(57)【要約】画像信号を変換せずに適切な表示が行える表示装置を提供する。高解像度で表示する場合は、第１の信号線および各画素が有する第１のトランジスタを経路して、各画素に個別のデータを供給する。低解像度で表示する場合は、第２の信号線および複数の画素と電気的に接続する第２のトランジスタを経路して当該複数の画素に同一のデータを供給する。表示対象の画像信号が複数であり、対応する解像度が異なる場合に、上記のように画像信号の供給経路を切り替えることで、アップコンバートまたはダウンコンバートすることなく表示が可能となる。
2019087023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のトランジスタと、第１の回路乃至第４の回路を有する表示装置であって、
前記第１の回路乃至第４の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、回路ブロックと、を有し、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１の容量素子の一方の電極は、前記回路ブロックと電気的に接続され、
前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する表示装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１の回路が有する前記第２のトランジスタのゲートと、前記第２の回路が有する前記第２のトランジスタのゲートは電気的に接続され、
前記第３の回路が有する前記第２のトランジスタのゲートと、前記第４の回路が有する前記第２のトランジスタのゲートは電気的に接続されている表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記第１の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、前記第３の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は電気的に接続され、
前記第２の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、前記第４の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方は電気的に接続されている表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記第１の回路乃至前記第４の回路のそれぞれは、マトリクス状に配置された画素の機能を有し、
前記第１の回路は、ｎ行ｉ列目（ｎ、ｉは自然数）に配置され、
前記第２の回路は、ｎ行（ｉ＋ｘ）列目（ｘは自然数）に配置され、
前記第３の回路は、（ｎ＋１）行ｉ列目に配置され、
前記第４の回路は、（ｎ＋１）行（ｉ＋ｘ）列目に配置されている表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記回路ブロックは、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第２の容量素子と、有機ＥＬ素子と、を有し、
前記有機ＥＬ素子の一方の電極は、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の一方の電極は、前記第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第３のトランジスタのゲートは、前記第２の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の他方の電極は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続されている表示装置。
【請求項７】
請求項６において、
さらに第５のトランジスタと、第５の回路と、を有し、
前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第５の回路と電気的に接続されている表示装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第５の回路は、定電位を供給する機能を有する表示装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記第５の回路は、電流値を読み取る機能および補正データを生成する機能を有する表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記回路ブロックは、第６のトランジスタと、第３の容量素子と、液晶素子と、を有し、
前記液晶素子の一方の電極は、前記容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記容量素子の一方の電極は、前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続されている表示装置。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記第６のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、前記金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有する表示装置。
【請求項１２】
第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、第３の回路と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、を有する表示装置であって、
前記第１の回路乃至第３の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、表示素子と、を有し、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１の容量素子の一方の電極は、前記表示素子と電気的に接続され、
前記第１の回路乃至第３の回路は、一方向に順に隣り合うように配置され、
前記第１の回路と前記第２の回路との間には、前記第１の配線が設けられ、
前記第２の回路と前記第３の回路との間には、前記第２の配線および前記第３の配線が設けられ、
前記第１の配線は、前記第２の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第２の配線は、前記第３の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第３の配線は、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の回路乃至前記第３の回路のいずれかが有する前記第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続する表示装置。
【請求項１３】
第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、第３の回路と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有する表示装置であって、
前記第１の回路乃至第３の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、表示素子と、を有し、
前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第１の容量素子の一方の電極は、前記第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、
前記第２の容量素子の一方の電極は、前記表示素子と電気的に接続され、
前記第１の回路乃至第３の回路は、一方向に順に隣り合うように配置され、
前記第１の回路と前記第２の回路との間には、前記第１の配線および前記第２の配線が設けられ、
前記第２の回路と前記第３の回路との間には、前記第３の配線および前記第４の配線が設けられ、
前記第１の配線は、前記第２の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第２の配線は、前記第１の回路が有する前記第２の容量素子の他方と電気的に接続され、
前記第２の配線は、前記第２の回路が有する前記第２の容量素子の他方と電気的に接続され、
前記第３の配線は、前記第３の回路が有する前記第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第４の配線は、前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第１の回路乃至前記第３の回路のいずれかが有する前記第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続する表示装置。
【請求項１４】
請求項１２または１３において、
前記第１の回路乃至第３の回路は、それぞれ異なる色の光を外部に放出するための機能を有する表示装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の表示装置と、カメラと、を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明の一態様は、表示装置に関する。【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発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、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。【０００３】なお、本明細書等において半導体装置とは、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。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。
【背景技術】
【０００４】基板上に形成された金属酸化物を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化亜鉛またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が特許文献１および特許文献２に開示されている。【０００５】また、オフ電流が極めて低いトランジスタをメモリセルに用いる構成の記憶装置が特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１９６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】表示装置では高解像度化が進み、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）解像度またはそれ以上の解像度で表示を行うことができるハードウェアが開発されている。一方で、高解像度用の画像データは膨大となるため、高解像度の表示装置を普及させるためには、撮像装置、記憶装置、通信装置などの周辺技術を整える必要もある。【０００８】また、表示装置で適切な表示を行うためには、画像データを表示装置の解像度に合わせる必要がある。例えば、表示装置の解像度が８Ｋ４Ｋであって画像データが４Ｋ２Ｋ（画素数：３８４０×２１６０）用である場合は、データ数を４倍に変換しなければ全画面表示をすることができない。逆に、表示装置の解像度が４Ｋ２Ｋであって画像データが８Ｋ４Ｋ用である場合は、データ数を１／４に変換する必要がある。【０００９】このようなデータ数の変換には専用の回路が必要となり、消費電力が高くなってしまう問題がある。画像データは変換せずに表示装置の画素に入力できることが好ましい。【００１０】また、高解像度用の画像データを生成する技術として、アップコンバートがある。アップコンバートを行うことで、低解像度用の画像を疑似的に高解像度用の画像に変換することができる。【００１１】ただし、アップコンバートを行う機器では、膨大な画像データを解析して新たな画像データを生成するため、回路規模や消費電力が大きくなる問題がある。また、リアルタイムでの処理が追いつかず、表示の遅延が生じることもある。【００１２】アップコンバートは、このような問題を有するが、例えば、アップコンバートに関わる機能を複数の機器に分散させることで、消費電力や遅延などの問題を緩和できる可能性がある。【００１３】したがって、本発明の一態様では、画像データを変換せずに適切な表示が行える表示装置を提供することを目的の一つとする。または、画像処理を行うことができる表示装置を提供することを目的の一つとする。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することを目的の一つとする。または、二つの画像を重ねて表示できる表示装置を提供することを目的の一つとする。【００１４】または、低消費電力の表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な表示装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記表示装置の駆動方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。【００１５】なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】本発明の一態様は、画像データを変換せずに適切な表示が行える表示装置に関する。または、画像処理を行うことができる表示装置に関する。