(57)【要約】【課題】外光の照度に依らず視認性の高い表示装置を提供する。消費電力を低減可能な表示装置を提供する。【解決手段】同一基板上に形成された第１の受光素子を有する第１の受光回路と、表示素子を有する画素回路を有する表示装置とする。表示素子は第１の受光素子の露光量の変化に応じて、その階調が変化する。特に、露光量が減少することに応じて、表示素子の階調が低くなるような構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の受光素子を有する第１の受光回路と、表示素子を有する画素回路を有し、
前記第１の受光素子の露光量の変化に応じて、前記表示素子の階調が変化する、
表示装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記露光量が減少することに応じて、前記表示素子の階調が低くなる、
表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記表示素子は、発光素子または液晶素子である、
表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記画素回路と、前記第１の受光回路とは、同一基板上に形成された、
表示装置。
【請求項５】
第１の受光回路と、画素回路を有する表示装置であって、
前記第１の受光回路は、第１の受光素子と、前記第１の受光素子と直列に接続された第１のトランジスタを有し、
前記画素回路は、発光素子と、前記発光素子と直列に接続された第２のトランジスタを有し、
前記第２のトランジスタは、第１のゲート及び第２のゲートを有し、
前記第１の受光素子と前記第１のトランジスタの間の第１のノードと、前記第２のトランジスタの前記第１のゲートまたは前記第２のゲートのいずれか一方とが、電気的に接続された、
表示装置。
【請求項６】
第１の受光回路と、画素回路を有する表示装置であって、
前記第１の受光回路は、第１の受光素子と、前記第１の受光素子と直列に接続された第１のトランジスタを有し、
前記画素回路は、液晶素子と、前記液晶素子と直列に接続された第３のトランジスタを有し、
前記第１の受光素子と前記第１のトランジスタの間の第１のノードと、前記第３のトランジスタと前記液晶素子との間の第３のノードとが、電気的に接続された、
表示装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６において、
前記第１の受光回路は、前記第１の受光素子と前記第１のトランジスタとの間に直列に接続された第４のトランジスタを有し、
前記第１のノードは、前記第１のトランジスタと前記第４のトランジスタの間のノードであり、
前記第１のトランジスタが導通状態であり、且つ前記第４のトランジスタが非導通状態であるときに、前記第１のノードの電位がリセットされ、
前記第１のトランジスタが非導通状態であり、且つ前記第４のトランジスタが導通状態であるときに、前記第１のノードの電位が前記第１の受光素子における露光量に応じた電位に更新され、
前記第１のトランジスタ及び前記第４のトランジスタが非導通状態のときに、前記第１のノードの電位が保持される、
表示装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記第４のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を含む、
表示装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を含む、
表示装置。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一において、
第２の受光素子を有する第２の受光回路と、回路と、を有し、
前記第２の受光回路は、前記第２の受光素子の露光量に基づく信号を出力する機能を有し、
前記回路は、前記信号に基づいてタッチ動作を検出する機能を有する、
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し、トランジスタ、半導体回路、演算装置、記憶装置、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の一態様である。
【背景技術】
【０００４】
有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子や、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を備える発光装置が適用された表示装置が知られている。またそのほかにも、液晶素子が適用された表示装置が知られている。また電気泳動方式などにより表示を行う電子ペーパなども、表示装置の一例として挙げることができる。
【０００５】
例えば、有機ＥＬ素子の基本的な構成は、一対の電極間に発光性の有機化合物を含む層を挟持したものである。この素子に電圧を印加することにより、発光性の有機化合物から発光を得ることができる。このような有機ＥＬ素子が適用された表示装置は、薄型、軽量、高コントラストで且つ低消費電力な表示装置を実現できる。
【０００６】
特許文献１には、有機ＥＬ素子が適用されたフレキシブルな発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１９７５２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
表示装置の視認性は、これを使用する環境における外光の照度に大きく依存する場合がある。例えば表示装置が表示する画像の輝度が同じ場合であっても、外光の照度が高い環境下では、表示装置の輝度が低く感じられて画像が見にくくなり、一方、外光の照度が低い環境下では、表示装置の輝度が高く、眩しく感じられてしまう場合がある。
【０００９】
本発明の一態様は、外光の照度に依らず視認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、消費電力を低減可能な表示装置を提供することを課題の一とする。または、部品点数が低減された表示装置、または電子機器を提供することを課題の一とする。または、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。
【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。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出できる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、第１の受光素子を有する第１の受光回路と、表示素子を有する画素回路を有し、第１の受光素子における露光量の変化に応じて、表示素子の階調が変化する、表示装置である。
【００１２】
また、上記において、露光量が減少することに応じて、表示素子の階調が低くなることが好ましい。
【００１３】
また、上記において、表示素子は、発光素子または液晶素子であることが好ましい。
【００１４】
また、上記において、画素回路と、第１の受光回路とは、同一基板上に形成されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の他の一態様は、第１の受光回路と、画素回路を有する表示装置である。第１の受光回路は、第１の受光素子と、第１の受光素子と直列に接続された第１のトランジスタを有する。画素回路は、発光素子と、発光素子と直列に接続された第２のトランジスタを有する。第２のトランジスタは、第１のゲート及び第２のゲートを有する。また第１の受光素子と第１のトランジスタの間の第１のノードと、第２のトランジスタの第１のゲートまたは第２のゲートのいずれか一方とが、電気的に接続されている。
【００１６】
また、本発明の他の一態様は、第１の受光回路と、画素回路を有する表示装置である。第１の受光回路は、第１の受光素子と、第１の受光素子と直列に接続された第１のトランジスタを有する。画素回路は、液晶素子と、液晶素子と直列に接続された第３のトランジスタを有する。第１の受光素子と第１のトランジスタの間の第１のノードと、第３のトランジスタと液晶素子との間の第３のノードとが、電気的に接続されている。
【００１７】
また、上記第１の受光回路は、第１の受光素子と第１のトランジスタとの間に直列に接続された第４のトランジスタを有することが好ましい。このとき第１のノードは、第１のトランジスタと第４のトランジスタの間のノードである。また第１のトランジスタが導通状態であり、且つ第４のトランジスタが非導通状態であるときに、第１のノードの電位がリセットされ、第１のトランジスタが非導通状態であり、且つ第４のトランジスタが導通状態のときに、第１のノードの電位が第１の受光素子における露光量に応じた電位に更新され、第１のトランジスタ及び第４のトランジスタが非導通状態のときに、第１のノードの電位が保持されることが好ましい。。
【００１８】
また、上記第４のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を含むことが好ましい。また、上記第１のトランジスタは、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を含むことが好ましい。
【００１９】
また、上記において、第２の受光素子を有する第２の受光回路と、回路と、を有することが好ましい。ここで第２の受光回路は、第２の受光素子の露光量に基づく信号を出力する機能を有する。また上記回路は、当該信号に基づいてタッチ動作を検出する機能を有する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、外光の照度に依らず視認性の高い表示装置を提供できる。または、消費電力を低減可能な表示装置を提供できる。または、部品点数が低減された表示装置、または電子機器を提供できる。または、信頼性の高い表示装置を提供できる。
【００２１】
なお、本発明の一態様は、必ずしもこれらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図２】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図３】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図４】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図５】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図６】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図７】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図８】実施の形態に係る、表示装置を説明する図。
【図９】実施の形態に係る、トランジスタの一形態を説明する断面図。
【図１０】実施の形態に係る、トランジスタの一形態を説明する断面図。
【図１１】実施の形態に係る、トランジスタの一形態を説明する断面図。
【図１２】実施の形態に係る表示モジュールを説明する図。
【図１３】実施の形態に係る電子機器を説明する図。
【図１４】実施の形態に係る電子機器を説明する図。
【図１５】実施の形態に係る電子機器を説明する図。
【図１６】実施の形態に係る電子機器を説明する図。
【図１７】実施の形態に係る電子機器を説明する図。
【図１８】試料のＸＲＤスペクトルの測定結果を説明する図。
【図１９】試料のＴＥＭ像、および電子線回折パターンを説明する図。
【図２０】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】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。
【００２９】
また、本明細書等において、トランジスタのソース、又はドレインのどちらか一方のことを「第１電極」と呼び、ソース、又はドレインの他方を「第２電極」とも呼ぶことがある。なお、ゲートについては「ゲート」又は「ゲート電極」とも呼ぶ。
【００３０】
なお、本明細書等において、ダイオードの２つの電極をそれぞれ「第１の電極」、「第２の電極」や、「第１電極」、「第２電極」、または「第１端子」、「第２端子」、若しくは「アノード」、「カソード」などと呼ぶことがある。ここで、第１電極から第２電極に向かって電流が流れる向きをダイオードの順方向、その逆を逆方向とする。また、これらの電極の一つを単純に「端子」や「一端」、「一方」などと呼ぶこともある。
【００３１】
また、本明細書等において、コイルや抵抗、容量などの２端子素子の２つの端子をそれぞれ「第１の端子」、「第２の端子」や、「第１端子」、「第２端子」、または「第１の電極」、「第２の電極」や、「第１電極」、「第２電極」、などと呼ぶことがある。また、これらの端子の一つを単純に「端子」、「電極」、「一端」、「一方」などと呼ぶこともある。
【００３２】
また、本明細書等において、「接続」及び「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、コイル、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。
【００３３】
なお、本明細書等においてノードとは、回路を構成する素子の電気的な接続を可能とする素子（例えば、配線など）のことをいう。したがって、”Ａが接続されたノード”とは、Ａと電気的に接続され、且つＡと同電位と見なせる配線のことをいう。なお、配線の途中に電気的な接続を可能とする素子（例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオードなど）が１個以上配置されていても、Ａと同電位であれば、その配線はＡが接続されたノードと見なせる。
【００３４】
