２３７は、ｍ行ｎ列に配設された画素回路４３１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素回路４３１に電気的に接続される。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。
画素回路４３１は、トランジスタ４３６と、容量素子４３３と、トランジスタ２５１と、トランジスタ４３４と、を有する。また、画素回路４３１は、表示素子４３２と電気的に接続されている。
トランジスタ４３６のソース電極およびドレイン電極の一方は、データ信号（「ビデオ信号」ともいう。）が与えられる配線（以下、信号線ＤＬ＿ｎという）に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３６のゲート電極は、ゲート信号が与えられる配線（以下、走査線ＧＬ＿ｍという）に電気的に接続される。信号線ＤＬ＿ｎと走査線ＧＬ＿ｍはそれぞれ配線２３７と配線２３６に相当する。
トランジスタ４３６は、データ信号のノード４３５への書き込みを制御する機能を有する。
容量素子４３３の一対の電極の一方は、ノード４３５に電気的に接続され、他方は、ノード４３７に電気的に接続される。また、トランジスタ４３６のソース電極およびドレイン電極の他方は、ノード４３５に電気的に接続される。
容量素子４３３は、ノード４３５に書き込まれたデータを保持する保持容量としての機能を有する。
トランジスタ２５１のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電気的に接続され、他方はノード４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ２５１のゲート電極は、ノード４３５に電気的に接続される。
トランジスタ４３４のソース電極およびドレイン電極の一方は、電位供給線Ｖ０に電気的に接続され、他方はノード４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３４のゲート電極は、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。
表示素子４３２のアノードまたはカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続され、他方は、ノード４３７に電気的に接続される。
表示素子４３２としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）などを用いることができる。ただし、表示素子４３２は、これに限定されず、例えば無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。なお、「有機ＥＬ素子」と「無機ＥＬ素子」をまとめて「ＥＬ素子」と呼ぶ場合がある。
ＥＬ素子の発光色は、ＥＬ素子を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。
カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の表示素子４３２と着色層を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる表示素子４３２を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎に表示素子４３２を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、表示素子４３２にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。
表示素子４３２には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。表示素子４３２を構成する層は、それぞれ、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
表示素子４３２は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
なお、電源電位としては、例えば相対的に高電位側の電位または低電位側の電位を用いることができる。高電位側の電源電位を高電源電位（「ＶＤＤ」ともいう）といい、低電位側の電源電位を低電源電位（「ＶＳＳ」ともいう）という。また、接地電位を高電源電位または低電源電位として用いることもできる。例えば高電源電位が接地電位の場合には、低電源電位は接地電位より低い電位であり、低電源電位が接地電位の場合には、高電源電位は接地電位より高い電位である。
例えば、電位供給線ＶＬ＿ａまたは電位供給線ＶＬ＿ｂの一方には、高電源電位ＶＤＤが与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳが与えられる。
画素回路４３１を有する表示装置では、周辺駆動回路に含まれる回路によって各行の画素回路４３１を順次選択し、トランジスタ４３６、およびトランジスタ４３４をオン状態にしてデータ信号をノード４３５に書き込む。
ノード４３５にデータが書き込まれた画素回路４３１は、トランジスタ４３６、およびトランジスタ４３４がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、ノード４３５に書き込まれたデータの電位に応じてトランジスタ２５１のソース電極とドレイン電極の間に流れる電流量が制御され、表示素子４３２は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
図２０Ｂに、図２０Ａに示した画素２３０の回路構成の変形例を示す。図２０Ｂに示す回路構成は、図２０Ａに示した回路構成からトランジスタ４３４および電位供給線Ｖ０を除いた構成を有する。その他の構成については、図２０Ａに示す回路構成の説明を参酌すれば理解できる。よって、説明の繰り返しを低減するため、図２０Ｂに示す回路構成の詳細な説明は省略する。
また、画素回路４３１を構成するトランジスタの一部または全部を、バックゲートを有するトランジスタで構成してもよい。例えば、図２０Ｃに示すように、トランジスタ４３６にバックゲートを有するトランジスタを用いて、バックゲートとゲートを電気的に接続してもよい。また、図２０Ｃに示すトランジスタ２５１のように、バックゲートとトランジスタのソースまたはドレインの一方を電気的に接続してもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置に用いることができる発光素子（発光デバイスともいう）について説明する。
＜発光素子の構成例＞
図２１Ａに示すように、発光素子１７０は、一対の電極（電極１７１、電極１７３）の間に、ＥＬ層１７２を有する。ＥＬ層１７２は、層４４２０、発光層４４１１、層４４３０などの複数の層で構成することができる。層４４２０は、例えば電子注入性の高い物質を含む層（電子注入層）および電子輸送性の高い物質を含む層（電子輸送層）などを有することができる。発光層４４１１は、例えば発光性の化合物を有する。層４４３０は、例えば正孔注入性の高い物質を含む層（正孔注入層）および正孔輸送性の高い物質を含む層（正孔輸送層）を有することができる。
一対の電極間に設けられた層４４２０、発光層４４１１および層４４３０を有する構成は単一の発光ユニットとして機能することができ、本明細書などでは図２１Ａの構成をシングル構造と呼ぶ。
また、図２１Ｂは、図２１Ａに示す発光素子１７０が有するＥＬ層１７２の変形例である。具体的には、図２１Ｂに示す発光素子１７０は、電極１７１上の層４４３０−１と、層４４３０−１上の層４４３０−２と、層４４３０−２上の発光層４４１１と、発光層４４１１上の層４４２０−１と、層４４２０−１上の層４４２０−２と、層４４２０−２上の電極１７３と、を有する。例えば、電極１７１を陽極とし、電極１７３を陰極とした場合、層４４３０−１が正孔注入層として機能し、層４４３０−２が正孔輸送層として機能し、層４４２０−１が電子輸送層として機能し、層４４２０−２が電子注入層として機能する。または、電極１７１を陰極とし、電極１７３を陽極とした場合、層４４３０−１が電子注入層として機能し、層４４３０−２が電子輸送層として機能し、層４４２０−１が正孔輸送層として機能し、層４４２０−２が正孔注入層として機能する。このような層構造とすることで、発光層４４１１に効率よくキャリアを注入し、発光層４４１１内におけるキャリアの再結合の効率を高めることが可能となる。
なお、図２１Ｃに示すように層４４２０と層４４３０との間に複数の発光層（発光層４４１１、４４１２、４４１３）が設けられる構成も、シングル構造の一例である。
また、図２１Ｄに示すように、複数の発光ユニット（ＥＬ層１７２ａ、ＥＬ層１７２ｂ）が中間層（電荷発生層）４４４０を介して直列に接続された構成を、本明細書などではタンデム構造またはスタック構造と呼ぶ。なお、タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光素子が実現できる。
発光素子の発光色は、ＥＬ層１７２を構成する材料によって、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄または白などとすることができる。また、発光素子にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。
発光層には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、Ｏ（橙）などの発光を示す発光物質を２以上含んでもよい。白色の光を発する発光素子は、発光層に２種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。白色発光を得るには、２以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるような発光物質を選択すればよい。例えば、第１の発光層の発光色と第２の発光層の発光色を補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることができる。また、発光層を３つ以上有する発光素子の場合も同様である。
発光層には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、Ｏ（橙）等の発光を示す発光物質を２以上含むことが好ましい。または、発光物質が２以上有し、それぞれの発光物質の発光は、Ｒ、Ｇ、Ｂのうち２以上の色のスペクトル成分を含むことが好ましい。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示装置に用いることができるトランジスタの構成例について説明する。
