ＥＬ表示装置及び当該ＥＬ表示装置を具備する電子機器
【課題】環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することを目的の一とする。
【解決手段】ＥＬ表示装置の各画素に設けられた酸化物半導体層を有するトランジスタ及び発光素子の環境温度による特性の変化を補正するために、画素部の周辺に環境温度によって発光素子の陰極の電位を補正するモニター回路を設ける。モニター回路は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に接続された酸化物半導体層を有するモニター用トランジスタと、モニター用トランジスタの接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子に接続された電流源回路と、モニター発光素子及びモニター用トランジスタに印加される電圧に応じて発光素子の陰極の電位を補正する増幅回路とを有する。そしてモニター用電源線の電位は、画素の電源線の電位より小さいものとする。
【解決手段】ＥＬ表示装置の各画素に設けられた酸化物半導体層を有するトランジスタ及び発光素子の環境温度による特性の変化を補正するために、画素部の周辺に環境温度によって発光素子の陰極の電位を補正するモニター回路を設ける。モニター回路は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に接続された酸化物半導体層を有するモニター用トランジスタと、モニター用トランジスタの接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子に接続された電流源回路と、モニター発光素子及びモニター用トランジスタに印加される電圧に応じて発光素子の陰極の電位を補正する増幅回路とを有する。そしてモニター用電源線の電位は、画素の電源線の電位より小さいものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を有する表示装置（以下、ＥＬ表示装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子を代表とする発光素子を含むＥＬ表示装置の開発が進められている。ＥＬ表示装置は、自発光型ゆえの高画質、広視野角、薄型、軽量等の利点を活かして、幅広い利用が期待されている。ＥＬ表示装置では、各画素に発光素子及びトランジスタを設け、トランジスタにより発光素子の発光を制御する。
【０００３】
発光素子の発光を制御するためのトランジスタとして、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体という）を半導体層に有するトランジスタが注目されている（例えば特許文献１を参照）。発光素子はその輝度が電流値に比例する性質を有する。そこでＥＬ表示装置の駆動方法として、トランジスタに印加する電圧を制御して発光素子に電流を流すことにより、所望の輝度を得る駆動方法がある。このとき、階調を正確に表現するためには、トランジスタによる電流制御により発光素子に一定の電流を流すことが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８６３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタをＥＬ表示装置の発光素子に接続されるトランジスタに用いる場合について説明する。ここで酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタは、ｎチャネル型であるとして説明を行う。
【０００６】
図１０（Ａ）に酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子を具備する画素の回路構成を示す。画素３０００には、第１トランジスタ３００１（選択トランジスタともいう）、第２トランジスタ３００２（駆動トランジスタともいう）、発光素子３００３が配置されている。画像信号が入力される信号線３００４と第２トランジスタ３００２のゲート端子とは、第１トランジスタ３００１を介して接続されている。第１トランジスタ３００１のゲート端子には、ゲート線３００５が接続されている。電源線３００６（第１の電源線ともいう）と電源線３００７（第２の電源線ともいう）との間には、第２トランジスタ３００２と発光素子３００３とが接続して設けられている。そして電源線３００６の電位がＶｅｌ、電源線３００７の電位がＶｓｓのとき、Ｖｅｌ＞Ｖｓｓとすると、電源線３００６から電源線３００７の方に電流が流れる。発光素子３００３は当該発光素子３００３を流れる電流の大きさに応じて発光する。
【０００７】
なお、図１０（Ａ）における回路図において、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタと明確に判別できるように、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載している。例えば、図１０（Ａ）において、第１トランジスタ３００１及び第２トランジスタ３００２は酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタである。
【０００８】
次いで図１０（Ａ）に示す画素３０００の動作について説明する。ゲート線をＨレベルの電位にして第１トランジスタ３００１をオンにし、信号線の電位（Ｖｓｉｇ）が第１トランジスタ３００１を介して第２トランジスタ３００２のゲートに保持される。第２トランジスタ３００２のソースとドレインの間、及び発光素子３００３の陽極と陰極の間には、第２トランジスタ３００２のゲートに保持される電位に応じた電流が流れる。このとき、第２トランジスタ３００２のゲート電位をＶｓｉｇ、電源線３００７の電位をＶｓｓ、第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ、発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧をＶａｃとすると、式（１）の関係がある。
【０００９】
Ｖｓｉｇ−Ｖｓｓ＝Ｖｇｓ＋Ｖａｃ （１）
【００１０】
上記式（１）より発光素子３００３の電圧電流特性を考えて、第２トランジスタ３００２のゲート電位及び電源線３００７の電位を設定する。そして、第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓ及び発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧であるＶａｃが決まり、発光素子３００３に一定の電流が流れて所望の輝度を得ることができる。
【００１１】
発光素子３００３は、周囲の温度（以下環境温度と表記）により、その抵抗値（内部抵抗値）が変化する性質を有する。具体的には、室温を通常の温度としたとき、温度が通常よりも高くなると抵抗値が低下し、温度が通常よりも低くなると抵抗値が上昇する。そのため電圧電流特性が環境温度に応じて変化する。具体的には、温度が高くなると電流値が増加して所望の輝度よりも高い輝度となり、温度が低くなると同じ電圧を印加した場合、電流値が低下して発光素子３００３が所望の輝度よりも低い輝度となる。発光素子の性質は、複数の温度（５０℃、２５℃、０℃）における発光素子の電圧電流特性による曲線（図１０（Ｂ）参照）に示す通りである。
【００１２】
また酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２は、環境温度によりしきい値電圧（Ｖｔｈ）が変化する性質を有する。具体的には、室温を通常の温度としたとき、温度が通常よりも高くなるとしきい値電圧が低下し、温度が通常よりも低くなるとしきい値電圧が上昇する。そのため、温度が高くなると第２トランジスタ３００２のゲートに同じ電圧を印加した場合、第２トランジスタ３００２を流れる電流値が増加して発光素子３００３が所望の輝度より高い輝度となる。また、温度が低くなると第２トランジスタ３００２のゲートに同じ電圧を印加した場合、第２トランジスタ３００２を流れる電流値が低下して発光素子が所望の輝度より低い輝度となる。このような酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの性質は、酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２のしきい値電圧Ｖｔｈ（Ｖ）と温度（℃）との関係のグラフ（図１０（Ｃ）参照）に示す通りである。
【００１３】
従って上述したような発光素子及び酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２が持つ環境温度に対する性質により、上述の式（１）では第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓ、及び発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧であるＶａｃが変動してしまう。その結果、環境温度が変動すると発光素子３００３の輝度にばらつきが生じてしまい、環境温度の変動に応じて第２トランジスタ３００２のゲート電位であるＶｓｉｇ及び／または電源線３００７の電位であるＶｓｓを補正する必要がある。
【００１４】
そこで本発明の一態様は、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、ＥＬ表示装置の各画素に設けられた酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子の環境温度による特性の変化を補正するために、画素部の周辺に環境温度によって発光素子の陰極の電位を補正するモニター回路を設ける。モニター回路は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に接続された酸化物半導体を半導体層に有するモニター用トランジスタと、モニター用トランジスタの接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子に接続された電流源回路と、モニター発光素子及びモニター用トランジスタに印加される電圧に応じて発光素子の陰極の電位を補正する増幅回路とを有する。そしてモニター用電源線の電位は、画素の電源線の電位より小さいものとする。
【００１６】
本発明の一態様は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に電気的に接続されたモニター用トランジスタと、第１電極がモニター用トランジスタの第２端子に電気的に接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子の第２電極に電気的に接続された電流源回路と、入力端子がモニター発光素子の第２電極に電気的に接続されたボルテージフォロワ回路と、を含むモニター回路と、第１電極がボルテージフォロワ回路の出力端子に電気的に接続された発光素子と、第１端子が発光素子の第２電極に電気的に接続され、第２端子が電源線に電気的に接続され、ゲートが選択トランジスタを介して信号線に電気的に接続された駆動トランジスタと、を含む画素とを有し、モニター用トランジスタ及び駆動トランジスタは、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタであり、モニター用電源線の電位は、電源線の電位より小さいＥＬ表示装置である。
【００１７】
本発明の一態様において、電源線の電位は、発光素子の発光材料毎に異なるＥＬ表示装置でもよい。
【００１８】
本発明の一態様において、駆動トランジスタ及びモニター用トランジスタは、飽和領域で動作するＥＬ表示装置でもよい。
【００１９】
本発明の一態様において、画素は、容量素子を有し、容量素子の第１電極は電源線に電気的に接続され、容量素子の第２電極は駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されるＥＬ表示装置でもよい。
【００２０】
本発明の一態様において、駆動トランジスタ及びモニター用トランジスタはｎチャネル型であるＥＬ表示装置でもよい。
【００２１】
本発明の一態様において、ボルテージフォロワ回路の出力端子の電位は、モニター用電源線の電位及び電源線の電位より小さいＥＬ表示装置でもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様により、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様を説明するための図。
【図２】本発明の一態様を説明するための図。
【図３】本発明の一態様を説明するためのブロック図。
【図４】本発明の一態様を説明するための回路図。
【図５】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図６】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図７】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図８】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図９】本発明の一態様を説明するための図。
【図１０】本発明の課題を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
【００２５】
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２６】
なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第Ｎ（Ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では本発明の一態様であるＥＬ表示装置の一例について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００２８】
図１（Ａ）に酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子を具備する画素、並びに環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動を補正するためのモニター回路の回路構成を示す。
【００２９】
画素１００には、第１トランジスタ１０１（選択トランジスタともいう）、第２トランジスタ１０２（駆動トランジスタともいう）、発光素子１０３が配置されている。画像信号が入力される信号線１０４と第２トランジスタ１０２のゲート端子とは、第１トランジスタ１０１を介して接続されている。第１トランジスタ１０１のゲート端子には、ゲート線１０５が接続されている。電源線１０６（第１の電源線ともいう）と、発光素子１０３の陰極に接続される電源線１０７（第２の電源線ともいう）との間には、第２トランジスタ１０２と発光素子１０３とが接続して設けられている。そして電源線１０６の電位がＶｅｌ、電源線１０７の電位がＶｍｏｎｉとしてＶｅｌ＞Ｖｍｏｎｉとすると、電源線１０６から電源線１０７の方に電流が流れる。発光素子１０３は当該発光素子１０３を流れる電流の大きさに応じて発光する。
【００３０】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタと明確に判別できるように、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載している。
【００３１】
なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。
【００３２】
画素１００の構成の場合、電源線１０６と電源線１０７の電位が固定されていると発光素子１０３及び第２トランジスタ１０２は、上述したように環境温度によって特性が変わってくる。
【００３３】
具体的には環境温度が低くなると発光素子１０３の抵抗値が大きくなって、同じ電圧を加えていても流れる電流値が小さくなってしまう。また環境温度が高くなると発光素子１０３の抵抗値が小さくなって、同じ電圧を加えていても流れる電流値が大きくなってしまう。
【００３４】
同様に環境温度が低くなると第２トランジスタ１０２のしきい値電圧Ｖｔｈが大きくなって、同じゲート電圧を加えていても流れる電流値が小さくなってしまう。また環境温度が高くなると第２トランジスタ１０２のしきい値電圧Ｖｔｈが小さくなって、同じゲート電圧を加えていても流れる電流値が大きくなってしまう。
【００３５】
そこで、モニター回路を用いて、上述のような環境温度による特性の変動の影響を補正する。本実施の形態ではモニター回路により、電源線１０７の電位であるＶｍｏｎｉを環境温度に応じて調整する。そして発光素子１０３及第２トランジスタ１０２の環境温度による電流値の変動を補正する。
【００３６】
なお第２トランジスタ１０２のゲートに印加する電位（Ｖｓｉｇ）は画素に供給される画像信号の階調値が大きくなるに伴って大きくなる信号である。従ってＶｓｉｇは画像信号に応じて変動してＶｓｉｇの電位が大きくなれば発光素子１０３を流れる電流量が増加するよう第２トランジスタ１０２の各端子の電位を設定する。
【００３７】
第２トランジスタ１０２に接続される電源線１０６の電位Ｖｅｌは、第２トランジスタ１０２のゲートにＶｓｉｇを印加する際の第２トランジスタ１０２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓよりも、第２トランジスタ１０２のドレインとソースとの間の電圧であるＶｄｓが大きくなるように設定する。すなわち、第２トランジスタ１０２が飽和領域で動作するように各端子の電位を設定しておく。ここで前述の第２トランジスタ１０２のゲートに印加するＶｓｉｇは画像信号の階調値に応じて大きくなる信号である。したがってＶｅｌは、画像信号の階調値が最大となる際の第２トランジスタ１０２のゲートに印加する電位Ｖｓｉｇよりも大きく設定しておく。
【００３８】
次いでモニター回路１１０の回路構成について述べる。モニター回路１１０には、第３トランジスタ１１１（モニター用トランジスタともいう）、モニター用発光素子１１２、電流源回路１１３、モニター用電源線１１４（第３の電源線ともいう）、ボルテージフォロワ回路１１５、及び低電源電位線１１６（第４の電源線ともいう）が配置されている。第３トランジスタ１１１のゲート端子及びドレイン端子は、モニター用電源線１１４に接続されている。モニター用電源線１１４と、電流源回路１１３の低電位側に接続される低電源電位線１１６との間には、第３トランジスタ１１１、モニター用発光素子１１２及び電流源回路１１３が接続して設けられている。モニター用発光素子１１２と電流源回路１１３とが接続するノードには、ボルテージフォロワ回路１１５の入力端子が接続されている。ボルテージフォロワ回路１１５の出力端子は電源線１０７に接続されている。したがって電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは、ボルテージフォロワ回路１１５の出力電位によって制御される。
【００３９】
次に、モニター回路１１０の動作について述べる。ここで、図１（Ａ）に示した回路図に加え図１（Ｂ）に示す回路図を参照して説明する。なお、図１（Ｂ）に示す回路図は図１（Ａ）に示す回路図と等価のものであり、図１（Ｂ）中では第２トランジスタ１０２のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ１、第２トランジスタ１０２のドレインとソースとの間の電圧をＶｄｓ１、第３トランジスタ１１１のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ２、第３トランジスタ１１１のドレインとソースとの間の電圧をＶｄｓ２として図示している。
【００４０】
まず、電流源回路１１３ではＥＬ表示装置において頻度の大きい階調値、例えば最大階調値の３０％程度の階調値、で発光素子１０３を発光させる場合に発光素子１０３に流したい大きさの電流を流す。この時の電流値をＩａｖｅとする。そして第３トランジスタ１１１のゲート端子には電流Ｉａｖｅを流すために必要な大きさの電位Ｖｃを加える。なおＶｃ＞Ｖｓｓとして、モニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に電流Ｉａｖｅが流れる。電流源回路１１３が流す電流を、最大階調値で流す電流の３０％と低減しておくことで、モニター回路１１０の低消費電力化を図ることができる。
【００４１】
