WO2023017352A1 - 半導体装置 - Google Patents

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WO2023017352A1
WO2023017352A1 PCT/IB2022/057030 IB2022057030W WO2023017352A1 WO 2023017352 A1 WO2023017352 A1 WO 2023017352A1 IB 2022057030 W IB2022057030 W IB 2022057030W WO 2023017352 A1 WO2023017352 A1 WO 2023017352A1
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light
transistor
emitting diode
layer
light emitting
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山崎舜平
木村肇
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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    • H10D86/423—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs having a particular composition, shape or crystalline structure of the active layer comprising semiconductor materials not belonging to the Group IV, e.g. InGaZnO
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    • H10D86/40—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs
    • H10D86/60—Integrated devices formed in or on insulating or conducting substrates, e.g. formed in silicon-on-insulator [SOI] substrates or on stainless steel or glass substrates characterised by multiple TFTs wherein the TFTs are in active matrices

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to semiconductor devices and electronic devices.
  • one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
  • Technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, memory devices, electronic devices, lighting devices, input devices, input/output devices, and driving methods thereof. , or methods for producing them, can be mentioned as an example.
  • a semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics and refers to a circuit including a semiconductor element (transistor, diode, photodiode, or the like), a device having the same circuit, and the like. It also refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, an integrated circuit, a chip with an integrated circuit, and an electronic component containing a chip in a package are examples of semiconductor devices.
  • storage devices, display devices, light-emitting devices, lighting devices, electronic devices, and the like are themselves semiconductor devices and may include semiconductor devices.
  • display devices are required to have high definition in order to display high-resolution images.
  • low power consumption is required for the display of information terminal devices such as smart phones, tablet terminals, and notebook PCs (personal computers).
  • a display device that has various functions in addition to displaying an image, such as a function as a touch panel or a function of capturing an image of a fingerprint for authentication.
  • a light-emitting element also referred to as an EL element
  • EL the phenomenon of electroluminescence
  • Patent Literature 1 discloses a display device that has a function as a touch panel and to which an organic EL element is applied.
  • Patent Document 2 discloses an example of a display panel having micro LEDs (Light Emitting Diodes).
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a display device having an imaging function. Another object is to provide a high-definition imaging device or display device. Another object is to provide a display device or an imaging device with a high aperture ratio. Another object is to provide an imaging device or a display device that can perform imaging with high sensitivity. Another object is to provide a display device from which biometric information such as a fingerprint can be obtained. Another object is to provide a display device that functions as a touch panel. Alternatively, another object is to provide a display device having an imaging function that is mounted in a vehicle or the like.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a highly reliable display device, imaging device, or electronic device.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a display device, an imaging device, an electronic device, or the like having a novel structure.
  • An object of one aspect of the present invention is to alleviate at least one of the problems of the prior art.
  • a light-emitting diode hereinafter also referred to as LED
  • a light receiving element is also picked up and mounted on a second substrate on which light emitting diodes are mounted, and a plurality of light emitting diodes are arranged so as to surround the light receiving element to realize a display device having a light receiving area between the light emitting areas. do.
  • a semiconductor substrate or a sapphire substrate is used to produce a light-emitting diode.
  • a semiconductor substrate single crystal silicon substrate, silicon carbide substrate
  • a sapphire substrate as an initial growth substrate
  • a light emitting diode is manufactured on the substrate by a known method.
  • respective substrates are prepared in order to obtain red, blue, and green emission colors.
  • the first substrate is for manufacturing a plurality of red light emitting diodes
  • the second substrate is for manufacturing a plurality of blue light emitting diodes
  • the third substrate is for manufacturing a plurality of green light emitting diodes.
  • a set of a certain amount of light-emitting diodes for example, three types of light-emitting diodes are fixed with a temporary adhesive tape as one set, and then mounted.
  • two blue light-emitting diodes out of three blue light-emitting diodes may emit red or green light, thereby realizing a full-color display.
  • a set of three blue light emitting diodes can be picked up and mounted.
  • the structure disclosed in this specification has a plurality of first terminal electrodes and a plurality of second terminal electrodes on a substrate, a light emitting diode on the first terminal electrodes, and a light emitting diode on the second terminal electrodes.
  • a light-receiving element having a photoelectric conversion layer, the light-emitting diode having a first electrode and a second electrode, the first electrode overlapping the first terminal electrode, and the first terminal electrode
  • the semiconductor device is electrically connected to the driving circuit of the light-emitting diode
  • the second terminal electrode is electrically connected to the driving circuit of the light-receiving element.
  • connection layer when mounting the light-emitting diode or the light-receiving element, the terminal electrodes provided on the substrate and the electrodes of the diode chip are aligned, bonding or crimping is performed, and the connection layer is electrically connected. connect to Wire bonding using Cu or Au as a wire material can also be used. Note that solder, metal nanoparticles (Cu, Ag, Ni, Sn, Zn, etc.), or an anisotropic conductive film can be used for the connection layer.
  • An anisotropic conductive film (ACF) is a resin material in which conductive particles are dispersed in a thermosetting epoxy resin.
  • the substrate is a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, or a semiconductor substrate.
  • a photodiode having a photoelectric conversion layer in which a region in which an n-type or p-type dopant is added to a single crystal semiconductor substrate, and an amorphous semiconductor film (typically an amorphous silicon film) are used as the photoelectric conversion layer.
  • a photodiode can be used.
  • a photodiode may be formed in advance on a semiconductor substrate, and a light-emitting diode may be mounted on the semiconductor substrate.
  • a second light emitting diode overlying the second region and a third light emitting diode overlying a third region of the semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate comprises the first region, the second region, or the third region;
  • a semiconductor device having any one or more of the regions and a fourth region adjacent thereto, the fourth region of the semiconductor substrate having a photoelectric conversion layer and functioning as a light receiving element.
  • the first light-emitting diode has a first electrode and a second electrode on the first region, and the first light-emitting diode has one terminal connected to the first electrode or the second electrode. It's a tip.
  • the semiconductor device described above has a light receiving element between a plurality of light emitting elements, in other words, has a light receiving region between the plurality of light emitting regions. Therefore, since both display and light reception can be performed in the display area, it can be used for various applied products.
  • mobile information terminals, wearable terminals, in-vehicle products, and the like are listed.
  • an in-vehicle product such as a portable information terminal having a display screen that can be authenticated by an infrared sensor (IR sensor), LiDAR (Light Detection and Ranging).
  • the LiDAR has a vertical cavity surface emitting laser and a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor capable of receiving near-infrared rays.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • a novel display device having light receiving elements between a plurality of light emitting elements can be provided.
  • FIG. 1A1, 1A2 and 1A3 are perspective views of a light emitting diode manufacturing substrate
  • FIG. 1A4 is a perspective view of a light receiving element manufacturing substrate
  • FIG. 1B is a perspective view of a substrate in the process of mounting, showing one aspect of the present invention.
  • 2A and 2E are cross-sectional views showing configuration examples of the display device.
  • 2B-2D and 2F-2H are top views of exemplary pixels.
  • 3A and 3B are cross-sectional views showing configuration examples of the display device.
  • 3C and 3D are top views of exemplary pixels.
  • 4A and 4B are block diagrams of display panel 200 illustrating one aspect of the present invention.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating circuit configuration examples of imaging pixels.
  • 6A to 6D are diagrams illustrating configuration examples of display pixels.
  • 7A, 7B, and 7C are configuration examples of light emitting elements.
  • 8A1, 8A2 and 8A3 are perspective views of a manufacturing substrate of a light emitting diode.
  • FIG. 8B is a perspective view of a board in the process of being mounted, showing one aspect of the present invention.
  • 9A and 9B are diagrams illustrating a Si transistor.
  • 10A to 10D are diagrams illustrating an OS transistor.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration example of a display device.
  • 12A to 12D are diagrams illustrating examples of transistors.
  • 13A to 13F are diagrams illustrating examples of electronic devices.
  • 14A to 14F are diagrams illustrating examples of electronic devices.
  • connection relationships other than the connection relationships shown in the drawings or the text are not limited to the predetermined connection relationships, for example, the connection relationships shown in the drawings or the text. It is assumed that X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wiring, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).
  • X and Y are electrically connected is an element that enables electrical connection between X and Y (for example, switch, transistor, capacitive element, inductor, resistive element, diode, display devices, light emitting devices, loads, etc.) can be connected between X and Y.
  • the switch is controlled to be on and off. In other words, the switch has a function of controlling whether it is in a conducting state (on state) or a non-conducting state (off state) to allow current to flow.
  • a circuit that enables functional connection between X and Y eg, a logic circuit (inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.), a signal conversion Circuits (digital-to-analog conversion circuit, analog-to-digital conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (booster circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes the potential level of signals, etc.), voltage source, current source , switching circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc.) It is possible to connect one or more between As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, when a signal output from X is transmitted to Y, X and Y are considered to be functionally connected. do.
  • X and Y are electrically connected, it means that X and Y are electrically connected (that is, another element or another circuit is interposed), and the case where X and Y are directly connected (that is, the case where X and Y are connected without another element or another circuit between them). (if any).
  • X and Y, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are electrically connected to each other, and X, the source of the transistor (or the 1 terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and are electrically connected in the order of Y'.
  • the source (or first terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to X
  • the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to Y
  • X is the source of the transistor ( or the first terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are electrically connected in this order.
  • X is electrically connected to Y through the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor, and X is the source (or first terminal, etc.) of the transistor; terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are provided in this connection order.
  • the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor can be distinguished by defining the order of connection in the circuit configuration.
  • the technical scope can be determined.
  • these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods.
  • X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wiring, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).
  • circuit diagram shows independent components electrically connected to each other, if one component has the functions of multiple components.
  • one component has the functions of multiple components.
  • the term "electrically connected" in this specification includes cases where one conductive film functions as a plurality of constituent elements.
  • the term “capacitance element” refers to, for example, a circuit element having a capacitance value higher than 0 F, a wiring region having a capacitance value higher than 0 F, a parasitic capacitance, a transistor can be the gate capacitance of Therefore, in this specification and the like, the term “capacitance element” means not only a circuit element including a pair of electrodes and a dielectric material contained between the electrodes, but also a parasitic element occurring between wirings. Capacitance, gate capacitance generated between one of the source or drain of the transistor and the gate, and the like are included.
  • capacitor element in addition, terms such as “capacitance element”, “parasitic capacitance”, and “gate capacitance” can be replaced with terms such as “capacitance”, and conversely, the term “capacitance” can be replaced with terms such as “capacitance element”, “parasitic capacitance”, and “capacitance”. term such as “gate capacitance”.
  • a pair of electrodes” in the “capacitance” can be replaced with a "pair of conductors," a “pair of conductive regions,” a “pair of regions,” and the like.
  • the value of the capacitance can be, for example, 0.05 fF or more and 10 pF or less. Also, for example, it may be 1 pF or more and 10 ⁇ F or less.
  • a transistor has three terminals called a gate, a source, and a drain.
  • a gate is a control terminal that controls the conduction state of a transistor.
  • the two terminals functioning as source or drain are the input and output terminals of the transistor.
  • One of the two input/output terminals functions as a source and the other as a drain depending on the conductivity type of the transistor (n-channel type, p-channel type) and the level of potentials applied to the three terminals of the transistor. Therefore, in this specification and the like, the terms “source” and “drain” can be used interchangeably.
  • a transistor may have a back gate in addition to the three terminals described above, depending on the structure of the transistor.
  • one of the gate and back gate of the transistor may be referred to as a first gate
  • the other of the gate and back gate of the transistor may be referred to as a second gate.
  • the terms "gate” and “backgate” may be used interchangeably for the same transistor.
  • the respective gates may be referred to as a first gate, a second gate, a third gate, or the like in this specification and the like.
  • a “node” can be replaced with a terminal, a wiring, an electrode, a conductive layer, a conductor, an impurity region, or the like, depending on the circuit configuration, device structure, and the like. Also, terminals, wirings, etc. can be rephrased as “nodes”.
  • ordinal numbers such as “first”, “second”, and “third” are added to avoid confusion of constituent elements. Therefore, the number of components is not limited. Also, the order of the components is not limited. For example, a component referred to as “first” in one embodiment such as this specification is a component referred to as “second” in other embodiments or claims. It is possible. Further, for example, a component referred to as “first” in one of the embodiments in this specification may be omitted in other embodiments or the scope of claims.
  • electrode B on insulating layer A does not require that electrode B be formed on insulating layer A in direct contact with another configuration between insulating layer A and electrode B. Do not exclude those containing elements.
  • electrode B overlapping the insulating layer A is not limited to the state in which the electrode B is formed on the insulating layer A, but the state in which the electrode B is formed under the insulating layer A or A state in which the electrode B is formed on the right (or left) side of the insulating layer A is not excluded.
  • the terms “adjacent” and “proximity” do not limit that components are in direct contact with each other.
  • electrode B adjacent to insulating layer A it is not necessary that insulating layer A and electrode B are formed in direct contact, and another component is provided between insulating layer A and electrode B. Do not exclude what is included.
  • Electrode any electrode that is used as part of a “wiring” and vice versa.
  • the term “electrode” or “wiring” includes the case where a plurality of “electrodes” or “wiring” are integrally formed.
  • terminal may be used as part of “wiring” or “electrode” and vice versa.
  • terminal includes a case where a plurality of "electrodes", “wirings”, “terminals”, etc. are integrally formed.
  • an “electrode” can be part of a “wiring” or a “terminal”, and a “terminal” can be part of a “wiring” or an “electrode”, for example.
  • Terms such as “electrode”, “wiring”, and “terminal” may be replaced with terms such as "region” in some cases.
  • terms such as “wiring”, “signal line”, and “power line” can be interchanged depending on the case or situation. For example, it may be possible to change the term “wiring” to the term “signal line”. Also, for example, it may be possible to change the term “wiring” to a term such as "power supply line”. Also, vice versa, terms such as “signal line” and “power line” may be changed to the term “wiring”. It may be possible to change terms such as “power line” to terms such as “signal line”. Also, vice versa, terms such as “signal line” may be changed to terms such as "power line”. In addition, the term “potential” applied to the wiring may be changed to the term “signal” depending on the circumstances. And vice versa, terms such as “signal” may be changed to the term “potential”.
  • parallel means a state in which two straight lines are arranged at an angle of -10° or more and 10° or less. Therefore, the case of ⁇ 5° or more and 5° or less is also included.
  • substantially parallel or “substantially parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of -30° or more and 30° or less.
  • Perfect means that two straight lines are arranged at an angle of 80° or more and 100° or less. Therefore, the case of 85° or more and 95° or less is also included.
  • arrows indicating the X direction, the Y direction, and the Z direction may be attached in the drawings and the like according to this specification.
  • the “X direction” is the direction along the X axis, and the forward direction and the reverse direction may not be distinguished unless explicitly stated.
  • the X direction, the Y direction, and the Z direction are directions that cross each other. More specifically, the X-direction, Y-direction, and Z-direction are directions orthogonal to each other.
  • first direction or “first direction”
  • second direction or a “second direction”
  • third direction or “third direction”.
  • a pixel circuit or a driver circuit is formed over the glass substrate 201, and a plurality of terminal electrodes are formed.
  • a light-emitting element and a light-receiving element are mounted on the formed terminal electrodes to fabricate a display device.
  • a light-emitting diode formed on a sapphire substrate is used as a light-emitting element.
  • a sapphire substrate as an initial growth substrate, a plurality of light-emitting diodes having a desired size are manufactured on the substrate in advance by a known method. Since the material of the light-emitting layer differs depending on the color of light emitted from the light-emitting diode, the same number of sapphire substrates as the number of colors of light emitted is prepared.
  • a red light emitting diode substrate 901 shown in FIG. 1A1, a green light emitting diode substrate 902 shown in FIG. 1A2, and a blue light emitting diode substrate 903 shown in FIG. 1A3 are prepared.
  • Each substrate has a rectangular planar shape with a chip size of less than 0.1 mm on at least one side, or a rectangular planar shape with a chip size of at least one side on at least one side of 0.1 mm or more. They are arranged vertically and horizontally.
  • FIG. 1A4 is a perspective view of a substrate provided with a light receiving element.
  • FIG. 1B shows a perspective view during mounting, in which the red light emitting diode 11R, the green light emitting diode 11G, and the blue light emitting diode 11B are arranged on the glass substrate 201 on which the light receiving element 212 is mounted. It shows the steps to implement one by one.
  • a red light-emitting diode 11R As sub-pixels, a red light-emitting diode 11R, a green light-emitting diode 11G, and a blue light-emitting diode 11B are provided as one pixel to enable full-color display. ing. Note that the arrangement position of the sub-pixel and the size of the light-emitting region are not particularly limited to the example of FIG. 1B, and may be appropriately set by the designer.
  • the light-emitting diode 11B that emits excitation light in the blue wavelength band may be used and combined with a color conversion layer (also called a phosphor layer) to realize full-color display.
  • a color conversion layer also called a phosphor layer
  • a color conversion layer is a resin layer containing a fluorescent dye (pigment or dye).
  • a pixel circuit or a driver circuit formed over the glass substrate 201 may be formed using a thin film transistor, and an amorphous semiconductor film, a polycrystalline semiconductor film, or an oxide semiconductor film may be used as a material for the semiconductor layer of the thin film transistor. can be done.
  • a polycrystalline silicon film also referred to as a polysilicon film
  • an IGZO film can be used as the oxide semiconductor film.
  • a pixel circuit or a driver circuit can be formed by combining a first thin film transistor using a polycrystalline semiconductor film over the glass substrate 201 and a second thin film transistor using an oxide semiconductor film.
  • a protective substrate is arranged.
  • the protective substrate it is preferable to use a material that transmits light from the light emitting diode and a material that does not block the light received by the light receiving element.
  • a quartz substrate, a glass substrate, or a film is used.
  • FIG. 2A A schematic cross-sectional view of the display panel 200 thus manufactured is shown in FIG. 2A.
  • a display panel 200 is provided with a functional layer 203 including a pixel circuit or a driver circuit on a glass substrate 201, a light-emitting diode and a light-receiving element are provided thereon, and a protective substrate 202 is provided.
  • the functional layer 203 has switches, transistors, capacitors, wiring, and terminal electrodes 203a, which are electrically connected to the electrodes 11a of the light-emitting diodes.
  • a connection layer containing solder or conductive fine particles may be used to connect the terminal electrodes to the electrodes of the light-emitting diode and the light-receiving element.
  • a gap between the protective substrate 202 and the glass substrate 201 may be filled with resin or the like, or may be filled with dry gas.
  • a gap material may be arranged to maintain a gap between the protective substrate 202 and the glass substrate 201, or the peripheral portions of the protective substrate 202 and the glass substrate 201 may be fixed with a sealing material.
  • the display panel 200 has a plurality of pixels arranged in a matrix.
  • One pixel has one or more sub-pixels.
  • One subpixel has one light emitting diode.
  • a pixel has three sub-pixels (three colors of R, G, and B, or three colors of yellow (Y), cyan (C), and magenta (M)), or sub-pixels (4 colors of R, G, B, and white (W), or 4 colors of R, G, B, Y, etc.) can be applied.
  • the pixel has a light receiving element 212 .
  • the light-receiving elements 212 may be provided in all the pixels, or may be provided in some of the pixels. Also, one pixel may have a plurality of light receiving elements 212 .
  • FIG. 2A shows how a finger 220 touches the surface of the protective substrate 202 .
  • Part of the light emitted by the light emitting diode 11G is reflected at the contact portion between the protective substrate 202 and the finger 220.
  • FIG. A portion of the reflected light is incident on the light receiving element 212, so that contact of the finger 220 with the protective substrate 202 can be detected. That is, the display panel 200 can function as a touch panel.
  • FIGS. 2B to 2D examples of pixels applicable to the display panel 200 are shown in FIGS. 2B to 2D.
  • the pixels shown in FIGS. 2B and 2C have a red (R) light emitting diode 11R, a green (G) light emitting diode 11G, a blue (B) light emitting diode 11B, and a light receiving element 212, respectively.
  • FIG. 2B is an example in which three light-emitting diodes and one light-receiving element are arranged in a 2 ⁇ 2 matrix.
  • FIG. 2C shows an example in which three light-emitting diodes are arranged in a row, and one horizontally long light receiving element 212 is arranged below them.
  • the pixel shown in FIG. 2D is an example having a white (W) light emitting diode 11W.
  • the white (W) light emitting diode 11W uses a blue light emitting diode and emits white light by illuminating a yellow phosphor.
  • four kinds of light-emitting diodes are arranged in a line, and a light receiving element 212 is arranged below them.
  • the pixel configuration is not limited to the above, and various arrangement methods can be adopted.
  • a display panel 200A shown in FIG. 2E has light-emitting diodes 11IR in addition to the configuration illustrated in FIG. 2A.
  • the light emitting diode 11IR is a light emitting diode that emits infrared light IR. Further, at this time, it is preferable to use an element capable of receiving at least the infrared light IR emitted by the light emitting diode 11IR as the light receiving element 212 .
  • the infrared light IR emitted from the light emitting diode 11IR is reflected by the finger 220, and part of the reflected light enters the light receiving element 212. , the position information of the finger 220 can be obtained.
  • 2F to 2H show examples of pixels applicable to the display panel 200A.
  • FIG. 2F shows an example in which three light-emitting diodes are arranged in a row, and a light-emitting diode 11IR and a light receiving element 212 are arranged side by side below it.
  • FIG. 2G is an example in which four types of light-emitting diodes including the light-emitting diode 11IR are arranged in a line, and a light receiving element 212 is arranged below them.
  • FIG. 2H shows an example in which three types of light-emitting diodes and light-receiving elements 212 are arranged around the light-emitting diode 11IR.
  • the positions of the light emitting diodes and the positions of the light emitting diode and the light receiving element are interchangeable.