【００１７】本発明の一態様は、第１のトランジスタと、第１の回路乃至第４の回路を有する表示装置であって、第１の回路乃至第４の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、回路ブロックと、を有し、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の一方の電極は、回路ブロックと電気的に接続され、第１の容量素子の他方の電極は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続されている表示装置である。【００１８】第２のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。【００１９】第１の回路が有する第２のトランジスタのゲートと、第２の回路が有する第２のトランジスタのゲートを電気的に接続し、第３の回路が有する第２のトランジスタのゲートと、第４の回路が有する第２のトランジスタのゲートを電気的に接続することができる。【００２０】また、第１の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、第３の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方を電気的に接続し、第２の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と、第４の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方を電気的に接続することができる。【００２１】第１の回路乃至第４の回路のそれぞれは、マトリクス状に配置された画素の機能を有し、第１の回路は、ｎ行ｉ列目（ｎ、ｉは自然数）に配置し、第２の回路は、ｎ行（ｉ＋ｘ）列目（ｘは自然数）に配置し、第３の回路は、（ｎ＋１）行ｉ列目に配置し、第４の回路は、（ｎ＋１）行（ｉ＋ｘ）列目に配置することができる。【００２２】回路ブロックは、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、第２の容量素子と、有機ＥＬ素子と、を有し、有機ＥＬ素子の一方の電極は、第４のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の一方の電極は、第３のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第３のトランジスタのゲートは、第２の容量素子の他方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の他方の電極は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続されている構成とすることができる。【００２３】上記構成において、さらに第５のトランジスタと、第５の回路と、を有し、第５のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第４のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第５のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第５の回路と電気的に接続されている構成としてもよい。【００２４】第５の回路は、定電位を供給する機能を有することができる。または、電流値を読み取る機能および補正データを生成する機能を有することができる。【００２５】また、回路ブロックは、第６のトランジスタと、第３の容量素子と、液晶素子と、を有し、液晶素子の一方の電極は、容量素子の一方の電極と電気的に接続され、容量素子の一方の電極は、第６のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第６のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続されている構成としてもよい。【００２６】第６のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、金属酸化物は、Ｉｎと、Ｚｎと、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｓｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）と、を有することが好ましい。【００２７】また、本発明の他の一態様は、第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、第３の回路と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、を有する表示装置であって、第１の回路乃至第３の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、表示素子と、を有し、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の一方の電極は、表示素子と電気的に接続され、第１の回路乃至第３の回路は、一方向に順に隣り合うように配置され、第１の回路と第２の回路との間には、第１の配線が設けられ、第２の回路と第３の回路との間には、第２の配線および第３の配線が設けられ、第１の配線は、第２の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第２の配線は、第３の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第３の配線は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の回路乃至第３の回路のいずれかが有する第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続する表示装置である。【００２８】また、本発明の他の一態様は、第１のトランジスタと、第１の回路と、第２の回路と、第３の回路と、第１の配線と、第２の配線と、第３の配線と、第４の配線と、を有する表示装置であって、第１の回路乃至第３の回路のそれぞれは、第２のトランジスタと、第１の容量素子と、第２の容量素子と、表示素子と、を有し、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第１の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第１の容量素子の一方の電極は、第２の容量素子の一方の電極と電気的に接続され、第２の容量素子の一方の電極は、表示素子と電気的に接続され、第１の回路乃至第３の回路は、一方向に順に隣り合うように配置され、第１の回路と第２の回路との間には、第１の配線および第２の配線が設けられ、第２の回路と第３の回路との間には、第３の配線および第４の配線が設けられ、第１の配線は、第２の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第２の配線は、第１の回路が有する第２の容量素子の他方と電気的に接続され、第２の配線は、第２の回路が有する第２の容量素子の他方と電気的に接続され、第３の配線は、第３の回路が有する第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第４の配線は、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第１の回路乃至第３の回路のいずれかが有する第１の容量素子の他方の電極と電気的に接続する表示装置である。
【発明の効果】
【００２９】本発明の一態様を用いることで、画像データを変換せずに適切な表示が行える表示装置を提供することができる。または、画像処理を行うことができる表示装置を提供することができる。または、アップコンバート動作が行える表示装置を提供することができる。または、二つの画像を重ねて表示できる表示装置を提供することができる。【００３０】または、低消費電力の表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い表示装置を提供することができる。または、新規な表示装置などを提供することができる。または、上記表示装置の駆動方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】画素回路を説明する図。
【図２】画素回路の動作を説明するタイミングチャート。
【図３】アップコンバートを説明する図。
【図４】回路ブロックを説明する図。
【図５】回路ブロックを説明する図。
【図６】画素回路を説明する図。
【図７】表示装置を説明するブロック図。
【図８】ニューラルネットワークの構成例を説明する図。
【図９】表示装置を説明するブロック図。
【図１０】シミュレーションに用いる画素の構成を説明する図。
【図１１】シミュレーションの結果を説明する図。
【図１２】シミュレーションの結果を説明する図。
【図１３】シミュレーションの結果を説明する図。
【図１４】画素の構成を説明する図。
【図１５】画素の構成を説明する図。
【図１６】表示装置を説明する図。
【図１７】タッチパネルを説明する図。
【図１８】表示装置を説明する図。
【図１９】トランジスタを説明する図。
【図２０】トランジスタを説明する図。
【図２１】トランジスタを説明する図。
【図２２】トランジスタを説明する図。
【図２３】電子機器を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。
【００３３】（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である表示装置について、図面を参照して説明する。
【００３４】本発明の一態様は、高解像度用および低解像度用の二つの画像データに対して、アップコンバートまたはダウンコンバートすることなく適切な表示が可能な表示装置である。高解像度で表示する場合は、第１のデータ線および各画素が有する第１のトランジスタを経路して、各画素に個別のデータを供給する。低解像度で表示する場合は、第２のデータ線および複数の画素と電気的に接続する第２のトランジスタを経路して当該複数の画素に同一のデータを供給する。
【００３５】表示対象の画像データが複数であり、対応する解像度が異なる場合に、上記のように画像データの供給経路を切り替えることで、アップコンバートまたはダウンコンバートすることなく表示が可能となる。
【００３６】ここで、高解像度用の画像データとは、例えば、８Ｋ４Ｋ（画素数：７６８０×４３２０）に対応するデータに相当する。また、低解像度用の画像データとは、例えば、４Ｋ２Ｋ（画素数：３８４０×２１６０）に対応する情報量を有するデータに相当する。すなわち、高解像度用画像データと低解像度用画像データの有効なデータ数（有効な画素数に対応）の比率は４：１であることを前提とする。
【００３７】なお、データ数（画素数）の比率が４：１であれば、上記の例に限らず、高解像度用の画像データが４Ｋ２Ｋに対応するデータ、低解像度用の画像データがＦｕｌｌＨＤ（画素数：１９２０×１０８０）に対応するデータであってもよい。または、高解像度用の画像データが１６Ｋ８Ｋ（画素数：１５３６０×８６４０）に対応するデータ、低解像度用の画像データが８Ｋ４Ｋに対応するデータであってもよい。
【００３８】各画素には記憶ノードが設けられ、当該記憶ノードに第１のデータを保持することができる。第１のデータは外部機器にて生成され、各画素に書き込むことができる。第１のデータは容量結合によって第２のデータに付加され、表示素子に供給することができる。または、当該記憶ノードに第２のデータを書き込んだ後に第１のデータを容量結合で付加することもできる。
【００３９】したがって、表示素子では補正された画像を表示することができる。当該補正によって、上述した低解像度の表示を行う場合であっても画素内で画像のアップコンバートを行うことができる。または、表示領域における一部または全体の画像を補正し、広ダイナミックレンジの表示を行うことができる。または、第１のデータおよび第２のデータとして異なる画像データを用いることで、任意の画像を重ねあわせて表示することができる。
【００４０】図１は、本発明の一態様の表示装置におけるマトリクス状に配置された画素アレイの一部（４画素分）を表す図である。一つの画素１０には、トランジスタ１０２と、容量素子１０３と、回路ブロック１１０が設けられる。回路ブロック１１０は、トランジスタ、容量素子、および表示素子などを有することができ、詳細は後述する。なお、符号に付記する括弧内のｎ、ｍは特定の行、ｉ、ｊは特定の列を表す。
【００４１】画素１０のそれぞれはマトリクス状に配置され、ｎ行ｉ列目（ｎ、ｉは１以上の自然数）、ｎ行（ｉ＋ｘ）列目（ｘは１以上の自然数）、（ｎ＋１）行ｉ列目および（ｎ＋１）行（ｉ＋ｘ）列目に配置することができる。なお、図１では、ｘ＝１のときの配置を示している。
【００４２】また、画素アレイには、４つの画素１０と電気的に接続されるトランジスタ１０１が設けられる。トランジスタ１０１は、画素１０とは異なる配置で、ｍ行ｊ列目（ｍ、ｊは１以上の自然数）に配置される。ここで、第ｍ行は第ｎ行と第ｎ＋１行との間に設けられることが好ましい。また、第Ｊ列は第ｉ列と第（ｉ＋ｘ）列との間に設けられることが好ましい。なお、トランジスタ１０１は、各画素１０の要素であって、各画素で共有しているともいえる。
【００４３】トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方は、容量素子１０３の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１０３の一方の電極は、回路ブロック１１０と電気的に接続される。容量素子１０３の他方の電極は、トランジスタ１０１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
【００４４】ここで、トランジスタ１０２のソースまたはドレインの一方、容量素子１０３の一方の電極、および回路ブロックが接続される配線をノードＮＭとする。なお、ノードＮＭと接続する回路ブロック１１０の要素は、ノードＮＭをフローティングにすることができる。