＜トランジスタの構成例１＞
トランジスタの構造の一例として、トランジスタ７０Ａについて、図２２Ａ乃至図２２Ｃを用いて説明する。
図２２Ａは、トランジスタ７０Ａの上面図である。また、図２２Ｂは、図２２ＡにＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ７０Ａのチャネル長方向の断面図でもある。また、図２２Ｃは、図２２ＡにＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ７０Ａのチャネル幅方向の断面図でもある。なお、図２２Ａの上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いて図示している。
図２２に示すように、トランジスタ７０Ａは、基板（図示しない。）の上に配置された金属酸化物３３０ａと、金属酸化物３３０ａの上に配置された金属酸化物３３０ｂと、金属酸化物３３０ｂの上に、互いに離隔して配置された導電体２４２ａ、及び導電体２４２ｂと、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂ上に配置され、導電体２４２ａと導電体２４２ｂの間に開口が形成された絶縁体２８０と、開口の中に配置された導電体２６０と、金属酸化物３３０ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、及び絶縁体２８０と、導電体２６０と、の間に配置された絶縁体２５０と、金属酸化物３３０ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、及び絶縁体２８０と、絶縁体２５０と、の間に配置された金属酸化物３３０ｃと、を有する。ここで、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、導電体２６０の上面は、絶縁体２５０、絶縁体２５４、金属酸化物３３０ｃ、及び絶縁体２８０の上面と略一致することが好ましい。なお、以下において、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃをまとめて金属酸化物３３０という場合がある。また、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂをまとめて導電体２４２という場合がある。
図２２に示すトランジスタ７０Ａでは、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂの導電体２６０側の側面が、概略垂直な形状を有している。なお、図２２に示すトランジスタ７０Ａは、これに限られるものではなく、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂの側面と底面がなす角が、１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下としてもよい。また、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂの対向する側面が、複数の面を有していてもよい。
図２２に示すように、絶縁体２２４、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、及び金属酸化物３３０ｃと、絶縁体２８０と、の間に絶縁体２５４が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体２５４は、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、金属酸化物３３０ｃの側面、導電体２４２ａの上面と側面、導電体２４２ｂの上面と側面、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｂの側面、並びに絶縁体２２４の上面に接することが好ましい。
なお、トランジスタ７０Ａでは、チャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）と、その近傍において、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの３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、金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃの２層構造、又は４層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、トランジスタ７０Ａでは、導電体２６０を２層の積層構造として示しているが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、導電体２６０が、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。また、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃのそれぞれが２層以上の積層構造を有していてもよい。
例えば、金属酸化物３３０ｃが第１の金属酸化物と、第１の金属酸化物上の第２の金属酸化物からなる積層構造を有する場合、第１の金属酸化物は、金属酸化物３３０ｂと同様の組成を有し、第２の金属酸化物は、金属酸化物３３０ａと同様の組成を有することが好ましい。
ここで、導電体２６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂは、それぞれソース電極又はドレイン電極として機能する。上記のように、導電体２６０は、絶縁体２８０の開口、及び導電体２４２ａと導電体２４２ｂに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。ここで、導電体２６０、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂの配置は、絶縁体２８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ７０Ａにおいて、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極の間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体２６０を位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるため、トランジスタ７０Ａの占有面積の縮小を図ることができる。これにより、表示装置を高精細にすることができる。また、表示装置を狭額縁にすることができる。
図２２に示すように、導電体２６０は、絶縁体２５０の内側に設けられた導電体２６０ａと、導電体２６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体２６０ｂと、を有することが好ましい。
トランジスタ７０Ａは、基板（図示しない。）の上に配置された絶縁体２１４と、絶縁体２１４の上に配置された絶縁体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と、絶縁体２１６と導電体２０５の上に配置された絶縁体２２２と、絶縁体２２２の上に配置された絶縁体２２４と、を有することが好ましい。絶縁体２２４の上に金属酸化物３３０ａが配置されることが好ましい。
トランジスタ７０Ａの上に、層間膜として機能する絶縁体２７４、及び絶縁体２８１が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体２７４は、導電体２６０、絶縁体２５０、絶縁体２５４、金属酸化物３３０ｃ、及び絶縁体２８０の上面に接して配置されることが好ましい。
絶縁体２２２、絶縁体２５４、及び絶縁体２７４は、水素（例えば、水素原子、水素分子等）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、絶縁体２５４、及び絶縁体２７４は、絶縁体２２４、絶縁体２５０、及び絶縁体２８０より水素透過性が低いことが好ましい。また、絶縁体２２２、及び絶縁体２５４は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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、及び絶縁体２５４は、絶縁体２２４、絶縁体２５０、及び絶縁体２８０より酸素透過性が低いことが好ましい。
ここで、絶縁体２２４、金属酸化物３３０、及び絶縁体２５０は、絶縁体２８０及び絶縁体２８１と、絶縁体２５４、及び絶縁体２７４によって離隔されている。ゆえに、絶縁体２２４、金属酸化物３３０、及び絶縁体２５０に、絶縁体２８０及び絶縁体２８１に含まれる水素等の不純物、又は過剰な酸素が、絶縁体２２４、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び絶縁体２５０に混入することを抑制できる。
トランジスタ７０Ａと電気的に接続し、プラグとして機能する導電体３４０（導電体３４０ａ、及び導電体３４０ｂ）が設けられることが好ましい。なお、プラグとして機能する導電体３４０の側面に接して絶縁体２４１（絶縁体２４１ａ、及び絶縁体２４１ｂ）が設けられる。つまり、絶縁体２５４、絶縁体２８０、絶縁体２７４、及び絶縁体２８１の開口の内壁に接して絶縁体２４１が設けられる。また、絶縁体２４１の側面に接して導電体３４０の第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体３４０の第２の導電体が設けられる構成にしてもよい。ここで、導電体３４０の上面の高さと、絶縁体２８１の上面の高さは同程度にできる。なお、トランジスタ７０Ａでは、導電体３４０の第１の導電体及び導電体３４０の第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３４０を単層、又は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７０Ａは、チャネル形成領域を含む金属酸化物３３０（金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃ）に、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物３３０のチャネル形成領域となる金属酸化物として、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。
