WO2023067424A1 - 光学装置 - Google Patents

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WO2023067424A1
WO2023067424A1 PCT/IB2022/059526 IB2022059526W WO2023067424A1 WO 2023067424 A1 WO2023067424 A1 WO 2023067424A1 IB 2022059526 W IB2022059526 W IB 2022059526W WO 2023067424 A1 WO2023067424 A1 WO 2023067424A1
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WO
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light
layer
insulator
display device
emitting element
Prior art date
Application number
PCT/IB2022/059526
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English (en)
French (fr)
Inventor
藤田雅史
黒川義元
郷戸宏充
井上聖子
古谷一馬
豊高耕平
Original Assignee
株式会社半導体エネルギー研究所
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/02—Viewing or reading apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/332—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD]
    • H04N13/344—Displays for viewing with the aid of special glasses or head-mounted displays [HMD] with head-mounted left-right displays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N13/00—Stereoscopic video systems; Multi-view video systems; Details thereof
    • H04N13/30—Image reproducers
    • H04N13/366—Image reproducers using viewer tracking
    • H04N13/383—Image reproducers using viewer tracking for tracking with gaze detection, i.e. detecting the lines of sight of the viewer's eyes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/64—Constructional details of receivers, e.g. cabinets or dust covers

Definitions

  • One aspect of the present invention relates to an optical device.
  • a technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, a driving method, or a manufacturing method.
  • one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition of matter. Therefore, technical fields of one embodiment of the present invention disclosed in this specification and the like more specifically include semiconductor devices, display devices, light-emitting devices, power storage devices, optical devices, imaging devices, storage devices, signal processing devices, Devices, lighting devices, input devices, input/output devices, driving methods thereof, or manufacturing methods thereof can be cited as examples.
  • VR virtual reality
  • AR augmented reality
  • electronic devices for VR or AR with a line-of-sight detection (eye tracking) function have been developed.
  • Electronic devices for VR or AR with a line-of-sight detection function can be applied, for example, to consumer behavior analysis, image processing, creation of avatars, or operations using line of sight.
  • Patent Literature 1 discloses an electronic device for VR or AR that has a line-of-sight detection function.
  • An electronic device for VR or AR with a line-of-sight detection function needs to be provided with an imaging system (eg, image sensor, control IC, etc.) in addition to a display system (eg, display, driver, etc.). Also, it is necessary to appropriately adjust the optical system according to the positional relationship between the eyes of the user of the electronic device and the display system and imaging system.
  • an imaging system eg, image sensor, control IC, etc.
  • a display system eg, display, driver, etc.
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a miniaturized optical device or electronic device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a miniaturized optical device or electronic device with a line-of-sight detection function. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel optical device or electronic device. Another object of one embodiment of the present invention is to provide a novel optical device or electronic device with a line-of-sight detection function.
  • One aspect of the present invention comprises a display device and an optical system, the display device comprising a display area and a sensor area, the optical system comprising a first mirror and a second mirror,
  • the first mirror has a first surface and a second surface
  • the display area has a function of emitting the first light
  • the first mirror is provided on the optical path of the first light
  • the second mirror has a function of transmitting the first light incident on the first surface to the second surface and a function of reflecting the second light incident on the second surface
  • the second mirror is provided on the optical path of the second light.
  • the sensor region is an optical device having a function of detecting the second light via the first mirror and the second mirror.
  • the optical system includes a light source, the light source has a function of emitting the third light, and the second light is reflected light from the object irradiated with the third light. It may be an optical device.
  • the display device includes a light source, the light source has a function of emitting a third light, and the second light is reflected light from an object irradiated with the third light. It may be an optical device.
  • the third light is preferably infrared light.
  • the sensor area may overlap the display area.
  • the optical system includes a first lens, the first lens is provided on the optical path of the first light, and extends the optical path of the first light. You may provide the function to control.
  • the display device includes a second lens, the second lens is provided between the second mirror and the sensor region, and the second lens is provided between the second mirror and the sensor region. It may have a function of controlling the optical paths of the two lights.
  • the display device includes a pinhole, the pinhole is provided between the second mirror and the sensor region, and the second light may be provided with a function of controlling the optical path of
  • the display device includes a line-of-sight detection unit, and the line-of-sight detection unit detects the user's line of sight using imaging data acquired in the sensor area. It may have functions.
  • One aspect of the present invention can provide a miniaturized optical device or electronic device.
  • one embodiment of the present invention can provide a miniaturized optical device or electronic device with a line-of-sight detection function.
  • one embodiment of the present invention can provide a novel optical device or electronic device.
  • one aspect of the present invention can provide a novel optical device or electronic device with a line-of-sight detection function.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams for explaining a configuration example of an electronic device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device.
  • 4A and 4B are diagrams for explaining a configuration example of a display device.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a display device.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of an optical device.
  • 8A and 8B are diagrams for explaining a configuration example of a display device.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration example of a display device.
  • 10A and 10B are diagrams for explaining a configuration example of a display device.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a display device.
  • 12A and 12B are diagrams for explaining an operation example of the electronic device.
  • FIG. 13 is a flowchart illustrating an operation example of the electronic device;
  • 14A and 14B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 15A and 15B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 16A and 16B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 17A and 17B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 18A and 18B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 19A and 19B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 20A to 20E are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 21A and 21B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 22A and 22B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 23A and 23B are diagrams showing configuration examples of a display device.
  • 24A to 24D are diagrams showing configuration examples of light-emitting elements.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a configuration example of a display device.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a configuration example of a display device.
  • FIG. 27A is a top view showing a configuration example of a transistor.
  • 27B and 27C are cross-sectional views showing configuration examples of transistors.
  • a semiconductor device is a device that utilizes semiconductor characteristics, and refers to, for example, a circuit including a semiconductor element (eg, a transistor, a diode, a photodiode, or the like), or a device having the same circuit. It also refers to all devices that can function by utilizing semiconductor characteristics. For example, an integrated circuit, a chip with an integrated circuit, or an electronic component containing a chip in a package is an example of a semiconductor device. Further, for example, a storage device, a display device, a light-emitting device, a lighting device, an electronic device, or the like itself may be a semiconductor device and include a semiconductor device.
  • a semiconductor element eg, a transistor, a diode, a photodiode, or the like
  • connection relationships other than those shown in the drawings or the text are not limited to the predetermined connection relationships, such as the connection relationships shown in the drawings or the text, but are also disclosed in the drawings or the text.
  • X and Y are assumed to be objects (eg, 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, or loads) can be connected between X and Y.
  • 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, or loads
  • a circuit eg, logic circuit (eg, inverter, NAND circuit, NOR circuit, etc.) that enables functional connection between X and Y).
  • a signal conversion circuit for example, a digital-to-analog conversion circuit, an analog-to-digital conversion circuit, or a gamma correction circuit
  • a potential level conversion circuit for example, a power supply circuit (for example, a booster circuit, a step-down circuit, etc.), or a signal potential level level shifter circuit, etc.
  • voltage source current source
  • switching circuit for example, a booster circuit, a step-down circuit, etc.
  • amplifier circuit for example, a circuit that can increase the signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.
  • signal generator circuit storage circuit, or control circuit
  • 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 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 that order.
  • X is electrically connected to Y through the source (or first terminal, etc.) and drain (or second terminal, etc.) of the transistor
  • 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 assumed to be objects (eg, 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 and the like includes such a case where one conductive film functions as a plurality of constituent elements.
  • a “resistive element” can be, for example, a circuit element or wiring having a resistance value higher than 0 ⁇ . Therefore, in this specification and the like, the “resistive element” includes, for example, a wiring having a resistance value, a transistor, a diode, or a coil through which current flows between the source and the drain. Therefore, the term “resistive element” can be replaced with terms such as “resistance”, "load”, or "region having a resistance value”. Conversely, the terms “resistor”, “load”, or “region having a resistance value” can be interchanged with terms such as, for example, “resistive element”.
  • the resistance value can be, for example, preferably 1 m ⁇ or more and 10 ⁇ or less, more preferably 5 m ⁇ or more and 5 ⁇ or less, still more preferably 10 m ⁇ or more and 1 ⁇ or less. Also, for example, it may be 1 ⁇ or more and 1 ⁇ 10 9 ⁇ or less.
  • the resistance value of the resistance element may be determined depending on the length of the wiring.
  • the resistance element may use a conductor having a resistivity different from that of the conductor used as the wiring.
  • the resistance value of the resistance element may be determined by doping impurities into the semiconductor.
  • 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, or It can be a gate capacitance of a transistor or the like. Therefore, in this specification and the like, the term “capacitor” is not limited to a circuit element including a pair of electrodes and a dielectric material included between the electrodes.
  • the “capacitive element” includes, for example, parasitic capacitance generated between wirings, or gate capacitance generated between one of the source or drain of a transistor and the gate.
  • capacitor element terms such as “capacitance element”, “parasitic capacitance”, or “gate capacitance” can be replaced with terms such as “capacitance”.
  • capacitor shall be interchangeable with terms such as, for example, “capacitance element”, “parasitic capacitance”, or “gate capacitance”.
  • a pair of electrodes in the “capacitance” can be replaced with, for example, a "pair of conductors", a “pair of conductive regions", or a “pair of regions”.
  • 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.
  • the gate is the control terminal that controls the amount of current that flows between the source and drain.
  • 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 (n-channel type or p-channel type) of the transistor 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 above three terminals depending on its structure.
  • 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.
  • each gate may be referred to as, for example, a first gate, a second gate, or a third gate in this specification and the like.
  • node is used for example, depending on the circuit configuration or device structure, for example, “terminal”, “wiring”, “electrode”, “conductive layer”, “conductor”, Alternatively, it can be rephrased as an “impurity region” or the like. Also, for example, a “terminal” or “wiring” can be rephrased as a “node”.
  • Voltage is a potential difference from a reference potential.
  • the reference potential is ground potential
  • “voltage” can be rephrased as “potential”. Note that the ground potential does not necessarily mean 0V. Also, potentials are relative. That is, when the reference potential changes, for example, the potential applied to the wiring, the potential applied to the circuit, or the potential output from the circuit also changes.
  • high-level potential also referred to as “high-level potential”, “H potential”, or “H”
  • low-level potential also referred to as “low-level potential”, “L potential”, or The term “L”
  • high-level potential also referred to as “high-level potential”, “H potential”, or “H”
  • low-level potential also referred to as “low-level potential”, “L potential”, or The term “L”
  • the term “current” refers to a charge transfer phenomenon (electrical conduction).
  • electrical conduction of positively charged bodies occurs can be rephrased as “electrical conduction of negatively charged bodies occurs in the opposite direction”. Therefore, in this specification and the like, unless otherwise specified, the term “electric current” refers to a charge transfer phenomenon (electrical conduction) associated with the movement of carriers. Examples of carriers here include electrons, holes, anions, cations, complex ions, and the like. Note that the carrier differs depending on the current-flowing system (for example, semiconductor, metal, electrolyte, or in vacuum).
  • the “direction of current” in a wiring or the like is defined as the direction in which positive carriers move, and is described as a positive amount of current.
  • the direction in which negative carriers move is opposite to the direction of the current, and is represented by the amount of negative current. Therefore, in this specification and the like, when there is no indication about the positive or negative of the current (or the direction of the current), for example, the description such as “current flows from element A to element B” is replaced with “current flows from element B to element A.” It can be rephrased as "flowing”. Also, for example, a description such as "a current is input to the element A” can be rephrased as "a current is output from the element A".
  • the ordinal numbers “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 also possible. Also, for example, a component referred to as “first” in one embodiment of this specification may be omitted in another embodiment or the scope of claims.
  • electrode B on insulating layer A does not necessarily mean that electrode B is formed on insulating layer A in direct contact, and another component is provided between insulating layer A and electrode B. Do not exclude what is included.
  • Electrode B overlapping insulating layer A is not limited to the state in which electrode B is formed on insulating layer A.
  • the expression “electrode B overlapping the insulating layer A” means, for example, a 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 side (or left side) of the insulating layer A. , etc. are not excluded.
  • the term “adjacent” or “adjacent” does not limit that components are in direct contact with each other.
  • the expression "electrode B adjacent to insulating layer A” does not necessarily mean that insulating layer A and electrode B are formed in direct contact, and other components are provided between insulating layer A and electrode B. Do not exclude what is included.
  • terms such as “film” and “layer” may be interchanged depending on the situation.
  • the term “conductive layer” may be changed to the term “conductive film.”
  • the term “insulating film” may be changed to the term “insulating layer.”
  • terms such as “film” or “layer” may not be used and may be replaced with other terms depending on the situation.
  • the term “conductive layer” or “conductive film” may be changed to the term “conductor.”
  • the term “conductor” may be changed to the term “conductive layer” or “conductive film”.
  • the term “insulating layer” or “insulating film” may be changed to the term “insulator.”
  • the term “insulator” may be changed to the term "insulating layer” or “insulating film”.
  • Electrode may be used as part of a “wiring” and vice versa.
  • the term “electrode” or “wiring” includes, for example, 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, for example, a case in which a plurality of "electrodes", “wirings", or “terminals” are integrally formed.
  • an “electrode” can be part of a “wiring” or a “terminal”.
  • a “terminal” can be part of a “wiring” or an “electrode”.
  • terms such as “electrode”, “wiring”, or “terminal” may be replaced with terms such as “region”.
  • terms such as “wiring”, “signal line”, and “power line” may be interchanged depending on the situation.
  • the term “wiring” may be changed to the term “signal line.”
  • the term “wiring” may be changed to a term such as “power supply line”.
  • terms such as “signal line” or “power line” may be changed to the term “wiring”.
  • a term such as “power line” may be changed to a term such as “signal line”.
  • a term such as “signal line” may be changed to a term such as “power line”.
  • the term “potential” applied to the wiring may be changed to, for example, the term “signal” depending on the situation. And vice versa, for example, terms such as “signal” may be changed to the term “potential”.
  • a “switch” has a plurality of terminals and has a function of switching (selecting) conduction or non-conduction between the terminals.
  • a switch is said to be “conducting” or “on” if it has two terminals and there is electrical continuity between the two terminals.
  • the switch is said to be “non-conducting” or “off”. Note that switching to one of the conducting state and the non-conducting state or maintaining one of the conducting state and the non-conducting state of the switch is sometimes referred to as "controlling the conducting state.”
  • a switch has a function of controlling whether or not to allow current to flow.
  • a switch is one that has a function of selecting and switching a path through which current flows.
  • the switch for example, an electrical switch or a mechanical switch can be used.
  • the switch is not limited to a specific one as long as it can control current.
  • switch As a type of switch, there is a switch that is normally in a non-conducting state and becomes a conducting state by controlling the conducting state, and such a switch is sometimes called an "A contact". As a type of switch, there is a switch that is normally in a conducting state and becomes non-conducting by controlling the conducting state. Such a switch is sometimes called a "B contact”.
  • switches include transistors (eg, bipolar transistors, MOS transistors, etc.), diodes (eg, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes, , or diode-connected transistors), or a logic circuit combining these.
  • transistors eg, bipolar transistors, MOS transistors, etc.
  • diodes eg, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes, , or diode-connected transistors
  • MIM Metal Insulator Metal
  • MIS Metal Insulator Semiconductor
  • a “non-conducting state” or an “off state” of a transistor means a state in which a source electrode and a drain electrode of the transistor can be considered to be electrically cut off. Note that when the transistor is operated as a simple switch, the polarity (conductivity type) of the transistor is not particularly limited.
  • a mechanical switch is a switch using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.
  • the switch has an electrode that can be moved mechanically, and selects a conducting state or a non-conducting state by moving the electrode.
  • 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.
  • count values and metric values or regarding substances, methods, events, etc. that can be converted to count values or metric values, for example, “same”, “same”, “equal”, or References such as “uniform” (including synonyms thereof) are intended to include a margin of error of plus or minus 20%, unless explicitly stated.
  • an impurity of a semiconductor means, for example, other than the main component that constitutes a semiconductor layer.
  • impurities for example, the defect level density of the semiconductor may be increased, the carrier mobility may be decreased, or the crystallinity may be decreased.
  • impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, Group 1 elements, Group 2 elements, Group 13 elements, Group 14 elements, Group 15 elements, or oxides.
  • transition metals other than the main components of semiconductors.
  • the impurities that change the characteristics of the semiconductor include, for example, group 1 elements excluding oxygen and hydrogen, group 2 elements, group 13 elements, or group 15 elements. be.
  • a metal oxide is a metal oxide in a broad sense.
  • Metal oxides are classified into, for example, oxide insulators, oxide conductors (including transparent oxide conductors), oxide semiconductors (also referred to as oxide semiconductors or simply OSs), and the like.
  • oxide semiconductors also referred to as oxide semiconductors or simply OSs
  • the metal oxide is sometimes called an oxide semiconductor. That is, when a metal oxide is used as a channel forming region of a transistor having at least one of amplifying action, rectifying action, and switching action, the metal oxide is a metal oxide semiconductor. semiconductor).
  • the description of the “OS transistor” can be paraphrased as a transistor including a metal oxide or an oxide semiconductor.
  • nitrogen-containing metal oxides may also be collectively referred to as metal oxides.
  • Metal oxides containing nitrogen may also be referred to as metal oxynitrides.
  • 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”.
  • the code when the same code is used for a plurality of elements, particularly when it is necessary to distinguish them, the code is, for example, "A”, “b”, “_1", “[n]", Alternatively, an identification code such as "[m, n]" may be added.
  • a plurality of light emitting elements 61 may be referred to as light emitting element 61R, light emitting element 61G, or light emitting element 61B.
  • light emitting elements 61 when explaining common matters to the light emitting elements 61R, 61G, and 61B, or when there is no need to distinguish between them, they may simply be referred to as "light emitting elements 61".
  • FIG. 1A is a perspective external view illustrating a configuration example of the electronic device 100.
  • the electronic device 100 may be applied to, for example, a goggle-type electronic device for virtual reality (VR) applications.
  • Electronic device 100 includes housing 101 .
  • the electronic device 100 also includes a belt-shaped mounting portion 103 .
  • the length of the mounting portion 103 can be adjusted as appropriate.
  • a user of the electronic device 100 can wear the mounting portion 103 around the head and on the top of the head to look inside the housing 101 .
  • Electronic device 100 also includes optical device 13 (optical device 13R and optical device 13L) inside housing 101 .
  • optical device 13 includes display device 10 (display device 10R and display device 10L), light source 11 (light source 11R and light source 11L), and optical system 12 (optical system 12R and optical system 12L).
  • display device 10 display device 10R and display device 10L
  • light source 11 light source 11R and light source 11L
  • optical system 12 optical system 12R and optical system 12L
  • Electronic device 100 also includes sensor section 50 , sensor section 51 (sensor section 51 R and sensor section 51 L), power supply section (battery 104 and voltage generation section 105 ), control section 106 , communication section 107 , and antenna 108 .
  • electronic device 100 includes sensor section 50 , sensor section 51 , battery 104 , voltage generation section 105 , control section 106 , and communication section 107 in housing 101 , and antenna 108 in mounting section 103 .
  • Electronic device 100 also includes earphones 121 (earphone 121R and earphone 121L). Instead of the earphone 121, a bone-conduction acoustic device 122 (acoustic device 122R and acoustic device 122L) may be provided. Either one or both of the earphone 121 and the bone conduction acoustic device 122 may be provided.
  • the electronic device 100 includes a bone conduction acoustic device 122 in the mounting section 103 . By using the bone conduction type acoustic device 122, the user can simultaneously hear the acoustic signal transmitted from the electronic device 100 and the surrounding sounds.
  • the sensor unit 50 and the sensor unit 51 have a function of acquiring one or more of the user's visual, auditory, tactile, gustatory, and olfactory information, for example. More specifically, the sensor unit 50 and the sensor unit 51 detect, for example, force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, number of revolutions, distance, light, magnetism, temperature, sound, time, electric field, current, voltage, It has a function of detecting or measuring any one or more of electric power, radiation, humidity, gradient, vibration, smell, and infrared rays.
  • Electronic device 100 may include one or more sensor units 50 .
  • Electronic device 100 may include one or more sensor units 51 .
  • an image sensor may be used as the sensor unit 50 .
  • an image sensor for the sensor unit 50 for example, the surrounding scenery can be photographed.
  • a sensor capable of measuring any one or more of ambient temperature, humidity, illuminance, and odor may be used as the sensor unit 50 .
  • a biosensor may be used as the sensor unit 51.
  • the user's body temperature, pulse, or oxygen saturation in blood can be measured, and the user's fatigue level or health condition can be detected.
  • At least one of the sensor section 50 and the sensor section 51 preferably has a function capable of measuring electroencephalograms in addition to the functions described above.
  • it may have a plurality of electrodes in contact with the head, and a mechanism for measuring electroencephalograms from weak currents flowing through the electrodes.
  • the battery 104 has a function of storing power necessary for the operation of the electronic device 100 and a function of supplying the power necessary for the operation.
  • the voltage generator 105 has a function of generating a voltage necessary for the operation of the electronic device 100 and a function of keeping the voltage constant.
  • a primary battery or a secondary battery can be used as the battery 104 .
  • As the secondary battery for example, a lithium ion secondary battery can be used.
  • a combination of the battery 104 and the voltage generation unit 105 can be called a power supply unit.
  • FIG. 1A although the structure which has the battery 104 was illustrated, it is not limited to this. A configuration in which electric power is directly supplied from an external power supply without providing the battery 104 in the electronic device 100 may be employed. Further, the electronic device 100 may include a battery 104 and may have a function of receiving power from the outside.
  • the control unit 106 has a function of controlling the operation of the electronic device 100 .
  • the control unit 106 can include, for example, a CPU or memory.
  • the memory has a function of holding, for example, various programs used in electronic device 100, data required for operation of electronic device 100, and the like.
  • control unit 106 has a function of supplying an image signal to the display device.
  • control unit 106 can perform high-resolution processing (up-conversion) or low-resolution processing (down-conversion) of the image signal.
  • image data with low resolution can be up-converted according to the resolution of the display area (also referred to as “display section”).
  • display section also referred to as “display section”.
  • high-resolution image data can be down-converted. Therefore, an image with high display quality can be displayed on the display device.
  • control unit 106 may include, for example, a GPU, etc., if necessary.
  • the control unit 106 can function as an application processor having functions required for the operation of the electronic device 100 .
  • the communication unit 107 has a function of wirelessly or wiredly communicating with other terminals, for example.
  • having a function of communicating wirelessly is preferable because, for example, the number of components such as cables for connection can be omitted.
  • the communication unit 107 can communicate via the antenna 108 .
  • a communication protocol or communication technology for example, a communication standard such as LTE (Long Term Evolution), or IEEE such as Wi-Fi (registered trademark), Bluetooth (registered trademark), or ZigBee (registered trademark) Communication standardized specifications can be used.
  • a third generation mobile communication system (3G), a fourth generation mobile communication system (4G), or a fifth generation mobile communication system (5G) defined by the International Telecommunication Union (ITU) may be used. .
  • the communication unit 107 is, for example, the Internet, intranet, extranet, PAN (Personal Area Network), LAN (Local Area Network), CAN (Campus Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), which are the foundations of the World Wide Web (WWW). ), WAN (Wide Area Network), or GAN (Global Area Network), the electronic device 100 can be connected to other devices to input/output information.
  • PAN Personal Area Network
  • LAN Local Area Network
  • CAN Campus Area Network
  • MAN Metropolitan Area Network
  • WWW World Wide Web
  • WAN Wide Area Network
  • GAN Global Area Network
  • FIG. 1A shows an example in which the electronic device 100 includes one antenna 108
  • the electronic device 100 is not limited to this and may include a plurality of antennas. By providing a plurality of antennas, the stability of wireless communication can be improved.
  • the communication unit 107 may be electrically connected to an external port (not shown) included in the electronic device 100 .
  • the external port can be configured to connect to external devices such as computers and printers via cables.
  • a typical example is a USB terminal.
  • an external port for example, a terminal for LAN (Local Area Network) connection, a terminal for receiving digital broadcasting, or a terminal for connecting an AC adapter may be provided.
  • a transceiver for optical communication using infrared rays, visible light, ultraviolet rays, or the like may be provided.
  • the communication unit 107 may be electrically connected to one or more buttons or switches (also referred to as “casing switches”; not shown) provided on the electronic device 100, for example.
  • FIG. 1B is a schematic diagram of the inside of housing 101 when viewed from above.
  • Electronic device 100 includes, inside housing 101, an optical device 13R that can be used for the right eye and an optical device 13L that can be used for the left eye.
  • the optical device 13R includes a display device 10R, a light source 11R, and an optical system 12R.
  • the display device 10R has a display area 60R and a sensor area 52R.
  • the optical system 12R includes a mirror 21R, a mirror 22R, and a lens 23R.
  • the optical device 13L includes a display device 10L, a light source 11L, and an optical system 12L.
  • the display device 10L has a display area 60L and a sensor area 52L.
  • the optical system 12L includes a mirror 21L, a mirror 22L, and a lens 23L.
  • the optical device 13R for the right eye and the optical device 13L for the left eye are separately provided inside the housing 101, but the present invention is not limited to this.
  • the display may be partially used for the right eye and partially used for the left eye.
  • the light source may be shared for the right eye and the left eye.
  • the optical system may be partially shared between the right eye and the left eye. In this way, it may be difficult to distinguish between right-eye and left-eye.
  • the display device, the light source, and the optical system may have the same configurations for the right eye and the left eye.
  • the electronic device 100 since the electronic device 100 has a configuration in which external light does not enter the housing 101, the user can obtain a high sense of immersion. Further, the electronic device 100 includes a sensor unit 50 in front of the housing 101. An imaging device is used in the sensor unit 50 to photograph the surrounding scenery, and one or both of the display device 10R and the display device 10L are photographed. may be displayed in Electronic device 100 can also display other information superimposed on the image of the surrounding scenery. Therefore, the electronic device 100 can also function as a wearable electronic device for augmented reality (AR) applications.
  • AR augmented reality
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the optical device 13 viewed from the side.
  • Optical device 13 includes display device 10 , light source 11 , optical system 12 , and housing 14 . Note that FIG. 2 illustrates the eyeball 20 of the user of the electronic device 100 .
  • Optical device 13 can be applied to each of right-eye optical device 13R and left-eye optical device 13L included in electronic device 100 .
  • the optical system 12 is covered with a housing 14 and provided between the eyeball 20 and the display device 10 .
  • the housing 14 is provided with an opening 14a on the display device 10 side and an opening 14b on the eyeball 20 side.
  • the housing 14 has a function of blocking light other than the openings 14a and 14b.
  • the light source 11 may be provided around the opening 14b of the housing 14, for example.
  • the housing 14 is not limited to the truncated cone shape shown in FIG. Housing 14 may be appropriately shaped for display 10 and optics 12 .
  • the shape may be a truncated cone, a truncated square pyramid, a cylinder, a square prism, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a configuration example of the optical system 12. As shown in FIG. Note that FIG. 3 illustrates the eyeball 20 of the user of the electronic device 100 .
  • the light source 11 has a function of emitting light 32 to illuminate the eyeball 20 .
  • Light 32 is preferably other than visible light.
  • the light 32 preferably includes infrared light. That is, the light source 11 preferably has a function of emitting infrared light. Specifically, it has a function of emitting light with a wavelength of 780 nm or more and 3000 nm or less, preferably 780 nm or more and 2500 nm or less. Light having such a wavelength is not visually recognized by the user, and thus is preferable because it does not obstruct the visibility of the image displayed on the display device.
  • infrared light Light with a wavelength of 780 nm or more and 3000 nm or less may be referred to as infrared light, and light with a wavelength of 780 nm or more and 2500 nm or less may be referred to as near-infrared light.
  • near-infrared light Although it is often described that infrared light is emitted from the light source 11, near-infrared light may be emitted.
  • the light source 11 for example, a light-emitting diode (also referred to as LED) can be used.
  • the display device 10 comprises a display area 60 and a sensor area 52 .
  • the display region 60 and the sensor region 52 are formed in the opening of the housing 14 on the display device 10 side (corresponding to the opening 14a in FIG. 2). It is provided so as to include part or all of each of the sensor areas 52 .
  • the sensor area 52 is preferably provided so as to be positioned below the display area 60 when the user views the display device 10 through the optical system 12 .
  • the display area 60 has a function of displaying an image. Specifically, the display area 60 has a light-emitting element, and the image is expressed by the light 31 emitted by the light-emitting element. Therefore, the light 31 emitted from the display area 60 contains visible light. The light 31 is applied to the eyeball 20 via the optical system 12 . Thereby, the user can visually recognize the image.
  • the sensor area 52 has a function of detecting, via the optical system 12, light incident from the opening of the housing 14 on the eyeball 20 side (corresponding to the opening 14b in FIG. 2).
  • the light detected by the sensor area 52 is preferably infrared light, for example.
  • the light 33 reflected by the eyeball 20 can be detected. That is, it is possible to image the eyeball 20 irradiated with the infrared light emitted from the light source 11 .
  • the object to be imaged in the sensor area 52 is not limited to the eyeball 20, and may be an area wider than the eyeball 20, including the user's eyeball or eyelid, for example.
  • the sensor area 52 may be used to measure, for example, the number of blinks, behavior of the eyelids, changes in the size of the pupil, behavior of the line of sight, etc., to detect, for example, the degree of fatigue and health of the user. . Also, by appropriately combining the information obtained from the sensor unit 51 described above, the detection accuracy can be improved.
  • an action of selecting an icon displayed in the display area of the display device 10 can be performed by combining detection of a point of interest and measurement of the number of blinks per unit time. That is, it is possible to detect the movement of the user's line of sight and eyelids, and to realize the action of clicking the icon with the mouse. That is, the movement of the user's line of sight and eyelids can be detected to control the operation of the electronic device 100 . Since the user does not need to use both hands to operate electronic device 100, the user can perform an input operation without holding anything in both hands.
  • the sensor area 52 may be provided separately from the display area 60 or may be provided so as to overlap the display area 60 .
  • the sensor area 52 and the display area 60 are separately provided to reduce the influence of the light emitted from the display area 60 on the sensor area 52 .
  • the sensor region 52 can function as the display region 60 except for the period during which the light 33 is detected. A wide image display area can be secured.
  • the optical system 12 has a function of appropriately controlling the optical path so that the light 31 emitted from the display area 60 within the display device 10 is incident on the eyeball 20 . It also has a function of appropriately controlling the optical path so that the light 33 reflected by the eyeball 20 is incident on the sensor area 52 within the display device 10 .
  • the optical system 12 includes one or more optical elements.
  • an optical element for example, one or more selected from lenses, prisms, mirrors, filters, diffraction gratings, and the like can be used.
  • the optical system 12 includes, for example, mirrors 21 and 22 .
  • a mirror 21 can be provided on the optical path of the light 31 .
  • the mirror 21 preferably has a function of transmitting visible light and reflecting infrared light. Such a mirror is called a hot mirror.
  • the light 31 includes visible light. Therefore, the light 31 incident on one surface (sometimes referred to as the first surface) of the mirror 21 is transmitted through the other surface (sometimes referred to as the second surface) of the mirror 21 .
  • light 33 reflected by eyeball 20 contains infrared light. Therefore, the light 33 incident on the other surface (second surface) of the mirror 21 is reflected.
  • a mirror 21 is provided between the display area 60 and the eyeball 20 .
  • the optical system 12 may also include a lens 23 .
  • a lens 23 is provided between the mirror 21 and the eyeball 20 .
  • the lens 23 may be provided in the aperture 14b. Therefore, the light 31 emitted from the display area 60 passes through the mirror 21 and the lens 23 in order and reaches the eyeball 20 .
  • the mirror 22 can be provided on the optical path of the light 33 .
  • the light 33 passes through the lens 23, enters the other surface (second surface) of the mirror 21, and is reflected.
  • the light 33 reflected by the other surface (second surface) of the mirror 21 is further reflected by the mirror 22 and reaches the sensor area 52 . That is, the mirror 22 is provided so that the light 33 is reflected by the mirrors 21 and 22 in that order and enters the sensor area 52 .
  • the optical system that can be used in the optical device according to one embodiment of the present invention is not limited to the configuration example shown in FIG. Although illustrated, it is not limited to this, and for example, a concave mirror and a convex mirror may be used.
  • the lens 23 for example, a spherical lens, an aspherical lens, a Fresnel lens, or the like can be used.
  • the optical path is arranged so that the light 31 emitted from the display area 60 forms an image on the eyeball 20 and the light 33 reflected by the eyeball 20 forms an image on the sensor area 52. can be properly controlled.
  • one or a plurality of optical elements can be used in combination as appropriate.
  • the lens 25 may be provided in the optical system 12 or may be provided in the display device 10 .
  • FIG. 6 shows a schematic diagram in which the lens 25 is provided on the sensor area 52 of the display device 10 .
  • the lens 25 for example, a microlens, a pinhole, or the like may be provided on the sensor area 52 .
  • the configuration of the optical device 13 is not limited to the example shown in FIG.
  • an optical element may be provided between the light source 11 and the eyeball 20 .
  • an optical element may be provided between the light source 11 and the eyeball 20 .
  • a filter that cuts visible light between the light source 11 and the eyeball 20
  • the light 32 emitted by the light source 11 can be efficiently irradiated to the eyeball 20 . Therefore, when the eyeball 20 is imaged by the sensor area 52, clearer imaging data can be obtained.
  • the position where the light source 11 is provided is not limited to the periphery of the opening 14b of the housing 14.
  • the light source 11 may be provided in the display device 10 .
  • a light-emitting element for example, an organic electroluminescence element
  • having a function of emitting infrared light may be applied other than the LED.
  • light source 11 may be provided around display area 60 and sensor area 52 of display device 10 .
  • 8A is a schematic diagram when the sensor area 52 and the display area 60 are separately provided
  • FIG. 8B is a schematic diagram when the sensor area 52 is provided within the display area 60.
  • FIG. 11 By providing the light source 11 in the display device 10, the space of the electronic device 100 can be reduced. That is, it is possible to reduce the size and weight of the electronic device 100 .
  • an optical element may be provided between the light source 11 and the eyeball 20 .
  • the light 32 emitted by the light source 11 can be efficiently irradiated onto the eyeball 20 .
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating the display device 10. As shown in FIG. The display device 10 includes a display area 60 , a sensor area 52 , a peripheral circuit area 232 , a peripheral circuit area 233 , a peripheral circuit area 292 and a peripheral circuit area 293 .
  • a circuit included in the peripheral circuit region 232 functions as a scanning line driving circuit for the display region 60, for example.
  • a circuit included in the peripheral circuit region 233 functions as a signal line driving circuit of the display region 60, for example.
  • a circuit included in the peripheral circuit region 292 functions as a row signal line driving circuit of the sensor region 52, for example.
  • a circuit included in the peripheral circuit region 293 functions as a readout circuit for the sensor region 52, for example.
  • the general term for the circuits included in the peripheral circuit area 232, the peripheral circuit area 233, the peripheral circuit area 292, and the peripheral circuit area 293 may be called "peripheral driving circuit".
  • peripheral drive circuits such as shift registers, level shifters, inverters, latches, analog switches, logic circuits, source followers, operational amplifiers, or amplifier circuits can be used for the peripheral drive circuits.
  • a transistor, a capacitor, or the like can be used for the peripheral driver circuit.
  • the transistors included in the peripheral driver circuit can be formed in the same process as the transistors included in the pixels 230 and 290 .
  • the display device 10 includes m wirings 236 (m is an integer equal to or greater than 1), each of which is arranged substantially in parallel and whose potential is controlled by a circuit included in the peripheral circuit region 232; are arranged substantially in parallel, and n wirings 237 (n is an integer equal to or greater than 1) whose potentials are controlled by circuits included in the peripheral circuit region 233 .
  • the display device 10 includes p wirings 296 (p is an integer equal to or greater than 1), which are arranged substantially parallel to each other and whose potentials are controlled by circuits included in the peripheral circuit region 292; are arranged substantially in parallel, and q (q is an integer equal to or greater than 1) wirings 297 whose potentials are controlled by circuits included in the peripheral circuit region 293 .
  • the display area 60 has a plurality of pixels 230 arranged in a matrix. Further, for example, the pixel 230 that controls the emission amount of red light, the pixel 230 that controls the emission amount of green light, and the pixel 230 that controls the emission amount of blue light are collectively functioned as one pixel, and each pixel Full-color display can be realized by controlling the light emission amount (light emission luminance) of 230 . Therefore, each of the three pixels 230 functions as a sub-pixel. That is, each of the three sub-pixels controls the amount of emitted red light, green light, or blue light. Note that the colors of light controlled by each of the three sub-pixels are not limited to combinations of red (R), green (G), and blue (B), but also cyan (C), magenta (M), and yellow ( Y).
  • four sub-pixels may be collectively functioned as one pixel.
  • a sub-pixel for controlling the amount of white light emitted may be added to the three sub-pixels that control the amount of emitted light for red, green, and blue light.
  • the brightness of the display area can be increased.
  • a sub-pixel for controlling the amount of yellow light emitted may be added to the three sub-pixels for controlling the amount of emitted light for red light, green light, and blue light.
  • a sub-pixel for controlling the amount of white light emitted may be added to the three sub-pixels for controlling the amount of emitted light for cyan, magenta, and yellow light.
  • Halftone reproduction is achieved by increasing the number of sub-pixels that function as one pixel, and by appropriately combining sub-pixels that control the amount of emitted light such as red, green, blue, cyan, magenta, and yellow. can enhance sexuality. Therefore, display quality can be improved.
  • the display device of one embodiment of the present invention can reproduce color gamuts of various standards.
  • PAL Phase Alternating Line
  • NTSC National Television System Committee
  • sRGB standard RGB
  • Adobe RGB Adobe RGB
  • ITU-R BT. 709 International Telecommunication Union Radiocommunication Sector Broadcasting Service (Television) 709) standard
  • DCI-P3 Digital Cinema Initiatives P3 standard used in digital cinema projection
  • UHDTV High Definition TV
  • the resolution of the display area 60 can be, for example, HD (1280 ⁇ 720 pixels), FHD (1920 ⁇ 1080 pixels), or WQHD (2560 ⁇ 1440 pixels). Furthermore, it preferably has a very high resolution such as WQXGA (2560 ⁇ 1600 pixels), 4K2K (3840 ⁇ 2160 pixels), or 8K4K (7680 ⁇ 4320 pixels). In particular, it is preferable to set the resolution to 4K2K, 8K4K, or higher.
  • the pixel density (definition) of the display area 60 is preferably 1000 ppi or more and 10000 ppi or less. For example, it may be 2000 ppi or more and 6000 ppi or less, or 3000 ppi or more and 5000 ppi or less.
  • the screen ratio (aspect ratio) of the display area 60 is not particularly limited.
  • the display area 60 of the display device 10 can accommodate various screen ratios such as 1:1 (square), 4:3, 16:9, or 16:10, for example.
  • the display device can have a variable refresh rate.
  • the power consumption can be reduced by adjusting the refresh rate (for example, in the range of 0.01 Hz to 240 Hz) according to the content displayed on the display device.
  • driving that reduces the power consumption of the display device by driving with a reduced refresh rate may be referred to as idling stop (IDS) driving.
  • IDS idling stop
  • the sensor area 52 has a plurality of pixels 290 arranged in a matrix.
  • the pixel 290 has a function of outputting a signal according to the amount of light received.
  • the resolution of the sensor area 52 can be appropriately set according to the size of the eyeball 20 .
  • the resolution of the sensor area 52 may be, for example, 200 ⁇ 200 pixels, 400 ⁇ 400 pixels, or 640 ⁇ 480 pixels.
  • the sensor area 52 can be provided within the display area 60 (see FIG. 4B). That is, for example, the pixel 290 and the three pixels 230 may each be set as sub-pixels, and the four sub-pixels may be collectively set as one pixel. In the display area 60, three pixels 230 can be activated to achieve a full color display. Further, in the sensor region 52, the function of outputting a signal corresponding to the amount of received light can be achieved by operating the pixels 290. FIG.
  • the influence of the pixels 230 on the pixels 290 can be reduced.
  • FIG. 10A is a diagram showing a circuit configuration example of the pixels 230 included in the display area 60.
  • FIG. Pixel 230 has a pixel circuit 431 and a light emitting element 432 .
  • Each wiring 236 is electrically connected to n pixel circuits 431 arranged in one of the pixel circuits 431 arranged in m rows and n columns in the display region 60 .
  • each wiring 237 is electrically connected to m pixel circuits 431 arranged in any column among the pixel circuits 431 arranged in m rows and n columns. Both m and n are integers of 1 or more.
  • a pixel circuit 431 includes a transistor 436 , a capacitor 433 , a transistor 438 , and a transistor 434 . Also, the pixel circuit 431 is electrically connected to the light emitting element 432 .
  • a display element can be replaced with “device” in some cases.
  • a display element, a light-emitting element, and a liquid crystal element can be called a display device, a light-emitting device, and a liquid crystal device.
  • One of the source and drain of the transistor 436 is electrically connected to a wiring (hereinafter referred to as a signal line DL_n) to which a data signal (also referred to as a "video signal") is supplied. Further, the gate of the transistor 436 is electrically connected to a wiring supplied with a gate signal (hereinafter referred to as a scan line GL_m).
  • the signal line DL_n and the scan line GL_m correspond to the wiring 237 and the wiring 236, respectively.
  • the transistor 436 has a function of controlling writing of the data signal to the wiring 435 .
  • One of the pair of electrodes of the capacitor 433 is electrically connected to the wiring 435 and the other is electrically connected to the wiring 437 .
  • the other of the source and drain of the transistor 436 is electrically connected to the wiring 435 .
  • the capacitor 433 functions as a storage capacitor that holds data written to the wiring 435 .
  • One of the source and drain of the transistor 438 is electrically connected to the potential supply line VL_a and the other is electrically connected to the wiring 437 . Furthermore, the gate of the transistor 438 is electrically connected to the wiring 435 .
  • One of the source and the drain of transistor 434 is electrically connected to potential supply line V 0 , and the other is electrically connected to wiring 437 . Further, the gate of the transistor 434 is electrically connected to the scan line GL_m.
  • One of the anode and cathode of the light emitting element 432 is electrically connected to the potential supply line VL_b, and the other is electrically connected to the wiring 437 .
  • the light-emitting element 432 for example, an organic electroluminescence element (also referred to as an organic EL element) can be used.
  • the light-emitting element 432 is not limited to this, and for example, an inorganic EL element made of an inorganic material may be used. Note that the "organic EL element" and the “inorganic EL element” may be collectively referred to as the "EL element”.
  • the emission color of the EL element can be, for example, white, red, green, blue, cyan, magenta, yellow, or the like, depending on the material forming the EL element.
  • a method for realizing color display there are a method in which a light-emitting element 432 emitting white light and a colored layer are combined, and a method in which a light-emitting element 432 emitting light in a different color is provided for each pixel.
  • the former method is more productive than the latter method.
  • the latter method is inferior in productivity to the former method because it is necessary to separately manufacture the light emitting element 432 for each pixel.
  • the latter method can obtain an emission color with higher color purity than the former method.
  • the color purity can be further enhanced by providing the light emitting element 432 with a microcavity structure.
  • Either a low-molecular-weight compound or a high-molecular-weight compound can be used for the light-emitting element 432, and an inorganic compound may be included.
  • Each layer constituting the light emitting element 432 can be formed by, for example, a vapor deposition method (including a vacuum vapor deposition method), a transfer method, a printing method, an inkjet method, or a coating method.
  • the light emitting element 432 may have an inorganic compound (eg, quantum dots, etc.). For example, by using quantum dots in the light-emitting layer, it can function as a light-emitting material.
  • an inorganic compound eg, quantum dots, etc.
  • the power supply potential for example, a relatively high power supply potential or a relatively low power supply potential can be used.
  • the power supply potential on the high potential side can be referred to as a high power supply potential VDD1
  • the power supply potential on the low potential side can be referred to as a low power supply potential VSS1.
  • one of the potential supply line VL_a and the potential supply line VL_b is supplied with the high power supply potential VDD1, and the other is supplied with the low power supply potential VSS1.
  • the ground potential can be used as the high power supply potential or the low power supply potential.
  • the high power supply potential is the ground potential
  • the low power supply potential is lower than the ground potential
  • the high power supply potential is higher than the ground potential.
  • a display device having the pixel circuit 431 sequentially selects the pixel circuit 431 in each row by a circuit included in the peripheral driver circuit, turns on the transistor 436 and the transistor 434 , and writes a data signal to the wiring 435 .
  • the pixel circuit 431 in which data is written to the wiring 435 enters a holding state when the transistor 436 and the transistor 434 are turned off. Further, the amount of current flowing between the source and the drain of the transistor 438 is controlled according to the potential of the data written to the wiring 435, and the light emitting element 432 emits light with luminance corresponding to the amount of flowing current. An image can be displayed by sequentially performing this for each row.
  • FIG. 10B is a diagram showing a circuit configuration example of the pixels 290 included in the sensor area 52. As shown in FIG. A pixel 290 has a pixel circuit 491 and a light receiving element 492 .
  • Each wiring 296 is electrically connected to q pixel circuits 491 arranged in any row among the pixel circuits 491 arranged in p rows and q columns in the sensor region 52 .
  • each wiring 297 is electrically connected to p pixel circuits 491 arranged in any column among the pixel circuits 491 arranged in p rows and q columns. Both p and q are integers of 1 or more.
  • the pixel circuit 491 has a transistor 496 , a transistor 493 , a transistor 498 and a transistor 494 . Also, the pixel circuit 491 is electrically connected to the light receiving element 492 .
  • a light-receiving element can be replaced with “device” in some cases.
  • a light-receiving element can be rephrased as a light-receiving device.
  • One of the source and drain of the transistor 496 is electrically connected to the wiring 499 and the other is electrically connected to the wiring 495 . Further, the gate of transistor 496 is electrically connected to a wiring supplied with a first row selection signal (hereinafter referred to as row selection line TX_p).
  • the transistor 496 has a function of controlling charge transfer between the wiring 499 and the wiring 495 .
  • One of the source and the drain of the transistor 493 is electrically connected to the potential supply line VL_c and the other is connected to the wiring 495 . Further, the gate of transistor 493 is electrically connected to a wiring supplied with a second row selection signal (hereinafter referred to as row selection line RS_p).
  • row selection line RS_p a second row selection signal
  • One of the source and drain of the transistor 498 is electrically connected to the potential supply line VL_e and the other is connected to the wiring 497 . Further, the gate of transistor 498 is electrically connected to wiring 495 .
  • One of the source and the drain of the transistor 494 is electrically connected to a wiring for reading a detection signal (hereinafter referred to as signal line WX_q), and the other is connected to a wiring 497 . Further, the gate of transistor 494 is electrically connected to a wiring supplied with a third row selection signal (hereinafter referred to as row selection line SE_p).
  • the wiring group of the row selection line TX_p, the row selection line RS_p, and the row selection line SE_p corresponds to the wiring 296 .
  • a signal line WX_q corresponds to the wiring 297 .
  • One of the anode and cathode of the light receiving element 492 is electrically connected to the potential supply line VL_d, and the other is electrically connected to the wiring 499 .
  • a photoelectric conversion element also referred to as an organic photodiode, an organic light receiving element, or an OPD element
  • the light receiving element 492 is not limited to this, and for example, a photoelectric conversion element (also referred to as a photodiode or photodetector) made of an inorganic material may be used.
  • the power supply potential for example, a relatively high power supply potential or a relatively low power supply potential can be used.
  • the power supply potential on the high potential side can be referred to as a high power supply potential VDD2, and the power supply potential on the low potential side can be referred to as a low power supply potential VSS2.
  • a power supply potential on the higher potential side than the high power supply potential VDD2 can be referred to as a high power supply potential VDD3.
  • one of the potential supply line VL_c and the potential supply line VL_d is supplied with the high power supply potential VDD2, and the other is supplied with the low power supply potential VSS2.
  • a high power supply potential VDD3 is applied to the potential supply line VL_e.
  • the high power supply potential VDD2 or the low power supply potential VSS2 may be the same potential as the low power supply potential VSS1.
  • the circuits included in the peripheral driver circuit sequentially select the pixel circuits 491 in one or more rows to perform imaging and readout.
  • the transistors 493 and 496 are turned on, and the potential applied to the potential supply line VL_c is supplied to the wiring 499 (also referred to as initialization).