電流Ｉａｖｅは発光素子を最大階調値の３０％程度で発光させるための電流値として説明するがこれに限らない。例えば図２（Ａ）に示すように、横軸に階調値、縦軸に階調値の頻度を取った際の階調値のヒストグラムを生成し、出現する階調値の平均をＧａｖｅとした際、当該階調値Ｇａｖｅを得るために発光素子に流す電流値をＩａｖｅとしてもよい。この場合、Ｉａｖｅは定期的に画像信号における階調値の平均Ｇａｖｅを検出するようにすればよい。
【００４２】
なお、最も明るい階調値のものに合わせて電流源回路で流す電流を設定すると、補正がつよくかかったような電位を出力することになるが、それによって、画素での焼き付き（画素ごとの劣化度合いの変動による輝度むら）が目立たなくなるといった利点もあるため、適宜設定を変更してもよい。
【００４３】
電流源回路１１３を流れる電流値がＩａｖｅと固定されることでモニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に電流Ｉａｖｅが流れる。したがって第３トランジスタ１１１及びモニター用発光素子１１２に同じ電流Ｉａｖｅが流れる。ここで図２（Ｂ）に発光素子の電圧電流特性の図を示す。電流源回路１１３を電流Ｉａｖｅが流れる際、環境温度の変化に応じてモニター用発光素子１１２の特性が変わってもモニター用発光素子１１２に電流Ｉａｖｅが流すことができる。従って環境温度が変化しても発光素子で同じ輝度を得ることができ、環境温度が変化した際のモニター用発光素子１１２の両端に印加されるＶａｃの変化（Ｖ１乃至Ｖ３）をモニターすることができる。同様に第３トランジスタ１１１においても電流Ｉａｖｅが流すこととなり、環境温度が変化してしきい値電圧が変動しても第３トランジスタ１１１には同じ電流Ｉａｖｅが流れるように各端子間の電圧が設定されることとなる。
【００４４】
電流Ｉａｖｅがモニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に流れることで第３トランジスタ１１１のＶｇｓ２及びモニター用発光素子１１２の両端の電圧Ｖａｃは、Ｉａｖｅの大きさの電流を流すのに必要な大きさの電圧となる。ここで環境温度の変化により第３トランジスタ１１１のしきい値電圧Ｖｔｈ及びモニター用発光素子１１２の両端の電圧Ｖａｃが変わったとしても、第３トランジスタ１１１のソースの電位及びモニター用発光素子１１２の陰極の電位も同じく変化し、Ｉａｖｅの大きさの電流を流す最適な大きさのモニター用発光素子１１２の陰極の電位をモニターすることができる。
【００４５】
モニターされた電位は、ボルテージフォロワ回路１１５の入力端子である非反転入力端子に入力される。ボルテージフォロワ回路１１５の出力端子、つまり電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは画素１００での環境温度による特性の変動の影響をモニター回路１１０によって補正することができ、発光素子１０３及び第２トランジスタ１０２の環境温度による電圧電流特性及びしきい値電圧の変動が補正される。
【００４６】
なお、ボルテージフォロワ回路は増幅回路の一種である。入力電流に応じた電圧を出力する回路であればなんでもよく、例えばオペアンプ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタのいずれかもしくは複数を組み合わせて、回路を構成すればよい。
【００４７】
なお前述の電流Ｉａｖｅが第３トランジスタ１１１を流れる場合、第３トランジスタ１１１のゲートとドレインとが接続されているため、Ｖｇｓ２はＶｄｓ２と同じである。また第３トランジスタ１１１はゲートとドレインとが接続されているため飽和領域で動作することとなる。図１（Ｃ）にドレインとソースとの間の電圧Ｖｄｓとドレインとソースの間を流れる電流Ｉｄｓのグラフを示す。図１（Ｃ）からもわかるように、飽和領域でトランジスタを動作させる場合、ドレインとソースの間を流れる電流Ｉｄｓが一定であればドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓは一定である必要はない。
【００４８】
一方で上述したように画素１００に設けられた第２トランジスタ１０２でも、Ｖｅｌの電位をＶｓｉｇの電位よりも高く設定することにより飽和領域で動作させる。従って、第２トランジスタ１０２のＶｄｓ１は前述の第３トランジスタ１１１のＶｄｓ２よりも大きく設定されることとなる。飽和領域で動作するトランジスタではＶｄｓが変化しても流れる電流の大きさはほとんど変化しない。そのため、モニター回路１１０でのモニター用電源線１１４の電位を画素１００での電源線１０６の電位より小さくしてもＩａｖｅの大きさの電流を流す最適な大きさのモニター用発光素子１１２の陰極の電位をモニターし、発光素子の陰極の電位であるＶｍｏｎｉの補正をおこなうことができる。従ってモニター回路１１０での低消費電力化を図ることができる。なおこのとき、電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは、モニター用電源線１１４の電位及び電源線１０６の電位より小さいものとなり、画素及びモニター回路の双方で、所定の方向に電流が流れることとなる。
【００４９】
なお、画素１００における発光素子１０３の輝度をあげるためには、第２トランジスタ１０２を飽和領域で駆動させる場合、Ｖｇｓ１が大きくなるよう画像信号の電位Ｖｓｉｇを大きくすればよい。本実施の形態においては、発光素子１０３の陰極に接続された電源線１０７の電位を補正する。そのため、発光素子の輝度をあげるための画像信号の電位Ｖｓｉｇについて、補正する必要はない。
【００５０】
なお、モニター用発光素子１１２及び第３トランジスタ１１１は、発光素子１０３や第２トランジスタ１０２と同時に、同じ製造方法で、同じ基板上に作成されることが望ましい。なぜなら、モニター回路１１０に配置されているモニター用発光素子１１２と第３トランジスタ１１１と、画素１００に配置されている発光素子１０３と第２トランジスタ１０２とで、特性が異なれば補正がずれてしまうからである。
【００５１】
第１トランジスタ１０１、第２トランジスタ１０２及び第３トランジスタ１１１は、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタである。具体的には、Ｚｎ−Ｏを含む酸化物半導体を用いて半導体層を形成すればよい。この場合、トランジスタは、ｎチャネル型となる。酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタは、オフ状態（非導通状態ともいう）のトランジスタにおいて流れる電流であるオフ電流を極めて小さくしたトランジスタとすることができる。従って第２トランジスタ１０２のゲートに容量素子を配置しないことも可能である。
【００５２】
なお、第２トランジスタ１０２のゲートに入力される画像信号Ｖｓｉｇを保持するために、容量素子が配置されていてもよい。具体的には第２トランジスタ１０２のゲートと第２トランジスタ１０２のドレインとの間に容量素子を配置してもよい。あるいは、第２トランジスタ１０２のゲートと第２トランジスタ１０２のソースとの間に容量素子を配置してもよい。あるいは、第２トランジスタ１０２のゲート端子と別の配線との間に容量素子を配置してもよい。なお別の配線とは、容量素子を形成するための配線、または前段の画素に接続されるゲート線のことをいう。
【００５３】
なお、図１（Ａ）に示す画素１００は、図３に示す基板７００上の複数の画素７０１のように、マトリクス状に配置されるものである。図３では、基板７００上には、画素部７０２、ゲート線駆動回路７０３、及び信号線駆動回路７０４を有する構成について示している。画素７０１は、ゲート線駆動回路７０３に接続されたゲート線７０５によって供給される選択信号により、各行ごとに選択状態か、非選択状態かが決定される。また選択信号によって選択されている画素７０１は、信号線駆動回路７０４に接続された信号線７０６によって、ビデオ電圧（画像信号、ビデオ信号、ビデオデータともいう）が供給される。また、画素７０１は基板７００の外部に設けられた電源回路７０７より延在して設けられる電源線７０８に接続される。
【００５４】
なお図３ではゲート線７０５の各配線をＧ１〜Ｇｎ（ｎは自然数）とし、信号線７０６の各配線をＳ１〜Ｓｍ（ｍは自然数）とし、電源線７０８の本数をＶ１〜Ｖｍ（ｍは自然数）としている。また、各画素に電源を供給する電源線Ｖ１〜Ｖｍは、発光素子の駆動電圧が色要素毎に異なる場合、図３にも示すように電源回路７０７より複数の電源線７０８を延在させることで、色毎に異なる電源電圧が供給されることとなる。
【００５５】
図３では、ゲート線駆動回路７０３、信号線駆動回路７０４が基板７００上に設けられる構成について示したが、ゲート線駆動回路７０３または信号線駆動回路７０４のいずれか一が基板７００上に設けられる構成としてもよい。また画素部７０２のみを基板７００上に設ける構成としても良い。また図３では、電源回路７０７が基板７００の外部に設けられる構成について示したが基板７００上に設けられる構成でもよい。
【００５６】
図３で画素部７０２には、複数の画素７０１がマトリクス状に配置（ストライプ配置）する例について示している。なお、画素７０１は必ずしもマトリクス状に配置されている必要はなく、例えば、画素７０１をデルタ配置、またはベイヤー配置としてもよい。なお、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青）の三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものなどがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。
【００５７】
図３において、ゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８は画素の行方向及び列方向の数に応じて示している。なお、ゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８は、画素を構成するサブ画素（副画素、サブピクセルともいう）の数、または画素内のトランジスタの数に応じて、本数を増やす構成としてもよい。また画素間でゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８を共有して画素７０１を駆動する構成としても良い。
【００５８】
図３に示したようにＥＬ表示装置では、カラー表示をおこなうためにＲＧＢの３原色の発光素子を並置して表示をおこなうこともある。従って発光素子毎に環境温度に対する特性が異なることとなるため、発光素子の材料毎にモニター回路を設ける構成とすることが好ましい。具体的な回路構成について図４に示す。図４では画素部７０２に設けられた赤色（Ｒ）の光を呈する発光素子１０３Ｒを具備する画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）の光を呈する発光素子１０３Ｇを具備する画素１００Ｇ、及び青色（Ｂ）の光を呈する発光素子１０３Ｂを具備する画素１００Ｂを示している。また図４に示す画素部７０２の近傍には、赤色（Ｒ）の光を呈する発光素子１０３Ｒの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｒ、緑色（Ｇ）の光を呈する発光素子１０３Ｇの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｇ、青色（Ｂ）の光を呈する発光素子１０３Ｂの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｂ、が設けられている。
【００５９】
なお図４に示す構成では発光素子の特性が色毎に異なるため、画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂでは図３で説明したように異なる電源線１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂが設けられる。また電源線１０７Ｒを介して発光素子１０３Ｒの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｒでは、赤色のモニター用発光素子１１２Ｒ及び電流源回路１１３Ｒを具備する構成とする。また電源線１０７Ｇを介して発光素子１０３Ｇの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｇでは、緑色のモニター用発光素子１１２Ｇ及び電流源回路１１３Ｇを具備する構成とする。また電源線１０７Ｂを介して発光素子１０３Ｂの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｂでは、青色のモニター用発光素子１１２Ｂ及び電流源回路１１３Ｂを具備する構成とする。なお各モニター素子及び画素の動作については、図１での説明と同様となる。
【００６０】
以上説明したように本発明の一形態によれば、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することができる。従って、環境温度が変化しても、表示品位の良好なＥＬ表示装置を提供することができる。
【００６１】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置の各画素が具備する発光素子の構成について説明する。
【００６３】
図５は、トランジスタに接続された発光素子の断面構造の一形態について示したものである。発光素子は、第１電極５１１、発光層を有するＥＬ層５１３、第２電極５１４が順に積層して設けられている。第１電極５１１または第２電極５１４の一方は陽極として機能し、他方は陰極として機能する。発光素子は、陽極から注入される正孔及び陰極から注入される電子がＥＬ層に含まれる発光層で再結合して、発光する。発光素子の第１電極５１１は、基板５０３上に形成されたトランジスタ５０１に接続する。また、トランジスタ５０１のソースまたはドレインとなる電極及び第１電極５１１を覆うように隔壁５０２が設けられる。また、第１電極５１１上の隔壁５０２の開口部に、ＥＬ層５１３が設けられ、ＥＬ層５１３や隔壁５０２を覆うように第２電極５１４が設けられる。
【００６４】
第１電極５１１または第２電極５１４は、金属、合金、または電気伝導性化合物を用いて形成する。
【００６５】
例えば、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の大きい（仕事関数が４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることできる。代表的には、酸化インジウム−酸化スズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム等の透光性を有する導電性金属酸化物層がある。
【００６６】
また、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の小さい（代表的には、仕事関数が３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることができる。代表的には、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、及びマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（アルミニウム、マグネシウムと銀との合金、アルミニウムとリチウムの合金）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属及びこれらを含む合金等がある。
【００６７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金は、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成する。また、銀ペーストなどをインクジェット法により吐出し焼成して形成することも可能である。また、第１電極５１１及び第２電極５１４は、単層に限らず、積層して形成することもできる。
【００６８】
なお、ＥＬ層５１３で発光する光を外部に取り出すため、第１電極５１１または第２電極５１４のいずれか一方或いは両方を、ＥＬ層５１３からの発光を透過するように形成する。第１電極５１１のみが透光性を有する電極である場合、光は、矢印方向５００に示すように第１電極５１１を通って、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で基板５０３側から取り出される。また、第２電極５１４のみが透光性を有する電極である場合、光は第２電極５１４を通って信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で封止基板５１６側から取り出される。第１電極５１１及び第２電極５１４がいずれも透光性を有する電極である場合、光は第１電極５１１及び第２電極５１４を通って、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で基板５０３側及び封止基板５１６側の両方から取り出される。
【００６９】
透光性を有する電極は、例えば、透光性を有する導電性金属酸化物を用いて形成するか、或いは、銀、アルミニウム等を数ｎｍ乃至数十ｎｍの厚さとなるように形成する。また、膜厚を薄くした銀、アルミニウムなどの金属層と、透光性を有する導電性金属酸化物層との積層構造とすることもできる。
【００７０】
陽極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の一方は、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ましい。また、陰極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の他方は、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ましい。代表的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金や化合物、並びに希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。
【００７１】
ＥＬ層５１３は、発光層を有する。また、ＥＬ層５１３は、発光層のほかに、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層を有してもよい。正孔輸送層は、陽極と発光層の間に設けられる。また、正孔注入層は陽極と発光層との間、或いは陽極と正孔輸送層との間に設けられる。一方、電子輸送層は、陰極と発光層との間に設けられる。電子注入層は陰極と発光層との間、或いは陰極と電子輸送層との間に設けられる。なお、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は全ての層を設ける必要はなく、適宜求める機能等に応じて選択して設ければよい。
【００７２】
発光層は発光性の物質を含む。発光性の物質としては、例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
【００７３】
また、発光層は、発光性の物質をホスト材料に分散して形成できる。発光性の物質をホスト材料に分散して発光層を形成すると、発光物質同士が消光反応を引き起こす濃度消光現象や、結晶化現象を抑制できる。
【００７４】
発光性の物質が蛍光性化合物の場合には、ホスト材料に蛍光性化合物よりも一重項励起エネルギー（基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好ましい。また、燐光性化合物の場合には、ホスト材料に燐光性化合物よりも三重項励起エネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好ましい。
【００７５】
また、ホスト材料に分散する発光性の物質としては、上述した燐光性化合物や蛍光性化合物を用いることができる。
【００７６】
なお、発光層として、２種類以上のホスト材料と発光性の物質を用いてもよいし、２種類以上の発光性の物質とホスト材料を用いてもよい。また、２種類以上のホスト材料及び２種類以上の発光性の物質を用いてもよい。
【００７７】
また、正孔注入層として、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質を含む層を用いることができる。正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層は、キャリア密度が高く、正孔注入性に優れている。また、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層を、陽極として機能する電極に接する正孔注入層として用いることにより、陽極として機能する電極材料の仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。
