(57)【要約】【課題】輝度を高められる表示装置を提供すること。表示装置の表示品位を高めること。使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示すること。【解決手段】第１の表示素子と、第２の表示素子と、着色層と、を有する表示装置とする。第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、第２の表示素子は、表示面側に可視光を透過する機能を有する。着色層は、第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、且つ、赤色、緑色、青色のうち、いずれか二つの光を透過する構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、着色層と、を有し、
前記第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、
前記第２の表示素子は、前記表示面側に可視光を透過する機能を有し、
前記着色層は、前記第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、
前記着色層は、赤色、緑色、青色のうち、いずれか二つの光を透過する、
表示装置。
【請求項２】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、着色層と、を有し、
前記第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、
前記第２の表示素子は、前記表示面側に可視光を透過する機能を有し、
前記着色層は、前記第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、
前記着色層は、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過する、
表示装置。
【請求項３】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、着色層と、を有し、
前記第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、
前記第２の表示素子は、前記表示面側に可視光を透過する機能を有し、
前記着色層は、前記第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、
前記着色層は、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過し、
前記第２の表示素子は、赤色、緑色、青色のうち、いずれか一の光を発する、
表示装置。
【請求項４】
第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１の着色層と、第２の着色層と、を有し、
前記第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、
前記第２の表示素子は、前記表示面側に可視光を透過する機能を有し、
前記第１の着色層は、前記第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、
前記第２の着色層は、前記第２の表示素子が発する第２の光の光路上に位置し、
前記第１の着色層は、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過し、
前記第２の着色層は、赤色、緑色、青色のうち、いずれか一の光を透過する、
表示装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
前記シアンの光は、波長４５０ｎｍの光と、波長５５０ｎｍの光を含み、
前記マゼンダの光は、波長４５０ｎｍの光と、波長７００ｎｍの光を含み、
前記イエローの光は、波長５５０ｎｍの光と、波長７００ｎｍの光を含む、
表示装置。
【請求項６】
請求項１、請求項３、または請求項４において、
前記赤色の光は、波長７００ｎｍの光を含み、
前記緑色の光は、波長５５０ｎｍの光を含み、
前記青色の光は、波長４５０ｎｍの光を含む、
表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有し、
前記第１の表示素子は、前記第１のトランジスタと電気的に接続し、且つ、可視光を反射する第１の導電層を有し、
前記第２の表示素子は、前記第２のトランジスタと電気的に接続し、且つ、可視光を透過する第２の導電層を有し、
前記第１の表示素子は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタよりも前記表示面側に位置し、
前記第２の表示素子は、前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタを挟んで、前記第１の表示素子とは反対側に位置する、
表示装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１のトランジスタと、前記第２のトランジスタとは、同一面上に設けられた、
表示装置。
【請求項９】
請求項７または請求項８において、
前記第１のトランジスタ及び前記第２のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に金属酸化物を含む、
表示装置。
【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。
【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、演算装置、記憶装置等は半導体装置の一態様である。また、撮像装置、電気光学装置、発電装置（薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池等を含む）、及び電子機器は半導体装置を有している場合がある。
【背景技術】
【０００４】
パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、ノートＰＣ、電子ブック、タブレット、スマートフォン等のモバイル機器に代表される電子機器が普及している。モバイル機器は、屋外環境や室内環境など利用する環境の明るさに適した表示をすることが求められている。
【０００５】
電子機器が有する表示装置として、反射型液晶表示装置と、透過型液晶表示装置とを組み合わせた表示装置が提案されている。例えば、反射型液晶表示装置の利点を生かし、かつ、周囲照明光が弱い環境下での使用を可能にする液晶表示装置として、入射光の一部を透過し、残りの入射光は反射させる、いわゆる半透過性の反射膜を用いた液晶表示装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−３７２７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
屋外環境などの外光下において、モバイル機器などに代表される電子機器は、映り込みなどにより視認性が低下するといった課題がある。また、モバイル機器などに代表される電子機器は、消費電力の低減が求められている。
【０００８】
また、特許文献１に示すような従来の半透過性の反射膜を用いた液晶表示装置では、１つの液晶層を用いて、反射型の液晶表示装置、及び透過型の液晶表示装置を、実現しているため、液晶層に段差が生じる場合がある。液晶層に段差が形成されると、開口率の低下、視認性の低下、または消費電力の増加といった課題が生じる。また、特許文献１に示す構成の場合、１つのＦＥＴで反射型の液晶表示素子と、透過型の液晶表示素子とを、制御しているため、反射型の液晶表示素子と、透過型の液晶表示素子と、をそれぞれ独立して制御できないといった問題があった。
【０００９】
本発明の一態様は、輝度を高められる表示装置を提供することを課題の一とする。または、信頼性の高い表示装置を提供することを課題の一とする。または、表示装置の表示品位を高めることを課題の一とする。または、使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示することを課題の一とする。または、表示装置の消費電力を低減することを課題の一とする。
【００１０】
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。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。また、明細書等の記載から上記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】
【００１１】
本発明の一態様は、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１の着色層と、を有する表示装置である。第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、第２の表示素子は、表示面側に可視光を発する機能を有する。
【００１２】
上記において、第１の着色層は、第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、且つ、赤色、緑色、青色のうち、いずれか二つの光を透過することが好ましい。
【００１３】
または、上記において、第１の着色層は、第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、且つ、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過することが好ましい。
【００１４】
または、上記において、第１の着色層は、第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置し、且つ、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過することが好ましい。さらに第２の表示素子は、赤色、緑色、青色のうち、いずれか一の光を発することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の他の一態様は、第１の表示素子と、第２の表示素子と、第１の着色層と、第２の着色層と、を有する表示装置である。第１の表示素子は、表示面側に可視光を反射する機能を有し、第２の表示素子は、表示面側に可視光を発する機能を有する。第１の着色層は、第１の表示素子が反射する第１の光の光路上に位置する。第２の着色層は、第２の表示素子が発する第２の光の光路上に位置する。第１の着色層は、シアン、マゼンダ、イエローのうち、いずれか一の光を透過し、第２の着色層は、赤色、緑色、青色のうち、いずれか一の光を透過する。
【００１６】
また、上記において、シアンの光は、波長４５０ｎｍの光と、波長５５０ｎｍの光を含み、マゼンダの光は、波長４５０ｎｍの光と、波長７００ｎｍの光を含み、イエローの光は、波長５５０ｎｍの光と、波長７００ｎｍの光を含むことが好ましい。
【００１７】
また、上記において、赤色の光は、波長７００ｎｍの光を含み、緑色の光は、波長５５０ｎｍの光を含み、青色の光は、波長４５０ｎｍの光を含むことが好ましい。
【００１８】
また、上記において、第１のトランジスタと、第２のトランジスタと、を有することが好ましい。このとき、液晶素子は、第１のトランジスタと電気的に接続し、且つ、可視光を反射する第１の導電層を有することが好ましい。また発光素子は、第２のトランジスタと電気的に接続し、且つ、可視光を透過する第２の導電層を有することが好ましい。また液晶素子は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタよりも表示面側に位置し、発光素子は、第１のトランジスタ及び第２のトランジスタを挟んで、液晶素子とは反対側に位置することが好ましい。
【００１９】
また、上記第１のトランジスタと、上記第２のトランジスタとは、同一面上に設けられることが好ましい。また、上記第１のトランジスタ及び上記第２のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に金属酸化物を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、輝度を高められる表示装置を提供できる。または、信頼性の高い表示装置を提供できる。または、表示装置の表示品位を高めることができる。または、使用環境によらず、高い表示品位で映像を表示することができる。または、表示装置の消費電力を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】表示装置の構成例を説明する図。
【図２】表示装置の構成例を説明する図。
【図３】表示装置の構成例を説明する図。
【図４】表示装置の構成例を説明する図。
【図５】表示装置の構成例を説明する図。
【図６】表示装置の構成例を説明する、模式図及び状態遷移図。
【図７】表示装置の構成例を説明する、回路図及びタイミングチャート。
【図８】表示装置の一例を示す斜視図。
【図９】表示装置の構成例を説明する図。
【図１０】表示装置の回路図。
【図１１】表示装置の構成例を説明する図。
【図１２】表示装置の構成例を説明する図。
【図１３】表示モジュールの構成例を説明する図。
【図１４】電子機器の構成例を説明する図。
【図１５】電子機器の構成例を説明する図。
【図１６】電子機器の構成例を説明する図。
【図１７】試料のＸＲＤスペクトルの測定結果を説明する図。
【図１８】試料のＴＥＭ像、および電子線回折パターンを説明する図。
【図１９】試料のＥＤＸマッピングを説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【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】
なお、以下では「上」、「下」などの向きを示す表現は、基本的には図面の向きと合わせて用いるものとする。しかしながら、説明を容易にするためなどの目的で、明細書中の「上」または「下」が意味する向きが、図面とは一致しない場合がある。一例としては、積層体等の積層順（または形成順）などを説明する場合に、図面において当該積層体が設けられる側の面（被形成面、支持面、接着面、平坦面など）が当該積層体よりも上側に位置していても、その向きを下、これとは反対の向きを上、などと表現する場合がある。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
【００２９】
本発明の一態様の表示装置は、可視光を反射する第１の表示素子と、可視光を透過する第２の表示素子とが混在した表示装置である。
【００３０】
表示装置は、第１の表示素子が表示面側に反射する第１の光と、第２の表示素子が表示面側に透過する第２の光のうち、いずれか一方、または両方により、表示面に画像を表示する機能を有する。または、表示装置は、第１の表示素子が反射する第１の光の光量と、第２の表示素子が透過する第２の光の光量と、をそれぞれ制御することにより、階調を表現する機能を有する。
【００３１】
また、表示装置は、第１の表示素子が表示面側に反射する第１の光の光量を制御することにより階調を表現する第１の画素と、第２の表示素子が表示面側に反射する第２の光の光量を制御することにより階調を表現する第２の画素を有する構成とすることが好ましい。第１の画素及び第２の画素は、例えばそれぞれマトリクス状に複数配置され、表示部を構成する。
【００３２】
さらに、第１の画素及び第２の画素は表示装置の表示領域に混在して配置されていることが好ましい。これにより、後述するように複数の第１の画素のみで表示された画像と、複数の第２の画素のみで表示された画像、及び複数の第１の画素及び複数の第２の画素の両方で表示された画像のそれぞれは、同じ表示領域に表示することができる。
【００３３】
第１の画素が有する第１の表示素子には、外光を反射して表示する素子を用いることができる。このような素子は、光源を持たないため、表示の際の消費電力を極めて小さくすることが可能となる。
【００３４】
第１の表示素子には、代表的には反射型の液晶素子を用いることができる。または、第１の表示素子として、シャッター方式のＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）素子、光干渉方式のＭＥＭＳ素子の他、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、電子粉流体（登録商標）方式等を適用した素子などを用いることができる。
