(57)【要約】      （修正有）【課題】高い分解能と広い視野を両立した撮像方法を提供する。装置構成が簡略化された撮像装置を提供する。【解決手段】発光面１１ａと受光面１２ａの間に配置された被観察物３０の撮像方法が開示される。発光面１１ａ、受光面１２ａ、被観察物３０は、外光が遮られており、発光面１１ａは、複数の発光領域２１がマトリクス状に配列されている。被観察物３０の撮像は、複数の発光領域２１を順次発光させ、発光領域２１の発光と同期して、受光面１２ａで受光した光量のデータを順次取得することにより行われる。【選択図】図１
2020154275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面と受光面との間に配置された被観察物の撮像方法であって、
前記発光面、前記受光面、及び前記被観察物は、外光が遮られており、
前記発光面は、複数の発光領域がマトリクス状に配列されており、
前記複数の発光領域を順次発光させ、
前記発光領域の発光と同期して、前記受光面で受光した光量のデータを順次取得する、
撮像方法。
【請求項２】
発光面と受光面との間に配置された被観察物の撮像方法であって、
前記発光面、前記受光面、及び前記被観察物は、外光が遮られており、
前記発光面は、複数の発光領域がマトリクス状に配列されており、
前記複数の発光領域を順次発光させ、
前記発光領域の発光と同期して、前記受光面で受光した光量のデータを順次取得し、
前記光量のデータを、前記複数の発光領域の配列に基づいてマッピングすることにより、撮像画像を生成する、
撮像方法。
【請求項３】
面状発光装置と、光電変換装置と、遮光部材と、ステージとを有し、
前記面状発光装置は、マトリクス状に配列した複数の発光素子を有し、
前記光電変換装置は、受光面を有し、
前記ステージは、透光性を有し、且つ、被観察物を支持する機能を有し、
前記面状発光装置の発光面と前記受光面とは、前記ステージを挟んで対向して設けられ、
前記遮光部材は、前記受光面、前記発光面、及び前記ステージを覆って設けられ、
前記面状発光装置は、前記複数の発光素子を個別に発光させる機能を有し、
前記光電変換装置は、前記発光素子の発光と同期して前記受光面で受光した光量のデータを出力する機能を有する、
撮像装置。
【請求項４】
面状発光装置と、光電変換装置と、遮光部材と、ステージと、制御部と、を有し、
前記面状発光装置は、マトリクス状に配列した複数の発光素子を有し、
前記光電変換装置は、受光面を有し、
前記ステージは、透光性を有し、且つ、被観察物を支持する機能を有し、
前記面状発光装置の発光面と前記受光面とは、前記ステージを挟んで対向して設けられ、
前記遮光部材は、前記受光面、前記発光面、及び前記ステージを覆って設けられ、
前記制御部は、前記複数の発光素子を順次発光させるように前記面状発光装置を制御する機能と、前記発光素子の発光と同期して前記受光面で受光した光量のデータを出力させるように前記光電変換装置を制御する機能と、前記データを前記発光素子の配列に基づいてマッピングすることにより撮像画像を生成する機能と、を有する、
撮像装置。
【請求項５】
請求項４において、
画像表示装置を有し、
前記制御部は、前記画像表示装置に前記撮像画像を出力する機能を有し、
前記画像表示装置は、前記撮像画像を表示する機能を有する、
撮像装置。
【請求項６】
請求項３乃至請求項５のいずれか一において、
前記発光素子は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、または発光ダイオードである、
撮像装置。
【請求項７】
請求項３乃至請求項６のいずれか一において、
前記光電変換装置は、照度計または輝度計である、
撮像装置。
【請求項８】
請求項３乃至請求項７のいずれか一において、
前記複数の発光素子の配列間隔は、０．１μｍ以上、１００μｍ以下である、
撮像装置。
【請求項９】
請求項３乃至請求項８のいずれか一において、
前記面状発光装置の表面が、前記ステージを兼ねる、
撮像装置。
【請求項１０】
請求項３乃至請求項８のいずれか一において、
位置調整機構を有し、
前記位置調整機構は、前記発光面に平行な方向に、前記複数の発光素子の配列間隔よりも小さい位置精度で、前記面状発光装置と前記ステージとを相対的に移動させる機能を有する、
撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、撮像方法または撮像装置に関する。本発明の一態様は、撮像機能を有する顕微鏡に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置、入出力装置、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法、を一例として挙げることができる。半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。
【背景技術】
【０００３】
対象物を拡大して観察する手段として、光学顕微鏡が知られている。光学顕微鏡は、一般に、対象物を配置するスライドガラス、対象物を照明する発光装置、及び観察像を結像するための光学系等を有する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、ステージと、結像光学系と、面発光照明装置とを有する顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２１６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の光学顕微鏡は、レンズなどの光学系により結像する機構を有するため、分解能を上げると視野が狭くなるといった問題があった。また、光学顕微鏡は光学系を用いることから、レンズの収差による像の歪が生じてしまう。また、異なる倍率で観察する場合には、ズーム機能を備える光学系とするか、異なる倍率のレンズに切り替える必要があるため、部品点数が多くなり、コストが下げられないといった問題があった。
【０００７】
本発明の一態様は、高い分解能と広い視野を両立した撮像方法または撮像装置を提供することを課題の一とする。または、装置構成が簡略化された撮像装置を提供することを課題の一とする。または、低コストで実現可能な撮像装置を提供することを課題の一とする。または、新規な撮像方法、撮像装置、または顕微鏡を提供することを課題の一とする。
【０００８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、発光面と受光面との間に配置された被観察物の撮像方法であって、発光面、受光面、及び被観察物は、外光が遮られており、発光面は、複数の発光領域がマトリクス状に配列されており、複数の発光領域を順次発光させ、発光領域の発光と同期して、受光面で受光した光量のデータを順次取得する、撮像方法である。
【００１０】
本発明の他の一態様は、発光面と受光面との間に配置された被観察物の撮像方法であって、発光面、受光面、及び被観察物は、外光が遮られており、発光面は、複数の発光領域がマトリクス状に配列されており、複数の発光領域を順次発光させ、発光領域の発光と同期して、受光面で受光した光量のデータを順次取得し、光量のデータを、複数の発光領域の配列に基づいてマッピングすることにより、撮像画像を生成する、撮像方法である。
【００１１】
本発明の他の一態様は、面状発光装置と、光電変換装置と、遮光部材と、ステージとを有する、撮像装置である。面状発光装置は、マトリクス状に配列した複数の発光素子を有する。光電変換装置は、受光面を有する。ステージは、透光性を有し、且つ、被観察物を支持する機能を有する。面状発光装置の発光面と受光面とは、ステージを挟んで対向して設けられる。遮光部材は、受光面、発光面、及びステージを覆って設けられる。面状発光装置は、複数の発光素子を個別に発光させる機能を有する。光電変換装置は、発光素子の発光と同期して受光面で受光した光量のデータを出力する機能を有する。
【００１２】
本発明の他の一態様は、面状発光装置と、光電変換装置と、遮光部材と、ステージと、制御部と、を有する撮像装置である。面状発光装置は、マトリクス状に配列した複数の発光素子を有する。光電変換装置は、受光面を有する。ステージは、透光性を有し、且つ、被観察物を支持する機能を有する。面状発光装置の発光面と受光面とは、ステージを挟んで対向して設けられる。遮光部材は、受光面、発光面、及びステージを覆って設けられる。制御部は、複数の発光素子を順次発光させるように面状発光装置を制御する機能と、発光素子の発光と同期して受光面で受光した光量のデータを出力させるように光電変換装置を制御する機能と、データを発光素子の配列に基づいてマッピングすることにより撮像画像を生成する機能と、を有する。
【００１３】
また、上記において、画像表示装置を有することが好ましい。このとき、制御部は、画像表示装置に撮像画像を出力する機能を有することが好ましい。また、画像表示装置は、上記撮像画像を表示する機能を有することが好ましい。
【００１４】
また、上記において、発光素子は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、または発光ダイオードであることが好ましい。
【００１５】
また、上記において、光電変換装置は、照度計または輝度計であることが好ましい。
【００１６】
また、上記において、複数の発光素子の配列間隔は、０．１μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
また、上記において、面状発光装置の表面が、ステージを兼ねることが好ましい。
【００１８】
また、上記において、位置調整機構を有することが好ましい。位置調整機構は、発光面に平行な方向に、複数の発光素子の配列間隔よりも小さい位置精度で、面状発光装置とステージとを相対的に移動させる機能を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様によれば、高い分解能と広い視野を両立した撮像方法または撮像装置を提供できる。または、装置構成が簡略化された撮像装置を提供できる。または、低コストで実現可能な撮像装置を提供できる。または、新規な撮像方法、撮像装置、または顕微鏡を提供できる。
【００２０】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】撮像装置及び撮像方法を説明する図。
【図２】撮像装置の構成例。
【図３】撮像装置及び撮像方法を説明する図。
【図４】面状発光装置の構成例。
【図５】面状発光装置の構成例。
【図６】撮像方法を説明する図。
【図７】撮像方法を説明する図。
【図８】面状発光装置の構成例。
【図９】表示装置の構成例。
【図１０】表示装置の構成例。
【図１１】表示装置の構成例。
【図１２】表示装置の構成例。
【図１３】表示装置の構成例。
【図１４】実施例１に係る、撮像画像。
【図１５】実施例１に係る、撮像画像。
【図１６】実施例２に係る、（Ａ）被観察体の顕微鏡像、（Ｂ）撮像画像。
【図１７】実施例２に係る、（Ａ）被観察体の模式図、（Ｂ）被観察体の顕微鏡像、（Ｃ）撮像画像。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の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。
【００２３】
なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２４】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成要素の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２５】
なお、本明細書等における「第１」、「第２」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。
【００２６】
トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、ＩＧＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含む。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像方法、及び撮像装置について説明する。以下で例示する撮像方法及び撮像装置は、顕微鏡として用いることができる。
【００２８】
