CN107003582A

CN107003582A - 显示装置、包括该显示装置的显示模块以及包括该显示装置或该显示模块的电子设备

Info

Publication number: CN107003582A
Application number: CN201580065425.3A
Authority: CN
Inventors: 新仓泰裕; 池永诚; 久保田大介; 初见亮
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2017-08-01
Also published as: JPWO2016087999A1; US10706790B2; WO2016087999A1; US20180336840A1; KR20170091139A

Abstract

本发明的一个方式提供一种不损失显示质量的新颖的液晶显示装置。此外，本发明的一个方式提供一种降低刷新速率时的闪烁得到抑制的新颖的显示装置。该显示装置包括以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，该像素包括液晶层，该液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。因此，可以抑制降低刷新速率时的闪烁并提高显示质量。

Description

显示装置、包括该显示装置的显示模块以及包括该显示装置或该显示模块的电子设备

技术领域

本发明的一个方式涉及一种显示装置。尤其是，本发明的一个方式涉及一种包括液晶元件的液晶显示装置。

注意，本发明的一个方式不局限于上述技术领域。本说明书等所公开的发明的一个方式的技术领域涉及一种物体、方法或制造方法。此外，本发明涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或组合物(composition of matter)。本发明的一个方式尤其涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、存储装置、其驱动方法或其制造方法。

在本说明书等中，显示装置是指具有显示功能的所有装置。该显示装置也可以包括晶体管等半导体元件、半导体电路、运算装置、存储装置等。此外，显示装置包括驱动多个像素的驱动电路等。此外，显示装置包括形成于另一个衬底上的控制电路、电源电路、信号生成电路等。

背景技术

近年来，技术革新给显示装置的商品化带来了很大进展。今后对具有更高附加价值的产品的需求增加，而对其研究开发依然火热。

作为对显示装置的附加价值的需求，以实现便携式设备等的使用时间的延长为目的的耗电量降低引人注目。

例如，在专利文献1中公开了一种显示装置的结构，其中通过当连续显示同一个图像(静态图像)时减少写入同一个图像的信号的次数(也称为“刷新”)，实现耗电量的减少。

此外，需要以使用者无法辨别在刷新工作前后产生的图像变化的方式进行刷新。将进行刷新的频度称为刷新速率。

[专利文献1]日本专利申请公开第2011-237760号公报

发明内容

在刷新速率低的显示装置的驱动中需要防止被使用者识别静态图像的随时间的变化。

然而，对应于写入到像素中的信号的电压随时间产生变化。在施加到像素中的电压的变化超过作为显示同一个静态图像的灰度值的偏差可允许的范围时，观看者将会看到图像的闪烁(flicker)，因而导致显示质量的降低。

于是，本发明的一个方式的目的是提供一种不损失显示质量的新颖的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的是将施加到像素中的电压的变化控制在作为显示同一个图像的灰度值的偏差可允许的范围内。此外，本发明的一个方式的目的是抑制降低刷新速率时的闪烁。此外，本发明的一个方式的目的是提供一种耗电量得到降低的新颖的显示装置。此外，本发明的一个方式的目的是提供一种新颖的显示装置。注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述目的。此外，上述以外的目的可明显从说明书、附图及权利要求书等的记载看出，且可以从说明书、附图及权利要求书等的记载中抽出上述以外的目的。

本发明的一个方式是一种显示装置，该显示装置包括以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，该像素包括液晶层，该液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。

本发明的一个方式是一种显示装置，该显示装置包括以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，该像素包括晶体管及液晶层，该液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。

本发明的一个方式是一种显示装置，该显示装置包括以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，该像素包括晶体管、液晶层及反射电极，该液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。

在上述各结构中，优选的是，晶体管包括半导体层，该半导体层包含氧化物半导体。

在上述各结构中，液晶层的电阻率优选为1.0×10¹⁴(Ω·cm)以上。

在上述各结构中，像素的电压保持率优选为98.8％以上且100％以下。

在上述各结构中，帧频率优选为0.2Hz以下。

在上述各结构中，反射电极优选具有凹凸。

本发明的另一个方式是一种包括上述各结构中的任一个的半导体装置及显示元件的显示装置。此外，本发明的另一个方式是一种包括该显示装置及触摸传感器的显示模块。此外，本发明的另一个方式是一种电子设备，该电子设备包括上述各结构中的任一个的半导体装置、上述显示装置或上述显示模块以及操作键或电池。

通过本发明的一个方式可以提供一种不损失显示质量的新颖的显示装置。此外，通过本发明的一个方式可以将施加到像素中的电压的变化控制在作为显示同一个图像的灰度值的偏差可允许的范围内。此外，通过本发明的一个方式可以抑制降低刷新速率时的闪烁。此外，通过本发明的一个方式可以提供一种耗电量得到降低的新颖的显示装置。此外，通过本发明的一个方式可以提供一种新颖的显示装置。注意，这些效果的记载并不妨碍其他效果的存在。本发明的一个方式并不需要实现所有上述效果。此外，上述以外的效果可明显从说明书、附图及权利要求书等的记载看出，且可以从说明书、附图及权利要求书等的记载中抽出上述以外的效果。

附图说明

图1是示出液晶层的电阻率与液晶层的分子的偶极矩的关系的图表；

图2是说明液晶层的电压保持率的图；

图3是示出液晶层的透过率-电压特性的图表以及液晶层的截面示意图；

图4是用来观察液晶层的透过率的液晶层的截面示意图；

图5是说明液晶层的残留DC电压的图；

图6是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的结构的方框图；

图7是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的显示部的结构的图；

图8是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的显示部的结构的图；

图9是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的电路图；

图10是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的源极线反转驱动及点反转驱动的图；

图11是说明具有根据本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的源极线反转驱动及点反转驱动的时序图；

图12是说明根据本发明的一个方式的显示装置的结构的图；

图13是说明根据本发明的一个方式的晶体管的结构例子的图；

图14是说明根据本发明的一个方式的晶体管的制造方法例子的图；

图15是说明根据本发明的一个方式的晶体管的结构例子的图；

图16是说明根据本发明的一个方式的晶体管的结构例子的图；

图17是CAAC-OS的截面的Cs校正高分辨率TEM图像以及CAAC-OS的截面示意图；

图18是CAAC-OS的平面的Cs校正高分辨率TEM图像；

图19是说明CAAC-OS及单晶氧化物半导体的XRD结构分析的图；

图20是示出显示装置的一个方式的俯视图；

图21是示出显示装置的一个方式的截面图；

图22是示出显示装置的一个方式的截面图；

图23是说明根据实施方式的输入输出装置的结构的投影图；

图24是说明根据实施方式的输入输出装置的结构的截面图；

图25是说明根据实施方式的输入输出装置的结构的截面图；

图26是说明根据实施方式的检测电路839及转换器CONV的结构及驱动方法的图；

图27是说明根据本发明的一个方式的电子设备的图；

图28是说明根据本发明的一个方式的显示的图；

图29是说明根据本发明的一个方式的显示的图；

图30是说明中间灰度显示时的灰度变化的图；

图31是说明黑白显示后的灰度变化的图；

图32是说明实施例的显示装置的显示例的图；

图33是说明实施例的显示装置的像素配置的图；

图34是说明液晶取向模拟的图；

图35是说明液晶取向模拟的图；

图36是说明实施例的显示装置的显示例的图；

图37是说明实施例的显示装置的显示例的图；

图38是示出实施例的对比敏感度与时间频率的关系的图；

图39是示出CAAC-OS的电子衍射图案的图；

图40是示出因电子照射而导致的In-Ga-Zn氧化物的结晶部的变化的图；

图41是实施例的清晰度评价用测试图形的图；

图42是实施例的清晰度评价结果的图；

图43是实施例的显示装置的光学特性的图；

图44是示出闪烁的发生状态的图；

图45是说明实施例的显示装置的显示例的图；

图46是示出实施例的显示装置的电光特性的图；

图47是示出实施例的显示装置的光学特性的图；

图48是示出实施例的显示装置的显示图像的色度图的图；

图49是说明在实施例的液晶模拟中使用的像素配置的图；

图50是说明液晶取向模拟的图；

图51是说明在实施例的液晶模拟中使用的像素配置的图；

图52是说明实施例的显示装置的显示例的图；

图53是示出实施例的显示装置的光学特性的图；

图54是示出实施例的显示装置的光学特性的图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式进行说明。但是，实施方式可以以多个不同方式来实施，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实，就是其方式和详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。

另外，在附图中，为便于清楚地说明有时对大小、层的厚度或区域进行夸张的描述。因此，本发明并不一定限定于上述尺寸。此外，在附图中，示意性地示出理想的例子，而不局限于附图所示的形状或数值等。例如，可以包括因噪声或定时偏差等所引起的信号、电压或电流的不均匀等。

另外，在本说明书等中，晶体管是指至少包括栅极、漏极以及源极的三个端子的元件。晶体管在漏极(漏极端子、漏区域或漏电极)与源极(源极端子、源区域或源电极)之间具有沟道区域，并且电流能够流过漏极、沟道区域以及源极。

在此，因为源极和漏极根据晶体管的结构或工作条件等而更换，因此很难限定哪个是源极哪个是漏极。因此，有时将用作源极的部分或用作漏极的部分不称为源极或漏极，而将源极和漏极中的一方称为第一电极并将源极和漏极中的另一方称为第二电极。

注意，本说明书所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序数词是为了避免结构要素的混同而附上的，而不是为了在数目方面上进行限定而附上的。

注意，在本说明书中，“使A与B连接”的描述除了使A与B直接连接的情况以外，还包括使A与B电连接的情况。在此，“使A与B电连接”的描述是指当在A与B之间存在具有某种电作用的对象物时，能够进行A和B的电信号的授受的情况。

注意，在本说明书中，为了方便起见，使用“上”、“下”等的表示配置的词句以参照附图说明构成要素的位置关系。另外，构成要素的位置关系根据描述各构成要素的方向适当地改变。因此，不局限于说明书中所说明的词句，根据情况可以适当地换词句。

另外，附图中的框图的各电路方框的配置是为了说明而指定位置关系的，虽然其示出为使用不同的电路方框实现不同的功能，但是有时在实际上的电路或区域中，将其设置为有可能在相同的电路方框中实现不同的功能。此外，附图中的框图的各电路方框的功能是为了说明而指定功能的，虽然其示出为一个电路方框，但是有时在实际上的电路或区域中，将通过一个电路方框进行的处理设定为通过多个电路方框进行。

注意，像素相当于能够控制一个色彩单元(例如，R(红色)、G(绿色)、B(蓝色)中任一种)的亮度的显示单位。因此，当采用彩色显示装置时，彩色图像的最小显示单位由R的像素、G的像素和B的像素的三种像素构成。但是，用来显示彩色图像的色彩单元不局限于三种颜色，而也可以是三种以上的颜色或RGB以外的颜色(例如，白色(W)、黄色(Y))。

在本说明书等中，“平行”是指两条直线形成的角度为-10°以上且10°以下的状态。因此，也包括该角度为-5°以上且5°以下的状态。“大致平行”是指两条直线形成的角度为-30°以上且30°以下的情况。另外，“垂直”是指两条直线形成的角度为80°以上且100°以下的状态。因此，也包括该角度为85°以上且95°以下的状态。“大致垂直”是指两条直线形成的角度为60°以上且120°以下的状态。

在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流(off-state current)是指晶体管处于关闭状态(也称为非导通状态、遮断状态)的漏极电流。在没有特别的说明的情况下，在n沟道型晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth的状态，在p沟道型晶体管中，关闭状态是指栅极与源极间的电压Vgs高于阈值电压Vth的状态。例如，n沟道型晶体管的关态电流有时是指栅极与源极间的电压Vgs低于阈值电压Vth时的漏极电流。

晶体管的关态电流有时取决于Vgs。因此，“晶体管的关态电流为I以下”有时指存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。晶体管的关态电流有时是指预定的Vgs中的关闭状态、预定的范围内的Vgs中的关闭状态或能够获得充分被降低的关态电流的Vgs中的关闭状态等时的关态电流。

作为一个例子，设想一种n沟道型晶体管，该n沟道型晶体管的阈值电压Vth为0.5V，Vgs为0.5V时的漏极电流为1×10^-9A，Vgs为0.1V时的漏极电流为1×10^-13A，Vgs为-0.5V时的漏极电流为1×10^-19A，Vgs为-0.8V时的漏极电流为1×10^-22A。在Vgs为-0.5V时或在Vgs为-0.5V至-0.8V的范围内，该晶体管的漏极电流为1×10^-19A以下，所以有时称该晶体管的关态电流为1×10^-19A以下。由于存在该晶体管的漏极电流为1×10^-22A以下的Vgs，因此有时称该晶体管的关态电流为1×10^-22A以下。

在本说明书等中，有时以每沟道宽度W的电流值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。另外，有时以每预定的沟道宽度(例如1μm)的电流值表示具有沟道宽度W的晶体管的关态电流。在为后者时，关态电流的单位有时以具有电流/长度的次元的单位(例如，A/μm)表示。