  • the transistor 493 and the transistor 496 electric charge corresponding to the amount of light received by the light receiving element 492 is gradually accumulated in the wiring 499 (also referred to as exposure).
  • the transistor 496 is turned on, so that the charge accumulated in the wiring 499 is transferred to the wiring 495 (also referred to as transfer).
  • the potential of the wiring 495 becomes a value corresponding to the amount of light received by the light receiving element 492 .
  • the imaging is completed by turning off transistor 496 .
  • the amount of current corresponding to the potential of the wiring 495 flows through the signal line WX_q. That is, a current amount corresponding to the amount of light received by the light receiving element 492 flows. This current is detected by a circuit included in peripheral circuit area 293 . By doing this for each row, the imaged signal can be read out.
  • part or all of the transistors forming the pixel circuit 431 and the pixel circuit 491 may be transistors having back gates.
  • a transistor having a back gate may be used as part or all of the transistors included in the pixel circuit 431 and the pixel circuit 491, and the back gate and the gate may be electrically connected.
  • a transistor having a back gate may be used for some or all of the transistors included in the pixel circuit 431 and the pixel circuit 491, and the back gate and one of the source and the drain of the transistor may be electrically connected. .
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of the display device 10.
  • the display device 10 may include a functional circuit area 234 in addition to the display area 60, sensor area 52, peripheral circuit area 232, peripheral circuit area 233, peripheral circuit area 292, and peripheral circuit area 293 described above. .
  • the display device 10 can realize various functions such as generation of image data and line-of-sight detection.
  • the functional circuit area 234 includes, for example, a CPU, a GPU, and a memory circuit. Also, the functional circuit area 234 can be provided with one or more functional circuits for each element that implements a function.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the display device 10.
  • the display device 10 may include a functional circuit area 234 in addition to the display area 60, sensor area 52, peripheral circuit area 232, peripheral circuit area 233, peripheral circuit area 292, and peripheral circuit area 293 described above. .
  • the display device 10 can realize various functions such as generation of image data and line-of-sight detection.
  • FIG. 11 shows the control unit 130, the arithmetic unit 140, the storage unit 150, the input/output unit 160, and the line-of-sight detection unit 170 as examples of functional circuits provided in the functional circuit area 234.
  • FIG. Control unit 130 , arithmetic unit 140 , storage unit 150 , input/output unit 160 , and line-of-sight detection unit 170 are electrically connected via bus line 131 .
  • the control unit 130 has a function of controlling the overall operation of the display device 10 .
  • the control unit 130 includes a display area 60, a peripheral circuit area 232, a peripheral circuit area 233, a sensor area 52, a peripheral circuit area 292, a peripheral circuit area 293, a calculation unit 140, a storage unit 150, an input/output unit 160, and a line-of-sight detection unit. 170 controls the operation of each.
  • the calculation unit 140 has a function of performing calculations related to the overall operation of the display device 10, and can use, for example, a central processing unit (CPU).
  • the calculation unit 140 has a function of generating an image to be displayed on the display area 60 .
  • calculation unit 140 in addition to the CPU, for example, other microprocessors such as a DSP (Digital Signal Processor) or a GPU (Graphics Processing Unit) can be used singly or in combination. Also, these microprocessors may be realized by PLD (Programmable Logic Device) such as FPGA (Field Programmable Gate Array) or FPAA (Field Programmable Analog Array).
  • PLD Programmable Logic Device
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • FPAA Field Programmable Analog Array
  • the computing unit 140 has a neural network 141 .
  • the neural network 141 may be configured with software.
  • Neural network 141 can be one or more of deep neural networks, convolutional neural networks, recurrent neural networks, autoencoders, deep Boltzmann machines, and deep belief networks.
  • the arithmetic unit 140 performs various data processing and program control by interpreting and executing instructions from various programs by the processor.
  • a program that can be executed by the processor may be stored in a memory area of the processor, or may be stored in the storage unit 150 .
  • the calculation unit 140 may have a main memory.
  • the main memory can comprise volatile memory such as RAM (Random Access Memory), or non-volatile memory such as ROM (Read Only Memory).
  • a DRAM Dynamic Random Access Memory
  • a memory space is virtually allocated and used as the work space of the arithmetic unit 140 .
  • an operating system, application programs, program modules, or program data stored in storage unit 150 are loaded into RAM for execution. These data, programs, and program modules loaded into the RAM are directly accessed and manipulated by the computing unit 140 .
  • the ROM can store, for example, BIOS (Basic Input/Output System) and firmware, which do not require rewriting.
  • BIOS Basic Input/Output System
  • BIOS Basic Input/Output System
  • the ROM for example, mask ROM, OTPROM (One Time Programmable Read Only Memory), EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or the like can be used.
  • EPROMs include UV-EPROM (Ultra-Violet Erasable Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), and flash memory, which allow erasing of stored data by ultraviolet irradiation.
  • the storage unit 150 for example, a flash memory, MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory), PRAM (Phase change RAM), ReRAM (Resistive RAM), FeRAM (Ferroelectric RAM), or other non-volatile storage element is applied.
  • MRAM Magneticoresistive Random Access Memory
  • PRAM Phase change RAM
  • ReRAM Resistive RAM
  • FeRAM Feroelectric RAM
  • a device or a memory device to which a volatile memory element such as a DRAM (Dynamic RAM) or SRAM (Static RAM) is applied may be used.
  • the storage unit 150 stores, for example, a plurality of algorithms for up-converting image data, weighting factors for each algorithm, and the like. Also, the image sources to be displayed in the display area 60 may be stored in the storage unit 150 .
  • Input/output unit 160 is electrically connected to control unit 106 of electronic device 100 .
  • Input/output unit 160 may be electrically connected to communication unit 107 of electronic device 100 .
  • Information necessary for the operation of the display device 10 is supplied to the display device 10 via the input/output unit 160 .
  • the input/output unit 160 may be electrically connected to, for example, one or more buttons or switches (also referred to as “casing switches”) provided on the electronic device 100 . It may also be electrically connected to an external port to which other input components can be connected.
  • the present invention is not limited to this.
  • a part or all of the functional circuits included in the functional circuit region 234 may be provided outside the display device 10 .
  • a storage device placed outside the display device 10 may be used as the storage device 150 without the storage device 150 built into the display device 10 .
  • the storage unit 150 is electrically connected to a functional circuit (for example, the arithmetic unit 140 etc.) of the display device 10 via the input/output unit 160 .
  • a communication means may be provided to exchange data wirelessly.
  • the line-of-sight detection unit 170 has a function of detecting the user's line of sight using information obtained from the sensor area 52 .
  • the user's line of sight can be detected by known eye-tracking methods. For example, it can be detected by a Pupil Center Corneal Reflection (PCCR) method, a Bright/Dark Pupil Effect method, or the like.
  • PCCR Pupil Center Corneal Reflection
  • the PCCR method is a method for detecting the line of sight of the user from the relative position of the corneal reflection image (Purkinje image) generated when the eyeball is irradiated with light with respect to the center position of the user's pupil.
  • the user's line of sight is detected by the PCCR method
  • the user's pupil and Purkinje image are captured using the sensor area 52 , and the user's line of sight can be detected by the line of sight detection unit 170 .
  • the line-of-sight detection method using the line-of-sight detection unit 170 is not limited to the above detection method.
  • the line-of-sight detection unit 170 may have a function of detecting any one or more selected from the user's cornea, iris, lens, and retina.
  • An electronic device may perform image processing using one or more functional circuits provided in the functional circuit region 234 .
  • the control unit 130 may specify an area that overlaps the line of sight in the display area 60 based on information about the line of sight of the user detected by the line of sight detection unit 170, and perform image processing according to the position of the line of sight. .
  • FIG. 12A shows the point of gaze G of the user and the first area S1 including the point of gaze G superimposed on the image displayed in the display area 60 . Furthermore, superimposed on the image of the display area 60, a second area S2 outside the first area S1 and a third area S3 outside the second area S2 are shown.
  • the human visual field is classified into a discriminatory visual field, an effective visual field, a stable fixation visual field, a guided visual field, and an auxiliary visual field.
  • a stable fixation field is a region in which specific information can be identified reasonably with head movement.
  • the guided visual field is a region where the existence of a specific target can be recognized, but the discriminating ability is low.
  • the auxiliary visual field is a region in which the ability to discriminate a specific object is extremely low and the presence of a stimulus can be recognized.
  • One or more fields of view selected from the stable fixation field, the guidance field, and the auxiliary field of view correspond to the third region S3 in FIG. 12A.
  • the image quality from the discriminative visual field to the effective visual field is important in the video.
  • Image processing includes increasing the resolution of video through up-conversion.
  • the image processing may cause the first region S1 or the first region S1 and the second region S2 to be displayed. It is preferable to enhance the image.
  • control unit 130 for example, based on information from software installed in the electronic device 100, information from the sensor unit 50, the sensor unit 51, and the sensor area 52, information obtained by the image processing, and the like. image data to be displayed in the display area 60 can be generated. The image data is sent to the peripheral circuit area 293 via the bus line 131 and displayed on the display area 60 .
  • step S210 infrared light 31 is emitted from the light source 11 to irradiate the eyeball 20 of the user.
  • step S ⁇ b>211 the light 33 reflected from the eyeball 20 is imaged by the sensor area 52 .
  • step S212 the imaging data acquired in the sensor area 52 is read out in the peripheral circuit area 293, and the line-of-sight detection unit 170 detects the line of sight of the user using the imaging data.
  • step S213 the gaze point G on the display area 60 is determined based on the line of sight of the user.
  • step S214 the displayed image is updated so as to match the line of sight of the user.
  • image processing for increasing the resolution can be performed in the first region S1.
  • the load of the GPU of the calculation unit 140 can be reduced by the process of increasing the resolution of only the area.
  • the line of sight of the user By detecting the line of sight of the user, for example, what the user is paying attention to can be grasped, and the behavior of the user can be analyzed. Also, the avatar can reproduce the movement of the user's eyes. In addition, it is possible to perform operations or menu selections using the line of sight.
  • a configuration example of a display device included in an electronic device according to one embodiment of the present invention will be described using the display device 180 illustrated in FIGS. 14A and 14B as an example.
  • a display device 180 shown in FIG. 14A has a substrate 181 , a substrate 182 , a light emitting element 190 and a light receiving element 191 .
  • the light-emitting element 190 includes light-emitting elements (190(R), 190(G), and 190(B)) as display elements and a light-emitting element (190(IR)) as an infrared light source.
  • a light receiving element 191 is provided on a support plate 183
  • a substrate 181 is provided on the light receiving element 191
  • a light emitting element 190 is provided on the substrate 181
  • a substrate 182 is provided on the light emitting element 190
  • a substrate 182 is provided on the substrate 182 .
  • a protective member 185 is provided thereon.
  • Examples of the light emitting elements 190 include a light emitting element 190 (R) that emits red, a light emitting element 190 (G) that emits green, a light emitting element 190 (B) that emits blue, and a light emitting element 190 (IR) that emits infrared light. can be used.
  • light-emitting elements 190(R), 190(G), and 190(B) function as display elements, and light-emitting element 190(IR) functions as an infrared light source.
  • the number of light emitting elements 190 (IR) is not particularly limited, and may be one or plural.
  • Light emitting element 190 is arranged in a region sandwiched between substrates 181 and 182 . Also, the substrate 181 is arranged between the support plate 183 and the light emitting element 190 , and the substrate 182 is arranged between the light emitting element 190 and the protective member 185 .
  • Light emitted by the light emitting element 190 preferably includes infrared light, preferably near-infrared light.
  • infrared light having a wavelength of 700 nm or longer, preferably near-infrared light having one or more peaks in the range of 800 nm to 2500 nm can be used.
  • the light receiving element 191 has a function of detecting infrared light.
  • the light-receiving element preferably has photosensitivity corresponding to infrared light emitted by the light-emitting element 190 (IR), preferably near-infrared light.
  • an image is displayed by light emission from light emitting elements 190(R), 190(G), and 190(B).
  • Infrared light emitted from the light emitting element 190 (IR) is reflected by the user's eyeball 188, and the reflected light is detected by the light receiving element 191, thereby detecting the line of sight. Therefore, the substrate 182 and the protective member 185 reflect visible light from the light emitting elements 190 (R), 190 (G), and 190 (B), the light emitting elements 190 (IR), and the eyeball 188 . and infrared light must pass through. Therefore, the substrate 182 and the protective member 185 preferably transmit visible light and infrared light. Furthermore, the infrared light reflected by eyeball 188 must pass through substrate 181 . Therefore, the substrate 181 preferably transmits at least infrared light.
  • the substrates 181 and 182 are each made of an insulator such as glass, quartz, ceramics, sapphire, or stabilized zirconia (such as yttria-stabilized zirconia), a resin such as an insulating resin or a conductive resin,
  • insulator such as glass, quartz, ceramics, sapphire, or stabilized zirconia (such as yttria-stabilized zirconia)
  • resin such as an insulating resin or a conductive resin
  • semiconductors such as silicon, germanium, silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, or zinc oxide, metals, alloys, or the like can be used.
  • a material that transmits the light is used for the substrate on the side from which the light from the light emitting element 190 is extracted.
  • the flexibility of the display device 180 can be increased, and the weight and thickness of the display device 180 can be reduced.
  • a polarizing plate may be used as the substrate 181 or the substrate 182 .
  • polyester resin such as polyethylene terephthalate (PET) or polyethylene naphthalate (PEN), polyacrylonitrile resin, acrylic resin, polyimide resin, polymethyl methacrylate resin, polycarbonate (PC) resin, Polyethersulfone (PES) resin, polyamide resin (for example, nylon or aramid), 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, or the like may be used.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PES Polyethersulfone
  • polyamide resin for example, nylon or aramid
  • polysiloxane resin for example, nylon or aramid
  • polystyrene resin polyamideimide resin
  • one embodiment of the present invention may have a configuration as shown in FIG. 14B.
  • the display device shown in FIG. 14B is different from the display device shown in FIG. 14A in that a light-emitting element 190 (IR) as an infrared light source is provided in the pixel portion 189 .
  • IR light-emitting element 190
  • Other structures are similar to those of the display device illustrated in FIG. 14A; therefore, the description of FIG. 14A and the like can be referred to for details.
  • the layer 186 on which the light-emitting elements 190 including the light-emitting elements 190 (IR) are located overlaps the light-receiving elements 191 .
  • light emitting element 190 may be electrically connected to a common electrode. Therefore, it is possible to irradiate the eyeball 188 with light and receive reflected light from the eyeball 188 without using a complicated optical system.
  • the distance between the light emitting element 190 (IR) and the light receiving element 191 is relatively small. Therefore, the detection sensitivity of reflected light from the eyeball 188 can be enhanced.
  • the configuration of the optical system can be simplified, the size of the display device can be reduced.
  • a part of the light emitting element 190 (IR) may or may not have a portion overlapping with the light receiving element 191 .
  • the light receiving element 191 and the light emitting element 190 may be provided between the substrate 181 and the substrate 182 as shown in FIGS. 15A and 15B.
  • display device 180 shown in FIG. 15A differs from display device 180 shown in FIG. 14A in that light receiving element 191 and light emitting element 190 are provided between substrate 181 and substrate 182 .
  • 15B differs from the display device 180 shown in FIG. 14B in that the light receiving element 191 and the light emitting element 190 are provided between the substrate 181 and the substrate 182 .
  • the light receiving element 191 is provided on the substrate 181, so the substrate 181 may have low translucency with respect to infrared light or red light. In some cases, it is not necessary to have translucency to external light.
  • the light receiving element 191 may be provided outside the pixel portion 189 .
  • the light receiving element 191 is also provided outside the pixel section 189 together with the light emitting element 190 (IR).
  • IR light emitting element 190
  • the light receiving element 191 is also provided outside the pixel section 189 together with the light emitting element 190 (IR).
  • the light receiving element 191 is provided outside the pixel section 189 .
  • the light emitting element 190 (R) that emits red the light emitting element 190 (G) that emits green
  • the light emitting element 190 (B) that emits blue
  • the light emitting element 190 (IR) that emits infrared light
  • a structure in which a pixel is formed using a light-emitting element of the above type is shown, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the light-emitting element 190(R) is configured to emit light having peaks in both the red wavelength and the infrared wavelength
  • the light-emitting element 190(R), the light-emitting element 190(G), and the light-emitting element 190 A pixel may be formed by three types of light-emitting elements (B).
  • the support plate 183 may not be provided in some cases.
  • a substrate may be provided instead of the support plate 183, and an insulating layer may be provided instead of the substrate 181.
  • the light receiving element 191 may be provided on the substrate, or the light receiving element 191 may be formed using the substrate.
  • an insulating layer may be provided over the light receiving element 191 and the light emitting element 190 may be provided over the insulating layer.
  • the insulating layer preferably has a property of transmitting at least infrared light.
  • the protection member 185 may not be provided in some cases.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described in this specification and the like.
  • a light-emitting element included in a display device a schematic top view of the periphery thereof, a schematic cross-sectional view thereof, structural examples of the light-emitting element, structural examples of the light-emitting element and the light-receiving element, and structural examples of the display device will be described.
  • FIG. 18A is a schematic top view illustrating a configuration example in which a light-emitting element and a light-receiving element are arranged in one pixel in the display device 70 of one embodiment of the present invention.
  • the display device 70 has a plurality of light emitting elements 61R emitting red light, light emitting elements 61G emitting green light, light emitting elements 61B emitting blue light, light emitting elements 61IR emitting infrared light, and light receiving elements 62, respectively.
  • the light-emitting element 61 may refer to any one or more of the light-emitting element 61R, the light-emitting element 61G, the light-emitting element 61B, and the light-emitting element 61IR.
  • each light emitting element 61 in order to easily distinguish each light emitting element 61, the light emitting region of each light emitting element 61 is labeled with R, G, B, or IR. Further, the light-receiving area of each light-receiving element 62 is labeled with PD.
  • the light emitting element 61R, the light emitting element 61G, the light emitting element 61B, the light emitting element 61IR, and the light receiving element 62 are each arranged in a matrix.
  • FIG. 18A shows an example in which a light emitting element 61R, a light emitting element 61G, a light emitting element 61B, and a light emitting element 61IR are arranged in the X direction, and a light receiving element 62 is arranged therebelow.
  • FIG. 18A also shows, as an example, a configuration in which light emitting elements 61 that emit light of the same color are arranged in the Y direction that intersects the X direction.
  • a pixel 80 can be configured by a sub-pixel having a light-receiving element 62 provided below these sub-pixels.
  • the light receiving element 62 has a function of detecting infrared light.
  • FIG. 18A shows a so-called stripe arrangement in which light emitting elements emitting light of the same color are arranged in one direction.
  • the arrangement method of the light emitting elements is not limited to this, and an arrangement method such as a delta arrangement or a zigzag arrangement may be applied, or a pentile arrangement may be used.
  • the light-emitting element 61R the light-emitting element 61G, the light-emitting element 61B, and the light-emitting element 61IR
  • an EL element such as an OLED (Organic Light Emitting Diode) or a QLED (Quantum-dot Light Emitting Diode).
  • the light-emitting substance included in the light-emitting element is, for example, a substance that emits fluorescence (fluorescent material), a substance that emits phosphorescence (phosphorescent material), an inorganic compound (for example, quantum dot material, etc.), or a substance that exhibits thermally activated delayed fluorescence (thermally activated and thermally activated delayed fluorescence (TADF) material).
  • fluorescent material a substance that emits fluorescence
  • phosphorescence phosphorescence
  • an inorganic compound for example, quantum dot material, etc.
  • TADF thermally activated delayed fluorescence
  • the light receiving element 62 for example, a pn-type or pin-type photodiode can be used.
  • the light receiving element 62 functions as a photoelectric conversion element that detects light incident on the light receiving element 62 and generates charges. In the light receiving element 62, the amount of charge generated is determined based on the amount of incident light.
  • organic photodiode having a layer containing an organic compound as the light receiving element 62 .
  • Organic photodiodes can be easily made thinner, lighter, and larger, and have a high degree of freedom in shape and design, so they can be applied to various display devices.
  • an organic EL element is used as the light emitting element 61 and an organic photodiode is used as the light receiving element 62 .
  • An organic EL element and an organic photodiode can be formed on the same substrate. Therefore, an organic photodiode can be incorporated in a display device using an organic EL element.
  • the light-emitting layer is processed into a fine pattern without using a metal mask or a shadow mask such as FMM.
  • the light-emitting layer is processed into a fine pattern using photolithography.
  • an element formed as described above may be referred to as an element having an MML (metal maskless) structure.
  • MML metal maskless
  • the element of the MML structure it is possible to realize a display device having high definition and a large aperture ratio, which have been difficult to achieve.
  • the light-emitting layers can be separately formed, a display device with extremely vivid, high-contrast, and high-quality display can be realized.
  • a first light-emitting film and a first sacrificial film are laminated to cover two pixel electrodes.
  • a resist mask is formed on the first sacrificial film at a position overlapping with one pixel electrode (first pixel electrode).
  • the resist mask, part of the first sacrificial film, and part of the first light-emitting film are etched. At this time, the etching is finished when the other pixel electrode (second pixel electrode) is exposed.
  • a part of the first light-emitting film also referred to as a first light-emitting layer
  • a part of the sacrificial film (also referred to as a sacrificial layer) are formed on the first pixel electrode.
  • a sacrificial layer can be formed.
  • a second light emitting film and a second sacrificial film are laminated and formed.
  • a resist mask is formed at a position overlapping with the first pixel electrode and at a position overlapping with the second pixel electrode.
  • the resist mask, part of the second sacrificial film, and part of the second light-emitting film are etched in the same manner as described above.
  • the first light-emitting layer and the first sacrificial layer are provided on the first pixel electrode
  • the second light-emitting layer and the second sacrificial layer are provided on the second pixel electrode. becomes.
  • first light-emitting layer and the second light-emitting layer can be produced separately.
  • first sacrificial layer and the second sacrificial layer are removed to expose the first light-emitting layer and the second light-emitting layer, and then a common electrode is formed to generate light of two different colors. can be produced separately.
  • light-emitting layers of light-emitting elements of three or more colors can be separately formed, and a display device having light-emitting elements of three or four or more colors can be realized.
  • an electrode for example, also referred to as a first electrode, a connection electrode, or the like
  • the connection electrodes are arranged outside the display region in which the pixels are provided.
  • it is preferable to provide a second sacrificial layer on the connection electrode. The first sacrificial layer and the second sacrificial layer provided on the connection electrode are etched simultaneously with the first sacrificial layer on the first light emitting layer and the second sacrificial layer on the second light emitting layer. can be removed.
  • the distance between the light emitting layers exhibiting two different colors less than 10 ⁇ m in the MM structure, but in the MML structure the distance is 6 ⁇ m or less, 4 ⁇ m or less, 3 ⁇ m or less, 2 ⁇ m or less, or even 1 ⁇ m or less.
  • the gap can be narrowed to 500 nm or less, 200 nm or less, 100 nm or less, or even 50 nm or less.
  • the aperture ratio can be brought close to 100%.
  • the aperture ratio can be 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, or even 90% or more, and less than 100%.
  • the pattern of the light-emitting layer itself can be made much smaller than when a metal mask is used.
  • the thickness varies between the center and the edge of the pattern, so the effective area that can be used as the light emitting region is smaller than the area of the entire pattern.
  • the pattern is formed by processing a film formed to have a uniform thickness, the thickness can be made uniform within the pattern, and even if the pattern is fine, almost the entire area of the pattern can emit light. It can be used as a region. Therefore, according to the above manufacturing method, both high definition and high aperture ratio can be achieved.
  • a display device in which fine light-emitting elements are integrated can be realized. Therefore, a so-called stripe arrangement in which R, G, and B are arranged in one direction, and a resolution display of 500 ppi or more, 1000 ppi or more, or 2000 ppi or more, further 3000 ppi or more, and further 5000 ppi or more A device can be realized.
  • FIG. 18A shows a common electrode 81 and connection electrodes 82 .
  • the connection electrode 82 is electrically connected to the common electrode 81 .
  • the connection electrodes 82 are provided outside the display area in which the light emitting elements 61 and the light receiving elements 62 are arranged. Further, in FIG. 18A, a common electrode 81 having a region overlapping with the light emitting element 61, the light receiving element 62, and the connection electrode 82 is indicated by a dashed line.
  • connection electrodes 82 can be provided along the periphery of the display area. For example, it may be provided along one side of the periphery of the display area, or may be provided over two or more sides of the periphery of the display area. That is, when the top surface shape of the display area is rectangular, the top surface shape of the connection electrode 82 can be, for example, strip-shaped, L-shaped, U-shaped (square bracket-shaped), or square.
  • FIG. 18B is a schematic top view showing a configuration example of the display device 70, which is a modification of the display device 70 shown in FIG. 18A.
  • the display device 70 shown in FIG. 18B is different from the display device 70 shown in FIG. 18A in that the light receiving elements 62 and the light emitting elements 61IR are alternately arranged in the X direction.
  • the light emitting elements 61R, 61G, and 61B and the light emitting elements 61IR are arranged in different rows. Therefore, the widths (the lengths in the X direction) of the light emitting elements 61R, 61G, and 61B can be increased, so that the brightness of light emitted from the pixels 80 can be increased.
  • FIG. 19A is a schematic top view showing a configuration example of the display device 70, which is a modification of the display device 70 shown in FIG. 18B.
  • the display device 70 shown in FIG. 19A differs from the display device 70 shown in FIG. 18B in that the light-emitting elements 61 are arranged in the order of G, B, and R in the X direction instead of the order of R, G, and B. 18B in that the light receiving element 62 is provided under the light emitting element 61G and the light emitting element 61B, and the light emitting element 61IR is provided under the light emitting element 61R.
  • the area occupied by the light receiving element 62 in the display device 70 shown in FIG. 19A is larger than the area occupied by the light receiving element 62 in the display device 70 shown in FIG. 18B. Therefore, the light detection sensitivity of the light receiving element 62 can be enhanced. Therefore, for example, when the display device 70 has a line-of-sight detection function, the line of sight can be detected with high accuracy.
  • FIG. 19B is a schematic top view showing a configuration example of the display device 70, which is a modification of the display device 70 shown in FIG. 19A.
  • Display device 70 shown in FIG. 19B is different from display device 70 shown in FIG. different from
  • the area occupied by the light receiving element 62 in the display device 70 shown in FIG. 19B is smaller than the area occupied by the light receiving element 62 in the display device 70 shown in FIG. 19A.
  • the light receiving range of each light receiving element 62 can be narrowed.
  • overlapping of light receiving ranges between different light receiving elements 62, for example, between adjacent light receiving elements 62 can be reduced. Therefore, it is possible to prevent blurring of the image captured using the light receiving element 62 and failure to capture a clear image.
  • FIG. 20A is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 18B
  • FIG. 20B is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line B1-B2 in FIG. 18B
  • 20C is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line C1-C2 in FIG. 18B
  • FIG. 20D is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line D1-D2 in FIG. 18B.
  • Light emitting element 61 R, light emitting element 61 G, light emitting element 61 B, light emitting element 61 IR, and light receiving element 62 are provided on substrate 83 .
  • a substrate having heat resistance that can withstand at least subsequent heat treatment can be used.
  • an insulating substrate for example, a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, a ceramic substrate, an organic resin substrate, or the like can be used.
  • a single crystal semiconductor substrate made of silicon, silicon carbide, or the like, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, or a semiconductor substrate such as an SOI substrate can be used.
  • the substrate 83 it is preferable to use the above-described semiconductor substrate or insulating substrate on which a semiconductor circuit including semiconductor elements such as transistors is formed.
  • the semiconductor circuit preferably constitutes, for example, a pixel circuit, a gate line driver circuit (gate driver), or a source line driver circuit (source driver).
  • gate driver gate line driver circuit
  • source driver source driver
  • an arithmetic circuit, a memory circuit, or the like may be configured.
  • FIG. 20A shows a cross-sectional configuration example of the light emitting element 61R, the light emitting element 61G, and the light emitting element 61B.
  • the light emitting element 61R has a pixel electrode 84R, a hole injection layer 85R, a hole transport layer 86R, a light emitting layer 87R, an electron transport layer 88R, a common layer 89, and a common electrode 81.
  • the light emitting element 61G has a pixel electrode 84G, a hole injection layer 85G, a hole transport layer 86G, a light emitting layer 87G, an electron transport layer 88G, a common layer 89, and a common electrode 81.
  • the light emitting element 61 B has a pixel electrode 84 B, a hole injection layer 85 B, a hole transport layer 86 B, a light emitting layer 87 B, an electron transport layer 88 B, a common layer 89 and a common electrode 81 .
  • FIG. 20B shows a cross-sectional configuration example of the light emitting element 61IR and the light receiving element 62.
  • the light emitting element 61 IR has a pixel electrode 84 IR, a hole injection layer 85 IR, a hole transport layer 86 IR, a light emitting layer 87 IR, an electron transport layer 88 IR, a common layer 89 and a common electrode 81 .
  • the light receiving element 62 has a pixel electrode 84 PD, a hole transport layer 86 PD, a light receiving layer 90 , an electron transport layer 88 PD, a common layer 89 and a common electrode 81 .
  • the symbols attached to the reference numerals are omitted and the pixel electrode 84 is used. may be explained as Similarly, when describing items common to the hole injection layer 85R, the hole injection layer 85G, the hole injection layer 85B, and the hole injection layer 85IR, the symbols attached to the symbols are omitted, and the hole injection layer It may be described as a layer 85 for description.
  • the hole-transporting layer 86R when describing items common to the hole-transporting layer 86R, the hole-transporting layer 86G, the hole-transporting layer 86B, the hole-transporting layer 86IR, and the hole-transporting layer 86PD, It may be omitted and described as a hole transport layer 86 in some cases.
  • the symbols attached to the reference numerals when describing items common to the light-emitting layer 87R, the light-emitting layer 87G, the light-emitting layer 87B, and the light-emitting layer 87IR, the symbols attached to the reference numerals may be omitted and the light-emitting layer 87 may be used for description. be.
  • the symbols attached to the symbols are omitted, and the electron-transporting layers It may be described as a layer 88 for description.
  • the common layer 89 functions as an electron injection layer in the light emitting element 61 .
  • the common layer 89 functions as an electron transport layer in the light receiving element 62 . Therefore, the light receiving element 62 may not have the electron transport layer 88PD.
  • the hole injection layer 85, the hole transport layer 86, the electron transport layer 88, and the common layer 89 can also be called functional layers. Further, the light-emitting element has a light-emitting layer between a pair of electrodes. Therefore, in the light emitting element 61 shown in FIG. 20A and the like, the hole injection layer 85, the hole transport layer 86, the light emitting layer 87, the electron transport layer 88, and the common layer 89 can be collectively called a light emitting layer.
  • the pixel electrode 84, the hole injection layer 85, the hole transport layer 86, the light emitting layer 87, and the electron transport layer 88 can be separately provided for each element.
  • Common layer 89 and common electrode 81 are provided in common to light emitting element 61R, light emitting element 61G, light emitting element 61B, light emitting element 61IR, and light receiving element 62 .
  • the light-emitting element 61 and the light-receiving element 62 may have, for example, a hole blocking layer and an electron blocking layer in addition to the layers shown in FIG. 20A and the like. Further, the light emitting element 61 and the light receiving element 62 may have layers containing, for example, bipolar substances (substances with high electron-transport properties and hole-transport properties).
  • a gap is provided between the common layer 89 and the insulating layer 92 . This can prevent the common layer 89 from contacting the side surfaces of the light-emitting layer 87 , the light-receiving layer 90 , the hole-transport layer 86 , and the hole-injection layer 85 . Thereby, a short circuit (electrical short circuit) in the light emitting element 61 and a short circuit in the light receiving element 62 can be suppressed.
  • the distance is 1 ⁇ m or less, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less, 100 nm or less, 90 nm or less, 70 nm or less, 50 nm or less, 30 nm or less, 20 nm or less, 15 nm or less, or 10 nm or less, the gap is It can be formed suitably.
  • the light emitting element 61 includes, from the bottom layer, a pixel electrode 84, a hole injection layer 85, a hole transport layer 86, a light emitting layer 87, an electron transport layer 88, a common layer 89 (electron injection layer), and a common electrode 81 are provided, and the light-receiving element 62 is provided with a pixel electrode 84PD, a hole-transporting layer 86PD, a light-receiving layer 90, an electron-transporting layer 88PD, a common layer 89, and a common electrode 81 in this order from the bottom.
  • a pixel electrode 84PD a hole-transporting layer 86PD
  • a light-receiving layer 90 an electron-transporting layer 88PD
  • a common layer 89 and a common electrode 81 in this order from the bottom.
  • the light emitting element 61 is provided with a pixel electrode, an electron injection layer, an electron transport layer, a light emitting layer, a hole transport layer, a hole injection layer, and a common electrode in this order from the bottom layer.
  • a pixel electrode, an electron transport layer, a light receiving layer, a hole transport layer, and a common electrode may be provided in this order.
  • the hole injection layer of the light emitting element 61 can be used as a common layer, and the common layer can be provided between the hole transport layer of the light receiving element 62 and the common electrode. Further, in the light emitting element 61, the electron injection layer can be separated for each element.
  • the configurations of the light-emitting element 61 and the light-receiving element 62 can be varied.
  • the light emitting element 61 includes, from the bottom layer, a pixel electrode 84, a hole injection layer 85, a hole transport layer 86, a light emitting layer 87, an electron transport layer 88, a common layer 89 (electron injection layer), and a common electrode 81.
  • the light-receiving element 62 may have a pixel electrode 84PD, an electron-transporting layer 88PD, a light-receiving layer 90, a hole-transporting layer 86PD, a common layer 89, and a common electrode 81 in order from the bottom.
  • the drive voltages of the light emitting element 61 and the light receiving element 62 can be directed in the same direction.
  • a hole injection layer may be provided between the hole transport layer 86PD and the common layer 89 .
  • the electron-transporting layer is provided above the hole-transporting layer. Even if the layer is provided below the hole-transport layer, the following explanations are applicable.
  • the hole-injecting layer is a layer that injects holes from the anode to the hole-transporting layer, and contains a material with high hole-injecting properties.
  • highly hole-injecting materials include aromatic amine compounds, composite materials containing hole-transporting materials and acceptor materials (electron-accepting materials), and the like.
  • the hole-transporting layer is a layer that transports holes injected from the anode to the light-emitting layer by means of the hole-injecting layer.
  • a hole-transporting layer is a layer containing a hole-transporting material.
  • the hole-transporting material a substance having a hole mobility of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 /Vs or more is preferable. Note that substances other than these can be used as long as they have a higher hole-transport property than electron-transport property.
  • Examples of hole-transporting materials include ⁇ -electron-rich heteroaromatic compounds (e.g., carbazole derivatives, thiophene derivatives, furan derivatives, etc.), aromatic amines (compounds having an aromatic amine skeleton), and the like. Materials with high hole-transport properties are preferred.
  • the electron-transporting layer is a layer that transports electrons injected from the cathode to the light-emitting layer by the electron-injecting layer.
  • the electron-transporting layer is a layer containing an electron-transporting material.
  • an electron-transporting material a substance having an electron mobility of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 /Vs or more is preferable. Note that substances other than these substances can be used as long as they have a higher electron-transport property than hole-transport property.
  • electron-transporting materials include metal complexes having a quinoline skeleton, metal complexes having a benzoquinoline skeleton, metal complexes having an oxazole skeleton, and metal complexes having a thiazole skeleton, as well as oxadiazole derivatives and triazoles.
  • a material having a high electron-transport property such as a ⁇ -electron-deficient heteroaromatic compound containing a compound can be used.
  • the electron injection layer is a layer that injects electrons from the cathode into the electron transport layer, and is a layer containing a material with high electron injection properties.
  • Alkali metals, alkaline earth metals, or compounds thereof can be used as materials with high electron injection properties.
  • a composite material containing an electron-transporting material and a donor material (electron-donating material) can also be used as a material with high electron-injecting properties.
  • Examples of the electron injection layer include lithium, cesium, lithium fluoride (LiF), cesium fluoride (CsF), calcium fluoride (CaF 2 ), 8-(quinolinolato)lithium (abbreviation: Liq), 2-(2 -pyridyl)phenoratritium (abbreviation: LiPP), 2-(2-pyridyl)-3-pyridinolatritium (abbreviation: LiPPy), 4-phenyl-2-(2-pyridyl)phenoratritium (abbreviation: LiPPP) , lithium oxide (LiO x ), or cesium carbonate, etc., alkali metals, alkaline earth metals, or compounds thereof can be used.
  • Liq 2-(2 -pyridyl)phenoratritium
  • LiPPy 2-(2-pyridyl)-3-pyridinolatritium
  • LiPPP 4-phenyl-2-(2-pyridyl)phenoratriti
  • a material having an electron-transporting property may be used for the electron injection layer.
  • a compound having a lone pair of electrons and an electron-deficient heteroaromatic ring can be used as the electron-transporting material.
  • a compound having at least one of a pyridine ring, a diazine ring (pyrimidine ring, pyrazine ring, or pyridazine ring), and a triazine ring can be used.
  • the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) level of the organic compound having an unshared electron pair is preferably ⁇ 3.6 eV or more and ⁇ 2.3 eV or less.
  • CV cyclic voltammetry
  • photoelectron spectroscopy optical absorption spectroscopy
  • inverse photoelectron spectroscopy the highest occupied molecular orbital (HOMO) level and LUMO levels can be estimated.
  • BPhen 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline
  • NBPhen 2,9-di(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline
  • HATNA diquinoxalino [2,3-a:2′,3′-c]phenazine
  • TmPPPyTz 2,4,6-tris[3′-(pyridin-3-yl)biphenyl-3-yl]-1 , 3,5-triazine
  • TmPPPyTz 3,5-triazine
  • a light-emitting layer is a layer containing a light-emitting substance.
  • the emissive layer can have one or more emissive materials.
  • the light-emitting substance for example, a substance that emits light of a color such as blue, purple, blue-violet, green, yellow-green, yellow, orange, or red is used as appropriate.
  • a substance that emits near-infrared light can be used as the light-emitting substance.
  • Examples of light-emitting substances include fluorescent materials, phosphorescent materials, TADF materials, quantum dot materials, and the like.
  • fluorescent materials include pyrene derivatives, anthracene derivatives, triphenylene derivatives, fluorene derivatives, carbazole derivatives, dibenzothiophene derivatives, dibenzofuran derivatives, dibenzoquinoxaline derivatives, quinoxaline derivatives, pyridine derivatives, pyrimidine derivatives, phenanthrene derivatives, and naphthalene derivatives. mentioned.
  • Examples of phosphorescent materials include organometallic complexes (especially iridium complexes) having a 4H-triazole skeleton, 1H-triazole skeleton, imidazole skeleton, pyrimidine skeleton, pyrazine skeleton, or pyridine skeleton, and phenylpyridine derivatives having an electron-withdrawing group.
  • organometallic complexes especially iridium complexes
  • platinum complexes, rare earth metal complexes, etc. which serve as ligands, may be mentioned.
  • the light-emitting layer may contain one or more organic compounds (eg, host material, assist material, etc.) in addition to the light-emitting substance (guest material).
  • one or both of a hole-transporting material and an electron-transporting material can be used as the one or more organic compounds.
  • Bipolar materials or TADF materials may also be used as one or more organic compounds.
  • the light-emitting layer preferably includes, for example, a phosphorescent material and a combination of a hole-transporting material and an electron-transporting material that easily form an exciplex.
  • ExTET Exciplex-Triplet Energy Transfer
  • a combination that forms an exciplex that emits light that overlaps with the wavelength of the absorption band on the lowest energy side of the light-emitting substance energy transfer becomes smooth and light emission can be efficiently obtained. With this configuration, high efficiency, low-voltage driving, and long life of the light-emitting element can be realized at the same time.
  • the HOMO level (highest occupied molecular orbital level) of the hole-transporting material is higher than or equal to the HOMO level of the electron-transporting material.
  • the LUMO level (lowest unoccupied molecular orbital level) of the hole-transporting material is equal to or higher than the LUMO level of the electron-transporting material.
  • the LUMO and HOMO levels of a material can be derived from the material's electrochemical properties (reduction and oxidation potentials) measured by cyclic voltammetry (CV) measurements.
  • Formation of the exciplex is performed by comparing, for example, the emission spectrum of the hole-transporting material, the emission spectrum of the electron-transporting material, and the emission spectrum of a mixed film in which these materials are mixed, and the emission spectrum of the mixed film is the same as the emission spectrum of each material. It can be confirmed by observing a phenomenon that the spectrum shifts to a longer wavelength (or has a new peak on the longer wavelength side).
  • the transient photoluminescence (PL) of the hole-transporting material, the transient PL of the electron-transporting material, and the transient PL of the mixed film in which these materials are mixed are compared, and the transient PL lifetime of the mixed film is, for example, each material This can be confirmed by observing the difference in transient response, such as having a longer lifetime component than the transient PL lifetime of , or increasing the ratio of the delayed component.
  • the transient PL described above may be read as transient electroluminescence (EL).
  • the formation of an exciplex can also be confirmed. can do.
  • the light-emitting layer 87R of the light-emitting element 61R contains a light-emitting organic compound that emits light having an intensity in at least the red wavelength range.
  • the light-emitting layer 87G of the light-emitting element 61G contains a light-emitting organic compound that emits light having an intensity in at least the green wavelength range.
  • the light-emitting layer 87B of the light-emitting element 61B contains a light-emitting organic compound that emits light having an intensity in at least the blue wavelength range.
  • the light-emitting layer 87IR of the light-emitting element 61IR includes a light-emitting organic compound that emits light having an intensity in at least the infrared wavelength region.
  • Light-receiving layer 90 of light-receiving element 62 contains an organic compound having detection sensitivity in, for example, the wavelength region of infrared light.
  • a conductive film that transmits visible light is used for one of the pixel electrode 84 and the common electrode 81, and a conductive film that has reflectivity is used for the other.
  • the display device 70 can be a bottom emission type display device.
  • the display device 70 can be a top emission type display device.
  • the display device 70 can be a dual emission type display device.
  • the light emitting element 61 preferably has a micro optical resonator (microcavity) structure.
  • the light emitted from the light emitting layer 87 can be resonated between the pixel electrode 84 and the common electrode 81, and the light emitted from the light emitting element 61 can be enhanced.
  • one of the common electrode 81 and the pixel electrode 84 is an electrode having both translucent and reflective properties (semi-transmissive/semi-reflective electrode).
  • the other is preferably a reflective electrode (reflective electrode).
  • the light emitting element 61IR that emits light with the longest wavelength has the light emitting layer 87IR that is the thickest
  • the light emitting element 61R that emits light with the second longest wavelength has the light emitting layer 87R that is the second thickest
  • the light emitting element that emits light with the second longest wavelength By making the light emitting layer 87G of 61G the next thickest and the light emitting layer 87B of the light emitting element 61B emitting light with the shortest wavelength the thinnest, the light emitting element 61 can have a microcavity structure.
  • each light-emitting layer may be adjusted in consideration of, for example, the wavelength of light emitted by each light-emitting element, the optical characteristics of the layers constituting the light-emitting element, the electrical characteristics of the light-emitting element, and the like. can be done.
  • the light transmittance of the transparent electrode is set to 40% or more.
  • an electrode having a transmittance of 40% or more for visible light for the light emitting element 61 .
  • the visible light reflectance of the semi-transmissive/semi-reflective electrode is 10% or more and 95% or less, preferably 30% or more and 80% or less.
  • the visible light reflectance of the reflective electrode is 40% or more and 100% or less, preferably 70% or more and 100% or less.
  • the resistivity of these electrodes is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ cm or less.
  • the transmittance and reflectance of these electrodes for near-infrared light are preferably within the above numerical range. .
  • An insulating layer 92 is provided to cover the edge of the pixel electrode 84R, the edge of the pixel electrode 84G, the edge of the pixel electrode 84B, the edge of the pixel electrode 84IR, and the edge of the pixel electrode 84PD.
  • the ends of the insulating layer 92 are preferably tapered. Note that the insulating layer 92 may be omitted if unnecessary.
  • the hole injection layer 85R, the hole injection layer 85G, the hole injection layer 85B, the hole injection layer 85IR, and the hole transport layer 86PD are formed on a region in contact with the upper surface of the pixel electrode 84 and on the surface of the insulating layer 92, respectively. and a contacting region.
  • an end portion of the hole injection layer 85R, an end portion of the hole injection layer 85G, an end portion of the hole injection layer 85B, an end portion of the hole injection layer 85IR, and an end portion of the hole transport layer 86PD are insulated. Located on layer 92 .
  • a gap is provided between light-emitting elements 61 that emit light of different colors, for example, between two light-emitting layers 87 .
  • light emitting layer 87R, light emitting layer 87G, and light emitting layer 87B are preferably provided so as not to be in contact with each other. This can suitably prevent current from flowing through two adjacent light-emitting layers 87 and causing unintended light emission. Therefore, the contrast of the display device 70 can be increased, and thus the display quality of the display device 70 can be improved.
  • a protective layer 91 is provided on the common electrode 81 .
  • the protective layer 91 has a function of preventing impurities such as water from diffusing into each light emitting element from above.
  • Protective layer 91 may have, for example, a single layer structure or a laminated structure including at least an inorganic insulating film.
  • inorganic insulating films include oxide films or nitride films such as silicon oxide films, silicon oxynitride films, silicon nitride oxide films, silicon nitride films, aluminum oxide films, aluminum oxynitride films, or hafnium oxide films. mentioned.
  • a semiconductor material such as indium gallium oxide or indium gallium zinc oxide may be used as protective layer 91 .
  • a silicon oxynitride film is a film containing more oxygen than nitrogen.
  • a silicon oxynitride film is a film containing more nitrogen than oxygen.
  • the protective layer 91 a laminated film of an inorganic insulating film and an organic insulating film can be used.
  • a structure in which an organic insulating film is sandwiched between a pair of inorganic insulating films is preferable.
  • the organic insulating film functions as a planarizing film. As a result, the upper surface of the organic insulating film can be flattened, so that the coverage of the inorganic insulating film thereon can be improved, and the barrier property can be enhanced.
  • the upper surface of the protective layer 91 is flat, when a structure (for example, a color filter, an electrode of a touch sensor, or a lens array) is provided above the protective layer 91, an uneven shape due to the structure below may be formed. This is preferable because it can reduce the impact.
  • a structure for example, a color filter, an electrode of a touch sensor, or a lens array
  • FIG. 20C shows a cross-sectional configuration example of the display device 70 in the Y direction, and specifically shows a cross-sectional configuration example of the light emitting element 61R and the light receiving element 62.
  • the light emitting elements 61G, 61B, and 61IR can also be arranged in the Y direction in the same manner as the light emitting elements 61R.
  • FIG. 20D shows a connection portion 93 where the connection electrode 82 and the common electrode 81 are electrically connected.
  • the connection portion 93 the common electrode 81 is provided on the connection electrode 82 so as to be in contact therewith, and the protective layer 91 is provided to cover the common electrode 81 .
  • an insulating layer 92 is provided to cover the ends of the connection electrodes 82 .
  • 20A to 20C show a configuration in which an insulating layer 92 is provided to cover the edge of the pixel electrode 84R, the edge of the pixel electrode 84G, the edge of the pixel electrode 84B, and the edge of the pixel electrode 84PD.
  • an insulating layer 92 may not be provided.
  • FIG. 20E is a cross-sectional view corresponding to the dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 18B.
  • an insulating layer 94 and an insulating layer 96 are provided in the region.
  • a common layer 89 is provided on the electron transport layer 88R, the electron transport layer 88G, the electron transport layer 88B, the insulating layer 94, and the insulating layer 96, and the common electrode 81 is provided on the common layer 89.
  • the common layer 89 (or the common electrode 81) is in contact with any side surface of the pixel electrode 84R, the pixel electrode 84G, the pixel electrode 84B, the light-emitting layer 87R, the light-emitting layer 87G, and the light-emitting layer 87B.
  • the insulating layer 94 preferably covers at least side surfaces of the pixel electrode 84R, the pixel electrode 84G, and the pixel electrode 84B. Furthermore, the insulating layer 94 includes a hole injection layer 85R, a hole injection layer 85G, a hole injection layer 85B, a hole transport layer 86R, a hole transport layer 86G, a hole transport layer 86B, a light emitting layer 87R, and a light emitting layer 87G. , the light-emitting layer 87B, the electron-transporting layer 88R, the electron-transporting layer 88G, and the side surfaces of the electron-transporting layer 88B.