【００４５】トランジスタ１０２のゲートは、配線１２１と電気的に接続される。トランジスタ１０１のゲートは、配線１２２と電気的に接続される。トランジスタ１０２のソースまたはドレインの他方は、配線１２４と電気的に接続される。トランジスタ１０１のソースまたはドレインの他方は、配線１２５と電気的に接続される。
【００４６】配線１２１、１２２は、トランジスタの動作を制御するための信号線としての機能を有することができる。配線１２４、１２５は、画像データまたは補正データを供給する信号線としての機能を有することができる。また、配線１２４は、ノードＮＭにデータを書き込むための信号線ともいえる。
【００４７】ノードＮＭは記憶ノードであり、トランジスタ１０２を導通させることで、配線１２４に供給されたデータをノードＮＭに書き込むことができる。トランジスタ１０２に極めてオフ電流の低いトランジスタを用いることで、ノードＮＭの電位を長時間保持することができる。当該トランジスタには、例えば、金属酸化物をチャネル形成領域に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタ）を用いることができる。
【００４８】なお、トランジスタ１０２だけでなく、画素を構成するその他のトランジスタにＯＳトランジスタを適用してもよい。また、トランジスタ１０２にＳｉをチャネル形成領域に有するトランジスタ（以下、Ｓｉトランジスタ）を適用してもよい。または、ＯＳトランジスタと、Ｓｉトランジスタの両方を用いてもよい。なお、上記Ｓｉトランジスタとしては、アモルファスシリコンを有するトランジスタ、結晶性のシリコン（代表的には、低温ポリシリコン、単結晶シリコン）を有するトランジスタなどが挙げられる。
【００４９】ＯＳトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ＯＳなどを用いることができる。ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶を構成する原子が安定であり、信頼性を重視するトランジスタなどに適する。また、ＣＡＣ−ＯＳは、高移動度特性を示すため、高速駆動を行うトランジスタなどに適する。
【００５０】ＯＳトランジスタはエネルギーギャップが大きいため、極めて低いオフ電流特性を示す。また、ＯＳトランジスタは、インパクトイオン化、アバランシェ降伏、および短チャネル効果などが生じないなどＳｉトランジスタとは異なる特徴を有し、信頼性の高い回路を形成することができる。
【００５１】ＯＳトランジスタが有する半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）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。
【００５２】半導体層を構成する酸化物半導体が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。
【００５３】半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１３／ｃｍ３以下、より好ましくは１×１０１１／ｃｍ３以下、さらに好ましくは１×１０１０／ｃｍ３未満であり、１×１０−９／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。当該酸化物半導体は、欠陥準位密度が低く、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【００５４】なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、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。
【００５５】半導体層を構成する酸化物半導体において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度（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。
【００５６】また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、好ましくは２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にする。
【００５７】また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）は、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にすることが好ましい。
【００５８】また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、ｃ軸に配向した結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【００５９】非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。
【００６０】なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。
【００６１】以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【００６２】ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【００６３】なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【００６４】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。
【００６５】つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【００６６】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。
【００６７】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。
【００６８】一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【００６９】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。
【００７０】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。
【００７１】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。
【００７２】ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【００７３】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。
【００７４】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と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【００７５】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。
【００７６】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。
【００７７】ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【００７８】一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【００７９】したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【００８０】また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、様々な半導体装置の構成材料として適している。
【００８１】まず、図２（Ａ１）、（Ａ２）に示すタイミングチャートを用いて、それぞれの画素１０に異なるデータを書き込む動作の一例を説明する。当該動作は、例えば、画素数が８Ｋ４Ｋに対応した表示装置であって、高解像度用の画像データ（８Ｋ４Ｋデータ）を入力する場合に相当する。なお、説明は一つの画素１０について行うが、その他の画素１０も同様の動作を適用できる。
【００８２】以下の説明においては、高電位を“Ｈ”、低電位を“Ｌ”、高電位と低電位の間の特定の電位を“Ｍ”、で表す。なお、“Ｍ”としては、例えば０ＶやＧＮＤなどの基準電位とすることができるが、他の電位であってもよい。また、高解像度用の画像データを“ＶｓＨ”、高解像度用の補正データを“Ｖｐ１”とする。なお、“ＶｓＨ”は任意の第１のデータ、“Ｖｐ１”は任意の第２のデータということもできる。
【００８３】まず、図２（Ａ１）を用いて画像データ（ＶｓＨ）をノードＮＭに書き込む動作を説明する。なお、ここでは電位の分配、結合または損失において、回路の構成や動作タイミングなどに起因する詳細な変化は勘案しない。また、容量結合による電位の変化は供給側と被供給側の容量比に依存するが、説明を明瞭にするため、ノードＮＭの容量値は十分に小さい値に仮定する。
【００８４】時刻Ｔ１に配線１２１の電位を“Ｈ”、配線１２２の電位を“Ｈ”、配線１２４の電位を“ＶｓＨ”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１が導通し、容量素子１０３の他方の電極の電位は“Ｍ”となる。当該動作は、後の補正動作（容量結合動作）を行うためのリセット動作である。
【００８５】また、トランジスタ１０２が導通し、ノードＮＭに配線１２４の電位（画像データ“ＶｓＨ”）が書き込まれる。
【００８６】時刻Ｔ２に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｌ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１およびトランジスタ１０２が非導通となり、ノードＮＭに画像データ“ＶｓＨ”が保持される。
【００８７】ここまでが画像データ“ＶｓＨ”の書き込み動作である。続いて、図２（Ａ２）を用いて、画像データ“ＶｓＨ”の補正動作および回路ブロック１１０が有する表示素子での表示動作を説明する。
【００８８】図２（Ａ１）、（Ａ２）の動作は、１水平期間内で連続して行うことができる。または、図２（Ａ１）の動作を第ｋのフレームで行い（ｋは自然数）、図２（Ａ２）の動作を第ｋ＋１のフレームで行ってもよい。
【００８９】時刻Ｔ１１に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｈ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“Ｖｐ１”とすると、トランジスタ１０１が導通し、容量素子１０３の容量結合によりノードＮＭの電位に配線１２５の電位“Ｖｐ１”が付加される。ここで、“Ｖｐ１”は補正データであり、ノードＮＭは、画像データ“ＶｓＨ”に補正データ“Ｖｐ１”が付加された電位“ＶｓＨ＋Ｖｐ１”となる。
【００９０】時刻Ｔ１２に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｌ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１が非導通となり、ノードＮＭの電位は、“ＶｓＨ＋Ｖｐ１”に保持される。
【００９１】その後、回路ブロック１１０が有する表示素子において、ノードＮＭの電位に応じた表示動作を行う。なお、回路ブロックの構成によっては、時刻Ｔ１または時刻Ｔ１１から表示動作を行う場合もある。
【００９２】このように選択した画素で補正を行うことで、広ダイナミックレンジの画像を表示することができる。なお、補正データ“Ｖｐ１”は４画素に対して同じ値となるが、明暗の視覚的効果を得るには十分である。また、補正を行わない場合は、時刻Ｔ１１において、配線１２５の電位を“Ｍ”に維持すればよい。または、配線１２２の電位を“Ｌ”として、トランジスタ１０１を導通させなければよい。
【００９３】次に、図２（Ｂ１）、（Ｂ２）に示すタイミングチャートを用いて、４つの画素１０に同じデータを書き込む動作を説明する。当該動作は、例えば、画素数が８Ｋ４Ｋに対応した表示装置であって、低解像度用の画像データ（４Ｋ２Ｋデータ）を入力する場合に相当する。
【００９４】まず、図２（Ｂ１）を用いて補正データ（Ｖｐ２）をノードＮＭに書き込む動作を説明する。以下では、低解像度用の画像データを“ＶｓＬ”、低解像度用の補正データを“Ｖｐ２”とする。なお、“ＶｓＬ”は任意の第１のデータ、“Ｖｐ２”は任意の第２のデータということもできる。
【００９５】時刻Ｔ１に配線１２１の電位を“Ｈ”、配線１２２の電位を“Ｈ”、配線１２４の電位を“Ｖｐ２”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１が導通し、容量素子１０３の他方の電極の電位は“Ｍ”となる。当該動作は、後の補正動作（容量結合動作）を行うためのリセット動作である。
【００９６】また、トランジスタ１０２が導通し、ノードＮＭに配線１２４の電位（補正データ“Ｖｐ２”）が書き込まれる。
【００９７】時刻Ｔ２に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｌ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１およびトランジスタ１０２が非導通となり、ノードＮＭに画像データ“Ｖｐ２”が保持される。
【００９８】ここまでが補正データ“Ｖｐ２”の書き込み動作である。続いて、図２（Ｂ２）を用いて、画像データ“ＶｓＬ”の補正動作および回路ブロック１１０が有する表示素子での表示動作を説明する。
