复合设备、以及电子设备的驱动方法与流程

1.本发明的一个方式涉及一种显示装置、包括显示装置的电子设备以及其驱动方法。
2.注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。作为本说明书等所公开的本发明的一个方式的技术领域的一个例子，可以举出半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、电子设备、照明装置、输入装置、输入输出装置、这些装置的驱动方法或这些装置的制造方法。半导体装置是指能够通过利用半导体特性而工作的所有装置。


背景技术：

3.近年来，对智能手机等移动电话机、平板信息终端、笔记本型pc(个人计算机)、便携式游戏机等所包括的显示装置在各种方面上进行改良。例如，对显示装置进行开发，以提高分辨率及颜色再现性，减小驱动电路或者降低功耗等。
4.例如，作为显示装置中的像素电路所包括的开关元件，可以举出将金属氧化物应用于沟道形成区域中的晶体管的技术等。特别是，作为该金属氧化物可以使用in
‑
ga
‑
zn类氧化物。专利文献1公开了将沟道形成区域中包含in
‑
ga
‑
zn类氧化物的晶体管用于显示装置的像素电路的发明。
5.另外，例如，专利文献2中记载有为了显示多灰度的图像而使用多灰度线性数字模拟转换电路的包括发光元件的显示装置的源极驱动器ic的发明。[先行技术文献][专利文献]
[0006]
[专利文献1]日本专利申请公开第2010
‑
156963号公报[专利文献2]美国专利第8462145号说明书


技术实现要素：

发明所要解决的技术问题
[0007]
移动电话机、智能手机、平板终端等便携式信息终端设备在各种环境下使用。例如，在外光照度较高的环境下，如果显示亮度低就难以看到显示在屏幕上的图像。另一方面，在外光照度较低的环境下，如果显示亮度高就感到刺眼。因此，使用者需要根据使用环境将显示亮度调为最合适的亮度。
[0008]
本发明的一个方式的目的之一是提供一种无论使用环境如何也可以使使用者以最合适的亮度看到图像的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够在使用者没意识到的状态下以最合适的亮度显示图像的显示装置。
[0009]
另外，作为显示装置显示高质量的图像的条件，显示装置例如被要求具有高分辨率、多灰度、广色域等。例如，为了在包括有机el(electro luminescence：电致发光)元件等发光元件、液晶元件等的显示装置中显示多灰度的图像，需要适当地设计源极驱动器电路。
[0010]
然而，为了对多灰度的图像数据进行处理，需要提高包括在源极驱动器电路中的
数字模拟转换电路的分辨率，在设计分辨率高的数字模拟转换电路的情况下，该数字模拟转换电路的面积增大。
[0011]
另外，与生成数字信号的电路部相比，包括在源极驱动器电路中的数字模拟转换电路等处理模拟信号的电路部需要更高的电源电压。因此，很难降低源极驱动器电路的功耗。此外，装有显示面板的设备需要至少两种生成电路电压的电路。
[0012]
本发明的一个方式的目的之一是降低显示装置的功耗。另外，本发明的一个方式的目的之一是降低显示装置的驱动电路的功耗。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有可以由单个电源电压驱动的源极驱动器电路的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是降低具有显示装置的设备的功耗。此外，本发明的一个方式的目的之一是使显示装置、驱动电路或具有显示装置的设备的结构简化。
[0013]
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够生成多灰度的图像数据的像素电路(在本说明书等中记载为半导体装置)。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该半导体装置的显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有该显示装置的电子设备。
[0014]
另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有电路面积小的源极驱动器电路的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有功耗低的源极驱动器电路的显示装置。
[0015]
注意，这些目的的记载不妨碍其他目的的存在。注意，本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的目的。解决技术问题的手段
[0016]
本发明的一个方式是一种复合设备，包括显示部、摄像部以及照度检测部。复合设备具有如下功能：通过摄像部检测出使用者看到显示部；在使用者看到显示部时通过照度检测部测量外光照度；以及根据所测量的外光照度的值决定显示亮度的校正值而以基于校正值的亮度显示图像。
[0017]
另外，上述复合设备优选还具有如下功能：通过摄像部检测出使用者的脸的一部分或全部；根据所检测出的使用者的脸的一部分或全部的信息推断使用者的情绪；以及根据所推断的情绪通过显示部给使用者提供信息。
[0018]
另外，上述复合设备优选还具有声音输出单元。此时，上述复合设备优选具有根据所推断的情绪通过声音输出单元利用声音给使用者提供信息的功能。
[0019]
本发明的一个方式是一种包括显示部、摄像部以及照度检测部的电子设备的驱动方法，包括如下步骤：通过摄像部检测出使用者看到显示部的第一步骤；在使用者看到显示部时通过照度检测部测量外光照度的第二步骤；根据所测量的外光照度的值判断校不校正显示亮度的第三步骤；当在第三步骤中判断为不校正显示亮度时以指定亮度显示图像的第四步骤；当在第三步骤中判断为要校正显示亮度时决定校正值的第五步骤；以及根据在第五步骤中决定的校正值以校正了的亮度显示图像的第六步骤。
[0020]
另外，本发明的一个方式是一种用来使包括显示部、摄像部以及照度检测部的硬件执行如下工作的程序，包括如下步骤：通过摄像部检测出使用者看到显示部的第一步骤；在使用者看到显示部时通过照度检测部测量外光照度的第二步骤；根据所测量的外光照度的值判断校不校正显示部的亮度的第三步骤；当在第三步骤中判断为不校正显示部的亮度
时以指定亮度显示图像的第四步骤；当在第三步骤中判断为要校正显示部的亮度时决定校正值的第五步骤；以及根据在第五步骤中决定的校正值以校正了的亮度显示图像的第六步骤。
[0021]
另外，上述驱动方法或程序优选还包括当在第一步骤中使用者不看到显示部时关闭显示部的显示的第七步骤。
[0022]
另外，在上述驱动方法中，显示部优选包括显示装置。显示装置包括具有显示元件的像素。像素具有如下功能：保持基于被输入的第一脉冲信号的第一电压；以及使用将基于被输入的第二脉冲信号的第二电压与第一电压相加而得出的第三电压驱动显示元件。另外，第一脉冲信号根据校正值决定。
[0023]
另外，在上述中，优选的是，显示元件为发光元件，并且该发光元件以基于第三电压的亮度发光。此时，发光元件优选为有机el元件或发光二极管。
[0024]
另外，在上述中，优选的是，显示元件为液晶元件，并且该液晶元件的液晶取向根据第三电压而变化。
[0025]
另外，在上述中，优选还包括供应第一脉冲信号的第一驱动电路。此时，第一驱动电路中的用来生成第一脉冲信号的第一电源电压优选比第三电压的最大值低。发明效果
[0026]
根据本发明的一个方式，可以提供一种无论使用环境如何也可以使使用者以最合适的亮度看到图像的显示装置。另外，可以提供一种能够在使用者没意识到的状态下以最合适的亮度显示图像的显示装置。
[0027]
另外，根据本发明的一个方式，可以降低显示装置的功耗。另外，可以降低显示装置的驱动电路的功耗。另外，可以提供具有能够由单个电源电压驱动的源极驱动器电路的显示装置。另外，可以降低具有显示装置的设备的功耗。此外，可以使显示装置、驱动电路或具有显示装置的设备的结构简化。
[0028]
另外，根据本发明的一个方式，可以提供一种能够生成多灰度的图像数据的半导体装置。另外，可以提供一种具有电路面积小的源极驱动器电路的显示装置。此外，可以提供一种具有功耗低的源极驱动器电路的显示装置。
[0029]
注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。此外，本发明的一个方式并不需要具有所有上述效果。另外，可以从说明书、附图、权利要求书等的记载抽出上述以外的效果。附图简要说明
[0030]
图1a是电子设备的示意图。图1b是说明电子设备的使用状态的图。图2是说明电子设备的驱动方法例子的流程图。图3是示出显示装置的一个例子的方框图。图4a及图4b是示出像素的一个例子的电路图。图5是示出像素的一个例子的电路图。图6是用来说明像素的工作例子的时序图。图7a至图7c是示出像素的一个例子的电路图。图8a及图8b是示出像素的一个例子的电路图。图9a及图9b是示出显示装置的一个例子的俯视图。图10a及图10b是示出触摸面板的一个例子的立体图。
图11是示出显示装置的一个例子的截面图。图12是示出显示装置的一个例子的截面图。图13是示出显示装置的一个例子的截面图。图14a至图14d是示出显示装置的一个例子的截面图。图14e至图14h是示出像素的一个例子的俯视图。图15是示出信息处理装置的结构例子的图。图16a及图16b是说明神经网络的图。图16c是说明输出数据的一个例子的图。图17a1至图17c2是示出晶体管的结构例子的截面图。图18a1至图18c2是示出晶体管的结构例子的截面图。图19a是说明igzo的结晶结构的分类的图。图19b及图19c是说明xrd谱的图。图19d及图19e是说明纳米束电子衍射图案的图。图20a至图20f是示出电子设备的一个例子的立体图。图21a及图21b是示出电子设备的一个例子的立体图。实施发明的方式
[0031]
以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。
[0032]
注意，在下面说明的发明结构中，在不同的附图中共同使用相同的附图标记来表示相同的部分或具有相同功能的部分，而省略反复说明。此外，当表示具有相同功能的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。
[0033]
注意，在本说明书所说明的各个附图中，有时为了明确起见，夸大表示各构成要素的大小、层的厚度、区域。因此，本发明并不局限于附图中的尺寸。
[0034]
在本说明书等中使用的“第一”、“第二”等序数词是为了避免构成要素的混淆而附记的，而不是为了在数目方面上进行限定的。
[0035]
在本说明书等中，显示装置的一个方式的显示面板是指能够在显示面显示(输出)图像等的面板。因此，显示面板是输出装置的一个方式。
[0036]
在本说明书等中，有时将在显示面板的衬底上安装有例如fpc(flexible printed circuit：柔性印刷电路)或tcp(tape carrier package：载带封装)等连接器的结构或在衬底上以cog(chip on glass：玻璃覆晶封装)方式等直接安装ic的结构称为显示面板模块或显示模块，或者也简称为显示面板等。
[0037]
(实施方式1)在本实施方式中，说明包括本发明的一个方式的显示装置的电子设备以及其驱动方法的一个例子。
[0038]
[电子设备的结构例子]本发明的一个方式的电子设备至少包括显示部、摄像部及照度检测部。本发明的一个方式的电子设备包括各种构成要素并可以复合性地驱动它们，所以也可以被称为复合设备或复合系统。
[0039]
图1a是电子设备100的立体示意图。电子设备100包括框体101、显示部102、摄像头
103、照度传感器104、扬声器105、电源按钮106、操作按钮107及麦克风108等。电子设备100例如是可以被用作智能手机的电子设备。
[0040]
摄像头103被用作摄像部。另外，照度传感器104被用作照度检测部。
[0041]
显示部102包括显示装置(显示面板)。将在实施方式2中详细说明显示装置的具体结构。
[0042]
显示部102所包括的显示装置包括多个像素，像素包括一个以上的显示元件。本发明的一个方式的显示装置具有保持根据从源极驱动器电路输入的第一脉冲信号的第一电压的功能、以及使用将根据第二脉冲信号的第二电压与第一电压相加而得出的第三电压驱动显示装置的功能。作为第二脉冲信号可以使用基于图像数据的信号，作为第一脉冲信号可以使用基于亮度的校正值的信号。由此，可以根据校正值改变显示部102的显示亮度。
[0043]
另外，显示部102也可以具有作为触摸传感器的功能。触摸传感器可以利用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式、压敏式等各种方式。此外，可以组合使用上述方式中的两个以上。
[0044]
另外，显示部102也可以包括受光元件而具有拍摄触摸显示部102的使用者的指尖的指纹的功能。由此，电子设备100可以通过显示部102执行指纹识别。受光元件优选采用在活性层中使用硅等的无机光传感器或者在活性层中使用有机化合物的有机光传感器等。另外，显示部102也可以被用作检测出使用者的指尖等的触摸位置的触摸面板。
[0045]
摄像头103以沿框体101的设置有显示部102一侧的面的方式设置。可以通过摄像头103拍摄使用者的脸。电子设备100可以根据拍摄了的图像判断使用者看不看到显示部102。
[0046]
照度传感器104以沿框体101的设置有显示部102一侧的面的方式设置。照度传感器104可以测量外光照度。
[0047]
注意，在显示部102包括可以接收可见光的受光元件的情况下，也可以通过显示部102测量外光照度。在此情况下，可以采用没有设置照度传感器104的结构，也可以采用通过照度传感器104和显示部102的一方或双方测量外光照度的结构。
[0048]
电源按钮106具有使电子设备100的电源开启的功能、使其关闭的功能、使电子设备100转移到休眠状态的功能以及使其从休眠状态恢复的功能等。另外，可以根据启动的应用软件对操作按钮107附加各种功能诸如音量的调整、亮度的调整等。
[0049]
本发明的一个方式的电子设备100可以通过摄像头103判断使用者看不看到显示部102。另外，在使用者看到显示部102时，可以通过照度传感器104测量外光照度，而且可以根据测量了的照度判断校不校正显示部102的显示亮度并决定校正值。显示部102可以根据校正值以最合适的亮度进行显示。由此，可以在使用者没意识到的状态下总是以最合适的照度在显示部102上显示。
[0050]
图1b示出使用者150在三个环境下使用电子设备100的情况。从图1b的左侧依次示出晴天的户外环境、室内环境以及夜晚的户外环境。
[0051]
另外，图1b的下侧示出各环境下的外光照度il
ex
与用电子设备100进行显示时的显示亮度l
disp
的关系。在图1b中，将照度或亮度较高一方记为high，将较低一方记为low。
[0052]
在晴天的白天的户外环境下外光照度il
ex
极高，因此电子设备100以提高显示亮度l
disp
的方式决定校正值。
[0053]
另一方面，在夜晚的户外环境下外光照度il
ex
极低，因此电子设备100以降低显示亮度l
disp
的方式决定校正值。
[0054]
另外，在室内环境下，在很多情况下外光照度il
ex
为合适的值。因此，例如在指定显示亮度l
disp
为最合适的亮度时可以不进行校正而进行显示。
[0055]
[电子设备的驱动方法例子]以下使用流程图说明电子设备的更具体的驱动方法例子。
[0056]
图2是根据电子设备100的驱动方法的流程图。图2所示的流程图包括步骤s0至步骤s8。以下说明各步骤。
[0057]
在步骤s0中，开始工作。
[0058]
在步骤s1中，电子设备100判断使用者看不看到屏幕(显示部102)。在步骤s1中，在判断为使用者看到屏幕(是)时转移到步骤s2。在没有判断为使用者看到屏幕(否)时转移到步骤s7。
[0059]
在步骤s1中，可以在摄像头103所拍摄的图像中显示有使用者的脸时判断为使用者看到屏幕。例如，当将检测出使用者的眼睛和鼻子的情况判断为使用者看到屏幕时，可以以更高的精度进行判断。
[0060]
在步骤s2中，测量外光照度il
ex
。测量通过照度传感器104进行。或者，测量通过照度传感器104和显示部102的一方或双方进行。
[0061]
在步骤s3中，电子设备100根据测量了的外光照度il
ex
的值判断需不需要校正。当判断为需要校正时，转移到步骤s4。当判断为不需要校正时，转移到步骤s6。
[0062]
在步骤s4中，电子设备100根据外光照度il
ex
的值决定校正值w。例如，在外光照度il
ex
的值高于指定范围时，以提高显示亮度l
disp
的方式决定校正值w。另一方面，在外光照度il
ex
的值低于指定范围时，以降低显示亮度l
disp
的方式决定校正值w。
[0063]
校正值w例如可以参照规定外光照度il