  • Configuration example 1-3 An example of the configuration of the display panel 200B including a light emitting diode that emits blue light, a light emitting diode that emits infrared light, and a light receiving element that receives infrared light will be described below.
  • the display panel 200B shown in FIG. 3A has a color conversion layer 202R that overlaps the light emitting diodes 11B. It also has a color conversion layer 202G that overlaps with the light emitting diode 11B. When mounting, since a plurality of the same light emitting diodes 11B are mounted, they can be collectively mounted.
  • the display panel 200C shown in FIG. 3B is capable of full-color display using only the light-emitting diodes 11UV, and is capable of receiving ultraviolet rays.
  • the light emitting diode 11UV is a light emitting diode that emits ultraviolet light UV.
  • the display panel 200C shown in FIG. 3B has a color conversion layer 202r overlapping the light emitting diodes 11UV. It also has a color conversion layer 202b that overlaps with the light emitting diode 11UV. It also has a color conversion layer 202g that overlaps with the light emitting diode 11UV.
  • a color conversion layer 202r overlapping the light emitting diodes 11UV. It also has a color conversion layer 202b that overlaps with the light emitting diode 11UV. It also has a color conversion layer 202g that overlaps with the light emitting diode 11UV.
  • FIG. 3C shows four pixels to which the pentile arrangement is applied, two adjacent pixels having light-emitting diodes exhibiting different combinations of two colors of light. Note that FIG. 3C shows the top surface shape of the light emitting diode.
  • the upper left pixel and lower right pixel shown in FIG. 3C have light emitting diode 11R and light emitting diode 11G. Also, the upper right pixel and the lower left pixel have a light emitting diode 11G and a light emitting diode 11B. That is, in the example shown in FIG. 3C, each pixel is provided with a light-emitting diode 11G. Each light-emitting diode constitutes a sub-pixel, and two types of pixels are arranged, one being a combination of the light-emitting diode 11R and the light-emitting diode 11G, and the other being a combination of the light-emitting diode 11G and the light-emitting diode 11B.
  • the top surface shape of the light-emitting diode is not particularly limited, and may be a circle, an ellipse, a polygon, a polygon with rounded corners, or the like.
  • FIG. 3C shows an example in which the top surface shape of the light-emitting diode is a square (rhombus) inclined at approximately 45 degrees.
  • the top surface shape of the light-emitting diodes of each color may be different from each other, or may be the same for some or all colors.
  • the size of the light-emitting region of the light-emitting diode of each color may be different from each other, or may be the same for some or all colors.
  • the area of the light emitting region of the light emitting diode 11G provided in each pixel may be made smaller than the light emitting regions of the other elements.
  • FIG. 3D is a modification of the pixel arrangement shown in FIG. 3C.
  • the upper left pixel and lower right pixel shown in FIG. 3D have light emitting diode 11R and light emitting diode 11G.
  • the upper right pixel and the lower left pixel have a light emitting diode 11R and a light emitting diode 11B. That is, in the example shown in FIG. 3D, each pixel is provided with a light-emitting diode 11R.
  • Each light-emitting diode constitutes a sub-pixel, and two types of pixels are arranged, one being a combination of the light-emitting diode 11R and the light-emitting diode 11G, and the other being a combination of the light-emitting diode 11R and the light-emitting diode 11B.
  • FIGS. 3C and 3D do not show the light receiving element, it is not particularly limited as long as it is between the light emitting diodes.
  • one light receiving element may be arranged between two adjacent sub-pixels.
  • pixels with various arrangements can be applied to the display device having the display panel of this embodiment.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.
  • the display device has three types of light emitting diodes 11R, 11G, 11B and a light receiving device. Further, it may have a light emitting diode 11IR that emits near-infrared light as a light source.
  • the light-receiving device has the function of sensing light emitted by a visible light or near-infrared light source and reflected by an object. When a near-infrared light source is used, there is substantially no luminosity, so even if the light from the first, second, and third light-emitting devices is emitted from the display unit with high luminance, the visibility of the display is not affected. do not give
  • FIG. 4A shows a block diagram of the light receiving element 212 and the drive circuit in the display panel 200.
  • FIG. 4B shows a block diagram of the light-emitting diodes and drive circuits in the display panel 200.
  • a driving circuit is required for each. It is composed of the functional layer 203 or an external driving IC. Parts corresponding to the display panel 200 in FIG. 2A will be described using the same reference numerals in FIGS. 4A and 4B as well.
  • the display panel 200 includes the pixel array 17, the light receiving element 212, the first drive circuit section 13, the second drive circuit section 14, the readout circuit section 15, the wiring 131, the wiring 132, the wiring 133, and the control circuit section 16.
  • a configuration including a microlens array including a plurality of microlenses overlapping the light receiving element 212 may be employed.
  • the light receiving elements 212 are mounted in the column and row directions so as not to overlap the light emitting diodes. Note that in FIG. 4A, a terminal OUT indicates an output terminal.
  • the light receiving element 212 for example, a pn-type or pin-type photodiode can be used.
  • a photodiode chip using crystalline silicon can also be used for the light receiving device.
  • a photoelectric conversion element that detects incident light and generates an electric charge can be used as the light receiving device. In the light-receiving device, the amount of charge generated is determined based on the amount of incident light.
  • an organic photodiode having an organic compound in a photoelectric conversion layer can also be used.
  • Organic photodiodes are easy to make thinner, lighter and larger. Moreover, since the degree of freedom in shape and design is high, it can be applied to various display devices.
  • the display panel 200 includes a pixel array 17, three types of light emitting diodes 11R, 11G and 11B, a first driving circuit section 231 and a second driving circuit section 232.
  • the dotted line indicates the mounting position of the light receiving element 212, and shows the positional relationship with the mounting positions of the three sub-pixels, that is, the three types of light-emitting diodes 11R, 11G, and 11B in one pixel 10.
  • the display panel 200 has three display pixels and one imaging pixel in one pixel 10 .
  • sub-pixel the minimum unit in which an independent operation is performed in one "pixel" is defined as a “sub-pixel” for convenience. "Sub-pixel” may be replaced with “pixel”.
  • micro LEDs such as micro LEDs are used as the three types of light-emitting diodes 11R, 11G, and 11B.
  • the micro LED has a rectangular planar shape with at least one side less than 0.1 mm in chip size. Also, a mini-LED having a chip size of 0.1 mm or more on at least one side of a rectangular planar shape may be used.
  • the light receiving element 212 has a function of sensing light emitted by the green light emitting diode 11G and reflected by an object.
  • the light receiving element 212 may be a light receiving device sensitive to near-infrared light.
  • a light-emitting diode that emits infrared light may be further provided in the pixel 10 .
  • a driver circuit for imaging by the light receiving element 212 is provided independently of a driver circuit for display. Specifically, a driving circuit for imaging is shown in FIGS. 5A and 5B. 6A, 6B, 6C and 6D show driving circuits for display.
  • FIG. 5A is a circuit diagram illustrating a circuit configuration example of the light receiving element 212.
  • FIG. A driver circuit including the light receiving element 212 includes a transistor 102 , a transistor 103 , a transistor 104 , a transistor 105 and a capacitor 108 . Note that a configuration in which the capacitor 108 is not provided may be employed. Further, a transistor variation correction circuit may be provided, or the transistor variation may be externally corrected.
  • One electrode (cathode) of the light receiving element 212 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 102 .
  • the other of the source and drain of transistor 102 is electrically connected to one of the source and drain of transistor 103 .
  • One of the source and drain of transistor 103 is electrically connected to one electrode of capacitor 108 .
  • One electrode of capacitor 108 is electrically connected to the gate of transistor 104 .
  • One of the source and drain of the transistor 104 is electrically connected to one of the source and drain of the transistor 105 .
  • a wiring connecting the other of the source or the drain of the transistor 102, one electrode of the capacitor 108, and the gate of the transistor 104 is a node FD.
  • the node FD can function as a charge detection portion.
  • the other electrode (anode) of the light receiving element 212 is electrically connected to the wiring 121 .
  • a gate of the transistor 102 is electrically connected to the wiring 127 .
  • the other of the source and drain of the transistor 103 is electrically connected to the wiring 122 .
  • the other of the source and drain of the transistor 104 is electrically connected to the wiring 123 .
  • a gate of the transistor 103 is electrically connected to the wiring 126 .
  • a gate of the transistor 105 is electrically connected to the wiring 128 .
  • the other electrode of capacitor 108 is electrically connected to a reference potential line such as GND wiring, for example.
  • the other of the source and drain of the transistor 105 is electrically connected to the wiring 352 .
  • a wiring 127, a wiring 126, and a wiring 128 function as signal lines for controlling the on/off state of each transistor.
  • the wiring 352 has a function as an output line.
  • the wirings 121, 122, and 123 function as power supply lines.
  • the cathode side of the light receiving element 212 is electrically connected to the transistor 102, and the node FD is reset to a high potential to operate. Therefore, the wiring 122 is set at a high potential (potential higher than that of the wiring 121).
  • FIG. 5A shows the configuration in which the cathode of the light receiving element 212 is electrically connected to the node FD, but the anode side of the light receiving element 212 may be electrically connected to either the source or the drain of the transistor 102. .
  • the wiring 122 may be set at a low potential (a potential lower than that of the wiring 121).
  • the transistor 102 has a function of controlling the potential of the node FD.
  • the transistor 102 is also called a “transfer transistor”.
  • the transistor 103 has a function of resetting the potential of the node FD.
  • the transistor 103 is also called a "reset transistor”.
  • the transistor 104 functions as a source follower circuit and can output the potential of the node FD to the wiring 352 as image data.
  • the transistor 105 has a function of selecting a pixel for outputting image data.
  • the transistor 104 is also called an "amplification transistor”.
  • the transistor 105 is also called a "selection transistor".
  • the light receiving element 212 and the transistor 102 may be set as one set, and a plurality of sets of the light receiving element 212 and the transistor 102 may be connected to the node FD.
  • the area occupied by each light receiving element 212 can be reduced. Therefore, the mounting density of the light receiving elements 212 can be increased.
  • the light receiving element 212 and the transistor 102 in the first set are indicated as a light receiving element 212_1 and a transistor 102_1.
  • a gate of the transistor 102_1 is electrically connected to the wiring 127_1.
  • the light receiving element 212 and the transistor 102 in the second pair are indicated as a light receiving element 212_2 and a transistor 102_2.
  • a gate of the transistor 102_2 is electrically connected to the wiring 127_2.
  • the light receiving element 212 and the transistor 102 of the k-th pair (k is an integer equal to or greater than 1) are indicated as a light receiving element 212_k and a transistor 102_k.
  • a gate of the transistor 102 — k is electrically connected to the wiring 127 — k.
  • FIG. 6A is a diagram showing a circuit configuration example of a sub-pixel in one pixel 10.
  • a sub-pixel has a display pixel circuit 431 and a light-emitting diode 11R.
  • the other sub-pixels are a sub-pixel that emits blue light and a sub-pixel that emits green light.
  • Three types of light-emitting diodes are used as one pixel 10, and are arranged in m rows and n columns to form a display region. . Both m and n are integers of 1 or more.
  • a display pixel circuit 431 includes a transistor 436 , a capacitor 433 , a transistor 251 , and a transistor 434 . Also, the display pixel circuit 431 is electrically connected to the light emitting diode 11R.
  • One of the source electrode and the drain electrode of the transistor 436 is electrically connected to a wiring (hereinafter referred to as signal line DL_n) to which a data signal (also referred to as "video signal") is supplied. Further, a gate electrode of the transistor 436 is electrically connected to a wiring supplied with a gate signal (hereinafter referred to as a scan line GL_m). Signal line DL_n and scanning line GL_m correspond to wiring 237 and wiring 236 (in FIG. 4B), respectively.
  • the transistor 436 has a function of controlling writing of the data signal to the node 435 .
  • One of the pair of electrodes of the capacitor 433 is electrically connected to the node 435 and the other is electrically connected to the node 437 .
  • the other of the source and drain electrodes of transistor 436 is electrically connected to node 435 .
  • the capacitor 433 functions as a storage capacitor that holds data written to the node 435 .
  • One of the source electrode and the drain electrode of transistor 251 is electrically connected to potential supply line VL_a, and the other is electrically connected to node 437 . Additionally, the gate electrode of transistor 251 is electrically connected to node 435 .
  • One of the source and drain electrodes of transistor 434 is electrically connected to potential supply line V 0 , and the other is electrically connected to node 437 . Further, a gate electrode of the transistor 434 is electrically connected to the scan line GL_m.
  • One of the anode and cathode of the light emitting diode 11R is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the node 437.
  • the power supply potential for example, a relatively high potential side potential or a relatively low potential side potential can be used.
  • the power supply potential on the high potential side is referred to as a high power supply potential (also referred to as "VDD")
  • the power supply potential on the low potential side is referred to as a low power supply potential (also referred to as "VSS").
  • the ground potential can be used as a high power supply potential or a low power supply potential. For example, when the high power supply potential is the ground potential, the low power supply potential is lower than the ground potential, and when the low power supply potential is the ground potential, the high power supply potential is higher than the ground potential.
  • one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b is supplied with the high power supply potential VDD, and the other is supplied with the low power supply potential VSS.
  • the display pixel circuits 431 in each row are sequentially selected by a circuit included in the peripheral driver circuit, the transistors 436 and 434 are turned on, and the data signal is written to the node 435 .
  • a transistor variation correction circuit may be provided, or the transistor variation may be externally corrected.
  • FIG. 6B shows a modification of the circuit configuration of the display pixel shown in FIG. 6A.
  • the gate electrode of the transistor 436 is electrically connected to a line to which the first scan signal is applied (hereinafter referred to as scan line GL1_m).
  • a gate electrode of the transistor 434 is electrically connected to a line to which a second scan signal is supplied (hereinafter referred to as a scan line GL2_m).
  • the circuit configuration shown in FIG. 6B has a transistor 438 in addition to the circuit configuration shown in FIG. 6A.
  • One of the source and drain electrodes of transistor 438 is electrically connected to potential supply line V 0 , and the other is electrically connected to node 435 .
  • a gate electrode of the transistor 438 is electrically connected to a line to which a third scanning signal is applied (hereinafter referred to as scanning line GL3_m).
  • the scanning line GL1_m corresponds to the wiring 236 illustrated in FIG. 4B. Although wiring corresponding to each of the scanning line GL2_m and the scanning line GL3_m is not illustrated in FIG. 4B, the scanning line GL2_m and the scanning line GL3_m are electrically connected to the first drive circuit section 231 .
  • both the transistor 434 and the transistor 438 are turned on. Then, the potentials of the source electrode and the gate electrode of the transistor 251 become equal. Therefore, the gate voltage of the transistor 251 becomes 0 V, and the current flowing through the light emitting diode 11R can be cut off.
  • part or all of the transistors forming the display pixel circuit 431 may be formed of transistors having back gates.
  • a transistor having a back gate is used as the transistor.
  • each of transistors 434, 436, and 438 shows an example in which the gate and back gate are electrically connected.
  • the transistor 251 illustrated in FIG. 6B illustrates an example in which the back gate is electrically connected to the node 437 .
  • a transistor variation correction circuit may be provided, or the transistor variation may be externally corrected.
  • FIG. 6C shows a modification of the circuit configuration of the display pixel shown in FIG. 6A.
  • the circuit configuration shown in FIG. 6C has a configuration obtained by removing transistor 434 and potential supply line V0 from the circuit configuration shown in FIG. 6A.
  • Other configurations can be understood by referring to the description of the circuit configuration shown in FIG. 6A. Therefore, in order to reduce repetition of the description, detailed description of the circuit configuration shown in FIG. 6C is omitted.
  • some or all of the transistors forming the display pixel circuit 431 may be formed of transistors having back gates.
  • a transistor having a back gate may be used as the transistor 436 and the back gate and gate may be electrically connected.
  • the back gate may be electrically connected to one of the source and the drain of the transistor as in a transistor 251 illustrated in FIG. 6D.
  • the common wiring for the light emitting diodes 11R, 11G, and 11B and the common wiring for the light receiving element 212 may be used in common to reduce the number of wirings.
  • the light receiving element 212 can be used to acquire imaging data such as a fingerprint, a palm print, or an iris. That is, a biometric authentication function can be added to the display device. In addition, you may acquire imaging data by making a target object contact a display apparatus.
  • the light-receiving element 212 can be used to acquire imaging data such as a user's facial expression, eye movements, or changes in pupil diameter.
  • imaging data such as a user's facial expression, eye movements, or changes in pupil diameter.
  • the image data By analyzing the image data, it is possible to acquire information about the user's mind and body. Based on the information, one or both of the display and sound output by the display device can be changed, so that the user can perform an operation according to the mental and physical condition of the user.
  • These operations are effective, for example, for VR (Virtual Reality) equipment, AR (Augmented Reality) equipment, or MR (Mixed Reality) equipment.
  • a transistor variation correction circuit may be provided, or the transistor variation may be externally corrected.
  • the structure of the light-emitting diode is not particularly limited, and may be a MIS (Metal Insulator Semiconductor) junction, and may be a homostructure, heterostructure or double heterostructure having a PN junction or a PIN junction. It may also be a superlattice structure, a single quantum well structure in which thin films that produce a quantum effect are laminated, or a multiple quantum well (MQW: Multi Quantum Well) structure. Alternatively, an LED chip using nanocolumns may be used.
  • FIGS. 7A and 7B Examples of LED chips are shown in FIGS. 7A and 7B.
  • 7A shows a cross-sectional view of the LED chip 51
  • FIG. 7B shows a top view of the LED chip 51.
  • FIG. The LED chip 51 has a semiconductor layer 81 and the like.
  • the semiconductor layer 81 has an n-type semiconductor layer 75 , a light-emitting layer 77 on the n-type semiconductor layer 75 , and a p-type semiconductor layer 79 on the light-emitting layer 77 .
  • As a material for the p-type semiconductor layer 79 a material that has a larger bandgap energy than the light emitting layer 77 and can confine carriers in the light emitting layer 77 can be used.
  • the LED chip 51 has an electrode 85 functioning as a cathode on the n-type semiconductor layer 75, an electrode 83 functioning as a contact electrode on the p-type semiconductor layer 79, and an electrode 87 functioning as an anode on the electrode 83. be provided. Also, the top and side surfaces of the electrode 83 are preferably covered with an insulating layer 89 . The insulating layer 89 functions as a protective film for the LED chip 51 .
  • the n-type semiconductor layer 75 may have an n-type contact layer 75a on the substrate 71 side and an n-type clad layer 75b on the light emitting layer 77 side.
  • the p-type semiconductor layer 79 may have a p-type clad layer 79a on the light emitting layer 77 side and a p-type contact layer 79b on the p-type clad layer 79a.
  • the light-emitting layer 77 can use a multiple quantum well (MQW) structure in which barrier layers 77a and well layers 77b are stacked multiple times.
  • the barrier layer 77a preferably uses a material having a higher bandgap energy than the well layer 77b. With such a configuration, energy can be confined in the well layer 77b, the quantum efficiency can be improved, and the luminous efficiency of the LED chip 51 can be improved.
  • the electrode 83 can use a material that transmits light, such as ITO ( In2O3 - SnO2 ), AZO ( Al2O3 - ZnO), In-Zn oxide. Oxides such as ( In2O3 - ZnO), GZO (GeO2-ZnO), and ICO (In2O3 - CeO2 ) can be used.
  • the electrode 83 can use a material that reflects light, for example, a metal such as silver, aluminum, or rhodium.
  • light is emitted mainly to the substrate 71 side.
  • oxide single crystal such as sapphire single crystal (Al 2 O 3 ), spinel single crystal (MgAl 2 O 4 ), ZnO single crystal, LiAlO 2 single crystal, LiGaO 2 single crystal, MgO single crystal, Si Single crystals, SiC single crystals, GaAs single crystals, AlN single crystals, GaN single crystals, and boride single crystals such as ZrB2 can be used.
  • the substrate 71 is preferably made of a light-transmitting material.
  • a light-transmitting sapphire single crystal can be used.
  • a buffer layer (not shown) may be provided between the substrate 71 and the n-type semiconductor layer 75 .
  • the buffer layer has a function of alleviating the difference in lattice constant between the substrate 71 and the n-type semiconductor layer 75 .
  • the LED chip 51 that can be used as a light-emitting diode chip preferably has a horizontal structure in which the electrodes 85 and 87 are arranged on the same side as shown in FIG. 7A. Since the electrodes 85 and 87 of the LED chip 51 are provided on the same side, connection with the terminal electrodes is facilitated, and the structure of the terminal electrodes can be simplified. Furthermore, the LED chip 51 that can be used as a light-emitting diode chip is preferably a face-down type. By using the face-down type LED chip 51, the light emitted from the LED chip 51 is efficiently emitted to the display surface side of the display device, and a display device with high brightness can be obtained. A commercially available LED chip may be used as the LED chip 51 .
  • a color conversion layer is used to obtain white light emission.
  • the phosphor of the color conversion layer an organic resin layer having a surface printed or painted with a phosphor, an organic resin layer mixed with a phosphor, or the like can be used.
  • a material that is excited by the light emitted by the LED chip 51 and emits light of a complementary color to the emission color of the LED chip 51 can be used. With such a configuration, the light emitted by the light-emitting diode chip and the light emitted by the phosphor are combined, and white light can be emitted from the color conversion layer.
  • the LED chip 51 that emits blue light and a phosphor that emits yellow light, which is a complementary color of blue, a configuration in which white light is emitted from the color conversion layer can be obtained.
  • the LED chip 51 capable of emitting blue light a typical example is a diode made of a group 13 nitride-based compound semiconductor. , y is 0 or more and 1 or less, and x+y is 0 or more and 1 or less).
  • Typical examples of phosphors that emit yellow light when excited by blue light include Y3Al5O12 :Ce ( YAG :Ce), (Ba, Sr, Mg) 2SiO4 :Eu, Mn, and the like . .