【００９９】図２（Ｂ１）、（Ｂ２）の動作は１水平期間内で連続して行うことができる。または、図２（Ｂ１）の動作を第ｋのフレームで行い、図２（Ｂ２）の動作を第ｋ＋１のフレームで行ってもよい。
【０１００】時刻Ｔ１１に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｈ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“ＶｓＬ”とすると、トランジスタ１０１が導通し、容量素子１０３の容量結合によりノードＮＭの電位に配線１２５の電位“ＶｓＬ”が付加される。ここで、“ＶｓＬ”は画像データであり、ノードＮＭは、補正データ“Ｖｐ２”に画像データ“ＶｓＬ”が付加された電位“Ｖｐ２＋ＶｓＬ”となる。
【０１０１】時刻Ｔ１２に配線１２１の電位を“Ｌ”、配線１２２の電位を“Ｌ”、配線１２４の電位を“Ｍ”、配線１２５の電位を“Ｍ”とすると、トランジスタ１０１が非導通となり、ノードＮＭの電位は、“Ｖｐ２＋ＶｓＬ”に保持される。
【０１０２】その後、回路ブロック１１０が有する表示素子において、ノードＮＭの電位に応じた表示動作を行う。なお、回路ブロックの構成によっては、時刻Ｔ１１から表示動作を行う場合もある。
【０１０３】補正データ“Ｖｐ２”としては、各画素１０に異なる値を入力することができるため、画像データ“ＶｓＬ”は同じでも各画素１０で異なる表示を行うことができる。すなわち、アップコンバートが可能となる。なお、補正を行わない場合は、時刻Ｔ１において、配線１２４の電位を“Ｍ”に維持すればよい。または、時刻Ｔ１１において、配線１２５の電位を“Ｍ”に維持すればよい。または、配線１２２の電位を“Ｌ”として、トランジスタ１０１を導通させなければよい。補正を行わない場合は、４画素で同じ画像を表示することができる。
【０１０４】以上のように動作させることで、元の画像データをアップコンバートまたはダウンコンバートすることなしに表示装置に入力することができ、適切な表示を行うことができる。また、画像表示に適切な補正を行うことができる。
【０１０５】ここで、低解像度用の画像データを入力する場合のアップコンバート動作について、図３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。
【０１０６】例えば、８Ｋ４Ｋの表示装置の画素数は、４Ｋ２Ｋの表示装置の画素数の４倍である。つまり、４Ｋ２Ｋの表示装置の１画素で表示する画像データを単純に８Ｋ４Ｋの表示装置で表示しようとすると、水平垂直方向の４画素で同じ画像データを表示することになる。
【０１０７】図３（Ａ）は、アップコンバート有無の画像を説明する図である。左から、元画像（画像データＳ１）が４Ｋ２Ｋ表示装置用の１画素に表示されている図、アップコンバート無しで画像データＳ１が８Ｋ４Ｋ表示装置用の４画素に表示されている図、アップコンバート有りで画像データＳ０乃至Ｓ２が８Ｋ４Ｋ表示装置用の４画素に表示されている図である。
【０１０８】図３（Ａ）に示すように、アップコンバート前では４画素全てにおいて画像データＳ１が表示されることになるが、アップコンバート後ではそれぞれの画素に画像データＳ０乃至Ｓ２が適用され、解像度を向上することができる。
【０１０９】図３（Ｂ）は、画素１０におけるアップコンバート動作を説明する図である。画素１０では、前述したように画像データに任意の補正データを付加することができる。したがって、元の画像データＳ１は、そのまま各画素に供給する。
【０１１０】また、各画素には、補正データとしてＷ１乃至Ｗ３を供給する。ここで、Ｗ１乃至Ｗ３を生成する方法は限定されない。補正データの生成は、外部機器を用いてリアルタイムで行ってもよいし、記録媒体に保存されている補正データを読み出して画像データＳ１と同期させてもよい。
【０１１１】そして、前述した画素１０の動作を行うことにより、各画素に供給された画像データＳ１に各補正データ（Ｗ１、Ｗ２、またはＷ３）が付加され、新しい画像データＳ０乃至Ｓ２が生成される。したがって、元の画像データＳ１をアップコンバートした表示を行うことができる。
【０１１２】従来の外部補正によるアップコンバートでは、新しい画像データそのものを生成するため、外部機器の負荷が大きかった。一方で、上述した本発明の一態様では、供給する画像データは変化させず、補正データを供給した画素で新たな画像データを生成するため、外部機器の負担を小さくすることができる。また、新たな画像データを画素で生成するための動作は少ないステップで行うことができ、画素数が多く水平期間の短い表示装置でも対応することができる。
【０１１３】なお、上記ではアップコンバートを例として説明したが、当該動作は二つの画像データを足し合わせて表示する動作全般に適用することができる。例えば、ある画像に対して文字画像を重ねて表示する動作に適用してもよい。また、異なる画像を重ねあわせる動作に適用してもよい。
【０１１４】図４（Ａ）乃至（Ｃ）は、回路ブロック１１０に適用でき、表示素子としてＥＬ素子を含む構成の例である。
【０１１５】図４（Ａ）に示す構成は、トランジスタ１１１と、容量素子１１３と、ＥＬ素子１１４を有する。トランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方は、ＥＬ素子１１４の一方の電極と電気的に接続される。ＥＬ素子１１４の一方の電極は、容量素子１１３の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１３の他方の電極は、トランジスタ１１１のゲートと電気的に接続される。トランジスタ１１１のゲートはノードＮＭに電気的に接続される。
【０１１６】トランジスタ１１１のソースまたはドレインの他方は、配線１２８と電気的に接続される。ＥＬ素子１１４の他方の電極は、配線１２９と電気的に接続される。配線１２８、１２９は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１２８は、高電位電源を供給することができる。また、配線１２９は、低電位電源を供給することができる。
【０１１７】当該構成では、ノードＮＭの電位がトランジスタ１１１のしきい値電圧以上になったときにＥＬ素子１１４に電流が流れる。したがって、図２（Ａ１）、（Ｂ１）に示すタイミングチャートの時刻Ｔ１の段階でＥＬ素子１１４の発光が始まる場合があり、補正を伴わない動作に用いることが好ましい。
【０１１８】図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の構成にトランジスタ１１２を付加した構成である。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１２のソースまたはドレインの他方は、ＥＬ素子１１４と電気的に接続される。トランジスタ１１２のゲートは、配線１２６と電気的に接続される。配線１２６は、トランジスタ１１２の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。
【０１１９】当該構成では、ノードＮＭの電位によらず、トランジスタ１１２の導通に伴ってＥＬ素子１１４に電流が流れる。したがって、図２（Ａ２）、（Ｂ２）に示すタイミングチャートの時刻Ｔ１２以降にＥＬ素子１１４の発光を開始することができ、補正を伴う動作に適している。
【０１２０】図４（Ｃ）は、図４（Ｂ）の構成にトランジスタ１１５を付加した構成である。トランジスタ１１５のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ１１５のソースまたはドレインの他方は、配線１３０と電気的に接続される。トランジスタ１１５のゲートは、配線１３１と電気的に接続される。配線１３１は、トランジスタ１１５の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。なお、トランジスタ１１５のゲートは、配線１２２と電気的に接続してもよい。
【０１２１】配線１３０は回路１２０と接続することができ、トランジスタ１１１の電気特性を取得するためのモニタ線としての機能を有する。また、配線１３０からトランジスタ１１５を介してトランジスタ１１１のソースまたはドレインの一方に特定の電位を供給することにより、画像データの書き込みを安定化させることもできる。
【０１２２】配線１３０をモニタ線として機能させる場合、前述した補正データ（Ｖｐ２）として、トランジスタ１１１のしきい値電圧を補正する電位を回路１２０で生成することができる。
【０１２３】図５（Ａ）乃至（Ｃ）は、回路ブロック１１０に適用でき、表示素子として液晶素子を含む構成の例である。
【０１２４】図５（Ａ）に示す構成は、容量素子１１６および液晶素子１１７を有する。液晶素子１１７の一方の電極は、容量素子１１６の一方の電極と電気的に接続される。容量素子１１６の一方の電極は、ノードＮＭに電気的に接続される。
【０１２５】容量素子１１６の他方の電極は、配線１３２と電気的に接続される。液晶素子１１７の他方の電極は、配線１３３と電気的に接続される。配線１３２、１３３は電源を供給する機能を有する。例えば、配線１３２、１３３は、ＧＮＤや０Ｖなどの基準電位や任意の電位を供給することができる。
【０１２６】当該構成では、ノードＮＭの電位が液晶素子１１７の動作しきい値以上になったときに液晶素子１１７の動作が開始される。したがって、図２（Ａ１）、（Ｂ１）に示すタイミングチャートの時刻Ｔ１の段階で表示動作が始まる場合があり、補正を伴わない動作に用いることが好ましい。ただし、透過型液晶表示装置の場合は、図２（Ａ２）、（Ｂ２）に示す時刻Ｔ１２までバックライトを消灯するなどの動作を併用することで、不必要な表示動作が行われても視認を防止することができる。
【０１２７】図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の構成にトランジスタ１１８を付加した構成である。トランジスタ１１８のソースまたはドレインの一方は、容量素子１１６の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１１８のソースまたはドレインの他方は、ノードＮＭと電気的に接続される。トランジスタ１１８のゲートは、配線１２６と電気的に接続される。配線１２６は、トランジスタ１１８の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。
【０１２８】当該構成では、トランジスタ１１８の導通に伴って液晶素子１１７にノードＮＭの電位が印加される。したがって、図２（Ａ２）、（Ｂ２）に示すタイミングチャートの時刻Ｔ１２以降に液晶素子の動作を開始することができ、補正を伴う動作に適している。
【０１２９】なお、トランジスタ１１８が非導通の状態では容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位が保持され続けるため、画像データを書き換える前に容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位をリセットすることが好ましい。当該リセットは、例えば、配線１２４にリセット電位を供給し、トランジスタ１０２およびトランジスタ１１８を同時に導通させればよい。
【０１３０】図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の構成にトランジスタ１１９を付加した構成である。トランジスタ１１９のソースまたはドレインの一方は、液晶素子１１７の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ１１９のソースまたはドレインの他方は、配線１３０と電気的に接続される。トランジスタ１１９のゲートは配線１３１と電気的に接続される。配線１３１はトランジスタ１１９の導通を制御する信号線としての機能を有することができる。なお、トランジスタ１１９のゲートは、配線１２２と電気的に接続してもよい。
【０１３１】配線１３０と電気的に接続される回路１２０は、前述した図４（Ｃ）の説明と同様であるほか、容量素子１１６および液晶素子１１７に供給された電位をリセットする機能を有していてもよい。
【０１３２】また、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すようにトランジスタ１０１、１０２は、バックゲートを設けた構成であってもよい。図６（Ａ）は、バックゲートがフロントゲートと電気的に接続された構成を示しており、オン電流を高める効果を有する。図６（Ｂ）は、バックゲートが定電位を供給できる配線１３４と電気的に接続された構成を示しており、トランジスタのしきい値電圧を制御することができる。なお、図４（Ａ）乃至（Ｃ）および図５（Ａ）乃至（Ｃ）に示す回路ブロック１１０が有するトランジスタにもバックゲートを設けてもよい。
【０１３３】図７は、本発明の一態様の表示装置のブロック図の一例である。当該表示装置は、画素１０がマトリクス状に設けられた画素アレイ１１と、ロードライバ１２、１３と、カラムドライバ１４、１５と、回路１６と、選択回路１７、１８を有する。
【０１３４】ロードライバ１２、１３およびカラムドライバ１４、１５には、例えばシフトレジスタ回路やデコーダ回路などを用いることができる。回路１６は、補正データを生成する機能を有する。なお、回路１６は、補正データを生成するための外部機器ということもできる。
【０１３５】ロードライバ１２は配線１２１と電気的に接続され、トランジスタ１０２の導通を制御することができる。ロードライバ１３は配線１２２と電気的に接続され、トランジスタ１０１の導通を制御することができる。また、カラムドライバ１４は配線１２４と電気的に接続され、カラムドライバ１５は配線１２５と電気的に接続される。
【０１３６】回路１６には、高解像度用の画像データ“ＶｓＨ”（例えば、８Ｋ４Ｋデータ）または低解像度用の画像データ“ＶｓＬ”（例えば、４Ｋ２Ｋデータ）が介して入力される。画像データ“ＶｓＨ”が入力されたとき、補正データ“Ｖｐ１”が生成され、選択回路１８を介してカラムドライバ１５に出力される。画像データ“ＶｓＬ”が入力されたとき、補正データ“Ｖｐ２”が生成され、選択回路１７を介してカラムドライバ１４に出力される。
