TWI545778B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI545778B
TWI545778B TW104113525A TW104113525A TWI545778B TW I545778 B TWI545778 B TW I545778B TW 104113525 A TW104113525 A TW 104113525A TW 104113525 A TW104113525 A TW 104113525A TW I545778 B TWI545778 B TW I545778B
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山崎舜平
秋元健吾
小森茂樹
魚地秀貴
二村智哉
笠原崇廣
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半導體能源研究所股份有限公司
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Description

顯示裝置
本發明係有關一種使用氧化物半導體的顯示裝置。
以液晶顯示裝置做為代表的形成在玻璃基板等的平板之上的薄膜電晶體使用非晶矽、多晶矽來予以製造。使用非晶矽的薄膜電晶體具有如下特性：雖然其場效應遷移率低，但是可以適合於玻璃基板的大面積化。另一方面，使用多晶矽的薄膜電晶體具有如下特性：雖然其場效應遷移率高，但是需要進行雷射退火等的晶化步驟，因此其不一定適合於玻璃基板的大面積化。
另一方面，使用氧化物半導體來製造薄膜電晶體，並將其應用於電子裝置和光裝置的技術受到注目。例如，專利文獻1及專利文獻2揭示作為氧化物半導體膜使用氧化鋅(ZnO)或包含銦、鎵及鋅的氧化物半導體來製造薄膜電晶體，並將其用於影像顯示裝置的切換元件等的技術。
[專利文獻1]日本專利申請公開2007-123861號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開2007-96055號公報
將氧化物半導體用作通道形成區域的薄膜電晶體具有如下特性：其操作速度比使用非晶矽的薄膜電晶體快，並且其製造程序比使用多晶矽的薄膜電晶體簡單。換言之，藉由使用氧化物半導體，即使處理溫度在從室溫到300℃以下的低溫下也可以製造場效應遷移率高的薄膜電晶體。
為了有效地利用使用操作特性優良且可以在低溫下製造的氧化物半導體來形成的顯示裝置的特性，並保證其可靠性，需要在顯示裝置中形成有具有適當的結構的保護電路等。另外，為了實現顯示裝置的小型化，需要的是將保護電路的佔有面積設定得小。
本發明的一個模式的目的之一在於提供具有適當的結構的保護電路。
本發明的一個模式的目的之一在於：在除了氧化物半導體以外還層疊絕緣膜及導電膜來製造的各種用途的顯示裝置中，提高保護電路的功能而實現操作的穩定化和保護電路的佔有面積的小型化。
本發明的一個實施例是一種顯示裝置，其中以使用氧化物半導體構成的非線性元件形成保護電路。組合氧的含量不同的氧化物半導體構成該非線性元件。另外，該非線性元件所具有的第一佈線層和第二佈線層的至少其中一者直接連接到閘極電極層或以與閘極電極層相同步驟形成的導電膜。
本發明的一個例示實施例是一種顯示裝置，包括：在具有絕緣表面的基板之上交叉地設置掃描線和信號線，像素電極係排列成矩陣狀的像素部；以及在該像素部的外側區域中使用氧化物半導體形成的非線性元件。像素部包括將通道形成區域形成於第一氧化物半導體層中的薄膜電晶體。像素部的薄膜電晶體包括：與掃描線連接的閘極電極；與信號線連接並接觸於第一氧化物半導體層的第一佈線層；以及與像素電極連接並接觸於第一氧化物半導體層的第二佈線層。在設置於基板的周邊處的信號輸入端子和像素部之間設置有非線性元件。非線性元件包括：閘極電極及覆蓋該閘極電極的閘極絕緣層；在所述閘極絕緣層之上重疊於所述閘極電極的第一氧化物半導體層；以及其端部在所述第一氧化物半導體層之上重疊於所述閘極電極，並層疊有導電層和第二氧化物半導體層的第一佈線層及第二佈線層。另外，非線性元件的閘極電極與掃描線或信號線連接，並且非線性元件的第一佈線層或第二佈線層直接連接到閘極電極層以施加閘極電極的電位。
本發明的一個例示實施例是一種顯示裝置，包括：在具有絕緣表面的基板之上交叉地設置掃描線和信號線，像素電極係排列成矩陣狀的像素部；以及該像素部的外側區域中的保護電路。像素部包括將通道形成區域形成於第一氧化物半導體層中的薄膜電晶體。像素部的薄膜電晶體包括：與掃描線連接的閘極電極；與信號線連接並接觸於第一氧化物半導體層的第一佈線層；以及與像素電極連接並 接觸於第一氧化物半導體層的第二佈線層。在像素部的外側區域中設置有連接掃描線和共用佈線的保護電路、連接信號線和共用佈線的保護電路。保護電路具有非線性元件，該非線性元件包括：閘極電極及覆蓋該閘極電極的閘極絕緣層；在所述閘極絕緣層之上重疊於所述閘極電極的第一氧化物半導體層；以及其端部在所述第一氧化物半導體層之上重疊於所述閘極電極，並層疊有導電層和第二氧化物半導體層的第一佈線層及第二佈線層。另外，保護電路所具有的非線性元件的閘極電極與第一佈線層或第二佈線層直接連接。
注意，從方便起見附加第一、第二等序數詞，但其並不表示步驟順序或疊層順序。另外，其在本說明書中不表示特定發明的事項的固有名稱。
根據本發明的一個實施例，藉由由使用氧化物半導體的非線性元件構成保護電路，可以得到包括具有適當的結構的保護電路的顯示裝置。藉由在非線性元件的第一氧化物半導體層與佈線層的連接結構中，設置接合於其導電率高於第一氧化物半導體層的導電率的第二氧化物半導體層的區域，可以進行穩定的操作。據此，可以提高保護電路的功能並實現操作的穩定化。
另外，也有如下方法：設置到達第一佈線層或第二佈線層的接觸孔和到達閘極電極或以與閘極電極相同的層形成的佈線的接觸孔，並且使用其他佈線層連接第一佈線層或第二佈線層與閘極電極或以與閘極電極相同的層形成的 佈線。但是，當採用該方法時，藉由一個連接各形成兩個介面及兩個接觸孔。
因為在構成本發明的一個實施例的保護電路的非線性元件中，第一佈線層或第二佈線層的導電層直接連接到閘極電極或以與閘極電極相同的層形成的佈線，所以藉由一個連接僅形成一個介面及一個接觸孔。因為藉由連接形成一個介面，所以與藉由其他佈線層連接的方法相比，可以抑制接觸電阻。其結果是，使用非線性元件的保護電路穩定地操作。另外，因為連接只需要一個接觸孔，所以與藉由其他佈線層連接的方法相比，可以抑制連接部分所佔有的面積。其結果是，可以將保護電路的佔有面積設定得小，而實現顯示裝置的小型化。
10‧‧‧基板
11‧‧‧掃描線輸入端子
12‧‧‧信號線輸入端子
13‧‧‧掃描線
14‧‧‧信號線
16‧‧‧閘極電極
17‧‧‧像素部
18‧‧‧像素
19‧‧‧像素電晶體
20‧‧‧儲存電容部
21‧‧‧像素電極
22‧‧‧電容線
23‧‧‧共用端子
24‧‧‧保護電路
25‧‧‧保護電路
26‧‧‧保護電路
27‧‧‧電容匯流排
28‧‧‧共用佈線
29‧‧‧共用佈線
30‧‧‧非線性元件
30a‧‧‧非線性元件
30b‧‧‧非線性元件
31‧‧‧非線性元件
31a‧‧‧非線性元件
31b‧‧‧非線性元件
100‧‧‧基板
102‧‧‧閘極絕緣膜
105‧‧‧導電膜
107‧‧‧層間絕緣膜
111‧‧‧閘極電極
113‧‧‧氧化物半導體層
114‧‧‧氧化物半導體層
114a‧‧‧氧化物半導體層
114b‧‧‧氧化物半導體層
115a‧‧‧導電層
115b‧‧‧導電層
117a‧‧‧佈線層
117b‧‧‧佈線層
128‧‧‧接觸孔
131‧‧‧抗蝕劑遮罩
170a‧‧‧非線性元件
170b‧‧‧非線性元件
581‧‧‧薄膜電晶體
585‧‧‧絕緣層
587‧‧‧電極層
588‧‧‧電極層
589‧‧‧球形粒子
590a‧‧‧黑色區
590b‧‧‧白色區
594‧‧‧空洞
595‧‧‧填充材料
730c‧‧‧非線性元件
1000‧‧‧移動式電話機
1001‧‧‧殼體
1002‧‧‧顯示部
1003‧‧‧操作按鈕
1004‧‧‧外部連接埠
1005‧‧‧揚聲器
1006‧‧‧麥克風
2600‧‧‧TFT基板
2601‧‧‧對置基板
2602‧‧‧密封材料
2603‧‧‧像素部
2604‧‧‧顯示元件
2605‧‧‧著色層
2606‧‧‧偏光板
2607‧‧‧偏光板
2608‧‧‧佈線電路部
2609‧‧‧可撓性線路板
2610‧‧‧冷陰極管
2611‧‧‧反射板
2612‧‧‧電路基板
2613‧‧‧擴散板
2631‧‧‧海報
2632‧‧‧車廂廣告
2700‧‧‧電子書籍
2701‧‧‧殼體
2703‧‧‧殼體
2705‧‧‧顯示部
2707‧‧‧顯示部
2711‧‧‧軸部
2721‧‧‧電源
2723‧‧‧操作鍵
2725‧‧‧揚聲器
4001‧‧‧基板
4002‧‧‧像素部
4003‧‧‧信號線驅動電路
4004‧‧‧掃描線驅動電路
4005‧‧‧密封材料
4006‧‧‧基板
4008‧‧‧液晶層
4010‧‧‧薄膜電晶體
4011‧‧‧薄膜電晶體
4013‧‧‧液晶元件
4015‧‧‧連接端子電極
4016‧‧‧端子電極
4018‧‧‧可撓性印刷電路(FPC)
4019‧‧‧各向異性導電膜
4020‧‧‧絕緣層
4021‧‧‧絕緣層
4030‧‧‧像素電極層
4031‧‧‧對置電極層
4032‧‧‧絕緣層
4501‧‧‧基板
4502‧‧‧像素部
4503a‧‧‧信號線驅動電路
4504a‧‧‧掃描線驅動電路
4505‧‧‧密封材料
4506‧‧‧基板
4507‧‧‧填充材料
4509‧‧‧薄膜電晶體
4510‧‧‧薄膜電晶體
4511‧‧‧發光元件
4512‧‧‧電致發光層
4513‧‧‧電極層
4515‧‧‧連接端子電極
4516‧‧‧端子電極
4517‧‧‧電極層
4518a‧‧‧可撓性印刷電路(FPC)
4519‧‧‧各向異性導電膜
4520‧‧‧分隔壁
5300‧‧‧基板
5301‧‧‧像素部
5302‧‧‧掃描線驅動電路
5303‧‧‧信號線驅動電路
5400‧‧‧基板
5401‧‧‧像素部
5402‧‧‧掃描線驅動電路
5403‧‧‧信號線驅動電路
5404‧‧‧掃描線驅動電路
5501‧‧‧佈線
5502‧‧‧佈線
5503‧‧‧佈線
5504‧‧‧佈線
5505‧‧‧佈線
5506‧‧‧佈線
5543‧‧‧節點
5544‧‧‧節點
5571‧‧‧薄膜電晶體
5572‧‧‧薄膜電晶體
5573‧‧‧薄膜電晶體
5574‧‧‧薄膜電晶體
5575‧‧‧薄膜電晶體
5576‧‧‧薄膜電晶體
5577‧‧‧薄膜電晶體
5578‧‧‧薄膜電晶體
5601‧‧‧驅動器IC
5602‧‧‧開關群
5603a‧‧‧薄膜電晶體
5603b‧‧‧薄膜電晶體
5603c‧‧‧薄膜電晶體
5611‧‧‧佈線
5612‧‧‧佈線
5613‧‧‧佈線
5621‧‧‧佈線
5701‧‧‧觸發器
5703a‧‧‧時序
5703b‧‧‧時序
5703c‧‧‧時序
5711‧‧‧佈線
5712‧‧‧佈線
5713‧‧‧佈線
5714‧‧‧佈線
5715‧‧‧佈線
5716‧‧‧佈線
5717‧‧‧佈線
5721‧‧‧信號
5803a‧‧‧時序
5803b‧‧‧時序
5803c‧‧‧時序
5821‧‧‧信號
6400‧‧‧像素
6401‧‧‧切換電晶體
6402‧‧‧驅動電晶體
6403‧‧‧電容器
6404‧‧‧發光元件
6405‧‧‧信號線
6406‧‧‧掃描線
6407‧‧‧電源線
6408‧‧‧共用電極
7001‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
7002‧‧‧發光元件
7003‧‧‧陰極
7004‧‧‧發光層
7005‧‧‧陽極
7011‧‧‧驅動TFT
7012‧‧‧發光元件
7013‧‧‧陰極
7014‧‧‧發光層
7015‧‧‧陽極
7016‧‧‧遮光膜
7017‧‧‧導電膜
7021‧‧‧驅動TFT
7022‧‧‧發光元件
7023‧‧‧陰極
7024‧‧‧發光層
7025‧‧‧陽極
7027‧‧‧導電膜
9600‧‧‧電視裝置
9601‧‧‧殼體
9603‧‧‧顯示部
9605‧‧‧支架
9607‧‧‧顯示部
9609‧‧‧操作鍵
9610‧‧‧遙控器
9700‧‧‧數位相框
9701‧‧‧殼體
9703‧‧‧顯示部
9881‧‧‧殼體
9882‧‧‧顯示部
9883‧‧‧顯示部
9884‧‧‧揚聲器部
9885‧‧‧操作鍵
9886‧‧‧記錄介質插入部
9887‧‧‧連接端子
9888‧‧‧感測器
9889‧‧‧麥克風
9890‧‧‧LED燈
9891‧‧‧殼體
9893‧‧‧連接部
9900‧‧‧拉霸機
9901‧‧‧殼體
9903‧‧‧顯示部