  • the insulating layer 94 includes a pixel electrode 84R, a pixel electrode 84G, a pixel electrode 84B, a hole injection layer 85R, a hole injection layer 85G, a hole injection layer 85B, a hole transport layer 86R, a hole transport layer 86G, and a hole transport layer.
  • the layer 86B, the light-emitting layer 87R, the light-emitting layer 87G, the light-emitting layer 87B, the electron-transporting layer 88R, the electron-transporting layer 88G, and the electron-transporting layer 88B can be in contact with each side surface.
  • An insulating layer 96 is provided on the insulating layer 94 so as to fill the recess formed in the insulating layer 94 .
  • the insulating layer 96 includes, through the insulating layer 94, the pixel electrode 84R, the pixel electrode 84G, the pixel electrode 84B, the hole injection layer 85R, the hole injection layer 85G, the hole injection layer 85B, the hole transport layer 86R, the hole It can overlap with each side surface of the transport layer 86G, the hole transport layer 86B, the light emitting layer 87R, the light emitting layer 87G, the light emitting layer 87B, the electron transport layer 88R, the electron transport layer 88G, and the electron transport layer 88B.
  • the insulating layer 94 and the insulating layer 96 may not be provided.
  • the insulating layer 96 can be configured to be in contact with the side surfaces of the light emitting layers 87R, 87G, and 87B.
  • the display device may have an insulating layer covering the edge of the pixel electrode. In this case, one or both of the insulating layer 94 and the insulating layer 96 may be provided on the insulating layer.
  • Common layer 89 and common electrode 81 are provided on electron transport layer 88 R, electron transport layer 88 G, electron transport layer 88 B, insulating layer 94 and insulating layer 96 .
  • the steps can be planarized, and coverage with the common layer 89 and the common electrode 81 can be improved. Therefore, it is possible to suppress poor connection due to disconnection. Alternatively, it is possible to prevent the common electrode 81 from being locally thinned due to a step and increasing the electrical resistance.
  • the heights of the upper surface of the insulating layer 94 and the upper surface of the insulating layer 96 are adjusted to the heights of the electron transport layer 88R, the electron transport layer 88G, and the electron transport layer 88G, respectively. It preferably matches or approximately matches the height of at least one top surface of layer 88B.
  • the upper surface of the insulating layer 96 preferably has a flat shape, it may have a convex portion or a concave portion.
  • the insulating layer 94 has regions in contact with the side surfaces of the light emitting layers 87R, 87G, and 87B, and functions as a protective insulating layer for the light emitting layers 87R, 87G, and 87B.
  • impurities for example, oxygen or moisture
  • the insulating layer 94 can be prevented from entering from the side surfaces of the light-emitting layers 87R, 87G, and 87B, so that the display device has high reliability. can be done.
  • the width (thickness) of the insulating layer 94 When the width (thickness) of the insulating layer 94 is large in the regions in contact with the side surfaces of the light-emitting layers 87R, 87G, and 87B in a cross-sectional view, the distance between the light-emitting layers 87R, 87G, and 87B increases. It may become large and the aperture ratio may become low.
  • the width (thickness) of the insulating layer 94 in the region in contact with the side surfaces of the light-emitting layer 87R, the light-emitting layer 87G, and the light-emitting layer 87B is small, the light-emitting layer 87R, the light-emitting layer 87G, and the light-emitting layer 87B In some cases, the effect of suppressing the intrusion of impurities into the inside from the side surface of is reduced.
  • the width (thickness) of the insulating layer 94 in the region in contact with the side surfaces of the light-emitting layers 87R, 87G, and 87B is preferably 3 nm or more and 200 nm or less, more preferably 3 nm or more and 150 nm or less. is preferably 5 nm or more and 150 nm or less, more preferably 5 nm or more and 100 nm or less, further preferably 10 nm or more and 100 nm or less, further preferably 10 nm or more and 50 nm or less.
  • Insulating layer 94 can be an insulating layer comprising an inorganic material.
  • an inorganic insulating film such as an oxide insulating film, a nitride insulating film, an oxynitride insulating film, or a oxynitride insulating film can be used.
  • the insulating layer 94 may have a single layer structure or a laminated structure.
  • oxide insulating films include silicon oxide films, aluminum oxide films, magnesium oxide films, indium gallium zinc oxide films, gallium oxide films, germanium oxide films, yttrium oxide films, zirconium oxide films, lanthanum oxide films, and neodymium oxide films.
  • nitride insulating film examples include a silicon nitride film and an aluminum nitride film.
  • oxynitride insulating film examples include a silicon oxynitride film and an aluminum oxynitride film.
  • the oxynitride insulating film examples include a silicon oxynitride film and an aluminum oxynitride film.
  • aluminum oxide is preferable because it has a high etching selectivity with respect to the light-emitting layer and has a function of protecting the light-emitting layer during the formation of the insulating layer 96, which will be described later.
  • an inorganic insulating film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, and a silicon oxide film formed by the ALD method to the insulating layer 94, there are few pinholes and the function of protecting the light emitting layer is excellent.
  • An insulating layer 94 may be formed.
  • oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen
  • nitride oxide refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. point to the material.
  • silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more oxygen than nitrogen
  • silicon oxynitride refers to a material whose composition contains more nitrogen than oxygen. indicates
  • a sputtering method, a CVD method, a PLD method, an ALD method, or the like can be used to form the insulating layer 94 .
  • the insulating layer 94 is preferably formed using the ALD method, which has good coverage.
  • the insulating layer 96 provided on the insulating layer 94 has the function of planarizing the concave portions of the insulating layer 94 formed between adjacent light emitting devices. In other words, the presence of the insulating layer 96 has the effect of improving the flatness of the surface on which the common electrode 81 is formed.
  • an insulating layer containing an organic material can be suitably used.
  • acrylic resin, polyimide resin, epoxy resin, imide resin, polyamide resin, polyimideamide resin, silicone resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, phenol resin, and precursors of these resins are applied. can do.
  • an organic material such as polyvinyl alcohol (PVA), polyvinyl butyral, polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyglycerin, pullulan, water-soluble cellulose, or alcohol-soluble polyamide resin can be used.
  • a photosensitive resin also referred to as an organic resin
  • a photoresist may be used as the photosensitive resin.
  • a positive material or a negative material can be used for the photosensitive resin.
  • the difference between the height of the upper surface of insulating layer 96 and the height of the upper surface of any one of light emitting layer 87R, light emitting layer 87G, and light emitting layer 87B is preferably, for example, 0.5 times or less the thickness of insulating layer 96, 0.3 times or less is more preferable.
  • insulating layer 96 may be provided such that the upper surface of any one of light emitting layer 87R, light emitting layer 87G, and light emitting layer 87B is higher than the upper surface of insulating layer 96.
  • the insulating layer 96 may be provided such that the upper surface of the insulating layer 96 is higher than the upper surface of any one of the light emitting layers 87R, 87G, and 87B.
  • the pixel 80 includes a subpixel having the light emitting element 61R, a subpixel having the light emitting element 61G, a subpixel having the light emitting element 61B, a subpixel having the light emitting element 61IR, and a subpixel having the light receiving element 62,
  • the pixel 80 includes a subpixel having the light emitting element 61R, a subpixel having the light emitting element 61G, a subpixel having the light emitting element 61B, a subpixel having the light emitting element 61IR, and a subpixel having the light receiving element 62,
  • 21A, 21B, 22A, 22B, 23A and 23B show display devices different from the display device 70 shown in FIG.
  • a pixel 80 is composed of a sub-pixel having a light-emitting element 61R, a sub-pixel having a light-emitting element 61G, a sub-pixel having a light-emitting element 61B, and a sub-pixel having a light receiving element 62.
  • 18A is different from the display device 70 shown in FIG. 18A.
  • the light-emitting element 61IR is preferably provided between the display area 95 and the connection electrode 82 .
  • the light-emitting elements 61IR may be provided around the display area 95 and the connection electrodes 82 . By doing so, the area occupied by the light-receiving element 62 in the display device 70 can be made larger, and the light detection sensitivity of the light-receiving element 62 can be increased.
  • the light emitting elements 61IR can be provided along the periphery of the display area 95.
  • it may be provided along one side of the outer circumference of the display area 95 , or may be provided over two or more sides of the outer circumference of the display area 95 . That is, when the top surface shape of the display area 95 is rectangular, the arrangement of the light emitting elements 61IR when viewed from the top may be, for example, a strip shape, an L shape, a U shape (square bracket shape), a square shape, or the like. can be done.
  • the light emitting elements 61IR can be provided along the outer periphery of the connection electrodes 82. In the display device 70 shown in FIG. For example, it may be provided along one side of the outer periphery of the connection electrode 82 , or may be provided over two or more sides of the outer periphery of the connection electrode 82 . That is, when the top surface shape of the connection electrode 82 is rectangular, the arrangement of the light emitting elements 61IR in top view may be, for example, strip-shaped, L-shaped, U-shaped (square bracket-shaped), square, or the like. can be done.
  • FIGS. 21A and 21B illustrate an example in which the Y-direction width of the light-emitting element 61IR is substantially the same as the Y-direction width of the pixel 80, but one embodiment of the present invention is not limited thereto. .
  • the width of the light emitting element 61IR in the Y direction may be larger or smaller than the width of the pixel 80 in the Y direction.
  • 21A and 21B show an example in which the number of light emitting elements 61IR is the same as the number of pixels 80 in the Y direction, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the number of light emitting elements 61IR in the Y direction may be different from the number of pixels 80, and may be one or more.
  • FIGS. 21A and 21B show an example in which one light emitting element 61IR is provided in the X direction, but one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the number of light emitting elements 61IR in the X direction may be plural.
  • the pixel 80 is composed of a sub-pixel having the light-emitting element 61R, a sub-pixel having the light-emitting element 61G, a sub-pixel having the light-emitting element 61B, and a sub-pixel having the light-emitting element 61IR.
  • 18A is different from the display device 70 shown in FIG. 18A.
  • the light receiving element 62 is preferably provided between the display area 95 and the connection electrode 82 .
  • the light receiving elements 62 may be provided around the display area 95 and the connection electrodes 82 . By doing so, the area occupied by the light-receiving element 62 in the display device 70 can be made larger, and the light detection sensitivity of the light-receiving element 62 can be increased.
  • the light receiving elements 62 can be provided along the outer circumference of the display area 95 .
  • it may be provided along one side of the outer circumference of the display area 95 , or may be provided over two or more sides of the outer circumference of the display area 95 . That is, when the top surface shape of the display area 95 is rectangular, the arrangement of the light receiving elements 62 in top view may be, for example, a strip shape, an L shape, a U shape (square bracket shape), a square shape, or the like. can be done.
  • the light receiving element 62 can be provided along the outer periphery of the connection electrode 82 .
  • it may be provided along one side of the outer periphery of the connection electrode 82 , or may be provided over two or more sides of the outer periphery of the connection electrode 82 . That is, when the top surface shape of the connection electrode 82 is rectangular, the arrangement of the light receiving elements 62 in top view may be, for example, a strip shape, an L shape, a U shape (square bracket shape), a square shape, or the like. can be done.
  • 22A and 22B illustrate an example in which the width of the light receiving element 62 in the Y direction is substantially the same as the width of the pixel 80 in the Y direction, one aspect of the present invention is not limited to this. .
  • the width of the light receiving element 62 in the Y direction may be larger or smaller than the width of the pixel 80 in the Y direction.
  • 22A and 22B show an example in which the number of light receiving elements 62 is the same as the number of pixels 80 in the Y direction, one aspect of the present invention is not limited to this.
  • the number of light receiving elements 62 in the Y direction may be different from the number of pixels 80, and may be one or more.
  • 22A and 22B show an example in which one light receiving element 62 is provided in the X direction, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • a plurality of light receiving elements 62 may be provided in the X direction.
  • the display device 70 shown in FIG. 23A is shown in FIG. 18A in that the pixel 80 is composed of a sub-pixel having a light-emitting element 61R, a sub-pixel having a light-emitting element 61G, and a sub-pixel having a light-emitting element 61B. It differs from the display device 70 .
  • the light-emitting element 61IR and the light-receiving element 62 are preferably provided between the display area 95 and the connection electrode 82 .
  • the light-emitting element 61IR and the light-receiving element 62 may be provided on the periphery of the display area 95 and the connection electrodes 82 . By doing so, the lengths of the light emitting elements 61R, 61G, and 61B in the Y direction can be increased, so that the brightness of light emitted from the pixel 80 can be increased.
  • the light-emitting elements 61IR and the light-receiving elements 62 can be provided along the periphery of the display area 95 .
  • it may be provided along one side of the outer circumference of the display area 95 , or may be provided over two or more sides of the outer circumference of the display area 95 . That is, when the top surface shape of the display area 95 is rectangular, the arrangement of the light emitting elements 61IR and the light receiving elements 62 in top view is, for example, strip-shaped, L-shaped, or U-shaped (square bracket-shaped). , or square, or the like.
  • the arrangement of the light-emitting elements 61IR and the light-receiving elements 62 may be different.
  • the light emitting elements 61IR in top view may be arranged on two sides of the display region 95 facing each other, and the light receiving elements 62 in top view may be arranged on two sides other than the two sides.
  • the light-emitting element 61IR and the light-receiving element 62 can be provided along the outer circumference of the connection electrode 82 .
  • it may be provided along one side of the outer periphery of the connection electrode 82 , or may be provided over two or more sides of the outer periphery of the connection electrode 82 . That is, when the top surface shape of the connection electrode 82 is rectangular, the arrangement of the light emitting elements 61IR and the light receiving elements 62 when viewed from the top is, for example, strip-shaped, L-shaped, or U-shaped (square bracket-shaped). , or square, or the like.
  • the arrangement of the light-emitting elements 61IR and the light-receiving elements 62 may be different.
  • the light-emitting elements 61IR in top view may be arranged on two sides of the connection electrode 82 facing each other, and the light-receiving elements 62 in top view may be arranged on two sides other than the two sides.
  • FIGS. 23A and 23B show an example in which the sum of the width of the light emitting element 61IR in the Y direction and the width of the light receiving element 62 in the Y direction is substantially the same as the width of the pixel 80 in the Y direction.
  • the width in the Y direction of each of the light emitting element 61IR and the light receiving element 62 may be larger or smaller than the width of the pixel 80 in the Y direction.
  • FIGS. 23A and 23B show examples in which the number of light-emitting elements 61IR, the number of light-receiving elements 62, and the number of pixels 80 are the same in the Y direction. It is not limited to this.
  • the number of light-emitting elements 61IR and light-receiving elements 62 in the Y direction may be different from the number of pixels 80, or may be one or more. Also, the number of light emitting elements 61IR and the number of light receiving elements 62 in the Y direction may be different. Moreover, although FIGS. 23A and 23B show an example in which one light-emitting element 61IR and one light-receiving element 62 are provided in the X direction, one embodiment of the present invention is not limited to this. The number of light-emitting elements 61IR and light-receiving elements 62 in the X direction may be plural.
  • the light emitting device has an EL layer 686 between a pair of electrodes (electrode 672 and electrode 688).
  • EL layer 686 can be composed of multiple layers, such as layer 4420, light-emitting layer 4411, and layer 4430, for example.
  • the layer 4420 can have, for example, a layer containing a highly electron-injecting substance (electron-injecting layer), a layer containing a highly electron-transporting substance (electron-transporting layer), and the like.
  • Light-emitting layer 4411 has, for example, a light-emitting compound.
  • Layer 4430 can have, for example, a layer containing a substance with high hole-injection properties (hole-injection layer) and a layer containing a substance with high hole-transport properties (hole-transport layer).
  • a structure including layer 4420, light-emitting layer 4411, and layer 4430 provided between a pair of electrodes can function as a single light-emitting unit, and the structure in FIG. 24A is referred to as a single structure in this specification and the like.
  • FIG. 24B is a modification of the EL layer 686 included in the light emitting element shown in FIG. 24A. Specifically, the light-emitting element shown in FIG. layer 4420-1, layer 4420-2 on layer 4420-1, and electrode 688 on layer 4420-2. For example, if electrode 672 were the anode and electrode 688 was the cathode, layer 4430-1 would function as the hole injection layer, layer 4430-2 would function as the hole transport layer, and layer 4420-1 would function as the electron transport layer. and layer 4420-2 functions as an electron injection layer.
  • layer 4430-1 functions as an electron-injecting layer
  • layer 4430-2 functions as an electron-transporting layer
  • layer 4420-1 functions as a hole-transporting layer. function
  • layer 4420-2 functions as a hole injection layer.
  • FIG. 24D a structure in which a plurality of light-emitting units (EL layers 686a and 686b) are connected in series via an intermediate layer (charge-generating layer) 4440 is referred to as a tandem structure in this specification and the like. call.
  • the configuration as shown in FIG. 24D is referred to as a tandem structure, but the configuration is not limited to this, and for example, the tandem structure may be referred to as a stack structure. Note that a light-emitting element capable of emitting light with high luminance can be obtained by adopting a tandem structure.
  • the layer 4420 and the layer 4430 may have a laminated structure of two or more layers as shown in FIG. 24B.
  • each light-emitting element produces different colors of emitted light (here, blue (B), green (G), and red (R)) is sometimes called an SBS (Side-By-Side) structure.
  • the single structure and the tandem structure are preferable because the manufacturing process is simpler than the SBS structure, so that the manufacturing cost can be lowered or the manufacturing yield can be increased.
  • the emission color of the light-emitting element can be red, green, blue, cyan, magenta, yellow, white, or the like, depending on the material forming the EL layer 686 . Further, the color purity can be further enhanced by providing the light-emitting element with a microcavity structure.
  • a light-emitting element that emits white light preferably has a structure in which a light-emitting layer contains two or more kinds of light-emitting substances.
  • light-emitting substances may be selected so that the colors of light emitted from each of the two types of light-emitting substances are in a complementary color relationship. For example, by making the luminescent color of the first luminescent substance and the luminescent color of the second luminescent substance have a complementary color relationship, a light emitting element that emits white light as a whole can be obtained.
  • the light-emitting element as a whole can emit white light by combining the colors of light emitted by each of the three or more kinds of light-emitting substances. good.
  • the light-emitting layer preferably contains two or more light-emitting substances that emit light such as R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), or O (orange). Alternatively, it preferably has two or more light-emitting substances, and the emission of each light-emitting substance includes spectral components of two or more colors among R, G, and B.
  • a display device of one embodiment of the present invention is a top-emission display device in which light is emitted in a direction opposite to a substrate provided with a light-emitting element.
  • a display device including a top-emission light-emitting element and a light-receiving element will be described as an example.
  • the light-emitting layer 383 may be used when describing items common to the light-emitting layer 383R and the light-emitting layer 383G.
  • the display device 380A shown in FIG. 25 includes a light receiving element 370PD, a light emitting element 370R that emits red (R) light, a light emitting element 370G that emits green (G) light, a light emitting element 370B that emits blue (B) light, and , and a light-emitting element 370IR that emits infrared light (IR).
  • a light receiving element 370PD a light emitting element 370R that emits red (R) light
  • a light emitting element 370G that emits green (G) light
  • a light emitting element 370B that emits blue (B) light
  • IR light-emitting element
  • Each light-emitting element has a pixel electrode 371, a hole-injection layer 381, a hole-transport layer 382, a light-emitting layer, an electron-transport layer 384, an electron-injection layer 385, and a common electrode 375 stacked in this order.
  • the light emitting element 370R has a light emitting layer 383R
  • the light emitting element 370G has a light emitting layer 383G
  • the light emitting element 370B has a light emitting layer 383B
  • the light emitting element 370IR has a light emitting layer 383IR.
  • the light-emitting layer 383R contains a light-emitting substance that emits red light
  • the light-emitting layer 383G contains a light-emitting substance that emits green light
  • the light-emitting layer 383B contains a light-emitting substance that emits blue light.
  • 383IR has a luminescent material that emits infrared light.
  • the light-emitting element is an electroluminescence element that emits light toward the common electrode 375 by applying a voltage between the pixel electrode 371 and the common electrode 375 .
  • the light receiving element 370PD has a pixel electrode 371, a hole injection layer 381, a hole transport layer 382, an active layer 373, an electron transport layer 384, an electron injection layer 385, and a common electrode 375 which are stacked in this order.
  • the light receiving element 370PD is a photoelectric conversion element that receives light incident from the outside of the display device 380A and converts it into an electric signal.
  • the pixel electrode 371 functions as an anode and the common electrode 375 functions as a cathode in both the light-emitting element and the light-receiving element.
  • the light receiving element by driving the light receiving element with a reverse bias applied between the pixel electrode 371 and the common electrode 375, the light incident on the light receiving element can be detected, electric charge can be generated, and the electric charge can be extracted as a current.
  • an organic compound is used for the active layer 373 of the light receiving element 370PD.
  • the light-receiving element 370PD can share layers other than the active layer 373 with those of the light-emitting element. Therefore, the light-receiving element 370PD can be formed in parallel with the formation of the light-emitting element simply by adding the step of forming the active layer 373 to the manufacturing process of the light-emitting element. Also, the light emitting element and the light receiving element 370PD can be formed on the same substrate. Therefore, the light-receiving element 370PD can be incorporated in the display device without significantly increasing the number of manufacturing processes.
  • the display device 380A shows an example in which the light receiving element 370PD and the light emitting element have a common configuration except that the active layer 373 of the light receiving element 370PD and the light emitting layer 383 of the light emitting element are separately formed.
  • the configuration of the light receiving element 370PD and the light emitting element is not limited to this.
  • the light-receiving element 370PD and the light-emitting element may have separate layers in addition to the active layer 373 and the light-emitting layer 383 . It is preferable that the light receiving element 370PD and the light emitting element have at least one layer (common layer) used in common. As a result, the light-receiving element 370PD can be incorporated in the display device without significantly increasing the number of manufacturing processes.
  • a conductive film that transmits visible light is used for the electrode from which light is extracted.
  • a conductive film that reflects visible light is preferably used for the electrode on the side from which light is not extracted.
  • a light-emitting element included in the display device of this embodiment mode preferably has a micro-optical resonator (microcavity) structure. Therefore, one of the pair of electrodes of the light-emitting element preferably has an electrode (semi-transmissive/semi-reflective electrode) that is transparent and reflective to visible light, and the other is an electrode that is reflective to visible light ( reflective electrode). Since the light-emitting element has a microcavity structure, the light emitted from the light-emitting layer can be resonated between the two electrodes, and the light emitted from the light-emitting element can be enhanced.
  • microcavity micro-optical resonator
  • the light transmittance of the transparent electrode is set to 40% or more.
  • an electrode having a transmittance of 40% or more for visible light for the light-emitting element.
  • the visible light reflectance of the semi-transmissive/semi-reflective electrode is 10% or more and 95% or less, preferably 30% or more and 80% or less.
  • the visible light reflectance of the reflective electrode is 40% or more and 100% or less, preferably 70% or more and 100% or less.
  • the resistivity of these electrodes is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 ⁇ cm or less.
  • the near-infrared light transmittance or reflectance of these electrodes is similar to the visible light transmittance or reflectance, It is preferable to satisfy the above numerical range.
  • the light-emitting device has at least a light-emitting layer 383 .
  • layers other than the light-emitting layer 383 include, for example, a substance with a high hole-injection property, a substance with a high hole-transport property, a hole-blocking material, a substance with a high electron-transport property, a substance with a high electron-injection property, an electron A layer containing a block material, a bipolar substance (a substance with high electron-transport properties and hole-transport properties), or the like may be further included.
  • the light-emitting element and the light-receiving element can share one or more of the hole injection layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the electron injection layer.
  • the light-emitting element and the light-receiving element can each have one or more of a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer.
  • the hole-transporting layer is a layer that transports holes generated by incident light in the active layer to the anode.
  • the electron transport layer is a layer that transports electrons generated by incident light in the active layer to the cathode.
  • the hole-injection layer refers to the contents described in ⁇ Schematic top view and schematic cross-sectional view of the light-emitting element and its surroundings>. can be done.
  • Active layer 373 includes a semiconductor.
  • semiconductors include inorganic semiconductors such as silicon, and organic semiconductors including organic compounds.
  • This embodiment mode shows an example in which an organic semiconductor is used as the semiconductor included in the active layer 373 .
  • the light-emitting layer 383 and the active layer 373 can be formed by the same method (for example, a vacuum deposition method), and a manufacturing apparatus can be shared, which is preferable.
  • n-type semiconductor material of the active layer 373 examples include electron-accepting organic semiconductor materials such as fullerenes (eg, C 60 , C 70 , etc.) and fullerene derivatives.
  • Fullerenes have a soccer ball-like shape, which is energetically stable.
  • Fullerenes have both deep (low) HOMO and LUMO levels. Since fullerene has a deep LUMO level, it has an extremely high electron-accepting property (acceptor property). Normally, as in benzene, if the ⁇ -electron conjugation (resonance) spreads in the plane, the electron-donating property (donor property) increases. and the electron acceptability becomes higher.
  • a high electron-accepting property is useful as a light-receiving element because charge separation occurs quickly and efficiently.
  • Both C 60 and C 70 have broad absorption bands in the visible light region, and C 70 is particularly preferable because it has a larger ⁇ -electron conjugated system than C 60 and has a wide absorption band in the long wavelength region.
  • fullerene derivatives include, for example, [6,6]-Phenyl-C71-butylic acid methyl ester (abbreviation: PC70BM), [6,6]-Phenyl-C61-butylic acid methyl ester (abbreviation: PC60BM), or , 1′,1′′,4′,4′′-Tetrahydro-di[1,4]methanonaphthaleno[1,2:2′,3′,56,60:2′′,3′′][5, 6] fullerene-C60 (abbreviation: ICBA), and the like.
  • PC70BM [6,6]-Phenyl-C71-butylic acid methyl ester
  • PC60BM [6,6]-Phenyl-C61-butylic acid methyl ester
  • ICBA fullerene-C60
  • n-type semiconductor materials include metal complexes having a quinoline skeleton, metal complexes having a benzoquinoline skeleton, metal complexes having an oxazole skeleton, metal complexes having a thiazole skeleton, oxadiazole derivatives, triazole derivatives, and imidazole.
  • Materials of the p-type semiconductor included in the active layer 373 include, for example, copper (II) phthalocyanine (CuPc), tetraphenyldibenzoperiflanthene (DBP), and zinc phthalocyanine (ZnPc). , tin phthalocyanine (SnPc), or quinacridones.
  • CuPc copper
  • DBP tetraphenyldibenzoperiflanthene
  • ZnPc zinc phthalocyanine
  • SnPc tin phthalocyanine
  • quinacridones quinacridones.
  • p-type semiconductor materials include carbazole derivatives, thiophene derivatives, furan derivatives, and compounds having an aromatic amine skeleton. Further, p-type semiconductor materials include naphthalene derivatives, anthracene derivatives, pyrene derivatives, triphenylene derivatives, fluorene derivatives, pyrrole derivatives, benzofuran derivatives, benzothiophene derivatives, indole derivatives, dibenzofuran derivatives, dibenzothiophene derivatives, and indolocarbazole.
  • porphyrin derivatives porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, naphthalocyanine derivatives, quinacridone derivatives, polyphenylenevinylene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polyfluorene derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, polythiophene derivatives and the like.
  • the HOMO level of the electron-donating organic semiconductor material is preferably shallower (higher) than the HOMO level of the electron-accepting organic semiconductor material.
  • the LUMO level of the electron-donating organic semiconductor material is preferably shallower (higher) than the LUMO level of the electron-accepting organic semiconductor material.
  • a spherical fullerene as the electron-accepting organic semiconductor material and an organic semiconductor material having a nearly planar shape as the electron-donating organic semiconductor material. Molecules with similar shapes tend to gather together, and when molecules of the same type aggregate, the energy levels of the molecular orbitals are close to each other, so the carrier transportability can be enhanced.
  • the active layer 373 is preferably formed by co-depositing an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
  • the active layer 373 may be formed by laminating an n-type semiconductor and a p-type semiconductor.
  • Either a low-molecular-weight compound or a high-molecular-weight compound can be used for the light-emitting element and the light-receiving element, and an inorganic compound may also be included.
  • the layers constituting the light-emitting element and the light-receiving element can each be formed by a method such as vapor deposition (including vacuum vapor deposition), transfer, printing, inkjet, or coating.
  • hole-transporting materials include polymer compounds such as poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/(polystyrenesulfonic acid) (abbreviation: PEDOT/PSS), molybdenum oxide, or iodine.
  • PEDOT/PSS polystyrenesulfonic acid
  • Inorganic compounds such as copper chloride (CuI) can be used.
  • Inorganic compounds such as zinc oxide (ZnO) can also be used as the electron-transporting material.
  • Polymer compounds such as dithiophene-1,3-diyl]]polymer (abbreviation: PBDB-T) or PBDB-T derivatives can be used.
  • a method of dispersing an acceptor material in PBDB-T or a PBDB-T derivative can be used.
  • the active layer 373 may be made by mixing three or more kinds of materials.
  • a third material may be mixed in addition to the n-type semiconductor material and the p-type semiconductor material.
  • the third material may be a low-molecular compound or a high-molecular compound.
  • FIG. 26 is a cross-sectional view showing a configuration example of the display device 70.
  • the display device 70 has a structure in which a transistor 310 in which a channel is formed over a substrate 301 and a transistor 320 including a metal oxide in a semiconductor layer in which the channel is formed are stacked.
  • An insulating layer 261 is provided over the transistor 310 and a conductive layer 251 is provided over the insulating layer 261 .
  • Conductive layer 251 is electrically connected to one of the source or drain of transistor 310 by plug 271 embedded in insulating layer 261 .
  • An insulating layer 262 is provided to cover the conductive layer 251 , and the conductive layer 252 is provided over the insulating layer 262 .
  • the conductive layers 251 and 252 each function as wiring.
  • An insulating layer 263 and an insulating layer 332 are provided to cover the conductive layer 252 , and the transistor 320 is provided over the insulating layer 332 .
  • An insulating layer 265 is provided to cover the transistor 320 , and the capacitor 240 is provided over the insulating layer 265 . Capacitor 240 and transistor 320 are electrically connected by plug 274 .
  • the transistor 320 can be used as a transistor forming a pixel circuit or a transistor forming a memory cell. Further, the transistor 310 can be used as a transistor that forms a memory cell, a transistor that forms a driver circuit for driving the pixel circuit, or a transistor that forms an arithmetic circuit. Further, the transistors 310 and 320 can be used as transistors included in various circuits such as an arithmetic circuit or a memory circuit.
  • a transistor 310 has a channel formation region in the substrate 301 .
  • the substrate 301 for example, a semiconductor substrate such as a single crystal silicon substrate can be used.
  • Transistor 310 has a portion of substrate 301 , conductive layer 311 , low resistance region 312 , insulating layer 313 and insulating layer 314 .
  • the conductive layer 311 functions as a gate electrode.
  • the insulating layer 313 is located between the substrate 301 and the conductive layer 311 and functions as a gate insulating layer.
  • the low-resistance region 312 is a region in which the substrate 301 is doped with impurities and functions as either a source or a drain.
  • the insulating layer 314 is provided to cover the side surface of the conductive layer 311 and functions as an insulating layer.
  • An element isolation layer 315 is provided between two adjacent transistors 310 so as to be embedded in the substrate 301 .
  • the transistor 320 is a transistor in which a metal oxide (also referred to as an oxide semiconductor) is applied to a semiconductor layer in which a channel is formed.
  • a metal oxide also referred to as an oxide semiconductor
  • the transistor 320 has a semiconductor layer 321 , an insulating layer 323 , a conductive layer 324 , a pair of conductive layers 325 , an insulating layer 326 and a conductive layer 327 .
  • the insulating layer 332 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing into the transistor 320 from the substrate 301 side and oxygen from the semiconductor layer 321 to the insulating layer 332 side.
  • a film into which hydrogen or oxygen is more difficult to diffuse than a silicon oxide film such as an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, or a silicon nitride film, can be used.
  • a conductive layer 327 is provided over the insulating layer 332 and an insulating layer 326 is provided to cover the conductive layer 327 .
  • the conductive layer 327 functions as a second gate electrode of the transistor 320, and part of the insulating layer 326 functions as a second gate insulating layer.
  • An oxide insulating film such as a silicon oxide film is preferably used for at least a portion of the insulating layer 326 in contact with the semiconductor layer 321 .
  • the upper surface of the insulating layer 326 is preferably planarized.
  • the conductive layer 327 a single conductive layer or a stack of two or more conductive layers is preferably used.
  • the conductive layer provided in contact with the bottom surface and sidewalls of the opening provided in the insulating layer 326 among the two conductive layers is made of water, for example.
  • a conductive material having a function of suppressing diffusion of impurities such as hydrogen or oxygen is preferably used.
  • the conductive material include titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, and the like. With this structure, diffusion of impurities such as water or hydrogen into the semiconductor layer 321 can be suppressed.
  • the insulating layer 326 a single layer or a stack of two or more inorganic insulating films is preferably used.
  • one of the inorganic insulating films included in the insulating layer 326 is a barrier that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing from the substrate 301 side to the transistor 320. It preferably functions as a layer.
  • an insulating film similar to the insulating layer 328 can be used.
  • the semiconductor layer 321 is provided over the insulating layer 326 .
  • the semiconductor layer 321 preferably includes a metal oxide (also referred to as an oxide semiconductor) film having semiconductor characteristics.
  • the semiconductor layer 321 preferably uses a metal oxide containing at least one of indium, element M (element M is aluminum, gallium, yttrium, or tin), and zinc.
  • An OS transistor using such a metal oxide for a channel formation region has a characteristic of extremely low off-state current. Therefore, it is preferable to use an OS transistor as a transistor provided in the pixel circuit because analog data written to the pixel circuit can be held for a long time. Similarly, it is preferable to use an OS transistor as a transistor in a memory cell because analog data written to the memory cell can be retained for a long time.
  • a pair of conductive layers 325 is provided on and in contact with the semiconductor layer 321 and functions as a source electrode and a drain electrode.
  • an insulating layer 328 is provided covering the top surface and side surfaces of the pair of conductive layers 325 and the side surface of the semiconductor layer 321 , and the insulating layer 264 is provided over the insulating layer 328 .
  • the insulating layer 328 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing into the semiconductor layer 321 from, for example, the insulating layer 264 or the like, and prevents oxygen from desorbing from the semiconductor layer 321 .
  • an insulating film similar to the insulating layer 332 can be used.
  • An opening reaching the semiconductor layer 321 is provided in the insulating layer 328 and the insulating layer 264 .
  • the insulating layer 323 and the conductive layer 324 are buried in contact with the side surfaces of the insulating layer 264 , the insulating layer 328 , and the conductive layer 325 and the top surface of the semiconductor layer 321 .
  • the conductive layer 324 functions as a first gate electrode, and the insulating layer 323 functions as a first gate insulating layer.
  • an inorganic insulating film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film can be used.
  • the insulating layer 323 is not limited to a single-layer inorganic insulating film, and two or more inorganic insulating films may be laminated.
  • a single layer or stacked layers of an aluminum oxide film, a hafnium oxide film, a silicon nitride film, or the like may be provided on the side in contact with the conductive layer 324 . Accordingly, oxidation of the conductive layer 324 can be suppressed.
  • an aluminum oxide film or a hafnium oxide film may be provided on the side in contact with the insulating layer 264 , the insulating layer 328 , and the conductive layer 325 . Accordingly, for example, desorption of oxygen from the semiconductor layer 321, excessive supply of oxygen to the semiconductor layer 321, oxidation of the conductive layer 325, and the like can be suppressed.
  • An upper surface of the conductive layer 324, an upper surface of the insulating layer 323, and an upper surface of the insulating layer 264 are planarized so that their heights are substantially the same, and an insulating layer 329 and an insulating layer 265 are provided to cover them.
  • the conductive layer 327 and the conductive layer 324 preferably overlap with each other with an insulator interposed therebetween on the outside of the side surface of the semiconductor layer 321 in the channel width direction.
  • the channel formation region of the semiconductor layer 321 is electrically connected by the electric field of the conductive layer 327 functioning as the second gate electrode and the electric field of the conductive layer 324 functioning as the first gate electrode. can be surrounded.
  • a transistor structure in which a channel formation region is electrically surrounded by an electric field of a first gate electrode and an electric field of a second gate electrode is called a surrounded channel (S-channel) structure.
  • a transistor with an S-channel structure refers to a transistor structure in which a channel formation region is electrically surrounded by electric fields of one and the other of a pair of gate electrodes.
  • the S-channel structure disclosed in this specification and the like is different from the Fin type structure and the planar type structure.
  • the transistor can have increased resistance to the short channel effect, in other words, a transistor in which the short channel effect is less likely to occur.
  • the transistor 320 When the transistor 320 is normally off and has the above S-channel structure, the channel formation region can be electrically surrounded. Therefore, the transistor 320 can also be regarded as having a GAA (Gate All Around) structure or an LGAA (Lateral Gate All Around) structure.
  • GAA Gate All Around
  • LGAA Layer Advanced Gate All Around
  • a channel formation region formed at or near the interface between the semiconductor layer 321 and the gate insulating film is the entire bulk of the semiconductor layer 321. be able to. Therefore, since the current density flowing through the transistor can be improved, the on current of the transistor can be improved or the field-effect mobility of the transistor can be increased.
  • the insulating layers 264 and 265 function as interlayer insulating layers.
  • Insulating layer 329 functions as a barrier layer that prevents impurities such as water or hydrogen from diffusing into transistor 320 from, for example, insulating layer 265 or the like.
  • As the insulating layer 329 an insulating film similar to the insulating layers 328 and 332 can be used.
  • a plug 274 electrically connected to one of the pair of conductive layers 325 is provided so as to be embedded in the insulating layer 265 , the insulating layer 329 , the insulating layer 264 and the insulating layer 328 .
  • the plug 274 has a configuration in which a conductive layer is provided as a single layer or a laminated structure of two or more layers.
  • the plug 274 has a structure in which two conductive layers are stacked, the side surfaces of the openings of the insulating layer 265, the insulating layer 329, the insulating layer 264, and the insulating layer 328 among the two conductive layers, As the conductive layer covering part of the top surface of the conductive layer 325 and the conductive layer 325, a conductive material into which hydrogen and oxygen are difficult to diffuse is preferably used. With this structure, impurities such as water or hydrogen from the insulating layer 264 or the like can be prevented from entering the semiconductor layer 321 through the plug 274 . In addition, absorption of oxygen contained in the insulating layer 264 into the plug 274 can be suppressed.
  • An insulating layer 275 is provided in contact with the side surface of the plug 274 . That is, the insulating layer 275 is provided in contact with the inner walls of the openings of the insulating layers 265 , 329 , and 264 , and the plug 274 is provided in contact with the side surface of the insulating layer 275 and part of the top surface of the conductive layer 325 . It may be configured to be Note that the insulating layer 275 may not be provided in some cases.
  • the capacitor 240 has a conductive layer 241, a conductive layer 245, and an insulating layer 243 positioned therebetween.
  • the conductive layer 245 functions as one electrode of the capacitor 240
  • the conductive layer 241 functions as the other electrode of the capacitor 240
  • the insulating layer 243 functions as the dielectric of the capacitor 240 .
  • the conductive layer 245 is provided over the insulating layer 265 and embedded in the insulating layer 254 .
  • Conductive layer 245 is electrically connected to one of the source or drain of transistor 320 by insulating layer 265 , insulating layer 329 , insulating layer 264 , and plug 274 embedded in insulating layer 328 .
  • An insulating layer 243 is provided over the conductive layer 245 .
  • the conductive layer 241 is provided in a region overlapping with the conductive layer 245 with the insulating layer 243 provided therebetween.
  • An insulating layer 255 is provided to cover the capacitor 240 , and, for example, the light emitting element 61 and the light receiving element 62 are provided on the insulating layer 255 .
  • a protective layer 91 is provided on the light-emitting element 61 and the light-receiving element 62 , and a substrate 420 is attached to the upper surface of the protective layer 91 with a resin layer 419 .
  • a light-transmitting substrate can be used for the substrate 420 .
  • the pixel electrode 84 of the light-emitting element 61 and the pixel electrode 84PD of the light-receiving element 62 are composed of the insulating layer 255 and the plug 256 embedded in the insulating layer 243, the conductive layer 245 embedded in the insulating layer 254, the insulating layer 265, the insulating It is electrically connected to one of the source or drain of transistor 320 by layer 329 , insulating layer 264 , and plug 274 embedded in insulating layer 328 .
  • FIG. 26 shows a structure in which the transistor 310 and the transistor 320 are stacked in the display device 70 .
  • the structure of the display device 70 is not limited thereto; Alternatively, a structure in which a plurality of the transistors 320 are stacked, or a structure in which the transistors 310 and the transistors 320 are stacked over the transistors 310 may be employed.
  • a photodiode in which a photoelectric conversion layer is formed over the silicon substrate may be formed, and the photodiode is used as a light receiving element included in the display device of one embodiment of the present invention. be able to.
  • the light-receiving element included in the display device of one embodiment of the present invention may be formed over a silicon substrate.
  • the transistor 310 may or may not be formed.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described in this specification and the like.
  • ⁇ Structure example of transistor> 27A, 27B, and 27C are a top view and a cross-sectional view of a transistor 500 that can be used in the display device of one embodiment of the present invention.
  • the transistor 500 can be applied to the display device of one embodiment of the present invention.
  • FIG. 27A is a top view of transistor 500.
  • FIG. 27B and 27C are cross-sectional views of transistor 500.
  • FIG. 27B is a cross-sectional view of the portion indicated by the dashed-dotted line A1-A2 in FIG. 27A, and is also a cross-sectional view of the transistor 500 in the channel length direction.
  • 27C is a cross-sectional view of the portion indicated by the dashed-dotted line A3-A4 in FIG. 27A, and is also a cross-sectional view of the transistor 500 in the channel width direction. Note that some elements are omitted in the top view of FIG. 27A for clarity of illustration.
  • the transistor 500 includes a metal oxide 531a over a substrate (not shown), a metal oxide 531b over the metal oxide 531a, and a metal oxide 531b.
  • the top surface of conductor 560 preferably substantially coincides with the top surfaces of insulators 550 and 580 .
  • the metal oxide 531a and the metal oxide 531b may be collectively referred to as the metal oxide 531 below.
  • the conductor 542a and the conductor 542b may be collectively referred to as a conductor 542 in some cases.
  • the side surfaces of the conductor 542a and the conductor 542b on the conductor 560 side are substantially vertical. Note that the transistor 500 illustrated in FIG. 27 is not limited to this, and the angle between the side surfaces and the bottom surfaces of the conductors 542a and 542b is 10° to 80°, preferably 30° to 60°. may be Also, the opposing side surfaces of the conductor 542a and the conductor 542b may have a plurality of surfaces.
  • the transistor 500 shows a structure in which a region where a channel is formed (hereinafter also referred to as a channel formation region) and two layers of the metal oxide 531a and the metal oxide 531b are stacked in the vicinity thereof.
  • a channel formation region a region where a channel is formed
  • two layers of the metal oxide 531a and the metal oxide 531b are stacked in the vicinity thereof.
  • one aspect of the present invention is not limited to this.
  • a single-layer structure of the metal oxide 531b or a stacked structure of three or more layers may be provided.
  • each of the metal oxide 531a and the metal oxide 531b may have a stacked structure of two or more layers.
  • the conductor 560 functions as a gate electrode of the transistor, and the conductors 542a and 542b function as source and drain electrodes, respectively.
  • the conductor 560 is formed to be embedded in the opening of the insulator 580 and the region sandwiched between the conductors 542a and 542b.
  • the placement of conductor 560, conductor 542a, and conductor 542b is selected in a self-aligned manner with respect to the opening in insulator 580.
  • the display device can have high definition.
  • the display device can have a narrow frame.
  • the conductor 560 preferably has a conductor 560a provided inside the insulator 550 and a conductor 560b provided so as to be embedded inside the conductor 560a.
  • the conductor 560 has a two-layer stacked structure in FIGS. 27A and 27B, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the conductor 560 may have a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers.
  • the transistor 500 includes an insulator 514 provided over a substrate (not shown), an insulator 516 provided over the insulator 514, and a conductor 505 embedded in the insulator 516. , insulator 522 disposed over insulator 516 and conductor 505 , and insulator 524 disposed over insulator 522 .
  • a metal oxide 531 a is preferably disposed over the insulator 524 .
  • an insulator 522, an insulator 524, a metal oxide 531a, a metal oxide 531b, a conductor 542a, a conductor 542b, and an insulator 554 between the insulators 550 and 580 is preferably arranged.
  • the insulator 554 includes the side surface of the insulator 550, the top and side surfaces of the conductor 542a, the top and side surfaces of the conductor 542b, the metal oxide 531a, the metal oxide 531b, and the side surface of the insulator 524 and the top surface of the insulator 522 .
  • An insulator 574 functioning as an interlayer film and an insulator 581 are preferably provided over the transistor 500 .
  • insulator 574 is preferably arranged in contact with the upper surfaces of conductor 560 , insulator 550 , and insulator 580 .
  • the insulator 522, the insulator 554, and the insulator 574 preferably have a function of suppressing diffusion of hydrogen (eg, at least one of hydrogen atoms and hydrogen molecules).
  • insulators 522 , 554 , and 574 preferably have lower hydrogen permeability than insulators 524 , 550 , and 580 .
  • the insulator 522 and the insulator 554 preferably have a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules).
  • oxygen eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules.
  • insulator 522 and insulator 554 preferably have lower oxygen permeability than insulator 524 , insulator 550 and insulator 580 .
  • a conductor 545 (a conductor 545a and a conductor 545b) electrically connected to the transistor 500 and functioning as a plug is preferably provided.
  • insulators 541 (insulators 541a and 541b) are provided in contact with side surfaces of conductors 545 functioning as plugs. That is, the insulator 541 is provided in contact with the inner walls of the openings of the insulator 554 , the insulator 580 , the insulator 574 , and the insulator 581 .
  • a first conductor of the conductor 545 may be provided in contact with the side surface of the insulator 541 and a second conductor of the conductor 545 may be provided inside.
  • the height of the top surface of the conductor 545 and the height of the top surface of the insulator 581 can be approximately the same.
  • the transistor 500 shows the structure in which the first conductor of the conductor 545 and the second conductor of the conductor 545 are stacked, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • the conductor 545 may be provided as a single layer or a laminated structure of three or more layers. When the structure has a laminated structure, an ordinal number may be assigned in order of formation for distinction.
  • a metal oxide functioning as an oxide semiconductor can be used for the metal oxide 531 (the metal oxide 531a and the metal oxide 531b) including a channel formation region.
  • an oxide semiconductor a metal oxide having a bandgap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, as the metal oxide that serves as the channel formation region of the metal oxide 531 .
  • the metal oxide preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In particular, it preferably contains indium (In) and zinc (Zn). Moreover, it is preferable that the element M is included in addition to these.
  • element M aluminum (Al), gallium (Ga), yttrium (Y), tin (Sn), boron (B), titanium (Ti), iron (Fe), nickel (Ni), germanium (Ge), zirconium (Zr), molybdenum (Mo), lanthanum (La), cerium (Ce), neodymium (Nd), hafnium (Hf), tantalum (Ta), tungsten (W), magnesium (Mg), or cobalt (Co)
  • the element M is preferably one or more of aluminum (Al), gallium (Ga), yttrium (Y), and tin (Sn). Moreover, it is more preferable that the element M has either one or both of Ga and Sn.
  • the thickness of the metal oxide 531b in a region that does not overlap with the conductor 542 is thinner than that in a region that overlaps with the conductor 542 in some cases. This is formed by removing a portion of the top surface of metal oxide 531b when forming conductors 542a and 542b.
  • a conductive film to be the conductor 542 is formed over the top surface of the metal oxide 531b, a region with low resistance is formed near the interface with the conductive film in some cases. By removing the region with low resistance located between the conductor 542a and the conductor 542b on the top surface of the metal oxide 531b in this manner, formation of a channel in this region can be prevented.
  • a display device with high definition can be provided by including a small-sized transistor.
  • a display device with high luminance can be provided by including a transistor with high on-state current.
  • a fast-operating display device can be provided by including a fast-operating transistor.
  • a highly reliable display device can be provided by including a transistor with stable electrical characteristics.
  • a display device with low power consumption can be provided by including a transistor with low off-state current.