ex
的值与校正值w的值的关系的数据表来决定。另外，校正值w优选根据要显示的图像数据决定。例如，可以在显示明亮图像时和显示黑暗图像时采用彼此不同的校正值w。另外，也可以对显示部102的每一个像素或每一个区域采用不同的校正值w。
[0064]
在步骤s5中，在显示部102上显示校正了的图像。
[0065]
更具体而言，使用从设置在显示部102中的显示装置所包括的源极驱动器输出的基于图像数据的第二脉冲信号和基于校正值w的第一脉冲信号显示校正了的图像。
[0066]
在步骤s6中，根据图像数据显示图像。
[0067]
在步骤s6中，可以在不进行亮度的校正而以指定亮度显示基于被输入的图像数据的图像。在此，指定亮度可以采用在电子设备100出货时预先制造商等所设定的亮度或者使用者所设定的亮度。
[0068]
在步骤s7中，关闭显示。
[0069]
因为步骤s7为使用者不看到屏幕的状态，所以通过关闭显示，可以降低电子设备100的功耗。
[0070]
在步骤s8中，结束工作。
[0071]
注意，也可以在步骤s8之后转移到步骤s2。由此，电子设备100可以总是以最合适的亮度进行显示。
[0072]
另外，也可以在步骤s8之后转移到步骤s1。由此，可以检测出使用者的视线从屏幕移开而关闭显示，所以可以降低功耗。另外，当使用者看到屏幕时可以开始显示图像，所以可以以不让使用者感到不快的方式降低功耗。
[0073]
以上是电子设备的驱动方法例子的说明。
[0074]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0075]
(实施方式2)在本实施方式中，说明本发明的一个方式的半导体装置及具有该半导体装置的显示装置。
[0076]
<显示装置的电路结构>首先，对显示装置的结构例子进行说明。图3是示出显示装置的一个例子的方框图。显示装置dd包括显示部pa、源极驱动器电路sd及栅极驱动器电路gd。
[0077]
显示部pa包括多个像素pix。注意，图3仅示出在显示部pa中包括的多个像素pix的其中之一，而省略其他像素pix。优选矩阵状地配置显示部pa所包括的多个像素pix。
[0078]
在图3中，像素pix经过布线dl与源极驱动器电路sd电连接。再者，像素pix经过布线gl与栅极驱动器电路gd电连接。注意，显示部pa因为包括多个像素pix，所以可以使多个像素pix与布线dl电连接。与此同样，可以使多个像素pix与布线gl电连接。另外，根据显示部pa所包括的像素pix的个数，可以分别设置多个布线dl及多个布线gl。再者，根据像素pix的电路结构，可以采用一个像素pix与多个布线dl或多个布线gl电连接的结构。
[0079]
像素pix可以包括一个以上的子像素。例如，对像素pix可以使用包括一个子像素的结构(红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)及白色(w)等中的一个颜色)、包括三个子像素的结构(红色(r)、绿色(g)及蓝色(b)的三个颜色等)、或者包括四个以上的子像素的结构(例如，红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)及白色(w)的四个颜色、或者红色(r)、绿色(g)、蓝色(b)及黄色(y)的四个颜色等)。注意，适用于子像素的颜色要素不局限上述，根据需要可以组合青色(c)及品红色(m)等。
[0080]
像素pix包括至少一个显示元件。作为显示元件，可以使用发光元件、液晶元件、微囊、电泳元件、电润湿元件、电流体元件、电致变色元件、mems元件等的各种显示元件。
[0081]
作为上述发光元件,可以使用有机el(electro luminescence：电致发光)元件、led(light emitting diode：发光二极管)元件、无机el元件等。
[0082]
作为led元件，按照尺寸大小依次包括大型(macro)led(也称为巨型led)、小型led、微型led等。在此，将边长为大于1mm的led芯片称为大型led、大于100μm且1mm以下的称为小型led、100μm以下的称为微型led。作为适用于像素pix的led元件，尤其优选使用小型led或微型led。通过使用微型led，可以实现分辨率极高的显示装置。
[0083]
源极驱动器电路sd具有生成用来输入到显示部pa所包括的像素pix的图像数据的功能、将该图像数据发送到像素pix的功能。
[0084]
例如，源极驱动器电路sd可以包括移位寄存器sr、锁存电路lat、电平转换电路lvs、数字模拟转换电路dac、放大器电路amp及数据总线布线db。在图3中，移位寄存器sr的输出端子与锁存电路lat的时钟输入端子电连接，锁存电路lat的输入端子与数据总线布线db电连接，锁存电路lat的输出端子与电平转换电路lvs的输入端子电连接，电平转换电路
lvs的输出端子与数字模拟转换电路dac的输入端子电连接，数字模拟转换电路dac的输出端子与放大器电路amp的输入端子电连接，放大器电路amp的输出端子与显示部pa电连接。
[0085]
注意，图3所示的锁存电路lat、电平转换电路lvs、数字模拟转换电路dac、放大器电路amp是对一个布线dl设置的。换言之，根据布线dl的个数，需要分别设置多个锁存电路lat、多个电平转换电路lvs、多个数字模拟转换电路dac及多个放大器电路amp。另外，此时，移位寄存器sr具有对多个锁存电路lat的时钟输入端子的每一个依次发送脉冲信号的结构即可。
[0086]
数据总线布线db是用来发送包含要输入到显示部pa的图像数据的数字信号的布线。该图像数据具有灰度，灰度越大越可以平滑地表现颜色或亮度的变化，并且可以在显示部pa中显示更自然的图像。然而，灰度越大，该图像数据的数据量越大，因此需要高分辨率的数字模拟转换电路。
[0087]
对锁存电路lat的输入端子从数据总线布线db输入包含图像数据的数字信号。并且，根据从移位寄存器sr发送的信号，锁存电路lat进行保持该图像数据的工作和将所保持的该图像数据从输出端子输出的工作中的一个。
[0088]
电平转换电路lvs具有将输入信号转换为具有振幅更大的电压或振幅更小的电压的输出信号的功能。在图3中，电平转换电路lvs具有将从锁存电路lat发送的包含图像数据的数字信号的振幅电压转换为数字模拟转换电路dac适当工作的振幅电压的功能。
[0089]
数字模拟转换电路dac具有将被输入的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号的功能及将该模拟信号从输出端子输出的功能。尤其是，在显示部pa中表示多灰度的图像数据的情况下，数字模拟转换电路dac需要具有高分辨率的数字模拟转换电路。
[0090]
放大器电路amp具有将输入到输入端子的模拟信号放大并输出到输出端子的功能。通过在数字模拟转换电路dac和显示部pa之间设置放大器电路amp，可以将图像数据稳定地发送到显示部pa。作为放大器电路amp，可以适用包括运算放大器等的电压跟随器电路等。注意，在作为放大器电路使用具有差分输入电路的电路的情况下，该差分输入电路的偏置电压优选为无限趋近于0v。
[0091]
通过进行上述工作，源极驱动器电路sd可以将从数据总线布线db发送的包含图像数据的数字信号转换为模拟信号并将该信号发送到显示部pa。源极驱动器电路sd具有生成为模拟信号的第一信号sig1及第二信号sig2并经过布线dl将其供应到像素pix的功能。在此，第一信号sig1及第二信号sig2是根据图像数据分别具有振幅的脉冲信号。
[0092]
栅极驱动器电路gd具有在显示部pa所包括的多个像素pix中选择成为被输入图像数据的像素pix的功能。
[0093]
作为向显示部pa输入图像数据的方法，例如有如下：栅极驱动器电路gd对与某一个布线gl电连接的多个像素pix发送选择信号，使包含在多个像素pix中的图像数据的写入开关元件为开启状态，然后，从源极驱动器电路sd经过布线dl对多个像素pix发送图像数据来进行写入即可。
[0094]
注意，本发明的一个方式不局限于图3所示的显示装置dd的结构。作为本发明的一个方式，例如根据设计规格、目的等的情况，可以适当地改变显示装置dd的构成要素。
[0095]
在将多灰度的图像显示在显示部pa的情况下，只要提高数字模拟转换电路dac的分辨率即可，然而，此时因为数字模拟转换电路dac增大，所以有时源极驱动器电路sd的电
路面积增大。当使源极驱动器电路sd所包括的电路中的晶体管或电容器等的电路元件缩小以便缩小源极驱动器电路sd的电路面积时，由于寄生电阻或制造电路元件时引起的结构的不均匀的影响等，有时电路元件的电特性受到不良影响。
[0096]
本发明的一个方式鉴于以上内容而具有如下结构：由于电容耦合，将像素pix的图像数据的保持部的电位改变为比数字模拟转换电路dac分辨率更高的电位。由此，因为无需提高数字模拟转换电路的分辨率，所以可以使用分辨率低的数字模拟转换电路。因此，可以缩小包括数字模拟转换电路dac的源极驱动器电路sd的电路面积，并且可以降低源极驱动器电路sd的功耗。
[0097]
在图3中示出显示装置dd具有系统电路sys的例子。系统电路sys具有控制源极驱动器电路sd的工作的功能。例如，系统电路sys具有向源极驱动器电路sd供应数据信号、时钟信号、起始脉冲信号等各种信号及电源电压的功能。
[0098]
在此，示出作为系统电路sys包括电源生成部pu和控制部cu的例子。
[0099]
控制部cu至少包括逻辑电路。例如，可以为包括cpu(central processing unit：中央处理器)或gpu(graphics processing unit：图形处理器)等的处理器的结构。
[0100]
电源生成部pu具有生成供应到控制部cu及源极驱动器电路sd的电源电压vdd的功能。例如，电源生成部pu可以变换由电池或电源插头等供应的电力并生成电源电压vdd。
[0101]
如后面所述，显示装置dd所包括的像素pix可以使用两个信号(第一信号sig1及第二信号sig2)来生成将其振幅相加而得到的电压从而驱动显示元件。因此，当以最大灰度值显示像素pix时，源极驱动器电路sd供应的第一信号sig1和第二信号sig2的电压可以是将二者相加而得到的电压的一半或其附近的值。
[0102]
因此，源极驱动器电路sd不需要用来生成高电源电压的模拟信号且可以由单个电源电压vdd进行工作。在图3中，可以使由系统电路sys供应到源极驱动器电路sd的电源电压vdd和用来驱动控制部cu的电源电压vdd相同。由系统电路sys供应的电源电压vdd被供应到源极驱动器电路sd中的移位寄存器sr、锁存电路lat、电平转换电路lvs、数字模拟转换电路dac及放大器电路amp。注意，此时也可以省略电平转换电路lvs。
[0103]
通过采用这样的结构，系统电路sys和源极驱动器电路sd之间不需要用来增大电源电压的dcdc转换器等的升压电路。也就是说，由系统电路sys供应到源极驱动器电路sd的电源电压vdd在不被增大的情况下直接被供应到源极驱动器电路sd，并用于生成第一信号sig1及第二信号sig2。
[0104]
另外，由于不需要在源极驱动器电路sd内设置用来增大电源电压vdd的升压电路，不仅可以使源极驱动器电路sd的电路结构简化，还可以降低源极驱动器电路sd的功耗。也就是说，源极驱动器电路sd在不增大电源电压vdd的情况下能够生成第一信号sig1及第二信号sig2。
[0105]
例如，当如系统电路sys内的控制部cu等的各电路的驱动电压之一为1.8v、2.5v、3.3v或其附近的电压时，可以将该电压作为电源电压vdd供应到源极驱动器电路sd。由此，由于系统电路sys内的电源生成部pu不需要生成用来供应到源极驱动器电路sd的高电源电压，所以可以使电路结构简化。
[0106]
由于通过采用这样的结构，可以以低电压驱动源极驱动器电路sd，所以可以显著降低源极驱动器电路sd及显示装置dd的功耗。
[0107]
注意，在本说明书等中，当记作某电压的附近的电压时，其为包括该电压的
±
20％的范围内的电压。
[0108]
<像素的电路结构>对本发明的一个方式的半导体装置的像素pix的电路结构的例子进行说明。
[0109]
下文中例示出的像素pix具有保持根据从源极驱动器电路sd输入的第一脉冲信号(第一信号sig1)的第一电压的功能、以及使用将根据第二脉冲信号(第二信号sig2)的第二电压与第一电压相加而得出的第三电压驱动显示元件的功能。也就是说，像素pix可以以比从源极驱动器电路sd输入的第一脉冲信号及第二脉冲信号的最大电压还要高的电压驱动显示元件。
[0110]
例如，当将发光元件用于显示元件时，通过使发光元件以根据上述第三电压的亮度发光，可以显示图像。另外，当将液晶元件用于显示元件时，通过根据上述第三电压而改变液晶的取向，由此来源于背光等光源的光的透过率发生变化而可以显示图像。
[0111]
此外，图3所示的源极驱动器电路sd用来生成第一信号sig1及第二信号sig2的电源电压vdd可以低于像素pix能够生成的第三电压的最大值(例如，当以最高的灰度显示时的第三电压的值)。优选的是，电源电压vdd可以是第三电压的最大值的一半(1/2)或其附近的电压。
[0112]
图4a所示的像素pix为作为显示元件使用发光元件时的例子。
[0113]
图4a所示的像素pix包括晶体管tr1至晶体管tr5、电容器c1、电容器c2及发光元件ld。此外，布线dl、布线wdl、布线gl1至布线gl3、布线vl、布线al、布线cat与像素pix电连接。
[0114]
晶体管tr1、晶体管tr2、晶体管tr4及晶体管tr5分别用作开关元件。晶体管tr3用作控制流过发光元件ld的电流的驱动晶体管。另外，晶体管tr1至晶体管tr5可以适用实施方式3所记载的结构。
[0115]
布线dl及布线wdl各自为用来向像素pix发送图像数据的布线，并且为相应于图3的显示装置dd的布线dl的布线。再者，布线gl1至布线gl3各自为对于像素pix的选择信号线，并且为相应于图3的显示装置dd的布线gl的布线。
[0116]
布线vl是用来向像素pix中的特定的节点供应预定的电位的布线。再者，布线al是用来供应流过发光元件ld的电流的布线。
[0117]
布线cat是用来对发光元件ld的输出端子供应预定的电位的布线。作为预定的电位可以采用例如基准电位、低电平电位及比它们更低的电位等。
[0118]
晶体管tr1的第一端子与电容器c1的第一端子电连接，晶体管tr1的第二端子与布线dl电连接，晶体管tr1的栅极与布线gl1电连接。晶体管tr2的第一端子与晶体管tr3的栅极、电容器c1的第二端子及电容器c2的第一端子电连接，晶体管tr2的第二端子与布线wdl电连接，晶体管tr2的栅极与布线gl2电连接。
[0119]
注意，在本实施方式中，将晶体管tr1的第一端子与电容器c1的第一端子的电连接点称为节点nd1，将晶体管tr2的第一端子与晶体管tr3的栅极、电容器c1的第二端子、电容器c2的第一端子的电连接点称为节点nd2。
[0120]
在此，经过晶体管tr2从布线wdl写入到节点nd2的电压(电位)相应于上述第一电压(电位)。另外，经过晶体管tr1从布线dl写入到节点nd1的电压相应于上述第二电压。此外，通过将第二电压写入到节点nd1，由于经过电容器c1发生的电容耦合，第一电压与第二
电压相加而节点nd2的电压发生变化。其结果是，生成的节点nd2的电压相应于上述第三电压。
[0121]
晶体管tr3的第一端子与布线al电连接，晶体管tr3的第二端子与晶体管tr4的第一端子、晶体管tr5的第一端子及电容器c2的第二端子电连接。晶体管tr4的第二端子与布线vl电连接，晶体管tr4的栅极与布线gl1电连接。晶体管tr5的第二端子与发光元件ld的输入端子电连接，晶体管tr5的栅极与布线gl3电连接。发光元件ld的输出端子与布线cat电连接。
[0122]
在图4a的像素pix中，晶体管tr1、晶体管tr2及晶体管tr5优选为os晶体管。尤其是，os晶体管优选是在沟道形成区域中包含铟、元素m(元素m为铝、镓、钇或锡)和锌中的至少一种的氧化物。此外，在实施方式4中详细地说明该氧化物。通过作为晶体管tr1、晶体管tr2及晶体管tr5采用这样的os晶体管，可以使晶体管的关态电流极小。在电容器c1的第一端子(节点nd1)中保持数据的情况下，通过作为晶体管tr1使用os晶体管，可以防止由于关态电流导致的保持在节点nd1中的数据的损坏。与此同样，在晶体管tr3的栅极、电容器c1的第二端子及电容器c2的第一端子(节点nd2)中保持数据的情况下，通过作为晶体管tr2使用os晶体管，可以防止由于关态电流导致的保持在节点nd2中的数据的损坏。此外，在暂时停止发光元件ld的发光的情况下，通过作为晶体管tr5使用os晶体管，可以防止由于关态电流导致的发光元件ld的发光。
[0123]
作为晶体管tr3及晶体管tr4，例如，可以使用在沟道形成区域中包含硅的晶体管(以下记为si晶体管)。作为硅，例如，可以使用氢化非晶硅、微晶硅或多晶硅等。
[0124]