在附圖中：圖1是說明構成顯示裝置的信號輸入端子、掃描線、信號線、包括非線性元件的保護電路和像素部的位置關係的圖形；圖2是示出保護電路的一例的圖形；圖3是示出保護電路的一例的圖形；圖4A和4B是示出保護電路的一例的平面圖；圖5是示出保護電路的一例的剖面圖；圖6A至6C是說明保護電路的製造程序的剖面圖；圖7A至7C是說明保護電路的製造程序的剖面圖； 圖8A和8B是示出保護電路的一例的平面圖；圖9A和9B是示出保護電路的一例的平面圖；圖10是電子紙的剖面圖；圖11A和11B是說明半導體裝置的方塊圖的圖；圖12是說明信號線驅動電路的結構的圖形；圖13是說明信號線驅動電路的操作的時序圖；圖14是說明信號線驅動電路的操作的時序圖；圖15是說明移位暫存器的結構的圖形；圖16是說明圖14所示的觸發器的連接結構的圖形；圖17A1、17A2和17B是說明實施例模式的半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖18是說明實施例模式的半導體裝置的剖面圖；圖19是說明實施例模式的半導體裝置的像素等效電路的圖形；圖20A至20C是說明實施例模式的半導體裝置的圖；圖21A和21B是說明實施例模式的半導體裝置的俯視圖及剖面圖；圖22A和22B是說明電子紙的使用方式的例子的圖；圖23是示出電子書籍的一例的外觀圖；圖24A和24B是示出電視裝置及數位相框的例子的外觀圖；圖25A和25B是示出遊戲機的例子的外觀圖； 圖26是示出移動式電話機的一例的外觀圖。
本發明的選擇圖為圖5。
下面，參照附圖對本發明的實施例模式進行說明。但是，本發明不局限於以下的說明，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實就是，其模式及詳細內容在不脫離本發明的宗旨及其範圍的情況下可以被變換為各種各樣的形式。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施例模式所記載的內容中。在以下說明的本發明的結構中，在不同附圖中使用相同的附圖標記來表示相同的部分。
實施例模式1
在本實施例模式中，參照附圖說明形成有像素部和其周邊的包括非線性元件的保護電路的顯示裝置的一個實施例。
圖1是對構成顯示裝置的信號輸入端子、掃描線、信號線、包括非線性元件的保護電路及像素部的位置關係進行說明的圖。在具有絕緣表面的基板10之上掃描線13與信號線14交叉並構成像素部17。
多個像素18係排列成矩陣狀而構成像素部17。像素18包括連接到掃描線13和信號線14的像素電晶體19、儲存電容部20、像素電極21而構成。
於在此進行例示的像素結構中，示出儲存電容部20的其中一個電極與像素電晶體19連接，而另一個電極與電容線22連接的情況。此外，像素電極21構成驅動顯示元件(液晶元件、發光元件、對比度介質(電子墨水)等)的其中一個電極。這些顯示元件的另一個電極連接到共用端子23。
保護電路設置在像素部17和掃描線輸入端子11及信號線輸入端子12之間。在本實施例模式中，設置多個保護電路，以得到不產生如下情況的結構：因靜電等而對掃描線13、信號線14及電容匯流排27施加衝擊電壓，而損壞像素電晶體19等。因此，保護電路構成為當施加衝擊電壓時，向共用佈線29或共用佈線28釋放電荷。
在本實施例模式中，示出在顯示裝置內設置保護電路24、保護電路25、保護電路26的例子。注意，保護電路的結構不局限於此。
圖2示出保護電路的一例。該保護電路係由在掃描線13和共用佈線29之間並聯配置的非線性元件30及非線性元件31所構成。非線性元件30及非線性元件31係由二極體等的二端子元件或電晶體等的三端子元件所構成。例如，可以與像素部的像素電晶體相同的步驟形成保護電路，例如藉由連接閘極端子和汲極電極端子，可以使其具有與二極體同樣的特性。
非線性元件30的第一端子(閘極)和第三端子(汲極)連接到掃描線13，而第二端子(源極)連接到共用 佈線29。此外，非線性元件31的第一端子(閘極)和第三端子(汲極)連接到共用佈線29，而第二端子(源極)連接到掃描線13。亦即，圖2所示的保護電路採用如下結構：兩個電晶體分別使整流方向彼此相反來連接掃描線13和共用佈線29。換言之，採用如下結構：在掃描線13和共用佈線29之間連接其整流方向從掃描線13向共用佈線29的電晶體和其整流方向從共用佈線29向掃描線13的電晶體。
在圖2所示的保護電路中，當相對於共用佈線29，掃描線13因靜電等而帶正電或負電時，電流向消除其電荷的方向流過。例如，當掃描線13帶正電時，電流向將其正電荷釋放到共用佈線29的方向流過。藉由該操作，可以防止連接到帶電的掃描線13的像素電晶體19的靜電損壞或臨界電壓的移動。此外，可以防止帶電的掃描線13和隔著絕緣層與其交叉的其他佈線之間的絕緣膜的絕緣擊穿。
此外，在圖2中，使用將第一端子(閘極)連接到掃描線13的非線性元件30以及將第一端子(閘極)連接到共用佈線29的非線性元件31，亦即，使用整流方向彼此相反的兩個一組的非線性元件，並且利用各第二端子(源極)和第三端子(汲極)而連接共用佈線29和掃描線13。換言之，非線性元件30和非線性元件31並聯。作為其他結構，還可以附加並聯連接的非線性元件，而提高保護電路的操作穩定性。例如，圖3示出設置在掃描線13 和共用佈線29之間並由非線性元件30a和非線性元件30b以及非線性元件31a和非線性元件31b構成的保護電路。該保護電路使用將第一端子(閘極)連接到共用佈線29的兩個非線性元件(30b、31b)和將第一端子(閘極)連接到掃描線13的兩個非線性元件(30a、31a)的一共四個非線性元件。即，在共用佈線29和掃描線13之間連接兩組的以使整流方向彼此相反的方式連接兩個非線性元件的結構。換言之，採用在掃描線13和共用佈線29之間連接其整流方向從掃描線13向共用佈線29的兩個電晶體和其整流方向從共用佈線29向掃描線13的兩個電晶體的結構。這樣，藉由利用四個非線性元件連接共用佈線29和掃描線13，不僅在對掃描線13施加衝擊電壓的情況下，而且在因靜電等而使共用佈線29帶電的情況下，也可以防止其電荷直接流到掃描線13。另外，在圖9A和9B中示出在將四個非線性元件配置在基板上的情況的一個模式及其等效電路圖。圖9B所例示的等效電路圖與圖3A及3B等效，並且在圖9B中所記載的各個非線性元件對應於在圖3A及3B中所記載的非線性元件。具體而言，非線性元件740a對應於非線性元件30b，非線性元件740b對應於非線性元件31b，非線性元件740c對應於非線性元件30a，並且非線性元件740d對應於非線性元件31a。另外，圖9A及9B的掃描線651對應於掃描線13，並且共用佈線650對應於共用佈線29。從而，將圖9A所例示的四個非線性元件配置在基板之上來形成的保 護電路的一個實施例也是圖3所例示的保護電路的一個例子。
此外，作為使用奇數個非線性元件的保護電路的例子，圖8A示出將非線性元件配置在基板之上的例子，而圖8B示出等效電路圖。在該電路中，將730b、730a作為切換元件連接到非線性元件730c。像這樣，藉由串聯連接非線性元件，可以分散對構成保護電路的非線性元件施加的暫態的負載。
雖然圖2示出在掃描線13側設置保護電路的例子，但是也可以將與其同樣的結構的保護電路應用於信號線14側。
圖4A是示出保護電路的一例的平面圖，而圖4B示出其等效電路圖。此外，圖5示出對應於圖4A所示的線Q1-Q2的剖面圖。以下參照圖4A至圖5說明保護電路的一個結構的例子。
非線性元件170a及非線性元件170b具有使用與掃描線13相同的層形成的閘極電極111及閘極電極16。在閘極電極111及閘極電極16之上形成有閘極絕緣膜102。在閘極絕緣膜102之上形成第一氧化物半導體層113，並且以隔著第一氧化物半導體層113在閘極電極111之上彼此相對的方式設置第一佈線層117a及第二佈線層117b。此外，非線性元件170a及非線性元件170b在主要部分中具有相同結構。
在本發明的一個實施例中，藉由設置在閘極絕緣膜 102中的接觸孔128直接連接以與閘極電極111相同的層形成的掃描線13和非線性元件170a的第三端子(汲極電極)，不僅可以將藉由連接而形成的介面抑制為一個，還可以將藉由連接而形成的接觸孔抑制為一個。
第一氧化物半導體層113以在彼此相對的第一佈線層117a及第二佈線層117b下方隔著閘極絕緣膜102覆蓋閘極電極111的方式設置。換言之，第一氧化物半導體層113與閘極電極111重疊，並與閘極絕緣膜102的上表面部和第二氧化物半導體層114a及114b的下表面部接觸地設置。在此，第一佈線層117a具有從第一氧化物半導體層113側層疊有第二氧化物半導體層114a和導電層115a的結構。與此相同，第二佈線層117b具有從第一氧化物半導體層113側層疊有第二氧化物半導體層114b和導電層115b的結構。
第二氧化物半導體層(114a及114b)與第一氧化物半導體層113、導電層(115a及115b)接觸並在其中間設置，以形成第一氧化物半導體層113和其導電率比第一氧化物半導體層113高的第二氧化物半導體層(114a及114b)所接觸的物理性質彼此不同的氧化物半導體層的接合。藉由在非線性元件170a和非線性元件170b之間設置這種接合結構，可以進行穩定的操作。換言之，熱穩定性增高，而可以實現穩定的操作。據此，可以提高保護電路的功能並實現操作的穩定化。此外，接面漏洩(junction leak)降低，而可以提高非線性元件170a及非線性元件 170b的特性。
在本說明書中用於第一氧化物半導體層的氧化物半導體形成表示為InMO3(ZnO)m(m>0)的薄膜，並製造將該薄膜用作半導體層的非線性元件及薄膜電晶體。另外，M表示選自Ga、Fe、Ni、Mn及Co中的一種金屬元素或多種金屬元素。例如，作為M，在些情況中採用Ga，在些情況中包含除了Ga以外的上述的金屬元素諸如Ga和Ni或Ga和Fe等。此外，在上述氧化物半導體中，有如下氧化物半導體：不僅包含作為M的金屬元素，而且還包含作為雜質元素的Fe、Ni、其他遷移金屬元素或該遷移金屬的氧化物。在本說明書中，將該薄膜也稱為In-Ga-Zn-O類非單晶膜。
表1示出利用感應耦合電漿質量分析法(ICP-MS)的典型測量例子。在使用將氧化銦(In2O3)、氧化鎵(Ga2O3)和氧化鋅(ZnO)的組成比設定為1：1：1(=In2O3：Ga2O3：ZnO)的靶(In：Ga：Zn=1：1：0.5)，並將進行濺射法時的氬氣體流量設定為40sccm的條件1下所獲得的氧化物半導體膜是InGa0.95Zn0.41O3.33。此外，在將進行濺射法時的氬氣體流量設定為10sccm，並將氧流量設定為5sccm的條件2下所獲得的氧化物半導體膜是InGa0.94Zn0.40O3.31。
[表1]
此外，表2示出將測量方法變為盧瑟福背向散射光譜學法(RBS)來進行定量化而得到的結果。
利用RBS分析測量條件1的樣品。其結果是，氧化物半導體膜是InGa0.93Zn0.44O3.49。此外，利用RBS分析測量條件2的樣品。其結果是，氧化物半導體膜是InGa0.92Zn0.45O3.86。
當利用X線繞射(XRD)分析時，在In-Ga-Zn-O類非單晶膜中觀察到非晶結構。另外，至於測量的樣品的In-Ga-Zn-O類非單晶膜，在利用濺射法形成膜之後，以200℃至500℃，典型是300℃至400℃進行10分鐘至100 分鐘的加熱處理。此外，可以製造具有如下電特性的薄膜電晶體：當閘極電壓是±20V時，導通/截止比(on/off ratio)是109以上且遷移率是10cm2/V．S以上。
第二氧化物半導體層(114a及114b)具有比第一氧化物半導體層113高的導電率。因此，在本實施例模式中的非線性元件170a及非線性元件170b中，第二氧化物半導體層(114a及114b)呈現與電晶體的源極區及汲極區相同的功能。成為源極區及汲極區的第二氧化物半導體層(114a及114b)具有n型導電性，其活化能(△E)是0.01eV以上且0.1eV以下，並且可以將其稱為n+區。另外，在第二氧化物半導體層是包含In、Ga、Zn及O的非單晶氧化物半導體層的情況下，於些情況中在非單晶結構中包含奈米晶體(nanocrystal)。
在第一氧化物半導體層113之上設置有層間絕緣膜107。層間絕緣膜107使用氧化矽或氧化鋁等的氧化物形成。此外，藉由在氧化矽或氧化鋁之上層疊氮化矽、氮化鋁、氧氮化矽或氧氮化鋁，可以進一步提高作為保護膜的功能。
不管是上述哪一種情況，都藉由使用氧化物形成與第一氧化物半導體層113接觸的層間絕緣膜107，可以防止從第一氧化物半導體層113抽取出氧，而使其變成氧缺乏型。此外，藉由採用第一氧化物半導體層113不直接接觸於由氮化物構成的絕緣層的結構，可以防止氮化物中的氫擴散而在第一氧化物半導體層113中產生起因於羥基等的 缺陷。