本発明の一態様は、面状の発光面を有する面状発光装置と、受光面を有する光電変換装置と、を有する。発光面と受光面とは、被観察体（観察対象物、試料、検体などを含む）を挟んで、対向して設けられる。また、少なくとも受光面と、発光面と、被観察体とは、外光から遮断されるように、遮光性を有する部材（遮光部材）等で覆われた構成を有する。
【００２９】
面状発光装置は、複数の発光領域がマトリクス状に配列し、当該複数の発光領域により発光面が構成される。面状発光装置は、それぞれの発光領域を個別に駆動させることができる。特に、複数の発光領域を順次発光させる駆動（点順次駆動ともいう）が可能であることが好ましい。
【００３０】
光電変換装置は、受光面で捉えた光を電気信号に変換して出力することができる。光電変換装置は、受光面で捉えた光の光量に対応する光量のデータを出力する機能を有することが好ましい。
【００３１】
撮像方法について説明する。発光面と、受光面との間に被観察体が配置された状態で、まず、発光面の複数の発光領域のうちの１つを発光（点灯）させ、これと同期して受光面で捉えた光量のデータを取得する。続いて、異なる発光領域を発光させ、上記と同様に、光量のデータを取得する。この一連の動作を、観察エリアに設けられる全ての発光領域について行う。そして取得したそれぞれ光量のデータを、対応する発光領域の配列に基づいてマッピングすることにより、観察像を得ることができる。
【００３２】
ここで、発光領域からの光の光路上に被観察体が存在しない場合には、発光領域から受光面に直接光が入射する。一方、発光領域からの光の光路上に被観察体が存在する場合には、被観察体を透過した光が受光面に入射する。なお、被観察体が遮光性である場合には、受光面には光はほとんど入射されない。
【００３３】
このように、本発明の一態様によれば、被観察体の透過像、または輪郭像を観察することができる。
【００３４】
面状発光装置の発光領域は、少なくとも発光状態と非発光状態の２つの状態を取ることができる。また、発光領域は、発光輝度を調整できる構成としてもよい。また、発光領域は、発光状態と非発光状態の間のコントラスト比が高いほど好ましく、特に非発光状態において漏洩してしまう光の輝度が小さいほど好ましい。
【００３５】
一の発光領域には、一以上の発光素子が設けられることが好ましい。発光素子としては、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子、無機ＥＬ素子、発光ダイオードなどの自発光性の電界発光素子を用いることが好ましい。このような発光素子は、電界を印加しない場合の輝度を限りなく小さくできる。そのため、１つの発光領域を発光させたときに、他の非発光状態の発光領域から漏洩する光の影響を極めて小さくできるため、コントラストの高い観察像を得ることができる。
【００３６】
なお、発光領域に設ける素子としては、上記発光素子に限られず、光の反射率や透過率を制御することにより、発光状態と非発光状態とを制御可能な光学素子を用いることもできる。例えば、液晶素子、またはシャッター方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子を用いてもよい。
【００３７】
または、面状発光装置は、光ファイバの発光面（一方の端面）を発光領域として用い、これをマトリクス状に配置した構成してもよい。このとき、面状発光装置は、複数の光ファイバと、当該複数の光ファイバの他方の端面に、光を順次照射する発光装置と、を備える構成とすることができる。
【００３８】
マトリクス状に配置される発光領域は、高密度に配置されているほど、観察像の解像度を高めることができる。例えば、発光領域の配列間隔（配列ピッチともいう）は、０．１μｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは０．１μｍ以上５００μｍ以下、より好ましくは０．１μｍ以上１００μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。なお、発光面の精細度は観察対象となる被観察体の大きさ、観察領域の広さ（観察視野）などによって設定することができる。例えば、観察したい領域のサイズ（対角の長さ）に対して、発光領域の配列ピッチを３０分の１以下、好ましくは５０分の１以下、より好ましくは１００分の１以下であって、１００００分の１以上とすることができる。
【００３９】
面状発光装置としては、マトリクス状に配列した画素を備える表示パネルを適用してもよい。画素は、上述した発光素子、または光学素子を一以上備える構成とすることができる。また、表示パネルとしては、パッシブマトリクス型の表示パネル、またはアクティブマトリクス型の表示パネルを適用できる。アクティブマトリクス型の表示パネルは、画素に選択トランジスタを有する。特に選択トランジスタとして、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることで、非選択状態におけるリーク電流を極めて小さくできるため、コントラストを向上させることができるため好ましい。
【００４０】
光電変換装置としては、光電効果を利用して受光面で捉えた光子を電気信号に変換することのできる光度測定器（測光器ともいう）を用いることができる。例えばフォトダイオードやフォトレジスタ等を有する光度測定器を用いると、装置の小型化が容易となるため好ましい。光度測定器としては、照度を測定可能な照度計（光度計ともいう）を好適に用いることができる。また、照度計として、分光放射照度計、色彩照度計、演色照度計など、光のスペクトルや色を測定できる照度計を用いてもよい。また、光度測定器として、輝度を測定する輝度計を用いてもよい。また輝度計として、分光放射輝度計や、色彩輝度計などを用いてもよい。
【００４１】
また、受光面と発光面との間に、被観察体を配置するためのステージを有していていてもよい。ステージは透光性を有する部材により構成され、例えばガラスなどを用いると、透光性と耐薬品性に優れ、傷などがつきにくいため好ましい。被観察体と発光面との距離が小さいほど、分解能の高い観察像が得られるため、ステージの厚さを薄くし、発光面に近づける、または接して設けることが好ましい。また、面状発光装置の表面（すなわち発光面）がステージを兼ねる構成とし、当該表面に被観察体を配置してもよい。
【００４２】
以下では、より具体的な例について、図面を参照して説明する。
【００４３】
［撮像装置の構成例１］
図１（Ａ）は、撮像装置１０の概略図である。撮像装置１０は、面状発光装置１１、光電変換装置１２、遮光部材１３、ステージ１４を有する。
【００４４】
面状発光装置１１は、マトリクス状に配列した複数の発光領域２１を有する。発光領域２１は、光電変換装置１２側に光を射出することができる。したがって、面状発光装置１１の光電変換装置１２側の面が、発光面１１ａに相当する。
【００４５】
光電変換装置１２は、受光面１２ａを有する。光電変換装置１２は、受光面１２ａが発光面１１ａと対向するように設けられている。
【００４６】
ステージ１４は、発光面１１ａと受光面１２ａとの間に配置される。図１（Ａ）では、ステージ１４上に、被観察体３０が配置されている例を示している。ステージ１４は、少なくとも発光領域２１が射出する光に対して透光性を有する。発光面１１ａと被観察体３０との距離が小さいほど、観察像の分解能を高めることができるため、少なくともステージ１４と発光面１１ａとの距離が、ステージ１４と受光面１２ａとの距離よりも小さくなるように、ステージ１４を設けることが好ましい。特に、ステージ１４と発光面１１ａ側の面との距離が小さいほど好ましく、例えば１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下とすることができる。またはこれらが接する構成としてもよい。また、ステージ１４は薄いほど好ましく、例えば２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下とすることができる。
【００４７】
なお、面状発光装置１１の上面（すなわち発光面１１ａ）がステージ１４を兼ねる構成としてもよい。すなわち、ステージ１４を設けずに、面状発光装置１１の表面に接して被観察体３０を配置する構成としてもよい。
【００４８】
遮光部材１３は、面状発光装置１１、光電変換装置１２、及びステージ１４を覆うように設けられている。遮光部材１３により外光が遮断されるため、光電変換装置１２は発光領域２１の発光に起因した光のみを受光することが可能となり、外光に起因したノイズが低減された撮像画像を得ることができる。
【００４９】
遮光部材１３の内壁は、光を反射しない黒色の部材としてもよいし、光を等方的に拡散する部材とすることもできる。遮光部材１３の内壁を黒色とする場合には、図１（Ａ）に示すように、受光面１２ａと発光面１１ａとが平行になるように配置することで、発光領域２１の位置によらず、受光感度を一定にすることができる。またこのとき、受光面１２ａの面積を、発光面１１ａの面積よりも大きくすることがより好ましい。一方、遮光部材１３の内壁を、光を等方的に拡散する部材とする場合には、遮光部材１３の内壁を積分球として機能させることができるため、受光面１２ａの位置、向き、及び面積等は限定されず、遮光部材１３に囲まれた内部であれば、受光面１２ａをどこに配置してもよい。
【００５０】
図１（Ａ）では、直接光３１と、透過光３２を模式的に示している。発光領域２１と受光面１２ａとの間に被観察体３０が位置していない場合には、発光領域２１から発せられた光は、受光面１２ａに直接光３１として、到達する。一方、これらの間に被観察体３０が位置する場合には、被観察体３０を透過した透過光３２が、受光面１２ａに到達する。なお、被観察体３０が遮光性を有する場合には、発光領域２１からの光は被観察体３０によって遮光され、受光面１２ａに到達しない。
【００５１】
受光面１２ａで受光する光としては、主として上記直接光３１または透過光３２となるが、それ以外にも、例えば被観察体３０による拡散光、被観察体３０の内部または表面による反射光、または、これら拡散光及び反射光がステージ１４や面状発光装置１１の表面で反射する二次反射光などがある。これらの影響により観察画像の鮮明性が低下する場合には、観察画像に対して、バックグラウンドノイズを除去する画像補正を行ってもよい。
【００５２】
［撮像方法例］
続いて、撮像方法の一例について、図１（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、及び図１（Ｃ）を用いて説明する。
【００５３】
図１（Ｂ１）には、発光面１１ａ上に、円柱状の被観察体３０が配置されている様子を模式的に示している。
【００５４】
発光面１１ａは、Ｘ方向にｍ個、Ｙ方向にｎ個（ｍ、ｎはそれぞれ独立に２以上の整数）の、ｍ×ｎ個の発光領域２１がマトリクス状に配列されている。ここで、図１（Ｂ１）等では各発光領域を区別するため、発光領域２１（ｉ，ｊ）（ｉは１以上ｍ以下の整数、ｊは１以上ｎ以下の整数）と表記している。
【００５５】
撮像は、発光領域２１（ｉ，ｊ）を順次発光させ、その発光と同期して受光面１２ａにより受光した光の光量のデータ（以下、光量データともいう）を取得することにより、行われる。観察範囲内における全ての発光領域２１（ｉ，ｊ）について、光量データの取得が完了した時点で、１枚の撮像画像を得ることができる。
【００５６】
例えば、図１（Ｂ１）の発光面１１ａの最も左上に位置する発光領域２１（１，１）を発光させたときの光量データを取得する。続いて、図１（Ｂ２）に示すように、隣の発光領域２１（２，１）を発光させたときの光量データを取得する。発光領域（１，１）、発光領域（２，１）共に、被観察体３０と重なっていないため、主に直接光３１が受光される。
【００５７】
図１（Ｂ３）は、被観察体３０と重なる発光領域２１（ｘ，ｙ）を発光させたときの場合を示している。発光領域２１（ｘ，ｙ）から発せられた光は、被観察体３０を透過し、透過光３２として受光される。
【００５８】
また図１（Ｂ４）は、発光領域２１（１，１）と対角に位置する発光領域２１（ｍ，ｎ）を発光させたときの場合を示している。
【００５９】
発光領域２１（ｉ，ｊ）を発光させる順番は特に限定されないが、観察範囲内の最も端に位置する列の、端に位置する発光領域（例えば発光領域（１，１））から、順に行うことが好ましい。
【００６０】
このようにして、それぞれ１つの発光領域２１に対応するｍ×ｎ個の光量データを取得することができる。このｍ×ｎ個の光量データを、発光領域２１の配列に基づいてマッピングして可視化することにより、撮像画像を生成することができる。より具体的には、光量データのデータ値を階調値に置き換えることで、２次元の画像データを生成することができる。
【００６１】
