CN102714029A

CN102714029A - 显示装置的显示方法

Info

Publication number: CN102714029A
Application number: CN2011800066126A
Authority: CN
Inventors: 胁本研一; 早川昌彦
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: JP2016181005A; JP5631759B2; KR101816505B1; CN102714029B; JP2017120446A; JP2015045872A; JP2018060225A; JP2011170343A; US8947406B2; WO2011090087A1; US20110181802A1; JP2019174839A; KR20120107014A; TWI573119B; TW201137846A

Abstract

一种适于数字数据文件提供的图像的显示方法；和/或一种显示装置的显示方法，其中根据显示装置的状态或应用户的请求调节图像质量和功耗来显示图像。利用数字数据文件提供的图像以及所述数字数据文件提供的并且与显示装置的操作相关联的数据，在显示装置上显示所述图像，在该显示装置中，多个像素具有连接到其截止态电流被减小的开关元件的像素电极。

Description

显示装置的显示方法

技术领域

本发明涉及一种利用包括用于控制显示装置的数据的文件的显示装置的显示方法。

背景技术

已有有源矩阵显示装置，其中将多个像素布置成矩阵，并为每个像素提供开关晶体管和连接到开关晶体管的显示元件。

作为优选用于有源矩阵显示装置的开关晶体管，包括沟道形成区域（包括金属氧化物）的晶体管已经引起关注（专利文献1和2）。此外，作为适用于有源矩阵显示装置的显示元件的例子，可以给出液晶元件、使用电泳法的电子墨水等。

利用液晶元件的有源矩阵显示装置已经被广泛应用，从利用液晶元件高操作速度的运动图像显示到具有很宽灰度级范围的静止图像显示。

利用电子墨水的有源矩阵显示装置已经被用于具有极低功耗的显示装置，利用了电子墨水的所谓的记忆性质的特征，因此即使在停止供电之后也能保持显示的图像。

[参考文献]

专利文献1：日本公开专利申请No.2007-123861

专利文献2：日本公开专利申请No.2007-096055

发明内容

常规有源矩阵显示装置中包括的开关晶体管缺点在于截止态电流高，因此即使在截止态下，写入到像素中的信号也会泄露丢失。尽管在显示运动图像时这样的缺点无关紧要，但甚至在保持显示同一图像（诸如，静止图像）时也需要频繁重新向像素中写入信号，这妨碍了功耗的减小。

鉴于以上情况，已经使用了一种用于减少功耗的方法，其中向有源矩阵显示装置应用了具有记忆性质的显示元件。不过，很多具有记忆性质的显示元件具有操作速度低的缺点，因此，它们不能跟上像素中提供的开关晶体管的高速操作，并且难以显示运动图像。

此外，在用于显示运动图像和静止图像的显示装置中，已经需要一种如下的显示装置，其利用例如根据显示图像特性控制向像素中写入信号的频率的方法既能显示运动图像又能实现低功耗。

此外，随着信息社会的发展，运动图像和静止图像已经可以由数字数据文件提供。不过，对于数字数据文件已经使用了多种格式，使得用户很难相应地选择显示方法。

另一方面，对于显示装置，还需要用户能够根据显示装置的状态（例如，剩余的电池水平）或在用于的请求下选择显示装置的操作的用户可选择性。

考虑到以上技术背景做出了本发明。因此，本发明的一个目的是提供一种适于数字数据文件提供的图像的显示方法。

此外，一个目的是提供一种显示装置的显示方法，其中根据显示装置的状态或应用户请求调节图像质量和功耗以显示图像。

为了实现以上目的，可以利用所述数字数据文件提供的并且与显示装置的操作相关联的数据，在显示装置上显示该数字数据文件提供的图像，在所述显示装置中，多个像素每一均具有连接到其截止态电流被减小的开关元件的像素电极。

根据本发明的一个实施例，提供了一种显示方法，其中利用数字数据文件提供的图像以及所述数字数据文件提供的并且与显示装置的操作相关联的数据在显示装置上显示图像，在所述显示装置中，多个像素每一均具有连接到其截止态电流被减小的开关元件的像素电极。

根据本发明的一个实施例，提供了一种包括显示面板和图像处理电路的显示装置的显示方法。显示面板包括多个像素。像素连接到扫描线和信号线，并具有截止态电流被减小的晶体管和连接到该晶体管的像素电极。所述像素电极控制液晶的配向。图像处理电路包括存储器电路和显示控制电路，所述存储器电路用于保持由数字数据文件提供的并且与所述显示装置的操作相关联的数据，所述显示控制电路用于根据数字数据文件提供的并且与显示装置操作相关联的所述数据向所述显示面板输出图像信号和控制信号。

根据本发明的一个实施例，在上述显示装置的显示方法中，由数字数据文件提供的并且与显示装置操作相关联的数据是数字数据文件的扩展名。

根据本发明的一个实施例，在上述显示装置的显示方法中，由数字数据文件提供的并且与显示装置操作相关联的数据是数字数据文件的脚本（script）。

根据本发明的一个实施例，在上述显示装置的显示方法中，由数字数据文件提供的并且与显示装置操作相关联的数据是数字数据文件的首部。

根据本发明的一个实施例，在上述显示装置的显示方法中，在像素中包括连接到包括高度纯化的氧化物半导体层的晶体管的液晶元件。

在本说明书等中，在很多情况下，电压是指给定电位和参考电位（例如地电位）之间的电位差。因此，可以将电压、电位和电位差分别称为电位、电压和电压差。

根据本发明，可以提供一种适于数字数据文件提供的图像的显示方法。此外，可以提供一种显示装置的显示方法，用于根据显示装置的状态或应用户请求调节图像质量和功耗以显示图像。

附图说明

在附图中：

图1是示出了根据一个实施例的显示装的置结构的框图；

图2A是示出了根据一个实施例的显示装置操作模式的选择方法的图，图2B是将扩展名与操作模式相关联的参考表；

图3是示出了根据一个实施例的显示面板的结构的框图；

图4是示出了根据一个实施例的显示装置的操作的时序图；

图5A是示出了根据一个实施例的显示装置操作的时序图，图5B是示出了根据一个实施例的显示装置操作的时序图；

图6是示出了根据一个实施例的显示装置的操作的时序图；

图7是示出了根据一个实施例的用于存储图像和与显示装置的操作相关联的数据的文件构成的图；

图8A到8D是根据一个实施例的晶体管的截面图；

图9A到9E是示出了根据一个实施例的晶体管的制造过程的截面图；

图10A和10B是示出了具有根据一个实施例的显示装置的电子装置的例子的图。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明的实施例。注意，本发明不限于以下描述，并且本领域的技术人员容易理解，可以通过多种方式修改这里公开的实施模式和细节而不脱离本发明的精神和范围。因此，不应将本发明解释为限于这里包括的实施例的内容。在下文所述的本发明的结构中，在所有附图中用相同附图标记表示相同的部分或具有类似功能的部分，并不再重复对这样的部分的描述。

[实施例1]

在实施例1中，将利用图1、图2A和2B、图3、图4、图5A和5B以及图6描述显示装置结构和方法，其中根据由数字数据文件提供的图像的种类决定显示装置操作并显示图像。

利用图1的框图描述根据本说明书一个实施例的显示装置100的每一结构。本实施例的显示装置100包括图像处理电路110、显示面板120和照明单元130。

从外部装置向本实施例的显示装置100供应控制信号、数字数据文件和电源电位。供应起始脉冲SP和时钟信号CK作为控制信号，并供应高电源电位Vdd、低电源电位Vss和公共电位Vcom作为电源电位。此外，通过数字数据文件向存储器电路116供应图像和与显示装置的操作相关联的数据。

高电源电位Vdd是高于参考电势的电位，而低电源电位Vss是低于或等于参考电位的电位。优选高电源电位Vdd和低电源电位Vss都是晶体管能够操作的电位。在一些情况下，高电源电位Vdd和低电源电位Vss被共同地称为电源电压。

公共电位Vcom可以是任何电位，只要它充当相对于供应给像素电极的图像信号的电位的参考即可；例如，地电位。

由数字数据文件提供图像。在一些情况下，将图像的数字数据文件压缩以便减小大小。数字数据文件自身可以包含图像数据或者可以是指定外部存储器电路中存储的图像文件的位置的脚本文件等。可以通过在外部储存器电路中存储图像文件来减小数字数据文件的大小。