像這樣，根據本實施例模式，可以得到具有由氧化物半導體構成的保護電路的顯示裝置。藉由隔著其導電率比第一氧化物半導體層高的第二氧化物半導體層設置導電層和第一氧化物半導體層所接合的區域，可以進行穩定的操作。據此，可以提高保護電路的功能並實現操作的穩定化。另外，藉由設置在閘極絕緣膜102中的接觸孔128直接連接以與閘極電極111相同的層形成的掃描線13和非線性元件170a的第三端子(汲極)，不僅可以將藉由連接而形成的介面抑制為一個，還可以將用於連接而形成的接觸孔抑制為一個。其結果是，不僅可以提高保護電路的功能並實現操作的穩定化，還可以將保護電路的佔有面積設定得小而實現顯示裝置的小型化。特別是，隨著構成保護電路的非線性元件增加為三個、四個，抑制介面數和接觸孔數的效果變大。
注意，雖然在圖4A至圖5表示設置於掃描線13的保護電路的一例，但是也可以將同樣的保護電路應用於信號線、電容匯流排等。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式2
在本實施例模式中，參照圖6A至7C說明在實施例模式1中圖4A所示的保護電路的製造程序的一個例子。 圖6A至7C示出對應於圖4A中的線Q1-Q2的剖面圖。
在圖6A中，作為具有透光性的基板100，可以使用在市場上銷售的鋇硼矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋁矽酸鹽玻璃等的玻璃基板。例如，較佳使用氧化鋇(BaO)的成分比大於硼酸(B2O3)的成分比，並應變點為730℃以上的玻璃基板。這是因為當在約700℃的高溫下對氧化物半導體層進行熱處理時，玻璃基板也不扭曲的緣故。
接著，在基板100的整個面之上形成包括閘極電極111及掃描線13的閘極佈線、電容佈線及成為端子部的端子的導電膜。導電膜較佳使用鋁(Al)或銅(Cu)等的低電阻導電材料形成，然而，當僅採用鋁單獨時耐熱性很低並有容易腐蝕等問題，所以較佳與耐熱導電材料組合來形成。耐熱導電材料使用選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、Sc(鈧)中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金膜或者以上述元素為成分的氮化物形成。
成為包括閘極電極111的佈線層的導電膜以50nm以上且300nm以下的厚度形成。藉由將成為包括閘極電極111的佈線層的導電膜的厚度設定為300nm以下，可以防止然後形成的半導體膜或佈線的破裂。另外，藉由將成為包括閘極電極111的佈線層的導電膜的厚度設定為150nm以上，可以減少閘極電極的電阻，而可以實現大面積化。
注意，在此藉由濺射法在基板100的整個面上層疊以 鋁為主要成分的膜和鈦膜來形成導電膜。
接著，利用使用本實施例模式中的第一光罩形成的抗蝕劑遮罩，並對形成在基板上的導電膜的不要的部分進行蝕刻和去除，而形成佈線及電極(包括閘極電極111的閘極佈線、電容佈線及端子)。此時，進行蝕刻，以至少在閘極電極111的端部形成錐形。圖6A示出該步驟的剖面圖。
接著，形成閘極絕緣膜102。作為可以用於閘極絕緣膜102的絕緣膜的例子，可以舉出氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氧化鎂膜、氮化鋁膜、氧化銥膜、氧化鉿膜、氧化鉭膜。
在此，氧氮化矽膜是指在其組成中氧含量多於氮含量的膜，並且其是指在其濃度範圍中包含55原子%至65原子%的氧、1原子%至20原子%的氮、25原子%至35原子%的Si以及0.1原子%至10原子%的氫的膜。此外，氮氧化矽膜是指在其組成中氮含量多於氧含量的膜，並且其是指在其濃度範圍中包含15原子%至30原子%的氧、20原子%至35原子%的氮、25原子%至35原子%的Si以及15原子%至25原子%的氫的膜。
閘極絕緣膜既可以是單層，又可以是層疊兩層或三層絕緣膜而形成的膜。例如，藉由使用氮化矽膜或氮氧化矽膜形成接觸於基板的閘極絕緣膜，基板和閘極絕緣膜的密貼力提高，並且在作為基板使用玻璃基板的情況下，可以防止來自基板的雜質擴散到氧化物半導體層，進而可以防 止包括閘極電極111的佈線層的氧化。亦即，可以防止膜的剝離並可以提高然後形成的薄膜電晶體的電特性。
另外，將閘極絕緣膜102的厚度設定為50nm至250nm。因為當閘極絕緣膜的厚度是50nm以上時，可以覆蓋包括閘極電極111的佈線層的凹凸不平，所以這是較佳的。在此，藉由電漿CVD法或濺射法形成厚度是100nm的氧化矽膜作為閘極絕緣膜102。
接著，利用使用本實施例模式的第二光罩形成的抗蝕劑遮罩對閘極絕緣膜102進行蝕刻，而形成到達掃描線13的接觸孔128。
接著，對形成第一氧化物半導體膜之前的閘極絕緣膜102進行電漿處理。在此，進行導入氧氣體和氬氣體並產生電漿的反向濺射，並且對露出的閘極絕緣層照射氧自由基或氧。像這樣，去除附著在表面的塵屑。
另外，藉由利用濺射法並適當地轉換導入處理室內的氣體或設置的靶，可以不接觸於大氣地連續形成閘極絕緣膜102、第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜。藉由不接觸於大氣地連續進行形成，可以防止雜質的混入。在不接觸於大氣地連續進行形成的情況下，較佳使用多室方式的製造裝置。
特別是，較佳不接觸於大氣地連續形成接觸於第一氧化物半導體膜的閘極絕緣膜102和第一氧化物半導體膜。藉由連續形成膜，可以形成沒有因水蒸氣等的大氣成分和懸浮在大氣中的雜質元素及塵屑所引起的污染的疊層介 面，所以可以減少非線形元件及薄膜電晶體的特性的變動。
注意，在本說明書中，連續膜形成是指如下狀態：在從利用濺射法進行的第一處理步驟到利用濺射法進行的第二處理步驟的一系列步驟中，放置有被處理基板的氛圍不接觸於大氣等的污染氛圍而一直控制為真空或惰性氣體氛圍(氮氣氛圍或稀有氣體氛圍)。藉由進行連續膜形成，可以保持水分等不附著於清淨化了的經處理基板之上的狀態而進行膜形成。另外，如反向濺射處理那樣的處理也包括在連續膜形成之內。
接著，不使進行了電漿處理的閘極絕緣膜102暴露於大氣地形成第一氧化物半導體膜。藉由不使進行了電漿處理的閘極絕緣膜102暴露於大氣地形成第一氧化物半導體膜，可以防止塵埃和水分附著在閘極絕緣膜102和第一氧化物半導體膜之間的介面上的問題。另外，作為第一氧化物半導體膜的成膜，可以使用與先進行反向濺射的處理室相同的處理室，若可以不暴露於大氣地進行膜形成，則還可以在與先進行反向濺射的處理室不同的處理室中進行膜形成。
在此，使用直徑是8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶(組成比是In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1)，將基板和靶之間的距離設定為170mm，將壓力設定為0.4Pa，將直流(DC)電源設定為0.5kW，並且在氬或氧氛圍下形成膜。此外，較佳使用脈衝直流(DC)電源，因 為此時可以減少塵埃，並且膜厚度的分佈也變均勻。將第一氧化物半導體膜的厚度設定為5nm至200nm。在本實施例模式中將第一氧化物半導體膜的厚度設定為100nm。
藉由使第一氧化物半導體膜的膜形成條件與第二氧化物半導體膜的膜形成條件不同，第一氧化物半導體膜具有與第二氧化物半導體膜不同的組成。作為一例，使第一氧化物半導體膜中包含比第二氧化物半導體膜中的氧濃度多的氧。例如，採用如下條件：與第二氧化物半導體膜的沉積條件中的氧氣體流量和氬氣體流量的比率相比，在第一氧化物半導體膜的沉積條件中氧氣體流量所占的比率高。具體而言，第二氧化物半導體膜的沉積條件是稀有氣體(氬或氦等)氛圍下(或者氧氣體10%以下且氬氣體90%以上)，而第一氧化物半導體膜的沉積條件是氧氛圍下(或者氧氣體流量等於或多於氬氣體流量)。
藉由使多量的氧包含在第一氧化物半導體膜中，可以使其導電率低於第二氧化物半導體膜的導電率。另外，因為藉由使多量的氧包含在第一氧化物半導體膜中，可以降低截止電流，所以可以得到導通/截止比高的薄膜電晶體。
接著，利用濺射法在第一氧化物半導體膜之上形成第二氧化物半導體膜。在此，使用直徑是8英寸的包含In、Ga及Zn的氧化物半導體靶(In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1)，將基板和靶之間的距離設定為170mm，將壓力設定 為0.4Pa，將直流(DC)電源設定為0.5kW，將沉積溫度設定為室溫，並且導入流量是40sccm的氬氣體而進行濺射成膜。據此，形成以In、Ga、Zn及氧為成分的半導體膜作為第二氧化物半導體膜。雖然故意使用將其組成比設定為In2O3：Ga2O3：ZnO=1：1：1的靶，但是常常形成剛成膜後包括其尺寸是1nm至10nm的晶粒的氧化物半導體膜。此外，藉由適當地控制反應性濺射的沉積條件，諸如靶的成分比、沉積壓力(0.1Pa至2.0Pa)、電力(250W至3000W：8英寸Φ)、溫度(室溫至100℃)等，可以控制是否有晶粒、晶粒的密度，並且將直徑尺寸控制在1nm至10nm的範圍內。將第二氧化物半導體膜的厚度設定為5nm至20nm。當然，當在膜中包含晶粒時，所包含的晶粒的尺寸不超過膜厚度。在本實施例模式中將第二氧化物半導體膜的厚度設定為5nm。
接著，進行第三微影程序形成抗蝕劑遮罩，並且對第一氧化物半導體膜及第二氧化物半導體膜進行蝕刻。在此，藉由使用ITO07N(日本關東化學公司製造的產品)的濕式蝕刻，去除不需要的部分，以形成第一氧化物半導體層113及第二氧化物半導體層114。注意，在此蝕刻不局限於濕式蝕刻，也可以利用乾式蝕刻。圖6B示出該步驟中的剖面圖。
接著，在第二氧化物半導體層114及閘極絕緣膜102之上利用濺射法或真空蒸鍍法形成由金屬材料構成的導電膜105。作為導電膜105的材料，可以舉出選自Al、Cr、 Ta、Ti、Mo、W中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金膜等。
另外，在進行200℃至600℃的熱處理的情況下，較佳使導電膜具有承受該熱處理的耐熱性。當僅採用Al單獨時耐熱性很低並有容易腐蝕等問題，所以與耐熱導電材料組合來形成導電膜。作為與Al組合的耐熱導電材料，使用選自鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、釹(Nd)、Sc(鈧)中的元素、以上述元素為成分的合金、組合上述元素的合金膜或者以上述元素為成分的氮化物，而形成導電膜。
在此，作為導電膜105，採用如下三層結構：採用Ti膜，在該Ti膜之上層疊包含Nd的鋁(Al-Nd)膜，並且在其之上形成Ti膜。此外，導電膜105也可以採用兩層結構，即可以在鋁膜之上層疊鈦膜。另外，導電膜105也可以採用包含矽的鋁膜的單層結構、鈦膜的單層結構。圖6C示出該步驟中的剖面圖。
另外，因為在閘極絕緣膜102中形成有接觸孔128，所以成為源極電極層及汲極電極層的導電膜當形成時通過接觸孔128連接到掃描線13。
接著，進行第四微影程序，形成抗蝕劑遮罩131，並且藉由蝕刻去除導電膜105的不需要的部分，而形成導電層115a及115b(參照圖7A)。作為此時的蝕刻方法，使用濕式蝕刻或乾式蝕刻。在此，使用以SiCl4和BCl3的混合氣體為反應氣體的乾式蝕刻，對層疊Al-Nd膜和Ti膜 的導電膜進行蝕刻，以形成導電層115a及115b。
接著，使用與對導電膜105進行的蝕刻相同的抗蝕劑遮罩131，對第二氧化物半導體膜進行蝕刻。在此，藉由使用ITO07N(日本關東化學公司製造的產品)的濕式蝕刻去除不需要的部分，以形成第二氧化物半導體層114a、114b。作為此時的蝕刻，不局限於濕式蝕刻而也可以使用乾式蝕刻。此外，雖然也根據蝕刻條件，但是在對第二氧化物半導體膜進行的蝕刻步驟中，第一氧化物半導體層113的露出區域的一部分也受到蝕刻。因此，在第二氧化物半導體層114a、114b之間的第一氧化物半導體層113的通道形成區域如圖7A所示成為膜厚度薄的區域。
接著，去除抗蝕劑遮罩131。另外，也可以對露出的第一氧化物半導體層113的表面進行電漿處理。藉由進行氧電漿處理，可以恢復第一氧化物半導體層113的因蝕刻而產生的損傷。電漿處理在O2、N2O、較佳的是包含氧的氛圍下進行。作為包含氧的氛圍的例子，可以舉出對N2、He、Ar等添加氧的氛圍。另外，也可以在上述氛圍中加上Cl2、CF4的氛圍下進行處理。注意，電漿處理較佳以無偏壓進行。圖7B示出該步驟中的剖面圖。
接著，較佳進行200℃至600℃，典型地300℃至500℃的熱處理。在此，在爐中，在氮氛圍或大氣氛圍下進行350℃且一個小時的熱處理。藉由該熱處理，進行In-Ga-Zn-O類非單晶膜的原子級的重新排列。由於藉由該熱處理消除阻擋載子的遷移的畸變，所以在此進行的熱處理 (包括光退火)重要。此外，進行熱處理的時序只要是氧 化物半導體膜的膜形成後，就沒有特別的限制，例如也可以在形成像素電極後進行熱處理。以上述步驟可以製造以第一氧化物半導體層113為通道形成區域的非線性元件170a。
接著，形成覆蓋非線性元件170a的層間絕緣膜107。作為層間絕緣膜107，可以使用藉由濺射法等得到的氮化矽膜、氧化矽膜、氧氮化矽膜、氧化鋁膜、氧化鉭膜等。如上所述，藉由四個微影程序使用四個光罩，可以完成具有多個非線性元件(在本實施例模式中，具有兩個非線性元件170a及170b)的保護電路。圖7C示出該步驟中的剖面圖。