なお、本明細書等において、ＥＬ層とは発光素子の一対の電極間に設けられ、少なくとも発光性の物質を含む層（発光層とも呼ぶ）、または発光層を含む積層体を示すものとする。
【００３５】
なお、本明細書等において、表示パネルは表示面に画像等を表示（出力）する機能を有するものである。したがって表示パネルは出力装置の一態様である。
【００３６】
また、本明細書等では、表示パネルの基板に、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｐｒｉｎｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）などのコネクターが取り付けられたもの、または基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式等によりＩＣ（集積回路）が実装されたものを、表示パネルモジュール、表示モジュール、または単に表示パネルなどと呼ぶ場合がある。
【００３７】
また、本明細書等において、タッチセンサは指やスタイラスなどの被検知体が触れる、または近接することを検知する機能を有するものである。したがってタッチセンサは入力装置の一態様である。
【００３８】
また、本明細書等では、タッチセンサを有する基板を、タッチセンサパネル、または単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。また、本明細書等では、タッチセンサパネルの基板に、例えばＦＰＣもしくはＴＣＰなどのコネクターが取り付けられたもの、または基板にＣＯＧ方式等によりＩＣが実装されたものを、タッチセンサパネルモジュール、タッチセンサモジュール、センサモジュール、または単にタッチセンサなどと呼ぶ場合がある。
【００３９】
なお、本明細書等において、タッチパネルは表示面に画像等を表示（出力）する機能と、表示面に指やスタイラスなどの被検知体が触れる、または近接することを検知するタッチセンサとしての機能と、を有する。したがってタッチパネルは入出力装置の一態様である。
【００４０】
タッチパネルは、例えばタッチセンサ付き表示パネル（または表示装置）、タッチセンサ機能つき表示パネル（または表示装置）とも呼ぶことができる。
【００４１】
タッチパネルは、表示パネルとタッチセンサパネルとを有する構成とすることもできる。または、表示パネルの内部にタッチセンサとしての機能を有する構成とすることもできる。
【００４２】
また、本明細書等では、タッチパネルの基板に、例えばＦＰＣもしくはＴＣＰなどのコネクターが取り付けられたもの、または基板にＣＯＧ方式等によりＩＣが実装されたものを、タッチパネルモジュール、表示モジュール、または単にタッチパネルなどと呼ぶ場合がある。
【００４３】
（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の構成例及び駆動方法について説明する。
【００４４】
［表示装置の構成例］
図１（Ａ）は、本発明の一態様の表示装置１０のブロック図である。表示装置１０は、表示領域１２、回路１３、回路１４及び回路１５を有する。表示領域１２には、複数の画素ユニット１１が配置されている。
【００４５】
図１（Ｂ）は、画素ユニット１１の構成を説明する図である。画素ユニット１１は、受光回路２０と、画素回路３０を有する。受光回路２０は、少なくとも受光素子２１を有する。また、画素回路３０は、少なくとも表示素子３１を有する。
【００４６】
表示素子３１としては、代表的には有機ＥＬ素子などの発光素子や、液晶素子などを用いることができる。
【００４７】
回路１３及び回路１４は、画素回路３０に信号や電源電位等を供給する回路である。例えば回路１３及び回路１４の一方に信号線駆動回路として機能する回路を適用し、他方に走査線駆動回路として機能する回路を適用することができる。
【００４８】
回路１５は、受光回路２０に信号や電源電位等を供給する回路である。受光回路２０は回路１５から供給された信号に基づいて駆動することができる。回路１５は画素ユニット１１の構成に応じた回路を用いることができる。また受光回路２０を駆動するための特別な信号を必要としない場合には、回路１５を設けなくてもよい。例えば画素回路３０を駆動するための信号や電源電位を受光回路２０と共有できる場合には、回路１５を設けなくてもよい。
【００４９】
受光回路２０と画素回路３０とは、電気的に接続されている。図１（Ｂ）に示すように、受光回路２０は、受光素子２１への露光量（受光素子２１の受光量と言い換えることもできる）に応じた信号を画素回路３０に出力する機能を有する。画素回路３０は当該信号に応じて、表示素子３１の階調を変化させることができる。すなわち、表示素子３１からの光の強度を変化させることができる。ここで表示素子３１からの光とは、表示素子３１が自発光可能な発光素子であれば表示素子３１が発する光に相当し、表示素子３１が光の偏光、反射、透過、屈折、回折、散乱、吸収など、発光以外の光学的な現象を利用した光学素子であれば、表示素子３１を介して外部に発せられる光に相当する。
【００５０】
表示素子としては、ＬＥＤやＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、またはＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子や、液晶素子等の光学素子など、電流又は電圧によって素子からの光の輝度が制御される素子を用いることができる。
【００５１】
そのほかにも、表示素子としてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）素子や、電子放出素子、そのほかの光学素子などを用いることができる。ＭＥＭＳを用いた表示素子としては、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子などが挙げられる。電子放出素子としては、カーボンナノチューブを用いてもよい。また、そのほかの光学素子として、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を用いることができる。
【００５２】
図１（Ｃ）は、外光の照度に対する表示素子３１の階調の変化を説明する図である。実線は本発明の一態様の表示装置１０に対応し、点線は外光の照度に依らず常に一定の階調の表示を行う場合に対応する。
【００５３】
外光の照度に比例して受光素子２１の受光量は大きくなる。表示装置１０は、外光の照度に応じて表示素子３１の階調を高めるように動作する。すなわち、表示装置１０は、外光の照度が高い場合には、表示素子３１の階調を高めて輝度の高い表示を行い、外光の照度が低い場合には、表示素子３１の階調を低くして輝度の低い表示を行うことができる。これにより、表示装置１０が曝される外光の照度に依らず、使用者は常に最適な輝度で表示された画像等を見ることができる。また表示装置１０は、プロセッサなどによる画像処理を要することなく、このような階調を変換する処理を表示装置１０自体で行うことができる。
【００５４】
また、表示領域１２中に受光回路２０を有する画素ユニット１１が複数配置されていることで、表示領域１２内の一つ一つの画素ユニット１１で、外光の照度に応じて階調を補正することができる。その結果、表示領域１２全体に亘って階調を補正するのではなく、表示領域１２内の複数の箇所で、それぞれ独自に階調を補正することができる。例えば表示領域１２内で局所的に外光が当たっている箇所のみ、輝度の高い表示を行うこともできる。
【００５５】
以下では、画素ユニット１１のより具体的な例について説明する。
【００５６】
［画素ユニット１１の構成例１］
図２（Ａ）に、画素ユニット１１の回路図の例を示す。画素ユニット１１は受光回路２０と画素回路３０が電気的に接続された構成を有する。本構成例では、画素回路３０の表示素子３１として発光素子を適用した場合の例を示す。図２（Ａ）等に示す回路では、発光素子だけでなく、素子に流れる電流、または素子にかかる電圧によりその階調が変化する様々な素子を適用することができる。
【００５７】
受光回路２０は受光素子２１、トランジスタ２２、トランジスタ２３、及び容量素子２４を有する。受光素子２１は、カソードが配線ＶＰＯに接続され、アノードがトランジスタ２２のソース又はドレインの一方と接続されている。トランジスタ２２は、ゲートが配線ＴＸに接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタ２３のソース又はドレインの一方、及び容量素子２４の一方の電極と接続されている。トランジスタ２３はゲートが配線ＰＲに接続され、ソース又はドレインの他方が配線ＶＰＲに接続されている。容量素子２４は、他方の電極が配線ＶＣと接続されている。ここでトランジスタ２２のソース又はドレインの他方、トランジスタ２３のソース又はドレインの一方、及び容量素子２４の一方の電極が接続されるノードをノードｎとする。
【００５８】
画素回路３０は、表示素子３１、トランジスタ３２、トランジスタ３３、容量素子３４を有する。トランジスタ３３は第１のゲート及び第２のゲートを有する。表示素子３１はカソードが配線ＶＬに接続され、アノードがトランジスタ３３のソース又はドレインの一方と接続されている。トランジスタ３２はゲートが配線ＧＬに接続され、ソース又はドレインの一方が配線ＳＬに接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子３４の一方の電極、及びトランジスタ３３の第１のゲートと接続されている。トランジスタ３３はソース又はドレインの他方が配線ＶＨと接続され、第２のゲートが受光回路２０のノードｎと接続されている。容量素子３４は、他方の電極が配線ＶＣと接続されている。
【００５９】
受光回路２０において、配線ＶＰＯには電位ＶＶＰＯが与えられ、配線ＶＰＲには電位ＶＶＰＲが与えられる。また配線ＴＸ、配線ＰＲにはそれぞれ回路１５から信号が与えられる。ここで、電位ＶＶＰＯは電位ＶＶＰＲよりも高いことが好ましい。
【００６０】
画素回路３０において、配線ＧＬ及び配線ＳＬにはそれぞれ回路１３または回路１４からの信号が供給される。例えば配線ＧＬには走査信号が与えられ、配線ＳＬにはビデオ信号が与えられる。配線ＶＨ、配線ＶＬ、及び配線ＶＣにはそれぞれ所定の電位が与えられる。配線ＶＨに与えられる電位は、配線ＶＬに与えられる電位よりも高い電位とする。なお、表示素子３１のダイオード特性の向きに応じて、これらの大小関係を反転させた電位を与えてもよい。また表示素子３１は、トランジスタ３３と配線ＶＨとの間に接続される構成としてもよい。
【００６１】
ここで、図２（Ａ）では受光回路２０の容量素子２４と、画素回路３０の容量素子３４の両方に接続される配線として、配線ＶＣを用いる構成としたが、それぞれ別の配線に接続される構成としてもよい。またこれら別々の配線には、同じ電位が供給されてもよいし、異なる電位が供給されてもよい。また容量素子２４はノードｎの電位を保持するための容量であり、ノードｎの配線容量等の容量成分を利用することで容量素子２４を省略してもよい。
【００６２】
続いて、図２（Ｂ）、（Ｃ）を用いて画素ユニット１１の駆動方法の一例について説明する。ここではトランジスタ２２、トランジスタ２３、トランジスタ３２、トランジスタ３３が全てｎチャネル型のトランジスタである場合について説明する。
【００６３】
図２（Ｂ）は画素ユニット１１の動作に係るタイミングチャートであり、図２（Ｃ）はトランジスタ３３の第１のゲート−ソース間電圧（Ｖｇｓ）に対するソース−ドレイン間に流れる電流（Ｉｄｓ）を模式的に示した図である。図２（Ｃ）において、横軸はＶｇｓをリニアスケールで示し、縦軸はＩｄｓの平方根（√Ｉｄｓ）をリニアスケールで示している。
【００６４】
図２（Ｂ）に示すように、フレーム期間は表示期間と帰線期間を有する。表示期間は画素回路３０のデータを更新（書き換える）期間である。帰線期間は２つの表示期間の間に設けられる期間である。
【００６５】
表示期間において、配線ＧＬにハイレベル電位が与えられることにより画素回路３０が選択されると、トランジスタ３２が導通状態となり、配線ＳＬに入力される信号に対応する電位が、トランジスタ３２を介してトランジスタ３３の第１のゲート、及び容量素子３４の一方の電極に与えられる。その後配線ＧＬにローレベル電位が与えられ、トランジスタ３２は非導通状態に遷移する。トランジスタ３３の第１のゲートに与えられた電位に応じてトランジスタ３３の導通状態が変化し、表示素子３１に流れる電流の大きさを制御することができる。これにより、表示素子３１の階調を制御することができる。
【００６６】
続いて、帰線期間において、まず配線ＧＬにハイレベル電位が与えられることにより、トランジスタ３２が導通状態に遷移する。このとき、配線ＳＬにはローレベル電位、すなわちトランジスタ３３を非導通状態とする電位が供給されることが好ましい。これにより、表示素子３１が最も低い階調の表示がなされる。このとき、表示装置１０の表示領域１２には、その全面に黒色が表示される。または、配線ＳＬに入力する信号を変えることにより、帰線期間において表示領域１２の全面に単一色の表示（例えば白色、赤色、緑色、青色等）を行ってもよい。その場合、帰線期間内であって期間ｔ２よりも後に、表示領域１２全面に黒色表示を行う期間を設けることがより好ましい。
【００６７】
続いて、図２（Ｂ）における期間ｔ１に示すように、配線ＰＲにトランジスタ２３を導通状態とするハイレベル電位が与えられる。これにより、ノードｎの電位は電位ＶＶＰＲに近い電位となる。すなわち、ノードｎの電位をリセット（初期化）することができる。具体的には、ノードｎの電位は電位ＶＶＰＲからトランジスタ２３のしきい値電圧を差し引いた電位となる。
【００６８】
続いて、図２（Ｂ）における期間ｔ２に示すように、配線ＴＸにトランジスタ２２を導通状態とするハイレベル電位が与えられ、配線ＰＲにトランジスタ２３を非導通状態とするローレベル電位が与えられる。
【００６９】