此外，由数字数据文件提供与显示装置的操作相关联的数据。对于与显示装置操作相关联的数据没有特别限制，只要其指定显示装置的操作即可。例如，可以给出指定到显示装置中的图像写入的间隔、频率、次数等数据和/或命令。作为其他例子，可以给出为显示装置指定显示图像的位置的数据、利用显示装置被划分的多个显示屏进行驱动的命令等。

提供与显示装置的操作相关联的数据的格式没有特别限制。例如，可以使用数字数据文件的扩展名、写在数字数据文件中的脚本、或数字数据文件中的首部等。

数字数据文件提供的与显示装置的操作相关联的数据并不必然是用于其中像素包括其截止态电流被减小的开关元件的显示装置的专用数据，并且可以包含用于其中像素包括其截止态电流被减小的开关元件的显示装置的专用数据。

在被读取到存储器电路116中之后，数字数据文件被转换成显示控制电路113中的图像信号“数据”。可以根据点反转驱动（dotinversion driving）、源极线反转驱动、栅极线反转驱动、或帧反转驱动等适当地反转图像信号数据，以输入到显示面板120。

接下来，下面将描述图像处理电路110的结构和图像处理电路110中的信号处理过程。

图像处理电路110包括存储器电路116、分离电路117、解码器119和显示控制电路113。图像处理电路110从数字数据文件产生显示面板信号和照明单元信号。显示面板信号包含用于控制显示面板120的信号和图像信号，而照明单元信号是用于控制照明单元130的信号。此外，图像处理电路110向开关元件127输出用于控制公共电极部分128的电位的信号。

存储器电路116保持输入的数字数据文件。存储器电路116还保持其中将数字数据文件的扩展名与操作模式相关联的参考表。可以利用诸如动态随机存取存储器（DRAM）或静态随机存取存储器（SRAM）的存储元件形成存储器电路。

分离电路117决定图像处理电路110的操作。例如，可以搜索将数字数据文件的扩展名与操作模式相关联的参考表来决定显示操作。此外，可以根据外部装置或显示装置用户通过输入装置SW输入的值决定显示操作。具体而言，分离电路117选择向解码器119和显示控制电路113中的哪个输出存储器电路116中保持的数字数据文件。此外，在数字数据文件包含参考帧的情况下，分离电路117对参考帧进行分离和解码，以产生用于一个帧的图像，并输出到显示控制电路113。

解码器119对数字数据文件提供的压缩图像解码并输出到显示控制电路113。

显示控制电路113向显示面板120供应从分离电路117或解码器119输出的控制信号（具体而言，用于切换控制信号（诸如，起始脉冲SP或时钟信号CK）的供应和停止的信号）和图像信号，并向照明单元130供应照明单元信号（具体而言，用于打开或关闭照明单元130的信号）。

照明单元130包括照明单元控制电路和灯。照明单元可以具有为显示装置100的使用应用而选择的组合；例如，在显示全色彩图像的情况下使用用于至少三种原色光的光源。在这一实施例中，例如，提供了发射白光的发光元件（例如LED）。在使用透射型液晶元件或透射反射型液晶元件的情况下，可以在显示元件的后表面侧上设置照明单元。在使用反射型液晶元件的情况下，可以在显示元件的显示表面侧的位置中设置照明单元，从而照射显示元件。

从显示控制电路113向照明单元控制电路供应用于控制照明单元的照明单元信号和电源电位。例如，可以向照明单元控制电路供应用于限制照明时段的信号以减小功耗。

显示面板120包括像素部分122和开关元件127。在这一实施例中，对显示面板120提供第一基板和第二基板。对第一基板提供驱动器电路部分121、像素部分122和开关元件127。对第二基板提供公共连接部分（也称为公共接触）和公共电极部分（也称为对电极部分）。公共连接部分将第一基板电连接到第二基板，可以设置于第一基板上方。

为像素部分122提供多条栅极线124和多条信号线125，并将多个像素123布置成矩阵，使得每个像素都被栅极线124和信号线125围绕。在这一实施例中描述的显示面板中，栅极线124从栅极线驱动器电路121A延伸，而信号线125从信号线驱动器电路121B延伸。

像素123包括截止电流被减小的晶体管、连接到该晶体管的像素电极、电容器、和显示元件。像素电极具有有透射可见光的性质的区域和反射可见光的区域。

在其截止态电流被减少并被包括在像素123中的晶体管截止时，连接到晶体管的显示元件和电容器中存储的电荷不会通过处于截止态的晶体管泄露太多，在晶体管截止之前写入的数据可以被长时间保持。

可以给出液晶元件作为显示元件的例子。例如，在像素电极和面对像素电极的公共电极部分之间提供液晶层的地方形成液晶元件。像素中透射光的区域透射照明单元的光，而像素电极中反射可见光的区域反射通过液晶层的光。像素电极中透射光的区域和照明单元130不是必须提供的；可以使用反射型液晶元件而不提供像素电极中具有透光性质的区域和照明单元130，从而可以减小功耗。

液晶元件的例子是通过液晶的光学调制控制光的透射和不透射的元件。该元件可以包括一对电极和液晶层。通过施加到液晶的电场（亦即，垂直方向上的电场）控制液晶的光学调制。

作为应用于液晶元件的液晶的例子，可以给出以下：向列型液晶、胆甾型液晶、近晶型（smectic）液晶、盘状液晶、热致液晶、溶致液晶、低分子液晶、聚合物分散型液晶（PDLC）、铁电型液晶、反铁电型液晶、主链液晶、侧链高分子液晶、香蕉形液晶等。

此外，作为液晶驱动方法的例子，可以给出如下方法：TN（扭转向列）模式、STN（超扭转向列）模式、OCB（光学补偿双折射）模式、ECB（电控双折射）模式、FLC（铁电液晶）模式、AFLC（反铁电液晶）模式、PDLC（聚合物分散液晶）模式、PNLC（聚合物网络液晶）模式、客主（guest-host）模式等。

驱动器电路部分121包括栅极线驱动器电路121A和信号线驱动器电路121B。栅极线驱动器电路121A和信号线驱动器电路121B是用于驱动包括多个像素的像素部分122的驱动器电路，并且包括移位寄存器电路（也称为移位寄存器）。

栅极线驱动器电路121A和信号线驱动器电路121B可以形成于于像素部分122或开关元件127相同的基板上，或者可以形成于另一基板上。

高电源电位Vdd、低电源电位Vss、起始脉冲SP、时钟信号CK和图像信号“数据”受显示控制电路113的控制，然后被供应给驱动器电路部分121。

端子部分126是用于向驱动器电路部分121供应从图像处理电路110中包括的显示控制电路113输出的预定信号（例如，高电源电位Vdd、低电源电位Vss、起始脉冲SP、时钟信号CK、图像信号“数据”、公共电位Vcom）的输入端子。

开关元件127根据从显示控制电路113输出的控制信号向公共电极部分128供应公共电位Vcom。可以将晶体管用作开关元件127。晶体管的栅电极可以连接到显示控制电路113，可以通过端子部分126向晶体管的源电极和漏电极之一供应公共电位Vcom，晶体管的源电极和漏电极中另一个可以连接到公共电极部分128。开关元件127可以形成于与驱动器电路部分121或像素部分122相同的基板上，或者可以形成于另一基板上。

公共连接部分通过连接到开关元件127的源电极或漏电极的端子而电连接到公共电极部分128。

作为公共连接部分的具体例子，可以使用其中绝缘球体被覆有薄金属膜的导电颗粒，从而形成电连接。可以为第一基板和第二基板提供两个或更多个公共连接部分。

优选将公共电极部分128设置为与像素部分122中中提供的多个像素电极交叠。公共电极部分128和像素部分122中包括的像素电极可以具有各种开口图案。

接下来，下面利用图3中所示的等效电路描述像素部分122中包括的像素123的结构。

像素123包括晶体管214、显示元件215和电容器210。在这一实施例中，将液晶元件用作显示元件215。液晶元件形成于第一基板上的像素电极和第二基板上的公共电极部分128之间提供液晶层的地方。

晶体管214的栅电极连接到为像素部分提供的多个栅极线124之一，晶体管214的源电极和漏电极之一连接到多条信号线125之一，并且晶体管214的源电极和漏电极中的另一个连接到电容器210的一个电极和显示元件215的一个电极。