在形成保護電路之後，連接到如下薄膜電晶體地連續形成像素電極，該薄膜電晶體是以與非線性元件相同步驟一體地形成的顯示裝置的像素部分的薄膜電晶體。首先，使用未圖示出的第五抗蝕劑遮罩，在層間絕緣膜107中形成到達也未圖示出的像素部分的薄膜電晶體的汲極電極層的接觸孔。
接著，在去除抗蝕劑遮罩之後形成透明導電膜。作為透明導電膜的材料利用氧化銦(In2O3)、氧化銦氧化錫合金(In2O3-SnO2，以下簡稱ITO)等，並使用濺射法、真空蒸鍍法等，而形成透明導電膜。藉由利用鹽酸類的溶液進行對於上述材料的蝕刻處理。但是，因為尤其對ITO的蝕刻容易產生殘渣，所以也可以使用氧化銦氧化鋅合金 (In2O3-ZnO)，以改善蝕刻加工性。
接著，進行第六微影程序，形成抗蝕劑遮罩，藉由蝕刻去除透明導電膜的不需要的部分，而形成像素電極。另外，以電容部中的閘極絕緣膜102及層間絕緣膜107為電介質，並由電容佈線和像素電極形成儲存電容。另外，使透明導電膜殘留在端子部上，並且形成用於與FPC的連接的電極或佈線、用作源極電極佈線的輸入端子的用於連接的端子電極。
像這樣，藉由在以與非線性元件同一步驟一體地形成的多個薄膜電晶體中形成像素電極，可以同時進行具有n通道TFT的像素部的製造和保護電路的製造。藉由設置接合到其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層的區域，可以進行穩定的操作。據此，可以提高保護電路的功能並實現操作的穩定化。另外，藉由設置在閘極絕緣膜102中的接觸孔128直接連接以與閘極電極111相同的層形成的掃描線13和非線性元件170a的第三端子(汲極)，不僅可以將藉由連接而形成的介面抑制為一個，還可以將用於連接的接觸孔抑制為一個。其結果是，不僅可以提高保護電路的功能並實現其操作的穩定化，還可以將保護電路的佔有面積設定得小並實現顯示裝置的小型化。換言之，根據本實施例模式所示的步驟，不僅可以提高保護電路的功能並實現其操作的穩定化，還可以製造安裝有其佔有面積小的保護電路的主動矩陣型的用於顯示裝置的基板。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式3
在本實施例模式中，作為應用本發明的一個實施例的顯示裝置，示出在同一個基板之上具有保護電路和配置在像素部中的薄膜電晶體的電子紙的例子。
在圖10中，作為應用本發明的一個實施例的顯示裝置的例子，示出主動矩陣型電子紙。用於半導體裝置的薄膜電晶體581可以與實施例模式2所示的非線性元件同樣製造，並且用於半導體裝置的薄膜電晶體581是將包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體。
圖10的電子紙是採用扭轉球顯示方式的顯示裝置的例子。扭轉球顯示方式是指一種方法，其中將分別著色為白色和黑色的球形粒子配置在用於顯示元件的電極層的第一電極層及第二電極層之間，並且在第一電極層及第二電極層之間產生電位差來控制球形粒子的方向，以進行顯示。
薄膜電晶體581是底部閘極結構的薄膜電晶體，並且藉由形成在絕緣層585中的開口源極電極層或汲極電極層電連接到第一電極層587。在第一電極層587和第二電極層588之間設置有球形粒子589，該球形粒子589具有黑色區590a和白色區590b，其周圍包括充滿了液體的空洞 594，並且球形粒子589的周圍充滿有樹脂等的填充材料595(參照圖10)。注意，圖10中的附圖標記580表示基板，583表示層間絕緣層，584表示保護膜，並且596表示基板。
此外，還可以使用電泳元件代替扭轉球。使用直徑為約10μm至200μm的微膠囊，該微膠囊中封入有透明液體、帶正電的白色微粒和帶負電的黑色微粒。當對設置在第一電極層和第二電極層之間的微膠囊由第一電極層和第二電極層施加電場時，白色微粒和黑色微粒向相反方向移動，從而可以顯示白色或黑色。應用這種原理的顯示元件就是電泳顯示元件，一般稱為電子紙。電泳顯示元件具有比液晶顯示元件高的反射率，因而不需要輔助燈。此外，其耗電量低，並且在昏暗的地方也能夠辨別顯示部。另外，即使不向顯示部供應電源，也能夠保持顯示過一次的影像。從而，即使使具有顯示功能的半導體裝置(簡單地也稱為顯示裝置，或稱為具備顯示裝置的半導體裝置)離開例如成為電源供應源的電波發射源，也可以儲存顯示過的影像。
在藉由上述步驟所製造的電子紙所安裝有的保護電路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高且其操作穩定。因此，安裝有這種保護電路的本實施例模式的電子紙的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式4
在本實施例模式中，以下使用圖11A至圖16說明：在本發明的一個實施例的半導體裝置的一例的顯示裝置中，在同一個基板之上至少製造保護電路、驅動電路的一部分和配置在像素部中的薄膜電晶體的例子。
與實施例模式2所示的非線性元件同樣地形成配置在與保護電路同一個基板之上的像素部中的薄膜電晶體。此外，因為形成的薄膜電晶體是n通道TFT，所以將驅動電路中的可以由n通道TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部中的薄膜電晶體同一個基板之上。
圖11A示出本發明的一個實施例的半導體裝置的一例的主動矩陣型液晶顯示裝置的方塊圖的一例。圖11A所示的顯示裝置在基板5300上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5301；選擇各像素的掃描線驅動電路5302；以及控制對被選擇的像素的視頻信號輸入的信號線驅動電路5303。
像素部5301藉由從信號線驅動電路5303在行方向上延伸地配置的多個信號線S1至Sm(未圖示出)與信號線驅動電路5303連接，藉由從掃描線驅動電路5302在列方向上延伸地配置的多個掃描線G1至Gn(未圖示出)與掃描線驅動電路5302連接，並且具有對應於信號線S1至 Sm以及掃描線G1-Gn配置為矩陣狀的多個像素(未圖示出)。並且，各個像素與信號線Sj(信號線S1至Sm中的任一個)、掃描線Gi(掃描線G1至Gn中的任一個)連接。
此外，可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以同樣的方法形成的薄膜電晶體是n通道TFT，參照圖12來說明由n通道TFT構成的信號線驅動電路。
圖12所示的信號線驅動電路包括：驅動器IC5601；開關群5602_1至5602_M；第一佈線5611；第二佈線5612；第三佈線5613；以及佈線5621_1至5621_M。開關群5602_1至5602_M分別包括第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b以及第三薄膜電晶體5603c。
驅動器IC5601連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及佈線5621_1至5621_M。而且，開關群5602_1至5602_M分別連接到第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線5613及分別對應於開關群5602_1至5602_M的佈線5621_1至5621_M。而且，佈線5621_1至5621_M分別藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到三個信號線。例如，第J行的佈線5621_J(佈線5621_1至5621_M中的任一個)分別藉由開關群5602_J所具有的第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。
注意，對第一佈線5611、第二佈線5612、第三佈線 5613分別輸入信號。
注意，驅動器IC5601較佳形成在單晶基板之上。再者，開關群5602_1至5602_M較佳形成在與像素部同一個基板之上。因此，較佳藉由FPC等連接驅動器IC5601和開關群5602_1至5602_M。
接著，參照圖13的時序圖說明圖12所示的信號線驅動電路的操作。注意，圖13的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi時的時序圖。再者，第i列掃描線Gi的選擇期間被分割為第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3。而且，在選擇其他列的掃描線的情況下，圖12的信號線驅動電路也進行與圖13相同的操作。
注意，圖13的時序圖示出第J行佈線5621_J分別藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c連接到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1的情況。
注意，圖13的時序圖示出第i列掃描線Gi被選擇的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通/截止的時序5703a、第二薄膜電晶體5603b的導通/截止的時序5703b、第三薄膜電晶體5603c的導通/截止的時序5703c及輸入到第J行佈線5621_J的信號5721_J。
注意，對佈線5621_1至佈線5621_M在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中分別輸入不同的視頻信號。例如，在第一子選擇期間T1中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj-1，在第 二子選擇期間T2中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj，並且在第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號輸入到信號線Sj+1。再者，在第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2及第三子選擇期間T3中輸入到佈線5621_J的視頻信號分別為Data_j-1、Data_j、Data_j+1。
如圖13所示，在第一子選擇期間T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。在第二子選擇期間T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此，圖12的信號線驅動電路藉由將一個閘極選擇期間分割為三個來可以在一個閘極選擇期間中將視頻信號從一個佈線5621輸入到三個信號線。因此，圖12的信號線驅動電路可以將形成有驅動器IC 5601的基板和形成有像素部的基板的連接數設定為信號線數的大約1/3。藉由將連接數設定為大約1/3，圖12的信號線驅動電路可以提高可靠性、成品率等。
注意，只要可以如圖12所示將一個閘極選擇期間分割為多個子選擇期間，並在各子選擇期間中從某一個佈線向多個信號線分別輸入視頻信號，就對於薄膜電晶體的配置、數量及驅動方法等沒有限制。
例如，當在三個以上的子選擇期間的每一個期間中從一個佈線將視頻信號分別輸入到三個以上的信號線時，添加薄膜電晶體及用於控制薄膜電晶體的佈線，即可。但是，當將一個閘極選擇期間分割為四個以上的子選擇期間時，一個子選擇期間變短。因此，較佳將一個閘極選擇期間分割為兩個或三個子選擇期間。
作為另一個例子，也可以如圖14的時序圖所示，將一個選擇期間分割為預充電期間Tp、第一子選擇期間T1、第二子選擇期間T2、第三子選擇期間T3。再者，圖14的時序圖示出選擇第i列掃描線Gi的時序、第一薄膜電晶體5603a的導通/截止的時序5803a、第二薄膜電晶體5603b的導通/截止的時序5803b、第三薄膜電晶體5603c的導通/截止的時序5803c以及輸入到第J行佈線5621_J的信號5821_J。如圖14所示，在預充電期間Tp中，第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c導通。此時，輸入到佈線5621_J的預充電電壓Vp藉由第一薄膜電晶體5603a、第二薄膜電晶體5603b及第三薄膜電晶體5603c分別輸入到信號線Sj-1、信號線Sj、信號線Sj+1。在第一子選擇期間T1中，第一薄膜電晶體5603a導通，而第二薄膜電晶體5603b及第三 薄膜電晶體5603c截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j-1藉由第一薄膜電晶體5603a輸入到信號線Sj-1。 在第二子選擇期間T2中，第二薄膜電晶體5603b導通，而第一薄膜電晶體5603a及第三薄膜電晶體5603c截止。 此時，輸入到佈線5621_J的Data_j藉由第二薄膜電晶體5603b輸入到信號線Sj。在第三子選擇期間T3中，第三薄膜電晶體5603c導通，而第一薄膜電晶體5603a及第二薄膜電晶體5603b截止。此時，輸入到佈線5621_J的Data_j+1藉由第三薄膜電晶體5603c輸入到信號線Sj+1。