【０１３７】なお、画像データ“ＶｓＨ”は、選択回路１７を介してカラムドライバ１４に入力することができる。画像データ“ＶｓＬ”は、選択回路１８を介してカラムドライバ１５に入力することができる。また、補正データＶｐ１および補正データＶｐ２を外部から入力する場合は、選択回路１７または選択回路１８を介してカラムドライバ１４またはカラムドライバ１５に入力することができる。
【０１３８】回路１６は、ニューラルネットワークを有していてもよい。例えば、膨大な画像を教師データとして学習したディープニューラルネットワークを用いることで、精度の高い補正データを生成することができる。
【０１３９】図８（Ａ）に示すように、ニューラルネットワークＮＮは入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層（隠れ層）ＨＬによって構成することができる。入力層ＩＬ、出力層ＯＬ、中間層ＨＬはそれぞれ、１または複数のニューロン（ユニット）を有する。なお、中間層ＨＬは１層であってもよいし２層以上であってもよい。２層以上の中間層ＨＬを有するニューラルネットワークはＤＮＮ（ディープニューラルネットワーク）と呼ぶこともでき、ディープニューラルネットワークを用いた学習は深層学習と呼ぶこともできる。
【０１４０】入力層ＩＬの各ニューロンには入力データが入力され、中間層ＨＬの各ニューロンには前層または後層のニューロンの出力信号が入力され、出力層ＯＬの各ニューロンには前層のニューロンの出力信号が入力される。なお、各ニューロンは、前後の層の全てのニューロンと結合されていてもよいし（全結合）、一部のニューロンと結合されていてもよい。
【０１４１】図８（Ｂ）に、ニューロンによる演算の例を示す。ここでは、ニューロンＮと、ニューロンＮに信号を出力する前層の２つのニューロンを示している。ニューロンＮには、前層のニューロンの出力ｘ１と、前層のニューロンの出力ｘ２が入力される。そして、ニューロンＮにおいて、出力ｘ１と重みｗ１の乗算結果（ｘ１ｗ１）と出力ｘ２と重みｗ２の乗算結果（ｘ２ｗ２）の総和ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２が計算された後、必要に応じてバイアスｂが加算され、値ａ＝ｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２＋ｂが得られる。そして、値ａは活性化関数ｈによって変換され、ニューロンＮから出力信号ｙ＝ｈ（ａ）が出力される。
【０１４２】このように、ニューロンによる演算には、前層のニューロンの出力と重みの積を足し合わせる演算、すなわち積和演算が含まれる（上記のｘ１ｗ１＋ｘ２ｗ２）。この積和演算は、プログラムを用いてソフトウェア上で行ってもよいし、ハードウェアによって行われてもよい。積和演算をハードウェアによって行う場合は、積和演算回路を用いることができる。この積和演算回路としては、デジタル回路を用いてもよいし、アナログ回路を用いてもよい。
【０１４３】積和演算回路は、Ｓｉトランジスタによって構成してもよいし、ＯＳトランジスタによって構成してもよい。特に、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、積和演算回路のアナログメモリを構成するトランジスタとして好適である。なお、ＳｉトランジスタとＯＳトランジスタの両方を用いて積和演算回路を構成してもよい。
【０１４４】また、図９に示すようにロードライバ１３の機能をロードライバ１２に統合してもよい。また、カラムドライバ１５の機能をカラムドライバ１４に統合してもよい。このとき、補正データおよび画像データ、ならびに回路１６の出力データは選択回路１９に入力され、適切なタイミングでいずれかのデータがカラムドライバ１４に出力される。
【０１４５】ロードライバ１２は、例えば、シフトレジスタ２０およびバッファ回路２１を組み合わせた構成とすることができる。バッファ回路２１の導通を制御することにより、選択的に配線１２１または配線１２２にデータを出力することができる。また、カラムドライバ１４は、例えば、シフトレジスタ２２および選択回路２３を組み合わせた構成とすることができる。選択回路２３により、選択的に配線１２４または配線１２５にデータを出力することができる。
【０１４６】図７に示す構成では、画像データの解像度別に使用するドライバが異なる。したがって、例えば低解像度で補正なしの表示動作を行う場合は、ロードライバ１３とカラムドライバ１５で動作させることができ、ロードライバ１２とカラムドライバ１４の動作を停止させることができる。また、使用する配線１２２、１２５のそれぞれは、使用しない配線１２１、１２４の半数であり、データの充放電に費やされる電力も削減することができる。また、図８に示す構成では、同様の表示動作を行う場合に、ドライバの出力段を半数にすることによって電力を削減することができる。
【０１４７】次に、図１に示す画素アレイに図４（Ａ）に示す回路ブロックを適用した構成（図１０参照）のシミュレーション結果を説明する。パラメータは以下の通りであり、トランジスタサイズはＬ／Ｗ＝６μｍ／６μｍ（トランジスタ１０２）、Ｌ／Ｗ＝４μｍ／４μｍ（その他のトランジスタ）、容量素子１０３の容量値１５０ｆＦ、容量素子１１３の容量値５０ｆＦ、ＥＬ素子１１４はＦＮダイオードモデル、配線１２８はアノード電位として＋１０Ｖ、配線１２９はカソード電位として−５Ｖとした。なお、回路シミュレーションソフトウェアにはＳＰＩＣＥを用いた。
【０１４８】図１１（Ａ）乃至（Ｃ）は、高解像度の表示（補正なし）を検証するシミュレーション結果である。図１１（Ａ）は、検証に用いたタイミングチャートである。図１１（Ａ）における時刻Ｔ１乃至Ｔ２でトランジスタ１０２を導通させることにより、配線１２４から画像データ（ＶＤＡＴＡ）の書き込みを行う。
【０１４９】図１１（Ｂ）は、画像データ（ＶＤＡＴＡ）に対してＥＬ素子１１４が流す電流（ＩＬＥＤ）をシミュレーションした結果である。図１１（Ｂ）は一つの画素におけるシミュレーション結果であるが、いずれの画素（ｐｉｘ１乃至ｐｉｘ４）でも階調表示できることが確認されている。
【０１５０】また、図１１（Ｃ）は、画像データ（ＶＤＡＴＡ）に対するノードＮＭの電位（ＶＮＭ）の変化をシミュレーションした結果である。いずれの画素でもノードＮＭの電位（ＶＮＭ）が画像データ“ＶＤＡＴＡ”と比例することが確認されている。
【０１５１】すなわち、配線１２４から供給する高解像度用の画像データ（ＶＤＡＴＡ）を表示できることが確認された。
【０１５２】図１２（Ａ）乃至（Ｃ）は、低解像度の表示（補正なし）を検証するシミュレーション結果である。図１２（Ａ）、（Ｂ）は、検証に用いたタイミングチャートである。まず、図１２（Ａ）における時刻Ｔ１乃至Ｔ２でノードＮＭの電位をリセットする。その後、図１２（Ｂ）に示す時刻Ｔ３乃至Ｔ４において、トランジスタ１０１を導通させることにより配線１２５から画像データ（ＶＤＡＴＡ）の書き込みを行う。
【０１５３】図１２（Ｃ）は、画像データ（ＶＤＡＴＡ）に対してＥＬ素子１１４が流す電流（ＩＬＥＤ）をシミュレーションした結果である。図１２（Ｂ）は、一つの画素におけるシミュレーション結果であるが、いずれの画素（ｐｉｘ１乃至ｐｉｘ４）でも階調表示できることが確認されている。
【０１５４】また、図１２（Ｄ）は、画像データ（ＶＤＡＴＡ）に対するノードＮＭの電位（ＶＮＭ）の変化をシミュレーションした結果である。いずれの画素でもノードＮＭの電位（ＶＮＭ）が画像データ（ＶＤＡＴＡ）と比例することが確認されている。
【０１５５】すなわち、配線１２５から供給する低解像度用の画像データ（ＶＤＡＴＡ）を表示できることが確認された。
【０１５６】図１３（Ａ）乃至（Ｃ）は、低解像度の表示（補正あり）を検証するシミュレーション結果である。図１３（Ａ）、（Ｂ）は、検証に用いたタイミングチャートである。まず、図１３（Ａ）における時刻Ｔ１乃至Ｔ２でノードＮＭに配線１２４から補正データ（Ｖｐ）を書き込む。その後、図１３（Ｂ）に示す時刻Ｔ３乃至Ｔ４において、トランジスタ１０１を導通させることにより配線１２５から画像データ（ＶＤＡＴＡ）の書き込みを行う。
【０１５７】図１３（Ｃ）は、画像データに対してＥＬ素子１１４が流す電流（ＩＬＥＤ）を補正データ毎にシミュレーションした結果である。補正データ（Ｖｐ）として１Ｖ乃至８Ｖを書き込み、画像データ（ＶＤＡＴＡ）と結合させたいずれの場合においても階調表示できることが確認されている。
【０１５８】また、図１３（Ｄ）は、画像データ（ＶＤＡＴＡ）に対するノードＮＭの電位（ＶＮＭ）の変化を補正データ（Ｖｐ）ごとにシミュレーションした結果である。補正データ（Ｖｐ）として１Ｖ乃至８Ｖを書き込み、画像データ（ＶＤＡＴＡ）と結合させたいずれの場合においてもノードＮＭの電位（ＶＮＭ）が画像データ（ＶＤＡＴＡ）＋補正データ（Ｖｐ）と比例することが確認されている。
【０１５９】すなわち、配線１２４から供給する補正データ（Ｖｐ）に配線１２５から供給する低解像度用の画像データ（ＶＤＡＴＡ）を結合させて表示できることが確認された。
【０１６０】図１４は、本発明の一態様の画素をカラー表示が行えるＥＬ表示装置に適用した場合の一例である。一般的にカラー表示が行える表示装置の画素は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）Ｂ（青）のそれぞれの色を発する副画素の組み合わせを有する。図１４では、水平方向に並ぶ副画素１０Ｒ、副画素１０Ｇ、副画素１０Ｂの３つの副画素が一つの画素を構成することになり、水平垂直方向の４画素を表している。なお、図１４では、電源線等の配線は省略している。
【０１６１】前述したように、本発明の一態様では、トランジスタ１０１を介してマトリクス状に配置された４画素（ここでは、同色を発する４副画素に相当）に補正データＶｐ１または画像データＶｓＬを入力することができる。ここで、各副画素と電気的に接続する配線１２４は列毎に設けられるが、トランジスタ１０１と電気的に接続される配線１２５は水平方向の２副画素毎に設けられる。
【０１６２】当該構成において、例えば図１４左上の画素（ＰＩＸ１）では、副画素１０Ｒと副画素１０Ｇとの間には配線１２４［ｉ＋１］が１本設けられ、副画素１０Ｇと副画素１０Ｂとの間には配線１２４［ｉ＋２］および配線１２５［ｊ＋１］の２本が設けられる。そのため、各要素のレイアウトをできるだけ密にする場合において、各副画素の間隔（同一の機能を有する要素の間隔）を一定とすることが困難となる。
【０１６３】したがって、副画素１０Ｒ、副画素１０Ｇ、副画素１０Ｂと接続される画素電極をそれぞれ、電極２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂとしたとき、図１４に示すように電極２５Ｒ、２５Ｇ、２５Ｂを等間隔に配置する構成とすることが好ましい。なお、画素電極は各副画素の要素ともいえるが、ここでは説明を明瞭にするために別の要素としている。当該構成はトップエミッション型のＥＬ表示装置、または反射型の液晶表示装置に有効である。
【０１６４】図１５は、本発明の一態様の画素をカラー表示が行える液晶表示装置に適用した場合の一例である。液晶表示装置で副画素の間隔を一定とするには、例えば図１５左上の画素（ＰＩＸ２において、容量素子１１６の他方の電極が電気的に接続する配線１３２［ｊ］を副画素１０Ｒと副画素１０Ｇとの間に設ければよい。配線１３２には、副画素１０Ｒおよび副画素１０Ｇが有する容量素子１１６がそれぞれ電気的に接続する。なお、副画素１０Ｂが有する容量素子１１６は、隣接する画素の副画素１０Ｒとの間に設ける配線１３２［ｊ＋１］と電気的に接続すればよい。
【０１６５】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１６６】（実施の形態２）
本実施の形態では、液晶素子を用いた表示素子の構成例と、ＥＬ素子を用いた表示装置の構成例について説明する。なお、本実施の形態においては、実施の形態１で説明した表示装置の要素、動作および機能の説明は省略する。
【０１６７】図１６（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一態様を用いることのできる表示装置の構成を示す図である。
【０１６８】図１６（Ａ）において、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５を囲むようにして、シール材４００５が設けられ、表示部２１５が第１の基板４００１、シール材４００５および第２の基板４００６によって封止されている。
【０１６９】表示部２１５には、実施の形態１の図７または図９に示した画素アレイ１１が設けられる。なお、以下に説明する走査線駆動回路はロードライバ、信号線駆動回路はカラムドライバに相当する。
【０１７０】図１６（Ａ）では、走査線駆動回路２２１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、信号線駆動回路２３２ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、それぞれがプリント基板４０４１上に設けられた集積回路４０４２を複数有する。集積回路４０４２は、単結晶半導体または多結晶半導体で形成されている。信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａは、実施の形態１に示したカラムドライバの機能を有する。走査線駆動回路２２１ａは、実施の形態１に示したロードライバの機能を有する。共通線駆動回路２４１ａは、実施の形態１に示した電源を供給する配線やＶｒｅｆを供給する配線に規定の電位を供給する機能を有する。
【０１７１】走査線駆動回路２２１ａ、共通線駆動回路２４１ａ、信号線駆動回路２３１ａ、および信号線駆動回路２３２ａに与えられる各種信号および電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）４０１８を介して供給される。