  • transistor 500 A detailed structure of the transistor 500 that can be used in the display device that is one embodiment of the present invention is described.
  • Conductor 505 is arranged to have regions that overlap metal oxide 531 and conductor 560 . Further, the conductor 505 is preferably embedded in the insulator 516 .
  • the conductor 505 has a conductor 505a and a conductor 505b.
  • the conductor 505a is provided in contact with the bottom surface and sidewalls of the opening provided in the insulator 516 .
  • the conductor 505b is provided so as to be embedded in a recess formed in the conductor 505a.
  • the height of the top surface of the conductor 505b substantially matches the height of the top surface of the conductor 505a and the height of the top surface of the insulator 516 .
  • the conductor 505a suppresses diffusion of impurities such as, for example, hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 ), or copper atoms. It is preferable to use a conductive material having the function of Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules).
  • impurities such as, for example, hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 ), or copper atoms.
  • impurities such as, for example, hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 ), or copper atoms. It is preferable to use a conductive material having the function of Alternatively, it is preferable to use a conductive
  • a conductive material having a function of reducing diffusion of hydrogen for the conductor 505a By using a conductive material having a function of reducing diffusion of hydrogen for the conductor 505a, an impurity such as hydrogen contained in the conductor 505b diffuses into the metal oxide 531 through the insulator 524 or the like. can be suppressed. Further, by using a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen for the conductor 505a, reduction in conductivity due to oxidation of the conductor 505b can be suppressed.
  • the conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen titanium, titanium nitride, tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used, for example. Therefore, as the conductor 505a, a single layer or a laminate of the above conductive materials may be used. For example, titanium nitride may be used for the conductor 505a.
  • a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component is preferably used for the conductor 505b.
  • tungsten may be used for the conductor 505b.
  • the conductor 560 may function as a first gate (also referred to as a top gate) electrode.
  • the conductor 505 functions as a second gate (also referred to as a bottom gate) electrode.
  • V th of the transistor 500 can be controlled by changing the potential applied to the conductor 505 independently of the potential applied to the conductor 560 .
  • the Vth of the transistor 500 can be increased and the off-state current can be reduced. Therefore, when a negative potential is applied to the conductor 505, the drain current when the potential applied to the conductor 560 is 0 V can be made smaller than when no potential is applied.
  • the conductor 505 is preferably provided larger than the channel formation region in the metal oxide 531 .
  • the conductor 505 and the conductor 560 preferably overlap with each other with an insulator interposed therebetween on the outside of the side surface of the metal oxide 531 in the channel width direction.
  • a channel is formed in the metal oxide 531 by the electric field of the conductor 560 functioning as the first gate electrode and the electric field of the conductor 505 functioning as the second gate electrode.
  • a region can be electrically enclosed.
  • the conductor 505 is extended to function also as wiring.
  • a structure in which a conductor functioning as a wiring is provided under the conductor 505 may be employed.
  • the insulator 514 preferably functions as a barrier insulating film that prevents impurities such as water or hydrogen from entering the transistor 500 from the substrate side.
  • the insulator 514 is a barrier for diffusion of impurities such as, for example, hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 , etc.), or copper atoms.
  • impurities such as, for example, hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 , etc.), or copper atoms.
  • an insulating material that has a function of suppressing the above-described impurities the impurities are less likely to permeate.
  • the insulator 514 is preferably made of aluminum oxide, silicon nitride, or the like. Accordingly, diffusion of impurities such as water or hydrogen from the substrate side to the transistor 500 side of the insulator 514 can be suppressed. Alternatively, for example, diffusion of oxygen contained in the insulator 524 or the like to the substrate side of the insulator 514 can be suppressed.
  • the insulator 516 , the insulator 580 , and the insulator 581 functioning as interlayer films preferably have lower dielectric constants than the insulator 514 .
  • the parasitic capacitance generated between wirings can be reduced.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, carbon, and nitrogen are used. Silicon oxide added, silicon oxide having holes, or the like may be used as appropriate.
  • Insulator 522 and insulator 524 function as gate insulators.
  • the insulator 524 in contact with the metal oxide 531 preferably releases oxygen by heating.
  • oxygen released by heating is sometimes referred to as excess oxygen.
  • silicon oxide, silicon oxynitride, or the like may be used as appropriate.
  • an oxide material from which part of oxygen is released by heating is preferably used as the insulator 524 .
  • An oxide from which oxygen is released by heating means that the amount of oxygen released in terms of oxygen atoms obtained by TDS (Thermal Desorption Spectroscopy) is 1.0 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or more, preferably 1.0 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or more. It is an oxide film having a density of 0 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more, more preferably 2.0 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 or more, or 3.0 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 or more.
  • the surface temperature of the film during the TDS analysis is preferably in the range of 100° C. or higher and 700° C. or lower, or 100° C. or higher and 400° C. or lower.
  • the insulator 522 preferably functions as a barrier insulating film that prevents impurities such as water or hydrogen from entering the transistor 500 from the substrate side.
  • insulator 522 preferably has a lower hydrogen permeability than insulator 524 .
  • impurities such as water or hydrogen can enter the transistor 500 from the outside. can be suppressed.
  • the insulator 522 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms, oxygen molecules, and the like) (the oxygen is less permeable).
  • oxygen eg, at least one of oxygen atoms, oxygen molecules, and the like
  • insulator 522 preferably has a lower oxygen permeability than insulator 524 .
  • the insulator 522 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen and impurities, so that diffusion of oxygen in the metal oxide 531 to the substrate side can be reduced.
  • the conductor 505 can be prevented from reacting with oxygen contained in the insulator 524 and the metal oxide 531 .
  • the insulator 522 may be an insulator containing oxides of one or both of aluminum and hafnium, which are insulating materials.
  • the insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium it is preferable to use, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate).
  • the insulator 522 releases oxygen from the metal oxide 531 and allows impurities such as hydrogen to enter the metal oxide 531 from the peripheral portion of the transistor 500 . It functions as a layer that suppresses contamination.
  • these insulators may be added with, for example, aluminum oxide, bismuth oxide, germanium oxide, niobium oxide, silicon oxide, titanium oxide, tungsten oxide, yttrium oxide, or zirconium oxide.
  • these insulators may be nitrided. Silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon nitride may be stacked over the above insulator.
  • Insulator 522 is made of, for example, aluminum oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, lead zirconate titanate (PZT), strontium titanate ( SrTiO3 ), or (Ba,Sr) TiO3 (BST). Insulators containing so-called high-k materials may be used in single layers or stacks. As transistors are miniaturized and highly integrated, thinning of gate insulators may cause problems such as leakage current. By using a high-k material for the insulator functioning as the gate insulator, the gate potential during transistor operation can be reduced while maintaining the physical film thickness.
  • the insulator 522 and the insulator 524 may have a stacked structure of two or more layers. In that case, the insulator 522 and the insulator 524 are not limited to have a layered structure of the same material, and may have a layered structure of different materials. For example, an insulator similar to the insulator 524 may be provided under the insulator 522 .
  • the metal oxide 531 has a metal oxide 531a and a metal oxide 531b over the metal oxide 531a. By providing the metal oxide 531a under the metal oxide 531b, diffusion of impurities from the structure formed below the metal oxide 531a to the metal oxide 531b can be suppressed.
  • the metal oxide 531 preferably has a stacked structure of a plurality of oxide layers with different atomic ratios of metal atoms.
  • the metal oxide 531 contains at least indium (In) and the element M
  • the number of atoms of the element M contained in the metal oxide 531a with respect to the number of atoms of all elements constituting the metal oxide 531a The ratio is preferably higher than the ratio of the number of atoms of the element M contained in the metal oxide 531b to the number of atoms of all elements forming the metal oxide 531b.
  • the atomic ratio of the element M contained in the metal oxide 531a to In is preferably higher than the atomic ratio of the element M contained in the metal oxide 531b to In.
  • the energy of the conduction band bottom of the metal oxide 531a is preferably higher than the energy of the conduction band bottom of the metal oxide 531b.
  • the electron affinity of the metal oxide 531a is preferably smaller than the electron affinity of the metal oxide 531b.
  • the energy level at the bottom of the conduction band changes gently.
  • the energy level of the bottom of the conduction band at the junction between the metal oxide 531a and the metal oxide 531b continuously changes or is continuously joined.
  • the metal oxide 531a and the metal oxide 531b have a common element (as a main component) other than oxygen, a mixed layer with a low defect level density can be formed.
  • the metal oxide 531b is an In--Ga--Zn oxide
  • the metal oxide 531a may be In--Ga--Zn oxide, Ga--Zn oxide, gallium oxide, or the like.
  • the main path of carriers becomes the metal oxide 531b.
  • the defect level density at the interface between the metal oxide 531a and the metal oxide 531b can be reduced. Therefore, the influence of interface scattering on carrier conduction is reduced, and the transistor 500 can obtain high on-current and high frequency characteristics.
  • a conductor 542 (a conductor 542a and a conductor 542b) functioning as a source electrode and a drain electrode is provided over the metal oxide 531b.
  • Examples of conductors 542 include aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, and strontium. , a metal element selected from lanthanum, an alloy containing the above-described metal elements as a component, or an alloy in which the above-described metal elements are combined.
  • tantalum nitride titanium nitride, tungsten, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, or lanthanum and nickel.
  • tantalum nitride titanium nitride, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, or oxide containing lanthanum and nickel
  • the material is preferable because it is a conductive material that is difficult to oxidize or a material that maintains conductivity even after absorbing oxygen.
  • the oxygen concentration in the vicinity of the conductor 542 of the metal oxide 531 may be reduced.
  • a metal compound layer containing the metal contained in the conductor 542 and the components of the metal oxide 531 is formed near the conductor 542 of the metal oxide 531 .
  • the carrier concentration increases in a region of the metal oxide 531 near the conductor 542, and the region becomes a low-resistance region.
  • a region between the conductor 542 a and the conductor 542 b is formed so as to overlap with the opening of the insulator 580 . Accordingly, the conductor 560 can be arranged in a self-aligned manner between the conductor 542a and the conductor 542b.
  • Insulator 550 functions as a gate insulator.
  • the insulator 550 is preferably placed in contact with the top surface of the metal oxide 531b.
  • the insulator 550 is formed using silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, or silicon oxide having vacancies. can be used.
  • silicon oxide or silicon oxynitride is preferable because it is stable against heat.
  • the insulator 550 preferably has a reduced impurity concentration such as water or hydrogen.
  • the thickness of the insulator 550 is preferably 1 nm or more and 20 nm or less.
  • An insulator may be provided between the insulator 550 and the insulator 580, the insulator 554, the conductor 542, and the metal oxide 531b.
  • the insulator for example, aluminum oxide, hafnium oxide, or the like is preferably used.
  • a metal oxide may be provided between the insulator 550 and the conductor 560 .
  • the metal oxide preferably suppresses diffusion of oxygen from the insulator 550 to the conductor 560 . Accordingly, oxidation of the conductor 560 by oxygen in the insulator 550 can be suppressed.
  • the metal oxide may function as part of the gate insulator. Therefore, in the case where silicon oxide, silicon oxynitride, or the like is used for the insulator 550, a metal oxide that is a high-k material with a high dielectric constant is preferably used as the metal oxide.
  • the gate insulator has a stacked-layer structure of the insulator 550 and the metal oxide, the stacked-layer structure can be stable against heat and have a high relative dielectric constant. Therefore, the gate potential applied during transistor operation can be reduced while maintaining the physical film thickness of the gate insulator. Also, the equivalent oxide thickness (EOT) of the insulator that functions as the gate insulator can be reduced.
  • EOT equivalent oxide thickness
  • the insulator 550 is, for example, a metal containing one or more selected from hafnium, aluminum, gallium, yttrium, zirconium, tungsten, titanium, tantalum, nickel, germanium, magnesium, or the like. Oxides can be used. In particular, it is preferable to use an insulator containing one or both oxides of aluminum and hafnium, such as aluminum oxide, hafnium oxide, or an oxide containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate).
  • the conductor 560 is shown as having a two-layer structure in FIG. 27, it may have a single-layer structure or a laminated structure of three or more layers.
  • the conductor 560a contains impurities such as hydrogen atoms, hydrogen molecules, water molecules, nitrogen atoms, nitrogen molecules, nitrogen oxide molecules (eg, N 2 O, NO, or NO 2 ), or copper atoms. It is preferable to use a conductor having a function of suppressing diffusion. Alternatively, it is preferable to use a conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms and oxygen molecules).
  • the conductor 560a has a function of suppressing diffusion of oxygen
  • oxidation of the conductor 560b due to oxygen contained in the insulator 550 and reduction in conductivity can be suppressed.
  • the conductive material having a function of suppressing diffusion of oxygen tantalum, tantalum nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used, for example.
  • a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component is preferably used for the conductor 560b.
  • a conductor with high conductivity is preferably used.
  • a conductive material whose main component is tungsten, copper, or aluminum can be used.
  • the conductor 560b may have a layered structure, for example, a layered structure of titanium or titanium nitride and the above conductive material.
  • the side surface of the metal oxide 531 is covered with the conductor 560 in the region of the metal oxide 531b that does not overlap with the conductor 542, in other words, in the channel formation region of the metal oxide 531. are placed in This makes it easier for the electric field of the conductor 560 functioning as the first gate electrode to act on the side surfaces of the metal oxide 531 . Therefore, the on current of the transistor 500 can be increased and the frequency characteristics can be improved.
  • the insulator 554 preferably functions as a barrier insulating film that prevents impurities such as water or hydrogen from entering the transistor 500 from the insulator 580 side.
  • insulator 554 preferably has a lower hydrogen permeability than insulator 524 .
  • insulator 554 includes sides of insulator 550, top and sides of conductor 542a, top and sides of conductor 542b, metal oxide 531a, metal oxide 531b, and It preferably abuts the sides of the insulator 524 .
  • hydrogen contained in the insulator 580 is transferred from the top surface or the side surface of the conductor 542a, the conductor 542b, the metal oxide 531a, the metal oxide 531b, and the insulator 524 to the metal oxide 531. can be prevented from invading
  • the insulator 554 preferably has a function of suppressing diffusion of oxygen (eg, at least one of oxygen atoms, oxygen molecules, and the like) (it is difficult for oxygen to permeate).
  • insulator 554 preferably has a lower oxygen permeability than insulator 580 or insulator 524 .
  • the insulator 554 is preferably deposited using a sputtering method.
  • oxygen can be added to the vicinity of a region of the insulator 524 which is in contact with the insulator 554 . Accordingly, oxygen can be supplied from the region into the metal oxide 531 through the insulator 524 .
  • the insulator 554 has a function of suppressing upward diffusion of oxygen, so that diffusion of oxygen from the metal oxide 531 to the insulator 580 can be prevented.
  • the insulator 522 has a function of suppressing diffusion of oxygen downward, oxygen can be prevented from diffusing from the metal oxide 531 to the substrate side.
  • oxygen is supplied to the channel forming region of the metal oxide 531 . Accordingly, oxygen vacancies in the metal oxide 531 can be reduced, and normally-on of the transistor can be suppressed.
  • an insulator containing oxides of one or both of aluminum and hafnium is preferably deposited.
  • the insulator containing oxides of one or both of aluminum and hafnium for example, aluminum oxide, hafnium oxide, oxides containing aluminum and hafnium (hafnium aluminate), or the like is preferably used.
  • the insulator 580 is provided over the insulator 524 , the metal oxide 531 , and the conductor 542 with the insulator 554 interposed therebetween.
  • the insulator 580 for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, silicon oxide having holes, or the like is used. It is preferable to have In particular, silicon oxide and silicon oxynitride are preferable because they are thermally stable. In particular, a material such as silicon oxide, silicon oxynitride, or silicon oxide having vacancies is preferable because a region containing oxygen that is released by heating can be easily formed.
  • the concentration of impurities such as water or hydrogen in the insulator 580 is preferably reduced. Also, the top surface of the insulator 580 may be planarized.
  • the insulator 574 preferably functions as a barrier insulating film that prevents impurities such as water or hydrogen from entering the insulator 580 from above.
  • an insulator that can be used for the insulator 514, the insulator 554, or the like may be used, for example.
  • An insulator 581 functioning as an interlayer film is preferably provided over the insulator 574 .
  • the insulator 581 preferably has a reduced concentration of impurities such as water or hydrogen in the film, similarly to the insulator 524 and the like.
  • Conductors 545 a and 545 b are placed in openings formed in insulator 581 , insulator 574 , insulator 580 , and insulator 554 .
  • the conductor 545a and the conductor 545b are provided to face each other with the conductor 560 interposed therebetween. Note that the top surfaces of the conductors 545 a and 545 b may be flush with the top surface of the insulator 581 .
  • the insulator 541a is provided in contact with the inner walls of the openings of the insulator 581, the insulator 574, the insulator 580, and the insulator 554, and the first conductor of the conductor 545a is provided in contact with the side surface thereof. is formed.
  • a conductor 542a is positioned at least part of the bottom of the opening, and the conductor 545a is in contact with the conductor 542a.
  • an insulator 541b is provided in contact with the inner walls of the openings of the insulators 581, 574, 580, and 554, and in contact with the side surfaces of the first conductor 545b. body is formed.
  • the conductor 542b is positioned at least part of the bottom of the opening, and the conductor 545b is in contact with the conductor 542b.
  • a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as its main component is preferably used for the conductors 545a and 545b.
  • the conductor 545a and the conductor 545b may have a stacked structure.
  • the conductors in contact with the conductor 542, the insulator 554, the insulator 580, the insulator 574, and the insulator 581 are diffused with impurities such as water or hydrogen as described above.
  • impurities such as water or hydrogen as described above.
  • a conductor having a suppressing function For example, tantalum, tantalum nitride, titanium, titanium nitride, ruthenium, ruthenium oxide, or the like is preferably used.
  • the conductive material having a function of suppressing diffusion of impurities such as water or hydrogen may be used in a single layer or a stacked layer.
  • the conductive material By using the conductive material, absorption of oxygen added to the insulator 580 by the conductors 545a and 545b can be suppressed. In addition, impurities such as water or hydrogen from a layer above the insulator 581 can be prevented from entering the metal oxide 531 through the conductors 545a and 545b.
  • An insulator that can be used for the insulator 554 or the like may be used as the insulator 541a and the insulator 541b, for example. Since the insulators 541a and 541b are provided in contact with the insulator 554, impurities such as water or hydrogen from the insulator 580 or the like enter the metal oxide 531 through the conductors 545a and 545b. can be suppressed. In addition, oxygen contained in the insulator 580 can be suppressed from being absorbed by the conductors 545a and 545b.
  • a conductor functioning as a wiring may be arranged in contact with the top surface of the conductor 545a and the top surface of the conductor 545b.
  • a conductive material containing tungsten, copper, or aluminum as a main component is preferably used for the conductor functioning as the wiring.
  • the conductor may have a layered structure, for example, a layered structure of titanium or titanium nitride and the conductive material. The conductor may be formed so as to be embedded in an opening provided in the insulator.
  • an insulator substrate, a semiconductor substrate, or a conductor substrate may be used, for example.
  • insulator substrates include glass substrates, quartz substrates, sapphire substrates, stabilized zirconia substrates (such as yttria stabilized zirconia substrates), and resin substrates.
  • semiconductor substrates include semiconductor substrates such as silicon or germanium, or compound semiconductor substrates made of silicon carbide, silicon germanium, gallium arsenide, indium phosphide, zinc oxide, or gallium oxide.
  • semiconductor substrate having an insulator region inside the semiconductor substrate such as an SOI (Silicon On Insulator) substrate.
  • conductive substrates include graphite substrates, metal substrates, alloy substrates, and conductive resin substrates.
  • a substrate having a metal nitride or a substrate having a metal oxide there are a substrate in which a conductor or a semiconductor is provided on an insulating substrate, a substrate in which a semiconductor substrate is provided with a conductor or an insulator, a substrate in which a conductor substrate is provided with a semiconductor or an insulator, and the like.
  • these substrates provided with elements may be used.
  • Elements provided on the substrate include, for example, capacitive elements, resistive elements, switch elements, light-emitting elements, memory elements, and the like.
  • Insulators include insulating oxides, nitrides, oxynitrides, nitride oxides, metal oxides, metal oxynitrides, metal nitride oxides, and the like.
  • thinning of gate insulators may cause problems such as leakage current.
  • a high-k material for an insulator functioning as a gate insulator voltage reduction during transistor operation can be achieved while maintaining a physical film thickness.
  • a material with a low dielectric constant for the insulator functioning as an interlayer film parasitic capacitance generated between wirings can be reduced. Therefore, the material should be selected according to the function of the insulator.
  • Insulators with a high dielectric constant include, for example, gallium oxide, hafnium oxide, zirconium oxide, oxides containing aluminum and hafnium, oxynitrides containing aluminum and hafnium, oxides containing silicon and hafnium, and silicon and hafnium. There are oxynitrides, or nitrides with silicon and hafnium, and the like.
  • Insulators with a low dielectric constant include, for example, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, silicon oxide to which fluorine is added, silicon oxide to which carbon is added, silicon oxide to which carbon and nitrogen are added, and vacancies. silicon oxide, resin, or the like.
  • a transistor including an oxide semiconductor is surrounded by an insulator (eg, the insulator 514, the insulator 522, the insulator 554, and the insulator 574) that has a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen. Therefore, the electrical characteristics of the transistor can be stabilized.
  • insulators having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen include boron, carbon, nitrogen, oxygen, fluorine, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, chlorine, argon, gallium, germanium, yttrium, and zirconium. Insulators containing lanthanum, neodymium, hafnium, or tantalum may be used in single layers or stacks.
  • examples of insulators having a function of suppressing permeation of impurities such as hydrogen and oxygen include aluminum oxide, magnesium oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, Metal oxides such as hafnium oxide or tantalum oxide, or metal nitrides such as, for example, aluminum nitride, aluminum titanium nitride, titanium nitride, silicon oxynitride, or silicon nitride can be used.
  • An insulator that functions as a gate insulator preferably has a region containing oxygen that is released by heating. For example, by forming a structure in which silicon oxide or silicon oxynitride having a region containing oxygen released by heating is in contact with the metal oxide 531, oxygen vacancies in the metal oxide 531 can be compensated.
  • Conductors such as aluminum, chromium, copper, silver, gold, platinum, tantalum, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, hafnium, vanadium, niobium, manganese, magnesium, zirconium, beryllium, indium, ruthenium, iridium, strontium, and lanthanum, etc., an alloy containing the above-mentioned metal elements as a component, or an alloy in which the above-mentioned metal elements are combined.
  • tantalum nitride titanium nitride, tungsten, nitride containing titanium and aluminum, nitride containing tantalum and aluminum, ruthenium oxide, ruthenium nitride, oxide containing strontium and ruthenium, or lanthanum and nickel.
  • the material is preferable because it is a conductive material that is difficult to oxidize or a material that maintains conductivity even if it absorbs oxygen.
  • a semiconductor with high electric conductivity, represented by polycrystalline silicon containing an impurity element such as phosphorus, or a silicide such as nickel silicide may be used.
  • a plurality of conductors formed of any of the above materials may be stacked and used.
  • a laminated structure in which the material containing the metal element described above and the conductive material containing oxygen are combined may be used.
  • a laminated structure may be employed in which the material containing the metal element described above and the conductive material containing nitrogen are combined.
  • a laminated structure may be employed in which the material containing the metal element described above, the conductive material containing oxygen, and the conductive material containing nitrogen are combined.
  • a conductor functioning as a gate electrode has a stacked-layer structure in which a material containing the above metal element and a conductive material containing oxygen are combined. is preferred.
  • a conductive material containing oxygen is preferably provided on the channel formation region side.
  • a conductive material containing oxygen and a metal element contained in a metal oxide in which a channel is formed is preferably used as a conductor functioning as a gate electrode.
  • a conductive material containing the metal element and nitrogen described above may be used.
  • a conductive material containing nitrogen such as titanium nitride or tantalum nitride may be used.
  • Indium tin oxide, indium oxide containing tungsten oxide, indium zinc oxide containing tungsten oxide, indium oxide containing titanium oxide, indium tin oxide containing titanium oxide, indium zinc oxide, or silicon Doped indium tin oxide may also be used.
  • indium gallium zinc oxide containing nitrogen may be used.
  • This embodiment can be implemented by appropriately combining at least part of it with other embodiments described in this specification and the like.
  • a metal oxide used for an OS transistor preferably contains at least indium or zinc, more preferably indium and zinc.
  • metal oxides include indium and M (where M is gallium, aluminum, yttrium, tin, silicon, boron, copper, vanadium, beryllium, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lanthanum, cerium, neodymium). , hafnium, tantalum, tungsten, magnesium, and cobalt) and zinc.
  • M is preferably one or more selected from gallium, aluminum, yttrium and tin, more preferably gallium.
  • the metal oxide is formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method such as a sputtering method or a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, or an atomic layer deposition (ALD: It can be formed by an atomic layer deposition method, or the like.
  • CVD chemical vapor deposition
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • an oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) will be described as an example of a metal oxide.
  • an oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) is sometimes called an In--Ga--Zn oxide.
  • crystal structures of oxide semiconductors include amorphous (including completely amorphous), CAAC (c-axis-aligned crystalline), nc (nanocrystalline), CAC (cloud-aligned composite), single crystal, and A poly crystal etc. are mentioned.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated using an X-ray diffraction (XRD) spectrum.
  • XRD X-ray diffraction
  • it can be evaluated using an XRD spectrum obtained by GIXD (Grazing-Incidence XRD) measurement.
  • the GIXD method is also called a thin film method or a Seemann-Bohlin method.
  • the XRD spectrum obtained by the GIXD measurement may be simply referred to as the XRD spectrum.
  • the peak shape of the XRD spectrum is almost symmetrical.
  • the shape of the peak of the XRD spectrum is left-right asymmetric.
  • the asymmetric shape of the peaks in the XRD spectra demonstrates the presence of crystals in the film or substrate. In other words, the film or substrate cannot be said to be in an amorphous state unless the shape of the peaks in the XRD spectrum is symmetrical.
  • the crystal structure of the film or substrate can be evaluated using a diffraction pattern (also referred to as a nanobeam electron diffraction pattern) observed by nano beam electron diffraction (NBED).
  • a diffraction pattern also referred to as a nanobeam electron diffraction pattern
  • NBED nano beam electron diffraction
  • a halo is observed in the diffraction pattern of a quartz glass substrate, and it can be confirmed that the quartz glass is in an amorphous state.
  • a spot-like pattern is observed instead of a halo. Therefore, the In--Ga--Zn oxide deposited at room temperature is in an intermediate state that is neither single crystal nor polycrystal, nor amorphous. Therefore, it is difficult to conclude that it is in an amorphous state.
  • oxide semiconductors may be classified differently from the above when their structures are focused. For example, oxide semiconductors are classified into single-crystal oxide semiconductors and non-single-crystal oxide semiconductors.
  • Non-single-crystal oxide semiconductors include, for example, the above CAAC-OS and nc-OS.
  • Examples of non-single-crystal oxide semiconductors include polycrystalline oxide semiconductors, amorphous-like oxide semiconductors (a-like OS), amorphous oxide semiconductors, and the like. included.
  • CAAC-OS A CAAC-OS has a plurality of crystal regions, and the plurality of crystal regions is an oxide semiconductor in which the c-axis is oriented in a specific direction. Note that the specific direction is the thickness direction of the CAAC-OS film, the normal direction to the formation surface of the CAAC-OS film, or the normal direction to the surface of the CAAC-OS film.
  • a crystalline region is a region having periodicity in atomic arrangement. If the atomic arrangement is regarded as a lattice arrangement, the crystalline region is also a region with a uniform lattice arrangement.
  • CAAC-OS has a region where a plurality of crystal regions are connected in the a-b plane direction, and the region may have strain.
  • the strain refers to a portion where the orientation of the lattice arrangement changes between a region with a uniform lattice arrangement and another region with a uniform lattice arrangement in a region where a plurality of crystal regions are connected. That is, CAAC-OS is an oxide semiconductor that is c-axis oriented and has no obvious orientation in the ab plane direction.
  • each of the plurality of crystal regions is composed of one or a plurality of minute crystals (crystals having a maximum diameter of less than 10 nm).
  • the maximum diameter of the crystalline region is less than 10 nm.
  • the maximum diameter of the crystal region may be about several tens of nanometers.
  • the CAAC-OS includes a layer containing indium (In) and oxygen (hereinafter referred to as an In layer) and a layer containing gallium (Ga), zinc (Zn) and oxygen (
  • an In layer a layer containing indium (In) and oxygen
  • Ga gallium
  • Zn zinc
  • oxygen it tends to have a layered crystal structure (also referred to as a layered structure) in which (Ga, Zn) layers are laminated.
  • the (Ga, Zn) layer may contain indium.
  • the In layer may contain gallium.
  • the In layer may contain zinc.
  • the layered structure is observed as a lattice image in, for example, a high-resolution TEM (Transmission Electron Microscope) image.
  • a plurality of bright points are observed in the electron beam diffraction pattern of the CAAC-OS film.
  • a certain spot and another spot are observed at point-symmetrical positions with respect to the spot of the incident electron beam that has passed through the sample (also referred to as a direct spot) as the center of symmetry.
  • the lattice arrangement in the crystal region is basically a hexagonal lattice, but the unit lattice is not always regular hexagon and may be non-regular hexagon. Moreover, the distortion may have a lattice arrangement such as a pentagon or a heptagon.
  • CAAC-OS it is difficult to confirm clear grain boundaries even in the vicinity of strain. That is, it can be seen that the distortion of the lattice arrangement suppresses the formation of grain boundaries. This is because CAAC-OS tolerates strain due to, for example, the fact that the arrangement of oxygen atoms is not dense in the a-b plane direction and that the bond distance between atoms changes due to the substitution of metal atoms. This may be because it is possible to
  • a crystal structure in which clear grain boundaries are confirmed is called a so-called polycrystal.
  • a grain boundary becomes a recombination center and traps carriers, which is highly likely to cause, for example, a decrease in on-current of a transistor, a decrease in field-effect mobility, and the like. Therefore, a CAAC-OS in which no clear grain boundaries are observed is one of crystalline oxides having a crystal structure suitable for a semiconductor layer of a transistor.
  • a structure containing Zn is preferable for forming a CAAC-OS.
  • In--Zn oxide and In--Ga--Zn oxide are preferable because they can suppress the generation of grain boundaries more than In oxide.
  • a CAAC-OS is an oxide semiconductor with high crystallinity and no clear grain boundaries. Therefore, it can be said that the decrease in electron mobility due to grain boundaries is less likely to occur in CAAC-OS.
  • a CAAC-OS can be said to be an oxide semiconductor with few impurities and defects (eg, oxygen vacancies). Therefore, an oxide semiconductor including CAAC-OS has stable physical properties. Therefore, an oxide semiconductor including CAAC-OS is resistant to heat and has high reliability.
  • CAAC-OS is also stable against high temperatures (so-called thermal budget) in the manufacturing process. Therefore, the use of the CAAC-OS for the OS transistor can increase the degree of freedom in the manufacturing process.
  • nc-OS has periodic atomic arrangement in a minute region (eg, a region of 1 nm to 10 nm, particularly a region of 1 nm to 3 nm).
  • the nc-OS has minute crystals.
  • the size of the minute crystal is, for example, 1 nm or more and 10 nm or less, particularly 1 nm or more and 3 nm or less, the minute crystal is also called a nanocrystal.
  • nc-OS does not show regularity in crystal orientation between different nanocrystals. Therefore, no orientation is observed in the entire film.
  • an nc-OS may be indistinguishable from an a-like OS and an amorphous oxide semiconductor depending on the analysis method.
  • an nc-OS film is subjected to structural analysis using an XRD apparatus, out-of-plane XRD measurement using ⁇ /2 ⁇ scanning does not detect a peak indicating crystallinity.
  • an nc-OS film is subjected to electron beam diffraction (also referred to as selected area electron beam diffraction) using an electron beam with a probe diameter (e.g., 50 nm or more) larger than that of nanocrystals, diffraction like a halo pattern is observed. A pattern is observed.
  • an electron beam diffraction pattern in which a plurality of spots are observed in a ring-shaped area centered on the direct spot may be obtained.
  • An a-like OS is an oxide semiconductor having a structure between an nc-OS and an amorphous oxide semiconductor.
  • An a-like OS has void or low density regions. That is, a-like OS has lower crystallinity than nc-OS and CAAC-OS. In addition, the a-like OS has a higher hydrogen concentration in the film than the nc-OS and the CAAC-OS.
  • CAC-OS relates to material composition.
  • CAC-OS is, for example, one structure of a material in which elements constituting a metal oxide are unevenly distributed with a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or in the vicinity thereof.
  • one or more metal elements are unevenly distributed in the metal oxide, and the region having the metal element is 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 3 nm or less, or mixed in a size in the vicinity thereof. This state is also called mosaic or patch.
  • CAC-OS is a structure in which the material is separated into a first region and a second region to form a mosaic shape, and the first region is distributed in the film (hereinafter, also referred to as a cloud shape). ). That is, CAC-OS is a composite metal oxide in which the first region and the second region are mixed.
  • the atomic ratios of In, Ga, and Zn to the metal elements constituting the CAC-OS in the In—Ga—Zn oxide are represented by [In], [Ga], and [Zn], respectively.
  • the first region is a region where [In] is larger than [In] in the composition of the CAC-OS film.
  • the second region is a region where [Ga] is greater than [Ga] in the composition of the CAC-OS film.
  • the first region is a region in which [In] is larger than [In] in the second region and [Ga] is smaller than [Ga] in the second region.
  • the second region is a region in which [Ga] is larger than [Ga] in the first region and [In] is smaller than [In] in the first region.
  • the first region is a region whose main component is, for example, indium oxide or indium zinc oxide.
  • the second region is a region containing gallium oxide, gallium zinc oxide, or the like as a main component, for example. That is, the first region can be rephrased as a region containing In as a main component. Also, the second region can be rephrased as a region containing Ga as a main component.
  • the CAC-OS in the In—Ga—Zn oxide means a region containing Ga as a main component and a region containing In as a main component in a material structure containing In, Ga, Zn, and O. Each region is a mosaic, and refers to a configuration in which these regions exist randomly. Therefore, CAC-OS is presumed to have a structure in which metal elements are unevenly distributed.
  • 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), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as a deposition gas. good.
  • the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the film forming gas during film formation is preferably as low as possible.
  • the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the film formation gas during film formation is 0% or more and less than 30%, preferably 0% or more and 10% or less.
  • an EDX mapping obtained using energy dispersive X-ray spectroscopy shows that a region containing In as a main component It can be confirmed that the (first region) and the region (second region) containing Ga as the main component are unevenly distributed and have a mixed structure.
  • the first region is a region with higher conductivity than the second region. That is, when carriers flow through the first region, conductivity as a metal oxide is developed. Therefore, by distributing the first region in the form of a cloud in the metal oxide, a high field effect mobility ( ⁇ ) can be realized.
  • the second region is a region with higher insulation than the first region.
  • the leakage current can be suppressed by distributing the second region in the metal oxide.
  • the conductivity caused by the first region and the insulation caused by the second region act complementarily to provide a switching function (on state or off state). state) can be given to the CAC-OS.
  • a part of the material has a conductive function
  • a part of the material has an insulating function
  • the whole material has a semiconductor function.
  • CAC-OS is most suitable for various semiconductor devices including display devices.
  • Oxide semiconductors have various structures and each has different characteristics.
  • An oxide semiconductor of one embodiment of the present invention includes two or more of an amorphous oxide semiconductor, a polycrystalline oxide semiconductor, an a-like OS, a CAC-OS, an nc-OS, and a CAAC-OS. may be
  • an oxide containing indium (In), gallium (Ga), and zinc (Zn) is preferably used for a semiconductor layer in which a channel is formed.
  • an oxide containing indium (In), aluminum (Al), and zinc (Zn) also referred to as “IAZO” may be used for the semiconductor layer.
  • an oxide containing indium (In), aluminum (Al), gallium (Ga), and zinc (Zn) also referred to as “IAGZO” may be used for the semiconductor layer.
  • an oxide semiconductor with low carrier concentration is preferably used for a transistor.
  • the carrier concentration of the oxide semiconductor is 1 x 1017 cm- 3 or less, preferably 1 x 1015 cm- 3 or less, more preferably 1 x 1013 cm- 3 or less, and more preferably 1 x 1011 cm. ⁇ 3 or less, more preferably less than 1 ⁇ 10 10 cm ⁇ 3 and 1 ⁇ 10 ⁇ 9 cm ⁇ 3 or more.
  • the defect level density in the oxide semiconductor may be reduced by reducing the impurity concentration in the oxide semiconductor.
  • a low impurity concentration and a low defect level density are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic.
  • an oxide semiconductor with a low carrier concentration is sometimes referred to as a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor.
  • a highly purified intrinsic or substantially highly purified intrinsic oxide semiconductor has a low defect level density, and thus a low trap level density in some cases.
  • a charge trapped in a trap level of an oxide semiconductor takes a long time to disappear and may behave like a fixed charge. Therefore, a transistor whose channel formation region is formed in an oxide semiconductor with a high trap level density might have unstable electrical characteristics.
  • Impurities include, for example, hydrogen, nitrogen, alkali metals, alkaline earth metals, iron, nickel, or silicon.
  • the impurities in the oxide semiconductor refer to, for example, substances other than the main components of the oxide semiconductor. For example, an element whose concentration is less than 0.1 atomic percent can be said to be an impurity.
  • the concentration of silicon or carbon in the oxide semiconductor is 2 ⁇ 10 atoms/cm or less, preferably 2 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • the concentration of alkali metal or alkaline earth metal in the oxide semiconductor obtained by SIMS is set to 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, preferably 2 ⁇ 10 16 atoms/cm 3 or less.
  • the nitrogen concentration in the oxide semiconductor obtained by SIMS is less than 5 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 , preferably 5 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less, more preferably 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 or less. , more preferably 5 ⁇ 10 17 atoms/cm 3 or less.
  • Hydrogen contained in an oxide semiconductor reacts with oxygen that bonds to a metal atom to form water, which may cause oxygen vacancies. When hydrogen enters the oxygen vacancies, electrons, which are carriers, may be generated. In addition, part of hydrogen may bond with oxygen that bonds with a metal atom to generate an electron, which is a carrier. Therefore, a transistor including an oxide semiconductor containing hydrogen is likely to have normally-on characteristics. Therefore, hydrogen in the oxide semiconductor is preferably reduced as much as possible. Specifically, the hydrogen concentration in the oxide semiconductor obtained by SIMS is less than 1 ⁇ 10 20 atoms/cm 3 , preferably less than 1 ⁇ 10 19 atoms/cm 3 , more preferably less than 5 ⁇ 10 18 atoms/cm. Less than 3 , more preferably less than 1 ⁇ 10 18 atoms/cm 3 .