図１（Ｃ）には、本発明の一態様の撮像方法により得られる撮像画像の一例を示している。撮像画像４０は、ｍ×ｎ個の画素データ２２（画素データ２２（１，１）乃至画素データ２２（ｍ，ｎ））を有する。ここで、１つの画素データ２２（ｉ，ｊ）は、面状発光装置１１が有する１つの発光領域２１（ｉ，ｊ）と対応する。
【００６２】
図１（Ｃ）では、撮像画像４０に重ねて、対応する位置に被観察体３０の輪郭を破線で示している。被観察体３０と重なる面積が大きい画素ほど暗く（密なハッチングパターンを付す）なるように示している。
【００６３】
撮像画像４０において、１つの画素データ２２が、１つの発光領域２１と対応しているため、撮像画像４０を用いて測長することが可能となる。例えば、図１（Ｃ）中の矢印で示した範囲の長さは、１０個の画素データ２２に相当するため、発光領域２１の配列間隔の１０倍の長さに相当することが容易に分かる。同様に、長さだけでなく面積についても、所定の範囲に存在する画素データ２２の数から、容易に算出することができる。
【００６４】
なお、ここでは１つの発光領域２１を順に発光させる方法を示したが、複数の発光領域２１を同時に発光させてもよい。例えば発光面１１ａの精細度が、被観察体３０のサイズに対して高すぎる場合や、高解像度の観察画像が必要でない場合などでは、隣接する複数の発光領域を同時に発光させる方法としてもよい。このとき、２×２個、３×３個など、Ｘ方向及びＹ方向の画素数を同じくすることで、観察画像が歪んでしまうことを防ぐことができる。
【００６５】
また、静止画像ではなく、動画像を取得したい場合には、上述した一連の動作を繰り返し行うことで、動画像を得ることができる。
【００６６】
また、面状発光装置１１が有する全ての発光領域２１を順次発光させる必要はなく、観察したい観察範囲内に位置する発光領域２１のみを順次発光させ、光量データを取得すればよい。例えば、被観察体３０の少なくとも一部を含む範囲の発光領域２１のみを発光させることができる。
【００６７】
［撮像装置の構成例２］
以下では、より具体的な撮像装置の構成例について説明する。
【００６８】
図２（Ａ）は、撮像装置１０Ａのブロック図である。撮像装置１０Ａは、面状発光装置１１、光電変換装置１２、遮光部材１３、制御部５１、タイミング制御部５２、Ａ−Ｄ変換部５３等を有する。
【００６９】
タイミング制御部５２は、面状発光装置１１と光電変換装置１２を同期して駆動させるための駆動信号を生成し、面状発光装置１１と光電変換装置１２に出力する機能を有する。
【００７０】
Ａ−Ｄ変換部５３は、光電変換装置１２から出力されるアナログ信号を光量データを含むデジタル信号に変換し、制御部５１に出力する機能を有する。
【００７１】
制御部５１は、タイミング制御部５２の動作を制御する機能を有する。また制御部５１は、Ａ−Ｄ変換部５３から入力される複数の光量データを、面状発光装置１１が有する発光領域の配列も基づいてマッピングすることにより、撮像画像を生成する機能を有する。制御部５１としては、好適にはコンピュータを用いることができる。
【００７２】
また制御部５１は、記憶部５４を有していてもよい。制御部５１は、生成した撮像画像のデータを記憶部５４に書き込むこと、及び記憶部５４から読み出すことができる。
【００７３】
図２（Ｂ）には、表示装置５５を備えた撮像装置１０Ｂの構成例を示している。表示装置５５は、制御部５１から出力された、撮像画像を含む映像データを表示することができる。
【００７４】
ここで、図２（Ｃ）に、面状発光装置１１の構成例を示している。面状発光装置１１は、発光部６１、駆動回路６２、駆動回路６３、複数の画素６５、複数の配線６６、及び複数の配線６７を有する。
【００７５】
駆動回路６２及び駆動回路６３には、それぞれタイミング制御部５２から駆動信号が与えられる。例えば駆動回路６２はソース線駆動回路、駆動回路６３はゲート線駆動回路として機能する。
【００７６】
複数の配線６６は駆動回路６２と電気的に接続され、ソース線として機能する。複数の配線６７は駆動回路６３と電気的に接続され、ゲート線として機能する。画素６５は、１つの配線６６及び１つの配線６７と電気的に接続されている。
【００７７】
このような構成とすることで、画素６５を個別に駆動することが可能となる。例えば画素６５が発光素子を有する場合には、当該発光素子を順次発光させるように、面状発光装置１１を駆動することができる。
【００７８】
［変形例］
以下では、上記とは一部の構成が異なる撮像装置の構成例について説明する。
【００７９】
図３（Ａ）に、撮像装置１０ａの構成例を示している。撮像装置１０ａは、主に位置調整機構１６を有する点で、上記撮像装置１０と相違している。
【００８０】
位置調整機構１６は、発光面１１ａと平行な方向に、面状発光装置１１と、ステージ１４とを相対的に移動させる機能を有する。
【００８１】
位置調整機構１６の上面には面状発光装置１１が固定されている。図３（Ａ）では、位置調整機構１６が、Ｘ方向の位置を調整するためのダイヤル１６ａと、Ｙ方向の位置を調整するためのダイヤル１６ｂと、を有する。なお、位置調整機構１６は、高さ方向の位置を調整する機能を有していてもよい。また、ここではダイヤル１６ａ及びダイヤル１６ｂを有する例を示したが、モータと駆動回路等を備え、電気制御が可能な構成としてもよい。
【００８２】
ここで、位置調整機構１６は、面状発光装置１１が有する複数の発光領域２１の配列間隔よりも小さい位置精度で、面状発光装置１１とステージ１４の相対位置を制御できることが好ましい。
【００８３】
以下、撮像装置１０ａを用いた撮像方法の一例について、図３（Ｂ１）乃至（Ｂ４）、及び図３（Ｃ）を用いて説明する。
【００８４】
図３（Ｂ１）には、ステージ１４と、複数の発光領域２１の相対位置を模式的に示している。また、ステージ１４上に配置された被観察体３０を破線で示している。なお、ここでは明瞭化のため、発光領域２１の数をＸ方向及びＹ方向共に５つとして明示している。
【００８５】
まず、図３（Ｂ１）に示す状態で、上記撮像方法例と同様に一度目の撮像を行う。
【００８６】
続いて、図３（Ｂ２）に示すように、位置調整機構１６によって、面状発光装置１１の発光領域をＹ方向にずらした状態で、二度目の撮像を行う。ここでは、発光領域２１の配列間隔をｐとしたとき、その半分の距離（距離ｐ／２）だけずらした状態で撮像を行う。
【００８７】
続いて、図３（Ｂ３）に示すように、初期状態（図３（Ｂ１）の状態）から、Ｘ方向に距離ｐ／２だけずらして三回目の撮像を行う。最後に、図３（Ｂ４）に示すように、初期状態からＸ方向及びＹ方向にそれぞれｐ／２だけずらして四回目の撮像を行う。
【００８８】
以上により４つの撮像画像を得ることができる。これら４つの撮像画像は、それぞれ発光領域２１の配列間隔ｐの半分ずつずれた状態における撮像画像となる。したがってこの４つの撮像画像の差分を算出することにより、解像度を２倍に高めた撮像画像を生成することができる。
【００８９】
図３（Ｃ）に、ここで例示した撮像方法により得られる撮像画像４０ａの一例を示している。撮像画像４０ａは、２ｍ×２ｎ個の画素データ（画素データ２２（１，１）乃至画素データ（２ｍ，２ｎ））を有する。すなわち、撮像画像４０ａは、図１（Ｃ）で示した撮像画像４０と比較して、撮像範囲はそのままで解像度が２倍に向上した画像である。また、これにより、分解能も２倍となるため、画素データ２２の数から算出可能な長さや面積の精度を高めることができる。
【００９０】
以上が変形例についての説明である。
【００９１】
［面状発光装置の構成例］
以下では、撮像装置に用いることのできる面状発光装置の構成例について説明する。ここでは特に、発光素子が適用された画素の構成例について説明する。
【００９２】
〔構成例１〕
図４（Ａ）に、図２（Ｃ）で例示した面状発光装置１１の画素６５に適用可能な画素６５ａの構成例を示している。
【００９３】
画素６５ａは、発光素子７１を有する。発光素子７１は、アノードが配線６６と電気的に接続され、カソードが配線６７と電気的に接続されている。画素６５ａがマトリクス状に配置されることで、いわゆるパッシブマトリクス型の発光装置を実現できる。このような構成とすることで、極めて高精細な発光装置を実現できる。
【００９４】
〔構成例２〕
図４（Ｂ）に示す画素６５ｂは、発光素子７１と、トランジスタ７２とを有する。トランジスタ７２は、ゲートが配線６７と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方が配線６６と電気的に接続され、他方が発光素子７１のアノードと電気的に接続されている。発光素子７１は、カソードが固定電位が与えられる配線と電気的に接続されている。
【００９５】
トランジスタ７２は、選択トランジスタとして機能する。画素６５ｂがマトリクス状に配置されることで、いわゆるアクティブマトリクス型の発光装置を実現できる。図４（Ｂ）に示す構成とすることで、極めて高精細な発光装置を実現できる。
【００９６】
アクティブマトリクス型の発光装置は、モニタ装置、タブレット端末、スマートフォンなど、多様な電子機器に用いられているため、これを面状発光装置として用いることもできる。例えば撮像装置として、タブレット端末やスマートフォンなどの電子機器を、その表示面が光電変換装置の受光面と対向するように、取り付けられる構成とすることで、より簡便な撮像装置を実現することができる。
【００９７】
〔構成例３〕
図４（Ｃ）に示す画素６５ｃは、発光素子７１、トランジスタ７２、トランジスタ７３、及び容量素子７４を有する。トランジスタ７２は、ゲートが配線６７と電気的に接続され、ソースまたはドレインの一方が配線６６と電気的に接続され、他方が容量素子７４の一方の電極、及びトランジスタ７３のゲートと電気的に接続されている。トランジスタ７３は、ソースまたはドレインの一方が電源供給線と電気的に接続され、他方が発光素子７１のアノードと電気的に接続されている。容量素子７４の他方の電極、及び発光素子７１のカソードは、それぞれ固定電位が与えられる配線と電気的に接続されている。
【００９８】
トランジスタ７２は、選択トランジスタとして機能する。またトランジスタ７３は、発光素子７１に流れる電流を制御する駆動トランジスタとして機能する。容量素子７４は、保持容量として機能する。画素６５ｃがマトリクス状に配置されることで、いわゆるアクティブマトリクス型の発光装置を実現できる。
【００９９】
なお、図４（Ｄ）に示すように、容量素子７４を設けない構成とすることもできる。
【０１００】
ここで、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）のような、トランジスタを備える画素とする場合には、トランジスタ７２及びトランジスタ７３の少なくとも一方に、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることが好ましい。酸化物半導体を用いたトランジスタは、非導通状態（オフ状態）におけるリーク電流（オフ電流）を、シリコンを用いたトランジスタ等に比べて極めて低くできるため、画素の非選択状態において、発光素子７１が発光してしまうことによるコントラストの低下を好適に防ぐことができる。
【０１０１】
なお、トランジスタ７２またはトランジスタ７３に、半導体層にシリコン（単結晶シリコン、多結晶シリコン、またはアモルファスシリコン）が適用されたトランジスタを用いることもできる。また、２つ以上のトランジスタを有する画素とする場合、酸化物半導体が適用されたトランジスタと、シリコンが適用されたトランジスタが混在する構成としてもよい。
【０１０２】
また、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）においては、ｎ型のトランジスタを適用した場合の例を示したが、ｐ型のトランジスタを適用してもよい。２つ以上のトランジスタを有する画素とする場合には、ｎ型のトランジスタとｐ型のトランジスタが混在する構成としてもよい。
【０１０３】
なお、画素の構成は上記に限られず、トランジスタ、容量素子、抵抗素子、または配線などを適宜追加することで、機能性が高められた画素としてもよい。
【０１０４】
［駆動方法例］
以下では、撮像装置の駆動方法の一例について説明する。
【０１０５】
ここでは、図５に示すように、４×４個の画素６５がマトリクス状に配置された面状発光装置を例に挙げて説明する。
【０１０６】
駆動回路６２には、ソース線として機能する４本の配線（配線Ｓ１乃至配線Ｓ４）が接続され、駆動回路６３には、ゲート線として機能する４本の配線（配線Ｇ１乃至配線Ｇ４）が接続されている。
【０１０７】
各画素６５は、配線Ｓ１乃至配線Ｓ４のうちのいずれか１つと、配線Ｇ１乃至配線Ｇ４のうちのいずれか１つと、電気的に接続されている。画素６５には、上記で例示した画素６５ａ乃至画素６５ｄ等を適用することができる。