【０１７２】走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に選択信号を供給する機能を有する。信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａが有する集積回路４０４２は、表示部２１５に画像データを供給する機能を有する。集積回路４０４２は、第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に実装されている。
【０１７３】なお、集積回路４０４２の接続方法は、特に限定されるものではなく、ワイヤボンディング法、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）法、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）法、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｆｉｌｍ）法などを用いることができる。
【０１７４】図１６（Ｂ）は、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａに含まれる集積回路４０４２をＣＯＧ法により実装する例を示している。また、駆動回路の一部または全体を表示部２１５と同じ第１の基板４００１上に一体形成して、システムオンパネルを形成することができる。
【０１７５】図１６（Ｂ）では、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａを、表示部２１５と同じ基板上に形成する例を示している。駆動回路を表示部２１５内の画素回路と同時に形成することで、部品点数を削減することができる。よって、生産性を高めることができる。
【０１７６】また、図１６（Ｂ）では、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と、走査線駆動回路２２１ａおよび共通線駆動回路２４１ａと、を囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａの上に第２の基板４００６が設けられている。よって、表示部２１５、走査線駆動回路２２１ａ、および共通線駆動回路２４１ａは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、表示素子と共に封止されている。
【０１７７】また、図１６（Ｂ）では、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部を別途形成して実装しても良い。また、図１６（Ｃ）に示すように、信号線駆動回路２３１ａおよび信号線駆動回路２３２ａを表示部２１５と同じ基板上に形成してもよい。
【０１７８】また、表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む場合がある。
【０１７９】また第１の基板上に設けられた表示部および走査線駆動回路は、トランジスタを複数有している。当該トランジスタとして、上記実施の形態で示したトランジスタを適用することができる。
【０１８０】周辺駆動回路が有するトランジスタと、表示部の画素回路が有するトランジスタの構造は同じであってもよく、異なっていてもよい。周辺駆動回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。同様に、画素回路が有するトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。
【０１８１】また、第２の基板４００６上には入力装置４２００を設けることができる。図１６に示す表示装置に入力装置４２００を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。
【０１８２】本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子（センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。
【０１８３】センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
【０１８４】本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
【０１８５】静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
【０１８６】本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板および対向基板の一方または双方に検知素子を構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
【０１８７】図１７（Ａ）、（Ｂ）に、タッチパネルの一例を示す。図１７（Ａ）は、タッチパネル４２１０の斜視図である。図１７（Ｂ）は、入力装置４２００の斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。
【０１８８】タッチパネル４２１０は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。
【０１８９】タッチパネル４２１０は、入力装置４２００と、表示装置とを有し、これらが重ねて設けられている。
【０１９０】入力装置４２００は、基板４２６３、電極４２２７、電極４２２８、複数の配線４２３７、複数の配線４２３８および複数の配線４２３９を有する。例えば、電極４２２７は配線４２３７または配線４２３９と電気的に接続することができる。また、電極４２２８は配線４２３９と電気的に接続することができる。ＦＰＣ４２７２ｂは、複数の配線４２３７および複数の配線４２３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ４２７２ｂにはＩＣ４２７３ｂを設けることができる。
【０１９１】または、表示装置の第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設けてもよい。第１の基板４００１と第２の基板４００６との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
【０１９２】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）は、図１６（Ｂ）中でＮ１−Ｎ２の鎖線で示した部位の断面図である。図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示す表示装置は電極４０１５を有しており、電極４０１５はＦＰＣ４０１８が有する端子と異方性導電層４０１９を介して、電気的に接続されている。また、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）では、電極４０１５は、絶縁層４１１２、絶縁層４１１１、および絶縁層４１１０に形成された開口において配線４０１４と電気的に接続されている。
【０１９３】電極４０１５は、第１の電極層４０３０と同じ導電層から形成され、配線４０１４は、トランジスタ４０１０、およびトランジスタ４０１１のソース電極およびドレイン電極と同じ導電層で形成されている。
【０１９４】また、第１の基板４００１上に設けられた表示部２１５と走査線駆動回路２２１ａは、トランジスタを複数有しており、図１８（Ａ）、および図１８（Ｂ）では、表示部２１５に含まれるトランジスタ４０１０、および走査線駆動回路２２１ａに含まれるトランジスタ４０１１を例示している。なお、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１としてボトムゲート型のトランジスタを例示しているが、トップゲート型のトランジスタであってもよい。
【０１９５】図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）では、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１上に絶縁層４１１２が設けられている。また、図１８（Ｂ）では、絶縁層４１１２上に隔壁４５１０が形成されている。
【０１９６】また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１０２上に設けられている。また、トランジスタ４０１０およびトランジスタ４０１１は、絶縁層４１１１上に形成された電極４０１７を有する。電極４０１７はバックゲート電極として機能することができる。
【０１９７】また、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示す表示装置は、容量素子４０２０を有する。容量素子４０２０は、トランジスタ４０１０のゲート電極と同じ工程で形成された電極４０２１と、ソース電極およびドレイン電極と同じ工程で形成された電極と、を有する。それぞれの電極は、絶縁層４１０３を介して重なっている。
【０１９８】一般に、表示装置の画素部に設けられる容量素子の容量は、画素部に配置されるトランジスタのリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。容量素子の容量は、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。
【０１９９】表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０は表示素子と電気的に接続する。図１８（Ａ）は、表示素子として液晶素子を用いた液晶表示装置の一例である。図１８（Ａ）において、表示素子である液晶素子４０１３は、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１、および液晶層４００８を含む。なお、液晶層４００８を挟持するように配向膜として機能する絶縁層４０３２、絶縁層４０３３が設けられている。第２の電極層４０３１は第２の基板４００６側に設けられ、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１は液晶層４００８を介して重畳する。
【０２００】また、スペーサ４０３５は絶縁層を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の電極層４０３０と第２の電極層４０３１との間隔（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。
【０２０１】また、必要に応じて、ブラックマトリクス（遮光層）、着色層（カラーフィルタ）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などを適宜設けてもよい。例えば、偏光基板および位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いてもよい。また、上記バックライト、およびサイドライトとして、マイクロＬＥＤなどを用いても良い。
【０２０２】図１８（Ａ）に示す表示装置では、第２の基板４００６と第２の電極層４０３１の間に、遮光層４１３２、着色層４１３１、絶縁層４１３３が設けられている。
【０２０３】遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
【０２０４】着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。遮光層および着色層の形成方法は、前述した各層の形成方法と同様に行なえばよい。例えば、インクジェット法などで行なってもよい。
【０２０５】また、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示す表示装置は、絶縁層４１１１と絶縁層４１０４を有する。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４として、不純物元素を透過しにくい絶縁層を用いる。絶縁層４１１１と絶縁層４１０４でトランジスタの半導体層を挟むことで、外部からの不純物の浸入を防ぐことができる。
【０２０６】また、表示装置に含まれる表示素子として、エレクトロルミネッセンスを利用する発光素子（ＥＬ素子）を適用することができる。ＥＬ素子は、一対の電極の間に発光性の化合物を含む層（「ＥＬ層」ともいう。）を有する。一対の電極間に、ＥＬ素子の閾値電圧よりも大きい電位差を生じさせると、ＥＬ層に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はＥＬ層において再結合し、ＥＬ層に含まれる発光物質が発光する。
【０２０７】また、ＥＬ素子は、発光材料が有機化合物であるか、無機化合物であるかによって区別され、一般的に、前者は有機ＥＬ素子、後者は無機ＥＬ素子と呼ばれている。
【０２０８】有機ＥＬ素子は、電圧を印加することにより、一方の電極から電子、他方の電極から正孔がそれぞれＥＬ層に注入される。そして、それらキャリア（電子および正孔）が再結合することにより、発光性の有機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。このようなメカニズムから、このような発光素子は、電流励起型の発光素子と呼ばれる。
【０２０９】なお、ＥＬ層は、発光性の化合物以外に、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、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）などを有していてもよい。
【０２１０】ＥＬ層は、蒸着法（真空蒸着法を含む）、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法などの方法で形成することができる。