【００７８】
発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は、蒸着法、塗布法等により形成することができる。
【００７９】
また、第２電極５１４及び隔壁５０２上にパッシベーション層５１５をスパッタリング法やＣＶＤ法により形成してもよい。パッシベーション層５１５を設けることで、外部から発光素子への水分や酸素の侵入による発光素子の劣化を低減することができる。さらには、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の空間に窒素を封入し、さらに乾燥剤を配置してもよい。または、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の間を、透光性を有し、且つ吸水性の高い有機樹脂で充填してもよい。
【００８０】
発光素子が白色の発光を示す場合、カラーフィルター、または色変換層などを、基板５０３または封止基板５１６に設けることによってフルカラー表示を行なうことができる。
【００８１】
またコントラストを高めるため、基板５０３または封止基板５１６に偏光板または円偏光板を設けてもよい。
【００８２】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置におけるトランジスタの構成について説明する。
【００８４】
トランジスタの構造の一例として、酸化物半導体でなる半導体層（酸化物半導体層）を有するトランジスタの構造について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、トランジスタの断面模式図である。
【００８５】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【００８６】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、基板７１０の上に設けられた導電層７１１と、導電層７１１の上に設けられた絶縁層７１２と、絶縁層７１２を挟んで導電層７１１の上に設けられた酸化物半導体層７１３と、酸化物半導体層７１３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７１５及び導電層７１６と、を有している。
【００８７】
また、図６（Ａ）に、トランジスタの酸化物半導体層７１３の他の一部（導電層７１５及び導電層７１６が設けられていない部分）に接する酸化物絶縁層７１７と、酸化物絶縁層７１７の上に設けられた保護絶縁層７１９を示す。
【００８８】
図６（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであるチャネル保護型（チャネルストップ型ともいう。）トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【００８９】
図６（Ｂ）に示すトランジスタは、基板７２０の上に設けられた導電層７２１と、導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２２と、絶縁層７２２を挟んで導電層７２１の上に設けられた酸化物半導体層７２３と、絶縁層７２２及び酸化物半導体層７２３を挟んで導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２７と、酸化物半導体層７２３の一部の上及び絶縁層７２７の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７２５及び導電層７２６と、を有している。
【００９０】
ここで、酸化物半導体層７２３の一部または全てと導電層７２１とが重なる構造にすると、酸化物半導体層７２３への光の入射を抑えることができる。
【００９１】
また、図６（Ｂ）に、トランジスタの上に設けられた保護絶縁層７２９を示す。
【００９２】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである。
【００９３】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、基板７３０の上に設けられた導電層７３１と、導電層７３１の上に設けられた絶縁層７３２と、絶縁層７３２の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７３５及び導電層７３６と、絶縁層７３２、導電層７３５、及び、導電層７３６を挟んで導電層７３１の上に設けられた酸化物半導体層７３３と、を有している。
【００９４】
ここで、酸化物半導体層７３３の一部または全てと導電層７３１とが重なる構造にすると、酸化物半導体層７３３への光の入射を抑えることができる。
【００９５】
また、図６（Ｃ）に、酸化物半導体層７３３の上面及び側面と接する酸化物絶縁層７３７と、酸化物絶縁層７３７の上に設けられた保護絶縁層７３９を示す。
【００９６】
図６（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造を有するトランジスタの一つである。
【００９７】
図６（Ｄ）に示すトランジスタは、絶縁層７４７を挟んで基板７４０の上に設けられた酸化物半導体層７４３と、酸化物半導体層７４３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７４５及び導電層７４６と、酸化物半導体層７４３、導電層７４５、及び導電層７４６の上に設けられた絶縁層７４２と、絶縁層７４２を挟んで酸化物半導体層７４３の上に設けられた導電層７４１と、を有している。
【００９８】
基板７１０、基板７２０、基板７３０、基板７４０のそれぞれには、一例として、ガラス基板（バリウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス基板等）、絶縁体でなる基板（セラミック基板、石英基板、サファイア基板等）、結晶化ガラス基板、プラスチック基板、または、半導体基板（シリコン基板等）を用いる。
【００９９】
図６（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、絶縁層７４７は、基板７４０からの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を有する。絶縁層７４７には、一例として、窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、及び酸化窒化アルミニウム層を、単層でまたは積層させて用いる。または、絶縁層７４７には、前述の層と、遮光性を有する材料の層とを積層させて用いる。または、絶縁層７４７には、遮光性を有する材料の層を用いる。なお、絶縁層７４７として、遮光性を有する材料の層を用いると、酸化物半導体層７４３への光の入射を抑えることができる。
【０１００】
なお、図６（Ｄ）に示すトランジスタと同様に、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すトランジスタにおいて、基板７１０と導電層７１１との間、基板７２０と導電層７２１との間、基板７３０と導電層７３１との間に、それぞれ絶縁層７４７を設けてもよい。
【０１０１】
導電層（導電層７１１、導電層７２１、導電層７３１、導電層７４１）は、トランジスタのゲートとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、及びスカンジウム等の金属材料の層、または、当該金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
【０１０２】
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）は、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
【０１０３】
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、一例として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、または、酸化アルミニウムガリウム層を用いる。
【０１０４】
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）と接するゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、酸素を含む絶縁層を用いるのが好ましく、当該酸素を含む絶縁層が、化学量論的組成比より酸素が多い領域（酸素過剰領域とも表記する）を含むことがより好ましい。
【０１０５】
上記ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体層からゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層への酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層から酸化物半導体層への酸素の供給を行うこともできる。よって、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と接する酸化物半導体層を、十分な量の酸素を含有する層とすることができる。
【０１０６】
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）は、水素や水等の不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に水素や水等の不純物が含まれると、酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）への水素や水等の不純物の侵入や、水素や水等の不純物による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、等によって、酸化物半導体層が低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成される恐れがあるためである。例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、スパッタリング法によって成膜し、スパッタガスとしては、水素や水等の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１０７】
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、酸素を供給する処理を行うことが好ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理や、酸素ドープ処理、等がある。または、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加しても良い。なお、本明細書等において、酸素ドープ処理とは、酸素をバルクに添加することをいい、当該バルクの用語は、酸素を膜表面のみでなく膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【０１０８】
ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に対して、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体層に酸素を供給し、酸化物半導体層中または絶縁層との界面の酸素不足欠陥を低減することができる。
【０１０９】
例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層として酸化アルミニウムガリウム層を用いた場合、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ＜２、０＜α＜１）とすることができる。
【０１１０】
または、スパッタリング法を用いてゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を成膜する際に、酸素ガス、または、不活性気体（例えば、アルゴン等の希ガス、または、窒素）と酸素との混合ガスを導入することで、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に酸素過剰領域を形成してもよい。なお、スパッタリング法による成膜後、熱処理を行っても良い。
【０１１１】
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）は、トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。これらの酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、三元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、及び二元系金属酸化物等（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物等）が挙げられる。また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等を用いることもできる。また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、上記金属酸化物にＳｉＯ２を含ませた酸化物半導体を用いることもできる。
【０１１２】
また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれた一つまたは複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとしては、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、Ｇａ及びＣｏ等が挙げられる。
【０１１３】
導電層（導電層７１５及び導電層７１６、導電層７２５及び導電層７２６、導電層７３５及び導電層７３６、並びに、導電層７４５及び導電層７４６）は、トランジスタのソースまたはドレインとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくは、タングステン等の金属材料、または、これらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
【０１１４】
例えば、トランジスタのソースまたはドレインとしての機能を有する導電層として、アルミニウム及び銅等の金属材料の層と、チタン、モリブデン、及びタングステン等の高融点金属材料層とを積層させて用いる。または、複数の高融点金属材料の層の間にアルミニウム及び銅等の金属材料の層を設けて用いる。また、上記の導電層として、ヒロックやウィスカーの発生を防止する元素（シリコン、ネオジム、スカンジウム等）が添加されたアルミニウム層を用いると、トランジスタの耐熱性を向上させることができる。
【０１１５】
また、上記の導電層の材料として、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２）、若しくは、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、または、これらの金属酸化物に酸化シリコンを含ませた金属酸化物を用いる。
【０１１６】
絶縁層７２７は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう。）としての機能を有する。
【０１１７】
酸化物絶縁層７１７及び酸化物絶縁層７３７には、一例として、酸化シリコン層等の酸化物絶縁層を用いる。
【０１１８】
保護絶縁層７１９、保護絶縁層７２９、及び保護絶縁層７３９には、一例として、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化シリコン層、及び窒化酸化アルミニウム層等の無機絶縁層を用いる。
【０１１９】
また、酸化物半導体層７４３と導電層７４５との間、及び酸化物半導体層７４３と導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層をバッファ層として設けてもよい。図６（Ｄ）のトランジスタに酸化物導電層を設けたトランジスタを図７（Ａ）に示す。
【０１２０】
図７（Ａ）のトランジスタは、酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４が形成されている。図７（Ａ）のトランジスタは、作製工程により酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の形状が異なる例である。
【０１２１】
図７（Ａ）のトランジスタでは、酸化物半導体膜と酸化物導電膜の積層を形成し、酸化物半導体膜と酸化物導電膜との積層を同じフォトリソグラフィ工程によって形状を加工して島状の酸化物半導体層７４３と島状の酸化物導電膜を形成する。酸化物半導体層７４３及び酸化物導電膜上にソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６を形成した後、導電層７４５及び導電層７４６をマスクとして、島状の酸化物導電膜をエッチングし、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４を形成する。
【０１２２】
図７（Ｂ）のトランジスタでは、酸化物半導体層７４３上に酸化物導電膜を形成し、その上に金属導電膜を形成し、酸化物導電膜及び金属導電膜を同じフォトリソグラフィ工程によって加工して、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４、ソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６を形成する。
【０１２３】
なお、酸化物導電層の形状を加工するためのエッチング処理の際、酸化物半導体層が過剰にエッチングされないように、エッチング条件（エッチング材の種類、濃度、エッチング時間等）を適宜調整する。
【０１２４】
酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。酸化物導電層の材料としては、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガリウム、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物などを適用することができる。また、上記材料に酸化珪素を含ませてもよい。
【０１２５】
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタが高速動作をすることができる。
【０１２６】
また、酸化物半導体層７４３、ドレイン領域として機能する酸化物導電層（酸化物導電層７９２または酸化物導電層７９４）、ドレインとして機能する導電層（導電層７４５または導電層７４６）の構成とすることによって、トランジスタの耐圧を向上させることができる。
【０１２７】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したトランジスタの半導体層に用いることのできる酸化物半導体の一例について、図８（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。
【０１２９】
本実施の形態の酸化物半導体層は、第１の結晶性酸化物半導体層上に第１の結晶性酸化物半導体層よりも厚い第２の結晶性酸化物半導体層を有する積層構造である。
【０１３０】
絶縁層１６００上に絶縁層１６０２を形成する。本実施の形態では、絶縁層１６０２として、ＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の膜厚の酸化物絶縁層を形成する。例えば、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜から選ばれた一層またはこれらの積層を用いることができる。
【０１３１】
次に、絶縁層１６０２上に膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を形成する。第１の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、そのスパッタリング法による成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。
【０１３２】