将截止态电流被减小的晶体管用作晶体管214。在晶体管214截止时，连接到晶体管214的显示元件215和电容器210中存储的电荷不会通过晶体管214泄露太多，并且在晶体管214截止之前写入的数据可以保持很长时间。

利用这种结构，电容器210能够保持施加到显示元件215的电压。并不必须提供电容器210。电容器210的电极可以连接到电容器线。

开关元件127（其作为本发明的开关元件的一个实施例）的源电极和漏电极之一连接到未与晶体管214连接的电容器210的另一个电极和显示元件215的另一个电极，并且开关元件127的源电极和漏电极中的另一个通过公共端子部分连接到端子126B。开关元件127的栅电极连接到端子126A。

接下来，下面将利用图3的显示装置的等效电路图和图4所示的时序图描述供应给像素123的信号的状态。

在图4中，示出了从显示控制电路113向栅极线驱动器电路121A供应的时钟信号GCK和起始脉冲GSP。此外，还示出了从显示控制电路113向信号线驱动器电路121B供应的时钟信号SCK和起始脉冲SSP。在图4中，以简单的方波的形式示出了时钟信号的波形，以用于描述时钟信号的输出时序。

此外，图4中示出了信号线125的电位、像素电极的电位、端子126A的电位、端子126B的电位、和公共电极部分的电位。

图4中的时段301对应于写入图像信号的时段。在时段301中，向像素部分122的每个像素和公共电极部分供应图像信号和公共电位。

此外，时段302对应于显示静止图像的时段。在时段302中，停止向像素部分122中的每个像素的图像信号的供应以及向公共电极部分的公共电位的供应。注意，每个信号被供应为使得在图4中的时段302中停止驱动器电路部分的操作；不过，优选根据时段302的长度和刷新率周期性地写入图像信号，从而防止静止图像劣化。

在时段301中，始终供应时钟信号GCK，并根据垂直同步频率供应起始脉冲GSP。此外，在时段301中，始终供应时钟信号SCK，并根据一个栅极选择时段供应起始脉冲SSP。

此外，在时段301中，通过信号线125向每行中的像素供应图像信号“数据”，并根据栅极线124的电位向像素电极供应信号线125的电位。

此外，在时段301中，显示控制电路向开关元件127的端子126A供应开关元件127导通的电位，并通过端子126B向公共电极部分供应公共电位。

时段302是这样的时段，在该时段期间显示静止图像。在时段302中，停止供应时钟信号GCK、起始脉冲GSP、时钟信号SCK和起始脉冲SSP，还停止供应向信号线125供应的图像信号“数据”。在期间停止供应时钟信号GCK和起始脉冲GSP地时段302中，晶体管214截止，并使像素电极进入浮置状态。

此外，在时段302中，显示控制电路向开关元件127的端子126A供应开关元件127截止的电位，者使得公共电极部分进入浮置状态。

在时段302中，可以使显示元件215的两个电极，即像素电极和公共电极部分，都进入浮置状态，并且可以显示静止图像而不供应任何另一电位。

停止向栅极线驱动器电路121A和信号线驱动器电路121B供应时钟信号和起始脉冲，由此可以实现低功耗。

利用截止态被减小的晶体管作为晶体管214和开关元件127，可以抑制施加到显示元件215的端子的电压随时间下降。

接下来，下面利用图5A和5B描述显示控制电路在用于将操作从图像写入切换到写入图像保持的时段（该时段为图4中的时段303）中以及用于将操作从写入图像保持切换到图像写入的时段（该时段为图4中的时段304）中的操作。在图5A和5B中，示出了高电源电位Vdd、时钟信号（这里为GCK）、起始脉冲信号（这里为GSP）和从显示装置输出的端子126A的电位。

图5A中示出了在用于将操作从图像写入切换到写入图像保持的时段中显示控制电路的操作。显示控制电路停止供应起始脉冲信号GSP（图5A中的E1，第一步）。接下来，在停止供应起始脉冲信号GSP并且脉冲输出达到移位寄存器的最后一级之后，停止供应时钟信号GCK（图5A中的E2，第二步）。然后，将电源电压的高电源电位Vdd改变为低电源电位Vss（图5A中的E3，第三步）。之后，将端子126A的电位改变为开关元件127截止的电位（图5A中的E4，第四步）。

通过以上过程，可以停止驱动器电路部分121的信号供应，而不导致驱动器电路部分121故障。优选的是，为显示装置提供的显示控制电路应不太可能发生故障，因为在操作从图像写入切换到写入图像保持时的故障导致写入到图像中并被保持的噪声。

图5B中示出了操作从图像保持切换到图像写入的时段中显示控制电路的操作。显示控制电路将端子126A的电位改变为开关元件127导通的电位（图5B中的S1，第一步）。接下来，将电源电压从低电源电位Vss改变为高电源电位Vdd（图5B中的S2，第二步）。然后，在供应高电平的电位之后，供应时钟信号GCK（图5B中的S3，第三步）。接下来，供应起始脉冲信号GSP（图5B中的S4，第四步）。

通过以上过程，可以重新开始向驱动器电路部分121供应驱动信号，而不导致驱动器电路部分121故障。将布线的相应电位相继改变回到图像写入时的电位，由此可以无故障地驱动驱动器电路部分。

图6是曲线图，其示意性示出在帧周期中，在用于写入图像的时段601中写入图像信号的频率以及在用于保持写入图像的时段602中的频率。在图6中，W表示用于写入图像信号的时段，H表示用于保持图像信号的时段。此外，时段603是图6中的一个帧周期；不过，时段603可以表示不同的时段。

如图6中所示，根据本实施例的显示装置的结构，在时段604中写入用于在时段602中显示的图像信号，然后在时段602中的其他时段中保持该图像信号。

接下来，下面利用图2A和2B描述利用由数字数据文件提供的与显示装置100的操作相关联的数据在显示装置100上显示该数字数据文件提供的图像的方法。在这一实施例中，将数字数据文件的扩展名用作与显示装置100的操作相关联的数据。在存储器电路116中保持将文件的扩展名与操作模式相关联的参考表。

将扩展名与操作模式相关联的参考表的例子为图2B。图2B中的参考表和参考表中描述的扩展名作为示例，而并不限制适用于本实施例的显示装置的文件格式。

图2A中示出了本实施例中描述的用于选择显示装置操作模式的方法（操作模式选择模式60）。在第一步中，向显示装置输入数字数据文件（数据输入61）。在第二步中，显示装置搜索将扩展名与操作模式相关联的参考表，以查找输入的数字数据文件的扩展名，并确定操作模式（扩展名区分62）。尤其是，在对其给出txt或jpg作为扩展名的静止图像的情况下，选择静止图像模式66，其中降低了显示面板的重新写入的频率。

在第三步中，由用户选择运动图像模式中使用的操作（标准或简单播放?63）。具体而言，选择标准播放模式64和简单播放模式65的任一种，在标准播放模式64中再现运动图像的所有帧，在简单播放模式中再现其中的一些帧。在标准播放模式中，根据数字数据文件提供的运动图像的重新写入频率（帧速率）的相关数据显示运动图像。在简单播放模式中，例如，仅对帧中的参考帧解码，从而可以降低应用到图像处理电路的负荷并可以抑制功耗。

常规的有源矩阵显示装置的一个缺点在于写入到像素中的电荷随着时间泄露和损失，并且即使在保持显示相同的图像（例如，静止图像）的情况下，也需频繁向像素中重新写入信号。

另一方面，本实施例中所描述的显示装置100中的显示面板120中提供的显示元件连接到截止态电流被减小的开关元件。连接到截止态电流被减小的晶体管的显示元件和电容器中存储的电荷不会通过处于截止态的该晶体管泄露那么多，并且可以长时段保持晶体管截止之前写入的数据。

结果，本实施例中描述的显示装置100不需要频繁向显示面板120中重新写入图像，并能够根据显示图像的内容决定图像写入频率。尤其是，在显示静止图像的情况下，可以降低静止图像重新写入（即，所谓的刷新）的频率。此外，在显示运动图像的情况下，可以降低写入频率，因为除了参考帧之外不在进行写入。

如上所述，向本实施例中所述显示装置100应用根据数字数据文件所提供的图像的内容控制图像写入频率的显示图像的方法，由此可以降低显示面板的重新写入频率而不降低图像质量。这样的结果是可以降低功耗。

此外，由于事先将文件格式与操作模式相关联，用户不需要根据数字数据文件的格式选择操作模式，这对于用户是便利的。此外，用户能够选择操作，从而可以提供根据用户请求操作的显示装置。

