CN117476701A - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种高开口率的液晶显示装置或一种高清晰的液晶显示装置。显示装置包括晶体管、液晶元件及第一绝缘层。晶体管包括半导体层、栅极绝缘层、栅电极、第一导电层及第二导电层。第一绝缘层具有位于第一导电层上的第一侧面。半导体层与第一导电层的顶面及第一侧面接触，栅极绝缘层隔着半导体层与第一侧面对置，栅电极隔着半导体层及栅极绝缘层与第一侧面对置。第二导电层位于第一绝缘层上且与半导体层接触。液晶元件包括第二导电层、第三导电层及液晶。第三导电层位于第一绝缘层上且在平面视时与第二导电层重叠。半导体层包含氧化物半导体膜，第二导电层包含氧化物导电膜。

Description

显示装置
技术领域
本发明的一个方式涉及一种半导体装置。本发明的一个方式涉及一种晶体管。本发明的一个方式涉及一种包括晶体管的显示装置。
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
作为显示装置之一，有使用液晶元件作为显示元件的液晶显示装置。例如，像素电极以矩阵状配置且各像素电极连接有开关元件的有源矩阵型液晶显示装置被用于智能手机、平板终端、显示器装置、电视装置、数字标牌等各种设置中。
已知液晶显示装置大致分为透射型和反射型这两种类型。液晶显示装置的像素中的有效发光面积比(也称为开口率)越大显示越明亮，还有助于降低功耗，所以要求提高开口率。
例如，已知有将以金属氧化物为沟道形成区的晶体管用作连接到各像素电极的开关元件的有源矩阵型液晶显示装置。专利文献1公开了一种采用将金属氧化物用于沟道形成区的晶体管来提高开口率的液晶显示装置。
[专利文献1]日本专利申请公开第2018-189938号公报
发明内容
本发明的一个方式的目的之一是提供一种高开口率的液晶显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高清晰的液晶显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种低功耗的液晶显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种能够进行高速驱动的液晶显示装置。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高显示品质的显示装置。
另外，本发明的一个方式提供一种能够进行微型化的晶体管。另外，本发明的一个方式提供一种电特性良好的晶体管。另外，本发明的一个方式提供一种沟道长度小的晶体管。另外，本发明的一个方式提供一种占有面积小的晶体管。
本发明的一个方式的目的之一是提供一种具有新颖结构的晶体管、显示装置、电子设备等。另外，本发明的一个方式的目的之一是提供一种高可靠性的晶体管、显示装置、电子设备等。本发明的一个方式的目的之一是至少减轻现有技术的问题中的至少一个。
注意，这些目的的记载并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。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
本发明的一个方式是一种包括晶体管、液晶元件以及第一绝缘层的显示装置。晶体管包括半导体层、栅极绝缘层、栅电极、第一导电层及第二导电层。第一绝缘层具有第一侧面。第一侧面位于第一导电层上。半导体层以与第一导电层的顶面及第一侧面接触的方式设置。栅极绝缘层具有隔着半导体层与第一侧面对置的部分。栅电极具有隔着半导体层及栅极绝缘层与第一侧面对置的部分。第二导电层位于第一绝缘层上且以与半导体层接触的方式设置。液晶元件包括第二导电层、第三导电层及液晶。第三导电层位于第一绝缘层上且在平面视时具有与第二导电层重叠的部分。半导体层包含氧化物半导体膜。第二导电层包含氧化物导电膜。
本发明的另一个方式是一种包括晶体管、液晶元件及第一绝缘层的显示装置。晶体管包括半导体层、栅极绝缘层、栅电极、第一导电层及第二导电层。第一绝缘层中设置有开口且具有位于开口中的第一侧面。半导体层以与第一导电层的顶面及第一侧面接触的方式设置。栅极绝缘层具有隔着半导体层与第一侧面对置的部分。栅电极具有隔着半导体层及栅极绝缘层与第一侧面对置的部分。第二导电层位于第一绝缘层上且以与半导体层接触的方式设置。液晶元件包括第二导电层、第三导电层及液晶。第三导电层位于第一绝缘层上且在平面视时具有与第二导电层重叠的部分。半导体层包含氧化物半导体膜。第二导电层包含氧化物导电膜。
在上述***示装置中，优选第三导电层位于第二导电层上且包含氧化物导电膜。再者，优选栅极绝缘层具有位于第三导电层与第二导电层间的部分。
另外，在上述显示装置中，优选第三导电层以与栅极绝缘层的顶面接触的方式设置。
另外，在上述显示装置中，优选栅电极上有第二绝缘层。在该情况下，优选第三导电层具有隔着栅极绝缘层及第二绝缘层与第二导电层重叠的部分。
另外，在上述显示装置中，优选第三导电层具有隔着第二绝缘层与栅电极重叠的部分。
另外，在上述显示装置中，优选第三导电层上有第三绝缘层。在该情况下，优选第二导电层具有隔着第三绝缘层与第三导电层重叠的部分。
根据本发明的一个方式，可以提供一种高开口率的液晶显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种高清晰的液晶显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种低功耗的液晶显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种能够进行高速驱动的液晶显示装置。根据本发明的一个方式，可以提供一种高显示品质的显示装置。
根据本发明的一个方式，可以提供一种能够进行微型化的晶体管。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。根据本发明的一个方式，可以提供一种沟道长度小的晶体管。根据本发明的一个方式，可以提供一种占有面积小的晶体管。
根据本发明的一个方式，可以提供一种具有新颖结构的晶体管、显示装置、电子设备等。根据本发明的一个方式，可以提供一种高可靠性的晶体管、显示装置、电子设备等。根据本发明的一个方式，可以至少减轻现有技术的问题中的至少一个。
注意，这些效果的记载并不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式不一定需要具有所有上述效果。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述效果以外的效果。
附图说明
图1A及图1B是显示装置的结构例；
图2是显示装置的结构例；
图3A及图3B是显示装置的结构例；
图4A及图4B是显示装置的结构例；
图5A及图5B是显示装置的结构例；
图6A及图6B是显示装置的结构例；
图7A及图7B是显示装置的结构例；
图8A及图8B是显示装置的结构例；
图9A及图9B是显示装置的结构例；
图10是显示装置的结构例；
图11是显示装置的结构例；
图12是显示装置的结构例；
图13是显示装置的结构例；
图14是显示装置的结构例；
图15A是显示装置的方框图，图15B、图15C是显示装置的电路图；
图16A、图16C、图16D是显示装置的电路图，图16B是时序图；
图17是触摸面板模块的方框图；
图18A至图18C是触摸面板模块的结构例；
图19A至图19F是电子设备的结构例。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行说明。但是，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，就是实施方式可以以多个不同形式来实施，其方式和详细内容可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下被变换为各种各样的形式。因此，本发明不应该被解释为仅局限在以下所示的实施方式所记载的内容中。
注意，在以下说明的发明的结构中，在不同的附图之间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，而省略其重复说明。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。
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。
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。
另外，在本说明书等中，“电连接”包括通过“具有某种电作用的元件”连接的情况。在此，“具有某种电作用的元件”只要可以进行连接对象间的电信号的授收，就对其没有特别的限制。例如，“具有某种电作用的物质”除了电极或布线以外还包括晶体管等开关元件、电阻器、线圈、电容器、其他具有各种功能的元件等。
在本说明书等中，“顶面形状大致一致”是指叠层中的每一个层的边缘的至少一部分重叠。例如，包括上层及下层通过同一的掩模图案或其一部分同一的掩模图案被加工的情况。但是，严密地说有边缘不重叠的情况，例如，上层位于下层的内侧或者上层位于下层的外侧，这种情况有时也可以说“顶面形状大致一致”。
注意，在本说明书等中，构成要素的顶面形状是指在平面视时的该构成要素的轮廓形状。另外，平面视是指从该构成要素的被形成面或形成有该构成要素的支撑体(例如衬底)的表面的法线方向看的情况。
注意，以下，“上”、“下”等方向的表现基本上按照附图的方向而使用。但是，为了简化起见，说明书中的“上”或“下”表示的方向有时与附图不一致。例如，当说明叠层体等的叠层顺序(或者形成顺序)等时，即使附图中的设置该叠层体的一侧的面(被形成面、支撑面、粘合面、平坦面等)位于该叠层体的上侧，有时也将该方向记载为“下”，或者将与此相反的方向记载为“上”等。
在本说明书等中，“膜”和“层”可以相互调换。例如，有时可以将“导电层”或“绝缘层”分别变换为“导电膜”或“绝缘膜”。
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。
此外，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(FlexiblePrinted 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。
注意，在本说明书等中，显示装置的一个方式的触摸面板具有如下功能：在显示面显示图像等的功能；以及检测出手指或触屏笔等被检测体接触、按压或靠近显示面的作为触摸传感器的功能。因此触摸面板是输入/输出装置的一个方式。
触摸面板例如也可以称为具有触摸传感器的显示面板(或显示装置)、具有触摸传感器功能的显示面板(或显示装置)。触摸面板也可以包括显示面板及触摸传感器面板。或者，也可以具有在显示面板内部或表面具有触摸传感器的功能的结构。
此外，在本说明书等中，有时将在触摸面板的衬底上安装有连接器或IC的结构称为触摸面板模块、显示模块，或者仅称作触摸面板等。
实施方式1
在本实施方式中对本发明的一个方式的晶体管及采用该晶体管的显示装置进行说明。
本发明的一个方式的晶体管包括半导体层、栅极绝缘层、栅电极、第一电极及第二电极。第一电极用作源电极和漏电极中的一方，第二电极用作另一方。
第二电极设置在第一电极的上方。第一电极与第二电极间设置有用作间隔物的绝缘层。间隔物中设置有到达第一电极的开口，半导体层以与第一电极、第二电极及绝缘层的开口内的侧壁(也称为侧面)接触的方式设置。并且，覆盖半导体层设置有栅极绝缘层和栅电极。