【０１０８】
〔駆動方法例１〕
図６（Ａ）は、画素６５に、図４（Ａ）で例示した画素６５ａを適用した場合の駆動方法に係るタイミングチャートである。図５（Ａ）に示すタイミングチャートは、上から配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線Ｇ３、配線Ｇ４、配線Ｓ１、配線Ｓ２、配線Ｓ３、配線Ｓ４、及びサンプリングＳＡについて、示している。各配線には、高電位と低電位の２種類の電位が与えられる。図６（Ａ）におけるサンプリングＳＡの幅は、光電変換装置１２によって受光した光量のデータのサンプリングする期間に相当する。
【０１０９】
まず、期間Ｔ１において、配線Ｇ１に低電位を、配線Ｇ２乃至配線Ｇ４に高電位を与え、配線Ｓ１乃至配線Ｓ４には、順次高電位を与える。配線Ｇ１に与える低電位と、配線Ｓ１に与える高電位の電位差が、発光素子７１を発光させるための電圧に相当する。これにより、期間Ｔ１において、配線Ｇ１に接続される４つの画素６５を発光させることができる。
【０１１０】
サンプリングＳＡは、配線Ｓ１乃至配線Ｓ４に与えられる信号と同期して行われる。すなわち、１つの画素６５が発光している期間に、一度のサンプリングが行われる。
【０１１１】
続いて、期間Ｔ２において、配線Ｇ１に高電位を、配線Ｇ２に低電位を与え、上記と同様に配線Ｓ１乃至配線Ｓ４に、順に高電位を与えることで、配線Ｇ２に接続される４つの画素６５を順に発光させることができる。また、画素６５の発光と同期してサンプリングが行われる。
【０１１２】
期間Ｔ３、期間Ｔ４についても同様に、画素６５を順次発光させ、発光と同期してサンプリングを行うことができる。
【０１１３】
以上により、全ての画素６５について、サンプリングが完了する。
【０１１４】
〔駆動方法例２〕
図６（Ｂ）は、画素６５に、図４（Ｂ）乃至（Ｄ）で例示した画素６５ｂ、画素６５ｃ、または画素６５ｄを適用した場合に用いることのできる、駆動方法に係るタイミングチャートである。図６（Ｂ）では、配線Ｇ１乃至配線Ｇ４に与えられる信号が、図６（Ａ）の場合と比較して、高電位と低電位を入れ替えた信号となっている点で相違している。
【０１１５】
期間Ｔ１において、配線Ｇ１に高電位が与えられることで、配線Ｇ１に接続される４つの画素６５が選択される。この状態で配線Ｓ１乃至配線Ｓ４に順次高電位が与えられることで、４つの画素が順次発光する。
【０１１６】
〔駆動方法例３〕
図７（Ａ）は、画素６５に、図４（Ｂ）乃至（Ｄ）で例示した画素６５ｃ、または画素６５ｄを適用した場合に用いることのできる、駆動方法に係るタイミングチャートである。
【０１１７】
図７（Ａ）に示す例は、１フレーム期間（すなわち、期間Ｔ１乃至期間Ｔ４）で１つの画素を発光させる場合の例である。
【０１１８】
期間Ｔ１において、配線Ｇ１と配線Ｓ１に高電位を与え、他の配線には低電位を与える。これにより、配線Ｇ１と配線Ｓ１に接続された画素６５が発光する。
【０１１９】
また期間Ｔ２以降の期間において、配線Ｇ１に低電位を与え、配線Ｓ１に低電位を与え、配線Ｇ２乃至配線Ｇ４に順次高電位を与える。このとき、画素６５にはデータが保持された状態であるため、画素６５は発光した状態が保持される。サンプリングは、期間Ｔ１から期間Ｔ４にかけて行われる。
【０１２０】
これにより、サンプリング期間（露光期間）を長くできるため、より感度の高い撮像画像を得ることができる。
【０１２１】
〔駆動方法例４〕
図７（Ｂ）は、画素６５に、図４（Ｂ）乃至（Ｄ）で例示した画素６５ｂ、画素６５ｃ、または画素６５ｄを適用した場合に用いることのできる、駆動方法に係るタイミングチャートである。
【０１２２】
図７（Ｂ）は、１フレーム期間で、配線Ｓ１に接続される４つの画素６５を発光させる場合の例である。
【０１２３】
ここでは、期間Ｔ１乃至期間Ｔ４が、それぞれ２つの期間（例えば期間Ｔ１１、期間Ｔ１２）に分かれている。
【０１２４】
期間Ｔ１１において、配線Ｇ１に高電位が与えられ、配線Ｓ１に高電位が与えられることにより、配線Ｇ１と配線Ｓ１に接続される画素６５が発光する。サンプリングＳＡは、この期間Ｔ１１に行われる。
【０１２５】
続いて、期間Ｔ１２において、配線Ｇ１は高電位が保持され、配線Ｓ１に低電位を与える。これにより、画素６５は発光しない状態となる。
【０１２６】
続いて、期間Ｔ２１において、配線Ｇ１に低電位を与え、配線Ｇ２に高電位を与え、配線Ｓ１に高電位を与えることで、配線Ｇ２と配線Ｓ１に接続される画素６５を発光させ、サンプリングを行う。その後、期間Ｔ２において、配線Ｓ１に低電位を与えて画素６５の発光を停止する。以降、期間Ｔ３、期間Ｔ４においても同様に駆動する。
【０１２７】
このような方法により、図７（Ａ）と比較して、１つの撮像画像を得る時間を短縮することができる。
【０１２８】
以上が、駆動方法例についての説明である。
【０１２９】
［駆動回路の構成例］
アクティブマトリクス型の表示パネルの場合、表示する画像に応じて、画素には異なる電位のビデオデータを入力する必要があるため、例えばソース線駆動回路は多階調のビデオデータを生成する機能が必要となる。一方、本発明の一態様の撮像装置に用いる面状発光装置の場合では、画素に与える信号の電位は、必ずしも画素毎に異ならせる必要はないため、ソース線駆動回路の構成を簡略化できる。
【０１３０】
図８（Ａ）に、駆動回路６２の構成例を示す。駆動回路６２は、複数のフリップフロップ回路（以下、ＦＦ回路８１と呼ぶ）によって構成されたシフトレジスタを有する。駆動回路６２には、クロック信号ＣＬＫが入力される配線と、パルス信号ＶＳＰが与えられる配線が接続される。
【０１３１】
１つのＦＦ回路８１の出力端子は、隣接するＦＦ回路８１の入力端子、及び１つのソース線（配線Ｓ１等）に電気的に接続されている。また、ＦＦ回路８１にはクロック信号ＣＬＫが入力される。また、駆動回路６２の最も入力側に位置するＦＦ回路８１には、パルス信号ＶＳＰが入力される。
【０１３２】
駆動回路６２は、クロック信号ＣＬＫに基づいて、配線Ｓ１乃至Ｓ４等に、ＦＦ回路８１の出力電位を出力することができる。このような構成とすることで、極めて簡略化された駆動回路６２を実現できる。
【０１３３】
図８（Ｂ）には、さらに複数のセレクタ回路８２を有する例を示している。
【０１３４】
ＦＦ回路８１には、パルス信号ＶＳＰが入力される。また、１つのセレクタ回路８２の入力端子には、電位ＶＨが与えられる配線及び電位ＶＬが与えられる配線が、出力端子には、１つのソース線（配線Ｓ１等）が電気的に接続される。セレクタ回路８２は、ＦＦ回路８１からの入力に応じて、ソース線に電位ＶＨまたは電位ＶＬのいずれか一方を出力することができる。
【０１３５】
図８（Ｂ）に示す駆動回路６２は、クロック信号ＣＬＫに基づいて、配線Ｓ１乃至配線Ｓ４等に、順次電位ＶＨを出力できると同時に、他の配線には電位ＶＬを出力することができる。これにより、図８（Ａ）と比較して、ＦＦ回路８１を低電圧で駆動することができるため、より高速に駆動させることができる。
【０１３６】
以上が、駆動回路の構成例についての説明である。
【０１３７】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像方法及び撮像装置に適用可能な面状発光装置に用いることのできる表示パネルについて説明する。
【０１３９】
［構成例］
図９に、表示パネル７００の上面図を示す。表示パネル７００は、基板７４５上に設けられた画素部７０２を有する。また基板７４５上にはソースドライバ回路部７０４、一対のゲートドライバ回路部７０６、配線７１０等が設けられる。また画素部７０２には、複数の表示素子が設けられる。
【０１４０】
一対のゲートドライバ回路部７０６は、画素部７０２を挟んで両側に設けられている。なお、基板７４５上にゲートドライバ回路部７０６及びソースドライバ回路部７０４を設けない構成としてもよい。例えばそれぞれがＩＣチップの形態であってもよく、これを表示パネル７００に実装することができる。当該ＩＣチップは、基板７４５、またはＦＰＣ７１６に実装することができる。
【０１４１】
また、基板７４５には、ＩＣ７１７が実装されている。ＩＣ７１７は、例えばソースドライバ回路としての機能を有する。このとき、表示パネル７００におけるソースドライバ回路部７０４は、保護回路、バッファ回路、デマルチプレクサ回路等の少なくとも一を含む構成とすることができる。
【０１４２】
また、基板７４５の一部に、ＦＰＣ７１６（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が接続されるＦＰＣ端子部７０８が設けられている。ＦＰＣ７１６によって、ＦＰＣ端子部７０８及び配線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＩＣ７１７に各種信号等が供給される。
【０１４３】
画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６が有するトランジスタに、酸化物半導体を有するトランジスタを適用することが好ましい。また、ＩＣ７１７を構成するトランジスタにも、酸化物半導体を有するトランジスタを適用してもよい。
【０１４４】
画素部７０２に設けられる表示素子には、発光素子等を用いることができる。発光素子としては、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ＬＥＤ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  ＬＥＤ）、半導体レーザなどの、自発光性の発光素子が挙げられる。
【０１４５】
有機ＥＬ素子（ＯＬＥＤ）としては、被形成面側に光を射出するボトムエミッション型、被形成面側とは反対側に光を射出するトップエミッション型、及び両方に光を射出するデュアルエミッション型などがあり、いずれを用いてもよい。特に、トップエミッション型の発光素子を用いることで開口率を大きくできるため高精細化が容易であり、また発光素子の輝度を高めることができるため好ましい。
【０１４６】
発光ダイオード（ＬＥＤ）としては、サイズの大きいものからマクロＬＥＤ（巨大ＬＥＤともいう）、ミニＬＥＤ、マイクロＬＥＤなどがある。ここで、ＬＥＤチップの一辺の寸法が１ｍｍを超えるものをマクロＬＥＤ、１００μｍより大きく１ｍｍ以下のものをミニＬＥＤ、１００μｍ以下のものをマイクロＬＥＤと呼ぶ。画素部７０２に適用するＬＥＤとして、特にミニＬＥＤまたはマイクロＬＥＤを用いることが好ましい。マイクロＬＥＤを用いることで、極めて高精細な表示装置を実現できる。
【０１４７】
また、表示素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、半透過型の液晶素子などの液晶素子を用いることもできる。また、シャッター方式または光干渉方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子や、マイクロカプセル方式、電気泳動方式、エレクトロウェッティング方式、または電子粉流体（登録商標）方式等を適用した表示素子などを用いることもできる。
【０１４８】
［断面構成例］
以下では、表示素子として有機ＥＬを用いる構成について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は、それぞれ図９で示した表示パネル７００の、一点鎖線Ｓ−Ｔにおける断面概略図である。
【０１４９】
まず、図１０及び図１１に示す表示パネルの共通する部分について説明する。
【０１５０】
図１０及び図１１には、画素部７０２と、ゲートドライバ回路部７０６と、ＦＰＣ端子部７０８と、を含む断面を示している。画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。ゲートドライバ回路部７０６は、トランジスタ７５２を有する。
【０１５１】
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、チャネルが形成される半導体層に、酸化物半導体を適用したトランジスタである。なお、これに限られず、半導体層に、シリコン（アモルファスシリコン、多結晶シリコン、または単結晶シリコン）や、有機半導体を用いたトランジスタを適用することもできる。
【０１５２】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ電流を著しく低くできる。そのため、このようなトランジスタが適用された画素は、画像信号等の電気信号の保持時間を長くでき、画像信号等の書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくできるため、消費電力を低減することができる。