【００３５】
また、第２の画素が有する第２の表示素子は光源からの光を透過することで表示する素子を用いることができる。第２の画素が有する表示素子として、光源であるバックライトと、バックライトからの光の透過光の光量を制御する透過型の液晶素子とを組み合わせたものを用いることができる。
【００３６】
例えば第１の画素が有する第１の表示素子の光路上には、第１の着色層を有する。第１の着色層は、シアン、マゼンダ、及びイエローの光うち、いずれか一を透過する。例えば、第１の画素は３つの副画素を有し、それぞれの副画素が有する第１の表示素子の光路上に、シアンの光を透過する着色層、マゼンダの光を透過する着色層、またはイエローの光を透過する着色層が設けられる構成とすることで、カラー表示を行うことができる。
【００３７】
第１の着色層は、補色系のカラーフィルタとも言うことができる。シアン、マゼンダ、及びイエローは、原色である赤色、緑色、青色の補色であることに由来する。このような第１の着色層は、赤色、緑色、または青色の光のうち、いずれか一を吸収する。言い換えると、赤色、緑色、または青色の光のうち、いずれか二つを透過する。一方、赤色、緑色、または青色を透過する、いわゆる原色系のカラーフィルタは、赤色、緑色、または青色の光のうち、いずれか二つを吸収する。そのため、可視光を反射する第１の表示素子に補色系のカラーフィルタを用いることで、原色系のカラーフィルタを用いた場合に比べて、反射光の輝度を増大させることが可能となる。
【００３８】
一方、第２の画素が有する第２の表示素子の光路上には、赤色、緑色、または青色の光のうち、いずれか一を透過する第２の着色層を配置する構成とする。例えば、第２の画素は３つの副画素を有し、それぞれの副画素が有する第２の表示素子の光路上に、赤色の光を透過する着色層、緑色の光を透過する着色層、及び青色の光を透過する着色層ののうち、いずれか一を配置する構成とすることができる。これにより、鮮やかなカラー表示を行うことができる。
【００３９】
ここで、本明細書等において、赤色の光は波長５８０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲に含まれる光をいい、代表的には波長７００ｎｍの光を含む光を指す。また、緑色の光は波長４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ未満の範囲に含まれる光をいい、代表的には波長５５０ｎｍの光を含む光を指す。また、青色の光は波長４００ｎｍ以上４９０ｎｍ未満の範囲に含まれる光をいい、代表的には波長４５０ｎｍの光を含む光を指す。
【００４０】
また、本明細書等において、シアンの光は上記青色の光と、上記緑色の光の両方を含む光を指す。また、マゼンダの光は上記赤色の光と、上記青色の光の両方を含む光を指す。また、イエローは、上記赤色の光と、上記緑色の光の両方を含む光を指す。なお、着色層を透過することにより得られる光でない場合、例えば、発光素子からの発光を指す場合等にはこの限りでなく、シアン、マゼンダ、及びイエローの光は、それぞれスペクトルに単一ピークを有する単色光であってもよい。
【００４１】
本発明の一態様は、第１の画素で画像を表示する第１のモード、第２の画素で画像を表示する第２のモード、及び第１の画素及び第２の画素で画像を表示する第３のモードを切り替えることができる。
【００４２】
第１のモードは、第１の表示素子による反射光を用いて画像を表示するモードである。第１のモードは光源が不要であるため、極めて低消費電力な駆動モードである。例えば、外光の照度が十分高く、且つ外光が白色光またはその近傍の光である場合に有効である。第１のモードは、例えば本や書類などの文字情報を表示することに適した表示モードである。また、反射光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。なお、第１のモードを、反射した光を用いて表示を行うため、反射型の表示モード（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ｍｏｄｅ）と呼称してもよい。
【００４３】
第２のモードでは、第２の表示素子による透過光を利用して画像を表示するモードである。そのため、外光の照度や色度によらず、極めて鮮やかな（コントラストが高く、且つ色再現性の高い）表示を行うことができる。例えば、夜間や暗い室内など、外光の照度が極めて小さい場合などに有効である。また外光が暗い場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第２のモードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。またこれにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第２のモードは、鮮やかな画像や滑らかな動画などを表示することに適したモードである。なお、第２のモードを、透過した光を用いて表示を行うため、透過型の表示モード（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｍｏｄｅ）と呼称してもよい。
【００４４】
第３のモードでは、第１の表示素子による反射光と、第２の表示素子による透過光の両方を利用して表示を行うモードである。具体的には、第１の画素が呈する光と、第１の画素と隣接する第２の画素が呈する光を混色させることにより、１つの色を表現するように駆動する。第１のモードよりも鮮やかな表示をしつつ、第２のモードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、外光の照度が比較的低い場合や、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。
【００４５】
なお、本明細書等において、第１の表示素子と、第２の表示素子とを組み合わせた表示、すなわち、第３のモードをハイブリッド表示モード（ＨＢ表示モード）と呼称することができる。または、第３のモードを、透過型の表示モードと、反射型の表示モードとを組み合わせた表示モード（ＴＲ−Ｈｙｂｒｉｄ  ｍｏｄｅ）と呼称してもよい。
【００４６】
ここで、表示装置の構成として、第１の画素及び第２の画素を有する表示パネルと、制御部と、を有する構成とすることができる。制御部は、外部から入力される画像情報に基づき、第１の画素に出力する第１の階調値、及び第２の画素に出力する第２の階調値を生成し、出力する。ここで画像情報は、各画素ユニットに対応する階調値を含む情報であり、例えばビデオ信号などの映像信号が挙げられる。
【００４７】
なお、制御部は、外光の照度等に基づいて、上述した表示モードを選択する機能を有していてもよい。
【００４８】
また、表示装置は、第１の画素は、第１の表示素子と電気的に接続される第１のトランジスタを有し、第２の画素は、第２の表示素子と電気的に接続される第２のトランジスタを有することが好ましい。
【００４９】
このとき、第１のトランジスタと第２のトランジスタとは、それぞれ同一面上に形成されることが好ましい。このとき、第１の表示素子及び第２の表示素子のいずれか一方は、絶縁層に設けられた開口を介して、第１のトランジスタまたは第２のトランジスタと電気的に接続されることが好ましい。これにより、第１のトランジスタと第２のトランジスタとを、同一の工程により作製することができるため、工程を簡略化できる。
【００５０】
また、一対の基板間に第１の表示素子と、第２の表示素子と、各トランジスタとを挟持した構成とすることで、厚さが薄く、軽量な表示装置を実現できる。
【００５１】
以下では、より具体的な構成例について、図面を参照して説明する。
【００５２】
［構成例］
図１（Ａ）に、表示装置１０の断面構成の一例を示す。
【００５３】
表示装置１０は、基板３１と基板２１との間に、機能層４１、絶縁層８１、絶縁層８３、表示素子９０、表示素子４０等を有する。また、基板３１の外側に、偏光板１３ａが設けられている。また、基板２１の外側に、偏光板１３ｂと、バックライトユニット１１が設けられている。偏光板１３ａ側が、表示面側に相当する。
【００５４】
表示素子４０は、導電層２３ｔ、導電層２５及びこれらに挟持された液晶２４を有する。また導電層２３ｔと絶縁層８３の間に開口を有する導電層２３ｒが設けられている。導電層２３ｒは可視光を反射し、導電層２３ｔと導電層２５は可視光を透過する。したがって、表示素子４０は基板３１側（表示面側）に反射光を射出する反射型の液晶素子である。ここで、導電層２３ｔは画素毎（副画素毎）に配置され、画素電極として機能する。導電層２５は、複数の画素にわたって配置されている。導電層２５は、図示しない領域で定電位が供給される配線と接続され、共通電極として機能する。
【００５５】
表示素子９０は、導電層９１、導電層９３、及びこれらに挟持された液晶９２を有する。導電層９１及び導電層９３はそれぞれ可視光を透過する。したがって、表示素子９０は、バックライトユニット１１からの光を表示面側に透過する、透過型の液晶素子である。導電層９１は、画素毎（副画素毎）に配置され、画素電極として機能する。導電層９３は、複数の画素にわたって配置されている。導電層９３は、図示しない領域で定電位が供給される配線と接続され、共通電極として機能する。
【００５６】
機能層４１は、表示素子４０を駆動する回路と、表示素子９０を駆動する回路と、を含む層である。例えば機能層４１は、トランジスタ、容量素子、配線、電極等により、画素回路が構成されている。
【００５７】
機能層４１と導電層２３ｒとの間には、絶縁層８３が設けられている。絶縁層８３に設けられた開口を介して、導電層２３ｒと機能層４１とが電気的に接続され、導電層２３ｒと導電層２３ｔとは接している。これにより、機能層４１と表示素子４０とが電気的に接続されている。
【００５８】
また機能層４１と導電層９１との間には、絶縁層８１が設けられている。絶縁層８１に設けられた開口を介して、導電層９１と機能層４１とが電気的に接続されている。これにより、機能層４１と表示素子９０とが電気的に接続されている。
【００５９】
このように、２種類の表示素子（表示素子４０と表示素子９０）をそれぞれ駆動する機能層４１を、表示素子４０と表示素子９０との間に配置することで、構成を簡略化できる。また、トランジスタ等の作製工程を共通化できるため、作製コストを低減できる。
【００６０】
導電層２５と基板３１との間には、導電層２３ｒと重なる位置に、着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣがそれぞれ設けられている。また着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣを覆って、絶縁層８５と導電層２５とが積層して設けられている。
【００６１】
着色層ＣＦＭは、マゼンダの光を透過するカラーフィルタとして機能する。着色層ＣＦＹは、イエローの光を透過するカラーフィルタとして機能する。着色層ＣＦＣは、シアンの色を透過するカラーフィルタとして機能する。
【００６２】
表示装置１０に入射される外光の一部は、着色層ＣＦＭを透過し、表示素子４０により反射され、再度着色層ＣＦＭを透過し、マゼンダの光２０ｒＭとして外部に射出される。同様に、着色層ＣＦＹが設けられる表示素子４０からはイエローの光２０ｒＹが射出され、着色層ＣＦＣが設けられる表示素子４０からはシアンの光２０ｒＣが射出される。
【００６３】
また、機能層４１と絶縁層８１との間に、それぞれ導電層９１と重なる着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢが設けられている。着色層ＣＦＲは赤色の光を透過するカラーフィルタとして機能し、着色層ＣＦＧは緑色の光を透過するカラーフィルタとして機能し、着色層ＣＦＢは青色の光を透過するカラーフィルタとして機能する。
【００６４】
バックライトユニット１１は、白色光を発する。バックライトユニット１１が発する白色光は、連続スペクトルを有していなくてもよく、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色の光を発する構成とすることができる。したがって、着色層ＣＦＲが設けられた表示素子９０を透過した光は着色層ＣＦＲを透過し、赤色の光２０ｔＲとして表示面側に射出される。同様に、着色層ＣＦＧが設けられた表示素子９０を透過した緑色の光２０ｔＧが射出され、着色層ＣＦＢが設けられた表示素子９０を透過した青色の光２０ｔＢが射出される。
【００６５】
着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣはそれぞれ開口を有し、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、着色層ＣＦＢは、それぞれ当該開口と重なるように設けられている。これにより、表示素子４０の光路上に、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、着色層ＣＦＢが設けられないため、表示素子４０の反射率を高めることができ、明るい表示を行うことができる。
【００６６】
ここで、図１（Ａ）に示すように、着色層ＣＦＭが設けられ、マゼンダの光を反射する表示素子４０と、着色層ＣＦＲが設けられ、赤色の光を発する表示素子９０とが重ねて設けられている。赤色の光は、マゼンダの光を透過する着色層ＣＦＭを透過することができるため、表示素子９０から射出される光の一部が、着色層ＣＦＭに到達してもこれを透過することができる。そのため、表示素子９０と、着色層ＣＦＭとが重なるような位置ずれが生じた場合であっても、表示素子９０が透過する光の取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００６７】
このように、表示素子９０と表示素子４０とを重ねる場合、表示素子９０と着色層を介して透過する光が、表示素子４０側の着色層を透過しうる組み合わせとすることが好ましい。例えば、赤色に対応する表示素子９０には、マゼンダまたはイエローに対応する表示素子４０を重ねることができる。また、緑色に対応する表示素子９０には、シアンまたはイエローに対応する表示素子４０を重ねることができる。また、青色に対応する表示素子９０には、マゼンダまたはシアンに対応する表示素子９０を重ねることができる。
【００６８】
ここで、機能層４１の画素回路に、金属酸化物が適用され、オフ電流が極めて低いトランジスタを適用した場合や、当該画素回路に記憶素子を適用した場合などでは、表示素子４０または表示素子９０を用いて静止画を表示する際に画素への書き込み動作を停止しても、階調を維持させることが可能となる。すなわち、フレームレートを極めて小さくしても表示を保つことができる。そのため、表示品位を維持したまま、フレームレートを極めて小さくでき、低消費電力な駆動を行うことができる。
【００６９】
また、基板３１の外側設けられる偏光板１３ａに円偏光板を用いることが好ましい。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。これにより、外光反射を抑制することができる。一方、基板２１とバックライトユニット１１との間に位置する偏光板１３ｂには、円偏光板または直線偏光板を用いることができる。
【００７０】
なお、基板３１の外側には各種光学部材を配置することができる。光学部材としては、上記偏光板、位相差板のほか、光拡散層（拡散フィルムなど）、反射防止フィルム（ＡＧ（Ａｎｔｉ−Ｇｌｅａｒ）  ｆｉｌｍ）、及び集光フィルム等が挙げられる。また、基板３１の外側には、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜等を配置してもよい。偏光板１３ａよりも外側にこのような光学部材を配置した場合は、表示面は当該光学部材の表面となる。
【００７１】
また、基板３１よりも外側にタッチセンサを設けてもよい。これにより、表示装置１０と当該タッチセンサを含む構成を、タッチパネルとして機能させることができる。
【００７２】
［表示装置の色再現性について］
図１（Ｂ）は、表示素子９０及び表示素子４０が発する光をプロットしたｘｙ色度図である。
【００７３】
表示素子９０から射出される３つの光（光２０ｔＲ、光２０ｔＧ、光２０ｔＢ）に対応する３つの色度座標を結ぶ三角形の内側が、表示素子９０により表現可能な色域Ｃｔを示す。また、表示素子４０から射出される３つの光（光２０ｒＭ、光２０ｒＹ、光２０ｒＣ）に対応する３つの色度座標を結ぶ三角形の内側が、表示素子４０により表現可能な色域Ｃｒを示す。また、図１（Ｂ）には、規格により定められた白色の座標に対応する点Ｄ６５を示している。