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１６０ｍｍ、基板温度２５０℃、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、またはアルゴン及び酸素雰囲気下で膜厚５ｎｍの第１の酸化物半導体膜を成膜する。
【０１３３】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第１の加熱処理によって第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１３４】
成膜時における基板温度や第１の加熱処理の温度にもよるが、成膜や第１の加熱処理によって、膜表面から結晶化が起こり、膜の表面から内部に向かって結晶成長し、Ｃ軸配向した結晶が得られる。第１の加熱処理によって、亜鉛と酸素が膜表面に多く集まり、上平面が六角形をなす亜鉛と酸素からなるグラフェンタイプの二次元結晶が最表面に１層または複数層形成され、これが膜厚方向に成長して重なり積層となる。加熱処理の温度を上げると表面から内部、そして内部から底部と結晶成長が進行する。
【０１３５】
第１の加熱処理によって、酸化物絶縁層である絶縁層１６０２中の酸素を第１の結晶性酸化物半導体層１６０４との界面またはその近傍（界面からプラスマイナス５ｎｍ）に拡散させて、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の酸素欠損を低減する。従って、下地絶縁層として用いられる絶縁層１６０２は、膜中（バルク中）、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４と絶縁層１６０２との界面、のいずれかには少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましい。
【０１３６】
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４上に１０ｎｍよりも厚い第２の酸化物半導体膜を形成する。第２の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、その成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。成膜時における基板温度を２００℃以上４００℃以下とすることにより、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の表面上に接して成膜する酸化物半導体層にプリカーサの整列が起き、所謂、秩序性を持たせることができる。
【０１３７】
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１７０ｍｍ、基板温度４００℃、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、またはアルゴン及び酸素雰囲気下で膜厚２５ｎｍの第２の酸化物半導体膜を成膜する。
【０１３８】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第２の加熱処理によって第２の結晶性酸化物半導体層１６０６を形成する（図８（Ｂ）参照）。第２の加熱処理を、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または窒素と酸素の混合雰囲気下で行うことにより、第２の結晶性酸化物半導体層の高密度化及び欠陥数の減少を図る。第２の加熱処理によって、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を核として膜厚方向、即ち底部から内部に結晶成長が進行して第２の結晶性酸化物半導体層１６０６が形成される。
【０１３９】
また、絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程を大気に触れることなく連続的に行うことが好ましい。絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気雰囲気など）下に制御することが好ましく、例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露点−５０℃以下の乾燥窒素雰囲気とする。
【０１４０】
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４及び第２の結晶性酸化物半導体層１６０６からなる酸化物半導体積層を加工して島状の酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１６０８を形成する（図８（Ｃ）参照）。図では、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４と第２の結晶性酸化物半導体層１６０６の界面を点線で示し、酸化物半導体積層と説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【０１４１】
酸化物半導体積層の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体積層上に形成した後、当該酸化物半導体積層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１４２】
なお、酸化物半導体積層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１４３】
また、上記作製方法により、得られる第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、Ｃ軸配向を有していることを特徴の一つとしている。ただし、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、単結晶構造ではなく、非晶質構造でもない構造であり、Ｃ軸配向を有した結晶（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ； ＣＡＡＣとも呼ぶ）を含む酸化物を有する。なお、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、一部に結晶粒界を有している。
【０１４４】
いずれにしても、ＣＡＡＣを得るには酸化物半導体膜の堆積初期段階において六方晶の結晶が形成されるようにすることと、当該結晶を種として結晶が成長されるようにすることが肝要である。そのためには、基板加熱温度を１００℃〜５００℃、好適には２００℃〜４００℃、さらに好適には２５０℃〜３００℃にすると好ましい。また、これに加えて、成膜時の基板加熱温度よりも高い温度で、堆積された酸化物半導体膜を熱処理することで膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥を修復することができる。
【０１４５】
なお、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、少なくともＺｎを有する酸化物材料であり、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料や、Ｚｎ−Ｏ系の材料などがある。また、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いてもよい。また、上記の材料にＳｉＯ２を含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【０１４６】
なお、酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使えると指摘されている（神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、個体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐ．６２１−６３３）。しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちＮａは、酸化物半導体膜に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してＮａ＋となる。また、Ｎａは、酸化物半導体膜内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体膜中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著に現れる。従って、酸化物半導体膜中の水素の濃度が５×１０１９／ｃｍ３以下、特に５×１０１８／ｃｍ３以下である場合には、上記不純物の濃度を低減することが望ましい。具体的に、二次イオン質量分析法によるＮａ濃度の測定値は、５×１０１６／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６／ｃｍ３以下、更に好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。同様に、Ｌｉ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。同様に、Ｋ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。
【０１４７】
また、第１の結晶性酸化物半導体層上に第２の結晶性酸化物半導体層を形成する２層構造に限定されず、第２の結晶性酸化物半導体層の形成後に第３の結晶性酸化物半導体層を形成するための成膜処理と加熱処理のプロセスを繰り返し行って、３層以上の積層構造としてもよい。
【０１４８】
上記作製方法で形成された酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１６０８を、本明細書に開示するＥＬ表示装置に適用できるトランジスタ（例えば、実施の形態２及び実施の形態３で説明したトランジスタ）に、適宜用いることができる。
【０１４９】
また、本実施の形態の第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導体層の積層を酸化物半導体層として用いた、実施の形態３の図６（Ｄ）のトランジスタにおいては、酸化物半導体層の一方の面から他方の面に電界が印加されることはない。また、電流が酸化物半導体積層の厚さ方向（一方の面から他方の面に流れる方向、具体的に図６（Ｄ）では上下方向）に流れる構造ではない。電流は、主として、酸化物半導体積層の界面を流れるトランジスタ構造であるため、トランジスタに光照射が行われ、またはＢＴストレスが与えられても、トランジスタ特性の劣化は抑制される、または低減される。
【０１５０】
酸化物半導体層１６０８のような第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導体層の積層をトランジスタに用いることで、安定した電気的特性を有し、且つ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【０１５１】
多結晶シリコンを用いたトランジスタは、レーザー光を照射して結晶化する工程が必要なことからトランジスタ特性にバラツキが生じ、それがＥＬ表示装置の表示に悪影響を与えることが問題となっていた。しかしながら、本実施の形態で示す酸化物半導体を用いたトランジスタはレーザー結晶化の工程が不要であることから、トランジスタ特性のバラツキを生じさせる問題の一つを排除することができ、ＥＬ表示装置の画質向上を図ることができる。
【０１５２】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１５３】
（実施の形態５）
本明細書に開示するＥＬ表示装置は、様々な電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明したモニター回路を有するＥＬ表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１５４】
図９（Ａ）は、電子書籍の一例を示している。図９（Ａ）に示す電子書籍は、筐体１７００及び筐体１７０１の２つの筐体で構成されている。筐体１７００及び筐体１７０１は、蝶番１７０４により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構成により、書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１５５】
筐体１７００には表示部１７０２が組み込まれ、筐体１７０１には表示部１７０３が組み込まれている。表示部１７０２及び表示部１７０３は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図９（Ａ）では表示部１７０２）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ａ）では表示部１７０３）に画像を表示することができる。
【０１５６】
また、図９（Ａ）では、筐体１７００に操作部等を備えた例を示している。例えば、筐体１７００は、電源入力端子１７０５、操作キー１７０６、スピーカ１７０７等を備えている。操作キー１７０６により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイス等を備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成としてもよい。さらに、図９（Ａ）に示す電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１５７】
図９（Ｂ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いたデジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、図９（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、筐体１７１１に表示部１７１２が組み込まれている。表示部１７１２は、各種画像を表示することが可能であり、例えば、デジタルカメラ等で撮影した画像を表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０１５８】
なお、図９（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像を記憶したメモリを挿入して画像を取り込み、取り込んだ画像を表示部１７１２に表示させることができる。
【０１５９】
図９（Ｃ）は、ＥＬ表示装置を用いたテレビジョン装置の一例を示している。図９（Ｃ）に示すテレビジョン装置は、筐体１７２１に表示部１７２２が組み込まれている。表示部１７２２により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド１７２３により筐体１７２１を支持した構成を示している。表示部１７２２は、上記実施の形態に示したＥＬ表示装置を適用することができる。
【０１６０】
図９（Ｃ）に示すテレビジョン装置の操作は、筐体１７２１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部１７２２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１６１】
図９（Ｄ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いた携帯電話機の一例を示している。図９（Ｄ）に示す携帯電話機は、筐体１７３１に組み込まれた表示部１７３２の他、操作ボタン１７３３、操作ボタン１７３７、外部接続ポート１７３４、スピーカ１７３５、及びマイク１７３６等を備えている。
【０１６２】
図９（Ｄ）に示す携帯電話機は、表示部１７３２がタッチパネルになっており、指等の接触により、表示部１７３２の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或いはメールの作成等は、表示部１７３２を指等で接触することにより行うことができる。
【０１６３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１００ 画素
１０１ 第１トランジスタ
１０２ 第２トランジスタ
１０３ 発光素子
１０４ 信号線
１０５ ゲート線
１０６ 電源線
１０７ 電源線
１１０ モニター回路
１１１ 第３トランジスタ
１１２ モニター用発光素子
１１３ 電流源回路
１１４ モニター用電源線
１１５ ボルテージフォロワ回路
１１６ 低電源電位線
５００ 矢印方向
５０１ トランジスタ
５０２ 隔壁
５０３ 基板
５１１ 電極
５１３ ＥＬ層
５１４ 電極
５１５ パッシベーション層
５１６ 封止基板
７００ 基板
７０１ 画素
７０２ 画素部
７０３ ゲート線駆動回路
７０４ 信号線駆動回路
７０５ ゲート線
７０６ 信号線
７０７ 電源回路
７０８ 電源線
７１０ 基板
７１１ 導電層
７１２ 絶縁層
７１３ 酸化物半導体層
７１５ 導電層
７１６ 導電層
７１７ 酸化物絶縁層
７１９ 保護絶縁層
７２０ 基板
７２１ 導電層
７２２ 絶縁層
７２３ 酸化物半導体層
７２５ 導電層
７２６ 導電層
７２７ 絶縁層
７２９ 保護絶縁層
７３０ 基板
７３１ 導電層
７３２ 絶縁層
７３３ 酸化物半導体層
７３５ 導電層
７３６ 導電層
７３７ 酸化物絶縁層
７３９ 保護絶縁層
７４０ 基板
７４１ 導電層
７４２ 絶縁層
７４３ 酸化物半導体層
７４５ 導電層
７４６ 導電層
７４７ 絶縁層
７９２ 酸化物導電層
７９４ 酸化物導電層
１００Ｂ 画素
１００Ｇ 画素
１００Ｒ 画素
１０３Ｂ 発光素子
１０３Ｇ 発光素子
１０３Ｒ 発光素子
１０６Ｂ 電源線
１０６Ｇ 電源線
１０６Ｒ 電源線
１０７Ｂ 電源線
１０７Ｇ 電源線
１０７Ｒ 電源線
１１０Ｂ モニター回路
１１０Ｇ モニター回路
１１０Ｒ モニター回路
１１２Ｂ モニター用発光素子
１１２Ｇ モニター用発光素子
１１２Ｒ モニター用発光素子
１１３Ｂ 電流源回路
１１３Ｇ 電流源回路
１１３Ｒ 電流源回路
１６００ 絶縁層
１６０２ 絶縁層
１６０４ 結晶性酸化物半導体層
１６０６ 結晶性酸化物半導体層
１６０８ 酸化物半導体層
１７００ 筐体
１７０１ 筐体
１７０２ 表示部
１７０３ 表示部
１７０４ 蝶番
１７０５ 電源入力端子
１７０６ 操作キー
１７０７ スピーカ
１７１１ 筐体
１７１２ 表示部
１７２１ 筐体
１７２２ 表示部
１７２３ スタンド
１７３１ 筐体
１７３２ 表示部
１７３３ 操作ボタン
１７３４ 外部接続ポート
１７３５ スピーカ
１７３６ マイク
１７３７ 操作ボタン
３０００ 画素
３００１ 第１トランジスタ
３００２ 第２トランジスタ
３００３ 発光素子
３００４ 信号線
３００５ ゲート線
３００６ 電源線
３００７ 電源線
【技術分野】
【０００１】
技術分野は、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を有する表示装置（以下、ＥＬ表示装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機ＥＬ素子を代表とする発光素子を含むＥＬ表示装置の開発が進められている。ＥＬ表示装置は、自発光型ゆえの高画質、広視野角、薄型、軽量等の利点を活かして、幅広い利用が期待されている。ＥＬ表示装置では、各画素に発光素子及びトランジスタを設け、トランジスタにより発光素子の発光を制御する。
【０００３】
発光素子の発光を制御するためのトランジスタとして、半導体特性を示す金属酸化物（以下、酸化物半導体という）を半導体層に有するトランジスタが注目されている（例えば特許文献１を参照）。発光素子はその輝度が電流値に比例する性質を有する。そこでＥＬ表示装置の駆動方法として、トランジスタに印加する電圧を制御して発光素子に電流を流すことにより、所望の輝度を得る駆動方法がある。このとき、階調を正確に表現するためには、トランジスタによる電流制御により発光素子に一定の電流を流すことが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８６３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタをＥＬ表示装置の発光素子に接続されるトランジスタに用いる場合について説明する。ここで酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタは、ｎチャネル型であるとして説明を行う。
【０００６】