【０２１１】無機ＥＬ素子は、その素子構成により、分散型無機ＥＬ素子と薄膜型無機ＥＬ素子とに分類される。分散型無機ＥＬ素子は、発光材料の粒子をバインダ中に分散させた発光層を有するものであり、発光メカニズムはドナー準位とアクセプター準位を利用するドナー−アクセプター再結合型発光である。薄膜型無機ＥＬ素子は、発光層を誘電体層で挟み込み、さらにそれを電極で挟んだ構造であり、発光メカニズムは金属イオンの内殻電子遷移を利用する局在型発光である。なお、ここでは、発光素子として有機ＥＬ素子を用いて説明する。
【０２１２】発光素子は発光を取り出すために少なくとも一対の電極の一方が透明であればよい。そして、基板上にトランジスタおよび発光素子を形成し、当該基板とは逆側の面から発光を取り出す上面射出（トップエミッション）構造や、基板側の面から発光を取り出す下面射出（ボトムエミッション）構造や、両面から発光を取り出す両面射出（デュアルエミッション）構造の発光素子があり、どの射出構造の発光素子も適用することができる。
【０２１３】図１８（Ｂ）は、表示素子として発光素子を用いた発光表示装置（「ＥＬ表示装置」ともいう。）の一例である。表示素子である発光素子４５１３は、表示部２１５に設けられたトランジスタ４０１０と電気的に接続している。なお発光素子４５１３の構成は、第１の電極層４０３０、発光層４５１１、第２の電極層４０３１の積層構造であるが、この構成に限定されない。発光素子４５１３から取り出す光の方向などに合わせて、発光素子４５１３の構成は適宜変えることができる。
【０２１４】隔壁４５１０は、有機絶縁材料、または無機絶縁材料を用いて形成する。特に感光性の樹脂材料を用い、第１の電極層４０３０上に開口部を形成し、その開口部の側面が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
【０２１５】発光層４５１１は、単数の層で構成されていても、複数の層が積層されるように構成されていてもどちらでも良い。
【０２１６】発光素子４５１３の発光色は、発光層４５１１を構成する材料によって、白、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、または黄などとすることができる。
【０２１７】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４５１３と着色層を組み合わせて行う方法と、画素毎に発光色の異なる発光素子４５１３を設ける方法がある。前者の方法は後者の方法よりも生産性が高い。一方、後者の方法では画素毎に発光層４５１１を作り分ける必要があるため、前者の方法よりも生産性が劣る。ただし、後者の方法では、前者の方法よりも色純度の高い発光色を得ることができる。後者の方法に加えて、発光素子４５１３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。
【０２１８】なお、発光層４５１１は、量子ドットなどの無機化合物を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。
【０２１９】発光素子４５１３に酸素、水素、水分、二酸化炭素等が侵入しないように、第２の電極層４０３１および隔壁４５１０上に保護層を形成してもよい。保護層としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）などを形成することができる。また、第１の基板４００１、第２の基板４００６、およびシール材４００５によって封止された空間には充填材４５１４が設けられ密封されている。このように、外気に曝されないように気密性が高く、脱ガスの少ない保護フィルム（貼り合わせフィルム、紫外線硬化樹脂フィルム等）やカバー材でパッケージング（封入）することが好ましい。
【０２２０】充填材４５１４としては窒素やアルゴンなどの不活性な気体の他に、紫外線硬化樹脂または熱硬化樹脂を用いることができ、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）、アクリル系樹脂、ポリイミド、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）またはＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などを用いることができる。また、充填材４５１４に乾燥剤が含まれていてもよい。
【０２２１】シール材４００５には、ガラスフリットなどのガラス材料や、二液混合型の樹脂などの常温で硬化する硬化樹脂、光硬化性の樹脂、熱硬化性の樹脂などの樹脂材料を用いることができる。また、シール材４００５に乾燥剤が含まれていてもよい。
【０２２２】また、必要であれば、発光素子の射出面に偏光板、または円偏光板（楕円偏光板を含む）、位相差板（λ／４板、λ／２板）、カラーフィルタなどの光学フィルムを適宜設けてもよい。また、偏光板または円偏光板に反射防止膜を設けてもよい。例えば、表面の凹凸により反射光を拡散し、映り込みを低減できるアンチグレア処理を施すことができる。
【０２２３】また、発光素子をマイクロキャビティ構造とすることで、色純度の高い光を取り出すことができる。また、マイクロキャビティ構造とカラーフィルタを組み合わせることで、映り込みが低減し、表示画像の視認性を高めることができる。
【０２２４】表示素子に電圧を印加する第１の電極層および第２の電極層（画素電極層、共通電極層、対向電極層などともいう）においては、取り出す光の方向、電極層が設けられる場所、および電極層のパターン構造によって透光性、反射性を選択すればよい。
【０２２５】第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１は、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、インジウム錫酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
【０２２６】また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）などの金属、またはその合金、もしくはその金属窒化物から一種以上を用いて形成することができる。
【０２２７】また、第１の電極層４０３０、第２の電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン若しくはその誘導体、ポリピロール若しくはその誘導体、ポリチオフェン若しくはその誘導体、または、アニリン、ピロールおよびチオフェンの２種以上からなる共重合体若しくはその誘導体などがあげられる。
【０２２８】また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、駆動回路保護用の保護回路を設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
【０２２９】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２３０】（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各トランジスタに置き換えて用いることのできるトランジスタの一例について、図面を用いて説明する。
【０２３１】本発明の一態様の表示装置は、ボトムゲート型のトランジスタや、トップゲート型トランジスタなどの様々な形態のトランジスタを用いて作製することができる。よって、既存の製造ラインに合わせて、使用する半導体層の材料やトランジスタ構造を容易に置き換えることができる。
【０２３２】〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図１９（Ａ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの一種であるチャネル保護型のトランジスタ８１０のチャネル長方向の断面図である。図１９（Ａ１）において、トランジスタ８１０は基板７７１上に形成されている。また、トランジスタ８１０は、基板７７１上に絶縁層７７２を介して電極７４６を有する。また、電極７４６上に絶縁層７２６を介して半導体層７４２を有する。電極７４６はゲート電極として機能できる。絶縁層７２６はゲート絶縁層として機能できる。
【０２３３】また、半導体層７４２のチャネル形成領域上に絶縁層７４１を有する。また、半導体層７４２の一部と接して、絶縁層７２６上に電極７４４ａおよび電極７４４ｂを有する。電極７４４ａは、ソース電極またはドレイン電極の一方として機能できる。電極７４４ｂは、ソース電極またはドレイン電極の他方として機能できる。電極７４４ａの一部、および電極７４４ｂの一部は、絶縁層７４１上に形成される。
【０２３４】絶縁層７４１は、チャネル保護層として機能できる。チャネル形成領域上に絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に、半導体層７４２のチャネル形成領域がエッチングされることを防ぐことができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。
【０２３５】また、トランジスタ８１０は、電極７４４ａ、電極７４４ｂおよび絶縁層７４１上に絶縁層７２８を有し、絶縁層７２８の上に絶縁層７２９を有する。
【０２３６】半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの、少なくとも半導体層７４２と接する部分に、半導体層７４２の一部から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料を用いることが好ましい。半導体層７４２中の酸素欠損が生じた領域はキャリア濃度が増加し、当該領域はｎ型化し、ｎ型領域（ｎ＋層）となる。したがって、当該領域はソース領域またはドレイン領域として機能することができる。半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、半導体層７４２から酸素を奪い、酸素欠損を生じさせることが可能な材料の一例として、タングステン、チタン等を挙げることができる。
【０２３７】半導体層７４２にソース領域およびドレイン領域が形成されることにより、電極７４４ａおよび電極７４４ｂと半導体層７４２の接触抵抗を低減することができる。よって、電界効果移動度や、しきい値電圧などの、トランジスタの電気特性を良好なものとすることができる。
【０２３８】半導体層７４２にシリコンなどの半導体を用いる場合は、半導体層７４２と電極７４４ａの間、および半導体層７４２と電極７４４ｂの間に、ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層を設けることが好ましい。ｎ型半導体またはｐ型半導体として機能する層は、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として機能することができる。
【０２３９】絶縁層７２９は、外部からのトランジスタへの不純物の拡散を防ぐ、または低減する機能を有する材料を用いて形成することが好ましい。なお、必要に応じて絶縁層７２９を省略することもできる。
【０２４０】図１９（Ａ２）に示すトランジスタ８１１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８１０と異なる。電極７２３は、電極７４６と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２４１】一般に、バックゲート電極は導電層で形成され、ゲート電極とバックゲート電極で半導体層のチャネル形成領域を挟むように配置される。よって、バックゲート電極は、ゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位（ＧＮＤ電位）や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【０２４２】電極７４６および電極７２３は、どちらもゲート電極として機能することができる。よって、絶縁層７２６、絶縁層７２８、および絶縁層７２９は、それぞれがゲート絶縁層として機能することができる。なお、電極７２３は、絶縁層７２８と絶縁層７２９の間に設けてもよい。
【０２４３】なお、電極７４６または電極７２３の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。例えば、トランジスタ８１１において、電極７２３を「ゲート電極」と言う場合、電極７４６を「バックゲート電極」と言う。また、電極７２３を「ゲート電極」として用いる場合は、トランジスタ８１１をトップゲート型のトランジスタの一種と考えることができる。また、電極７４６および電極７２３のどちらか一方を、「第１のゲート電極」といい、他方を「第２のゲート電極」という場合がある。
【０２４４】半導体層７４２を挟んで電極７４６および電極７２３を設けることで、更には、電極７４６および電極７２３を同電位とすることで、半導体層７４２においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ８１１のオン電流が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなる。
【０２４５】したがって、トランジスタ８１１は、占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタである。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタ８１１の占有面積を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０２４６】また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