期間ｔ２の初期において、ノードｎの電位Ｖｎは電位ＶＶＰＲに近い電位に保たれており、配線ＶＰＯにはこれよりも高い電位ＶＶＰＯが与えられている。このときトランジスタ２２は導通状態であるため、受光素子２１には逆方向バイアスの電圧が印加された状態となる。
【００７０】
受光素子２１に逆方向バイアスの電圧が印加された状態で受光素子２１に光が入射すると、受光素子２１のカソードからアノードに向かって電流が流れる。上記電流値は光の強さ、すなわち受光素子２１の露光量（受光量ともいう）に応じて変化する。具体的に、受光素子２１の露光量が大きいほど上記電流値は大きくなり、ノードｎに流入する電荷量は大きくなる。逆に、受光素子２１の露光量が小さいほど上記電流値は小さくなり、ノードｎに流入する電荷量が小さくなる。その結果、受光素子２１の露光量が大きいほど、ノードｎの電位の変化は大きく、その逆に受光素子２１の露光量が小さいほど、ノードｎの電位の変化は小さい。
【００７１】
図２（Ｂ）では、ノードｎの電位Ｖｎの例として、受光素子２１の露光量が小さい順から実線、一点鎖線、破線でそれぞれ示している。実線で示すように露光量が小さいほどノードｎの電位Ｖｎは電位ＶＶＰＲに近い電位となり、一方、破線で示すように、露光量が大きいほどノードｎの電位Ｖｎは電位ＶＶＰＯに近い電位となる。
【００７２】
続いて、配線ＴＸにトランジスタ２２を非導通状態とするローレベル電位が与えられる。これにより、その後の期間において、ノードｎの電位Ｖｎは保持される。
【００７３】
このような動作により、帰線期間中に設けられた期間ｔ１によって、ノードｎの電位をリセットし、続く期間ｔ２によって、ノードｎの電位を更新することができる。したがって表示装置１０にあたる外光の照度が変化した場合であっても、常にその照度をモニタすることができる。
【００７４】
ここで、配線ＰＲの電位がローレベル電位であり、且つ配線ＴＸの電位がハイレベル電位である期間ｔ２の期間中、ノードｎの電位Ｖｎの変化が継続する。そのため、期間ｔ２の長さが長すぎると、露光量の違いに対するノードｎの電位Ｖｎの差が小さくなる。一方、期間ｔ２の長さが短すぎても、露光量の違いに対するノードｎの電位Ｖｎの差が小さくなってしまう。したがって、期間ｔ２の長さは、受光素子２１の感度及び電気的特性、想定される使用環境における外光の照度の上限値及び下限値、配線ＶＰＯ及び配線ＶＰＲの電位、ノードｎの時定数、トランジスタ３３の電気的特性、階調の変化量の上限値及び下限値などを考慮して定めることができる。
【００７５】
ノードｎはトランジスタ３３の第２のゲートと接続されている。そのため、トランジスタ３３の第１のゲートを用いて駆動した場合のしきい値電圧は、ノードｎの電位Ｖｎによって変化する。
【００７６】
図２（Ｃ）では、トランジスタ３３のＶｇｓ−Ｉｄｓ特性を、受光素子２１の露光量が小さい順から実線、一点鎖線、破線の順で示している。露光量が小さいほどノードｎの電位Ｖｎが低く、実線で示すようにしきい値電圧はプラス側に位置する。一方露光量が大きいほどノードｎの電位Ｖｎが高く、破線で示すようにしきい値電圧はマイナス側に位置する。したがって、トランジスタ３３の第１のゲートにある電位が与えられたとき、露光量が小さいほどトランジスタ３３のソース−ドレイン間に流れる電流は小さく、露光量が大きいほど当該電流は大きくなる。その結果、露光量が小さいほど表示素子３１が発する光の輝度は低く、一方露光量が大きいほど表示素子３１が発する光の輝度が高くなる。
【００７７】
したがって、画素ユニット１１を有する表示装置１０は、外光が強い場所ではその輝度が高められることで視認性が向上し、一方外光が弱い場所では、その輝度が低減されて目にやさしい表示を行うことができる。またこのような表示装置１０は、外光の強さに応じて輝度を調整できるため、消費電力を削減することができる。また表示装置１０は、このような機能を外部の演算装置や特別なＩＣなどを用いることなく実現することができるため、表示装置１０やこれを用いた電子機器の部品点数を増やすことなく、このような機能を実現できる。
【００７８】
ここで、トランジスタ３３のしきい値電圧の変動幅は、電位ＶＶＰＯと、電位ＶＶＰＲによって定めることができる。例えば電位ＶＶＰＲを負の電位とし、電位ＶＶＰＯをこれよりも高い負の電位とすることで、トランジスタ３３のしきい値電圧はプラス方向にシフトするため、トランジスタ３３をノーマリーオフとすることができる。または、電位ＶＶＰＲを負の電位とし、電位ＶＶＰＯを正の電位とすることで、トランジスタ３３をノーマリーオフとノーマリーオンのいずれにもすることができる。
【００７９】
また、ノードｎの電位Ｖｎは１フレーム期間中にできるだけ変動しないことが好ましい。例えば、トランジスタ２２及びトランジスタ２３が、非導通状態において、ソースとドレイン間に０．５×１０−１４Ａ程度の電流が流れるものとし、受光素子２１にはこれ以上の電流（例えば１．０×１０−１４Ａ程度の電流）が流れるとする。なお、配線ＶＰＯと配線ＶＰＲ間の電圧が固定されていると仮定すると、受光素子２１に流れる電流は、受光素子２１における露光量に応じて定まり、トランジスタ２２のソースとドレイン間に流れる電流は、配線ＴＸの電位に応じて定まり、トランジスタ２３のソースとドレイン間に流れる電流は、配線ＰＲの電位に応じて定めることができる。このとき、ノードｎに流れる電流は合わせて１．０×１０−１４Ａ程度となる。ノードｎに付加されている各種容量の総容量値が１０−１４Ｆ程度であるとすれば、ノードｎの電位が０．１秒の期間で０．１Ｖだけ変化することとなる。
【００８０】
ここで、トランジスタ２２及びトランジスタ２３は、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を用いたトランジスタであることが望ましい。例えばシリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタでは、ゲート電圧の調整により、ドレイン電流が１０−１４Ａ程度となるように制御することが困難である。一方、酸化物半導体をチャネル形成領域に有するトランジスタでは、ゲート電圧を調整することで、ドレイン電流を１０−２３Ａ程度まで下げることができる。そのため、１フレーム期間中にノードｎの電位の変化がほとんど生じないように制御することが、シリコンをチャネル形成領域に有するトランジスタに比べて、容易である。
【００８１】
またこのとき、トランジスタ２２及びトランジスタ２３以外のトランジスタ（例えばトランジスタ３２、トランジスタ３３、またはそのほかの回路に含まれるトランジスタ）も、トランジスタ２２及びトランジスタ２３同様、チャネルが形成される半導体に酸化物半導体を用いたトランジスタとすることが好ましい。
【００８２】
また、図２（Ａ）等では、トランジスタ３３以外の各トランジスタが、ゲート電極を半導体膜の片側にのみ有している場合を示している。各トランジスタが、半導体膜を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している場合、一対のゲート電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、どちらか一方のゲート電極にのみグラウンドなどの固定電位が与えられていても良い。どちらか一方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、各トランジスタの閾値電圧を制御することができる。
【００８３】
なお、図２（Ａ）等において、トランジスタ２２、トランジスタ２３、トランジスタ３２、トランジスタ３３は、その半導体膜に、酸化物半導体が用いられていてもよいし、酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコンまたはゲルマニウムなどの半導体が用いられていてもよい。画素ユニット１１内の全てのトランジスタの半導体膜に、同じ材料の半導体を用いることで、プロセスを簡略化することができる。
【００８４】
特に、トランジスタ２２、トランジスタ２３、及びトランジスタ３２は、これと接続されたノードにおいて蓄積された電荷を保持する機能を有するため、オフ電流は小さいほうが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い酸化物半導体膜に、チャネル形成領域が形成されるトランジスタは、通常のシリコンやゲルマニウムなどの半導体で形成されたトランジスタに比べて、オフ電流を著しく小さくすることが可能であるため、トランジスタ２２、トランジスタ２３、及びトランジスタ３２として用いるのに好適である。
【００８５】
［変形例１］
図３には、図２（Ａ）で例示した画素ユニット１１と比較し、受光回路２０の一部が異なる例を示している。具体的には、図２（Ａ）で示した例におけるトランジスタ２２が設けられず、受光素子２１のアノードがノードｎに接続されている。
【００８６】
図３に示す構成では、配線ＰＲにトランジスタ２３を飽和領域で動作する電位を与えることができる。これにより、受光素子２１の露光量に応じてノードｎの電位が定まる。また、例えば１フレーム毎など、定期的に配線ＰＲにトランジスタ２３を線形領域で動作する電位を与えることで、ノードｎの電位をリセットすることができる。このような構成とすることで、受光回路２０及び周辺回路の構成を簡略化できる。
【００８７】
［変形例２］
上記では、画素ユニット１１において、１つの受光回路２０が１つの画素回路３０と接続する例を示したが、１つの受光回路２０に、複数の画素回路３０を接続する構成とすることができる。
【００８８】
図４では、受光回路２０が、６つの画素回路（画素回路３０ａ乃至３０ｆ）と接続する例を示している。
【００８９】
画素回路３０ａ、画素回路３０ｂ、及び画素回路３０ｃは、配線ＧＬ１を共有する。画素回路３０ｄ、画素回路３０ｅ、及び画素回路３０ｆは、配線ＧＬ２を共有する。画素回路３０ａ及び画素回路３０ｄは、配線ＳＬ１を共有する。画素回路３０ｂ及び画素回路３０ｅは、配線ＳＬ２を共有する。画素回路３０ｃ及び画素回路３０ｆは、配線ＳＬ３を共有する。
【００９０】
受光回路２０のノードｎは、６つの画素回路（画素回路３０ａ乃至３０ｆ）のそれぞれのトランジスタ３３の第２のゲートと接続されている。そのため受光回路２０のノードｎの電位の変化に応じて、各々の画素回路が有する表示素子３１の輝度を変化させることができる。
【００９１】
［変形例３］
表示素子３１に発光素子を適用した画素回路３０としては、図２（Ａ）等に示した構成に限られず、様々な回路を用いることができる。
【００９２】
図５（Ａ）には、図２（Ａ）等とは異なる構成の画素回路３０の例を示している。図５（Ａ）に示す画素回路３０は、表示素子３１、トランジスタ３２、トランジスタ３３、容量素子３４、トランジスタ３５、トランジスタ３６、及びトランジスタ３７を有する。
【００９３】
表示素子３１は、アノードがトランジスタ３７のソース又はドレインの一方と接続され、カソードが配線ＶＬと接続されている。トランジスタ３２は、ゲートが配線ＧＬ１と接続され、ソース又はドレインの一方が配線ＳＬと接続され、ソース又はドレインの他方がトランジスタ３６のソース又はドレインの一方、及び容量素子３４の一方の電極と接続されている。トランジスタ３３は、第１のゲートがトランジスタ３５のソース又はドレインの一方、及びトランジスタ３６のソース又はドレインの他方と接続され、第２のゲートが受光回路２０のノードｎと接続され、ソース又はドレインの一方が配線ＶＨと接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子３４の他方の電極、及びトランジスタ３７のソース又はドレインの他方と接続されている。トランジスタ３５は、ゲートが配線ＧＬ１と接続され、ソース又はドレインの他方が配線Ｖ０と接続されている。トランジスタ３６は、ゲートが配線ＧＬ２と接続されている。
【００９４】
配線ＧＬ１、配線ＧＬ２、及び配線ＧＬ３はそれぞれ回路１３または回路１４の一方と接続され、配線ＳＬは回路１３または回路１４の他方と接続されている。配線Ｖ０には所定の電位（例えばハイレベル電位）が供給される。
【００９５】
このような構成とすることで、トランジスタ３３のしきい値電圧が継時的に変化してしまった場合でも、その変化を補正することができる。なお、画素回路３０と受光回路２０の駆動方法としては、例えば、まず画素回路３０においてトランジスタ３３のしきい値電圧の補正を行った後に、受光回路２０を動作させてトランジスタ３３の第２のゲートにノードｎの電位を供給する駆動を行えばよい。
【００９６】
また、図５（Ｂ）には、異なる構成の画素回路３０を示している。図５（Ｂ）に示す画素回路３０は、表示素子３１、トランジスタ３２、トランジスタ３３、容量素子３４、及びトランジスタ３５を有する。
【００９７】
［画素ユニット１１の構成例２］
以下では、図６（Ａ）を用いて表示素子３１に液晶素子を適用した場合の画素ユニット１１の構成例を説明する。なお図６（Ａ）に示す回路では、液晶素子だけでなく、素子にかかる電圧によりその階調が変化する様々な素子を適用することができる。
【００９８】
図６（Ａ）では、液晶素子４１を有する４つの画素回路（画素回路４０ａ乃至４０ｄ）に、受光回路２０が接続されている例を示している。なお１つの受光回路２０に接続される画素回路の数はこれに限られない。
【００９９】
画素回路４０ａは、液晶素子４１、トランジスタ４２、容量素子４３、及び容量素子４４を有する。また画素回路４０ｂ、画素回路４０ｃ及び画素回路４０ｄも同様の構成を有している。
【０１００】
画素回路４０ａにおいて、液晶素子４１は、一方の電極がトランジスタ４２のソース又はドレインの一方、容量素子４３の一方の電極、及び容量素子４４の一方の電極と接続され、他方の電極が配線ＶＣと接続されている。トランジスタ４２は、ゲートが配線ＧＬ１と接続され、ソース又はドレインの他方が配線ＳＬ１と接続されている。容量素子４３は他方の電極が配線ＶＣｓと接続されている。容量素子４４の他方の電極は、他の画素回路の容量素子４４の他方の電極、及び受光回路２０のノードｎと接続されている。ここで、液晶素子４１の一方の電極が接続されるノードをノードｎ１とする。
【０１０１】