  • an LED chip 51 that emits blue-green light and a phosphor that emits red light, which is a complementary color of blue-green, may be used so that white light is emitted from the color conversion layer.
  • the color conversion layer may have a plurality of types of phosphors, and the phosphors may emit light of different colors. For example, by using the LED chip 51 that emits blue light, a phosphor that emits red light, and a phosphor that emits green light, white light can be emitted from the color conversion layer.
  • Typical examples of phosphors that emit red light when excited by blue light include (Ca, Sr)S:Eu, Sr2Si7Al3ON13 :Eu, and the like .
  • Typical examples of phosphors that emit green light when excited by blue light include SrGa2S4 :Eu and Sr3Si13Al3O2N21 : Eu .
  • the LED chip 51 that emits near-ultraviolet light or violet light and a phosphor that emits red light, a phosphor that emits green light, and a phosphor that emits blue light
  • white light is emitted from the color conversion layer.
  • phosphors that emit red light when excited by near-ultraviolet light or violet light include (Ca,Sr) S :Eu, Sr2Si7Al3ON13 :Eu, and La2O2S :Eu. etc.
  • Typical examples of phosphors that emit green light when excited by near -ultraviolet light or violet light include SrGa2S4 :Eu and Sr3Si13Al3O2N21 : Eu .
  • Typical examples of phosphors that emit blue light when excited by near-ultraviolet light or violet light include Sr 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 :Eu, (Sr, Ba, Ca) 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 . : Eu and the like.
  • near-ultraviolet light has a maximum peak at a wavelength of 200 nm to 380 nm in the emission spectrum.
  • violet light has a maximum peak at a wavelength of 380 nm to 430 nm in the emission spectrum.
  • blue light has a maximum peak at a wavelength of 430 nm to 490 nm in its emission spectrum.
  • green light has a maximum peak at a wavelength of 490 nm to 550 nm in its emission spectrum.
  • yellow light has a maximum peak at a wavelength of 550 nm to 590 nm in its emission spectrum.
  • red light has a maximum peak at a wavelength of 640 nm to 770 nm in its emission spectrum.
  • the light emitted by the LED chip 51 should have a maximum peak at a wavelength of 330 nm to 500 nm in the emission spectrum. , more preferably having a maximum peak at a wavelength of 430 nm to 490 nm, and even more preferably having a maximum peak at a wavelength of 450 nm to 480 nm. This makes it possible to efficiently excite the phosphor.
  • the light emitted from the LED chip 51 has a maximum peak at 430 nm to 490 nm in the emission spectrum, the blue light that is the excitation light and the yellow light from the phosphor can be mixed to produce white light. . Furthermore, since the light emitted from the LED chip 51 has a maximum peak at 450 nm to 480 nm, it is possible to obtain white with high purity.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.
  • Embodiment 4 In Embodiment 1, an example using a rectangular sapphire substrate is shown, but in this Embodiment, an example using a single crystal silicon substrate is shown.
  • a single crystal silicon substrate When a single crystal silicon substrate is used, it is possible to form a light-emitting diode drive circuit (for example, a demultiplexer circuit or a digital-to-analog conversion circuit), as well as a sensor drive circuit.
  • FIG. 8A1 shows a perspective view of the single crystal silicon substrate 71R.
  • a semiconductor layer having an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, a p-type semiconductor layer, etc., an electrode functioning as a cathode and an electrode functioning as an anode are formed on a single crystal silicon substrate 71R.
  • a plurality of red LED chips are formed on the single crystal silicon substrate 71R, and a plurality of red LED chips can be manufactured by separating the single crystal silicon substrate 71R along the LED chip sections.
  • FIG. 8A2 shows a perspective view of the single crystal silicon substrate 71G.
  • a semiconductor layer having an n-type semiconductor layer, a light-emitting layer, a p-type semiconductor layer, etc., an electrode functioning as a cathode and an electrode functioning as an anode are formed on a single crystal silicon substrate 71G.
  • a plurality of LED chips for green are formed on the single crystal silicon substrate 71G, and a plurality of LED chips for green can be manufactured by separating the single crystal silicon substrate 71G along the LED chip sections.
  • FIG. 8A3 shows a perspective view of the single crystal silicon substrate 71B.
  • a semiconductor layer having an n-type semiconductor layer, a light emitting layer, a p-type semiconductor layer, etc., an electrode functioning as a cathode and an electrode functioning as an anode are formed on a single crystal silicon substrate 71B.
  • a plurality of blue LED chips are formed on the single crystal silicon substrate 71B, and a plurality of blue LED chips can be manufactured by separating the single crystal silicon substrate 71B along the LED chip sections.
  • a CMOS image sensor is formed on the single crystal silicon substrate 71S.
  • a CMOS image sensor can be fabricated using known techniques.
  • a top illumination type CMOS image sensor is used.
  • a light receiving region 82 is formed.
  • the light-receiving region 82 may have a configuration in which a microlens or a colored layer is provided in a region overlapping the light-receiving region 82 .
  • FIG. 8B is a perspective view showing how the respective light emitting diodes are picked up one by one and mounted on the single crystal silicon substrate 71S.
  • terminal electrodes and driving circuits electrically connected to the terminal electrodes are provided on the single-crystal silicon substrate 71S in order to mount an LED chip for red, an LED chip for green, and an LED chip for blue.
  • a drive circuit for the CMOS sensor may also be provided on the single crystal silicon substrate 71S.
  • these drive circuits may be separately formed on semiconductor substrates and electrically connected by bonding the semiconductor substrates together.
  • single crystal silicon substrates on which a driver circuit is formed using the planar transistor shown in FIG. 9A may be attached.
  • single crystal silicon substrates formed with a driver circuit using a fin transistor may be attached.
  • the semiconductor layer 545 can be, for example, single crystal silicon (SOI (silicon on insulator)) formed on an insulating layer 546 on the silicon substrate 211 .
  • SOI silicon on insulator
  • a single crystal silicon substrate in which an OS transistor is provided and a driver circuit is formed may be attached to the single crystal silicon substrate.
  • FIG. 10A shows details of the OS transistor.
  • the OS transistor illustrated in FIG. 10A is a self-aligned type in which an insulating layer is provided over a stack of an oxide semiconductor layer and a conductive layer, and an opening reaching the oxide semiconductor layer is provided to form a source electrode 705 and a drain electrode 706. is the configuration.
  • the OS transistor can have a structure including a channel formation region, a source region 703 , and a drain region 704 which are formed in the oxide semiconductor layer, as well as a gate electrode 701 and a gate insulating film 702 . At least a gate insulating film 702 and a gate electrode 701 are provided in the opening. An oxide semiconductor layer 707 may be further provided in the opening.
  • the OS transistor may have a self-aligned structure in which a source region 703 and a drain region 704 are formed in a semiconductor layer using a gate electrode 701 as a mask.
  • FIG. 10C it may be a non-self-aligned top-gate transistor having a region where the source electrode 705 or the drain electrode 706 and the gate electrode 701 overlap.
  • the OS transistor has a structure with a back gate 535, it may have a structure without a back gate.
  • the back gate 535 may be electrically connected to the front gate of the oppositely provided transistor as in the cross-sectional view of the transistor in the channel width direction shown in FIG. 10D.
  • FIG. 10D shows the cross section of B1-B2 shown in FIG. 10A as an example, but the same applies to transistors with other structures.
  • a structure in which a fixed potential different from that of the front gate can be supplied to the back gate 535 may be employed.
  • a metal oxide with an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more can be used.
  • an oxide semiconductor containing indium or the like is used, and for example, CAAC-OS or CAC-OS, which will be described later, can be used.
  • a CAAC-OS has stable atoms forming a crystal, and is suitable for a transistor or the like in which reliability is important.
  • CAC-OS exhibits high mobility characteristics, it is suitable for high-speed transistors and the like.
  • an OS transistor Since an OS transistor has a large energy gap in a semiconductor layer, it exhibits extremely low off-current characteristics of several yA/ ⁇ m (current value per 1 ⁇ m channel width).
  • the OS transistor has characteristics different from the Si transistor, such as impact ionization, avalanche breakdown, short channel effect, and the like, and can form a circuit with high breakdown voltage and high reliability.
  • variations in electrical characteristics due to non-uniform crystallinity, which is a problem in Si transistors are less likely to occur in OS transistors.
  • the semiconductor layer included in the OS transistor is, for example, In-M containing indium, zinc, and M (one or more of metals such as aluminum, titanium, gallium, germanium, yttrium, zirconium, lanthanum, cerium, tin, neodymium, and hafnium).
  • a film represented by a -Zn-based oxide can be used.
  • An In-M-Zn-based oxide can be typically formed by a sputtering method. Alternatively, it may be formed using an ALD (atomic layer deposition) method.
  • the atomic ratio of the metal elements in the sputtering target used for forming the In-M-Zn-based oxide by sputtering preferably satisfies In ⁇ M and Zn ⁇ M.
  • the atomic ratio of the semiconductor layers to be deposited includes a variation of plus or minus 40% of the atomic ratio of the metal element contained in the sputtering target.
  • the semiconductor layer has a carrier density of 1 ⁇ 10 17 /cm 3 or less, preferably 1 ⁇ 10 15 /cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 13 /cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 11 /cm 3 or less. 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 10 /cm 3 , and an oxide semiconductor with 1 ⁇ 10 ⁇ 9 /cm 3 or more can be used.
  • Such an oxide semiconductor is called a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor. It can be said that the oxide semiconductor has a low defect state density and stable characteristics.
  • the material is not limited to these, and a material having an appropriate composition may be used according to the required semiconductor characteristics and electrical characteristics (field effect mobility, threshold voltage, etc.) of the transistor.
  • the semiconductor layer has appropriate carrier density, impurity concentration, defect density, atomic ratio between metal element and oxygen, interatomic distance, density, and the like. .
  • the concentration of silicon or carbon in the semiconductor layer is set to 2 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the semiconductor layer is 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or less.
  • the nitrogen concentration (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) in the semiconductor layer is preferably 5 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less.
  • the oxide semiconductor included in the semiconductor layer contains hydrogen
  • hydrogen reacts with oxygen that bonds to a metal atom to form water, which may cause oxygen vacancies in the oxide semiconductor.
  • the transistor may have normally-on characteristics.
  • part of hydrogen may bond with oxygen that bonds with a metal atom to generate an electron that is a carrier. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor containing a large amount of hydrogen is likely to be normally on.
  • a defect in which hydrogen enters an oxygen vacancy can function as a donor of an oxide semiconductor.
  • the oxide semiconductor is evaluated based on the carrier concentration instead of the donor concentration. Therefore, in this specification and the like, instead of the donor concentration, the carrier concentration assuming a state in which no electric field is applied is used as a parameter of the oxide semiconductor in some cases.
  • the “carrier concentration” described in this specification and the like may be rephrased as “donor concentration”.
  • the hydrogen concentration obtained by secondary ion mass spectrometry is less than 1 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 , preferably 1 ⁇ 10 19 atoms/cm. It is less than 3 , more preferably less than 5 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 , still more preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 .
  • the semiconductor layer may also have a non-single-crystal structure, for example.
  • Non-single-crystal structures include, for example, CAAC-OS (C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor) having crystals oriented along the c-axis, polycrystalline structures, microcrystalline structures, or amorphous structures.
  • CAAC-OS C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor
  • the amorphous structure has the highest defect level density
  • the CAAC-OS has the lowest defect level density.
  • An oxide semiconductor film having an amorphous structure for example, has disordered atomic arrangement and no crystalline component.
  • an oxide semiconductor film having an amorphous structure for example, has a completely amorphous structure and does not have a crystal part.
  • the semiconductor layer is a mixed film containing two or more of an amorphous region, a microcrystalline region, a polycrystalline region, a CAAC-OS region, and a single crystal region, good.
  • the mixed film may have, for example, a single-layer structure or a laminated structure containing two or more of the above-described regions.
  • CAC Cloud-Aligned Composite
  • a CAC-OS is, for example, one structure of a material in which elements constituting an oxide semiconductor are unevenly distributed with a size of 0.5 nm to 10 nm, preferably 1 nm to 2 nm, or in the vicinity thereof.
  • the oxide semiconductor 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 2 nm or less, or a size in the vicinity thereof.
  • the mixed state is also called mosaic or patch.
  • the oxide semiconductor preferably contains at least indium. Indium and zinc are particularly preferred. Also, in addition to them, aluminum, gallium, yttrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium, etc. may contain one or more selected from
  • CAC-OS in In-Ga-Zn oxide is indium oxide (hereinafter, InO X1 (X1 is a real number greater than 0), or indium zinc oxide (hereinafter referred to as In X2 Zn Y2 O Z2 (X2, Y2, and Z2 are real numbers greater than 0)) and gallium oxide (hereinafter referred to as GaO X3 (X3 is a real number greater than 0)) or gallium zinc oxide (hereinafter Ga X4 Zn Y4 O Z4 (X4, Y4, and Z4 are real numbers greater than 0); ) and the like, and the material is separated into a mosaic shape, and the mosaic InO X1 or In X2 Zn Y2 O Z2 is uniformly distributed in the film (hereinafter also referred to as a cloud shape).
  • CAC-OS is a composite oxide semiconductor having a structure in which a region containing GaO X3 as its main component and a region containing In X2 ZnY2 O Z2 or InO X1 as its main component are mixed.
  • the first region means that the atomic ratio of In to the element M in the first region is greater than the atomic ratio of In to the element M in the second region. Assume that the concentration of In is higher than that of the region No. 2.
  • IGZO is a common name, and may refer to one compound of In, Ga, Zn, and O. As a representative example, it is represented by InGaO3 (ZnO) m1 (m1 is a natural number) or In (1+x0) Ga (1-x0) O3 (ZnO) m0 (-1 ⁇ x0 ⁇ 1, m0 is an arbitrary number). Crystalline compounds are mentioned.
  • the crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC structure.
  • the CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals have c-axis orientation and are connected without being oriented on the ab plane.
  • CAC-OS relates to the material composition of oxide semiconductors.
  • CAC-OS refers to a material structure containing In, Ga, Zn, and O, in which a region that is partially observed as nanoparticles containing Ga as the main component and a region that is partially composed of In as a main component.
  • the regions observed in a pattern refer to a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic pattern. Therefore, in CAC-OS, the crystal structure is a secondary factor.
  • CAC-OS does not include a stacked structure of two or more films with different compositions. For example, it does not include a structure consisting of two layers, a film containing In as a main component and a film containing Ga as a main component.
  • a clear boundary cannot be observed between a region containing GaO X3 as a main component and a region containing In X2 ZnY2 O Z2 or InO X1 as a main component.
  • the CAC-OS contains one or more kinds of metal elements
  • the CAC-OS consists of a region that is partly observed as nanoparticles containing the metal element as a main component and a part that is observed as nanoparticles containing In as a main component.
  • the regions observed as particles refer to a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic pattern.
  • the CAC-OS can be formed, for example, by a sputtering method under conditions in which the substrate is not intentionally heated.
  • a sputtering method one or more selected from an inert gas (typically argon), oxygen gas, and nitrogen gas is used as the film formation gas. good.
  • an inert gas typically argon
  • oxygen gas typically oxygen gas
  • nitrogen gas is used as the film formation gas. good.
  • the flow rate ratio of oxygen gas to the total flow rate of film formation gas during film formation is preferably as low as possible. .
  • CAC-OS is characterized by the fact that no clear peaks are observed when measured using ⁇ /2 ⁇ scanning by the out-of-plane method, which is one of X-ray diffraction (XRD) measurement methods. have. That is, it can be seen from the X-ray diffraction measurement that no orientation in the a-b plane direction and c-axis direction of the measurement region is observed.
  • XRD X-ray diffraction
  • CAC-OS has a ring-shaped high-brightness region (ring region) and a Multiple bright spots are observed in the area. Therefore, from the electron diffraction pattern, it is found that the crystal structure of CAC-OS has an nc (nano-crystal) structure with no orientation in the planar direction and the cross-sectional direction.
  • GaO X3 is the main component by EDX mapping obtained using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). It can be confirmed that the region and the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component are unevenly distributed and have a mixed structure.
  • EDX energy dispersive X-ray spectroscopy
  • CAC-OS has a structure different from that of an IGZO compound in which metal elements are uniformly distributed, and has properties different from those of an IGZO compound. That is, the CAC-OS is phase-separated into a region containing GaO X3 or the like as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component, and a region containing each element as a main component. has a mosaic structure.
  • the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as the main component has higher conductivity than the region containing GaO X3 or the like as the main component. That is, when carriers flow through a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component, conductivity as an oxide semiconductor is exhibited. Therefore, when regions containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component are distributed in a cloud shape in the oxide semiconductor, high field-effect mobility ( ⁇ ) can be realized.
  • a region containing GaO 2 X3 or the like as a main component has higher insulating properties than a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO 2 X1 as a main component. That is, by distributing a region containing GaOx3 or the like as a main component in the oxide semiconductor, leakage current can be suppressed and favorable switching operation can be realized.
  • the CAC-OS when used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 or the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act in a complementary manner. On-current (I on ) and high field effect mobility ( ⁇ ) can be achieved.
  • CAC-OS is suitable as a constituent material for various semiconductor devices.
  • Conductors that can be used as wiring, electrodes, and plugs used for electrical connection between devices include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, and hafnium. , vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, lanthanum, etc.; etc. may be appropriately selected and used.
  • the conductor is not limited to a single layer, and may be a plurality of layers made of different materials.
  • a display panel can be manufactured by mounting a plurality of light-emitting diodes in rows or columns and separating the single-crystal silicon substrate 71S along the divisions so that the display regions are formed. Note that a display panel using a single crystal silicon substrate has a size smaller than that of the single crystal silicon substrate, and is limited to a small display panel. A large display panel can also be realized by narrowing the distance between adjacent display regions and arranging a plurality of small display panels in the row direction or the column direction.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.
  • This embodiment mode shows an example in which an organic photodiode having a photoelectric conversion layer containing an organic compound is used as the light receiving element 212 .
  • Organic photodiodes are easy to make thinner, lighter and larger. Moreover, since the degree of freedom in shape and design is high, it can be applied to various display devices.
  • FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view of a display device 50A of one embodiment of the present invention.
  • the display device 50A has a light receiving area 110, a light emitting area 190 and a light emitting area 180.
  • the light emitting region 190 has a light emitting diode that the color conversion layer 797G and the blue light emitting diode 11B have.
  • the light emitting region 180 corresponds to the color conversion layer 797G and the light emitting diode (which emits green light) included in the blue light emitting diode 11B.
  • the configurations of the light-emitting regions 190 and 180 and their surroundings can be the same except for the color conversion layer. Therefore, the details of the light emitting region 190 will be described here, and the description of the light emitting region 180 will be omitted.
  • the light emitting region 190 has a terminal electrode 191 , a conductive layer 774 , conductive bumps 791 and 793 .
  • the bumps 791 and 793 have different heights. If the heights of the cathode side electrode and the anode side electrode of the blue light emitting diode 11B are the same, the heights of the bumps 791 and 793 can be substantially the same.
  • the light receiving region 110 has a pixel electrode 111 , a common layer 112 , a photoelectric conversion layer 113 , a common layer 114 and a common electrode 115 .
  • the pixel electrode 111, the terminal electrode 191, the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, the common layer 114, and the common electrode 115 may each have a single layer structure or a laminated structure.
  • the pixel electrode 111 , the terminal electrode 191 and the conductive layer 774 are located over the insulating layer 214 .
  • the pixel electrode 111, the terminal electrode 191, and the conductive layer 774 can be formed using the same material and the same process.
  • a common layer 112 is located on the pixel electrode 111 .
  • the common layer 112 is a layer commonly used for the light receiving elements 212 arranged in each pixel.
  • the photoelectric conversion layer 113 has a region overlapping with the pixel electrode 111 with the common layer 112 interposed therebetween.
  • the photoelectric conversion layer 113 contains a first organic compound.
  • a common layer 114 is located on the common layer 112 and on the photoelectric conversion layer 113 .
  • the common layer 114 is a layer commonly used for the light receiving elements 212 arranged in each pixel.
  • the common electrode 115 has a region overlapping with the pixel electrode 111 with the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113, and the common layer 114 interposed therebetween.
  • the common electrode 115 is a layer commonly used for the light receiving elements 212 arranged in each pixel.
  • an organic compound is used for the photoelectric conversion layer 113 of the light receiving element 212 .
  • the light emitting region 190 and the light receiving region 110 can be formed on the same substrate. Therefore, the light receiving area 110 can be incorporated in the display device.
  • the display device 50A has a light receiving region 110, a light emitting region 190, a transistor 41, a transistor 42, and the like between a pair of substrates (substrate 151 having insulating properties and substrate 152 having insulating properties).
  • Plastic films include polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN), polyacrylonitrile resins, acrylic resins, polyimide resins, polymethyl methacrylate resins, polycarbonate (PC) resins, and polyethersulfone (PES) resins.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PES polyethersulfone
  • polyamide resin nylon, aramid, etc.
  • polysiloxane resin cycloolefin resin
  • polystyrene resin polyamideimide resin
  • polyurethane resin polyvinyl chloride resin, polyvinylidene chloride resin, polypropylene resin, polytetrafluoroethylene (PTFE) resin, ABS resin, cellulose nanofiber, etc.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the common layer 112 In the light receiving region 110, the common layer 112, the photoelectric conversion layer 113 and the common layer 114 located between the pixel electrode 111 and the common electrode 115, respectively, can also be called organic layers (layers containing organic compounds).
  • the pixel electrode 111 preferably has a function of reflecting near-infrared light.
  • the common electrode 115 has a function of transmitting visible light and near-infrared light.
  • the light receiving element 212 has a function of detecting light. Specifically, the light receiving element 212 is a photoelectric conversion element that converts the incident light 22 into an electrical signal.
  • a light shielding layer 148 is provided on the surface of the substrate 152 on the substrate 151 side.