在此，第一电极及第二电极可以为与半导体层不同的电极，半导体层的一部分也可以用作第一电极或第二电极。
具有上述结构的晶体管的源电极和漏电极位于不同的高度，因此流过半导体层的电流在高度方向上流过。也就是说，沟道长度方向可以具有高度方向(垂直方向)的成分，因此本发明的一个方式的晶体管也可以被称为VFET(Vertical Field Effect Transistor：垂直场效应晶体管)、垂直晶体管、垂直沟道晶体管等。
在上述晶体管中，可以重叠设置源电极、半导体层和漏电极，所以与在平面上配置半导体层的所谓平面型晶体管(也可以称为横向晶体管、LFET(Lateral FET)等)相比，可以大幅度缩小占有面积。
另外，可以根据绝缘层的厚度精密控制晶体管的沟道长度，所以与平面型晶体管相比可以显著地减小沟道长度不均匀。再者，通过减薄绝缘层，还可以制造沟道长度极短的晶体管。例如，可以制造沟道长度为2μm以下、1μm以下、500nm以下、300nm以下、200nm以下、100nm以下、50nm以下、30nm以下或20nm以下且为5nm以上、7nm以上或10nm以上的晶体管。由此，可以实现现有的用于平板显示器的量产的曝光装置(例如最小线宽2μm左右或1.5μm左右)不能实现的沟道长度极小的晶体管。另外，还可以不用最先进的LSI技术中使用的非常昂贵的曝光装置实现沟道长度小于10nm的晶体管。
作为半导体层尤其优选使用具有半导体特性的金属氧化物(也称为氧化物半导体)膜，由此可以兼具高性能和高生产率。尤其是，更优选使用具有结晶性的氧化物半导体膜，由此可以使半导体层具有高可靠性。
与现有的使用横向晶体管的液晶显示装置相比，使用上述垂直晶体管的液晶显示装置可以大幅度地提高开口率。由此，可以实现低功耗的显示装置、最大亮度得到提高的显示装置、视角特性良好的显示装置、高可靠性的显示装置等。
晶体管的第二电极优选使用氧化物导电膜。如此，当半导体层使用氧化物半导体膜时，可以降低半导体层与第二电极的接触电阻。在该情况下，第二电极优选使用透光性的氧化物导电膜且兼用作液晶元件的像素电极。
使用横向晶体管时，需要设置用来连接晶体管的源电极或漏电极与像素电极的接触孔。再者，根据晶体管的结构，有时还需要设置用于连接半导体层与源电极或漏电极的接触孔。由于这些接触孔造成的凹凸形状，接触孔及其附近的区域的液晶取向混乱而无法用于显示，这是导致难以提高开口率的主要原因之一。
但是，在本发明的一个方式中，由于晶体管的第二电极兼用作像素电极，所以不需要接触孔，由此可以提高开口率。再者，由于晶体管的半导体层与第二电极间不需要层间绝缘层，所以无需通过接触孔就可以实现半导体层与第二电极的连接，从而可以进一步提高开口率。
液晶元件可以使用各种结构的元件。典型的可以使用应用了VA(VerticalAlignment：垂直取向)模式、FFS(Fringe Field Switching：边缘电场转换)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面切换)模式等的透射型液晶元件。另外，液晶元件不仅可以使用透射型的液晶元件还可以使用反射型或半透射型的液晶元件。
下面参照附图对更具体的例子进行说明。
[结构例]
图1A是显示装置的像素的一部分的俯视示意图。另外，图1B是沿着图1A中的点划线A1-A2的截面示意图。注意，在俯视示意图中，为了便于观看，未示出部分构成要素(例如绝缘层等)。另外，在俯视示意图中，为了便于看到叠层结构，切掉了一部分的膜。
本发明的一个方式的显示装置是在衬底11与衬底12间包括晶体管10和液晶元件30的液晶显示装置。
如图1A所示，晶体管10设置在导电层23与导电层24的交叉部。导电层23用作扫描线，其一部分用作晶体管10的栅电极。导电层24用作信号线，其一部分用作晶体管10的源电极和漏电极中的一方。
另外，液晶元件30包括用作像素电极的导电层31、用作公共电极的导电层32及液晶33。导电层31的一部分与半导体层21接触，用作晶体管10的源电极和漏电极中的另一方。导电层32设置在导电层31与液晶33间。如图1A所示，导电层32设置有与导电层31重叠的狭缝。图1A所示的液晶元件30是采用FFS模式的液晶元件。
晶体管10设置在衬底11上，包括半导体层21、绝缘层22、导电层23、导电层24及导电层31。
如图1B所示，衬底11上设置有导电层24，覆盖导电层24依次设置有绝缘层29a、绝缘层28及绝缘层29b。再者，绝缘层29b上设置有导电层31。另外，导电层31、绝缘层29b、绝缘层28及绝缘层29a中设置有到达导电层24的开口20。例如，导电层31、绝缘层29b、绝缘层28及绝缘层29a的开口20中的侧壁(侧面)可以与导电层24重叠。
半导体层21与位于开口20底部的导电层24的顶面、开口20中的绝缘层29a的侧面、绝缘层28的侧面、绝缘层29b的侧面及导电层31的侧面以及导电层31的顶面接触。半导体层21的与导电层31接触的部分用作源区域和漏区域中的一方，与导电层24接触的部分用作另一方，其间的区域(尤其是与绝缘层28接触的区域)用作形成沟道的区域(沟道形成区)。半导体层21的与绝缘层29a接触的区域及与绝缘层29b接触的区域优选比沟道形成区的载流子浓度高且电阻更低。
覆盖绝缘层29b、导电层31及半导体层21设置有用作栅极绝缘层的绝缘层22。再者，覆盖绝缘层22设置有用作栅电极的导电层23。
如上所述，半导体层21具有与绝缘层28的侧面接触的用作沟道形成区的部分。在开口20中，绝缘层22具有隔着半导体层21与绝缘层28的侧面对置的部分。此外，导电层23具有隔着半导体层21及绝缘层22与绝缘层28的侧面对置的部分。半导体层21与绝缘层22的界面及绝缘层22与导电层23的界面具有与绝缘层28的侧面平行的部分。
覆盖绝缘层22及导电层23设置有用作保护层的绝缘层25。并且，绝缘层25上设置有用作公共电极的导电层32和用作间隔物的绝缘层46。
绝缘层46能够控制衬底11与衬底12间的距离并控制液晶33的厚度。再者，绝缘层46优选以填平起因于开口20的绝缘层25的顶面凹陷的方式设置。通过将绝缘层46以与晶体管10重叠的方式设置，可以防止开口率因设置绝缘层46而下降。
注意，虽然这里示出将绝缘层46设置在衬底11一侧的结构，也可以设置在衬底12一侧。
用作公共电极的导电层32具有隔着绝缘层25及绝缘层22与导电层31重叠的部分。导电层32、绝缘层25、绝缘层22及导电层31层叠的部分用作像素的存储电容器。在该情况下，导电层32与导电层31用作电容器的一对电极，绝缘层25及绝缘层22用作电容器的介电体。
导电层32的与导电层31重叠的区域的一部分中及与开口20重叠的区域中分别设置有开口。另外，覆盖导电层32、绝缘层46及绝缘层25设置有取向膜41。
本发明的一个方式中，晶体管10的源电极和漏电极中的一方(具体而言，位于上侧的电极)兼用作液晶元件30的像素电极。通过采用这种结构，与分别形成上述电极的情况相比可以大幅简化制造工序，从而可以降低制造成本。此外，由于可以减少所需的层间绝缘膜的个数，由此可以减轻来自背灯的光的散射，提高功率效率，从而可以降低功耗。
在此，要求液晶元件30的像素电极具有高透光性。此外，在晶体管10的结构中，要求该像素电极能够与包含氧化物半导体的半导体层21进行良好的电连接。通过作为导电层31采用透光性的导电性金属氧化物膜，不仅可以实现高透光性还可以实现与氧化物半导体的良好的电连接。所以，通过作为导电层31使用透光性的导电性金属氧化物膜，可以使其兼具晶体管10的源电极和漏电极中的一方的功能及像素电极的功能。
衬底12的衬底11侧的面上设置有着色层43、遮光层44、绝缘层45及取向膜42。取向膜42的与绝缘层46重叠的部分中也可以具有与取向膜41接触的部分。另外，在不需要的情况下，也可以不设置取向膜41和取向膜42中一方或双方。
设置有遮光层44的部分为非发光区域。本发明的一个方式中，可以覆盖晶体管10、导电层23及导电层24地设置遮光层44。本发明的一个方式中由于没有连接像素电极与晶体管的接触孔，所以与现有像素相比可以大幅缩小设置遮光层44的非发光区域的面积。
着色层43也可以称作滤色片，将来自背灯等光源的光转换为呈现指定颜色的光。例如，可以通过作为着色层对像素(子像素)分别设置对应红色、绿色、蓝色的着色层43来进行全彩色显示。除了上述三种颜色之外优选还设置对应黄色、白色等的颜色的像素(子像素)，由此可以降低功耗。
另外，光源可以使用蓝色或紫色的光，着色层43可以采用将该蓝色或紫色的光转换为其他颜色(例如，红色、绿色等)的颜色转换材料。作为颜色转换材料，可以举出荧光材料、磷光材料或量子点等，着色层43可以使用其中分散有上述材料的树脂材料等。注意，在该情况下，为了吸收透过颜色转换材料的光，着色层43优选采用从背灯侧层叠有颜色转换材料与滤色片的叠层结构。
绝缘层45用作防止着色层43等所包含的成分扩散到液晶33的外覆层。另外，绝缘层45用作平坦化膜。绝缘层45可以使用具有透光性的有机树脂形成。
衬底11和衬底12由设置在比显示部更靠外侧的粘合层(未图示)贴合。衬底11与衬底12的距离由用作间隔物的绝缘层46控制。
在此，作为液晶元件30示出像素电极和公共电极配置在衬底11一侧并对液晶33在垂直于厚度方向的方向上施加电场的方式。但是，电极的配置方法不局限于此，也可以采用对液晶33在平行于厚度方向的方向上施加电场的方式。
显示装置可以使用常黑型液晶显示装置，例如采用垂直取向(VA)模式的透射型液晶显示装置。作为垂直取向模式，可以使用MVA(Multi-Domain Vertical Alignment：多象限垂直取向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向构型)模式、ASV(Advanced Super View：高级超视觉)模式等。
另外，液晶元件30可以采用使用各种模式的液晶元件。例如，除了VA模式、FFS模式之外，还可以使用采用TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、IPS模式、ASM(AxiallySymmetric aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(Optically CompensatedBirefringence：光学补偿弯曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：铁电性液晶)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反铁电液晶)模式、ECB(ElectricallyControlled Birefringence：电控双折射)模式、宾主模式等的液晶元件。
这里，液晶显示装置是利用偏振及液晶的光学调制作用来控制光的透过或非透过的显示装置。液晶的光学调制作用由施加到液晶的电场(水平电场、垂直电场或倾斜方向电场)控制。作为可用于液晶元件的液晶可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal：聚合物分散液晶)、高分子网络型液晶(PNLC：Polymer Network Liquid Crystal)、铁电液晶、反铁电液晶等。上述液晶材料根据条件而呈现胆甾相、近晶相、立方相、手征向列相、均质相等。另外，作为液晶材料，可以使用正型液晶和负型液晶中的任一种，根据所使用的模式或设计采用适当的液晶材料即可。
虽然图1B中没有进行图示，当采用透射型液晶时，衬底11的外侧的面及衬底12的外侧的面分别设置有偏振片。再者，在比衬底11更靠外一侧设置背灯。在该情况下，衬底12侧为显示面侧。
半导体层21优选包含金属氧化物(氧化物半导体)。