Abstract

本発明の光学装置は、表示装置（１０）と、光学系（１２）と、を備え、表示装置（１０）は、表示領域（６０）と、センサ領域（５２）と、を備え、光学系（１２）は、第１ミラー（２１）と、第２ミラー（２２）と、を備え、第１ミラー（２１）は、第１面と、第２面と、を備え、表示領域（６０）は、第１光（３１）を射出する機能を備え、第１ミラー（２１）は、第１光（３１）の光路上に設けられ、かつ、第１面に入射する第１光（３１）を第２面に透過する機能と、第２面に入射する第２光（３３）を反射する機能と、を備え、第２ミラー（２２）は、第２光（３３）の光路上に設けられ、かつ、第２光（３３）を反射する機能を備え、センサ領域（５２）は、第１ミラー（２１）、および第２ミラー（２２）を介して、第２光（３３）を検出する機能を備える。

Description

光学装置
本発明の一態様は、光学装置に関する。
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書などで開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、駆動方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書など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、光学装置、撮像装置、記憶装置、信号処理装置、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、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
近年、仮想現実（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｒｅａｌｉｔｙ：ＶＲと記すことがある）または拡張現実（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ　Ｒｅａｌｉｔｙ：ＡＲと記すことがある）向けの電子機器が注目されている。さらに、視線検知（アイトラッキング）機能を備えた、ＶＲまたはＡＲ向けの電子機器が開発されている。視線検知機能を備えたＶＲまたはＡＲ向けの電子機器は、例えば、消費者行動分析、画像処理、アバターの作成、または視線を用いた操作などに応用することが可能である。
例えば、特許文献１には、視線検知機能を備えたＶＲまたはＡＲ向けの電子機器が開示されている。
国際公開第２０１９／１５８７０９号
視線検知機能を備えたＶＲまたはＡＲ向けの電子機器では、表示システム（例えば、ディスプレイ、またはドライバなど）に加えて、撮像システム（例えば、イメージセンサ、または制御ＩＣなど）を設ける必要がある。また、当該電子機器の使用者の目と、表示システムおよび撮像システムと、の位置関係に合わせて、光学系を適切に調整する必要ある。
本発明の一態様は、小型化された光学装置または電子機器を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、小型化された、視線検知機能を備えた光学装置または電子機器を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な光学装置または電子機器を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な、視線検知機能を備えた光学装置または電子機器を提供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、本明細書、図面、または請求項などの記載から抽出することが可能である。
（１）
本発明の一態様は、表示装置と、光学系と、を備え、表示装置は、表示領域と、センサ領域と、を備え、光学系は、第１ミラーと、第２ミラーと、を備え、第１ミラーは、第１面と、第２面と、を備え、表示領域は、第１光を射出する機能を備え、第１ミラーは、第１光の光路上に　設けられ、かつ、第１面に入射する第１光を第２面に透過する機能と、第２面に入射する第２光を反射する機能と、を備え、第２ミラーは、第２光の光路上に設けられ、かつ、第２光を反射する機能を備え、センサ領域は、第１ミラー、および第２ミラーを介して、第２光を検出する機能を備える、光学装置である。
（２）
また、上記（１）において、光学系は、光源を備え、光源は、第３光を射出する機能を備え、第２光は、第３光が照射された対象物からの反射光である、光学装置であってもよい。
（３）
また、上記（１）において、表示装置は、光源を備え、光源は、第３光を射出する機能を備え、第２光は、第３光が照射された対象物からの反射光である、光学装置であってもよい。
（４）
また、上記（２）または上記（３）において、第３光は、赤外光であることが好ましい。
（５）
また、上記（１）乃至上記（４）のいずれか一において、センサ領域は、表示領域と重ねて設けてもよい。
（６）
また、上記（１）乃至上記（５）のいずれか一において、光学系は、第１レンズを備え、第１レンズは、第１光の光路上に設けられ、かつ、第１光の光路を制御する機能を備えてもよい。
（７）
また、上記（１）乃至上記（６）のいずれか一において、表示装置は、第２レンズを備え、第２レンズは、第２ミラーと、センサ領域と、の間に設けられ、かつ、第２光の光路を制御する機能を備えてもよい。
（８）
また、上記（１）乃至上記（６）のいずれか一において、表示装置は、ピンホールを備え、ピンホールは、第２ミラーと、センサ領域と、の間に設けられ、かつ、第２光の光路を制御する機能を備えてもよい。
（９）
また、上記（１）乃至上記（８）のいずれか一において、表示装置は、視線検知部を備え、視線検知部は、センサ領域で取得した撮像データを用いて、使用者の視線を検知する機能を備えてもよい。
本発明の一態様は、小型化された光学装置または電子機器を提供できる。または、本発明の一態様は、小型化された、視線検知機能を備えた光学装置または電子機器を提供できる。または、本発明の一態様は、新規な光学装置または電子機器を提供できる。または、本発明の一態様は、新規な、視線検知機能を備えた光学装置または電子機器を提供できる。
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、本明細書、図面、または請求項などの記載から抽出することが可能である。
図１Ａおよび図１Ｂは、電子機器の構成例を説明する図である。
図２は、光学装置の構成例を説明する図である。
図３は、光学装置の構成例を説明する図である。
図４Ａおよび図４Ｂは、表示装置の構成例を説明する図である。
図５は、光学装置の構成例を説明する図である。
図６は、表示装置の構成例を説明する図である。
図７は、光学装置の構成例を説明する図である。
図８Ａおよび図８Ｂは、表示装置の構成例を説明する図である。
図９は、表示装置の構成例を説明する図である。
図１０Ａおよび図１０Ｂは、表示装置の構成例を説明する図である。
図１１は、表示装置の構成例を説明する図である。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、電子機器の動作例を説明する図である。
図１３は、電子機器の動作例を説明するフローチャート図である。
図１４Ａおよび図１４Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図１５Ａおよび図１５Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図１６Ａおよび図１６Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図１７Ａおよび図１７Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図１８Ａおよび図１８Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図１９Ａおよび図１９Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図２０Ａ乃至図２０Ｅは、表示装置の構成例を示す図である。
図２１Ａおよび図２１Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図２２Ａおよび図２２Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図２３Ａおよび図２３Ｂは、表示装置の構成例を示す図である。
図２４Ａ乃至図２４Ｄは、発光素子の構成例を示す図である。
図２５は、表示装置の構成例を示す図である。
図２６は、表示装置の構成例を示す図である。
図２７Ａは、トランジスタの構成例を示す上面図である。図２７Ｂおよび図２７Ｃは、トランジスタの構成例を示す断面図である。
本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、例えば、半導体素子（例えば、トランジスタ、ダイオード、またはフォトダイオード等）を含む回路、または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、または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、例えば、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置、または電子機器等は、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。
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およびＹは、それぞれ、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、または層など）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、または負荷など）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。
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（例えば、インバータ、ＮＡＮＤ回路、またはＮＯＲ回路など）、信号変換回路（例えば、デジタルアナログ変換回路、アナログデジタル変換回路、またはガンマ補正回路など）、電位レベル変換回路（例えば、電源回路（例えば、昇圧回路、または降圧回路など）、または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（例えば、信号振幅もしく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、またはバッファ回路など）、信号生成回路、記憶回路、または制御回路など）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およびＹは、それぞれ、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、または層など）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、一の導電膜が、配線および電極の、両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書等における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
また、本明細書等において、「抵抗素子」とは、例えば、０Ωよりも高い抵抗値を有する回路素子、または配線などを用いることができる。そのため、本明細書等において、「抵抗素子」は、例えば、抵抗値を有する配線、ソース−ドレイン間に電流が流れるトランジスタ、ダイオード、またはコイルなどを含むものとする。そのため、「抵抗素子」という用語は、例えば、「抵抗」、「負荷」、または「抵抗値を有する領域」などの用語に言い換えることができるものとする。逆に、「抵抗」、「負荷」、または「抵抗値を有する領域」という用語は、例えば、「抵抗素子」などの用語に言い換えることができるものとする。抵抗値としては、例えば、好ましくは１ｍΩ以上１０Ω以下、より好ましくは５ｍΩ以上５Ω以下、さらに好ましくは１０ｍΩ以上１Ω以下とすることができる。また、例えば、１Ω以上１×１０９Ω以下としてもよい。
また、配線を抵抗素子として用いる場合、当該抵抗素子は、当該配線の長さによって抵抗値を決める場合がある。または、抵抗素子は、配線として用いる導電体とは異なる抵抗率を有する導電体を用いる場合がある。または、半導体を抵抗素子として用いる場合、当該抵抗素子は、当該半導体に不純物をドーピングすることで抵抗値を決める場合がある。
また、本明細書等において、「容量素子」とは、例えば、０Ｆよりも高い静電容量の値を有する回路素子、０Ｆよりも高い静電容量の値を有する配線の領域、寄生容量、または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、一対の電極と、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に限らない。「容量素子」は、例えば、配線と配線との間に生じる寄生容量、または、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、例えば、「容量素子」、「寄生容量」、または「ゲート容量」などという用語は、例えば、「容量」などの用語に言い換えることができるものとする。逆に、「容量」という用語は、例えば、「容量素子」、「寄生容量」、または「ゲート容量」などの用語に言い換えることができるものとする。また、「容量」の「一対の電極」という用語は、例えば、「一対の導電体」、「一対の導電領域」、または「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、ソースとドレインの間に流れる電流量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チャネル型または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」と「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）、または「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、トランジスタは、構造によって、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、本明細書等においては、それぞれのゲートを、例えば、第１ゲート、第２ゲート、または第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、例えば、回路構成、またはデバイス構造等に応じて、例えば、「端子」、「配線」、「電極」、「導電層」、「導電体」、または「不純物領域」等と言い換えることが可能である。また、例えば、「端子」、または「配線」等は、「ノード」と言い換えることが可能である。
また、本明細書等において、「電圧」と「電位」は、適宜言い換えることができる。「電圧」は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば、基準となる電位をグラウンド電位（接地電位）とすると、「電圧」は、「電位」に言い換えることができる。なお、グラウンド電位は、必ずしも０Ｖを意味するとは限らない。また、電位は、相対的なものである。すなわち、基準となる電位が変わることによって、例えば、配線に与えられる電位、例えば回路などに印加される電位、または、例えば回路などから出力される電位なども、変化する。
また、本明細書等において、「高レベル電位（「ハイレベル電位」、「Ｈ電位」、または「Ｈ」ともいう）」または「低レベル電位（「ローレベル電位」、「Ｌ電位」、または「Ｌ」ともいう）」という用語は、特定の電位を意味するものではない。例えば、２本の配線において、両方とも「高レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの高レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。また、同様に、２本の配線において、両方とも「低レベル電位を供給する配線として機能する」と記載されていた場合、両方の配線が与えるそれぞれの低レベル電位は、互いに等しくなくてもよい。
また、本明細書等において、「電流」とは、電荷の移動現象（電気伝導）のことである。例えば、「正の荷電体の電気伝導が起きている」という記載は、「その逆向きに負の荷電体の電気伝導が起きている」と換言することができる。そのため、本明細書等において、「電流」とは、特に断らない限り、キャリアの移動に伴う電荷の移動現象（電気伝導）をいうものとする。ここでいうキャリアとは、例えば、電子、正孔、アニオン、カチオン、または錯イオンなどが挙げられる。なお、キャリアは、電流の流れる系（例えば、半導体、金属、電解液、または真空中など）によって異なる。また、例えば配線などにおける「電流の向き」は、正のキャリアが移動する方向とし、正の電流量で記載する。換言すると、負のキャリアが移動する方向は、電流の向きと逆の方向となり、負の電流量で表現される。そのため、本明細書等において、電流の正負（または電流の向き）について断りがない場合、例えば「素子Ａから素子Ｂに電流が流れる」などの記載は、例えば「素子Ｂから素子Ａに電流が流れる」などに言い換えることができるものとする。また、例えば「素子Ａに電流が入力される」などの記載は、「素子Ａから電流が出力される」などに言い換えることができるものとする。
また、本明細書等において、「第１」、「第２」、または「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されることもありうる。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、省略されることもありうる。
また、本明細書等において、例えば、「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、各構成要素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、本明細書等で説明した配置を示す語句は、それに限定されず、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、「導電体の上面に位置する絶縁体」の表現は、示している図面の向きを９０度回転することによって、「導電体の左面（もしくは右面）に位置する絶縁体」と言い換えることができる。
また、「上」または「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」の表現は、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、例えば、「重なる」などの用語は、例えば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」の表現は、絶縁層Ａの上に電極Ｂが形成されている状態に限らない。「絶縁層Ａに重なる電極Ｂ」の表現は、例えば、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」または「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」の表現は、絶縁層Ａと電極Ｂと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、例えば、「膜」、または「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な場合がある。例えば、「導電層」という用語は、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。例えば、「絶縁膜」という用語は、「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、例えば、「膜」または「層」などの語句は、それらの語句を使わずに、状況に応じて、別の用語に入れ替えることが可能な場合がある。例えば、「導電層」または「導電膜」という用語は、「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、「導電体」という用語は、「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。例えば、「絶縁層」または「絶縁膜」という用語は、「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、「絶縁体」という用語は、「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、例えば、「電極」、「配線」、または「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、例えば、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」など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、例えば、複数の「電極」、「配線」、または「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る。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、例えば、「電極」、「配線」、または「端子」などの用語は、例えば、「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、例えば、「配線」、「信号線」、または「電源線」などの用語は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能な場合がある。例えば、「配線」という用語は、「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、その逆も同様で、例えば、「信号線」または「電源線」などの用語は、「配線」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、「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、例えば、「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」という用語は、状況に応じて、例えば、「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、例えば、「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。
また、本明細書等において、「スイッチ」とは、複数の端子を備え、かつ、当該端子間の導通または非導通を切り換える（選択する）機能を備える。例えば、スイッチが二つの端子を備え、かつ、両端子間が導通している場合、当該スイッチは、「導通状態である」または「オン状態である」という。また、両端子間が非導通である場合、当該スイッチは、「非導通状態である」または「オフ状態である」という。なお、当該スイッチは、導通状態もしくは非導通状態の一方の状態に切り換えること、または、導通状態もしくは非導通状態の一方の状態を維持することを、「導通状態を制御する」という場合がある。
つまり、スイッチとは、電流を流すか流さないかを制御する機能を備えるものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り換える機能を備えるものをいう。スイッチとして、例えば、電気的なスイッチまたは機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
なお、スイッチの種類として、通常は非導通状態で、導通状態を制御することで導通状態となるスイッチがあり、このようなスイッチのことを「Ａ接点」という場合がある。また、スイッチの種類として、通常は導通状態で、導通状態を制御することで非導通状態となるスイッチがあり、このようなスイッチのことを「Ｂ接点」という場合がある。
スイッチの一例としては、例えば、トランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ、またはＭＯＳトランジスタなど）、ダイオード（例えば、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード、ショットキーダイオード、ＭＩＭ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｍｅｔａｌ）ダイオード、ＭＩＳ（Ｍｅｔａｌ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ダイオード、またはダイオード接続のトランジスタなど）、またはこれらを組み合わせた論理回路などがある。なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」または「オン状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」または「オフ状態」とは、トランジスタのソース電極とドレイン電極が電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合、トランジスタの極性（導電型）は特に限定されない。
機械的なスイッチの一例としては、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システムズ）技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を備え、かつ、その電極が動くことによって、導通状態または非導通状態を選択する。
本明細書等において、「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、または、計数値もしくは計量値に換算可能な物、方法、および事象などに関して、例えば、「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、これらは、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。
本明細書等において、半導体の不純物とは、例えば、半導体層を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は、不純物である。半導体は、不純物が含まれることにより、例えば、半導体の欠陥準位密度が高くなること、キャリア移動度が低下すること、または、結晶性が低下すること、などが起こる場合がある。半導体が酸化物半導体である場合、当該半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、第１族元素、第２族元素、第１３族元素、第１４族元素、第１５族元素、または酸化物半導体の主成分以外の遷移金属などがある。特に、例えば、水素（水にも含まれる）、リチウム、ナトリウム、シリコン、ホウ素、リン、炭素、または窒素などがある。また、半導体がシリコン層である場合、当該半導体の特性を変化させる不純物としては、例えば、酸素、水素を除く第１族元素、第２族元素、第１３族元素、または第１５族元素などがある。
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）とは、広い意味での金属の酸化物である。金属酸化物は、例えば、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、または酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物は、酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、増幅作用、整流作用、およびスイッチング作用の少なくとも１つを有するトランジスタのチャネル形成領域を構成し得るものとして、金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物は、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼称することができる。また、「ＯＳトランジスタ」の記載は、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も、金属酸化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物は、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ　ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
また、本明細書等において、各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合、それらの構成例は、適宜組み合わせることが可能である。
本明細書に記載の実施の形態について、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る。よって、その趣旨および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、実施の形態を説明する図面は、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、同一の符号を異なる図面間で共通して用いることで、その繰り返しの説明を省略する場合がある。また、図面は、同様の機能を指す場合、ハッチング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、図面は、理解しやすくするため、例えば、斜視図または上面図などにおいて、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。また、図面は、例えば、ハッチングパターンなどの表記を省略する場合がある。
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、図面は、例えば、その大きさまたは縦横比などに必ずしも限定されない。なお、図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、例えば、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」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、例えば、“Ａ”、“ｂ”、“＿１”、“［ｎ］”、または“［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。例えば、複数ある発光素子６１を、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、または発光素子６１Ｂと示す場合がある。言い換えると、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、および発光素子６１Ｂに共通の事柄を説明する場合、もしくは、それぞれを区別する必要が無い場合は、単に「発光素子６１」と示す場合がある。
（実施の形態１）
本発明の一態様に係る電子機器１００について説明する。
＜電子機器の構成例＞
図１Ａは、電子機器１００の構成例を説明する斜視外観図である。電子機器１００は、例えば、仮想現実（ＶＲ）用途向けのゴーグル型の電子機器に適用してもよい。電子機器１００は、筐体１０１を備える。また、電子機器１００は、ベルト状の装着部１０３を備える。装着部１０３の長さは適宜調整可能である。電子機器１００の使用者は、装着部１０３を頭部の周囲および頭頂部に装着し、筐体１０１の内部を覗くことができる。
また、電子機器１００は、筐体１０１の内部に、光学装置１３（光学装置１３Ｒおよび光学装置１３Ｌ）を備える。さらに、光学装置１３は、表示装置１０（表示装置１０Ｒおよび表示装置１０Ｌ）、光源１１（光源１１Ｒおよび光源１１Ｌ）、および光学系１２（光学系１２Ｒおよび光学系１２Ｌ）を備える。光学装置１３、表示装置１０、光源１１、および光学系１２の構成例の詳細な説明は後述する。
また、電子機器１００は、センサ部５０、センサ部５１（センサ部５１Ｒおよびセンサ部５１Ｌ）、電源部（バッテリ１０４および電圧生成部１０５）、制御部１０６、通信部１０７、およびアンテナ１０８を備える。例えば、電子機器１００は、センサ部５０、センサ部５１、バッテリ１０４、電圧生成部１０５、制御部１０６、および通信部１０７を筐体１０１に備え、アンテナ１０８を装着部１０３に備える。
また、電子機器１００は、イヤフォン１２１（イヤフォン１２１Ｒおよびイヤフォン１２１Ｌ）を備える。イヤフォン１２１に替えて、骨伝導方式の音響装置１２２（音響装置１２２Ｒおよび音響装置１２２Ｌ）を備えてもよい。イヤフォン１２１および骨伝導方式の音響装置１２２のいずれか一方または双方を備えてもよい。例えば、電子機器１００は、骨伝導方式の音響装置１２２を装着部１０３に備える。骨伝導方式の音響装置１２２を用いると、使用者は電子機器１００から伝達される音響信号と周囲の音響を同時に聞き取ることができる。
［センサ部］
センサ部５０およびセンサ部５１は、例えば、使用者の視覚、聴覚、触覚、味覚、および嗅覚、のいずれか一または複数の情報を取得する機能を有する。より具体的には、センサ部５０およびセンサ部５１は、例えば、力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、磁気、温度、音声、時間、電場、電流、電圧、電力、放射線、湿度、傾度、振動、におい、および赤外線、のいずれか一または複数を検知または測定する機能を有する。電子機器１００は、一または複数のセンサ部５０を備えてもよい。電子機器１００は、一または複数のセンサ部５１を備えてもよい。
センサ部５０として、例えば、イメージセンサを用いてもよい。センサ部５０にイメージセンサを用いることで、例えば、周囲の風景を撮影することができる。また、センサ部５０として、例えば、周囲の温度、湿度、照度、および臭気、のいずれか一または複数を計測できるセンサを用いてもよい。
また、センサ部５１として、例えば、生体センサを用いてもよい。センサ部５１に生体センサを用いることで、例えば、使用者の体温、脈拍、または血液中の酸素飽和度などを計測し、使用者の例えば疲労度または健康状態などを検知できる。
また、センサ部５０およびセンサ部５１の少なくとも一は、上記の機能に加え、脳波を測定できる機能を有すると好ましい。例えば、頭部に接触する電極を複数有し、当該電極に流れる微弱な電流から、脳波を測定する機構を有してもよい。センサ部５０またはセンサ部５１が脳波を測定できる機能を備えることで、表示領域上の使用者が考えたところに、画像または画像の一部を表示させるといった動作が実現できる。使用者は、両手を用いて電子機器１００を操作する必要がないため、例えば、両手に何も持たない状態で入力操作を行うことができる。
［電源部］
バッテリ１０４は、電子機器１００の動作に必要な電力を蓄える機能と、動作に必要な電力を供給する機能と、を備える。電圧生成部１０５は、電子機器１００の動作に必要な電圧を生成する機能と、当該電圧を一定に保つ機能と、を備える。バッテリ１０４として、一次電池、または二次電池を用いることができる。なお、当該二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池を用いることができる。バッテリ１０４および電圧生成部１０５を合わせて電源部ということができる。
なお、図１Ａにおいては、バッテリ１０４を有する構成を例示したが、これに限定されない。電子機器１００にバッテリ１０４を設けずに、外部電源から直接、電力が供給される構成としてもよい。また、電子機器１００は、バッテリ１０４を備え、かつ、外部から電力が供給される機能を備えてもよい。
［制御部］
制御部１０６は、電子機器１００の動作を制御する機能を備える。制御部１０６は、例えば、ＣＰＵ、またはメモリなどを備えることができる。メモリは、例えば、電子機器１００で使用する各種のプログラム、および、電子機器１００の動作に必要なデータ、などを保持する機能を有する。
また、制御部１０６は、表示装置に画像信号を供給する機能を備える。また、制御部１０６は、画像信号の高解像度化処理（アップコンバート）、または低解像度化処理（ダウンコンバート）を行うことができる。これにより、表示領域（「表示部」ともいう。）の解像度に合わせて、解像度の小さい画像データをアップコンバートすることができる。または、解像度の大きい画像データをダウンコンバートすることができる。よって、表示品位の高い画像を表示装置に表示させることができる。
また、制御部１０６は、必要に応じて、例えば、ＧＰＵなどを備えてもよい。制御部１０６は、電子機器１００の動作に必要な機能を備えるアプリケーションプロセッサとして機能できる。
［通信部］
通信部１０７は、無線または有線で、例えば、他の端末と通信する機能を有する。特に、無線で通信する機能を有すると、例えば、接続のためのケーブルなどの部品点数を省略できるため好ましい。
通信部１０７が、無線で通信する機能を有する場合、通信部１０７は、アンテナ１０８を介して通信を行うことができる。また、通信プロトコルまたは通信技術として、例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ　Ｔｅｒｍ　Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）などの通信規格、または、例えば、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）などのＩＥＥＥにより通信規格化された仕様を用いることができる。また、国際電気通信連合（ＩＴＵ）が定める、例えば、第３世代移動通信システム（３Ｇ）、第４世代移動通信システム（４Ｇ）、または第５世代移動通信システム（５Ｇ）などを用いることもできる。
通信部１０７は、例えば、Ｗｏｒｌｄ　Ｗｉｄｅ　Ｗｅｂ（ＷＷＷ）の基盤であるインターネット、イントラネット、エクストラネット、ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＣＡＮ（Ｃａｍｐｕｓ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＭＡＮ（Ｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）、またはＧＡＮ（Ｇｌｏｂａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などのコンピュータネットワークを介して、電子機器１００を他の機器と接続させて、情報の入出力を行うことができる。
また、図１Ａには、電子機器１００が１つのアンテナ１０８を備える一例を示しているが、これに限らず、複数のアンテナを備えてもよい。複数のアンテナを備えることで、無線通信の安定性を高めることができる。
また、通信部１０７は、電子機器１００が備える外部ポート（図示せず。）と電気的に接続してもよい。外部ポートとしては、例えば、コンピュータおよびプリンタなどの外部装置にケーブルを介して接続できる構成とすることができる。代表的には、例えば、ＵＳＢ端子などがある。また、外部ポートとして、例えば、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）接続用端子、デジタル放送の受信用端子、またはＡＣアダプタを接続する端子などを有していてもよい。また、有線だけでなく、例えば、赤外線、可視光、または紫外線などを用いた光通信用の送受信機を設ける構成としてもよい。また、通信部１０７は、例えば、電子機器１００に設けられた１つ以上のボタンまたはスイッチ（「筐体スイッチ」ともいう。図示せず。）と電気的に接続してもよい。
［光学装置］
電子機器１００が備える筐体１０１の内部の構成例を説明する。図１Ｂは、筐体１０１を上方から見た場合の内部の模式図である。
電子機器１００は、筐体１０１の内部に、右目用として用いることのできる光学装置１３Ｒ、および左目用として用いることのできる光学装置１３Ｌを備える。光学装置１３Ｒは、表示装置１０Ｒ、光源１１Ｒ、および光学系１２Ｒを備える。表示装置１０Ｒは、表示領域６０Ｒおよびセンサ領域５２Ｒを備える。光学系１２Ｒは、ミラー２１Ｒ、ミラー２２Ｒ、およびレンズ２３Ｒを備える。光学装置１３Ｌは、表示装置１０Ｌ、光源１１Ｌ、および光学系１２Ｌを備える。表示装置１０Ｌは、表示領域６０Ｌおよびセンサ領域５２Ｌを備える。光学系１２Ｌは、ミラー２１Ｌ、ミラー２２Ｌ、およびレンズ２３Ｌを備える。
なお、本実施の形態では、筐体１０１の内部に、右目用の光学装置１３Ｒと左目用の光学装置１３Ｌをそれぞれ区分けして設けているが、これに限定されない。例えば、表示装置は、一部を右目用として用いて、一部を左目用として用いてもよい。また、例えば、光源は、右目用と左目用で共有して用いてもよい。また、例えば、光学系は、右目用と左目用で一部を共有して用いてもよい。このように、右目用と左目用を区分けすることが難しい場合もある。また、表示装置、光源、および光学系として、右目用と左目用に同様の構成を用いてもよい。
なお、電子機器１００は筐体１０１内に外光が入らない構成を備えているため、使用者は高い没入感が得られる。また、電子機器１００は、筐体１０１の前方に、センサ部５０を備えており、センサ部５０に撮像素子を用いて周囲の風景を撮影し、表示装置１０Ｒおよび表示装置１０Ｌの、一方または双方に表示してもよい。電子機器１００は、周囲の風景の画像に他の情報を重ねて表示することもできる。よって、電子機器１００は、拡張現実（ＡＲ）用途向けのウェアラブル型電子機器としても機能できる。
＜光学装置の構成例＞
光学装置１３の構成例を説明する。図２は、光学装置１３を側方から見た模式図である。光学装置１３は、表示装置１０、光源１１、光学系１２、および筐体１４を備える。なお、図２には、電子機器１００の使用者の眼球２０を図示している。光学装置１３は、電子機器１００が備える、右目用の光学装置１３Ｒ、および左目用の光学装置１３Ｌ、のそれぞれに適用することができる。
光学系１２は、筐体１４で覆われており、眼球２０と表示装置１０の間に設けられている。筐体１４は、表示装置１０側の開口１４ａと眼球２０側の開口１４ｂがそれぞれ設けられている。筐体１４は、開口１４ａおよび開口１４ｂ以外を遮光する機能を備える。また、光源１１は、例えば、筐体１４の開口１４ｂの周囲に設けられてもよい。
なお、筐体１４は、開口１４ａおよび開口１４ｂ以外を遮光する機能を備えていればよく、図２に示す円錐台のような形状に限らない。筐体１４は、表示装置１０および光学系１２に合わせて、適切な形状にすることができる。例えば、円錐台、四角錐台、円柱、四角柱、またはこれらを組み合わせた形状にしてもよい。
図３は、光学系１２の構成例を説明するための模式図である。なお、図３には、電子機器１００の使用者の眼球２０を図示している。
［光源］
光源１１は、光３２を射出し、眼球２０を照射する機能を備える。光３２は、可視光以外であることが好ましい。また、光３２は赤外光を含むことが好ましい。つまり、光源１１は、赤外光を発する機能を備えるとよい。具体的には、波長７８０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下、好ましくは７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の光を射出する機能を備える。このような波長の光は、使用者に視認されないため、表示装置に表示される画像の視認性を遮ることがなく好ましい。なお、波長７８０ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の光を赤外光と記し、７８０ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の光を近赤外光と記すことがある。光源１１からは赤外光が射出すると記すことが多いが、近赤外光が射出してもよく、例えば、視線検知の際は８３０ｎｍ以上８７０ｎｍ以下の波長が好ましい。光源１１としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤと記すことがある）を用いることができる。
［表示装置］
表示装置１０は、表示領域６０およびセンサ領域５２を備える。表示領域６０およびセンサ領域５２のそれぞれは、表示装置１０と筐体１４とを重ねた場合に、筐体１４の表示装置１０側の開口（図２の開口１４ａに相当）に、表示領域６０およびセンサ領域５２のそれぞれの、一部または全部が含まれるように設けられる。また、センサ領域５２は、使用者が光学系１２を介して表示装置１０を見た場合に、表示領域６０の下方に位置するように設けられることが好ましい。
表示領域６０は画像を表示する機能を備える。具体的には、表示領域６０は、発光素子を有し、当該発光素子が発する光３１によって、当該画像が表現される。よって、表示領域６０から射出される光３１は、可視光を含む。光３１は、光学系１２を介して、眼球２０に照射される。これにより、使用者は、当該画像を視認することができる。
センサ領域５２は、筐体１４の眼球２０側の開口（図２の開口１４ｂに相当）から入射した光を、光学系１２を介して、検出する機能を備える。センサ領域５２が検出する光は、例えば、赤外光であることが好ましい。例えば、光源１１から発せられた光３２のうち、眼球２０で反射した光３３を検出することができる。つまり、光源１１から発せられた赤外光が照射された眼球２０を撮像することができる。
なお、センサ領域５２で撮像する対象物は眼球２０のみに限らず、例えば、使用者の眼球または瞼などを含む、眼球２０よりも広い範囲を撮像してもよい。また、センサ領域５２を用いて、例えば、瞬き回数、瞼の挙動、瞳孔の大きさの変化、または視線の挙動などを計測し、例えば使用者の疲労度および健康状態などを検知してもよい。また、前述したセンサ部５１から得られる情報と適宜組み合わせることで、検知精度を高めることができる。
また、使用者の視線を検知することで、使用者の注目箇所を知ることができる。例えば、注目箇所の検知と、単位時間当たりの瞬き回数の計測と、を組み合わせて、表示装置１０の表示領域に表示されたアイコンを選択する動作が可能になる。すなわち、使用者の視線および瞼の動きを検出して、アイコンをマウスでクリックする動作が実現できる。すなわち、使用者の視線および瞼の動きを検出して、電子機器１００の動作を制御できる。使用者は、両手を用いて電子機器１００を操作する必要がないため、例えば、両手に何も持たない状態で、入力操作を行うことができる。
なお、センサ領域５２は、表示領域６０と区分けして設けてもよいし、表示領域６０と重ねて設けてもよい。例えば、図４Ａに示すように、センサ領域５２と表示領域６０とを区分けして設けることで、表示領域６０が発する光のセンサ領域５２への影響を低減することができる。また、例えば、図４Ｂに示すように、センサ領域５２と表示領域６０とを重ねて設けることで、センサ領域５２として光３３の検出を行う期間以外は、表示領域６０として機能させることができ、画像の表示領域を広く確保することができる。
なお、表示装置１０の、より詳細な構成例については、後述する。
［光学系］
光学系１２は、表示装置１０内の表示領域６０から発せられる光３１が、眼球２０に入射するように、光路を適切に制御する機能を備える。また、眼球２０で反射した光３３が、表示装置１０内のセンサ領域５２に入射するように光路を適切に制御する機能を備える。
光学系１２は、一または複数の光学素子を備える。光学素子としては、例えば、レンズ、プリズム、ミラー、フィルタ、および回折格子などから選ばれた一または複数を用いることができる。
光学系１２は、例えば、ミラー２１、およびミラー２２を備える。ミラー２１は、光３１の光路上に設けることができる。ミラー２１は、可視光を透過し赤外光を反射する機能を備えることが好ましい。このようなミラーをホットミラーという。例えば、本実施の形態などにおいて、光３１は可視光を含む。そのため、ミラー２１の一方の面（第１面という場合がある）に入射した光３１は、ミラー２１の他方の面（第２面という場合がある）に透過する。また、本実施の形態などにおいて、赤外光を含む光３２で眼球２０を照射した際に、眼球２０で反射した光３３は赤外光を含む。そのため、ミラー２１の他方の面（第２面）に入射した光３３は反射する。
ミラー２１は、表示領域６０と、眼球２０と、の間に設けられる。また、光学系１２は、レンズ２３を備えてもよい。レンズ２３は、ミラー２１と、眼球２０と、の間に設けられる。例えば、レンズ２３は、開口１４ｂに設けるとよい。よって、表示領域６０から発せられた光３１は、ミラー２１およびレンズ２３を順に透過して、眼球２０に届く。
また、ミラー２２は、光３３の光路上に設けることができる。光３３は、レンズ２３を透過して、ミラー２１の他方の面（第２面）に入射し、反射する。ミラー２１の他方の面（第２面）で反射した光３３は、さらに、ミラー２２で反射してセンサ領域５２に届く。つまり、光３３がミラー２１およびミラー２２の順で反射して、センサ領域５２に入射するように、ミラー２２が設けられる。
なお、本発明の一態様に係る光学装置に用いることができる光学系としては、図３に示した構成例に限定されない、図３には、ミラー２１およびミラー２２として、平面鏡を用いた一例を図示しているが、これに限定されず、例えば、凹面鏡、および凸面鏡などを用いてもよい。また、レンズ２３としては、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、およびフレネルレンズなどを用いることができる。これらを適切に選択することにより、表示領域６０から発せられた光３１が眼球２０で結像するように、かつ、眼球２０で反射した光３３がセンサ領域５２で結像するように、光路を適切に制御することができる。
また、光３１および光３３の光路を適切に制御するために、一または複数の光学素子を適宜組み合わせて用いることができる。例えば、光学系１２の他の構成例として、図５に示すように、平面鏡のミラー２１を凹面鏡のミラー２４に置き換え、さらにミラー２２とセンサ領域５２との間に、レンズ２５を設ける構成としてもよい。なお、レンズ２５は、光学系１２に設けてもよいし、表示装置１０に設けてもよい。一例として、表示装置１０のセンサ領域５２上にレンズ２５を設けた模式図を図６に示す。なお、レンズ２５として、例えば、マイクロレンズ、およびピンホールなどを、センサ領域５２上に設けてもよい。
＜光学装置の構成の変形例＞
光学装置１３の構成としては、図２に示した一例に限定されない。例えば、光源１１と眼球２０との間に光学素子を設けてもよい。例えば、光源１１と眼球２０との間に可視光をカットするフィルタを設けることで、光源１１が発する光３２に可視光成分が含まれる場合であっても、赤外光のみを眼球２０に照射することができる。そのため、画像の視認性を高めることができる。また、例えば、光源１１と眼球２０との間にレンズを設けることで、光源１１が発する光３２を効率よく眼球２０に照射することができる。そのため、センサ領域５２による眼球２０の撮像において、より鮮明な撮像データを得ることができる。
また、光源１１を設ける位置は、筐体１４の開口１４ｂの周囲に限定されない。例えば、光源１１を表示装置１０に設けてもよい。また、光源１１として、ＬＥＤ以外に、赤外光を発する機能を備えた発光素子（例えば、有機エレクトロルミネセンス素子）を適用してもよい。
例えば、図７および図８に示すように、表示装置１０の表示領域６０およびセンサ領域５２の周囲に、光源１１を設けてもよい。なお、図８Ａは、センサ領域５２と表示領域６０とを区分けして設けた場合の模式図であり、図８Ｂは、センサ領域５２を表示領域６０内に設けた場合の模式図である。光源１１を表示装置１０に設けることで、電子機器１００の省スペース化を図ることができる。すなわち電子機器１００の小型化、および軽量化を図ることができる。
また、光源１１と眼球２０との間に、光学素子を設けてもよい。例えば、光源１１と眼球２０との間にミラーを設けることで、光源１１が発する光３２を効率よく眼球２０に照射することができる。
＜表示領域およびセンサ領域の周辺回路の構成例＞
表示装置１０の構成例について説明する。図９は、表示装置１０を説明するブロック図である。表示装置１０は、表示領域６０、センサ領域５２、周辺回路領域２３２、周辺回路領域２３３、周辺回路領域２９２、および周辺回路領域２９３を備える。
周辺回路領域２３２に含まれる回路は、例えば、表示領域６０の走査線駆動回路として機能する。周辺回路領域２３３に含まれる回路は、例えば、表示領域６０の信号線駆動回路として機能する。周辺回路領域２９２に含まれる回路は、例えば、センサ領域５２の行信号線駆動回路として機能する。周辺回路領域２９３に含まれる回路は、例えば、センサ領域５２の読み出し回路として機能する。なお、周辺回路領域２３２、周辺回路領域２３３、周辺回路領域２９２、および周辺回路領域２９３に含まれる回路の総称を、「周辺駆動回路」という場合がある。
周辺駆動回路には、例えば、シフトレジスタ、レベルシフタ、インバータ、ラッチ、アナログスイッチ、論理回路、ソースフォロワ、オペアンプ、または増幅回路などの様々な回路を用いることができる。周辺駆動回路には、例えばトランジスタまたは容量素子などを用いることができる。周辺駆動回路が有するトランジスタは、画素２３０および画素２９０に含まれるトランジスタと同じ工程で形成できる。
また、表示装置１０は、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２３２に含まれる回路によって電位が制御されるｍ本（ｍは１以上の整数である）の配線２３６と、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２３３に含まれる回路によって電位が制御されるｎ本（ｎは１以上の整数である）の配線２３７と、を有する。また、表示装置１０は、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２９２に含まれる回路によって電位が制御されるｐ本（ｐは１以上の整数である）の配線２９６と、各々が略平行に配設され、且つ、周辺回路領域２９３に含まれる回路によって電位が制御されるｑ本（ｑは１以上の整数である）の配線２９７と、を有する。
表示領域６０は、マトリクス状に配設された複数の画素２３０を有する。また、例えば、赤色光の発光量を制御する画素２３０、緑色光の発光量を制御する画素２３０、および青色光の発光量を制御する画素２３０をまとめて１つの画素として機能させ、それぞれの画素２３０の発光量（発光輝度）を制御することで、フルカラー表示を実現できる。よって、当該３つの画素２３０はそれぞれが副画素として機能する。すなわち、３つの副画素は、それぞれが赤色光、緑色光、または青色光の、発光量を制御する。なお、３つの副画素のそれぞれが制御する光の色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）の組み合わせに限らず、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、および黄（Ｙ）であってもよい。
また、４つの副画素をまとめて１つの画素として機能させてもよい。例えば、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれの発光量を制御する３つの副画素に、白色光の発光量を制御する副画素を加えてもよい。白色光の発光量を制御する副画素を加えることで、表示領域の輝度を高めることができる。また、赤色光、緑色光、および青色光のそれぞれの発光量を制御する３つの副画素に、黄色光の発光量を制御する副画素を加えてもよい。また、シアン色光、マゼンタ色光、および黄色光のそれぞれの発光量を制御する３つの副画素に、白色光の発光量を制御する副画素を加えてもよい。
１つの画素として機能させる副画素の数を増やし、例えば、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、および黄などの光の発光量を制御する副画素を適宜組み合わせて用いることにより、中間調の再現性を高めることができる。よって、表示品位を高めることができる。
また、本発明の一態様の表示装置は、さまざまな規格の色域を再現することができる。例えば、テレビ放送で使われるＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ　Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　Ｌｉｎｅ）規格およびＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）規格、例えば、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、プリンタなどの電子機器に用いられる表示装置で広く使われているｓＲＧＢ（ｓｔａｎｄａｒｄ　ＲＧＢ）規格およびＡｄｏｂｅ　ＲＧＢ規格、ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、ハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ　ＢＴ．７０９（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｏｎ　Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｅｃｔｏｒ　Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ　Ｓｅｒｖｉｃｅ（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）　７０９）規格、デジタルシネマ映写で使われるＤＣＩ−Ｐ３（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｉｎｅｍａ　Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ　Ｐ３）規格、または、ＵＨＤＴＶ（Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、スーパーハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ　ＢＴ．２０２０（ＲＥＣ．２０２０（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ　２０２０））規格、などの色域を再現することができる。
表示領域６０の解像度は、例えば、ＨＤ（画素数１２８０×７２０）、ＦＨＤ（画素数１９２０×１０８０）、または、ＷＱＨＤ（画素数２５６０×１４４０）、などにすることができる。さらに、ＷＱＸＧＡ（画素数２５６０×１６００）、４Ｋ２Ｋ（画素数３８４０×２１６０）、または、８Ｋ４Ｋ（画素数７６８０×４３２０）、といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に４Ｋ２Ｋ、８Ｋ４Ｋ、またはそれ以上の解像度とすることが好ましい。
また、表示領域６０の画素密度（精細度）は、１０００ｐｐｉ以上１００００ｐｐｉ以下が好ましい。例えば、２０００ｐｐｉ以上６０００ｐｐｉ以下であってもよいし、３０００ｐｐｉ以上５０００ｐｐｉ以下であってもよい。
なお、表示領域６０の画面比率（アスペクト比）については、特に限定はない。表示装置１０の表示領域６０は、例えば、１：１（正方形）、４：３、１６：９、または、１６：１０、など様々な画面比率に対応することができる。
また、本発明の一態様に係る表示装置は、リフレッシュレートを可変にすることができる。例えば、表示装置に表示されるコンテンツに応じてリフレッシュレートを調整（例えば、０．０１Ｈｚ以上２４０Ｈｚ以下の範囲で調整）して消費電力を低減させることができる。また、リフレッシュレートを低下させた駆動により、表示装置の消費電力を低減する駆動を、アイドリングストップ（ＩＤＳ）駆動と呼称してもよい。
センサ領域５２は、マトリクス状に配設された複数の画素２９０を有する。画素２９０は、受光量に応じた信号を出力する機能を有する。
センサ領域５２の解像度は、眼球２０の大きさに合わせて、適宜設定することができる。センサ領域５２の解像度は、例えば、画素数２００×２００、画素数４００×４００、または、画素数６４０×４８０、などにしてもよい。
また、センサ領域５２は、表示領域６０内に設けることができる（図４Ｂ参照）。すなわち、例えば、画素２９０と、３つの画素２３０と、をそれぞれ副画素とし、４つの副画素をまとめて１つの画素としてもよい。表示領域６０では、３つの画素２３０を機能させて、フルカラー表示を実現することができる。また、センサ領域５２では、画素２９０を機能させて、受光量に応じた信号を出力する機能を実現することができる。
また、センサ領域５２において、例えば、受光量を検出する期間では、３つの画素２３０の機能を停止させ、発光を停止させることで、画素２３０の画素２９０への影響を低減することができる。
＜画素の回路構成例＞
図１０Ａは、表示領域６０が有する画素２３０の回路構成例を示す図である。画素２３０は、画素回路４３１および発光素子４３２を有する。
各配線２３６は、表示領域６０においてｍ行ｎ列に配設された画素回路４３１のうち、いずれかの行に配設されたｎ個の画素回路４３１と電気的に接続される。また、各配線２３７は、ｍ行ｎ列に配設された画素回路４３１のうち、いずれかの列に配設されたｍ個の画素回路４３１に電気的に接続される。ｍ、およびｎは、ともに１以上の整数である。
画素回路４３１は、トランジスタ４３６と、容量４３３と、トランジスタ４３８と、トランジスタ４３４と、を有する。また、画素回路４３１は、発光素子４３２と電気的に接続されている。
なお、本明細書などにおいて、素子という用語を、「デバイス」と言い換えることができる場合がある。例えば、表示素子、発光素子、および液晶素子は、表示デバイス、発光デバイス、および液晶デバイスと言い換えることができる。
トランジスタ４３６のソースまたはドレインの一方は、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とは、それぞれ、配線２３７と配線２３６とに相当する。
トランジスタ４３６は、データ信号の配線４３５への書き込みを制御する機能を有する。
容量４３３の一対の電極の一方は、配線４３５に電気的に接続され、他方は、配線４３７に電気的に接続される。また、トランジスタ４３６のソースまたはドレインの他方は、配線４３５に電気的に接続される。
容量４３３は、配線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４３８のソースまたはドレインの一方は、電位供給線ＶＬ＿ａに電気的に接続され、他方は配線４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３８のゲートは、配線４３５に電気的に接続される。
トランジスタ４３４のソースまたはドレインの一方は、電位供給線Ｖ０に電気的に接続され、他方は配線４３７に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４３４のゲートは、走査線ＧＬ＿ｍに電気的に接続される。
発光素子４３２のアノードまたはカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｂに電気的に接続され、他方は、配線４３７に電気的に接続される。
発光素子４３２としては、例えば、有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子ともいう）を用いることができる。ただし、発光素子４３２は、これに限定されず、例えば、無機材料からなる無機ＥＬ素子を用いても良い。なお、「有機ＥＬ素子」と「無機ＥＬ素子」とをまとめて「ＥＬ素子」と呼ぶ場合がある。
ＥＬ素子の発光色は、ＥＬ素子を構成する材料によって、例えば、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。
カラー表示を実現する方法としては、発光色が白色の発光素子４３２と着色層とを組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光素子４３２を設ける方法と、がある。前者の方法は、後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法は、画素毎に発光素子４３２を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法は、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、発光素子４３２にマイクロキャビティ構造を付与することにより、色純度をさらに高めることができる。
発光素子４３２には、低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、さらに、無機化合物を含んでいてもよい。発光素子４３２を構成するそれぞれの層は、例えば、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、または塗布法などの方法で形成することができる。
発光素子４３２は、無機化合物（例えば、量子ドットなど）を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
なお、電源電位として、例えば、相対的に高電位側の電源電位または低電位側の電源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ＶＤＤ１といい、低電位側の電源電位を低電源電位ＶＳＳ１ということができる。例えば、電位供給線ＶＬ＿ａまたは電位供給線ＶＬ＿ｂの一方に、高電源電位ＶＤＤ１が与えられ、他方に、低電源電位ＶＳＳ１が与えられる。
なお、例えば、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、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、高電源電位は接地電位より高い電位である。
画素回路４３１を有する表示装置は、周辺駆動回路に含まれる回路によって各行の画素回路４３１を順次選択し、トランジスタ４３６、およびトランジスタ４３４をオン状態にしてデータ信号を配線４３５に書き込む。
配線４３５にデータが書き込まれた画素回路４３１は、トランジスタ４３６、およびトランジスタ４３４がオフ状態になることで保持状態になる。さらに、配線４３５に書き込まれたデータの電位に応じてトランジスタ４３８のソースとドレインとの間に流れる電流量が制御され、発光素子４３２は、流れる電流量に応じた輝度で発光する。これを行毎に順次行うことにより、画像を表示できる。
図１０Ｂは、センサ領域５２が有する画素２９０の回路構成例を示す図である。画素２９０は、画素回路４９１および受光素子４９２を有する。