晶体管的关态电流有时取决于温度。在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示在室温、60℃、85℃、95℃或125℃下的关态电流。或者，有时表示在保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的温度下或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下的关态电流。“晶体管的关态电流为I以下”有时是指在室温、60℃、85℃、95℃、125℃、保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的温度下或者在包括该晶体管的半导体装置等被使用的温度(例如，5℃至35℃中的任一温度)下存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。

晶体管的关态电流有时取决于漏极与源极间的电压Vds。在本说明书等中，在没有特别的说明的情况下，关态电流有时表示Vds为0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V或20V时的关态电流。或者，有时表示保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的Vds时或者包括该晶体管的半导体装置等所使用的Vds时的关态电流。“晶体管的关态电流为I以下”有时是指：在Vds为0.1V、0.8V、1V、1.2V、1.8V、2.5V、3V、3.3V、10V、12V、16V、20V、保证包括该晶体管的半导体装置等的可靠性的Vds或包括该晶体管的半导体装置等被使用的Vds下存在使晶体管的关态电流成为I以下的Vgs的值。

在上述关态电流的说明中，也可以将漏极换称为源极。也就是说，关态电流有时指晶体管处于关闭状态时流过源极的电流。

在本说明书等中，有时将关态电流记作泄漏电流。在本说明书等中，关态电流例如有时指在晶体管处于关闭状态时流在源极与漏极间的电流。

在本说明书等中，液晶层的介电常数的各向异性的值是在测定频率为1kHz且测定温度为20℃的环境下测定的值。

实施方式1

在本实施方式中说明根据本发明的一个方式的基本结构。可以参照图1至图5所示的图表及示意图说明根据本发明的一个方式的基本作用。

本发明的一个方式的显示装置(也称为液晶显示装置)包括以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，该像素包括液晶层，该液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。

<偶极矩>

首先，对液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子时的作用进行说明。图1所示的图表作为包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子的液晶层的一个例子示出分子的偶极矩与电阻率的关系。

在图1所示的图表中，纵轴表示分子的偶极矩(Dipole moment)。偶极矩可以通过下述方法计算分子的电子分布而得到。当测定图1中的电阻率时，将基质液晶与添加材料混合来构成液晶层。偶极矩为添加材料的分子的偶极矩。在图1中，横轴表示液晶层(就是说，基质液晶与添加材料的混合物)的电阻率(Resistivity)。以在混合材料整体中添加材料所占的比率为20wt.％的方式混合基质液晶与添加材料。以下，将基质液晶与添加材料的混合物称为“混合液晶”。图1中的各点是改变添加到基质液晶的添加材料的种类且将各添加材料的分子的偶极矩与添加有添加材料的各混合液晶的电阻率的关系标绘出的。

在图1中，随着添加材料的分子的偶极矩的减少，混合液晶的电阻率提高。反过来说，当添加材料的偶极矩大时，电阻率减少。

如图1所示，添加材料的分子的偶极矩为3德拜以下的混合液晶的电阻率为1.0×10¹⁴(Ω·cm)以上。添加材料的分子的偶极矩越小，电阻率越大。当偶极矩为最小即为0时，在分子内没有电荷偏差。例如，在以分子的中心为轴对称的分子结构中，没有电荷分布的偏差，所以偶极矩为0。因此，在本发明的一个方式的显示装置中，添加材料的分子的永久偶极矩优选为0德拜以上且3德拜以下，电阻率优选为1.0×10¹⁴(Ω·cm)以上。

<偶极矩与液晶层的工作的关系>

对偶极矩进行说明。在由不同种类的原子构成的分子中，通常各原子的电负性不同。因此，在这些原子键合而构成分子时，电负性之差引起分子内部的电荷分布的偏差。偶极矩是定量地表示该偏差量的值。注意，有时将分子内部有电荷偏差的情况称为“具有永久偶极矩”。

在将电荷偏差示意性地表示为极性不同的点电荷+q与-q之间有距离l的情况下，偶极矩为积ql。其单位为电荷与长度之积C·m(库仑·米)。

偶极矩在惯例上由“德拜”表示。“德拜”有时被表示为“德拜单位”、“debye”、拉丁字母“D”或“DU”。算式(1)表示德拜与SI单位的关系。从算式(1)可知，在用SI单位表示时，1德拜是非常小的值。由于分子的偶极矩通常大致为1德拜，因此一般用德拜单位表示偶极矩。在本说明书中，用德拜表示偶极矩，但是通过利用算式(1)的关系式可以将其转换为SI单位的值。

1德拜＝3.33564×10^-30Cm (1)

在液晶层中，构成液晶层的分子(以下，称为液晶分子)为多个不同的原子化合成的化合物，因此，液晶分子内部有电荷分布的偏差，其结果是，液晶层具有偶极矩。

电荷分布取决于分子形状，由此，一般利用电子密度分析等的方法分析其分布状态来获得偶极矩的值。具体而言，通过结构最优化获得分子的最稳定结构，并且计算最稳定结构中的电荷分布状态，来可以获得偶极矩。该计算方法的典型例子是密度泛函理论法(Density Functional Theory，以下称为DFT)。

DFT的所有能量可以由势能、电子间静电能、电子的运动能、包括所有的复杂的电子间的互相作用的交换相关能的总和表示。在DFT中，使用以电子密度表示的单电子势的泛函(即，函数的函数)来近似表示交换相关作用。在DFT中，通常使用被称为B3LYP的泛函数。当使用B3LYP时，作为基底函数可以使用6-311G(d，p)等。

适合显示装置的液晶层的液晶分子的形状一般为棒状。液晶层为介电质，且根据棒状的液晶分子的排列方向呈现不同的介电常数各向异性。

例如，在分子内部的氰基或卤素等吸电子基或供电子基影响到介电常数各向异性的发现。介电常数各向异性是直接与液晶分子的工作对电场等外场的响应性有关的特性，由此，适当地选择呈现大介电常数各向异性的分子结构。但是，为了增大介电常数各向异性而增加吸电子基，电荷偏差(即，偶极矩)则变得过大，容易吸收离子性杂质。

在液晶层的离子性杂质的浓度高时，液晶层中容易发生离子传导，液晶层的电压保持率下降。并且，因离子性杂质发生的电荷留在液晶层的表面，其在液晶层内产生电压，而导致残留DC的增大。残留DC是显示装置的烧伤发生概率的指标，其优选小。

作为杂质离子被导入的工序，除了材料合成时之外，有面板制造工序等各种工序。当然在各工序中需要防止杂质污染。此外，为了提高液晶层的电压保持率和降低残留DC，降低材料本身的杂质离子导入性是有效的。由此，优选以减小液晶分子每一个的偶极矩的方式选择材料。

图1示出包括通过上述方式得到的材料的液晶层的电阻率与液晶层所包括的分子的偶极矩的关系。如上所述，当分子的偶极矩超过3时，液晶层所包括的杂质的影响变得明显。在该杂质残留在液晶层中时，液晶层的电阻率下降，导电率增大，此时，如果降低显示装置的刷新速率，难以保持写入到像素中的电压。

因为当液晶层所包括的分子的偶极矩低时可以减少液晶层中的杂质，所以可以降低液晶层的导电率。因此，当液晶层所包括的分子的偶极矩低时，可以在降低刷新速率时在更长的时间内保持写入到像素中的电压，所以是有利的。

然而，如果简单地降低液晶层所包括的分子的偶极矩，有时产生与电场的互相作用变小的倾向。此时，液晶层的响应变慢，所以需要将驱动电压设定得高以促进高速工作。因此，当为了降低功耗而降低刷新速率时，上述液晶层的结构是不宜的。

特别是，当为了显示动态图像而将低刷新速率的驱动方式切换为高刷新速率的驱动方式时，驱动电压的增加造成液晶显示装置整体的功耗的大幅度的增加，所以是不宜的。

由此，作为本实施方式的一个方式，优选将液晶层所包括的分子的偶极矩设定为0德拜以上且3德拜以下。通过将液晶层所包括的分子的偶极矩设定为0德拜以上且3德拜以下，可以减少液晶层所包括的杂质的比例，且能够以不导致显示动态图像时的功耗的增大的方式将液晶层的驱动电压设定为优选的范围内。

另外，当液晶层所包括的分子的偶极矩为0德拜以上且3德拜以下时，优选在不导致功耗的增大的范围内提高液晶层的驱动电压。当液晶层的驱动电压高时，灰度之差的允许范围扩大。换言之，驱动电压越高，电压变化所引起的灰度变化越少，而可以减少闪烁。

对液晶层所包括的分子的偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的结构进行说明，但是优选为0德拜以上且2.5德拜以下。另外，进一步优选为0德拜以上且1.8德拜以下。

此外，在本实施方式所示的液晶层的说明中，以TN(TwistedNematic：扭曲向列)模式的液晶层为一个例子进行说明，但是也可以采用其他模式。

作为液晶层的TN模式以外的工作模式，可以采用ECB(Electrically ControlledBirefringence：电控双折射)模式、IPS(In-Plane-Switching)模式、FFS(Fringe FieldSwitching)模式、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(PatternedVertical Alignment)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)模式等。另外，显示装置的各像素中的像素电极可以根据各显示模式适当地改变电极的结构等。

如上所述，图1示出液晶层的电阻率与液晶层所包括的分子的偶极矩的关系，且表示当上述分子的偶极矩小时液晶层的电阻率高的倾向。在此，通过在液晶分子的合成之后进行纯化，可以进一步提高电阻率，所以优选进行纯化。

图1示出使液晶材料纯化的效果例子。图1的点302及点304表示对基质液晶添加纯化前的液晶材料时的值(点302)及对基质液晶添加纯化后的液晶材料时的值(点304)。图1的虚线306表示电阻率为1.0×10¹⁴(Ω·cm)的位置。点304的电阻率比点302高，且高于1.0×10¹⁴(Ω·cm)，由此可确认到进行纯化的效果。

如上所述，通过采用液晶层所包括的分子的偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的结构，可以使显示同一个静态图像时的灰度之差在允许范围内，从而可以抑制闪烁。其结果是，可以实现显示质量的提高。

例如，当控制256阶段的透过率来显示图像时，作为显示同一个静态图像的灰度值的偏差可允许的范围是指0灰度以上且3灰度以下的偏差。当显示同一个静态图像的灰度值的偏差为0灰度以上且3灰度以下时，观看者不容易看到闪烁。此外，作为另一个例子，当控制1024阶段的透过率来显示图像时，作为显示同一个静态图像的灰度值的偏差可允许的范围是指0灰度以上且12灰度以下的偏差。换言之，作为显示同一个静态图像的灰度值的偏差可允许的范围优选为所显示的最大灰度级的1％至1.2％。

在本说明书中，灰度值的偏差是指实际上的显示图像的亮度与显示装置本来要显示的灰度值之间的偏差量。有时以透射型液晶元件为例子说明灰度值的偏差。但是，也可以将与透射型相同的逻辑适用于反射型或半透射型液晶元件的灰度值的偏差，它们的不同之处只在于相对于入射光的光提取方向。因此，在本说明书中，除了透射型、反射型和半透射型之间的构成要素等的结构性不同之外，有时可以将“透射”的词语换称为“反射”。

另外，尤其优选组合本发明的一个方式的液晶层所包括的分子的偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的结构和切换动态图像显示及静态图像显示的刷新速率的驱动。切换刷新速率进行驱动的液晶显示装置在将动态图像显示切换为静态图像显示时将帧率从60Hz切换为1Hz以下，优选切换为0.2Hz以下来减少功耗。换言之，作为在静态图像显示时减少刷新速率的结构，本实施方式的结构是特别优选的。

在切换刷新速率进行显示的显示装置中，优选在动态图像显示时或静态图像显示时减少功耗并防止显示质量的降低。如果在显示静态图像时降低刷新速率，将电压写入像素的间隔则变大。换言之，如果在显示静态图像时降低刷新速率，则在一定期间内电压不被写入到像素中。

由此，在显示静态图像时降低刷新速率的驱动方式中，是否能够将写入到像素中的电压保持为一定值是重要的。再者，在显示动态图像时提高刷新速率的驱动方式中，考虑帧率的提高而将驱动电压设定得低来实现功耗的降低是重要的。

如上所述，在本发明的一个方式中，与其所包括的分子的偶极矩超过3德拜的液晶层相比减少液晶层所包括的杂质。由此，起因于液晶层所包括的杂质的泄漏电流小，且可以保持在降低刷新速率时施加到像素中的电压。

此外，因为本发明的一个方式可以减小起因于液晶层所包括的杂质的泄漏电流，所以可以减少闪烁，而不使像素的存储电容预先增大。因此，在进行设计时不需要为减少闪烁而增大存储电容。由此，可以在进行设计时，减小存储电容的同时实现像素的高精细化。通过使像素高精细化并减少刷新速率，可以减轻眼睛疲劳。