図１０（Ａ）に酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子を具備する画素の回路構成を示す。画素３０００には、第１トランジスタ３００１（選択トランジスタともいう）、第２トランジスタ３００２（駆動トランジスタともいう）、発光素子３００３が配置されている。画像信号が入力される信号線３００４と第２トランジスタ３００２のゲート端子とは、第１トランジスタ３００１を介して接続されている。第１トランジスタ３００１のゲート端子には、ゲート線３００５が接続されている。電源線３００６（第１の電源線ともいう）と電源線３００７（第２の電源線ともいう）との間には、第２トランジスタ３００２と発光素子３００３とが接続して設けられている。そして電源線３００６の電位がＶｅｌ、電源線３００７の電位がＶｓｓのとき、Ｖｅｌ＞Ｖｓｓとすると、電源線３００６から電源線３００７の方に電流が流れる。発光素子３００３は当該発光素子３００３を流れる電流の大きさに応じて発光する。
【０００７】
なお、図１０（Ａ）における回路図において、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタと明確に判別できるように、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載している。例えば、図１０（Ａ）において、第１トランジスタ３００１及び第２トランジスタ３００２は酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタである。
【０００８】
次いで図１０（Ａ）に示す画素３０００の動作について説明する。ゲート線をＨレベルの電位にして第１トランジスタ３００１をオンにし、信号線の電位（Ｖｓｉｇ）が第１トランジスタ３００１を介して第２トランジスタ３００２のゲートに保持される。第２トランジスタ３００２のソースとドレインの間、及び発光素子３００３の陽極と陰極の間には、第２トランジスタ３００２のゲートに保持される電位に応じた電流が流れる。このとき、第２トランジスタ３００２のゲート電位をＶｓｉｇ、電源線３００７の電位をＶｓｓ、第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ、発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧をＶａｃとすると、式（１）の関係がある。
【０００９】
Ｖｓｉｇ−Ｖｓｓ＝Ｖｇｓ＋Ｖａｃ （１）
【００１０】
上記式（１）より発光素子３００３の電圧電流特性を考えて、第２トランジスタ３００２のゲート電位及び電源線３００７の電位を設定する。そして、第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓ及び発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧であるＶａｃが決まり、発光素子３００３に一定の電流が流れて所望の輝度を得ることができる。
【００１１】
発光素子３００３は、周囲の温度（以下環境温度と表記）により、その抵抗値（内部抵抗値）が変化する性質を有する。具体的には、室温を通常の温度としたとき、温度が通常よりも高くなると抵抗値が低下し、温度が通常よりも低くなると抵抗値が上昇する。そのため電圧電流特性が環境温度に応じて変化する。具体的には、温度が高くなると電流値が増加して所望の輝度よりも高い輝度となり、温度が低くなると同じ電圧を印加した場合、電流値が低下して発光素子３００３が所望の輝度よりも低い輝度となる。発光素子の性質は、複数の温度（５０℃、２５℃、０℃）における発光素子の電圧電流特性による曲線（図１０（Ｂ）参照）に示す通りである。
【００１２】
また酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２は、環境温度によりしきい値電圧（Ｖｔｈ）が変化する性質を有する。具体的には、室温を通常の温度としたとき、温度が通常よりも高くなるとしきい値電圧が低下し、温度が通常よりも低くなるとしきい値電圧が上昇する。そのため、温度が高くなると第２トランジスタ３００２のゲートに同じ電圧を印加した場合、第２トランジスタ３００２を流れる電流値が増加して発光素子３００３が所望の輝度より高い輝度となる。また、温度が低くなると第２トランジスタ３００２のゲートに同じ電圧を印加した場合、第２トランジスタ３００２を流れる電流値が低下して発光素子が所望の輝度より低い輝度となる。このような酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの性質は、酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２のしきい値電圧Ｖｔｈ（Ｖ）と温度（℃）との関係のグラフ（図１０（Ｃ）参照）に示す通りである。
【００１３】
従って上述したような発光素子及び酸化物半導体を半導体層に有する第２トランジスタ３００２が持つ環境温度に対する性質により、上述の式（１）では第２トランジスタ３００２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓ、及び発光素子３００３の陽極と陰極との間の電圧であるＶａｃが変動してしまう。その結果、環境温度が変動すると発光素子３００３の輝度にばらつきが生じてしまい、環境温度の変動に応じて第２トランジスタ３００２のゲート電位であるＶｓｉｇ及び／または電源線３００７の電位であるＶｓｓを補正する必要がある。
【００１４】
そこで本発明の一態様は、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の一態様は、ＥＬ表示装置の各画素に設けられた酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子の環境温度による特性の変化を補正するために、画素部の周辺に環境温度によって発光素子の陰極の電位を補正するモニター回路を設ける。モニター回路は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に接続された酸化物半導体を半導体層に有するモニター用トランジスタと、モニター用トランジスタの接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子に接続された電流源回路と、モニター発光素子及びモニター用トランジスタに印加される電圧に応じて発光素子の陰極の電位を補正する増幅回路とを有する。そしてモニター用電源線の電位は、画素の電源線の電位より小さいものとする。
【００１６】
本発明の一態様は、モニター用電源線と、第１端子及びゲートがモニター用電源線に電気的に接続されたモニター用トランジスタと、第１電極がモニター用トランジスタの第２端子に電気的に接続されたモニター発光素子と、モニター発光素子の第２電極に電気的に接続された電流源回路と、入力端子がモニター発光素子の第２電極に電気的に接続されたボルテージフォロワ回路と、を含むモニター回路と、第１電極がボルテージフォロワ回路の出力端子に電気的に接続された発光素子と、第１端子が発光素子の第２電極に電気的に接続され、第２端子が電源線に電気的に接続され、ゲートが選択トランジスタを介して信号線に電気的に接続された駆動トランジスタと、を含む画素とを有し、モニター用トランジスタ及び駆動トランジスタは、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタであり、モニター用電源線の電位は、電源線の電位より小さいＥＬ表示装置である。
【００１７】
本発明の一態様において、電源線の電位は、発光素子の発光材料毎に異なるＥＬ表示装置でもよい。
【００１８】
本発明の一態様において、駆動トランジスタ及びモニター用トランジスタは、飽和領域で動作するＥＬ表示装置でもよい。
【００１９】
本発明の一態様において、画素は、容量素子を有し、容量素子の第１電極は電源線に電気的に接続され、容量素子の第２電極は駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されるＥＬ表示装置でもよい。
【００２０】
本発明の一態様において、駆動トランジスタ及びモニター用トランジスタはｎチャネル型であるＥＬ表示装置でもよい。
【００２１】
本発明の一態様において、ボルテージフォロワ回路の出力端子の電位は、モニター用電源線の電位及び電源線の電位より小さいＥＬ表示装置でもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の一態様により、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一態様を説明するための図。
【図２】本発明の一態様を説明するための図。
【図３】本発明の一態様を説明するためのブロック図。
【図４】本発明の一態様を説明するための回路図。
【図５】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図６】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図７】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図８】本発明の一態様を説明するための断面図。
【図９】本発明の一態様を説明するための図。
【図１０】本発明の課題を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って本発明は本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。
【００２５】
なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、または信号波形は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２６】
なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第Ｎ（Ｎは自然数）という用語は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。
【００２７】
（実施の形態１）
本実施の形態では本発明の一態様であるＥＬ表示装置の一例について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００２８】
図１（Ａ）に酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタ及び発光素子を具備する画素、並びに環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動を補正するためのモニター回路の回路構成を示す。
【００２９】
画素１００には、第１トランジスタ１０１（選択トランジスタともいう）、第２トランジスタ１０２（駆動トランジスタともいう）、発光素子１０３が配置されている。画像信号が入力される信号線１０４と第２トランジスタ１０２のゲート端子とは、第１トランジスタ１０１を介して接続されている。第１トランジスタ１０１のゲート端子には、ゲート線１０５が接続されている。電源線１０６（第１の電源線ともいう）と、発光素子１０３の陰極に接続される電源線１０７（第２の電源線ともいう）との間には、第２トランジスタ１０２と発光素子１０３とが接続して設けられている。そして電源線１０６の電位がＶｅｌ、電源線１０７の電位がＶｍｏｎｉとしてＶｅｌ＞Ｖｍｏｎｉとすると、電源線１０６から電源線１０７の方に電流が流れる。発光素子１０３は当該発光素子１０３を流れる電流の大きさに応じて発光する。
【００３０】
なお、本明細書における回路図において、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタと明確に判別できるように、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタの記号には「ＯＳ」と記載している。
【００３１】
なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続されている場合とを含むものとする。
【００３２】
画素１００の構成の場合、電源線１０６と電源線１０７の電位が固定されていると発光素子１０３及び第２トランジスタ１０２は、上述したように環境温度によって特性が変わってくる。
【００３３】
具体的には環境温度が低くなると発光素子１０３の抵抗値が大きくなって、同じ電圧を加えていても流れる電流値が小さくなってしまう。また環境温度が高くなると発光素子１０３の抵抗値が小さくなって、同じ電圧を加えていても流れる電流値が大きくなってしまう。
【００３４】
同様に環境温度が低くなると第２トランジスタ１０２のしきい値電圧Ｖｔｈが大きくなって、同じゲート電圧を加えていても流れる電流値が小さくなってしまう。また環境温度が高くなると第２トランジスタ１０２のしきい値電圧Ｖｔｈが小さくなって、同じゲート電圧を加えていても流れる電流値が大きくなってしまう。
【００３５】
そこで、モニター回路を用いて、上述のような環境温度による特性の変動の影響を補正する。本実施の形態ではモニター回路により、電源線１０７の電位であるＶｍｏｎｉを環境温度に応じて調整する。そして発光素子１０３及第２トランジスタ１０２の環境温度による電流値の変動を補正する。
【００３６】
なお第２トランジスタ１０２のゲートに印加する電位（Ｖｓｉｇ）は画素に供給される画像信号の階調値が大きくなるに伴って大きくなる信号である。従ってＶｓｉｇは画像信号に応じて変動してＶｓｉｇの電位が大きくなれば発光素子１０３を流れる電流量が増加するよう第２トランジスタ１０２の各端子の電位を設定する。
【００３７】
第２トランジスタ１０２に接続される電源線１０６の電位Ｖｅｌは、第２トランジスタ１０２のゲートにＶｓｉｇを印加する際の第２トランジスタ１０２のゲートとソースとの間の電圧であるＶｇｓよりも、第２トランジスタ１０２のドレインとソースとの間の電圧であるＶｄｓが大きくなるように設定する。すなわち、第２トランジスタ１０２が飽和領域で動作するように各端子の電位を設定しておく。ここで前述の第２トランジスタ１０２のゲートに印加するＶｓｉｇは画像信号の階調値に応じて大きくなる信号である。したがってＶｅｌは、画像信号の階調値が最大となる際の第２トランジスタ１０２のゲートに印加する電位Ｖｓｉｇよりも大きく設定しておく。
【００３８】
次いでモニター回路１１０の回路構成について述べる。モニター回路１１０には、第３トランジスタ１１１（モニター用トランジスタともいう）、モニター用発光素子１１２、電流源回路１１３、モニター用電源線１１４（第３の電源線ともいう）、ボルテージフォロワ回路１１５、及び低電源電位線１１６（第４の電源線ともいう）が配置されている。第３トランジスタ１１１のゲート端子及びドレイン端子は、モニター用電源線１１４に接続されている。モニター用電源線１１４と、電流源回路１１３の低電位側に接続される低電源電位線１１６との間には、第３トランジスタ１１１、モニター用発光素子１１２及び電流源回路１１３が接続して設けられている。モニター用発光素子１１２と電流源回路１１３とが接続するノードには、ボルテージフォロワ回路１１５の入力端子が接続されている。ボルテージフォロワ回路１１５の出力端子は電源線１０７に接続されている。したがって電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは、ボルテージフォロワ回路１１５の出力電位によって制御される。
【００３９】
次に、モニター回路１１０の動作について述べる。ここで、図１（Ａ）に示した回路図に加え図１（Ｂ）に示す回路図を参照して説明する。なお、図１（Ｂ）に示す回路図は図１（Ａ）に示す回路図と等価のものであり、図１（Ｂ）中では第２トランジスタ１０２のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ１、第２トランジスタ１０２のドレインとソースとの間の電圧をＶｄｓ１、第３トランジスタ１１１のゲートとソースとの間の電圧をＶｇｓ２、第３トランジスタ１１１のドレインとソースとの間の電圧をＶｄｓ２として図示している。
【００４０】
まず、電流源回路１１３ではＥＬ表示装置において頻度の大きい階調値、例えば最大階調値の３０％程度の階調値、で発光素子１０３を発光させる場合に発光素子１０３に流したい大きさの電流を流す。この時の電流値をＩａｖｅとする。そして第３トランジスタ１１１のゲート端子には電流Ｉａｖｅを流すために必要な大きさの電位Ｖｃを加える。なおＶｃ＞Ｖｓｓとして、モニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に電流Ｉａｖｅが流れる。電流源回路１１３が流す電流を、最大階調値で流す電流の３０％と低減しておくことで、モニター回路１１０の低消費電力化を図ることができる。
【００４１】
電流Ｉａｖｅは発光素子を最大階調値の３０％程度で発光させるための電流値として説明するがこれに限らない。例えば図２（Ａ）に示すように、横軸に階調値、縦軸に階調値の頻度を取った際の階調値のヒストグラムを生成し、出現する階調値の平均をＧａｖｅとした際、当該階調値Ｇａｖｅを得るために発光素子に流す電流値をＩａｖｅとしてもよい。この場合、Ｉａｖｅは定期的に画像信号における階調値の平均Ｇａｖｅを検出するようにすればよい。
【００４２】
なお、最も明るい階調値のものに合わせて電流源回路で流す電流を設定すると、補正がつよくかかったような電位を出力することになるが、それによって、画素での焼き付き（画素ごとの劣化度合いの変動による輝度むら）が目立たなくなるといった利点もあるため、適宜設定を変更してもよい。
【００４３】
電流源回路１１３を流れる電流値がＩａｖｅと固定されることでモニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に電流Ｉａｖｅが流れる。したがって第３トランジスタ１１１及びモニター用発光素子１１２に同じ電流Ｉａｖｅが流れる。ここで図２（Ｂ）に発光素子の電圧電流特性の図を示す。電流源回路１１３を電流Ｉａｖｅが流れる際、環境温度の変化に応じてモニター用発光素子１１２の特性が変わってもモニター用発光素子１１２に電流Ｉａｖｅが流すことができる。従って環境温度が変化しても発光素子で同じ輝度を得ることができ、環境温度が変化した際のモニター用発光素子１１２の両端に印加されるＶａｃの変化（Ｖ１乃至Ｖ３）をモニターすることができる。同様に第３トランジスタ１１１においても電流Ｉａｖｅが流すこととなり、環境温度が変化してしきい値電圧が変動しても第３トランジスタ１１１には同じ電流Ｉａｖｅが流れるように各端子間の電圧が設定されることとなる。
【００４４】
電流Ｉａｖｅがモニター用電源線１１４から低電源電位線１１６の方に流れることで第３トランジスタ１１１のＶｇｓ２及びモニター用発光素子１１２の両端の電圧Ｖａｃは、Ｉａｖｅの大きさの電流を流すのに必要な大きさの電圧となる。ここで環境温度の変化により第３トランジスタ１１１のしきい値電圧Ｖｔｈ及びモニター用発光素子１１２の両端の電圧Ｖａｃが変わったとしても、第３トランジスタ１１１のソースの電位及びモニター用発光素子１１２の陰極の電位も同じく変化し、Ｉａｖｅの大きさの電流を流す最適な大きさのモニター用発光素子１１２の陰極の電位をモニターすることができる。
【００４５】
モニターされた電位は、ボルテージフォロワ回路１１５の入力端子である非反転入力端子に入力される。ボルテージフォロワ回路１１５の出力端子、つまり電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは画素１００での環境温度による特性の変動の影響をモニター回路１１０によって補正することができ、発光素子１０３及び第２トランジスタ１０２の環境温度による電圧電流特性及びしきい値電圧の変動が補正される。
【００４６】
なお、ボルテージフォロワ回路は増幅回路の一種である。入力電流に応じた電圧を出力する回路であればなんでもよく、例えばオペアンプ、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタのいずれかもしくは複数を組み合わせて、回路を構成すればよい。
【００４７】
なお前述の電流Ｉａｖｅが第３トランジスタ１１１を流れる場合、第３トランジスタ１１１のゲートとドレインとが接続されているため、Ｖｇｓ２はＶｄｓ２と同じである。また第３トランジスタ１１１はゲートとドレインとが接続されているため飽和領域で動作することとなる。図１（Ｃ）にドレインとソースとの間の電圧Ｖｄｓとドレインとソースの間を流れる電流Ｉｄｓのグラフを示す。図１（Ｃ）からもわかるように、飽和領域でトランジスタを動作させる場合、ドレインとソースの間を流れる電流Ｉｄｓが一定であればドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓは一定である必要はない。