各配線２９６は、センサ領域５２において、ｐ行ｑ列に配設された画素回路４９１のうち、いずれかの行に配設されたｑ個の画素回路４９１と電気的に接続される。また、各配線２９７は、ｐ行ｑ列に配設された画素回路４９１のうち、いずれかの列に配設されたｐ個の画素回路４９１に電気的に接続される。ｐ、およびｑは、ともに１以上の整数である。
画素回路４９１は、トランジスタ４９６と、トランジスタ４９３と、トランジスタ４９８と、トランジスタ４９４と、を有する。また、画素回路４９１は、受光素子４９２と電気的に接続されている。
なお、本明細書などにおいて、素子という用語を「デバイス」と言い換えることができる場合がある。例えば、受光素子は、受光デバイスと言い換えることができる。
トランジスタ４９６のソースまたはドレインの一方は、配線４９９に電気的に接続され、他方は、配線４９５に電気的に接続される。さらに、トランジスタ４９６のゲートは、第１の行選択信号が与えられる配線（以下、行選択線ＴＸ＿ｐという）に電気的に接続される。
トランジスタ４９６は、配線４９９と配線４９５との間の電荷の移動を制御する機能を有する。
トランジスタ４９３のソースまたはドレインの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｃに電気的に接続され、他方は、配線４９５に接続される。さらに、トランジスタ４９３のゲートは、第２の行選択信号が与えられる配線（以下、行選択線ＲＳ＿ｐという）に電気的に接続される。
トランジスタ４９８のソースまたはドレインの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｅに電気的に接続され、他方は、配線４９７に接続される。さらに、トランジスタ４９８のゲートは、配線４９５に電気的に接続される。
トランジスタ４９４のソースまたはドレインの一方は、検出信号を読み出す配線（以下、信号線ＷＸ＿ｑという）に電気的に接続され、他方は、配線４９７に接続される。さらに、トランジスタ４９４のゲートは、第３の行選択信号が与えられる配線（以下、行選択線ＳＥ＿ｐという）に電気的に接続される。
なお、行選択線ＴＸ＿ｐ、行選択線ＲＳ＿ｐ、および行選択線ＳＥ＿ｐの配線群は配線２９６に相当する。また、信号線ＷＸ＿ｑは、配線２９７に相当する。
受光素子４９２のアノードまたはカソードの一方は、電位供給線ＶＬ＿ｄに電気的に接続され、他方は、配線４９９に電気的に接続される。
受光素子４９２としては、例えば、有機材料からなる光電変換素子（有機フォトダイオード、有機受光素子、またはＯＰＤ素子ともいう）を用いることができる。ただし、受光素子４９２は、これに限定されず、例えば、無機材料からなる光電変換素子（フォトダイオード、またはフォトディテクタともいう）を用いてもよい。
なお、電源電位としては、例えば、相対的に高電位側の電源電位または低電位側の電源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ＶＤＤ２といい、低電位側の電源電位を低電源電位ＶＳＳ２ということができる。また、高電源電位ＶＤＤ２よりも相対的に高電位側の電源電位を高電源電位ＶＤＤ３ということができる。例えば、電位供給線ＶＬ＿ｃまたは電位供給線ＶＬ＿ｄの一方には、高電源電位ＶＤＤ２が与えられ、他方には、低電源電位ＶＳＳ２が与えられる。また、例えば、電位供給線ＶＬ＿ｅには、高電源電位ＶＤＤ３が与えられる。
なお、例えば、高電源電位ＶＤＤ２または低電源電位ＶＳＳ２は、低電源電位ＶＳＳ１と同じ電位としてもよい。
画素回路４９１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、一または複数の行の画素回路４９１を順次選択し、撮像および読み出しを行う。
撮像を行う場合、まず、トランジスタ４９３、およびトランジスタ４９６をオン状態にして、電位供給線ＶＬ＿ｃに与えられた電位を配線４９９に供給する（初期化ともいう。）。次に、トランジスタ４９３、およびトランジスタ４９６をオフ状態にすることで、受光素子４９２の受光量に応じた電荷が配線４９９に徐々に蓄積される（露光ともいう。）。次に、任意の時間（露光時間）が経過した後、トランジスタ４９６をオン状態にすることで、配線４９９に蓄積された電荷を配線４９５に移動させる（転送ともいう。）。すると、配線４９５の電位が、受光素子４９２の受光量に応じた値になる。最後に、トランジスタ４９６をオフ状態にすることで撮像を完了する。
読み出しを行う場合、トランジスタ４９４をオン状態にすることで、配線４９５の電位に応じた電流量が信号線ＷＸ＿ｑに流れる。つまり、受光素子４９２の受光量に応じた電流量が流れる。この電流を周辺回路領域２９３に含まれる回路によって検出する。これを行毎に行うことにより、撮像した信号を読み出すことができる。
なお、画素回路４３１および画素回路４９１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、画素回路４３１および画素回路４９１を構成するトランジスタの、一部または全部に、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とを電気的に接続してもよい。また、画素回路４３１および画素回路４９１を構成するトランジスタの、一部または全部に、バックゲートを有するトランジスタを用いて、バックゲートとトランジスタのソースまたはドレインの一方とを電気的に接続してもよい。
＜表示装置の具体的な構成例＞
図１１は、表示装置１０の構成例を示すブロック図である。表示装置１０は、前述した、表示領域６０、センサ領域５２、周辺回路領域２３２、周辺回路領域２３３、周辺回路領域２９２、および周辺回路領域２９３、に加えて、機能回路領域２３４を備えてもよい。表示装置１０は、機能回路領域２３４を備えることで、例えば、画像データの生成、および視線検知などの様々な機能を実現することができる。機能回路領域２３４は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、および記憶回路などを備える。また、機能回路領域２３４は、機能を実現する要素ごとに、一または複数の機能回路を設けることができる。図１１では、機能回路領域２３４に設けられる機能回路の一例として、制御部１３０、演算部１４０、記憶部１５０、入出力部１６０、および視線検知部１７０を示している。制御部１３０、演算部１４０、記憶部１５０、入出力部１６０、および視線検知部１７０のそれぞれは、バスライン１３１を介して電気的に接続される。
〔制御部〕
制御部１３０は、表示装置１０の全体の動作を制御する機能を有する。制御部１３０は、表示領域６０、周辺回路領域２３２、周辺回路領域２３３、センサ領域５２、周辺回路領域２９２、周辺回路領域２９３、演算部１４０、記憶部１５０、入出力部１６０、および視線検知部１７０のそれぞれの動作を制御する。
〔演算部〕
演算部１４０は、表示装置１０の全体の動作に関わる演算を行う機能を有し、例えば、中央演算処理装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などを用いることができる。演算部１４０は、表示領域６０に表示する画像を生成する機能を有する。
演算部１４０としては、ＣＰＵのほか、例えば、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの他のマイクロプロセッサを、単独または組み合わせて用いることができる。また、これらのマイクロプロセッサを、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、またはＦＰＡＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ａｎａｌｏｇ　Ａｒｒａｙ）といった、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｄｅｖｉｃｅ）によって実現した構成としてもよい。
また、演算部１４０は、ニューラルネットワーク１４１を有する。ニューラルネットワーク１４１は、ソフトウェアで構成してもよい。ニューラルネットワーク１４１として、深層ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、再帰型ニューラルネットワーク、自己符号化器、深層ボルツマンマシン、および深層信念ネットワークの、一または複数を用いることができる。
演算部１４０は、プロセッサにより種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理およびプログラム制御を行う。プロセッサにより実行しうるプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、記憶部１５０に格納されていてもよい。
演算部１４０は、メインメモリを有していてもよい。メインメモリは、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの揮発性メモリ、または、例えばＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリ、を備えることができる。
メインメモリに設けられるＲＡＭとしては、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）が用いられ、演算部１４０の作業空間として仮想的にメモリ空間が割り当てられ利用される。記憶部１５０に格納された、例えば、オペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムモジュール、またはプログラムデータなどは、実行のためにＲＡＭにロードされる。ＲＡＭにロードされたこれらのデータおよびプログラム、ならびに、プログラムモジュールは、演算部１４０に直接アクセスされ、操作される。
一方、ＲＯＭには書き換えを必要としない、例えばＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ　Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ　Ｓｙｓｔｅｍ）およびファームウェアなどを格納することができる。ＲＯＭとしては、例えば、マスクＲＯＭ、ＯＴＰＲＯＭ（Ｏｎｅ　Ｔｉｍｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、またはＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）などを用いることができる。ＥＰＲＯＭとしては、例えば、紫外線照射により記憶データの消去を可能とするＵＶ−ＥＰＲＯＭ（Ｕｌｔｒａ−Ｖｉｏｌｅｔ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、またはフラッシュメモリなどが挙げられる。
〔記憶部〕
記憶部１５０としては、例えば、フラッシュメモリ、ＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＰＲＡＭ（Ｐｈａｓｅ　ｃｈａｎｇｅ　ＲＡＭ）、ＲｅＲＡＭ（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ　ＲＡＭ）、またはＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ＲＡＭ）などの不揮発性の記憶素子が適用された記憶装置、または、例えば、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　ＲＡＭ）、またはＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　ＲＡＭ）などの揮発性の記憶素子が適用された記憶装置、などを用いてもよい。
記憶部１５０には、例えば、画像データのアップコンバートを行うための複数のアルゴリズム、および、各アルゴリズム用の重み係数、などが記憶されている。また、記憶部１５０に、表示領域６０に表示する画像ソースを記憶してもよい。
〔入出力部〕
入出力部１６０は、電子機器１００の制御部１０６と電気的に接続される。入出力部１６０は、電子機器１００の通信部１０７と電気的に接続されてもよい。表示装置１０の動作に必要な情報は、入出力部１６０を介して表示装置１０に供給される。また、入出力部１６０は、例えば、電子機器１００に設けられた１つ以上のボタンまたはスイッチ（「筐体スイッチ」ともいう。）と電気的に接続してもよい。また、その他の入力コンポーネントを接続可能な外部ポートと電気的に接続してもよい。
なお、本実施の形態などでは、表示装置１０が機能回路領域２３４を有する構成例を示しているが、これに限定されない。機能回路領域２３４が有する機能回路の一部または全部を、表示装置１０の外部に設けてもよい。例えば、記憶部１５０を表示装置１０に内蔵せず、表示装置１０の外部に置かれる記憶装置を記憶部１５０として用いてもよい。その場合、記憶部１５０は入出力部１６０を介して表示装置１０が有する機能回路（例えば、演算部１４０など）と電気的に接続される。または通信手段を設けて、無線通信でデータのやりとりをする構成であってもよい。
〔視線検知部〕
視線検知部１７０は、センサ領域５２から得られる情報を用いて、使用者の視線を検知する機能を備える。使用者の視線は、既知の視線計測（アイトラッキング）法で検知できる。例えば、瞳孔角膜反射（ＰＣＣＲ：Ｐｕｐｉｌ　Ｃｅｎｔｒｅ　Ｃｏｒｎｅａｌ　Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）法、または、明／暗瞳孔（Ｂｒｉｇｈｔ／Ｄａｒｋ　Ｐｕｐｉｌ　Ｅｆｆｅｃｔ）法、などにより検知できる。
例えば、ＰＣＣＲ法は、使用者の瞳孔中心位置に対する、眼球に光を照射した時に生じる角膜反射像（プルキニエ像）の相対位置から、使用者の視線を検知する方法である。使用者の視線検知をＰＣＣＲ法で行う場合は、センサ領域５２を用いて使用者の瞳孔とプルキニエ像とを撮像し、視線検知部１７０で使用者の視線を検知できる。なお、視線検知部１７０を用いた視線検知方法は、上記の検知方法に限定されない。例えば、視線検知部１７０としては、使用者の角膜、虹彩、水晶体、および網膜の中から選ばれるいずれか一または複数を検知する機能を有していればよい。
＜画像処理の一例＞
本発明の一態様に係る電子機器は、機能回路領域２３４に設けられた一または複数の機能回路を用いて、画像処理を行ってもよい。例えば、制御部１３０において、視線検知部１７０で検知した使用者の視線の情報を元に、表示領域６０において、視線と重なる領域を特定し、視線の位置に応じた画像処理を行ってもよい。
使用者の視線に応じた画像処理の一例について説明する。図１２Ａには、表示領域６０に表示される画像に重ねて、使用者の注視点Ｇと、注視点Ｇを含む第１の領域Ｓ１と、を示す。さらに表示領域６０の画像に重ねて、第１の領域Ｓ１の外側に第２の領域Ｓ２と、第２の領域Ｓ２の外側に第３の領域Ｓ３と、を示す。
人間の視野は、個人差はあるが、弁別視野、有効視野、安定注視野、誘導視野、および補助視野に分類される。弁別視野とは、例えば、視力、または色の識別などの視機能が最も優れている領域である。使用者と表示領域６０との交線で考えると、弁別視野は、交線を中心にして水平の角度θｘ１＝約５°以内の領域を指す（角度θｘ１について図１２Ｂを参照）。すなわち、弁別視野は、図１２Ａの第１の領域Ｓ１に対応する。
有効視野とは、眼球運動だけで瞬時に特定情報を識別できる領域であり、交線を中心にして水平の角度θｘ２＝約３０°以内であり、図１２Ｂに示さないが、垂直の角度＝約２０°以内の領域を指す（角度θｘ２について図１２Ｂを参照）。すなわち、有効視野は、図１２Ａの第２の領域Ｓ２に対応する。
安定注視野とは、頭部運動を伴って無理なく特定情報を識別できる領域である。誘導視野とは、特定対象の存在はわかるが、識別能力は低い領域である。補助視野とは、特定対象の識別能力が著しく低く、刺激の存在がわかる程度の領域である。安定注視野、誘導視野、および補助視野、から選ばれた一または二以上の視野は、図１２Ａの第３の領域Ｓ３に対応する。
上記のことから、映像において、弁別視野から有効視野までの画質が重要であることがわかる。特に、弁別視野の画質を高めることが肝要である。よって、制御部１３０により画像処理を行い、図１２Ａに示す、第１の領域Ｓ１、または、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２、の画質を高める処理を施すとよい。すなわち、第１の領域Ｓ１、または、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２、の画像を強調するとよい。画像処理には、アップコンバートによる映像の高解像度化が含まれる。
第１の領域Ｓ１乃至第３の領域Ｓ３にわたって同色表示、例えば、白色表示がなされていても、画像処理により、第１の領域Ｓ１、または、第１の領域Ｓ１および第２の領域Ｓ２、の画像を強調すると好ましい。
また、制御部１３０において、例えば、電子機器１００に搭載されたソフトからの情報、センサ部５０、センサ部５１、およびセンサ領域５２からの情報、および、上記画像処理によって得られる情報、などに基づいて、表示領域６０に表示する画像データを生成することができる。画像データは、バスライン１３１を経由して、周辺回路領域２９３へ送られ、表示領域６０に表示される。
＜電子機器の動作例＞
本発明の一態様の電子機器の動作例について、図１３に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
図１３に示すフローチャートは、ステップＳ２１０乃至ステップＳ２１３を有する。まず、ステップＳ２１０において、光源１１から赤外光の光３１を射出させ、使用者の眼球２０を照射する。次に、ステップＳ２１１において、眼球２０から反射された光３３をセンサ領域５２で撮像する。さらに、ステップＳ２１２において、センサ領域５２で取得した撮像データを周辺回路領域２９３で読み出し、当該撮像データを用いて、視線検知部１７０で使用者の視線を検知する。そして、ステップＳ２１３において、使用者の視線に基づいて表示領域６０上の注視点Ｇを決定する。続いて、ステップＳ２１４において、表示する画像を使用者の視線に合うように更新する。
例えば、図１２に示すように、第１の領域Ｓ１において、解像度を上げる画像処理を行うことができる。当該領域のみの解像度を上げる処理により、例えば、演算部１４０が有するＧＰＵの負荷を低減することができる。
また、使用者の視線を検知することができる。使用者の視線を検知することで、例えば、使用者が何に注目しているか把握することができ、使用者の行動を分析することができる。また、アバターに使用者の目の動きを再現させることができる。また、視線を用いた操作またはメニュー選択を行うことができる。
本実施の形態で例示した構成例、およびそれらに対応する図面などは、少なくともその一部を、他の構成例、他の図面、および本明細書等に記載する他の実施の形態などと適宜組み合わせることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例について説明する。
［表示装置の構成例］
図１４Ａおよび図１４Ｂに示した表示装置１８０を例にして、本発明の一態様に係る電子機器が有する、表示装置の構成例を説明する。
図１４Ａに示す表示装置１８０は、基板１８１と、基板１８２と、発光素子１９０と、受光素子１９１と、を有する。発光素子１９０は、表示素子としての発光素子（１９０（Ｒ）、１９０（Ｇ）、および１９０（Ｂ））と、赤外線光源としての発光素子（１９０（ＩＲ））と、を含み、層１８６に位置する。支持板１８３上に受光素子１９１が設けられ、受光素子１９１の上に基板１８１が設けられ、基板１８１の上に発光素子１９０が設けられ、発光素子１９０の上に基板１８２が設けられ、基板１８２上に保護部材１８５が設けられる。
発光素子１９０としては、たとえば、赤色を発する発光素子１９０（Ｒ）、緑色を発する発光素子１９０（Ｇ）、青色を発する発光素子１９０（Ｂ）、および赤外光を発する発光素子１９０（ＩＲ）を用いる構成にすればよい。このとき、発光素子１９０（Ｒ）、１９０（Ｇ）、および１９０（Ｂ）は表示素子として機能し、発光素子１９０（ＩＲ）は赤外線光源として機能する。発光素子１９０（ＩＲ）の数は特に限定されず、一つでもよいし、複数でもよい。発光素子１９０は、基板１８１と基板１８２とに挟まれる領域に配置される。また、基板１８１は、支持板１８３と発光素子１９０との間に配置され、基板１８２は、発光素子１９０と保護部材１８５との間に配置される。
発光素子１９０（ＩＲ）が発する光は、赤外光、好ましくは近赤外光を含むことが好ましい。たとえば、波長７００ｎｍ以上の赤外光、好ましくは８００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下の範囲に一以上のピークを有する近赤外光を用いることができる。
受光素子１９１は、赤外光を検出する機能を有する。当該受光素子は、発光素子１９０（ＩＲ）が発する赤外光、好ましくは近赤外発光に対応する光感度を有することが好ましい。
図１４Ａに示すように、発光素子１９０（Ｒ）、発光素子１９０（Ｇ）、および発光素子１９０（Ｂ）の発光により、画像が表示される。また、発光素子１９０（ＩＲ）から射出された赤外光は、使用者の眼球１８８によって反射され、その反射光が受光素子１９１の受光素子に検出されることで、視線検知が行われる。このため、基板１８２、および保護部材１８５は、発光素子１９０（Ｒ）、発光素子１９０（Ｇ）、および発光素子１９０（Ｂ）の可視光と、発光素子１９０（ＩＲ）および眼球１８８で反射された赤外光の両方を透過する必要がある。よって、基板１８２、および保護部材１８５は、可視光および赤外光に対して透光性を有することが好ましい。さらに、眼球１８８で反射された赤外光は、基板１８１を透過する必要がある。よって、基板１８１は、少なくとも赤外光に対して透光性を有することが好ましい。
基板１８１および基板１８２には、それぞれ、例えば、ガラス、石英、セラミックス、サファイア、もしくは安定化ジルコニア（例えばイットリア安定化ジルコニア等）等の絶縁体、例えば、絶縁性樹脂もしくは導電性樹脂等の樹脂、例えば、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、もしくは酸化亜鉛等の半導体、金属、または、合金、等を用いることができる。なお、発光素子１９０からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。また、基板１８１および基板１８２に可撓性を有する材料を用いると、表示装置１８０の可撓性を高めることができ、また軽量化、薄型化が可能となる。また、基板１８１または基板１８２として偏光板を用いてもよい。
基板１８１および基板１８２としては、それぞれ、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）もしくは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（例えば、ナイロン、またはアラミド等）、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、または、セルロースナノファイバー、等を用いてもよい。基板１８１および基板１８２の、一方または双方に、可撓性を有する程度の厚さのガラスを用いてもよい。
また、本発明の一態様は、図１４Ｂに示すような構成にしてもよい。図１４Ｂに示す表示装置は、赤外線光源としての発光素子１９０（ＩＲ）が、画素部１８９内に設けられている点において、図１４Ａに示す表示装置と異なる。他の構成については、図１４Ａに示す表示装置と同様であるため、詳細については、上記の図１４Ａに係る記載等を参酌することができる。
上述の通り、図１４Ａおよび図１４Ｂに示す表示装置１８０において、発光素子１９０（ＩＲ）を含む発光素子１９０が位置する層１８６は、受光素子１９１の上に重畳する。発光素子１９０が位置する層１８６において、発光素子１９０は、共通電極に電気的に接続される場合がある。よって、複雑な光学系を用いることなく、眼球１８８への光の照射、および、眼球１８８からの反射光の受光、を行うことができる。また、発光素子１９０（ＩＲ）と受光素子１９１との距離は比較的小さくなる。よって、眼球１８８からの反射光の検出感度を高めることができる。また、光学系の構成を簡単にすることができるため、表示装置を小型化することができる。なお、発光素子１９０（ＩＲ）の一部は、受光素子１９１と重なる部分を有していてもよいし、有していなくてもよい。
なお、本発明の一態様はこれに限られず、図１５Ａおよび図１５Ｂに示すように、受光素子１９１を、発光素子１９０と共に、基板１８１と基板１８２との間に設けてもよい。具体的には、図１５Ａに示す表示装置１８０は、受光素子１９１と発光素子１９０とが基板１８１と基板１８２との間に設けられている点において、図１４Ａに示す表示装置１８０と異なる。また、図１５Ｂに示す表示装置１８０は、受光素子１９１と発光素子１９０とが基板１８１と基板１８２との間に設けられている点において、図１４Ｂに示す表示装置１８０と異なる。図１５Ａおよび図１５Ｂのそれぞれに示す表示装置１８０では、受光素子１９１が基板１８１上に設けられているため、基板１８１は、赤外光に対して透光性が低くてもよい、または、赤外光に対して透光性を有さなくてもよい、場合がある。
本発明の一態様において、受光素子１９１が画素部１８９外に設けられていてもよい。具体的には、図１６Ａに示す表示装置１８０では、受光素子１９１も、発光素子１９０（ＩＲ）と共に、画素部１８９外に設けられている。図１６Ｂに示す表示装置１８０では、受光素子１９１のみ、画素部１８９外に設けられている。図１７Ａに示す表示装置１８０では、受光素子１９１も、発光素子１９０（ＩＲ）と共に、画素部１８９外に設けられている。図１７Ｂに示す表示装置１８０では、受光素子１９１のみ、画素部１８９外に設けられている。
また、上記においては、赤色を発する発光素子１９０（Ｒ）、緑色を発する発光素子１９０（Ｇ）、青色を発する発光素子１９０（Ｂ）、および赤外光を発する発光素子１９０（ＩＲ）の４種の発光素子を用いて画素を形成する構成について示しているが、本発明の一態様はこれに限られるものではない。たとえば、発光素子１９０（Ｒ）を赤の波長と赤外光の波長との両方にピークを持つ光を発する構成にして、発光素子１９０（Ｒ）、発光素子１９０（Ｇ）、および発光素子１９０（Ｂ）の３種の発光素子で画素を形成する構成にしてもよい。
なお、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１７Ａ、および図１７Ｂのそれぞれに示す表示装置１８０においては、支持板１８３を設けなくてもよい場合がある。
また、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１６Ａ、および図１６Ｂのそれぞれに示す表示装置１８０においては、支持板１８３に換えて基板を設け、基板１８１に換えて絶縁層を設けてもよい。このとき、基板上に受光素子１９１を設けてもよいし、基板を用いて受光素子１９１を形成してもよい。また、受光素子１９１上に絶縁層を設け、当該絶縁層上に発光素子１９０を設けてもよい。当該絶縁層は、少なくとも赤外光に対して透光性を有することが好ましい。
また、上述したそれぞれに示す表示装置１８０においては、保護部材１８５を設けなくてもよい場合がある。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書等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３）
本実施の形態では、表示装置が有する発光素子およびその周辺の上面概略図およびその断面模式図、発光素子の構成例、発光素子および受光素子の構成例、ならびに表示装置の構成例について説明する。
＜発光素子およびその周辺の上面概略図およびその断面模式図＞
図１８Ａは、本発明の一態様の表示装置７０において、一画素内に発光素子と受光素子とを配置する場合の構成例を示す上面概略図である。表示装置７０は、赤色光を発する発光素子６１Ｒ、緑色光を発する発光素子６１Ｇ、青色光を発する発光素子６１Ｂ、赤外光を発する発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２をそれぞれ複数有する。
なお、以下では、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、および発光素子６１ＩＲに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、発光素子６１と表記して説明する場合がある。または、発光素子６１と表記する場合、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、および発光素子６１ＩＲのいずれか一または複数を指すことがある。
図１８Ａでは、各発光素子６１の区別を簡単にするため、各発光素子６１の発光領域内に、Ｒ、Ｇ、Ｂ、またはＩＲの符号を付している。また、各受光素子６２の受光領域内に、ＰＤの符号を付している。
発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、それぞれマトリクス状に配列している。図１８Ａは、Ｘ方向に発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、および発光素子６１ＩＲが配列され、その下に受光素子６２が配列される例である。また、図１８Ａには、Ｘ方向と交差するＹ方向に、同じ色の光を発する発光素子６１が配列される構成を一例として示している。図１８Ａに示す表示装置７０では、たとえばＸ方向に配列される発光素子６１Ｒを有する副画素、発光素子６１Ｇを有する副画素、発光素子６１Ｂを有する副画素、および発光素子６１ＩＲを有する副画素と、これらの副画素の下に設けられる、受光素子６２を有する副画素と、により、画素８０を構成することができる。受光素子６２は、赤外光を検出する機能を有する。
図１８Ａは、一方向に同一の色の光を呈する発光素子が配列する、いわゆるストライプ配列を示している。なお、発光素子の配列方法はこれに限られず、デルタ配列、ジグザグ配列等の配列方法を適用してもよいし、ペンタイル配列を用いることもできる。
発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、および発光素子６１ＩＲとしては、例えば、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、またはＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ　Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）等のＥＬ素子を用いることが好ましい。発光素子が有する発光物質は、例えば、蛍光を発する物質（蛍光材料）、燐光を発する物質（燐光材料）、無機化合物（例えば量子ドット材料等）、または熱活性化遅延蛍光を示す物質（熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ　ａｃｔｉｖａｔｅｄ　ｄｅｌａｙｅｄ　ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）材料）等が挙げられる。
受光素子６２としては、たとえば、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。受光素子６２は、受光素子６２に入射する光を検出し電荷を発生させる光電変換素子として機能する。受光素子６２では、入射する光量に基づき、発生する電荷量が決まる。
特に、受光素子６２として、有機化合物を含む層を有する有機フォトダイオードを用いることが好ましい。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り、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。
本発明の一態様では、発光素子６１として有機ＥＬ素子を用い、受光素子６２として有機フォトダイオードを用いる。有機ＥＬ素子および有機フォトダイオードは、同一基板上に形成することができる。したがって、有機ＥＬ素子を用いた表示装置に有機フォトダイオードを内蔵することができる。
ところで、異なる２つの色を呈する発光素子間で発光層を作り分ける場合、例えばメタルマスクまたはＦＭＭ（ファインメタルマスク、高精細なメタルマスク）等のシャドーマスクを用いた蒸着法により形成する方法が知られている。なお、本明細書等では、このように形成された素子を、ＭＭ（メタルマスク）構造の素子と呼称する場合がある。しかしながら、ＭＭ構造の素子では、例えば、メタルマスクの精度、メタルマスクと基板との位置ずれ、メタルマスクのたわみ、および、例えば蒸気の散乱等による成膜される膜の輪郭の広がり、等の様々な影響により、島状の有機膜の形状および位置に設計からのずれが生じるため、高精細化、および高開口率化が困難である。そのため、例えばペンタイル配列等の特殊な画素配列方式を適用すること等により、疑似的に精細度（画素密度ともいう）を高める対策が取られていた。
たとえば、発光層をメタルマスク、またはＦＭＭ等のシャドーマスクを用いることなく、微細なパターンに加工する。具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて発光層を微細なパターンに加工する。なお、本明細書等で、以上のように形成された素子を、ＭＭＬ（メタルマスクレス）構造の素子と呼称する場合がある。ＭＭＬ構造の素子を用いることにより、これまで実現が困難であった高い精細度と、大きな開口率を有する表示装置を実現できる。さらに、発光層を作り分けることができるため、極めて鮮やかで、コントラストが高く、表示品位の高い表示装置を実現できる。
ここでは、簡単のために、２つの異なる色の光を呈する発光素子の発光層を作り分ける場合について説明する。まず、２つの画素電極を覆って、第１の発光膜と、第１の犠牲膜とを積層して形成する。続いて、第１の犠牲膜上であって、一方の画素電極（第１の画素電極）と重なる位置にレジストマスクを形成する。続いて、レジストマスク、第１の犠牲膜の一部、および第１の発光膜の一部をエッチングする。このとき、他方の画素電極（第２の画素電極）を露出させた時点で、エッチングを終了する。これにより、第１の画素電極上には、帯状または島状に加工された第１の発光膜の一部（第１の発光層ともいう）と、その上に犠牲膜の一部（第１の犠牲層ともいう）を形成することができる。
続いて、第２の発光膜と、第２の犠牲膜とを積層して形成する。そして、第１の画素電極と重なる位置、および第２の画素電極と重なる位置に、それぞれレジストマスクを形成する。続いて、上記と同様にレジストマスク、第２の犠牲膜の一部、および第２の発光膜の一部をエッチングする。これにより、第１の画素電極上には第１の発光層および第１の犠牲層が、第２の画素電極上には第２の発光層および第２の犠牲層が、それぞれ設けられた状態となる。このようにして、第１の発光層と第２の発光層とを作り分けることができる。最後に、第１の犠牲層および第２の犠牲層を除去し、第１の発光層と第２の発光層とを露出させたのち、共通電極を形成することで、二つの異なる色の光を呈する発光素子を作り分けることができる。
さらに、上記工程を繰り返すことで、３色以上の発光素子の発光層を作り分けることができ、３色、または４色以上の発光素子を有する表示装置を実現できる。
ここで、共通電極に電位を供給するために、画素電極と同一面上に電極（例えば、第１の電極、または接続電極等ともいう）を設け、当該共通電極と電気的に接続される構成とすることができる。当該接続電極は、画素が設けられる表示領域の外側に配置される。ここで、上記第１の発光膜のエッチング時に、接続電極の上面がエッチングに曝されることを防ぐため、接続電極上にも、第１の犠牲層を設けることが好ましい。また、第２の発光膜のエッチング時にも同様に、接続電極上に第２の犠牲層を設けることが好ましい。接続電極上に設けられた第１の犠牲層および第２の犠牲層は、第１の発光層上の第１の犠牲層、および第２の発光層上の第２の犠牲層と同時にエッチングにより除去することができる。
異なる２つの色を呈する発光層間の距離について、たとえばＭＭ構造では１０μｍ未満にすることは困難であるが、ＭＭＬ構造ならば、６μｍ以下、４μｍ以下、３μｍ以下、２μｍ以下、または、１μｍ以下にまで狭めることができる。さらに、たとえばＬＳＩ向けの露光装置を用いることで、５００ｎｍ以下、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、さらには５０ｎｍ以下にまで間隔を狭めることもできる。これにより、２つの発光素子間に存在しうる非発光領域の面積を大幅に縮小することができ、開口率を１００％に近づけることが可能となる。たとえば、開口率は、５０％以上、６０％以上、７０％以上、８０％以上、さらには９０％以上であって、１００％未満を実現することもできる。
さらに、発光層自体のパターンについても、メタルマスクを用いた場合に比べて極めて小さくすることができる。また、たとえば発光層の作り分けにメタルマスクを用いた場合では、パターンの中央と端で厚さのばらつきが生じるため、パターン全体の面積に対して、発光領域として使用できる有効な面積は小さくなる。一方、上記作製方法では、均一な厚さに成膜した膜を加工することでパターンを形成するため、パターン内で厚さを均一にでき、微細なパターンであっても、そのほぼ全域を発光領域として用いることができる。そのため、上記作製方法によれば、高い精細度と高い開口率を兼ね備えることができる。
このように、上記作製方法によれば、微細な発光素子を集積した表示装置を実現することができるため、たとえばペンタイル方式等の特殊な画素配列方式を適用し、疑似的に精細度を高める必要が無いため、Ｒ、Ｇ、およびＢをそれぞれ一方向に配列させた、いわゆるストライプ配置で、且つ、５００ｐｐｉ以上、１０００ｐｐｉ以上、または２０００ｐｐｉ以上、さらには３０００ｐｐｉ以上、さらには５０００ｐｐｉ以上の精細度の表示装置を実現することができる。
図１８Ａには、共通電極８１と、接続電極８２と、を示している。ここで、接続電極８２は、共通電極８１と電気的に接続される。接続電極８２は、発光素子６１、および受光素子６２が配列する表示領域の外に設けられる。また図１８Ａには、発光素子６１、受光素子６２、および接続電極８２と重なる領域を有する共通電極８１を破線で示している。
接続電極８２は、表示領域の外周に沿って設けることができる。たとえば、表示領域の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、表示領域の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、表示領域の上面形状が長方形である場合には、接続電極８２の上面形状は、例えば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。
図１８Ｂは、表示装置７０の構成例を示す上面概略図であり、図１８Ａに示す表示装置７０の変形例である。図１８Ｂに示す表示装置７０は、受光素子６２と発光素子６１ＩＲとが、Ｘ方向に交互に配列される点が、図１８Ａに示す表示装置７０と異なる。
図１８Ｂに示す表示装置７０では、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、および発光素子６１Ｂと、発光素子６１ＩＲと、が異なる行に配置される。よって、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、および発光素子６１Ｂの幅（Ｘ方向の長さ）を長くすることができるため、画素８０が射出する光の輝度を高くすることができる。
図１９Ａは、表示装置７０の構成例を示す上面概略図であり、図１８Ｂに示す表示装置７０の変形例である。図１９Ａに示す表示装置７０は、発光素子６１がＸ方向にＲ、Ｇ、Ｂの順ではなくＧ、Ｂ、Ｒの順に配列される点が、図１８Ｂに示す表示装置７０と異なる。また、受光素子６２が、発光素子６１Ｇおよび発光素子６１Ｂの下に設けられ、発光素子６１ＩＲが、発光素子６１Ｒの下に設けられる点が、図１８Ｂに示す表示装置７０と異なる。
図１９Ａに示す表示装置７０における受光素子６２の占有面積は、図１８Ｂに示す表示装置７０における受光素子６２の占有面積より広い。よって、受光素子６２による光の検出感度を高めることができる。したがって、たとえば表示装置７０が視線検知機能を有する場合、高い精度で視線を検知することができる。
図１９Ｂは、表示装置７０の構成例を示す上面概略図であり、図１９Ａに示す表示装置７０の変形例である。図１９Ｂに示す表示装置７０は、受光素子６２が、発光素子６１Ｇの下に設けられ、発光素子６１ＩＲが、発光素子６１Ｂおよび発光素子６１Ｒの下に設けられる点が、図１９Ａに示す表示装置７０と異なる。
図１９Ｂに示す表示装置７０における受光素子６２の占有面積は、図１９Ａに示す表示装置７０における受光素子６２の占有面積より狭い。受光素子６２の占有面積を狭くすることにより、１個当たりの受光素子６２の受光範囲を狭くすることができる。これにより、異なる受光素子６２間、たとえば隣接する受光素子６２間での受光範囲の重複を少なくすることができる。したがって、受光素子６２を用いて撮像された画像にボケが生じ、明瞭な撮像ができなくなることを抑制できる。以上より、たとえば表示装置７０が視線検知機能を有する場合は、受光素子６２の占有面積を小さくすることで、眼球等を明瞭に撮像でき、認証の精度が高まるため好ましい。
図２０Ａは、図１８Ｂ中の一点鎖線Ａ１−Ａ２に対応する断面図であり、図２０Ｂは、図１８Ｂ中の一点鎖線Ｂ１−Ｂ２に対応する断面図である。また、図２０Ｃは、図１８Ｂ中の一点鎖線Ｃ１−Ｃ２に対応する断面図であり、図２０Ｄは、図１８Ｂ中の一点鎖線Ｄ１−Ｄ２に対応する断面図である。発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、基板８３上に設けられる。
基板８３としては、少なくとも後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する基板を用いることができる。基板８３として、絶縁性基板を用いる場合には、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミックス基板、または有機樹脂基板等を用いることができる。また、例えば、シリコン、または炭化シリコン等を材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、例えばシリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、または、例えばＳＯＩ基板等の半導体基板、を用いることができる。ただし、基板８３に例えばガラス基板等の透光性を有する材料を用いることが好ましい。
特に、基板８３として、上記半導体基板または絶縁性基板上に、たとえばトランジスタ等の半導体素子を含む半導体回路が形成された基板を用いることが好ましい。当該半導体回路は、たとえば、画素回路、ゲート線駆動回路（ゲートドライバ）、またはソース線駆動回路（ソースドライバ）等を構成していることが好ましい。また、上記に加えて、たとえば、演算回路、または記憶回路等が構成されていてもよい。
図２０Ａには、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、および発光素子６１Ｂの断面構成例を示している。発光素子６１Ｒは、画素電極８４Ｒ、正孔注入層８５Ｒ、正孔輸送層８６Ｒ、発光層８７Ｒ、電子輸送層８８Ｒ、共通層８９、および共通電極８１を有する。発光素子６１Ｇは、画素電極８４Ｇ、正孔注入層８５Ｇ、正孔輸送層８６Ｇ、発光層８７Ｇ、電子輸送層８８Ｇ、共通層８９、および共通電極８１を有する。発光素子６１Ｂは、画素電極８４Ｂ、正孔注入層８５Ｂ、正孔輸送層８６Ｂ、発光層８７Ｂ、電子輸送層８８Ｂ、共通層８９、および共通電極８１を有する。
図２０Ｂには、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２の断面構成例を示している。発光素子６１ＩＲは、画素電極８４ＩＲ、正孔注入層８５ＩＲ、正孔輸送層８６ＩＲ、発光層８７ＩＲ、電子輸送層８８ＩＲ、共通層８９、および共通電極８１を有する。受光素子６２は、画素電極８４ＰＤ、正孔輸送層８６ＰＤ、受光層９０、電子輸送層８８ＰＤ、共通層８９、および共通電極８１を有する。
なお、以下では、画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、画素電極８４Ｂ、画素電極８４ＩＲ、および画素電極８４ＰＤに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、画素電極８４と表記して説明する場合がある。同様に、正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、および正孔注入層８５ＩＲに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、正孔注入層８５と表記して説明する場合がある。同様に、正孔輸送層８６Ｒ、正孔輸送層８６Ｇ、正孔輸送層８６Ｂ、正孔輸送層８６ＩＲ、および正孔輸送層８６ＰＤに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、正孔輸送層８６と表記して説明する場合がある。同様に、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、発光層８７Ｂ、および発光層８７ＩＲに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、発光層８７と表記して説明する場合がある。同様に、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、電子輸送層８８Ｂ、電子輸送層８８ＩＲ、および電子輸送層８８ＰＤに共通の事項を説明する場合には、符号に付記する記号を省略し、電子輸送層８８と表記して説明する場合がある。
共通層８９は、発光素子６１において、電子注入層としての機能を有する。一方、共通層８９は、受光素子６２において、電子輸送層としての機能を有する。このため、受光素子６２は、電子輸送層８８ＰＤを有さなくてもよい場合がある。
正孔注入層８５、正孔輸送層８６、電子輸送層８８、および共通層８９は、機能層ともいうことができる。また、発光素子は、一対の電極の間に発光層を有する。よって、例えば図２０Ａ等に示す発光素子６１において、正孔注入層８５、正孔輸送層８６、発光層８７、電子輸送層８８、および共通層８９をまとめて発光層と呼ぶことができる。
画素電極８４、正孔注入層８５、正孔輸送層８６、発光層８７、および電子輸送層８８は、素子毎に分離して設けることができる。共通層８９、および共通電極８１は、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２に共通に設けられる。
なお、発光素子６１、および受光素子６２は、例えば図２０Ａ等に示す層の他、正孔ブロック層、および電子ブロック層を有してもよい。また、発光素子６１、および受光素子６２は、例えばバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）等を含む層を有してもよい。
共通層８９と、絶縁層９２と、の間には、空隙が設けられる。これにより、共通層８９が、発光層８７の側面、受光層９０の側面、正孔輸送層８６の側面、および正孔注入層８５の側面と接することを抑制できる。これにより、発光素子６１におけるショート（電気的な短絡）、および受光素子６２におけるショートを抑制できる。
上記空隙は、たとえば発光層８７間の距離が短いほど形成されやすくなる。たとえば、当該距離を１μｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、さらに好ましくは、２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、９０ｎｍ以下、７０ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、３０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、１５ｎｍ以下、または１０ｎｍ以下とすると、上記空隙を好適に形成できる。
例えば図２０Ａ等では、発光素子６１には、下層から順に、画素電極８４、正孔注入層８５、正孔輸送層８６、発光層８７、電子輸送層８８、共通層８９（電子注入層）、および共通電極８１が設けられ、受光素子６２には、下層から順に、画素電極８４ＰＤ、正孔輸送層８６ＰＤ、受光層９０、電子輸送層８８ＰＤ、共通層８９、および共通電極８１が設けられる構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限らない。たとえば、発光素子６１には、下層から順に、画素電極、電子注入層、電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、および共通電極が設けられ、受光素子６２には、下層から順に、画素電極、電子輸送層、受光層、正孔輸送層、および共通電極が設けられてもよい。この場合、発光素子６１が有する正孔注入層を共通層とすることができ、当該共通層は、受光素子６２が有する正孔輸送層と、共通電極と、の間に設けることができる。また、発光素子６１において、電子注入層は素子毎に分離することができる。
なお、発光素子６１および受光素子６２に、ＭＭＬ構造を用いることで、発光素子６１および受光素子６２の構成を異ならせることができる。たとえば、発光素子６１には、下層から順に、画素電極８４、正孔注入層８５、正孔輸送層８６、発光層８７、電子輸送層８８、共通層８９（電子注入層）、および共通電極８１が設けられ、受光素子６２には、下層から順に、画素電極８４ＰＤ、電子輸送層８８ＰＤ、受光層９０、正孔輸送層８６ＰＤ、共通層８９、および共通電極８１が設けられる構成にしてもよい。当該構成にすることで、発光素子６１および受光素子６２の駆動電圧を同じ向きにすることができる。なお、当該構成における受光素子６２では、正孔輸送層８６ＰＤと共通層８９との間に、正孔注入層を設けてもよい。
以下では、電子輸送層が正孔輸送層より上層に設けられるとして説明を行うが、たとえば「電子」を「正孔」と読み替え、「正孔」を「電子」と読み替えること等により、電子輸送層が正孔輸送層より下層に設けられる場合であっても、以下の説明を適用することができる。
正孔注入層は、陽極から正孔輸送層に正孔を注入する層であり、正孔注入性の高い材料を含む層である。正孔注入性の高い材料としては、たとえば、芳香族アミン化合物、または、正孔輸送性材料とアクセプター性材料（電子受容性材料）とを含む複合材料、等が挙げられる。
正孔輸送層は、正孔注入層によって、陽極から注入された正孔を発光層に輸送する層である。正孔輸送層は、正孔輸送性材料を含む層である。正孔輸送性材料としては、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有する物質が好ましい。なお、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。正孔輸送性材料としては、たとえば、π電子過剰型複素芳香族化合物（たとえば、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、またはフラン誘導体等）、または、芳香族アミン（芳香族アミン骨格を有する化合物）、等の正孔輸送性の高い材料が好ましい。
電子輸送層は、電子注入層によって、陰極から注入された電子を発光層に輸送する層である。電子輸送層は、電子輸送性材料を含む層である。電子輸送性材料としては、１×１０−６ｃｍ２／Ｖｓ以上の電子移動度を有する物質が好ましい。なお、正孔よりも電子の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものも用いることができる。電子輸送性材料としては、たとえば、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、またはチアゾール骨格を有する金属錯体等の他、たとえば、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン配位子を有するキノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、またはその他含窒素複素芳香族化合物を含むπ電子不足型複素芳香族化合物等の電子輸送性の高い材料を用いることができる。
電子注入層は、陰極から電子輸送層に電子を注入する層であり、電子注入性の高い材料を含む層である。電子注入性の高い材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはそれらの化合物を用いることができる。電子注入性の高い材料としては、電子輸送性材料とドナー性材料（電子供与性材料）とを含む複合材料を用いることもできる。
電子注入層としては、たとえば、リチウム、セシウム、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化セシウム（ＣｓＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）、８−（キノリノラト）リチウム（略称：Ｌｉｑ）、２−（２−ピリジル）フェノラトリチウム（略称：ＬｉＰＰ）、２−（２−ピリジル）−３−ピリジノラトリチウム（略称：ＬｉＰＰｙ）、４−フェニル−２−（２−ピリジル）フェノラトリチウム（略称：ＬｉＰＰＰ）、リチウム酸化物（ＬｉＯｘ）、または炭酸セシウム等のような、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはこれらの化合物を用いることができる。
または、上述の電子注入層としては、電子輸送性を有する材料を用いてもよい。たとえば、非共有電子対を備え、電子不足型複素芳香環を有する化合物を、電子輸送性を有する材料に用いることができる。具体的には、ピリジン環、ジアジン環（ピリミジン環、ピラジン環、またはピリダジン環）、およびトリアジン環の少なくとも一つを有する化合物を用いることができる。
なお、非共有電子対を備える有機化合物の最低空軌道（ＬＵＭＯ：Ｌｏｗｅｓｔ　Ｕｎｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）準位が、−３．６ｅＶ以上−２．３ｅＶ以下であると好ましい。また、一般に、たとえば、ＣＶ（サイクリックボルタンメトリ）、光電子分光法、光吸収分光法、または逆光電子分光法等により、有機化合物の最高被占有軌道（ＨＯＭＯ：ｈｉｇｈｅｓｔ　ｏｃｃｕｐｉｅｄ　Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｏｒｂｉｔａｌ）準位およびＬＵＭＯ準位を見積もることができる。
たとえば、４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（略称：ＢＰｈｅｎ）、２，９−ジ（ナフタレン−２−イル）−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリン（略称：ＮＢＰｈｅｎ）、ジキノキサリノ［２，３−ａ：２’，３’−ｃ］フェナジン（略称：ＨＡＴＮＡ）、または、２，４，６−トリス［３’−（ピリジン−３−イル）ビフェニル−３−イル］−１，３，５−トリアジン（略称：ＴｍＰＰＰｙＴｚ）、等を、非共有電子対を備える有機化合物に用いることができる。なお、ＮＢＰｈｅｎは、ＢＰｈｅｎと比較して、高いガラス転移点（Ｔｇ）を備え、耐熱性に優れる。
発光層は、発光物質を含む層である。発光層は、１種または複数種の発光物質を有することができる。発光物質としては、たとえば、青色、紫色、青紫色、緑色、黄緑色、黄色、橙色、または赤色等の色の光を発する物質を適宜用いる。また、発光物質として、近赤外光を発する物質を用いることもできる。
発光物質としては、たとえば、蛍光材料、燐光材料、ＴＡＤＦ材料、または量子ドット材料等が挙げられる。
蛍光材料としては、たとえば、ピレン誘導体、アントラセン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、カルバゾール誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、キノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、フェナントレン誘導体、またはナフタレン誘導体等が挙げられる。
燐光材料としては、たとえば、４Ｈ−トリアゾール骨格、１Ｈ−トリアゾール骨格、イミダゾール骨格、ピリミジン骨格、ピラジン骨格、またはピリジン骨格を有する有機金属錯体（特にイリジウム錯体）、電子吸引基を有するフェニルピリジン誘導体を配位子とする有機金属錯体（特にイリジウム錯体）、白金錯体、または、希土類金属錯体、等が挙げられる。
発光層は、発光物質（ゲスト材料）に加えて、１種または複数種の有機化合物（例えば、ホスト材料、またはアシスト材料等）を有していてもよい。１種または複数種の有機化合物としては、正孔輸送性材料および電子輸送性材料の、一方または双方を用いることができる。また、１種または複数種の有機化合物として、バイポーラ性材料、またはＴＡＤＦ材料を用いてもよい。
発光層は、たとえば、燐光材料と、励起錯体を形成しやすい組み合わせである正孔輸送性材料および電子輸送性材料と、を有することが好ましい。このような構成とすることにより、励起錯体から発光物質（燐光材料）へのエネルギー移動であるＥｘＴＥＴ（Ｅｘｃｉｐｌｅｘ−Ｔｒｉｐｌｅｔ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ）を用いた発光を効率よく得ることができる。発光物質の最も低エネルギー側の吸収帯の波長と重なるような光を発する励起錯体を形成するような組み合わせを選択することで、エネルギー移動がスムーズとなり、効率よく発光を得ることができる。この構成により、発光素子の高効率、低電圧駆動、および長寿命を同時に実現できる。
励起錯体を形成する材料の組み合わせとしては、正孔輸送性材料のＨＯＭＯ準位（最高被占有軌道準位）が電子輸送性材料のＨＯＭＯ準位以上の値であると好ましい。正孔輸送性材料のＬＵＭＯ準位（最低空軌道準位）が電子輸送性材料のＬＵＭＯ準位以上の値であると好ましい。材料のＬＵＭＯ準位およびＨＯＭＯ準位は、サイクリックボルタンメトリ（ＣＶ）測定によって測定される材料の電気化学特性（還元電位および酸化電位）から導出することができる。
励起錯体の形成は、たとえば正孔輸送性材料の発光スペクトル、電子輸送性材料の発光スペクトル、およびこれら材料を混合した混合膜の発光スペクトルを比較し、混合膜の発光スペクトルが、各材料の発光スペクトルよりも長波長シフトする（または長波長側に新たなピークを持つ）現象を観測することにより確認することができる。または、正孔輸送性材料の過渡フォトルミネッセンス（ＰＬ）、電子輸送性材料の過渡ＰＬ、およびこれら材料を混合した混合膜の過渡ＰＬを比較し、混合膜の過渡ＰＬ寿命が、例えば、各材料の過渡ＰＬ寿命よりも長寿命成分を有する、または遅延成分の割合が大きくなる等の過渡応答の違いを観測することにより、確認することができる。また、上述の過渡ＰＬは過渡エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）と読み替えても構わない。すなわち、正孔輸送性材料の過渡ＥＬ、電子輸送性を有する材料の過渡ＥＬ、およびこれらの混合膜の過渡ＥＬを比較し、過渡応答の違いを観測することによっても、励起錯体の形成を確認することができる。
発光素子６１Ｒが有する発光層８７Ｒは、少なくとも赤色の波長域に強度を有する光を発する発光性の有機化合物を有する。発光素子６１Ｇが有する発光層８７Ｇは、少なくとも緑色の波長域に強度を有する光を発する発光性の有機化合物を有する。発光素子６１Ｂが有する発光層８７Ｂは、少なくとも青色の波長域に強度を有する光を発する発光性の有機化合物を有する。発光素子６１ＩＲが有する発光層８７ＩＲは、少なくとも赤外光の波長領域に強度を有する光を発する発光性の有機化合物を有する。受光素子６２が有する受光層９０は、たとえば赤外光の波長域に検出感度を有する有機化合物を有する。
画素電極８４および共通電極８１のいずれか一方に可視光に対して透光性を有する導電膜を用い、他方に反射性を有する導電膜を用いる。画素電極８４を透光性、共通電極８１を反射性とすることで、表示装置７０を下面射出型（ボトムエミッション型）の表示装置とすることができる。一方、画素電極８４を反射性、共通電極８１を透光性とすることで、表示装置７０を上面射出型（トップエミッション型）の表示装置とすることができる。なお、画素電極８４および共通電極８１の双方を透光性とすることで、表示装置７０を両面射出型（デュアルエミッション型）の表示装置とすることもできる。
また、発光素子６１は、微小光共振器（マイクロキャビティ）構造を有することが好ましい。これにより、発光層８７が発する光を画素電極８４と共通電極８１の間で共振させ、発光素子６１から射出される光を強めることができる。
発光素子６１がマイクロキャビティ構造を有する場合、共通電極８１または画素電極８４の一方は、透光性と反射性の両方を有する電極（半透過・半反射電極）とし、共通電極８１または画素電極８４の他方は、反射性を有する電極（反射電極）とすることが好ましい。
または、最も波長の長い光を発する発光素子６１ＩＲの発光層８７ＩＲを最も厚く、次に波長の長い光を発する発光素子６１Ｒの発光層８７Ｒを次に厚く、次に波長の長い光を発する発光素子６１Ｇの発光層８７Ｇを次に厚く、最も波長の短い光を発する発光素子６１Ｂの発光層８７Ｂを最も薄くすることで、発光素子６１はマイクロキャビティ構造を有することができる。なお、これに限られず、たとえば、各発光素子が発する光の波長、発光素子を構成する層の光学特性、および発光素子の電気特性等を考慮して、各発光層の厚さを調整することができる。
透明電極の光の透過率は、４０％以上とする。たとえば、発光素子６１には、可視光（波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光）の透過率が４０％以上である電極を用いることが好ましい。また、半透過・半反射電極の可視光の反射率は、１０％以上９５％以下、好ましくは３０％以上８０％以下とする。反射電極の可視光の反射率は、４０％以上１００％以下、好ましくは７０％以上１００％以下とする。また、これらの電極の抵抗率は、１×１０−２Ωｃｍ以下が好ましい。なお、表示装置に、近赤外光を発する発光素子を用いる場合、これらの電極の近赤外光（波長７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の光）の透過率および反射率も上記数値範囲であることが好ましい。
画素電極８４Ｒの端部、画素電極８４Ｇの端部、画素電極８４Ｂの端部、画素電極８４ＩＲの端部、および画素電極８４ＰＤの端部を覆って、絶縁層９２が設けられる。絶縁層９２の端部は、テーパー形状であることが好ましい。なお、絶縁層９２は不要であれば設けなくてもよい。
たとえば正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、正孔注入層８５ＩＲ、および正孔輸送層８６ＰＤは、それぞれ画素電極８４の上面に接する領域と、絶縁層９２の表面に接する領域と、を有する。また、正孔注入層８５Ｒの端部、正孔注入層８５Ｇの端部、正孔注入層８５Ｂの端部、正孔注入層８５ＩＲの端部、および正孔輸送層８６ＰＤの端部は、絶縁層９２上に位置する。
図２０Ａに示すように、異なる色の光を発する発光素子６１間において、たとえば２つの発光層８７の間に隙間が設けられる。このように、たとえば発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂが、互いに接しないように設けられることが好ましい。これにより、隣接する２つの発光層８７を介して電流が流れ、意図しない発光が生じることを好適に防ぐことができる。そのため、表示装置７０のコントラストを高めることができ、よって表示装置７０の表示品位を高めることができる。
共通電極８１上には、保護層９１が設けられる。保護層９１は、上方から各発光素子に、たとえば水等の不純物が拡散することを防ぐ機能を有する。
保護層９１としては、たとえば、少なくとも無機絶縁膜を含む単層構造または積層構造とすることができる。無機絶縁膜としては、たとえば、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、もしくは酸化ハフニウム膜等の、酸化物膜または窒化物膜が挙げられる。または、保護層９１として、たとえば、インジウムガリウム酸化物、またはインジウムガリウム亜鉛酸化物等の半導体材料を用いてもよい。
本明細書等において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を示す。また、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を示す。
また、保護層９１として、無機絶縁膜と、有機絶縁膜の積層膜を用いることもできる。たとえば、一対の無機絶縁膜の間に、有機絶縁膜を挟んだ構成とすることが好ましい。さらに有機絶縁膜が平坦化膜として機能することが好ましい。これにより、有機絶縁膜の上面を平坦なものとすることができるため、その上の無機絶縁膜の被覆性が向上し、バリア性を高めることができる。また、保護層９１の上面が平坦となるため、保護層９１の上方に構造物（たとえばカラーフィルタ、タッチセンサの電極、またはレンズアレイ等）を設ける場合に、下方の構造に起因する凹凸形状の影響を軽減できるため好ましい。
図２０Ｃには、Ｙ方向における表示装置７０の断面構成例を示しており、具体的には発光素子６１Ｒ、および受光素子６２の断面構成例を示している。なお、発光素子６１Ｇ、発光素子６１Ｂ、および発光素子６１ＩＲも、発光素子６１Ｒと同様にＹ方向に配列することができる。
図２０Ｄには、接続電極８２と共通電極８１とが電気的に接続する接続部９３を示している。接続部９３では、接続電極８２上に共通電極８１が接して設けられ、共通電極８１を覆って保護層９１が設けられる。また、接続電極８２の端部を覆って絶縁層９２が設けられる。
図２０Ａ乃至図２０Ｃには、画素電極８４Ｒの端部、画素電極８４Ｇの端部、画素電極８４Ｂの端部、および画素電極８４ＰＤの端部を覆って、絶縁層９２が設けられる構成を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。図２０Ｅに示すように、絶縁層９２を設けなくてもよい。
また、隣り合う発光素子６１の間の領域、および、隣り合う発光素子６１と受光素子６２との間の領域に、絶縁層を設けてもよい。図２０Ｅは、図１８Ｂ中の一点鎖線Ａ１−Ａ２に対応する断面図である。図２０Ｅでは、当該領域に、絶縁層９４と、絶縁層９６とが設けられている。
画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、画素電極８４Ｂ、正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、正孔輸送層８６Ｒ、正孔輸送層８６Ｇ、正孔輸送層８６Ｂ、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、発光層８７Ｂ、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、および電子輸送層８８Ｂの側面は、それぞれ、絶縁層９４および絶縁層９６によって覆われている。電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、電子輸送層８８Ｂ、絶縁層９４、および絶縁層９６上に、共通層８９が設けられ、共通層８９上に共通電極８１が設けられている。