<电压保持率的说明>

在此，对液晶层所包括的分子的偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的状态与液晶层的电压保持率的关系进行说明。图2的图表示出液晶层的电压保持率(VHR)的时间变化。在计算电压保持率时，求取在16.6ms期间对夹持液晶层的电极施加3V的电压并在规定的时间开放该电极间之后保持的电压的面积比。图2的横轴表示保持时间(Holding time)。

图2的图表示出包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子的液晶层的一个例子。图2示出混合多个材料而得到的材料(以下称为“改善材料”)的例子，该多个材料的分子的偶极矩在0.05德拜至2.18德拜的范围内。此外，作为对比例子示出现有的液晶材料的结果。在图2中，线32表示改善材料的电压保持率的时间变化。线31表示现有材料的电压保持率的时间变化。

如图2的图表所示，现有材料的经过30秒后的电压保持率为98.0％，改善材料的经过30秒后的电压保持率为98.8％。为了即使在不对液晶层施加电压的期间也抑制灰度值的偏差，电压保持率优选大。

<灰度偏差得到改善的说明>

接着，参照图3A至图4说明如下结构：通过以图1及图2所说明的方式将分子的偶极矩设定为0德拜以上且3德拜以下，来能够将对应于施加到像素中的电压的变化的灰度级的偏差控制为可允许的范围内。

首先，参照图3A至3C说明液晶层的特性。

在此，将以透射型液晶元件为例子进行说明，但是如上所述，也可以使用反射型或半透射型液晶元件。

图3A是示出可用于液晶层的TN模式的电压-透过率的图表。

图3A是示出所谓的常白的液晶元件的曲线的图表。在液晶层中，由于对应于施加到夹持液晶层的电极的电压的电场而构成液晶层的液晶分子的取向产生变化而控制被偏转的光的透过量。在图3A中，电压Vmax是用来将穿过液晶层的光的透过率设定为0的电压。电压Vmin是用来使穿过液晶层的光的透过率最大化的电压。电压Vmid是用来将穿过液晶层的光的透过率设定为一半(50％)的电压。

此外，图3B是示出施加到液晶层的电压和灰度的图表。在图3B中，例如当显示黑色或白色的图像时，因为通过施加电压Vmax或Vmin，光的透过率产生变化，所以作为灰度值切换Gmax和0V。

此外，在图3B中，当为了表示颜色的深浅以多灰度显示图像时，通过施加电压Vmax、Vmid、Vmin等多种电压，光的透过率产生变化且作为灰度值能够切换Gmax、Gmid、0而进行显示。为了增加灰度，在电压Vmax和电压Vmin之间设定多个电压水平。通过根据该电压水平而透过率产生变化，可以实现显示多个灰度值的显示装置。

在此情况下，因为除非施加到液晶层的电压值产生变化，否则光的透过率不产生变化，所以可以得到所希望的灰度。另一方面，在包括液晶元件的有源矩阵型显示装置的像素的液晶层中，由于流在该液晶层中的电流而施加到液晶层的电压值随时间产生变化。具体而言，当由于经过一定期间而电压值改变ΔV时，灰度值也改变ΔG。当施加到像素中的电压值的变化超过作为同一个静态图像中的灰度值的偏差可允许的范围时，观看者看到闪烁，因此导致显示质量的降低。

接着，图3C示出夹持液晶层的电极的截面示意图。图3C示出图3A所说明的设定为电压Vmin时的液晶层的取向状态(初始取向状态)及设定为电压Vmax时的液晶层的取向状态(饱和取向状态)。

此外，初始取向状态表示没有施加电压的状态下的液晶分子的状态，并且对于TN液晶来说，是在电极之间液晶扭转90°的状态。此外，饱和取向状态是指即使对通过施加电压而倾斜或竖立的液晶分子进一步施加电压，该液晶分子也几乎不再倾斜或竖立的界限状态。

图3C是示出第一电极11、第二电极12、取向膜13、取向膜14及液晶分子15的截面示意图。此外，第一电极11相当于像素电极，而第二电极12相当于对置电极。

此外，将初始取向状态的介电常数设定为ε⊥，并将饱和取向状态的介电常数设定为ε//。可以将初始取向状态的介电常数ε⊥和饱和取向状态的介电常数ε//之间的差异表示为上述介电常数的各向异性(Δε)。

此外，图4是一种示意图，其示出用来观察对图3C所示的夹持液晶层的电极施加电压Vmid时的透过率的变化的结构。

图4示出图3A所说明的施加电压Vmid时的液晶层的取向的状态(中间取向状态，也称为灰度或Half Tone)。此外，在图4中，除了图3C所说明的第一电极11、第二电极12、取向膜13、取向膜14及液晶分子15之外还示出偏振片21、偏振片22及光检测器23。此外，在图4中，箭头表示光，箭头24示出入射到液晶层的光，且箭头25表示透过液晶层的光。另外，箭头24所示的光相当于显示装置中的背光的光。此外，有时将图4所示的包括第一电极11、第二电极12、取向膜13、取向膜14、液晶分子15、偏振片21及偏振片22的结构称为液晶元件。

<灰度偏差的允许范围>

接着，对作为灰度值的偏差可允许的范围进行说明。在观看其亮度随时间变化的观察对象的情况下，实际上对作为闪烁可感到的频率有限制，并且有频率依赖性。使其定量化而得到的是t-MTF(temporal-Modulation Transfer Function：时间调制传递函数)。当对比敏感度大时容易被感知，而当对比敏感度小时不容易被感知。

在t-MTF的计算中采用Peter G.J.Barten的模式(算式2)，来表示对比敏感度S(u，w)、空间频率(u)与时间频率(w)的关系。

在此，S(u，w)表示对比敏感度，u表示空间频率，w表示时间频率，M_spat表示视觉的空间调制传递函数，k表示检测概率为50％时的信号与噪声之比，T表示视觉的积分时间，X₀表示x方向上的观察对象的大小，X_max表示x方向上的最大积分区域，N_max表示积分循环的最大数，η表示量子效率，p表示光子转换率，E表示网膜照度，φ₀表示神经噪声的谱密度，H₁(w)表示光受体信号的时间处理的调制传递函数，H₂(w)表示空间抑制信号的时间处理的调制传递函数，F(u)表示空间抑制滤波器的被积分函数的调制传递函数。

通过利用算式(2)可以求出对比敏感度S与时间频率的关系，根据该结果计算作为闪烁不容易感到的亮度变化量。该不容易感到的亮度变化量为灰度偏差的允许范围。通过算出相当于该亮度变化量的施加到液晶层的电压的变化量，可以获得规定时间中的电压变化的允许量。将其用作基准，选择满足上述条件的材料。

<残留DC和灰度偏差>

在此，参照图5说明以图1及图2所说明的方式将分子的偶极矩设定为0德拜以上且3德拜以下时的与写入到像素中的电压变化相对应的残留DC。

残留DC是指经过对液晶层施加电压留在电极间的电荷所引起的电压。由于该电压，在对液晶层施加电压的期间，除本来施加的电压之外的多余电压施加到电极间。此外，在不对液晶层施加电压的期间，由于留在液晶层的电荷，电压还残留在电极间。注意，在由电极夹持液晶材料的结构中，当在电极上形成取向膜时，“电极间”是指取向膜之间。

在图5所示的图表中，作为包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子的液晶层的一个例子，示出混合多个材料而得到的材料(改善材料)的残留DC特性，该多个材料的分子的偶极矩在0.05德拜至2.18德拜的范围内；并且，作为对比例子，示出现有材料的残留DC特性。

作为图5所示残留DC的测定方法，示出对夹住液晶层的电极施加3V的电压10秒钟或30秒钟来进行充电，然后使电极间短路1秒钟并开放电极间的状态下的电压的时间变化。在图5中，横轴表示时间(Laps Time)，纵轴表示电压(RDC)。在图5中，线33表示充电时间为10秒钟时的改善材料的残留DC的时间变化，线34表示充电时间为30秒钟时的改善材料的残留DC的时间变化。此外，线35表示充电时间为10秒钟时的现有材料的残留DC的时间变化，线36表示充电时间为30秒钟时的现有材料的残留DC的时间变化。

根据图5所示的图表可知，在液晶层中，改善材料呈现比现有材料低的残留DC电压。

当对图5所示的图表进行比较时，分子的偶极矩大的液晶层(现有材料)的电压在电极间刚变为开放状态之后较大。这种根据液晶材料的电压差异起因于因偶极矩大而液晶层所包括的杂质的比例变大的情况。由此，液晶层所包括的杂质的比例少的本发明的一个方式的液晶层所包括的分子的偶极矩可取的范围为0德拜以上且3德拜以下的结构可以进一步减少使电极间处于开放状态之后的残留DC的影响。

另外，通过满足从Maxwell-Wagner的多层介电质的理论获得的算式3，可以抑制积累在取向膜和液晶层之间的界面附近的电荷来减少残留DC。注意，在算式3中，ε_LC表示液晶层的介电常数，ρ_LC表示液晶层的电阻率，ε_AL表示取向膜的介电常数，ρ_AL表示取向膜的电阻率。

ε_LC·ρ_LC＝ε_Al·ρ_AL (3)

为了接近于算式3的条件，优选尽量使液晶层的电阻率和取向膜的电阻率接近。因为取向膜的电阻率比液晶层的电阻率大，所以用来使液晶层的电阻率和取向膜的电阻率接近的方法是增高液晶层的电阻率或降低取向膜的电阻率。如上所述，优选的方法是增高液晶层的电阻率。

由此，优选将不容易导入杂质离子的材料用于液晶层，并且，使用包括其偶极矩可取的范围为0德拜以上且3德拜以下的分子的液晶层是有效的。

通过上述方式使用包括其偶极矩可取的范围为0德拜以上且3德拜以下的分子的液晶层，使用液晶层的电压保持率高的材料，可以抑制残留DC。换言之，可以将施加到像素中的电压的变化控制在作为显示同一个图像的灰度值的偏差可允许的范围内。由此，可以提供一种不损失显示质量的新颖的显示装置。

在本实施方式中，描述了本发明的一个方式。另外，在其他实施方式中，对本发明的另一个方式进行说明。但是，本发明的一个方式不局限于此。换而言之，在本实施方式及其他的实施方式中，记载有各种各样的发明的方式，因此本发明的一个方式不局限于特定的方式。例如，虽然示出了将本发明的一个方式应用于刷新速率低的显示装置的例子，但是本发明的一个方式不局限于此。根据情况或状况，在本发明的一个方式中，可以以通常的60Hz的刷新速率进行显示，也可以以双倍速驱动的120Hz以上的刷新速率进行显示。或者，例如根据情况或状况，在本发明的一个方式中也可以不降低刷新速率。

本实施方式可以与本说明书所示的其他实施方式适当地组合。

实施方式2

在本实施方式中，参照图6及图7A和7B说明包括实施方式1所示的液晶层的液晶显示装置的一个例子。

具体而言，说明具有以60Hz以上的频率输出选择像素的G信号的第一模式和以1Hz以下的频率，优选以0.2Hz以下的频率输出选择像素的G信号的第二模式的液晶显示装置。

图6是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的结构的方框图。

图7A和7B是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的显示部的结构的方框图及电路图。

〈1.液晶显示装置的结构〉

在本实施方式中，在图6中例示而说明的具有显示功能的液晶显示装置600包括：像素部631，该像素部631包括保持被输入的第一驱动信号(也称为S信号)633_S并包括根据S信号633_S在像素部631显示图像的显示元件635的像素电路634；对像素电路634输出S信号633_S的第一驱动电路(也称为S驱动电路)633；以及将选择像素电路634的第二驱动信号(也称为G信号)632_G输出到像素电路634中的第二驱动电路(也称为G驱动电路)632。

而且，G驱动电路632具有第一模式和第二模式，在该第一模式中，对像素以每1秒钟30次以上的频率，优选以每1秒钟60次以上且低于960次的频率输出G信号632_G，在该第二模式中，对像素以每1天1次以上且每1秒低于0.1次的频率，优选以1小时1次以上且每1秒低于1次的频率输出G信号632_G。

另外，G驱动电路632根据被输入的模式切换信号切换第一模式和第二模式。

此外，像素电路634设置在像素631p中，多个像素631p设置在像素部631中，且像素部631设置在显示部630中。

具有显示功能的液晶显示装置600包括运算装置620。运算装置620输出一次控制信号625_C和一次图像信号625_V。

液晶显示装置600包括控制部610，并且控制部610控制S驱动电路633和G驱动电路632。

当对显示元件635应用液晶元件时，将光供应部650设置在显示部630。光供应部650对设置有液晶元件的像素部631供应光而用作背光。

具有显示功能的液晶显示装置600可以使用G驱动电路632所输出的G信号632_G改变从设置在像素部631中的多个像素电路634中选择一个的频率。其结果是，可以提供具有减少可能给液晶显示装置600的使用者带来的眼睛疲劳的显示功能的液晶显示装置。