【０１５３】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示パネルに用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、シリコンウェハ等により形成された駆動回路を適用しない構成も可能であり、表示装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０１５４】
容量素子７９０は、トランジスタ７５０が有する第１のゲート電極と同一の膜を加工して形成される下部電極と、半導体層と同一の金属酸化物膜を加工して形成される上部電極と、を有する。上部電極は、トランジスタ７５０のソース領域及びドレイン領域と同様に低抵抗化されている。また、下部電極と上部電極との間には、トランジスタ７５０の第１のゲート絶縁層として機能する絶縁膜の一部が設けられる。すなわち、容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体膜として機能する絶縁膜が挟持された積層型の構造を有する。また、上部電極には、トランジスタ７５０のソース電極及びドレイン電極と同一の膜を加工して得られる配線が接続されている。
【０１５５】
また、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上には、平坦化膜として機能する絶縁層７７０が設けられている。
【０１５６】
画素部７０２が有するトランジスタ７５０と、ゲートドライバ回路部７０６が有するトランジスタ７５２とは、異なる構造のトランジスタを用いてもよい。例えば、いずれか一方にトップゲート型のトランジスタを適用し、他方にボトムゲート型のトランジスタを適用した構成としてもよい。なお、上記ソースドライバ回路部７０４についても、ゲートドライバ回路部７０６と同様である。
【０１５７】
ＦＰＣ端子部７０８は、一部が接続電極として機能する配線７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。配線７６０は、異方性導電膜７８０を介してＦＰＣ７１６が有する端子と電気的に接続される。ここでは、配線７６０は、トランジスタ７５０等のソース電極及びドレイン電極と同じ導電膜で形成されている。
【０１５８】
続いて、図１０に示す表示パネル７００について説明する。
【０１５９】
図１０に示す表示パネル７００は、基板７４５と、基板７４０とを有する。基板７４５及び基板７４０としては、例えばガラス基板、またはプラスチック基板等の可撓性を有する基板を用いることができる。
【０１６０】
トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、容量素子７９０等は、基板７４５上に設けられる。
【０１６１】
また表示パネル７００は、発光素子７８２、着色層７３６、遮光層７３８等を有する。
【０１６２】
発光素子７８２は、導電層７７２、ＥＬ層７８６、及び導電層７８８を有する。導電層７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極またはドレイン電極と電気的に接続される。導電層７７２は、絶縁層７７０上に設けられ、画素電極として機能する。また導電層７７２の端部を覆って絶縁層７３０が設けられ、絶縁層７３０及び導電層７７２上にＥＬ層７８６と導電層７８８が積層して設けられている。
【０１６３】
導電層７７２には、可視光に対して反射性を有する材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、銀等を含む材料を用いることができる。また、導電層７８８には、可視光に対して透光性を有する材料を用いることができる。例えば、インジウム、亜鉛、スズ等を含む酸化物材料を用いるとよい。そのため、発光素子７８２は、被形成面とは反対側（基板７４０側）に光を射出する、トップエミッション型の発光素子である。
【０１６４】
ＥＬ層７８６は、有機化合物、または量子ドットなどの無機化合物を有する。ＥＬ層７８６は、電流が流れた際に光を呈する発光材料を含む。
【０１６５】
発光材料としては、蛍光材料、燐光材料、熱活性化遅延蛍光（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ  ａｃｔｉｖａｔｅｄ  ｄｅｌａｙｅｄ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ：ＴＡＤＦ）材料、無機化合物（量子ドット材料など）などを用いることができる。量子ドットに用いることのできる材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料、などが挙げられる。
【０１６６】
遮光層７３８と、着色層７３６は、基板７４０の一方の面に設けられている。着色層７３６は、発光素子７８２と重なる位置に設けられている。また、遮光層７３８は、画素部７０２において、発光素子７８２と重ならない領域に設けられている。また遮光層７３８は、ゲートドライバ回路部７０６等にも重ねて設けられていてもよい。
【０１６７】
基板７４０と基板７４５とは、封止層７３２によって貼り合されている。
【０１６８】
ここでは、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６として、白色の発光を呈する発光材料が適用されている。発光素子７８２が発する白色の発光は、着色層７３６により着色されて外部に射出される。ＥＬ層７８６は、異なる色を呈する画素に亘って設けられる。画素部には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）のいずれかを透過する着色層７３６が設けられた画素をマトリクス状に配置することで、表示パネル７００は、フルカラーの表示を行うことができる。
【０１６９】
なお、表示パネル７００が、フルカラーの表示を行う必要がなく、白色光、または、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）等の単色光のみの表示でよい場合には、着色層７３６を設けない構成としてもよい。
【０１７０】
また、導電層７８８として、半透過性、半反射性を有する導電膜を用いてもよい。このとき、導電層７７２と導電層７８８との間で微小共振器（マイクロキャビティ）構造を実現し、特定の波長の光を強めて射出する構成とすることができる。またこのとき、導電層７７２と導電層７８８との間に光学距離を調整するための光学調整層を配置し、当該光学調整層の厚さを異なる色の画素間で異ならせることで、それぞれの画素から射出される光の色純度を高める構成としてもよい。
【０１７１】
なお、ＥＬ層７８６を画素毎に島状または画素列毎に縞状に形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においては、着色層７３６や、上述した光学調整層を設けない構成としてもよい。
【０１７２】
ここで、基板７４５と基板７４０とは、それぞれ透湿性の低い基板を用いることが好ましい。このような基板７４５と基板７４０との間に、発光素子７８２やトランジスタ７５０等が挟持された構成とすることで、これらの劣化が抑制され、信頼性の高い表示パネルを実現できる。
【０１７３】
図１１に示す表示パネル７００Ａは、図１０で示した基板７４０に換えて、保護フィルムとして機能する保護層４７９を有する。
【０１７４】
保護層７４９は、封止層７３２と貼りあわされている。保護層７４９としては、ガラス基板や樹脂フィルムなどを用いることができる。また、保護層７４９として、偏光板（円偏光板を含む）、散乱板などの光学部材等を用いてもよい。または、これらを２つ以上積層した構成を適用してもよい。
【０１７５】
また、発光素子７８２が有するＥＬ層７８６は、絶縁層７３０及び導電層７７２上に島状に設けられている。ＥＬ層７８６を、副画素毎に発光色が異なるように作り分けることで、着色層７３６を用いずにカラー表示を実現することができる。
【０１７６】
また、発光素子７８２を覆って、保護層７４１が設けられている。保護層７４１は発光素子７８２に水などの不純物が拡散することを防ぐ機能を有する。保護層７４１は、導電層７８８側から絶縁層７４１ａ、絶縁層７４１ｂ、及び絶縁層７４１ｃがこの順で積層された積層構造を有している。このとき、絶縁層７４１ａと絶縁層７４１ｃには、水などの不純物に対してバリア性の高い無機絶縁膜を、絶縁層７４１ｂには平坦化膜として機能する有機絶縁膜を、それぞれ用いることが好ましい。また、保護層７４１は、ゲートドライバ回路部７０６にも延在して設けられていることが好ましい。
【０１７７】
また、封止層７３２よりも内側において、トランジスタ７５０やトランジスタ７５２等を覆う有機絶縁膜が島状に形成されることが好ましい。言い換えると、当該有機絶縁膜の端部が、封止層７３２の内側、または封止層７３２の端部と重なる領域に位置することが好ましい。図１１では、絶縁層７７０、絶縁層７３０、及び絶縁層７４１ｂが、島状に加工されている例を示している。例えば封止層７３２と重なる部分では、絶縁層７４１ｃ及び絶縁層７４１ａが接して設けられている。このように、トランジスタ７５０やトランジスタ７５２を覆う有機絶縁膜の表面が、封止層７３２よりも外側に露出しない構成とすることで、外部から当該有機絶縁膜を介してトランジスタ７５０やトランジスタ７５２に水や水素が拡散することを好適に防ぐことができる。これにより、トランジスタの電気特性の変動が抑えられ、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
【０１７８】
［構成要素について］
以下では、表示装置に適用可能なトランジスタ等の構成要素について説明する。
【０１７９】
〔トランジスタ〕
トランジスタは、ゲート電極として機能する導電層と、半導体層と、ソース電極として機能する導電層と、ドレイン電極として機能する導電層と、ゲート絶縁層として機能する絶縁層と、を有する。
【０１８０】
なお、本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【０１８１】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、単結晶半導体、または単結晶以外の結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。単結晶半導体または結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０１８２】
以下では、特に金属酸化物膜をチャネルが形成される半導体層に用いるトランジスタについて説明する。
【０１８３】
トランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む金属酸化物などであり、例えば、後述するＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。
【０１８４】
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア濃度の小さい金属酸化物を用いたトランジスタは、その低いオフ電流により、トランジスタと直列に接続された容量素子に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。
【０１８５】
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される膜とすることができる。
【０１８６】
半導体層を構成する金属酸化物がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。
【０１８７】
半導体層としては、キャリア濃度の低い金属酸化物膜を用いる。例えば、半導体層は、キャリア濃度が１×１０１７ｃｍ−３以下、好ましくは１×１０１５ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以下、さらに好ましくは１×１０１０ｃｍ−３未満であり、１×１０−９ｃｍ−３以上のキャリア濃度の金属酸化物を用いることができる。そのような金属酸化物を、高純度真性または実質的に高純度真性な金属酸化物と呼ぶ。当該酸化物半導体は欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する金属酸化物であるといえる。