作为可用于半导体层21的金属氧化物，例如可以举出In氧化物、Ga氧化物及Zn氧化物。金属氧化物优选至少包含In或Zn。此外，金属氧化物优选包含选自In、元素M和Zn中的两个或三个。注意，元素M为与氧的键能高的金属元素或半金属元素，例如为与氧的键能比In高的金属元素或半金属元素。作为元素M，具体地可以举出Al、Ga、Sn、Y、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zr、Mo、Hf、Ta、W、La、Ce、Nd、Mg、Ca、Sr、Ba、B、Si、Ge及Sb等。金属氧化物所包含的元素M优选为上述元素中的任一种或多种，尤其优选为选自Al、Ga、Y和Sn中的一种或多种，其中更优选为Ga。注意，以下有时将包含In、元素M及Zn的金属氧化物称为In-M-Zn氧化物。注意，在本说明书等中，有时将金属元素与半金属元素统称为“金属元素”，本说明书等所记载的“金属元素”有时包括半金属元素。
在金属氧化物使用In-M-Zn氧化物时，该In-M-Zn氧化物中的In的原子数比优选为M的原子数比以上。例如，作为这种In-M-Zn氧化物的金属元素的原子数比，可以举出In：M：Zn＝1：1：1、In：M：Zn＝1：1：1.2、In：M：Zn＝2：1：3、In：M：Zn＝3：1：2、In：M：Zn＝4：2：3、In：M：Zn＝4：2：4.1、In：M：Zn＝5：1：3、In：M：Zn＝5：1：6、In：M：Zn＝5：1：7、In：M：Zn＝5：1：8、In：M：Zn＝6：1：6、In：M：Zn＝5：2：5或者它们附近的组成等。注意，附近的组成包括所希望的原子数比的±30％的范围。通过增大金属氧化物中的In的原子数比，可以提高晶体管的通态电流(on-state current)或场效应迁移率等。
In-M-Zn氧化物中的In的原子数比也可以小于元素M的原子数比。例如，作为这种In-M-Zn氧化物的金属元素的原子数比，可以举出In：M：Zn＝1：3：2、In：M：Zn＝1：3：3、In：M：Zn＝1：3：4或者它们附近的组成等。通过提高金属氧化物中的M的原子数比，可以抑制氧空位的生成。
半导体层21例如可以使用In-Zn氧化物、In-Ga氧化物、In-Sn氧化物、In-Ti氧化物、In-Ga-Al氧化物、In-Ga-Sn氧化物、In-Ga-Zn氧化物、In-Sn-Zn氧化物、In-Al-Zn氧化物、In-Ti-Zn氧化物、In-Ga-Sn-Zn氧化物、In-Ga-Al-Zn氧化物等。另外，也可以使用Ga-Zn氧化物。
另外，金属氧化物也可以代替铟或者除了铟以外还包含一种或多种周期数大的金属元素。金属元素的轨道的重叠越大金属氧化物中的载流子传导越大的趋势。因此，在包含周期数大的金属元素时有时可以提高晶体管的场效应迁移率。作为周期数大的金属元素，可以举出属于第5周期的金属元素以及属于第6周期的金属元素等。作为该金属元素，具体地可以举出Y、Zr、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm及Eu等。注意，La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm及Eu被称为轻稀土元素。
另外，金属氧化物也可以包含非金属元素的一种或多种。在金属氧化物包含非金属元素时有时可以提高晶体管的场效应迁移率。作为非金属元素，例如可以举出碳、氮、膦、硫、硒、氟、氯、溴及氢等。
金属氧化物可以适当地利用溅射法或原子层沉积(ALD：Atomic LayerDeposition)法形成。注意，在利用溅射法形成金属氧化物的情况下，沉积后的金属氧化物的组成有时与靶材的组成不同。尤其是，沉积后的金属氧化物中的锌的含有率有时减少到靶材中的锌的含有率的50％左右。
在本说明书等中，金属元素中的某种金属氧化物的含有率是指相对于包含在金属氧化物中的金属元素的原子总数的该元素的原子数之比例。例如，在金属氧化物包含金属元素X、金属元素Y、金属元素Z且包含在该金属氧化物中的金属元素X、金属元素Y、金属元素Z的各原子数分别为AX、AY、AZ时，可以将金属元素X的含有率表示为AX/(AX+AY+AZ)。另外，当金属氧化物中的金属元素X、金属元素Y、金属元素Z的各原子数之比(原子数比)被表示为BX：BY：BZ时，可以将金属元素X的含有率表示为BX/(BX+BY+BZ)。
例如，在使用包含In的金属氧化物时，通过提高In的含有率，可以实现通态电流大的晶体管。
通过在半导体层21中使用不包含Ga或Ga含有率低的金属氧化物，可以实现对于正偏压施加的可靠性高的晶体管。也就是说，可以实现PBTS(Positive Bias TemperatureStress：正偏压温度应力)测试中的阈值电压的变动量小的晶体管。此外，在使用含Ga的金属氧化物时，Ga含有率优选比In含有率低。由此，可以实现迁移率高且可靠性高的晶体管。
另一方面，通过提高Ga含有率，可以实现对于光具有高可靠性的晶体管。也就是说，可以实现NBTIS(Negative Bias Temperature Illumination Stress：负偏压温度照明应力)测试中的阈值电压的变动量小的晶体管。具体而言，Ga的原子数比为In的原子数比以上的金属氧化物的带隙更大，可以使晶体管的NBTIS测试中的阈值电压的变动量减少。
另外，通过提高锌的含有率，成为结晶性高的金属氧化物，可以抑制金属氧化物中的杂质扩散。由此，晶体管的电特性的变动得到抑制，而可以提高可靠性。
半导体层21也可以具有包括两个以上的金属氧化物层的叠层结构。半导体层21所包括的两个以上的金属氧化物层的组成也可以彼此相同或大致相同。通过采用组成相同的金属氧化物层的叠层结构，例如可以使用相同的溅射靶材形成，因此可以降低制造成本。注意，也可以采用层叠组成不同的两个以上的金属氧化物层的叠层结构。
半导体层21优选使用具有结晶性的金属氧化物层。例如，可以使用具有后面说明的CAAC(c-axis aligned crystal)结构、多晶结构、微晶(nc:nano-crystal)结构等的金属氧化物层。通过将具有结晶性的金属氧化物层用于半导体层21，可以降低半导体层21中的缺陷态密度，由此可以实现可靠性高的半导体装置。
用于半导体层21的金属氧化物层的结晶性越高，越可以降低半导体层21中的缺陷态密度。另一方面，通过使用结晶性低的金属氧化物层，可以实现能够流过大电流的晶体管。
与使用非晶硅的晶体管相比，使用氧化物半导体的晶体管(以下记为OS晶体管)的场效应迁移率非常高。另外，OS晶体管的关闭状态下的源极和漏极间的泄漏电流(以下，也称为关态电流)极低，可以长期间保持与该晶体管串联连接的电容器中储存的电荷。另外，通过使用OS晶体管，可以降低半导体装置的功耗。
另外，由于OS晶体管的源极-漏极间的耐压比使用硅的晶体管(以下记为Si晶体管)高，所以可以对OS晶体管的源极-漏极间施加高电压。再者，当晶体管在饱和区域中工作时，与Si晶体管相比，OS晶体管可以使随着栅极-源极间电压的变化的源极-漏极间电流的变化细小。
OS晶体管的因被照射放射线而引起的电特性变动小，即对于放射线的耐受性高，因此可以在有可能入射放射线的环境下也适当地使用。OS晶体管也可以说是对于放射线具有高可靠性。例如，可以适当地使用OS晶体管作为X射线的平板探测器的像素电路。此外，OS晶体管可以适当地用于在宇宙空间中使用的半导体装置。作为放射线，可以举出电磁辐射线(例如，X射线及γ射线)及粒子放射线(例如，α射线、β射线、质子辐射及中子辐射)。
注意，可用于半导体层21的半导体材料不局限于氧化物半导体。例如，可以使用由单个元素构成的半导体或者化合物半导体。作为由单个元素构成的半导体，可以举出硅(包括单晶硅、多晶硅、微晶硅、非晶硅)或锗等。作为化合物半导体例如可以举出砷化镓、硅锗等。作为化合物半导体例如可以举出有机半导体、氮化物半导体或氧化物半导体等。注意，这些半导体材料也可以包含杂质作为掺杂剂。
或者，半导体层21也可以具有用作半导体的层状物质。层状物质是具有层状结晶结构的材料群的总称。层状结晶结构是由共价键或离子键形成的层通过如范德华力那样的比共价键及离子键弱的键合层叠的结构。层状物质在单位层中具有高导电性，即，具有高二维导电性。通过将被用作半导体并具有高二维导电性的材料用于沟道形成区，可以提供通态电流大的晶体管。
作为上述层状物质，例如可以举出石墨烯、硅烯、硫族化物等。硫族化物是包含氧族元素(属于第16族的元素)的化合物。此外，作为硫族化物，可以举出过渡金属硫族化物、第13族硫族化物等。作为能够用作晶体管的半导体层的过渡金属硫族化物，具体地可以举出硫化钼(典型的是MoS2)、硒化钼(典型的是MoSe2)、碲化钼(典型的是MoTe2)、硫化钨(典型的是WS2)、硒化钨(典型的是WSe2)、碲化钨(典型的是WTe2)、硫化铪(典型的是HfS2)、硒化铪(典型的是HfSe2)、硫化锆(典型的是ZrS2)、硒化锆(典型的是ZrSe2)等。
对用于半导体层21的半导体材料的结晶性没有特别的限制，可以使用非晶半导体、单晶半导体或具有单晶以外的结晶性的半导体(多晶半导体、微晶半导体或其一部分具有结晶区域的半导体)。当使用具有结晶性的半导体时可以抑制晶体管的特性劣化，所以是优选的。
导电层24的顶面及导电层31的顶面分别与半导体层21接触。在此，在作为半导体层21使用氧化物半导体的情况下，当导电层24或导电层31使用例如铝等易于被氧化的金属时，导电层24或导电层31与半导体层21间有可能形成绝缘性氧化物(例如氧化铝)而阻碍其导通。因此，导电层24及导电层31优选使用不易被氧化的导电材料、即便被氧化也保持低电阻的导电材料或氧化物导电性材料。
导电层24及导电层31可以使用透光性的氧化物导电材料。例如，可以使用氧化铟、氧化锌、In-Sn氧化物、In-Zn氧化物、In-W氧化物、In-W-Zn氧化物、In-Ti氧化物、In-Ti-Sn氧化物、含有硅的In-Sn氧化物、添加有镓的氧化锌等导电氧化物。尤其是，优选使用包含铟的导电氧化物，因为其导电性高。
另外，导电层24不是必须要具有透光性，也可以使用对部分可见光进行吸收或反射的导电材料。例如可以使用氮化钽、氮化钛、含有钛及铝的氮化物、含有钽及铝的氮化物、氧化钌、氮化钌、含有锶及钌的氧化物、含有镧及镍的氧化物等。或者，还可以使用钛、钌、钨等。它们是不易被氧化的导电材料或者即使被氧化也具有导电性的材料，所以是优选的。
绝缘层22用作栅极绝缘层。当半导体层21使用氧化物半导体时，绝缘层22的至少与半导体层21接触的膜优选使用氧化物绝缘膜。例如，可以使用氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氧化铪、氧氮化铪、氧化镓、氧氮化镓、氧化钇、氧氮化钇及Ga-Zn氧化物中的一种或多种。此外，绝缘层22也可以使用氮化硅、氮氧化硅、氮化铝、氮氧化铝等氮化物绝缘膜。另外，绝缘层22还可以采用叠层结构，例如，可以为分别包括一个以上的氧化物绝缘膜和氮化物绝缘膜的叠层结构。
在本说明书等中，氧氮化物是指含氧量多于含氮量的材料。氮氧化物是指含氮量多于含氧量的材料。
导电层23用作栅电极，可以使用各种导电材料。导电层23例如可以使用铬、铜、铝、金、银、锌、钼、钽、钛、钨、锰、镍、铁、钴和铌中的一个或多个或者以上述金属中的一个或多个为成分的合金形成。另外，导电层23也可以使用上述可用于上述导电层24及导电层31的氮化物及氧化物。
绝缘层28具有与半导体层21接触的部分。在将氧化物半导体用于半导体层21时，为了提高半导体层21与绝缘层28的界面特性，优选绝缘层28中的至少与半导体层21接触的部分使用氧化物。例如，优选使用氧化硅或氧氮化硅。