下面，说明构成具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的每一个要素。

〈2.运算装置〉

运算装置620生成一次图像信号625_V及一次控制信号625_C。

此外，运算装置620生成包括模式切换信号的一次控制信号625_C。

例如，也可以根据从输入单元500被输入的图像切换信号500_C，运算装置620输出包括模式切换信号的一次控制信号625_C。

当通过控制部610由输入单元500对第二模式的G驱动电路632输入图像切换信号500_C时，G驱动信号632从第二模式切换为第一模式，输出G信号一次以上，然后切换为第二模式。

例如，当输入单元500检测出翻页工作时，输入单元500将图像切换信号500_C输入到运算装置620。

运算装置620生成包括翻页工作信号的一次图像信号625_V，与包括图像切换信号500_C的一次控制信号625_C一起输出该一次图像信号625_V。

控制部610对G驱动电路632输出图像切换信号500_C，对S驱动电路633输出包括翻页工作信号的二次图像信号615_V。

G驱动电路632从第二模式切换为第一模式，以观察者难以辨别每次改写工作所改变的图像变化的程度的速度输出G信号632_G。

另一方面，S驱动电路633对像素电路634输出由包括翻页工作信号的二次图像信号615_V生成的S信号633_S。

由此，因为通过对像素631p供应包括翻页工作信号的二次图像信号615_V，可以在短时间内显示包括翻页工作的多个帧图像，所以可以显示流畅的翻页工作。

此外，还可以采用如下结构：运算装置620辨别其对显示部630输出的一次图像信号625_V是动态图像还是静态图像，并且当一次图像信号625_V是动态图像时，运算装置620输出选择第一模式的切换信号，而当一次图像信号625_V是静态图像时，运算装置620输出选择第二模式的切换信号。

另外，作为运算装置620辨别是动态图像还是静态图像的方法有如下方法：一次图像信号625_V所包括的一个帧的信号和该帧前后的信号之间的差异大于预先设定的差异时，可以辨别为动态图像，而一次图像信号625_V所包括的一个帧的信号和该帧前后的信号之间的差异等于或小于预先设定的差异时，可以辨别为静态图像。

此外，也可以在从第二模式切换为第一模式时，将G信号632_G输出一次以上的规定的次数，然后切换为第二模式。

〈3.控制部〉

控制部610输出由一次图像信号625_V生成的二次图像信号615_V(参照图6)。另外，也可以将一次图像信号625_V直接输出到显示部630。

控制部610具有使用包括垂直同步信号、水平同步信号等同步信号的一次控制信号625_C生成初始脉冲信号、锁存信号、脉冲宽度控制信号等二次控制信号615_C，并对显示部630供应的功能。另外，二次控制信号615_C包括时钟信号等。

此外，也可以采用如下结构：在控制部610设置反转控制电路，且该控制部610具有根据反转控制电路所通知的时序使二次图像信号615_V的极性反转的功能。具体而言，既可以在控制部610中进行二次图像信号615_V的极性的反转，又可以根据控制部610的指令在显示部630中进行二次图像信号615_V的极性的反转。

反转控制电路具有使用同步信号设定使二次图像信号615_V的极性反转的时序的功能。在此所例示的反转控制电路包括计数器和信号生成电路。

计数器具有使用水平同步信号的脉冲来计数帧期间的数量的功能。

信号生成电路具有如下功能：使用由计数器得到的帧期间的数量信息对控制部610通知二次图像信号615_V的极性反转的时序，以在连续的每多个帧期间中使二次图像信号615_V的极性反转。

〈4.显示部〉

显示部630在各像素中包括：具有显示元件635的像素部631；S驱动电路633、G驱动电路632等驱动电路。像素部631包括设置有显示元件635的多个像素631p(参照图6)。

输入到显示部630的二次图像信号615_V被供应到S驱动电路633。此外，电源电位、二次控制信号615_C被供应到S驱动电路633及G驱动电路632。

此外，二次控制信号615_C包括控制S驱动电路633的工作的S驱动电路用初始脉冲信号、S驱动电路用时钟信号、锁存信号、控制G驱动电路632的工作的G驱动电路用初始脉冲信号、G驱动电路用时钟信号、脉冲宽度控制信号等。

图7A示出显示部630的结构的一个例子。

图7A所示的显示部630的像素部631中设置有多个像素631p、用来在每个行选择像素631p的多个扫描线GL以及用来对被选择的像素631p供应由二次图像信号615_V生成的S信号633_S的多个信号线DL。

对扫描线GL的G信号632_G的输入被G驱动电路632控制。对信号线DL的S信号633_S的输入被S驱动电路633控制。多个像素631p分别与扫描线GL中的至少一个和信号线DL中的至少一个连接。

另外，设置在像素部631的布线的种类及数量可以取决于像素631p的结构、数量及布局。具体地例示在图7A所示的像素部631中，x列×y行的像素631p配置为矩阵状，且信号线DL1至信号线DLx、扫描线GL1至扫描线GLy配置在像素部631中的情况。

〈4-1.像素〉

各像素631p具有显示元件635以及包括该显示元件635的像素电路634。

〈4-2.像素电路〉

在本实施方式中，图7B作为像素电路634的一个例子示出将液晶元件635LC应用于显示元件635的结构。

像素电路634包括晶体管634t，该晶体管634t控制对液晶元件635LC的S信号633_S的供应。说明晶体管634t和显示元件635的连接关系的一个例子。

晶体管634t的栅极电连接到扫描线GL1至扫描线GLy中的任一个。晶体管634t的源极和漏极中的一个电连接到信号线DL1至信号线DLx中的任一个，而晶体管634t的源极和漏极中的另一个电连接到显示元件635的第一电极。

另外，根据需要，像素631p除了用来保持液晶元件635LC的第一电极和第二电极之间的电压的电容元件634c之外还包括晶体管、二极管、电阻元件、电容元件、电感器等其他电路元件。

图7B所例示的像素631p使用一个晶体管634t作为控制对像素631p的S信号633_S的输入的开关元件。但是，也可以将用作一个开关元件的多个晶体管用于像素631p。当多个晶体管用作一个开关元件时，上述多个晶体管可以并联连接，串联连接或组合串联和并联来连接。

另外，可以适当地调整像素电路634的电容。例如，在下述第二模式中，当在较长的期间(具体而言，1/60sec以上)中保持S信号633_S时设置电容元件634c。此外，也可以使用电容元件634c之外的结构调节像素电路634的电容。例如，也可以通过重叠设置液晶元件635LC的第一电极和第二电极，形成可视为电容器的区域。

此外，像素电路634可以根据显示元件635的种类或驱动方法选择结构而使用。

〈4-2a.显示元件〉

液晶元件635LC包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的包括被施加电压的液晶材料的液晶层。在液晶元件635LC中，根据施加到第一电极和第二电极之间的电压的值，液晶分子的取向产生变化而透过率也产生变化。因此，显示元件635通过其透过率被S信号633_S的电位控制，来显示灰度。

〈4-2b.晶体管〉

晶体管634t控制是否对显示元件635的第一电极供应信号线DL的电位。显示元件635的第二电极施加有规定的标准电位Vcom。

另外，作为优选用于本发明的一个方式的液晶显示装置的晶体管可以采用使用氧化物半导体的晶体管。使用氧化物半导体的晶体管的详细内容可以参照实施方式6、7。

〈5.光供应部〉

在光供应部650中设置有多个光源。控制部610控制光供应部650所具有的光源的驱动。此外，在采用反射型液晶显示装置的情况下，也可以采用不设置光供应部650的结构。

作为光供应部650的光源可以使用冷阴极荧光灯、发光二极管(LED)、施加电场产生电致发光(Electroluminescence)的OLED元件等。此外，作为光供应部650的光源的彩色化的方式可以使用：分别使用红色、绿色及蓝色的发光的方式(三色方式)；将来自蓝色光的发光的一部分转换为红色或绿色的方式(颜色转换方式、量子点方式)；经过滤色片将来自上述白色光的发光的一部分转换为红色、绿色及蓝色的方式(滤色片方式)；等。

〈6.输入单元〉

作为输入单元500可以使用触摸屏、触摸板、控制杆、轨迹球、数据手套、摄像装置等。运算装置620可以使从输入单元500输入的电信号和显示部的坐标彼此相关。由此，使用者可以输入用来处理显示在显示部的信息的指令。

作为使用者从输入单元500输入的信息，例如可以举出如下指令：改变显示于显示部的图像的显示位置的拖拉指令；将显示图像翻到下一个图像的滑动指令；依次显示卷轴状的图像的滚动指令；选择特定的图像的指令；改变图像的显示尺寸的缩放指令；以及输入手写的文字的指令等。

在本实施方式中，描述了本发明的一个方式。另外，在其他实施方式中，对本发明的另一个方式进行说明。但是，本发明的一个方式不局限于此。换而言之，在本实施方式及其他的实施方式中，记载有各种各样的发明的方式，因此本发明的一个方式不局限于特定的方式。例如，作为本发明的一个方式，示出晶体管的沟道形成区、源区漏区等包含氧化物半导体的例子，但是本发明的一个方式不限定于此。根据情况或状况，本发明的一个方式的各种晶体管、晶体管的沟道形成区、或晶体管的源区漏区等可以包含各种半导体。根据情况或状况，本发明的一个方式的各种晶体管、晶体管的沟道形成区、或晶体管的源区漏区等例如可以包含硅、锗、硅锗、碳化硅、砷化镓、砷化铝镓、磷化铟、氮化镓和有机半导体等中的至少一种。另外，例如，根据情况或状况，本发明的一个方式的各种晶体管、晶体管的沟道形成区、或晶体管的源区漏区等可以不包含氧化物半导体。

实施方式3

在本实施方式中，参照图7A和图8说明实施方式2所示的液晶显示装置的驱动方法的一个例子。

图7A和7B是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的显示部的结构的方框图和电路图。

图8是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的显示部的结构的变形例子的方框图。

〈1.对像素部的S信号的写入方法〉

说明对图7A或图8所例示的像素部631写入S信号633_S的方法的一个例子。具体而言，将S信号633_S分别写入到像素部631中的包括图7B所例示的像素电路的像素631p的各个的方法。

〈对像素部的信号写入〉

在第一帧期间中，通过对扫描线GL1输入具有脉冲的G信号632_G，选择扫描线GL1。在连接到被选择的扫描线GL1的多个像素631p的每一个中，晶体管634t成为导通状态。

当晶体管634t处于导通状态时(一个行期间)从信号线DL1对信号线DLx供应由二次图像信号615_V生成的S信号633_S的电位。而且，对应于S信号633_S的电位的电荷通过导通状态的晶体管634t积累到电容元件634c，而S信号633_S的电位供应到液晶元件635LC的第一电极。

在第一帧期间的扫描线GL1被选择的期间中，正的极性的S信号633_S依次被输入到所有的信号线DL1至信号线DLx。对分别连接到扫描线GL1及信号线DL1至信号线DLx的像素631p中的第一电极(GL1DL1)至第一电极(GL1DLx)供应正的极性的S信号633_S。由此，液晶元件635LC的透过率被S信号633_S的电位控制，且各像素显示灰度。

同样地，依次选择扫描线GL2至扫描线GLy，且在与扫描线GL2至扫描线GLy的各扫描线连接的像素631p中重复依次进行与扫描线GL1被选择的期间相同的工作。通过上述工作，可以在像素部631中显示第一帧的图像。

另外，在本发明的一个方式中不一定需要依次选择扫描线GL1至扫描线GLy。

此外，可以采用从S驱动电路633对信号线DL1至信号线DLx依次输入S信号633_S的点顺序驱动或从S驱动电路633对信号线S1至信号线Sx一齐输入S信号633_S的线顺序驱动。或者，还可以采用对多个信号线DL的每一个依次输入S信号633_S的驱动方法。

此外，不局限于使用逐行扫描方式选择扫描线GL，而还可以使用隔行扫描方式选择扫描线GL。

此外，在任意的一个帧期间中，输入到所有信号线的S信号633_S的极性可以是相同的，或者，在任意的一个帧期间中，在每一个信号线中输入到像素的S信号633_S的极性也可以是反转的。

〈对分割为多个区域的像素部的信号写入〉

此外，图8示出显示部630的结构的变形例子。

图8所示的显示部630在分割为多个区域的像素部631(具体而言，第一区域631a、第二区域631b、第三区域631c)中设置有多个像素631p、用来选择每行像素631p的多个扫描线GL、用来对被选择的像素631p供应S信号633_S的多个信号线DL。

对设置在各个区域中的扫描线GL的G信号632_G的输入被各G驱动电路632控制。对信号线DL的S信号633_S的输入被S驱动电路633控制。多个像素631p分别连接到扫描线GL的至少一个及信号线DL的至少一个。

通过采用这种结构，可以分割地驱动像素部631。

例如，当作为输入单元500从触摸屏输入信息时，也可以取得特定输入该信息的区域的坐标，只将驱动对应于该坐标的区域的G驱动电路632设定为第一模式，而将其他区域设定为第二模式。通过进行该工作，可以停止从触摸屏没输入信息的区域，即不需要改写显示图像的区域的G驱动电路的工作。