  • the light shielding layer 148 has openings at positions overlapping with the light receiving region 110 and positions overlapping with the light emitting region 190 . By providing the light shielding layer 148, the range in which the light receiving region 110 detects light can be controlled.
  • the light blocking layer 148 a material that blocks light emitted from the light emitting diode 11B can be used.
  • the light shielding layer 148 preferably absorbs visible light and near-infrared light.
  • the light shielding layer 148 can be formed using, for example, a metal material, or a resin material containing a pigment (such as carbon black) or a dye.
  • the light shielding layer 148 may have a layered structure of red color filters, green color filters, and blue color filters.
  • a filter 149 that cuts light having a wavelength shorter than the wavelength (near-infrared light) of the light (received by the light receiving element 212) is provided in the opening provided at a position overlapping the light receiving region 110 of the light shielding layer 148. It is preferably provided.
  • the filter 149 for example, a long-pass filter that cuts light on the shorter wavelength side than near-infrared light, a band-pass filter that cuts at least wavelengths in the visible light region, or the like can be used.
  • a filter for cutting visible light a semiconductor film such as an amorphous silicon thin film can be used in addition to a resin film containing a dye.
  • the filter 149 may be provided so as to be stacked with the light receiving element 212 .
  • filter 149 may be lens-shaped.
  • the lens-type filter 149 is a convex lens having a convex surface on the substrate 151 side. Note that the substrate 152 side may be arranged so as to form a convex surface.
  • the formation order does not matter.
  • the filter 149 is not provided. If the light receiving element 212 has no sensitivity to visible light or has sufficiently higher sensitivity to near-infrared light than to visible light, the filter 149 can be omitted. In this case, a lens having the same shape as the lens-type filter 149 may be provided so as to overlap the light receiving element 212 .
  • the lens may be made of a material that transmits visible light.
  • the light receiving area 110 can sense the light 22 reflected by the object 60 such as a finger among the light 21 emitted from the light emitting diode 11B as shown in FIG. However, part of the light emitted by the light emitting diode 11B may be reflected within the display device 50A and enter the light receiving region 110 without passing through the object 60 .
  • the light shielding layer 148 can suppress the influence of such stray light. For example, if the light shielding layer 148 is not provided, the light 23a emitted by the light emitting diode 11B may be reflected by the substrate 152 or the like, and the reflected light 23b may enter the light receiving region 110. FIG. By providing the light shielding layer 148, it is possible to suppress the reflected light 23b from entering the light receiving element 212. FIG. Thereby, noise can be reduced and the light sensing accuracy of the light receiving element 212 can be improved.
  • the light emitting region 190 has the function of emitting green light. Specifically, by applying a voltage between the terminal electrode 191 and the conductive layer 774, the light-emitting diode 11B emits blue light toward the substrate 152 and passes through the color conversion layer 797G to emit green light. It is an electroluminescent device that emits light 21 .
  • a color conversion layer 797G is provided on the substrate 151 side of the substrate 152 at a position overlapping with the light emitting diode 11B.
  • a color conversion layer 797R is provided on the substrate 151 side of the substrate 152 at a position overlapping with the light emitting diode 11B.
  • an example using the blue light emitting diode 11B is shown, but the present invention is not particularly limited.
  • a light-emitting diode that emits ultraviolet light may be used instead of the light-emitting diode 11B.
  • a color conversion layer capable of color conversion to white light and a colored layer may be laminated. When the ultraviolet light passes through the color conversion layer, it emits white light, and when it passes through the coloring layer which transmits red, it emits as red light to the display surface side.
  • At least part of the circuit electrically connected to the light receiving element 212 is preferably formed of the same material and in the same process as the circuit electrically connected to the light emitting diode 11B. Accordingly, the thickness of the display device can be reduced and the manufacturing process can be simplified as compared with the case where two circuits are formed separately.
  • the light receiving element 212 is preferably covered with a protective layer 195 . Also, the protective layer 195 and the substrate 152 are bonded together by the adhesive layer 142 . It is preferable that the adhesive layer 142 uses a material with high light transmittance in order to transmit emitted light.
  • an optical member such as a scattering plate, an input device such as a touch sensor panel, or a structure in which two or more of these are laminated may be applied.
  • the pixel electrode 111 is electrically connected to the source or drain of the transistor 41 through an opening provided in the insulating layer 214 .
  • the terminal electrode 191 is electrically connected to the source or drain of the transistor 42 through an opening provided in the insulating layer 214 .
  • the transistor 42 has a function of controlling driving of the light emitting diode 11B.
  • the transistors 41 and 42 are provided on the same layer (substrate 151 in FIG. 11).
  • Transistor configuration example A cross-sectional configuration example of the transistors 41 and 42 that can be applied to the display device 50A will be described below.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view including transistor 410 .
  • a transistor 410 is a transistor provided over the substrate 401 and using polycrystalline silicon for a semiconductor layer.
  • transistor 410 corresponds to transistor 42 .
  • the transistor 42 corresponds to the transistor 251 in the circuit of FIG. 6A. That is, FIG. 12A is an example in which one of the source and drain of the transistor 410 is electrically connected to the light emitting diode.
  • a transistor including low-temperature polysilicon (LTPS) (hereinafter also referred to as an LTPS transistor) can be used as one of transistors in which polycrystalline silicon is used for a semiconductor layer.
  • the LTPS transistor has high field effect mobility and good frequency characteristics.
  • the transistor 410 includes a semiconductor layer 411, an insulating layer 412, a conductive layer 413, and the like.
  • the semiconductor layer 411 has a channel formation region 411i and a low resistance region 411n.
  • Semiconductor layer 411 comprises silicon.
  • Semiconductor layer 411 preferably comprises polycrystalline silicon.
  • Part of the insulating layer 412 functions as a gate insulating layer.
  • Part of the conductive layer 413 functions as a gate electrode.
  • the semiconductor layer 411 can also have a structure containing a metal oxide exhibiting semiconductor characteristics (also referred to as an oxide semiconductor).
  • the transistor 410 can be called an OS transistor.
  • the low resistance region 411n is a region containing an impurity element.
  • the transistor 410 is an n-channel transistor, phosphorus, arsenic, or the like may be added to the low-resistance region 411n.
  • boron, aluminum, or the like may be added to the low resistance region 411n.
  • the impurity described above may be added to the channel formation region 411i.
  • An insulating layer 421 is provided over the substrate 401 .
  • the semiconductor layer 411 is provided over the insulating layer 421 .
  • the insulating layer 412 is provided to cover the semiconductor layer 411 and the insulating layer 421 .
  • the conductive layer 413 is provided over the insulating layer 412 so as to overlap with the semiconductor layer 411 .
  • An insulating layer 422 is provided to cover the conductive layer 413 and the insulating layer 412 .
  • a conductive layer 414 a and a conductive layer 414 b are provided over the insulating layer 422 .
  • the conductive layers 414 a and 414 b are electrically connected to the low-resistance region 411 n through openings provided in the insulating layers 422 and 412 .
  • Part of the conductive layer 414a functions as one of the source and drain electrodes, and part of the conductive layer 414b functions as the other of the source and drain electrodes.
  • An insulating layer 423 is provided to cover the conductive layers 414 a , 414 b , and the insulating layer 422 .
  • a conductive layer 427 functioning as a pixel electrode is provided over the insulating layer 423 .
  • the conductive layer 427 is provided over the insulating layer 423 and is electrically connected to the conductive layer 414 b through an opening provided in the insulating layer 423 .
  • the LED can be mounted on the driver circuit by electrically connecting to the electrode of the LED over the conductive layer 427 .
  • FIG. 12B shows a transistor 410a with a pair of gate electrodes.
  • a transistor 410a illustrated in FIG. 12B is mainly different from FIG. 12A in that a conductive layer 415 and an insulating layer 416 are included.
  • the conductive layer 415 is provided over the insulating layer 421 .
  • An insulating layer 416 is provided to cover the conductive layer 415 and the insulating layer 421 .
  • the semiconductor layer 411 is provided so that at least a channel formation region 411i overlaps with the conductive layer 415 with the insulating layer 416 interposed therebetween.
  • part of the conductive layer 413 functions as a first gate electrode and part of the conductive layer 415 functions as a second gate electrode.
  • part of the insulating layer 412 functions as a first gate insulating layer, and part of the insulating layer 416 functions as a second gate insulating layer.
  • the conductive layer 413 and the conductive layer 413 are electrically conductive in a region (not shown) through openings provided in the insulating layers 412 and 416 .
  • the layer 415 may be electrically connected.
  • a conductive layer is formed through openings provided in the insulating layers 422, 412, and 416 in a region (not shown).
  • the conductive layer 414a or the conductive layer 414b and the conductive layer 415 may be electrically connected.
  • the transistor 410 illustrated in FIG. 12A or the transistor 410a illustrated in FIG. 12B can be used.
  • the transistor 410a may be used for all the transistors forming the pixel
  • the transistor 410 may be used for all the transistors
  • the transistor 410a and the transistor 410 may be used in combination.
  • FIG. 12C A cross-sectional schematic diagram including transistor 410a and transistor 450 is shown in FIG. 12C.
  • Structure Example 2 can be used for the transistor 410a. Note that although an example using the transistor 410a is shown here, a structure including the transistors 410 and 450 may be employed, or a structure including all of the transistors 410, 410a, and 450 may be employed.
  • a transistor 450 is a transistor in which a metal oxide is applied to a semiconductor layer.
  • the configuration shown in FIG. 12C is an example in which the transistor 450 corresponds to the transistor 436 in the circuit of FIG. 6A, and the transistor 410a corresponds to the transistor 251, for example. That is, FIG. 12C is an example in which one of the source and drain of the transistor 410a is electrically connected to the conductive layer 427 electrically connected to the electrode of the LED.
  • FIG. 12C shows an example in which the transistor 450 has a pair of gates.
  • the transistor 450 includes a conductive layer 455, an insulating layer 422, a semiconductor layer 451, an insulating layer 452, a conductive layer 453, and the like.
  • a portion of conductive layer 453 functions as a first gate of transistor 450 and a portion of conductive layer 455 functions as a second gate of transistor 450 .
  • part of the insulating layer 452 functions as a first gate insulating layer of the transistor 450 and part of the insulating layer 422 functions as a second gate insulating layer of the transistor 450 .
  • a conductive layer 455 is provided over the insulating layer 412 .
  • An insulating layer 422 is provided to cover the conductive layer 455 .
  • the semiconductor layer 451 is provided over the insulating layer 422 .
  • the insulating layer 452 is provided to cover the semiconductor layer 451 and the insulating layer 422 .
  • the conductive layer 453 is provided over the insulating layer 452 and has regions that overlap with the semiconductor layer 451 and the conductive layer 455 .
  • An insulating layer 426 is provided to cover the insulating layer 452 and the conductive layer 453 .
  • a conductive layer 454 a and a conductive layer 454 b are provided over the insulating layer 426 .
  • the conductive layers 454 a and 454 b are electrically connected to the semiconductor layer 451 through openings provided in the insulating layers 426 and 452 .
  • Part of the conductive layer 454a functions as one of the source and drain electrodes, and part of the conductive layer 454b functions as the other of the source and drain electrodes.
  • An insulating layer 423 is provided to cover the conductive layers 454 a , 454 b , and the insulating layer 426 .
  • the conductive layers 414a and 414b electrically connected to the transistor 410a are preferably formed by processing the same conductive film as the conductive layers 454a and 454b.
  • the conductive layer 414a, the conductive layer 414b, the conductive layer 454a, and the conductive layer 454b are formed over the same surface (that is, in contact with the top surface of the insulating layer 426) and contain the same metal element. showing.
  • the conductive layers 414 a and 414 b are electrically connected to the low-resistance region 411 n through the insulating layers 426 , 452 , 422 , and openings provided in the insulating layer 412 . This is preferable because the manufacturing process can be simplified.
  • the conductive layer 413 functioning as the first gate electrode of the transistor 410a and the conductive layer 455 functioning as the second gate electrode of the transistor 450 are preferably formed by processing the same conductive film.
  • FIG. 12C shows a configuration in which the conductive layer 413 and the conductive layer 455 are formed on the same surface (that is, in contact with the upper surface of the insulating layer 412) and contain the same metal element. This is preferable because the manufacturing process can be simplified.
  • the insulating layer 452 functioning as a first gate insulating layer of the transistor 450 covers the edge of the semiconductor layer 451.
  • the transistor 450a shown in FIG. It may be processed so that the top surface shape matches or substantially matches that of the layer 453 .
  • a configuration including both a transistor in which silicon is applied to a semiconductor layer and a transistor in which a metal oxide is applied to a semiconductor layer can reduce power consumption.
  • a semiconductor device with high driving capability can be realized.
  • a structure in which an LTPS transistor and an OS transistor are combined is sometimes called an LTPO. Note that as a more preferable example, it is preferable to use an OS transistor as a transistor or the like that functions as a switch for controlling conduction/non-conduction between wirings, and use an LTPS transistor as a transistor or the like that controls current.
  • the phrase “the upper surface shapes are approximately the same” means that at least part of the contours of the stacked layers overlap.
  • the upper layer and the lower layer may be processed with the same mask pattern or partially with the same mask pattern. Strictly speaking, however, the contours do not overlap, and the upper layer may be located inside the lower layer, or the upper layer may be located outside the lower layer.
  • transistor 410a corresponds to the transistor 251 and is electrically connected to the pixel electrode
  • the present invention is not limited to this.
  • the transistor 450 or the transistor 450 a may correspond to the transistor 251 .
  • transistor 410a may correspond to transistor 436, transistor 434, or some other transistor.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described herein.
  • a semiconductor device can be applied to a display portion of an electronic device. Therefore, an electronic device with high display quality can be realized. Alternatively, an extremely high-definition electronic device can be realized. Alternatively, a highly reliable electronic device can be realized.
  • Electronic devices using the semiconductor device or the like include display devices such as televisions and monitors, lighting devices, desktop or notebook personal computers, word processors, and recording media such as DVDs (Digital Versatile Discs).
  • Image playback devices for playing back stored still images or moving images portable CD players, radios, tape recorders, headphone stereos, stereos, table clocks, wall clocks, cordless telephones, transceivers, car phones, mobile phones, personal digital assistants, Tablet terminals, portable game machines, stationary game machines such as pachinko machines, calculators, electronic notebooks, electronic book terminals, electronic translators, voice input devices, video cameras, digital still cameras, electric shavers, high frequencies such as microwave ovens Heating devices, electric rice cookers, electric washing machines, electric vacuum cleaners, water heaters, fans, hair dryers, air conditioners, humidifiers, dehumidifiers and other air conditioning equipment, dishwashers, dish dryers, clothes dryers, futon dryers instruments, electric refrigerators, electric freezers, electric refrigerator-freezers
  • a mobile object that is propelled by an engine that uses fuel or an electric motor that uses power from a power storage unit may also be included in the category of electronic devices.
  • the moving body include an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HV) having both an internal combustion engine and an electric motor, a plug-in hybrid vehicle (PHV), a tracked vehicle in which these wheels are changed to endless tracks, and an electrically assisted vehicle.
  • EV electric vehicle
  • HV hybrid vehicle
  • PSV plug-in hybrid vehicle
  • a tracked vehicle in which these wheels are changed to endless tracks and an electrically assisted vehicle.
  • motorized bicycles including bicycles, motorcycles, electric wheelchairs, golf carts, small or large ships, submarines, helicopters, aircraft, rockets, artificial satellites, space probes, planetary probes, and spacecraft.
  • An electronic device may include a secondary battery (battery), and preferably can charge the secondary battery using contactless power transmission.
  • a secondary battery battery
  • Secondary batteries include, for example, lithium-ion secondary batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-cadmium batteries, organic radical batteries, lead-acid batteries, air secondary batteries, nickel-zinc batteries, and silver-zinc batteries.
  • An electronic device may have an antenna. Images, information, and the like can be displayed on the display portion by receiving signals with the antenna. Moreover, when an electronic device has an antenna and a secondary battery, the antenna may be used for contactless power transmission.
  • An electronic device includes sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, number of revolutions, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substances, sound, time, hardness, electric field, current , voltage, power, radiation, flow, humidity, gradient, vibration, odor or infrared).
  • An electronic device can have various functions. For example, functions to display various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display, touch panel functions, functions to display calendars, dates or times, functions to execute various software (programs), wireless communication function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like.
  • an electronic device having a plurality of display units a function of mainly displaying image information on a part of the display unit and mainly displaying character information on another part, or an image with parallax consideration on the plurality of display units
  • a function of displaying a stereoscopic image it is possible to have a function of displaying a stereoscopic image.
  • the function of shooting still images or moving images the function of automatically or manually correcting the captured image, the function of saving the captured image to a recording medium (external or built into the electronic device) , a function of displaying a captured image on a display portion, and the like.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention is not limited to these functions, and can have various functions.
  • a semiconductor device can display a high-definition image. Therefore, it can be suitably used particularly for portable electronic devices, wearable electronic devices (wearable devices), electronic book terminals, and the like. For example, it can be suitably used for xR equipment such as VR equipment or AR equipment.
  • FIG. 13A is a diagram showing the appearance of camera 8000 with finder 8100 attached.
  • a camera 8000 includes a housing 8001, a display portion 8002, operation buttons 8003, a shutter button 8004, and the like.
  • a detachable lens 8006 is attached to the camera 8000 . Note that the camera 8000 may be integrated with the lens 8006 and the housing.
  • the camera 8000 can capture an image by pressing the shutter button 8004 or by touching the display portion 8002 functioning as a touch panel.
  • a housing 8001 has a mount having electrodes, and can be connected to a finder 8100, a strobe device, or the like.
  • a viewfinder 8100 includes a housing 8101, a display portion 8102, buttons 8103, and the like.
  • Housing 8101 is attached to camera 8000 by mounts that engage mounts of camera 8000 .
  • a viewfinder 8100 can display an image or the like received from the camera 8000 on a display portion 8102 .
  • a button 8103 has a function as a power button or the like.
  • the semiconductor device can be applied to the display portion 8002 of the camera 8000 and the display portion 8102 of the viewfinder 8100 .
  • the viewfinder 8100 may be built in the camera 8000.
  • FIG. The size of the display area of the display portion 8002 and the display portion 8102, that is, the screen size is 0.5 inches or more and 10 inches or less.
  • FIG. 13B is a diagram showing the appearance of head mounted display 8200. As shown in FIG. 13B
  • the head mounted display 8200 has a mounting portion 8201, a lens 8202, a main body 8203, a display portion 8204, a cable 8205 and the like.
  • a battery 8206 is built in the mounting portion 8201 .
  • a main body 8203 includes a wireless receiver or the like, and can display received video information on a display portion 8204 .
  • the main body 8203 is equipped with a camera, and information on the movement of the user's eyeballs or eyelids can be used as input means.
  • the mounting portion 8201 may be provided with a plurality of electrodes capable of detecting a current that flows along with the movement of the user's eyeballs at a position that touches the user, and may have a function of recognizing the line of sight. Moreover, it may have a function of monitoring the user's pulse based on the current flowing through the electrode.
  • the mounting unit 8201 may have various sensors such as a temperature sensor, a pressure sensor, an acceleration sensor, etc., and has a function of displaying biological information of the user on the display unit 8204, In addition, a function of changing an image displayed on the display portion 8204 may be provided.
  • a semiconductor device can be applied to the display portion 8204 .
  • the size of the display area of the display unit 8204, that is, the screen size is 0.5 inches or more and 3 inches or less.
  • FIG. 13C to 13E are diagrams showing the appearance of the head mounted display 8300.
  • FIG. A head mounted display 8300 includes a housing 8301 , a display portion 8302 , a band-shaped fixture 8304 , and a pair of lenses 8305 .
  • the user can see the display on the display portion 8302 through the lens 8305 .
  • the display portion 8302 it is preferable to arrange the display portion 8302 in a curved manner because the user can feel a high presence.
  • three-dimensional display or the like using parallax can be performed.
  • the configuration is not limited to the configuration in which one display portion 8302 is provided, and two display portions 8302 may be provided and one display portion may be arranged for one eye of the user.
  • a semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 8302 .
  • a semiconductor device according to one embodiment of the present invention can achieve extremely high definition. For example, even when the display is magnified using the lens 8305 as shown in FIG. 13E, it is difficult for the user to visually recognize the pixels. In other words, the display portion 8302 can be used to allow the user to view highly realistic images.
  • FIG. 13F is a diagram showing the appearance of a goggle-type head-mounted display 8400.
  • the head mounted display 8400 has a pair of housings 8401, a mounting section 8402, and a cushioning member 8403.
  • a display portion 8404 and a lens 8405 are provided in the pair of housings 8401, respectively. By displaying different images on the pair of display portions 8404, three-dimensional display using parallax can be performed.
  • a user can view the display portion 8404 through the lens 8405 .
  • the lens 8405 has a focus adjustment mechanism, and its position can be adjusted according to the user's visual acuity.
  • the display portion 8404 is preferably square or horizontally long rectangular. This makes it possible to enhance the sense of presence.
  • the mounting portion 8402 preferably has plasticity and elasticity so that it can be adjusted according to the size of the user's face and does not slip off.
  • a part of the mounting portion 8402 preferably has a vibration mechanism that functions as a bone conduction earphone. As a result, you can enjoy video and audio without the need for separate audio equipment such as earphones and speakers.
  • the housing 8401 may have a function of outputting audio data by wireless communication.
  • the mounting portion 8402 and the cushioning member 8403 are portions that come into contact with the user's face (forehead, cheeks, etc.). Since the cushioning member 8403 is in close contact with the user's face, it is possible to prevent light leakage and enhance the sense of immersion. It is preferable to use a soft material for the cushioning member 8403 so that the cushioning member 8403 comes into close contact with the user's face when the head mounted display 8400 is worn by the user. For example, materials such as rubber, silicone rubber, urethane, and sponge can be used.
  • a member that touches the user's skin is preferably detachable for easy cleaning or replacement.