画素回路４０ａと画素回路４０ｂは、配線ＧＬ１を共有する。画素回路４０ｃと画素回路４０ｄは、配線ＧＬ２を共有する。画素回路４０ａと画素回路４０ｃは、配線ＳＬ１を共有する。画素回路４０ｂと画素回路４０ｄは、配線ＳＬ２を共有する。配線ＶＣ、及び配線ＶＣｓには、それぞれ所定の電位が与えられる。
【０１０２】
画素回路４０ａにおいて、配線ＳＬ１にビデオ信号が入力されると、導通状態のトランジスタ４２を介してノードｎ１に所定の階調に応じた電位が与えられる。液晶素子４１には、ノードｎ１と配線ＶＣの間の電圧が与えられることで、液晶の配向が制御され、液晶素子４１を介して射出される光の輝度が変化する。このようにして液晶素子４１の階調を制御することができる。
【０１０３】
また、受光回路２０のノードｎと、画素回路４０ａのノードｎ１とは、容量素子４４を介して容量性の結合が形成されている。したがって、トランジスタ４２を非導通状態とすることでノードｎ１を電気的にフローティングとした状態で、受光回路２０の電位が変化すると、これに伴ってノードｎ１の電位が変化する。その結果、液晶素子４１にかかる電圧が変化し、液晶素子４１の階調を変化させることができる。
【０１０４】
図６（Ａ）で例示した画素ユニット１１を有する表示装置では、受光回路２０による補正動作を帰線期間中に行うのではなく、表示期間中に行うことが好ましい。特に、１つの受光回路２０に接続される複数の画素回路３０の全てにビデオ信号が入力された直後に、補正動作を行うことが好ましい。
【０１０５】
図６（Ｂ）に、駆動方法の一例を説明するためのタイミングチャートを示す。ここで、走査する向きに対してｎ番目に配置される画素ユニットを画素ユニット１１［ｎ］、その次のｎ＋１番目に配置される画素ユニットを画素ユニット１１［ｎ＋１］とする。また、それぞれの画素ユニットに接続される配線に、［ｎ］または［ｎ＋１］の符号を付している。
【０１０６】
図６（Ｂ）に示すように、配線ＧＬ１［ｎ］及び配線ＧＬ２［ｎ］に順次ハイレベル電位が供給されることで、これらの配線に接続された各画素回路に配線ＳＬから信号が供給される。続いて、配線ＴＸ［ｎ］にハイレベル電位を供給して、各々の画素回路の階調を補正する。この動作を順次繰り返すことで、外光の照度に応じて階調が補正された画像をタイムラグが生じることなく表示することができる。
【０１０７】
ここで、ｎ番目の画素ユニット１１［ｎ］に接続される配線ＴＸ［ｎ］と、ｎ＋１番目の画素ユニット１１［ｎ＋１］に接続される配線ＧＬ１［ｎ＋１］には、同じ信号を供給してもよい。これにより、配線ＴＸに信号を供給する回路を別途設ける必要がないため、構成を簡略化できる。
【０１０８】
なお、図６（Ａ）では、１つの画素ユニット１１に２本のゲート線（配線ＧＬ１、ＧＬ２）が接続される構成を示したが、これに限られず、１本でもよいし、３本以上であってもよい。
【０１０９】
また、図６（Ａ）では容量素子４３と容量素子４４の２つの容量素子を有する例を示したが、容量素子４３およびこれと接続する配線ＶＣｓを無くすこともできる。このような構成とすると、ノードｎの電位の変化量に対する液晶素子４１の階調の変化量の割合をより大きくすることができ、より広範囲に亘って液晶素子４１の階調を変化させることができる。
【０１１０】
液晶素子４１として、ノーマリーブラックの（電圧を印加しない状態で黒表示となる）素子を用い、配線ＳＬから入力される電位以下の電位が、配線ＶＣに供給されるとする。このとき、液晶素子４１の階調は、ノードｎ１の電位が高くなると高階調側にシフトし、当該電位が低くなると、低階調側にシフトすることとなる。
【０１１１】
なお、配線ＳＬから入力される電位よりも配線ＶＣに与える電位が高い場合や、液晶素子４１としてノーマリーホワイトの（電圧を印加しない状態で白表示となる）素子を用いた場合などでは、上記とは反対に、液晶素子４１の階調はノードｎ１の電位が低くなるほど低階調側にシフトし、当該電位が高くなるほど高階調側にシフトすることとなる。したがって、受光素子２１の露光量が大きくなるほど、ノードｎの電位が低くなるように、受光回路２０の構成を変更すればよい。例えば、受光素子２１のアノード及びカソードを反転し、且つ配線ＶＰＲと配線ＶＰＯに与える電位の大小関係を入れ替えることなどが挙げられる。
【０１１２】
［表示装置の変形例］
以下では、被検知体の近接または接触を検知するタッチパネルとしての機能を付加した表示装置の構成例について説明する。
【０１１３】
図７（Ａ）に示す表示装置５０は、図１（Ａ）で例示した表示装置１０に加えて、表示領域１２内に複数の回路１６と、複数の受光素子５１を有する。また表示装置５０は、回路１７、回路１８、及び回路１９を有する。
【０１１４】
回路１６は、それぞれ１以上の受光素子５１を有する。回路１６は、受光素子５１の露光量に応じた信号を回路１８に出力する機能を有する。回路１７は、複数の回路１６のそれぞれを駆動するための信号や電位を出力する回路である。回路１８は、複数の回路１６の２つから入力される信号の差分の情報を、出力信号として回路１９に出力する機能を有する。回路１９は、回路１８から入力された信号に基づいて、位置情報を外部に出力する機能を有する。なお、ここでは回路１７、回路１８及び回路１９を分けて説明したが、これらの機能を有するＩＣを用いてもよい。または、これらのうち１以上の回路を画素ユニットと同一基板上に形成し、残りをＩＣとして当該基板に実装してもよい。
【０１１５】
図７（Ｂ）に、回路１６及び回路１８のより具体的な例を示す。ここでは簡単のために、回路１８に２つの回路１６（回路１６［１］、回路１６［２］）が接続された例を示している。実際には図７（Ｂ）に示す構成が複数配置される。
【０１１６】
まず、回路１６の構成を説明する。ここで回路１６［１］と回路１６［２］は同様の構成を用いることができるため、これらを総称して回路１６と呼ぶこととする。
【０１１７】
回路１６は、ｎ個（ｎは１以上の整数）の受光素子５１（受光素子５１［１］乃至受光素子５１［ｎ］）、トランジスタ５２、トランジスタ５３、トランジスタ５４、及びトランジスタ５５を有する。ここでｎ個の受光素子はそれぞれ同様の構成を用いることができるため、これらを区別せずに受光素子５１と呼ぶこととする。ｎ個の受光素子５１はそれぞれ並列に接続されている。
【０１１８】
回路１６は、配線ＰＲ１に与えられる信号に従って、トランジスタ５４のゲートの電位が配線ＶＰＲ１に与えられる電位にリセットされる。また配線ＴＸ１に与えられる信号に従って、トランジスタ５４のゲートの電位はｎ個の受光素子５１の露光量に応じた電位に定まる。また配線ＳＥ１に与えられる信号に従って、トランジスタ５４のゲートの電位に応じた電位が配線ＰＯ１（または配線ＰＯ２）を介して回路１８に出力される。
【０１１９】
回路１８は、トランジスタ６１乃至トランジスタ６６、及び抵抗素子６７を有する。
【０１２０】
回路１８は、配線ＢＲに与えられる信号に従って、トランジスタ６１及びトランジスタ６２のゲートの電位が配線ＶＰＯ２に与えられる電位にリセットされる。また配線Ｓ０及び配線Ｓ１に交互に与えられる信号にしたがって、配線ＰＯ１及び配線ＰＯ２から入力される電位に応じた信号が、配線ＲＥＡＤＯＵＴに出力される。配線ＲＥＡＤＯＵＴからの出力信号は、例えば回路１９が有するアナログデジタル変換回路等に供給され、デジタル信号として処理することができる。
【０１２１】
このような構成により、例えば指等の被検知体が表示装置５０の表示面に触れたときに、その位置情報を検出することができる。例えば、回路１６［１］において、画素を黒表示したときの検出を行うと、被検知体により外光が遮光された位置を特定できる。また回路１６［２］において、画素を特定の色の表示をしたときの検出を行うと、被検知体による反射光が強い、すなわち被検知体が最も近づいている位置を検出できる。この動作を交互に行い、それぞれの位置情報の差分を取ることにより、より精度の高い位置検出を行うことができる。
【０１２２】
なお、図７等において、回路１６及び回路１８に適用されるトランジスタは、その半導体膜に、酸化物半導体が用いられていてもよいし、酸化物半導体以外の、非晶質、微結晶、多結晶、または単結晶の、シリコンまたはゲルマニウムなどの半導体が用いられていてもよい。回路１６及び回路１８内の全てのトランジスタの半導体膜に、同じ材料の半導体を用いることで、プロセスを簡略化することができる。
【０１２３】
特に、トランジスタ５２やトランジスタ５３は、これと接続されたノードにおいて蓄積された電荷を保持する機能を有するため、オフ電流は小さいほうが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、真性キャリア密度がシリコンよりも低い酸化物半導体膜に、チャネル形成領域が形成されるトランジスタを、トランジスタ５２やトランジスタ５３も用いることが好ましい。また、トランジスタ５４、トランジスタ５５、及び回路１８を構成するトランジスタ６１乃至トランジスタ６６のそれぞれの半導体膜に、例えば、多結晶または単結晶のシリコンなどのように、酸化物半導体よりも高い移動度が得られる半導体材料を用いることで、回路１６からの信号の読み出しを高速で行うことができる。
【０１２４】
なお、特に断りがない限り、本明細書等においてオフ電流とは、遮断領域においてトランジスタのソースとドレイン間に流れる電流を意味する。
【０１２５】
［半導体表示装置の断面構造］
図８に、本発明の一態様の表示装置の、表示領域の断面構造を一例として示す。なお、図８では、図２（Ａ）における受光素子２１、表示素子３１、トランジスタ３３、及び容量素子３４の断面構造を例示している。
【０１２６】
図８に示す表示装置は、基板４００上にトランジスタ３３と、容量素子３４と、受光素子２１を有する。トランジスタ３３は、第１のゲートとして機能する導電層４０１と、導電層４０１上の絶縁層４０２と、絶縁層４０２を間に挟んで導電層４０１と重なる半導体層４０３と、半導体層４０３に電気的に接続されたソース又はドレインとして機能する導電層４０４及び導電層４０５と、半導体層４０３、導電層４０４、及び導電層４０５上の絶縁層４１１と、絶縁層４１１を間に挟んで半導体層４０３と重なり、なおかつ第２のゲートとして機能する導電層４１２と、を有する。
【０１２７】
容量素子３４は、電極として機能する導電層４０１と、導電層４０１上の絶縁層４０２と、絶縁層４０２を間に挟んで導電層４０１と重なり、なおかつ電極として機能する導電層４０５と、を有する。
【０１２８】
絶縁層４０２としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム及び酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層させて用いればよい。なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。
【０１２９】
また、半導体層４０３として酸化物半導体を用いる場合、絶縁層４１１は半導体層４０３に酸素を供給させることが可能な材料を用いることが好ましい。上記材料を絶縁層４１１に用いることで、絶縁層４１１に含まれる酸素を半導体層４０３に移動させることが可能であり、半導体層４０３の酸素欠損量を低減することができる。絶縁層４１１に含まれる酸素の半導体層４０３への移動は、絶縁層４１１を形成した後に、加熱処理を行うことで効率的に行うことができる。
【０１３０】
また、受光素子２１は、順次積層されたｐ型の半導体層４０６と、ｉ型の半導体層４０７と、ｎ型の半導体層４０８と、を有している。導電層４０９は、受光素子２１の陽極として機能するｐ型の半導体層４０６に接続されている。そして、基板４００と受光素子２１の間には、受光素子２１を透過した光を反射する機能を有する、導電層４１０が設けられている。
【０１３１】
なお、受光素子２１には、単結晶基板にｐｎ型やｐｉｎ型の接合が形成されたダイオード素子を用いてもよい。または非晶質シリコン膜や微結晶シリコン膜などを用いたｐｉｎ型ダイオード素子などを用いてもよい。なお、上記においては、フォトダイオードを有する構成を例示したが、他の光電変換素子であってもよい。例えば、ダイオード接続のトランジスタを用いてもよい。また、光電効果を利用した可変抵抗などをシリコン、ゲルマニウム、セレンなど用いて形成してもよい。また、アバランシェ増倍を利用したセレンを用いたフォトダイオードを用いてもよい。当該フォトダイオードでは、入射する光量に対する電子の増幅が大きい高感度の受光素子とすることができる。
【０１３２】
具体的に、導電層４１０上には絶縁層４０２が設けられており、絶縁層４０２上には導電層４０９が設けられており、導電層４０９上には絶縁層４１１が設けられており、絶縁層４１１上には受光素子２１の半導体層４０６が設けられている。そして、絶縁層４１１には開口部が設けられており、当該開口部において、導電層４０９と半導体層４０６とが接続されている。
【０１３３】
トランジスタ３３、容量素子３４、受光素子２１上には絶縁層４２０が設けられており、絶縁層４２０上には導電層４２１、導電層４２２及び導電層４１３が設けられている。導電層４２１は、絶縁層４１１及び絶縁層４２０に設けられた開口部において、導電層４０５に接続されている。また、導電層４２２は、絶縁層４２０に設けられた開口部において、受光素子２１の半導体層４０８に接続されている。また導電層４１３は、絶縁層４２０に設けられた開口部において、トランジスタ３３の導電層４１２と接続されている。
【０１３４】
絶縁層４２０、導電層４２１、導電層４２２、及び導電層４１３上には絶縁層４２３が設けられており、絶縁層４２３上には導電層４２４が設けられている。導電層４２４は絶縁層４２３に設けられた開口部において、導電層４２１に接続されている。
【０１３５】
絶縁層４２３及び導電層４２４の上に絶縁層４２５が設けられている。絶縁層４２５は、導電層４２４と重なる位置に開口部を有し、受光素子２１と重なる位置に開口部を有する。また、絶縁層４２５上において、絶縁層４２５の開口部とは異なる位置に、絶縁層４２６が設けられている。そして、絶縁層４２５及び絶縁層４２６上には、ＥＬ層４２７及び導電層４２８が、順に積層するように設けられている。導電層４２４及び導電層４２８が、ＥＬ層４２７を間に挟んで重なり合う部分が、表示素子３１として機能する。そして、導電層４２４及び導電層４２８は、一方がアノード、他方がカソードとして機能する。