另外，作为晶体管tr3及晶体管tr4，可以使用os晶体管。尤其是，通过作为晶体管tr1至晶体管tr5都使用os晶体管，可以同时形成每个晶体管，因此有时可以缩短显示部pa的制造步骤。也就是说，可以缩短显示部pa的生产时间，由此可以增加某个单位时间内的生产个数。
[0125]
<<工作例子>>接着，对图4a所示的像素pix的工作例子进行说明。注意，为了向图4a的像素pix发送图像数据，像素pix的布线dl及布线wdl与图3的源极驱动器电路sd电连接。
[0126]
图6是图4a所示的像素pix的工作例子的时序图。图6所示的时序图表示时间t1至时间t8及其附近的时间内的布线dl、布线wdl、布线vl、布线gl1至布线gl3、节点nd1及节点nd2的电位的变化。注意，图6所记载的high指的是高电平电位，low指的是低电平电位。另外，图6所记载的v
gnd
指的是基准电位。
[0127]
注意，在时间t1至时间t8及其附近的时间内，布线vl一直被施加v
gnd
。
[0128]
注意，在本工作例子中，除非特别叙述，晶体管tr1、晶体管tr2、晶体管tr4及晶体管tr5均在线形线性区域中工作。也就是说，对晶体管tr1、晶体管tr2、晶体管tr4及晶体管tr5的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压，使得这些晶体管在线性区域中工作。
[0129]
此外，在本工作例子中，除非特别叙述，晶体管tr3在饱和区域中工作。也就是说，对晶体管tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行适当的偏压，使得该晶体管在饱和区域中工作。注意，即使晶体管tr3的工作偏离理想的饱和区域中的工作，只要所得到的电流的精度在所希望的范围内就也可以看作对晶体管tr3的栅极电压、源极电压及漏极电压进行
了适当的偏压。
[0130]
[时间t1之前]在时间t1之前，对布线gl1及布线gl2施加低电平电位，并且对布线gl3施加高电平电位。当布线gl1的电位为低电平电位时，对晶体管tr1及晶体管tr4的每个栅极施加低电平电位，因此晶体管tr1及晶体管tr4处于关闭状态。换言之，布线dl和节点nd1之间成为非导通状态。与此同样，当布线gl2的电位为低电平电位时，对晶体管tr2的栅极施加低电平电位，因此晶体管tr2处于关闭状态。换言之，布线wdl和节点nd2之间成为非导通状态。再者，当布线gl3的电位为高电平电位时，对晶体管tr5的栅极施加高电平电位，因此晶体管tr5处于开启状态。换言之，发光元件ld的输入端子和晶体管tr5的第一端子之间成为电连接的状态。
[0131]
另外，在节点nd2的电位和晶体管tr3的源极的电位之间的差(栅极
‑
源极电压)高于晶体管tr3的阈值电压的情况下，晶体管tr3处于开启状态，根据晶体管tr3的栅极
‑
源极电压决定晶体管tr3的源极
‑
漏极之间流过的电流。此时，在晶体管tr3的第二端子为源极的情况下，从布线al经过晶体管tr3及晶体管tr5向发光元件ld的输入端子流过电流。由此发光元件ld发光。注意，在图6所示的时序图中，节点nd2的电位记载为v0，即晶体管tr3处于关闭状态的电位(换言之，v0和晶体管tr3的源极的电位之间的差低于晶体管tr3的阈值电压，因此发光元件ld也不发光)。
[0132]
另外，为了简单地说明本工作例子，将时间t1之前的节点nd1的电位也设定为v0。
[0133]
在此假定，在时间t1之前，从源极驱动器电路sd向像素pix没有发送图像数据，并且对布线dl及布线wdl已施加v
gnd
。
[0134]
[时间t1]在时间t1中对布线gl3施加低电平电位。因此，从时间t1至时间t2之间，由于对晶体管tr5的栅极施加低电平电位，晶体管tr5处于关闭状态。由此，无论晶体管tr3处于开启状态还是关闭状态，由于电流都不流向发光元件ld的输入端子，所以发光元件ld不发光。
[0135]
[时间t2]在时间t2中对布线gl1施加高电平电位。因此，从时间t2至时间t3之间，由于对晶体管tr1及晶体管tr4的每个栅极施加高电平电位，所以晶体管tr1及晶体管tr4处于开启状态。
[0136]
在晶体管tr1处于开启状态时，布线dl和节点nd1之间电连接。因此节点nd1的电位成为v
gnd
。另外，在晶体管tr4处于开启状态时，布线vl和电容器c2的第二端子电连接。因此，电容器c2的第二端子的电位成为v
gnd
。
[0137]
另外，因为电容器c1的第二端子(节点nd2)处于浮动状态，所以在节点nd1的电位变化时，由于电容耦合，节点nd2的电位也变化。注意，根据节点nd1的电位的变化量及电容器c1的静电电容等决定节点nd2的电位的变化量。在本工作例子中，节点nd1的电位从v0下降至v
gnd
，因此节点nd2的电位从v0下降。
[0138]
[时间t3]在时间t3中，对布线gl2施加高电平电位。因此，从时间t3至时间t4之间，由于晶体管tr2的栅极施加高电平电位，所以晶体管tr2处于开启状态。
[0139]
在晶体管tr2处于开启状态时，布线wdl和节点nd2电连接。因此，节点nd2的电位成
为v
gnd
。注意，因为晶体管tr1处于开启状态，所以节点nd1的电位没有随着节点nd2的电位的变化而变动。与此同样，因为晶体管tr4处于开启状态，所以电容器c2的第二端子的电位没有随着节点nd2的电位的变化而变动。
[0140]
[时间t4]在时间t4中，作为图像数据，从源极驱动器电路sd对布线dl及布线wdl发送模拟信号。在此，作为模拟信号的电位，对布线dl及布线wdl输入v
data
。
[0141]
因为晶体管tr1处于开启状态，所以从布线dl对电容器c1的第一端子(节点nd1)施加v
data
。另外，因为晶体管tr2也处于开启状态，所以从布线wdl对晶体管tr3的栅极、电容器c1的第二端子及电容器c2的第一端子(节点nd2)施加v
data
。注意，因为晶体管tr4处于开启状态，所以电容器c2的第二端子的电位没有随着节点nd1及节点nd2的电位的变化而变动。
[0142]
[时间t5]在时间t5中，对布线gl2施加低电平电位。因此，从时间t5至时间t6之间，由于对晶体管tr2的栅极施加低电平电位，所以晶体管tr2处于关闭状态。
[0143]
在晶体管tr2处于关闭状态时，布线wdl和节点nd2成为没有电连接的状态。因此，节点nd2处于浮动状态。
[0144]
[时间t6]在时间t6中，从源极驱动器电路sd对布线dl及布线wdl发送信号，该信号是对时间t4至时间t5之间被输入的电位v
data
加上δv
data
的高度的电位的信号。换言之，布线dl及布线wdl的每个电位成为v
data
+δv
data
。
[0145]
因为晶体管tr1处于开启状态，所以从布线dl对节点nd1施加v
data
+δv
data
。换言之，节点nd1的电位从时间t4至时间t6之间的v
data
变为v
data
+δv
data
。
[0146]
因为晶体管tr2处于关闭状态，所以从布线wdl对节点nd2不施加v
data
+δv
data
。然而，因为节点nd1的电位从v
data
变为v
data
+δv
data
且节点nd2处于浮动状态，所以通过节点nd1的电位的变动，由于电容器c1的电容耦合，所以节点nd2的电位也变动。在图6的时序图中，将节点nd2的电位的变动量记为δv
g
，然而也可以以下面算式(e1)估计为δv
g
。
[0147]
[算式1]
[0148]
因此，在将节点nd2的电位、电容器c1的静电电容值以及电容器c2的静电电容值分别设定为v
nd2
、c1以及c2的情况下，以下面算式(e2)表示v
nd2
。
[0149]
[算式2]
[0150]
注意，虽然在时间t6中将布线wdl的电位设定为v
data
+δv
data
，但是在图4a所示的电路的结构例子中，没有对任何元件输入布线wdl的电位v
data
+δv
data
。因此，在图4a所示的电路的结构例子中，在时间t6中不需要将布线wdl的电位设定为v
data
+δv
data
。
[0151]
[时间t7]在时间t7中，对布线gl1施加低电平电位。因此，从时间t7至时间t8之间，由于对晶
体管tr1的栅极施加低电平电位，所以晶体管tr1处于关闭状态。因此，节点nd1处于浮动状态，节点nd1的电位由电容器c1保持。
[0152]
另外，从时间t7至时间t8之间，由于对晶体管tr4的栅极施加低电平电位，所以晶体管tr4处于关闭状态。此时，电容器c2的第二端子的电位为v
gnd
且晶体管tr3的栅极(节点nd2)的电位为v
nd2
，因此在v
nd2
‑
v
gnd
高于阈值电压的情况下，晶体管tr3处于开启状态。另外，根据v
nd2
‑
v
gnd
决定晶体管tr3的源极
‑
漏极之间流过的电流。
[0153]
[时间t8]在时间t8中，对布线gl3施加高电平电位。因此，在时间t8以后，由于对晶体管tr5的栅极施加高电平电位，所以晶体管tr5处于开启状态。由此，从布线al流过的电流经过晶体管tr3及晶体管tr5输入到发光元件ld的输入端子，所以发光元件ld发光。此时，发光元件ld的输入端子和输出端子之间施加电压且对布线cat供应预定的电位，因此晶体管tr3的第二端子、晶体管tr4的第一端子、晶体管tr5的第一端子及电容器c2的第二端子的电连接点的电位得到提高。并且，因为节点nd1及节点nd2各自处于浮动状态，所以由于该电连接点的电位得到提高，因此有时节点nd1及节点nd2的每个电位由于电容耦合得到提高。在图6的时序图中，将时间t8以后的节点nd1及节点nd2的每个电位表示为比从时间t7至时间t8之间的节点nd1及节点nd2的每个电位高。
[0154]
注意，根据流过发光元件ld的电流决定发光元件ld的亮度。根据基尔霍夫定律，流过发光元件ld的电流大致相等于流过晶体管tr3的源极
‑
漏极之间的电流，因此根据晶体管tr3的栅极
‑
源极电压决定发光元件ld的亮度。
[0155]
如上所述，图4a的像素pix以上述方式进行图6的时序图中的时间t1至时间t8及其附近的时间的工作，由此可以对像素pix的图像数据的保持部(节点nd2)供应比数字模拟转换电路dac具有更高分辨率的电位。
[0156]
<<具体例子>>在此对如下一个例子进行说明，即通过上述的工作例子在显示装置dd的显示部pa中显示比数字模拟转换电路dac所输出的图像数据更多灰度的图像数据。
[0157]
在该例子中，作为源极驱动器电路sd的数字模拟转换电路dac设置6位的数字模拟转换电路，将像素pix所包括的电容器c1与电容器c2的每个静电电容值的比设定为c1：c2＝1：15。
[0158]
通过作为数字模拟转换电路dac使用6位的数字模拟转换电路dac，对像素pix的节点nd1及节点nd2写入的v
data
可以取得以2进制表示从“000000”至“111111”的值。在此，在将“111111”的电压值设定为6.3v的情况下，数字模拟转换电路dac可以输出的v
data
可取的电压值为每隔0.1v从0v至6.3v的范围的电压值。
[0159]
由此，在从上述的工作例子的时间t4至时间t5之间，对像素pix的节点nd1及节点nd2可以写入从0v至6.3v的范围的v
data
。
[0160]
[在v
data
取得从0v至4.8v的值时]首先，对如下情况进行说明，即对像素pix的节点nd1及节点nd2写入从0v至4.8v(以2进制表示从“000000”至“110000”)的范围的v
data
。
[0161]
电容器c1与电容器c2的每个静电电容值的比为c1：c2＝1：15，因此算式(e1)为以下算式(e3)。
[0162]
[算式3]
[0163]
在此，将δv
data
设定为例如以2进制表示从“000000”至“001111”的值。此时，δv
data
可取的电压值为每隔0.1v从0v至1.5v的范围的电压值。就是说，根据算式(e3)，δv
g
可取每隔0.00625v从0v至0.09375v的值。
[0164]
由此，在上述工作例子的时间t6至时间t7之间，根据算式(e2)及(e3)，像素pix的节点nd2的电位可取每隔0.00625v从0v至4.8+0.09375v的值。
[0165]
[在v
data
取得从4.9v至6.3v的值时]接着，对如下情况进行说明，即对像素pix的节点nd1及节点nd2写入从4.9v至6.3v(以2进制表示从“110001”至“111111”)的范围的v
data
。
[0166]
电容器c1与电容器c2的每个静电电容值的比与“v
data
取得从0v至4.8v的值时”相同，因此此时也可以采用算式(e3)。
[0167]
在此，将δv
data
设定为例如每隔0.1v从
‑
1.5v至0v的范围的电压值。就是说，将δv
data
设定为负值，并且将v
data
+δv
data
设定为从3.4v至6.3v(以2进制表示从“100010”至“111111”)的值。
[0168]
此时，根据算式(e3)，δv
g
可取每隔0.00625v从
‑
0.09375v至0v的值。
[0169]
由此，在从工作例子的时间t6至时间t7之间，根据算式(e2)及(e3)，像素pix的节点nd2的电位可取每隔0.00625v从4.9
‑
0.09375v至6.3v的值。
[0170]
将上述的具体例子概括为如下，作为数字模拟转换电路dac设置能够输出每隔0.1v从0v至6.3v的模拟值的数字模拟转换电路(6位)，并且通过将像素pix所包括的电容器c1及电容器c2的每个静电电容值的比设定为c1：c2＝1：15，可以对节点nd2每隔0.00625v供应从0v至6.3v的电位。
[0171]
就是说，在图4a所示的像素pix中，通过进行上述的工作例子，可以对节点nd2供应6位的数字模拟转换电路dac所不能输出的更精细的电压值。在上述的具体例子中，在数字模拟转换电路dac中进行每隔0.1v的电位的输出，然而可以对像素pix的节点nd2写入每隔0.00625v的电位。换言之，可以对像素pix写入比6位的数字模拟转换电路dac能够输出分辨率更高的电位(图像数据)。
[0172]
在上述的具体例子中，6位的数字模拟转换电路dac供应的δv
data
相当于图像数据的上次6位，并且由像素pix的电容耦合对节点nd2供应的δv
g
相当于图像数据的下次4位。换言之，由于图4a的像素pix，可以对数字模拟转换电路dac供应的上次6位的图像数据补充下次4位的图像数据。
[0173]
注意，根据本发明的一个方式的像素pix的结构及与像素pix电连接的布线的结构不局限于图4a所示的结构。作为本发明的一个方式，例如根据设计规格、目的等的情况，可以适当地改变像素pix及每个布线的构成要素。
[0174]
具体而言，作为图4a的像素pix所包括的晶体管tr1至晶体管tr5中的至少一个，也可以采用具有背栅极的晶体管。通过对晶体管的背栅极施加电位，可以增减该晶体管的阈值电压。
[0175]
另外，在同一个晶体管中，通过使栅极与背栅极电连接，可以增大该晶体管处于开
启状态时流过的源极
‑
漏极电流。图4b示出如下结构：图4a的像素pix所包括的晶体管tr1至晶体管tr5都是具有背栅极的晶体管，并且在同一个晶体管中，使该各晶体管的栅极与背栅极电连接。
[0176]
另外，作为其他具体例子，可以将布线dl及布线wdl合并用作一个布线(参照图5)。注意，图5所示的像素pix的工作方法参考上述的工作例子。
[0177]
另外，作为其他具体例子，在本实施方式中图4a、图4b及图5示出包括el元件等的发光元件的像素电路的例子，但本发明的一个方式不局限于此。例如，本发明的一个方式可以与图4a、图4b及图5相同，对包括液晶元件的像素电路也设置电容器，通过电容耦合来增减液晶元件的一个端子的电位，采用提供比数字模拟变换电路dac的分辨率更精细的模拟值的结构。
[0178]
图7a示出作为显示元件使用液晶元件lc时的例子。注意，以下主要对与上述不同的部分进行说明，关于重复的部分可以参照上述记载。
[0179]
图7a所示的像素pix包括晶体管tr1、晶体管tr2、晶体管tr6、电容器c1、电容器c3及液晶元件lc。另外，像素pix与布线gl1、布线gl2、布线gl4、布线dl、布线wdl、布线vcc及布线cat连接。
[0180]
晶体管tr6的栅极与布线gl4电连接，源极和漏极中的一个与节点nd2电连接，源极和栅极中的另一个与电容器c3的一个电极及液晶元件lc的一个电极电连接。电容器c3的另一个电极与布线vcc电连接。液晶元件lc的另一个电极与布线cat电连接。
[0181]
布线vcc为向电容器c3的另一个电极供应预定的电位的布线。作为施加到布线vcc的电位，例如可以施加公共电位、基准电位及接地电位等固定电位。布线vcc也可以与布线cat相同，采用被施加相同的电位的结构。
[0182]
晶体管tr6可以具有作为控制液晶元件lc的工作的开关的功能。当从布线wdl写入节点nd2的信号的电位大于使液晶元件lc工作的阈值时，在从布线dl写入图像信号前液晶元件lc就会工作。因此，优选的是，设置晶体管tr6并在确定节点nd2的电位后，通过施加到布线gl4的信号导通晶体管tr6使液晶元件lc工作。