【００７４】
ここで、色域Ｃｒは表示装置１０の表示面側から入射される外光（環境光ともいう）の色度に応じて、その形状が変化する。
【００７５】
図１（Ｂ）では、色域Ｃｒを規定する３つの色度座標が、色域Ｃｔよりも外側に位置している例を示している。すなわち、色域Ｃｒは、色域Ｃｔよりも外側に突出した部分を有する。このとき、６つの光に対応する色度座標を結ぶ六角形（破線で示す領域）の内側が、表示装置１０で表現可能な色域に相当する。環境光として理想的な白色光に近い連続スペクトルを有する光が入射された場合には、図１（Ｂ）に示すように、表示装置１０が表現可能な色域を広げることができ、より鮮やかな表示を行うことが可能となる。
【００７６】
［着色層について］
図１（Ｃ１）は、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢのそれぞれについて、理想的な透過スペクトルを示している。また図１（Ｃ２）には、着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣのそれぞれについて、理想的な透過スペクトルを示している。
【００７７】
図１（Ｃ１）、（Ｃ２）において、横軸は波長であり、縦軸は透過率を示している。なお、ここでは明瞭化のため、図中に示すスペクトルを縦軸方向に少しだけずらして示している。
【００７８】
また図１（Ｃ１）において、着色層ＣＦＲを実線で、着色層ＣＦＧを破線で、着色層ＣＦＢを一点鎖線で、それぞれ示している。また、図１（Ｃ２）において、着色層ＣＦＣを実線で、着色層ＣＦＭを破線で、着色層ＣＦＹを一点鎖線で、それぞれ示している。
【００７９】
着色層ＣＦＲは、赤色の光（代表的には波長７００ｎｍの光を含む光）を透過し、それ以外の波長の光をカットする。着色層ＣＦＧは、緑色の光（代表的には波長５５０ｎｍの光を含む光）を透過し、それ以外の波長をカットする。着色層ＣＦＢは、青色の光（代表的には波長４５０ｎｍの光を含む光）を透過し、それ以外の波長をカットする。
【００８０】
着色層ＣＦＣは、青色の光（代表的には波長４５０ｎｍの光を含む光）と緑色の光（代表的には波長５５０ｎｍの光を含む光）の２つを透過し、赤色の光（代表的には波長７００ｎｍの光を含む光）をカットする。着色層ＣＦＭは、赤色の光（代表的には波長７００ｎｍの光を含む光）と青色の光（代表的には波長４５０ｎｍの光を含む光）の２つを透過し、緑色の光（代表的には波長５５０ｎｍの光を含む光）をカットする。着色層ＣＦＹは、緑色の光（代表的には波長５５０ｎｍの光を含む光）と赤色の光（代表的には波長７００ｎｍの光を含む光）の２つを透過し、青色の光（代表的には波長４５０ｎｍの光を含む光）をカットする。
【００８１】
したがって、原色系のカラーフィルタとして機能する着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢは、それぞれ可視光の約３分の２をカットすることとなる。一方、補色系のカラーフィルタとして機能する着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣは、それぞれ可視光の約３分の２を透過する。そのため、補色系のカラーフィルタを透過した光は、原色系のカラーフィルタを透過した光に比べて、輝度を高めることが容易である。
【００８２】
このように、反射型の表示素子４０には補色系のカラーフィルタを用いることで、明るい表示を行うことが可能となる。一方で、バックライトユニット１１が発する光を利用した表示素子９０には原色系のカラーフィルタを用いることで、鮮やかな表現を行うことが可能となる。また、これらを組み合わせることで、いずれか一方のみを用いた表示装置に比べて、高い色再現性を実現することが可能となる。
【００８３】
［変形例］
以下では、上記断面構成例で例示した構成とは一部が異なる変形例について説明する。
【００８４】
〔変形例１〕
図２（Ａ）は、以下で例示する構成の断面概略図である。図２（Ａ）では、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢの位置が異なる点で、図１（Ａ）と主に相違している。
【００８５】
着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、着色層ＣＦＢは、それぞれ基板３１の基板２１側に設けられている。また、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、着色層ＣＦＢを覆って絶縁層８６が設けられ、当該絶縁層８６の基板２１側に、着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣが設けられている。
【００８６】
このような構成とすることで、各着色層を基板３１側に集約できるため、作製コストを低減できる。
【００８７】
なお、着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣを、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、及び着色層ＣＦＢよりも表示面側（基板３１側）に配置してもよい。
【００８８】
〔変形例２〕
図２（Ｂ）では、着色層ＣＦＲ、着色層ＣＦＧ、着色層ＣＦＢと、着色層ＣＦＭ、着色層ＣＦＹ、及び着色層ＣＦＣとが同一面上に形成されている。
【００８９】
また、図２（Ｂ）に示すように、着色層ＣＦＲと着色層ＣＦＭのように、同じ光を透過しうる２つの着色層の一部を重畳して設けてもよい。これにより、着色されない光が外部に射出されることを防ぐことができ、コントラストを向上させることができる。
【００９０】
〔変形例３〕
図３（Ａ）では、図２（Ａ）で示した構成において、着色層ＣＦＲと着色層ＣＦＭのように、同じ光を透過しうる２つの着色層を重ねて配置している例を示している。
【００９１】
このように、表示素子９０の光路上に２つの着色層を重ねて配置することで、色純度をさらに高めることができ、より鮮やかな表示を行うことが可能となる。
【００９２】
なお、原色系の着色層ＣＦＲ等と、補色系の着色層ＣＦＭ等とを重ねて配置する場合には、着色層ＣＦＭ等の厚さや材料は反射型の表示素子４０に対して最適化する。一方、着色層ＣＦＲ等は、着色層ＣＦＭ等と重ねたときに最適な透過スペクトルとなるように、厚さや材料を最適化することが重要である。
【００９３】
〔変形例４〕
図３（Ｂ）では、着色層ＣＦＲ等と着色層ＣＦＭ等の間に絶縁層８６を設けずに、積層して形成した場合の例を示している。このような構成とすることで、作製工程を簡略化することができる。
【００９４】
以上が変形例についての説明である。
【００９５】
［画素の配置方法について］
以下では、反射型の表示素子と、光を発する表示素子とを有する画素の配置例について説明する。
【００９６】
図４（Ａ）には、１つの画素３０の上面概略図を示している。画素３０は、表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣ、表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、及び表示領域ＴＢの、６つの表示領域を有する。
【００９７】
表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣはそれぞれ、反射型の表示素子４０における表示領域である。表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣは、それぞれ図１（Ａ）等で例示した、反射電極として機能する導電層２３ｒのパターンに対応する。例えば、表示領域ＲＭはマゼンダの光を反射する領域であり、表示領域ＲＹはイエローの光を反射する領域であり、表示領域ＲＣはシアンの光を反射する領域である。
【００９８】
表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、表示領域ＴＢはそれぞれ、透過型の表示素子９０における表示領域である。表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、及び表示領域ＴＢは、それぞれ図１（Ａ）等で例示した、画素電極として機能する導電層９１パターンに対応する。例えば、表示領域ＴＲは赤色の光が透過する領域であり、表示領域ＴＧは緑色の光が透過する領域であり、表示領域ＴＢは青色の光が透過する領域である。
【００９９】
図４（Ａ）では、表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣのそれぞれが開口を有し、当該開口の内側の領域に、表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、または表示領域ＴＢが配置されている例を示している。
【０１００】
また、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣのそれぞれが複数の開口を有し、それぞれの開口の内側に、複数の表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、または表示領域ＴＢを配置してもよい。
【０１０１】
図４（Ｄ）では、表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、表示領域ＴＢが、横方向にジグザグに配置されている。これにより、異なる色の２つの表示領域間の距離を広げることができる。
【０１０２】
図５（Ａ）では、上記６つの表示領域に加えて、表示領域ＲＷと表示領域ＴＷを有する例を示している。
【０１０３】
表示領域ＲＷは、反射型の表示素子４０における表示領域である。例えば、表示領域ＲＷは白色光を反射する領域である。表示領域ＲＷは、反射電極として機能する導電層と重なる着色層を設けない構成とすることができる。
【０１０４】
また、表示領域ＴＷは、透過型の表示素子９０における表示領域である。例えば、表示領域ＴＷは白色光を透過する領域である。表示領域ＴＷは、表示素子９０に着色層を設けない構成とすることができる。
【０１０５】
図５（Ｂ）では、表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、表示領域ＴＢ、及び表示領域ＴＷを有する画素３０Ｔと、表示領域ＲＭ、表示領域ＲＹ、表示領域ＲＣ及び表示領域ＲＷを有する画素３０Ｒの２つの画素を含む例を示している。画素３０Ｒには、４つの画素３０Ｔが配置されている。すなわち、画素３０Ｔは、画素３０Ｒの２倍の精細度で配置されている。
【０１０６】
このような構成により、反射電極の面積を大きくできるため、反射光を利用した表示ではより明るい表示を行うことができる。また、透過光を利用した表示では、より高精細で鮮やかな表示を行うことができる。
【０１０７】
図５（Ｃ）は、図５（Ｂ）の変形例である。図５（Ｃ）では、４つの画素３０Ｔ間で、表示領域ＴＲ、表示領域ＴＧ、表示領域ＴＢ、及び表示領域ＴＷの配置方法が異なっている。具体的には、同じ色の４つの表示領域が隣接するように配置されている。
【０１０８】
このような構成とすることで、隣接する４つの同じ色の表示領域間で、着色層を分断することなく、一つの島状の着色層を設けることができる。これにより、隣接画素間の距離を縮小することが可能で、開口率を向上させることや、精細度を高めることができる。
【０１０９】
以上が、画素の配置方法例についての説明である。
【０１１０】
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。
【０１１１】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の例として、反射型の液晶素子と、透過型の液晶素子の両方を有し、透過モード、反射モード、及びこれらを同時に行うハイブリッドモードの表示を行うことのできる、表示装置（表示パネル）の例を説明する。このような表示パネルを、ＴＲ−Ｈｙｂｒｉｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ、または、Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ／Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ）とも呼ぶことができる。
【０１１２】
このような表示装置の一例としては、可視光を反射する電極を備える反射型の液晶素子と、可視光を透過する電極を備える透過型の液晶素子とを積層して配置した構成が挙げられる。このとき、可視光を反射する電極が開口を有し、当該開口と透過型の素子とが重ねて配置されていることが好ましい。これにより、透過モードでは当該開口を介して透過型の液晶素子からの光が射出されるように駆動することができる。また、平面視において、反射型の液晶素子と透過型の液晶素子を並べて配置した場合と比べて、これらを積層して配置することで、透過型の液晶素子と反射型の液晶素子の両方を有する画素の大きさを小さくすることができるため、より高精細な表示装置を実現できる。
【０１１３】
さらに、透過型の液晶素子を駆動するトランジスタと、反射型の液晶素子を構成するトランジスタとをそれぞれ個別に有することが好ましい。これにより、透過型の液晶素子と反射型の液晶素子とを、それぞれ独立して駆動することができる。
【０１１４】
ここで、液晶素子を駆動する画素回路に、酸化物半導体が適用され、オフ電流が極めて低いトランジスタを適用することが好ましい。または、当該画素回路に記憶素子を適用してもよい。これにより、液晶素子を用いて静止画を表示する際に画素への書き込み動作を停止しても、階調を維持させることが可能となる。すなわち、フレームレートを極めて小さくしても表示を保つことができる。これにより、極めて低消費電力な表示を行うことができる。
【０１１５】
本発明の一態様は、反射型の素子で画像を表示する第１のモード、透過型の素子で画像を表示する第２のモード、及び反射型の素子及び透過型の素子で画像を表示する第３のモードを切り替えることができる。特に第３のモードは、ハイブリッドモードとも呼ぶことができる。
【０１１６】
［第１乃至第３のモードの具体例］
ここで、上述した第１乃至第３のモードを用いる場合の具体例について、図６及び図７を用いて説明する。
【０１１７】
なお、以下では、第１乃至第３のモードが照度に応じて自動に切り替わる場合について説明する。なお、照度に応じて自動で切り替わる場合、例えば、表示装置に照度センサ等を設け、当該照度センサからの情報をもとに表示モードを切り替えることができる。
【０１１８】
図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、本実施の形態の表示装置が取り得る表示モードを説明するための画素の模式図である。
【０１１９】
図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）では、第１の表示素子６０１、第２の表示素子６０２、開口部６０３、第１の表示素子６０１から反射される反射光６０４、及び第２の表示素子６０２から開口部６０３を通って射出される透過光６０５が明示されている。なお、図６（Ａ）が第１のモード（ｍｏｄｅ１）を説明する図であり、図６（Ｂ）が第２のモード（ｍｏｄｅ２）を説明する図であり、図６（Ｃ）が第３のモード（ｍｏｄｅ３）を説明する図である。
【０１２０】
なお、図６（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）では、第１の表示素子６０１として、反射型の液晶素子を用い、第２の表示素子６０２として、透過型の液晶素子を用いる場合とする。
【０１２１】
図６（Ａ）に示す第１のモードでは、第１の表示素子６０１である、反射型の液晶素子を駆動して反射光の強度を調節して階調表示を行うことができる。例えば、図６（Ａ）に示すように、第１の表示素子６０１である、反射型の液晶素子が有する反射電極で、反射光６０４の強度を液晶層で調節することで階調表示を行うことができる。
【０１２２】
図６（Ｂ）に示す第２のモードでは、第２の表示素子６０２である、透過型の液晶素子を駆動して透過光の強度を調節して階調表示を行うことができる。なお、第２の表示素子６０２を透過する光は、開口部６０３を通過し、透過光６０５として外部に取り出される。
【０１２３】