可以在与其他实施例中所描述的任何其他结构适当组合地实施实施例1。

[实施例2]

实施例2中描述了一种利用数字数据文件提供的与显示装置的操作相关联的数据在显示装置上显示数字数据文件提供的图像的方法，在所述显示装置中在像素中设置了截止态电流被降低的开关元件。具体而言，下面利用图3和7描述运动图像的标准播放模式和其中显示面板的刷新频率被降低的简单播放模式。

在该实施例中，描述了由脚本文件或首部数据提供与显示装置的操作相关联的数据的例子。

下面描述应用于本实施例中所述地显示装置的数字数据文件的构成。本实施例中使用的数字数据文件包含以可独立于前后帧解码的格式压缩的帧。这种格式的数字数据文件的例子是MPEG2、MPEG4和H.264。独立于前后帧压缩的帧，亦即，其中仅图像数据被压缩的帧被称为参考帧、I帧或I画面（内部画面（Intra Picture））。在该实施例中，独立于前后帧压缩的帧被称为参考帧。数字数据文件还包含其中记录该帧和与该帧相邻的帧之间地差异的帧。

在该实施例中，为便于描述，使用以MP4文件格式记录的数字数据文件，作为包含参考帧的数字数据文件的一个实施例；利用图像处理电路110处理信号的过程不限于MP4文件格式。

MP4文件格式的文件构成的示意图为图7。MP4文件包含：含兼容数据的区域（框ftyp）、存储压缩声音和压缩运动图像的区域（存储媒体数据的容器框mdat）、以及存储用于管理该区域的首部数据的区域（存储元数据的容器框moov）。

存储压缩声音和压缩运动图像的区域（mdat）包含多个每一均包含分开的视频数据的区域（框或块）以及多个每一均包含分开的音频数据的区域（框或块）。包含视频数据的每个区域（框或块）包含至少一个参考帧，并包含多个在每一个中记录该帧和与该帧相邻的帧之间的差异的帧。

在利用可变帧速率或可变比特率压缩数字数据文件的情况下，包含分开的视频数据的区域（框或块）中所含的帧的数量不是恒定的。具体而言，其中记录了相继帧之间变化小的图像的区域（框或块）中所包含的帧的数量大，而记录了相继帧之间变化大的图像的区域（框或块）中包含的帧的数量小。

存储了用于管理存储了分开的视频数据的区域（框或块）的首部数据的区域（其中存储元数据的容器框moov）包含关于存储了分开的视频数据的区域（框或块）中的帧数N的数据、关于该区域（框或块）的帧速率R的数据、以及关于参考帧的位置S的数据。

例如，在图7中，包含分开的视频数据的第一区域（框或块）BOX_1中的帧数N₁为5，而包含分开的视频数据的第二区域（框或块）BOX_2中的帧数N₂为3。第一区域（框或块）中包含的第一参考帧的位置S₁为1，而第二区域（框或块）中包含的第二参考帧的位置S₂为6。可以从S₂和S₁之间的差获得第一区域中的帧数N₁。

在关于包含分开的视频数据的第一区域（框或块）BOX_1的管理数据包括帧数N₁和帧速率R₁的情况下，可以通过将N₁乘以R₁获得第一区域中存储的图像的长度。在本说明书等中，将用这样的方式计算的包含分开的视频数据的区域（框或块）中记录的图像时长称为帧持续时间。

接下来，下面描述利用图像处理电路110向显示面板120输出图像信号的操作。在本实施例的显示装置操作中，有如下的操作模式：在一种操作模式中，对所有压缩图像信号解码以显示图像，在一种操作模式中，由分离电路117分离包含分开的视频数据的区域（框或块）中的参考帧以显示图像；前一种被称为标准播放模式，后一种被称为简单播放模式。在简单播放模式中，在本实施例中仅对参考帧执行解码，因此可以降低应用到图像处理电路110的负荷。

首先，下面描述标准播放模式，亦即，其中图像处理电路110对压缩图像信号的所有帧进行解码并向显示面板120输出图像信号的操作。

用户经由输入模块SW命令分离电路117以开始标准播放模式。然后，解码器119对压缩图像信号解码并向显示控制电路113输出。除了控制信号之外，显示控制电路113还向显示面板120输出图像信号。

接下来，下面描述简单播放模式，亦即，其中图像处理电路110仅对从压缩图像信号的帧中选择的参考帧解码并向显示面板120输出的操作。

用户经由输入模块SW命令分离电路117以开始简单播放模式。分离电路117从包含压缩图像信号的分开的视频数据的第一区域（框或块）BOX_1分离第一参考帧。接下来，分离电路117对第一参考帧解码以产生用于一个帧的第一图像并输出到显示控制电路113。可以利用关于参考帧的位置S的管理数据，来指定第一参考帧的位置，以分离第一参考帧。

显示控制电路113还搜索存储器电路116中包含元数据的容器框moov，从而获得包含分开的视频数据的第一区域（框或块）的帧数N₁和帧速率R₁的乘积，由此计算第一区域（框或块）中记录的图像的时长，即第一帧持续时间。

除了控制信号之外，显示控制电路113还向显示面板120输出一个帧的第一图像，并在第一帧持续时间期间待机。因此，显示面板120在第一帧持续时间期间保持显示从第一参考帧产生的第一图像。

分离电路117从包含分开的视频数据并紧接第一区域（框或块）BOX_1的第二区域（框或块）BOX_2分离第二参考帧，从而准备第二图像。此外，显示控制电路113计算第二区域（框或块）中记录的图像的时长，即第二帧持续时间。

在第一帧持续时间过去之后，显示控制电路113向显示面板120输出由分离电路117准备的第二图像，并在第二帧持续时间期间待机。因此，显示面板120在第二帧持续时间期间保持显示从第二参考帧产生的第二图像。

重复从包含压缩图像的分开的视频数据的区域（框或块）分离参考帧并显示该参考帧的图像的操作，从而可以以简化的方式显示压缩图像。

根据上述方法，不需要对所有压缩图像信号进行解码。因此，降低了图像处理电路110的操作负荷，并且可以降低显示装置100的功耗。

本实施例中描述的图像处理电路可以具有模式切换功能。模式切换功能使得显示装置的用户能够手工或利用外部连接装置从标准播放模式、简单播放模式和显示停止中选择显示装置的操作模式。

分离电路117能够根据从模式切换电路输入的信号向显示控制电路113输出图像信号。

根据本实施例的显示装置，可以降低被提供用于图像处理电路的解码器的操作频率。因此，不仅可以降低重新写入时显示元件的功耗，而且可以降低图像处理电路的功耗。

显示元件的类型对于降低图像处理电路功耗的效果没有任何限制；尤其是，即使在使用电致发光取代液晶元件的显示装置中，也能够降低本实施例中所述图像处理电路的功耗。

此外，在多次重新写入相同的图像以显示静止图像的情况下，图像间的切换的视觉识别可能导致眼睛疲劳。根据本实施例的显示装置，降低了图像信号的写入频率，这也使得眼睛疲劳不严重。

尤其是，根据本实施例的显示装置，对于像素和公共电极的开关晶体管应用截止态电流被降低的晶体管，由此可以延长保持电容器能够保持电压的时间。

可以与其他实施例中所述的任何其他结构适当组合地实施实施例2。

[实施例3]

在实施例3中，将描述可以应用于本说明书等中公开的显示装置的晶体管的一个例子。对于可以应用于本说明书等中公开的显示装置的晶体管的结构没有特别限制；例如，可以使用顶栅型结构或底栅型结构，例如交错型或平面型。此外，晶体管可以具有包括一个沟道形成区域的单栅极结构、包括两个沟道形成区域的双栅极结构、或包括三个沟道形成区域的三栅极结构。替代地，晶体管可以具有包括位于沟道区上方和下方的两个栅电极层而栅极绝缘层位于沟道区和栅电极层之间的双栅极结构。注意，下面描述图8A到8D所示的晶体管的截面结构例子。图8A到8D中所示的晶体管是包括氧化物半导体作为半导体的晶体管。氧化物半导体具有这样的优点：可以以相对容易并且低温的工艺过程获得高迁移率和低截止态电流；不过，不用说，可以使用其它半导体。