另外，绝缘层28更优选使用通过加热释放氧的膜。由此，可以通过晶体管10的制造工序中施加的热对半导体层21供应氧，可以降低半导体层21中的氧空位，而可以提高可靠性。作为对绝缘层28供应氧的方法，可以举出氧气氛下的加热处理、氧气氛下的等离子体处理等。另外，也可以通过利用溅射法在氧气氛下在绝缘层28的顶面上沉积氧化物膜来对绝缘层28供应氧。然后，也可以去除该氧化物膜。
绝缘层28优选利用溅射法或等离子体CVD法等成膜方法形成。尤其是，通过利用溅射法经不将氢气体用于沉积气体的沉积方法进行沉积，可以形成含氢量极少的膜。由此，可以抑制对半导体层21供应氢而实现晶体管10的电特性的稳定化。
作为绝缘层29a及绝缘层29b，优选使用不容易扩散氧的膜。由此，可以防止绝缘层28中的氧因加热而经由绝缘层29a向衬底11一侧透过以及经由绝缘层29b向绝缘层22一侧透过。换言之，通过使用不容易扩散氧的绝缘层29a及绝缘层29b夹持绝缘层28的上下，可以封闭绝缘层28中的氧。由此，可以有效地对半导体层21供应氧。
作为绝缘层29a及绝缘层29b，例如可以使用氮化硅、氮氧化硅、氧氮化硅、氧化铝、氧氮化铝、氮化铝、氧化铪和铝酸铪中的一个或多个。尤其是，氮化硅及氮氧化硅具有很少释放杂质(例如水及氢)且不容易使氧及氢透过的特征，所以适用于绝缘层29a及绝缘层29b。
图2示出晶体管10的截面放大图。
在本说明书等中，如图2所示，晶体管10的沟道长度L为半导体层21中的接触于导电层24的部分与接触于导电层31的部分间的最短距离。绝缘层29a、绝缘层28及绝缘层29b的开口20的侧面越接近垂直于衬底面，沟道长度L越短。
另外，晶体管10的沟道宽度W与开口20的周长一致。如图1A所示，当开口20的顶面形状为圆形且其直径为R时，晶体管10的沟道宽度W与开口20的圆周长一致，为π×R。开口20的顶面形状为圆形时，可以使晶体管的沟道宽度W最小。
注意，实际上，在很多情况下开口20的径在深度方向上有变化。在此情况下，可以将从截面看时的绝缘层28中的最高位置的径、最低位置的径和上述两个位置的中间点的位置的径这三个径的平均值用作开口20的径。注意，不局限于此，也可以将绝缘层28中的最高位置的径、最低位置的径和上述两个位置的中间点的位置的径中的任一个径用作开口20的径。
注意，虽然上述中开口20的形状为圆形，但是不局限于此，也可以采用各种各样的形状。例如，除了圆形之外，也可以为楕圆形、带圆角的四边形等。另外，也可以为如正三角形、正方形、正五边形等正多边形、除正多边形外的多边形。另外，在为星形多边形等其至少一个内角超过180度的多边形的凹多边形时，可以增大沟道宽度。
图2示出位于开口20的绝缘层28、绝缘层29a及绝缘层29b的侧面各自具有向上倾斜的所谓的锥形形状的情况的例子。此时，当位于开口20的绝缘层28的侧面与位于开口20的底部的导电层24的顶面所形成的角为角度θ时，例如角度θ优选具有90度以上且为135度以下、优选为125度以下、更优选为120度以下、进一步优选为110度以下的部分。角度θ越接近直角，即，绝缘层28的侧面越接近垂直，越可以缩小晶体管10的占有面积。此外，当半导体层21、绝缘层22及导电层23的叠层体可以覆盖绝缘层28的侧面时，角度θ也可以小于90度。
另外，半导体层21沿着位于绝缘层29a、绝缘层28及绝缘层29b的开口的侧面沉积。此时，在例如利用溅射法或等离子体CVD法等沉积方法沉积膜时，沉积在倾斜于或垂直于衬底面的面上的膜的厚度倾向于比沉积在平行于衬底面的面上的膜的厚度薄。因此，在利用溅射法形成半导体层21的情况下，接触于绝缘层28的部分的厚度有时比接触于导电层24的顶面的部分的厚度及接触于导电层31的顶面的部分的厚度薄。
另外，绝缘层22及导电层23也是同样的，沿着位于开口的绝缘层28等的侧面沉积的部分的厚度可能形成得比形成在导电层24及导电层31的顶面上的部分薄。
另一方面，在利用ALD法等形成时，无论被形成面的倾斜角如何都可以沉积厚度均匀的膜，因此半导体层21、绝缘层22及导电层23等有时几乎没有厚度差异。
在此，通过作为导电层23和导电层24中的一方或双方使用遮光性的导电性材料，可以阻挡光到达半导体层21的沟道形成区，由此可以提高晶体管10的可靠性。尤其是可以减小NBTIS测试中阈值电压的变动。优选导电层23和导电层24中至少设置有背灯一侧的导电层采用遮光性的导电性材料。再者，优选导电层23及导电层24都采用遮光性的导电性材料，由此可以更有效地减轻光的影响。
虽然以上示出以平面视时覆盖整个开口20的方式设置半导体层21、绝缘层22及导电层23的例子，但是不局限于此。例如，沿着绝缘层28的侧面的至少一部分层叠地设置有半导体层21、绝缘层22及导电层23即可。例如，半导体层21和导电层23中的一方或双方也可以以覆盖开口20的一部分而不覆盖其他部分的方式设置。另外，例如，将开口20形成为细长的槽状(狭缝状)的形状，半导体层21和导电层23中的一方或双方也可以以覆盖该槽状开口20的一部分而不覆盖其他部分的方式设置或者以横跨该槽状开口20的方式设置。
本发明的一个方式的显示装置通过采用该结构，可以形成具有极高开口率的液晶显示装置。
[变形例]
下面，对部分结构与上述结构例不同的结构例进行说明。注意，下述说明中有时省略对与上述相同部分的说明。
{变形例1}
图3A所示的结构与上述结构例的主要不同之处在于导电层32的形状不同。
上述结构例中以导电层32不与开口20重叠的方式在导电层32与该开口20重叠的部分中形成开口，但是，图3A中导电层32以与开口20重叠的方式设置。导电层32具有位于绝缘层25与绝缘层46间的部分。
如此，通过采用导电层32覆盖晶体管10的结构，可以起到防止从衬底12侧输入的电噪声传到晶体管10的屏障的作用。例如，当衬底12上设置有触摸传感器的电极时，可以防止起因于施加到该电极的信号的电噪声传到晶体管10、用作扫描线的导电层23及用作信号线的导电层24等。
{变形例2}
图3B所示的结构与上述结构例的主要不同之处在于导电层32比导电层31更靠近衬底11一侧。
绝缘层29b上设置有导电层32，覆盖导电层32设置有绝缘层34，绝缘层34上设置有导电层31。另外，覆盖导电层31设置有绝缘层22、绝缘层25及取向膜41。
导电层31、绝缘层34及导电层32层叠的部分用作存储电容器，绝缘层34的一部分用作电容器的介电体。绝缘层34例如优选使用比氧化硅介电常数高的绝缘材料。绝缘层34可以使用能用于绝缘层29a等的绝缘材料。
图3B所示的结构中，用作存储电容器的介电体的绝缘层34可以与绝缘层22及绝缘层25分开形成，因此可以选择最合适的厚度及材料。
{变形例3}
图4A所示的结构与上述结构例的主要不同之处在于导电层32以与绝缘层22接触的方式设置在其上。
绝缘层22包括与导电层23接触的部分及与导电层32接触的部分。即，可以说导电层23与导电层32形成在同一被形成面(具体而言，绝缘层22的顶面)上。
导电层23与导电层32可以使用具有透光性的同一导电膜，但是导电层23优选使用比导电层32低电阻的导电性材料。在该情况下，可以先形成导电层23和导电层32中的一方。导电层23也可以采用导电层32所使用的具有透光性的导电膜与低电阻的导电膜的叠层。
{变形例4}
图4B所示的结构与上述结构例的主要不同之处在于导电层24与衬底11间有导电层26。
如上所述，在半导体层21使用氧化物半导体的情况下，导电层24优选使用不易被氧化的导电材料、即便被氧化也保持低电阻的导电材料或氧化物导电性材料。再者，由于导电层24还用作信号线所以优选其为低电阻。因此，导电层24的与半导体层21接触的部分优选使用不易被氧化的导电材料、即便被氧化也保持低电阻的导电材料或氧化物导电性材料，其他的部分优选使用低电阻的导电性材料。
虽然图4B中示出在导电层26上层叠导电层24且以其端部大致一致的方式进行了加工的例子，但是导电层26与导电层24只要电连接即可而不局限于该结构。例如，在导电层24的与半导体层21接触的部分以外的部分中，也可以以接触于导电层24的顶面或底面的方式设置导电层26。
{变形例5}
图5A所示的结构是采用VA模式的液晶元件30时的例子。
导电层32设置在衬底12一侧。具体而言，导电层32设置在绝缘层45与取向膜42间。
再者，衬底11与绝缘层29a间设置有导电层35。导电层35优选与导电层24通过对同一导电膜进行加工而形成并具有透光性。由导电层35、导电层31及设置在其间的绝缘层29a、绝缘层28及绝缘层29b构成存储电容器。图5A所示的结构中，通过在同一工序中形成导电层35和导电层24，可以在不增加制造工序的情况下设置存储电容器，所以是优选的。
{变形例6}
图5B所示的结构是采用IPS模式的液晶元件30时的例子。
导电层31与导电层32分别设置在绝缘层29b上。在该情况下，优选通过对同一导电膜进行加工来形成导电层31和导电层32。
导电层31与导电层32分别具有梳齿状的顶面形状，且以彼此互不接触地咬合的方式配置。在图5B中，为了便于说明，使用不同的阴影线示出导电层31与导电层32。
{变形例7}
图6A所示的结构是图5A的变形例。
图6A中，绝缘层28的与液晶元件30重叠的部分通过蚀刻被去除。也就是说，图6A所示的结构包括导电层35、绝缘层29a、绝缘层29b及导电层31依次层叠的部分。由此，与图5A所示的结构相比，可以增大导电层35与导电层31间的电容。另外，通过在用作液晶元件30的部分不设置绝缘层28，不仅可以提高光透过率而且可以减少位于来自光源的光的路径上的界面数，由此可以抑制界面反射及界面散射的影响。
{变形例8}
图6B所示的结构是图3B的变形例。
在图6B中，图3B中的导电层32与导电层24使用同一导电膜形成。再者，绝缘层28的与液晶元件30重叠的部分通过蚀刻被去除。由此，可以利用同一工序制造导电层24和导电层32，可以简化工序。再者，与变形例7同样，通过不设置绝缘层28不仅可以提高光透过率还可以抑制界面反射及界面散射的影响。
注意，在图6B中，绝缘层22和绝缘层25中的一方或双方的与液晶元件30重叠的部分可以通过蚀刻被去除。或者，不需要绝缘层25时也可以不设置。由此，导电层31及导电层32的电场易于传至液晶33，液晶元件30可进行高速工作。再者，不仅可以提高与液晶元件30重叠的部分的光透过率而且可以抑制界面反射及界面散射的影响。另外，绝缘层29a和绝缘层29b中的一方与液晶元件30重叠的部分可以通过蚀刻被去除。由此，导电层31及导电层32的电场易于传至液晶33。有时还可以增大导电层31与导电层32间的电容。
{变形例9}
图7A所示的结构是图6B的变形例。
图6B中示出导电层31及导电层32都具有梳齿状顶面形状的情况，图7A中示出仅导电层31为梳齿状的导电层31与导电层32重叠的结构。由此，可以将导电层31与导电层32间的电容用作存储电容器而无需另行设置电容器，可以实现高开口率的显示装置。此时，绝缘层29a和绝缘层29b中的一方的与导电层31重叠的部分可以通过蚀刻被去除，由此可以增大电容，所以是优选的。另外，与上述同理，绝缘层22和绝缘层25中的一方或双方的与液晶元件30重叠的部分也可以通过蚀刻被去除，不需要绝缘层25时也可以不设置。
{变形例10}
图7B所示的结构是图5B及图6B的变形例。
在图7B中，不与绝缘层28重叠的区域中的绝缘层29a和绝缘层29b分别通过蚀刻被去除，导电层31及导电层32形成在同一面上。在此，与图5B同样，使用不用的阴影线示出导电层31和导电层32，但是导电层31与导电层32也可以通过对同一导电膜进行加工而形成。或者，导电层32也可以与导电层24通过对同一导电膜进行加工而形成。
另外，绝缘层22和绝缘层25中的一方或双方的与液晶元件30重叠的部分也可以通过蚀刻被去除，不需要绝缘层25时也可以不设置。
[像素结构例]
以下对使用本发明的一个方式的垂直晶体管的像素的结构例进行说明。