據此，因為應用圖14的時序圖的圖12的信號線驅動電路可以藉由在子選擇期間之前提供預充電選擇期間來對信號線進行預充電，所以可以高速地進行對像素的視頻信號的寫入。注意，在圖14中，使用相同的附圖標記來表示與圖13相同的部分，而省略對於相同的部分或具有相同的功能的部分的詳細說明。
此外，說明掃描線驅動電路的結構。掃描線驅動電路包括移位暫存器、緩衝器。此外，根據情況，還可以包括位準偏移器。在掃描線驅動電路中，藉由對移位暫存器輸入時鐘信號(CLK)及起始脈衝信號(SP)，以產生選擇信號。所產生的選擇信號在緩衝器中被緩衝放大，並供應到對應的掃描線。掃描線連接有一條線的像素的電晶體的閘極電極。而且，由於需要一起導通一條線的像素的電晶體，因此使用能夠產生大電流的緩衝器。
參照圖15和圖16說明用於掃描線驅動電路的一部分 的移位暫存器的一個例子。
圖15示出移位暫存器的電路結構。圖15所示的移位暫存器由多個觸發器(觸發器5701_1至5701_n)構成。此外，該移位暫存器藉由輸入第一時鐘信號、第二時鐘信號、起始脈衝信號、重設信號來進行操作。
說明圖15的移位暫存器的連接關係。在圖15的移位暫存器的第i級觸發器5701_i(觸發器5701_1至5701_n中的任一個)中，圖16所示的第一佈線5501連接到第七佈線5717_i-1，圖16所示的第二佈線5502連接到第七佈線5717_i+1，圖16所示的第三佈線5503連接到第七佈線5717_i，並且圖16所示的第六佈線5506連接到第五佈線5715。
此外，在奇數級的觸發器中圖16所示的第四佈線5504連接到第二佈線5712，在偶數級的觸發器中其連接到第三佈線5713，並且圖16所示的第五佈線5505連接到第四佈線5714。
但是，第一級觸發器5701_1的圖16所示的第一佈線5501連接到第一佈線5711，而第n級觸發器5701_n的圖16所示的第二佈線5502連接到第六佈線5716。
注意，第一佈線5711、第二佈線5712、第三佈線5713、第六佈線5716也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第四佈線5714、第五佈線5715也可以分別稱為第一電源線、第二電源線。
接著，圖16示出圖15所示的觸發器的詳細結構。圖16所示的觸發器包括第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578。注意，第一薄膜電晶體5571、第二薄膜電晶體5572、第三薄膜電晶體5573、第四薄膜電晶體5574、第五薄膜電晶體5575、第六薄膜電晶體5576、第七薄膜電晶體5577以及第八薄膜電晶體5578是n通道電晶體，並且當閘極-源極電極間電壓(Vgs)超過臨界電壓(Vth)時它們成為導通狀態。
接著，下面示出圖16所示的觸發器的連接結構。
第一薄膜電晶體5571的第一電極(源極電極及汲極電極的其中一者)連接到第四佈線5504，並且第一薄膜電晶體5571的第二電極(源極電極及汲極電極的另一者)連接到第三佈線5503。
第二薄膜電晶體5572的第一電極連接到第六佈線5506，並且第二薄膜電晶體5572的第二電極連接到第三佈線5503。
第三薄膜電晶體5573的第一電極連接到第五佈線5505，第三薄膜電晶體5573的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極，並且第三薄膜電晶體5573的閘極電極連接到第五佈線5505。
第四薄膜電晶體5574的第一電極連接到第六佈線 5506，第四薄膜電晶體5574的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極，並且第四薄膜電晶體5574的閘極電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極。
第五薄膜電晶體5575的第一電極連接到第五佈線5505，第五薄膜電晶體5575的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第五薄膜電晶體5575的閘極電極連接到第一佈線5501。
第六薄膜電晶體5576的第一電極連接到第六佈線5506，第六薄膜電晶體5576的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第六薄膜電晶體5576的閘極電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極。
第七薄膜電晶體5577的第一電極連接到第六佈線5506，第七薄膜電晶體5577的第二電極連接到第一薄膜電晶體5571的閘極電極，並且第七薄膜電晶體5577的閘極電極連接到第二佈線5502。第八薄膜電晶體5578的第一電極連接到第六佈線5506，第八薄膜電晶體5578的第二電極連接到第二薄膜電晶體5572的閘極電極，並且第八薄膜電晶體5578的閘極電極連接到第一佈線5501。
注意，以第一薄膜電晶體5571的閘極電極、第四薄膜電晶體5574的閘極電極、第五薄膜電晶體5575的第二電極、第六薄膜電晶體5576的第二電極以及第七薄膜電晶體5577的第二電極的連接部分為節點5543。再者，以第二薄膜電晶體5572的閘極電極、第三薄膜電晶體5573的第二電極、第四薄膜電晶體5574的第二電極、第六薄 膜電晶體5576的閘極電極以及第八薄膜電晶體5578的第二電極的連接部分為節點5544。
注意，第一佈線5501、第二佈線5502、第三佈線5503以及第四佈線5504也可以分別稱為第一信號線、第二信號線、第三信號線、第四信號線。再者，第五佈線5505、第六佈線5506也可以分別被稱為第一電源線、第二電源線。
此外，也可以僅使用可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以相同方法形成的n通道TFT來製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。因為可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以相同方法形成的n通道TFT的電晶體遷移率大，所以可以提高驅動電路的驅動頻率。 例如，由於可以使如下掃描線驅動電路進行高速操作，因此可以提高框頻率或實現黑色螢幕插入等，該掃描線驅動電路使用可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以同樣的方法形成的n通道TFT來予以形成。
再者，藉由增大掃描線驅動電路的電晶體的通道寬度，或配置多個掃描線驅動電路等，可以實現更高的框頻率。在配置多個掃描線驅動電路的情況下，藉由將用於驅動偶數列的掃描線的掃描線驅動電路配置在一側，並將用於驅動奇數列的掃描線的掃描線驅動電路配置在其相反側，可以實現框頻率的提高。另外，藉由多個掃描線驅動電路對同一個掃描線輸出信號有利於顯示裝置的大型化。
此外，在製造應用本發明的一個實施例的半導體裝置 的一例的主動矩陣型發光顯示裝置的情況下，因為至少在一個像素中配置多個薄膜電晶體，因此較佳配置多個掃描線驅動電路。圖11B示出主動矩陣型發光顯示裝置的方塊圖的一例。
圖11B所示的發光顯示裝置在基板5400上包括：具有多個具備顯示元件的像素的像素部5401；選擇各像素的第一掃描線驅動電路5402及第二掃描線驅動電路5404；以及控制對被選擇的像素的視頻信號的輸入的信號線驅動電路5403。
在輸入到圖11B所示的發光顯示裝置的像素的視頻信號為數位方式的情況下，藉由切換電晶體的導通和截止，使像素處於發光或不發光狀態。因此，可以採用面積比(area ratio)灰度法或時間比灰度法進行灰度級顯示。面積比灰度法是一種驅動法，其中藉由將一個像素分割為多個子像素並根據視頻信號分別驅動各子像素，來進行灰度級顯示。此外，時間比灰度法是一種驅動法，其中藉由控制像素發光的期間，來進行灰度級顯示。
因為發光元件的反應速度比液晶元件等快，所以與液晶元件相比適合於時間比灰度法。在具體地採用時間比灰度法進行顯示的情況下，將一個框期間分割為多個子框期間。然後，根據視頻信號，在各子框期間中使像素的發光元件處於發光或不發光狀態。藉由將一個框期間分割為多個子框期間，可以利用視頻信號控制在一個框期間中像素實際上發光的期間的總長度，並可以顯示灰度級。
注意，在圖11B所示的發光顯示裝置中示出一種例子，其中當在一個像素中配置兩個開關TFT時，使用第一掃描線驅動電路5402產生輸入到其中一個開關TFT的閘極佈線的第一掃描線的信號，而使用第二掃描線驅動電路5404產生輸入到另一個開關TFT的閘極佈線的第二掃描線的信號。但是，也可以使用一個掃描線驅動電路產生輸入到第一掃描線的信號和輸入到第二掃描線的信號。此外，例如根據一個像素所具有的開關TFT的數量，可能會在各像素中設置多個用來控制切換元件的操作的掃描線。在此情況下，既可以使用一個掃描線驅動電路產生輸入到多個掃描線的所有信號，又可以使用多個掃描線驅動電路分別產生輸入到多個掃描線的所有信號。
此外，在發光顯示裝置中也可以將能夠由n通道TFT構成的驅動電路的一部分形成在與像素部的薄膜電晶體相同的基板之上。另外，也可以僅使用可以以與實施例模式2所示的非線性元件同一個的方法形成的n通道TFT製造信號線驅動電路及掃描線驅動電路。
此外，上述驅動電路除了液晶顯示裝置及發光顯示裝置以外還可以用於利用與切換元件電連接的元件來驅動電子墨水的電子紙。電子紙也稱為電泳顯示裝置(電泳顯示器)，並具有如下優點：與紙相同的易讀性、耗電量比其他的顯示裝置小、可形成為薄且輕的形狀。
作為電泳顯示器可考慮各種方式。電泳顯示器是如下裝置，即在溶劑或溶質中分散有多個包含具有正電荷的第 一粒子和具有負電荷的第二粒子的微膠囊，並且藉由對微膠囊施加電場，使微膠囊中的粒子向互相相反方向移動，以僅顯示集合在一側的粒子的顏色。注意，第一粒子或第二粒子包含染料，並在沒有電場時不移動。此外，第一粒子和第二粒子的顏色不同(包含無色)。
像這樣，電泳顯示器是利用所謂的介電電泳效應的顯示器。在該介電電泳效應中，介電常數高的物質移動到高電場區。電泳顯示器不需要液晶顯示裝置所需的偏光板和對置基板，從而可以使其厚度和重量減少一半。
將在溶劑中分散有上述微膠囊的溶液稱作電子墨水，該電子墨水可以印刷到玻璃、塑膠、布、紙等的表面上。另外，還可以藉由使用彩色濾光片或具有色素的粒子來進行彩色顯示。
此外，藉由在主動矩陣基板上適當地設置多個上述微膠囊以使該微膠囊夾置在兩個電極之間，而完成主動矩陣型顯示裝置，並且當對微膠囊施加電場時可以進行顯示。例如，可以使用利用如下薄膜電晶體而得到的主動矩陣基板，該薄膜電晶體可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以同樣的方法形成。
此外，作為微膠囊中的第一粒子及第二粒子，採用選自導電體材料、絕緣體材料、半導體材料、磁性材料、液晶材料、鐵電性材料、電致發光材料、電致變色材料、磁泳材料中的一種或這些材料的組合材料即可。
在藉由上述步驟所製造的顯示裝置所安裝有的保護電 路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高且其操作穩定。因此，安裝有這種保護電路的本實施例模式的顯示裝置的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式5
在本發明的一個實例中，藉由與非線性元件一起製造薄膜電晶體並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路，來可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。此外，在本發明的一個實施例中，可以將非線性元件和薄膜電晶體用於驅動電路的一部分或整體，並將其一體形成在與像素部同一個基板之上，來形成系統型面板(system-on-panel)。
顯示裝置包括顯示元件。作為顯示元件，可以使用液晶元件(也稱為液晶顯示元件)、發光元件(也稱為發光顯示元件)。在發光元件的範圍內包括利用電流或電壓控制亮度的元件，具體而言，包括無機電致發光(EL)、有機EL等。此外，也可以應用電子墨水等的對比度因電作用而變化的顯示介質。