【０１３６】
また、表示装置は、表示素子３１を間に挟んで基板４００と対向する、基板４３０を有する。基板４３０上、すなわち基板４３０の表示素子３１に近い側の面上には、光を遮蔽する機能を有する遮蔽層４３１が設けられている。そして、遮蔽層４３１は、表示素子３１に重なる領域と、受光素子２１に重なる領域とに、それぞれ開口部を有している。表示素子３１に重なる開口部において、基板４３０上には特定の波長範囲の可視光を透過する着色層４３２が設けられている。なお、基板４３０を透過して受光素子２１に入射する光の強度を高めるために、着色層４３２は、受光素子２１と重ならない位置に設けることが好ましい。
【０１３７】
本実施の形態は、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１３８】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態に示した各種トランジスタに置き換えて用いることが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。
【０１３９】
本発明の一態様の表示装置１０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。
【０１４０】
〔ボトムゲート型トランジスタ〕
図９（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の断面図である。図９（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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
例えば、絶縁層７７２は、絶縁層７２２や絶縁層７０５と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層７７２は複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、半導体層７４２は、半導体層７０８と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、半導体層７４２は複数の半導体層の積層であってもよい。また、例えば、電極７４６は、電極７０６と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、電極７４６は複数の導電層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層７２６は、絶縁層７０７と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層７２６は複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、電極７４４ａおよび電極７４４ｂは、電極７１４または電極７１５と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、電極７４４ａおよび電極７４４ｂは複数の導電層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層７４１は、絶縁層７２６と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層７４１は複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層７２８は、絶縁層７１０と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層７２８は複数の絶縁層の積層であってもよい。また、例えば、絶縁層７２９は、絶縁層７１１と同様の材料および方法を用いて形成することができる。なお、絶縁層７２９は複数の絶縁層の積層であってもよい。
【０１４５】
本実施の形態で開示するトランジスタを構成する電極、半導体層、絶縁層などは、他の実施の形態に開示した材料および方法を用いて形成することができる。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
なお、半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合、絶縁層７２９の形成前または形成後、もしくは絶縁層７２９の形成前後に加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行うことで、絶縁層７２９や他の絶縁層中に含まれる酸素を半導体層７４２中に拡散させ、半導体層７４２中の酸素欠損を補填することができる。または、絶縁層７２９を加熱しながら成膜することで、半導体層７４２中の酸素欠損を補填することができる。
【０１５１】
なお、一般に、ＣＶＤ法は、プラズマを利用するプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ：Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  ＣＶＤ）法、熱を利用する熱ＣＶＤ（ＴＣＶＤ：Ｔｈｅｒｍａｌ  ＣＶＤ）法などに分類できる。さらに用いる原料ガスによって金属ＣＶＤ（ＭＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  ＣＶＤ）法、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）法などに分類できる。
【０１５２】
また、一般に、蒸着法は、抵抗加熱蒸着法、電子線蒸着法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＩＢＡＤ（Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ  Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などに分類できる。
【０１５３】
プラズマＣＶＤ法は、比較的低温で高品質の膜が得られる。また、ＭＯＣＶＤ法や蒸着法などの、成膜時にプラズマを用いない成膜方法を用いると、被形成面にダメージが生じにくく、また、欠陥の少ない膜が得られる。
【０１５４】
また、一般に、スパッタリング法は、ＤＣスパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）スパッタリング法、対向ターゲットスパッタリング法などに分類できる。
【０１５５】
対向ターゲットスパッタリング法では、プラズマがターゲット間に閉じこめられるため、基板へのプラズマダメージを低減することができる。また、ターゲットの傾きによっては、スパッタリング粒子の基板への入射角度を浅くすることができるため、段差被覆性を高めることができる。
【０１５６】
図９（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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
また、電極７４６および電極７２３は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、絶縁層７７２側もしくは電極７２３上方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層７４２のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加する−ＧＢＴ（Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験）による劣化が抑制される。また、ドレイン電圧の大きさにより、オン電流が流れ始めるゲート電圧（立ち上がり電圧）が変化する現象を軽減することができる。なお、この効果は、電極７４６および電極７２３が、同電位、または異なる電位の場合において生じる。
【０１６４】
なお、ＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【０１６５】
また、電極７４６および電極７２３を有し、且つ電極７４６および電極７２３を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタにおける電気特性のばらつきも同時に低減される。
【０１６６】
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加する＋ＧＢＴストレス試験前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。
【０１６７】
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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
図９（Ｂ１）に、ボトムゲート型のトランジスタの１つであるチャネル保護型のトランジスタ８２０の断面図を示す。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。
【０１７０】
図９（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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
図９（Ｃ１）に示すトランジスタ８２５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７４１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。
【０１７４】
図９（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。
【０１７５】
〔トップゲート型トランジスタ〕
図１０（Ａ１）に、トップゲート型のトランジスタの一種であるトランジスタ８３０の断面図を示す。トランジスタ８３０は、絶縁層７７２の上に半導体層７４２を有し、半導体層７４２および絶縁層７７２上に、半導体層７４２の一部に接する電極７４４ａ、および半導体層７４２の一部に接する電極７４４ｂを有し、半導体層７４２、電極７４４ａ、および電極７４４ｂ上に絶縁層７２６を有し、絶縁層７２６上に電極７４６を有する。
【０１７６】
トランジスタ８３０は、電極７４６および電極７４４ａ、並びに、電極７４６および電極７４４ｂが重ならないため、電極７４６および電極７４４ａの間に生じる寄生容量、並びに、電極７４６および電極７４４ｂ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（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（図１０（Ａ３）参照）。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。
【０１７７】
なお、不純物７５５の導入は、イオン注入装置、イオンドーピング装置またはプラズマ処理装置を用いて行うことができる。
【０１７８】
不純物７５５としては、例えば、第１３族元素または第１５族元素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることができる。また、半導体層７４２に酸化物半導体を用いる場合は、不純物７５５として、希ガス、水素、および窒素のうち、少なくとも一種類の元素を用いることも可能である。
【０１７９】
図１０（Ａ２）に示すトランジスタ８３１は、電極７２３および絶縁層７２７を有する点がトランジスタ８３０と異なる。トランジスタ８３１は、絶縁層７７２の上に形成された電極７２３を有し、電極７２３上に形成された絶縁層７２７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。よって、絶縁層７２７は、ゲート絶縁層として機能することができる。絶縁層７２７は、絶縁層７２６と同様の材料および方法により形成することができる。
【０１８０】
トランジスタ８１１と同様に、トランジスタ８３１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８３１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。
【０１８１】
図１０（Ｂ１）に例示するトランジスタ８４０は、トップゲート型のトランジスタの１つである。トランジスタ８４０は、電極７４４ａおよび電極７４４ｂを形成した後に半導体層７４２を形成する点が、トランジスタ８３０と異なる。また、図１０（Ｂ２）に例示するトランジスタ８４１は、電極７２３および絶縁層７２７を有する点が、トランジスタ８４０と異なる。トランジスタ８４０およびトランジスタ８４１において、半導体層７４２の一部は電極７４４ａ上に形成され、半導体層７４２の他の一部は電極７４４ｂ上に形成される。
【０１８２】
トランジスタ８１１と同様に、トランジスタ８４１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８４１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。
【０１８３】
図１１（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。トランジスタ８４２は、絶縁層７２９を形成した後に電極７４４ａおよび電極７４４ｂを形成する点がトランジスタ８３０やトランジスタ８４０と異なる。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。