图8A是像素的俯视示意图。图8A中并排示出三个子像素。三个子像素例如对应红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)这三种颜色，除了设置有使各自对应的颜色的光透过并吸收其他颜色的光的着色层之外其他结构都相同。
子像素分别对应用作扫描线的导电层23与用作信号线的导电层24的交叉部设置。子像素包括晶体管10、用作像素电极的导电层31、用作公共电极的导电层32等。晶体管10设置在导电层23与导电层24的交叉部。
图8A所示的结构对应图3B所示的叠层结构，其示出用作公共电极的导电层32比用作像素电极的导电层31更靠近衬底11一侧的例子。图8A中，为了便于观察，对导电层31附加能看到位于其下侧(衬底11侧)的层的阴影线。
导电层31在平面视时具有梳齿状的形状。另外，如图8A所示，梳齿状的导电层31的凸出部分的长边优选相对于导电层23及导电层24的延伸方向倾斜。另外，导电层31的该凸出部分的朝向相对于导电层23的延伸方向呈线对称。通过采用这种结构可以提高显示装置的亮度及色度的视角特性。
虽然这里示出导电层31的形状为梳齿状的情况，但是只要导电层31与导电层32层叠的部分与导电层32上不设置有导电层31的部分为交替配置的形状即可。例如，导电层31可以为具有多个开口的形状。
导电层32具有与导电层24重叠的部分，通过该部分，导电层32在沿导电层23的延伸方向排列的子像素间是连续的。如此，导电层32优选通过设置与导电层24重叠的部分而不设置与导电层23重叠的部分以在子像素间连续。如图3B等所示，导电层32与导电层24隔着用作间隔物的绝缘层28等重叠，与使导电层32与导电层23重叠的情况相比，可以降低寄生电容。再者，此时，如图8A所示，通过尽量缩小导电层32与导电层24的重叠面积，可以降低其间的寄生电容，所以是优选的。
图8B是将图8A中的导电层31与导电层32的上下关系进行调换的例子。例如，对应于图3A所示的结构。图8B中将图8A中的导电层31和导电层32的阴影线进行了对调。
导电层32设置有与导电层31重叠的多个狭缝(也称为开口)。这些狭缝的长边方向以相对于导电层23的延伸方向及导电层24的延伸方向倾斜的方式设置。另外，该狭缝的长边方向优选以导电层31的中央部为界相对于导电层23的延伸方向呈线对称。由此，可以提高视角特性。
图9A与图8A所示的结构的主要不同之处在于导电层31的形状不同。
图9A中导电层31中设置有多个狭缝。狭缝具有长边方向与子像素的长边方向(这里，导电层24的延伸方向)平行的形状。这里，优选狭缝的形状不是长方形而是长方形的一部分弯曲的“く”字(V字)形状。由此，可以提高视角特性。
图9B示出与图8B的导电层32的形状不同的例子。在图9B中，导电层32设置有与图9A的导电层31中设置的形状相同的狭缝。
以上是对像素的结构例的说明。
本发明的一个方式通过将能使占有面积极小的垂直晶体管用于液晶显示装置的像素，可以实现极高开口率的液晶显示装置。另外，可以实现高清晰的液晶显示装置。另外，本发明的一个方式的垂直晶体管与现有的横向晶体管相比可以缩短沟道长度而使大电流流过。通过将这样的晶体管用于液晶显示装置，可以实现可高速驱动的高显示品质的液晶显示装置。再者，本发明的一个方式的垂直晶体管虽然沟道长度短但在关闭状态的泄漏电流极小，通过将其用于液晶显示装置可以长时间地保持写入像素中的电位，通过低帧频显示可以降低功耗。
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。
实施方式2
在本实施方式中，说明本发明的一个方式的显示装置的结构例。
本实施方式的显示装置可以为高分辨率的显示装置或大型显示装置。因此，例如可以将本实施方式的显示装置用作如下装置的显示部:具有较大的屏幕的电子设备诸如电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等；数码相机；数码摄像机；数码相框；移动电话机；便携式游戏机；便携式信息终端；声音再现装置。
另外，本实施方式的显示装置可以为高清晰的显示装置。因此，例如可以将本实施方式的显示装置用作手表型及手镯型等信息终端设备(可穿戴设备)的显示部以及头戴显示器(HMD)等VR用设备及眼镜型AR用设备等可戴在头上的可穿戴设备的显示部。
本发明的一个方式的半导体装置可以用于显示装置或包括该显示装置的模块。作为包括该显示装置的模块，可以举出该显示装置安装有柔性印刷电路板(Flexibleprinted circuit，下面记为FPC)或TCP(Tape Carrier Package：带载封装)等连接器的模块、通过COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方式或COF(Chip On Film：薄膜覆晶封装)方式等安装有集成电路(IC)的模块等。
[显示装置的结构例]
图10示出显示装置50A的立体图。
显示装置50A具有贴合衬底152与衬底151的结构。在图10中，以虚线表示衬底152。
显示装置50A包括显示部162、连接部140、电路部164、布线165等。图10示出显示装置50A安装有IC173及FPC172的例子。因此，也可以将图10所示的结构称为包括显示装置50A、IC及FPC的显示模块。
连接部140设置在显示部162的外侧。连接部140可以沿着显示部162的一个边或多个边设置。连接部140也可以为一个或多个。图10示出以围绕显示部的四个边的方式设置连接部140的例子。在连接部140中，显示元件的公共电极与导电层电连接，可以对公共电极供电。当将公共电极设置在衬底151一侧等时，不需要连接部140时也可以不设置。
电路部164例如包括扫描线驱动电路(也称为栅极驱动器)。另外，电路部164也可以包括扫描线驱动电路和信号线驱动电路(也称为源极驱动器)的双方。
布线165具有对显示部162及电路部164供应信号及电力的功能。该信号及电力从外部经由FPC172输入到布线165或者从IC173输入到布线165。
图10示出利用COG方式或COF方式等在衬底151上设置IC173的例子。作为IC173，例如可以使用包括扫描线驱动电路和信号线驱动电路中的一方或双方的IC。注意，显示装置50A及显示模块也可以采用不设置IC的结构。另外，也可以将IC利用COF方式等安装于FPC。
本发明的一个方式的垂直晶体管例如可以用于显示装置50A的显示部162和电路部164中的一方或双方。另外，本发明的一个方式的垂直晶体管也可以用于IC173。
例如，在将本发明的一个方式的垂直晶体管用于显示装置的像素电路时，可以缩小像素电路的占有面积而可以实现高清晰显示装置。此外，例如在将本发明的一个方式的垂直晶体管用于显示装置的驱动电路(例如，栅极线驱动电路和源极线驱动电路中的一方或双方)时，可以缩小驱动电路的占有面积而可以实现窄边框的显示装置。另外，本发明的一个方式的垂直晶体管具有良好的电特性，通过将该垂直晶体管用于显示装置，可以提高显示装置的可靠性。
显示部162是显示装置50A中的图像显示区域，包括周期性地排列的多个像素210。图10示出一个像素210的放大图。
对本实施方式的显示装置中的像素的排列没有特别的限制，可以采用各种方法。作为像素的排列，例如可以举出条纹排列、S条纹排列、矩阵状排列、Delta排列、拜耳排列(Bayer arrangement)及Pentile排列。
图10所示的像素210包括呈现红色光的子像素210R、呈现绿色光的子像素210G及呈现蓝色光的子像素210B。子像素210R、210G、210B都包括显示元件和控制该显示元件的驱动的电路。
作为显示元件，例如可以使用液晶元件。例如，可以举出透射型的液晶元件、反射型的液晶元件及半透射型的液晶元件。
另外，显示元件除了液晶元件以外还可以使用各种各样的元件(例如，发光元件)。作为发光元件，例如可以举出LED(Light Emitting Diode，发光二极管)、OLED(OrganicLED，有机发光二极管)、半导体激光等的自发光性的发光元件。作为LED，例如可以使用小型LED、微型LED等。
除此之外，还可以使用快门方式或光干涉方式的MEMS(Micro ElectroMechanical Systems：微电子机械***)元件或采用微囊方式、电泳方式、电润湿方式或电子粉流体(注册商标)方式等的显示元件等。另外，也可以使用利用光源以及采用量子点材料的颜色转换技术的QLED(Quantum-dot LED)。
[截面结构例1]
图11示出显示装置50A的包括FPC172的区域的一部分、电路部164的一部分、显示部162的一部分、连接部140的一部分及包括端部的区域的一部分的截面的一个例子。
图11是采用VA模式的液晶元件时的截面示意图。
使用粘合层141将衬底151与衬底152贴合。在由衬底151、衬底152以及粘合层141包围的区域中密封有液晶112。另外，在衬底151的外侧的面上具有偏振片130a。在衬底152的外侧的面上具有偏振片130b。
虽然未图示，但是可以在偏振片130a的外侧或偏振片130b的外侧设置背光源。
衬底151设置有液晶元件60的像素电极111、晶体管201、多个晶体管202、连接部204、布线206、间隔物124等。晶体管201设置在电路部164，晶体管202设置在子像素。
衬底152设置有着色层131、遮光层132、绝缘层123、公共电极113等。
衬底151上设置有绝缘层211、绝缘层212、绝缘层213、绝缘层214、绝缘层215等绝缘层。绝缘层211、绝缘层212及绝缘层213用作层间绝缘层(或间隔物)。绝缘层214的一部分用作晶体管201或晶体管202的栅极绝缘层。绝缘层215用作晶体管201及晶体管202的保护层。
晶体管201、晶体管202包括导电层222、半导体层231、绝缘层214的一部分、导电层221及像素电极111的一部分。导电层222用作源电极和漏电极中的一方，像素电极111的一部分用作源电极和漏电极中的另一方。导电层221用作栅电极。
晶体管201及晶体管202可以使用实施方式1中示出的各晶体管，详细说明亦可参照其说明。
这里，导电层222上设置有与其接触的导电层223。导电层223包含比导电层222导电性高的导电材料并用作辅助布线。当作为导电层222使用导电性氧化物时，由于电阻高有时很难将其用作布线。此时，通过设置比导电层222导电性高的导电层223，可以辅助导电层222的导电性。注意，虽然这里采用在导电层222上设置导电层223的结构，但是也可以在导电层222的下侧设置导电层223。
液晶元件60包括像素电极111、公共电极113及被像素电极111和公共电极113挟持的液晶112。
另外，衬底151上设置有与导电层222位于同一面上的导电层224。导电层224具有隔着绝缘层211、绝缘层212及绝缘层213与像素电极111重叠的部分。像素电极111与导电层224及它们间的绝缘层形成存储电容器。像素电极111与导电层224间设置有一个以上的绝缘层即可，也可以通过蚀刻去除绝缘层211、绝缘层212及绝缘层213中的一个或两个。
在图11中，作为显示部162的例子，示出一个子像素的截面。例如，子像素包括晶体管202、液晶元件60和着色层131。例如，通过选择性地形成着色层131，并且排列呈现红色的子像素、呈现绿色的子像素、呈现蓝色的子像素，可以进行全彩色显示。在此，由晶体管202、像素电极111及布线等构成像素电路(子像素电路)。
电路部164所包括的晶体管与显示部162所包括的晶体管可以为相同的结构也可以为不同的结构。此外，电路部164所包括的多个晶体管可以都具有相同的结构或不同的结构。
覆盖各晶体管的绝缘层215优选使用水或氢等杂质不容易扩散的材料。即，可以将绝缘层215用作阻挡膜。通过采用这种结构，可以有效地抑制杂质从外部扩散到晶体管中，从而能够实现可靠性高的触摸面板。