図６（Ｃ）に示す第３のモードは、上述した第１のモードと、第２のモードとを組み合わせた表示モードである。例えば、第１の表示素子６０１である、反射型の液晶素子が有する反射電極で、反射光６０４の強度を液晶層で調節し階調表示を行う。また、第１の表示素子６０１の駆動する期間と、同じ期間内に、第２の表示素子６０２である、透過型の液晶素子の透過光の強度、ここでは透過光６０５の強度を調整し階調表示を行う。
【０１２４】
［第１乃至第３のモードの状態遷移］
次に、第１乃至第３のモードの状態遷移について、図６（Ｄ）を用いて説明を行う。図６（Ｄ）は、第１のモード、第２のモード、及び第３のモードの状態遷移図である。図６（Ｄ）に示す、状態Ｃ１は第１のモードに相当し、状態Ｃ２は第２のモードに相当し、状態Ｃ３は第３のモードに相当する。
【０１２５】
図６（Ｄ）に図示するように、状態Ｃ１から状態Ｃ３までは照度に応じていずれかの状態の表示モードを取り得る。例えば、屋外のように照度が大きい場合には、状態Ｃ１を取り得る。また、屋外から屋内に移動するような照度が小さくなる場合には、状態Ｃ１から状態Ｃ２に遷移する。また、屋外であっても照度が低く、反射光による階調表示が十分でない場合には、状態Ｃ２から状態Ｃ３に遷移する。もちろん、状態Ｃ３から状態Ｃ１への遷移、状態Ｃ１から状態Ｃ３への遷移、状態Ｃ３から状態Ｃ２への遷移、または状態Ｃ２から状態Ｃ１への遷移も生じる。
【０１２６】
なお、図６（Ｄ）では、第１のモードのイメージとして太陽のシンボルを、第２のモードのイメージとして、月のシンボルを、第３のモードのイメージとして、雲のシンボルを、それぞれ図示してある。
【０１２７】
なお、図６（Ｄ）に図示するように、状態Ｃ１乃至状態Ｃ３において、照度の変化がない、または照度の変化が少ない場合には、他の状態に遷移せずに、続けて元の状態を維持すればよい。
【０１２８】
以上のように照度に応じて表示モードを切り替える構成とすることで、消費電力が比較的大きいバックライト等の光源を必要とする透過型の液晶素子の階調表示の頻度を減らすことができる。そのため、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置は、バッテリの残容量、表示するコンテンツ、または周辺環境の照度に応じて、さらに動作モードを切り替えることができる。なお、上記の説明においては、照度に応じて表示モードが自動で切り替わる場合について例示したがこれに限定されず、使用者が手動で表示モードを切り替えてもよい。
【０１２９】
［動作モード］
次に、第１の表示素子で行うことができる動作モードについて、図７を用いて説明を行う。
【０１３０】
なお、以下では、通常のフレーム周波数（代表的には６０ＭＨｚ以上２４０ＭＨｚ以下）で動作する通常動作モード（Ｎｏｒｍａｌ  ｍｏｄｅ）と、低速のフレーム周波数で動作するアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードと、を例示して説明する。
【０１３１】
なお、アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードとは、画像データの書き込み処理を実行した後、画像データの書き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き込みをして、その後、次の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像データの書き込みに要する分の消費電力を削減することができる。アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードは、例えば、通常動作モードの１／１００乃至１／１０程度のフレーム周波数とすることができる。
【０１３２】
図７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、通常駆動モードとアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードを説明する回路図及びタイミングチャートである。なお、図７（Ａ）では、第１の表示素子６０１（ここでは反射型の液晶素子）と、第１の表示素子６０１に電気的に接続される画素回路６０６と、を明示している。また、図７（Ａ）に示す画素回路６０６では、信号線ＳＬと、ゲート線ＧＬと、信号線ＳＬ及びゲート線ＧＬに接続されたトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に接続される容量素子ＣｓＬＣとを図示している。
【０１３３】
トランジスタＭ１としては、半導体層に金属酸化物を有するトランジスタを用いることが好ましい。金属酸化物が増幅作用、整流作用、及びスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）または酸化物半導体（ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができる。以下、トランジスタの代表例として、酸化物半導体を有するトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を用いて説明する。ＯＳトランジスタは、非導通状態時のリーク電流（オフ電流）が極めて低いため、ＯＳトランジスタを非導通状態とすることで液晶素子の画素電極に電荷の保持をすることができる。
【０１３４】
なお、図７（Ａ）に示す回路図において、液晶素子ＬＣはデータＤ１のリークパスとなる。したがって、適切にアイドリング・ストップ駆動を行うには、液晶素子ＬＣの抵抗率を１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。
【０１３５】
なお、上記ＯＳトランジスタのチャネル領域には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物などを好適に用いることができる。また、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物としては、代表的には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］近傍の組成を用いることができる。
【０１３６】
また、図７（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬにそれぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（例えば６０Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１からＴ３までで表すと、各フレーム期間でゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬからデータＤ１を書き込む動作を行う。この動作は、期間Ｔ１からＴ３までで同じデータＤ１を書き込む場合、または異なるデータを書き込む場合でも同じである。
【０１３７】
一方、図７（Ｃ）は、アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに、それぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動では低速のフレーム周波数（例えば１Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１で表し、その中でデータの書き込み期間を期間ＴＷ、データの保持期間を期間ＴＲＥＴで表す。アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードは、期間ＴＷでゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬのデータＤ１を書き込み、期間ＴＲＥＴでゲート線ＧＬをローレベルの電圧に固定し、トランジスタＭ１を非導通状態として一旦書き込んだデータＤ１を保持させる動作を行う。なお、低速のフレーム周波数としては、例えば、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満とすればよい。
【０１３８】
アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードは、上述した第１のモード、または第３のモードと組み合わせることで、さらなる低消費電力化を図ることができるため有効である。
【０１３９】
以上のように、本実施の形態の表示装置は、第１のモード乃至第３のモードを切り替えて表示を行うことができる。したがって、周囲の明るさによらず、視認性が高く利便性の高い表示装置または全天候型の表示装置を実現できる。
【０１４０】
また、本実施の形態の表示装置は、第１の表示素子を有する第１の画素と、第２の表示素子を有する第２の画素とをそれぞれ複数有すると好ましい。また、第１の画素と第２の画素とは、それぞれ、マトリクス状に配置されることが好ましい。
【０１４１】
第１の画素及び第２の画素は、それぞれ、１つ以上の副画素を有する構成とすることができる。例えば、第１の画素には、副画素を１つ有する構成（白色（Ｗ）など）、副画素を３つ有する構成（シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）の３色など）、あるいは、副画素を４つ有する構成（シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、白色（Ｗ）の４色、または、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、緑色（Ｇ）の４色など）を適用できる。また、第２の画素には、副画素を１つ有する構成（白色（Ｗ）など）、副画素を３つ有する構成（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、及び青色（Ｂ）の３色など）、あるいは、副画素を４つ有する構成（赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、白色（Ｗ）の４色、または、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、黄色（Ｙ）の４色など）を適用できる。なお、第１の画素及び第２の画素が有する色要素は、上記に限定されず、必要に応じて他の色を組み合わせてもよい。
【０１４２】
本実施の形態の表示装置は、第１の画素及び第２の画素は、双方とも、フルカラー表示を行う構成とすることができる。
【０１４３】
＜表示装置の斜視概略図＞
次に、本実施の形態の表示装置について、図８を用いて説明を行う。図８は、表示装置６１０の斜視概略図である。
【０１４４】
表示装置６１０は、基板６１１と基板６１２とが貼り合わされた構成を有する。図８では、基板６１２を破線で明示している。
【０１４５】
表示装置６１０は、表示部６１４、回路６１６、配線６１８等を有する。図８では表示装置６１０にＩＣ６２０及びＦＰＣ６２２が実装されている例を示している。そのため、図８に示す構成は、表示装置６１０、ＩＣ６２０、及びＦＰＣ６２２を有する表示モジュールということもできる。
【０１４６】
回路６１６としては、例えば走査線駆動回路を用いることができる。
【０１４７】
配線６１８は、表示部６１４及び回路６１６に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、ＦＰＣ６２２を介して外部から、またはＩＣ６２０から配線６１８に入力される。
【０１４８】
図８では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、基板６１１にＩＣ６２０が設けられている例を示す。ＩＣ６２０は、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するＩＣを適用できる。なお、表示装置６１０には、ＩＣ６２０を設けない構成としてもよい。また、ＩＣ６２０を、ＣＯＦ方式等により、ＦＰＣに実装してもよい。
【０１４９】
図８には、表示部６１４の一部の拡大図を示している。表示部６１４には、複数の表示素子が有する電極６２４がマトリクス状に配置されている。電極６２４は、可視光を反射する機能を有し、液晶素子６５０の反射電極として機能する。
【０１５０】
また、図８に示すように、電極６２４は開口部６２６を有する。さらに表示部６１４は、電極６２４よりも基板６１１側に、透過型の液晶素子６７０を有する。液晶素子６７０からの光は、電極６２４の開口部６２６を介して基板６１２側に射出される。液晶素子６７０の透過領域の面積と開口部６２６の面積とは等しくてもよい。液晶素子６７０の透過領域の面積と開口部６２６の面積のうち一方が他方よりも大きいと、位置ずれに対するマージンが大きくなるため好ましい。
【０１５１】
［構成例］
図９（Ａ）は、表示装置７００の構成の一例を示すブロック図である。表示装置７００は、表示部７０１にマトリクス状に配列した複数の画素７１０を有する。また表示装置７００は、回路ＧＤと、回路ＳＤを有する。また方向Ｒに配列した複数の画素７１０、及び回路ＧＤと電気的に接続する複数の配線Ｇ１、複数の配線Ｇ２、複数の配線ＡＮＯ、及び複数の配線ＣＳＣＯＭを有する。また方向Ｃに配列した複数の画素７１０、及び回路ＳＤと電気的に接続する複数の配線Ｓ１及び複数の配線Ｓ２を有する。
【０１５２】
なお、ここでは簡単のために回路ＧＤと回路ＳＤを１つずつ有する構成を示したが、液晶素子を駆動する回路ＧＤ及び回路ＳＤと、発光素子を駆動する回路ＧＤ及び回路ＳＤとを、別々に設けてもよい。
【０１５３】
画素７１０は、反射型の液晶素子と、透過型の液晶素子を有する。
【０１５４】
図９（Ｂ１）は、画素７１０が有する電極７６１の構成例を示す。電極７６１は、画素７１０における反射型の液晶素子の反射電極として機能する。また電極７６１には、開口７５１が設けられている。
【０１５５】
図９（Ｂ１）には、電極７６１と重なる領域に位置する透過型の液晶素子７６０を破線で示している。透過型の液晶素子７６０は、電極７６１が有する開口７５１と重ねて配置されている。これにより、透過型の液晶素子７６０が透過する光は、開口７５１を介して表示面側に射出される。
【０１５６】
図９（Ｂ１）では、方向Ｒに隣接する画素７１０が異なる色に対応する画素である。
【０１５７】
また、図９（Ｂ２）に示すような配列としてもよい。
【０１５８】
非開口部の総面積に対する開口７５１の総面積の比の値が大きすぎると、反射型の液晶素子を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口７５１の総面積の比の値が小さすぎると、透過型の液晶素子７６０を用いた表示が暗くなってしまう。
【０１５９】
また、反射電極として機能する電極７６１に設ける開口７５１の面積が小さすぎると、透過型の液晶素子７６０が射出する光から取り出せる光の効率が低下してしまう。
【０１６０】
開口７５１の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口７５１を隣接する画素に寄せて配置してもよい。
【０１６１】
［回路構成例］
図１０は、画素７１０の構成例を示す回路図である。図１０では、隣接する２つの画素７１０を示している。
【０１６２】
画素７１０は、スイッチＳＷ１、容量素子Ｃ１、液晶素子７４０、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ２、容量素子Ｃ２、及び液晶素子７６０等を有する。また、画素７１０には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線ＣＳＣＯＭ、配線Ｓ１、及び配線Ｓ２が電気的に接続されている。また、図１０では、液晶素子７４０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ１、及び液晶素子７６０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ２を示している。
【０１６３】
図１０では、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２に、トランジスタを用いた場合の例を示している。
【０１６４】
スイッチＳＷ１は、ゲートが配線Ｇ１と接続され、ソース又はドレインの一方が配線Ｓ１と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子Ｃ１の一方の電極、及び液晶素子７４０の一方の電極と接続されている。容量素子Ｃ１は、他方の電極が配線ＣＳＣＯＭと接続されている。液晶素子７４０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ１と接続されている。