【０１８４】
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（図１１（Ａ３）参照）。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。不純物７５５を半導体層７４２に導入する際に、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。よって、半導体層７４２中の電極７４６と重なる部分に隣接する領域にＬＤＤ（Ｌｉｇｈｔｌｙ  Ｄｏｐｅｄ  Ｄｒａｉｎ）領域が形成される。
【０１８５】
図１１（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を有し、絶縁層７７２を介して半導体層７４２と重なる。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。
【０１８６】
また、図１１（Ｂ１）に示すトランジスタ８４４および図１１（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１１（Ｃ１）に示すトランジスタ８４６および図１１（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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
（実施の形態３）
＜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  Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）−ＯＳの構成について説明する。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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の機能する場合、ＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）−ＯＳ（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、またはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅと定義する。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
＜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。
【０２０５】
≪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。
【０２０６】
各試料の作製方法について、説明する。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
≪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。
【０２１０】
図１８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１８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。
【０２１１】
図１８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。
【０２１２】
また、図１８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。
【０２１３】
≪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。）。
【０２１４】
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。
【０２１５】
図１９（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１９（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。
【０２１６】
≪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。
【０２１７】
図１９（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１９（Ｃ）、黒点ａ２の結果を図１９（Ｄ）、黒点ａ３の結果を図１９（Ｅ）、黒点ａ４の結果を図１９（Ｆ）、および黒点ａ５の結果を図１９（Ｇ）に示す。
【０２１８】
図１９（Ｃ）、図１９（Ｄ）、図１９（Ｅ）、図１９（Ｆ）、および図１９（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。
【０２１９】
また、図１９（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１９（Ｈ）、黒点ｂ２の結果を図１９（Ｉ）、黒点ｂ３の結果を図１９（Ｊ）、黒点ｂ４の結果を図１９（Ｋ）、および黒点ｂ５の結果を図１９（Ｌ）に示す。
【０２２０】
図１９（Ｈ）、図１９（Ｉ）、図１９（Ｊ）、図１９（Ｋ）、および図１９（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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
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。
【０２２５】
≪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。
【０２２６】
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。
【０２２７】
図２０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２０（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２０（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２０（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２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、および図２０（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２０に示すＥＤＸマッピングの倍率は７２０万倍である。
【０２２８】
図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、および図２０（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２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、および図２０（Ｃ）に示す実線で囲む範囲と破線で囲む範囲に注目する。
【０２２９】
図２０（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２０（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。
【０２３０】
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２０（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。
【０２３１】
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２０（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。
【０２３２】
また、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、および図２０（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。
【０２３３】
このように、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Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、ＣＡＣ−ＯＳと呼称することができる。
【０２３４】
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。
【０２３５】
また、図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）、および図２０（Ｃ）より、ＧａＯＸ３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。
【０２３６】
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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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。
【０２４０】
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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を有する表示モジュール及び電子機器について、図１２乃至図１７を用いて説明を行う。
【０２４３】
図１２に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との間に、ＦＰＣ８００３に接続されたタッチパネル８００４、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリ８０１１を有する。
【０２４４】
本発明の一態様の表示パネル、タッチパネル、またはタッチパネルモジュールは、例えば、タッチパネル８００４に用いることができる。
【０２４５】
上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、タッチパネル８００４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。
【０２４６】
タッチパネル８００４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に重畳して用いることができる。また、タッチパネル８００４の対向基板（封止基板）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。また、タッチパネル８００４の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
【０２４７】
また、透過型、または半透過型の液晶素子を用いた場合には、タッチパネル８００４とフレーム８００９の間にバックライトを設けてもよい。バックライトは、光源を有する。なお、バックライト上に光源を配置する構成としてもよいし、バックライトの端部に光源を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機ＥＬ素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、または反射型パネル等の場合においては、バックライトを設けない構成としてもよい。
【０２４８】
フレーム８００９は、タッチパネル８００４の保護機能の他、プリント基板８０１０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８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。
【０２４９】
プリント基板８０１０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８０１１による電源であってもよい。バッテリ８０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
【０２５０】
また、タッチパネル８００４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。
【０２５１】
本発明の一態様の表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、タッチパネルモジュール、入力装置、表示装置、または入出力装置を用いて、電子機器や照明装置を作製できる。本発明の一態様の入力装置、表示装置、または入出力装置を用いて、曲面を有し、信頼性の高い電子機器や照明装置を作製できる。また、本発明の一態様の入力装置、表示装置、または入出力装置を用いて、可撓性を有し、信頼性の高い電子機器や照明装置を作製できる。また本発明の一態様の入力装置、または入出力装置を用いて、タッチセンサの検出感度が向上した電子機器や照明装置を作製できる。
【０２５２】
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、又はテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
【０２５３】
また、本発明の一態様の電子機器又は照明装置は可撓性を有する場合、家屋やビルの内壁もしくは外壁、又は、自動車の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことも可能である。
【０２５４】