上記構成にすることで、共通層８９（または共通電極８１）が、画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、画素電極８４Ｂ、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂのいずれかの側面と接することを抑制し、発光素子のショート（電気的な短絡）を抑制することができる。
絶縁層９４は、少なくとも画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、および画素電極８４Ｂの側面を覆うことが好ましい。さらに、絶縁層９４は、正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、正孔輸送層８６Ｒ、正孔輸送層８６Ｇ、正孔輸送層８６Ｂ、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、発光層８７Ｂ、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、および電子輸送層８８Ｂの側面を覆うことが好ましい。絶縁層９４は、画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、画素電極８４Ｂ、正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、正孔輸送層８６Ｒ、正孔輸送層８６Ｇ、正孔輸送層８６Ｂ、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、発光層８７Ｂ、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、および電子輸送層８８Ｂのそれぞれの側面と接する構成とすることができる。
絶縁層９６は、絶縁層９４に形成された凹部を充填するように、絶縁層９４上に設けられる。絶縁層９６は、絶縁層９４を介して、画素電極８４Ｒ、画素電極８４Ｇ、画素電極８４Ｂ、正孔注入層８５Ｒ、正孔注入層８５Ｇ、正孔注入層８５Ｂ、正孔輸送層８６Ｒ、正孔輸送層８６Ｇ、正孔輸送層８６Ｂ、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、発光層８７Ｂ、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、および電子輸送層８８Ｂのそれぞれの側面と重なる構成とすることができる。
なお、絶縁層９４および絶縁層９６の、いずれか一方を設けなくてもよい。絶縁層９４を設けない場合、絶縁層９６は、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂのそれぞれの側面と接する構成とすることができる。また、表示装置は、画素電極の端部を覆う絶縁層を有していてもよい。この場合、当該絶縁層上に、絶縁層９４および絶縁層９６の、一方または双方が設けられていてもよい。
共通層８９および共通電極８１は、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、電子輸送層８８Ｂ、絶縁層９４、および絶縁層９６上に設けられる。絶縁層９４および絶縁層９６を設ける前の段階では、画素電極および発光層が設けられる領域と、画素電極および発光層が設けられない領域（発光素子間の領域）と、に起因する段差が生じている。本発明の一態様の表示装置は、絶縁層９４および絶縁層９６を有することで、当該段差を平坦化させることができ、共通層８９および共通電極８１の被覆性を向上させることができる。したがって、段切れによる接続不良を抑制することができる。または、段差によって共通電極８１が局所的に薄膜化して電気抵抗が上昇することを抑制することができる。
共通層８９および共通電極８１の形成面の平坦性を向上させるために、絶縁層９４の上面および絶縁層９６の上面の高さは、それぞれ、電子輸送層８８Ｒ、電子輸送層８８Ｇ、および電子輸送層８８Ｂの少なくとも一つの上面の高さと、一致または概略一致することが好ましい。また、絶縁層９６の上面は、平坦な形状を有することが好ましいが、凸部または凹部を有していてもよい。
絶縁層９４は、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面と接する領域を有し、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの保護絶縁層として機能する。絶縁層９４を設けることで、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面から内部へ不純物（例えば酸素または水分等）が侵入することを抑制でき、信頼性の高い表示装置とすることができる。
断面視において発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面と接する領域における、絶縁層９４の幅（厚さ）が大きいと、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの間隔が大きくなり、開口率が低くなってしまう場合がある。また、断面視において、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面と接する領域における、絶縁層９４の幅（厚さ）が小さいと、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面から内部へ不純物が侵入することを抑制する効果が小さくなってしまう場合がある。断面視において発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂの側面と接する領域における、絶縁層９４の幅（厚さ）は、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、さらには３ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、さらには１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下が好ましく、さらには１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下が好ましい。絶縁層９４の幅（厚さ）を前述の範囲とすることで、高い開口率を有し、かつ信頼性の高い表示装置とすることができる。
絶縁層９４は、無機材料を有する絶縁層とすることができる。絶縁層９４には、たとえば、酸化絶縁膜、窒化絶縁膜、酸化窒化絶縁膜、および窒化酸化絶縁膜等の無機絶縁膜を用いることができる。絶縁層９４は単層構造であってもよく積層構造であってもよい。酸化絶縁膜としては、たとえば、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化マグネシウム膜、インジウムガリウム亜鉛酸化物膜、酸化ガリウム膜、酸化ゲルマニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ランタン膜、酸化ネオジム膜、酸化ハフニウム膜、および酸化タンタル膜等が挙げられる。窒化絶縁膜としては、たとえば、窒化シリコン膜および窒化アルミニウム膜等が挙げられる。酸化窒化絶縁膜としては、たとえば、酸化窒化シリコン膜、および酸化窒化アルミニウム膜等が挙げられる。窒化酸化絶縁膜としては、たとえば、窒化酸化シリコン膜、および窒化酸化アルミニウム膜等が挙げられる。特に、酸化アルミニウムは、エッチングにおいて、発光層との選択比が高く、後述する絶縁層９６の形成において、発光層を保護する機能を有するため、好ましい。特にＡＬＤ法により形成した、たとえば、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、および酸化シリコン膜等の無機絶縁膜を絶縁層９４に適用することで、ピンホールが少なく、発光層を保護する機能に優れた絶縁層９４を形成することができる。
なお、本明細書等において、酸化窒化物とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。たとえば、酸化窒化シリコンと記載した場合は、その組成として窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化シリコンと記載した場合は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を示す。
絶縁層９４の形成は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＰＬＤ法、ＡＬＤ法等を用いることができる。絶縁層９４は、被覆性が良好なＡＬＤ法を用いて形成することが好ましい。
絶縁層９４上に設けられる絶縁層９６は、隣接する発光デバイス間に形成された絶縁層９４の凹部を平坦化する機能を有する。換言すると、絶縁層９６を有することで共通電極８１の形成面の平坦性を向上させる効果を奏する。絶縁層９６としては、有機材料を有する絶縁層を好適に用いることができる。絶縁層９６として、たとえば、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シリコーン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、およびこれら樹脂の前駆体等を適用することができる。また、絶縁層９６として、たとえば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリグリセリン、プルラン、水溶性のセルロース、またはアルコール可溶性のポリアミド樹脂等の有機材料を用いることができる。また、絶縁層９６として、感光性の樹脂（有機樹脂とも記す）を用いることができる。感光性の樹脂としてはフォトレジストを用いてもよい。感光性の樹脂は、ポジ型の材料、またはネガ型の材料を用いることができる。
絶縁層９６の上面の高さと、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂのいずれかの上面の高さとの差が、たとえば、絶縁層９６の厚さの０．５倍以下が好ましく、０．３倍以下がより好ましい。また、たとえば、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂのいずれかの上面が絶縁層９６の上面よりも高くなるように、絶縁層９６を設けてもよい。また、たとえば、絶縁層９６の上面が、発光層８７Ｒ、発光層８７Ｇ、および発光層８７Ｂのいずれかの上面よりも高くなるように、絶縁層９６を設けてもよい。
表示装置７０では、画素８０が、発光素子６１Ｒを有する副画素、発光素子６１Ｇを有する副画素、発光素子６１Ｂを有する副画素、発光素子６１ＩＲを有する副画素、および受光素子６２を有する副画素、で構成されているが、本発明の一態様はこれに限られない。たとえば図１８Ａ等に示す表示装置７０とは異なる表示装置を、図２１Ａ、図２１Ｂ、図２２Ａ、図２２Ｂ、図２３Ａ、および図２３Ｂに示す。
図２１Ａに示す表示装置７０は、画素８０が、発光素子６１Ｒを有する副画素、発光素子６１Ｇを有する副画素、発光素子６１Ｂを有する副画素、および受光素子６２を有する副画素、で構成されている点が、図１８Ａに示す表示装置７０と異なる。このとき、発光素子６１ＩＲは、表示領域９５と接続電極８２との間に設けるとよい。または、図２１Ｂに示すように、発光素子６１ＩＲは、表示領域９５および接続電極８２の外周に設けてもよい。そうすることで、表示装置７０における受光素子６２の占有面積より広くでき、受光素子６２による光の検出感度を高めることができる。
図２１Ａに示す表示装置７０において、発光素子６１ＩＲは、表示領域９５の外周に沿って設けることができる。たとえば、表示領域９５の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、表示領域９５の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、表示領域９５の上面形状が長方形である場合には、上面視における発光素子６１ＩＲの配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。
図２１Ｂに示す表示装置７０において、発光素子６１ＩＲは、接続電極８２の外周に沿って設けることができる。たとえば、接続電極８２の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、接続電極８２の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、接続電極８２の上面形状が長方形である場合には、上面視における発光素子６１ＩＲの配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。
また、図２１Ａ、および図２１Ｂでは、発光素子６１ＩＲのＹ方向の幅が、画素８０のＹ方向の幅と略同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。発光素子６１ＩＲのＹ方向の幅は、画素８０のＹ方向の幅より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、図２１Ａ、および図２１Ｂでは、Ｙ方向において、発光素子６１ＩＲの数が、画素８０の数と同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｙ方向における、発光素子６１ＩＲの数は、画素８０の数と異ならせてもよく、１つまたは複数であってもよい。また、図２１Ａ、および図２１Ｂでは、Ｘ方向において、発光素子６１ＩＲを１つ有する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｘ方向における、発光素子６１ＩＲの数は、複数であってもよい。
図２２Ａに示す表示装置７０は、画素８０が、発光素子６１Ｒを有する副画素、発光素子６１Ｇを有する副画素、発光素子６１Ｂを有する副画素、および発光素子６１ＩＲを有する副画素、で構成されている点が、図１８Ａに示す表示装置７０と異なる。このとき、受光素子６２は、表示領域９５と接続電極８２との間に設けるとよい。または、図２２Ｂに示すように、受光素子６２は、表示領域９５および接続電極８２の外周に設けてもよい。そうすることで、表示装置７０における受光素子６２の占有面積より広くでき、受光素子６２による光の検出感度を高めることができる。
図２２Ａに示す表示装置７０において、受光素子６２は、表示領域９５の外周に沿って設けることができる。たとえば、表示領域９５の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、表示領域９５の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、表示領域９５の上面形状が長方形である場合には、上面視における受光素子６２の配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。
図２２Ｂに示す表示装置７０において、受光素子６２は、接続電極８２の外周に沿って設けることができる。たとえば、接続電極８２の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、接続電極８２の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、接続電極８２の上面形状が長方形である場合には、上面視における受光素子６２の配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。
また、図２２Ａ、および図２２Ｂでは、受光素子６２のＹ方向の幅が、画素８０のＹ方向の幅と略同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。受光素子６２のＹ方向の幅は、画素８０のＹ方向の幅より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、図２２Ａ、および図２２Ｂでは、Ｙ方向において、受光素子６２の数が、画素８０の数と同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｙ方向における、受光素子６２の数は、画素８０の数と異ならせてもよく、１つまたは複数であってもよい。また、図２２Ａ、および図２２Ｂでは、Ｘ方向において、受光素子６２を１つ有する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｘ方向における、受光素子６２の数は、複数であってもよい。
図２３Ａに示す表示装置７０は、画素８０が、発光素子６１Ｒを有する副画素、発光素子６１Ｇを有する副画素、および発光素子６１Ｂを有する副画素、で構成されている点が、図１８Ａに示す表示装置７０と異なる。このとき、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、表示領域９５と接続電極８２との間に設けるとよい。または、図２３Ｂに示すように、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、表示領域９５および接続電極８２の外周に設けてもよい。そうすることで、発光素子６１Ｒ、発光素子６１Ｇ、および発光素子６１ＢのＹ方向の長さを長くすることができるため、画素８０が射出する光の輝度を高くすることができる。
図２３Ａに示す表示装置７０において、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、表示領域９５の外周に沿って設けることができる。たとえば、表示領域９５の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、表示領域９５の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、表示領域９５の上面形状が長方形である場合には、上面視における、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。また、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの配列は異ならせてもよい。たとえば、上面視における発光素子６１ＩＲを、表示領域９５の互いに向かい合う２辺に配置し、上面視における受光素子６２を、上記２辺と別の２辺に配置してもよい。
図２３Ｂに示す表示装置７０において、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２は、接続電極８２の外周に沿って設けることができる。たとえば、接続電極８２の外周の一辺に沿って設けられていてもよいし、接続電極８２の外周の２辺以上にわたって設けられていてもよい。すなわち、接続電極８２の上面形状が長方形である場合には、上面視における、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの配列は、たとえば、帯状、Ｌ字状、コの字状（角括弧状）、または四角形等とすることができる。また、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの配列は異ならせてもよい。たとえば、上面視における発光素子６１ＩＲを、接続電極８２の互いに向かい合う２辺に配置し、上面視における受光素子６２を、上記２辺と別の２辺に配置してもよい。
また、図２３Ａ、および図２３Ｂでは、発光素子６１ＩＲのＹ方向の幅および受光素子６２のＹ方向の幅の和が、画素８０のＹ方向の幅と略同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれのＹ方向の幅は、画素８０のＹ方向の幅より大きくてもよいし、小さくてもよい。また、図２３Ａ、および図２３Ｂでは、Ｙ方向において、発光素子６１ＩＲの数と、受光素子６２の数と、画素８０の数とが同じである例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｙ方向における、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの数は、画素８０の数と異ならせてもよく、１つまたは複数であってもよい。また、Ｙ方向における、発光素子６１ＩＲの数と、受光素子６２の数とは、異ならせてもよい。また、図２３Ａ、および図２３Ｂでは、Ｘ方向において、発光素子６１ＩＲおよび受光素子６２を１つ有する例を示しているが、本発明の一態様はこれに限られない。Ｘ方向における、発光素子６１ＩＲ、および受光素子６２それぞれの数は、複数であってもよい。
＜発光素子の構成例＞
図２４Ａに示すように、発光素子は、一対の電極（電極６７２、および電極６８８）の間に、ＥＬ層６８６を有する。ＥＬ層６８６は、たとえば、層４４２０、発光層４４１１、および層４４３０等の複数の層で構成することができる。層４４２０は、たとえば電子注入性の高い物質を含む層（電子注入層）および電子輸送性の高い物質を含む層（電子輸送層）等を有することができる。発光層４４１１は、たとえば発光性の化合物を有する。層４４３０は、たとえば正孔注入性の高い物質を含む層（正孔注入層）および正孔輸送性の高い物質を含む層（正孔輸送層）を有することができる。
一対の電極間に設けられた層４４２０、発光層４４１１および層４４３０を有する構成は単一の発光ユニットとして機能することができ、本明細書等では図２４Ａの構成をシングル構造と呼ぶ。
また、図２４Ｂは、図２４Ａに示す発光素子が有するＥＬ層６８６の変形例である。具体的には、図２４Ｂに示す発光素子は、電極６７２上の層４４３０−１と、層４４３０−１上の層４４３０−２と、層４４３０−２上の発光層４４１１と、発光層４４１１上の層４４２０−１と、層４４２０−１上の層４４２０−２と、層４４２０−２上の電極６８８と、を有する。たとえば、電極６７２を陽極とし、電極６８８を陰極とした場合、層４４３０−１が正孔注入層として機能し、層４４３０−２が正孔輸送層として機能し、層４４２０−１が電子輸送層として機能し、層４４２０−２が電子注入層として機能する。または、電極６７２を陰極とし、電極６８８を陽極とした場合、層４４３０−１が電子注入層として機能し、層４４３０−２が電子輸送層として機能し、層４４２０−１が正孔輸送層として機能し、層４４２０−２が正孔注入層として機能する。このような層構造とすることで、発光層４４１１に効率よくキャリアを注入し、発光層４４１１内におけるキャリアの再結合の効率を高めることが可能となる。
なお、図２４Ｃに示すように層４４２０と層４４３０との間に複数の発光層（発光層４４１１、発光層４４１２、および発光層４４１３）が設けられる構成もシングル構造のバリエーションである。
また、図２４Ｄに示すように、複数の発光ユニット（ＥＬ層６８６ａ、およびＥＬ層６８６ｂ）が中間層（電荷発生層）４４４０を介して直列に接続された構成を本明細書等ではタンデム構造と呼ぶ。なお、本明細書等においては、図２４Ｄに示すような構成をタンデム構造として呼称するが、これに限定されず、たとえば、タンデム構造をスタック構造と呼んでもよい。なお、タンデム構造とすることで、高輝度発光が可能な発光素子とすることができる。
なお、図２４Ｃ、および図２４Ｄにおいても、図２４Ｂに示すように、層４４２０と、層４４３０とは、２層以上の層からなる積層構造としてもよい。
また、発光素子ごとに、発光色（ここでは青（Ｂ）、緑（Ｇ）、および赤（Ｒ））を作り分ける構造をＳＢＳ（Ｓｉｄｅ　Ｂｙ　Ｓｉｄｅ）構造と呼ぶ場合がある。
また、上述のシングル構造、およびタンデム構造と、ＳＢＳ構造と、を比較した場合、ＳＢＳ構造、タンデム構造、およびシングル構造の順で消費電力を低くすることができる。消費電力を低く抑えたい場合は、ＳＢＳ構造を用いると好適である。一方で、シングル構造、およびタンデム構造は、製造プロセスがＳＢＳ構造よりも簡単であるため、製造コストを低くすることができる、または製造歩留まりを高くすることができるため、好適である。
発光素子の発光色は、ＥＬ層６８６を構成する材料によって、たとえば、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄、または白等とすることができる。また、発光素子にマイクロキャビティ構造を付与することにより色純度をさらに高めることができる。
白色の光を発する発光素子は、発光層に２種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。２種類の発光物質を用いて白色発光を得る場合、２種類の発光物質の各々が発する光の色が、補色の関係となるような発光物質を選択すればよい。たとえば、第１の発光物質の発光色と第２の発光物質の発光色とを補色の関係になるようにすることで、発光素子全体として白色発光する発光素子を得ることができる。また、３種類以上の発光物質を用いて白色発光を得る場合、３種類以上の発光物質のそれぞれが発する光の色が合わさることで、発光素子全体として白色発光することができる発光素子とすればよい。
発光層は、たとえば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）、またはＯ（橙）等の発光を示す発光物質を２以上含むことが好ましい。または、発光物質を２以上有し、それぞれの発光物質の発光は、Ｒ、Ｇ、およびＢのうち、２以上の色のスペクトル成分を含むことが好ましい。
＜発光素子および受光素子の構成例＞
本発明の一態様の表示装置は、発光素子が形成されている基板とは反対方向に光を射出するトップエミッション型である。本実施の形態では、トップエミッション型の発光素子および受光素子を備えた表示装置を例に挙げて説明する。
なお、本明細書等において、特に説明のない限り、要素（たとえば、発光素子、または発光層等）を複数有する構成を説明する場合であっても、各々の要素に共通する事項を説明する場合には、アルファベットを省略して説明する。たとえば、発光層３８３Ｒおよび発光層３８３Ｇ等に共通する事項を説明する場合に、発光層３８３と記す場合がある。
図２５に示す表示装置３８０Ａは、受光素子３７０ＰＤ、赤色（Ｒ）の光を発する発光素子３７０Ｒ、緑色（Ｇ）の光を発する発光素子３７０Ｇ、青色（Ｂ）の光を発する発光素子３７０Ｂ、および、赤外光（ＩＲ）を発する発光素子３７０ＩＲ、を有する。
各発光素子は、画素電極３７１、正孔注入層３８１、正孔輸送層３８２、発光層、電子輸送層３８４、電子注入層３８５、および共通電極３７５をこの順で積層して有する。発光素子３７０Ｒは、発光層３８３Ｒを有し、発光素子３７０Ｇは、発光層３８３Ｇを有し、発光素子３７０Ｂは、発光層３８３Ｂを有し、発光素子３７０ＩＲは、発光層３８３ＩＲを有する。発光層３８３Ｒは、赤色の光を発する発光物質を有し、発光層３８３Ｇは、緑色の光を発する発光物質を有し、発光層３８３Ｂは、青色の光を発する発光物質を有し、発光層３８３ＩＲは、赤外光を発する発光物質を有する。
発光素子は、画素電極３７１と共通電極３７５との間に電圧を印加することで、共通電極３７５側に光を射出する電界発光素子である。
受光素子３７０ＰＤは、画素電極３７１、正孔注入層３８１、正孔輸送層３８２、活性層３７３、電子輸送層３８４、電子注入層３８５、および共通電極３７５をこの順で積層して有する。
受光素子３７０ＰＤは、表示装置３８０Ａの外部から入射される光を受光し、電気信号に変換する、光電変換素子である。
本実施の形態では、発光素子および受光素子のいずれにおいても、画素電極３７１が陽極として機能し、共通電極３７５が陰極として機能するものとして説明する。つまり、受光素子は、画素電極３７１と共通電極３７５との間に逆バイアスをかけて駆動することで、受光素子に入射する光を検出し、電荷を発生させ、電流として取り出すことができる。
本実施の形態の表示装置では、受光素子３７０ＰＤの活性層３７３に有機化合物を用いる。受光素子３７０ＰＤは、活性層３７３以外の層を、発光素子と共通の構成にすることができる。そのため、発光素子の作製工程に、活性層３７３を成膜する工程を追加するのみで、発光素子の形成と並行して受光素子３７０ＰＤを形成することができる。また、発光素子と受光素子３７０ＰＤとを同一基板上に形成することができる。したがって、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光素子３７０ＰＤを内蔵することができる。
表示装置３８０Ａでは、受光素子３７０ＰＤの活性層３７３と、発光素子の発光層３８３と、を作り分ける以外は、受光素子３７０ＰＤと発光素子とが共通の構成である例を示す。ただし、受光素子３７０ＰＤと発光素子との構成はこれに限定されない。受光素子３７０ＰＤと発光素子とは、活性層３７３と発光層３８３とのほかにも、互いに作り分ける層を有していてもよい。受光素子３７０ＰＤと発光素子とは、共通で用いられる層（共通層）を１層以上有することが好ましい。これにより、作製工程を大幅に増やすことなく、表示装置に受光素子３７０ＰＤを内蔵することができる。
画素電極３７１と共通電極３７５のうち、光を取り出す側の電極には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
本実施の形態の表示装置が有する発光素子には、微小光共振器（マイクロキャビティ）構造が適用されていることが好ましい。したがって、発光素子が有する一対の電極の一方は、可視光に対する透過性および反射性を有する電極（半透過・半反射電極）を有することが好ましく、他方は、可視光に対する反射性を有する電極（反射電極）を有することが好ましい。発光素子がマイクロキャビティ構造を有することで、発光層から得られる発光を両電極間で共振させ、発光素子から射出される光を強めることができる。
透明電極の光の透過率は、４０％以上とする。たとえば、発光素子には、可視光（波長４００ｎｍ以上７５０ｎｍ未満の光）の透過率が４０％以上である電極を用いることが好ましい。半透過・半反射電極の可視光の反射率は、１０％以上９５％以下、好ましくは３０％以上８０％以下とする。反射電極の可視光の反射率は、４０％以上１００％以下、好ましくは７０％以上１００％以下とする。また、これらの電極の抵抗率は、１×１０−２Ωｃｍ以下が好ましい。なお、発光素子が近赤外光（波長７５０ｎｍ以上１３００ｎｍ以下の光）を発する場合、これらの電極の近赤外光の透過率または反射率は、可視光の透過率または反射率と同様に、上記の数値範囲を満たすことが好ましい。
発光素子は少なくとも発光層３８３を有する。発光素子は、発光層３８３以外の層として、たとえば、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、電子ブロック材料、またはバイポーラ性の物質（電子輸送性および正孔輸送性が高い物質）等を含む層をさらに有していてもよい。
たとえば、発光素子および受光素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、および電子注入層のうち１層以上を共通の構成とすることができる。また、発光素子および受光素子は、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、および電子注入層のうち１層以上を互いに作り分けることができる。
受光素子において、正孔輸送層は、活性層において入射した光に基づき発生した正孔を陽極に輸送する層である。また、受光素子において、電子輸送層は、活性層において入射した光に基づき発生した電子を陰極に輸送する層である。
なお、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、および発光層については、＜発光素子およびその周辺の上面概略図およびその断面模式図＞で説明した内容を参酌することができる。
活性層３７３は、半導体を含む。当該半導体としては、たとえばシリコン等の無機半導体、および、有機化合物を含む有機半導体、が挙げられる。本実施の形態では、活性層３７３が有する半導体として、有機半導体を用いる例を示す。有機半導体を用いることで、発光層３８３と、活性層３７３と、を同じ方法（たとえば、真空蒸着法）で形成することができ、製造装置を共通化できるため好ましい。
活性層３７３が有するｎ型半導体の材料としては、たとえば、フラーレン（たとえばＣ６０、Ｃ７０等）、またはフラーレン誘導体等の、電子受容性の有機半導体材料が挙げられる。フラーレンは、サッカーボールのような形状を有し、当該形状はエネルギー的に安定である。フラーレンは、ＨＯＭＯ準位およびＬＵＭＯ準位の双方が深い（低い）。フラーレンは、ＬＵＭＯ準位が深いため、電子受容性（アクセプター性）が極めて高い。通常、ベンゼンのように、平面にπ電子共役（共鳴）が広がると、電子供与性（ドナー性）が高くなるが、フラーレンは球体形状であるため、π電子共役が大きく広がっているにも関わらず、電子受容性が高くなる。電子受容性が高いと、電荷分離を高速に効率よく起こすため、受光素子として有益である。Ｃ６０、Ｃ７０ともに可視光領域に広い吸収帯を有しており、特にＣ７０はＣ６０に比べてπ電子共役系が大きく、長波長領域にも広い吸収帯を有するため好ましい。そのほか、フラーレン誘導体としては、たとえば、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ７１−ｂｕｔｙｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｍｅｔｈｙｌ　ｅｓｔｅｒ（略称：ＰＣ７０ＢＭ）、［６，６］−Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−ｂｕｔｙｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｍｅｔｈｙｌ　ｅｓｔｅｒ（略称：ＰＣ６０ＢＭ）、または、１’，１’’，４’，４’’−Ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏ−ｄｉ［１，４］ｍｅｔｈａｎｏｎａｐｈｔｈａｌｅｎｏ［１，２：２’，３’，５６，６０：２’’，３’’］［５，６］ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ−Ｃ６０（略称：ＩＣＢＡ）、等が挙げられる。
また、ｎ型半導体の材料としては、たとえば、キノリン骨格を有する金属錯体、ベンゾキノリン骨格を有する金属錯体、オキサゾール骨格を有する金属錯体、チアゾール骨格を有する金属錯体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、オキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、フェナントロリン誘導体、キノリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、キノキサリン誘導体、ジベンゾキノキサリン誘導体、ピリジン誘導体、ビピリジン誘導体、ピリミジン誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、クマリン誘導体、ローダミン誘導体、トリアジン誘導体、またはキノン誘導体等が挙げられる。
活性層３７３が有するｐ型半導体の材料としては、たとえば、銅（ＩＩ）フタロシアニン（Ｃｏｐｐｅｒ（ＩＩ）　ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＣｕＰｃ）、テトラフェニルジベンゾペリフランテン（Ｔｅｔｒａｐｈｅｎｙｌｄｉｂｅｎｚｏｐｅｒｉｆｌａｎｔｈｅｎｅ；ＤＢＰ）、亜鉛フタロシアニン（Ｚｉｎｃ　Ｐｈｔｈａｌｏｃｙａｎｉｎｅ；ＺｎＰｃ）、スズフタロシアニン（ＳｎＰｃ）、またはキナクリドン等の、電子供与性の有機半導体材料が挙げられる。
また、ｐ型半導体の材料としては、たとえば、カルバゾール誘導体、チオフェン誘導体、フラン誘導体、または芳香族アミン骨格を有する化合物等が挙げられる。さらに、ｐ型半導体の材料としては、たとえば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、ピレン誘導体、トリフェニレン誘導体、フルオレン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、インドール誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、インドロカルバゾール誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、キナクリドン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、またはポリチオフェン誘導体等が挙げられる。
電子供与性の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位は、電子受容性の有機半導体材料のＨＯＭＯ準位よりも浅い（高い）ことが好ましい。電子供与性の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位は、電子受容性の有機半導体材料のＬＵＭＯ準位よりも浅い（高い）ことが好ましい。
電子受容性の有機半導体材料として、球状のフラーレンを用い、電子供与性の有機半導体材料として、平面に近い形状の有機半導体材料を用いることが好ましい。似た形状の分子同士は集まりやすい傾向にあり、同種の分子が凝集すると、分子軌道のエネルギー準位が近いため、キャリア輸送性を高めることができる。
たとえば、活性層３７３は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを共蒸着して形成することが好ましい。または、活性層３７３は、ｎ型半導体とｐ型半導体とを積層して形成してもよい。
発光素子および受光素子には低分子化合物および高分子化合物のいずれを用いることもでき、さらに無機化合物を含んでいてもよい。発光素子および受光素子を構成する層は、それぞれ、たとえば、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、または塗布法等の方法で形成することができる。
たとえば、正孔輸送性材料として、たとえばポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／（ポリスチレンスルホン酸）（略称：ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等の高分子化合物、および、たとえば、モリブデン酸化物、またはヨウ化銅（ＣｕＩ）等の無機化合物、を用いることができる。また、電子輸送性材料として、たとえば酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の無機化合物を用いることができる。
また、活性層３７３に、たとえば、ドナーとして機能するＰｏｌｙ［［４，８−ｂｉｓ［５−（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）−２−ｔｈｉｅｎｙｌ］ｂｅｎｚｏ［１，２−ｂ：４，５−ｂ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−２，６−ｄｉｙｌ］−２，５−ｔｈｉｏｐｈｅｎｅｄｉｙｌ［５，７−ｂｉｓ（２−ｅｔｈｙｌｈｅｘｙｌ）−４，８−ｄｉｏｘｏ−４Ｈ，８Ｈ−ｂｅｎｚｏ［１，２−ｃ：４，５−ｃ’］ｄｉｔｈｉｏｐｈｅｎｅ−１，３−ｄｉｙｌ］］ｐｏｌｙｍｅｒ（略称：ＰＢＤＢ−Ｔ）、または、ＰＢＤＢ−Ｔ誘導体、等の高分子化合物を用いることができる。たとえば、ＰＢＤＢ−ＴまたはＰＢＤＢ−Ｔ誘導体にアクセプター材料を分散させる方法等が使用できる。
また活性層３７３には３種類以上の材料を混合させてもよい。たとえば、波長域を拡大する目的で、ｎ型半導体の材料と、ｐ型半導体の材料と、に加えて、第３の材料を混合してもよい。このとき、第３の材料は、低分子化合物でも高分子化合物でもよい。
＜表示装置の構成例＞
図２６は、表示装置７０の構成例を示す断面図である。表示装置７０は、基板３０１にチャネルが形成されるトランジスタ３１０と、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を含むトランジスタ３２０とが積層された構成を有する。
トランジスタ３１０を覆って絶縁層２６１が設けられ、絶縁層２６１上に導電層２５１が設けられる。導電層２５１は、絶縁層２６１に埋め込まれたプラグ２７１によってトランジスタ３１０のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。また導電層２５１を覆って絶縁層２６２が設けられ、絶縁層２６２上に導電層２５２が設けられる。導電層２５１および導電層２５２は、それぞれ配線として機能する。また、導電層２５２を覆って絶縁層２６３および絶縁層３３２が設けられ、絶縁層３３２上にトランジスタ３２０が設けられる。また、トランジスタ３２０を覆って絶縁層２６５が設けられ、絶縁層２６５上に容量２４０が設けられる。容量２４０とトランジスタ３２０とは、プラグ２７４により電気的に接続されている。
トランジスタ３２０は、画素回路を構成するトランジスタ、またはメモリセルを構成するトランジスタとして用いることができる。また、トランジスタ３１０は、メモリセルを構成するトランジスタ、または当該画素回路を駆動するための駆動回路を構成するトランジスタ、または演算回路を構成するトランジスタ、として用いることができる。また、トランジスタ３１０およびトランジスタ３２０は、たとえば演算回路または記憶回路等の各種回路を構成するトランジスタとして用いることができる。
トランジスタ３１０は、基板３０１にチャネル形成領域を有するトランジスタである。基板３０１としては、たとえば単結晶シリコン基板等の半導体基板を用いることができる。トランジスタ３１０は、基板３０１の一部、導電層３１１、低抵抗領域３１２、絶縁層３１３、および絶縁層３１４を有する。導電層３１１は、ゲート電極として機能する。絶縁層３１３は、基板３０１と導電層３１１との間に位置し、ゲート絶縁層として機能する。低抵抗領域３１２は、基板３０１に不純物がドープされた領域であり、ソースまたはドレインの一方として機能する。絶縁層３１４は、導電層３１１の側面を覆って設けられ、絶縁層として機能する。
また、基板３０１に埋め込まれるように、隣接する２つのトランジスタ３１０の間に素子分離層３１５が設けられる。
トランジスタ３２０は、チャネルが形成される半導体層に、金属酸化物（酸化物半導体ともいう）が適用されたトランジスタである。
トランジスタ３２０は、半導体層３２１、絶縁層３２３、導電層３２４、一対の導電層３２５、絶縁層３２６、および導電層３２７を有する。
絶縁層３３２は、基板３０１側からたとえば水または水素等の不純物がトランジスタ３２０に拡散すること、および半導体層３２１から絶縁層３３２側に酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層３３２としては、たとえば酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、または窒化シリコン膜等の、酸化シリコン膜よりも水素または酸素が拡散しにくい膜を用いることができる。
絶縁層３３２上に導電層３２７が設けられ、導電層３２７を覆って絶縁層３２６が設けられる。導電層３２７は、トランジスタ３２０の第２のゲート電極として機能し、絶縁層３２６の一部は、第２のゲート絶縁層として機能する。絶縁層３２６の少なくとも半導体層３２１と接する部分には、たとえば酸化シリコン膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。絶縁層３２６の上面は、平坦化されていることが好ましい。
導電層３２７としては、導電層を単層または２以上積層して用いるとよい。導電層３２７を２層の導電層が積層された構成とする場合、当該２層の導電層のうち、絶縁層３２６に設けられた開口の底面および側壁に接して設けられる導電層は、たとえば水もしくは水素等の不純物、または、酸素、の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。当該導電性材料として、たとえば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウム等が挙げられる。当該構成にすることで、たとえば水または水素等の不純物が、半導体層３２１に拡散することを抑制できる。
絶縁層３２６としては、無機絶縁膜を単層または２以上積層して用いるとよい。絶縁層３２６として無機絶縁膜を２以上積層して用いる場合、絶縁層３２６が有する無機絶縁膜の一つは、たとえば水または水素等の不純物が基板３０１側からトランジスタ３２０に拡散することを防ぐバリア層として機能することが好ましい。当該無機絶縁膜としては、上記絶縁層３２８と同様の絶縁膜を用いることができる。
半導体層３２１は、絶縁層３２６上に設けられる。半導体層３２１は、半導体特性を有する金属酸化物（酸化物半導体ともいう）膜を有することが好ましい。半導体層３２１は、インジウム、元素Ｍ（元素Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ）、亜鉛の少なくとも一を含む金属酸化物を用いることが好ましい。このような金属酸化物をチャネル形成領域に用いたＯＳトランジスタは、オフ電流が非常に低いという特性を有する。よって、画素回路に設けられるトランジスタとしてＯＳトランジスタを用いると、画素回路に書き込まれたアナログデータを長期間保持することができるため好ましい。同様に、メモリセルに用いられるトランジスタとしてＯＳトランジスタを用いると、メモリセルに書き込まれたアナログデータを長期間保持することができるため好ましい。
一対の導電層３２５は、半導体層３２１上に接して設けられ、ソース電極およびドレイン電極として機能する。
また、たとえば、一対の導電層３２５の上面および側面、並びに半導体層３２１の側面等を覆って絶縁層３２８が設けられ、絶縁層３２８上に絶縁層２６４が設けられる。絶縁層３２８は、半導体層３２１に、たとえば絶縁層２６４等から、たとえば水または水素等の不純物が拡散すること、および半導体層３２１から酸素が脱離することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層３２８としては、上記絶縁層３３２と同様の絶縁膜を用いることができる。
絶縁層３２８および絶縁層２６４に、半導体層３２１に達する開口が設けられる。当該開口の内部において、絶縁層２６４、絶縁層３２８、および導電層３２５の側面、並びに半導体層３２１の上面に接する絶縁層３２３と、導電層３２４とが埋め込まれている。導電層３２４は、第１のゲート電極として機能し、絶縁層３２３は第１のゲート絶縁層として機能する。
絶縁層３２３としては、たとえば、酸化シリコン膜、または酸化窒化シリコン膜等の無機絶縁膜を用いることができる。なお、絶縁層３２３は、単層の無機絶縁膜に限られず、無機絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。たとえば、導電層３２４と接する側に、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、または窒化シリコン膜等を、単層または積層して設けてもよい。これにより、導電層３２４の酸化を抑制できる。また、たとえば、絶縁層２６４、絶縁層３２８、および導電層３２５と接する側に、酸化アルミニウム膜、または酸化ハフニウム膜を設けてもよい。これにより、たとえば、半導体層３２１からの酸素の脱離、半導体層３２１への酸素の過剰供給、および、導電層３２５の酸化、等を抑制できる。
導電層３２４の上面、絶縁層３２３の上面、および絶縁層２６４の上面は、それぞれ高さが概略一致するように平坦化処理され、これらを覆って絶縁層３２９および絶縁層２６５が設けられる。
なお、半導体層３２１のチャネル幅方向における側面の外側において、導電層３２７と、導電層３２４とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。当該構成を有することで、第２のゲート電極として機能する導電層３２７の電界と、第１のゲート電極として機能する導電層３２４の電界と、によって、半導体層３２１のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。本明細書等において、第１のゲート電極の電界、および第２のゲート電極の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を、ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ　ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造とよぶ。
なお、本明細書等において、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造のトランジスタとは、一対のゲート電極の一方および他方の電界によって、チャネル形成領域を電気的に取り囲むトランジスタの構造を表す。また、本明細書等で開示するＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造は、Ｆｉｎ型構造およびプレーナ型構造とは異なる。Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を採用することで、短チャネル効果に対する耐性を高める、別言すると短チャネル効果が発生し難いトランジスタとすることができる。
トランジスタ３２０を、ノーマリーオフとして、且つ上記のＳ−Ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、チャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。そのため、トランジスタ３２０をＧＡＡ（Ｇａｔｅ　Ａｌｌ　Ａｒｏｕｎｄ）構造、またはＬＧＡＡ（Ｌａｔｅｒａｌ　Ｇａｔｅ　Ａｌｌ　Ａｒｏｕｎｄ）構造と捉えることもできる。トランジスタ３２０をＳ−Ｃｈａｎｎｅｌ構造、ＧＡＡ構造、またはＬＧＡＡ構造とすることで、半導体層３２１とゲート絶縁膜との、界面または界面近傍に形成されるチャネル形成領域を、半導体層３２１のバルク全体とすることができる。したがって、トランジスタに流れる電流密度を向上させることが可能となるため、トランジスタのオン電流の向上、またはトランジスタの電界効果移動度を高めることができる。
絶縁層２６４および絶縁層２６５は、層間絶縁層として機能する。絶縁層３２９は、トランジスタ３２０に、たとえば絶縁層２６５等から、たとえば水または水素等の不純物が拡散することを防ぐバリア層として機能する。絶縁層３２９としては、上記絶縁層３２８および絶縁層３３２と同様の絶縁膜を用いることができる。
一対の導電層３２５の一方と電気的に接続するプラグ２７４は、絶縁層２６５、絶縁層３２９、絶縁層２６４、および絶縁層３２８に埋め込まれるように設けられる。プラグ２７４は、導電層を、単層または２層以上の積層構造として設ける構成にする。プラグ２７４を２層の導電層が積層された構成とする場合、当該２層の導電層のうち、絶縁層２６５、絶縁層３２９、絶縁層２６４、および絶縁層３２８の、それぞれの開口の側面、および導電層３２５の上面の一部を覆う導電層として、水素および酸素が拡散しにくい導電材料を用いることが好ましい。当該構成とすることで、たとえば絶縁層２６４等から、たとえば水または水素等の不純物が、プラグ２７４を通じて半導体層３２１に混入することを抑制できる。また、絶縁層２６４に含まれる酸素がプラグ２７４に吸収されることを抑制できる。
また、プラグ２７４の側面に接して絶縁層２７５が設けられている。つまり、絶縁層２６５、絶縁層３２９、および絶縁層２６４の開口の内壁に接して絶縁層２７５が設けられ、絶縁層２７５の側面、および導電層３２５の上面の一部に接してプラグ２７４が設けられる構成にしてもよい。なお、絶縁層２７５は設けなくてもよい場合がある。
容量２４０は、導電層２４１と、導電層２４５と、これらの間に位置する絶縁層２４３を有する。導電層２４５は、容量２４０の一方の電極として機能し、導電層２４１は容量２４０の他方の電極として機能し、絶縁層２４３は容量２４０の誘電体として機能する。
導電層２４５は絶縁層２６５上に設けられ、絶縁層２５４に埋め込まれている。導電層２４５は、絶縁層２６５、絶縁層３２９、絶縁層２６４、および絶縁層３２８に埋め込まれたプラグ２７４によってトランジスタ３２０のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。絶縁層２４３は導電層２４５を覆って設けられる。導電層２４１は、絶縁層２４３を介して導電層２４５と重なる領域に設けられる。
容量２４０を覆って、絶縁層２５５が設けられ、絶縁層２５５上に、たとえば、発光素子６１、および受光素子６２等が設けられる。発光素子６１上、および受光素子６２上には保護層９１が設けられており、保護層９１の上面には、樹脂層４１９によって基板４２０が貼り合わされている。基板４２０は、透光性を有する基板を用いることができる。
発光素子６１の画素電極８４、および受光素子６２の画素電極８４ＰＤは、絶縁層２５５および絶縁層２４３に埋め込まれたプラグ２５６、絶縁層２５４に埋め込まれた導電層２４５、ならびに、絶縁層２６５、絶縁層３２９、絶縁層２６４、および絶縁層３２８に埋め込まれたプラグ２７４、によってトランジスタ３２０のソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている。
このような構成とすることで、受光素子および発光素子の直下に、画素回路およびメモリセルを構成するＯＳトランジスタを配置することができるとともに、たとえば駆動回路および演算回路等を配置することができるため、高性能化が図られた表示装置を小型化することが可能となる。
なお、図２６は、表示装置７０において、トランジスタ３１０と、トランジスタ３２０とが積層された構成を示している。なお、表示装置７０の構成はこれに限られず、表示装置７０は、トランジスタ３１０を含み、トランジスタ３２０を含まない構成を有してもよいし、トランジスタ３１０を含まず、トランジスタ３２０を含む構成を有してもよいし、トランジスタ３２０が複数積層された構成を有してもよいし、トランジスタ３１０と、トランジスタ３１０上にトランジスタ３２０が複数積層された構成を有してもよい。
また、基板３０１としてシリコン基板を用いる場合、当該シリコン基板に光電変換層が形成されたフォトダイオードを形成してもよく、当該フォトダイオードを、本発明の一態様の表示装置が有する受光素子として用いることができる。別言すると、本発明の一態様の表示装置が有する受光素子は、シリコン基板に形成されてもよい。このとき、トランジスタ３１０を形成してもよいし、形成しなくてもよい。
本実施の形態で例示した構成例、およびそれらに対応する図面等は、少なくともその一部を他の構成例、または図面等と適宜組み合わせることができる。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書等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４）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る表示装置に用いることができるトランジスタについて説明する。
＜トランジスタの構成例＞
図２７Ａ、図２７Ｂ、および図２７Ｃは、本発明の一態様に係る表示装置に用いることができるトランジスタ５００の上面図および断面図である。本発明の一態様に係る表示装置に、トランジスタ５００を適用できる。
図２７Ａは、トランジスタ５００の上面図である。また、図２７Ｂ、および図２７Ｃは、トランジスタ５００の断面図である。ここで、図２７Ｂは、図２７ＡにＡ１−Ａ２の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ５００のチャネル長方向の断面図でもある。また、図２７Ｃは、図２７ＡにＡ３−Ａ４の一点鎖線で示す部位の断面図であり、トランジスタ５００のチャネル幅方向の断面図でもある。なお、図２７Ａの上面図では、図の明瞭化のために一部の要素を省いている。
図２７に示すように、トランジスタ５００は、基板（図示しない。）の上に配置された金属酸化物５３１ａと、金属酸化物５３１ａの上に配置された金属酸化物５３１ｂと、金属酸化物５３１ｂの上に、互いに離隔して配置された導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂと、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂ上に配置され、導電体５４２ａと導電体５４２ｂとの間に開口が形成された絶縁体５８０と、開口の中に配置された導電体５６０と、金属酸化物５３１ｂ、導電体５４２ａ、導電体５４２ｂ、および絶縁体５８０と、導電体５６０と、の間に配置された絶縁体５５０と、を有する。ここで、図２７Ｂおよび図２７Ｃに示すように、導電体５６０の上面は、絶縁体５５０、および絶縁体５８０の上面と略一致することが好ましい。なお、以下において、金属酸化物５３１ａおよび金属酸化物５３１ｂをまとめて、金属酸化物５３１という場合がある。また、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂをまとめて、導電体５４２という場合がある。
図２７に示すトランジスタ５００では、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂの導電体５６０側の側面が、概略垂直な形状を有している。なお、図２７に示すトランジスタ５００は、これに限られるものではなく、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂの側面と底面がなす角が、１０°以上８０°以下、好ましくは、３０°以上６０°以下としてもよい。また、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂの対向する側面が、複数の面を有していてもよい。
なお、トランジスタ５００では、チャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）と、その近傍において、金属酸化物５３１ａ、および金属酸化物５３１ｂの２層を積層する構成について示しているが、本発明の一態様はこれに限られるものではない。例えば、金属酸化物５３１ｂの単層構造、または３層以上の積層構造を設ける構成にしてもよい。また、金属酸化物５３１ａ、および金属酸化物５３１ｂのそれぞれが、２層以上の積層構造を有していてもよい。
ここで、導電体５６０は、トランジスタのゲート電極として機能し、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂは、それぞれ、ソース電極またはドレイン電極として機能する。上記のように、導電体５６０は、絶縁体５８０の開口、および導電体５４２ａと導電体５４２ｂとに挟まれた領域に埋め込まれるように形成される。ここで、導電体５６０、導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂの配置は、絶縁体５８０の開口に対して、自己整合的に選択される。つまり、トランジスタ５００において、ゲート電極を、ソース電極とドレイン電極との間に、自己整合的に配置させることができる。よって、導電体５６０を、位置合わせのマージンを設けることなく形成することができるため、トランジスタ５００の占有面積の縮小を図ることができる。これにより、表示装置を高精細にすることができる。また、表示装置を狭額縁にすることができる。
図２７に示すように、導電体５６０は、絶縁体５５０の内側に設けられた導電体５６０ａと、導電体５６０ａの内側に埋め込まれるように設けられた導電体５６０ｂと、を有することが好ましい。なお、図２７では、導電体５６０を２層の積層構造として示しているが、本発明の一態様はこれに限られるものではない。例えば、導電体５６０は、単層構造であってもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
トランジスタ５００は、基板（図示しない。）の上に配置された絶縁体５１４と、絶縁体５１４の上に配置された絶縁体５１６と、絶縁体５１６に埋め込まれるように配置された導電体５０５と、絶縁体５１６と導電体５０５との上に配置された絶縁体５２２と、絶縁体５２２の上に配置された絶縁体５２４と、を有することが好ましい。絶縁体５２４の上に金属酸化物５３１ａが配置されることが好ましい。
図２７に示すように、絶縁体５２２、絶縁体５２４、金属酸化物５３１ａ、金属酸化物５３１ｂ、導電体５４２ａ、導電体５４２ｂ、および絶縁体５５０と、絶縁体５８０と、の間に絶縁体５５４が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体５５４は、図２７Ｂおよび図２７Ｃに示すように、絶縁体５５０の側面、導電体５４２ａの上面と側面、導電体５４２ｂの上面と側面、金属酸化物５３１ａ、金属酸化物５３１ｂ、および絶縁体５２４の側面、並びに絶縁体５２２の上面に接することが好ましい。
トランジスタ５００の上に、層間膜として機能する絶縁体５７４、および絶縁体５８１が配置されることが好ましい。ここで、絶縁体５７４は、導電体５６０、絶縁体５５０、および絶縁体５８０の上面に接して配置されることが好ましい。
絶縁体５２２、絶縁体５５４、および絶縁体５７４は、水素（例えば、水素原子、および水素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体５２２、絶縁体５５４、および絶縁体５７４は、絶縁体５２４、絶縁体５５０、および絶縁体５８０より水素透過性が低いことが好ましい。また、絶縁体５２２、および絶縁体５５４は、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有することが好ましい。例えば、絶縁体５２２、および絶縁体５５４は、絶縁体５２４、絶縁体５５０、および絶縁体５８０より酸素透過性が低いことが好ましい。
トランジスタ５００と電気的に接続し、プラグとして機能する導電体５４５（導電体５４５ａ、および導電体５４５ｂ）が設けられることが好ましい。なお、プラグとして機能する導電体５４５の側面に接して絶縁体５４１（絶縁体５４１ａ、および絶縁体５４１ｂ）が設けられる。つまり、絶縁体５５４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、および絶縁体５８１の開口の内壁に接して絶縁体５４１が設けられる。また、絶縁体５４１の側面に接して導電体５４５の第１の導電体が設けられ、さらに内側に導電体５４５の第２の導電体が設けられる構成にしてもよい。ここで、導電体５４５の上面の高さと、絶縁体５８１の上面の高さと、は同程度にできる。なお、トランジスタ５００では、導電体５４５の第１の導電体、および導電体５４５の第２の導電体を積層する構成について示しているが、本発明の一態様はこれに限られるものではない。例えば、導電体５４５を単層、または３層以上の積層構造として設ける構成にしてもよい。構造体が積層構造を有する場合、形成順に序数を付与し、区別する場合がある。
トランジスタ５００は、チャネル形成領域を含む金属酸化物５３１（金属酸化物５３１ａ、および金属酸化物５３１ｂ）に、酸化物半導体として機能する金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）を用いることが好ましい。例えば、金属酸化物５３１のチャネル形成領域となる金属酸化物として、バンドギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。
上記金属酸化物として、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特に、インジウム（Ｉｎ）および亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。また、これらに加えて、元素Ｍが含まれていることが好ましい。元素Ｍとして、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、スズ（Ｓｎ）、ホウ素（Ｂ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ハフニウム（Ｈｆ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはコバルト（Ｃｏ）の一以上を用いることができる。特に、元素Ｍは、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、イットリウム（Ｙ）、またはスズ（Ｓｎ）の一以上とすることが好ましい。また、元素Ｍは、ＧａおよびＳｎのいずれか一方または双方を有することがさらに好ましい。
また、金属酸化物５３１ｂは、導電体５４２と重ならない領域の膜厚が、導電体５４２と重なる領域の膜厚より薄くなる場合がある。これは、導電体５４２ａおよび導電体５４２ｂを形成する際に、金属酸化物５３１ｂの上面の一部を除去することにより形成される。金属酸化物５３１ｂの上面には、導電体５４２となる導電膜を成膜した際に、当該導電膜との界面近傍に抵抗の低い領域が形成される場合がある。このように、金属酸化物５３１ｂの上面の導電体５４２ａと導電体５４２ｂとの間に位置する、抵抗の低い領域を除去することにより、当該領域にチャネルが形成されることを防ぐことができる。
本発明の一態様により、サイズが小さいトランジスタを有することで、精細度が高い表示装置を提供することができる。または、オン電流が大きいトランジスタを有することで、輝度が高い表示装置を提供することができる。または、動作が速いトランジスタを有することで、動作が速い表示装置を提供することができる。または、電気特性が安定したトランジスタを有することで、信頼性が高い表示装置を提供することができる。または、オフ電流が小さいトランジスタを有することで、消費電力が低い表示装置を提供することができる。
本発明の一態様である表示装置に用いることができるトランジスタ５００の詳細な構成について説明する。
導電体５０５は、金属酸化物５３１、および導電体５６０と、重なる領域を有するように配置される。また、導電体５０５は、絶縁体５１６に埋め込まれて設けられることが好ましい。
導電体５０５は、導電体５０５ａ、および導電体５０５ｂを有する。導電体５０５ａは、絶縁体５１６に設けられた開口の底面、および側壁に接して設けられる。導電体５０５ｂは、導電体５０５ａに形成された凹部に埋め込まれるように設けられる。ここで、導電体５０５ｂの上面の高さは、導電体５０５ａの上面の高さ、および絶縁体５１６の上面の高さと略一致する。