【０１８８】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成の酸化物半導体を用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア濃度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１８９】
半導体層を構成する金属酸化物において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、半導体層において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とする。
【０１９０】
また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、金属酸化物と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られる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。
【０１９１】
また、半導体層を構成する金属酸化物に窒素が含まれていると、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金属酸化物を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【０１９２】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、及び非晶質酸化物半導体などがある。
【０１９３】
また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、ＣＡＣ−ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【０１９４】
なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体またはＣＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、ｎｃ−ＯＳまたはＣＡＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。
【０１９５】
なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、ＣＡＣ−ＯＳを用いると好ましい。ＣＡＣ−ＯＳを用いることで、トランジスタに高い電気特性または高い信頼性を付与することができる。
【０１９６】
なお、半導体層がＣＡＡＣ−ＯＳの領域、多結晶酸化物半導体の領域、ｎｃ−ＯＳの領域、擬似非晶質酸化物半導体の領域、及び非晶質酸化物半導体の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【０１９７】
＜ＣＡＣ−ＯＳの構成＞
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０１９８】
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２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【０１９９】
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【０２００】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
【０２０１】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【０２０２】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０２０３】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０２０４】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０２０５】
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０２０６】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０２０７】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０２０８】
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く、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０２０９】
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折測定から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０２１０】
またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域（リング領域）と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０２１１】
また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０２１２】
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０２１３】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、金属酸化物としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、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。
【０２１４】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、金属酸化物中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０２１５】
従って、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０２１６】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【０２１７】
また、半導体層にＣＡＣ−ＯＳを有するトランジスタは電界効果移動度が高く、且つ駆動能力が高いので、該トランジスタを、駆動回路、代表的にはゲート信号を生成する走査線駆動回路に用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）表示装置を提供することができる。また、該トランジスタを、表示装置が有する信号線駆動回路（とくに、信号線駆動回路が有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
【０２１８】
また、半導体層にＣＡＣ−ＯＳを有するトランジスタは低温ポリシリコンを用いたトランジスタのように、レーザ結晶化工程が不要である。これのため、大面積基板を用いた表示装置であっても、製造コストを低減することが可能である。さらに、ウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」）、スーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」）のよう高解像度であり、且つ大型の表示装置において、半導体層にＣＡＣ−ＯＳを有するトランジスタを駆動回路及び表示部に用いることで、短時間での書き込みが可能であり、表示不良を低減することが可能であり好ましい。
【０２１９】
または、トランジスタのチャネルが形成される半導体にシリコンを用いてもよい。シリコンとしてアモルファスシリコンを用いてもよいが、特に結晶性を有するシリコンを用いることが好ましい。例えば、微結晶シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどを用いることが好ましい。特に、多結晶シリコンは、単結晶シリコンに比べて低温で形成でき、且つアモルファスシリコンに比べて高い電界効果移動度と高い信頼性を備える。
【０２２０】
〔導電層〕
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金などが挙げられる。またこれらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、チタン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、タングステン膜上にアルミニウム膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜上に銅膜を積層する二層構造、タングステン膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、その上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛等の酸化物を用いてもよい。また、マンガンを含む銅を用いると、エッチングによる形状の制御性が高まるため好ましい。
【０２２１】
〔絶縁層〕
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。
【０２２２】
また、発光素子は、一対の透水性の低い絶縁膜の間に設けられていることが好ましい。これにより、発光素子に水等の不純物が侵入することを抑制でき、装置の信頼性の低下を抑制できる。
【０２２３】
透水性の低い絶縁膜としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等の窒素と珪素を含む膜や、窒化アルミニウム膜等の窒素とアルミニウムを含む膜等が挙げられる。また、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜等を用いてもよい。
【０２２４】
例えば、透水性の低い絶縁膜の水蒸気透過量は、１×１０−５［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、好ましくは１×１０−６［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、より好ましくは１×１０−７［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下、さらに好ましくは１×１０−８［ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）］以下とする。
【０２２５】
以上が、構成要素についての説明である。
【０２２６】
本実施の形態で例示した構成例、及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て実施することができる。
【０２２７】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２２８】
（実施の形態３）
本実施の形態では、極めて高い精細度が実現可能な表示装置の構成例について説明する。以下で例示する表示装置は、本発明の一態様の撮像方法及び撮像装置における、面状発光装置に適用することができる。
【０２２９】
図１２（Ａ）は、表示装置１００の構成例を示す断面図である。表示装置１００は、基板１０１及び基板１０５を有し、基板１０１と基板１０５はシール材１１２により貼り合わされている。
【０２３０】
基板１０１として、単結晶シリコン基板等の単結晶半導体基板を用いることができる。なお、基板１０１として単結晶半導体基板以外の半導体基板を用いてもよい。
【０２３１】
基板１０１上にトランジスタ４４１、及びトランジスタ６０１が設けられる。トランジスタ４４１は、駆動回路等に設けられるトランジスタとすることができる。トランジスタ６０１は、画素に設けられるトランジスタ、ゲートドライバ回路に設けられるトランジスタ、またはソースドライバ回路に設けられるトランジスタとすることができる。
【０２３２】
トランジスタ４４１は、ゲート電極としての機能を有する導電層４４３と、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層４４５と、基板１０１の一部とを有する。基板１０１の一部には、チャネル形成領域を含む半導体領域４４７、ソース領域又はドレイン領域の一方として機能する低抵抗領域４４９ａ、他方として機能する低抵抗領域４４９ｂが形成されている。トランジスタ４４１は、ｐチャネル型又はｎチャネル型のいずれでもよい。