上記金属酸化物として、少なくともインジウム（Ｉｎ）又は亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特に、インジウム（Ｉｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。また、これらに加えて、元素Ｍが含まれていることが好ましい。元素Ｍとして、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）又はコバルト（Ｃｏ）の一以上を用いることができる。特に、元素Ｍは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、又はスズ（Ｓｎ）の一以上とすることが好ましい。また、元素Ｍは、Ｇａ及びＳｎのいずれか一方又は双方を有することがさらに好ましい。
また、図２２Ｂに示すように、金属酸化物３３０ｂは、導電体２４２と重ならない領域の膜厚が、導電体２４２と重なる領域の膜厚より薄くなる場合がある。これは、導電体２４２ａ及び導電体２４２ｂを形成する際に、金属酸化物３３０ｂの上面の一部を除去することにより形成される。金属酸化物３３０ｂの上面には、導電体２４２となる導電膜を成膜した際に、当該導電膜との界面近傍に抵抗の低い領域が形成される場合がある。このように、金属酸化物３３０ｂの上面の導電体２４２ａと導電体２４２ｂの間に位置する、抵抗の低い領域を除去することにより、当該領域にチャネルが形成されることを防ぐことができる。
本発明の一態様により、サイズが小さいトランジスタを有し、精細度が高い表示装置を提供することができる。又は、オン電流が大きいトランジスタを有し、輝度が高い表示装置を提供することができる。又は、動作が速いトランジスタを有し、動作が速い表示装置を提供することができる。又は、電気特性が安定したトランジスタを有し、信頼性が高い表示装置を提供することができる。又は、オフ電流が小さいトランジスタを有し、消費電力が低い表示装置を提供することができる。
本発明の一態様である表示装置に用いることができるトランジスタ７０Ａの詳細な構成について説明する。
導電体２０５は、金属酸化物３３０、及び導電体２６０と、重なる領域を有するように配置する。また、導電体２０５は、絶縁体２１６に埋め込まれて設けることが好ましい。
導電体２０５は、導電体２０５ａ、導電体２０５ｂ、及び導電体２０５ｃを有する。導電体２０５ａは、絶縁体２１６に設けられた開口の底面及び側壁に接して設けられる。導電体２０５ｂは、導電体２０５ａに形成された凹部に埋め込まれるように設けられる。ここで、導電体２０５ｂの上面は、導電体２０５ａの上面及び絶縁体２１６の上面より低くなる。導電体２０５ｃは、導電体２０５ｂの上面、及び導電体２０５ａの側面に接して設けられる。ここで、導電体２０５ｃの上面の高さは、導電体２０５ａの上面の高さ及び絶縁体２１６の上面の高さと略一致する。つまり、導電体２０５ｂは、導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃに包み込まれる構成になる。
導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃは、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等）、銅原子等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。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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。
導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃに、水素の拡散を低減する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電体２０５ｂに含まれる水素等の不純物が、絶縁体２２４等を介して、金属酸化物３３０に拡散することを抑制できる。また、導電体２０５ａ及び導電体２０５ｃに、酸素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により、導電体２０５ｂが酸化され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、酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。したがって、導電体２０５ａとしては、上記導電性材料を単層又は積層とすればよい。例えば、導電体２０５ａは、窒化チタンを用いればよい。
また、導電体２０５ｂは、タングステン、銅、又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。例えば、導電体２０５ｂは、タングステンを用いればよい。
ここで、導電体２６０は、第１のゲート（トップゲートともいう。）電極として機能する場合がある。また、導電体２０５は、第２のゲート（ボトムゲートともいう。）電極として機能する場合がある。その場合、導電体２０５に印加する電位を、導電体２６０に印加する電位と連動させず、独立して変化させることで、トランジスタ７０ＡのＶｔｈを制御することができる。特に、導電体２０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ７０ＡのＶｔｈを０Ｖより大きくし、オフ電流を小さくすることが可能となる。したがって、導電体２０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体２６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
導電体２０５は、金属酸化物３３０におけるチャネル形成領域よりも、大きく設けるとよい。特に、図２２Ｃに示すように、導電体２０５は、金属酸化物３３０のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延伸していることが好ましい。つまり、金属酸化物３３０のチャネル幅方向における側面の外側において、導電体２０５と、導電体２６０とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。
上記構成を有することで、第１のゲート電極としての機能を有する導電体２６０の電界と、第２のゲート電極としての機能を有する導電体２０５の電界によって、金属酸化物３３０のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
図２２Ｃに示すように、導電体２０５は延伸させて、配線としても機能させている。ただし、これに限られることなく、導電体２０５の下に、配線として機能する導電体を設ける構成にしてもよい。
絶縁体２１４は、水又は水素等の不純物が、基板側からトランジスタ７０Ａに混入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２１４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等）、銅原子等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。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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。
例えば、絶縁体２１４として、酸化アルミニウム又は窒化シリコン等を用いることが好ましい。これにより、水又は水素等の不純物が絶縁体２１４よりも基板側からトランジスタ７０Ａ側に拡散することを抑制できる。又は、絶縁体２２４等に含まれる酸素が、絶縁体２１４よりも基板側に、拡散することを抑制できる。
層間膜として機能する絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８１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膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体２１６、絶縁体２８０、及び絶縁体２８１として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、又は空孔を有する酸化シリコン等を適宜用いればよい。
絶縁体２２２及び絶縁体２２４は、ゲート絶縁体としての機能を有する。
ここで、金属酸化物３３０と接する絶縁体２２４は、加熱により酸素を脱離することが好ましい。本明細書では、加熱により離脱する酸素を過剰酸素ということがある。例えば、絶縁体２２４は、酸化シリコン又は酸化窒化シリコン等を適宜用いればよい。酸素を含む絶縁体を金属酸化物３３０に接して設けることにより、金属酸化物３３０中の酸素欠損を低減し、トランジスタ７０Ａの信頼性を向上させることができる。
絶縁体２２４として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、又は３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度は、１００℃以上７００℃以下、又は１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
図２２Ｃに示すように、絶縁体２２４は、絶縁体２５４と重ならず、且つ金属酸化物３３０ｂと重ならない領域の膜厚が、それ以外の領域の膜厚より薄くなる場合がある。絶縁体２２４において、絶縁体２５４と重ならず、且つ金属酸化物３３０ｂと重ならない領域の膜厚は、上記酸素を十分に拡散できる膜厚であることが好ましい。
絶縁体２２２は、絶縁体２１４等と同様に、水又は水素等の不純物が、基板側からトランジスタ７０Ａに混入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。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４より水素透過性が低いことが好ましい。絶縁体２２２、絶縁体２５４、及び絶縁体２７４によって、絶縁体２２４、金属酸化物３３０、及び絶縁体２５０等を囲むことにより、外方から水又は水素等の不純物がトランジスタ７０Ａに侵入することを抑制することができる。