图8A中所示的晶体管410是一种底栅型晶体管，也称为反转交错型晶体管。

晶体管410在具有绝缘表面的衬底400上包括栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、源电极层405a、和漏电极层405b。提供绝缘层407以覆盖晶体管410并堆叠在氧化物半导体层403上。在绝缘层407上形成保护性绝缘层409。

图8B中所示的晶体管420是一种称为沟道保护型（沟道停止型）的底栅型结构，并且也被称为反转交错型晶体管。

晶体管420在具有绝缘表面的衬底400上包括栅电极层401、栅极绝缘层402、氧化物半导体层403、充当覆盖氧化物半导体层403的沟道形成区域的沟道保护层的绝缘层427、源电极层405a、和漏电极层405b。提供保护性绝缘层409以覆盖晶体管420。

图8C中所示的晶体管430是底栅型晶体管，并且在具有绝缘表面的衬底400上包括栅电极层401、栅极绝缘层402、源电极层405a、漏电极层405b、和氧化物半导体层403。提供绝缘层407以覆盖晶体管430并与氧化物半导体层403接触。在绝缘层407上形成保护性绝缘层409。

在晶体管430中，栅极绝缘层402被设置在衬底400和栅电极层401上并与之接触，并且源电极层405a和漏电极层405b被设置在栅极绝缘层402上并与之接触。氧化物半导体层403被设置在栅极绝缘层402、源电极层405a和漏电极层405b上。

图8D中所示的晶体管440是一种顶栅型晶体管。晶体管440在具有绝缘表面的衬底400上包括绝缘层437、氧化物半导体层403、源电极层405a、漏电极层405b、栅极绝缘层402、和栅电极层401。提供布线层436a和布线层436b以分别与源电极层405a和漏电极层405b接触并电连接。

在该实施例中，如上所述的，氧化物半导体层403用作半导体层。作为用于氧化物半导体层403的氧化物半导体，可以使用如下材料：基于In-Sn-Ga-Zn-O的氧化物半导体，这是四种金属元素的氧化物；基于In-Ga-Zn-O的氧化物半导体、基于In-Sn-Zn-O的氧化物半导体、基于In-Al-Zn-O的氧化物半导体、基于Sn-Ga-Zn-O的氧化物半导体、基于Al-Ga-Zn-O的氧化物半导体、或基于Sn-Al-Zn-O的氧化物半导体，这些是三种金属元素的氧化物；基于In-Zn-O的氧化物半导体、基于Sn-Zn-O的氧化物半导体、基于Al-Zn-O的氧化物半导体、基于Zn-Mg-O的氧化物半导体、基于Sn-Mg-O的氧化物半导体、或基于In-Mg-O的氧化物半导体，这些是两种金属元素的氧化物；或基于In-O的氧化物半导体、基于Sn-O的氧化物半导体、或基于Zn-O的氧化物半导体等。可以将氧化硅添加到任何上述氧化物半导体中。添加阻碍氧化物半导体层的晶化的氧化硅(SiO_x(x>0))能够抑制在制造过程中形成氧化物半导体层之后执行热处理时氧化物半导体层的晶化。在该实施例中，例如，基于In-Ga-Zn-O的氧化物半导体表示至少包含In、Ga和Zn的氧化物，并且元素的组分比没有特别限制。基于In-Ga-Zn-O的氧化物半导体可以包含除In、Ga和Zn之外的元素。

作为上述的氧化物半导体层403，可以使用由InMO₃(ZnO)_m（m>0且m不是自然数）表示的薄膜。在该实施例中，M表示从Ga、Al、Mn和Co中选择的一种或多种金属元素。例如，M对应于Ga、Ga和Al、Ga和Mn、或Ga和Co等。

在包括氧化物半导体层403的每个晶体管410、420、430和440中，处于截止态的电流（截止态电流）可以是小的。因此，可以延长电信号（诸如，图像数据）的保持时间，并可以延长写入之间的间隔。因此，可以降低刷新操作的频率，这使得实现功耗抑制。

此外，在包括氧化物半导体层403的晶体管410、420、430和440中，可以获得相对高的场效应迁移率，这使得能够实现高速操作。因此，通过在显示装置的像素部分中使用该晶体管，可以抑制色彩分离并能够显示高质量的图像。由于可以在电路部分和像素部分中在一个衬底上单独形成晶体管，所以可以减少液晶显示装置中的部件数量。

尽管对可用作有绝缘表面的衬底400的衬底没有特别限制，但使用的是钡硼硅酸盐玻璃、或铝硼硅酸盐玻璃等玻璃衬底。

在底栅极晶体管410、420和430中，可以在衬底和栅电极层之间提供充当基底膜（base film）的绝缘膜。基底膜防止杂质元素从衬底扩散，并且可以将其形成为具有利用氮化硅膜、氧化硅膜、氮氧化硅膜、和氮氧化硅膜中的一个或多个的单层结构或堆层结构。

可以利用金属材料形成栅电极层401为具有单层结构或堆层结构，所述金属材料例如钼、钛、铬、钽、钨、铝、铜、钕、或钪，或包含任何这些材料作为其主要成分的合金材料。

可以利用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、和氧化铪层中的一种或多种，通过等离子体CVD方法或溅射方法等，将栅极绝缘层402形成具有单层结构或分层结构。例如，通过等离子体CVD方法，形成厚度大于或等于50nm且小于或等于200nm的氮化硅层(SiN_y(y>0))作为第一栅极绝缘层，并形成厚度大于或等于5nm且小于或等于300nm的氧化硅层(SiO_x(x>0))作为在第一栅极绝缘层上的第二栅极绝缘层，从而形成总厚度为200nm的栅极绝缘层。

作为用于源电极层405a和漏电极层405b的导电膜，例如，可以使用从Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo和W中选择的元素的膜、包含任何这些元素作为成分的合金膜、或包含这些元素组合的合金膜等。替代地，可以采用其中在Al或Cu等金属层上和/或下堆叠Ti、Mo、或W等高熔点金属层的结构。此外，可以利用对其添加了防止在Al膜中产生小丘或须的元素（Si、Nd、或Sc等）的Al材料来改善耐热性。

可以将与源电极层405a和漏电极层405b的材料类似的材料用于导电膜，诸如，分别连接到源电极层405a和漏电极层405b的布线层436a和布线层436b。

替代地，可以利用导电金属氧化物形成用作源电极层405a和漏电极层405b（包括利用与源电极层405a和漏电极层405b相同的层形成的布线）的导电膜。作为导电金属氧化物，可以使用氧化铟（In₂O₃）、氧化锡（SnO₂）、氧化锌（ZnO）、氧化铟-氧化锡合金（In₂O₃-SnO₂，缩写为ITO）、氧化铟-氧化锌合金（In₂O₃-ZnO）、或包含氧化硅的任意这些金属氧化物材料。

作为绝缘层407、427和437，典型地，可以使用无机绝缘膜，例如氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、或氧氮化铝膜。

作为保护性绝缘层409，可以使用无机绝缘膜，例如氮化硅膜、氮化铝膜、氮氧化硅膜或氮氧化铝膜。

可以在保护性绝缘层409上形成平坦化绝缘膜，以便降低由于晶体管造成的表面粗糙度。作为平坦化绝缘膜，可以使用诸如聚酰亚胺、丙烯酸树脂、或苯并环丁烯的有机材料。作为这样的有机材料，也可以使用低介电常数材料（低k材料）等。可以通过堆叠由这些材料形成的多个绝缘膜来形成平坦化绝缘膜。

于是，在该实施例中，可以利用包括氧化物半导体层的晶体管来提供高性能显示装置。

利用截止态电流被降低且包括氧化物半导体层的晶体管，连接到该晶体管的显示元件和电容器中存储的电荷不会通过处于截止态的该晶体管泄露太多，并且可以长时间保持在该晶体管截止之前写入的数据。

[实施例4]

在实施例4中，将利用图9A到9E详细描述包括氧化物半导体层的晶体管的例子及其制造方法的例子。对于与上面的实施例中相同的部分或具有功能类似那些的部分或步骤，可以应用上面的实施例，并省略重复的描述。

图9A到9E示出了晶体管截面结构的例子。图9A到9E中所示的晶体管510是底栅型反转交错晶体管，类似于图8A中所示的晶体管410。

本实施例中用于半导体层的氧化物半导体是i型（本征）氧化物半导体或基本i型（本征）氧化物半导体，其是通过从氧化物半导体去除作为n型杂质的氢的方式获得的，并且该氧化物半导体被高度纯化以便包含尽可能少的不是氧化物半导体的主要成分的杂质。换言之，根据本发明的氧化物半导体的特征是，不是通过添加杂质，而是通过尽可能多地去除诸如氢或水的杂质而高度纯化来使其成为i型（本征）半导体或使其接近i型半导体。因此，晶体管510中包括的氧化物半导体层是高度纯化地并使其在电学上为i型（本征）的氧化物半导体层。