【０２３３】
トランジスタ４４１は、素子分離層４０３によって他のトランジスタと電気的に分離される。図１２（Ａ）では、素子分離層４０３によってトランジスタ４４１とトランジスタ６０１が電気的に分離される場合を示している。素子分離層４０３は、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）法、又はＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。
【０２３４】
ここで、図１２（Ａ）に示すトランジスタ４４１は半導体領域４４７が凸形状を有する。また、半導体領域４４７の側面及び上面を、絶縁層４４５を介して、導電層４４３が覆うように設けられている。なお、図１２（Ａ）では、導電層４４３が半導体領域４４７の側面を覆う様子は図示していない。また、導電層４４３には仕事関数を調整する材料を用いることができる。
【０２３５】
トランジスタ４４１のような半導体領域が凸形状を有するトランジスタは、半導体基板の凸部を利用していることから、フィン型トランジスタと呼ぶことができる。なお、凸部の上部に接して、凸部を形成するためのマスクとしての機能を有する絶縁層を有していてもよい。また、図１２（Ａ）では基板１０１の一部を加工して凸部を形成する構成を示しているが、ＳＯＩ基板を加工して凸形状を有する半導体を形成してもよい。
【０２３６】
なお、図１２（Ａ）に示すトランジスタ４４１の構成は一例であり、その構成に限定されず、回路構成又は回路の動作方法等に応じて適切な構成とすればよい。例えば、トランジスタ４４１は、プレーナ型のトランジスタであってもよい。
【０２３７】
トランジスタ６０１は、トランジスタ４４１と同様の構成とすることができる。
【０２３８】
基板１０１上には、素子分離層４０３、並びにトランジスタ４４１及びトランジスタ６０１の他、絶縁層４０５、絶縁層４０７、絶縁層４０９、及び絶縁層４１１が設けられる。絶縁層４０５中、絶縁層４０７中、絶縁層４０９中、及び絶縁層４１１中に導電層４５１が埋設されている。ここで、導電層４５１の上面の高さと、絶縁層４１１の上面の高さは同程度にできる。
【０２３９】
導電層４５１上、及び絶縁層４１１上に、絶縁層４１３及び絶縁層４１５が設けられる。また、絶縁層４１３中、及び絶縁層４１５中に導電層４５７が埋設されている。導電層４５７の上面の高さと、絶縁層４１５の上面の高さは同程度にできる。
【０２４０】
導電層４５７上、及び絶縁層４１５上に絶縁層４１７及び絶縁層４１９が設けられる。また、絶縁層４１７中、及び絶縁層４１９中に導電層４５９が埋設されている。導電層４５９の上面の高さと、絶縁層４１９の上面の高さは同程度にできる。
【０２４１】
導電層４５９上、及び絶縁層４１９上に絶縁層４２１及び絶縁層２１４が設けられる。また、絶縁層４２１中、及び絶縁層２１４中に導電層４５３が埋設されている。導電層４５３の上面の高さと、絶縁層２１４の上面の高さは同程度にできる。
【０２４２】
導電層４５３上、及び絶縁層２１４上に絶縁層２１６が設けられる。絶縁層２１６中に導電層４５５が埋設されている。導電層４５５の上面の高さと、絶縁層２１６の上面の高さは同程度にできる。
【０２４３】
導電層４５５上、及び絶縁層２１６上に絶縁層２２２、絶縁層２２４、絶縁層２５４、絶縁層２８０、絶縁層２７４、及び絶縁層２８１が設けられる。絶縁層２２２中、絶縁層２２４中、絶縁層２５４中、絶縁層２８０中、絶縁層２７４中、及び絶縁層２８１中に導電層３０５が埋設されている。導電層３０５の上面の高さと、絶縁層２８１の上面の高さは同程度にできる。
【０２４４】
導電層３０５上、及び絶縁層２８１上に絶縁層３６１が設けられる。絶縁層３６１中に導電層３１７、及び導電層３３７が埋設されている。導電層３３７の上面の高さと、絶縁層３６１の上面の高さは同程度にできる。
【０２４５】
導電層３３７上、及び絶縁層３６１上に絶縁層３６３が設けられる。絶縁層３６３中に導電層３４７、導電層３５３、導電層３５５、及び導電層３５７が埋設されている。導電層３５３、導電層３５５、及び導電層３５７の上面の高さと、絶縁層３６３の上面の高さは同程度にできる。
【０２４６】
導電層３５３上、導電層３５５上、導電層３５７上、及び絶縁層３６３上に接続電極１６０が設けられる。また、接続電極１６０と電気的に接続されるように異方性導電層１８０が設けられ、異方性導電層１８０と電気的に接続されるようにＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）１１６が設けられる。ＦＰＣ１１６によって、表示装置１００の外部から、表示装置１００に各種信号等が供給される。
【０２４７】
図１２（Ａ）に示すように、トランジスタ４４１のソース領域又はドレイン領域の他方としての機能を有する低抵抗領域４４９ｂは、導電層４５１、導電層４５７、導電層４５９、導電層４５３、導電層４５５、導電層３０５、導電層３１７、導電層３３７、導電層３４７、導電層３５３、導電層３５５、導電層３５７、接続電極１６０、及び異方性導電層１８０を介して、ＦＰＣ１１６と電気的に接続されている。ここで、図１２（Ａ）では接続電極１６０と導電層３４７を電気的に接続する機能を有する導電層として、導電層３５３、導電層３５５、及び導電層３５７の３つを示しているが本発明の一態様はこれに限らない。接続電極１６０と導電層３４７を電気的に接続する機能を有する導電層を１つとしてもよいし、２つとしてもよいし、４つ以上としてもよい。接続電極１６０と導電層３４７を電気的に接続する機能を有する導電層を複数設けることで、接触抵抗を小さくすることができる。
【０２４８】
絶縁層２１４上には、トランジスタ１５０が設けられる。トランジスタ１５０は、画素に設けられるトランジスタとすることができる。トランジスタ１５０は、酸化物半導体が適用されたトランジスタを用いることができる。このようなトランジスタは、オフ電流が極めて低いという特徴を有する。よって、画像信号等の保持時間を長くすることができるので、リフレッシュ動作の頻度を少なくできる。よって、表示装置１００の消費電力を低減することができる。
【０２４９】
絶縁層２５４中、絶縁層２８０中、絶縁層２７４中、及び絶縁層２８１中に導電層３０１ａ、及び導電層３０１ｂが埋設されている。導電層３０１ａは、トランジスタ１５０のソース又はドレインの一方と電気的に接続され、導電層３０１ｂは、トランジスタ１５０のソース又はドレインの他方と電気的に接続されている。ここで、導電層３０１ａ、及び導電層３０１ｂの上面の高さと、絶縁層２８１の上面の高さは同程度にできる。
【０２５０】
絶縁層３６１中に導電層３１１、導電層３１３、導電層３３１、容量素子１９０、導電層３３３、及び導電層３３５が埋設されている。導電層３１１及び導電層３１３はトランジスタ１５０と電気的に接続され、配線としての機能を有する。導電層３３３及び導電層３３５は、容量素子１９０と電気的に接続されている。導電層３３１、導電層３３３、及び導電層３３５の上面の高さと、絶縁層３６１の上面の高さは同程度にできる。
【０２５１】
絶縁層３６３中に導電層３４１、導電層３４３、及び導電層３５１が埋設されている。導電層３５１の上面の高さと、絶縁層３６３の上面の高さは同程度にできる。
【０２５２】
絶縁層４０５、絶縁層４０７、絶縁層４０９、絶縁層４１１、絶縁層４１３、絶縁層４１５、絶縁層４１７、絶縁層４１９、絶縁層４２１、絶縁層２１４、絶縁層２８０、絶縁層２７４、絶縁層２８１、絶縁層３６１、及び絶縁層３６３は、層間膜としての機能を有し、それぞれの下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜としての機能を有してもよい。例えば、絶縁層３６３の上面は、平坦性を高めるために化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法等を用いた平坦化処理により平坦化されていてもよい。
【０２５３】
図１２（Ａ）に示すように、容量素子１９０は下部電極３２１と、上部電極３２５と、を有する。また、下部電極３２１と上部電極３２５との間には、絶縁層３２３が設けられる。すなわち、容量素子１９０は、一対の電極間に誘電体として機能する絶縁層３２３が挟持された積層型の構造である。なお、図１２（Ａ）では絶縁層２８１上に容量素子１９０を設ける例を示しているが、絶縁層２８１と異なる絶縁層上に、容量素子１９０を設けてもよい。
【０２５４】
図１２（Ｂ）に、トランジスタ１５０の拡大図を示す。
【０２５５】
トランジスタ１５０は、導電層１６１、半導体層１５１、半導体層１５２、半導体層１５３、一対の導電層１５４、絶縁層１５５、導電層１５６、導電層１５７等を有する。
【０２５６】
導電層１６１は第１のゲート電極として機能し、導電層１５６及び導電層１５７は、第２のゲート電極として機能する。一対の導電層１５４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。
【０２５７】
半導体層１５３、絶縁層１５５、導電層１５６、及び導電層１５７は、絶縁層２８０に設けられた凹部を埋めるように、順に設けられている。
【０２５８】
このような構成とすることで、占有面積の極めて小さなトランジスタを実現できる。例えば、チャネル長が１００ｎｍ以下、８０ｎｍ以下、６０ｎｍ以下、さらには４０ｎｍ以下のトランジスタを実現できる。そのため、極めて高精細な表示装置を実現できる。
【０２５９】
図１２（Ａ）に示す表示装置１００は、発光素子１８２を有する。発光素子１８２は、導電層１７２、ＥＬ層１８６、及び導電層１８８を有する。ＥＬ層１８６は、有機化合物、又は量子ドット等の無機化合物を有する。また、導電層１７２は、導電層３５１、導電層３４１、導電層３３１、導電層３１３、及び導電層３０１ｂを介して、トランジスタ１５０のソース又はドレインの他方と電気的に接続されている。導電層１７２は絶縁層３６３上に形成され、画素電極としての機能を有する。
【０２６０】
図１２（Ａ）に示す表示装置１００には、絶縁層３６３上に絶縁層１３０が設けられる。ここで、絶縁層１３０は、導電層１７２の一部を覆う構成とすることができる。また、発光素子１８２は透光性の導電層１８８を有し、トップエミッション型の発光素子である。
【０２６１】
発光素子１８２は、マイクロキャビティ構造を有することができる。これにより、着色層を設けなくても所定の色の光（例えば、ＲＧＢ）を取り出すことができ、表示装置１００はカラー表示を行うことができる。着色層を設けない構成とすることにより、着色層による光の吸収を抑制することができる。これにより、表示装置１００は高輝度の画像を表示することができ、また表示装置１００の消費電力を低減することができる。なお、ＥＬ層１８６を画素毎に島状又は画素列毎に縞状に形成する、すなわち塗り分けにより形成する場合においても、着色層を設けない構成とすることができる。
【０２６２】
なお、遮光層１３８は絶縁層１３０と重なる領域を有するように設けられている。また、遮光層１３８は、絶縁層１３４で覆われている。また、発光素子１８２と絶縁層１３４の間は封止層１３２で充填されている。
【０２６３】
さらに、構造体１７８は、絶縁層１３０とＥＬ層１８６との間に設けられる。また、構造体１７８は、絶縁層１３０と絶縁層１３４との間に設けられる。
【０２６４】
図１２（Ａ）では、トランジスタ４４１及びトランジスタ６０１を、基板１０１の内部にチャネル形成領域が形成されるように設け、トランジスタ４４１及びトランジスタ６０１の上に積層して、酸化物半導体が適用されたトランジスタを設ける構成を示したが、本発明の一態様はこれに限らない。図１３に図１２（Ａ）の変形例を示す。図１３に示す表示装置１００は、酸化物半導体が適用されたトランジスタ６０２及びトランジスタ６０３の上に積層して、トランジスタ１５０が設けられている点で、図１２（Ａ）に示す構成と異なる。つまり、図１３に示す表示装置１００は、酸化物半導体が適用されたトランジスタが積層して設けられている。
【０２６５】
基板１０１上には絶縁層６１３及び絶縁層６１４が設けられ、絶縁層６１４上にはトランジスタ６０２及びトランジスタ６０３が設けられる。なお、基板１０１と、絶縁層６１３と、の間にトランジスタ等が設けられていてもよい。例えば、基板１０１と、絶縁層６１３と、の間に、図１２（Ａ）で示したトランジスタ４４１及びトランジスタ６０１と同様の構成のトランジスタを設けてもよい。
【０２６６】
トランジスタ６０２は駆動回路に設けられるトランジスタとすることができる。トランジスタ６０３は、ゲートドライバに設けられるトランジスタ、又はソースドライバに設けられるトランジスタとすることができる。