さらに、絶縁体２２２は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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。）ことが好ましい。例えば、絶縁体２２２は、絶縁体２２４より酸素透過性が低いことが好ましい。絶縁体２２２が、酸素又は不純物の拡散を抑制する機能を有することで、金属酸化物３３０が有する酸素が、基板側へ拡散することを低減でき、好ましい。また、導電体２０５が、絶縁体２２４が有する酸素、又は金属酸化物３３０が有する酸素と反応することを抑制することができる。
絶縁体２２２は、絶縁性材料であるアルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体２２２を形成した場合、絶縁体２２２は、金属酸化物３３０からの酸素の放出、及びトランジスタ７０Ａの周辺部から金属酸化物３３０への水素等の不純物の混入を抑制する層として機能する。
又は、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムを添加してもよい。又はこれらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン又は窒化シリコンを積層して用いてもよい。
絶縁体２２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）又は（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等のいわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層又は積層で用いてもよい。トランジスタの微細化、及び高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、リーク電流等の問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
なお、絶縁体２２２、及び絶縁体２２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。例えば、絶縁体２２２の下に絶縁体２２４と同様の絶縁体を設ける構成にしてもよい。
金属酸化物３３０は、金属酸化物３３０ａと、金属酸化物３３０ａ上の金属酸化物３３０ｂと、金属酸化物３３０ｂ上の金属酸化物３３０ｃと、を有する。金属酸化物３３０ｂ下に金属酸化物３３０ａを有することで、金属酸化物３３０ａよりも下方に形成された構造物から、金属酸化物３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。また、金属酸化物３３０ｂ上に金属酸化物３３０ｃを有することで、金属酸化物３３０ｃよりも上方に形成された構造物から、金属酸化物３３０ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、金属酸化物３３０は、各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物層の積層構造を有することが好ましい。例えば、金属酸化物３３０が、少なくともインジウム（Ｉｎ）と、元素Ｍと、を含む場合、金属酸化物３３０ａを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物３３０ａに含まれる元素Ｍの原子数の割合が、金属酸化物３３０ｂを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物３３０ｂに含まれる元素Ｍの原子数の割合より高いことが好ましい。また、金属酸化物３３０ａに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比が、金属酸化物３３０ｂに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比より大きいことが好ましい。ここで、金属酸化物３３０ｃは、金属酸化物３３０ａ又は金属酸化物３３０ｂに用いることができる金属酸化物を用いることができる。
金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃの伝導帯下端のエネルギーが、金属酸化物３３０ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃの電子親和力が、金属酸化物３３０ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。この場合、金属酸化物３３０ｃは、金属酸化物３３０ａに用いることができる金属酸化物を用いることが好ましい。具体的には、金属酸化物３３０ｃを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物３３０ｃに含まれる元素Ｍの原子数の割合が、金属酸化物３３０ｂを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物３３０ｂに含まれる元素Ｍの原子数の割合より高いことが好ましい。また、金属酸化物３３０ｃに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比が、金属酸化物３３０ｂに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比より大きいことが好ましい。
ここで、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、及び金属酸化物３３０ｃの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化又は連続接合するともいうことができる。このようにするためには、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂとの界面、及び金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂ、金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする。）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、金属酸化物３３０ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｃとして、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、酸化ガリウム等を用いてもよい。また、金属酸化物３３０ｃを積層構造としてもよい。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物と、当該Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物上のＧａ−Ｚｎ酸化物との積層構造、又はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物と、当該Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物上の酸化ガリウムとの積層構造を用いることができる。別言すると、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物と、Ｉｎを含まない酸化物との積層構造を、金属酸化物３３０ｃとして用いてもよい。
具体的には、金属酸化物３３０ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、又は１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、金属酸化物３３０ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、又は３：１：２［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、金属酸化物３３０ｃとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］、又はＧａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、金属酸化物３３０ｃを積層構造とする場合の具体例として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、Ｇａ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］との積層構造、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、Ｇａ：Ｚｎ＝２：５［原子数比］との積層構造、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］と、酸化ガリウムとの積層構造等が挙げられる。
このとき、キャリアの主たる経路は金属酸化物３３０ｂとなる。金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｃを上述の構成とすることで、金属酸化物３３０ａと金属酸化物３３０ｂとの界面、及び金属酸化物３３０ｂと金属酸化物３３０ｃ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。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ７０Ａは高いオン電流、及び高い周波数特性を得ることができる。なお、金属酸化物３３０ｃを積層構造とした場合、上述の金属酸化物３３０ｂと、金属酸化物３３０ｃとの界面における欠陥準位密度を低くする効果に加え、金属酸化物３３０ｃが有する構成元素が、絶縁体２５０側に拡散することを抑制することが期待される。より具体的には、金属酸化物３３０ｃを積層構造とし、積層構造の上方にＩｎを含まない酸化物を位置させるため、絶縁体２５０側に拡散しうるＩｎを抑制することができる。絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能するため、Ｉｎが拡散した場合、トランジスタの特性不良となる。したがって、金属酸化物３３０ｃを積層構造とすることで、信頼性の高い表示装置を提供することが可能となる。