  • FIG. 14A shows an example of a television device.
  • a television set 7100 has a display portion 7000 incorporated in a housing 7101 .
  • a configuration in which a housing 7101 is supported by a stand 7103 is shown.
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000 .
  • the size of the display area of the display unit 8204, that is, the screen size is 8 inches or more and 100 inches or less.
  • the television apparatus 7100 shown in FIG. 14A can be operated by operation switches provided in the housing 7101 and a separate remote controller 7111 .
  • the display portion 7000 may be provided with a touch sensor, and the television device 7100 may be operated by touching the display portion 7000 with a finger or the like.
  • the remote controller 7111 may have a display section for displaying information output from the remote controller 7111 .
  • a channel and a volume can be operated with operation keys or a touch panel provided in the remote controller 7111 , and an image displayed on the display portion 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. Also, by connecting to a wired or wireless communication network via a modem, one-way (from the sender to the receiver) or two-way (between the sender and the receiver, or between the receivers, etc.) information communication is performed. is also possible.
  • FIG. 14B shows an example of a notebook personal computer.
  • a notebook personal computer 7200 has a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, and the like.
  • the display portion 7000 is incorporated in the housing 7211 .
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000 .
  • FIGS. 14C and 14D An example of digital signage is shown in FIGS. 14C and 14D.
  • a digital signage 7300 illustrated in FIG. 14C includes a housing 7301, a display portion 7000, speakers 7303, and the like. Furthermore, it can have an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like.
  • FIG. 14D is a digital signage 7400 mounted on a cylindrical post 7401.
  • FIG. A digital signage 7400 has a display section 7000 provided along the curved surface of a pillar 7401 .
  • the semiconductor device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000 in FIGS. 14C and 14D.
  • the display portion 7000 As the display portion 7000 is wider, the amount of information that can be provided at one time can be increased. In addition, the wider the display unit 7000, the more conspicuous it is, and the more effective the advertisement can be, for example.
  • a touch panel By applying a touch panel to the display portion 7000, not only an image or a moving image can be displayed on the display portion 7000 but also the user can intuitively operate the display portion 7000, which is preferable. Further, when used for providing information such as route information or traffic information, usability can be enhanced by intuitive operation.
  • the digital signage 7300 or 7400 is preferably capable of cooperating with an information terminal 7311 or information terminal 7411 such as a smartphone possessed by the user through wireless communication.
  • advertisement information displayed on the display unit 7000 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411 .
  • display on the display portion 7000 can be switched.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can execute a game using the screen of the information terminal 7311 or 7411 as an operation means (controller). This allows an unspecified number of users to simultaneously participate in and enjoy the game.
  • An information terminal 7550 illustrated in FIG. 14E includes a housing 7551, a display portion 7552, a microphone 7557, a speaker portion 7554, a camera 7553, operation switches 7555, and the like.
  • a semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7552 .
  • the display portion 7552 has a function as a touch panel.
  • the information terminal 7550 also includes an antenna, a battery, and the like inside a housing 7551 .
  • the information terminal 7550 can be used as, for example, a smartphone, a mobile phone, a tablet information terminal, a tablet personal computer, an e-book reader, or the like.
  • FIG. 14F shows an example of a wristwatch type information terminal.
  • An information terminal 7660 includes a housing 7661, a display portion 7662, a band 7663, a buckle 7664, an operation switch 7665, an input/output terminal 7666, and the like.
  • the information terminal 7660 also includes an antenna, a battery, and the like inside a housing 7661 .
  • Information terminal 7660 is capable of running a variety of applications such as mobile telephony, e-mail, text viewing and composition, music playback, Internet communication, computer games, and the like.
  • the display portion 7662 includes a touch sensor and can be operated by touching the screen with a finger, a stylus, or the like. For example, by touching an icon 7667 displayed on the display portion 7662, the application can be activated.
  • the operation switch 7665 can have various functions such as time setting, power on/off operation, wireless communication on/off operation, manner mode execution/cancellation, and power saving mode execution/cancellation. .
  • the operating system installed in the information terminal 7660 can set the function of the operation switch 7665 .
  • the information terminal 7660 is capable of performing short-range wireless communication that conforms to communication standards. For example, by intercommunicating with a headset capable of wireless communication, hands-free communication is also possible.
  • the information terminal 7660 has an input/output terminal 7666 and can transmit/receive data to/from another information terminal through the input/output terminal 7666 .
  • charging can be performed through the input/output terminal 7666 . Note that the charging operation may be performed by wireless power supply without using the input/output terminal 7666 .

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Abstract

本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置を提供する。 第１の基板上で発光ダイオードを作製した後、ピックアップして、第２の基板に実装する。また、受光素子もピックアップして、発光ダイオードが実装された第２の基板に実装し、受光素子を囲むように複数の発光ダイオードを配置し、発光領域の隙間に受光領域を有する表示装置を実現する。

Description

半導体装置
本発明の一態様は、半導体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、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。
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、かつ、半導体装置を有している場合がある。
近年、表示装置は高解像度の画像を表示するために高精細化が求められている。また、スマートフォン、タブレット型端末、またはノート型ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などの情報端末機器の表示は、高精細化に加えて、低消費電力化が求められている。さらに、タッチパネルとしての機能、または認証のために指紋を撮像する機能など、画像を表示するだけでなく、様々な機能が付加された表示装置が求められている。
表示装置としては、例えば、発光素子を有する発光装置が開発されている。エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、以下ＥＬと記す）現象を利用した発光素子（ＥＬ素子とも記す）は、薄型軽量化が容易である、入力信号に対し高速に応答可能である、直流定電圧電源を用いて駆動可能である等の特徴を有し、表示装置に応用されている。例えば、特許文献１に、タッチパネルとしての機能を有し、有機ＥＬ素子が適用された表示装置が開示されている。
また、特許文献２に、マイクロＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）を有する表示パネルの例が開示されている。
ＷＯ２０２０／１４８６０４ ＷＯ２０１９／２２０２６５
本発明の一態様は、撮像機能を有する表示装置を提供することを課題の一とする。または、高精細な撮像装置または表示装置を提供することを課題の一とする。または、開口率の高い表示装置または撮像装置を提供することを課題の一とする。または、高感度な撮像を行うことのできる撮像装置、または表示装置を提供することを課題の一とする。または、指紋などの生体情報を取得できる表示装置を提供することを課題の一とする。または、タッチパネルとして機能する表示装置を提供することを課題の一とする。または、車両などに搭載する撮像機能を有する表示装置を提供することを課題の一とする。
本発明の一態様は、信頼性の高い表示装置、撮像装置、または電子機器を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、新規な構成を有する表示装置、撮像装置、または電子機器等を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、先行技術の問題点の少なくとも一つを軽減することを課題の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。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抽出することが可能である。
第１の基板上で発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも呼ぶ）を作製した後、ピックアップして、第２の基板に実装する。また、受光素子もピックアップして、発光ダイオードが実装された第２の基板に実装し、受光素子を囲むように複数の発光ダイオードを配置し、発光領域の隙間に受光領域を有する表示装置を実現する。
発光ダイオードを作製する場合、半導体基板またはサファイア基板を用いる。半導体基板（単結晶シリコン基板、炭化シリコン基板）またはサファイア基板を初期成長基板として、基板上に公知の方法によって発光ダイオードが製造される。
また、フルカラー表示のため、赤色、青色、緑色のそれぞれの発光色を得るためにはそれぞれの基板を用意する。その場合、第１の基板は赤色の発光ダイオードを複数製造し、第２の基板は青色の発光ダイオードを複数製造し、第３の基板は緑色の発光ダイオードを複数製造する。この場合には、一つずつピックアップしてそれぞれ実装する。或いは、ある程度の集合、例えば３種類の発光ダイオードを１セットとして仮接着テープで固定し、その後、実装する。
また、青色の発光ダイオードを用い、色変換層を用いることで、３つの青色の発光ダイオードのうち、２つの青色の発光ダイオードから発光を赤色または緑色とすることでフルカラー表示を実現してもよい。この方法を用いる場合には３つの青色の発光ダイオードを１セットとしてピックアップし、実装することができる。
本明細書で開示する構成は、基板上に、複数の第１の端子電極及び複数の第２の端子電極を有し、第１の端子電極上に発光ダイオードと、第２の端子電極上に光電変換層を有する受光素子と、を有し、発光ダイオードは第１の電極及び第２の電極を有し、第１の電極は、第１の端子電極上に重なり、第１の端子電極は、発光ダイオードの駆動回路と電気的に接続され、第２の端子電極は、受光素子の駆動回路と電気的に接続される半導体装置である。
上記構成において、発光ダイオードまたは受光素子の実装の際には、基板に設けられている端子電極と、ダイオードチップの電極とを位置合わせして、ボンディングまたは圧着などを行い、接続層にて電気的に接続させる。ワイヤ素材としてＣｕまたはＡｕを用いたワイヤボンディングを用いることもできる。なお、接続層は、半田、または金属ナノ粒子（Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎなど）、または異方性導電フィルムを用いることができる。異方性導電フィルム（ＡＣＦ）は、熱硬化性のエポキシ樹脂の中に導電性粒子を分散させた樹脂材料である。
上記構成において、基板はガラス基板または石英基板またはプラスチック基板または半導体基板である。
また、受光素子としては、単結晶半導体基板にｎ型またはｐ型のドーパントを添加した領域を光電変換層に有するフォトダイオード、非晶質半導体膜（代表的にはアモルファスシリコン膜）を光電変換層に有するフォトダイオード、微結晶半導体膜を光電変換層に有するフォトダイオード、多結晶半導体膜（代表的にはポリシリコン膜）を光電変換層に有するフォトダイオード、または有機化合物を光電変換層に有する有機フォトダイオードを用いることができる。
また、予め半導体基板にフォトダイオードを形成し、その半導体基板に発光ダイオードを実装する構成としてもよく、その構成は、半導体基板の第１の領域に重なる第１の発光ダイオードと、半導体基板の第２の領域に重なる第２の発光ダイオードと、半導体基板の第３の領域に重なる第３の発光ダイオードと、を有し、半導体基板は、第１の領域、第２の領域、または第３の領域のいずれか一または複数と隣接する第４の領域とを有し、半導体基板の第４の領域は、光電変換層を有し、受光素子として機能する半導体装置である。
上記構成において、第１の領域上に第１の電極、及び第２の電極を有し、第１の発光ダイオードは、第１の電極または第２の電極と一方の端子が接続された発光ダイオードチップである。
上述した半導体装置は、複数の発光素子の間に受光素子を有する、言い換えると、複数の発光領域の隙間に受光領域を有する構成となる。従って、表示領域において、表示と受光の両方が行えるため、様々な応用製品に用いることができる。例えば、携帯情報端末、ウェアラブル端末、車載製品などが挙げられる。具体的には、赤外線センサ（ＩＲセンサ）により認証することのできる表示画面を有する携帯情報端末、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）などの車載製品である。なお、ＬｉＤＡＲは垂直共振器面発光レーザと、近赤外線を受光できるＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサを有する。
複数の発光素子の間に受光素子を有する、新規な表示装置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、必ずしも、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抽出することが可能である。
図１Ａ１、図１Ａ２および図１Ａ３は、発光ダイオードの製造基板の斜視図であり、図１Ａ４は、受光素子の製造基板の斜視図である。図１Ｂは、本発明の一態様を示す実装途中の基板の斜視図である。
図２Ａおよび図２Ｅは、表示装置の構成例を示す断面図である。図２Ｂ乃至図２Ｄ、および図２Ｆ乃至図２Ｈは、画素の例を示す上面図である。
図３Ａおよび図３Ｂは、表示装置の構成例を示す断面図である。図３Ｃおよび図３Ｄは、画素の例を示す上面図である。
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明の一態様を示す表示パネル２００のブロック図である。
図５Ａおよび図５Ｂは、撮像画素の回路構成例を説明する図である。
図６Ａ乃至図６Ｄは、表示画素の構成例を説明する図である。
図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃは、発光素子の構成例である。
図８Ａ１、図８Ａ２および図８Ａ３は、発光ダイオードの製造基板の斜視図である。図８Ｂは、本発明の一態様を示す実装途中の基板の斜視図である。
図９Ａ及び図９Ｂは、Ｓｉトランジスタを説明する図である。
図１０Ａ乃至図１０Ｄは、ＯＳトランジスタを説明する図である。
図１１は、表示装置の構成例を示す断面図である。
図１２Ａ乃至図１２Ｄは、トランジスタの一例を示す図である。
図１３Ａ乃至図１３Ｆは、電子機器の一例を説明する図である。
図１４Ａ乃至図１４Ｆは、電子機器の一例を説明する図である。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、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。また、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。
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、「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、「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、「重なる」などの用語は、構成要素の積層順などの状態を限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａに重なる電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが形成されている状態に限らず、絶縁層Ａの下に電極Ｂが形成されている状態または絶縁層Ａの右側（もしくは左側）に電極Ｂが形成されている状態などを除外しない。
また、本明細書等において、「隣接」および「近接」の用語は、構成要素が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が直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂ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、「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、「導電体」という用語を、「導電層」または「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、「絶縁層」または「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。または、「絶縁体」という用語を、「絶縁層」または「絶縁膜」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。
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
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、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、本明細書に係る図面等において、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。
また、本明細書に係る図面等において、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。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場合がある。「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。
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、符号に“Ａ”、“ｂ”、“＿１”、“［ｎ］”、“［ｍ，ｎ］”などの識別用の符号を付記して記載する場合がある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、ガラス基板２０１上に画素回路または駆動回路を形成し、端子電極を複数形成する。形成された複数の端子電極に発光素子及び受光素子を実装して表示装置を作製する。
発光素子は、サファイア基板に形成された発光ダイオードを用いる。予め、サファイア基板を初期成長基板として、基板上に公知の方法によって所望のサイズの発光ダイオードが複数製造される。発光ダイオードの発光色によって、発光層の材料が異なるため、発光色と同じ数のサファイア基板を用意する。
本実施の形態では、図１Ａ１に示す赤色の発光ダイオードの基板９０１と、図１Ａ２に示す緑色の発光ダイオードの基板９０２と、図１Ａ３に示す青色の発光ダイオードの基板９０３とを用意する。それぞれの基板には矩形状の平面形状の少なくともその一辺が０．１ｍｍ未満のチップサイズのマイクロＬＥＤ、或いは、矩形状の平面形状の少なくともその一辺が０．１ｍｍ以上のチップサイズであるミニＬＥＤが縦方向、横方向に連続して配置されている。
また、単結晶シリコンウエハ９０４に形成された受光素子を用意する。なお、図１Ａ４は受光素子が設けられた基板の斜視図である。
まず、ガラス基板２０１上に受光素子２１２をマトリクス状に配置された端子電極上に実装し、その後、発光ダイオードを一つずつ実装する。なお、図１Ｂは、実装途中の斜視図を示しており、受光素子２１２が実装されたガラス基板２０１に対して、赤色の発光ダイオード１１Ｒ、緑色の発光ダイオード１１Ｇ、青色の発光ダイオード１１Ｂをそれぞれ一つずつ実装する段階を示している。
図１Ｂでは副画素として、赤色の発光ダイオード１１Ｒ、緑色の発光ダイオード１１Ｇ、青色の発光ダイオード１１Ｂの３つが一つの画素として設けられることでフルカラー表示を可能とし、さらに加えて受光素子２１２が設けられている。なお、副画素の配置位置、発光領域の大きさに関しては図１Ｂの例に特に限定されず、設計者が適宜設定すればよい。