【０２６７】
トランジスタ６０２及びトランジスタ６０３は、トランジスタ１５０と同様の構成のトランジスタとすることができる。なお、トランジスタ６０２及びトランジスタ６０３を、トランジスタ１５０と異なる構成のトランジスタとしてもよい。
【０２６８】
絶縁層６１４上には、トランジスタ６０２及びトランジスタ６０３の他、絶縁層６１６、絶縁層６２２、絶縁層６２４、絶縁層６５４、絶縁層６８０、絶縁層６７４、及び絶縁層６８１が設けられる。絶縁層６５４中、絶縁層６８０中、絶縁層６７４中、及び絶縁層６８１中に導電層４６１が埋設されている。導電層４６１の上面の高さと、絶縁層６８１の上面の高さは同程度にできる。
【０２６９】
導電層４６１上、及び絶縁層６８１上に絶縁層５０１が設けられる。絶縁層５０１中に導電層４６３が埋設されている。導電層４６３の上面の高さと、絶縁層５０１の上面の高さは同程度にできる。
【０２７０】
導電層４６３上、及び絶縁層５０１上に絶縁層５０３が設けられる。絶縁層５０３中に導電層４６５が埋設されている。導電層４６５の上面の高さと、絶縁層５０３の上面の高さは同程度にできる。
【０２７１】
導電層４６５上、及び絶縁層５０３上に絶縁層５０５が設けられる。絶縁層５０５中に導電層４６７が埋設されている。導電層４６７の上面の高さと、絶縁層５０５の上面の高さは同程度にできる。
【０２７２】
導電層４６７上、及び絶縁層５０５上に絶縁層５０７が設けられる。絶縁層５０７中に導電層４６９が埋設されている。導電層４６９の上面の高さと、絶縁層５０７の上面の高さは同程度にできる。
【０２７３】
導電層４６９上、及び絶縁層５０７上に絶縁層５０９が設けられる。絶縁層５０９中に導電層４７１が埋設されている。導電層４７１の上面の高さと、絶縁層５０９の上面の高さは同程度にできる。
【０２７４】
導電層４７１上、及び絶縁層５０９上に絶縁層４２１及び絶縁層２１４が設けられる。絶縁層４２１中、及び絶縁層２１４中に導電層４５３が埋設されている。導電層４５３の上面の高さと、絶縁層２１４の上面の高さは同程度にできる。
【０２７５】
図１３に示すように、トランジスタ６０２のソース又はドレインの一方は、導電層４６１、導電層４６３、導電層４６５、導電層４６７、導電層４６９、導電層４７１、導電層４５３、導電層４５５、導電層３０５、導電層３１７、導電層３３７、導電層３４７、導電層３５３、導電層３５５、導電層３５７、接続電極１６０、及び異方性導電層１８０を介して、ＦＰＣ１１６と電気的に接続されている。
【０２７６】
絶縁層６１３、絶縁層６１４、絶縁層６８０、絶縁層６７４、絶縁層６８１、絶縁層５０１、絶縁層５０３、絶縁層５０５、絶縁層５０７、及び絶縁層５０９は、層間膜としての機能を有し、それぞれの下方の凹凸形状を被覆する平坦化膜としての機能を有してもよい。
【０２７７】
表示装置１００を図１３に示す構成とすることにより、表示装置１００を狭額縁化、小型化させつつ、表示装置１００が有するトランジスタを全て酸化物半導体が適用されたトランジスタとすることができる。これにより、異なる種類のトランジスタを作製する必要がなくなるため、表示装置１００の作製コストを低減することができる。
【０２７８】
なお、上記では２つのトランジスタを積層する構成について説明したが、３層以上積層した構成としてもよい。例えば、シリコンが適用されたトランジスタ上に、酸化物半導体が適用されたトランジスタを２つ以上積層した積層構造とすることもできる。
【０２７９】
また、上記ではトランジスタを積層する構成について説明したが、これに限られない。要求される画素間隔を実現できる程度に、トランジスタを十分に微細に作製できる場合には、トランジスタを積層することなく、表示装置を構成することで作製コストを低減することができる。例えば、単結晶基板上に上述した酸化物半導体が適用されたトランジスタを設ける構成とすることもできる。
【０２８０】
本実施の形態で例示した構成例、及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て実施することができる。
【０２８１】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例１】
【０２８２】
本実施例では、本発明の一態様の撮像方法を用いて撮像した結果について説明する。
【０２８３】
面状発光装置としては、発光素子として、有機ＥＬ素子を適用した表示パネルを用いた。また、有機ＥＬパネルは、画素を構成するトランジスタとして酸化物半導体が適用された表示パネルとした。表１に、当該表示パネルの仕様を示す。
【０２８４】
【表１】
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【０２８５】
また、撮像に用いた光電変換装置としては、輝度計を用いた。輝度計には、トプコンテクノハウス社製、色彩輝度計ＢＭ−５ＡＳを用いた。
【０２８６】
撮像は、まず暗室内に表示パネルを配置し、表示パネルの表示領域の直上、約７０ｃｍの位置に、輝度計を固定した。そして表示パネルの画面に直接、被観察体を置いた状態で、１画素ずつ白色発光させたときの輝度を、繰り返し測定した。ここでは、被観察体として基材が透明な定規を用いた。
【０２８７】
その後、得られた複数の輝度のデータの最小値と最大値に基づいて、それぞれのデータに階調値を割り当てることにより、８ｂｉｔ階調の画像データを生成した。
【０２８８】
図１４に、上記撮像により得られた画像を示す。図１４に示す画像は、８０×８０個の画素データからなる画像である。図１４に示すように、高いコントラスト比で鮮明な画像が得られていることが分かる。
【０２８９】
また、図１４に示す画像から、定規のメモリ間隔の測長を試みたところ、０．９８７［０．００５］ｍｍとなり、高い精度で測長が可能であることが分かった。
【０２９０】
続いて、面状発光装置として有機ＥＬパネルを用いた場合と、液晶パネルを用いた場合の比較を行った。
【０２９１】
液晶パネルとしては、画素密度が８６ｐｐｉ、画素ピッチが０．２９５ｍｍ×０．２９５ｍｍである、市販のモニタ装置を用いた。
【０２９２】
また、画素ピッチを近づけるため、有機ＥＬパネルについては３×３個の画素毎に撮像を行った。
【０２９３】
図１５（Ａ１）に、有機ＥＬパネルを用いて撮像した画像を、図１５（Ｂ１）に、液晶パネルを用いて撮像した画像を示す。それぞれの画像は、画素数が７５×７５である。いずれの画像においても、定規のメモリや数字が明瞭に撮像できていることが分かる。また、有機ＥＬパネルを用いた方が、液晶パネルを用いた場合に比べて高いコントラストの画像が得られていることが分かる。
【０２９４】
図１５（Ａ２）には、図１５（Ａ１）中の破線で示す、一列の画像データに対応する階調値を示している。また図１５（Ｂ２）には、図１５（Ｂ１）中の破線で示す一列の画像データに対応する階調値を示している。図１５（Ａ２）、（Ｂ２）において、横軸は画素データのアドレスを、縦軸は階調値の最大値を１として規格化した画像データの階調値を示している。
【０２９５】
有機ＥＬパネルを用いた場合には、明るい部分と暗い部分とで階調値の差が大きく、高いコントラストが得られている。一方、液晶パネルを用いた場合では、明るい部分と暗い部分との階調値の差が小さく、低いコントラストとなっていることが分かる。
【０２９６】
液晶パネルを用いた場合では、発光させない画素からも、バックライトからの光の一部が射出されてしまい、撮像の際にこの光が光電変換装置に入射することで、コントラストの低い画像になってしまう。一方、有機ＥＬパネルが有する有機ＥＬ素子は自発光性であるため、発光させない画素は発光しないため、高いコントラストが実現できる。さらに、画素を構成するトランジスタに、オフ状態におけるリーク電流が著しく低い酸化物半導体が適用されているため、隣接画素間のリーク電流が抑えられ、より高いコントラストが実現されている。
【０２９７】
なお、ここでは撮像範囲を７５×７５画素の領域としたが、表示パネルの解像度に相当する撮像範囲にまで拡張することが可能である。
【０２９８】
以上のことから、レンズを用いることなく、極めて簡単な構成により、高い分解能と、広い視野を両立した、顕微鏡として用いることのできる撮像装置を実現できることが確認できた。
【実施例２】
【０２９９】
本実施例では、上記実施例１で用いた表示パネルよりも、極めて高精細な表示パネルを面状発光装置に適用し、撮像した結果について説明する。
【０３００】
本実施例で用いた表示パネルは、精細度（画素密度）が５２９１ｐｐｉ、解像度（有効画素数）が１２８０×７２０と極めて高精細な表示パネルである。表示エリアのサイズは６．１４ｍｍ×３．４６ｍｍである。発光素子には、上面射出（トップエミッション）型の有機ＥＬ素子を用いた。表示パネルの基板には単結晶基板を用い、当該基板に、酸化物半導体を適用したトランジスタと、発光素子とを順に形成した。画素及びゲート線駆動回路を構成するトランジスタには酸化物半導体を適用し、ソース線駆動回路にはＩＣを適用した。
【０３０１】
撮像方法は、上記実施例１の記載を援用することができる。ここでは、３×３個の画素毎に、白色発光させた状態で輝度を測定する操作を繰り返し行い、１０５×１０５個の画素データからなる画像を得た。
【０３０２】
被観察体としては、文字パターンが施された金属薄膜が設けられたガラス基板を用いた。図１６（Ａ）に、被観察体の光学顕微鏡像を示している。被観察体の撮像領域には、「ＴＥＧ２」の文字が施されている。一つの文字のサイズは約３００μｍ×３００μｍであり、文字部分の線幅は約６０μｍである。また、図１６（Ａ）に示すように、被観察体には文字とは別に、線幅が約５μｍの配線パターンも施されている。
【０３０３】
図１６（Ｂ）に、撮像により得られた画像を示す。図１６（Ｂ）に示す画像は、１０５×１０５個の画素データからなる、８ｂｉｔ階調の画像である。図１６（Ｂ）に示すように、金属薄膜で遮光された部分が暗く、それ以外の部分が明るく表示され、「ＴＥＧ２」の文字を明瞭に読み取ることができる。また、当該文字の上下に位置する配線パターンも一部撮像できていることがわかる。
【０３０４】
続いて、被観察体として、それぞれ異なる文字パターンが施された金属薄膜が設けられた２枚のガラス基板を積層したものを用いて撮像を行った。ガラス基板の厚さは、それぞれ０．７ｍｍである。
【０３０５】
図１７（Ａ）は、被観察体の模式図を示している。下側に位置するガラス基板の表面には、「ＴＥＧ２」の文字パターンが施され、上側に位置するガラス基板の表面には「ＴＥＧ１」の文字パターンが施されている。図１７（Ａ）に示すように、２つの文字が重ならないように、２枚のガラス基板を重ねたものを、被観察体として用いた。
【０３０６】
図１７（Ｂ）は、被観察体の光学顕微鏡像を示している。ここでは、下側に位置するガラス基板の表面（すなわち、「ＴＥＧ２」の文字）にピントが合うようにして撮像した。図１７（Ｂ）に示すように、光学顕微鏡では被写界深度が浅いため、上側に位置するガラス基板の表面に施された「ＴＥＧ１」の文字は、ピントが合わずにぼけていることが確認できる。
【０３０７】
図１７（Ｃ）は、本発明の一態様の撮像方法により撮像した画像を示している。図１７（Ｃ）に示すように、厚さ約０．７ｍｍ隔てて配置された２つの文字パターンが明瞭に観察できていることが確認できる。このことから、被観察体の厚さ方向全体に亘って、ピントの合った像を撮像することができることが確認できた。
【０３０８】
以上のことから、本発明の一態様の撮像方法において、精細度の高い表示パネルを用いることで、極めて微細な被観察体も撮像することが可能であることが確認できた。さらに、被写界深度が極めて深く、レンズによるピント調整を必要としないため、厚さの厚い被観察体であっても、一度の撮像により、厚さ方向全体に亘ってピントの合った明瞭な像を撮像できることが確認できた。
【符号の説明】
【０３０９】
１０、１０ａ、１０Ａ、１０Ｂ：撮像装置、１１：面状発光装置、１１ａ：発光面、１２：光電変換装置、１２ａ：受光面、１３：遮光部材、１４：ステージ、１６：位置調整機構、１６ａ、ｂ：ダイヤル、２１：発光領域、２２：画素データ、３０：被観察体、３１：直接光、３２：透過光、４０、４０ａ：撮像画像、５１：制御部、５２：タイミング制御部、５３：Ａ−Ｄ変換部、５４：記憶部、５５：表示装置、６１：発光部、６２、６３：駆動回路、６５、６５ａ〜ｄ：画素、６６、６７：配線、７１：発光素子、７２、７３：トランジスタ、７４：容量素子、８１：ＦＦ回路、８２：セレクタ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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