金属酸化物３３０ｂ上には、ソース電極、及びドレイン電極として機能する導電体２４２（導電体２４２ａ、及び導電体２４２ｂ）が設けられる。導電体２４２として、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、又は上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、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等を用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムを含む窒化物、タンタルとアルミニウムを含む窒化物、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は、酸化しにくい導電性材料、又は、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。
金属酸化物３３０と接するように上記導電体２４２を設けることで、金属酸化物３３０の導電体２４２近傍において、酸素濃度が低減する場合がある。また、金属酸化物３３０の導電体２４２近傍において、導電体２４２に含まれる金属と、金属酸化物３３０の成分とを含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、金属酸化物３３０の導電体２４２近傍の領域において、キャリア密度が増加し、当該領域は、低抵抗領域となる。
ここで、導電体２４２ａと導電体２４２ｂの間の領域は、絶縁体２８０の開口に重畳して形成される。これにより、導電体２４２ａと導電体２４２ｂの間に導電体２６０を自己整合的に配置することができる。
絶縁体２５０は、ゲート絶縁体として機能する。絶縁体２５０は、金属酸化物３３０ｃの上面に接して配置することが好ましい。絶縁体２５０は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、及び酸化窒化シリコンは熱に対し安定であるため好ましい。
絶縁体２５０は、絶縁体２２４と同様に、絶縁体２５０中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。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２５０と導電体２６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体２５０から導電体２６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。これにより、絶縁体２５０の酸素による導電体２６０の酸化を抑制することができる。
当該金属酸化物は、ゲート絶縁体の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁体２５０に酸化シリコン又は酸化窒化シリコン等を用いる場合、当該金属酸化物は、比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。ゲート絶縁体を、絶縁体２５０と当該金属酸化物との積層構造とすることで、熱に対して安定、且つ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、ゲート絶縁体の物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減化が可能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
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、又は、マグネシウム等から選ばれた一種、又は二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウム、又はハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体である、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。
導電体２６０は、図２２では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、上述の、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等）、銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。又は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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。
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、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、又は酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。
導電体２６０ｂは、タングステン、銅、又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、タングステン、銅、又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、チタン又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。
図２２Ａ及び図２２Ｃに示すように、金属酸化物３３０ｂの導電体２４２と重ならない領域、言い換えると、金属酸化物３３０のチャネル形成領域において、金属酸化物３３０の側面が導電体２６０で覆うように配置されている。これにより、第１のゲート電極としての機能する導電体２６０の電界を、金属酸化物３３０の側面に作用させやすくなる。よって、トランジスタ７０Ａ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２５４は、絶縁体２１４等と同様に、水又は水素等の不純物が、絶縁体２８０側からトランジスタ７０Ａに混入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。例えば、絶縁体２５４は、絶縁体２２４より水素透過性が低いことが好ましい。さらに、図２２Ｂ及び図２２Ｃに示すように、絶縁体２５４は、金属酸化物３３０ｃの側面、導電体２４２ａの上面と側面、導電体２４２ｂの上面と側面、金属酸化物３３０ａ及び金属酸化物３３０ｂの側面、並びに絶縁体２２４の上面に接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２８０に含まれる水素が、導電体２４２ａ、導電体２４２ｂ、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ及び絶縁体２２４の上面又は側面から金属酸化物３３０に侵入することを抑制できる。
さらに、絶縁体２５４は、酸素（例えば、酸素原子、酸素分子等の少なくとも一）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。）ことが好ましい。例えば、絶縁体２５４は、絶縁体２８０又は絶縁体２２４より酸素透過性が低いことが好ましい。
絶縁体２５４は、スパッタリング法を用いて成膜されることが好ましい。絶縁体２５４を、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体２２４の絶縁体２５４と接する領域近傍に酸素を添加することができる。これにより、当該領域から、絶縁体２２４を介して金属酸化物３３０中に酸素を供給することができる。ここで、絶縁体２５４が、上方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物３３０から絶縁体２８０へ拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体２２２が、下方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物３３０から基板側へ拡散することを防ぐことができる。このようにして、金属酸化物３３０のチャネル形成領域に酸素が供給される。これにより、金属酸化物３３０の酸素欠損を低減し、トランジスタのノーマリーオン化を抑制することができる。
絶縁体２５４として、例えば、アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。なお、アルミニウム及びハフニウムの一方又は双方の酸化物を含む絶縁体として、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、アルミニウム及びハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）等を用いることが好ましい。
水素に対してバリア性を有する絶縁体２５４によって、絶縁体２２４、絶縁体２５０、及び金属酸化物３３０が覆うことで、絶縁体２８０は、絶縁体２５４によって、絶縁体２２４、金属酸化物３３０、及び絶縁体２５０と離隔されている。これにより、トランジスタ７０Ａの外方から水素等の不純物が浸入することを抑制できるため、トランジスタ７０Ａに良好な電気特性及び信頼性を与えることができる。
絶縁体２８０は、絶縁体２５４を介して、絶縁体２２４、金属酸化物３３０、及び導電体２４２上に設けられる。例えば、絶縁体２８０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、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素及び窒素を添加した酸化シリコン、又は空孔を有する酸化シリコン等を有することが好ましい。特に、酸化シリコン及び酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、空孔を有する酸化シリコン等の材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
絶縁体２８０中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。また、絶縁体２８０の上面は、平坦化されていてもよい。
絶縁体２７４は、絶縁体２１４等と同様に、水又は水素等の不純物が、上方から絶縁体２８０に混入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。絶縁体２７４として、例えば、絶縁体２１４、絶縁体２５４等に用いることができる絶縁体を用いればよい。