此外，顯示裝置包括密封有顯示元件的面板和在該面板中安裝有包括控制器的IC等的模組。再者，本發明的 一個實施例係有關一種元件基板，該元件基板相當於製造該顯示裝置的過程中的顯示元件完成之前的一個模式，並且它在多個像素中分別具備用於將電流供應到顯示元件的單元。具體而言，元件基板既可以處於只形成有顯示元件的像素電極的狀態，又可以處於形成成為像素電極的導電膜之後且藉由蝕刻形成像素電極之前的狀態，而可以處於其他任何方式。
注意，本說明書中的顯示裝置是指影像顯示裝置、顯示裝置、或光源(包括照明裝置)。另外，顯示裝置還包括安裝有連接器諸如可撓性印刷電路(FPC)、捲帶式自動接合(TAB)帶或帶載封裝(TCP)的模組；將印刷線路板設置於TAB帶或TCP端部的模組；藉由玻璃上晶片(COG)方式將積體電路(IC)直接安裝到顯示元件上的模組。
在本實施例模式中，參照圖17A1、A2及17B說明相當於本發明的一個實施例的顯示裝置的一個模式的液晶顯示面板的外觀及剖面。圖17A1、17A2是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料4005將與非線性元件同樣地在第一基板4001之上形成的包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體4010、4011及液晶元件4013密封在與第二基板4006之間。圖17B相當於沿著圖17A1、17A2的M-N的剖面圖。
以圍繞設置在第一基板4001之上的像素部4002和掃描線驅動電路4004的方式設置有密封材料4005。此外， 在像素部4002和掃描線驅動電路4004之上設置有第二基板4006。因此，像素部4002和掃描線驅動電路4004與液晶層4008一起由第一基板4001、密封材料4005和第二基板4006密封。此外，在與第一基板4001之上的由密封材料4005圍繞的區域不同的區域中安裝有信號線驅動電路4003，該信號線驅動電路4003使用單晶半導體膜或多晶半導體膜形成在分開準備的基板之上。
注意，對於分開形成的驅動電路的連接方法沒有特別的限制，而可以採用COG方法、打線接合方法或TAB方法等。圖17A1是藉由COG方法安裝信號線驅動電路4003的例子，而圖17A2是藉由TAB方法安裝信號線驅動電路4003的例子。
此外，設置在第一基板4001之上的像素部4002和掃描線驅動電路4004包括多個薄膜電晶體。在圖17A2中例示像素部4002所包括的薄膜電晶體4010和掃描線驅動電路4004所包括的薄膜電晶體4011。在薄膜電晶體4010、4011之上設置有絕緣層4020、4021。
薄膜電晶體4010、4011相當於將包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體，而可以應用可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以相同的方法形成的薄膜電晶體。在本實施例模式中，薄膜電晶體4010、4011是n通道薄膜電晶體。
此外，液晶元件4013所具有的像素電極層4030與薄膜電晶體4010電連接。而且，液晶元件4013的對置電極 層4031形成在第二基板4006之上。像素電極層4030、對置電極層4031和液晶層4008重疊的部分相當於液晶元件4013。注意，像素電極層4030、對置電極層4031分別設置有用作配向膜的絕緣層4032、4033，並隔著絕緣層4032、4033夾置有液晶層4008。
注意，作為第一基板4001、第二基板4006，可以使用玻璃、金屬(典型的是不銹鋼)、陶瓷、塑膠。作為塑膠，可以使用玻璃纖維強化塑膠(FRP)板、聚氟乙烯(PVF)薄膜、聚酯薄膜或丙烯酸樹脂薄膜。此外，還可以使用具有利用PVF薄膜或聚酯薄膜夾住鋁箔的結構的薄膜。
此外，附圖標記4035表示藉由對絕緣膜選擇性地進行蝕刻而得到的柱狀間隔物，並且它是為控制像素電極層4030和對置電極層4031之間的距離(單元間隙)而設置的。注意，還可以使用球狀間隔物。
另外，還可以使用不使用配向膜的顯示藍相的液晶。 藍相是液晶相的一種，是指當使膽甾相液晶的溫度上升時即將從膽甾相轉變到均質相之前出現的相。由於藍相只出現在較窄的溫度範圍內，所以為了改善溫度範圍而將混合有5重量%以上的手性試劑的液晶組成物用於液晶層4008。包含顯示藍相的液晶和手性試劑的液晶組成物的反應速度短，亦即為10μs至100μs，並且由於其具有光學各向同性而不需要配向處理，因而視角依賴小。
另外，雖然本實施例模式示出透射型液晶顯示裝置的 例子，但是本發明的一個實施例既可以應用於反射型液晶顯示裝置，又可以應用於半透射型液晶顯示裝置。
另外，雖然在本實施例模式的液晶顯示裝置中示出在基板的外側(可見側)設置偏光板，並在內側依次設置著色層、用於顯示元件的電極層的例子，但是也可以在基板的內側設置偏光板。另外，偏光板和著色層的疊層結構也不局限於本實施例模式的結構，根據偏光板和著色層的材料、製造程序條件適當地設定即可。另外，還可以設置用作黑色矩陣的遮光膜。
另外，在本實施例模式中，使用用作保護膜或平坦化絕緣膜的絕緣層(絕緣層4020、絕緣層4021)覆蓋實施例模式2所示的非線性元件、可以與非線性元件一起並以相同的方法形成的薄膜電晶體，以降低薄膜電晶體的表面凹凸不平並提高薄膜電晶體的可靠性。另外，因為保護膜用來防止懸浮在大氣中的有機物、金屬物、水蒸氣等的污染雜質的侵入，所以較佳採用緻密的膜。利用濺射法形成氧化矽膜、氮化矽膜、氧氮化矽膜或氮氧化矽膜、氧化鋁膜、氮化鋁膜、氧氮化鋁膜或氮氧化鋁膜的單層或疊層作為保護膜即可。雖然在本實施例模式中示出利用濺射法形成保護膜的例子，但是沒有特別的限制，而使用各種方法形成保護膜即可。
在此，形成具有疊層結構的絕緣層4020作為保護膜。在此，利用濺射法形成氧化矽膜作為絕緣層4020的第一層。當作為保護膜使用氧化矽膜時，對用作源極電極 層及汲極電極層的鋁膜的小丘防止有效。
另外，形成絕緣層作為保護膜的第二層。在此，利用濺射法形成氮化矽膜作為絕緣層4020的第二層。當使用氮化矽膜作為保護膜時，可以抑制鈉等的可動離子侵入到半導體區域中而使TFT的電特性變化。
另外，也可以在形成保護膜之後進行對氧化物半導體層的退火(300℃至400℃)。
另外，形成絕緣層4021作為平坦化絕緣膜。作為絕緣層4021，可以使用具有耐熱性的有機材料如聚醯亞胺、丙烯酸樹脂、苯並環丁烯、聚醯胺、環氧等。另外，除了上述有機材料之外，還可以使用低介電常數材料(低-k材料)、矽氧烷基樹脂、磷矽玻璃(PSG)、硼磷矽玻璃(BPSG)等。矽氧烷基樹脂除了氫之外還可以具有氟、烷基或芳基中的至少一種作為取代基。另外，也可以藉由層疊多個由這些材料形成的絕緣膜，來形成絕緣層4021。
另外，矽氧烷基樹脂相當於以矽氧烷基材料為起始材料而形成的包含Si-O-Si鍵的樹脂。矽氧烷基樹脂除了氫以外，還可以具有氟、烷基或芳香烴中的至少一種作為取代基。
對絕緣層4021的形成方法沒有特別的限制，可以根據其材料利用濺射法、SOG法、旋轉塗敷、浸漬、噴塗、液滴噴射法(噴墨法、絲網印刷、膠版印刷等)、刮片、輥塗、幕塗、刮刀塗布等。在使用材料液形成絕緣層 4021的情況下，也可以在進行焙燒的步驟中同時進行對氧化物半導體層的退火(300℃至400℃)。藉由兼作絕緣層4021的焙燒步驟和對氧化物半導體層的退火，可以有效地製造半導體裝置。
作為像素電極層4030、對置電極層4031，可以使用具有透光性的導電材料諸如包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面係表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等。
此外，可以使用包含導電高分子(也稱為導電聚合物)的導電組成物形成像素電極層4030、對置電極層4031。使用導電組成物形成的像素電極的薄片電阻較佳為10000Ω/□以下，並且其波長為550nm時的透光率較佳為70%以上。另外，導電組成物所包含的導電高分子的電阻率較佳為0.1Ω．cm以下。
作為導電高分子，可以使用所謂的π電子共軛類導電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者上述材料中的兩種以上的共聚物等。
另外，供應到分開形成的信號線驅動電路4003、掃描線驅動電路4004或像素部4002的各種信號及電位是從FPC4018供應的。
在本實施例模式中，連接端子電極4015由與液晶元件4013所具有的像素電極層4030相同的導電膜形成，並 且端子電極4016由與薄膜電晶體4010、4011的源極電極層及汲極電極層相同的導電膜形成。
連接端子電極4015藉由各向異性導電膜4019而被電連接到FPC4018所具有的端子。
此外，雖然在圖17A1、A2和17B中示出分開形成信號線驅動電路4003並將它安裝在第一基板4001之上的例子，但是本實施例模式不局限於該結構。既可以分開形成掃描線驅動電路而安裝，又可以分開僅形成信號線驅動電路的一部分或掃描線驅動電路的一部分而安裝。
圖18示出使用應用本發明的一個實施例所製造的TFT基板2600來構成液晶顯示模組作為半導體裝置的一例。
圖18是液晶顯示模組的一例，其中利用密封材料2602固定TFT基板2600和對置基板2601，並在其間設置包括TFT等的像素部2603、包括液晶層的顯示元件2604、著色層2605來形成顯示區。在進行彩色顯示時需要著色層2605，並且當採用RGB方式時，對應於各像素設置有分別對應於紅色、綠色、藍色的著色層。在TFT基板2600和對置基板2601的外側配置有偏光板2606、偏光板2607、擴散板2613。光源由冷陰極管2610和反射板2611構成，電路基板2612利用可撓性線路板2609與TFT基板2600的佈線電路部2608連接，並且其中組裝有控制電路及電源電路等的外部電路。此外，也可以以在偏光板和液晶層之間具有相位差板的狀態層疊。
作為液晶顯示模組可以採用TN(扭轉向列)模式、IPS(平面內切換)模式、FFS(邊緣電場切換)模式、MVA(多象限垂直配向)模式、PVA(圖案化垂直配向)模式、ASM(軸對稱排列微胞)模式、OCB(光學補償雙折射)模式、FLC(鐵電性液晶)模式、AFLC(反鐵電性液晶)模式等。
在藉由上述步驟所製造的液晶面板所安裝有的保護電路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高且其操作穩定。因此，安裝有這種保護電路的本實施例模式的液晶面板的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式6
在本發明的一個實施例中，藉由與非線性元件一起製造薄膜電晶體，並將該薄膜電晶體用於像素部及驅動電路，可以製造具有顯示功能的半導體裝置(也稱為顯示裝置)。
在本實施例模式中，示出發光顯示裝置的例子作為本發明的一個實施例的顯示裝置。在此，例示利用電致發光的發光元件作為顯示裝置所具有的顯示元件。對利用電致發光的發光元件根據其發光材料是有機化合物還是無機化 合物來進行區別，一般來說，前者稱為有機EL元件，而後者稱為無機EL元件。
在有機EL元件中，藉由對發光元件施加電壓，電子和電洞從一對電極分別注入到包含發光有機化合物的層，以電流流過。然後，由於這些載子(電子和電洞)重新結合，發光有機化合物形成激發態，並且當該激發態恢復到基態時，得以發光。根據這種機制，該發光元件稱為電流激發型發光元件。
根據其元件的結構，將無機EL元件分類為分散型無機EL元件和薄膜型無機EL元件。分散型無機EL元件包括在黏合劑中分散有發光材料的粒子的發光層，且其發光機制是利用施體能級和受體能級的施體-受體重新結合型發光。薄膜型無機EL元件具有利用電介質層夾住發光層並還利用電極夾住該發光層的結構，並且其發光機制是利用金屬離子的內殼層電子躍遷(transition)的侷限型發光。注意，在此使用有機EL元件作為發光元件而進行說明。
圖19是作為應用本發明的一個實施例的半導體裝置的例子，示出能夠應用數位時間灰度級驅動的像素結構的一例的圖。
對能夠應用數字時間灰度級驅動的像素的結構及像素的操作進行說明。在此示出在一個像素中使用將氧化物半導體層用作通道形成區域的兩個n通道電晶體的例子，該n通道電晶體可以以與實施例模式2所示的非線性元件相 同的方法來予以形成。
像素6400包括：切換電晶體6401、驅動電晶體6402、發光元件6404以及電容器6403。切換電晶體6401的閘極連接到掃描線6406，第一電極(源極電極及汲極電極的其中一者)連接到信號線6405，第二電極(源極電極及汲極電極的另一者)連接到驅動電晶體6402的閘極。驅動電晶體6402的閘極藉由電容器6403連接到電源線6407，第一電極連接到電源線6407，並且第二電極連接到發光元件6404的第一電極(像素電極)。發光元件6404的第二電極相當於共用電極6408。