〈2.第一模式及第二模式的G驱动电路〉

对G驱动电路632所输出的G信号632_G被输入的像素电路634输入S信号633_S。在不输入G信号632_G的期间中，像素电路634保持S信号633_S的电位。换言之，像素电路634保持被写入S信号633_S的电位的状态。

写入有显示数据的像素电路634保持对应于S信号633_S的显示状态。注意，“保持显示状态”是指保持显示状态的变化不超过一定的范围。上述一定的范围是适当地设定的范围，例如优选将上述一定的范围设定为当使用者阅览显示图像时识别为相同的显示图像的显示状态的范围。

G驱动电路632具有第一模式和第二模式。

〈2-1.第一模式〉

G驱动电路632的第一模式对像素以每1秒钟30次以上的频率，优选以每1秒钟60次以上且低于960次的频率输出G信号632_G。

第一模式的G驱动电路632以观察者难以识别在每次改写工作产生的图像变化的程度的速度改写信号。其结果是，可以显示流畅的动态图像。

〈2-2.第二模式〉

G驱动电路632的第二模式对像素以每1天1次以上且每1秒钟低于0.1次的频率，优选以每1小时1次以上且每1秒钟低于1次的频率输出G信号632_G。

更优选的是，以每30秒钟1次以上且每1秒钟低于1次的频率输出G信号632_G。

在没有输入632_G信号的期间中，像素电路634保持S信号633_S，且继续保持对应于该电位的显示状态。

由此，第二模式可以进行不产生像素的显示的改写所导致的闪烁的显示。

其结果是，可以减少具有该显示功能的液晶显示装置给使用者带来的眼睛疲劳。

另外，G驱动电路632所消耗的电力在G驱动电路632不工作的期间减少。

此外，使用具有第二模式的G驱动电路632驱动的像素电路优选采用长期间保持S信号633_S的结构。例如，晶体管634t的泄漏电流在关闭状态下越小越优选。

在关闭状态下，泄漏电流小的晶体管634t的结构的一个例子可以参照实施方式6、7。

实施方式4

在本实施方式中，参照图9至图11说明实施方式2所示的液晶显示装置的驱动方法的一个例子。

图9是用来说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的电路图。

图10A1、10A2、10B1、10B2和10C是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的源极线反转驱动及点反转驱动的图。

图11是说明具有本发明的一个方式的显示功能的液晶显示装置的源极线反转驱动及点反转驱动的时序图。

〈1.过驱动〉

一般而言，液晶的从被施加电压到其透射率收敛的响应时间为几十msec左右。由此，液晶的缓慢的响应容易作为动态图像的模糊被人眼察觉。

于是，本发明的一个方式也可以采用过驱动，其中暂时增大施加到使用液晶元件的显示元件635的电压来快速地使液晶取向产生变化。通过采用过驱动，提高液晶的响应速度并防止动态图像的模糊，从而可以改善动态图像的图像质量。

此外，由于当在晶体管634t成为非导通状态之后使用液晶元件的显示元件635的透过率也不收敛而继续改变时，液晶的相对介电常数也产生变化，因此使用液晶元件的显示元件635所保持的电压容易发生变化。

例如，当不使使用液晶元件的显示元件635与电容元件634c并联连接时或与显示元件635连接的电容元件634c的电容值小时，容易明显地产生上述使用液晶元件的显示元件635所保持的电压的变化。但是，通过采用上述过驱动可以缩短响应时间，所以还可以减小晶体管634t成为非导通状态之后的使用液晶元件的显示元件635的透过率的变化。因此，即使与使用液晶元件的显示元件635并联连接的电容元件634c的电容值小，也可以防止在晶体管634t成为非导通状态之后使用液晶元件的显示元件635所保持的电压产生变化。

〈2.源极线反转驱动及点反转驱动〉

在连接到图10所例示的像素电路的信号线DLi的像素631p中，以夹在信号线DLi和与信号线DLi相邻的信号线DLi+1之间的方式配置有像素电极635_1。在晶体管634t处于关闭状态下，理想是像素电极635_1和信号线DLi电分离。此外，像素电极635_1和信号线DLi+1也在理想上电分离也是理想的。但是，在实际上，在像素电极635_1和信号线DLi之间存在寄生电容634c(i)，并且在像素电极635_1和信号线DLi+1之间存在寄生电容634c(i+1)(参照图10C)。另外，图10C示出用作液晶元件635LC的第一电极或第二电极的像素电极635_1代替图9所示的液晶元件635LC。

当重叠设置液晶元件635LC的第一电极和第二电极且将重叠的两个电极用作实质上的电容元件时有如下情况：不将使用电容布线形成的电容元件634c连接到对液晶元件635LC或连接到液晶元件635LC的电容元件634c的电容值小。在这种情况下，用作液晶元件的第一电极或第二电极的像素电极635_1的电位容易受到寄生电容634c(i)和寄生电容634c(i+1)的影响。

由此，即使在保持图像信号的电位的期间中，晶体管634t处于关闭状态，也容易发生像素电极635_1的电位与信号线DLi或信号线DLi+1的电位的变化连动地变动的现象。

将在保持图像信号的电位的期间，像素电极的电位与信号线的电位变化连动地变动的现象称为串扰现象。当发生串扰现象时，显示对比度会降低。例如，当作为液晶元件635LC使用常白的液晶时，图像会泛白。

于是，在本发明的一个方式中，也可以在任意帧期间中采用如下驱动方法：对以在其间夹有像素电极635_1的方式配置的信号线DLi和信号线DLi+1输入具有彼此相反的极性的图像信号。

另外，具有相反的极性的图像信号是指在以液晶元件的公共电极的电位为参考电位时，具有比参考电位高的电位的图像信号和比参考电位低的电位的图像信号。

作为将交替具有相反的极性的图像信号依次写入到多个像素中的方法，可以例示两种方法(源极线反转及点反转)。

无论在任何方法中，在第一帧期间中都对信号线DLi输入具有正(+)的极性的图像信号，对信号线DLi+1输入具有负(-)的极性的图像信号。接着，在第二帧期间中对信号线DLi输入具有负(-)的极性的图像信号，对信号线DLi+1输入具有正(+)的极性的图像信号。接着，在第三帧期间中对信号线DLi输入具有正(+)的极性的图像信号，对信号线DLi+1输入具有负(-)的极性的图像信号(参照图10C)。

因为当采用这种驱动方法时，一对信号线的电位变动到相反方向，所以任意像素电极所受到的电位的变动被彼此消除。因此，可以抑制串扰的发生。

〈2-1.源极线反转驱动〉

源极线反转是指在任意一个帧期间中对连接到一个信号线的多个像素及连接到与该信号线相邻的另一个信号线的多个像素输入具有相反极性的图像信号的方法。

在图10A1及10A2中，示意性地示出当利用源极线反转时供应到像素的图像信号的极性。由符号+表示在任意一个帧期间被供应的图像信号的极性为正的像素，由符号-表示在任意一个帧期间被供应的图像信号的极性为负的像素。图10A2所示的帧示出图10A1所示的帧后面的帧。

〈2-2.点反转驱动〉

点反转是指在任意一个帧期间中对连接到一个信号线的多个像素及连接到与该信号线相邻的另一个信号线的多个像素输入具有相反极性的图像信号，且在连接到同一信号线的多个像素中对相邻的像素输入具有相反极性的图像信号的方法。

在图10B1及图10B2中，示意性地示出当利用点反转时供应到像素的图像信号的极性。由符号+表示在任意一个帧期间被供应的图像信号的极性为正的像素，由符号-表示在任意一个帧期间被供应的图像信号的极性为负的像素。图10B2所示的帧示出图10B1所示的帧后面的帧。

〈2-3.时序图〉

接着，图11示出通过源极线反转使图9所示的像素部631工作时的时序图。具体而言，在图11中示出供应到扫描线GL1的信号的电位的时间变化、供应到信号线DL1至信号线DLx的图像信号的电位的时间变化以及连接到扫描线GL1的各像素所具有的像素电极的电位的时间变化。

首先，通过对扫描线GL1输入具有脉冲的信号，扫描线GL1被选择。在连接到被选择的扫描线GL1的多个像素631p的每一个中，晶体管634t导通。然后，当在晶体管634t处于导通状态下对信号线DL1至信号线DLx供应图像信号的电位时，通过导通状态的晶体管634t将图像信号的电位供应到液晶元件635LC的像素电极。

图11所示的时序图示出在第一帧期间的扫描线GL1被选择的期间中，第奇数个信号线DL1、信号线DL3...依次输入有具有正的极性的图像信号，第偶数个信号线DL2、信号线DL4...信号线DLx输入有具有负的极性的图像信号的例子。因此，连接到第奇数个信号线DL1、信号线DL3...的像素631p中的像素电极(PE1)、像素电极(PE3)...供应有具有正的极性的图像信号。此外，连接到第偶数个信号线DL2、信号线DL4...信号线DLx的像素631p中的像素电极(PE2)、像素电极(PE4)...像素电极(PEx)供应有具有负的极性的图像信号。

在液晶元件635LC中，根据供应到像素电极和共同电极之间的电压值而液晶分子的取向变化，且透过率变化。因此通过根据图像信号的电位控制液晶元件635LC的透过率，该液晶元件635LC可以显示灰度。

当对信号线DL1至信号线DLx的图像信号的输入结束时，扫描线GL1的选择也结束。当扫描线的选择结束时，在具有该扫描线的像素631p中，晶体管634t关闭。于是，液晶元件635LC保持供应到像素电极和共同电极之间的电压来维持灰度的显示。然后，扫描线GL2至扫描线GLy依次被选择，且在连接到上述各扫描线的像素中，进行与扫描线GL1被选择的期间同样的工作。

接着，在第二帧期间中，扫描线GL1再次被选择。而且在第二帧期间的扫描线GL1被选择的期间中，与第一帧期间的扫描线GL1被选择的期间不同地，第奇数个信号线DL1、信号线DL3...依次输入有具有负的极性的图像信号，第偶数个信号线DL2、信号线DL4...信号线DLx输入有具有正的极性的图像信号。因此，连接到第奇数个信号线DL1、信号线DL3...的像素631p中的像素电极(PE1)、像素电极(PE3)...供应有具有负的极性的图像信号。此外，连接到第偶数个信号线DL2、信号线DL4...信号线DLx的像素631p中的像素电极(PE2)、像素电极(PE4)...像素电极(PEx)供应有具有正的极性的图像信号。

在第二帧期间中，当对信号线DL1至信号线DLx的图像信号的输入结束时，扫描线GL1的选择也结束。然后，从扫描线GL2至扫描线GLy依次被选择，且在连接到上述各扫描线的像素中，进行与扫描线GL1被选择的期间同样的工作。

然后，在第三帧期间和第四帧期间中也同样地反复上述工作。

注意，虽然图11所示的时序图例示出信号线DL1至信号线DLx依次输入有图像信号的情况，但是本发明不局限于该结构。既可以对信号线DL1至信号线DLx一齐输入图像信号，也可以分为多个信号线依次输入有图像信号。

此外，虽然在本实施方式中说明了采用逐行扫描方式选择扫描线的情况，但是也可以采用隔行扫描方式选择扫描线。

另外，通过进行以共同电极的标准电位为标准使图像信号的电位的极性反转的反转驱动，可以防止被称为残影的液晶的劣化。

但是，由于在进行反转驱动的情况下，当图像信号的极性产生变化时供应到信号线的电位的变化变大，因此用作开关元件的晶体管634t的源电极和漏电极之间的电位差也变大。因此，在晶体管634t中容易发生特性劣化诸如阈值电压的迁移等。

此外，为了维持液晶元件635LC所保持的电压，需要即使源电极和漏电极之间的电位差大，关态电流(off-state current)也低。

实施方式5

在本实施方式中参照图12A和图12B说明可以由本发明的一个方式的液晶显示装置显示的图像的生成方法。在本实施方式中特别说明在切换图像时对使用者的眼睛刺激少的图像的切换方法，该方法包括减轻使用者的眼睛疲劳的图像的切换方法以及不给使用者的眼睛带来负担的图像的切换方法。

当快速地切换图像而进行显示时，可能给使用者带来眼睛疲劳。例如，包括不断地切换不同的情景的动态图像以及切换不同的静态图像的情况等。

当切换不同的图像而进行显示时，优选缓慢(平静)且自然地切换图像而进行显示，而不瞬间地切换显示。

例如，当将显示从第一图像切换到与其不同的第二图像时，优选的是，在第一图像和第二图像之间插入第一图像淡出的图像或/及第二图像淡入的图像。此外，也可以插入以在第一图像淡出的同时，第二图像淡入(也称为交替淡变)的方式插入重叠两个图像的图像，还可以插入显示第一图像逐渐变成第二图像的情形的动态图像(也称为影像变形)。