絶縁体２７４の上に、層間膜として機能する絶縁体２８１を設けることが好ましい。絶縁体２８１は、絶縁体２２４等と同様に、膜中の水又は水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体２８１、絶縁体２７４、絶縁体２８０、及び絶縁体２５４に形成された開口に、導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂを配置する。導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂは、導電体２６０を挟んで対向して設ける。なお、導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂの上面の高さは、絶縁体２８１の上面と、同一平面上としてもよい。
なお、絶縁体２８１、絶縁体２７４、絶縁体２８０、及び絶縁体２５４の開口の内壁に接して、絶縁体２４１ａが設けられ、その側面に接して導電体３４０ａの第１の導電体が形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電体２４２ａが位置しており、導電体３４０ａが導電体２４２ａと接する。同様に、絶縁体２８１、絶縁体２７４、絶縁体２８０、及び絶縁体２５４の開口の内壁に接して、絶縁体２４１ｂが設けられ、その側面に接して導電体３４０ｂの第１の導電体が形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電体２４２ｂが位置しており、導電体３４０ｂが導電体２４２ｂと接する。
導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂは、タングステン、銅、又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３４０ａ及び導電体３４０ｂは積層構造としてもよい。
導電体３４０を積層構造とする場合、金属酸化物３３０ａ、金属酸化物３３０ｂ、導電体２４２、絶縁体２５４、絶縁体２８０、絶縁体２７４、絶縁体２８１と接する導電体には、上述の、水又は水素等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、又は酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。また、水又は水素等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料は、単層又は積層で用いてもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体２８０に添加された酸素が導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂに吸収されることを抑制できる。また、絶縁体２８１より上層から水又は水素等の不純物が、導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂを通じて金属酸化物３３０に混入することを抑制できる。
絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂとして、例えば、絶縁体２５４等に用いることができる絶縁体を用いればよい。絶縁体２４１ａ及び絶縁体２４１ｂは、絶縁体２５４に接して設けられるため、絶縁体２８０等から水又は水素等の不純物が、導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂを通じて金属酸化物３３０に混入することを抑制できる。また、絶縁体２８０に含まれる酸素が導電体３４０ａ及び導電体３４０ｂに吸収されることを抑制できる。
図示しないが、導電体３４０ａの上面、及び導電体３４０ｂの上面に接して配線として機能する導電体を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、又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、チタン又は窒化チタンと上記導電性材料との積層としてもよい。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。
＜トランジスタの構成例２＞
トランジスタの構造の一例として、トランジスタ７０Ｂについて、図２３Ａ、図２３Ｂ、図２３Ｃを用いて説明する。図２３Ａはトランジスタ７０Ｂの上面図である。図２３Ｂは、図２３ＡにＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、図２３Ｃは、図２３ＡにＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。
図２３Ａ、図２３Ｂ、図２３Ｃに示すトランジスタ７０Ｂは、絶縁層５２４上の導電層５２１と、導電層５２１上および絶縁層５２４上の絶縁層５１１と、絶縁層５１１上の半導体層５３１と、半導体層５３１上の絶縁層５１２と、絶縁層５１２上の導電層５２３と、絶縁層５１１上、半導体層５３１上、および導電層５２３上の絶縁層５１５を有する。なお、半導体層５３１は、導電層５２３と重なるチャネル形成領域５３１ｉと、絶縁層５１５と接するソース領域５３１ｓと、絶縁層５１５と接するドレイン領域５３１ｄと、を有する。半導体層５３１としては、例えば、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。なお、半導体層５３１を２層以上の積層構成にしてもよい。
また、絶縁層５１５は、窒素または水素を有する。絶縁層５１５と、ソース領域５３１ｓおよびドレイン領域５３１ｄと、が接することで、絶縁層５１５中の窒素または水素がソース領域５３１ｓおよびドレイン領域５３１ｄ中に添加される。ソース領域５３１ｓおよびドレイン領域５３１ｄは、窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高くなる。
また、トランジスタ７０Ｂは、絶縁層５１５に設けられた開口部５３６ａを介してソース領域５３１ｓに電気的に接続される導電層５２２ａを有してもよい。また、トランジスタ７０Ｂは、絶縁層５１５に設けられた開口部５３６ｂを介してドレイン領域５３１ｄに電気的に接続される導電層５２２ｂを有してもよい。
絶縁層５１１は、第１のゲート絶縁層としての機能を有し、絶縁層５１２は、第２のゲート絶縁層としての機能を有する。また、絶縁層５１５は保護絶縁層としての機能を有する。
また、絶縁層５１２は、過剰酸素領域を有する。絶縁層５１２が過剰酸素領域を有することで、半導体層５３１が有するチャネル形成領域５３１ｉ中に過剰酸素を供給することができる。よって、チャネル形成領域５３１ｉに形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補償することができるため、信頼性の高い表示装置を提供することができる。
なお、半導体層５３１中に過剰酸素を供給させるためには、半導体層５３１の下方に形成される絶縁層５１１に過剰酸素を供給してもよい。この場合、絶縁層５１１中に含まれる過剰酸素は、半導体層５３１が有するソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄにも供給されうる。ソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄ中に過剰酸素が供給されると、ソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄの抵抗が高くなる場合がある。
一方で、半導体層５３１の上方に形成される絶縁層５１２に過剰酸素を有する構成とすることで、チャネル形成領域５３１ｉにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。あるいは、チャネル形成領域５３１ｉ、ソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域５３１ｓおよびドレイン領域５３１ｄのキャリア密度を選択的に高めることで、ソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄの抵抗が高くなることを抑制することができる。
また、半導体層５３１が有するソース領域５３１ｓおよびドレイン領域５３１ｄは、それぞれ、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を有すると好ましい。当該酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、第１８族元素等が挙げられる。また、第１８族元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、およびキセノン等がある。上記酸素欠損を形成する元素が、絶縁層５１５中に１つまたは複数含まれる場合、絶縁層５１５からソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄに拡散する、または不純物添加処理によりソース領域５３１ｓ、およびドレイン領域５３１ｄ中に添加される。
不純物元素が金属酸化物に添加されると、金属酸化物中の金属元素と酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が金属酸化物に添加されると、金属酸化物中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、金属酸化物においてキャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
また、導電層５２１は、第１のゲートとしての機能を有し、導電層５２３は、第２のゲートとしての機能を有し、導電層５２２ａは、ソースとしての機能を有し、導電層５２２ｂは、ドレインとしての機能を有する。
また、図２３Ｃに示すように、絶縁層５１１および絶縁層５１２には開口部５３７が設けられる。また、導電層５２１は、開口部５３７を介して、導電層５２３と電気的に接続される。よって、導電層５２１と導電層５２３には、同じ電位が与えられる。なお、開口部５３７を設けずに、導電層５２１と、導電層５２３と、に異なる電位を与えてもよい。または、開口部５３７を設けずに、導電層５２１を遮光膜として用いてもよい。例えば、導電層５２１を遮光性の材料により形成することで、チャネル形成領域５３１ｉに照射される下方からの光を抑制することができる。
また、図２３Ｂ、図２３Ｃに示すように、半導体層５３１は、第１のゲートとしての機能を有する導電層５２１と、第２のゲートとしての機能を有する導電層５２３のそれぞれと対向するように位置し、２つのゲートとしての機能を有する導電層に挟まれている。