また、本発明の一態様の電子機器は、二次電池を有していてもよく、非接触電力伝送を用いて、二次電池を充電することができると好ましい。
【０２５５】
二次電池としては、例えば、ゲル状電解質を用いるリチウムポリマー電池（リチウムイオンポリマー電池）等のリチウムイオン二次電池、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニカド電池、有機ラジカル電池、鉛蓄電池、空気二次電池、ニッケル亜鉛電池、銀亜鉛電池などが挙げられる。
【０２５６】
本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。また、電子機器が二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
【０２５７】
図１３（Ａ）乃至図１３（Ｈ）、及び図１４（Ａ）、（Ｂ）は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体５０００、表示部５００１、スピーカ５００３、ＬＥＤランプ５００４、操作キー５００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子５００６、センサ５００７（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン５００８、等を有することができる。
【０２５８】
図１３（Ａ）はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ５００９、赤外線ポート５０１０、等を有することができる。
【０２５９】
図１３（Ｂ）は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置（たとえば、ＤＶＤ再生装置）であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。
【０２６０】
図１３（Ｃ）はテレビジョン装置であり、上述したものの他に、スタンド５０１２等を有することができる。また、テレビジョン装置の操作は、筐体５０００が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機５０１３により行うことができる。リモコン操作機５０１３が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部５００１に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機５０１３に、当該リモコン操作機５０１３から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０２６１】
図１３（Ｄ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。
【０２６２】
図１３（Ｅ）はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ５０１４、シャッターボタン５０１５、受像部５０１６、等を有することができる。
【０２６３】
図１３（Ｆ）は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第２表示部５００２、記録媒体読込部５０１１、等を有することができる。
【０２６４】
図１３（Ｇ）は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器５０１７、等を有することができる。
【０２６５】
図１３（Ｈ）は腕時計型情報端末であり、上述したもののほかに、バンド５０１８、留め金５０１９、等を有することができる。ベゼル部分を兼ねる筐体５０００に搭載された表示部５００１は、非矩形状の表示領域を有している。表示部５００１は、時刻を表すアイコン５０２０、その他のアイコン５０２１等を表示することができる。
【０２６６】
図１４（Ａ）はデジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）である。図１４（Ｂ）は円柱状の柱に取り付けられたデジタルサイネージである。
【０２６７】
図１３（Ａ）乃至図１３（Ｈ）、及び図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体（外部又はカメラに内蔵）に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図１３（Ａ）乃至図１３（Ｈ）、及び図１４（Ａ）、（Ｂ）に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
【０２６８】
図１５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｄ）、（Ｅ）に、湾曲した表示部７０００を有する電子機器の一例を示す。表示部７０００はその表示面が湾曲して設けられ、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。なお、表示部７０００は可撓性を有していてもよい。
【０２６９】
表示部７０００は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、または入出力装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した表示部を備え、且つ信頼性の高い電子機器を提供できる。
【０２７０】
図１５（Ａ）に携帯電話機の一例を示す。携帯電話機７１００は、筐体７１０１、表示部７０００、操作ボタン７１０３、外部接続ポート７１０４、スピーカ７１０５、マイク７１０６等を有する。
【０２７１】
図１５（Ａ）に示す携帯電話機７１００は、表示部７０００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７０００に触れることで行うことができる。
【０２７２】
また、操作ボタン７１０３の操作により、電源のＯＮ、ＯＦＦ動作や、表示部７０００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。
【０２７３】
図１５（Ｂ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７２００は、筐体７２０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７２０３により筐体７２０１を支持した構成を示している。
【０２７４】
図１５（Ｂ）に示すテレビジョン装置７２００の操作は、筐体７２０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７２１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７０００に触れることで操作してもよい。リモコン操作機７２１１は、当該リモコン操作機７２１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７２１１が備える操作キー又はタッチパネルにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
【０２７５】
なお、テレビジョン装置７２００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
【０２７６】
図１５（Ｃ１）、（Ｃ２）、（Ｄ）、（Ｅ）に携帯情報端末の一例を示す。各携帯情報端末は、筐体７３０１及び表示部７０００を有する。さらに、操作ボタン、外部接続ポート、スピーカ、マイク、アンテナ、又はバッテリ等を有していてもよい。表示部７０００にはタッチセンサを備える。携帯情報端末の操作は、指やスタイラスなどで表示部７０００に触れることで行うことができる。
【０２７７】
図１５（Ｃ１）は、携帯情報端末７３００の斜視図であり、図１５（Ｃ２）は携帯情報端末７３００の上面図である。図１５（Ｄ）は、携帯情報端末７３１０の斜視図である。図１５（Ｅ）は、携帯情報端末７３２０の斜視図である。
【０２７８】
本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、電話機、手帳又は情報閲覧装置等から選ばれた一つ又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それぞれ用いることができる。本実施の形態で例示する携帯情報端末は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
【０２７９】
携帯情報端末７３００、携帯情報端末７３１０及び携帯情報端末７３２０は、文字や画像情報をその複数の面に表示することができる。例えば、図１５（Ｃ１）、（Ｄ）に示すように、３つの操作ボタン７３０２を一の面に表示し、矩形で示す情報７３０３を他の面に表示することができる。図１５（Ｃ１）、（Ｃ２）では、携帯情報端末の上側に情報が表示される例を示し、図１５（Ｄ）では、携帯情報端末の横側に情報が表示される例を示す。また、携帯情報端末の３面以上に情報を表示してもよく、図１５（Ｅ）では、情報７３０４、情報７３０５、情報７３０６がそれぞれ異なる面に表示されている例を示す。
【０２８０】
なお、情報の例としては、ＳＮＳ（ソーシャル・ネットワーキング・サービス）の通知、電子メールや電話などの着信を知らせる表示、電子メールなどの題名もしくは送信者名、日時、時刻、バッテリの残量、アンテナ受信の強度などがある。または、情報が表示されている位置に、情報の代わりに、操作ボタン、アイコンなどを表示してもよい。
【０２８１】
例えば、携帯情報端末７３００の使用者は、洋服の胸ポケットに携帯情報端末７３００を収納した状態で、その表示（ここでは情報７３０３）を確認することができる。
【０２８２】
具体的には、着信した電話の発信者の電話番号又は氏名等を、携帯情報端末７３００の上方から観察できる位置に表示する。使用者は、携帯情報端末７３００をポケットから取り出すことなく、表示を確認し、電話を受けるか否かを判断できる。
【０２８３】
図１５（Ｆ）〜（Ｈ）に、湾曲した発光部を有する照明装置の一例を示している。
【０２８４】
図１５（Ｆ）〜（Ｈ）に示す各照明装置が有する発光部は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、または入出力装置等を用いて作製される。本発明の一態様により、湾曲した発光部を備え、且つ信頼性の高い照明装置を提供できる。
【０２８５】
図１５（Ｆ）に示す照明装置７４００は、波状の発光面を有する発光部７４０２を備える。したがってデザイン性の高い照明装置となっている。
【０２８６】
図１５（Ｇ）に示す照明装置７４１０の備える発光部７４１２は、凸状に湾曲した２つの発光部が対称的に配置された構成となっている。したがって照明装置７４１０を中心に全方位を照らすことができる。
【０２８７】
図１５（Ｈ）に示す照明装置７４２０は、凹状に湾曲した発光部７４２２を備える。したがって、発光部７４２２からの発光を、照明装置７４２０の前面に集光するため、特定の範囲を明るく照らす場合に適している。また、このような形態とすることで、影ができにくいという効果を奏する。
【０２８８】
また、照明装置７４００、照明装置７４１０及び照明装置７４２０の備える各々の発光部は可撓性を有していてもよい。発光部を可塑性の部材や可動なフレームなどの部材で固定し、用途に合わせて発光部の発光面を自在に湾曲可能な構成としてもよい。
【０２８９】
照明装置７４００、照明装置７４１０及び照明装置７４２０は、それぞれ、操作スイッチ７４０３を備える台部７４０１と、台部７４０１に支持される発光部を有する。
【０２９０】
なおここでは、台部によって発光部が支持された照明装置について例示したが、発光部を備える筐体を天井に固定する、又は天井からつり下げるように用いることもできる。発光面を湾曲させて用いることができるため、発光面を凹状に湾曲させて特定の領域を明るく照らす、又は発光面を凸状に湾曲させて部屋全体を明るく照らすこともできる。
【０２９１】
図１６（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ）〜（Ｉ）に、可撓性を有する表示部７００１を有する携帯情報端末の一例を示す。
【０２９２】
表示部７００１は、本発明の一態様の機能パネル、表示パネル、発光パネル、センサパネル、タッチパネル、表示装置、または入出力装置等を用いて作製される。例えば、曲率半径０．０１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下で曲げることができる表示装置、または入出力装置等を適用できる。また、表示部７００１はタッチセンサを備えていてもよく、指等で表示部７００１に触れることで携帯情報端末を操作することができる。本発明の一態様により、可撓性を有する表示部を備え、且つ信頼性の高い電子機器を提供できる。
【０２９３】
図１６（Ａ１）は、携帯情報端末の一例を示す斜視図であり、図１６（Ａ２）は、携帯情報端末の一例を示す側面図である。携帯情報端末７５００は、筐体７５０１、表示部７００１、引き出し部材７５０２、操作ボタン７５０３等を有する。
【０２９４】
携帯情報端末７５００は、筐体７５０１内にロール状に巻かれた可撓性を有する表示部７００１を有する。
【０２９５】
また、携帯情報端末７５００は内蔵された制御部によって映像信号を受信可能で、受信した映像を表示部７００１に表示することができる。また、携帯情報端末７５００にはバッテリが内蔵されている。また、筐体７５０１にコネクターを接続する端子部を備え、映像信号や電力を有線により外部から直接供給する構成としてもよい。
【０２９６】
また、操作ボタン７５０３によって、電源のＯＮ、ＯＦＦ動作や表示する映像の切り替え等を行うことができる。なお、図１６（Ａ１）、（Ａ２）、（Ｂ）では、携帯情報端末７５００の側面に操作ボタン７５０３を配置する例を示すが、これに限られず、携帯情報端末７５００の表示面と同じ面（おもて面）や、裏面に配置してもよい。