具体而言，在以低刷新速率显示第一静态图像，接着以高刷新速率显示用来切换图像的图像之后，以低刷新速率显示第二静态。

〈淡入、淡出〉

下面说明切换互不相同的图像A和图像B的方法的一个例子。

图12A是示出能够进行图像切换工作的显示装置的结构的方框图。图12A所示的显示装置包括运算装置671、存储装置672、图表单元673以及显示单元674。

在第一步骤中，运算装置671将来自外部存储装置等的图像A及图像B的各数据储存在存储装置672中。

在第二步骤中，运算装置671根据预先设定的分割数的值使用图像A和图像B的各图像数据依次生成新的图像数据。

在第三步骤中，将所生成的图像数据输出到图表单元673中。图表单元673将被输入的图像数据显示于显示单元674。

图12B是用来说明在将图像从图像A逐渐切换为图像B时生成的图像数据的模式图。

图12B示出从图像A到图像B生成N(N是自然数)个图像数据，分别将每一个图像数据显示f(f是自然数)个帧期间的情况。因此，从图像A切换为图像B的期间是f×N个帧。

在此，优选的是，使用者可以自由地设定上述N及f等的参数。运算装置671预先取得这些参数，且根据该参数生成图像数据。

第i生成的图像数据(i是1以上且N以下的整数)是可以对图像A的图像数据和图像B的图像数据进行加权并将该图像数据加在一起来生成的。例如，在某个像素中，当以显示图像A时的亮度(灰度)为a，而以显示图像B时的亮度(灰度)为b时，显示第i生成的图像数据的该像素的亮度(灰度)c是算式4所示的值。

使用通过这种方法生成的图像数据来将图像A切换为图像B，从而可以缓慢(平静)且自然地切换不连续的图像。

注意，至于算式4，在所有的像素中，当a＝0时相当于从黑图像逐渐切换为图像B的淡入。此外，在所有的像素中，当b＝0时相当于从图像A逐渐切换为黑图像的淡出。

虽然在上述说明中描述了使两个图像暂时重叠并切换图像的方法，但是也可以采用不使图像重复的方法。

在不使两个图像重叠的情况下，也可以当将图像A切换为图像B时在其间插入黑色图像。此时，当从图像A迁移到黑色图像时、从黑色图像迁移到图像B时或在这两种情况下也可以采用上述图像切换方法。此外，作为插入图像A和图像B之间的图像不仅使用黑色图像，而且还可以使用白色图像等单色图像或与图像A及图像B不同的多色图像。

通过在图像A和图像B之间插入其他图像，特别是黑色图像等单色图像，可以使使用者更自然地感觉到图像的切换，从而可以以使用者不感到不快的方式切换图像。

实施方式6

在本实施方式中，参照附图说明可以应用于液晶显示装置的像素的晶体管的结构例子。

〈晶体管的结构例子〉

图13A是下面所例示的晶体管100的俯视示意图。此外，图13B是沿着图13A中的截断线A-B的晶体管100的截面示意图。图13A和图13B所例示的晶体管100是底栅型晶体管。

晶体管100包括：设置在衬底101上的栅电极102；设置在衬底101及栅电极102上的绝缘层103；与栅电极102重叠地设置在绝缘层103上的氧化物半导体层104；以及与氧化物半导体层104的顶面接触的一对电极105a、105b。此外，还包括覆盖绝缘层103、氧化物半导体层104、一对电极105a、105b的绝缘层106以及绝缘层106上的绝缘层107。

《衬底》

虽然对衬底101的材料等没有特别的限制，但是至少使用具有能够承受后面的加热处理的耐热性的材料。例如，作为衬底101，可以使用玻璃衬底、陶瓷衬底、石英衬底、蓝宝石衬底、YSZ(氧化钇稳定氧化锆)衬底等。此外，也可以利用使用硅或碳化硅作为材料的单晶半导体衬底或多晶半导体衬底、使用硅锗作为材料的化合物半导体衬底、SOI衬底等。此外，还可以将在这些衬底上设置有半导体元件的衬底用作衬底101。

另外，也可以作为衬底101使用塑料等柔性衬底，并且在该柔性衬底上直接形成晶体管100。或者，也可以在衬底101和晶体管100之间设置剥离层。剥离层可以用于如下情况，即在其上层形成晶体管的一部分或全部，然后将其从衬底101分离并转置到其他衬底上。其结果是，也可以将晶体管100转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。

因此，例如在本说明书等中，可以使用各种衬底形成晶体管。对衬底的种类没有特别的限制。作为该衬底的一个例子，可以举出半导体衬底(例如，单晶衬底或硅衬底)、SOI衬底、玻璃衬底、石英衬底、塑料衬底、蓝宝石玻璃衬底、金属衬底、不锈钢衬底、包含不锈钢箔的衬底、钨衬底、包含钨箔的衬底、柔性衬底、贴合薄膜、包含纤维状材料的纸或基材薄膜等。作为玻璃衬底的一个例子，可以举出钡硼硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃或钠钙玻璃等。作为柔性衬底、贴合薄膜、基材薄膜等，可以举出如下例子。例如可以举出以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚四氟乙烯(PTFE)为代表的塑料。或者，作为一个例子，可以举出丙烯酸树脂等合成树脂等。或者，可以举出聚丙烯、聚酯、聚氟化乙烯、聚氯乙烯等。或者，作为一个例子，可以举出聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、环氧树脂、无机蒸镀薄膜、纸类等。尤其是，通过使用半导体衬底、单晶衬底或SOI衬底等制造晶体管，可以制造特性、尺寸或形状等的不均匀性小、电流能力高且尺寸小的晶体管。当利用上述晶体管构成电路时，可以实现电路的低功耗化或电路的高集成化。

另外，作为衬底也可以使用柔性衬底，在该柔性衬底上直接形成晶体管。或者，也可以在衬底与晶体管之间设置剥离层。剥离层可以在如下情况下使用，即：在剥离层上制造半导体装置的一部分或全部，然后将其从衬底分离并转置到其他衬底上的情况。此时，也可以将晶体管转置到耐热性低的衬底或柔性衬底上。另外，作为上述剥离层，例如可以使用钨膜与氧化硅膜的无机膜的叠层结构或衬底上形成有聚酰亚胺等有机树脂膜的结构等。

就是说，也可以使用某个衬底形成晶体管，然后将晶体管转移并配置到其他衬底上。作为被转移晶体管的衬底，除了上述可以形成晶体管的衬底之外，还可以使用纸衬底、玻璃纸衬底、芳族聚酰胺薄膜衬底、聚酰亚胺薄膜衬底、石材衬底、木材衬底、布衬底(包括天然纤维(丝、棉、麻)、合成纤维(尼龙、聚氨酯、聚酯)或再生纤维(醋酯纤维、铜氨纤维、人造纤维、再生聚酯)等)、皮革衬底、或橡胶衬底等。通过使用上述衬底，可以形成特性良好的晶体管或功耗低的晶体管，可以制造不容易发生故障的装置或具有耐热性的装置，并且可以实现轻量化或薄型化。

《栅电极》

栅电极102可以使用选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨中的金属、以上述金属为成分的合金或组合上述金属元素的合金等而形成。另外，也可以使用选自锰、锆中的一个或多个的金属。此外，栅电极102可以具有单层结构或双层以上的叠层结构。例如，可以举出包含硅的铝膜的单层结构、在铝膜上层叠钛膜的双层结构、在氮化钛膜上层叠钛膜的双层结构、在氮化钛膜上层叠钨膜的双层结构、在氮化钽膜或氮化钨膜上层叠钨膜的双层结构以及依次层叠钛膜、该钛膜上的铝膜和其上的钛膜的三层结构等。此外，也可以使用组合铝与选自钛、钽、钨、钼、铬、钕、钪中的一种的膜、组合铝与上述中的多种的合金膜或上述的氮化膜。

另外，栅电极102也可以使用铟锡氧化物、包含氧化钨的铟氧化物、包含氧化钨的铟锌氧化物、包含氧化钛的铟氧化物、包含氧化钛的铟锡氧化物、铟锌氧化物、添加氧化硅的铟锡氧化物等透光导电材料。此外，也可以采用上述透光导电材料与上述金属的叠层结构。

另外，可以在栅电极102和绝缘层103之间设置In-Ga-Zn类氧氮化物半导体膜、In-Sn类氧氮化物半导体膜、In-Ga类氧氮化物半导体膜、In-Zn类氧氮化物半导体膜、Sn类氧氮化物半导体膜、In类氧氮化物半导体膜、金属氮化膜(InN、ZnN等)等。由于上述膜具有5eV，优选为5.5eV以上的功函数，所以可以使使用氧化物半导体的晶体管的阈值电压向正方向漂移，从而可以实现所谓常闭特性的开关元件。例如，在使用In-Ga-Zn类氧氮化物半导体膜的情况下，使用氮浓度至少高于氧化物半导体层104，具体为7at.％以上的In-Ga-Zn类氧氮化物半导体膜。

《绝缘层》

绝缘层103用作栅极绝缘膜。与氧化物半导体层104的下面接触的绝缘层103优选是氧化物绝缘膜。

绝缘层103例如可以使用氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化铪、氧化镓或Ga-Zn类金属氧化物等以单层或叠层结构形成。

此外，通过作为绝缘层103使用硅酸铪(HfSiO_x)、添加有氮的硅酸铪(HfSi_xO_yN_z)、添加有氮的铝酸铪(HfAl_xO_yN_z)、氧化铪、氧化钇等high-k材料，可以降低晶体管的栅极漏电流。

《一对电极》

一对电极105a及105b用作晶体管的源电极或漏电极。

作为导电材料，一对电极105a、105b可以使用如下材料以单层或叠层形成：铝、钛、铬、镍、铜、钇、锆、钼、银、钽或钨等金属或以这些元素为主要成分的合金。例如，可以举出如下结构：包含硅的铝膜的单层结构；在铝膜上层叠钛膜的双层结构；在钨膜上层叠钛膜的双层结构；在铜-镁-铝合金膜上层叠铜膜的双层结构；在钛膜或氮化钛膜上层叠铝膜或铜膜，在其上还形成钛膜或氮化钛膜的三层结构；以及在钼膜或氮化钼膜上层叠铝膜或铜膜，在其上还形成钼膜或氮化钼膜的三层结构等。另外，可以使用包含氧化铟、氧化锡或氧化锌的透明导电材料。

《绝缘层》

绝缘层106优选使用包含多于满足化学计量组成的氧的氧的氧化物绝缘膜。包含多于满足化学计量组成的氧的氧的氧化物绝缘膜中的氧的一部分因加热而脱嵌。包含多于满足化学计量组成的氧的氧的氧化物绝缘膜是指一种氧化物绝缘膜，其中当利用热脱附谱分析法(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)进行分析时，换算为氧原子的氧的脱嵌量为1.0×10¹⁸atoms/cm³以上，优选为3.0×10²⁰atoms/cm³以上。上述TDS分析时的膜的表面温度优选为100℃以上且700℃以下或100℃以上且500℃以下。

作为绝缘层106可以使用氧化硅、氧氮化硅等。

另外，绝缘层106当在后面形成绝缘层107时还用作氧化物半导体层104的损伤缓和膜。

此外，也可以在绝缘层106和氧化物半导体层104之间设置使氧透过的氧化物膜。

作为使氧透过的氧化物膜，可以使用氧化硅、氧氮化硅等。注意，在本说明书中，“氧氮化硅膜”是指在其组成中氧含量多于氮含量的膜，而“氮氧化硅膜”是指在其组成中氮含量多于氧含量的膜。

作为绝缘层107可以使用具有对氧、氢、水等的阻挡效果的绝缘膜。通过在绝缘层106上设置绝缘层107，可以防止氧从氧化物半导体层104扩散到外部以及氢、水等从外部侵入到氧化物半导体层104中。作为具有对氧、氢、水等的阻挡效果的绝缘膜，有氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧氮化铝、氧化镓、氧氮化镓、氧化钇、氧氮化钇、氧化铪、氧氮化铪等。

〈晶体管的制造方法例子〉

接着，说明图13A和13B所例示的晶体管100的制造方法的一个例子。

首先，如图14A所示，在衬底101上形成栅电极102，且在栅电极102上形成绝缘层103。

在此，作为衬底101使用玻璃衬底。

《栅电极的形成》

下面示出栅电极102的形成方法。首先，通过溅射法、CVD法、蒸镀法等形成导电膜，且在导电膜上使用第一光掩模并采用光刻工序形成抗蚀剂掩模。接着，使用该抗蚀剂掩模对导电膜的一部分进行蚀刻来形成栅电极102。然后，去除抗蚀剂掩模。

另外，可以采用电镀法、印刷法、喷墨法等形成栅电极102代替上述形成方法。

《栅极绝缘层的形成》

可以通过溅射法、PECVD法、蒸镀法等形成绝缘层103。

当作为绝缘层103形成氧化硅膜、氧氮化硅膜或氮氧化硅膜时，作为原料气体，优选使用包含硅的沉积气体及氧化气体。作为包含硅的沉积气体的典型例子，可以举出硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化气体，可以举出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。