また、トランジスタ７０Ｂもトランジスタ７０Ａと同様にＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造をとる。このような構成を有することで、トランジスタ７０Ｂに含まれる半導体層５３１を、第１のゲートとしての機能を有する導電層５２１および第２のゲートとしての機能を有する導電層５２３の電界によって電気的に取り囲むことができる。
トランジスタ７０Ｂは、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、導電層５２１または導電層５２３によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層５３１に印加することができる。これにより、トランジスタ７０Ｂの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ７０Ｂを微細化することが可能となる。また、トランジスタ７０Ｂは、導電層５２１、および導電層５２３によって、半導体層５３１が取り囲まれた構造を有するため、トランジスタ７０Ｂの機械的強度を高めることができる。
なお、トランジスタ７０Ｂを、導電層５２３の半導体層５３１に対する位置、または導電層５２３の形成方法から、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ　Ｇａｔｅ　Ｓｅｌｆ　Ａｌｉｇｎ）型のＦＥＴと呼称してもよい。
また、トランジスタ７０Ｂにおいて、絶縁層５１２が導電層５２３と重なる部分にのみ設けられているが、これに限られることなく、絶縁層５１２が半導体層５３１を覆う構成にすることもできる。また、導電層５２１を設けない構成にすることもできる。
また、絶縁層５１２と導電層５２３の間に酸化アルミニウム層を設けてもよい。酸化アルミニウム層を設けることにより、絶縁層５１２に含まれる過剰酸素が導電層５２３側に拡散しにくくすることができる。
また、導電層５２３は、少なくとも絶縁層５１２と接する領域が、酸素が拡散しにくい材料で構成されていることが好ましい。このような材料としては、アルミニウム、モリブデンなどがある。例えば、導電層５２３を、絶縁層５１２側にアルミニウムを設け、その上にチタンを設けた２層の積層構造としてもよい。また、導電層５２３を、絶縁層５１２側にモリブデンを設け、その上にアルミニウムとチタンを設けた３層の積層構造としてもよい。
＜トランジスタの構成例３＞
トランジスタの構造の一例として、トランジスタ７０Ｃについて、図２４Ａ、図２４Ｂ、図２４Ｃを用いて説明する。図２４Ａはトランジスタ７０Ｃの上面図である。図２４Ｂは、図２４ＡにＸ１−Ｘ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、図２４Ｃは、図２４ＡにＹ１−Ｙ２の一点鎖線で示す部位の断面図である。なお、図面をわかり易くするため、図２４Ａではトランジスタ７０Ｃの構成要素の一部（ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層等）を省略して図示している。なお、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２の延在方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２の延在方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。
トランジスタ７０Ｃは、絶縁層５２４上の導電層５２１と、絶縁層５２４上および導電層５２１上の絶縁層５１１と、絶縁層５１１上の半導体層５３１と、半導体層５３１上および絶縁層５１１上の導電層５２２ａと、半導体層５３１上および絶縁層５１１上の導電層５２２ｂと、半導体層５３１上、導電層５２２ａ上、および導電層５２２ｂ上の絶縁層５１２と、絶縁層５１２上の導電層５２３と、を有する。なお、絶縁層５２４は、基板であってもよい。
また、半導体層５３１として、例えば上記実施の形態に示した半導体材料を用いることができる。例えば、半導体層５３１として金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いてもよい。
絶縁層５１１および絶縁層５１２は、開口部５３５を有する。導電層５２３は、開口部５３５を介して、導電層５２１と電気的に接続される。
ここで、絶縁層５１１は、トランジスタ７０Ｃの第１のゲート絶縁層としての機能を有し、絶縁層５１２は、トランジスタ７０Ｃの第２のゲート絶縁層としての機能を有する。また、トランジスタ７０Ｃにおいて、導電層５２１は、第１のゲートとしての機能を有し、導電層５２２ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有し、導電層５２２ｂは、ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、トランジスタ７０Ｃにおいて、導電層５２３は、第２のゲートとしての機能を有する。
なお、トランジスタ７０Ｃは、いわゆるチャネルエッチ型のトランジスタであり、デュアルゲート構造である。
また、トランジスタ７０Ｃは、導電層５２３を設けない構成にすることもできる。この場合、トランジスタ７０Ｃは、いわゆるチャネルエッチ型のトランジスタであり、ボトムゲート構造である。
図２４Ｂ、図２４Ｃに示すように、半導体層５３１は、導電層５２１、および導電層５２３と対向するように位置し、２つのゲートの機能を有する導電層に挟まれている。導電層５２３のチャネル長方向の長さ、および導電層５２３のチャネル幅方向の長さは、半導体層５３１のチャネル長方向の長さ、および半導体層５３１のチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、半導体層５３１の全体は、絶縁層５１２を介して導電層５２３に覆われている。
別言すると、導電層５２１および導電層５２３は、絶縁層５１１および絶縁層５１２に設けられる開口部５３５において接続され、かつ半導体層５３１の側端部よりも外側に位置する領域を有する。
このような構成を有することで、トランジスタ７０Ｃに含まれる半導体層５３１を、導電層５２１および導電層５２３の電界によって電気的に囲むＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造にすることができる。
トランジスタ７０Ｃは、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、第１のゲートの機能を有する導電層５２１によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層５３１に印加することができるため、トランジスタ７０Ｃの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ７０Ｃを微細化することが可能となる。
また、トランジスタ７０Ｃは、第１のゲートの機能を有する導電層５２１および第２のゲートの機能を有する導電層５２３によって、半導体層５３１が囲まれた構造を有するため、トランジスタ７０Ｃの機械的強度を高めることができる。
トランジスタ７０Ａは、例えばトランジスタ２５１に用いることができる。トランジスタ２５１としてトランジスタ７０Ａを用いた表示装置１００の断面構成例を図２５Ａに示す。また、トランジスタ２５１として単結晶シリコントランジスタを用いてもよい。トランジスタ２５１として単結晶シリコントランジスタを用いた表示装置１００の断面構成例を図２５Ｂに示す。
トランジスタ２５１として単結晶シリコントランジスタを用いる場合は、基板１１１として単結晶シリコンを用いる。単結晶シリコントランジスタは、基板１１１の一部をチャネル形成領域として用いる。また、トランジスタ２５１として単結晶シリコントランジスタを用いる場合は、基板１１１としてＳＯＩ基板を用いてもよい。
また、周辺回路領域２３２および周辺回路領域２３３の一方または双方を、表示領域２３５と重ねて設けてもよい。例えば、図２６に示すように、周辺回路領域に含まれるトランジスタ２５２を単結晶シリコントランジスタで形成し、単結晶シリコントランジスタ上に、表示領域２３５に含まれるトランジスタ２５１および発光素子１７０を設けてもよい。
周辺回路領域と表示領域を重ねて設けることで、表示装置１００の小型化が実現できる。また、表示装置１００の外形寸法が一定である場合、表示領域の面積を拡大できる。よって、表示装置１００の解像度を高めることができる。また、画素の解像度が一定の場合、１画素あたりの占有面積を増やすことができる。よって、表示装置の発光輝度を高めることができる。また、画素の開口率を高めることができる。例えば、画素の開口率を、４０％以上１００％未満、好ましくは５０％以上９５％以下、より好ましくは６０％以上９５％以下とすることができる。また、１画素あたりの開口率の拡大によって、画素が有する発光素子に供給する電流密度を低減できる。よって、発光素子に加わる負荷が軽減され、表示装置１００の信頼性を高めることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示装置を適用可能な電子機器について説明する。
本発明の一態様の表示装置を、電子機器の表示部に適用することができる。したがって、表示品位の高い電子機器を実現できる。または、極めて高精細な電子機器を実現できる。または、信頼性の高い電子機器を実現できる。
本発明の一態様に係る表示装置などを用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化とスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、燃料を用いたエンジン、または蓄電体からの電力を用いた電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機、惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。
本発明の一態様に係る電子機器は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。
本発明の一態様に係る電子機器は、二次電池（バッテリ）を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
本発明の一態様に係る電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像および情報等の表示を行うことができる。また、電子機器がアンテナ及び二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
本発明の一態様に係る電子機器は、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。