【０２９７】
図１６（Ｂ）には、表示部７００１を引き出し部材７５０２により引き出した状態の携帯情報端末７５００を示す。この状態で表示部７００１に映像を表示することができる。また、表示部７００１の一部がロール状に巻かれた図１６（Ａ１）の状態と表示部７００１を引き出し部材７５０２により引き出した図１６（Ｂ）の状態とで、携帯情報端末７５００が異なる表示を行う構成としてもよい。例えば、図１６（Ａ１）の状態のときに、表示部７００１のロール状に巻かれた部分を非表示とすることで、携帯情報端末７５００の消費電力を下げることができる。
【０２９８】
なお、表示部７００１を引き出した際に表示部７００１の表示面が平面状となるように固定するため、表示部７００１の側部に補強のためのフレームを設けていてもよい。
【０２９９】
なお、この構成以外に、筐体にスピーカを設け、映像信号と共に受信した音声信号によって音声を出力する構成としてもよい。
【０３００】
図１６（Ｃ）〜（Ｅ）に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図１６（Ｃ）では、展開した状態、図１６（Ｄ）では、展開した状態又は折りたたんだ状態の一方から他方に変化する途中の状態、図１６（Ｅ）では、折りたたんだ状態の携帯情報端末７６００を示す。携帯情報端末７６００は、折りたたんだ状態では可搬性に優れ、展開した状態では、継ぎ目のない広い表示領域により一覧性に優れる。
【０３０１】
表示部７００１はヒンジ７６０２によって連結された３つの筐体７６０１に支持されている。ヒンジ７６０２を介して２つの筐体７６０１間を屈曲させることにより、携帯情報端末７６００を展開した状態から折りたたんだ状態に可逆的に変形させることができる。
【０３０２】
図１６（Ｆ）、（Ｇ）に、折りたたみ可能な携帯情報端末の一例を示す。図１６（Ｆ）では、表示部７００１が内側になるように折りたたんだ状態、図１６（Ｇ）では、表示部７００１が外側になるように折りたたんだ状態の携帯情報端末７６５０を示す。携帯情報端末７６５０は表示部７００１及び非表示部７６５１を有する。携帯情報端末７６５０を使用しない際に、表示部７００１が内側になるように折りたたむことで、表示部７００１の汚れや傷つきを抑制できる。
【０３０３】
図１６（Ｈ）に、可撓性を有する携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末７７００は、筐体７７０１及び表示部７００１を有する。さらに、入力手段であるボタン７７０３ａ、７７０３ｂ、音声出力手段であるスピーカ７７０４ａ、７７０４ｂ、外部接続ポート７７０５、マイク７７０６等を有していてもよい。また、携帯情報端末７７００は、可撓性を有するバッテリ７７０９を搭載することができる。バッテリ７７０９は例えば表示部７００１と重ねて配置してもよい。
【０３０４】
筐体７７０１、表示部７００１、及びバッテリ７７０９は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末７７００を所望の形状に湾曲させることや、携帯情報端末７７００に捻りを加えることが容易である。例えば、携帯情報端末７７００は、表示部７００１が内側又は外側になるように折り曲げて使用することができる。または、携帯情報端末７７００をロール状に巻いた状態で使用することもできる。このように筐体７７０１及び表示部７００１を自由に変形することが可能であるため、携帯情報端末７７００は、落下した場合、又は意図しない外力が加わった場合であっても、破損しにくいという利点がある。
【０３０５】
また、携帯情報端末７７００は軽量であるため、筐体７７０１の上部をクリップ等で把持してぶら下げて使用する、又は、筐体７７０１を磁石等で壁面に固定して使用するなど、様々な状況において利便性良く使用することができる。
【０３０６】
図１６（Ｉ）に腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末７８００は、バンド７８０１、表示部７００１、入出力端子７８０２、操作ボタン７８０３等を有する。バンド７８０１は、筐体としての機能を有する。また、携帯情報端末７８００は、可撓性を有するバッテリ７８０５を搭載することができる。バッテリ７８０５は例えば表示部７００１やバンド７８０１と重ねて配置してもよい。
【０３０７】
バンド７８０１、表示部７００１、及びバッテリ７８０５は可撓性を有する。そのため、携帯情報端末７８００を所望の形状に湾曲させることが容易である。
【０３０８】
操作ボタン７８０３は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、携帯情報端末７８００に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作ボタン７８０３の機能を自由に設定することもできる。
【０３０９】
また、表示部７００１に表示されたアイコン７８０４に指等で触れることで、アプリケーションを起動することができる。
【０３１０】
また、携帯情報端末７８００は、通信規格に準拠した近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。
【０３１１】
また、携帯情報端末７８００は入出力端子７８０２を有していてもよい。入出力端子７８０２を有する場合、他の情報端末とコネクターを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子７８０２を介して充電を行うこともできる。なお、本実施の形態で例示する携帯情報端末の充電動作は、入出力端子を介さずに非接触電力伝送により行ってもよい。
【０３１２】
図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に折り畳み可能な腕時計型の携帯情報端末の一例を示す。携帯情報端末７９００は、表示部７９０１、筐体７９０２、第２の筐体７９０３、バンド７９０４、操作ボタン７９０５等を有する。
【０３１３】
携帯情報端末７９００は、図１７（Ａ）に示すように筐体７９０２が筐体７９０３上に重ねられた状態から、図１７（Ｂ）に示すように筐体７９０２を持ち上げることにより、図１７（Ｃ）に示すように、表示部７９０１が展開された状態に可逆的に変形させることができる。そのため携帯情報端末７９００は、例えば通常は表示部７９０１を折り畳んだ状態で使用することが可能で、また表示部７９０１を展開することにより表示領域を広げて使用することができる。
【０３１４】
また、表示部７９０１がタッチパネルとしての機能を有することで、表示部７９０１を触れることで携帯情報端末７９００を操作することができる。また操作ボタン７９０５を押す、回す、若しくは上下方向、手前方向、または奥行方向にずらすなどの操作により、携帯情報端末７９００を操作することができる。
【０３１５】
図１７（Ａ）に示すように、筐体７９０２と筐体７９０３とが重なった状態のとき、筐体７９０２と筐体７９０３とが意図せずに離れないようにロック機構を有することが好ましい。このとき、例えば操作ボタン７９０５を押すなどの操作により、ロック状態を解除できる構成とすることが好ましい。また、バネなどの復元力を利用して、ロック状態を解除したときに、図１７（Ａ）に示す状態から図１７（Ｃ）に示す状態に自動的に変形する機構を有していてもよい。または、ロック機構に代えて磁石を用い、磁力により筐体７９０２と筐体７９０３の相対的な位置を固定してもよい。磁力を用いることで容易に筐体７９０２と筐体７９０３とを脱着させることができる。
【０３１６】
図１７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では、バンド７９０４の曲がる向きに対して概略垂直な方向に表示部７９０１が展開できる構成を示したが、図１７（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、バンド７９０４の曲がる向きに概略平行な方向に表示部７９０１を展開できる構成としてもよい。またこのとき、バンド７９０４に巻きつけるように、表示部７９０１を湾曲させて用いてもよい。
【０３１７】
本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。該表示部に、本発明の一態様の表示装置、タッチパネル、またはタッチパネルモジュール等を適用することができる。
【０３１８】
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】
【０３１９】
１０    表示装置
１１    画素ユニット
１２    表示領域
１３    回路
１４    回路
１５    回路
１６    回路
１７    回路
１８    回路
１９    回路
２０    受光回路
２１    受光素子
２２    トランジスタ
２３    トランジスタ
２４    容量素子
３０    画素回路
３０ａ    画素回路
３０ｂ    画素回路
３０ｃ    画素回路
３０ｄ    画素回路
３０ｅ    画素回路
３０ｆ    画素回路
３１    表示素子
３２    トランジスタ
３３    トランジスタ
３４    容量素子
３５    トランジスタ
３６    トランジスタ
３７    トランジスタ
４０ａ    画素回路
４０ｂ    画素回路
４０ｃ    画素回路
４０ｄ    画素回路
４１    液晶素子
４２    トランジスタ
４３    容量素子
４４    容量素子
５０    表示装置
５１    受光素子
５２    トランジスタ
５３    トランジスタ
５４    トランジスタ
５５    トランジスタ
６１    トランジスタ
６２    トランジスタ
６６    トランジスタ
６７    抵抗素子
４００    基板
４０１    導電層
４０２    絶縁層
４０３    半導体層
４０４    導電層
４０５    導電層
４０６    半導体層
４０７    半導体層
４０８    半導体層
４０９    導電層
４１０    導電層
４１１    絶縁層
４１２    導電層
４１３    導電層
４２０    絶縁層
４２１    導電層
４２２    導電層
４２３    絶縁層
４２４    導電層
４２５    絶縁層
４２６    絶縁層
４２７    ＥＬ層
４２８    導電層
４３０    基板
４３１    遮蔽層
４３２    着色層
７０５    絶縁層
７０６    電極
７０７    絶縁層
７０８    半導体層
７１０    絶縁層
７１１    絶縁層
７１４    電極
７１５    電極
７２２    絶縁層
７２３    電極
７２６    絶縁層
７２７    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
８３１    トランジスタ
８４０    トランジスタ
８４１    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
５０００    筐体
５００１    表示部
５００２    表示部
５００３    スピーカ
５００４    ＬＥＤランプ
５００５    操作キー
５００６    接続端子
５００７    センサ
５００８    マイクロフォン
５００９    スイッチ
５０１０    赤外線ポート
５０１１    記録媒体読込部
５０１２    スタンド
５０１３    リモコン操作機
５０１４    アンテナ
５０１５    シャッターボタン
５０１６    受像部
５０１７    充電器
５０１８    バンド
５０１９    留め金
５０２０    アイコン
５０２１    アイコン
７０００    表示部
７００１    表示部
７１００    携帯電話機
７１０１    筐体
７１０３    操作ボタン
７１０４    外部接続ポート
７１０５    スピーカ
７１０６    マイク
７２００    テレビジョン装置
７２０１    筐体
７２０３    スタンド
７２１１    リモコン操作機
７３００    携帯情報端末
７３０１    筐体
７３０２    操作ボタン
７３０３    情報
７３０４    情報
７３０５    情報
７３０６    情報
７３１０    携帯情報端末
７３２０    携帯情報端末
７４００    照明装置
７４０１    台部
７４０２    発光部
７４０３    操作スイッチ
７４１０    照明装置
７４１２    発光部
７４２０    照明装置
７４２２    発光部
７５００    携帯情報端末
７５０１    筐体
７５０２    部材
７５０３    操作ボタン
７６００    携帯情報端末
７６０１    筐体
７６０２    ヒンジ
７６５０    携帯情報端末
７６５１    非表示部
７７００    携帯情報端末
７７０１    筐体
７７０３ａ    ボタン
７７０３ｂ    ボタン
７７０４ａ    スピーカ
７７０４ｂ    スピーカ
７７０５    外部接続ポート
７７０６    マイク
７７０９    バッテリ
７８００    携帯情報端末
７８０１    バンド
７８０２    入出力端子
７８０３    操作ボタン
７８０４    アイコン
７８０５    バッテリ
７９００    携帯情報端末
７９０１    表示部
７９０２    筐体
７９０３    筐体
７９０４    バンド
７９０５    操作ボタン
８０００    表示モジュール
８００１    上部カバー
８００２    下部カバー
８００３    ＦＰＣ
８００４    タッチパネル
８００９    フレーム
８０１０    プリント基板
８０１１    バッテリ
【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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