高度纯化的氧化物半导体中的载流子数量非常小（接近于零），并且载流子浓度为小于1×10¹⁴/cm³，优选小于1×10¹²/cm³，更优选小于1×10¹¹/cm³。

由于氧化物半导体层中的载流子数量极小，所以可以降低晶体管的截止态电流。截止态电流的量越小越好。

尤其是，在包括该氧化物半导体层的晶体管中，可以将室温下沟道宽度上每微米的截止态电流密度降低到小于等于10aA/μm（1×10^-17A/μm），进一步小于等于1aA/μm（1×10^-18A/μm），进一步小于等于10zA/μm（1×10^-20A/μm）。

利用截止态中的电流值（截止态电流值）极小的晶体管用作实施例2的像素部分中的晶体管，可以利用少量次数的图像数据写入执行静止图像区域中的刷新操作。

此外，在包括该氧化物半导体层的晶体管510中，几乎未观察到导通状态电流的温度依赖性，并且截止态电流保持极小。

下面利用图9A到9E描述在衬底505上制造晶体管510的步骤。

首先，在具有绝缘表面的衬底505上形成导电膜，然后进行第一光刻步骤，从而形成栅电极层511。可以通过喷墨方法形成抗蚀剂掩模。通过喷墨方法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；因此，可以降低制造成本。

作为具有绝缘表面的衬底505，可以使用与实施例3中所述的衬底400类似的衬底。在该实施例中，将玻璃衬底用作衬底505。

可以在衬底505和栅电极层511之间提供充当基底膜的绝缘膜。基底膜防止杂质元素从衬底505扩散，并且可以将基底膜形成为具有利用氮化硅膜、氧化硅膜、氧氮化硅膜和氧氮化硅膜中的一个或多个的单层结构或叠层结构。

此外，可以利用金属材料形成栅电极层511以具有单层结构或叠层结构，所述金属材料例如钼、钛、钽、钨、铝、铜、钕、或钪，或包含任何这些材料作为其主要成分的合金材料。

接下来，在栅电极层511上形成栅极绝缘层507。可以利用氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、氮氧化硅层、氧化铝层、氮化铝层、氧氮化铝层、氮氧化铝层、和氧化铪层，通过等离子体CVD方法或溅射方法等，形成栅极绝缘层507为具有单层结构或叠层结构。

作为本实施例中的氧化物半导体，使用通过去除杂质形成的i型或基本i型的氧化物半导体。这样的高度纯化的氧化物半导体对界面态和界面电荷高度敏感；因此，氧化物半导体层和栅极绝缘层之间的界面非常重要。因此，要与高度纯化的氧化物半导体接触的栅极绝缘层需要具有高质量。

例如，优选采用利用微波（例如，2.45GHz频率）的高密度等离子体CVD方法，因为可以将绝缘层形成得致密且具有高耐受电压和高质量。这是因为高纯化的氧化物半导体和高质量栅极绝缘层彼此紧密接触，由此可以降低界面态密度以提供高界面特性。

显然，可以采用另一种膜形成方法，例如溅射方法或等离子体CVD方法，只要该方法能够形成高质量绝缘层作为栅极绝缘层即可。替代地或另外地，可以使用这样的绝缘层作为栅极绝缘层，通过在形成所述绝缘层之后执行的热处理改善该绝缘层的膜质量以及该绝缘层和氧化物半导体之间界面的特性。在任何情况下，可以使用任意绝缘层作为栅极绝缘层，只要该绝缘层除了具有高的膜质量之外，还能够降低与氧化物半导体的界面的界面态密度并形成良好界面即可。

此外，为了在栅极绝缘层507和氧化物半导体膜530中尽可能少地含有氢、氢氧基和水分，优选在溅射设备的预热室中对设置有栅电极层511的衬底505或设置有直到并包括栅极绝缘层507的元件的衬底505进行预加热，作为沉积氧化物半导体膜530的预处理，从而消除吸附到衬底505的杂质，例如氢和水分，并进行抽空。作为设置在预热室中的抽空单元，低温泵是优选的。并不必须要执行该预热处理。可以在沉积绝缘层516之前对设置有直到并包括源电极层515a和漏电极层515b的元件的衬底505类似地执行该预加热过程。

接下来，在栅极绝缘层507上形成氧化物半导体膜530为厚度大于或等于2nm且小于或等于200nm，优选大于或等于5nm且小于或等于30nm（参见图9A）。

注意，在通过溅射方法形成氧化物半导体膜530之前，优选通过其中引入氩气并产生等离子体的反向溅射去除栅极绝缘层507表面上附着的粉末状物质（也称为颗粒或粉尘）。反向溅射是指这样的方法，其中不向耙侧施加电压，使用RF电源在氩气氛中向衬底侧施加电压，以对表面改性。替代氩气氛，可以使用氮气氛、氦气氛、或氧气氛等。

作为用于氧化物半导体膜530的氧化物半导体，可以使用实施例3中描述的任何氧化物半导体，例如四种金属元素的氧化物、三种金属元素的氧化物、两种金属元素的氧化物、基于In-O的氧化物半导体、基于Sn-O的氧化物半导体、或基于Zn-O的氧化物半导体。此外，以上氧化物半导体中可以含有SiO₂。在该实施例中，通过溅射方法，利用基于In-Ga-Zn-O的氧化物半导体靶，沉积氧化物半导体膜530。这个阶段的截面图为图9A。可以在稀有气体（典型为氩）气氛、氧气氛、或稀有气体和氧的混合气氛中，通过溅射方法形成氧化物半导体膜530。

作为用于通过溅射方法沉积氧化物半导体膜530的靶，例如，可以使用组分比为In₂O₃:Ga₂O₃:ZnO=1:1:1[mol%]（亦即In:Ga:Zn=1:1:0.5[atom%]）的靶等。替代地，可以使用组分比为In:Ga:Zn=1:1:1[atom%]或In:Ga:Zn=1:1:2[atom%]的靶。金属氧化物靶的填充率大于或等于90%且小于或等于100%，优选大于或等于95%且小于或等于99.9%。利用高填充率的金属氧化物靶，沉积的氧化物半导体膜具有高密度。

优选将去除了诸如氢、水、氢氧基或氢化物等杂质的高纯度气体用作溅射气体，用于沉积氧化物半导体膜530。

将衬底放在压力降低的沉积室中，并将衬底温度设置成高于或等于100℃且低于或等于600℃的温度，优选设置成高于或等于200℃且低于或等于400℃的温度。通过在加热衬底的同时沉积氧化物半导体膜，可以降低氧化物半导体膜中包含的杂质浓度。此外，可以减少溅射的损伤。然后，去除沉积室中的残余水份，引入已从其去除氢和水分的溅射气体，并使用上述的靶，从而在衬底505上形成氧化物半导体膜530。为了去除沉积室中的残余水份，优选使用俘获型真空泵，例如，低温泵、离子泵、或钛升华泵。抽空单元可以是设有冷阱的涡轮泵。在利用低温泵抽空的沉积室中，去除氢原子、包含氢原子的化合物（例如水（H₂O））（更优选的，还有包含碳原子的化合物）等，从而可以降低沉积室中沉积的氧化物半导体膜中的杂质浓度。

作为沉积条件的一个例子，衬底和靶之间的距离为100mm，压力为0.6Pa，直流（DC）功率为0.5kW，气氛为氧气氛（氧流量的比例为100%）。优选使用脉冲直流电源，因为可以减少沉积中产生的粉末物质（也称为颗粒或粉尘）并且可以使膜厚度均匀。

接下来，通过第二光刻步骤将氧化物半导体膜530处理成岛形氧化物半导体层。可以通过喷墨方法形成用于形成岛形氧化物半导体层的抗蚀剂掩模。通过喷墨方法形成抗蚀剂掩模不需要光掩模；因此，可以降低制造成本。