【０１６５】
スイッチＳＷ２は、ゲートが配線Ｇ２と接続され、ソース又はドレインの一方が配線Ｓ２と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子Ｃ２の一方の電極、及び液晶素子７６０の一方の電極と接続されている。容量素子Ｃ２は、他方の電極が配線ＣＳＣＯＭと接続されている。液晶素子７６０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ２と接続されている。
【０１６６】
配線Ｇ１には、スイッチＳＷ１を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ１には、所定の電位を与えることができる。配線Ｓ１には、液晶素子７４０が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線ＣＳＣＯＭには、所定の電位を与えることができる。
【０１６７】
配線Ｇ２には、スイッチＳＷ２を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ２には、所定の電位を与えることができる。配線Ｓ２には、液晶素子７６０が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。
【０１６８】
図１０に示す画素７１０は、例えば反射モードの表示を行う場合には、配線Ｇ１及び配線Ｓ１に与える信号により駆動し、液晶素子７４０による光学変調を利用して表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線Ｇ２及び配線Ｓ２に与える信号により駆動し、液晶素子７６０による光学変調を利用して表示することができる。また両方のモードで駆動する場合には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線Ｓ１及び配線Ｓ２のそれぞれに与える信号により駆動することができる。
【０１６９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の断面構成の例について説明する。
【０１７０】
［断面構成例１］
図１１に、表示装置１００Ａの断面概略図を示す。
【０１７１】
表示装置１００Ａは、第１の基板１０２と、第２の基板１０４と、を有し、第１の基板１０２と、第２の基板１０４との間に、第１の液晶素子１０６と、第２の液晶素子１０８とが挟持されている。
【０１７２】
また、第１の液晶素子１０６は、第１の電極１０６ＰＥと、第２の電極１０６ＣＥと、第１の電極１０６ＰＥ及び第２の電極１０６ＣＥの間に位置する第１の液晶層１０６ＬＣと、を有する。また、第２の液晶素子１０８は、第３の電極１０８ＰＥと、第４の電極１０８ＣＥと、第３の電極１０８ＰＥ及び第４の電極１０８ＣＥの間に位置する第２の液晶層１０８ＬＣと、を有する。
【０１７３】
また、第１の液晶素子１０６と、第２の液晶素子１０８との間には、素子層１１０を有する。本実施の形態においては、素子層１１０には、第１のトランジスタ１１１と、第２のトランジスタ１１２と、が形成されている。
【０１７４】
また、第１のトランジスタ１１１は、第１の電極１０６ＰＥと重なるように配置され、且つ絶縁膜（ここでは、複数の絶縁膜）を介して、第１の電極１０６ＰＥと一部が離間して配置される。なお、第１電極１０６ＰＥと、第１のトランジスタ１１１とは、上記絶縁膜に形成された第１の開口部１１４、及び第１の開口部１１４に形成された電極１１６を介して電気的に接続される。なお、電極１１６を、接続電極または貫通電極と呼称してもよい。
【０１７５】
また、第２のトランジスタ１１２は、第３の電極１０８ＰＥと重なるように配置され、且つ、絶縁膜（ここでは、複数の絶縁膜）を介して、第３の電極１０８ＰＥと一部が離間して配置される。なお、第３の電極１０８ＰＥと、第２のトランジスタ１１２とは、上記絶縁膜に形成された第２の開口部１１８を介して電気的に接続される。
【０１７６】
なお、第１の液晶素子１０６は、光を反射させることで画像を表示する機能を有し、第２の液晶素子１０８は、光を透過させることで画像を表示する機能を有する。すなわち、第１の液晶素子１０６は、反射型の液晶素子であり、第２の液晶素子１０８は、透過型の液晶素子である。
【０１７７】
また、第２の基板１０４の下方には、偏光板１２０を介して、光射出装置１２２が配置されている。光射出装置１２２は、所謂バックライトユニットとしての機能を有し、エッジライト１２２Ｅ、導光板１２２Ｇ、光取り出し部１２２Ｒなどを有する。
【０１７８】
なお、図１１において、エッジライト１２２Ｅから射出された光を、点線の矢印で表している。光射出装置１２２は、エッジライト１２２Ｅから射出された光は、導光板１２２Ｇを通り、光取り出し部１２２Ｒによって集光され、第２の液晶素子１０８側に射出される。すなわち、光取り出し部１２２Ｒは、所謂レンズ（マイクロレンズともいう）としての機能を有する。
【０１７９】
また、光取り出し部１２２Ｒと重なる素子層１１０には、第１の構造体１２４が設けられる。第１の構造体１２４は、少なくとも反射膜１２４Ｒを有する。光取り出し部１２２Ｒを通過した光は、さらに第１の構造体１２４が有する反射膜１２４Ｒによって集光され、第１の基板１０２側に射出される。
【０１８０】
第１の構造体１２４が有する反射膜１２４Ｒは、その内壁が入射側（基板１０４側）から射出側（基板１０２側）にかけて連続的に幅が小さくなるような形状を有する。例えば、円錐の一部を切り取った形状を有していてもよい。特に、内壁がくびれた三次元曲面形状（例えばラッパ状とも言うことができる）を有することが好ましい。また、反射膜１２４Ｒの内壁は、基板１０４等に垂直な断面において、対向する一対の内壁の表面が、双曲線に近い形状を有することが好ましい。
【０１８１】
第１の構造体１２４が上記のような形状であることで、光取り出し部１２２Ｒから射出され、第２の液晶素子１０８を透過した光うち、第１の構造体１２４に斜め方向に入射した光は、第１の構造体１２４の反射膜１２４Ｒで反射されることにより、輝度（単位面積あたりの光束）が高まる。
【０１８２】
第１の構造体１２４の反射膜１２４Ｒの射出側の開口面積が入射側の開口面積よりも小さいほど、また反射膜１２４Ｒの側面の傾斜角（側面と基板１０２等の表面との成す角）が９０度に近いほど、また、反射膜１２４Ｒの反射率が高いほど、第１の構造体１２４を透過した光の輝度を高めることができる。
【０１８３】
また、第１の構造体１２４の、反射膜１２４Ｒに囲まれる領域は、光透過率が高いことが好ましい。例えば、アルミニウムまたは銀を含む材料を用いることが好ましい。また、当該領域は、屈折率が高いことが好ましい。例えば、絶対屈折率が１よりも大きく２．５以下、好ましくは１．２以上２．０以下、より好ましくは、１．３以上１．９以下である材料を用いることが好ましい。
【０１８４】
また、第１の構造体１２４の上方、且つ第１の電極１０６ＰＥ及び第２の電極１０６ＣＥの間には、第２の構造体１２６が設けられる。第２の構造体１２６は、第１の電極１０６ＰＥと、第２の電極１０６ＣＥとの間の距離を制御する機能を有する。すなわち、第２の構造体１２６は、いわゆるギャップスペーサ、またはセルギャップスペーサとしての機能を有する。
【０１８５】
第２の構造体１２６は、可視光を透過することが好ましい。第１の構造体１２４により集光された光は、第２の構造体１２６を介して第１の基板１０２側に射出される。また、第１の構造体１２４の上方に第２の構造体１２６を設けることで、エッジライト１２２Ｅから射出される光が第１の液晶層１０６ＬＣに吸収されることを抑制する機能も有する。
【０１８６】
第２の電極１０６ＣＥと基板１０２との間には、絶縁層１３４と、着色層１３６と、着色層１３７と、絶縁層１３８と、を有する。
【０１８７】
着色層１３６は、第１の液晶素子１０６と重なる部分に設けられている。すなわち、着色層１３６は第１の液晶素子１０６の光路上に位置する。また着色層１３７は、第２の液晶素子１０８、第１の構造体１２４、及び第２の構造体１２６と重なる部分に設けられている。すなわち、着色層１３７は、第２の液晶素子１０８の光路上に位置する。
【０１８８】
着色層１３６には、シアン（Ｃ）、マゼンダ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）等を透過する、補色系のカラーフィルタを用いることができる。一方、着色層１３７には、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、または青色（Ｂ）等を透過する、原色系のカラーフィルタを用いることができる。
【０１８９】
図１１では、着色層１３６が着色層１３７よりも薄く形成されている例を示している。これは、透過型の第２の液晶素子１０８では、光は着色層１３７を一度だけ透過するのに対し、反射型の第１の液晶素子１０６では、光は着色層１３６を二度透過するため、このように厚さを薄くすることが好ましい。なお、着色層１３６及び着色層１３７の材料によっては、これらの厚さを同程度にしてもよいし、着色層１３６を厚く形成してもよい。
【０１９０】
また、図１１において、液晶層１０８ＬＣは、その両端を樹脂層１４２で囲まれた構成を有する。樹脂層１４２は、例えば樹脂と、液晶層１０８ＬＣに含まれる液晶材料と、を含む。樹脂層１４２を有する。樹脂層１４２は、例えば光硬化性の樹脂を有し、液晶層１０８ＬＣを封止した後に、基板１０４を介して光を照射することにより形成できる。樹脂層１４２により、素子層１１０と基板１０４との間の密着性が高められ、表示装置１００Ａの機械的強度を高めることができる。
【０１９１】
また、第１の基板１０２の上方には、拡散フィルム１２８と、拡散フィルム１２８上の入出力装置１３０と、入出力装置１３０上の偏光板１３２と、が設けられる。
【０１９２】
入出力装置１３０は、所謂タッチパネル、またはタッチセンサとして機能を有する。
【０１９３】
［断面構成例２］
続いて、図１２を用いて表示装置１００Ｂについて説明する。表示装置１００Ｂは、先に示す表示装置１００Ａの変形例である。
【０１９４】
表示装置１００Ｂでは、トランジスタ１１１とトランジスタ１１２とが、異なる絶縁表面上に形成されている。
【０１９５】
より具体的には、トランジスタ１１２は基板１０４上に設けられている。また、トランジスタ１１１とトランジスタ１１２とは、第２の液晶素子１０８を挟むように位置している。
【０１９６】
また、第２の液晶素子１０８と、第１の構造体１２４との間に、着色層１３７を有する。光取り出し部１２２Ｒから射出され、第２の液晶素子１０８を透過した光は、着色層１３７、第１の構造体１２４、及び第２の構造体１２６を通り、基板１０２側に射出される。
【０１９７】
以上が、断面構成例についての説明である。
【０１９８】
［各構成要素について］
以下では、上記に示す各構成要素について説明する。
【０１９９】
〔基板〕
表示パネルが有する基板には、平坦面を有する材料を用いることができる。表示素子からの光を取り出す側の基板には、該光を透過する材料を用いる。例えば、ガラス、石英、セラミック、サファイヤ、有機樹脂などの材料を用いることができる。
【０２００】
厚さの薄い基板を用いることで、表示パネルの軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示パネルを実現できる。
【０２０１】
可撓性を有し、可視光に対する透過性を有する材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂等が挙げられる。特に、熱膨張係数の低い材料を用いることが好ましく、例えば、熱膨張係数が３０×１０−６／Ｋ以下であるポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＥＴ等を好適に用いることができる。また、ガラス繊維に有機樹脂を含浸した基板や、無機フィラーを有機樹脂に混ぜて熱膨張係数を下げた基板を使用することもできる。このような材料を用いた基板は、重量が軽いため、該基板を用いた表示パネルも軽量にすることができる。
【０２０２】
上記材料中に繊維体が含まれている場合、繊維体は有機化合物または無機化合物の高強度繊維を用いる。高強度繊維とは、具体的には引張弾性率またはヤング率の高い繊維のことを言い、代表例としては、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、ポリエチレン系繊維、アラミド系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ガラス繊維、または炭素繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、Ｅガラス、Ｓガラス、Ｄガラス、Ｑガラス等を用いたガラス繊維が挙げられる。これらは、織布または不織布の状態で用い、この繊維体に樹脂を含浸させ樹脂を硬化させた構造物を、可撓性を有する基板として用いてもよい。可撓性を有する基板として、繊維体と樹脂からなる構造物を用いると、曲げや局所的押圧による破損に対する信頼性が向上するため、好ましい。
【０２０３】
または、可撓性を有する程度に薄いガラス、金属などを基板に用いることもできる。または、ガラスと樹脂材料とが接着層により貼り合わされた複合材料を用いてもよい。
【０２０４】
可撓性を有する基板に、表示パネルの表面を傷などから保護するハードコート層（例えば、窒化シリコン、酸化アルミニウムなど）や、押圧を分散可能な材質の層（例えば、アラミド樹脂など）等が積層されていてもよい。また、水分等による表示素子の寿命の低下等を抑制するために、可撓性を有する基板に透水性の低い絶縁膜が積層されていてもよい。例えば、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の無機絶縁材料を用いることができる。
【０２０５】
基板は、複数の層を積層して用いることもできる。特に、ガラス層を有する構成とすると、水や酸素に対するバリア性を向上させ、信頼性の高い表示パネルとすることができる。
【０２０６】
〔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。上記では、ボトムゲート構造のトランジスタを適用した場合を示している。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。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。
【０２０９】
また、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。
【０２１０】
シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
本実施の形態で例示したボトムゲート構造のトランジスタは、作製工程を削減できるため好ましい。またこのとき金属酸化物を用いることで、多結晶シリコンよりも低温で形成できる、半導体層よりも下層の配線は電極の材料、基板の材料として、耐熱性の低い材料を用いることが可能なため、材料の選択の幅を広げることができる。例えば、極めて大面積のガラス基板などを好適に用いることができる。
【０２１４】
半導体層としては、キャリア密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。これにより不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する金属酸化物であるといえる。
【０２１５】
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。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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。
【０２１９】
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、または、Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ａｎｄ  Ａ−Ｂ−ｐｌａｎｅ  Ａｎｃｈｏｒｅｄ  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。
【０２２０】
非晶質構造の金属酸化物膜は、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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