また、副画素として、青色波長帯（ピーク波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下）の励起光を放出する発光ダイオード１１Ｂのみを用い、色変換層（蛍光体層ともよぶ）と組み合わせてフルカラー表示を実現することもできる。
また、副画素として、紫外光（ピーク波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満）の発光ダイオードのみを用い、色変換層及び着色層と組み合わせてフルカラー表示を実現することもできる。色変換層（または着色層）は蛍光色素（顔料または染料）を含有する樹脂層である。
ガラス基板２０１上に形成する画素回路または駆動回路は薄膜トランジスタを用いて構成すればよく、薄膜トランジスタの半導体層の材料としては、非晶質半導体膜、多結晶半導体膜、または酸化物半導体膜を用いることができる。多結晶半導体膜としては多結晶シリコン膜（ポリシリコン膜とも呼ぶ）を用いることができ、酸化物半導体膜としてはＩＧＺＯ膜を用いることができる。また、ガラス基板２０１上に多結晶半導体膜を用いた第１の薄膜トランジスタと、酸化物半導体膜を用いた第２の薄膜トランジスタを組み合わせて、画素回路または駆動回路を構成することもできる。
発光ダイオード及び受光素子を実装した後は、保護基板を配置する。保護基板としては、発光ダイオードからの光を透過する材料及び受光素子への受光を遮断しない材料を用いることが好ましく、例えば、石英基板、ガラス基板、またはフィルムを用いる。
こうして作製された表示パネル２００の断面模式図を図２Ａに示す。
［表示装置の構成例１］
〔構成例１−１〕
図２Ａに示すように、表示パネル２００は、ガラス基板２０１上には画素回路または駆動回路を含む機能層２０３が設けられ、その上に発光ダイオード及び受光素子が設けられ、保護基板２０２が設けられる。機能層２０３は、スイッチ、トランジスタ、容量、配線、及び端子電極２０３ａを有し、端子電極２０３ａは、発光ダイオードの電極１１ａと電気的に接続する。端子電極と発光ダイオード及び受光素子の電極との接続に半田または導電性微粒子を含む接続層を用いてもよい。
保護基板２０２とガラス基板２０１との間の隙間には、樹脂などを充填してもよいし、乾燥気体を充填してもよい。保護基板２０２とガラス基板２０１との間隔を保持するギャップ材を配置してもよいし、保護基板２０２とガラス基板２０１の周縁部をシール材で固定してもよい。
表示パネル２００は、マトリクス状に配置された複数の画素を有する。１つの画素は、１つ以上の副画素を有する。１つの副画素は、１つの発光ダイオードを有する。例えば、画素には、副画素を３つ有する構成（Ｒ、Ｇ、Ｂの３色、または、黄色（Ｙ）、シアン（Ｃ）、及びマゼンタ（Ｍ）の３色など）、または、副画素を４つ有する構成（Ｒ、Ｇ、Ｂ、白色（Ｗ）の４色、または、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙの４色など）を適用できる。さらに、画素は、受光素子２１２を有する。受光素子２１２は、全ての画素に設けられていてもよく、一部の画素に設けられていてもよい。また、１つの画素が複数の受光素子２１２を有していてもよい。
図２Ａには、保護基板２０２の表面に指２２０が触れる様子を示している。発光ダイオード１１Ｇが発する光の一部は、保護基板２０２と指２２０との接触部で反射される。そして、反射光の一部が、受光素子２１２に入射されることにより、指２２０が保護基板２０２に接触したことを検出することができる。すなわち、表示パネル２００はタッチパネルとして機能することができる。
ここで、図２Ｂ乃至図２Ｄに、表示パネル２００に適用可能な画素の一例を示す。
図２Ｂ、及び図２Ｃに示す画素は、それぞれ赤色（Ｒ）の発光ダイオード１１Ｒ、緑色（Ｇ）の発光ダイオード１１Ｇ、青色（Ｂ）の発光ダイオード１１Ｂと、受光素子２１２を有する。
図２Ｂは、２×２のマトリクス状に、３つの発光ダイオードと１つの受光素子が配置されている例である。図２Ｃは、３つの発光ダイオードが一列に配列し、その下側に、横長の１つの受光素子２１２が配置されている例である。
図２Ｄに示す画素は、白色（Ｗ）の発光ダイオード１１Ｗを有する例である。白色（Ｗ）の発光ダイオード１１Ｗは、青色の発光ダイオードを用い、黄色蛍光体を光らせることで白色発光させる。ここでは、４種の発光ダイオードが一列に配置され、その下側に受光素子２１２が配置されている。
なお、画素の構成は上記に限られず、様々な配置方法を採用することができる。
〔構成例１−２〕
以下では、可視光を呈する発光ダイオードと、赤外光を呈する発光ダイオードと、受光素子と、を備える表示パネル２００Ａの構成の例について説明する。
図２Ｅに示す表示パネル２００Ａは、図２Ａで例示した構成に加えて、発光ダイオード１１ＩＲを有する。発光ダイオード１１ＩＲは、赤外光ＩＲを発する発光ダイオードである。またこのとき、受光素子２１２には、少なくとも発光ダイオード１１ＩＲが発する赤外光ＩＲを受光することのできる素子を用いることが好ましい。
図２Ｅに示すように、保護基板２０２に指２２０が触れると、発光ダイオード１１ＩＲから発せられた赤外光ＩＲが指２２０により反射され、当該反射光の一部が受光素子２１２に入射されることにより、指２２０の位置情報を取得することができる。
図２Ｆ乃至図２Ｈに、表示パネル２００Ａに適用可能な画素の一例を示す。
図２Ｆは、３つの発光ダイオードが一列に配列し、その下側に、発光ダイオード１１ＩＲと、受光素子２１２とが横に並んで配置されている例である。また、図２Ｇは、発光ダイオード１１ＩＲを含む４種の発光ダイオードが一列に配列し、その下側に、受光素子２１２が配置されている例である。
また、図２Ｈは、発光ダイオード１１ＩＲを中心にして、四方に３種の発光ダイオードと、受光素子２１２が配置されている例である。
なお、図２Ｆ乃至図２Ｈに示す画素において、発光ダイオード同士、及び発光ダイオードと受光素子とは、それぞれの位置を交換可能である。
〔構成例１−３〕
以下では、青色光を発する発光ダイオードと、赤外光を発する発光ダイオードと、赤外光を受光する受光素子と、を備える表示パネル２００Ｂの構成の例について説明する。
図３Ａに示す表示パネル２００Ｂは、発光ダイオード１１Ｂと重なる色変換層２０２Ｒを有する。また、発光ダイオード１１Ｂと重なる色変換層２０２Ｇを有する。実装する際には、同じ発光ダイオード１１Ｂを複数実装するため、まとめて実装することもできる。
〔構成例１−４〕
以下では、紫外光を発する発光ダイオードと、紫外光を受光する受光素子と、を備える表示パネル２００Ｃの構成の例について説明する。
図３Ｂに示す表示パネル２００Ｃは、発光ダイオード１１ＵＶのみを用いてフルカラー表示が可能であり、且つ、紫外線を受光することができる。発光ダイオード１１ＵＶは、紫外光ＵＶを発する発光ダイオードである。
図３Ｂに示す表示パネル２００Ｃは、発光ダイオード１１ＵＶと重なる色変換層２０２ｒを有する。また、発光ダイオード１１ＵＶと重なる色変換層２０２ｂを有する。また、発光ダイオード１１ＵＶと重なる色変換層２０２ｇを有する。実装する際には、同じ発光ダイオード１１ＵＶを複数実装するため、まとめて実装することもできる。
〔構成例１−５〕
図３Ｃには、ペンタイル配列が適用された４つの画素を示しており、隣接する２つの画素は組み合わせの異なる２色の光を呈する発光ダイオードを有する。なお、図３Ｃでは、発光ダイオードの上面形状を示している。
図３Ｃに示す左上の画素と右下の画素は、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｇを有する。また右上の画素と左下の画素は、発光ダイオード１１Ｇと発光ダイオード１１Ｂを有する。すなわち、図３Ｃに示す例では、各画素に発光ダイオード１１Ｇが設けられている。それぞれの発光ダイオードは副画素を構成し、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｇの組み合わせの画素と、発光ダイオード１１Ｇと発光ダイオード１１Ｂの組み合わせの画素の２種類を用いて配列している。
発光ダイオードの上面形状は特に限定されず、円、楕円、多角形、角の丸い多角形等とすることができる。図３Ｃでは、発光ダイオードの上面形状として、略４５度傾いた正方形（ひし形）である例を示している。なお、各色の発光ダイオードの上面形状は、互いに異なっていてもよく、一部または全ての色で同じであってもよい。
また、各色の発光ダイオードの発光領域のサイズは、互いに異なっていてもよく、一部または全ての色で同じであってもよい。例えば図３Ｃにおいて、各画素に設けられる発光ダイオード１１Ｇの発光領域の面積を他の素子の発光領域よりも小さくしてもよい。
図３Ｄは、図３Ｃに示す画素配列の変形例である。図３Ｄに示す左上の画素と右下の画素は、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｇを有する。また右上の画素と左下の画素は、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｂを有する。すなわち、図３Ｄに示す例では、各画素に発光ダイオード１１Ｒが設けられている。それぞれの発光ダイオードは副画素を構成し、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｇの組み合わせの画素と、発光ダイオード１１Ｒと発光ダイオード１１Ｂの組み合わせの画素の２種類を用いて配列している。
また、図３Ｃ及び図３Ｄでは、受光素子を図示していないが、発光ダイオードの間であれば特に限定されず、例えば、隣り合う２つの副画素間に一つ配置する構成とすればよい。
以上のように、本実施の形態の表示パネルを有する表示装置には、様々な配列の画素を適用することができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態２）
表示装置は、３種類の発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂと、受光デバイスを有する。また、光源となる近赤外光を発する発光ダイオード１１ＩＲを有していてもよい。受光デバイスは、可視光または近赤外光の光源が発し、対象物で反射された光を感知する機能を有する。近赤外光の光源を用いる場合は、実質的に視感度がないため、第１、第２、及び第３の発光デバイスからの光を表示部から高輝度で発しても表示の視認に影響を与えない。
図４Ａは、表示パネル２００における受光素子２１２及び駆動回路のブロック図を示している。また、図４Ｂは、表示パネル２００における発光ダイオード及び駆動回路のブロック図を示している。それぞれ独立して受光素子２１２と発光ダイオードを駆動させるため、それぞれ駆動回路が必要であり、わかりやすくするためそれぞれ分けて図４Ａ及び図４Ｂに図示しているが、実際には、図２Ａに示す機能層２０３または外付けの駆動ＩＣで構成する。なお、図２Ａの表示パネル２００と対応する部分には、図４Ａ及び図４Ｂにおいても同じ符号を用いて説明することとする。
図４Ａにおいて、表示パネル２００は、画素アレイ１７、受光素子２１２、第１駆動回路部１３、第２駆動回路部１４、読み出し回路部１５、配線１３１、配線１３２、配線１３３および制御回路部１６を備える。受光素子２１２と重ねて、複数のマイクロレンズを含むマイクロレンズアレイを備える構成としてもよい。また、受光素子２１２は、発光ダイオードと重ならないように、列方向および行方向に実装する。なお、図４Ａにおいて、端子ＯＵＴは出力端子を示している。
受光素子２１２としては、例えば、ｐｎ型またはｐｉｎ型のフォトダイオードを用いることができる。結晶性のシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンなど）を用いたフォトダイオードチップを受光デバイスに用いることもできる。受光デバイスには、入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子を用いることができる。受光デバイスでは、入射する光量に基づき、発生する電荷量が決まる。
受光素子２１２としては、有機化合物を光電変換層に有する有機フォトダイオードを用いることもできる。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化および大面積化が容易である。また、形状およびデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。
図４Ｂにおいて、表示パネル２００は、画素アレイ１７、３種類の発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂ、第１駆動回路部２３１、及び第２駆動回路部２３２を備える。なお、図４Ｂにおいては受光素子２１２の実装位置を点線で示し、一つの画素１０において、３つの副画素、即ち、３種類の発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂの実装位置との位置関係を示している。また、表示パネル２００は、一つの画素１０において、３つの表示画素と一つの撮像画素を有しているとも言える。
なお、本明細書では、一つの「画素」の中で独立した動作が行われる最小単位を便宜的に「副画素」と定義して説明を行うが、「画素」を「領域」と置き換え、「副画素」を「画素」と置き換えてもよい。
３種類の発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂとしては、マイクロＬＥＤなどのＬＥＤを用いる。マイクロＬＥＤは矩形状の平面形状の少なくともその一辺が０．１ｍｍ未満のチップサイズを有している。また、矩形状の平面形状の少なくともその一辺が０．１ｍｍ以上のチップサイズであるミニＬＥＤを用いてもよい。
受光素子２１２は、緑色の発光ダイオード１１Ｇが発し、対象物で反射された光を感知する機能を有する。受光素子２１２は、近赤外光に感度を有する受光デバイスとしてもよい。また、画素１０に赤外光を発する発光ダイオードをさらに設けてもよい。
受光素子２１２による撮像のための駆動回路は、表示を行う駆動回路とは独立して設ける。具体的には、撮像のための駆動回路を図５Ａ及び図５Ｂに示す。また、表示を行う駆動回路を図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃ及び図６Ｄに示す。
＜撮像画素の回路構成例＞
図５Ａは、受光素子２１２の回路構成例を説明する回路図である。受光素子２１２を含む駆動回路は、トランジスタ１０２と、トランジスタ１０３と、トランジスタ１０４と、トランジスタ１０５と、キャパシタ１０８を備える。なお、キャパシタ１０８を設けない構成としてもよい。また、トランジスタのばらつき補正回路を設けてもよく、トランジスタのばらつきを外部補正してもよい。
受光素子２１２の一方の電極（カソード）は、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの一方は、キャパシタ１０８の一方の電極と電気的に接続される。キャパシタ１０８の一方の電極は、トランジスタ１０４のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１０５のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
ここで、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方、キャパシタ１０８の一方の電極、トランジスタ１０４のゲートを接続する配線をノードＦＤとする。ノードＦＤは電荷検出部として機能させることができる。
受光素子２１２の他方の電極（アノード）は、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０２のゲートは、配線１２７と電気的に接続される。トランジスタ１０３のソースまたはドレインの他方は、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０４のソースまたはドレインの他方は、配線１２３に電気的に接続される。トランジスタ１０３のゲートは、配線１２６と電気的に接続される。トランジスタ１０５のゲートは、配線１２８と電気的に接続される。キャパシタ１０８の他方の電極は、例えばＧＮＤ配線などの基準電位線と電気的に接続される。トランジスタ１０５のソースまたはドレインの他方は、配線３５２と電気的に接続される。
配線１２７、配線１２６、配線１２８は、各トランジスタのオン状態オフ状態を制御する信号線としての機能を備える。配線３５２は出力線としての機能を備える。
配線１２１、配線１２２、配線１２３は、電源線としての機能を備える。図５Ａに示す構成では受光素子２１２のカソード側がトランジスタ１０２と電気的に接続する構成であり、ノードＦＤを高電位にリセットして動作させる構成である。よって、配線１２２は高電位（配線１２１よりも高い電位）とする。
なお、図５Ａでは、受光素子２１２のカソードがノードＦＤと電気的に接続する構成を示したが、受光素子２１２のアノード側がトランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方と電気的に接続する構成としてもよい。この場合は、ノードＦＤを低電位にリセットして動作させる構成であるため、配線１２２は低電位（配線１２１よりも低い電位）とすればよい。
トランジスタ１０２は、ノードＦＤの電位を制御する機能を備える。トランジスタ１０２を「転送トランジスタ」ともいう。トランジスタ１０３は、ノードＦＤの電位をリセットする機能を備える。トランジスタ１０３を「リセットトランジスタ」ともいう。トランジスタ１０４はソースフォロア回路として機能し、ノードＦＤの電位を画像データとして配線３５２に出力することができる。トランジスタ１０５は画像データを出力する画素を選択する機能を備える。トランジスタ１０４を「増幅トランジスタ」ともいう。トランジスタ１０５を「選択トランジスタ」ともいう。
また、図５Ｂに示すように、受光素子２１２とトランジスタ１０２を一組として、複数組の受光素子２１２とトランジスタ１０２をノードＦＤと接続してもよい。図５Ｂに示す回路構成によれば、受光素子２１２の１つ当たりの占有面積を低減することができる。よって、受光素子２１２の実装密度を高めることができる。
図５Ｂでは、１組目の受光素子２１２とトランジスタ１０２を、受光素子２１２＿１、トランジスタ１０２＿１と示している。トランジスタ１０２＿１のゲートは配線１２７＿１と電気的に接続される。また、２組目の受光素子２１２とトランジスタ１０２を、受光素子２１２＿２、トランジスタ１０２＿２と示している。トランジスタ１０２＿２のゲートは配線１２７＿２と電気的に接続される。また、ｋ組目（ｋは１以上の整数）の受光素子２１２とトランジスタ１０２を、受光素子２１２＿ｋ、トランジスタ１０２＿ｋと示している。トランジスタ１０２＿ｋのゲートは配線１２７＿ｋと電気的に接続される。
＜表示画素の回路構成例１＞
図６Ａは、１つの画素１０のうち、副画素の回路構成例を示す図である。本実施の形態では、赤色の発光をする副画素を例に説明する。副画素は、表示画素回路４３１および発光ダイオード１１Ｒを有する。他の副画素は青色の発光をする副画素と、緑色の発光をする副画素であり、３種の発光ダイオードを１つの画素１０とし、ｍ行ｎ列に配設されて表示領域を構成する。ｍ、ｎは、ともに１以上の整数である。
表示画素回路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、表示画素回路４３１は、発光ダイオード１１Ｒ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（図４Ｂにおける）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。
発光ダイオード１１Ｒ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。
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。
表示画素回路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表示画素回路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表示画素回路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、発光ダイオード１１Ｒは、流れる電流量に応じた輝度で赤色に発光する。これを行毎に順次行うことにより、赤色の画像を表示できる。さらに、発光ダイオード１１Ｂ、及び発光ダイオード１１Ｇも同様にそれぞれ駆動させることでフルカラーの画像を表示できる。
また、トランジスタのばらつき補正回路を設けてもよく、トランジスタのばらつきを外部補正してもよい。
＜表示画素の回路構成例２＞
図６Ｂに、図６Ａに示した表示画素の回路構成の変形例を示す。図６Ｂに示す回路構成は、トランジスタ４３６のゲート電極が第１走査信号が与えられる線（以下、走査線ＧＬ１＿ｍという）に電気的に接続されている。また、トランジスタ４３４のゲート電極が第２走査信号が与えられる線（以下、走査線ＧＬ２＿ｍという）に電気的に接続されている。
また、図６Ｂに示す回路構成は、図６Ａに示す回路構成に加えてトランジスタ４３８を有する。トランジスタ４３８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４３５に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３８のゲート電極は第３走査信号が与えられる線（以下、走査線ＧＬ３＿ｍという）に電気的に接続されている。
走査線ＧＬ１＿ｍは図４Ｂに示す配線２３６に相当する。図４Ｂでは走査線ＧＬ２＿ｍおよび走査線ＧＬ３＿ｍのそれぞれに対応する配線を図示していないが、走査線ＧＬ２＿ｍおよび走査線ＧＬ３＿ｍは第１駆動回路部２３１と電気的に接続される。
例えば、発光ダイオード１１Ｒを黒表示にしたい場合に、トランジスタ４３４とトランジスタ４３８の双方をオン状態にする。すると、トランジスタ２５１のソース電極とゲート電極の電位が等しくなる。よって、トランジスタ２５１のゲート電圧が０Ｖになり、発光ダイオード１１Ｒに流れる電流を遮断できる。
また、表示画素回路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。図６Ｂに示す回路構成では、トランジスタとしてバックゲートを有するトランジスタを用いている。例えば、トランジスタ４３４、トランジスタ４３６、およびトランジスタ４３８のそれぞれは、ゲートとバックゲートが電気的に接続する例を示している。また、図６Ｂに示すトランジスタ２５１では、バックゲートがノード４３７と電気的に接続する例を示している。
また、トランジスタのばらつき補正回路を設けてもよく、トランジスタのばらつきを外部補正してもよい。
＜表示画素の回路構成例３＞
図６Ｃに、図６Ａに示した表示画素の回路構成の変形例を示す。図６Ｃに示す回路構成は、図６Ａ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６Ａ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６Ｃに示す回路構成の詳細な説明は省略する。
また、前述した通り、表示画素回路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６Ｄ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６Ｄ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。
なお、発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂのコモン配線と、受光素子２１２のコモン配線を共通として配線数を低減する構成としてもよい。
また、受光素子２１２を用いて、指紋、掌紋、または虹彩などの撮像データを取得することができる。つまり、表示装置に生体認証機能を付加させることができる。なお、対象物を表示装置に接触させて撮像データの取得を行ってもよい。
また、受光素子２１２を用いて、ユーザの表情、目の動き、または瞳孔径の変化などの撮像データを取得することができる。当該画像データを解析することで、ユーザの心身の情報を取得することができる。当該情報をもとに表示装置が出力する表示および音声の一方または双方を変化させるなど、ユーザの心身の状態に合わせた動作を行うことができる。これらの動作は、例えば、ＶＲ（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、ＡＲ（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器、またはＭＲ（Ｍｉｘｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ）向け機器に有効である。
また、トランジスタのばらつき補正回路を設けてもよく、トランジスタのばらつきを外部補正してもよい。
（実施の形態３）
本実施の形態では、発光ダイオードの構成について以下に説明する。個別に切り出した発光ダイオードチップはＬＥＤチップ５１と呼ぶ場合がある。
発光ダイオードの構成は特に限定されず、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）接合でもよく、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合を有するホモ構造、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造などを用いることができる。また、超格子構造、量子効果を生ずる薄膜を積層した単一量子井戸構造又は多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）構造であってもよい。また、ナノコラムを用いたＬＥＤチップを用いてもよい。
ＬＥＤチップの例を、図７Ａ及び図７Ｂに示す。図７ＡはＬＥＤチップ５１の断面図、図７ＢはＬＥＤチップ５１の上面図を示している。ＬＥＤチップ５１は、半導体層８１等を有する。半導体層８１は、ｎ型半導体層７５と、ｎ型半導体層７５上の発光層７７と、発光層７７上のｐ型半導体層７９とを有する。ｐ型半導体層７９の材料としては、発光層７７よりバンドギャップエネルギーが大きく、発光層７７へのキャリアの閉じ込めができる材料を用いることができる。また、ＬＥＤチップ５１は、ｎ型半導体層７５上にカソードとして機能する電極８５と、ｐ型半導体層７９上にコンタクト電極として機能する電極８３と、電極８３上にアノードとして機能する電極８７とが設けられる。また、電極８３の上面及び側面が絶縁層８９で覆われていることが好ましい。絶縁層８９は、ＬＥＤチップ５１の保護膜として機能する。
半導体層８１の拡大図の例を、図７Ｃに示す。図７Ｃに示すように、ｎ型半導体層７５は、基板７１側のｎ型コンタクト層７５ａと発光層７７側のｎ型クラッド層７５ｂとを有してもよい。ｐ型半導体層７９は、発光層７７側のｐ型クラッド層７９ａとｐ型クラッド層７９ａ上のｐ型コンタクト層７９ｂとを有してもよい。
発光層７７は、障壁層７７ａと井戸層７７ｂとが複数回に渡って積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を用いることができる。障壁層７７ａは、井戸層７７ｂよりバンドギャップエネルギーが大きい材料を用いることが好ましい。このような構成とすることで、エネルギーを井戸層７７ｂに閉じ込めることができ、量子効率が向上し、ＬＥＤチップ５１の発光効率を向上させることができる。
フェイスアップ型のＬＥＤチップ５１において電極８３は光を透過する材料を用いることができ、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＡＺＯ（Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ）、ＧＺＯ（ＧｅＯ２−ＺｎＯ）、ＩＣＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＣｅＯ２）等の酸化物を用いることができる。フェイスアップ型のＬＥＤチップ５１では、光が主に電極８７側に射出される。フェイスダウン型のＬＥＤチップ５１において電極８３は光を反射する材料を用いることができ、例えば、銀、アルミニウム、ロジウムなどの金属を用いることができる。フェイスダウン型のＬＥＤチップ５１では、光が主に基板７１側に射出される。
基板７１としては、サファイア単結晶（Ａｌ２Ｏ３）、スピネル単結晶（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＺｎＯ単結晶、ＬｉＡｌＯ２単結晶、ＬｉＧａＯ２単結晶、ＭｇＯ単結晶等の酸化物単結晶、Ｓｉ単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＧａＡｓ単結晶、ＡｌＮ単結晶、ＧａＮ単結晶、ＺｒＢ２等のホウ化物単結晶等を用いることができる。フェイスダウン型のＬＥＤチップ５１において基板７１は光を透過する材料を用いることが好ましく、例えば、光を透過するサファイア単結晶などを用いることができる。