[0183]
图7b所示的像素pix是从图7a所示的结构省略了晶体管tr6及布线gl4的结构。
[0184]
图7a中的晶体管tr6是用来避免液晶元件lc意外地工作的开关，如果即使液晶元件lc进行工作也不被看到，则可以省略晶体管tr6。例如，在从布线wdl向节点nd2供应信号的期间同时使背灯关闭即可。
[0185]
另外，如图7c所示，也可以采用省略电容器c3的结构。作为与节点nd2连接的晶体管可以使用os晶体管。由于关闭状态下的os晶体管的泄漏电流极小，所以即便省略被用作保持电容的电容器c3也可以长时间保持图像数据。
[0186]
另外，该结构在利用场序制驱动等帧频率高且图像数据的保持期间较短的情况下也是有效的。通过省略电容器c3，可以提高开口率。另外，可以提高像素的透过率。注意，可以将省略了电容器c3的结构用于本说明书所示的其他像素电路的结构。
[0187]
另外，图8a示出的像素pix是对图7a的结构附加了晶体管tr7及布线vl的结构。
[0188]
在图8a所示结构中，向布线vl供应复位电位，通过导通晶体管tr7可以进行液晶元件lc的复位工作。通过采用该结构，由节点nd2和对液晶元件lc施加的电位可以独立地控制改写工作，能够延长液晶元件lc的显示工作期间。
[0189]
此外，当以低灰度进行显示时，也可以通过从布线vl供应图像信号并控制晶体管tr7的导通/非导通状态，来进行液晶元件lc的显示工作。此时，晶体管tr6经常处于非导通状态即可。
[0190]
图8b示出的像素pix具有所有的晶体管中都设置有背栅级的结构。该背栅级与前栅极电连接并具有提高通态电流的效果。另外，也可以采用能够对背栅极供应与前栅极不同的恒定电位的结构。通过采用该结构，可以控制晶体管的阈值电压。虽然在图8b中示出所有的晶体管中设置有背栅极的结构，但是也可以包括不设置背栅极的晶体管。此外，也可以将晶体管具有背栅极的结构用于本实施方式中的其他的像素电路。
[0191]
以上是对使用液晶元件时的结构例子的说明。
[0192]
本说明书等公开的本发明的一个方式是一种包括第一至第三晶体管、第一及第二电容器的半导体装置。第一晶体管的第一端子与第一电容器的第一端子电连接，第二晶体管的第一端子与第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子电连接，第三晶体管的第一端子与第二电容器的第二端子电连接。半导体装置具有以下的第一功能至第四功能。第一功能包括：在第一晶体管为开启状态下，向第一电容器的第一端子写入第一电位的功能；在第二晶体管为开启状态下，向第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第二端子写入第一电位的功能。第二功能为：在第二晶体管为关闭状态下，由第一电容器的第二端子、第二电容器的第二端子保持第三晶体管的栅极的电位的功能。第三功能包括：将第一电位与第三电位之和写入到第一电容器的第一端子的功能；通过将第一电位与第三电位之和写入到第一电容器的第一端子，使保持在上述第三晶体管的栅极、第一电容器的第二端子及第二电容器的第一端子的第一电位变换为第一电位与第四电位之和的功能。第四功能为：使根据第一电位与第四电位之和的电流流过第三晶体管的第一端子至第二端子之间的功能。
[0193]
此外，在上述半导体装置中，第一至第三晶体管中的至少一个优选在沟道形成区域包含金属氧化物。
[0194]
此外，在上述半导体装置中，优选包括第四晶体管和发光元件。此时，优选的是，第四晶体管的第一端子与第三晶体管的第一端子及第二电容器的第二端子电连接，发光元件的输入端子与第四晶体管的第二端子电连接。
[0195]
此外，在上述半导体装置中，第四晶体管优选在沟道形成区域包含金属氧化物。
[0196]
此外，在上述半导体装置中，优选的是，第一电位相应于高位的数据，第四电位相应于低位的数据。
[0197]
另外，本发明的另一个方式是一种显示装置，包括具有上述结构的半导体装置及数字模拟转换电路。此时，数字模拟转换电路的输出端子与第一晶体管的第一端子及第二晶体管的第一端子电连接。数字模拟转换电路优选具有生成第一电位或第一电位与第三电位之和并从数字模拟转换电路的输出端子输出第一电位或第一电位与第三电位之和的功能。
[0198]
此外，本发明的另一个方式是一种电子设备，包括具有上述结构的显示装置及框体。
[0199]
另外，本发明的一个方式的半导体装置或显示装置的工作方法不局限于上述的工作例子或具体例子。该工作方法可以适当地改变例如对元件、电路或布线等供应电位的顺
序或该电位的值。另外，如上面所述那样，可以适当地改变发明的一个方式的半导体装置或显示装置的结构，因此根据该结构，可以改变半导体装置或显示装置的工作方法。
[0200]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0201]
(实施方式3)在本实施方式中，对使用el元件的显示装置的结构例子进行说明。
[0202]
在图9a中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215的方式设置密封剂4005，显示部215被密封剂4005及第二衬底4006密封。
[0203]
显示部215设置有包括实施方式1所示的像素pix的像素阵列。
[0204]
在图9a中，扫描线驱动电路221a、信号线驱动电路231a、信号线驱动电路232a及共通线驱动电路241a都包括设置在印刷电路板4041上的多个集成电路4042。集成电路4042由单晶半导体或多晶半导体形成。信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a具有实施方式1所示的源极驱动器电路sd的功能。扫描线驱动电路221a具有实施方式1所示的栅极驱动器电路gd的功能。共通线驱动电路241a具有对实施方式1所示的布线cat供应规定电位的功能。
[0205]
通过fpc(fpc：flexible printed circuit)4018向扫描线驱动电路221a、共通线驱动电路241a、信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a供应各种信号及电位。
[0206]
扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a所包括的集成电路4042具有对显示部215供应选择信号的功能。信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a所包括的集成电路4042具有对显示部215供应图像信号的功能。集成电路4042被安装在与由第一衬底4001上的密封剂4005围绕的区域不同的区域中。
[0207]
注意，对集成电路4042的连接方法没有特别的限制，可以使用引线键合法、cog(chip on glass：玻璃覆晶封装)法、tcp(tape carrier package：载带封装)法以及cof(chip on film：薄膜覆晶封装)法等。
[0208]
图9b示出利用cog法安装包含于信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a中的集成电路4042的例子。另外，通过将驱动电路的一部分或整体形成在形成有显示部215的衬底上，可以形成系统整合型面板(system
‑
on
‑
panel)。
[0209]
图9b示出将扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a形成在形成有显示部215的衬底上的例子。通过同时形成驱动电路与显示部215内的像素电路，可以减少构件数。由此，可以提高生产率。
[0210]
另外，在图9b中，以围绕设置在第一衬底4001上的显示部215、扫描线驱动电路221a以及共通线驱动电路241a的方式设置密封剂4005。显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a上设置有第二衬底4006。由此，显示部215、扫描线驱动电路221a及共通线驱动电路241a通过第一衬底4001、密封剂4005及第二衬底4006与显示元件密封在一起。
[0211]
虽然图9b中示出另行形成信号线驱动电路231a及信号线驱动电路232a并将其安装至第一衬底4001的例子，但是本发明的一个方式不局限于该结构，也可以另行形成扫描线驱动电路并进行安装，或者另行形成信号线驱动电路的一部分或扫描线驱动电路的一部分并进行安装。
[0212]
此外，显示装置有时包括显示元件为密封状态的面板和在该面板中安装有包括控制器的ic等的模块。
[0213]
设置于第一衬底上的显示部及扫描线驱动电路包括多个晶体管。作为该晶体管，可以适用os晶体管或si晶体管。
[0214]
外围驱动电路所包括的晶体管及显示部的像素电路所包括的晶体管的结构既可以具有相同的结构也可以具有不同的结构。外围驱动电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，也可以组合两种以上的结构。同样地，像素电路所包括的晶体管既可以都具有相同的结构，也可以组合两种以上的结构。
[0215]
另外，可以在第二衬底4006上设置输入装置。图9所示的对显示装置设置输入装置的结构能够用作触摸面板。
[0216]
对本发明的一个方式的触摸面板所包括的感测元件(也称为传感元件)没有特别的限制。还可以将能够检测出手指、触屏笔等检测对象的接近或接触的各种传感器用作感测元件。
[0217]
例如，作为传感器的方式，可以利用静电电容式、电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式、压敏式等各种方式。
[0218]
在本实施方式中，以包括静电电容式的感测元件的触摸面板为例进行说明。
[0219]
作为静电电容式，有表面型静电电容式、投影型静电电容式等。另外，作为投影型静电电容式，有自电容式、互电容式等。优选使用互电容式，因为可以同时进行多点感测。
[0220]
本发明的一个方式的触摸面板可以采用贴合了分别制造的显示装置和感测元件的结构、在支撑显示元件的衬底和对置衬底中的一方或双方设置有构成感测元件的电极等的结构等各种各样的结构。
[0221]
图10a和图10b示出触摸面板的一个例子。图10a是触摸面板4210的立体图。图10b是输入装置4200的立体示意图。注意，为了明确起见，只示出典型的构成要素。
[0222]
触摸面板4210具有贴合了分别制造的显示装置与感测元件的结构。
[0223]
触摸面板4210包括重叠设置的输入装置4200和显示装置。
[0224]
输入装置4200包括衬底4263、电极4227、电极4228、多个布线4237、多个布线4238及多个布线4239。例如，电极4227可以与布线4237或布线4239电连接。另外，电极4228可以与布线4239电连接。fpc4272b可以与多个布线4237及多个布线4238分别电连接。fpc4272b可以设置有ic4273b。
[0225]
另外，显示装置的第一衬底4001与第二衬底4006之间可以设置触摸传感器。当在第一衬底4001与第二衬底4006之间设置触摸传感器时，除了静电电容式触摸传感器之外还可以使用利用光电转换元件的光学式触摸传感器。
[0226]
图11是沿着图9b中的点划线n1
‑
n2的截面图。图11所示的显示装置包括电极4015，电极4015与fpc4018的端子通过各向异性导电层4019电连接。另外，在图11中，电极4015在形成于绝缘层4112、绝缘层4111及绝缘层4110的开口中与布线4014电连接。
[0227]
电极4015与第一电极层4030使用同一导电层形成，布线4014与晶体管4010及晶体管4011的源电极及漏电极使用同一导电层形成。
[0228]
另外，设置在第一衬底4001上的显示部215和扫描线驱动电路221a包括多个晶体管，在图11中，示出显示部215中的晶体管4010及扫描线驱动电路221a中的晶体管4011。虽
然图11中作为晶体管4010及晶体管4011示出底栅极型晶体管，但是也可以使用顶栅极型晶体管。另外，晶体管4011可以是包括在实施方式1中已说明的栅极驱动器电路gd中的晶体管。
[0229]
在图11中，在晶体管4010及晶体管4011上设置有绝缘层4112。另外，绝缘层4112上形成有分隔壁4510。
[0230]
另外，晶体管4010及晶体管4011设置在绝缘层4102上。另外，晶体管4010及晶体管4011包括形成在绝缘层4111上的电极4017。电极4017可以用作背栅电极。
[0231]
另外，图11所示的显示装置包括电容器4020。电容器4020包括与晶体管4010的栅电极以同一工序形成的电极4021以及与源电极及漏电极以同一工序形成的电极。每个电极隔着绝缘层4103彼此重叠。注意，作为电容器4020可以采用例如实施方式1中已说明的像素pix的电容器c1或电容器c2。
[0232]
一般而言，考虑在像素部中配置的晶体管的泄漏电流等设定在显示装置的像素部中设置的电容器的容量以使其能够在指定期间保持电荷。电容器的容量考虑晶体管的关态电流等设定即可。
[0233]
设置在显示部215中的晶体管4010与显示元件电连接。
[0234]
另外，图11所示的显示装置包括绝缘层4111及绝缘层4102。作为绝缘层4111及绝缘层4102，使用不易使杂质元素透过的绝缘层。通过由绝缘层4111和绝缘层4102夹持晶体管，可以防止从外部到半导体层的杂质的混入。
[0235]
作为显示装置所包括的显示元件，可以适用利用电致发光的发光元件(el元件)。el元件在一对电极之间具有包含发光化合物的层(也称为“el层”)。当使一对电极之间产生高于el元件的阈值电压的电位差时，空穴从阳极一侧注入到el层中，而电子从阴极一侧注入到el层中。被注入的电子和空穴在el层中重新结合，由此，包含在el层中的发光物质发光。
[0236]
此外，el元件根据发光材料是有机化合物还是无机化合物被区别，通常前者被称为有机el元件，而后者被称为无机el元件。
[0237]
在有机el元件中，通过施加电压，电子从一个电极注入到el层中，而空穴从另一个电极注入到el层中。通过这些载流子(电子及空穴)重新结合，发光有机化合物形成激发态，当从该激发态回到基态时发光。由于这种机理，这种发光元件被称为电流激发型发光元件。
[0238]
el层除了发光化合物以外也可以还包括空穴注入性高的物质、空穴传输性高的物质、空穴阻挡材料、电子传输性高的物质、电子注入性高的物质或双极性的物质(电子传输性及空穴传输性高的物质)等。
[0239]
el层可以通过蒸镀法(包括真空蒸镀法)、转印法、印刷法、喷墨法、涂敷法等的方法形成。
[0240]
无机el元件根据其元件结构而分类为分散型无机el元件和薄膜型无机el元件。分散型无机el元件包括发光层，其中发光材料的粒子分散在粘合剂中，并且其发光机理是利用供体能级和受主能级的供体
‑
受主重新结合型发光。薄膜型无机el元件是其中发光层夹在电介质层之间，并且该夹着发光层的电介质层夹在电极之间的结构，其发光机理是利用金属离子的内壳层电子跃迁的局部型发光。注意，这里作为发光元件使用有机el元件进行说明。
[0241]
为了取出发光，使发光元件的一对电极中的至少一个为透明。在衬底上形成有晶体管及发光元件。作为发光元件可以采用从与该衬底相反一侧的表面取出发光的顶部发射结构；从衬底一侧的表面取出发光的底部发射结构；以及从两个表面取出发光的双面发射结构。
[0242]
图11是作为显示元件使用发光元件的发光显示装置(也称为“el显示装置”)的一个例子。被用作显示元件的发光元件4513与设置在显示部215中的晶体管4010电连接。就是说，晶体管4010对应于实施方式1中已说明的晶体管tr5且发光元件4513对应于实施方式1中已说明的发光元件ld。虽然发光元件4513具有第一电极层4030、发光层4511及第二电极层4031的叠层结构，但是不局限于该结构。根据从发光元件4513取出光的方向等，可以适当地改变发光元件4513的结构。
[0243]
分隔壁4510使用有机绝缘材料或无机绝缘材料形成。尤其优选使用感光树脂材料，在第一电极层4030上形成开口部，并且将分隔壁4510的侧面形成为具有连续曲率的倾斜面。
[0244]
发光层4511可以使用一个层构成，也可以使用多个层的叠层构成。
[0245]
发光元件4513的发光颜色可以根据构成发光层4511的材料变为白色、红色、绿色、蓝色、青色、品红色或黄色等。
[0246]
作为实现彩色显示的方法，有如下方法：组合发光颜色为白色的发光元件4513和着色层的方法；以及在每个像素设置发光颜色不同的发光元件4513的方法。在后者的方法中，需要根据每个像素形成发光层4511，所以其生产率比前者的方法低。但是，在后者的方法中，可以得到其色纯度比前者的方法高的发光颜色。通过在后者的方法中使发光元件4513具有微腔结构，可以进一步提高色纯度。
[0247]