＜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。
【０２２３】
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの活性層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳ  ＦＥＴと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
【０２２４】
本明細書において、金属酸化物が、導電体の機能を有する領域と、誘電体の機能を有する領域とが混合し、金属酸化物全体では半導体として機能する場合、ＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳ（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、またはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅと定義する。
【０２２５】
つまり、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、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の元素が偏在し、該元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。
【０２２６】
特定の元素が偏在した領域は、該元素が有する性質により、物理特性が決定する。例えば、金属酸化物を構成する元素の中でも比較的、絶縁体となる傾向がある元素が偏在した領域は、誘電体領域となる。一方、金属酸化物を構成する元素の中でも比較的、導体となる傾向がある元素が偏在した領域は、導電体領域となる。また、導電体領域、および誘電体領域がモザイク状に混合することで、材料としては、半導体として機能する。
【０２２７】
つまり、本発明の一態様における金属酸化物は、物理特性が異なる材料が混合した、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）、または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の一種である。
【０２２８】
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、元素Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、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。
【０２２９】
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。
【０２３０】
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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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領域が観察され、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、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。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、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、一部に該元素を主成分とするナノ粒子状領域が観察され、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、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。
【０２３７】
＜ＣＡＣ−ＯＳの解析＞
続いて、各種測定方法を用い、基板上に成膜した酸化物半導体について測定を行った結果について説明する。
【０２３８】
≪試料の構成と作製方法≫
以下では、本発明の一態様に係る９個の試料について説明する。各試料は、それぞれ、酸化物半導体を成膜する際の基板温度、および酸素ガス流量比を異なる条件で作製する。なお、試料は、基板と、基板上の酸化物半導体と、を有する構造である。
【０２３９】
各試料の作製方法について、説明する。
【０２４０】
まず、基板として、ガラス基板を用いる。続いて、スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上に酸化物半導体として、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を形成する。成膜条件は、チャンバー内の圧力を０．６Ｐａとし、ターゲットには、酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いる。また、スパッタリング装置内に設置された酸化物ターゲットに２５００ＷのＡＣ電力を供給する。
【０２４１】
なお、酸化物を成膜する際の条件として、基板温度を、意図的に加熱しない温度（以下、室温またはＲ．Ｔ．ともいう。）、１３０℃、または１７０℃とした。また、Ａｒと酸素の混合ガスに対する酸素ガスの流量比（以下、酸素ガス流量比ともいう。）を、１０％、３０％、または１００％とすることで、９個の試料を作製する。
【０２４２】
≪Ｘ線回折による解析≫
本項目では、９個の試料に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行った結果について説明する。なお、ＸＲＤ装置として、Ｂｒｕｋｅｒ社製Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥを用いた。また、条件は、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンにて、走査範囲を１５ｄｅｇ．乃至５０ｄｅｇ．、ステップ幅を０．０２ｄｅｇ．、走査速度を３．０ｄｅｇ．／分とした。
【０２４３】
図１７にＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。なお、図１７において、上段には成膜時の基板温度条件が１７０℃の試料における測定結果、中段には成膜時の基板温度条件が１３０℃の試料における測定結果、下段には成膜時の基板温度条件がＲ．Ｔ．の試料における測定結果を示す。また、左側の列には酸素ガス流量比の条件が１０％の試料における測定結果、中央の列には酸素ガス流量比の条件が３０％の試料における測定結果、右側の列には酸素ガス流量比の条件が１００％の試料における測定結果、を示す。
【０２４４】
図１７に示すＸＲＤスペクトルは、成膜時の基板温度を高くする、または、成膜時の酸素ガス流量比の割合を大きくすることで、２θ＝３１°付近のピーク強度が高くなる。なお、２θ＝３１°付近のピークは、被形成面または上面に略垂直方向に対してｃ軸に配向した結晶性ＩＧＺＯ化合物（ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）−ＩＧＺＯともいう。）であることに由来することが分かっている。
【０２４５】
また、図１７に示すＸＲＤスペクトルは、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さいほど、明確なピークが現れなかった。従って、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さい試料は、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。
【０２４６】
≪電子顕微鏡による解析≫
本項目では、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料を、ＨＡＡＤＦ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ  Ａｎｎｕｌａｒ  Ｄａｒｋ  Ｆｉｅｌｄ）−ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察、および解析した結果について説明する（以下、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭによって取得した像は、ＴＥＭ像ともいう。）。
【０２４７】
ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭによって取得した平面像（以下、平面ＴＥＭ像ともいう。）、および断面像（以下、断面ＴＥＭ像ともいう。）の画像解析を行った結果について説明する。なお、ＴＥＭ像は、球面収差補正機能を用いて観察した。なお、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像の撮影には、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆを用いて、加速電圧２００ｋＶ、ビーム径約０．１ｎｍφの電子線を照射して行った。
【０２４８】
図１８（Ａ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の平面ＴＥＭ像である。図１８（Ｂ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面ＴＥＭ像である。
【０２４９】
≪電子線回折パターンの解析≫
本項目では、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料に、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、電子線回折パターンを取得した結果について説明する。
【０２５０】
図１８（Ａ）に示す、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の平面ＴＥＭ像において、黒点ａ１、黒点ａ２、黒点ａ３、黒点ａ４、および黒点ａ５で示す電子線回折パターンを観察する。なお、電子線回折パターンの観察は、電子線を照射しながら０秒の位置から３５秒の位置まで一定の速度で移動させながら行う。黒点ａ１の結果を図１８（Ｃ）、黒点ａ２の結果を図１８（Ｄ）、黒点ａ３の結果を図１８（Ｅ）、黒点ａ４の結果を図１８（Ｆ）、および黒点ａ５の結果を図１８（Ｇ）に示す。
【０２５１】
図１８（Ｃ）、図１８（Ｄ）、図１８（Ｅ）、図１８（Ｆ）、および図１８（Ｇ）より、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複数のスポットが観測できる。
【０２５２】
また、図１８（Ｂ）に示す、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面ＴＥＭ像において、黒点ｂ１、黒点ｂ２、黒点ｂ３、黒点ｂ４、および黒点ｂ５で示す電子線回折パターンを観察する。黒点ｂ１の結果を図１８（Ｈ）、黒点ｂ２の結果を図１８（Ｉ）、黒点ｂ３の結果を図１８（Ｊ）、黒点ｂ４の結果を図１８（Ｋ）、および黒点ｂ５の結果を図１８（Ｌ）に示す。
【０２５３】
図１８（Ｈ）、図１８（Ｉ）、図１８（Ｊ）、図１８（Ｋ）、および図１８（Ｌ）より、リング状に輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複数のスポットが観測できる。
【０２５４】
ここで、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる回折パターンが見られる。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、リング状の回折パターンが確認される。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。
【０２５５】
また、微結晶を有する酸化物半導体（ｎａｎｏ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ。以下、ｎｃ−ＯＳという。）に対し、大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対し、小さいプローブ径の電子線（例えば５０ｎｍ未満）を用いるナノビーム電子線回折を行うと、輝点（スポット）が観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域に複数の輝点が観測される場合がある。
【０２５６】
成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の電子線回折パターンは、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を有する。従って、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料は、電子線回折パターンが、ｎｃ−ＯＳになり、平面方向、および断面方向において、配向性は有さない。
【０２５７】
以上より、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さい酸化物半導体は、アモルファス構造の酸化物半導体膜とも、単結晶構造の酸化物半導体膜とも明確に異なる性質を有すると推定できる。
【０２５８】
≪元素分析≫
本項目では、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、ＥＤＸマッピングを取得し、評価することによって、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の元素分析を行った結果について説明する。なお、ＥＤＸ測定には、元素分析装置として日本電子株式会社製エネルギー分散型Ｘ線分析装置ＪＥＤ−２３００Ｔを用いる。なお、試料から放出されたＸ線の検出にはＳｉドリフト検出器を用いる。
【０２５９】
ＥＤＸ測定では、試料の分析対象領域の各点に電子線照射を行い、これにより発生する試料の特性Ｘ線のエネルギーと発生回数を測定し、各点に対応するＥＤＸスペクトルを得る。本実施の形態では、各点のＥＤＸスペクトルのピークを、Ｉｎ原子のＬ殻への電子遷移、Ｇａ原子のＫ殻への電子遷移、Ｚｎ原子のＫ殻への電子遷移及びＯ原子のＫ殻への電子遷移に帰属させ、各点におけるそれぞれの原子の比率を算出する。これを試料の分析対象領域について行うことにより、各原子の比率の分布が示されたＥＤＸマッピングを得ることができる。
【０２６０】
図１９には、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面におけるＥＤＸマッピングを示す。図１９（Ａ）は、Ｇａ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＧａ原子の比率は１．１８乃至１８．６４［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。図１９（Ｂ）は、Ｉｎ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＩｎ原子の比率は９．２８乃至３３．７４［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。図１９（Ｃ）は、Ｚｎ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＺｎ原子の比率は６．６９乃至２４．９９［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。また、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、および図１９（Ｃ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面において、同範囲の領域を示している。なお、ＥＤＸマッピングは、範囲における、測定元素が多いほど明るくなり、測定元素が少ないほど暗くなるように、明暗で元素の割合を示している。また、図１９に示すＥＤＸマッピングの倍率は７２０万倍である。
【０２６１】