【００４８】
一方で上述したように画素１００に設けられた第２トランジスタ１０２でも、Ｖｅｌの電位をＶｓｉｇの電位よりも高く設定することにより飽和領域で動作させる。従って、第２トランジスタ１０２のＶｄｓ１は前述の第３トランジスタ１１１のＶｄｓ２よりも大きく設定されることとなる。飽和領域で動作するトランジスタではＶｄｓが変化しても流れる電流の大きさはほとんど変化しない。そのため、モニター回路１１０でのモニター用電源線１１４の電位を画素１００での電源線１０６の電位より小さくしてもＩａｖｅの大きさの電流を流す最適な大きさのモニター用発光素子１１２の陰極の電位をモニターし、発光素子の陰極の電位であるＶｍｏｎｉの補正をおこなうことができる。従ってモニター回路１１０での低消費電力化を図ることができる。なおこのとき、電源線１０７の電位Ｖｍｏｎｉは、モニター用電源線１１４の電位及び電源線１０６の電位より小さいものとなり、画素及びモニター回路の双方で、所定の方向に電流が流れることとなる。
【００４９】
なお、画素１００における発光素子１０３の輝度をあげるためには、第２トランジスタ１０２を飽和領域で駆動させる場合、Ｖｇｓ１が大きくなるよう画像信号の電位Ｖｓｉｇを大きくすればよい。本実施の形態においては、発光素子１０３の陰極に接続された電源線１０７の電位を補正する。そのため、発光素子の輝度をあげるための画像信号の電位Ｖｓｉｇについて、補正する必要はない。
【００５０】
なお、モニター用発光素子１１２及び第３トランジスタ１１１は、発光素子１０３や第２トランジスタ１０２と同時に、同じ製造方法で、同じ基板上に作成されることが望ましい。なぜなら、モニター回路１１０に配置されているモニター用発光素子１１２と第３トランジスタ１１１と、画素１００に配置されている発光素子１０３と第２トランジスタ１０２とで、特性が異なれば補正がずれてしまうからである。
【００５１】
第１トランジスタ１０１、第２トランジスタ１０２及び第３トランジスタ１１１は、酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタである。具体的には、Ｚｎ−Ｏを含む酸化物半導体を用いて半導体層を形成すればよい。この場合、トランジスタは、ｎチャネル型となる。酸化物半導体を半導体層に有するトランジスタは、オフ状態（非導通状態ともいう）のトランジスタにおいて流れる電流であるオフ電流を極めて小さくしたトランジスタとすることができる。従って第２トランジスタ１０２のゲートに容量素子を配置しないことも可能である。
【００５２】
なお、第２トランジスタ１０２のゲートに入力される画像信号Ｖｓｉｇを保持するために、容量素子が配置されていてもよい。具体的には第２トランジスタ１０２のゲートと第２トランジスタ１０２のドレインとの間に容量素子を配置してもよい。あるいは、第２トランジスタ１０２のゲートと第２トランジスタ１０２のソースとの間に容量素子を配置してもよい。あるいは、第２トランジスタ１０２のゲート端子と別の配線との間に容量素子を配置してもよい。なお別の配線とは、容量素子を形成するための配線、または前段の画素に接続されるゲート線のことをいう。
【００５３】
なお、図１（Ａ）に示す画素１００は、図３に示す基板７００上の複数の画素７０１のように、マトリクス状に配置されるものである。図３では、基板７００上には、画素部７０２、ゲート線駆動回路７０３、及び信号線駆動回路７０４を有する構成について示している。画素７０１は、ゲート線駆動回路７０３に接続されたゲート線７０５によって供給される選択信号により、各行ごとに選択状態か、非選択状態かが決定される。また選択信号によって選択されている画素７０１は、信号線駆動回路７０４に接続された信号線７０６によって、ビデオ電圧（画像信号、ビデオ信号、ビデオデータともいう）が供給される。また、画素７０１は基板７００の外部に設けられた電源回路７０７より延在して設けられる電源線７０８に接続される。
【００５４】
なお図３ではゲート線７０５の各配線をＧ１〜Ｇｎ（ｎは自然数）とし、信号線７０６の各配線をＳ１〜Ｓｍ（ｍは自然数）とし、電源線７０８の本数をＶ１〜Ｖｍ（ｍは自然数）としている。また、各画素に電源を供給する電源線Ｖ１〜Ｖｍは、発光素子の駆動電圧が色要素毎に異なる場合、図３にも示すように電源回路７０７より複数の電源線７０８を延在させることで、色毎に異なる電源電圧が供給されることとなる。
【００５５】
図３では、ゲート線駆動回路７０３、信号線駆動回路７０４が基板７００上に設けられる構成について示したが、ゲート線駆動回路７０３または信号線駆動回路７０４のいずれか一が基板７００上に設けられる構成としてもよい。また画素部７０２のみを基板７００上に設ける構成としても良い。また図３では、電源回路７０７が基板７００の外部に設けられる構成について示したが基板７００上に設けられる構成でもよい。
【００５６】
図３で画素部７０２には、複数の画素７０１がマトリクス状に配置（ストライプ配置）する例について示している。なお、画素７０１は必ずしもマトリクス状に配置されている必要はなく、例えば、画素７０１をデルタ配置、またはベイヤー配置としてもよい。なお、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青）の三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白）、またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタなどを一色以上追加したものなどがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。
【００５７】
図３において、ゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８は画素の行方向及び列方向の数に応じて示している。なお、ゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８は、画素を構成するサブ画素（副画素、サブピクセルともいう）の数、または画素内のトランジスタの数に応じて、本数を増やす構成としてもよい。また画素間でゲート線７０５、信号線７０６、及び電源線７０８を共有して画素７０１を駆動する構成としても良い。
【００５８】
図３に示したようにＥＬ表示装置では、カラー表示をおこなうためにＲＧＢの３原色の発光素子を並置して表示をおこなうこともある。従って発光素子毎に環境温度に対する特性が異なることとなるため、発光素子の材料毎にモニター回路を設ける構成とすることが好ましい。具体的な回路構成について図４に示す。図４では画素部７０２に設けられた赤色（Ｒ）の光を呈する発光素子１０３Ｒを具備する画素１００Ｒ、緑色（Ｇ）の光を呈する発光素子１０３Ｇを具備する画素１００Ｇ、及び青色（Ｂ）の光を呈する発光素子１０３Ｂを具備する画素１００Ｂを示している。また図４に示す画素部７０２の近傍には、赤色（Ｒ）の光を呈する発光素子１０３Ｒの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｒ、緑色（Ｇ）の光を呈する発光素子１０３Ｇの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｇ、青色（Ｂ）の光を呈する発光素子１０３Ｂの環境温度に対する変化をモニターするモニター回路１１０Ｂ、が設けられている。
【００５９】
なお図４に示す構成では発光素子の特性が色毎に異なるため、画素１００Ｒ、１００Ｇ、１００Ｂでは図３で説明したように異なる電源線１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂが設けられる。また電源線１０７Ｒを介して発光素子１０３Ｒの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｒでは、赤色のモニター用発光素子１１２Ｒ及び電流源回路１１３Ｒを具備する構成とする。また電源線１０７Ｇを介して発光素子１０３Ｇの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｇでは、緑色のモニター用発光素子１１２Ｇ及び電流源回路１１３Ｇを具備する構成とする。また電源線１０７Ｂを介して発光素子１０３Ｂの陰極側に接続されるモニター回路１１０Ｂでは、青色のモニター用発光素子１１２Ｂ及び電流源回路１１３Ｂを具備する構成とする。なお各モニター素子及び画素の動作については、図１での説明と同様となる。
【００６０】
以上説明したように本発明の一形態によれば、環境温度の変化に起因した発光素子を流れる電流値の変動による輝度のばらつきを抑制することができる。従って、環境温度が変化しても、表示品位の良好なＥＬ表示装置を提供することができる。
【００６１】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置の各画素が具備する発光素子の構成について説明する。
【００６３】
図５は、トランジスタに接続された発光素子の断面構造の一形態について示したものである。発光素子は、第１電極５１１、発光層を有するＥＬ層５１３、第２電極５１４が順に積層して設けられている。第１電極５１１または第２電極５１４の一方は陽極として機能し、他方は陰極として機能する。発光素子は、陽極から注入される正孔及び陰極から注入される電子がＥＬ層に含まれる発光層で再結合して、発光する。発光素子の第１電極５１１は、基板５０３上に形成されたトランジスタ５０１に接続する。また、トランジスタ５０１のソースまたはドレインとなる電極及び第１電極５１１を覆うように隔壁５０２が設けられる。また、第１電極５１１上の隔壁５０２の開口部に、ＥＬ層５１３が設けられ、ＥＬ層５１３や隔壁５０２を覆うように第２電極５１４が設けられる。
【００６４】
第１電極５１１または第２電極５１４は、金属、合金、または電気伝導性化合物を用いて形成する。
【００６５】
例えば、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の大きい（仕事関数が４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることできる。代表的には、酸化インジウム−酸化スズ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、珪素若しくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、酸化タングステン及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム等の透光性を有する導電性金属酸化物層がある。
【００６６】
また、第１電極５１１または第２電極５１４は、仕事関数の小さい（代表的には、仕事関数が３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることができる。代表的には、元素周期表の第１族または第２族に属する元素、すなわちリチウムやセシウム等のアルカリ金属、及びマグネシウム、カルシウム、ストロンチウム等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金（アルミニウム、マグネシウムと銀との合金、アルミニウムとリチウムの合金）、ユーロピウム、イッテルビウム等の希土類金属及びこれらを含む合金等がある。
【００６７】
アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金は、真空蒸着法、スパッタリング法などを用いて形成する。また、銀ペーストなどをインクジェット法により吐出し焼成して形成することも可能である。また、第１電極５１１及び第２電極５１４は、単層に限らず、積層して形成することもできる。
【００６８】
なお、ＥＬ層５１３で発光する光を外部に取り出すため、第１電極５１１または第２電極５１４のいずれか一方或いは両方を、ＥＬ層５１３からの発光を透過するように形成する。第１電極５１１のみが透光性を有する電極である場合、光は、矢印方向５００に示すように第１電極５１１を通って、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で基板５０３側から取り出される。また、第２電極５１４のみが透光性を有する電極である場合、光は第２電極５１４を通って信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で封止基板５１６側から取り出される。第１電極５１１及び第２電極５１４がいずれも透光性を有する電極である場合、光は第１電極５１１及び第２電極５１４を通って、信号線から入力されるビデオ信号に応じた輝度で基板５０３側及び封止基板５１６側の両方から取り出される。
【００６９】
透光性を有する電極は、例えば、透光性を有する導電性金属酸化物を用いて形成するか、或いは、銀、アルミニウム等を数ｎｍ乃至数十ｎｍの厚さとなるように形成する。また、膜厚を薄くした銀、アルミニウムなどの金属層と、透光性を有する導電性金属酸化物層との積層構造とすることもできる。
【００７０】
陽極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の一方は、仕事関数の大きい（仕事関数４．０ｅＶ以上）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ましい。また、陰極として機能する第１電極５１１または第２電極５１４の他方は、仕事関数の小さい（仕事関数３．８ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物などを用いることが好ましい。代表的には、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及びこれらを含む合金や化合物、並びに希土類金属を含む遷移金属を用いて形成することができる。
【００７１】
ＥＬ層５１３は、発光層を有する。また、ＥＬ層５１３は、発光層のほかに、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層を有してもよい。正孔輸送層は、陽極と発光層の間に設けられる。また、正孔注入層は陽極と発光層との間、或いは陽極と正孔輸送層との間に設けられる。一方、電子輸送層は、陰極と発光層との間に設けられる。電子注入層は陰極と発光層との間、或いは陰極と電子輸送層との間に設けられる。なお、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は全ての層を設ける必要はなく、適宜求める機能等に応じて選択して設ければよい。
【００７２】
発光層は発光性の物質を含む。発光性の物質としては、例えば、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。
【００７３】
また、発光層は、発光性の物質をホスト材料に分散して形成できる。発光性の物質をホスト材料に分散して発光層を形成すると、発光物質同士が消光反応を引き起こす濃度消光現象や、結晶化現象を抑制できる。
【００７４】
発光性の物質が蛍光性化合物の場合には、ホスト材料に蛍光性化合物よりも一重項励起エネルギー（基底状態と一重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好ましい。また、燐光性化合物の場合には、ホスト材料に燐光性化合物よりも三重項励起エネルギー（基底状態と三重項励起状態とのエネルギー差）が大きい物質を用いることが好ましい。
【００７５】
また、ホスト材料に分散する発光性の物質としては、上述した燐光性化合物や蛍光性化合物を用いることができる。
【００７６】
なお、発光層として、２種類以上のホスト材料と発光性の物質を用いてもよいし、２種類以上の発光性の物質とホスト材料を用いてもよい。また、２種類以上のホスト材料及び２種類以上の発光性の物質を用いてもよい。
【００７７】
また、正孔注入層として、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質を含む層を用いることができる。正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層は、キャリア密度が高く、正孔注入性に優れている。また、正孔輸送性の高い物質と電子受容性を示す物質とを含む層を、陽極として機能する電極に接する正孔注入層として用いることにより、陽極として機能する電極材料の仕事関数の大小に関わらず、様々な金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物などを用いることができる。
【００７８】
発光層、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層及び電子注入層は、蒸着法、塗布法等により形成することができる。
【００７９】
また、第２電極５１４及び隔壁５０２上にパッシベーション層５１５をスパッタリング法やＣＶＤ法により形成してもよい。パッシベーション層５１５を設けることで、外部から発光素子への水分や酸素の侵入による発光素子の劣化を低減することができる。さらには、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の空間に窒素を封入し、さらに乾燥剤を配置してもよい。または、パッシベーション層５１５及び封止基板５１６の間を、透光性を有し、且つ吸水性の高い有機樹脂で充填してもよい。
【００８０】
発光素子が白色の発光を示す場合、カラーフィルター、または色変換層などを、基板５０３または封止基板５１６に設けることによってフルカラー表示を行なうことができる。
【００８１】
またコントラストを高めるため、基板５０３または封止基板５１６に偏光板または円偏光板を設けてもよい。
【００８２】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したＥＬ表示装置におけるトランジスタの構成について説明する。
【００８４】
トランジスタの構造の一例として、酸化物半導体でなる半導体層（酸化物半導体層）を有するトランジスタの構造について、図６及び図７を参照して説明する。図６及び図７は、トランジスタの断面模式図である。
【００８５】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【００８６】
図６（Ａ）に示すトランジスタは、基板７１０の上に設けられた導電層７１１と、導電層７１１の上に設けられた絶縁層７１２と、絶縁層７１２を挟んで導電層７１１の上に設けられた酸化物半導体層７１３と、酸化物半導体層７１３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７１５及び導電層７１６と、を有している。
【００８７】
また、図６（Ａ）に、トランジスタの酸化物半導体層７１３の他の一部（導電層７１５及び導電層７１６が設けられていない部分）に接する酸化物絶縁層７１７と、酸化物絶縁層７１７の上に設けられた保護絶縁層７１９を示す。
【００８８】
図６（Ｂ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つであるチャネル保護型（チャネルストップ型ともいう。）トランジスタであり、逆スタガ型トランジスタともいう。
【００８９】
図６（Ｂ）に示すトランジスタは、基板７２０の上に設けられた導電層７２１と、導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２２と、絶縁層７２２を挟んで導電層７２１の上に設けられた酸化物半導体層７２３と、絶縁層７２２及び酸化物半導体層７２３を挟んで導電層７２１の上に設けられた絶縁層７２７と、酸化物半導体層７２３の一部の上及び絶縁層７２７の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７２５及び導電層７２６と、を有している。
【００９０】
ここで、酸化物半導体層７２３の一部または全てと導電層７２１とが重なる構造にすると、酸化物半導体層７２３への光の入射を抑えることができる。
【００９１】
また、図６（Ｂ）に、トランジスタの上に設けられた保護絶縁層７２９を示す。
【００９２】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、ボトムゲート構造を有するトランジスタの一つである。
【００９３】
図６（Ｃ）に示すトランジスタは、基板７３０の上に設けられた導電層７３１と、導電層７３１の上に設けられた絶縁層７３２と、絶縁層７３２の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７３５及び導電層７３６と、絶縁層７３２、導電層７３５、及び、導電層７３６を挟んで導電層７３１の上に設けられた酸化物半導体層７３３と、を有している。