发光层4511也可以包含量子点等无机化合物。例如，通过将量子点用于发光层，也可以将其用作发光材料。
[0248]
为了防止氧、氢、水分、二氧化碳等进入发光元件4513，也可以在第二电极层4031及分隔壁4510上形成保护层。作为保护层，可以形成氮化硅膜、氮氧化硅膜、氧化铝膜、氮化铝膜、氧氮化铝膜、氮氧化铝膜、dlc(diamond like carbon)膜等。此外，在由第一衬底4001、第二衬底4006以及密封剂4005密封的空间中设置有填充剂4514并被密封。如此，为了不暴露于外部气体，优选使用气密性高且脱气少的保护薄膜(粘合薄膜、紫外线固化树脂薄膜等)、覆盖材料进行封装(封入)。
[0249]
作为填充剂4514，除了氮或氩等惰性气体以外，也可以使用紫外线固化树脂或热固化树脂，例如可以使用pvc(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、硅酮树脂、pvb(聚乙烯醇缩丁醛)或eva(乙烯
‑
醋酸乙烯酯)等。填充剂4514也可以包含干燥剂。
[0250]
作为密封剂4005，可以使用玻璃粉等玻璃材料或者两液混合型树脂等在常温下固化的固化树脂、光固化树脂、热固化树脂等树脂材料。密封剂4005也可以包含干燥剂。
[0251]
另外，根据需要，也可以在发光元件的光射出面上适当地设置诸如偏振片或者圆偏振片(包括椭圆偏振片)、相位差板(λ/4板、λ/2板)、滤色片等的光学薄膜。此外，也可以在偏振片或者圆偏振片上设置抗反射膜。例如，可以进行抗眩光处理，该处理是通过利用表面的凹凸扩散反射光来降低反射眩光的处理。
[0252]
通过使发光元件具有微腔结构，能够提取色纯度高的光。另外，通过组合微腔结构
和滤色片，可以防止反射眩光，而可以提高图像的可见度。
[0253]
关于对显示元件施加电压的第一电极层及第二电极层(也称为像素电极层、公共电极层、对置电极层等)，根据取出光的方向、设置电极层的地方以及电极层的图案结构而选择其透光性、反射性，即可。
[0254]
作为第一电极层4030及第二电极层4031，可以使用包含氧化钨的氧化铟、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的氧化铟、铟锡氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加有氧化硅的铟锡氧化物等具有透光性的导电材料。
[0255]
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用钨(w)、钼(mo)、锆(zr)、铪(hf)、钒(v)、铌(nb)、钽(ta)、铬(cr)、钴(co)、镍(ni)、钛(ti)、铂(pt)、铝(al)、铜(cu)、银(ag)等金属、其合金和其金属氮化物中的一种以上形成。
[0256]
此外，第一电极层4030及第二电极层4031可以使用包含导电高分子(也称为导电聚合体)的导电组成物形成。作为导电高分子，可以使用所谓的π电子共轭导电高分子。例如，可以举出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由苯胺、吡咯及噻吩中的两种以上构成的共聚物或其衍生物等。
[0257]
此外，由于晶体管容易因静电等而损坏，所以优选设置用来保护驱动电路的保护电路。保护电路优选使用非线性元件构成。
[0258]
图12是作为显示元件使用发光二极管芯片(以下也称为led芯片)时的例子。
[0259]
led芯片包括发光二极管。发光二极管的结构没有特别的限制，可以采用mis(metal insulator semiconductor：金属
‑
绝缘体
‑
半导体)结，也可以使用具有pn结或pin结的同质结结构、异质结结构或双异质结结构等。另外，也可以采用超晶格结构(superlattice structure)、层叠产生量子效果的薄膜的单一量子阱结构或多重量子阱(mqw：multi quantum well)结构。
[0260]
led芯片4600包括衬底4601、n型半导体层4611、发光层4612、p型半导体层4613、电极4615、电极4621、电极4622及绝缘层4603等。
[0261]
作为p型半导体层4613的材料，可以使用其带隙能量大于发光层4612的带隙能量且能够使载流子封闭在发光层4612中的材料。另外，led芯片4600在n型半导体层4611上设置有被用作阴极的电极4621，在p型半导体层4613上设置有被用作接触电极的电极4615，在电极4615上设置有被用作阳极的电极4622。另外，n型半导体层4611的顶面及电极4615的顶面及侧面优选被绝缘层4603所覆盖。绝缘层4603被用作led芯片4600的保护膜。
[0262]
优选的是，led芯片4600的发射光的区域的面积为1mm2以下、优选为10000μm2以下、更优选为3000μm2以下、进一步优选为700μm2以下。
[0263]
作为led芯片4600，虽然也可以使用边长大于1mm的大型led，但优选使用比其尺寸更小的led。尤其优选使用边长大于100μm且1mm以下的小型led，更优选使用边长为100μm以下的微型led。通过使用微型led，可以实现分辨率极高的显示装置。
[0264]
n型半导体层4611也可以具有n型接触层在衬底4601一侧且n型包覆层在发光层4612一侧层叠的结构。另外，p型半导体层4613也可以具有p型包覆层在发光层4612一侧且p型接触层在电极4615一侧层叠的结构。
[0265]
发光层4612可以采用多次层叠势垒层和阱层的多重量子阱(mqw：multi quantum well)结构。势垒层优选使用其带隙能量大于阱层的带隙能量的材料。通过采用上述结构，
可以使能量封闭在阱层中，从而量子效率提高而可以提高led芯片4600的发光效率。
[0266]
led芯片4600为主要从衬底4601一侧的射出光的面朝下型的led芯片。此时，作为电极4615可以使用反射光的材料，例如可以使用银、铝及铑等金属。注意，当使用面朝上型的led芯片时，将使光透过的材料用于电极4615即可，例如可以使用ito(in2o3‑
sno2)、azo(al2o3‑
zno)、izo(注册商标)(in2o3‑
zno)、gzo(geo2‑
zno)、ico(in2o3‑
ceo2)等氧化物。
[0267]
作为衬底4601，可以使用蓝宝石单晶(al2o3)、尖晶石单晶(mgal2o4)、zno单晶、lialo2单晶、ligao2单晶、mgo单晶等氧化物单晶、si单晶、sic单晶、gaas单晶、aln单晶、gan单晶、zrb2等的硼化物单晶等。在面朝下型的led芯片4600中，衬底4601优选使用使光透过的材料，例如可以使用蓝宝石单晶等。
[0268]
另外，也可以在衬底4601与n型半导体层4611间设置缓冲层(未图示)。缓冲层具有缓和衬底4601与n型半导体层4611晶格常数的不同的功能。
[0269]
led芯片4600所包括的电极4621和电极4622分别经过凸块4605与第一电极层4030或第二电极层4031接合。
[0270]
另外，优选以覆盖led芯片4600的侧面的方式设置具有遮光性的树脂层4607。由此，可以遮住从led芯片4600横向射出的光，并且可以防止由波导光引起的对比度的降低。
[0271]
另外，在图12中示出在衬底4601上还设置衬底4006的例子。如此，通过在led芯片4600的周围设置有树脂层4607并以覆盖其顶面的方式设置衬底4006，可以使led芯片4600的接合更为坚固，并且可以有效地防止led芯片4600发生接合不良。
[0272]
图13示出作为显示元件使用液晶元件的液晶显示装置的一个例子。
[0273]
在图13中，作为显示元件的液晶元件4013包括第一电极层4030、第二电极层4031及液晶层4008。注意，以夹持液晶层4008的方式设置有被用作取向膜的绝缘层4032及绝缘层4033。第二电极层4031设置在第二衬底4006一侧，第一电极层4030与第二电极层4031隔着液晶层4008重叠。
[0274]
另外，间隔物4035是通过对绝缘层选择性地进行蚀刻而得到的柱状间隔物，并且它是为控制第一电极层4030和第二电极层4031之间的间隔(单元间隙)而设置的。注意，还可以使用球状间隔物。
[0275]
此外，根据必要，可以适当地设置黑矩阵(遮光层)、着色层(滤色片)、偏振构件、相位差构件、抗反射构件等的光学构件(光学衬底)等。例如，也可以使用利用偏振衬底及相位差衬底的圆偏振。此外，作为光源，也可以使用背光或侧光等。作为上述背光及侧光，也可以使用微型led等。
[0276]
在图13所示的显示装置中，在衬底4006和第二电极层4031之间设置有遮光层4132、着色层4131及绝缘层4133。
[0277]
作为能够用于遮光层的材料，可以举出碳黑、钛黑、金属、金属氧化物或包含多个金属氧化物的固溶体的复合氧化物等。遮光层也可以为包含树脂材料的膜或包含金属等无机材料的薄膜。另外，也可以对遮光层使用包含着色层的材料的膜的叠层膜。例如，可以采用包含用于使某个颜色的光透过的着色层的材料的膜与包含用于使其他颜色的光透过的着色层的材料的膜的叠层结构。通过使着色层与遮光层的材料相同，除了可以使用相同的设备以外，还可以实现工序简化，因此是优选的。
[0278]
作为能够用于着色层的材料，可以举出金属材料、树脂材料、包含颜料或染料的树
脂材料等。遮光层及着色层的形成方法可以与上述各层的形成方法同样地进行即可。例如，可以利用喷墨法等。
[0279]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0280]
(实施方式4)在本实施方式中，参照图14说明本发明的一个方式的显示装置。
[0281]
以下所示的显示装置是具有显示图像的功能及拍摄图像的功能的装置。以下所示的显示装置可以用于实施方式1中的显示部。
[0282]
[概要]本实施方式的显示装置在显示部中包括受光元件及发光元件。具体而言，在显示部中，发光元件配置为矩阵形状，由此该显示部能够显示图像。此外，在该显示部中，受光元件配置为矩阵形状，由此该显示部也用作受光部。受光部可以用于图像传感器或触摸传感器。也就是说，通过由受光部检测出光，能够拍摄图像或者检测出对象物(手指或笔等)的接近或接触。
[0283]
在本实施方式的显示装置中，当显示部含有的发光元件所发射的光被对象物反射时，受光元件能够检测出该反射光，由此即使在黑暗处也能够拍摄图像或者检测出触摸(包括靠近(near touch))。
[0284]
本实施方式的显示装置具有使用发光元件显示图像的功能。也就是说，发光元件被用作显示元件。
[0285]
作为发光元件，优选采用oled(organic light emitting diode)以及qled(quantum
‑
dot light emitting diode)等的el元件。作为el元件所包含的发光物质，可以举出发射荧光的物质(荧光材料)、发射磷光的物质(磷光材料)、无机化合物(量子点材料等)、呈现热活化延迟荧光的物质(热活化延迟荧光(thermally activated delayed fluorescence：tadf)材料)等。另外，作为发光元件，也可以采用micro led(light emitting diode)等的led。
[0286]
本实施方式的显示装置具有使用受光元件检测出光的功能。
[0287]
当将受光元件用于图像传感器时，本实施方式的显示装置能够使用受光元件拍摄图像。
[0288]
当将受光元件用于照度传感器时，本实施方式的显示装置能够使用受光元件测量外光照度及色度。
[0289]
例如，可以使用图像传感器获取指纹、掌纹或虹膜等的数据。也就是说，可以在本实施方式的显示装置内设置生物识别用传感器。通过在显示装置内设置生物识别用传感器，与分别设置显示装置和生物识别用传感器的情况相比，可以减少电子设备的零部件个数，由此可以实现电子设备的小型化及轻量化。
[0290]
此外，可以使用图像传感器获取用户的表情、视线或瞳孔直径的变化等的数据。通过分析该数据，可以获取用户的身心的信息。通过根据该信息改变图像和声音中的一者或两者的输出内容，可以使用户安全地使用如对应vr(virtual reality)的机器、对应ar(augmented reality)的机器或对应mr(mixedreality)的机器等机器。
[0291]
此外，在将受光元件用于触摸传感器的情况下，本实施方式的显示装置使用受光
元件检测出对象物的接近或接触。
[0292]
作为受光元件，例如，可以使用pn型或pin型光电二极管。受光元件被用作检测出入射到受光元件的光来产生电荷的光电转换元件。所产生的电荷量取决于所入射的光量。
[0293]
尤其是，作为受光元件，优选使用具有包含有机化合物的层的有机光电二极管。有机光电二极管容易实现薄型化、轻量化及大面积化，且形状及设计的自由度高，由此可以应用于各种各样的显示装置。
[0294]
在本发明的一个方式中，使用有机el元件作为发光元件，并使用有机光电二极管作为受光元件。有机光电二极管中可以以与有机el元件相同的结构形成的层很多。因此，可以在不需大幅度增加制造工序的情况下在显示装置内设置受光元件。例如，可以将受光元件的活性层及发光元件的发光层分别形成，而其他层则是受光元件和发光元件共同使用。
[0295]
图14a至图14d示出本发明的一个方式的显示装置的截面图。
[0296]
图14a所示的显示装置50a在衬底51与衬底59之间包括具有受光元件的层53及具有发光元件的层57。
[0297]
图14b所示的显示装置50b在衬底51与衬底59之间包括具有受光元件的层53、具有晶体管的层55及具有发光元件的层57。
[0298]
显示装置50a及显示装置50b从具有发光元件的层57发射红色(r)、绿色(g)以及蓝色(b)的光。
[0299]
本发明的一个方式的显示装置具有配置为矩阵形状的多个像素。一个像素具有一个以上的子像素。一个子像素具有一个发光元件。例如，像素可以采用具有三个子像素的结构(r、g、b的三种颜色或黄色(y)、青色(c)及品红色(m)的三种颜色等)或具有四个子像素的结构(r、g、b、白色(w)的四种颜色或者r、g、b、y的四种颜色等)。再者，像素具有受光元件。受光元件既可设置在所有像素中又可设置在一部分像素中。此外，一个像素也可以具有多个受光元件。
[0300]
具有晶体管的层55优选具有第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管与受光元件电连接。第二晶体管与发光元件电连接。
[0301]
本发明的一个方式的显示装置也可以具有检测出与显示装置接触的如手指等对象物的功能。例如，如图14c所示，具有发光元件的层57中的发光元件所发射的光被接触显示装置50b的手指52反射，使得具有受光元件的层53中的受光元件检测出该反射光。由此，可以检测出与显示装置50b接触的手指52。
[0302]
如图14d所示，本发明的一个方式的显示装置也可以具有对接近显示装置50b(未接触)的对象物进行检测或拍摄的功能。
[0303]
图14e至图14h示出像素的一个例子。
[0304]
图14e、图14f所示的像素包括r、g、b的三个子像素(三个发光元件)和受光元件pd。图14e是三个子像素及受光元件pd配置为2
×
2的矩阵形状的例子，图14f是三个子像素及受光元件pd配置为一个横列的例子。
[0305]
图14g所示的像素包括r、g、b、w的四个子像素(四个发光元件)及受光元件pd。
[0306]
图14h所示的像素包括r、g、b的三个子像素、发射红外光的发光元件ir及受光元件pd。此时，受光元件pd优选具有检测出红外光的功能。受光元件pd也可以具有检测出可见光和红外光的双方的功能。根据传感器的用途，可以决定受光元件pd所检测出的光的波长。
[0307]
(实施方式5)在本实施方式中，说明本发明的一个方式的信息处理装置。
[0308]
人的行动依赖于每个情况下的情绪。因为在多情况下人能够无意地控制其情绪，所以当受到引起情绪变化的刺激且该刺激较小时能够保持冷静。但是，当引起情绪变化的刺激较大时有不能够适当地控制情绪而无意地采取起因于情绪的行动的担忧。
[0309]
由于这种情绪变化，有时降低集中力。例如，在集中力降低时，即使进行相同的工作也发生工作能率、精度的下降。另外，基于情绪的集中力的降低有时引起事故、灾害。尤其在开车等时，集中力的降低可能导致极其危险的事故。
[0310]
于是，本发明的一个方式检测使用者的脸的一部分(尤其是眼睛或者眼睛及其附近)或全部，从所检测的脸的一部分或全部的信息抽出使用者的脸的特征，并且根据所抽出的脸的特征推断使用者的情绪。然后，在所推断的情绪例如为有可能降低集中力等的情绪时，刺激使用者的视觉、听觉、触觉、嗅觉等以恢复使用者的集中力。由此，可以有效地抑制使用者没意识到的集中力降低。
[0311]
作为有可能降低集中力等的情绪，有焦躁、焦虑、生气、愤怒、悲伤、兴奋、不安、恐怖、不满、痛苦及空虚等。以下有时将它们一并称为负面情绪。注意，一般而言，兴奋并不局限于负面情绪，但在此作为有可能降低集中力等的情绪包含在负面情绪中。