図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、および図１９（Ｃ）に示すＥＤＸマッピングでは、画像に相対的な明暗の分布が見られ、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料において、各原子が分布を持って存在している様子が確認できる。ここで、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、および図１９（Ｃ）に示す実線で囲む範囲と破線で囲む範囲に注目する。
【０２６２】
図１９（Ａ）では、実線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含み、破線で囲む範囲は、相対的に明るい領域を多く含む。また、図１９（Ｂ）では実線で囲む範囲は、相対的に明るい領域を多く含み、破線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含む。
【０２６３】
つまり、実線で囲む範囲はＩｎ原子が相対的に多い領域であり、破線で囲む範囲はＩｎ原子が相対的に少ない領域である。ここで、図１９（Ｃ）では、実線で囲む範囲において、右側は相対的に明るい領域であり、左側は相対的に暗い領域である。従って、実線で囲む範囲は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１などが主成分である領域である。
【０２６４】
また、実線で囲む範囲はＧａ原子が相対的に少ない領域であり、破線で囲む範囲はＧａ原子が相対的に多い領域である。図１９（Ｃ）では、破線で囲む範囲において、左上の領域は、相対的に明るい領域であり、右下側の領域は、相対的に暗い領域である。従って、破線で囲む範囲は、ＧａＯＸ３、またはＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４などが主成分である領域である。
【０２６５】
また、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、および図１９（Ｃ）より、Ｉｎ原子の分布は、Ｇａ原子よりも、比較的、均一に分布しており、ＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が主成分となる領域を介して、互いに繋がって形成されているように見える。このように、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、クラウド状に広がって形成されている。
【０２６６】
このように、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が、偏在し、混合している構造を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、ＣＡＣ−ＯＳと呼称することができる。
【０２６７】
また、ＣＡＣ−ＯＳにおける結晶構造は、ｎｃ構造を有する。ＣＡＣ−ＯＳが有するｎｃ構造は、電子線回折像において、単結晶、多結晶、またはＣＡＡＣ構造を含むＩＧＺＯに起因する輝点（スポット）以外にも、数か所以上の輝点（スポット）を有する。または、数か所以上の輝点（スポット）に加え、リング状に輝度の高い領域が現れるとして結晶構造が定義される。
【０２６８】
また、図１９（Ａ）、図１９（Ｂ）、および図１９（Ｃ）より、ＧａＯＸ３などが主成分である領域、及びＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域のサイズは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下で観察される。なお、好ましくは、ＥＤＸマッピングにおいて、各元素が主成分である領域の径は、１ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０２６９】
以上より、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。
【０２７０】
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。従って、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。
【０２７１】
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。
【０２７２】
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。
【０２７３】
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。
【０２７４】
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。
【０２７５】
本実施の形態で例示したボトムゲート構造のトランジスタは、作製工程を削減できるため好ましい。またこのときアモルファスシリコンを用いることで、多結晶シリコンよりも低温で形成できるため、半導体層よりも下層の配線は電極の材料、基板の材料として、耐熱性の低い材料を用いることが可能なため、材料の選択の幅を広げることができる。例えば、極めて大面積のガラス基板などを好適に用いることができる。一方、トップゲート型のトランジスタは、自己整合的に不純物領域を形成しやすいため、特性のばらつきなどを低減することできるため好ましい。このとき特に、多結晶シリコンや単結晶シリコンなどを用いる場合に適している。
【０２７６】
〔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。
【０２７７】
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【０２７８】
〔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。
【０２７９】
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。
【０２８０】
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。
【０２８１】
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。
【０２８２】
〔液晶素子〕
液晶素子としては、例えば垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【０２８３】
また、液晶素子には、様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えばＶＡモードのほかに、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いることができる。
【０２８４】
なお、液晶素子は、液晶の光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０２８５】
また、液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
【０２８６】
また、液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【０２８７】
また、液晶素子として、透過型の液晶素子、反射型の液晶素子、または半透過型の液晶素子などを用いることができる。
【０２８８】
本発明の一態様では、特に反射型の液晶素子及び透過型の液晶素子を用いることができる。
【０２８９】
透過型または半透過型の液晶素子を用いる場合、一対の基板を挟むように、２つの偏光板を設ける。また偏光板よりも外側に、バックライトを設ける。バックライトとしては、直下型のバックライトであってもよいし、エッジライト型のバックライトであってもよい。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を備える直下型のバックライトを用いると、ローカルディミングが容易となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュールの厚さを低減できるため好ましい。
め好ましい。
【０２９０】
反射型の液晶素子を用いる場合には、表示面側に偏光板を設ける。またこれとは別に、表示面側に光拡散板を配置すると、視認性を向上させられるため好ましい。
【０２９１】
また、反射型、または半透過型の液晶素子を用いる場合、偏光板よりも外側に、フロントライトを設けてもよい。フロントライトとしては、エッジライト型のフロントライトを用いることが好ましい。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を備えるフロントライトを用いると、消費電力を低減できるため好ましい。
【０２９２】
〔接着層〕
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【０２９３】
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物（酸化カルシウムや酸化バリウム等）のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。
【０２９４】
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。
【０２９５】
〔接続層〕
接続層としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０２９６】
〔着色層〕
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。
【０２９７】
〔遮光層〕
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。
【０２９８】
［光射出装置］
光射出装置としては、光源として用いることができる。当該光源としては、バックライト、サイドライトなどの冷陰極管や白色のダイオードを用いることができる。
【０２９９】
［構造体］
第１の構造体、及び第２の構造体としては、少なくとも光が透過する材料を有する。また、第１の構造体が有する反射膜には、反射性を有する材料を適用すればよい。なお、第２の構造体にも反射膜を設けてもよい。
【０３００】
［光取り出し部］
光取り出し部としては、マイクロレンズ等の微小なレンズ状構造体を用いることができる。光取り出し部には、可視光を透過する材料を用いることができる。または、光取り出し部には、１．３以上２．５以下の屈折率を備える材料を用いることができる。例えば、無機材料または有機材料を好適に用いることができる。
【０３０１】
具体的には、光取り出し部には、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化ランタン、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化亜鉛、インジウムとスズを含む酸化物またはインジウムとガリウムと亜鉛を含む酸化物などを用いることができる。または、硫化亜鉛などを用いてもよい。
【０３０２】
または、光取り出し部に樹脂を含む材料を用いることができる。具体的には、塩素、臭素またはヨウ素が導入された樹脂、重金属原子が導入された樹脂、芳香環が導入された樹脂、硫黄が導入された樹脂などを用いることができる。または、樹脂と樹脂より屈折率の高い材料のナノ粒子を含む樹脂を用いることができる。酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどをナノ粒子に用いることができる。
【０３０３】
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。
【０３０４】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様を用いて作製することができる表示モジュールについて説明する。
【０３０５】
図１３（Ａ）に示す表示モジュール６０００は、上部カバー６００１と下部カバー６００２との間に、ＦＰＣ６００５に接続された表示パネル６００６、フレーム６００９、プリント基板６０１０、及びバッテリ６０１１を有する。
【０３０６】
例えば、本発明の一態様を用いて作製された表示装置を、表示パネル６００６に用いることができる。これにより、高い歩留まりで表示モジュールを作製することができる。
【０３０７】
上部カバー６００１及び下部カバー６００２は、表示パネル６００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
【０３０８】
また、表示パネル６００６に重ねてタッチパネルを設けてもよい。タッチパネルとしては、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル６００６に重畳して用いることができる。また、タッチパネルを設けず、表示パネル６００６に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。
【０３０９】
フレーム６００９は、表示パネル６００６の保護機能の他、プリント基板６０１０の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム６００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
【０３１０】
プリント基板６０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ６０１１による電源であってもよい。バッテリ６０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
【０３１１】
また、表示モジュール６０００は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
【０３１２】
図１３（Ｂ）は、光学式のタッチセンサを備える表示モジュール６０００の断面概略図である。
【０３１３】
表示モジュール６０００は、プリント基板６０１０に設けられた発光部６０１５及び受光部６０１６を有する。また、上部カバー６００１と下部カバー６００２により囲まれた領域に一対の導光部（導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂ）を有する。
【０３１４】
表示パネル６００６は、フレーム６００９を間に介してプリント基板６０１０やバッテリ６０１１と重ねて設けられている。表示パネル６００６とフレーム６００９は、導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂに固定されている。
【０３１５】
発光部６０１５から発せられた光６０１８は、導光部６０１７ａにより表示パネル６００６の上部を経由し、導光部６０１７ｂを通って受光部６０１６に達する。例えば指やスタイラスなどの被検知体により、光６０１８が遮られることにより、タッチ操作を検出することができる。
【０３１６】
発光部６０１５は、例えば表示パネル６００６の隣接する２辺に沿って複数設けられる。受光部６０１６は、発光部６０１５と表示パネル６００６を挟んで対向する位置に複数設けられる。これにより、タッチ操作がなされた位置の情報を取得することができる。
【０３１７】
発光部６０１５は、例えばＬＥＤ素子などの光源を用いることができる。特に、発光部６０１５として、使用者に視認されず、且つ使用者にとって無害である赤外線を発する光源を用いることが好ましい。
【０３１８】
受光部６０１６は、発光部６０１５が発する光を受光し、電気信号に変換する光電素子を用いることができる。好適には、赤外線を受光可能なフォトダイオードを用いることができる。
【０３１９】
導光部６０１７ａ、導光部６０１７ｂとしては、少なくとも光６０１８を透過する部材を用いることができる。導光部６０１７ａ及び導光部６０１７ｂを用いることで、発光部６０１５と受光部６０１６とを表示パネル６００６の下側に配置することができ、外光が受光部６０１６に到達してタッチセンサが誤動作することを抑制できる。特に、可視光を吸収し、赤外線を透過する樹脂を用いることが好ましい。これにより、タッチセンサの誤動作をより効果的に抑制できる。
【０３２０】
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。