【００９４】
ここで、酸化物半導体層７３３の一部または全てと導電層７３１とが重なる構造にすると、酸化物半導体層７３３への光の入射を抑えることができる。
【００９５】
また、図６（Ｃ）に、酸化物半導体層７３３の上面及び側面と接する酸化物絶縁層７３７と、酸化物絶縁層７３７の上に設けられた保護絶縁層７３９を示す。
【００９６】
図６（Ｄ）に示すトランジスタは、トップゲート構造を有するトランジスタの一つである。
【００９７】
図６（Ｄ）に示すトランジスタは、絶縁層７４７を挟んで基板７４０の上に設けられた酸化物半導体層７４３と、酸化物半導体層７４３の一部の上にそれぞれ設けられた導電層７４５及び導電層７４６と、酸化物半導体層７４３、導電層７４５、及び導電層７４６の上に設けられた絶縁層７４２と、絶縁層７４２を挟んで酸化物半導体層７４３の上に設けられた導電層７４１と、を有している。
【００９８】
基板７１０、基板７２０、基板７３０、基板７４０のそれぞれには、一例として、ガラス基板（バリウムホウケイ酸ガラス基板やアルミノホウケイ酸ガラス基板等）、絶縁体でなる基板（セラミック基板、石英基板、サファイア基板等）、結晶化ガラス基板、プラスチック基板、または、半導体基板（シリコン基板等）を用いる。
【００９９】
図６（Ｄ）に示すトランジスタにおいて、絶縁層７４７は、基板７４０からの不純物元素の拡散を防止する下地層としての機能を有する。絶縁層７４７には、一例として、窒化シリコン層、酸化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、及び酸化窒化アルミニウム層を、単層でまたは積層させて用いる。または、絶縁層７４７には、前述の層と、遮光性を有する材料の層とを積層させて用いる。または、絶縁層７４７には、遮光性を有する材料の層を用いる。なお、絶縁層７４７として、遮光性を有する材料の層を用いると、酸化物半導体層７４３への光の入射を抑えることができる。
【０１００】
なお、図６（Ｄ）に示すトランジスタと同様に、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）に示すトランジスタにおいて、基板７１０と導電層７１１との間、基板７２０と導電層７２１との間、基板７３０と導電層７３１との間に、それぞれ絶縁層７４７を設けてもよい。
【０１０１】
導電層（導電層７１１、導電層７２１、導電層７３１、導電層７４１）は、トランジスタのゲートとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、及びスカンジウム等の金属材料の層、または、当該金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
【０１０２】
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）は、トランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
【０１０３】
絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、一例として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、酸化ハフニウム層、または、酸化アルミニウムガリウム層を用いる。
【０１０４】
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）と接するゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）には、酸素を含む絶縁層を用いるのが好ましく、当該酸素を含む絶縁層が、化学量論的組成比より酸素が多い領域（酸素過剰領域とも表記する）を含むことがより好ましい。
【０１０５】
上記ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層が酸素過剰領域を有することにより、酸化物半導体層からゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層への酸素の移動を防ぐことができる。また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層から酸化物半導体層への酸素の供給を行うこともできる。よって、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層と接する酸化物半導体層を、十分な量の酸素を含有する層とすることができる。
【０１０６】
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層（絶縁層７１２、絶縁層７２２、絶縁層７３２、絶縁層７４２）は、水素や水等の不純物を混入させない方法を用いて成膜することが好ましい。ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に水素や水等の不純物が含まれると、酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）への水素や水等の不純物の侵入や、水素や水等の不純物による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、等によって、酸化物半導体層が低抵抗化（ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成される恐れがあるためである。例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層は、スパッタリング法によって成膜し、スパッタガスとしては、水素や水等の不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０１０７】
また、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、酸素を供給する処理を行うことが好ましい。酸素を供給する処理としては、酸素雰囲気における熱処理や、酸素ドープ処理、等がある。または、電界で加速した酸素イオンを照射して、酸素を添加しても良い。なお、本明細書等において、酸素ドープ処理とは、酸素をバルクに添加することをいい、当該バルクの用語は、酸素を膜表面のみでなく膜内部に添加することを明確にする趣旨で用いている。また、酸素ドープには、プラズマ化した酸素をバルクに添加する酸素プラズマドープが含まれる。
【０１０８】
ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に対して、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層には、化学量論的組成比より酸素が多い領域が形成される。このような領域を備えることにより、酸化物半導体層に酸素を供給し、酸化物半導体層中または絶縁層との界面の酸素不足欠陥を低減することができる。
【０１０９】
例えば、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層として酸化アルミニウムガリウム層を用いた場合、酸素ドープ処理等の酸素を供給する処理を行うことにより、ＧａｘＡｌ２−ｘＯ３＋α（０＜ｘ＜２、０＜α＜１）とすることができる。
【０１１０】
または、スパッタリング法を用いてゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層を成膜する際に、酸素ガス、または、不活性気体（例えば、アルゴン等の希ガス、または、窒素）と酸素との混合ガスを導入することで、ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層に酸素過剰領域を形成してもよい。なお、スパッタリング法による成膜後、熱処理を行っても良い。
【０１１１】
酸化物半導体層（酸化物半導体層７１３、酸化物半導体層７２３、酸化物半導体層７３３、酸化物半導体層７４３）は、トランジスタのチャネル形成層としての機能を有する。これらの酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、三元系金属酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｐｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等）、及び二元系金属酸化物等（Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系金属酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物等）が挙げられる。また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｓｎ−Ｏ系金属酸化物、Ｚｎ−Ｏ系金属酸化物等を用いることもできる。また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、上記金属酸化物にＳｉＯ２を含ませた酸化物半導体を用いることもできる。
【０１１２】
また、酸化物半導体層に用いることができる酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎ、及びＣｏから選ばれた一つまたは複数の金属元素を示す。例えば、Ｍとしては、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、Ｇａ及びＣｏ等が挙げられる。
【０１１３】
導電層（導電層７１５及び導電層７１６、導電層７２５及び導電層７２６、導電層７３５及び導電層７３６、並びに、導電層７４５及び導電層７４６）は、トランジスタのソースまたはドレインとしての機能を有する。これらの導電層には、一例として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、若しくは、タングステン等の金属材料、または、これらの金属材料を主成分とする合金材料の層を用いる。
【０１１４】
例えば、トランジスタのソースまたはドレインとしての機能を有する導電層として、アルミニウム及び銅等の金属材料の層と、チタン、モリブデン、及びタングステン等の高融点金属材料層とを積層させて用いる。または、複数の高融点金属材料の層の間にアルミニウム及び銅等の金属材料の層を設けて用いる。また、上記の導電層として、ヒロックやウィスカーの発生を防止する元素（シリコン、ネオジム、スカンジウム等）が添加されたアルミニウム層を用いると、トランジスタの耐熱性を向上させることができる。
【０１１５】
また、上記の導電層の材料として、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２）、若しくは、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）、または、これらの金属酸化物に酸化シリコンを含ませた金属酸化物を用いる。
【０１１６】
絶縁層７２７は、トランジスタのチャネル形成層を保護する層（チャネル保護層ともいう。）としての機能を有する。
【０１１７】
酸化物絶縁層７１７及び酸化物絶縁層７３７には、一例として、酸化シリコン層等の酸化物絶縁層を用いる。
【０１１８】
保護絶縁層７１９、保護絶縁層７２９、及び保護絶縁層７３９には、一例として、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層、窒化酸化シリコン層、及び窒化酸化アルミニウム層等の無機絶縁層を用いる。
【０１１９】
また、酸化物半導体層７４３と導電層７４５との間、及び酸化物半導体層７４３と導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層をバッファ層として設けてもよい。図６（Ｄ）のトランジスタに酸化物導電層を設けたトランジスタを図７（Ａ）に示す。
【０１２０】
図７（Ａ）のトランジスタは、酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６との間に、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４が形成されている。図７（Ａ）のトランジスタは、作製工程により酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の形状が異なる例である。
【０１２１】
図７（Ａ）のトランジスタでは、酸化物半導体膜と酸化物導電膜の積層を形成し、酸化物半導体膜と酸化物導電膜との積層を同じフォトリソグラフィ工程によって形状を加工して島状の酸化物半導体層７４３と島状の酸化物導電膜を形成する。酸化物半導体層７４３及び酸化物導電膜上にソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６を形成した後、導電層７４５及び導電層７４６をマスクとして、島状の酸化物導電膜をエッチングし、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４を形成する。
【０１２２】
図７（Ｂ）のトランジスタでは、酸化物半導体層７４３上に酸化物導電膜を形成し、その上に金属導電膜を形成し、酸化物導電膜及び金属導電膜を同じフォトリソグラフィ工程によって加工して、ソース領域及びドレイン領域として機能する酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４、ソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６を形成する。
【０１２３】
なお、酸化物導電層の形状を加工するためのエッチング処理の際、酸化物半導体層が過剰にエッチングされないように、エッチング条件（エッチング材の種類、濃度、エッチング時間等）を適宜調整する。
【０１２４】
酸化物導電層７９２及び酸化物導電層７９４の成膜方法は、スパッタリング法や真空蒸着法（電子ビーム蒸着法など）や、アーク放電イオンプレーティング法や、スプレー法を用いる。酸化物導電層の材料としては、酸化亜鉛、酸化亜鉛アルミニウム、酸窒化亜鉛アルミニウム、酸化亜鉛ガリウム、酸化珪素を含むインジウム錫酸化物などを適用することができる。また、上記材料に酸化珪素を含ませてもよい。
【０１２５】
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層７４３とソース及びドレインとして機能する導電層７４５及び導電層７４６との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタが高速動作をすることができる。
【０１２６】
また、酸化物半導体層７４３、ドレイン領域として機能する酸化物導電層（酸化物導電層７９２または酸化物導電層７９４）、ドレインとして機能する導電層（導電層７４５または導電層７４６）の構成とすることによって、トランジスタの耐圧を向上させることができる。
【０１２７】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１２８】
（実施の形態４）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したトランジスタの半導体層に用いることのできる酸化物半導体の一例について、図８（Ａ）乃至（Ｃ）を用いて説明する。
【０１２９】
本実施の形態の酸化物半導体層は、第１の結晶性酸化物半導体層上に第１の結晶性酸化物半導体層よりも厚い第２の結晶性酸化物半導体層を有する積層構造である。
【０１３０】
絶縁層１６００上に絶縁層１６０２を形成する。本実施の形態では、絶縁層１６０２として、ＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて、５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の膜厚の酸化物絶縁層を形成する。例えば、酸化シリコン膜、酸化ガリウム膜、酸化アルミニウム膜、酸化窒化シリコン膜、酸化窒化アルミニウム膜、または窒化酸化シリコン膜から選ばれた一層またはこれらの積層を用いることができる。
【０１３１】
次に、絶縁層１６０２上に膜厚１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を形成する。第１の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、そのスパッタリング法による成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。
【０１３２】
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１６０ｍｍ、基板温度２５０℃、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、またはアルゴン及び酸素雰囲気下で膜厚５ｎｍの第１の酸化物半導体膜を成膜する。
【０１３３】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第１の加熱処理を行う。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第１の加熱処理によって第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を形成する（図８（Ａ）参照）。
【０１３４】
成膜時における基板温度や第１の加熱処理の温度にもよるが、成膜や第１の加熱処理によって、膜表面から結晶化が起こり、膜の表面から内部に向かって結晶成長し、Ｃ軸配向した結晶が得られる。第１の加熱処理によって、亜鉛と酸素が膜表面に多く集まり、上平面が六角形をなす亜鉛と酸素からなるグラフェンタイプの二次元結晶が最表面に１層または複数層形成され、これが膜厚方向に成長して重なり積層となる。加熱処理の温度を上げると表面から内部、そして内部から底部と結晶成長が進行する。
【０１３５】
第１の加熱処理によって、酸化物絶縁層である絶縁層１６０２中の酸素を第１の結晶性酸化物半導体層１６０４との界面またはその近傍（界面からプラスマイナス５ｎｍ）に拡散させて、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の酸素欠損を低減する。従って、下地絶縁層として用いられる絶縁層１６０２は、膜中（バルク中）、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４と絶縁層１６０２との界面、のいずれかには少なくとも化学量論比を超える量の酸素が存在することが好ましい。
【０１３６】
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４上に１０ｎｍよりも厚い第２の酸化物半導体膜を形成する。第２の酸化物半導体膜の形成は、スパッタリング法を用い、その成膜時における基板温度は２００℃以上４００℃以下とする。成膜時における基板温度を２００℃以上４００℃以下とすることにより、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４の表面上に接して成膜する酸化物半導体層にプリカーサの整列が起き、所謂、秩序性を持たせることができる。
【０１３７】
本実施の形態では、酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体用ターゲット（Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１７０ｍｍ、基板温度４００℃、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素のみ、アルゴンのみ、またはアルゴン及び酸素雰囲気下で膜厚２５ｎｍの第２の酸化物半導体膜を成膜する。
【０１３８】
次いで、基板を配置するチャンバー雰囲気を窒素、または乾燥空気とし、第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下とする。第２の加熱処理によって第２の結晶性酸化物半導体層１６０６を形成する（図８（Ｂ）参照）。第２の加熱処理を、窒素雰囲気下、酸素雰囲気下、または窒素と酸素の混合雰囲気下で行うことにより、第２の結晶性酸化物半導体層の高密度化及び欠陥数の減少を図る。第２の加熱処理によって、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４を核として膜厚方向、即ち底部から内部に結晶成長が進行して第２の結晶性酸化物半導体層１６０６が形成される。
【０１３９】