[0312]
作为给使用者的刺激，优选为通过视觉的刺激。例如，可以举出显示消除使用者的负面情绪而让心情平静下来的图像等。作为这种图像，例如可以举出动物、植物、风景等关于自然界的图像等。此外，因为让使用者的心情平静下来的图像因人而异，所以也可以采用显示由使用者事先设定的图像的方法。
[0313]
另外，作为使用者通过视觉感受的刺激，可以改变所显示的图像的色调。例如，通过在所显示的图像的色调中降低红色灰度且提高绿色或蓝色灰度，使用者的负面情绪得到抑制，可以让心情平静下来。在此情况下，当即时极端地改变色调时有时起如使用者的焦躁变高等反作用，因此优选以使用者不易意识到其变化的方式逐渐地改变色调。例如，在能够以256个以上的各颜色灰度显示图像的情况下，以每一秒钟改变的灰度值为1灰度值以下的方式逐渐地改变，即可。
[0314]
另外，作为通过视觉给使用者的刺激，可以举出：使有使用者的空间的亮度分阶段地昏暗；将照明的色调接近绿色或蓝色；等。
[0315]
另外，作为以消除负面情绪而让心情平静下来为目的通过听觉给使用者的刺激，可以举出关于自然界的环境声音(鸟的叫声、流水声)等。
[0316]
另外，通过让使用者意识到被推断的目前情绪如何而代替给让心情平静下来的刺激，也可以适当地抑制使用者的集中力等降低。使用者通过注意到自己意识不到的负面情绪，可以有意识地进行让心情平静下来的举动。例如，可以有意识地进行深呼吸、停止工作或开车来休息等举动。
[0317]
作为让使用者意识到目前情绪的方法，例如可以举出：将呈现与使用者的目前情绪相似的表情的形象显示在屏幕上；将使情绪水平(例如为焦躁水平)数值化的图像或以图形表现出的图像显示在屏幕上；等。或者，也可以在推断为情绪激昂等情况下使用声音、照明或气味等向使用者发出警告等。尤其是，通过在显示图像发出作用于视觉的警告的同时发出作用到听觉、嗅觉、触觉等的警告，可以进一步有效地让使用者意识到目前情绪。
[0318]
对推断使用者情绪的方法进行说明。首先，拍摄使用者(拍摄对象)的眼睛或者眼睛及包含其附近的脸的一部分。接着，从所拍摄的使用者的脸的一部分抽出脸的特征。然后，根据所抽出的脸的特征推断使用者的目前情绪。特征的抽出以及情绪的推断可以通过使用神经网络的推理适当地进行。
[0319]
下面，参照附图说明更具体的例子。
[0320]
[结构例子]图15是本发明的一个方式的信息处理装置310的方框图。信息处理装置310包括信息提供单元311、拍摄对象检测单元312、特征抽取单元313、情绪推断单元314以及信息生成单元315。
[0321]
注意，本说明书的附图示出在独立的方框中根据其功能进行分类的构成要素，但是在实际上，构成要素难以根据功能被清楚地划分，一个构成要素有时具有多个功能，还有时由多个构成要素实现一个功能。
[0322]
〔信息提供单元311〕信息提供单元311具有刺激使用者的视觉、嗅觉、听觉或触觉的功能。信息提供单元311可以将在后述信息生成单元315中生成的信息提供(输出)给使用者。
[0323]
作为信息提供单元311，可以使用各种各样的硬件。例如，在刺激使用者的视觉(或者对使用者提供信息)的情况下，可以使用能够显示图像的显示装置或者能够改变照度或色度的照明装置等。例如，作为刺激嗅觉的器件，可以使用利用振动或热等发散香味的香薰机等。例如，作为刺激听觉的器件，可以使用扬声器、头戴式耳机或耳机等音频输出装置。此外，作为刺激触觉的器件，可以使用振动装置等。
[0324]
尤其是，在本发明的一个方式的信息处理装置310中，尤其优选通过视觉给使用者提供信息。在信息处理装置310所包括的信息提供单元311具有显示图像的单元的情况下，可以将该信息处理装置称为图像显示装置。
[0325]
再者，优选的是，信息提供单元311除了显示图像的单元以外还具有其他信息提供单元。由此，不仅为使用者提供图像，而且可以用其他单元刺激视觉、听觉、嗅觉或触觉，因此可以相乘地提醒使用者。
[0326]
〔拍摄对象检测单元312〕拍摄对象检测单元312具有获取使用者的脸的一部分的信息并将该信息输出到特征抽取单元313的功能。
[0327]
作为拍摄对象检测单元312，典型地可以使用安装有图像传感器的摄像装置。在此情况下，也可以使用通过将红外线照射到使用者的脸来进行拍摄的红外线摄像装置。注意，拍摄对象检测单元312只要是能够检测拍摄对象的脸的一部分的状态的装置就不局限于摄像装置。另外，也可以使用通过红外线等测量器件与脸的一部分的距离的光学测距仪。另外，也可以使用通过使电极接触于使用者的脸而电检测使用者的脸的肌肉动作的检测装置。
[0328]
〔特征抽取单元313〕特征抽取单元313具有从被拍摄对象检测单元312输出的脸的信息抽出特征，根据该特征的位置抽出脸的一部分或全部的特征，来将所抽出的特征的信息输出到情绪推断单元314的功能。
[0329]
在拍摄对象检测单元312获取的脸的信息为眼睛及其附近的信息的情况下，作为特征抽取单元313抽出的特征，例如，可以举出瞳孔、虹膜、角膜、结膜(白眼珠)、眼头、眼梢、上眼睑、下眼睑、睫毛、眉毛、眉间、眉头、眉梢等。此外，作为眼睛及其附近以外的特征，可以举出鼻根、鼻尖、鼻柱、鼻孔、唇(上唇、下唇)、嘴角、嘴角裂、牙齿、脸颊、颌、下颌角、额等。特征抽取单元313识别这些脸的一部分的形状及位置等，来抽出这些部分的特征的位置坐标。然后，将抽出的位置坐标的数据等作为脸的特征的信息输出到情绪推断单元314。
[0330]
作为特征抽取单元313的特征抽出的方法，可以使用从在拍摄对象检测单元312中获取的图像等抽出特征的各种算法。例如，可以采用尺度不变特征变换(sift：scaled invariant feature transform)、加速稳健特征(surf：speededup robust features)、方向梯度直方图(hog：histograms oforiented gradients)等的算法。
[0331]
尤其是，优选使用神经网络推理进行特征抽取单元313的特征抽出。尤其是，优选使用卷积神经网络(cnn：convolutional neural networks)进行。以下说明使用神经网络的情况。
[0332]
图16a示意性地示出可以用于特征抽取单元313的神经网络nn1。神经网络nn1包括输入层351、三个中间层352以及输出层353。此外，中间层352的个数不局限于三个，只要为一个以上就可。
[0333]
神经网络nn1被输入从拍摄对象检测单元312输出的数据361。数据361为包括坐标和对应于该坐标的数值的数据。典型地说，可以为包括坐标和对应于该坐标的灰度值的图像数据。从神经网络nn1输出数据362。数据362为包含上述特征的位置坐标的数据。
[0334]
神经网络nn1预先已学习以下内容：从图像数据等的数据361抽出上述特征并输出其坐标。作为神经网络nn1的学习，在中间层352中进行使用各种滤波器的边缘处理等，以提高对应于上述特征所存在的坐标的输出层353的神经元值。
[0335]
〔情绪推断单元314〕情绪推断单元314具有根据从被特征抽取单元313输出的脸的特征的信息推断使用者的情绪且将所推断的情绪的信息输出到信息生成单元315的功能。
[0336]
情绪推断单元314可以利用使用者的脸的特征的信息推断使用者有没有负面情绪(焦躁、焦虑、生气、愤怒、悲伤、兴奋、不安、恐怖、不满、痛苦或空虚等)。另外，在有负面情绪时优选推断其程度(水平)。
[0337]
优选使用神经网络推理进行情绪推断单元314中的情绪推断。尤其是，优选使用cnn进行。
[0338]
图16b示意性地示出可用于情绪推断单元314的神经网络nn2。在此示出神经网络nn2具有大致相同于神经网络nn1的结构的例子。注意，神经网络nn2的输入层351的神经元的个数可以少于神经网络nn1。
[0339]
神经网络nn2被输入从特征抽取单元313输出的数据362。数据362包含所抽出的特征的坐标的有关信息。
[0340]
此外，作为输入到神经网络nn2的数据，可以使用数据362被加工的数据。例如，可以算出连接任意两个特征的矢量，并以求得的有关所有特征或部分特征的该矢量为输入到神经网络nn2的数据。此外，也可以采用将计算出的矢量归一化了的数据。以下，加工了神经网络nn1所输出的数据362的数据也被称为数据362。
[0341]
从被输入数据362的神经网络nn2输出数据363。数据363相当于从输出层353的各神经元输出的神经元值。输出层353的每个神经元分别联络到一个情绪。如图16b所示，数据363为包含对应于规定的负面情绪(焦躁、焦虑、生气等)的神经元的神经值的数据。
[0342]
神经网络nn2预先已学习以下内容：根据数据362推断负面情绪的程度并输出神经元值。根据使用者的脸含有的多个特征的相对位置关系可以决定使用者的表情，因此可以使用神经网络nn2根据其表情推断使用者的情绪。
[0343]
图16c示出有关数据363的示意图。对应于每个情绪的神经元值的高低表示所推得的情绪的程度。此外，在数据363中以虚线表示阈值t1及阈值t2。例如，在低于阈值t1的情况下，可以判定为使用者没有其情绪或者其情绪的程度充分低。另外，在高于阈值t2的情况下，可以判定为其情绪的程度极高。
[0344]
例如，从图16c可以推断为：具有混合“焦躁”、“焦虑”和“兴奋”的情绪；尤其感到极强的“焦躁”。
[0345]
如此，通过采用情绪推断单元314只推断负面情绪且将其结果输出到信息生成单元315的结构，可以缩小情绪推断单元314中的运算规模，而可以减少运算所需的功耗。另外，因为可以减少在信息生成单元315中利用的数据量，所以也可以减少从情绪推断单元314到信息生成单元315的数据传送及信息生成单元315中的运算所需的功耗。此外，情绪推断单元314不仅推断负面情绪，而且可以推断相反于此的情绪，例如喜悦、感谢、幸福、亲密、满足、喜爱等情绪并可以将其结果输出到信息生成单元315。
[0346]
此外，也可以以不使用神经网络的方式推断情绪。例如，也可以使用通过比较拍摄对象检测单元312获取的使用者的脸的一部分图像和模板图像来参照其相似程度的模板匹配法或模式匹配法等。在此情况下，也可以不设置特征抽取单元313。
[0347]
〔信息生成单元315〕信息生成单元315具有根据情绪推断单元314所推断的情绪决定或生成提供给使用者的信息并将其输出到信息提供单元311的功能。
[0348]
例如，在信息提供单元311具有显示图像的功能的情况下，信息生成单元315可以生成或选择显示的图像，并将其输出到信息提供单元311。此外，在信息提供单元311具有作为照明装置的功能的情况下，信息生成单元315可以决定照明的亮度(照度)或色度，并将其输出到信息提供单元311。此外，在信息提供单元311具有发散香味的功能的情况下，信息生成单元315可以决定被发散的香味的种类或香味的强度，并输出控制信息提供单元311的工作的信号等。此外，在信息提供单元311具有输出声音的功能的情况下，信息生成单元315可以生成或选择要再现的声音，并将其数据与音量的数据一起输出到信息提供单元311。此外，在信息提供单元311具有感应振动的功能的情况下，信息生成单元315可以决定其振动方式或强度并输出控制信息提供单元311的工作的信号等。
[0349]
以上是信息处理装置310的结构例子的说明。
[0350]
可以将信息处理装置310所具有的构成要素以及它们的功能组装于在实施方式1中例示出的电子设备100等复合设备(也称为复合系统)。
[0351]
这里，在实施方式1等中例示出的本发明的一个方式也可以说是如下复合设备：包括显示部、摄像部及照度检测部，并具有通过摄像部检测出使用者看到显示部的功能、在使用者看到显示部时通过照度检测部测量外光照度的功能以及根据所测量的外光照度的值
校正显示部的亮度而显示图像的功能。
[0352]
另外，本发明的一个方式的复合设备可以具有通过摄像部检测出使用者的脸的一部分或全部的功能、根据所检测出的脸的一部分或全部的信息推断使用者的情绪的功能以及根据该所推断的情绪而通过显示部给使用者提供信息的功能。
[0353]
再者，本发明的一个方式的复合设备优选具有声音输出单元。此时，优选具有根据所推断的情绪通过声音输出单元利用声音给使用者提供信息的功能。
[0354]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0355]
(实施方式6)在本实施方式中说明可以用于本发明的一个方式的半导体装置或显示装置的晶体管的结构。
[0356]
本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以使用底栅型晶体管或顶栅型晶体管等的各种方式的晶体管来制造。因此，可以很容易地对应于现有的生产线更换所使用的半导体层材料或晶体管结构。
[0357]
[底栅型晶体管]图17a1是底栅型晶体管的一种的沟道保护型晶体管810的截面图。在图17a1中，晶体管810形成在衬底771上。此外，晶体管810在衬底771上隔着绝缘层772包括电极746。另外，在电极746上隔着绝缘层726包括半导体层742。电极746可以被用作栅电极。绝缘层726可以被用作栅极绝缘层。
[0358]
另外，在半导体层742的沟道形成区域上包括绝缘层741。此外，在绝缘层726上以与半导体层742的一部分接触的方式包括电极744a及电极744b。电极744a可以用作源电极和漏电极中的一个。电极744b用作源电极和漏电极中的另一个。电极744a的一部分及电极744b的一部分形成在绝缘层741上。
[0359]
绝缘层741可以被用作沟道保护层。通过在沟道形成区域上设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被露出。由此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742的沟道形成区域被蚀刻。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。
[0360]
另外，晶体管810在电极744a、电极744b及绝缘层741上包括绝缘层728，在绝缘层728上包括绝缘层729。
[0361]
当将氧化物半导体用于半导体层742时，优选将能够从半导体层742的一部分中夺取氧而产生氧空位的材料用于电极744a及电极744b的至少与半导体层742接触的部分。半导体层742中的产生氧空位的区域的载流子浓度增加，该区域n型化而成为n型区域(n
+
层)。因此，该区域能够被用作源区域或漏区域。当将氧化物半导体用于半导体层742时，作为能够从半导体层742中夺取氧而产生氧空位的材料的一个例子，可以举出钨、钛等。
[0362]
通过在半导体层742中形成源区域及漏区域，可以降低电极744a及电极744b与半导体层742的接触电阻。因此，可以使场效应迁移率及阈值电压等晶体管的电特性良好。
[0363]
当将硅等半导体用于半导体层742时，优选在半导体层742与电极744a之间及半导体层742与电极744b之间设置被用作n型半导体或p型半导体的层。用作n型半导体或p型半导体的层可以被用作晶体管的源区域或漏区域。
[0364]
绝缘层729优选使用具有防止杂质从外部扩散到晶体管中或者降低杂质的扩散的功能的材料形成。此外，根据需要也可以省略绝缘层729。
[0365]
图17a2所示的晶体管811与晶体管810之间的不同之处在于：晶体管811在绝缘层729上包括可以被用作背栅电极的电极723。电极723可以使用与电极746同样的材料及方法形成。
[0366]
一般而言，背栅电极使用导电层来形成，并栅电极与背栅电极以夹着半导体层的沟道形成区域的方式设置。因此，背栅电极可以具有与栅电极同样的功能。背栅电极的电位可以与栅电极相等，也可以为接地电位(gnd电位)或任意电位。另外，通过不跟栅电极联动而独立地改变背栅电极的电位，可以改变晶体管的阈值电压。
[0367]
电极746及电极723都可以被用作栅电极。因此，绝缘层726、绝缘层728及绝缘层729都可以被用作栅极绝缘层。另外，也可以将电极723设置在绝缘层728与绝缘层729之间。
[0368]
注意，当将电极746和电极723中的一个称为“栅电极”时，将另一个称为“背栅电极”。例如，在晶体管811中，当将电极723称为“栅电极”时，将电极746称为“背栅电极”。另外，当将电极723用作“栅电极”时，晶体管811是顶栅型晶体管之一种。此外，有时将电极746和电极723中的一个称为“第一栅电极”，有时将另一个称为“第二栅电极”。
[0369]
通过隔着半导体层742设置电极746以及电极723并将电极746及电极723的电位设定为相同，半导体层742中的载流子流过的区域在厚度方向上更加扩大，所以载流子的移动量增加。其结果是，晶体管811的通态电流增大，并且场效应迁移率也增高。
[0370]
因此，晶体管811是相对于占有面积具有较大的通态电流的晶体管。即，可以相对于所要求的通态电流缩小晶体管811的占有面积。根据本发明的一个方式，可以缩小晶体管的占有面积。因此，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