【０３２１】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用可能な電子機器について説明する。
【０３２２】
本発明の一態様の表示装置は、外光の強さによらず、高い視認性を実現することができる。そのため、携帯型の電子機器、装着型の電子機器（ウェアラブル機器）、及び電子書籍端末、テレビジョン装置、デジタルサイネージ、などに好適に用いることができる。
【０３２３】
図１４（Ａ）、（Ｂ）に、携帯情報端末８００の一例を示す。携帯情報端末８００は、筐体８０１、筐体８０２、表示部８０３、表示部８０４、及びヒンジ部８０５等を有する。
【０３２４】
筐体８０１と筐体８０２は、ヒンジ部８０５で連結されている。携帯情報端末８００は、図１４（Ａ）に示すように折り畳んだ状態から、図１４（Ｂ）に示すように筐体８０１と筐体８０２を開くことができる。
【０３２５】
例えば表示部８０３及び表示部８０４に、文書情報を表示することが可能であり、電子書籍端末としても用いることができる。また、表示部８０３及び表示部８０４に静止画像や動画像を表示することもできる。
【０３２６】
このように、携帯情報端末８００は、持ち運ぶ際には折り畳んだ状態にできるため、汎用性に優れる。
【０３２７】
なお、筐体８０１及び筐体８０２には、電源ボタン、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク等を有していていもよい。
【０３２８】
図１４（Ｃ）に携帯情報端末の一例を示す。図１４（Ｃ）に示す携帯情報端末８１０は、筐体８１１、表示部８１２、操作ボタン８１３、外部接続ポート８１４、スピーカ８１５、マイク８１６、カメラ８１７等を有する。
【０３２９】
表示部８１２に、本発明の一態様の表示装置を備える。
【０３３０】
携帯情報端末８１０は、表示部８１２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８１２に触れることで行うことができる。
【０３３１】
また、操作ボタン８１３の操作により、電源のＯＮ、ＯＦＦ動作や、表示部８１２に表示される画像の種類を切り替えることができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。
【０３３２】
また、携帯情報端末８１０の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末８１０の向き（縦か横か）を判断して、表示部８１２の画面表示の向きを自動的に切り替えるようにすることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部８１２を触れること、操作ボタン８１３の操作、またはマイク８１６を用いた音声入力等により行うこともできる。
【０３３３】
携帯情報端末８１０は、例えば、電話機、手帳または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンとして用いることができる。携帯情報端末８１０は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、ゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
【０３３４】
図１４（Ｄ）に、カメラの一例を示す。カメラ８２０は、筐体８２１、表示部８２２、操作ボタン８２３、シャッターボタン８２４等を有する。またカメラ８２０には、着脱可能なレンズ８２６が取り付けられている。
【０３３５】
表示部８２２に、本発明の一態様の表示装置を備える。
【０３３６】
ここではカメラ８２０として、レンズ８２６を筐体８２１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ８２６と筐体が一体となっていてもよい。
【０３３７】
カメラ８２０は、シャッターボタン８２４を押すことにより、静止画、または動画を撮像することができる。また、表示部８２２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部８２２をタッチすることにより撮像することも可能である。
【０３３８】
なお、カメラ８２０は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。または、これらが筐体８２１に組み込まれていてもよい。
【０３３９】
図１５（Ａ）に、テレビジョン装置８３０を示す。テレビジョン装置８３０は、表示部８３１、筐体８３２、スピーカ８３３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
【０３４０】
またテレビジョン装置８３０は、リモコン操作機８３４により、操作することができる。
【０３４１】
テレビジョン装置８３０が受信できる放送電波としては、地上波、または衛星から送信される電波などが挙げられる。また放送電波として、アナログ放送、デジタル放送などがあり、また映像及び音声、または音声のみの放送などがある。例えばＵＨＦ帯（約３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）またはＶＨＦ帯（３０Ｈｚ〜３００ＭＨｚ）のうちの特定の周波数帯域で送信される放送電波を受信することができる。また例えば、複数の周波数帯域で受信した複数のデータを用いることで、転送レートを高くすることができ、より多くの情報を得ることができる。これによりフルハイビジョンを超える解像度を有する映像を、表示部８３１に表示させることができる。例えば、４Ｋ−２Ｋ、８Ｋ−４Ｋ、１６Ｋ−８Ｋ、またはそれ以上の解像度を有する映像を表示させることができる。
【０３４２】
また、インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ：登録商標）などのコンピュータネットワークを介したデータ伝送技術により送信された放送のデータを用いて、表示部８３１に表示する画像を生成する構成としてもよい。このとき、テレビジョン装置８３０にチューナを有さなくてもよい。
【０３４３】
図１５（Ｂ）は円柱状の柱８４２に取り付けられたデジタルサイネージ８４０を示している。デジタルサイネージ８４０は、表示部８４１を有する。
【０３４４】
表示部８４１が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部８４１が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
【０３４５】
表示部８４１にタッチパネルを適用することで、表示部８４１に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報もしくは交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
【０３４６】
図１５（Ｃ）はノート型のパーソナルコンピュータ８５０を示している。パーソナルコンピュータ８５０は、表示部８５１、筐体８５２、タッチパッド８５３、接続ポート８５４等を有する。
【０３４７】
タッチパッド８５３は、ポインティングデバイスや、ペンタブレット等の入力手段として機能し、指やスタイラス等で操作することができる。
【０３４８】
また、タッチパッド８５３には表示素子が組み込まれている。図１５（Ｃ）に示すように、タッチパッド８５３の表面に入力キー８５５を表示することで、タッチパッド８５３をキーボードとして使用することができる。このとき、入力キー８５５に触れた際に、振動により触感を実現するため、振動モジュールがタッチパッド８５３に組み込まれていてもよい。
【０３４９】
図１６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ折り畳みが可能な電子機器を示している。
【０３５０】
図１６（Ａ）に示す電子機器９００は、筐体９０１ａ、筐体９０１ｂ、ヒンジ９０３、表示部９０２ａ、表示部９０２ｂ等を有する。表示部９０２ａは筐体９０１に、表示部９０２ｂは筐体９０１ｂに、それぞれ組み込まれている。
【０３５１】
筐体９０１ａと筐体９０１ｂとは、ヒンジ９０３で回転可能に連結されている。電子機器９００は、筐体９０１ａと筐体９０１ｂとが閉じた状態と、図１６（Ａ）に示すように開いた状態と、に変形することができる。これにより、持ち運ぶ際には可搬性に優れ、使用するときには大きな表示領域により、視認性に優れる。
【０３５２】
また、ヒンジ９０３は、筐体９０１ａと筐体９０１ｂとを開いたときに、これらの角度が所定の角度よりも大きい角度にならないように、ロック機構を有することが好ましい。例えば、ロックがかかる（それ以上に開かない）角度は、９０度以上１８０度未満であることが好ましく、代表的には、９０度、１２０度、１３５度、または１５０度などとすることができる。これにより、利便性、安全性、及び信頼性を高めることができる。
【０３５３】
表示部９１２ａ及び表示部９１２ｂの少なくとも一方は、タッチパネルとして機能し、指やスタイラスなどにより操作することができる。
【０３５４】
筐体９０１ａまたは筐体９０１ｂのいずれか一には、無線通信モジュールが設けられ、インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｗｉ−Ｆｉ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｆｉｄｅｌｉｔｙ：登録商標）などのコンピュータネットワークを介して、データを送受信することが可能である。
【０３５５】
表示部９０２ａと表示部９０２ｂには、一つのフレキシブルディスプレイが組み込まれていてもよい。これにより、表示部９０２ａと表示部９０２ｂの間で途切れることのない連続した表示を行うことができる。
【０３５６】
図１６（Ｂ）には、携帯型のゲーム機として機能する電子機器９１０を示している。電子機器９１０は、筐体９１１ａ、筐体９１１ｂ、表示部９１２ａ、表示部９１２ｂ、ヒンジ９１３、操作ボタン９１４ａ、操作ボタン９１４ｂ等を有する。
【０３５７】
また、筐体９１１ｂには、カートリッジ９１５を挿入することができる。カートリッジ９１５は、例えばゲームなどのアプリケーションソフトが記憶されており、カートリッジ９１５を交換することにより、電子機器９１０で様々なアプリケーションを実行することができる。
【０３５８】
また、図１６（Ｂ）では、表示部９１２ｂのサイズと、表示部９１２ｂのサイズが異なる例を示している。具体的には、操作ボタン９１４ａ及び操作ボタン９１４ｂの設けられる筐体９１１ｂが有する表示部９１２ｂよりも、筐体９１１ａに設けられる表示部９１２ａを大きい。例えば、表示部９１２ａに主画面となる表示を行い、表示部９１２ｂには操作画面となる表示を行うなど、それぞれの表示部を使い分けることができる。
【０３５９】
図１６（Ｃ）に示す電子機器９２０は、ヒンジ９２３により連結された筐体９２１ａと筐体９２１ｂに亘って、フレキシブルな表示部９２２が設けられている。
【０３６０】
表示部９２２は、その少なくとも一部が湾曲することができる。表示部９２２は、筐体９２１ａから筐体９２１ｂにかけて、連続的に画素が配置され、曲面状の表示を行うことができる。
【０３６１】
ヒンジ９２３は、上述したロック機構を有しているため、表示部９２２に無理な力がかかることなく、表示部９２２が破損することを防ぐことができる。そのため、信頼性の高い電子機器を実現できる。
【０３６２】
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。
【符号の説明】
【０３６３】
ＣＦＣ    着色層
ＣＦＭ    着色層
ＣＦＹ    着色層
ＣＦＲ    着色層
ＣＦＧ    着色層
ＣＦＢ    着色層
ＲＣ    表示領域
ＲＭ    表示領域
ＲＹ    表示領域
ＲＷ    表示領域
ＴＲ    表示領域
ＴＧ    表示領域
ＴＢ    表示領域
ＴＷ    表示領域
１０    表示装置
１１    バックライトユニット
１３ａ    偏光板
１３ｂ    偏光板
２０ｒＣ    光
２０ｒＭ    光
２０ｒＹ    光
２０ｔＢ    光
２０ｔＧ    光
２０ｔＲ    光
２１    基板
２３ｒ    導電層
２３ｔ    導電層
２４    液晶
２５    導電層
３０    画素
３０Ｒ    画素
３０Ｔ    画素
３１    基板
４０    表示素子
４１    機能層
８１    絶縁層
８３    絶縁層
８５    絶縁層
８６    絶縁層
９０    表示素子
９１    導電層
９２    液晶
９３    導電層
１００Ａ    表示装置
１００Ｂ    表示装置
１０２    基板
１０４    基板
１０６    液晶素子
１０６ＣＥ    電極
１０６ＬＣ    液晶層
１０６ＰＥ    電極
１０８    液晶素子
１０８ＣＥ    電極
１０８ＬＣ    液晶層
１０８ＰＥ    電極
１１０    素子層
１１１    トランジスタ
１１２    トランジスタ
１１４    開口部
１１６    電極
１１８    開口部
１２０    偏光板
１２２    光射出装置
１２２Ｅ    エッジライト
１２２Ｇ    導光板
１２２Ｒ    光取り出し部
１２４    構造体
１２４Ｒ    反射膜
１２６    構造体
１２８    拡散フィルム
１３０    入出力装置
１３２    偏光板
１３４    絶縁層
１３６    着色層
１３７    着色層
１３８    絶縁層
１４２    樹脂層
６０１    表示素子
６０２    表示素子
６０３    開口部
６０４    反射光
６０５    透過光
６０６    画素回路
６１０    表示装置
６１１    基板
６１２    基板
６１４    表示部
６１６    回路
６１８    配線
６２０    ＩＣ
６２２    ＦＰＣ
６２４    電極
６２６    開口部
６５０    液晶素子
６７０    液晶素子
７００    表示装置
７０１    表示部
７１０    画素
７４０    液晶素子
７５１    開口
７６０    液晶素子
７６１    電極
８００    携帯情報端末
８０１    筐体
８０２    筐体
８０３    表示部
８０４    表示部
８０５    ヒンジ部
８１０    携帯情報端末
８１１    筐体
８１２    表示部
８１３    操作ボタン
８１４    外部接続ポート
８１５    スピーカ
８１６    マイク
８１７    カメラ
８２０    カメラ
８２１    筐体
８２２    表示部
８２３    操作ボタン
８２４    シャッターボタン
８２６    レンズ
８３０    テレビジョン装置
８３１    表示部
８３２    筐体
８３３    スピーカ
８３４    リモコン操作機
８４０    デジタルサイネージ
８４１    表示部
８４２    柱
８５０    パーソナルコンピュータ
８５１    表示部
８５２    筐体
８５３    タッチパッド
８５４    接続ポート
８５５    入力キー
９００    電子機器
９０１    筐体
９０１ａ    筐体
９０１ｂ    筐体
９０２ａ    表示部
９０２ｂ    表示部
９０３    ヒンジ
９１０    電子機器
９１１ａ    筐体
９１１ｂ    筐体
９１２ａ    表示部
９１２ｂ    表示部
９１３    ヒンジ
９１４ａ    操作ボタン
９１４ｂ    操作ボタン
９１５    カートリッジ
９２０    電子機器
９２１ａ    筐体
９２１ｂ    筐体
９２２    表示部
９２３    ヒンジ
６０００    表示モジュール
６００１    上部カバー
６００２    下部カバー
６００５    ＦＰＣ
６００６    表示パネル
６００９    フレーム
６０１０    プリント基板
６０１１    バッテリ
６０１５    発光部
６０１６    受光部
６０１７ａ    導光部
６０１７ｂ    導光部
６０１８    光
【図１】
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【図２】
2018049071.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018049071.tif 000007
【図６】
2018049071.tif 000008
【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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