此外，將發光元件6404的第二電極(共用電極6408)設定為低電源電位。注意，低電源電位是指當以設定為高電源電位的電源線6407為基準時，滿足低電源電位<高電源電位的電位，並且作為低電源電位，例如也可以設定GND、0V等。為了對發光元件6404施加該高電源電位和低電源電位之間的電位差以使電流流過在發光元件6404中而使它發光，以使高電源電位和低電源電位之間的電位差成為發光元件6404的正向臨界電壓以上的方式分別設定高電源電位和低電源電位。
另外，也可以使用驅動電晶體6402的閘極電容器代替電容器6403，而省略電容器6403。也可以在通道區域和閘極電極之間形成有驅動電晶體6402的閘極電容器。
在此，在採用電壓輸入電壓驅動方式的情況下，對驅動電晶體6402的閘極輸入使驅動電晶體6402處於充分的 導通或截止的兩個狀態的視頻信號。換言之，使驅動電晶體6402操作在線性區域中。為了使驅動電晶體6402操作在線性區域中，對驅動電晶體6402的閘極施加高於電源線6407的電壓的電壓。此外，對信號線6405施加電源線電壓+驅動電晶體6402的Vth以上的電壓。
此外，在進行類比灰度級驅動代替數位時間灰度級驅動的情況下，藉由使信號的輸入不同，而可以使用與圖19相同的像素結構。
在進行類比灰度級驅動的情況下，對驅動電晶體6402的閘極施加發光元件6404的正向電壓+驅動電晶體6402的Vth以上的電壓。發光元件6404的正向電壓是指得到所希望的亮度時的電壓，至少包括正向臨界電壓。此外，藉由輸入使驅動電晶體6402操作在飽和區域中的視頻信號，可以使電流流在發光元件6404中。為了使驅動電晶體6402操作在飽和區域中，將電源線6407的電位設定得高於驅動電晶體6402的閘極電位。藉由作為視頻信號採用類比信號，可以使對應於視頻信號的電流流在發光元件6404中並進行類比灰度級驅動。
注意，圖19所示的像素結構不局限於此。例如，也可以對圖19所示的像素添加開關、電阻器、電容器、電晶體或邏輯電路等。
接著，參照圖20A至20C說明發光元件的結構。在此，舉出驅動TFT是n型的情況作為例子，來說明像素的剖面結構。用於圖20A、20B和20C的半導體裝置的驅 動TFT的TFT7001、7011、7021是可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以相同的方法形成的薄膜電晶體，並且其是將包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體。
發光元件的陽極及陰極之至少其中一者是透明以向外部發光，即可。而且，有具有如下結構的發光元件，即在基板之上形成薄膜電晶體及發光元件，並從與基板相反的面向外部發光的頂部發射、從基板側向外部發光的底部發射、以及從基板側及與基板相反的面向外部發光的雙面發射。本發明的一個實施例的像素結構也可以應用於任何發射結構的發光元件。
參照圖20A說明頂部發射結構的發光元件。
在圖20A中示出當驅動TFT的TFT 7001是n型，並且從發光元件7002發射的光穿過陽極7005側時的像素的剖面圖。在圖20A中，電連接發光元件7002的陰極7003和驅動TFT的TFT 7001，在陰極7003上按順序層疊有發光層7004、陽極7005。作為陰極7003，只要是功函數低且反射光的導電膜，就可以使用各種材料。例如，較佳採用Ca、Al、MgAg、AlLi等。而且，發光層7004既可以由單層構成，又可以層疊多個層構成。在由多個層構成時，在陰極7003之上按順序層疊電子注入層、電子傳輸層、發光層、電洞傳輸層、電洞注入層。注意，不需要設置上述的所有層。使用如下透光導電材料形成陽極7005：包含氧化鎢的氧化銦、包含氧化鎢的氧化銦鋅、包 含氧化鈦的氧化銦、包含氧化鈦的氧化銦錫、氧化銦錫(下面，表示為ITO)、氧化銦鋅、添加有氧化矽的氧化銦錫等的具有透光性的導電膜。
使用陰極7003及陽極7005夾住發光層7004的區域相當於發光元件7002。在圖20A所示的像素中，從發光元件7002發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7005側。
接著，參照圖20B說明底部發射結構的發光元件。圖20B示出在驅動TFT 7011是n型，並且從發光元件7012發射的光發射到陰極7013側的情況下的像素的剖面圖。 在圖20B中，在與驅動TFT 7011電連接的具有透光性的導電膜7017上形成有發光元件7012的陰極7013，並且在陰極7013之上按順序層疊有發光層7014、陽極7015。 注意，在陽極7015具有透光性的情況下，也可以覆蓋陽極上地形成有用於反射光或進行遮光的遮光膜7016。與圖20A的情況同樣，作為陰極7013，只要是功函數低的導電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度設定為透射光的程度(較佳為約5nm至30nm)。例如，也可以將膜厚度為20nm的鋁膜用作陰極7013。而且，與圖20A同樣，發光層7014既可以由單層構成，又可以層疊多個層構成。陽極7015不需要透射光，但是可以與圖20A同樣使用具有透光性的導電材料形成。並且，雖然作為遮光膜7016，例如可以使用反射光的金屬等，但是不局限於金屬膜。例如，也可以使用添加有黑色的顏料的樹脂等。
利用陰極7013及陽極7015夾住發光層7014的區域相當於發光元件7012。在圖20B所示的像素中，從發光元件7012發射的光如箭頭所示那樣發射到陰極7013側。
接著，參照圖20C說明雙面發射結構的發光元件。在圖20C中，在與驅動TFT7021電連接的具有透光性的導電膜7027之上形成有發光元件7022的陰極7023，而在陰極7023之上按順序層疊有發光層7024、陽極7025。與圖20A的情況同樣，作為陰極7023，只要是功函數低的導電材料，就可以使用各種材料。但是，將其厚度設定為透射光的程度。例如，可以將膜厚度為20nm的Al用作陰極7023。而且，與圖20A同樣，發光層7024既可以由單層構成，又可以層疊多個層構成。陽極7025可以與圖20A同樣使用透光導電材料形成。
陰極7023、發光層7024和陽極7025重疊的部分相當於發光元件7022。在圖20C所示的像素中，從發光元件7022發射的光如箭頭所示那樣發射到陽極7025側和陰極7023側二側。
注意，雖然在此描述有機EL元件作為發光元件，但是也可以設置無機EL元件作為發光元件。
注意，雖然在本實施例模式中示出電連接控制發光元件的驅動的薄膜電晶體(驅動TFT)和發光元件的例子，但是也可以採用在驅動TFT和發光元件之間連接有電流控制TFT的結構。
注意，本實施例模式所示的半導體裝置不局限於圖 20A至20C所示的結構而可以根據本發明的一個實施例的技術思想進行各種變形。
接著，參照圖21A和21B說明相當於本發明的半導體裝置的一個模式的發光顯示面板(也稱為發光面板)的外觀及剖面。圖21A是一種面板的俯視圖，其中利用密封材料在第一基板與第二基板之間密封與本發明的一個實施例中的非線性元件同樣地將包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體及發光元件。圖21B相當於沿著圖21A的H-I的剖面圖。
以圍繞設置在第一基板4501上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b的方式設置有密封材料4505。此外，在像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b上設置有第二基板4506。因此，像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b以及掃描線驅動電路4504a、4504b與填充材料4507一起由第一基板4501、密封材料4505和第二基板4506密封。像這樣，為了不暴露於空氣中，較佳使用氣密性高且漏氣少的保護薄膜(貼合薄膜、紫外線熱固性樹脂薄膜等)及覆蓋材料進行封裝(密封)。
此外，設置在第一基板4501之上的像素部4502、信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b包括多個薄膜電晶體。在圖21B中，例示包括在像素部4502中的薄膜電晶體4510和包括在信號線驅動電路 4503a中的薄膜電晶體4509。
薄膜電晶體4509、4510相當於將包含In、Ga及Zn的氧化物半導體用於半導體層的電特性高的薄膜電晶體，而可以將可以與實施例模式2所示的非線性元件一起並以相同方法形成的薄膜電晶體應用於此。在本實施例模式中，薄膜電晶體4509、4510是n通道薄膜電晶體。
此外，附圖標記4511相當於發光元件，發光元件4511所具有的作為像素電極的第一電極層4517與薄膜電晶體4510的源極電極層或汲極電極層電連接。注意，雖然發光元件4511的結構是第一電極層4517、電致發光層4512、第二電極層4513的疊層結構，但是不局限於本實施例模式所示的結構。可以根據從發光元件4511發光的方向等適當地改變發光元件4511的結構。
使用有機樹脂膜、無機絕緣膜或有機聚矽氧烷形成分隔壁4520。特別較佳的是，使用感光材料，在第一電極層4517上形成開口部，並將其開口部的側壁形成為具有連續的曲率而成的傾斜面。
電致發光層4512既可以由單層構成，又可以層疊多個層構成。
也可以在第二電極層4513及分隔壁4520之上形成保護膜，以防止氧、氫、水分、二氧化碳等侵入到發光元件4511中。作為保護膜，可以形成氮化矽膜、氮氧化矽膜、DLC膜等。
另外，供應到信號線驅動電路4503a、4503b、掃描 線驅動電路4504a、4504b或像素部4502的各種信號及電位是從FPC 4518a、4518b供應的。
在本實施例模式中，連接端子電極4515由與發光元件4511所具有的第一電極層4517相同的導電膜形成，並且端子電極4516係由與薄膜電晶體4509、4510所具有的源極電極層及汲極電極層相同的導電膜所形成。
連接端子電極4515藉由各向異性導電膜4519與FPC 4518a所具有的端子電連接。
位於從發光元件4511取出光的方向的第二基板需要具有透光性。在此情況下，使用如玻璃板、塑膠板、聚酯薄膜或丙烯酸薄膜等的具有透光性的材料。
此外，作為填充材料4507，除了氮及氬等的惰性氣體之外，還可以使用紫外線固化樹脂或熱固性樹脂。可以使用聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸、聚醯亞胺、環氧樹脂、矽酮樹脂、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)、或乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)。在本實施例模式中，作為填充材料使用氮。
另外，若有需要，也可以在發光元件的發射面上適當地設置諸如偏光板、圓偏光板(包括橢圓偏光板)、相位差板(λ/4片、λ/2片)、彩色濾光片等的光學薄膜。另外，也可以在偏光板或圓偏光板上設置抗反射膜。例如，可以進行抗眩光處理，該處理是利用表面的凹凸不平來擴散反射光並降低眩光的處理。
信號線驅動電路4503a、4503b及掃描線驅動電路4504a、4504b也可以作為在分開準備的基板之上由單晶 半導體膜或多晶半導體膜形成的驅動電路安裝。此外，也可以分開僅形成信號線驅動電路或其一部分或者掃描線驅動電路或其一部分而安裝。本實施例模式不局限於圖21A和21B的結構。
在藉由上述步驟所製造的發光顯示裝置(顯示面板)所安裝有的保護電路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高且其操作穩定。因此，安裝有這種保護電路的本實施例模式的發光顯示裝置(顯示面板)的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式7
本發明的一個實施例的顯示裝置可以應用於電子紙。電子紙可以用於顯示資訊的所有領域的電子設備。例如，可以將電子紙應用於電子書籍(電子書)、海報、電車等的交通工具的車廂廣告、信用卡等的各種卡片中的顯示等。圖22A和22B以及圖23示出電子設備的一例。
圖22A示出使用電子紙製造的海報2631。在廣告媒體是紙印刷物的情況下用手進行廣告的交換，但是如果使用應用本發明的一個實施例的電子紙，則在短時間內可以改變廣告的顯示內容。此外，顯示不會打亂而可以獲得穩 定的影像。注意，海報也可以採用以無線方式收發資訊的結構。
此外，圖22B示出電車等的交通工具的車廂廣告2632。在廣告媒體是紙印刷物的情況下用手進行廣告的交換，但是如果使用應用本發明的一個實施例的電子紙，則在短時間內不需要許多人手地改變廣告的顯示內容。此外，顯示不會打亂而可以得到穩定的影像。注意，車廂廣告也可以採用以無線方式來收發資訊的結構。