本発明の一態様に係る電子機器は、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。
さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画または動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体（外部または電子機器に内蔵）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することができる。なお、本発明の一態様の電子機器が有する機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
本発明の一態様に係る表示装置は、高精細な画像を表示することができる。そのため、特に携帯型の電子機器、装着型の電子機器（ウェアラブル機器）、及び電子書籍端末などに好適に用いることができる。また、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）機器、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）機器などにも好適に用いることができる。
図２７Ａに、ヘッドマウントディスプレイ８１０の外観を示す。ヘッドマウントディスプレイ８１０は、装着部８１１、レンズ８１２、本体８１３、表示部８１４、ケーブル８１５等を有している。また装着部８１１には、バッテリ８１６が内蔵されている。表示部８１４に、本発明の一態様に係る表示装置を適用できる。
ケーブル８１５は、バッテリ８１６から本体８１３に電力を供給する。本体８１３は無線受信機等を備え、受信した画像データ等の映像情報を表示部８１４に表示させることができる。また、本体８１３に設けられたカメラで使用者の眼球、および、まぶたの一方または双方の動きを捉え、その情報をもとに使用者の視線を算出することにより、使用者の視線を入力手段として用いることができる。
また、装着部８１１には、使用者に触れる位置に複数の電極が設けられていてもよい。本体８１３は使用者の眼球の動きに伴って電極に流れる電流を検知することにより、使用者の視線を認識する機能を有していてもよい。また、当該電極に流れる電流を検知することにより、使用者の脈拍をモニタする機能を有していてもよい。また、装着部８１１には、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ等の各種センサを有していてもよく、使用者の生体情報を表示部８１４に表示する機能を有していてもよい。また、使用者の頭部の動きなどを検出し、表示部８１４に表示する映像をその動きに合わせて変化させてもよい。
図２７Ｂに、ヘッドマウントディスプレイ８２０の外観を示す。ヘッドマウントディスプレイ８２０はゴーグル型の情報処理装置である。
ヘッドマウントディスプレイ８２０は、筐体８２１、操作ボタン８２３、バンド状の固定具８２４、及び２つの表示部８２２を有する。２つの表示部８２２を有することで、使用者は片方の目につき１つの表示部を見ることができる。これにより、視差を用いた３次元表示等を行う際であっても、高い解像度の映像を表示することができる。また、表示部８２２は使用者の目を概略中心とした円弧状に湾曲している。これにより、使用者の目から表示部の表示面までの距離が一定となるため、使用者はより自然な映像を見ることができる。また、表示部からの光の輝度および色度が見る角度によって変化してしまうような場合であっても、表示部の表示面の法線方向に使用者の目が位置するため、実質的にその影響を無視することができるため、より現実感のある映像を表示することができる。
操作ボタン８２３は、電源ボタンなどの機能を有する。また操作ボタン８２３の他にボタンを有していてもよい。
表示部８２２に、本発明の一態様に係る表示装置を適用できる。本発明の一態様に係る表示装置は、極めて精細度が高いため、使用者に画素が視認されにくく、より現実感の高い映像を表示できる。
図２７Ｃに、ファインダー８４０を取り付けた状態の、カメラ８３０の外観を示す。
カメラ８３０は、筐体８３１、表示部８３２、操作ボタン８３３、シャッターボタン８３４等を有する。またカメラ８３０には、着脱可能なレンズ８３６が取り付けられている。
ここではカメラ８３０として、レンズ８３６を筐体８３１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ８３６と筐体が一体となっていてもよい。
カメラ８３０は、シャッターボタン８３４を押すことにより、撮像することができる。また、表示部８３２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部８３２をタッチすることにより撮像することも可能である。
カメラ８３０の筐体８３１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８４０のほか、ストロボ装置等を接続することができる。
ファインダー８４０は、筐体８４１、表示部８４２、ボタン８４３等を有する。
筐体８４１は、カメラ８３０のマウントと係合するマウントを有しており、ファインダー８４０をカメラ８３０に取り付けることができる。また当該マウントには電極を有し、当該電極を介してカメラ８３０から受信した映像等を表示部８４２に表示させることができる。
ボタン８４３は、電源ボタンとしての機能を有する。ボタン８４３により、表示部８４２の表示のオン・オフを切り替えることができる。
カメラ８３０の表示部８３２、及びファインダー８４０の表示部８４２に、本発明の一態様に係る表示装置を適用することができる。
なお、図２７Ｃでは、カメラ８３０とファインダー８４０とを別の電子機器とし、これらを脱着可能な構成としたが、カメラ８３０の筐体８３１に、本発明の一態様に係る表示装置を備えるファインダーが内蔵されていてもよい。
図２７Ｄに示す情報端末８５０は、筐体８５１、表示部８５２、マイク８５７、スピーカ部８５４、カメラ８５３、および操作スイッチ８５５などを有する。表示部８５２に、本発明の一態様に係る表示装置を適用できる。また、表示部８５２は、タッチパネルとしての機能を有する。また、情報端末８５０は、筐体８５１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末８５０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。
図２７Ｅに腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末８６０は、筐体８６１、表示部８６２、バンド８６３、バックル８６４、操作スイッチ８６５、入出力端子８６６などを備える。また、情報端末８６０は、筐体８６１の内側にアンテナおよびバッテリなどを備える。情報端末８６０は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
また、表示部８６２はタッチセンサを備え、指またはスタイラスなどで画面に触れることで操作できる。例えば、表示部８６２に表示されたアイコン８６７に触れることで、アプリケーションを起動できる。操作スイッチ８６５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末８６０に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ８６５の機能を設定することもできる。
また、情報端末８６０は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。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、情報端末８６０は入出力端子８６６を備え、入出力端子８６６を介して他の情報端末とデータの送受信を行うことができる。また入出力端子８６６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子８６６を介さずに無線給電により行ってもよい。
図２７Ｆは、テレビジョン装置８７０を示す斜視図である。テレビジョン装置８７０は、筐体８７１、表示部８７２、スピーカ８７３、操作キー８７４（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子８７５、センサ８７６（距離、光、温度などを測定する機能を含むもの）、などを有する。表示部８７２に、本発明の一態様に係る表示装置を適用できる。テレビジョン装置８７０は、表示部８７２に、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示装置を組み込むことが可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００：表示装置、１１１：基板、１１２：絶縁層、１１３：絶縁層、１１４：絶縁層、１１５：絶縁層、１１６：絶縁層、１１７：電極、１１８：導電層、１１９：配線、１２１：基板、１２２：絶縁層、１２４：ＦＰＣ、１２６：保護層、１３１：着色層、１３２：遮光層、１３３：絶縁層、１３８：接続層、１３９：絶縁層、１４２：接着層、１５１：素子基板、１６１：開口、１７０：発光素子

Claims (6)

  1. 　陽極と、前記陽極上のＥＬ層と、前記ＥＬ層上の陰極と、を有し、
    　前記ＥＬ層の側面に隣接する第１の層と、
    　前記第１の層を介して前記側面に隣接する第１の部位と、を有し、
    　前記ＥＬ層の底面と前記側面のなす角度θが９０度よりも大きく、
    　前記第１の部位の屈折率が前記第１の層の屈折率よりも小さい発光素子。
  2. 　請求項１において、
    　前記角度θは、９０度よりも大きく、１３５度以下である発光素子。
  3. 　請求項１または請求項２において、
    　前記第１の部位は、第１８族元素、窒素、酸素、またはフッ素を含む発光素子。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光素子は、
    　陰極側から光を射出する機能を有する発光素子。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光素子を複数有し、
    　かつ、複数のトランジスタを有する表示装置。
  6. 　請求項４または請求項５に記載の表示装置と、
    　アンテナ、バッテリ、またはセンサの少なくとも一と、
    　を有する電子機器。
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