衬底152侧设置有覆盖着色层131、遮光层132的绝缘层123。绝缘层123也可以用作平坦化膜。通过绝缘层123可以使公共电极113的表面大致平坦，由此可以使液晶112的取向状态一致。
另外，在像素电极111、公共电极113、绝缘层215等中，也可以在接触于液晶112的面上设置用来控制液晶112的取向的取向膜。
在液晶元件60中，像素电极111及公共电极113具有使可见光透过的功能。通过采用这样的结构，可以使液晶元件60成为透射型液晶元件。例如，当将背光源配置在衬底152一侧时，被偏振片130a偏振的背光源的光透过衬底152及公共电极113、液晶112、像素电极111及衬底151到达偏振片130b。此时，可以由施加到像素电极111与公共电极113间的电压控制液晶112的取向，由此控制光的光学调制。就是说，可以控制透过偏振片130b射出的光的强度。另外，因为入射的光的指定波长区域以外的光被着色层131吸收，因此所提取的光成为例如呈现红色的光。
在此，作为偏振片130b可以使用直线偏振片，也可以使用圆偏振片。例如可以使用将直线偏振片和四分之一波相位差板层叠而成的偏振片。通过作为偏振片130b使用圆偏振片，可以抑制外光反射。
另外，当作为偏振片130b使用圆偏振片时，作为偏振片130a也可以使用圆偏振片，也可以使用一般的直线偏振片。通过根据用于偏振片130a、偏振片130b的偏振片的种类调整用于液晶元件60的液晶元件的单元间隙、取向及驱动电压等，来实现所希望的对比度即可。
公共电极113在连接部140中通过连接体243与设置在衬底151侧的导电层电连接。由此，可以从配置在衬底151侧的FPC或IC向公共电极113供应电位或信号。
例如，连接体243可以使用导电粒子。作为导电粒子，可以采用表面覆盖有金属材料的有机树脂或二氧化硅等粒子。作为金属材料，优选使用镍或金，因为其可以降低接触电阻。另外，优选使用如在镍上还覆盖有金等以层状覆盖有两种以上的金属材料的粒子。另外，连接体243优选采用能够弹性变形或塑性变形的材料。此时，有时导电粒子成为图11所示的那样的在纵向上被压扁的形状。通过具有该形状，可以增大连接体243与其电连接的导电层的接触面积，从而可以降低接触电阻并抑制接触不良等问题发生。
连接体243优选以由粘合层141覆盖的方式配置。例如，可以将连接体243分散在固化之前的粘合层141中。通过在设置有粘合层141的部分配置连接体243，只要是在将粘合层141用于***的情况下，诸如固体密封结构或中空密封结构的显示装置等，就可以同样地采用上述结构。
靠近衬底151的端部的区域设置有连接部204。在连接部204中，布线206通过连接层242与FPC172电连接。在图11所示的结构中，示出布线206具有与导电层222及导电层223的叠层结构同样的叠层结构的例子。
[截面结构例2]
图12所示的显示装置是采用FFS模式的液晶元件时的截面示意图。
绝缘层213上设置有公共电极113，覆盖公共电极113设置有绝缘层216。绝缘层216上设置有像素电极111。
像素电极111是在平面视时具有梳齿状的形状或设置有狭缝的形状。另外，公共电极113以与像素电极111重叠的方式配置。另外，与着色层131重叠的区域中包括公共电极113上没有配置像素电极111的部分。
图13是将图12中的像素电极111与公共电极113的上下关系进行调换的例子。公共电极113在平面视时具有梳齿状或设置有狭缝的形状且隔着绝缘层214及绝缘层215设置在像素电极111上。
在图12中，像素电极111与公共电极113隔着绝缘层216层叠，在该部分形成电容。因此无须另行形成电容器，从而可以提高像素的开口率。
在此，通过作为公共电极113使用使可见光透过的导电性材料，可以实现透射型液晶元件。另外，当作为像素电极111及公共电极113的双方使用使可见光透过的导电性材料时，可以进一步提高开口率，所以是优选的。
例如，在使用反射型液晶元件的情况下，对像素电极111及公共电极113中的一方或双方使用反射可见光的材料即可。对像素电极111及公共电极113的双方使用反射可见光的材料，可以提高开口率。此外，也可以对公共电极113使用反射可见光的材料且对像素电极111使用使可见光透过的材料。
或者，也可以通过对像素电极111使用反射可见光的材料且对公共电极113使用使可见光透过的材料，来实现半透射型液晶元件。此时，可以切换使用被像素电极111反射的光的反射模式和使用透过设置在像素电极111中的狭缝的来自背光源的光的透射模式。
此外，在采用横向电场方式的情况下，也可以使用不使用取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。因为蓝相只在窄的温度范围内出现，所以将其中混合了几wt％以上的手征试剂的液晶组合物用于液晶层，以扩大温度范围。由于包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的响应速度快，并且其具有光学各向同性。此外，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物不需要取向处理，并且视角依赖性小。另外，由于不需要设置取向膜而不需要摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电破坏，并可以减少制造工序中的液晶显示装置的不良及破损。
[截面结构例3]
图14示出液晶元件60使用采用IPS模式的液晶元件时的例子。液晶元件60包括像素电极111、液晶112及公共电极113。
像素电极111及公共电极113设置在绝缘层213上。像素电极111及公共电极113在平面视时具有梳齿状的形状并以彼此咬合的方式配置。像素电极111与公共电极113优选通过对同一导电膜进行加工而形成。注意，图14中，为了便于说明，像素电极111和公共电极113使用不同的阴影线。
以上是截面结构例的说明。
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。
实施方式3
在本实施方式中对包括本发明的一个方式的晶体管的显示装置进行说明。
图15A所示的显示装置包括像素部502、驱动电路部504、保护电路506及端子部507。另外，也可以采用不设置保护电路506的结构。
可以将本发明的一个方式的晶体管用于像素部502和驱动电路部504中的一方或双方所包括的晶体管。此外，保护电路506也可以使用本发明的一个方式的晶体管。
像素部502包括配置为X行Y列(X、Y为分别独立的2以上的自然数)的多个像素电路501。各像素电路501包括驱动显示元件的电路。
驱动电路部504包括对栅极线GL_1至GL_X输出扫描信号的栅极驱动器504a、对数据线DL_1至DL_Y供应数据信号的源极驱动器504b等的驱动电路。栅极驱动器504a采用至少包括移位寄存器的结构即可。另外，源极驱动器504b可以由移位寄存器、数字模拟转换电路、锁存电路等构成。
端子部507是指设置有用来从外部的电路对显示装置输入电源、控制信号及图像信号等的端子的部分。
保护电路506是在自身所连接的布线被供应一定的范围之外的电位时使该布线与其他布线之间处于开启状态的电路。图15A所示的保护电路506例如可以与栅极线GL、数据线DL等各种布线连接。另外，在图15A中，为了区分保护电路506和像素电路501，对保护电路506附加阴影线。
另外，可以将栅极驱动器504a及源极驱动器504b与像素部502设置在同一衬底上，也可以利用COG(Chip on glass：玻璃覆晶封装)法等将另行形成有栅极驱动电路或源极驱动电路的IC安装在设置有像素部502的衬底上。或着，也可以利用ACF(AnisotropicConductive Film：各向异性导电膜)等将安装有IC的FPC(Flexible Printed Circuit：柔性印刷电路)贴到衬底上。
尤其是，优选像素部502与栅极驱动器504a在同一衬底上经同一工序制造。此时，优选分别在像素部502和栅极驱动器504a中设置本发明的一个方式的晶体管。另外，当源极驱动器504b使用IC时，优选在该衬底上设置解复用器电路，由此可以减少IC的端子数。此时，优选将本发明的一个方式的晶体管用于解复用器电路。
图15B使用可用于像素电路501的像素电路的结构的一个例子。
图15B所示的像素电路501包括液晶元件570、晶体管550及电容器560。此外，像素电路501与数据线DL_n、栅极线GL_m、电位供应线VL等连接。
可以将本发明的一个方式的垂直晶体管用于晶体管550。
根据像素电路501的规格适当地设定液晶元件570的一对电极中的一个电极的电位。根据被写入的数据设定液晶元件570的取向状态。此外，也可以对多个像素电路501的每一个所具有的液晶元件570的一对电极中的一个电极供应公共电位。此外，也可以对各行的像素电路501的每一个所具有的液晶元件570的一对电极中的一个电极供应不同的电位。
另外，图15C所示的像素电路501包括晶体管552、晶体管554、电容器562及发光元件572。此外，像素电路501与数据线DL_n、栅极线GL_m、电位供应线VL_a及电位供应线VL_b等连接。
此外，电位供应线VL_a和电位供应线VL_b中的一个被施加高电源电位VDD，电位供应线VL_a和电位供应线VL_b中的另一个被施加低电源电位VSS。根据晶体管554的栅极被施加的电位，流过发光元件572中的电流被控制，从而来自发光元件572的发光亮度被控制。
接着，对备有用来校正像素所显示的灰度的存储器的像素电路以及具有该像素电路的显示装置进行说明。
图16A示出像素电路400的电路图。像素电路400包括晶体管M1、晶体管M2、电容器C1及电路401。此外，像素电路400连接有布线S1、布线S2、布线G1及布线G2。
可以将使用本发明的一个方式的垂直晶体管用于晶体管M1及晶体管M2。
晶体管M1的栅极与布线G1连接，源极和漏极中的一个与布线S1连接，源极和漏极中的另一个与电容器C1的一个电极连接。晶体管M2的栅极与布线G2连接，源极和漏极中的一个与布线S2连接，源极和漏极中的另一个与电容器C1的另一个电极及电路401连接。
电路401至少包括一个显示元件。这里，显示元件包括液晶元件。但是，不局限于此，显示元件可以使用各种各样的元件，典型地有有机EL元件、LED元件等发光元件或MEMS元件等。
将连接晶体管M1与电容器C1的节点记作节点N1，将连接晶体管M2与电路401的节点记作节点N2。
像素电路400通过使晶体管M1变为关闭状态可以保持节点N1的电位。此外，通过使晶体管M2变为关闭状态可以保持节点N2的电位。此外，通过在晶体管M2处于关闭状态的状态下通过晶体管M1对节点N1写入规定的电位，由于通过电容器C1的电容耦合，可以使节点N2的电位对应节点N1的电位变化而发生改变。
在此，作为晶体管M1、晶体管M2中的一方或双方可以使用实施方式1中例示出的使用氧化物半导体的晶体管。由于该晶体管具有极低的关态电流，因此可以长时间地保持节点N1或节点N2的电位。此外，当各节点的电位保持期间较短时(具体而言，帧频为30Hz以上时等)也可以采用使用了硅等半导体的晶体管。
[驱动方法例]
接着，参照图16B对像素电路400的工作方法的一个例子进行说明。图16B是像素电路400的工作的时序图。注意，这里为了便于说明，不考虑布线电阻等各种电阻、寄生电容及晶体管的阈值电压等的影响。
在图16B所示的工作中，将1个帧期间分为期间T1和期间T2。期间T1是对节点N2写入电位的期间，期间T2是对节点N1写入电位的期间。
<期间T1>
在期间T1，对布线G1和布线G2的双方供给使晶体管变为导通状态的电位。此外，对布线S1提供为固定电位的电位Vref，对布线S2提供第一数据电位Vw。