[0371]
另外，由于栅电极及背栅电极使用导电层形成，因此具有防止在晶体管的外部产生的电场影响到形成沟道的半导体层的功能(尤其是对静电等的电场遮蔽功能)。另外，当将背栅电极形成得比半导体层大以使用背栅电极覆盖半导体层时，能够提高电场遮蔽功能。
[0372]
另外，通过使用具有遮光性的导电膜形成背栅电极，能够防止光从背栅电极一侧入射到半导体层。由此，能够防止半导体层的光劣化，并防止晶体管的阈值电压漂移等电特性劣化。
[0373]
根据本发明的一个方式，可以实现可靠性良好的晶体管。另外，可以实现可靠性良好的半导体装置。
[0374]
图17b1示出作为底栅型的晶体管之一的沟道保护型晶体管820的截面图。晶体管820具有与晶体管810大致相同的结构，而晶体管820与晶体管810的不同之处在于：绝缘层741覆盖半导体层742的端部。另外，在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的开口部中，半导体层742与电极744a电连接。另外，在选择性地去除绝缘层741的重叠于半导体层742的部分而形成的其他开口部中，半导体层742与电极744b电连接。绝缘层741的与沟道形成区域重叠的区域可以被用作沟道保护层。
[0375]
图17b2所示的晶体管821与晶体管820的不同之处在于：晶体管821在绝缘层729上包括可以被用作背栅电极的电极723。
[0376]
通过设置绝缘层741，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742露出。
因此，可以防止在形成电极744a及电极744b时半导体层742被薄膜化。
[0377]
另外，与晶体管810及晶体管811相比，晶体管820及晶体管821的电极744a与电极746之间的距离及电极744b与电极746之间的距离更长。因此，可以减少产生在电极744a与电极746之间的寄生电容。此外，可以减少产生在电极744b与电极746之间的寄生电容。根据本发明的一个方式，可以提供一种电特性良好的晶体管。
[0378]
图17c1所示的晶体管825是底栅型晶体管之一的沟道蚀刻型晶体管。在晶体管825中，不使用绝缘层741形成电极744a及电极744b。因此，在形成电极744a及电极744b时露出的半导体层742的一部分有时被蚀刻。另一方面，由于不设置绝缘层741，可以提高晶体管的生产率。
[0379]
图17c2所示的晶体管826与晶体管820的不同之处在于：晶体管826在绝缘层729上具有可以用作背栅电极的电极723。
[0380]
[顶栅极型晶体管]图18a1所示的晶体管842是顶栅型晶体管之一。晶体管842的与晶体管810、晶体管811、晶体管820、晶体管821、晶体管825及晶体管826不同之处在于：在形成绝缘层729之后形成电极744a及电极744b。电极744a及电极744b在形成于绝缘层728及绝缘层729中的开口与半导体层742电连接。
[0381]
另外，去除不与电极746重叠的绝缘层726的一部分，以电极746及剩余的绝缘层726为掩模将杂质755引入到半导体层742，由此可以在半导体层742中以自对准(self
‑
alignment)的方式形成杂质区域(参照图18a3)。晶体管842包括绝缘层726超过电极746的端部延伸的区域。半导体层742的通过绝缘层726被引入杂质755的区域的杂质浓度低于不通过绝缘层726被引入杂质755的区域。因此，在半导体层742的不与电极746重叠的区域中形成ldd(lightly doped drain：轻掺杂漏极)区域。
[0382]
图18a2所示的晶体管843与晶体管842的不同之处在于晶体管843包括电极723。晶体管843包括形成在衬底771上的电极723。电极723隔着绝缘层772与半导体层742重叠。电极723可以用作背栅电极。
[0383]
另外，如图18b1所示的晶体管844及图18b2所示的晶体管845那样，也可以完全去除不与电极746重叠的区域的绝缘层726。另外，如图18c1所示的晶体管846及图18c2所示的晶体管847那样，也可以不去除绝缘层726。
[0384]
在晶体管842至晶体管847中，也可以在形成电极746之后以电极746为掩模而将杂质755引入到半导体层742，由此在半导体层742中自对准地形成杂质区域。根据本发明的一个方式，可以实现电特性良好的晶体管。另外，根据本发明的一个方式，可以实现集成度高的半导体装置。
[0385]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0386]
(实施方式7)在本实施方式中，说明可用于上述实施方式中说明的os晶体管的金属氧化物(以下，也称为氧化物半导体)。
[0387]
金属氧化物优选至少包含铟或锌。尤其优选包含铟及锌。另外，除此之外，优选还包含铝、镓、钇或锡等。另外，也可以包含选自硼、硅、钛、铁、镍、锗、锆、钼、镧、铈、钕、铪、钽、
钨、镁及钴等中的一种或多种。
[0388]
<结晶结构的分类>首先，对氧化物半导体中的结晶结构的分类参照图19a进行说明。图19a是说明氧化物半导体，典型为igzo(包含in、ga及zn的金属氧化物)的结晶结构的分类的图。
[0389]
如图19a所示那样，氧化物半导体大致分为“amorphous(无定形)”、“crystalline(结晶性)”、“crystal(结晶)”。另外，在“amorphous”中包含completely amorphous。另外，在“crystalline”中包含caac(c
‑
axis
‑
aligned crystalline)、nc(nanocrystalline)及cac(cloud
‑
aligned composite)。另外，在“crystalline”的分类中不包含single crystal、poly crystal及completely amorphous(excluding single crystal andpoly crystal)。另外，“crystal”的分类中包含single crystal及poly crystal。
[0390]
另外，图19a所示的外框线被加粗的部分中的结构是介于“amorphous(无定形)”与“crystal(结晶)”之间的中间状态，是属于新边界区域(new crystalline phase)的结构。就是说，将该结构可以说是与“crystal(结晶)”或在能量性上不稳定的“amorphous(无定形)”完全不同的结构。
[0391]
另外，可以使用x射线衍射(xrd：x
‑
ray diffraction)光谱对膜或衬底的结晶结构进行评价。在此，图19b及图19c分别示出石英玻璃衬底以及具有被分类为“crystalline”的结晶结构的igzo(也称为crystalline igzo)膜的通过gixd(grazing
‑
incidence xrd)测量而得到的xrd光谱。另外，将gixd测量也称为薄膜法或seemann
‑
bohlin法。下面，将通过图19b及图19c所示的gixd测量而得到的xrd光谱简单地记为xrd光谱。图19b是石英玻璃的xrd光谱，图19c是结晶性igzo的xrd光谱。另外，图19c所示的结晶性igzo膜的组成是in:ga:zn＝4:2:3[原子个数比]附近。另外，图19c所示的结晶性igzo膜的厚度为500nm。
[0392]
如图19b的箭头所示，石英玻璃衬底的xrd光谱的峰形状大致为左右对称。另一方面，如图19c的箭头所示，结晶性igzo膜的xrd光谱的峰形状不是左右对称。xrd光谱的峰的形状是左右不对称说明膜中或衬底中存在结晶。换言之，除非xrd光谱峰形状左右对称，否则不能说膜或衬底处于非晶状态。在图19c中，在2θ＝31
°
或其附近表示结晶相(igzo crystal phase)。可以推测，xrd光谱中的左右非对称的形状的峰归因于源自该结晶相(微小结晶)的衍射峰。
[0393]
具体而言，可推测，因包含在igzo中的原子而散射的x射线的干涉对2θ＝34
°
或其附近的峰有贡献。另外，可推测，微小结晶对2θ＝31
°
或其附近的峰有贡献。在图19c所示的结晶性igzo膜的xrd光谱中，2θ＝34
°
或其附近的峰的低角度一侧的峰宽较大。这意味着，结晶性igzo膜中存在起因于2θ＝31
°
或其附近的峰的微小结晶。
[0394]
另外，可以使用纳米束电子衍射法(nbed：nano beam electron diffraction)观察的衍射图案(也称为纳米束电子衍射图案)对膜或衬底的结晶结构进行评价。图19d和图19e分别示出石英玻璃衬底以及在衬底温度为室温的情况下形成的igzo膜的衍射图案。图19d是石英玻璃衬底的衍射图案，图19e是igzo膜的衍射图案。另外，图19e所示的igzo膜使用in:ga:zn＝1:1:1[原子个数比]的氧化物靶材并利用溅射法形成。另外，在纳米束电子衍射法中，进行束径为1nm的电子衍射法。
[0395]
此外，如图19d所示，在石英玻璃衬底的衍射图案中观察到光晕图案，可以确认石英玻璃处于非晶状态。另外，如图19e所示，以室温形成的igzo膜的衍射图案中观察到斑点
状的图案而没有观察到光晕。因此可以推测，以室温形成的igzo膜处于既不是晶态也不是非晶态的中间态，不能得出该igzo膜是非晶态的结论。
[0396]
<<氧化物半导体的结构>>另外，在注目于氧化物半导体的结晶结构的情况下，有时氧化物半导体的分类与图19a不同。例如，氧化物半导体可以分类为单晶氧化物半导体和除此之外的非单晶氧化物半导体。作为非单晶氧化物半导体，例如可以举出上述caac
‑
os及nc
‑
os。另外，在非单晶氧化物半导体中包含多晶氧化物半导体、a
‑
like os(amorphous
‑
like oxide semiconductor)及非晶氧化物半导体等。
[0397]
在此，对上述caac
‑
os、nc
‑
os及a
‑
like os的详细内容进行说明。
[0398]
[caac
‑
os]caac
‑
os是包括多个结晶区域的氧化物半导体，该多个结晶区域的c轴取向于特定的方向。另外，特定的方向是指caac
‑
os膜的厚度方向、caac
‑
os膜的被形成面的法线方向、或者caac
‑
os膜的表面的法线方向。另外，结晶区域是具有原子排列的周期性的区域。注意，在将原子排列看作晶格排列时结晶区域也是晶格排列一致的区域。再者，caac
‑
os具有在a
‑
b面方向上多个结晶区域连接的区域，有时该区域具有畸变。另外，畸变是指在多个结晶区域连接的区域中，晶格排列一致的区域和其他晶格排列一致的区域之间的晶格排列的方向变化的部分。换言之，caac
‑
os是指c轴取向并在a
‑
b面方向上没有明显的取向的氧化物半导体。
[0399]
另外，上述多个结晶区域的每一个由一个或多个微小结晶(最大径小于10nm的结晶)构成。在结晶区域由一个微小结晶构成的情况下，该结晶区域的最大径小于10nm。另外，结晶区域由多个微小结晶构成的情况下，有时该结晶区域的尺寸为几十nm左右。
[0400]
另外，在in
‑
m
‑
zn氧化物(元素m为选自铝、镓、钇、锡及钛等中的一种或多种)中，caac
‑
os有具有层叠有含有铟(in)及氧的层(以下，in层)、含有元素m、锌(zn)及氧的层(以下，(m，zn)层)的层状结晶结构(也称为层状结构)的趋势。另外，铟和元素m可以彼此置换。因此，有时(m，zn)层包含铟。另外，有时in层包含元素m。注意，有时in层包含zn。该层状结构例如在高分辨率tem图像中被观察作为晶格像。
[0401]
例如，当对caac
‑
os膜使用xrd装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的out
‑
of
‑
plane xrd测量中，在2θ＝31
°
或其附近检测出c轴取向的峰值。注意，表示c轴取向的峰值的位置(2θ值)有时根据构成caac
‑
os的金属元素的种类、组成等变动。
[0402]
另外，例如，在caac
‑
os膜的电子衍射图案中观察到多个亮点(斑点)。另外，在以透过样品的入射电子束的斑点(也称为直接斑点)为对称中心时，某一个斑点和其他斑点被观察在点对称的位置。
[0403]
在从上述特定的方向观察结晶区域的情况下，虽然该结晶区域中的晶格排列基本上是六方晶格，但是单位晶格并不局限于正六角形，有是非正六角形的情况。另外，在上述畸变中，有时具有五角形、七角形等晶格排列。另外，在caac
‑
os的畸变附近观察不到明确的晶界(grain boundary)。也就是说，晶格排列的畸变抑制晶界的形成。这可能是由于caac
‑
os可容许因如下原因而发生的畸变，即a
‑
b面方向上的氧原子的排列的低密度或因金属原子被取代而使原子间的键合距离产生变化。
[0404]
另外，确认到明确的晶界的结晶结构被称为所谓的多晶(polycrystal)。晶界成为
再结合中心而载流子被俘获，因而有可能导致晶体管的通态电流的降低、场效应迁移率的降低等。因此，确认不到明确的晶界的caac
‑
os是对晶体管的半导体层提供具有优异的结晶结构的结晶性氧化物之一。注意，为了构成caac
‑
os，优选为包含zn的结构。例如，与in氧化物相比，in
‑
zn氧化物及in
‑
ga
‑
zn氧化物能够进一步抑制晶界的发生，所以是优选的。
[0405]
caac
‑
os是结晶性高且确认不到明确的晶界的氧化物半导体。因此，可以说在caac
‑
os中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。另外，氧化物半导体的结晶性有时因杂质的混入或缺陷的生成等而降低，因此可以说caac
‑
os是杂质或缺陷(氧空位等)少的氧化物半导体。因此，包含caac
‑
os的氧化物半导体的物理性质稳定。因此，包含caac
‑
os的氧化物半导体具有高耐热性及高可靠性。此外，caac
‑
os对制造工序中的高温度(所谓热积存；thermal budget)也很稳定。由此，通过在os晶体管中使用caac
‑
os，可以扩大制造工序的自由度。
[0406]
[nc
‑
os]在nc
‑
os中，微小的区域(例如1nm以上且10nm以下的区域，特别是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。换言之，nc
‑
os具有微小的结晶。另外，例如，该微小的结晶的尺寸为1nm以上且10nm以下，尤其为1nm以上且3nm以下，将该微小的结晶称为纳米晶。另外，nc
‑
os在不同的纳米晶之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc
‑
os在某些分析方法中与a
‑
like os或非晶氧化物半导体没有差别。例如，在对nc
‑
os膜使用xrd装置进行结构分析时，在使用θ/2θ扫描的out
‑
of
‑
plane xrd测量中，不检测出表示结晶性的峰值。此外，在对nc
‑
os膜进行使用其束径比纳米晶大(例如，50nm以上)的电子束的电子衍射(也称为选区电子衍射)时，观察到类似光晕图案的衍射图案。另一方面，在对nc
‑
os膜进行使用其束径近于或小于纳米晶的尺寸(例如1nm以上且30nm以下)的电子束的电子衍射(也称为纳米束电子衍射)的情况下，有时得到在以直接斑点为中心的环状区域内观察到多个斑点的电子衍射图案。
[0407]
[a
‑
like os]a
‑
like os是具有介于nc
‑
os与非晶氧化物半导体之间的结构的氧化物半导体。a
‑
like os包含空洞或低密度区域。也就是说，a
‑
like os的结晶性比nc
‑
os及caac
‑
os的结晶性低。另外，a
‑
like os的膜中的氢浓度比nc
‑
os及caac
‑
os的膜中的氢浓度高。
[0408]
<<氧化物半导体的结构>>接着，说明上述cac
‑
os的详细内容。另外，cac
‑
os与材料构成有关。
[0409]
[cac
‑
os]cac
‑
os例如是指包含在金属氧化物中的元素不均匀地分布的构成，其中包含不均匀地分布的元素的材料的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。注意，在下面也将在金属氧化物中一个或多个金属元素不均匀地分布且包含该金属元素的区域混合的状态称为马赛克状或补丁(patch)状，该区域的尺寸为0.5nm以上且10nm以下，优选为1nm以上且3nm以下或近似的尺寸。
[0410]
再者，cac
‑
os是指其材料分开为第一区域与第二区域而成为马赛克状且该第一区域分布于膜中的结构(下面也称为云状)。就是说，cac
‑
os是指具有该第一区域和该第二区域混合的结构的复合金属氧化物。
[0411]
在此，将相对于构成in
‑
ga
‑
zn氧化物的cac
‑
os的金属元素的in、ga及zn的原子个
数比的每一个记为[in]、[ga]及[zn]。例如，在in
‑
ga
‑