また、絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程を大気に触れることなく連続的に行うことが好ましい。絶縁層１６０２の形成から第２の加熱処理までの工程は、水素及び水分をほとんど含まない雰囲気（不活性雰囲気、減圧雰囲気、乾燥空気雰囲気など）下に制御することが好ましく、例えば、水分については露点−４０℃以下、好ましくは露点−５０℃以下の乾燥窒素雰囲気とする。
【０１４０】
次いで、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４及び第２の結晶性酸化物半導体層１６０６からなる酸化物半導体積層を加工して島状の酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１６０８を形成する（図８（Ｃ）参照）。図では、第１の結晶性酸化物半導体層１６０４と第２の結晶性酸化物半導体層１６０６の界面を点線で示し、酸化物半導体積層と説明しているが、明確な界面が存在しているのではなく、あくまで分かりやすく説明するために図示している。
【０１４１】
酸化物半導体積層の加工は、所望の形状のマスクを酸化物半導体積層上に形成した後、当該酸化物半導体積層をエッチングすることによって行うことができる。上述のマスクは、フォトリソグラフィなどの方法を用いて形成することができる。または、インクジェット法などの方法を用いてマスクを形成しても良い。
【０１４２】
なお、酸化物半導体積層のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよい。もちろん、これらを組み合わせて用いてもよい。
【０１４３】
また、上記作製方法により、得られる第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、Ｃ軸配向を有していることを特徴の一つとしている。ただし、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、単結晶構造ではなく、非晶質構造でもない構造であり、Ｃ軸配向を有した結晶（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ； ＣＡＡＣとも呼ぶ）を含む酸化物を有する。なお、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、一部に結晶粒界を有している。
【０１４４】
いずれにしても、ＣＡＡＣを得るには酸化物半導体膜の堆積初期段階において六方晶の結晶が形成されるようにすることと、当該結晶を種として結晶が成長されるようにすることが肝要である。そのためには、基板加熱温度を１００℃〜５００℃、好適には２００℃〜４００℃、さらに好適には２５０℃〜３００℃にすると好ましい。また、これに加えて、成膜時の基板加熱温度よりも高い温度で、堆積された酸化物半導体膜を熱処理することで膜中に含まれるミクロな欠陥や、積層界面の欠陥を修復することができる。
【０１４５】
なお、第１の結晶性酸化物半導体層及び第２の結晶性酸化物半導体層は、少なくともＺｎを有する酸化物材料であり、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系の材料、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系の材料や、Ｚｎ−Ｏ系の材料などがある。また、Ｉｎ−Ｓｉ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｇａ−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料や、Ｉｎ−Ｂ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いてもよい。また、上記の材料にＳｉＯ２を含ませてもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系の材料とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を含む酸化物、という意味であり、その組成比は特に問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでいてもよい。
【０１４６】
なお、酸化物半導体は不純物に対して鈍感であり、膜中にはかなりの金属不純物が含まれていても問題がなく、ナトリウムのようなアルカリ金属が多量に含まれる廉価なソーダ石灰ガラスも使えると指摘されている（神谷、野村、細野、「アモルファス酸化物半導体の物性とデバイス開発の現状」、個体物理、２００９年９月号、Ｖｏｌ．４４、ｐ．６２１−６３３）。しかし、このような指摘は適切でない。アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちＮａは、酸化物半導体膜に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してＮａ＋となる。また、Ｎａは、酸化物半導体膜内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。この不純物によりもたらされるトランジスタの特性の劣化と、特性のばらつきは、酸化物半導体膜中の水素の濃度が十分に低い場合において顕著に現れる。従って、酸化物半導体膜中の水素の濃度が５×１０１９／ｃｍ３以下、特に５×１０１８／ｃｍ３以下である場合には、上記不純物の濃度を低減することが望ましい。具体的に、二次イオン質量分析法によるＮａ濃度の測定値は、５×１０１６／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１６／ｃｍ３以下、更に好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。同様に、Ｌｉ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。同様に、Ｋ濃度の測定値は、５×１０１５／ｃｍ３以下、好ましくは１×１０１５／ｃｍ３以下とする。
【０１４７】
また、第１の結晶性酸化物半導体層上に第２の結晶性酸化物半導体層を形成する２層構造に限定されず、第２の結晶性酸化物半導体層の形成後に第３の結晶性酸化物半導体層を形成するための成膜処理と加熱処理のプロセスを繰り返し行って、３層以上の積層構造としてもよい。
【０１４８】
上記作製方法で形成された酸化物半導体積層からなる酸化物半導体層１６０８を、本明細書に開示するＥＬ表示装置に適用できるトランジスタ（例えば、実施の形態２及び実施の形態３で説明したトランジスタ）に、適宜用いることができる。
【０１４９】
また、本実施の形態の第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導体層の積層を酸化物半導体層として用いた、実施の形態３の図６（Ｄ）のトランジスタにおいては、酸化物半導体層の一方の面から他方の面に電界が印加されることはない。また、電流が酸化物半導体積層の厚さ方向（一方の面から他方の面に流れる方向、具体的に図６（Ｄ）では上下方向）に流れる構造ではない。電流は、主として、酸化物半導体積層の界面を流れるトランジスタ構造であるため、トランジスタに光照射が行われ、またはＢＴストレスが与えられても、トランジスタ特性の劣化は抑制される、または低減される。
【０１５０】
酸化物半導体層１６０８のような第１の結晶性酸化物半導体層と第２の結晶性酸化物半導体層の積層をトランジスタに用いることで、安定した電気的特性を有し、且つ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【０１５１】
多結晶シリコンを用いたトランジスタは、レーザー光を照射して結晶化する工程が必要なことからトランジスタ特性にバラツキが生じ、それがＥＬ表示装置の表示に悪影響を与えることが問題となっていた。しかしながら、本実施の形態で示す酸化物半導体を用いたトランジスタはレーザー結晶化の工程が不要であることから、トランジスタ特性のバラツキを生じさせる問題の一つを排除することができ、ＥＬ表示装置の画質向上を図ることができる。
【０１５２】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１５３】
（実施の形態５）
本明細書に開示するＥＬ表示装置は、様々な電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。上記実施の形態で説明したモニター回路を有するＥＬ表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０１５４】
図９（Ａ）は、電子書籍の一例を示している。図９（Ａ）に示す電子書籍は、筐体１７００及び筐体１７０１の２つの筐体で構成されている。筐体１７００及び筐体１７０１は、蝶番１７０４により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構成により、書籍のような動作を行うことが可能となる。
【０１５５】
筐体１７００には表示部１７０２が組み込まれ、筐体１７０１には表示部１７０３が組み込まれている。表示部１７０２及び表示部１７０３は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図９（Ａ）では表示部１７０２）に文章を表示し、左側の表示部（図９（Ａ）では表示部１７０３）に画像を表示することができる。
【０１５６】
また、図９（Ａ）では、筐体１７００に操作部等を備えた例を示している。例えば、筐体１７００は、電源入力端子１７０５、操作キー１７０６、スピーカ１７０７等を備えている。操作キー１７０６により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングディバイス等を備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、及びＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成としてもよい。さらに、図９（Ａ）に示す電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
【０１５７】
図９（Ｂ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いたデジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、図９（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、筐体１７１１に表示部１７１２が組み込まれている。表示部１７１２は、各種画像を表示することが可能であり、例えば、デジタルカメラ等で撮影した画像を表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
【０１５８】
なお、図９（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像を記憶したメモリを挿入して画像を取り込み、取り込んだ画像を表示部１７１２に表示させることができる。
【０１５９】
図９（Ｃ）は、ＥＬ表示装置を用いたテレビジョン装置の一例を示している。図９（Ｃ）に示すテレビジョン装置は、筐体１７２１に表示部１７２２が組み込まれている。表示部１７２２により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド１７２３により筐体１７２１を支持した構成を示している。表示部１７２２は、上記実施の形態に示したＥＬ表示装置を適用することができる。
【０１６０】
図９（Ｃ）に示すテレビジョン装置の操作は、筐体１７２１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部１７２２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。
【０１６１】
図９（Ｄ）は、本明細書に開示するＥＬ表示装置を用いた携帯電話機の一例を示している。図９（Ｄ）に示す携帯電話機は、筐体１７３１に組み込まれた表示部１７３２の他、操作ボタン１７３３、操作ボタン１７３７、外部接続ポート１７３４、スピーカ１７３５、及びマイク１７３６等を備えている。
【０１６２】
図９（Ｄ）に示す携帯電話機は、表示部１７３２がタッチパネルになっており、指等の接触により、表示部１７３２の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或いはメールの作成等は、表示部１７３２を指等で接触することにより行うことができる。
【０１６３】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１６４】
１００ 画素
１０１ 第１トランジスタ
１０２ 第２トランジスタ
１０３ 発光素子
１０４ 信号線
１０５ ゲート線
１０６ 電源線
１０７ 電源線
１１０ モニター回路
１１１ 第３トランジスタ
１１２ モニター用発光素子
１１３ 電流源回路
１１４ モニター用電源線
１１５ ボルテージフォロワ回路
１１６ 低電源電位線
５００ 矢印方向
５０１ トランジスタ
５０２ 隔壁
５０３ 基板
５１１ 電極
５１３ ＥＬ層
５１４ 電極
５１５ パッシベーション層
５１６ 封止基板
７００ 基板
７０１ 画素
７０２ 画素部
７０３ ゲート線駆動回路
７０４ 信号線駆動回路
７０５ ゲート線
７０６ 信号線
７０７ 電源回路
７０８ 電源線
７１０ 基板
７１１ 導電層
７１２ 絶縁層
７１３ 酸化物半導体層
７１５ 導電層
７１６ 導電層
７１７ 酸化物絶縁層
７１９ 保護絶縁層
７２０ 基板
７２１ 導電層
７２２ 絶縁層
７２３ 酸化物半導体層
７２５ 導電層
７２６ 導電層
７２７ 絶縁層
７２９ 保護絶縁層
７３０ 基板
７３１ 導電層
７３２ 絶縁層
７３３ 酸化物半導体層
７３５ 導電層
７３６ 導電層
７３７ 酸化物絶縁層
７３９ 保護絶縁層
７４０ 基板
７４１ 導電層
７４２ 絶縁層
７４３ 酸化物半導体層
７４５ 導電層
７４６ 導電層
７４７ 絶縁層
７９２ 酸化物導電層
７９４ 酸化物導電層
１００Ｂ 画素
１００Ｇ 画素
１００Ｒ 画素
１０３Ｂ 発光素子
１０３Ｇ 発光素子
１０３Ｒ 発光素子
１０６Ｂ 電源線
１０６Ｇ 電源線
１０６Ｒ 電源線
１０７Ｂ 電源線
１０７Ｇ 電源線
１０７Ｒ 電源線
１１０Ｂ モニター回路
１１０Ｇ モニター回路
１１０Ｒ モニター回路
１１２Ｂ モニター用発光素子
１１２Ｇ モニター用発光素子
１１２Ｒ モニター用発光素子
１１３Ｂ 電流源回路
１１３Ｇ 電流源回路
１１３Ｒ 電流源回路
１６００ 絶縁層
１６０２ 絶縁層
１６０４ 結晶性酸化物半導体層
１６０６ 結晶性酸化物半導体層
１６０８ 酸化物半導体層
１７００ 筐体
１７０１ 筐体
１７０２ 表示部
１７０３ 表示部
１７０４ 蝶番
１７０５ 電源入力端子
１７０６ 操作キー
１７０７ スピーカ
１７１１ 筐体
１７１２ 表示部
１７２１ 筐体
１７２２ 表示部
１７２３ スタンド
１７３１ 筐体
１７３２ 表示部
１７３３ 操作ボタン
１７３４ 外部接続ポート
１７３５ スピーカ
１７３６ マイク
１７３７ 操作ボタン
３０００ 画素
３００１ 第１トランジスタ
３００２ 第２トランジスタ
３００３ 発光素子
３００４ 信号線
３００５ ゲート線
３００６ 電源線
３００７ 電源線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モニター用電源線と、第１端子及びゲートが前記モニター用電源線に電気的に接続されたモニター用トランジスタと、第１電極が前記モニター用トランジスタの第２端子に電気的に接続されたモニター発光素子と、前記モニター発光素子の第２電極に電気的に接続された電流源回路と、入力端子が前記モニター発光素子の第２電極に電気的に接続されたボルテージフォロワ回路と、を含むモニター回路と、
第１電極が前記ボルテージフォロワ回路の出力端子に電気的に接続された発光素子と、第１端子が前記発光素子の第２電極に電気的に接続され、第２端子が電源線に電気的に接続され、ゲートが選択トランジスタを介して信号線に電気的に接続された駆動トランジスタと、を含む画素とを有し、
前記モニター用トランジスタ及び前記駆動トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有するトランジスタであり、
前記モニター用電源線の電位は、前記電源線の電位より小さいことを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電源線の電位は、発光素子の発光材料毎に異なることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記駆動トランジスタ及び前記モニター用トランジスタは、飽和領域で動作することを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記画素は、容量素子を有し、
前記容量素子の第１電極は前記電源線に電気的に接続され、前記容量素子の第２電極は前記駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記駆動トランジスタ及び前記モニター用トランジスタはｎチャネル型であることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記ボルテージフォロワ回路の出力端子の電位は、前記前記モニター用電源線の電位及び前記電源線の電位より小さいことを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のＥＬ表示装置を具備することを特徴とする電子機器。
【請求項１】
モニター用電源線と、第１端子及びゲートが前記モニター用電源線に電気的に接続されたモニター用トランジスタと、第１電極が前記モニター用トランジスタの第２端子に電気的に接続されたモニター発光素子と、前記モニター発光素子の第２電極に電気的に接続された電流源回路と、入力端子が前記モニター発光素子の第２電極に電気的に接続されたボルテージフォロワ回路と、を含むモニター回路と、
第１電極が前記ボルテージフォロワ回路の出力端子に電気的に接続された発光素子と、第１端子が前記発光素子の第２電極に電気的に接続され、第２端子が電源線に電気的に接続され、ゲートが選択トランジスタを介して信号線に電気的に接続された駆動トランジスタと、を含む画素とを有し、
前記モニター用トランジスタ及び前記駆動トランジスタは、酸化物半導体でなる半導体層を有するトランジスタであり、
前記モニター用電源線の電位は、前記電源線の電位より小さいことを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項２】
請求項１において、前記電源線の電位は、発光素子の発光材料毎に異なることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記駆動トランジスタ及び前記モニター用トランジスタは、飽和領域で動作することを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記画素は、容量素子を有し、
前記容量素子の第１電極は前記電源線に電気的に接続され、前記容量素子の第２電極は前記駆動トランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記駆動トランジスタ及び前記モニター用トランジスタはｎチャネル型であることを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記ボルテージフォロワ回路の出力端子の電位は、前記前記モニター用電源線の電位及び前記電源線の電位より小さいことを特徴とするＥＬ表示装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一に記載のＥＬ表示装置を具備することを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７８７９８（Ｐ２０１２−７８７９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４４５７（Ｐ２０１１−１８４４５７）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【出願人】（０００１５３８７８）株式会社半導体エネルギー研究所 (5,264)
【Ｆターム（参考）】
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