节点N1通过晶体管M1从布线S1被供给电位Vref。此外，节点N2通过晶体管M2从布线S2被供给第一数据电位Vw。因此，电容器C1变为保持电位差Vw-Vref的状态。
<期间T2>
接着，在期间T2，布线G1被供应使晶体管M1变为导通状态的电位，布线G2被供应使晶体管M2变为关闭状态的电位，布线S1被提供第二数据电位Vdata。此外，可以对布线S2提供预定的恒电位或使成为浮动状态。
节点N1通过晶体管M1从布线S1被供应第二数据电位Vdata。此时，由于通过电容器C1的电容耦合，对应第二数据电位Vdata节点N2的电位发生变化，其变化量为电位dV。也就是说，电路401被输入将第一数据电位Vw和电位dV加在一起的电位。注意，虽然图16B示出电位dV为正的值，但是其也可以为负的值。也就是说，第二数据电位Vdata也可以比电位Vref低。
这里，电位dV基本由电容器C1的电容值及电路401的电容值决定。当电容器C1的电容值充分大于电路401的电容值时，电位dV成为接近第二数据电位Vdata的电位。
如上所述，由于像素电路400可以组合两种数据信号生成供应给包括显示元件的电路401的电位，所以可以在像素电路400内进行灰度校正。
此外，像素电路400可以生成超过可对与布线S1及布线S2连接的源极驱动器供给的最大电位的电位。例如，在使用发光元件的情况下，可以进行高动态范围(HDR)显示等。此外，在使用液晶元件的情况下，可以实现过驱动等。
[应用例]
<使用液晶元件的例子>
图16C所示的像素电路400LC包括电路401LC。电路401LC包括液晶元件LC及电容器C2。
液晶元件LC的一个电极与节点N2及电容器C2的一个电极连接，另一个电极与被供应电位Vcom2的布线连接。电容器C2的另一个电极与被供应电位Vcom1的布线连接。
电容器C2用作存储电容器。此外，当不需要时可以省略电容器C2。
由于像素电路400LC可以对液晶元件LC提供高电压，所以例如可以通过过驱动实现高速显示，可以采用驱动电压高的液晶材料等。此外，通过对布线S1或布线S2提供校正信号，可以根据使用温度、液晶元件LC的劣化状态等进行灰度校正。
<使用发光元件的例子>
图16D所示的像素电路400EL包括电路401EL。电路401EL包括发光元件EL、晶体管M3及电容器C2。
晶体管M3的栅极与节点N2及电容器C2的一个电极连接，源极和漏极中的一个与被供应电位VH的布线连接，源极和漏极中的另一个与发光元件EL的一个电极连接。电容器C2的另一个电极与被供应电位Vcom的布线连接。发光元件EL的另一个电极与被供应电位VL的布线连接。
晶体管M3具有控制对发光元件EL供应的电流的功能。电容器C2用作存储电容器。不需要时也可以省略电容器C2。
此外，虽然这里示出发光元件EL的阳极一侧与晶体管M3连接的结构，但是也可以采用阴极一侧与晶体管M3连接的结构。当采用阴极一侧与晶体管M3连接的结构时，可以适当地改变电位VH与电位VL的值。
像素电路400EL可以通过对晶体管M3的栅极施加高电位使大电流流过发光元件EL，所以可以实现HDR显示等。此外，通过对布线S1或布线S2提供校正信号可以对晶体管M3、发光元件EL等的电特性偏差进行校正。
此外，不局限于图16C及图16D所示的电路，也可以采用另外附加晶体管、电容器等的结构。
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。
实施方式4
在本实施方式中，说明包括触摸面板及IC的触摸面板模块的结构例。
图17示出触摸面板模块6500的方框图。触摸面板模块6500包括触摸面板6510及IC6520。
触摸面板6510包括显示部6511、输入部6512、扫描线驱动电路6513、传感器驱动电路6503及检测电路6504。触摸面板6510包括显示部6511、输入部6512及扫描线驱动电路6513。显示部6511包括多个像素、多个信号线及多个扫描线，并且能够显示图像。输入部6512包括感测感测对象对触摸面板6510的接触或接近的多个传感器元件，并且能够被用作触摸传感器。扫描线驱动电路6513能够对显示部6511中的扫描线输出扫描信号。
传感器驱动电路6503能够输出驱动输入部6512中的传感器元件的信号。传感器驱动电路6503例如可以具有组合移位寄存器电路和缓冲器电路的结构。
检测电路6504能够放大来自输入部6512中的传感器元件的输出信号并将其输出至AD转换电路6507。
在此，虽然为了便于说明，作为触摸面板6510的结构分开示出显示部6511和输入部6512，但是也可以采用兼具显示图像的功能和触摸传感器的功能的所谓的In-Cell型触摸面板。
作为可以用作输入部6512的触摸传感器的方式，例如可以使用静电电容式。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。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，由此可以同时进行多点检测。
注意，并不局限于此，还可以将能够感测手指或触屏笔等感测对象的接近、接触或按压的各种方式的传感器用于输入部6512。例如，作为传感器的方式，除了静电电容式，还可以使用电阻膜式、表面声波式、红外线式、光学式等各种方式。
作为In-Cell型触摸面板，典型地有Hybrid-In-Cell型和Full-In-Cell型。Hybrid-In-Cell型是指在支撑显示元件的衬底和对置衬底的双方或在对置衬底上设置有构成触摸传感器的电极等的结构。Full-In-Cell型是指在支撑显示元件的衬底上设置有构成触摸传感器的电极等的结构。通过采用Full-In-Cell型触摸面板，可以使对置衬底的结构简化，所以是优选的。尤其是在Full-In-Cell型中，通过将构成显示元件的电极兼作构成触摸传感器的电极，可以使制造工序简化，从而降低制造成本，所以是优选的。
显示部6511优选具有HD(像素个数1280×720)、FHD(像素个数1920×1080)、WQHD(像素个数2560×1440)、WQXGA(像素个数2560×1600)、4K(像素个数3840×2160)、8K(像素个数7680×4320)等极高的分辨率。尤其优选具有4K、8K或更高的分辨率。另外，设置在显示部6511中的像素的密度(清晰度)优选为300ppi以上，更优选为500ppi以上，更优选为800ppi以上，进一步优选为1000ppi以上，更进一步优选为1200ppi以上。这样的具有高分辨率及高清晰度的显示部6511可以进一步提高真实感、纵深感等。
IC6520包括电路单元6501、信号线驱动电路6502及AD转换电路6507。电路单元6501包括时序控制器6505及图像处理电路6506等。
信号线驱动电路6502能够对显示部6511中的信号线输出作为模拟信号的影像信号(也称为视频信号)。例如，信号线驱动电路6502可以组合移位寄存器、数字模拟转换电路(DAC：Digital-Analog Convertor)、锁存电路、缓冲电路等。另外，触摸面板6510可以包括与信号线连接的解复用器电路。
AD转换电路6507具有将从检测电路6504输入的模拟信号转换成数字信号并将其输出至电路单元6501的功能。例如AD转换电路6507可以包括模拟数字转换电路(ADC：Analog-Digital Convertor)和放大电路。
电路单元6501中的图像处理电路6506具有如下功能：生成并输出驱动触摸面板6510的显示部6511的信号；生成并输出驱动输入部6512的信号；以及分析从输入部6512输出的信号且将其输出到CPU6540。
具体而言，图像处理电路6506例如能够按照CPU6540的指令生成影像信号。另外，图像处理电路6506能够按照显示部6511的规格对影像信号进行信号处理来将其转换为模拟影像信号，并供应到信号线驱动电路6502。另外，图像处理电路6506能够按照CPU6540的指令生成对传感器驱动电路6503输出的驱动信号。图像处理电路6506还能够分析从检测电路6504经过AD转换电路6507输入的信号，并将其作为位置信息输出到CPU6540。
时序控制器6505能够根据被图像处理电路6506处理的影像信号等中的同步信号生成对扫描线驱动电路6513及传感器驱动电路6503输出的信号(时钟信号、起始脉冲信号等信号)，并将其输出。时序控制器6505也可以具有生成规定检测电路6504输出信号的时序的信号且将其输出的功能。在此，时序控制器6505优选输出分别与对扫描线驱动电路6513输出的信号以及对传感器驱动电路6503输出的信号同步的信号。尤其是，优选将改写显示部6511的像素的数据的期间和在输入部6512中感测的期间分开。例如，可以以将一个帧期间分为改写像素的数据的期间和感测期间的方式驱动触摸面板6510。另外，例如通过在一个帧期间中设置两个以上的感测期间，可以提高检测灵敏度及检测精度。
图像处理电路6506例如可以包括处理器。例如，可以使用DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、GPU(Graphics Processing Unit：图形处理器)等微处理器。微处理器也可以由FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或FPAA(Field Programmable Analog Array：现场可编程模拟阵列)等PLD(Programmable LogicDevice：可编程逻辑器件)来构成。图像处理电路6506通过由处理器解释且执行来自各种程序的指令，进行各种数据处理、程序控制等。有可能由处理器执行的程序可以被存储在处理器中的存储器区域，也可以被存储在另外设置的存储装置中。
另外，优选触摸面板6510所包括的显示部6511、输入部6512、扫描线驱动电路6513、传感器驱动电路6503和检测电路6504中的一个以上使用沟道形成区使用氧化物半导体的实现了极低关态电流的晶体管。由于该晶体管的关态电流极小，所以通过将该晶体管用于保持流入用作存储元件的电容器的电荷(数据)的开关，可以确保数据的长期保持。另外，也可以将该晶体管用于IC6520所包括的电路单元6501、信号线驱动电路6502、AD转换电路6507或设置在外部的CPU6540等中。例如，通过将该特性应用于图像处理电路6506的寄存器或高速缓冲存储器，可以仅在必要时使图像处理电路6506工作，而在其他情况下使之前的处理信息储存在该存储元件，在不使用图像处理电路6506时切断图像处理电路6506的电源，即，可以实现常闭运算(normally off computing)，由此可以实现触摸面板模块6500及安装有该触摸面板模块6500的电子设备的低功耗化。
注意，虽然在此示出电路单元6501包括时序控制器6505及图像处理电路6506的结构，但是也可以将图像处理电路6506或具有图像处理电路6506的一部分功能的电路设置在IC6520的外部。或者，也可以由CPU6540承担图像处理电路6506的全部或一部分功能。例如电路单元6501也可以采用包括信号线驱动电路6502、时序控制器6505及AD转换电路6507的结构。
另外，虽然在此示出IC6520包括电路单元6501的例子，但是电路单元6501也可以不包括在IC6520内。此时，IC6520可以采用包括信号线驱动电路6502及AD转换电路6507的结构。例如，当在触摸面板模块6500中安装多个IC时，可以另外设置包含电路单元6501的IC而配置不包括电路单元6501的多个IC6520，也可以组合仅包括IC6520及信号线驱动电路6502的IC来配置。
如此，通过将驱动触摸面板6510的显示部6511的功能及驱动输入部6512的功能组合于一个IC中，可以减少安装在触摸面板模块6500中的IC的个数，由此可以降低成本。