zn氧化物的cac
‑
os中，第一区域是其[in]大于cac
‑
os膜的组成中的[in]的区域。另外，第二区域是其[ga]大于cac
‑
os膜的组成中的[ga]的区域。另外，例如，第一区域是其[in]大于第二区域中的[in]且其[ga]小于第二区域中的[ga]的区域。另外，第二区域是其[ga]大于第一区域中的[ga]且其[in]小于第一区域中的[in]的区域。
[0412]
具体而言，上述第一区域是以铟氧化物或铟锌氧化物等为主要成分的区域。另外，上述第二区域是以镓氧化物或镓锌氧化物等为主要成分的区域。换言之，可以将上述第一区域换称为以in为主要成分的区域。另外，可以将上述第二区域换称为以ga为主要成分的区域。
[0413]
注意，有时观察不到上述第一区域和上述第二区域的明确的边界。
[0414]
另外，in
‑
ga
‑
zn氧化物中的cac
‑
os是指如下构成：在包含in、ga、zn及o的材料构成中，部分主要成分为ga的区域与部分主要成分为in的区域无规律地以马赛克状存在。因此，可推测，cac
‑
os具有金属元素不均匀地分布的结构。
[0415]
cac
‑
os例如可以通过在对衬底不进行意图性的加热的条件下利用溅射法来形成。在利用溅射法形成cac
‑
os的情况下，作为沉积气体，可以使用选自惰性气体(典型的是氩)、氧气体和氮气体中的任一种或多种。另外，沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比越低越好，例如，优选使沉积时的沉积气体的总流量中的氧气体的流量比为0％以上且低于30％，更优选为0％以上且10％以下。
[0416]
例如，在in
‑
ga
‑
zn氧化物的cac
‑
os中，根据通过能量分散型x射线分析法(edx：energy dispersive x
‑
ray spectroscopy)取得的edx面分析(mapping)图像，可确认到具有以in为主要成分的区域(第一区域)及以ga为主要成分的区域(第二区域)不均匀地分布而混合的结构。
[0417]
在此，第一区域是具有比第二区域高的导电性的区域。就是说，当载流子流过第一区域时，呈现作为金属氧化物的导电性。因此，当第一区域以云状分布在金属氧化物中时，可以实现高场效应迁移率(μ)。
[0418]
另一方面，第二区域是具有比第一区域高的绝缘性的区域。就是说，当第二区域分布在金属氧化物中时，可以抑制泄漏电流。
[0419]
因此，在将cac
‑
os用于晶体管的情况下，通过起因于第一区域的导电性和起因于第二区域的绝缘性的互补作用，可以使cac
‑
os具有开关功能(控制开启/关闭的功能)。换言之，在cac
‑
os的材料的一部分中具有导电性的功能且在另一部分中具有绝缘性的功能，在材料的整体中具有半导体的功能。通过使导电性的功能和绝缘性的功能分离，可以最大限度地提高各功能。因此，通过将cac
‑
os用于晶体管，可以实现大通态电流(i
on
)、高场效应迁移率(μ)及良好的开关工作。
[0420]
另外，使用cac
‑
os的晶体管具有高可靠性。因此，cac
‑
os最适合于显示器等各种半导体装置。
[0421]
氧化物半导体具有各种结构及各种特性。本发明的一个方式的氧化物半导体也可以包括非晶氧化物半导体、多晶氧化物半导体、a
‑
like os、cac
‑
os、nc
‑
os、caac
‑
os中的两种以上。
[0422]
<具有氧化物半导体的晶体管>
在此，说明将上述氧化物半导体用于晶体管的情况。
[0423]
通过将上述氧化物半导体用于晶体管，可以实现场效应迁移率高的晶体管。另外，可以实现可靠性高的晶体管。
[0424]
优选将载流子浓度低的氧化物半导体用于晶体管。例如，氧化物半导体中的载流子浓度为1
×
10
17
cm
‑3以下，优选为1
×
10
15
cm
‑3以下，更优选为1
×
10
13
cm
‑3以下，进一步优选为1
×
10
11
cm
‑3以下，更进一步优选低于1
×
10
10
cm
‑3，且1
×
10
‑9cm
‑3以上。在以降低氧化物半导体膜的载流子浓度为目的的情况下，可以降低氧化物半导体膜中的杂质浓度以降低缺陷态密度。在本说明书等中，将杂质浓度低且缺陷态密度低的状态称为“高纯度本征”或“实质上高纯度本征”。另外，有时将载流子浓度低的氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。
[0425]
因为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体膜具有较低的缺陷态密度，所以有可能具有较低的陷阱态密度。
[0426]
此外，被氧化物半导体的陷阱态俘获的电荷到消失需要较长的时间，有时像固定电荷那样动作。因此，有时在陷阱态密度高的氧化物半导体中形成沟道形成区域的晶体管的电特性不稳定。
[0427]
因此，为了使晶体管的电特性稳定，降低氧化物半导体中的杂质浓度是有效的。为了降低氧化物半导体中的杂质浓度，优选还降低附近膜中的杂质浓度。作为杂质有氢、氮、碱金属、碱土金属、铁、镍、硅等。
[0428]
<杂质>在此，说明氧化物半导体中的各杂质的影响。
[0429]
在氧化物半导体包含第14族元素之一的硅或碳时，在氧化物半导体中形成缺陷态。因此，将氧化物半导体中或与氧化物半导体的界面附近的硅或碳的浓度(通过二次离子质谱(sims：secondary ion mass spectrometry)测得的浓度)设定为2
×
10
18
atoms/cm3以下，优选为2
×
10
17
atoms/cm3以下。
[0430]
另外，当氧化物半导体包含碱金属或碱土金属时，有时形成缺陷态而形成载流子。因此，使用包含碱金属或碱土金属的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。因此，使通过sims测得的氧化物半导体中的碱金属或碱土金属的浓度为1
×
10
18
atoms/cm3以下，优选为2
×
10
16
atoms/cm3以下。
[0431]
当氧化物半导体包含氮时，容易产生作为载流子的电子，使载流子浓度增高，而n型化。其结果是，在将包含氮的氧化物半导体用于半导体的晶体管容易具有常开启特性。或者，在氧化物半导体包含氮时，有时形成陷阱态。其结果，有时晶体管的电特性不稳定。因此，将利用sims测得的氧化物半导体中的氮浓度设定为低于5
×
10
19
atoms/cm3，优选为5
×
10
18
atoms/cm3以下，更优选为1
×
10
18
atoms/cm3以下，进一步优选为5
×
10
17
atoms/cm3以下。
[0432]
包含在氧化物半导体中的氢与键合于金属原子的氧起反应生成水，因此有时形成氧空位。当氢进入该氧空位时，有时产生作为载流子的电子。另外，有时由于氢的一部分与键合于金属原子的氧键合，产生作为载流子的电子。因此，使用包含氢的氧化物半导体的晶体管容易具有常开启特性。由此，优选尽可能地减少氧化物半导体中的氢。具体而言，在氧化物半导体中，将利用sims测得的氢浓度设定为低于1
×
10
20
atoms/cm3，优选低于1
×
10
19
atoms/cm3，更优选低于5
×
10
18
atoms/cm3，进一步优选低于1
×
10
18
atoms/cm3。
[0433]
通过将杂质被充分降低的氧化物半导体用于晶体管的沟道形成区域，可以使晶体管具有稳定的电特性。
[0434]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。
[0435]
(实施方式8)在本实施方式中，说明将上述的实施方式中已说明的半导体装置或显示装置应用于电子设备的产品例子。
[0436]
<笔记本式个人计算机>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于信息终端装置所具备的显示器。图20a示出信息终端装置之一的笔记本式个人计算机，其包括框体5401、显示部5402、键盘5403及指向装置5404等。
[0437]
<智能手表>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于可穿戴终端。图20b是可穿戴终端之一种的智能手表，该智能手表包括框体5901、显示部5902、操作按钮5903、表把5904、表带5905等。另外，也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5902。另外，可以通过在显示装置设置触摸面板来附加位置输入装置的功能。或者，也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外，作为操作按钮5903，可以具备启动智能手表的电源开关、操作智能手表的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5902点灯或关灯的按钮等中的至少一个。另外，在图20b所示的智能手表中示出两个操作按钮5903，但是智能手表所包括的按钮的数量不局限于此。另外，表把5904被用作调整智能手表的时间的表冠。另外，表把5904除了调整时间以外还可以被用作操作智能手表的软件的输入接口。此外，图20b所示的智能手表为包括表把5904的结构，但是不局限于此，也可以为不具有表把5904的结构。
[0438]
<视频摄像机>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于视频摄像机。图20c所示的视频摄像机包括第一框体5801、第二框体5802、显示部5803、操作键5804、透镜5805及连接部5806等。操作键5804及透镜5805设置在第一框体5801中，而显示部5803设置在第二框体5802中。并且，第一框体5801和第二框体5802由连接部5806连接，由连接部5806可以改变第一框体5801和第二框体5802之间的角度。显示部5803的影像也可以根据连接部5806所形成的第一框体5801和第二框体5802之间的角度切换。
[0439]
<移动电话机>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于移动电话机。图20d示出具有信息终端的功能的移动电话机，该移动电话机包括框体5501、显示部5502、麦克风5503、扬声器5504以及操作按钮5505。另外，也可以将附加有位置输入装置的功能的显示装置用于显示部5502。另外，可以通过在显示装置设置触摸面板来附加位置输入装置的功能。或者，也可以通过在显示装置的像素部设置也称为光电传感器的光电转换元件来附加位置输入装置的功能。另外，作为操作按钮5505，可以具备启动移动电话机的电源开关、操作移动电话机的软件的按钮、调整音量的按钮和使显示部5502点灯或关灯的按钮等中的任一个。
[0440]
另外，在图20d所示的移动电话机中示出两个操作按钮5505，但是移动电话机所包括的按钮的数量不局限于此。此外，虽然未图示，但是图20d所示的移动电话机也可以包括发光装置，其用途为闪光或照明。
[0441]
<电视装置>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于电视装置。图20e所示的电视装置包括框体9000、显示部9001、扬声器9003、操作键9005(包括电源开关或操作开关)、连接端子9006等。可以将例如是50英寸以上或100英寸以上的大型的显示部9001组装到电视装置。
[0442]
<移动体>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于作为移动体的汽车的驾驶座周边。
[0443]
例如，图20f是示出汽车室内的前挡风玻璃周边的图。图20f示出安装在仪表盘的显示面板5701、显示面板5702、显示面板5703以及安装在立柱的显示面板5704。
[0444]
显示面板5701至显示面板5703通过显示导航信息、速度表、转速计、行驶距离、燃料表、排档状态、空调的设定等，可以提供各种信息。另外，使用者可以适当地改变显示面板所显示的显示内容及布置等，可以提高设计性。显示面板5701至显示面板5703还可以被用作照明装置。
[0445]
通过将由设置在车体的摄像单元拍摄的影像显示在显示面板5704上，可以补充被立柱遮挡的视野(死角)。也就是说，通过显示由设置在汽车外侧的摄像单元拍摄的影像，可以补充死角，从而可以提高安全性。另外，通过显示补充看不到的部分的影像，可以更自然、更舒适地确认安全。显示面板5704可以被用作照明装置。
[0446]
<电子公告用的电子设备>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于用来电子公告的显示器。图21a示出可以挂墙的数字标牌(digital signage)的例子。图21a示出数字标牌6200挂在墙壁6201上的情况。
[0447]
<折叠式平板信息终端>本发明的一个方式的半导体装置或显示装置可以应用于平板信息终端。图21b示出具有可以折叠的结构的平板信息终端。图21b所示的信息终端包括框体5321a、框体5321b、显示部5322及操作按钮5323。尤其是，显示部5322包括柔性基材，由该基材能够实现可以折叠的结构。
[0448]
另外，框体5321a及框体5321b由铰链部5321c结合，并且可以由铰链部5321c对折。此外，显示部5322设置于框体5321a、框体5321b及铰链部5321c中。
[0449]
此外，虽然未图示，图20a至图20c、图20e、图21a及图21b所示的电子设备也可以具有包括麦克风及扬声器的结构。通过采用这种结构，例如可以在上述电子设备中附加声音输入功能。
[0450]
此外，虽然未图示，但是图20a、图20b、图20d、图21a及图21b所示的电子设备也可以具有包括相机的结构。
[0451]
另外，虽然未图示，但是图20a至图20f、图21a及图21b所示的电子设备可以在框体的内部设置传感器(该传感器具有测量如下因素的功能：力、位移、位置、速度、加速度、角速
度、转速、距离、光、液、磁、温度、化学物质、声音、时间、硬度、电场、电流、电压、电力、辐射线、流量、湿度、倾斜度、振动、气味或红外线等)。尤其是，通过设置具有陀螺仪传感器或加速度传感器等测定倾斜度的传感器的测定装置，可以判断图20d所示的移动电话机的方向(该移动电话机相对于垂直方向朝向哪个方向)而将显示部5502的屏面显示根据该移动电话机的方向自动切换。
[0452]
另外，虽然未图示，但是图20a至图20f、图21a及图21b所示的电子设备也可以包括取得指纹、静脉、虹膜或声纹等生物信息的装置。通过采用该结构，可以实现具有生物识别功能的电子设备。
[0453]
图20a至图20e及图21a所示的电子设备的显示部可以使用柔性基材。具体而言，该显示部也可以具有在柔性基材上设置晶体管、电容器及显示元件等的结构。通过使用该结构，不仅可以实现其框体如图20a至图20e及图21a所示地具有平坦的面的电子设备，而且可以实现如图20f所示的仪表盘及立柱那样其框体具有曲面的电子设备。
[0454]
作为可用于图20a至图20f、图21a及图21b的显示部的柔性基材，举出可以使用如下对可见光具有透光性的材料的例子：聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂(pet)、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂(pen)、聚醚砜树脂(pes)、聚丙烯腈树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚甲基丙烯酸甲酯树脂、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂、聚环烯烃树脂、聚苯乙烯树脂、聚酰胺
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酰亚胺树脂、聚丙烯树脂、聚酯树脂、聚卤化乙烯树脂、芳香族聚酰胺树脂、环氧树脂及聚氨酯树脂等。另外，也可以使用这些材料的混合物或叠层。
[0455]
本实施方式的至少一部分可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。[符号说明]
[0456]
100：电子设备、101：框体、102：显示部、103：摄像头、104：照度传感器、105：扬声器、106：电源按钮、107：操作按钮、108：麦克风、150：使用者、dd：显示装置、pa：显示部、gd：栅极驱动器电路、sd：源极驱动器电路、pix：像素、sr：移位寄存器、lat：锁存电路、lvs：电平转换电路、dac：数字模拟转换电路、amp：放大器电路、gl：布线、dl：布线、db：数据总线布线、tr1至7：晶体管、c1、c2、c3：电容器、ld：发光元件、gl1至4：布线、dl：布线、wdl：布线、vl：布线、al：布线、cat：布线、nd1：节点、nd2：节点。