在栅极绝缘层507中形成接触孔的情况下，可以与处理氧化物半导体膜530同时地执行形成接触孔的步骤。

对于本实施例中氧化物半导体膜530的蚀刻，可以采用湿法蚀刻和干法蚀刻之一或两者。作为用于湿法蚀刻氧化物半导体膜530的蚀刻剂，例如，可以使用磷酸、醋酸和硝酸的混合溶液等。也可以使用ITO07N（由KANTO CHEMICAL CO.，INC.生产）。

接下来，使氧化物半导体层经受第一热处理。通过该第一热处理可以对氧化物半导体层进行脱水或脱氢。第一热处理的温度高于或等于400℃且低于或等于750℃，或者高于或等于400℃且低于衬底的应变点。在该实施例中，将衬底放在电炉（其作为热处理设备的一种）中，在450℃在氮气氛中对氧化物半导体层进行一小时的热处理，然后，防止氧化物半导体层暴露于空气，从而防止水或氢进入氧化物半导体层；通过这种方式，获得氧化物半导体层531（参见图9B）。

热处理设备不限于电炉，并且可以具有通过来自加热元件（诸如，电阻加热元件）的热传导或热辐射来加热对象的装置。例如，可以使用RTA（快速热退火）设备，诸如GRTA（气体快速热退火）设备或LRTA（灯快速热退火）设备。LRTA设备是通过从灯发射的光（电磁波）的辐射加热对象的设备，灯例如是卤素灯、金属卤化物灯、氙弧灯、碳弧灯、高压钠灯、或高压汞灯。GRTA设备是利用高温气体进行热处理的设备。作为高温气体，使用不会通过热处理与对象反应的惰性气体，诸如氮或象氩这样的稀有气体。

例如，作为第一热处理，可以进行GRTA，根据GRTA，将衬底移入到被加热到高达650℃到700℃的惰性气体中，将衬底加热几分钟，并将其从被加热到高温的惰性气体中移出。

在第一热处理中，优选在氮或者诸如氦、氖或氩的稀有气体的气氛中不包含水、氢等。引入到热处理设备中的氮或诸如氦、氖或氩的稀有气体的纯度优选设为6N（99.9999%）或更高，更优选为7N（99.99999%）或更高（亦即，杂质浓度优选为1ppm或更低，更优选为0.1ppm或更低）。

此外，在第一热处理中对氧化物半导体层加热之后，可以向同一电炉中引入高纯度氧气、高纯度N₂O气体、或超干空气（露点低于或等于-40℃，优选低于或等于-60℃）。优选氧气或N₂O气体中不含水、氢等。向热处理设备中引入的氧气或N₂O气体的纯度优选设为6N或更高，更优选为7N或更高（亦即，氧气或N₂O气体中的杂质浓度优选为1ppm或更低，更优选为0.1ppm或更低）。氧气或N₂O气体用于供应氧，氧作为氧化物半导体主要成分并且通过脱水或脱氢去除杂质的步骤而被减少，从而使得氧化物半导体层成为高度纯化或电气上i型（本征）的氧化物半导体。

可以在将氧化物半导体膜330处理成岛形氧化物半导体层之前对其进行氧化物半导体层的第一热处理。在该情况下，在第一热处理之后从加热设备取出衬底，然后对其执行光刻步骤。

可以在以下时机执行第一热处理而并不限于上面所述的时机，只要在沉积氧化物半导体层之后即可：在氧化物半导体层上形成源电极层和漏电极层之后；在源电极层和漏电极层上形成绝缘层之后。

此外，在栅极绝缘层507中形成接触孔的情况下，可以在对氧化物半导体膜530执行第一热处理之前或之后执行形成接触孔的步骤。

此外，作为氧化物半导体层，不论基础构件材料如何，可以通过执行两次沉积和两次热处理来形成具有与膜的表面垂直地c轴对准的晶体区域的氧化物半导体层。例如，沉积厚度大于或等于3nm且小于或等于15nm的第一氧化物半导体膜，并在高于或等于450℃且低于或等于850℃的温度，优选在高于或等于550℃且低于或等于750℃的温度，在氮气、氧气、稀有气体或干燥空气气氛中执行第一热处理，从而形成在包括表面的区域中具有晶体区域（包括板状晶体）的第一氧化物半导体膜。然后，形成厚度比第一氧化物半导体膜大的第二氧化物半导体膜，并在高于或等于450℃且低于或等于850℃的温度，优选在高于或等于600℃且低于或等于700℃的温度，执行第二热处理，从而利用第一氧化物半导体膜作为晶体生长的种籽，晶体生长向上进行，并使整个第二氧化物半导体膜晶化。通过这样的方式，可以形成晶体区域厚度大的氧化物半导体层。

接下来，在栅极绝缘层507和氧化物半导体层531上形成作为源电极层和漏电极层（包括由与源电极层和漏电极层相同的层形成的布线）的导电膜。作为充当源电极层和漏电极层的导电膜，可以使用实施例3中描述的用于源电极层405a和漏电极层405b的材料。

通过第三光刻步骤在导电膜上形成抗蚀剂掩模，并将其进行选择性蚀刻以形成源电极层515a和漏电极层515b，然后，移除抗蚀剂掩模（参见图9C）。

可以利用紫外线、KrF激光或ArF激光执行在第三光刻步骤中形成抗蚀剂掩模时的曝光。晶体管的沟道长度L由氧化物半导体层531上彼此相邻的源电极层和漏电极层底端部分之间的节距（pitch）决定。在为小于25nm的沟道长度L执行曝光的情况下，优选利用具有几纳米到几十纳米的极短波长的极紫外光执行第三光刻步骤中形成抗蚀剂掩模时的曝光。在通过极紫外光曝光时，分辨率高且焦深大。因此，晶体管的沟道长度L可以长于或等于10nm且短于或等于1000nm，这能够提高电路的操作速度，并且可以降低功耗，因为截止态电流极小。为了减少光刻步骤中使用的光掩模数量并减少光刻步骤数量，可以利用用多色调掩模来执行蚀刻，多色调掩模是通过其光被透射为具有多种强度的光掩模。利用多色调掩模形成的抗蚀剂掩模具有多个厚度，并可以通过蚀刻进一步改变形状；因此，可以在多个蚀刻步骤中使用该抗蚀剂掩模以处理成不同图案。因此，可以通过一个多色调掩模形成对应于至少两种不同图案的抗蚀剂掩模。因此，可以减少光掩模的数量，并可以相应减少光刻步骤的数量，使得能够简化制造工艺过程。

注意，优选对蚀刻条件进行优化，以便在蚀刻导电膜时不蚀刻分开氧化物半导体层531。不过，难以获得仅蚀刻掉导电膜而全然不蚀刻氧化物半导体层531的蚀刻条件；在一些情况下，通过蚀刻导电膜仅蚀刻掉氧化物半导体层531的一部分，以便成为凹陷部分。

在该实施例中，由于将Ti膜用作导电膜，并将基于In-Ga-Zn-O的氧化物半导体用作氧化物半导体层531，因此将氨过氧化氢（氨、水和过氧化氢的混合溶液）用作蚀刻导电膜的蚀刻剂。

接下来，可以执行利用N₂O、N₂或Ar气体的等离子体处理以去除被吸到氧化物半导体层的暴露部分的表面的水等。在执行等离子体处理的情况下，形成绝缘层516而不暴露于空气，其作为与氧化物半导体层的一部分接触的保护性绝缘膜。

可以适当地通过使诸如水或氢的杂质不会进入绝缘层516的方法（诸如，溅射方法）将绝缘层516形成为至少1nm的厚度。在绝缘层516中包含氢时，可能发生氢进入氧化物半导体层或通过氢使得氧化物半导体层中的氧析出，从而使氧化物半导体层的背沟道具有较低电阻（成为n型），从而可能形成寄生沟道。因此，重要的是，采用不使用氢的沉积方法，以形成含氢尽可能少的绝缘层516。

在该实施例中，通过溅射方法形成氧化硅膜至200nm的厚度作为绝缘层516。沉积膜时的衬底温度可以高于或等于室温且低于或等于300℃，在该实施例中为100℃。可以在稀有气体（典型为氩）气氛、氧气氛、或包含稀有气体和氧的混合气氛中，通过溅射方法沉积氧化硅膜。可以将氧化硅靶或硅靶用作靶。例如，可以在含氧的气氛中，通过溅射方法，使用硅靶形成氧化硅膜。作为与氧化物半导体层接触地形成的绝缘层516，使用不包含诸如水分、氢离子和OH^-的杂质并且阻挡这些杂质从外部进入的无机绝缘膜；典型地，使用氧化硅膜、氧氮化硅膜、氧化铝膜、或氧氮化铝膜等。