图18A、图18B及图18C是安装有IC6520的触摸面板模块6500的示意图。
在图18A中，触摸面板模块6500包括衬底6531、对置衬底6532、多个FPC6533、IC6520及IC6530等。在衬底6531与对置衬底6532之间包括显示部6511、输入部6512、扫描线驱动电路6513、感测器驱动电路6503及检测电路6504。IC6520及IC6530以COG方式等安装方法安装在衬底6531上。
IC6530是在上述IC6520中仅包括信号线驱动电路6502或者包括信号线驱动电路6502及电路单元6501的IC。通过FPC6533从外部对IC6520及IC6530供应信号。还可以通过FPC6533从IC6520或IC6530向外部输出信号。
图18A例示出以夹着显示部6511的方式设置两个扫描线驱动电路6513的结构。并且示出除了IC6520还包括IC6530的结构。这样的结构可以适用于显示部6511的分辨率极高的情况。
图18B示出安装有一个IC6520及一个FPC6533的例子。如此，通过将功能集中于一个IC6520，可以减少构件的个数，所以是优选的。另外，在图18B中，示出沿着显示部6511的两个短边中的近于FPC6533一侧的边配置扫描线驱动电路6513的例子。
图18C例示出包括安装有图像处理电路6506等的PCB(Printed Circuit Board：印刷电路板)6534的结构。衬底6531上的IC6520、IC6530与PCB6534由FPC6533电连接。在此，IC6520也可以不包括上述图像处理电路6506。
此外，在图18A、图18B及图18C的各图中，IC6520或IC6530也可以不安装在衬底6531上而安装在FPC6533上。例如，IC6520及IC6530以COF方式或TAB方式等安装方法安装在FPC6533上即可。
如图18A及图18B所示，在显示部6511的短边一侧配置FPC6533、IC6520(及IC6530)等的结构能够实现窄边框化，因此例如可以适用于智能手机、移动电话或平板终端等电子设备。另外，如图18C所示的使用PCB6534的结构例如可以适用于电视装置、显示器装置、平板终端或笔记本型个人计算机等。
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。
实施方式5
在本实施方式中，对本发明的一个方式的电子设备进行说明。
本实施方式的电子设备在显示部中包括本发明的一个方式的显示装置。本发明的一个方式的显示装置容易实现高清晰化及高分辨率化。因此，可以用于各种电子设备的显示部。
另外，本发明的一个方式的半导体装置还可以用于电子设备的除显示部以外的部分。例如，在将本发明的一个方式的半导体装置用于电子设备的控制部等时可以实现低功耗化，所以是优选的。
作为电子设备，例如除了电视装置、台式或笔记本型个人计算机、用于计算机等的显示器、数字标牌、弹珠机等大型游戏机等具有较大的屏幕的电子设备以外，还可以举出数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、声音再现装置等。
特别是，因为本发明的一个方式的显示装置可以提高清晰度，所以可以用于包括较小的显示部的电子设备。作为这种电子设备可以举出手表型及手镯型信息终端设备(可穿戴设备)、可戴在头上的可穿戴设备等诸如头戴显示器等VR用设备、眼镜型AR用设备及MR用设备等。
本实施方式的电子设备也可以包括传感器(该传感器具有检测、检出或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)。
本实施方式的电子设备可以具有各种功能。例如，可以具有如下功能：将各种信息(静态图像、动态图像、文字图像等)显示在显示部上的功能；触摸面板的功能；显示日历、日期或时间等的功能；执行各种软件(程序)的功能；进行无线通信的功能；读出储存在存储介质中的程序或数据的功能；等。
图19A所示的电子设备7000是可用作智能手机的便携式信息终端设备。
电子设备7000包括外壳7001、显示部7002、电源按钮7003、按钮7004、扬声器7005、麦克风7006、照相机7007及光源7008等。显示部7002具有触摸面板功能。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部7002。
图19B是包括外壳7001的麦克风7006一侧的端部的截面示意图。
外壳7001的显示面一侧设置有具有透光性的保护构件7010，被外壳7001及保护构件7010包围的空间内设置有显示面板7011、光学构件7012、触摸传感器面板7013、印刷电路板7017、电池7018等。
显示面板7011、光学构件7012及触摸传感器面板7013使用粘合层(未图示)固定到保护构件7010。
在显示部7002的外侧的区域中，显示面板7011的一部分叠回，且该叠回部分连接有FPC7015。FPC7015安装有IC7016。FPC7015与设置于印刷电路板7017的端子连接。
显示面板7011可以使用本发明的一个方式的柔性显示器。由此，可以实现极轻量的电子设备。此外，由于显示面板7011极薄，所以可以在抑制电子设备的厚度的情况下安装大容量的电池7018。此外，通过折叠显示面板7011的一部分以在像素部的背面设置与FPC7015的连接部，可以实现窄边框的电子设备。
图19C示出电视装置的一个例子。在电视装置7100中，外壳7101中组装有显示部7002。在此示出利用支架7103支撑外壳7101的结构。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部7002。
可以通过利用外壳7101所具备的操作开关以及另外提供的遥控操作机7111进行图19C所示的电视装置7100的操作。另外，也可以在显示部7002中具备触摸传感器，也可以通过用手指等触摸显示部7002进行电视装置7100的操作。另外，也可以在遥控操作机7111中具备显示从该遥控操作机7111输出的信息的显示部。通过利用遥控操作机7111所具备的操作键或触摸面板，可以进行频道及音量的操作，并可以对显示在显示部7002上的影像进行操作。
另外，电视装置7100具备接收机及调制解调器等。可以通过利用接收机接收一般的电视广播。再者，通过调制解调器连接到有线或无线方式的通信网络，从而进行单向(从发送者到接收者)或双向(发送者和接收者之间或接收者之间等)的信息通信。
图19D示出笔记本型个人计算机的一个例子。笔记本型个人计算机7200包括外壳7211、键盘7212、指向装置7213、外部连接端口7214等。在外壳7211中组装有显示部7002。
可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部7002。
图19E和图19F示出数字标牌的一个例子。
图19E所示的数字标牌7300包括外壳7301、显示部7002及扬声器7303等。此外，还可以包括LED灯、操作键(包括电源开关或操作开关)、连接端子、各种传感器、麦克风等。
图19F示出设置于圆柱状柱子7401上的数字标牌7400。数字标牌7400包括沿着柱子7401的曲面设置的显示部7002。
在图19E和图19F中，可以将本发明的一个方式的显示装置用于显示部7002。
显示部7002越大，一次能够提供的信息量越多。显示部7002越大，越容易吸引人的注意，例如可以提高广告宣传效果。
通过将触摸面板用于显示部7002，不仅可以在显示部7002上显示静态图像或动态图像，使用者还能够直觉性地进行操作，所以是优选的。另外，在用于提供线路信息或交通信息等信息的用途时，可以通过直觉性的操作提高易用性。
如图19E和图19F所示，数字标牌7300或数字标牌7400优选可以通过无线通信与使用者所携带的智能手机等信息终端设备7311或信息终端设备7411联动。例如，显示在显示部7002上的广告信息可以显示在信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕上。此外，通过操作信息终端设备7311或信息终端设备7411，可以切换显示部7002的显示。
可以在数字标牌7300或数字标牌7400上以信息终端设备7311或信息终端设备7411的屏幕为操作单元(控制器)执行游戏。由此，不特定多个使用者可以同时参加游戏，享受游戏的乐趣。
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。

Claims (9)

1.一种显示装置，包括：
晶体管，所述晶体管包括：
半导体层；
栅极绝缘层；
栅电极；
第一导电层；以及
第二导电层；
液晶元件，所述液晶元件包括：
所述第二导电层；
第三导电层；以及
液晶层；以及
第一绝缘层，所述第一绝缘层包括第一侧面，
其中，所述第一侧面位于所述第一导电层上，
所述半导体层与所述第一导电层的顶面及所述第一侧面接触，所述栅极绝缘层具有隔着位于所述栅极绝缘层与所述第一侧面间的所述半导体层与所述第一侧面对置的部分，
所述栅电极具有隔着位于所述栅极绝缘层与所述第一侧面间的所述半导体层以及所述栅极绝缘层与所述第一侧面对置的部分，
所述第二导电层位于所述第一绝缘层上且与所述半导体层接触，所述第三导电层位于所述第一绝缘层上且在平面视时具有与所述第二导电层重叠的部分，
所述半导体层包含氧化物半导体膜，
并且，所述第二导电层包含氧化物导电膜。
2.一种显示装置，包括：
晶体管，所述晶体管包括：
半导体层；
栅极绝缘层；
栅电极；
第一导电层；以及
第二导电层；
液晶元件，所述液晶元件包括：
所述第二导电层；
第三导电层；以及
液晶层；以及
第一绝缘层，所述第一绝缘层包括开口及所述开口中的第一侧面，所述半导体层与所述第一导电层的顶面及所述第一侧面接触，所述栅极绝缘层具有隔着位于所述栅极绝缘层与所述第一侧面间的所述半导体层与所述第一侧面对置的部分，
所述栅电极具有隔着位于所述栅极绝缘层与所述第一侧面间的所述半导体层以及所述栅极绝缘层与所述第一侧面对置的部分，
所述第二导电层位于所述第一绝缘层上且与所述半导体层接触，所述第三导电层位于所述第一绝缘层上且在平面视时具有与所述第二导电层重叠的部分，
所述半导体层包含氧化物半导体膜，
并且，所述第二导电层包含氧化物导电膜。
3.根据权利要求1所述的显示装置，
其中所述第三导电层位于所述第二导电层上且包含氧化物导电膜，
并且所述栅极绝缘层具有位于所述第三导电层与所述第二导电层间的部分。
4.根据权利要求3所述的显示装置，
其中所述第三导电层以与所述栅极绝缘层的顶面接触的方式设置。
5.根据权利要求3所述的显示装置，还包括：
所述栅电极上的第二绝缘层，
其中所述第三导电层具有隔着位于所述第三导电层与所述第二导电层间的所述栅极绝缘层及所述第二绝缘层与所述第二导电层重叠的部分。
6.根据权利要求5所述的显示装置，
其中所述第三导电层具有隔着位于所述第三导电层与所述栅电极间的所述第二绝缘层与所述栅电极重叠的部分。
7.根据权利要求1所述的显示装置，还包括：
所述第三导电层上的第三绝缘层，
其中所述第二导电层具有隔着位于所述第二导电层与所述第三导电层间的所述第三绝缘层与所述第三导电层重叠的部分。
8.根据权利要求2所述的显示装置，
其中所述第三导电层位于所述第二导电层上且包含氧化物导电膜，
并且所述栅极绝缘层具有位于所述第三导电层与所述第二导电层间的部分。
9.根据权利要求2所述的显示装置，
其中所述第三导电层上有第三绝缘层，
并且所述第二导电层具有隔着所述第二导电层与所述第三导电层间的所述第三绝缘层与所述第三导电层重叠的部分。
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