導電体５０５ａは、例えば、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、またはＮＯ２等）、または銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体５０５ａに、水素の拡散を低減する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電体５０５ｂに含まれる例えば水素等の不純物が、例えば絶縁体５２４等を介して、金属酸化物５３１に拡散することを抑制できる。また、導電体５０５ａに、酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることにより、導電体５０５ｂが酸化されて導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料としては、例えば、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。したがって、導電体５０５ａとしては、上記導電性材料を単層または積層とすればよい。例えば、導電体５０５ａは、窒化チタンを用いればよい。
また、導電体５０５ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。例えば、導電体５０５ｂは、タングステンを用いればよい。
ここで、導電体５６０は、第１のゲート（トップゲートともいう。）電極として機能する場合がある。また、導電体５０５は、第２のゲート（ボトムゲートともいう。）電極として機能する場合がある。その場合、導電体５０５に印加する電位を導電体５６０に印加する電位から独立して変化させることで、トランジスタ５００のＶｔｈを制御することができる。特に、導電体５０５に負の電位を印加することにより、トランジスタ５００のＶｔｈをより高くし、オフ電流を小さくすることが可能となる。したがって、導電体５０５に負の電位を印加したほうが、印加しない場合よりも、導電体５６０に印加する電位が０Ｖのときのドレイン電流を小さくすることができる。
導電体５０５は、金属酸化物５３１におけるチャネル形成領域よりも、大きく設けるとよい。特に、図２７Ｃに示すように、導電体５０５は、金属酸化物５３１のチャネル幅方向と交わる端部よりも外側の領域においても、延在していることが好ましい。つまり、金属酸化物５３１のチャネル幅方向における側面の外側において、導電体５０５と、導電体５６０とは、絶縁体を介して重畳していることが好ましい。
上記構成を有することで、第１のゲート電極としての機能を有する導電体５６０の電界と、第２のゲート電極としての機能を有する導電体５０５の電界と、によって、金属酸化物５３１のチャネル形成領域を電気的に取り囲むことができる。
図２７Ｃに示すように、導電体５０５を延在させて、配線としても機能させている。ただし、これに限られることなく、導電体５０５の下に、配線として機能する導電体を設ける構成にしてもよい。
絶縁体５１４は、例えば水または水素等の不純物が、基板側からトランジスタ５００に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。したがって、絶縁体５１４は、例えば、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、またはＮＯ２等）、または銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する（上記不純物が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）絶縁性材料を用いることが好ましい。
例えば、絶縁体５１４として、例えば酸化アルミニウムまたは窒化シリコン等を用いることが好ましい。これにより、例えば水または水素等の不純物が絶縁体５１４よりも基板側からトランジスタ５００側に拡散することを抑制できる。または、例えば絶縁体５２４等に含まれる酸素が、絶縁体５１４よりも基板側に、拡散することを抑制できる。
層間膜として機能する絶縁体５１６、絶縁体５８０、および絶縁体５８１は、絶縁体５１４よりも誘電率が低いことが好ましい。誘電率が低い材料を層間膜とすることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。例えば、絶縁体５１６、絶縁体５８０、および絶縁体５８１として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、または空孔を有する酸化シリコン等を適宜用いればよい。
絶縁体５２２および絶縁体５２４は、ゲート絶縁体としての機能を有する。
ここで、金属酸化物５３１と接する絶縁体５２４は、加熱により酸素を脱離することが好ましい。本明細書等では、加熱により離脱する酸素を過剰酸素と呼ぶことがある。絶縁体５２４は、例えば酸化シリコンまたは酸化窒化シリコン等を適宜用いればよい。酸素を含む絶縁体を金属酸化物５３１に接して設けることにより、金属酸化物５３１中の酸素欠損を低減し、トランジスタ５００の信頼性を向上させることができる。
絶縁体５２４として、具体的には、加熱により一部の酸素が脱離する酸化物材料を用いることが好ましい。加熱により酸素を脱離する酸化物とは、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析によって得られる酸素原子に換算した酸素の脱離量が、１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、さらに好ましくは２．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、または３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度は、１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上４００℃以下の範囲が好ましい。
絶縁体５２２は、例えば絶縁体５１４等と同様に、例えば水または水素等の不純物が、基板側からトランジスタ５００に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。例えば、絶縁体５２２は、絶縁体５２４より水素透過性が低いことが好ましい。絶縁体５２２、絶縁体５５４、および絶縁体５７４によって、例えば、絶縁体５２４、金属酸化物５３１、および絶縁体５５０等を囲むことにより、外方から例えば水または水素等の不純物がトランジスタ５００に侵入することを抑制することができる。
さらに、絶縁体５２２は、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）ことが好ましい。例えば、絶縁体５２２は、絶縁体５２４より酸素透過性が低いことが好ましい。絶縁体５２２が、酸素および不純物の拡散を抑制する機能を有することで、金属酸化物５３１が有する酸素が、基板側へ拡散することを低減でき、好ましい。また、導電体５０５が、絶縁体５２４および金属酸化物５３１が有する酸素と反応することを抑制することができる。
絶縁体５２２は、絶縁性材料である、アルミニウムおよびハフニウムの、一方または双方の酸化物を含む絶縁体を用いるとよい。アルミニウムおよびハフニウムの、一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、等を用いることが好ましい。このような材料を用いて絶縁体５２２を形成した場合、絶縁体５２２は、金属酸化物５３１からの酸素の放出、および、トランジスタ５００の周辺部から金属酸化物５３１への例えば水素等の不純物の混入、を抑制する層として機能する。
または、これらの絶縁体に、例えば、酸化アルミニウム、酸化ビスマス、酸化ゲルマニウム、酸化ニオブ、酸化シリコン、酸化チタン、酸化タングステン、酸化イットリウム、または酸化ジルコニウムを添加してもよい。または、これらの絶縁体を窒化処理してもよい。上記の絶縁体に酸化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化シリコンを積層して用いてもよい。
絶縁体５２２は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、または（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３（ＢＳＴ）等の、いわゆるｈｉｇｈ−ｋ材料を含む絶縁体を単層または積層で用いてもよい。トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、例えばリーク電流等の問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体にｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時のゲート電位の低減が可能となる。
なお、絶縁体５２２および絶縁体５２４が、２層以上の積層構造を有していてもよい。その場合、絶縁体５２２および絶縁体５２４は、同じ材料からなる積層構造に限定されず、異なる材料からなる積層構造でもよい。例えば、絶縁体５２２の下に絶縁体５２４と同様の絶縁体を設ける構成にしてもよい。
金属酸化物５３１は、金属酸化物５３１ａと、金属酸化物５３１ａ上の金属酸化物５３１ｂと、を有する。金属酸化物５３１ｂ下に金属酸化物５３１ａを有することで、金属酸化物５３１ａよりも下方に形成された構造物から、金属酸化物５３１ｂへの不純物の拡散を抑制することができる。
なお、金属酸化物５３１は、各金属原子の原子数比が異なる複数の酸化物層の積層構造を有することが好ましい。例えば、金属酸化物５３１が、少なくともインジウム（Ｉｎ）と、元素Ｍと、を含む場合、金属酸化物５３１ａを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物５３１ａに含まれる元素Ｍの原子数の割合が、金属酸化物５３１ｂを構成する全元素の原子数に対する、金属酸化物５３１ｂに含まれる元素Ｍの原子数の割合より高いことが好ましい。また、金属酸化物５３１ａに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比が、金属酸化物５３１ｂに含まれる元素Ｍの、Ｉｎに対する原子数比より大きいことが好ましい。
金属酸化物５３１ａの伝導帯下端のエネルギーが、金属酸化物５３１ｂの伝導帯下端のエネルギーより高くなることが好ましい。また、言い換えると、金属酸化物５３１ａの電子親和力が、金属酸化物５３１ｂの電子親和力より小さいことが好ましい。
ここで、金属酸化物５３１ａと金属酸化物５３１ｂとの接合部において、伝導帯下端のエネルギー準位はなだらかに変化する。換言すると、金属酸化物５３１ａと金属酸化物５３１ｂとの接合部における伝導帯下端のエネルギー準位は、連続的に変化または連続接合するともいうことができる。このようにするためには、金属酸化物５３１ａと金属酸化物５３１ｂとの界面において形成される混合層の欠陥準位密度を低くするとよい。
具体的には、金属酸化物５３１ａと金属酸化物５３１ｂとが、酸素以外に共通の元素を有する（主成分とする。）ことで、欠陥準位密度が低い混合層を形成することができる。例えば、金属酸化物５３１ｂがＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の場合、金属酸化物５３１ａとして、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物、または酸化ガリウム等を用いてもよい。
具体的には、金属酸化物５３１ａとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：４［原子数比］、または１：１：０．５［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。また、金属酸化物５３１ｂとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］、４：２：３［原子数比］、または３：１：２［原子数比］の金属酸化物を用いればよい。
このとき、キャリアの主たる経路は金属酸化物５３１ｂとなる。金属酸化物５３１ａを上述の構成とすることで、金属酸化物５３１ａと金属酸化物５３１ｂとの界面における欠陥準位密度を低くすることができる。そのため、界面散乱によるキャリア伝導への影響が小さくなり、トランジスタ５００は高いオン電流、および高い周波数特性を得ることができる。
金属酸化物５３１ｂ上には、ソース電極、およびドレイン電極として機能する導電体５４２（導電体５４２ａ、および導電体５４２ｂ）が設けられる。導電体５４２として、例えば、アルミニウム、クロム、銅、銀、金、白金、タンタル、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、マンガン、マグネシウム、ジルコニウム、ベリリウム、インジウム、ルテニウム、イリジウム、ストロンチウム、ランタンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、または、上述した金属元素を組み合わせた合金、等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムとを含む窒化物、タンタルとアルミニウムとを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムとを含む酸化物、または、ランタンとニッケルとを含む酸化物、等を用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムとを含む窒化物、タンタルとアルミニウムとを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムとを含む酸化物、または、ランタンとニッケルとを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料であるため、好ましい。
金属酸化物５３１と接するように上記導電体５４２を設けることで、金属酸化物５３１の導電体５４２近傍において、酸素濃度が低減する場合がある。また、金属酸化物５３１の導電体５４２近傍において、導電体５４２に含まれる金属と、金属酸化物５３１の成分と、を含む金属化合物層が形成される場合がある。このような場合、金属酸化物５３１の導電体５４２近傍の領域において、キャリア濃度が増加し、当該領域は、低抵抗領域となる。
ここで、導電体５４２ａと導電体５４２ｂとの間の領域は、絶縁体５８０の開口に重畳して形成される。これにより、導電体５４２ａと導電体５４２ｂとの間に導電体５６０を自己整合的に配置することができる。
絶縁体５５０は、ゲート絶縁体として機能する。絶縁体５５０は、金属酸化物５３１ｂの上面に接して配置することが好ましい。絶縁体５５０は、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、または空孔を有する酸化シリコンを用いることができる。特に、酸化シリコン、または酸化窒化シリコンは、熱に対し安定であるため好ましい。
絶縁体５５０は、絶縁体５２４と同様に、絶縁体５５０中の例えば水または水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。絶縁体５５０の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのが好ましい。
絶縁体５８０、絶縁体５５４、導電体５４２、および金属酸化物５３１ｂと、絶縁体５５０と、の間に絶縁体を設けてもよい。当該絶縁体として、例えば、酸化アルミニウム、または酸化ハフニウムなどを用いることが好ましい。当該絶縁体を設けることで、例えば、金属酸化物５３１ｂからの酸素の脱離、金属酸化物５３１ｂへの酸素の過剰供給、および、導電体５４２の酸化、などを抑制できる。
絶縁体５５０と導電体５６０との間に金属酸化物を設けてもよい。当該金属酸化物は、絶縁体５５０から導電体５６０への酸素拡散を抑制することが好ましい。これにより、絶縁体５５０の酸素による導電体５６０の酸化を抑制することができる。
当該金属酸化物は、ゲート絶縁体の一部としての機能を有する場合がある。したがって、絶縁体５５０に、例えば酸化シリコンまたは酸化窒化シリコン等を用いる場合、当該金属酸化物は、比誘電率が高いｈｉｇｈ−ｋ材料である金属酸化物を用いることが好ましい。ゲート絶縁体を、絶縁体５５０と当該金属酸化物との積層構造とすることで、熱に対して安定、且つ比誘電率の高い積層構造とすることができる。したがって、ゲート絶縁体の物理膜厚を保持したまま、トランジスタ動作時に印加するゲート電位の低減が可能となる。また、ゲート絶縁体として機能する絶縁体の等価酸化膜厚（ＥＯＴ）の薄膜化が可能となる。
具体的には、絶縁体５５０として、例えば、ハフニウム、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、ジルコニウム、タングステン、チタン、タンタル、ニッケル、ゲルマニウム、またはマグネシウム等から選ばれた、一種または二種以上が含まれた金属酸化物を用いることができる。特に、アルミニウムおよびハフニウムの、一方または双方の酸化物を含む絶縁体である、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、等を用いることが好ましい。
導電体５６０は、図２７では２層構造として示しているが、単層構造でもよいし、３層以上の積層構造であってもよい。
導電体５６０ａは、上述の、例えば、水素原子、水素分子、水分子、窒素原子、窒素分子、酸化窒素分子（例えば、Ｎ２Ｏ、ＮＯ、またはＮＯ２等）、または銅原子等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。または、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する導電性材料を用いることが好ましい。
導電体５６０ａが酸素の拡散を抑制する機能を持つことで、絶縁体５５０に含まれる酸素によって導電体５６０ｂが酸化し、導電率が低下することを抑制することができる。酸素の拡散を抑制する機能を有する導電性材料として、例えば、タンタル、窒化タンタル、ルテニウム、または酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。
導電体５６０ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５６０は、配線としても機能するため、導電性が高い導電体を用いることが好ましい。例えば、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることができる。また、導電体５６０ｂは、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと、上記導電性材料と、の積層構造としてもよい。
図２７Ａおよび図２７Ｃに示すように、金属酸化物５３１ｂの導電体５４２と重ならない領域、言い換えると、金属酸化物５３１のチャネル形成領域において、金属酸化物５３１の側面が導電体５６０で覆われるように配置されている。これにより、第１のゲート電極としての機能する導電体５６０の電界を、金属酸化物５３１の側面に作用させやすくなる。よって、トランジスタ５００のオン電流を増大させ、周波数特性を向上させることができる。
絶縁体５５４は、例えば絶縁体５１４等と同様に、例えば水または水素等の不純物が、絶縁体５８０側からトランジスタ５００に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。例えば、絶縁体５５４は、絶縁体５２４より水素透過性が低いことが好ましい。さらに、図２７Ｂおよび図２７Ｃに示すように、絶縁体５５４は、絶縁体５５０の側面、導電体５４２ａの上面と側面、導電体５４２ｂの上面と側面、金属酸化物５３１ａ、金属酸化物５３１ｂ、および絶縁体５２４の側面に接することが好ましい。このような構成にすることで、絶縁体５８０に含まれる水素が、導電体５４２ａ、導電体５４２ｂ、金属酸化物５３１ａ、金属酸化物５３１ｂ、および絶縁体５２４の、上面または側面から金属酸化物５３１に侵入することを抑制できる。
さらに、絶縁体５５４は、酸素（例えば、酸素原子、および酸素分子等の少なくとも一）の拡散を抑制する機能を有する（上記酸素が透過しにくい。）ことが好ましい。例えば、絶縁体５５４は、絶縁体５８０または絶縁体５２４より酸素透過性が低いことが好ましい。
絶縁体５５４は、スパッタリング法を用いて成膜されることが好ましい。絶縁体５５４を、酸素を含む雰囲気でスパッタリング法を用いて成膜することで、絶縁体５２４の絶縁体５５４と接する領域近傍に酸素を添加することができる。これにより、当該領域から、絶縁体５２４を介して金属酸化物５３１中に酸素を供給することができる。ここで、絶縁体５５４が、上方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物５３１から絶縁体５８０へ拡散することを防ぐことができる。また、絶縁体５２２が、下方への酸素の拡散を抑制する機能を有することで、酸素が金属酸化物５３１から基板側へ拡散することを防ぐことができる。このようにして、金属酸化物５３１のチャネル形成領域に酸素が供給される。これにより、金属酸化物５３１の酸素欠損を低減し、トランジスタのノーマリーオン化を抑制することができる。
絶縁体５５４として、例えば、アルミニウムおよびハフニウムの、一方または双方の酸化物を含む絶縁体を成膜するとよい。なお、アルミニウムおよびハフニウムの、一方または双方の酸化物を含む絶縁体として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、または、アルミニウムおよびハフニウムを含む酸化物（ハフニウムアルミネート）、等を用いることが好ましい。
絶縁体５８０は、絶縁体５５４を介して、絶縁体５２４、金属酸化物５３１、および導電体５４２上に設けられる。絶縁体５８０として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、または空孔を有する酸化シリコン等を有することが好ましい。特に、酸化シリコンおよび酸化窒化シリコンは、熱的に安定であるため好ましい。特に、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、または空孔を有する酸化シリコン等の材料は、加熱により脱離する酸素を含む領域を容易に形成することができるため好ましい。
絶縁体５８０中の例えば水または水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。また、絶縁体５８０の上面は、平坦化されていてもよい。
絶縁体５７４は、例えば絶縁体５１４等と同様に、例えば水または水素等の不純物が、上方から絶縁体５８０に混入することを抑制するバリア絶縁膜として機能することが好ましい。絶縁体５７４として、例えば、絶縁体５１４、または絶縁体５５４等に用いることができる絶縁体を用いればよい。
絶縁体５７４の上に、層間膜として機能する絶縁体５８１を設けることが好ましい。絶縁体５８１は、例えば絶縁体５２４等と同様に、膜中の例えば水または水素等の不純物濃度が低減されていることが好ましい。
絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、および絶縁体５５４に形成された開口に、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂが配置される。導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂは、導電体５６０を挟んで対向して設ける。なお、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂの上面の高さは、絶縁体５８１の上面と、同一平面上としてもよい。
なお、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、および絶縁体５５４の開口の内壁に接して、絶縁体５４１ａが設けられ、かつ、その側面に接して、導電体５４５ａの第１の導電体が形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部には導電体５４２ａが位置しており、導電体５４５ａが導電体５４２ａと接する。同様に、絶縁体５８１、絶縁体５７４、絶縁体５８０、および絶縁体５５４の開口の内壁に接して、絶縁体５４１ｂが設けられ、かつ、その側面に接して、導電体５４５ｂの第１の導電体が形成されている。当該開口の底部の少なくとも一部に、導電体５４２ｂが位置しており、導電体５４５ｂが導電体５４２ｂと接する。
導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂは、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂは積層構造としてもよい。
導電体５４５を積層構造とする場合、導電体５４２、絶縁体５５４、絶縁体５８０、絶縁体５７４、および絶縁体５８１と接する導電体には、上述の、例えば水または水素等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電体を用いることが好ましい。例えば、タンタル、窒化タンタル、チタン、窒化チタン、ルテニウム、または酸化ルテニウム等を用いることが好ましい。また、例えば水または水素等の不純物の拡散を抑制する機能を有する導電性材料は、単層または積層で用いてもよい。当該導電性材料を用いることで、絶縁体５８０に添加された酸素が導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂに吸収されることを抑制できる。また、絶縁体５８１より上層から、例えば水または水素等の不純物が、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂを通じて金属酸化物５３１に混入することを抑制できる。
絶縁体５４１ａおよび絶縁体５４１ｂとして、例えば、絶縁体５５４等に用いることができる絶縁体を用いればよい。絶縁体５４１ａおよび絶縁体５４１ｂは、絶縁体５５４に接して設けられるため、例えば絶縁体５８０等から、例えば水または水素等の不純物が、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂを通じて金属酸化物５３１に混入することを抑制できる。また、絶縁体５８０に含まれる酸素が、導電体５４５ａおよび導電体５４５ｂに吸収されることを抑制できる。
なお、図示しないが、導電体５４５ａの上面、および導電体５４５ｂの上面に接して配線として機能する導電体を配置してもよい。配線として機能する導電体は、タングステン、銅、またはアルミニウムを主成分とする導電性材料を用いることが好ましい。また、当該導電体は、積層構造としてもよく、例えば、チタンまたは窒化チタンと、上記導電性材料と、の積層としてもよい。当該導電体は、絶縁体に設けられた開口に埋め込むように形成してもよい。
＜トランジスタの構成材料＞
トランジスタに用いることができる構成材料について説明する。
［基板］
トランジスタ５００を形成する基板として、例えば、絶縁体基板、半導体基板、または導電体基板を用いればよい。絶縁体基板として、例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（例えばイットリア安定化ジルコニア基板等）、または樹脂基板等がある。また、半導体基板として、例えば、シリコン、もしくはゲルマニウム等の半導体基板、または、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、もしくは酸化ガリウムからなる化合物半導体基板、等がある。さらには、前述の半導体基板内部に絶縁体領域を有する半導体基板、例えば、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板等がある。導電体基板として、例えば、黒鉛基板、金属基板、合金基板、または導電性樹脂基板等がある。または、例えば、金属の窒化物を有する基板、または金属の酸化物を有する基板等がある。さらには、絶縁体基板に導電体もしくは半導体が設けられた基板、半導体基板に導電体もしくは絶縁体が設けられた基板、または、導電体基板に半導体もしくは絶縁体が設けられた基板、等がある。または、これらの基板に素子が設けられたものを用いてもよい。基板に設けられる素子として、例えば、容量素子、抵抗素子、スイッチ素子、発光素子、または記憶素子等がある。
［絶縁体］
絶縁体として、例えば、絶縁性を有する酸化物、窒化物、酸化窒化物、窒化酸化物、金属酸化物、金属酸化窒化物、または金属窒化酸化物等がある。
例えば、トランジスタの微細化、および高集積化が進むと、ゲート絶縁体の薄膜化により、例えばリーク電流等の問題が生じる場合がある。ゲート絶縁体として機能する絶縁体に、ｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることで、物理膜厚を保ちながら、トランジスタ動作時の低電圧化が可能となる。一方、層間膜として機能する絶縁体には、比誘電率が低い材料を用いることで、配線間に生じる寄生容量を低減することができる。したがって、絶縁体の機能に応じて、材料を選択するとよい。
比誘電率の高い絶縁体として、例えば、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化物、アルミニウムおよびハフニウムを有する酸化窒化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化物、シリコンおよびハフニウムを有する酸化窒化物、または、シリコンおよびハフニウムを有する窒化物、等がある。
比誘電率が低い絶縁体として、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、フッ素を添加した酸化シリコン、炭素を添加した酸化シリコン、炭素および窒素を添加した酸化シリコン、空孔を有する酸化シリコン、または、樹脂、等がある。
酸化物半導体を用いたトランジスタは、例えば水素等の不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体（例えば、絶縁体５１４、絶縁体５２２、絶縁体５５４、および絶縁体５７４等）で囲うことによって、トランジスタの電気特性を安定にすることができる。例えば水素等の不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、例えば、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、マグネシウム、アルミニウム、シリコン、リン、塩素、アルゴン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、ネオジム、ハフニウム、またはタンタルを含む絶縁体を、単層または積層で用いればよい。具体的には、例えば水素等の不純物および酸素の透過を抑制する機能を有する絶縁体として、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、もしくは酸化タンタル等の金属酸化物、または、例えば、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムチタン、窒化チタン、窒化酸化シリコン、もしくは窒化シリコン等の金属窒化物、を用いることができる。
ゲート絶縁体として機能する絶縁体は、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する絶縁体であることが好ましい。例えば、加熱により脱離する酸素を含む領域を有する酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを金属酸化物５３１と接する構造とすることで、金属酸化物５３１が有する酸素欠損を補償することができる。
［導電体］
導電体として、例えば、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、およびランタン等から選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金、または、上述した金属元素を組み合わせた合金、等を用いることが好ましい。例えば、窒化タンタル、窒化チタン、タングステン、チタンとアルミニウムとを含む窒化物、タンタルとアルミニウムとを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムとを含む酸化物、または、ランタンとニッケルとを含む酸化物、等を用いることが好ましい。また、窒化タンタル、窒化チタン、チタンとアルミニウムとを含む窒化物、タンタルとアルミニウムとを含む窒化物、酸化ルテニウム、窒化ルテニウム、ストロンチウムとルテニウムとを含む酸化物、または、ランタンとニッケルとを含む酸化物は、酸化しにくい導電性材料、または、酸素を吸収しても導電性を維持する材料、であるため、好ましい。また、例えばリン等の不純物元素を含有させた多結晶シリコンに代表される、電気伝導度が高い半導体、または、例えばニッケルシリサイド等のシリサイド、を用いてもよい。
上記の材料で形成される導電体を複数積層して用いてもよい。例えば、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。また、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、窒素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造としてもよい。
なお、トランジスタのチャネル形成領域に金属酸化物を用いる場合において、ゲート電極として機能する導電体には、前述した金属元素を含む材料と、酸素を含む導電性材料と、を組み合わせた積層構造を用いることが好ましい。この場合は、酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けるとよい。酸素を含む導電性材料をチャネル形成領域側に設けることで、当該導電性材料から離脱した酸素がチャネル形成領域に供給されやすくなる。
特に、ゲート電極として機能する導電体として、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる金属元素と酸素とを含む導電性材料を用いることが好ましい。また、前述した金属元素と窒素とを含む導電性材料を用いてもよい。例えば、窒化チタン、または窒化タンタル等の窒素を含む導電性材料を用いてもよい。また、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、または、シリコンを添加したインジウム錫酸化物、を用いてもよい。また、窒素を含むインジウムガリウム亜鉛酸化物を用いてもよい。このような材料を用いることで、チャネルが形成される金属酸化物に含まれる水素を捕獲することができる場合がある。または、例えば外方の絶縁体等から混入する水素を捕獲することができる場合がある。
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書等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。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、上記の実施の形態で説明したＯＳトランジスタに用いることができる金属酸化物（以下、酸化物半導体ともいう。）について説明する。
ＯＳトランジスタに用いる金属酸化物は、少なくともインジウムまたは亜鉛を有することが好ましく、インジウム及び亜鉛を有することがより好ましい。例えば、金属酸化物は、インジウムと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、スズ、シリコン、ホウ素、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、マグネシウム、及びコバルトから選ばれた一種または複数種）と、亜鉛と、を有することが好ましい。特に、Ｍは、ガリウム、アルミニウム、イットリウム、及びスズから選ばれた、一種または複数種であることが好ましく、ガリウムがより好ましい。
金属酸化物は、例えば、スパッタリング法、もしくは有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの化学気相成長（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、または、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、などにより形成することができる。
以降では、金属酸化物の一例として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物について説明する。なお、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、及び亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物を、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物と呼ぶ場合がある。
＜結晶構造の分類＞
酸化物半導体の結晶構造としては、例えば、アモルファス（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓを含む）、ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ｎｃ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）、ＣＡＣ（ｃｌｏｕｄ−ａｌｉｇｎｅｄ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ　ｃｒｙｓｔａｌ）、及び多結晶（ｐｏｌｙ　ｃｒｙｓｔａｌ）等が挙げられる。
なお、膜または基板の結晶構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）スペクトルを用いて評価することができる。例えば、ＧＩＸＤ（Ｇｒａｚｉｎｇ−Ｉｎｃｉｄｅｎｃｅ　ＸＲＤ）測定で得られるＸＲＤスペクトルを用いて評価することができる。なお、ＧＩＸＤ法は、薄膜法またはＳｅｅｍａｎｎ−Ｂｏｈｌｉｎ法ともいう。また、以下では、ＧＩＸＤ測定で得られるＸＲＤスペクトルを、単に、ＸＲＤスペクトルと記す場合がある。
例えば、石英ガラス基板では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状がほぼ左右対称である。一方で、結晶構造を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜では、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称である。ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右非対称であることは、膜中または基板中の結晶の存在を明示している。別言すると、ＸＲＤスペクトルのピークの形状が左右対称でないと、膜または基板は非晶質状態であるとは言えない。
また、膜または基板の結晶構造は、極微電子線回折法（ＮＢＥＤ：Ｎａｎｏ　Ｂｅａｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって観察される回折パターン（極微電子線回折パターンともいう）を用いて評価することができる。例えば、石英ガラス基板の回折パターンでは、ハローが観察され、石英ガラスは、非晶質状態であることが確認できる。また、室温で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜の回折パターンでは、ハローではなく、スポット状のパターンが観察される。このため、室温で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、単結晶または多結晶でもなく、非晶質状態でもない、中間状態である。そのため、非晶質状態であると結論づけることは難しい。
〔酸化物半導体の構造〕
なお、酸化物半導体は、構造に着目した場合、上記とは異なる分類となる場合がある。例えば、酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体として、例えば、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、およびｎｃ−ＯＳがある。また、非単結晶酸化物半導体には、例えば、多結晶酸化物半導体、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　ｏｘｉｄｅ　ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および、非晶質酸化物半導体、等が含まれる。
ここで、上述のＣＡＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、およびａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの詳細について、説明を行う。
［ＣＡＡＣ−ＯＳ］
ＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶領域を有し、当該複数の結晶領域は、ｃ軸が特定の方向に配向している酸化物半導体である。なお、特定の方向とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の厚さ方向、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線方向、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜の表面の法線方向である。また、結晶領域とは、原子配列に周期性を有する領域である。なお、原子配列を格子配列とみなすと、結晶領域とは、格子配列の揃った領域でもある。さらに、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ−ｂ面方向において複数の結晶領域が連結する領域を有し、当該領域は歪みを有する場合がある。なお、歪みとは、複数の結晶領域が連結する領域において、格子配列の揃った領域と、別の格子配列の揃った領域と、の間で格子配列の向きが変化している箇所を指す。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向し、ａ−ｂ面方向には明らかな配向をしていない酸化物半導体である。
なお、上記複数の結晶領域のそれぞれは、１つまたは複数の微小な結晶（最大径が１０ｎｍ未満である結晶）で構成される。結晶領域が１つの微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は１０ｎｍ未満となる。また、結晶領域が複数の微小な結晶で構成されている場合、当該結晶領域の最大径は、数十ｎｍ程度となる場合がある。
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物において、ＣＡＡＣ−ＯＳは、インジウム（Ｉｎ）、および酸素を有する層（以下、Ｉｎ層）と、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）、および酸素を有する層（以下、（Ｇａ，Ｚｎ）層）とが積層した、層状の結晶構造（層状構造ともいう）を有する傾向がある。なお、インジウムとガリウムとは、互いに置換可能である。よって、（Ｇａ，Ｚｎ）層にはインジウムが含まれる場合がある。また、Ｉｎ層にはガリウムが含まれる場合がある。なお、Ｉｎ層には亜鉛が含まれる場合もある。当該層状構造は、例えば、高分解能ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像において、格子像として観察される。
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、例えば、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、ｃ軸配向を示すピークが２θ＝３１°またはその近傍に検出される。なお、ｃ軸配向を示すピークの位置（２θの値）は、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成する金属元素の種類、または組成等により変動する場合がある。
また、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の電子線回折パターンにおいて、複数の輝点（スポット）が観測される。なお、あるスポットと別のスポットとは、試料を透過した入射電子線のスポット（ダイレクトスポットともいう。）を対称中心として、点対称の位置に観測される。
上記特定の方向から結晶領域を観察した場合、当該結晶領域内の格子配列は、六方格子を基本とするが、単位格子は正六角形とは限らず、非正六角形である場合がある。また、上記歪みにおいて、例えば、五角形、または七角形等の格子配列を有する場合がある。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、歪み近傍においても、明確な結晶粒界（グレインバウンダリー）を確認することは難しい。即ち、格子配列の歪みによって、結晶粒界の形成が抑制されていることがわかる。これは、ＣＡＡＣ−ＯＳが、例えば、ａ−ｂ面方向において酸素原子の配列が稠密でないこと、および、金属原子が置換することで原子間の結合距離が変化すること、などによって、歪みを許容することができるためである可能性がある。
なお、明確な結晶粒界が確認される結晶構造は、いわゆる多結晶と呼ばれる。結晶粒界は、再結合中心となり、キャリアが捕獲されることで、例えば、トランジスタのオン電流の低下、および、電界効果移動度の低下、等を引き起こす可能性が高い。よって、明確な結晶粒界が確認されないＣＡＡＣ−ＯＳは、トランジスタの半導体層に好適な結晶構造を有する結晶性の酸化物の一つである。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを構成するには、Ｚｎを有する構成が好ましい。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、およびＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物は、Ｉｎ酸化物よりも結晶粒界の発生を抑制できるため好適である。
ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶性が高く、明確な結晶粒界が確認されない酸化物半導体である。よって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。また、酸化物半導体の結晶性は、例えば不純物の混入または欠陥の生成等によって低下する場合があるため、ＣＡＡＣ−ＯＳは不純物および欠陥（例えば酸素欠損等）の少ない酸化物半導体ともいえる。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、物理的性質が安定する。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳを有する酸化物半導体は、熱に強く、信頼性が高い。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、製造工程における高い温度（所謂サーマルバジェット）に対しても安定である。したがって、ＯＳトランジスタにＣＡＡＣ−ＯＳを用いると、製造工程の自由度を広げることが可能となる。
［ｎｃ−ＯＳ］
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。別言すると、ｎｃ−ＯＳは、微小な結晶を有する。なお、当該微小な結晶の大きさは、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下であることから、当該微小な結晶をナノ結晶ともいう。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるナノ結晶間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳおよび非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、θ／２θスキャンを用いたＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ測定では、結晶性を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶よりも大きいプローブ径（例えば、５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、ナノ結晶の大きさと近いかナノ結晶より小さいプローブ径（例えば、１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、ダイレクトスポットを中心とするリング状の領域内に複数のスポットが観測される電子線回折パターンが取得される場合がある。
［ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ］
ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、鬆または低密度領域を有する。即ち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、結晶性が低い。また、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、膜中の水素濃度が高い。
［酸化物半導体の構成］
次に、上述のＣＡＣ−ＯＳの詳細について、説明を行う。なお、ＣＡＣ−ＯＳは材料構成に関する。
［ＣＡＣ−ＯＳ］
ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つまたは複数の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態を、モザイク状またはパッチ状ともいう。
さらに、ＣＡＣ−ＯＳとは、第１の領域と、第２の領域と、に材料が分離することでモザイク状となり、当該第１の領域が、膜中に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、当該第１の領域と、当該第２の領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳを構成する金属元素に対するＩｎ、Ｇａ、およびＺｎの原子数比のそれぞれを、［Ｉｎ］、［Ｇａ］、および［Ｚｎ］と表記する。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳにおいて、第１の領域は、［Ｉｎ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｉｎ］よりも大きい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、ＣＡＣ−ＯＳ膜の組成における［Ｇａ］よりも大きい領域である。または、例えば、第１の領域は、［Ｉｎ］が、第２の領域における［Ｉｎ］よりも大きく、且つ、［Ｇａ］が、第２の領域における［Ｇａ］よりも小さい領域である。また、第２の領域は、［Ｇａ］が、第１の領域における［Ｇａ］よりも大きく、且つ、［Ｉｎ］が、第１の領域における［Ｉｎ］よりも小さい領域である。
具体的には、上記第１の領域は、例えば、インジウム酸化物、またはインジウム亜鉛酸化物等が主成分である領域である。また、上記第２の領域は、例えば、ガリウム酸化物、またはガリウム亜鉛酸化物等が主成分である領域である。つまり、上記第１の領域を、Ｉｎを主成分とする領域と言い換えることができる。また、上記第２の領域を、Ｇａを主成分とする領域と言い換えることができる。
なお、上記第１の領域と、上記第２の領域とは、明確な境界を観察することが難しい場合がある。
また、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とする領域と、一部にＩｎを主成分とする領域とが、それぞれモザイク状であり、これらの領域がランダムに存在している構成をいう。よって、ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が不均一に分布した構造を有していると推測される。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば、基板を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、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましい。例えば、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比を、０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とする。
また、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ−ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、Ｉｎを主成分とする領域（第１の領域）と、Ｇａを主成分とする領域（第２の領域）とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
ここで、第１の領域は、第２の領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、第１の領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、第１の領域が、金属酸化物中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
一方、第２の領域は、第１の領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、第２の領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制することができる。
したがって、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いる場合、第１の領域に起因する導電性と、第２の領域に起因する絶縁性とが、相補的に作用することにより、スイッチングさせる機能（オン状態またはオフ状態にさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳに付与することができる。つまり、ＣＡＣ−ＯＳとは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。導電性の機能と絶縁性の機能とを分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。よって、ＣＡＣ−ＯＳをトランジスタに用いることで、高いオン電流（Ｉｏｎ）、高い電界効果移動度（μ）、および良好なスイッチング動作を実現することができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、表示装置をはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
酸化物半導体は、多様な構造をとり、それぞれが異なる特性を有する。本発明の一態様の酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体、多結晶酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ、ＣＡＣ−ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、およびＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有していてもよい。
＜酸化物半導体を有するトランジスタ＞
続いて、上記酸化物半導体をトランジスタに用いる場合について説明する。
上記酸化物半導体をトランジスタに用いることで、高い電界効果移動度のトランジスタを実現することができる。また、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
特に、チャネルが形成される半導体層として、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（「ＩＧＺＯ」とも記す）を用いることが好ましい。または、半導体層としては、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（「ＩＡＺＯ」とも記す）を用いてもよい。または、半導体層としては、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、および亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物（「ＩＡＧＺＯ」とも記す）を用いてもよい。
トランジスタには、キャリア濃度の低い酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、酸化物半導体のキャリア濃度は、１×１０１７ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ−３未満であり、かつ、１×１０−９ｃｍ−３以上である。なお、酸化物半導体中のキャリア濃度を低くする場合、当該酸化物半導体中の不純物濃度を低くすることで、当該酸化物半導体中の欠陥準位密度を低くすればよい。本明細書等において、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低いことを、高純度真性または実質的に高純度真性と言う。なお、キャリア濃度の低い酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ場合がある。
高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。
酸化物半導体のトラップ準位に捕獲された電荷は、消失するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、トラップ準位密度の高い酸化物半導体にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
従って、トランジスタの電気特性を安定にするためには、酸化物半導体中の不純物濃度を低減することが有効である。また、酸化物半導体中の不純物濃度を低減するためには、近接する膜中の不純物濃度も低減することが好ましい。不純物は、例えば、水素、窒素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、鉄、ニッケル、またはシリコン等がある。なお、酸化物半導体中の不純物とは、例えば、酸化物半導体を構成する主成分以外をいう。例えば、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物と言える。
＜不純物＞
ここで、酸化物半導体中における各不純物の影響について説明する。
酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンまたは炭素が含まれると、酸化物半導体において欠陥準位が形成される。このため、酸化物半導体中のシリコンまたは炭素の濃度（二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ｉｏｎ　Ｍａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
酸化物半導体にアルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれると、欠陥準位を形成し、キャリアを生成する場合がある。従って、アルカリ金属またはアルカリ土類金属が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
酸化物半導体において、窒素が含まれると、キャリアである電子が生じ、キャリア濃度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を半導体に用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。または、酸化物半導体において、窒素が含まれると、トラップ準位が形成される場合がある。この結果、トランジスタの電気特性が不安定となる場合がある。このため、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の窒素濃度を、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、さらに好ましくは５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になるため、酸素欠損を形成する場合がある。該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合して、キャリアである電子を生成することがある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため、酸化物半導体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、ＳＩＭＳにより得られる酸化物半導体中の水素濃度を、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未満にする。
不純物が十分に低減された酸化物半導体をトランジスタのチャネル形成領域に用いることで、安定した電気特性を付与することができる。
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態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：表示装置、１１：光源、１２：光学系、１３：光学装置、１４：筐体、１４ａ：開口、１４ｂ：開口、２０：眼球、２１：ミラー、２２：ミラー、２３：レンズ、２４：ミラー、２５：レンズ、３１：光、３２：光、３３：光、５０：センサ部、５１：センサ部、５２：センサ領域、６０：表示領域、６１：発光素子、６１Ｒ：発光素子、６１Ｇ：発光素子、６１Ｂ：発光素子、６１ＩＲ：発光素子、６２：受光素子、７０：表示装置、８０：画素、９５：表示領域、１００：電子機器、１０１：筐体、１０３：装着部、１０４：バッテリ、１０５：電圧生成部、１０６：制御部、１０７：通信部、１０８：アンテナ、１２１：イヤフォン、１２２：音響装置、１３０：制御部、１３１：バスライン、１４０：演算部、１４１：ニューラルネットワーク、１５０：記憶部、１６０：入出力部、１７０：視線検知部、１８０：表示装置、１８８：眼球、１９０：発光素子、１９１：受光素子、２３０：画素、２３２：周辺回路領域、２３３：周辺回路領域、２３４：機能回路領域、２３６：配線、２３７：配線、２４０：容量、２９０：画素、２９２：周辺回路領域、２９３：周辺回路領域、２９６：配線、２９７：配線、３１０：トランジスタ、３２０：トランジスタ、３７０Ｒ：発光素子、３７０Ｇ：発光素子、３７０Ｂ：発光素子、３７０ＩＲ：発光素子、３７０ＰＤ：受光素子、３８０Ａ：表示装置、４３１：画素回路、４３２：発光素子、４３３：容量、４３４：トランジスタ、４３５：配線、４３６：トランジスタ、４３７：配線、４３８：トランジスタ、４９１：画素回路、４９２：受光素子、４９３：トランジスタ、４９４：トランジスタ、４９５：配線、４９６：トランジスタ、４９７：配線、４９８：トランジスタ、４９９：配線、５００：トランジスタ、ＤＬ＿ｎ：信号線、ＧＬ＿ｍ：走査線、ＲＳ＿ｐ：行選択線、ＳＥ＿ｐ：行選択線、ＴＸ＿ｐ：行選択線、ＶＬ＿ａ：電位供給線、ＶＬ＿ｂ：電位供給線、ＶＬ＿ｃ：電位供給線、ＶＬ＿ｄ：電位供給線、ＶＬ＿ｅ：電位供給線、ＷＸ＿ｑ：信号線、Ｇ：注視点、Ｓ１：領域、Ｓ２：領域、Ｓ３：領域、Ｓ２１０：ステップ、Ｓ２１１：ステップ、Ｓ２１２：ステップ、Ｓ２１３：ステップ、Ｓ２１４：ステップ

Claims (9)

  1. 　表示装置と、光学系と、を備え、
    　前記表示装置は、表示領域と、センサ領域と、を備え、
    　前記光学系は、第１ミラーと、第２ミラーと、を備え、
    　前記第１ミラーは、第１面と、第２面と、を備え、
    　前記表示領域は、第１光を射出する機能を備え、
    　前記第１ミラーは、前記第１光の光路上に設けられ、かつ、前記第１面に入射する前記第１光を前記第２面に透過する機能と、前記第２面に入射する第２光を反射する機能と、を備え、
    　前記第２ミラーは、前記第２光の光路上に設けられ、かつ、前記第２光を反射する機能を備え、
    　前記センサ領域は、前記第１ミラー、および前記第２ミラーを介して、前記第２光を検出する機能を備える、
    　光学装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記光学系は、光源を備え、
    　前記光源は、第３光を射出する機能を備え、
    　前記第２光は、前記第３光が照射された対象物からの反射光である、
    　光学装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記表示装置は、光源を備え、
    　前記光源は、第３光を射出する機能を備え、
    　前記第２光は、前記第３光が照射された対象物からの反射光である、
    　光学装置。
  4. 　請求項２または請求項３において、
    　前記第３光は、赤外光である、
    　光学装置。
  5. 　請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
    　前記センサ領域は、前記表示領域と重ねて設けられる、
    　光学装置。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    　前記光学系は、第１レンズを備え、
    　前記第１レンズは、前記第１光の光路上に設けられ、かつ、前記第１光の光路を制御する機能を備える、
    　光学装置。
  7. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    　前記表示装置は、第２レンズを備え、
    　前記第２レンズは、前記第２ミラーと、前記センサ領域と、の間に設けられ、かつ、前記第２光の光路を制御する機能を備える、
    　光学装置。
  8. 　請求項１乃至請求項６のいずれか一において、
    　前記表示装置は、ピンホールを備え、
    　前記ピンホールは、前記第２ミラーと、前記センサ領域と、の間に設けられ、かつ、前記第２光の光路を制御する機能を備える、
    　光学装置。
  9. 　請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
    　前記表示装置は、視線検知部を備え、
    　前記視線検知部は、前記センサ領域で取得した撮像データを用いて、使用者の視線を検知する機能を備える、
    　光学装置。
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