基板７１とｎ型半導体層７５との間にバッファ層（図示せず）を設けてもよい。バッファ層は、基板７１とｎ型半導体層７５との格子定数の違いを緩和する機能を有する。
発光ダイオードチップとして用いることができるＬＥＤチップ５１は、図７Ａに示すような電極８５及び電極８７が同じ面側に配置される水平構造が好ましい。ＬＥＤチップ５１の電極８５及び電極８７が同じ面側に設けられることにより、端子電極との接続が容易となり、端子電極の構造を簡易にすることができる。さらに、発光ダイオードチップとして用いることができるＬＥＤチップ５１は、フェイスダウン型が好ましい。フェイスダウン型のＬＥＤチップ５１を用いることにより、ＬＥＤチップ５１から射出される光が効率良く表示装置の表示面側に射出され、輝度が高い表示装置とすることができる。ＬＥＤチップ５１として、市販のＬＥＤチップを用いてもよい。
白色発光を得る場合には、色変換層を用いる。色変換層が有する蛍光体としては、蛍光体が表面に印刷または塗装された有機樹脂層、蛍光体が混合された有機樹脂層などを用いることができる。色変換層は、ＬＥＤチップ５１が射出する光により励起され、ＬＥＤチップ５１の発光色の補色の光を射出する材料を用いることができる。このような構成とすることにより、発光ダイオードチップが射出する光と蛍光体が発する光が合わさり、色変換層から白色光を射出できる。
例えば、青色光を射出するＬＥＤチップ５１と、青色の補色である黄色光を射出する蛍光体とを用いることにより、色変換層から白色光が射出される構成とすることができる。青色光の射出が可能なＬＥＤチップ５１としては、１３族窒化物系化合物半導体からなるダイオードが代表的であり、一例としてはＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘは０以上１以下、ｙは０以上１以下、ｘ＋ｙは０以上１以下）の式で表されるＧａＮ系を有するダイオードがある。青色光で励起され、黄色光を射出する蛍光体の代表例としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｍｎ等がある。
例えば、青緑色光を射出するＬＥＤチップ５１と、青緑色の補色である赤色光を射出する蛍光体とを用い、色変換層から白色光が射出される構成とすることができる。
色変換層は、複数種類の蛍光体を有してもよく、該蛍光体がそれぞれ異なる色の光を射出する構成とすることもできる。例えば、青色光を射出するＬＥＤチップ５１と、赤色光を射出する蛍光体、緑色光を射出する蛍光体とを用いて、色変換層から白色光が射出される構成とすることができる。青色光で励起され、赤色光を射出する蛍光体の代表例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ等がある。青色光で励起され、緑色光を射出する蛍光体の代表例としては、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ等がある。
また、近紫外光または紫色光を射出するＬＥＤチップ５１と、赤色光を射出する蛍光体、緑色光を射出する蛍光体及び青色光を射出する蛍光体とを用いて、色変換層から白色光が射出される構成とすることができる。近紫外光または紫色光で励起され、赤色光を射出する蛍光体の代表例としては、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等がある。近紫外光または紫色光で励起され、緑色光を射出する蛍光体の代表例としては、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１：Ｅｕ等がある。近紫外光または紫色光で励起され、青色光を射出する蛍光体の代表例としては、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ等がある。
なお、近紫外光は発光スペクトルにおいて、波長が２００ｎｍ乃至３８０ｎｍに最大ピークを有する。また、紫色光は発光スペクトルにおいて、波長が３８０ｎｍ乃至４３０ｎｍに最大ピークを有する。また、青色光は発光スペクトルにおいて、波長が４３０ｎｍ乃至４９０ｎｍに最大ピークを有する。また、緑色光は発光スペクトルにおいて、波長が４９０ｎｍ乃至５５０ｎｍに最大ピークを有する。また、黄色光は発光スペクトルにおいて、波長が５５０ｎｍ乃至５９０ｎｍに最大ピークを有する。また、赤色光は発光スペクトルにおいて、波長が６４０ｎｍ乃至７７０ｎｍに最大ピークを有する。
色変換層が黄色光を射出する蛍光体を有し、青色光を射出するＬＥＤチップ５１を用いる場合、ＬＥＤチップ５１が射出する光は発光スペクトルにおいて、波長が３３０ｎｍ乃至５００ｎｍに最大ピークを有することが好ましく、波長が４３０ｎｍ乃至４９０ｎｍに最大ピークを有することがさらに好ましく、波長が４５０ｎｍ乃至４８０ｎｍに最大ピークを有することがさらに好ましい。これにより、蛍光体を効率よく励起できる。また、ＬＥＤチップ５１が射出する光が発光スペクトルにおいて、４３０ｎｍ乃至４９０ｎｍに最大ピークを有することにより、励起光である青色光と蛍光体からの黄色光とを混色させて白色光とすることができる。更に、ＬＥＤチップ５１が射出する光が４５０ｎｍ乃至４８０ｎｍに最大ピークを有することにより、純度の高い白色とすることができる。
以上が、ＬＥＤチップ５１の構成例についての説明である。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施できる。
（実施の形態４）
本実施の形態１では、矩形のサファイア基板を用いる例を示したが、本実施の形態では、単結晶シリコン基板を用いる例を示す。単結晶シリコン基板を用いる場合、発光ダイオードの駆動回路（例えばデマルチプレクサ回路またはデジタルアナログ変換回路）を形成することもでき、さらにはセンサの駆動回路も形成することもできる。
図８Ａ１に単結晶シリコン基板７１Ｒの斜視図を示す。赤色用のＬＥＤチップは、単結晶シリコン基板７１Ｒに、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層等を有する半導体層、カソードとして機能する電極及びアノードとして機能する電極が形成される。
単結晶シリコン基板７１Ｒには複数の赤色用のＬＥＤチップが形成され、単結晶シリコン基板７１ＲをＬＥＤチップ区画に沿って分離することにより、複数の赤色用のＬＥＤチップを作製できる。
図８Ａ２に単結晶シリコン基板７１Ｇの斜視図を示す。緑色用のＬＥＤチップは、単結晶シリコン基板７１Ｇに、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層等を有する半導体層、カソードとして機能する電極及びアノードとして機能する電極が形成される。
単結晶シリコン基板７１Ｇには複数の緑色用のＬＥＤチップが形成され、単結晶シリコン基板７１ＧをＬＥＤチップ区画に沿って分離することにより、複数の緑色用のＬＥＤチップを作製できる。
図８Ａ３に単結晶シリコン基板７１Ｂの斜視図を示す。青色用のＬＥＤチップは、単結晶シリコン基板７１Ｂに、ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層等を有する半導体層、カソードとして機能する電極及びアノードとして機能する電極が形成される。
単結晶シリコン基板７１Ｂには複数の青色用のＬＥＤチップが形成され、単結晶シリコン基板７１ＢをＬＥＤチップ区画に沿って分離することにより、複数の青色用のＬＥＤチップを作製できる。
また、単結晶シリコン基板７１Ｓには、ＣＭＯＳイメージセンサを形成する。ＣＭＯＳイメージセンサは公知の技術を用いて作製することができる。上面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを用いる。また、受光領域８２を形成する。受光領域８２には、受光領域８２と重なる領域にマイクロレンズまたは着色層を設ける構成としてもよい。
この受光領域８２と重ならないように、赤色用のＬＥＤチップ、緑色用のＬＥＤチップ、及び青色用のＬＥＤチップをそれぞれ実装する。図８Ｂは、それぞれの発光ダイオードを一つずつピックアップして単結晶シリコン基板７１Ｓに実装する様子を斜視図としている。
また、単結晶シリコン基板７１Ｓには、赤色用のＬＥＤチップ、緑色用のＬＥＤチップ、及び青色用のＬＥＤチップをそれぞれ実装するため、端子電極及び該端子電極に電気的に接続する駆動回路を設ける。勿論、単結晶シリコン基板７１ＳにＣＭＯＳセンサの駆動回路も設けてもよい。また、これらの駆動回路は、別途、半導体基板に形成し、半導体基板同士を貼り合わせて電気的接続を行ってもよい。
例えば、図９Ａに示すプレーナー型トランジスタを用いて駆動回路を形成した単結晶シリコン基板を貼り合わせてもよい。また、フィン型のトランジスタを用いて駆動回路を形成した単結晶シリコン基板を貼り合わせてもよい。
または、図９Ｂに示すように、シリコン薄膜の半導体層５４５を有するトランジスタであってもよい。半導体層５４５は、例えば、シリコン基板２１１上の絶縁層５４６上に形成された単結晶シリコン（ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ））とすることができる。
［ＯＳトランジスタの構成例］
また、単結晶シリコン基板上にＯＳトランジスタを設けて駆動回路を形成した単結晶シリコン基板を貼り合わせてもよい。
図１０ＡにＯＳトランジスタの詳細を示す。図１０Ａに示すＯＳトランジスタは、酸化物半導体層および導電層の積層上に絶縁層を設け、当該酸化物半導体層に達する開口部を設けることでソース電極７０５およびドレイン電極７０６を形成するセルフアライン型の構成である。
ＯＳトランジスタは、酸化物半導体層に形成されるチャネル形成領域、ソース領域７０３およびドレイン領域７０４のほか、ゲート電極７０１、ゲート絶縁膜７０２を有する構成とすることができる。当該開口部には少なくともゲート絶縁膜７０２およびゲート電極７０１が設けられる。当該開口部には、さらに酸化物半導体層７０７が設けられていてもよい。
ＯＳトランジスタは、図１０Ｂに示すように、ゲート電極７０１をマスクとして半導体層にソース領域７０３およびドレイン領域７０４を形成するセルフアライン型の構成としてもよい。
または、図１０Ｃに示すように、ソース電極７０５またはドレイン電極７０６とゲート電極７０１とが重なる領域を有するノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。
ＯＳトランジスタはバックゲート５３５を有する構造を示しているが、バックゲートを有さない構造であってもよい。バックゲート５３５は、図１０Ｄに示すトランジスタのチャネル幅方向の断面図のように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートと電気的に接続してもよい。なお、図１０Ｄは図１０Ａに示すＢ１−Ｂ２の断面を例として示しているが、その他の構造のトランジスタも同様である。また、バックゲート５３５にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。
ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ−ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。
ＯＳトランジスタは半導体層のエネルギーギャップが大きいため、数ｙＡ／μｍ（チャネル幅１μｍあたりの電流値）という極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、高耐圧で信頼性の高い回路を形成することができる。また、Ｓｉトランジスタでは問題となる結晶性の不均一性に起因する電気特性のばらつきもＯＳトランジスタでは生じにくい。
ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、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、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属の一つまたは複数）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物は、代表的には、スパッタリング法で形成することができる。または、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ　ｌａｙｅｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成してもよい。
Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物をスパッタリング法で形成するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度および不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
半導体層を構成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、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンまたは炭素の濃度（二次イオン質量分析法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、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、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。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
また、半導体層を構成する酸化物半導体に水素が含まれていると、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸化物半導体中に酸素欠損を形成する場合がある。酸化物半導体中のチャネル形成領域に酸素欠損が含まれていると、トランジスタはノーマリーオン特性となる場合がある。さらに、酸素欠損に水素が入った欠陥はドナーとして機能し、キャリアである電子が生成されることがある。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場合がある。したがって、水素が多く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。
酸素欠損に水素が入った欠陥は、酸化物半導体のドナーとして機能しうる。しかしながら、当該欠陥を定量的に評価することは困難である。そこで、酸化物半導体においては、ドナー濃度ではなく、キャリア濃度で評価される場合がある。よって、本明細書等では、酸化物半導体のパラメータとして、ドナー濃度ではなく、電界が印加されない状態を想定したキャリア濃度を用いる場合がある。つまり、本明細書等に記載の「キャリア濃度」は、「ドナー濃度」と言い換えることができる場合がある。
よって、酸化物半導体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、酸化物半導体において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、より好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満とする。水素などの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。
また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ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、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上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２ｎｍ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。
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウム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、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。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を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、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。
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
また、ＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
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、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、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は、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体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、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。
なお、デバイス間の電気的な接続に用いられる配線、電極およびプラグとして用いることのできる導電体には、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、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、ランタンなどから選ばれた金属元素、また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適宜選択して用いればよい。当該導電体は単層に限らず、異なる材料で構成された複数の層であってもよい。
発光ダイオードを行方向または列方向に複数並べて実装し、それらが表示領域を構成するように区画に沿って単結晶シリコン基板７１Ｓを分離することにより、表示パネルを作製できる。なお、単結晶シリコン基板を用いる表示パネルは、単結晶シリコン基板のサイズよりも小さいサイズとなり、小型の表示パネルに限定される。また、隣り合う表示領域の間隔を狭め、小型の表示パネルを行方向または列方向に複数並べることで大型の表示パネルを実現することもできる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施できる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、受光素子２１２として、有機化合物を光電変換層に有する有機フォトダイオードを用いる例を示す。有機フォトダイオードは、薄型化、軽量化および大面積化が容易である。また、形状およびデザインの自由度が高いため、様々な表示装置に適用できる。
図１１に、本発明の一態様の表示装置５０Ａの断面概略図を示す。表示装置５０Ａは、受光領域１１０、発光領域１９０および発光領域１８０を有する。発光領域１９０は、色変換層７９７Ｇ及び青色の発光ダイオード１１Ｂが有する発光ダイオードを有する。発光領域１８０は、色変換層７９７Ｇ及び青色の発光ダイオード１１Ｂが有する発光ダイオード（緑色光を発光）に相当する。
発光領域１９０および発光領域１８０、およびその周辺の構成において、色変換層以外の構成は同じとすることができる。したがって、ここでは発光領域１９０の詳細を説明し、発光領域１８０の説明は省略する。
発光領域１９０は、端子電極１９１、導電層７７４、導電性のバンプ７９１及びバンプ７９３を有する。図１１に示す表示装置５０Ａにおいては、バンプ７９１とバンプ７９３の高さが異なる構成を示している。なお、青色の発光ダイオード１１Ｂが有する陰極側の電極と陽極側の電極の高さが同じの場合は、バンプ７９１とバンプ７９３の高さが概略同じとなる構成とすることができる。
受光領域１１０は、画素電極１１１、共通層１１２、光電変換層１１３、共通層１１４、および共通電極１１５を有する。
画素電極１１１、端子電極１９１、共通層１１２、光電変換層１１３、共通層１１４および共通電極１１５は、それぞれ、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
画素電極１１１、端子電極１９１、及び導電層７７４は、絶縁層２１４上に位置する。画素電極１１１、端子電極１９１、及び導電層７７４は、同一の材料および同一の工程で形成することができる。
共通層１１２は、画素電極１１１上に位置する。共通層１１２は、各画素に配置されている受光素子２１２に共通で用いられる層である。
光電変換層１１３は、共通層１１２を介して画素電極１１１と重なる領域を有する。光電変換層１１３は、第１の有機化合物を有する。
共通層１１４は、共通層１１２上、光電変換層１１３上に位置する。共通層１１４は、各画素に配置されている受光素子２１２に共通で用いられる層である。
共通電極１１５は、共通層１１２、光電変換層１１３および共通層１１４を介して、画素電極１１１と重なる領域を有する。共通電極１１５は、各画素に配置されている受光素子２１２に共通で用いられる層である。
本実施の形態の表示装置では、受光素子２１２の光電変換層１１３に有機化合物を用いる。また、発光領域１９０と受光領域１１０とを同一基板上に形成することができる。したがって、表示装置に受光領域１１０を内蔵することができる。
表示装置５０Ａは、一対の基板（絶縁性を有する基板１５１および絶縁性を有する基板１５２）間に、受光領域１１０、発光領域１９０、トランジスタ４１、およびトランジスタ４２等を有する。
絶縁性を有する基板１５１および絶縁性を有する基板１５２としては、ガラス基板、石英基板、またはプラスチックフィルムを用いることができる。プラスチックフィルムとしては、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等を用いることができる。
受光領域１１０において、それぞれ画素電極１１１および共通電極１１５の間に位置する共通層１１２、光電変換層１１３および共通層１１４は、有機層（有機化合物を含む層）ということもできる。画素電極１１１は、近赤外光を反射する機能を有することが好ましい。共通電極１１５は、可視光および近赤外光を透過する機能を有する。
受光素子２１２は、光を検出する機能を有する。具体的には、受光素子２１２は、入射される光２２を電気信号に変換する光電変換素子である。
基板１５２の基板１５１側の面には、遮光層１４８が設けられている。遮光層１４８は、受光領域１１０と重なる位置および発光領域１９０と重なる位置に開口部を有する。遮光層１４８を設けることで、受光領域１１０が光を検出する範囲を制御することができる。
遮光層１４８としては、発光ダイオード１１Ｂが発する光を遮る材料を用いることができる。遮光層１４８は、可視光および近赤外光を吸収することが好ましい。遮光層１４８として、例えば、金属材料、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等を用いて形成することができる。遮光層１４８は、赤色のカラーフィルタ、緑色のカラーフィルタおよび青色のカラーフィルタの積層構造であってもよい。
また、遮光層１４８の受光領域１１０と重なる位置に設けられる開口部には、（受光素子２１２で受光する）光の波長（近赤外光）よりも短波長側の光をカットするフィルタ１４９が設けられることが好ましい。フィルタ１４９としては、例えば、近赤外光よりも短波長側の光をカットするロングパスフィルタ、少なくとも可視光領域の波長をカットするバンドパスフィルタなどを用いることができる。可視光をカットするフィルタとしては、色素を含む樹脂膜などのほか、非晶質シリコン薄膜などの半導体膜を用いることができる。フィルタ１４９を設けることで、受光素子２１２への可視光の入射を抑えることができ、低ノイズで近赤外光を感知することができる。
なお、フィルタ１４９は、受光素子２１２と積層されて設けられていてもよい。
または、フィルタ１４９はレンズ型の形状であってもよい。レンズ型のフィルタ１４９は、基板１５１側に凸面を有する凸レンズである。なお、基板１５２側が凸面となるように配置してもよい。基板１５２の同一面上に遮光層１４８とレンズ型のフィルタ１４９との双方を形成する場合、形成順は問わない。
また、フィルタ１４９を設けない構成としてもよい。受光素子２１２の特性において、可視光に感度がない、または、可視光よりも近赤外光の感度が十分に高い場合はフィルタ１４９を省くことができる。この場合、レンズ型のフィルタ１４９と同様の形状のレンズを受光素子２１２と重ねて設けてもよい。当該レンズは、可視光が透過する材料で形成されていてもよい。
ここで、受光領域１１０は、図１１に示すように発光ダイオード１１Ｂが発した光２１のうち、指などの対象物６０によって反射された光２２を感知することができる。しかし、発光ダイオード１１Ｂが発した光の一部が、表示装置５０Ａ内で反射され、対象物６０を介さずに受光領域１１０に入射されてしまう場合がある。
遮光層１４８は、このような迷光の影響を抑制することができる。例えば、遮光層１４８が設けられていない場合、発光ダイオード１１Ｂが発した光２３ａは、基板１５２等で反射され、反射光２３ｂが受光領域１１０に入射することがある。遮光層１４８を設けることで、反射光２３ｂが受光素子２１２に入射することを抑制できる。これにより、ノイズを低減し、受光素子２１２の光感知精度を高めることができる。
発光領域１９０は、緑色光を発する機能を有する。具体的には、発光ダイオード１１Ｂは、端子電極１９１と導電層７７４との間に電圧を印加することで、基板１５２側に青色の発光を射出して色変換層７９７Ｇを通過することにより緑色の光２１を射出する電界発光デバイスである。
発光領域１９０において、基板１５２の基板１５１側には、発光ダイオード１１Ｂと重なる位置に、色変換層７９７Ｇが設けられる。発光領域１８０において、基板１５２の基板１５１側には、発光ダイオード１１Ｂと重なる位置に、色変換層７９７Ｒが設けられる。
本実施の形態では、青色の発光ダイオード１１Ｂを用いる例を示したが特に限定されない。３種類の発光ダイオード１１Ｒ、１１Ｂ、１１Ｇを用いる場合は、色変換層を設けなくともよい。また、発光ダイオード１１Ｂに代えて紫外光を発する発光ダイオードを用いることもできる。紫外光を発する発光ダイオードを用いる場合には、白色光に色変換が可能な色変換層と、着色層の積層としてもよい。紫外光が色変換層を通過すると白色光が射出され、赤色を透過する着色層を通過すると赤色光として表示面側に射出される。
受光素子２１２と電気的に接続される回路の少なくとも一部は、発光ダイオード１１Ｂと電気的に接続される回路と同一の材料および同一の工程で形成されることが好ましい。これにより、２つの回路を別々に形成する場合に比べて、表示装置の厚さを薄くすることができ、また、作製工程を簡略化できる。
受光素子２１２は、保護層１９５に覆われていることが好ましい。また、接着層１４２によって、保護層１９５と基板１５２とが貼り合わされている。接着層１４２は、発光を通過させるために、光透過性の高い材料を用いることが好ましい。
また、発光ダイオード１１Ｂは、接着層１４２によって隣り合う発光ダイオード間が充填され、基板１５２と基板１５１が貼り合わされる。
また、遮光層１４８を設けない構成としてもよい。
基板１５２として、散乱板などの光学部材、タッチセンサパネルなどの入力装置、またはこれらを２つ以上積層した構成を適用してもよい。
画素電極１１１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介してトランジスタ４１が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。
端子電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ４２が有するソースまたはドレインと電気的に接続される。トランジスタ４２は、発光ダイオード１１Ｂの駆動を制御する機能を有する。
トランジスタ４１とトランジスタ４２とは、同一の層（図１１では基板１５１）上に設けている。
［トランジスタの構成例］
以下では、上記表示装置５０Ａに適用することのできるトランジスタ４１、４２の断面構成例について説明する。
〔構成例１〕
図１２Ａは、トランジスタ４１０を含む断面図である。
トランジスタ４１０は、基板４０１上に設けられ、半導体層に多結晶シリコンを適用したトランジスタである。例えばトランジスタ４１０は、トランジスタ４２に対応する。また、トランジスタ４２が図６Ａの回路におけるトランジスタ２５１に対応する。すなわち、図１２Ａは、トランジスタ４１０のソース及びドレインの一方が、発光ダイオードと電気的に接続されている例である。なお、半導体層に多結晶シリコンを適用したトランジスタの１つとして、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｐｏｌｙ　Ｓｉｌｉｃｏｎ））を有するトランジスタ（以下、ＬＴＰＳトランジスタともいう）を用いることができる。ＬＴＰＳトランジスタは、電界効果移動度が高く、周波数特性が良好である。