此外，当作为绝缘层103形成氮化硅膜时，优选使用两个阶段的形成方法。首先，通过将硅烷、氮和氨的混合气体用作原料气体的等离子体CVD法形成缺陷少的第一氮化硅膜。接着，将原料气体切换为硅烷及氮的混合气体而形成氢浓度低且能够阻挡氢的第二氮化硅膜。通过采用这种形成方法，可以形成缺陷少且具有氢阻挡性的氮化硅膜作为绝缘层103。

此外，当作为绝缘层103形成氧化镓膜时，可以通过MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition)法形成。

《氧化物半导体层的形成》

接着，如图14B所示，在绝缘层103上形成氧化物半导体层104。

下面示出氧化物半导体层104的形成方法。首先，形成氧化物半导体膜。接着，在氧化物半导体膜上使用第二光掩模并采用光刻工序来形成抗蚀剂掩模。接着，使用该抗蚀剂掩模对氧化物半导体膜的一部分进行蚀刻来形成氧化物半导体层104。然后，去除抗蚀剂掩模。

然后，也可以进行加热处理。优选在包含氧的气氛下进行加热处理。上述加热处理的温度例如可以为150℃以上且600℃以下，优选为200℃以上且500℃以下。

《一对电极的形成》

接着，如图14C所示，形成一对电极105a、105b。

下面示出一对电极105a、105b的形成方法。首先，通过溅射法、PECVD法、蒸镀法等形成导电膜。接着，在该导电膜上使用第三光掩模并采用光刻工序来形成抗蚀剂掩模。接着，使用该抗蚀剂掩模对导电膜的一部分进行蚀刻来形成一对电极105a、105b。然后，去除抗蚀剂掩模。

另外，如图14B所示，当对导电膜进行蚀刻时，氧化物半导体层104的上面的一部分可能被蚀刻而薄膜化。由此，当形成氧化物半导体层104时，优选预先将氧化物半导体膜的厚度设定得厚。

《绝缘层的形成》

接着，如图14D所示，在氧化物半导体层104及一对电极105a、105b上形成绝缘层106，然后在绝缘层106上形成绝缘层107。

当作为绝缘层106形成氧化硅膜或氧氮化硅膜时，作为原料气体，优选使用包含硅的沉积气体及氧化气体。作为包含硅的沉积气体的典型例子，可以举出硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化气体，可以举出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。

例如，将安装在等离子体CVD装置中的进行了真空排气的处理室内的衬底的温度保持为180℃以上且260℃以下，优选为200℃以上且240℃以下，将原料气体导入处理室中并将处理室内的压力设定为100Pa以上且250Pa以下，优选设定为100Pa以上且200Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应高频功率，即0.17W/cm²以上且0.5W/cm²以下、更优选为0.25W/cm²以上且0.35W/cm²以下，以上述条件形成氧化硅膜或氧氮化硅膜。

由于作为成膜条件，在施加有上述压力的反应室中供应具有上述功率密度的高频电力，因此等离子体中的原料气体的分解效率提高，氧自由基增加，且原料气体进一步氧化，所以氧化物绝缘膜中的氧含量多于化学计量比。然而，在衬底温度是上述温度的情况下，由于硅和氧的结合力低，因此因加热而氧的一部分脱嵌。其结果是，可以形成一种氧化物绝缘膜，其中包含多于满足化学计量组成的氧的氧且因加热而氧的一部分脱嵌。

此外，当在氧化物半导体层104和绝缘层106之间设置氧化物绝缘膜时，在绝缘层106的形成工序中，该氧化物绝缘膜成为氧化物半导体层104的保护膜。其结果是，可以在减少对氧化物半导体层104的损伤的同时使用功率密度高的高频电力形成绝缘层106。

例如，将安装在PECVD装置中的进行了真空排气的处理室内的衬底的温度保持为180℃以上且400℃以下，优选为200℃以上且370℃以下，将原料气体导入处理室中并将处理室内的压力设定为20Pa以上且250Pa以下，优选设定为100Pa以上且250Pa以下，并对设置在处理室内的电极供应高频功率，以上述条件可以形成氧化硅膜或氧氮化硅膜作为氧化物绝缘膜。此外，通过将处理室的压力为100Pa以上且250Pa以下，可以当形成该氧化物绝缘层时减少对氧化物半导体层104的损伤。

作为氧化物绝缘膜的原料气体，优选使用含有硅的沉积气体及氧化气体。作为包含硅的沉积气体的典型例子，可以举出硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化气体，可以举出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。

绝缘层107可以通过溅射法或PECVD法等形成。

当作为绝缘层107形成氮化硅膜或氮氧化硅膜时，作为原料气体，优选使用包含硅的沉积气体、氧化气体及包含氮的气体。作为包含硅的沉积气体的典型例子，可以举出硅烷、乙硅烷、丙硅烷、氟化硅烷等。作为氧化气体，可以举出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。作为包含氮的气体有氮、氨等。

通过上述工序，可以形成晶体管100。

〈晶体管的变形例子〉

下面说明其一部分与晶体管100不同的晶体管的结构例子。

《变形例子1》

图15A示出下面所例示的晶体管110的截面示意图。晶体管110与晶体管100的不同之处是氧化物半导体层的结构。

晶体管110所包括的氧化物半导体层114是层叠氧化物半导体层114a和氧化物半导体层114b而构成的。

另外，因为有时氧化物半导体层114a和氧化物半导体层114b的境界不清楚，所以在图15A等的附图中，由虚线表示该境界。

作为氧化物半导体层114a，典型地使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M是Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。此外，当氧化物半导体层114a是In-M-Zn氧化物时，除了Zn和O之外的In和M的原子数比率优选为：In低于50at.％，M为50at.％以上，更优选为：In低于25at.％，M为75at.％以上。此外，作为氧化物半导体层114a例如使用其能隙为2eV以上，优选为2.5eV以上，更优选为3eV以上的材料。

氧化物半导体层114b包含In或Ga，典型的是In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M是Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，并且与氧化物半导体层114a相比，氧化物半导体层114b的导带底端的能量较接近于真空能级，典型的是，氧化物半导体层114b的导带底端的能量和氧化物半导体层114a的导带底端的能量之间的差异优选为0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上或0.15eV以上，且2eV以下、1eV以下、0.5eV以下或0.4eV以下。

例如，当氧化物半导体层114b是In-M-Zn氧化物时，除了Zn和O之外的In和M的原子数比率优选为：In为25at.％以上，M低于75at.％，更优选为：In为34at.％以上，M低于66at.％。

例如，作为氧化物半导体层114a可以使用原子数比为In：Ga：Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝1：1：1.2或In：Ga：Zn＝3：1：2的In-Ga-Zn氧化物。此外，作为氧化物半导体层114b可以使用原子数比为In：Ga：Zn＝1：3：2、1：6：4或1：9：6的In-Ga-Zn氧化物。此外，氧化物半导体层114a及氧化物半导体层114b的原子数比分别包括上述原子数比的±20％的变动的误差。

通过作为设置在上层的氧化物半导体层114b使用用作稳定剂的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧从氧化物半导体层114a及氧化物半导体层114b被释放。

另外，本发明不局限于此，可以根据所需要的晶体管的半导体特性及电特性(场效应迁移率、阈值电压等)而使用具有适当的组成的氧化物。此外，氧化物半导体层114a、氧化物半导体层114b优选采用适当的载流子密度、杂质浓度、缺陷密度、金属元素和氧之间的原子数比、原子间距离、密度等，以得到所需要的晶体管的半导体特性。

另外，虽然在上述记载中，作为氧化物半导体层114例示了层叠两个氧化物半导体层的结构，但是也可以采用层叠三个以上的氧化物半导体层的结构。

《变形例子2》

图15B示出下面所例示的晶体管120的截面示意图。晶体管120与晶体管100及晶体管110不同之处是氧化物半导体层的结构。

按顺序层叠氧化物半导体层124a、氧化物半导体层124b和氧化物半导体层124c来构成晶体管120所包括的氧化物半导体层124。

氧化物半导体层124a及氧化物半导体层124b层叠设置在绝缘层103上。此外，以与氧化物半导体层124b的顶面以及一对电极105a、105b的顶面及侧面接触的方式设置氧化物半导体层124c。

例如，作为氧化物半导体层124b可以使用与上述变形例子1所例示的氧化物半导体层114a相同的结构。此外，例如作为氧化物半导体层124a、124c，可以使用与上述变形例子1所例示的氧化物半导体层114b相同的结构。

例如，通过作为设置在氧化物半导体层124b的下层的氧化物半导体层124a及设置在氧化物半导体层124b的上层的氧化物半导体层124c，使用用作稳定剂的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧从氧化物半导体层124a、氧化物半导体层124b及氧化物半导体层124c被释放。

此外，通过当主要在氧化物半导体层124b形成沟道时，作为氧化物半导体层124b使用In的含量多的氧化物，并以与氧化物半导体层124b接触的方式设置一对电极105a、105b，可以增大晶体管120的通态电流(on-state currrent)。

〈晶体管的其他结构例子〉

下面说明能够应用本发明的一个方式的氧化物半导体膜的顶栅型晶体管的结构例子。

注意，在下面的与上述结构相同的结构或具有与上述结构相同的功能的构成要素中使用同一符号而省略重复的说明。

《结构例子》

图16A示出下面所例示的顶栅型晶体管150的截面示意图。

晶体管150包括：设置有绝缘层151的衬底101上的氧化物半导体层104；与氧化物半导体层104的顶面接触的一对电极105a、105b；氧化物半导体层104、一对电极105a、105b上的绝缘层103；以及在绝缘层103上与氧化物半导体层104重叠的栅电极102。此外，以覆盖绝缘层103及栅电极102的方式设置有绝缘层152。

绝缘层151具有抑制杂质从衬底101扩散到氧化物半导体层104的功能。例如，可以采用与上述绝缘层107相同的结构。另外，如果不需要则可以不设置绝缘层151。

与上述绝缘层107同样，作为绝缘层152可以应用具有对氧、氢、水等的阻挡效果的绝缘膜。另外，如果不需要则可以不设置绝缘层107。

《变形例子1》

下面说明其一部分与晶体管150不同的晶体管的结构例子。

图16B示出下面所例示的晶体管160的截面示意图。晶体管160与晶体管150不同之处是氧化物半导体层的结构。

按顺序层叠氧化物半导体层164a、氧化物半导体层164b和氧化物半导体层164c来构成晶体管160所包括的氧化物半导体层164。

可以对氧化物半导体层164a、氧化物半导体层164b、氧化物半导体层164c中的任一个、任两个或全部应用上述氧化物半导体膜。

例如，作为氧化物半导体层164b可以使用与上述变形例子1所例示的氧化物半导体层114a相同的结构。此外，例如作为氧化物半导体层164a、164c，可以使用与上述变形例子1所例示的氧化物半导体层114b相同的结构。

另外，通过作为设置在氧化物半导体层164b的下层的氧化物半导体层164a及设置在氧化物半导体层164b的上层的氧化物半导体层164c，使用用作稳定剂的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧从氧化物半导体层164a、氧化物半导体层164b及氧化物半导体层164c被释放。

《变形例子2》

下面说明其一部分与晶体管150不同的晶体管的结构例子。

图16C示出以下说明的晶体管170的截面示意图。晶体管170与晶体管150不同之处是与氧化物半导体层104接触的一对电极105a、105b的形状、栅电极102的形状等。

晶体管170包括：设置有绝缘层151的衬底101上的氧化物半导体层104；氧化物半导体层104上的绝缘层103；绝缘层103上的栅电极102；绝缘层151及氧化物半导体层104上的绝缘层154；绝缘层154上的绝缘层156；通过形成在绝缘层154、绝缘层156中的开口部与氧化物半导体层104电连接的一对电极105a、105b；以及绝缘层156及一对电极105a、105b上的绝缘层152。

绝缘层154例如使用包含氢的绝缘膜形成。作为该包含氢的绝缘膜可以举出氮化硅膜等。包含在绝缘层154中的氢与氧化物半导体层104中的氧缺陷键合，而在氧化物半导体层104中成为载流子。因此，在图16C所示的结构中，将氧化物半导体层104与绝缘层154接触的区域表示为n型区域104b及n型区域104c。夹在n型区域104b和n型区域104c之间的区域为沟道区域104a。

通过在氧化物半导体层104中设置n型区域104b、n型区域104c，可以降低与一对电极105a、105b的接触电阻。在形成栅电极102时，可以利用覆盖栅电极102的绝缘层154自对准地形成n型区域104b、n型区域104c。图16C所示的晶体管170是所谓的具有自对准结构的顶栅型晶体管。通过采用具有自对准结构的顶栅型晶体管，栅电极102与被用作源电极及漏电极的一对电极105a、105b不重叠，因此可以减小产生在电极之间的寄生电容。

例如，可以使用氧氮化硅膜等形成晶体管170所包括的绝缘层156。

本实施方式可以与本说明书所记载的其他实施方式适当地组合而实施。

实施方式7

在本实施方式中，详细说明可用于本发明的一个方式的显示装置中的氧化物半导体膜的结构。

氧化物半导体具有3.0eV以上的高能隙。在包括以适当的条件对氧化物半导体进行加工并充分降低其载流子密度来获得的氧化物半导体膜的晶体管中，可以使关闭状态下的源极与漏极之间的泄漏电流(关态电流)为极低于现有的使用硅的晶体管。