【０２４７】また、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【０２４８】本発明の一態様によれば、信頼性の良好なトランジスタを実現することができる。また、信頼性の良好な半導体装置を実現することができる。
【０２４９】図１９（Ｂ１）は、図１９（Ａ１）とは異なる構成のチャネル保護型のトランジスタ８２０のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２０は、トランジスタ８１０とほぼ同様の構造を有しているが、絶縁層７４１が半導体層７４２の端部を覆っている点が異なる。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した開口部において、半導体層７４２と電極７４４ａが電気的に接続している。また、半導体層７４２と重なる絶縁層７４１の一部を選択的に除去して形成した他の開口部において、半導体層７４２と電極７４４ｂが電気的に接続している。絶縁層７４１の、チャネル形成領域と重なる領域は、チャネル保護層として機能できる。
【０２５０】図１９（Ｂ２）に示すトランジスタ８２１は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２０と異なる。
【０２５１】絶縁層７４１を設けることで、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に生じる半導体層７４２の露出を防ぐことができる。よって、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に半導体層７４２の薄膜化を防ぐことができる。
【０２５２】また、トランジスタ８２０およびトランジスタ８２１は、トランジスタ８１０およびトランジスタ８１１よりも、電極７４４ａと電極７４６の間の距離と、電極７４４ｂと電極７４６の間の距離が長くなる。よって、電極７４４ａと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。また、電極７４４ｂと電極７４６の間に生じる寄生容量を小さくすることができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現できる。
【０２５３】図１９（Ｃ１）は、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネルエッチング型のトランジスタ８２５のチャネル長方向の断面図である。トランジスタ８２５は、絶縁層７４１を用いずに電極７４４ａおよび電極７４４ｂを形成する。このため、電極７４４ａおよび電極７４４ｂの形成時に露出する半導体層７４２の一部がエッチングされる場合がある。一方、絶縁層７２９を設けないため、トランジスタの生産性を高めることができる。
【０２５４】図１９（Ｃ２）に示すトランジスタ８２６は、絶縁層７２９上にバックゲート電極として機能できる電極７２３を有する点が、トランジスタ８２５と異なる。
【０２５５】図２０（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８１０、８１１、８２０、８２１、８２５、８２６のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
【０２５６】図２０（Ｂ２）、（Ｃ２）に示す構造では、ゲート電極とバックゲート電極とが接続され、ゲート電極とバックゲート電極との電位が同電位となる。また、半導体層７４２は、ゲート電極とバックゲート電極と挟まれている。
【０２５７】ゲート電極およびバックゲート電極のそれぞれのチャネル幅方向の長さは、半導体層７４２のチャネル幅方向の長さよりも長く、半導体層７４２のチャネル幅方向全体は、絶縁層７２６、７４１、７２８、７２９を間に挟んでゲート電極またはバックゲート電極に覆われた構成である。
【０２５８】当該構成とすることで、トランジスタに含まれる半導体層７４２を、ゲート電極及びバックゲート電極の電界によって電気的に取り囲むことができる。
【０２５９】トランジスタ８２１またはトランジスタ８２６のように、ゲート電極およびバックゲート電極の電界によって、チャネル領域が形成される半導体層７４２を電気的に取り囲むトランジスタのデバイス構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【０２６０】Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、ゲート電極及びバックゲート電極の一方または双方によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に半導体層７４２に印加することができるため、トランジスタの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタを微細化することが可能となる。また、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造とすることで、トランジスタの機械的強度を高めることができる。
【０２６１】〔トップゲート型トランジスタ〕
図２１（Ａ１）に例示するトランジスタ８４２は、トップゲート型のトランジスタの１つである。電極７４４ａおよび電極７４４ｂは、絶縁層７２８および絶縁層７２９に形成した開口部において半導体層７４２と電気的に接続する。
【０２６２】また、電極７４６と重ならない絶縁層７２６の一部を除去し、電極７４６と残りの絶縁層７２６をマスクとして用いて不純物７５５を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合（セルフアライメント）的に不純物領域を形成することができる。トランジスタ８４２は、絶縁層７２６が電極７４６の端部を越えて延伸する領域を有する。半導体層７４２の絶縁層７２６を介して不純物７５５が導入された領域の不純物濃度は、絶縁層７２６を介さずに不純物７５５が導入された領域よりも小さくなる。半導体層７４２は、電極７４６と重ならない領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。
【０２６３】図２１（Ａ２）に示すトランジスタ８４３は、電極７２３を有する点がトランジスタ８４２と異なる。トランジスタ８４３は、基板７７１の上に形成された電極７２３を有する。電極７２３は絶縁層７７２を介して半導体層７４２と重なる領域を有する。電極７２３は、バックゲート電極として機能することができる。
【０２６４】また、図２１（Ｂ１）に示すトランジスタ８４４および図２１（Ｂ２）に示すトランジスタ８４５のように、電極７４６と重ならない領域の絶縁層７２６を全て除去してもよい。また、図２１（Ｃ１）に示すトランジスタ８４６および図２１（Ｃ２）に示すトランジスタ８４７のように、絶縁層７２６を残してもよい。
【０２６５】トランジスタ８４２乃至トランジスタ８４７も、電極７４６を形成した後に、電極７４６をマスクとして用いて不純物７５５を半導体層７４２に導入することで、半導体層７４２中に自己整合的に不純物領域を形成することができる。本発明の一態様によれば、電気特性の良好なトランジスタを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０２６６】図２２（Ａ１）乃至（Ｃ２）にトランジスタ８４２、８４３、８４４、８４５、８４６、８４７のチャネル幅方向の断面図をそれぞれ示す。
【０２６７】トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７は、それぞれ先に説明したＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造である。ただし、これに限定されず、トランジスタ８４３、トランジスタ８４５、およびトランジスタ８４７をＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造としなくてもよい。
【０２６８】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０２６９】（実施の形態４）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２３に示す。
【０２７０】図２３（Ａ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【０２７１】図２３（Ｂ）はデジタルサイネージであり、大型の表示部９２２を有する。例えば柱９２１の側面に取り付けられる。表示部９２２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、表示品位の高い表示を行うことができる。
【０２７２】図２３（Ｃ）は携帯電話機であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。また、筐体９０１および表示部９５２は可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができる。表示部９５２に本発明の一態様、の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【０２７３】図２３（Ｄ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、スピーカ９１３、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９１２に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【０２７４】図２３（Ｅ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【０２７５】図２３（Ｆ）は情報処理端末であり、筐体９０１、表示部９０２、表示部９０３、センサ９０４等を有する。表示部９０２および表示部９０３は一つの表示パネルから成り、可撓性を有する。また、筐体９０１も可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができるほか、タブレット端末のように平板状にして使用することもできる。センサ９０４は筐体９０１の形状を感知することができ、例えば、筐体が曲げられたときに表示部９０２および表示部９０３の表示を切り替えることができる。表示部９０２および表示部９０３に本発明の一態様の表示装置を用いることで、様々な画像の表示を行うことができる。
【０２７６】本実施の形態は、他の実施の形態などに記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２７７】１０：画素、１０Ｂ：副画素、１０Ｇ：副画素、１０Ｒ：副画素、１１：画素アレイ、１２：ロードライバ、１３：ロードライバ、１４：カラムドライバ、１５：カラムドライバ、１６：回路、１７：選択回路、１８：選択回路、１９：選択回路、２０：シフトレジスタ、２１：バッファ回路、２２：シフトレジスタ、２３：選択回路、２５Ｂ：電極、２５Ｇ：電極、２５Ｒ：電極、１０１：トランジスタ、１０２：トランジスタ、１０３：容量素子、１１０：回路ブロック、１１１：トランジスタ、１１２：トランジスタ、１１３：容量素子、１１４：ＥＬ素子、１１５：トランジスタ、１１６：容量素子、１１７：液晶素子、１１８：トランジスタ、１１９：トランジスタ、１２０：回路、１２１：配線、１２２：配線、１２４：配線、１２５：配線、１２６：配線、１２８：配線、１２９：配線、１３０：配線、１３１：配線、１３２：配線、１３３：配線、１３４：配線、２１５：表示部、２２１ａ：走査線駆動回路、２３１ａ：信号線駆動回路、２３２ａ：信号線駆動回路、２４１ａ：共通線駆動回路、７２３：電極、７２６：絶縁層、７２８：絶縁層、７２９：絶縁層、７４１：絶縁層、７４２：半導体層、７４４ａ：電極、７４４ｂ：電極、７４６：電極、７５５：不純物、７７１：基板、７７２：絶縁層、８１０：トランジスタ、８１１：トランジスタ、８２０：トランジスタ、８２１：トランジスタ、８２５：トランジスタ、８２６：トランジスタ、８３０：トランジスタ、８４０：トランジスタ、８４２：トランジスタ、８４３：トランジスタ、８４４：トランジスタ、８４５：トランジスタ、８４６：トランジスタ、８４７：トランジスタ、９０１：筐体、９０２：表示部、９０３：表示部、９０４：センサ、９１１：筐体、９１２：表示部、９１３：スピーカ、９１９：カメラ、９２１：柱、９２２：表示部、９５１：筐体、９５２：表示部、９５３：操作ボタン、９５４：外部接続ポート、９５５：スピーカ、９５６：マイク、９５７：カメラ、９６１：筐体、９６２：シャッターボタン、９６３：マイク、９６５：表示部、９６６：操作キー、９６７：スピーカ、９６８：ズームレバー、９６９：レンズ、９７１：筐体、９７３：表示部、９７４：操作キー、９７５：スピーカ、９７６：通信用接続端子、９７７：光センサ、４００１：基板、４００５：シール材、４００６：基板、４００８：液晶層、４０１０：トランジスタ、４０１１：トランジスタ、４０１３：液晶素子、４０１４：配線、４０１５：電極、４０１７：電極、４０１８：ＦＰＣ、４０１９：異方性導電層、４０２０：容量素子、４０２１：電極、４０３０：電極層、４０３１：電極層、４０３２：絶縁層、４０３３：絶縁層、４０３５：スペーサ、４０４１：プリント基板、４０４２：集積回路、４１０２：絶縁層、４１０３：絶縁層、４１０４：絶縁層、４１１０：絶縁層、４１１１：絶縁層、４１１２：絶縁層、４１３１：着色層、４１３２：遮光層、４１３３：絶縁層、４２００：入力装置、４２１０：タッチパネル、４２２７：電極、４２２８：電極、４２３７：配線、４２３８：配線、４２３９：配線、４２６３：基板、４２７２ｂ：ＦＰＣ、４２７３ｂ：ＩＣ、４５１０：隔壁、４５１１：発光層、４５１３：発光素子、４５１４：充填材
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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