为了在沉积氧化物半导体膜530的同时去除绝缘层516的沉积室中的残余水份，优选使用俘获型真空泵（例如，低温泵）。在利用低温泵抽空的沉积室中沉积绝缘层516时，可以降低绝缘层516中的杂质浓度。此外，作为用于去除绝缘层516沉积室中残余水份的抽空单元，可以使用设置有冷阱的涡轮泵。

优选将其中去除了诸如氢、水、氢氧基或氢化物等杂质的高纯度气体用作溅射气体，用于沉积绝缘层516。

接下来，在惰性气体气氛或氧气气氛中（优选在高于或等于200℃且低于或等于400℃的温度，例如在高于或等于250℃且低于或等于350℃地温度）执行第二热处理。例如，在250℃在氮气氛中执行一小时的第二热处理。在第二热处理中，在与绝缘层516接触的同时加热氧化物半导体层的一部分（沟道形成区域）。

通过以上过程，对氧化物半导体膜执行第一热处理，从而从氧化物半导体层去除诸如氢、水分、氢氧基或氢化物（也称为氢化合物）的杂质，并且可以供应作为氧化物半导体主要成分之一且在去除杂质的步骤中被减少的氧。因此，氧化物半导体层被高度纯化为电学上的i型（本征）半导体。

通过以上过程，形成晶体管510（图9D）。

在将具有大量缺陷的氧化硅层用作氧化物绝缘层时，通过在形成氧化硅层之后的热处理，将氧化物半导体层中包括的诸如氢、水分、氢氧基或氢化物的杂质扩散到氧化物绝缘层中，从而可以进一步减少氧化物半导体层中的杂质。

可以在绝缘层516上形成保护性绝缘层506。例如，通过RF溅射方法形成氮化硅膜。由于RF溅射方法具有高的产率，因此优选将其用作保护性绝缘层的膜形成方法。作为保护性绝缘层，使用不包含诸如水分的杂质并且防止这些杂质从外部进入的无机绝缘膜，例如氮化硅膜或氮化铝膜。在该实施例中，利用氮化硅膜形成保护性绝缘层506作为保护性绝缘层（参见图9E）。

在该实施例中，作为保护性绝缘层506，通过将设置有直至并包括绝缘层516的元件的衬底505加热到100℃到400℃的温度，引入已从其去除氢和水分的含高纯度氮气的溅射气体，并利用硅半导体靶，来形成氮化硅膜。在该情况下，类似于绝缘层516，也优选在处理室中去除残余水份来沉积保护性绝缘层506。

在形成保护性绝缘层之后，可以在高于等于100℃且低于等于200℃的温度，在空气中执行长于或等于1小时且短于或等于30小时的热处理。可以在固定加热温度执行该热处理。替代地，可以将加热温度的以下改变重复执行多次：将加热温度从室温升高到高于或等于100℃且低于或等于200℃的温度，然后降低到室温。

通过这种方式，借助于利用本实施例制造的包括高度纯化的氧化物半导体层的晶体管，可以进一步降低截止态下的电流值（截止态电流）。因此，可以延长电信号（诸如，图像数据）的保持时间，并且可以延长写入之间的间隔。因此，可以降低刷新频率，这使得进一步抑制了功耗。

此外，包括高度纯化的氧化物半导体层的晶体管具有高的场效应迁移率，能够实现高速操作。因此，在显示装置的像素部分中使用该晶体管，可以显示高质量的图像。由于可以在电路部分和像素部分中在一个衬底上单独形成晶体管，所以可以减少显示装置中的部件数量。

可以与其他实施例中所述的任何其他结构适当组合地实施实施例4。

[实施例5]

在实施例5中，将描述每一都包括上述实施例中描述的显示装置的电子装置的例子。

图10A示出了电子书阅读器（也称为e-book阅读器），其可以包括外壳9630、显示部分9631、操作按键9632、太阳能电池9633和充放电控制电路9634。图10A中所示的电子书阅读器具有在显示部分上显示各种信息（例如，静止图像、运动图像、和文本图像）的功能，在显示部分上显示日历、日期、时间等的功能，操作或编辑显示部分上显示的数据的功能，控制各种软件（程序）的处理的功能等。图10A示出了包括电池9635和DCDC转换器（在下文中简称为转换器9636）的结构作为充放电控制电路9634的例子。

对于图10A中所示的结构，在将透射反射型液晶显示装置用作显示部分9631的情况下，采取在相对亮的条件下使用，这是优选的，因为可以高效率地进行利用太阳能电池9633的电力生成和利用电池9635的充电。注意，为了有效率地对电池9635充电，在外壳9630的表面和后表面中的每一个上都提供太阳能电池9633的结构是优选的。可以使用锂离子电池作为电池9635，这带来尺寸缩小等优点。

参考图10B中的框图描述图10A中所示的充放电控制电路9634的结构和操作。图10B中示出太阳能电池9633、电池9635、转换器9636、转换器9637、开关SW1到SW3、以及显示部分9631，并且电池9635、转换器9636、转换器9637和开关SW1到SW3被包括在充放电控制电路9634中。

首先，描述通过太阳能电池9633利用外部光产生电力的情况下的操作的例子。通过转换器9636提高或降低太阳能电池产生的电力，使得电力具有为电池9635充电的电压。然后，在将来自太阳能电池9633的电力用于操作显示部分9631时，开关SW1导通，并通过转换器9637将电力的电压升高或降低到显示部分9631所需的电压。此外，在显示部分9631上未执行显示时，可以关断开关SW1，并且可以使开关SW2导通从而对电池9635进行充电。

接下来，描述不通过太阳能电池9633利用外部光产生电力的情况下的操作。通过将开关SW3导通来通过转换器9637提升或降低电池9635中累积的电力。然后，将来自电池9635的电力用于显示部分9631的操作。

注意，尽管将太阳能电池9633描述用于充电的装置，但是也可以利用其他手段为电池9635充电。可以使用太阳能电池9633和用于充电的另一手段的组合。

可以与其他实施例中所述的任何其他结构适当组合地实施实施例5。

本申请基于2010年1月20日提交到日本专利局的日本专利申请No.2010-010186，通过引用将其完整内容并入在此。

Claims

1.一种显示方法，包括：

利用数字数据文件提供的图像以及所述数字数据文件提供的并且与显示装置的操作相关联的数据，在所述显示装置上显示所述图像，所述显示装置包括多个像素，每个像素包括连接到开关元件的像素电极。

2.一种显示装置的显示方法，所述显示装置包括：

显示面板；以及

图像处理电路，

其中所述显示面板包括多个像素，每个像素连接到扫描线和信号线并且具有晶体管和连接到所述晶体管的像素电极，

所述显示方法包括：

以所述像素电极控制液晶的配向，

在所述图像处理电路的存储器电路中保持由数字数据文件提供的并且与所述显示装置的操作相关联的数据，以及

在所述图像处理电路的显示控制电路中根据所述数据向所述显示面板输出图像信号和控制信号。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的显示装置的显示方法，其中所述数据是所述数字数据文件的扩展名。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的显示装置的显示方法，其中所述数据是所述数字数据文件的脚本。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的显示装置的显示方法，其中所述数据是所述数字数据文件的首部。

6.根据权利要求1所述的显示装置的显示方法，其中所述开关元件包括氧化物半导体层。

7.根据权利要求2所述的显示装置的显示方法，其中所述晶体管包括氧化物半导体层。

8.根据权利要求6或权利要求7所述的显示装置的显示方法，其中所述氧化物半导体层的载流子浓度为1×10¹⁴/cm³或更小。

9.根据权利要求1所述的显示装置的显示方法，

其中所述开关元件的截止态电流被降低。

10.根据权利要求2所述的显示装置的显示方法，

其中所述晶体管的截止态电流被降低。

11.一种显示装置，包括：

显示面板；以及

图像处理电路，

其中所述像素电极控制液晶的配向，并且

其中所述图像处理电路包括存储器电路和显示控制电路，所述存储器电路被配置成保持由数字数据文件提供的并且与所述显示装置的操作相关联的数据，所述显示控制电路被配置成根据所述数据向所述显示面板输出图像信号和控制信号。

12.一种具有根据权利要求11所述的显示装置的电子装置，

其中所述电子装置选自由电子书阅读器和太阳能电池构成的组。