トランジスタ４１０は、半導体層４１１、絶縁層４１２、導電層４１３等を有する。半導体層４１１は、チャネル形成領域４１１ｉ及び低抵抗領域４１１ｎを有する。半導体層４１１は、シリコンを有する。半導体層４１１は、多結晶シリコンを有することが好ましい。絶縁層４１２の一部は、ゲート絶縁層として機能する。導電層４１３の一部は、ゲート電極として機能する。
なお、半導体層４１１は、半導体特性を示す金属酸化物（酸化物半導体ともいう）を含む構成とすることもできる。このとき、トランジスタ４１０は、ＯＳトランジスタと呼ぶことができる。
低抵抗領域４１１ｎは、不純物元素を含む領域である。例えばトランジスタ４１０をｎチャネル型のトランジスタとする場合には、低抵抗領域４１１ｎにリン、ヒ素などを添加すればよい。一方、ｐチャネル型のトランジスタとする場合には、低抵抗領域４１１ｎにホウ素、アルミニウムなどを添加すればよい。また、トランジスタ４１０のしきい値電圧を制御するため、チャネル形成領域４１１ｉに、上述した不純物が添加されていてもよい。
基板４０１上に、絶縁層４２１が設けられている。半導体層４１１は、絶縁層４２１上に設けられている。絶縁層４１２は、半導体層４１１及び絶縁層４２１を覆って設けられている。導電層４１３は、絶縁層４１２上の、半導体層４１１と重なる位置に設けられている。
また、導電層４１３及び絶縁層４１２を覆って絶縁層４２２が設けられる。絶縁層４２２上には、導電層４１４ａ及び導電層４１４ｂが設けられる。導電層４１４ａ及び導電層４１４ｂは、絶縁層４２２及び絶縁層４１２に設けられた開口部において、低抵抗領域４１１ｎと電気的に接続されている。導電層４１４ａの一部は、ソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、導電層４１４ｂの一部は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。また、導電層４１４ａ、導電層４１４ｂ、及び絶縁層４２２を覆って、絶縁層４２３が設けられている。
絶縁層４２３上には、画素電極として機能する導電層４２７が設けられる。導電層４２７は、絶縁層４２３上に設けられ、絶縁層４２３に設けられた開口において、導電層４１４ｂと電気的に接続されている。ここでは省略するが、導電層４２７上にＬＥＤの電極と電気的に接続させることで、駆動回路上にＬＥＤを実装することができる。
〔構成例２〕
図１２Ｂには、一対のゲート電極を有するトランジスタ４１０ａを示す。図１２Ｂに示すトランジスタ４１０ａは、導電層４１５、及び絶縁層４１６を有する点で、図１２Ａと主に相違している。
導電層４１５は、絶縁層４２１上に設けられている。また、導電層４１５及び絶縁層４２１を覆って、絶縁層４１６が設けられている。半導体層４１１は、少なくともチャネル形成領域４１１ｉが、絶縁層４１６を介して導電層４１５と重なるように設けられている。
図１２Ｂに示すトランジスタ４１０ａにおいて、導電層４１３の一部が第１のゲート電極として機能し、導電層４１５の一部が第２のゲート電極として機能する。またこのとき、絶縁層４１２の一部が第１のゲート絶縁層として機能し、絶縁層４１６の一部が第２のゲート絶縁層として機能する。
ここで、第１のゲート電極と、第２のゲート電極とを電気的に接続する場合、図示しない領域において、絶縁層４１２及び絶縁層４１６に設けられた開口部を介して導電層４１３と導電層４１５とを電気的に接続すればよい。また、第２のゲート電極と、ソースまたはドレインとを電気的に接続する場合、図示しない領域において、絶縁層４２２、絶縁層４１２、及び絶縁層４１６に設けられた開口部を介して、導電層４１４ａまたは導電層４１４ｂと、導電層４１５とを電気的に接続すればよい。
画素を構成するトランジスタの全てに、ＬＴＰＳトランジスタを適用する場合、図１２Ａで例示したトランジスタ４１０、または図１２Ｂで例示したトランジスタ４１０ａを適用することができる。このとき、画素を構成する全てのトランジスタに、トランジスタ４１０ａを用いてもよいし、全てのトランジスタにトランジスタ４１０を適用してもよいし、トランジスタ４１０ａと、トランジスタ４１０とを組み合わせて用いてもよい。
〔構成例３〕
以下では、半導体層にシリコンが適用されたトランジスタと、半導体層に金属酸化物が適用されたトランジスタの両方を有する構成の例について説明する。
図１２Ｃに、トランジスタ４１０ａ及びトランジスタ４５０を含む、断面概略図を示している。
トランジスタ４１０ａについては、上記構成例２を援用できる。なお、ここではトランジスタ４１０ａを用いる例を示したが、トランジスタ４１０とトランジスタ４５０とを有する構成としてもよいし、トランジスタ４１０、トランジスタ４１０ａ、トランジスタ４５０の全てを有する構成としてもよい。
トランジスタ４５０は、半導体層に金属酸化物を適用したトランジスタである。図１２Ｃに示す構成は、例えばトランジスタ４５０が図６Ａの回路におけるトランジスタ４３６に対応し、トランジスタ４１０ａがトランジスタ２５１に対応する例である。すなわち、図１２Ｃは、トランジスタ４１０ａのソース及びドレインの一方が、ＬＥＤの電極と電気的に接合する導電層４２７と電気的に接続されている例である。
また、図１２Ｃには、トランジスタ４５０が一対のゲートを有する例を示している。
トランジスタ４５０は、導電層４５５、絶縁層４２２、半導体層４５１、絶縁層４５２、導電層４５３等を有する。導電層４５３の一部は、トランジスタ４５０の第１のゲートとして機能し、導電層４５５の一部は、トランジスタ４５０の第２のゲートとして機能する。このとき、絶縁層４５２の一部はトランジスタ４５０の第１のゲート絶縁層として機能し、絶縁層４２２の一部は、トランジスタ４５０の第２のゲート絶縁層として機能する。
導電層４５５は、絶縁層４１２上に設けられている。絶縁層４２２は、導電層４５５を覆って設けられている。半導体層４５１は、絶縁層４２２上に設けられている。絶縁層４５２は、半導体層４５１及び絶縁層４２２を覆って設けられている。導電層４５３は、絶縁層４５２上に設けられ、半導体層４５１及び導電層４５５と重なる領域を有する。
また、絶縁層４２６が絶縁層４５２及び導電層４５３を覆って設けられている。絶縁層４２６上には、導電層４５４ａ及び導電層４５４ｂが設けられる。導電層４５４ａ及び導電層４５４ｂは、絶縁層４２６及び絶縁層４５２に設けられた開口部において、半導体層４５１と電気的に接続されている。導電層４５４ａの一部は、ソース電極及びドレイン電極の一方として機能し、導電層４５４ｂの一部は、ソース電極及びドレイン電極の他方として機能する。また、導電層４５４ａ、導電層４５４ｂ、及び絶縁層４２６を覆って、絶縁層４２３が設けられている。
ここで、トランジスタ４１０ａと電気的に接続する導電層４１４ａ及び導電層４１４ｂは、導電層４５４ａ及び導電層４５４ｂと、同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。図１２Ｃでは、導電層４１４ａ、導電層４１４ｂ、導電層４５４ａ、及び導電層４５４ｂが、同一面上に（すなわち絶縁層４２６の上面に接して）形成され、且つ、同一の金属元素を含む構成を示している。このとき、導電層４１４ａ及び導電層４１４ｂは、絶縁層４２６、絶縁層４５２、絶縁層４２２、及び絶縁層４１２に設けられた開口を介して、低抵抗領域４１１ｎと電気的に接続する。これにより、作製工程を簡略化できるため好ましい。
また、トランジスタ４１０ａの第１のゲート電極として機能する導電層４１３と、トランジスタ４５０の第２のゲート電極として機能する導電層４５５とは、同一の導電膜を加工して形成することが好ましい。図１２Ｃでは、導電層４１３と導電層４５５とが、同一面上に（すなわち絶縁層４１２の上面に接して）形成され、且つ、同一の金属元素を含む構成を示している。これにより、作製工程を簡略化できるため好ましい。
図１２Ｃでは、トランジスタ４５０の第１のゲート絶縁層として機能する絶縁層４５２が、半導体層４５１の端部を覆う構成としたが、図１２Ｄに示すトランジスタ４５０ａのように、絶縁層４５２が、導電層４５３と上面形状が一致または概略一致するように加工されていてもよい。
図１２Ｃ、及び図１２Ｄに示すように、半導体層にシリコンが適用されたトランジスタと、半導体層に金属酸化物が適用されたトランジスタと、の双方を有する構成とすることで、消費電力が低く、駆動能力の高い半導体装置を実現することができる。また、ＬＴＰＳトランジスタと、ＯＳトランジスタとを、組み合わせる構成をＬＴＰＯと呼称する場合がある。なお、より好適な例としては、配線間の導通、非導通を制御するためのスイッチとして機能するトランジスタ等にＯＳトランジスタを適用し、電流を制御するトランジスタ等にＬＴＰＳトランジスタを適用することが好ましい。
なお、本明細書等において「上面形状が概略一致」とは、積層した層と層との間で少なくとも輪郭の一部が重なることをいう。例えば、上層と下層とが、同一のマスクパターン、または一部が同一のマスクパターンにより加工された場合を含む。ただし、厳密には輪郭が重なり合わず、上層が下層の内側に位置すること、または、上層が下層の外側に位置することもあり、この場合も「上面形状が概略一致」という。
なお、ここではトランジスタ４１０ａが、トランジスタ２５１に対応し、画素電極と電気的に接続する例を示したが、これに限られない。例えば、トランジスタ４５０またはトランジスタ４５０ａが、トランジスタ２５１に対応する構成としてもよい。このとき、トランジスタ４１０ａは、トランジスタ４３６、トランジスタ４３４、またはその他のトランジスタに対応する。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施できる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る半導体装置を適用可能な電子機器について説明する。
本発明の一態様に係る半導体装置を、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半導体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（ＨＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）、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、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、表示部の一部を主として画像情報を表示し、別の一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半導体装置は、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。例えば、ＶＲ機器またはＡＲ機器などのｘＲ機器に好適に用いることができる。
図１３Ａは、ファインダー８１００を取り付けた状態のカメラ８０００の外観を示す図である。
カメラ８０００は、筐体８００１、表示部８００２、操作ボタン８００３、シャッターボタン８００４等を有する。またカメラ８０００には、着脱可能なレンズ８００６が取り付けられている。なお、カメラ８０００は、レンズ８００６と筐体とが一体となっていてもよい。
カメラ８０００は、シャッターボタン８００４を押す、またはタッチパネルとして機能する表示部８００２をタッチすることにより撮像することができる。
筐体８００１は、電極を有するマウントを有し、ファインダー８１００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８１００は、筐体８１０１、表示部８１０２、ボタン８１０３等を有する。
筐体８１０１は、カメラ８０００のマウントと係合するマウントにより、カメラ８０００に取り付けられている。ファインダー８１００はカメラ８０００から受信した映像等を表示部８１０２に表示させることができる。
ボタン８１０３は、電源ボタン等としての機能を有する。
カメラ８０００の表示部８００２、及びファインダー８１００の表示部８１０２に、本発明の一態様に係る半導体装置を適用できる。なお、ファインダー８１００は、カメラ８０００に内蔵されていてもよい。表示部８００２及び表示部８１０２の表示領域のサイズ、即ち画面サイズは０．５インチ以上１０インチ以下である。
図１３Ｂは、ヘッドマウントディスプレイ８２００の外観を示す図である。
ヘッドマウントディスプレイ８２００は、装着部８２０１、レンズ８２０２、本体８２０３、表示部８２０４、ケーブル８２０５等を有している。また装着部８２０１には、バッテリ８２０６が内蔵されている。
ケーブル８２０５は、バッテリ８２０６から本体８２０３に電力を供給する。本体８２０３は無線受信機等を備え、受信した映像情報を表示部８２０４に表示させることができる。また、本体８２０３はカメラを備え、使用者の眼球またはまぶたの動きの情報を入力手段として用いることができる。
また、装着部８２０１には、使用者に触れる位置に、使用者の眼球の動きに伴って流れる電流を検知可能な複数の電極が設けられ、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８２０１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８２０４に表示する機能、使用者の頭部の動きに合わせて表示部８２０４に表示する映像を変化させる機能などを有していてもよい。
表示部８２０４に、本発明の一態様に係る半導体装置を適用できる。表示部８２０４の表示領域の大きさ、即ち画面サイズは０．５インチ以上３インチ以下である。
図１３Ｃ乃至図１３Ｅは、ヘッドマウントディスプレイ８３００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８３００は、筐体８３０１と、表示部８３０２と、バンド状の固定具８３０４と、一対のレンズ８３０５と、を有する。
使用者は、レンズ８３０５を通して、表示部８３０２の表示を視認することができる。なお、表示部８３０２を湾曲して配置させると、使用者が高い臨場感を感じることができるため好ましい。また、表示部８３０２の異なる領域に表示された別の画像を、レンズ８３０５を通して視認することで、視差を用いた３次元表示等を行うこともできる。なお、表示部８３０２を１つ設ける構成に限られず、表示部８３０２を２つ設け、使用者の片方の目につき１つの表示部を配置してもよい。
表示部８３０２に、本発明の一態様に係る半導体装置を適用できる。本発明の一態様に係る半導体装置は、極めて高い精細度を実現することも可能である。例えば、図１３Ｅのようにレンズ８３０５を用いて表示を拡大して視認される場合でも、使用者に画素が視認されにくい。つまり、表示部８３０２を用いて、使用者に現実感の高い映像を視認させることができる。
図１３Ｆは、ゴーグル型のヘッドマウントディスプレイ８４００の外観を示す図である。ヘッドマウントディスプレイ８４００は、一対の筐体８４０１と、装着部８４０２と、緩衝部材８４０３と、を有する。一対の筐体８４０１内には、それぞれ、表示部８４０４及びレンズ８４０５が設けられる。一対の表示部８４０４に互い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ができる。
使用者は、レンズ８４０５を通して表示部８４０４を視認することができる。レンズ８４０５はピント調整機構を有し、使用者の視力に応じて位置を調整することができる。表示部８４０４は、正方形または横長の長方形であることが好ましい。これにより、臨場感を高めることができる。
装着部８４０２は、使用者の顔のサイズに応じて調整でき、かつ、ずれ落ちることのないよう、可塑性及び弾性を有することが好ましい。また、装着部８４０２の一部は、骨伝導イヤフォンとして機能する振動機構を有していることが好ましい。これにより、別途イヤフォン、スピーカなどの音響機器を必要とせず、装着しただけで映像と音声を楽しむことができる。なお、筐体８４０１内に、無線通信により音声データを出力する機能を有していてもよい。
装着部８４０２と緩衝部材８４０３は、使用者の顔（額、頬など）に接触する部分である。緩衝部材８４０３が使用者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８４０３は、使用者がヘッドマウントディスプレイ８４００を装着した際に使用者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、スポンジ等の表面を布、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、使用者の顔と緩衝部材８４０３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。また、このような素材を用いると、肌触りが良いことに加え、寒い季節などに装着した際に、使用者に冷たさを感じさせないため好ましい。緩衝部材８４０３または装着部８４０２などの、使用者の肌に触れる部材は、取り外し可能な構成とすると、クリーニングまたは交換が容易となるため好ましい。
図１４Ａにテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
表示部７０００に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。表示部８２０４の表示領域の大きさ、即ち画面サイズは８インチ以上１００インチ以下である。
図１４Ａに示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチ、及び、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることでテレビジョン装置７１００を操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネル及び音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
なお、テレビジョン装置７１００は、受信機及びモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図１４Ｂに、ノート型パーソナルコンピュータの一例を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
表示部７０００に、本発明の一態様の半導体装置を適用することができる。
図１４Ｃ及び図１４Ｄに、デジタルサイネージの一例を示す。
図１４Ｃに示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、及びスピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイク等を有することができる。
図１４Ｄは円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
図１４Ｃ及び図１４Ｄにおいて、表示部７０００に、本発明の一態様の半導体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、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
また、図１４Ｃ及び図１４Ｄに示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザ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が同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
図１４Ｅに示す情報端末７５５０は、筐体７５５１、表示部７５５２、マイク７５５７、スピーカ部７５５４、カメラ７５５３、および操作スイッチ７５５５などを有する。表示部７５５２に、本発明の一態様に係る半導体装置を適用できる。また、表示部７５５２は、タッチパネルとしての機能を有する。また、情報端末７５５０は、筐体７５５１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末７５５０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１４Ｆに腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末７６６０は、筐体７６６１、表示部７６６２、バンド７６６３、バックル７６６４、操作スイッチ７６６５、入出力端子７６６６などを備える。また、情報端末７６６０は、筐体７６６１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７６６０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７６６２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７６６２に表示されたアイコン７６６７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７６６５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７６６０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７６６５の機能を設定することもできる。
また、情報端末７６６０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７６６０は入出力端子７６６６を備え、入出力端子７６６６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７６６６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７６６６を介さずに無線給電により行ってもよい。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態などに示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
１０：画素、１１ａ：電極、１１Ｂ：発光ダイオード、１１Ｇ：発光ダイオード、１１ＩＲ：発光ダイオード、１１Ｒ：発光ダイオード、１１ＵＶ：発光ダイオード、１１Ｗ：発光ダイオード、１３：駆動回路部、１４：駆動回路部、１５：回路部、１６：制御回路部、１７：画素アレイ、２１：光、２２：光、２３ａ：光、２３ｂ：反射光、４１：トランジスタ、４２：トランジスタ、５０Ａ：表示装置、５１：ＬＥＤチップ、６０：対象物、７１：基板、７１Ｂ：単結晶シリコン基板、７１Ｇ：単結晶シリコン基板、７１Ｒ：単結晶シリコン基板、７１Ｓ：単結晶シリコン基板、７５：ｎ型半導体層、７５ａ：ｎ型コンタクト層、７５ｂ：ｎ型クラッド層、７７：発光層、７７ａ：障壁層、７７ｂ：井戸層、７９：ｐ型半導体層、７９ａ：ｐ型クラッド層、７９ｂ：ｐ型コンタクト層、８１：半導体層、８２：受光領域、８３：電極、８５：電極、８７：電極、８９：絶縁層、１０２：トランジスタ、１０２＿ｋ：トランジスタ、１０２＿１：トランジスタ、１０２＿２：トランジスタ、１０３：トランジスタ、１０４：トランジスタ、１０５：トランジスタ、１０８：キャパシタ、１１０：受光領域、１１１：画素電極、１１２：共通層、１１３：光電変換層、１１４：共通層、１１５：共通電極、１２１：配線、１２２：配線、１２３：配線、１２６：配線、１２７：配線、１２７＿ｋ：配線、１２７＿１：配線、１２７＿２：配線、１２８：配線、１３１：配線、１３２：配線、１３３：配線、１４２：接着層、１４８：遮光層、１４９：フィルタ、１５１：基板、１５２：基板、１８０：発光領域、１９０：発光領域、１９１：端子電極、１９３：発光層、１９５：保護層、２００：表示パネル、２００Ａ：表示パネル、２００Ｂ：表示パネル、２００Ｃ：表示パネル、２０１：ガラス基板、２０２：保護基板、２０２ｂ：色変換層、２０２ｇ：色変換層、２０２Ｇ：色変換層、２０２ｒ：色変換層、２０２Ｒ：色変換層、２０３：機能層、２０３ａ：端子電極、２１１：シリコン基板、２１２：受光素子、２１２＿ｋ：受光素子、２１２＿１：受光素子、２１２＿２：受光素子、２１４：絶縁層、２２０：指、２３１：駆動回路部、２３２：駆動回路部、２３６：配線、２３７：配線、２５１：トランジスタ、３５２：配線、４０１：基板、４１０：トランジスタ、４１０ａ：トランジスタ、４１１：半導体層、４１１ｉ：チャネル形成領域、４１１ｎ：低抵抗領域、４１２：絶縁層、４１３：導電層、４１４ａ：導電層、４１４ｂ：導電層、４１５：導電層、４１６：絶縁層、４２１：絶縁層、４２２：絶縁層、４２３：絶縁層、４２６：絶縁層、４２７：導電層、４３１：表示画素回路、４３３：容量素子、４３４：トランジスタ、４３５：ノード、４３６：トランジスタ、４３７：ノード、４３８：トランジスタ、４５０：トランジスタ、４５０ａ：トランジスタ、４５１：半導体層、４５２：絶縁層、４５３：導電層、４５４ａ：導電層、４５４ｂ：導電層、４５５：導電層、５３５：バックゲート、５４５：半導体層、５４６：絶縁層、７０１：ゲート電極、７０２：ゲート絶縁膜、７０３：ソース領域、７０４：ドレイン領域、７０５：ソース電極、７０６：ドレイン電極、７０７：酸化物半導体層、７７４：導電層、７９１：バンプ、７９３：バンプ、７９７Ｇ：色変換層、７９７Ｒ：色変換層、９０１：基板、９０２：基板、９０３：基板、９０４：単結晶シリコンウエハ、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、７５５０：情報端末、７５５１：筐体、７５５２：表示部、７５５３：カメラ、７５５４：スピーカ部、７５５５：操作スイッチ、７５５７：マイク、７６６０：情報端末、７６６１：筐体、７６６２：表示部、７６６３：バンド、７６６４：バックル、７６６５：操作スイッチ、７６６６：入出力端子、７６６７：アイコン、８０００：カメラ、８００１：筐体、８００２：表示部、８００３：操作ボタン、８００４：シャッターボタン、８００６：レンズ、８１００：ファインダー、８１０１：筐体、８１０２：表示部、８１０３：ボタン、８２００：ヘッドマウントディスプレイ、８２０１：装着部、８２０２：レンズ、８２０３：本体、８２０４：表示部、８２０５：ケーブル、８２０６：バッテリ、８３００：ヘッドマウントディスプレイ、８３０１：筐体、８３０２：表示部、８３０４：固定具、８３０５：レンズ、８４００：ヘッドマウントディスプレイ、８４０１：筐体、８４０２：装着部、８４０３：緩衝部材、８４０４：表示部、８４０５：レンズ

Claims (10)

  1. 　基板上に、複数の第１の端子電極及び複数の第２の端子電極を有し、
    　前記第１の端子電極上に発光ダイオードと、
    　前記第２の端子電極上に光電変換層を有する受光素子と、を有し、
    　前記発光ダイオードは第１の電極及び第２の電極を有し、
    　前記第１の電極は、前記第１の端子電極上に重なり、
    　前記第１の端子電極は、前記発光ダイオードの駆動回路と電気的に接続され、
    　前記第２の端子電極は、前記受光素子の駆動回路と電気的に接続される半導体装置。
  2. 　請求項１において、前記第１の電極は、接続層を介して前記第１の端子電極と電気的に接続される半導体装置。
  3. 　請求項１において、前記基板はガラス基板または石英基板またはプラスチック基板または半導体基板である半導体装置。
  4. 　請求項１において、前記受光素子は、フォトダイオードチップである半導体装置。
  5. 　請求項１において、前記基板上に酸化物半導体層を有するトランジスタと、多結晶シリコンを有するトランジスタとを有する半導体装置。
  6. 　請求項１において、さらに前記発光ダイオード上に色変換層を有し、前記発光ダイオードからの発光は、前記色変換層を通過する半導体装置。
  7. 　半導体基板の第１の領域に重なる第１の発光ダイオードと、
    　前記半導体基板の第２の領域に重なる第２の発光ダイオードと、
    　前記半導体基板の第３の領域に重なる第３の発光ダイオードと、を有し、
    　前記半導体基板は、前記第１の領域、前記第２の領域、または前記第３の領域のいずれか一または複数と隣接する第４の領域とを有し、
    　前記半導体基板の前記第４の領域は、光電変換層を有し、受光素子として機能する半導体装置。
  8. 　請求項７において、前記第１の領域上に第１の電極、及び第２の電極を有し、
    　前記第１の発光ダイオードは、前記第１の電極または前記第２の電極と一方の端子が接続された発光ダイオードチップである半導体装置。
  9. 　請求項７において、前記第１の発光ダイオード、前記第２の発光ダイオード、前記第３の発光ダイオードのそれぞれの発光色は異なる半導体装置。
  10. 　請求項７において、さらに前記第２の発光ダイオード上に色変換層を有し、前記第２の発光ダイオードからの発光は、前記色変換層を通過する半導体装置。
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