另外，圖23示出電子書籍2700的一例。例如，電子書籍2700係由兩個殼體，亦即殼體2701及殼體2703所構成。殼體2701及殼體2703係藉由軸部2711而被形成為一體，並且可以以該軸部2711為軸進行打開閉合操作。藉由這種結構，可以進行如紙的書籍那樣的操作。
殼體2701係組裝有顯示部2705，而殼體2703係組裝有顯示部2707。顯示部2705及顯示部2707的結構既可以是顯示連續的畫面的結構，又可以是顯示不同的畫面的結構。藉由採用顯示不同的畫面的結構，例如在右邊的顯示部(圖23中的顯示部2705)上可以顯示文章，而在左邊的顯示部(圖23中的顯示部2707)上可以顯示影像。
此外，在圖23中示出殼體2701具備操作部等的例子。例如，在殼體2701中，具備電源2721、操作鍵2723、揚聲器2725等。利用操作鍵2723可以翻頁。注意，也可以採用在與殼體的顯示部相同的面具備鍵盤及指 向裝置等的結構。另外，也可以採用在殼體的背面及側面具備外部連接用端子(耳機端子、USB端子或可與AC轉接器及USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。再者，電子書籍2700也可以具有作為電子詞典的功能。
此外，電子書籍2700也可以採用以無線方式來收發資訊的結構。還可以採用以無線方式從電子書籍伺服器購買所希望的書籍資料等，然後下載的結構。
在本實施例模式的顯示裝置所安裝有的保護電路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高且其操作穩定。因此，安裝有這種保護電路的本實施例模式的顯示裝置的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
實施例模式8
根據本發明的一個實施例的半導體裝置可以應用於各種電子設備(包括遊戲機)。作為電子設備，例如可以舉出電視裝置(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機、數位攝像機、數位相框、移動式電話機(也稱為移動式電話、移動式電話裝置)、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、聲音再生裝置、小鋼珠遊戲機 (pachinko machine)等的大型遊戲機等。
圖24A示出電視裝置9600的一例。在電視裝置9600中，殼體9601係組裝有顯示部9603。利用顯示部9603可以顯示影像。此外，在此示出利用支架9605支撐殼體9601的結構。
可以藉由利用殼體9601所具備的操作開關、分開提供的遙控器9610進行電視裝置9600的操作。藉由利用遙控器9610所具備的操作鍵9609，可以進行頻道及音量的操作，並可以對在顯示部9603上顯示的影像進行操作。此外，也可以採用在遙控器9610中設置顯示從該遙控器9610輸出的資訊的顯示部9607的結構。
注意，電視裝置9600採用具備接收機及數據機等的結構。可以藉由利用接收機接收一般的電視廣播。再者，藉由數據機連接到有線或無線方式的通信網路，也可以進行單向(從發送者到接收者)或雙向(在發送者和接收者之間或在接收者之間等)的資訊通信。
圖24B示出數位相框9700的一例。例如，在數位相框9700中，殼體9701係組裝有顯示部9703。顯示部9703可以顯示各種影像，例如藉由顯示使用數位相機等拍攝的影像資料，可以發揮與一般的相框同樣的功能。
注意，數位相框9700採用具備操作部、外部連接用端子(USB端子、可以與USB電纜等的各種電纜連接的端子等)、記錄媒體插入部等的結構。這種結構也可以組裝到與顯示部相同的面，但是藉由將它設置在側面或背面 上來提高設計性，所以是較佳的。例如，可以對數位相框的記錄媒體插入部插入儲存有由數位相機拍攝的影像資料的記憶體並提取出影像資料，然後可以將所提取出的影像資料顯示於顯示部9703。
此外，數位相框9700既可以採用以無線方式來收發資訊的結構，又可以採用以無線方式提取所想要的影像資料並進行顯示的結構。
圖25A示出一種可攜式遊戲機，其係由殼體9881和殼體9891的兩個殼體所構成，並且它們藉由連接部9893而可以把開閉合地彼此連接。殼體9881係安裝有顯示部9882，並且殼體9891係安裝有顯示部9883。另外，圖25A所示的可攜式遊戲機還具備揚聲器部9884、記錄媒體插入部9886、LED燈9890、輸入單元(操作鍵9885、連接端子9887、感測器9888(亦即，具有測量如下因素的功能的裝置：力量、位移、位置、速度、加速度、角速度、轉動數、距離、光、液、磁、溫度、化學物質、聲音、時間、硬度、電場、電流、電壓、電力、射線、流量、濕度、傾斜度、振動、氣味或紅外線)以及麥克風9889)等。當然，可攜式遊戲機的結構不局限於上述結構，只要採用至少具備根據本發明的一個實施例的半導體裝置的結構即可。因此，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。圖25A所示的可攜式遊戲機具有如下功能：讀出儲存在記錄媒體中的程式或資料並將它顯示在顯示部上；以及藉由與其他可攜式遊戲機進行無線通信而共用資 訊。注意，圖25A所示的可攜式遊戲機所具有的功能不局限於此，而可以具有各種各樣的功能。
圖25B示出大型遊戲機的一種的拉霸機(slot machine)9900的一例。在拉霸機9900的殼體9901中係安裝有顯示部9903。另外，拉霸機9900還具備如起動手柄或停止開關等的操作單元、投幣孔、揚聲器等。當然，拉霸機9900的結構不局限於此，只要採用至少具備根據本發明的一個實施例的半導體裝置的結構即可。因此，可以採用適當地設置有其他附屬設備的結構。
圖26示出移動式電話機1000的一例。移動式電話機1000除了安裝在殼體1001的顯示部1002之外還具備操作按鈕1003、外部連接埠1004、揚聲器1005、麥克風1006等。
圖26所示的移動式電話機1000可以用手指等觸摸顯示部1002來輸入資訊。此外，可以用手指等觸摸顯示部1002來進行打電話或製作電子郵件等的操作。
顯示部1002的畫面主要有三種模式。第一是以影像的顯示為主的顯示模式，第二是以文字等的資訊的輸入為主的輸入模式，第三是混合顯示模式和輸入模式的兩種模式的顯示+輸入模式。
例如，在打電話或製作電子郵件的情況下，將顯示部1002設定為以文字輸入為主的文字輸入模式，並進行在畫面上顯示的文字的輸入操作，即可。在此情況下，較佳的是，在顯示部1002的畫面的大多部分上顯示鍵盤或號 碼按鈕。
此外，藉由在移動式電話機1000的內部設置具有陀螺儀、加速度感測器等檢測傾斜度的感測器的偵測裝置，判斷移動式電話機1000的方向(豎向還是橫向)，而可以對顯示部1002的畫面顯示進行自動切換。
另外，藉由觸摸顯示部1002或對殼體1001的操作按鈕1003進行操作，切換畫面模式。此外，還可以根據顯示在顯示部1002上的影像種類而切換畫面模式。例如，當顯示在顯示部上的視頻信號為動態影像的資料時，將畫面模式切換成顯示模式，而當顯示在顯示部上的視頻信號為文字資料時，將畫面模式切換成輸入模式。
另外，當在輸入模式中藉由檢測出顯示部1002的光感測器所檢測的信號得知在一定期間中沒有顯示部1002的觸摸操作輸入時，也可以以將畫面模式從輸入模式切換成顯示模式的方式進行控制。
還可以將顯示部1002用作影像感測器。例如，藉由用手掌或手指觸摸顯示部1002，來拍攝掌紋、指紋等，可以進行個人識別。此外，藉由在顯示部中使用發射近紅外光的背光燈或發射近紅外光的感測用光源，也可以拍攝手指靜脈、手掌靜脈等。
在本實施例模式的電子設備所安裝有的保護電路中，減少用於連接的接觸孔而減少佔有面積，並在第一氧化物半導體層和佈線層之間設置有其導電率高於第一氧化物半導體層的第二氧化物半導體層，從而該保護電路的功能高 且其操作穩定。安裝有這種保護電路的本實施例模式的電子設備的可靠性高。
本實施例模式可以與其他實施例模式所記載的結構適當地組合而實施。
本申請基於2008年10月3日在日本專利局受理的日本專利申請序列號2008-259060而製作，所述申請內容包括在本說明書中。
13‧‧‧掃描線
107‧‧‧層間絕緣膜
113‧‧‧氧化物半導體層
114a、114b‧‧‧氧化物半導體層
115a、115b‧‧‧導電層
117a‧‧‧佈線層
117b‧‧‧佈線層
128‧‧‧接觸孔
170a‧‧‧非線性元件

Claims (7)

  1. 一種顯示裝置，包括：在基板上的掃描線、信號線及像素部；其中該像素部包含：在該基板上的閘極電極；在該閘極電極上的閘極絕緣膜；在該閘極電極上的第一氧化物半導體層；在該第一氧化物半導體層上的源極電極，第二氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該源極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層上的汲極電極，第三氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該汲極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層、該源極電極及該汲極電極上的絕緣膜，其中該閘極電極電連接至該掃描線，其中該源極電極及該汲極電極的其中之一電連接至該信號線，其中該源極電極及該汲極電極的端部重疊該閘極電極，其中該第一氧化物半導體層具有凹部，該凹部重疊該閘極電極，並且其中該第一氧化物半導體層具有高於該第二氧化物半導體層與該第三氧化物半導體層的氧濃度。
  2. 一種顯示裝置，包括：在基板上的掃描線、信號線及像素部；其中該像素部包含：在該基板上的閘極電極；在該閘極電極上的閘極絕緣膜；在該閘極電極上的第一氧化物半導體層；在該第一氧化物半導體層上的源極電極，第二氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該源極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層上的汲極電極，第三氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該汲極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層、該源極電極及該汲極電極上的絕緣膜，其中該絕緣膜接觸在該源極電極及該汲極電極之間的該第一氧化物半導體層的部分，其中該閘極電極電連接至該掃描線，其中該源極電極及該汲極電極的其中之一電連接至該信號線，其中該源極電極及該汲極電極的端部重疊該閘極電極，其中該源極電極的該端部對齊該第二氧化物半導體層的側表面，其中該汲極電極的該端部對齊該第三氧化物半導體層的側表面，並且 其中該第一氧化物半導體層具有高於該第二氧化物半導體層與該第三氧化物半導體層的氧濃度。
  3. 一種顯示裝置，包括：在基板上的掃描線、信號線及像素部；其中該像素部包含：在該基板上的閘極電極；在該閘極電極上的閘極絕緣膜；在該閘極電極上的第一氧化物半導體層；在該第一氧化物半導體層上的源極電極，第二氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該源極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層上的汲極電極，第三氧化物半導體層夾在該第一氧化物半導體層和該汲極電極之間；以及在該第一氧化物半導體層、該源極電極及該汲極電極上的絕緣膜，其中該絕緣膜接觸在該源極電極及該汲極電極之間的該第一氧化物半導體層的部分，其中該閘極電極電連接至該掃描線，其中該源極電極及該汲極電極的其中之一電連接至該信號線，其中該源極電極及該汲極電極的端部重疊該閘極電極，其中該第一氧化物半導體層具有凹部，其中該第二氧化物半導體層與該第三氧化物半導體層 由空間相互分開，其中該凹部及該空間重疊該閘極電極，其中該第一氧化物半導體層具有高於該第二氧化物半導體層與該第三氧化物半導體層的氧濃度。
  4. 如請求項第1至3項中之任一項的顯示裝置，其中各該第一氧化物半導體層、該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層包含銦、鎵及鋅。
  5. 如請求項第1至3項中之任一項的顯示裝置，其中該第一氧化物半導體層具有低於該第二氧化物半導體層及該第三氧化物半導體層的導電率。
  6. 如請求項第1至3項中之任一項的顯示裝置，其中該閘極電極及該掃描線由相同材料形成。
  7. 如請求項第1至3項中之任一項的顯示裝置，更包含：在該基板上的第一佈線；在該第一佈線上的半導體層；以及在該半導體層上的第二佈線及第三佈線，其中該第二佈線電連接至該汲極電極及該第一佈線，並且其中該第三佈線電連接至該源極電極及該閘極電極。
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