在将氧化物半导体膜应用于晶体管的情况下，优选将氧化物半导体膜的厚度设定为2nm以上且40nm以下。

能够应用的氧化物半导体优选至少含有铟(In)或锌(Zn)。尤其是优选包含In及Zn。另外，作为用来减少使用该氧化物半导体的晶体管的电特性不均匀的稳定剂，优选除了包含上述元素以外，还包含选自镓(Ga)、锡(Sn)、铪(Hf)、锆(Zr)、钛(Ti)、钪(Sc)、钇(Y)、镧系元素(例如，铈(Ce)、钕(Nd)、钆(Gd))中的一种或多种。

例如，作为氧化物半导体可以使用氧化铟、氧化锡、氧化锌、In-Zn类氧化物、Sn-Zn类氧化物、Al-Zn类氧化物、Zn-Mg类氧化物、Sn-Mg类氧化物、In-Mg类氧化物、In-Ga类氧化物、In-Ga-Zn类氧化物(也称为IGZO)、In-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Zn类氧化物、Sn-Ga-Zn类氧化物、Al-Ga-Zn类氧化物、Sn-Al-Zn类氧化物、In-Hf-Zn类氧化物、In-Zr-Zn类氧化物、In-Ti-Zn类氧化物、In-Sc-Zn类氧化物、In-Y-Zn类氧化物、In-La-Zn类氧化物、In-Ce-Zn类氧化物、In-Pr-Zn类氧化物、In-Nd-Zn类氧化物、In-Sm-Zn类氧化物、In-Eu-Zn类氧化物、In-Gd-Zn类氧化物、In-Tb-Zn类氧化物、In-Dy-Zn类氧化物、In-Ho-Zn类氧化物、In-Er-Zn类氧化物、In-Tm-Zn类氧化物、In-Yb-Zn类氧化物、In-Lu-Zn类氧化物、In-Sn-Ga-Zn类氧化物、In-Hf-Ga-Zn类氧化物、In-Al-Ga-Zn类氧化物、In-Sn-Al-Zn类氧化物、In-Sn-Hf-Zn类氧化物、In-Hf-Al-Zn类氧化物。

在此，“In-Ga-Zn类氧化物”是指以In、Ga以及Zn为主要成分的氧化物，对In、Ga以及Zn的比率没有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金属元素。

另外，作为氧化物半导体，也可以使用表示为InMO₃(ZnO)_m(m>0且m不是整数)的材料。另外，M表示选自Ga、Fe、Mn及Co中的一种或多种金属元素或者用作上述稳定剂的元素。另外，作为氧化物半导体，也可以使用表示为In₂SnO₅(ZnO)_n(n>0且n是整数)的材料。

例如，可以使用其原子数比为In:Ga:Zn＝1：1：1、In：Ga：Zn＝1：3：2、In：Ga：Zn＝3：1：2或In：Ga：Zn＝2：1：3的In-Ga-Zn类氧化物或其组成附近的氧化物。

当氧化物半导体膜含有大量的氢时，该氢与氧化物半导体键合而使该氢的一部分成为供体，因此产生作为载流子的电子。其结果是，晶体管的阈值电压向负漂移。由此，优选通过在形成氧化物半导体膜之后进行脱水化处理(脱氢化处理)，从氧化物半导体膜去除氢或水分来以尽量不包含杂质的方式实现高纯度化。

此外，有时因对氧化物半导体膜进行脱水化处理(脱氢化处理)而使氧化物半导体膜的氧同时减少。因此，优选的是，为了填补因对氧化物半导体膜进行脱水化处理(脱氢化处理)而增加的氧缺陷，进行对氧化物半导体膜添加氧的处理。在本说明书等中，有时将对氧化物半导体膜供应氧的处理称为加氧化处理，或者，有时将使氧化物半导体膜所包含的氧多于化学计量组成的处理称为过氧化处理。

如上所述，通过进行脱水化处理(脱氢化处理)以从氧化物半导体膜去除氢或水分，并进行加氧化处理以填补氧缺陷，可以得到被i型(本征)化的氧化物半导体膜或无限趋近于i型而实质上呈i型(本征)的氧化物半导体膜。注意，“实质上呈i型”是指：在氧化物半导体膜中，来自于供体的载流子极少(近零)，载流子密度为1×10¹⁷/cm³以下、1×10¹⁶/cm³以下、1×10¹⁵/cm³以下、1×10¹⁴/cm³以下、1×10¹³/cm³以下。

如此，具备i型或实质上呈i型的氧化物半导体膜的晶体管可以得到极为优良的关态电流特性。例如，关于使用氧化物半导体膜的晶体管处于关闭状态时的漏电流，室温(25℃左右)下的漏电流可以为1×10^-18A以下，优选为1×10^-21A以下，更优选为1×10^-24A以下，或者，85℃下的漏电流可以为1×10^-15A以下，优选为1×10^-18A以下，更优选为1×10^-21A以下。注意，“晶体管处于关闭状态”是指：在采用n沟道型晶体管的情况下，栅电压充分小于阈值电压的状态。具体而言，在栅电压比阈值电压小1V以上、2V以上或3V以上时，晶体管成为关闭状态。

接着，以下对氧化物半导体膜可能会具有的结构进行说明。

氧化物半导体被分为单晶氧化物半导体和非单晶氧化物半导体。

作为非单晶氧化物半导体有CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline OxideSemiconductor：c轴取向结晶氧化物半导体)、多晶氧化物半导体、微晶氧化物半导体以及非晶氧化物半导体等。另外，作为结晶氧化物半导体可以举出单晶氧化物半导体、CAAC-OS、多晶氧化物半导体和微晶氧化物半导体等。

从其他观点看来，氧化物半导体被分为非晶氧化物半导体和结晶氧化物半导体。作为结晶氧化物半导体有单晶氧化物半导体、CAAC-OS、多晶氧化物半导体以及微晶氧化物半导体等。

<CAAC-OS>

首先，对CAAC-OS进行说明。注意，也可以将CAAC-OS称为具有CANC(C-Axis Alignednanocrystals：c轴取向纳米晶)的氧化物半导体。

CAAC-OS是包含多个c轴取向的结晶部(也称为颗粒)的氧化物半导体之一。

在利用透射电子显微镜(TEM：Transmission Electron Microscope)观察所得到的CAAC-OS的明视场图像与衍射图案的复合分析图像(也称为高分辨率TEM图像)中，观察到多个颗粒。然而，在高分辨率TEM图像中，观察不到颗粒与颗粒之间的明确的边界，即晶界(grain boundary)。因此，可以说在CAAC-OS中，不容易发生起因于晶界的电子迁移率的降低。

例如，图17A示出从大致平行于样品面的方向观察所得到的CAAC-OS的截面的高分辨率TEM图像。在此，利用球面像差校正(Spherical Aberration Corrector)功能得到TEM图像。下面，将利用球面像差校正功能的高分辨率TEM图像特别称为Cs校正高分辨率TEM图像。另外，例如可以使用日本电子株式会社制造的原子分辨率分析型电子显微镜JEM-ARM200F等得到Cs校正高分辨率TEM图像。

下面，对利用TEM观察的CAAC-OS进行说明。图17A示出从大致平行于样品面的方向观察所得到的CAAC-OS的截面的高分辨率TEM图像。利用球面像差校正(SphericalAberration Corrector)功能得到高分辨率TEM图像。将利用球面像差校正功能所得到的高分辨率TEM图像特别称为Cs校正高分辨率TEM图像。例如可以使用日本电子株式会社制造的原子分辨率分析型电子显微镜JEM-ARM200F等得到Cs校正高分辨率TEM图像。

图17B示出将图17A中的区域(1)放大的Cs校正高分辨率TEM图像。由图17B可以确认到在颗粒中金属原子排列为层状。各金属原子层具有反映了形成CAAC-OS膜的面(也称为被形成面)或CAAC-OS膜的顶面的凹凸的配置并以平行于CAAC-OS的被形成面或顶面的方式排列。

如图17B所示，CAAC-OS具有特有的原子排列。图17C是以辅助线示出特有的原子排列的图。由图17B和图17C可知，一个颗粒的尺寸为1nm以上且3nm以下左右，由颗粒与颗粒之间的倾斜产生的空隙的尺寸为0.8nm左右。因此，也可以将颗粒称为纳米晶(nc：nanocrystal)。

在此，根据Cs校正高分辨率TEM图像，将衬底5120上的CAAC-OS的颗粒5100的配置示意性地表示为堆积砖块或块体的结构(参照图17D)。在图17C中观察到的在颗粒与颗粒之间产生倾斜的部分相当于图17D所示的区域5161。

图18A示出从大致垂直于样品面的方向观察所得到的CAAC-OS的平面的Cs校正高分辨率TEM图像。图18B、图18C和图18D分别示出将图18A中的区域(1)、区域(2)和区域(3)放大的Cs校正高分辨率TEM图像。由图18B、图18C和图18D可知在颗粒中金属原子排列为三角形状、四角形状或六角形状。但是，在不同的颗粒之间金属原子的排列没有规律性。

接着，说明使用X射线衍射(XRD：X-Ray Diffraction)装置进行分析的CAAC-OS。例如，当利用out-of-plane法分析包含InGaZnO₄结晶的CAAC-OS的结构时，如图19A所示，在衍射角(2θ)为31°附近时出现峰值。由于该峰值来源于InGaZnO₄结晶的(009)面，由此可知CAAC-OS中的结晶具有c轴取向性，并且c轴朝向大致垂直于被形成面或顶面的方向。

注意，当利用out-of-plane法分析CAAC-OS的结构时，除了2θ为31°附近的峰值以外，有时在2θ为36°附近时也出现峰值。2θ为36°附近的峰值表示CAAC-OS中的一部分包含不具有c轴取向性的结晶。优选的是，在利用out-of-plane法分析的CAAC-OS的结构中，在2θ为31°附近时出现峰值而在2θ为36°附近时不出现峰值。

另一方面，当利用从大致垂直于c轴的方向使X射线入射到样品的in-plane法分析CAAC-OS的结构时，在2θ为56°附近时出现峰值。该峰值来源于InGaZnO₄结晶的(110)面。在CAAC-OS中，即使将2θ固定为56°附近并在以样品面的法线向量为轴(φ轴)旋转样品的条件下进行分析(φ扫描)，也如图19B所示的那样观察不到明确的峰值。相比之下，在InGaZnO₄的单晶氧化物半导体中，在将2θ固定为56°附近来进行φ扫描时，如图19C所示的那样观察到来源于相等于(110)面的结晶面的六个峰值。因此，由使用XRD的结构分析可以确认到CAAC-OS中的a轴和b轴的取向没有规律性。

接着，说明利用电子衍射进行分析的CAAC-OS。例如，当从平行于样品面的方向对包含InGaZnO₄结晶的CAAC-OS入射束径为300nm的电子束时，可能会获得图39A所示的衍射图案(也称为选区透射电子衍射图案)。在该衍射图案中包含起因于InGaZnO₄结晶的(009)面的斑点。因此，由电子衍射也可知CAAC-OS所包含的颗粒具有c轴取向性，并且c轴朝向大致垂直于被形成面或顶面的方向。另一方面，图39B示出从垂直于样品面的方向对相同的样品入射束径为300nm的电子束时的衍射图案。由图39B观察到环状的衍射图案。因此，由电子衍射也可知CAAC-OS所包含的颗粒的a轴和b轴不具有取向性。可以认为图39B中的第一环起因于InGaZnO₄结晶的(010)面和(100)面等。另外，可以认为图39B中的第二环起因于(110)面等。

另外，CAAC-OS是缺陷态密度低的氧化物半导体。作为氧化物半导体的缺陷例如有起因于杂质的缺陷、氧缺陷等。因此，可以将CAAC-OS称为杂质浓度低的氧化物半导体或者氧缺陷少的氧化物半导体。

包含于氧化物半导体的杂质有时会成为载流子陷阱或载流子发生源。另外，氧化物半导体中的氧缺陷有时会成为载流子陷阱或因俘获氢而成为载流子发生源。

此外，杂质是指氧化物半导体的主要成分以外的元素，诸如氢、碳、硅和过渡金属元素等。例如，与氧的键合力比构成氧化物半导体的金属元素强的硅等元素会夺取氧化物半导体中的氧，由此打乱氧化物半导体的原子排列，导致结晶性下降。另外，由于铁或镍等的重金属、氩、二氧化碳等的原子半径(或分子半径)大，所以会打乱氧化物半导体的原子排列，导致结晶性下降。

缺陷态密度低(氧缺陷少)的氧化物半导体可以具有低载流子密度。将这种氧化物半导体称为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。CAAC-OS的杂质浓度和缺陷态密度低。即，CAAC-OS容易成为高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体。因此，使用CAAC-OS的晶体管很少具有负阈值电压的电特性(很少成为常开启)。高纯度本征或实质上高纯度本征的氧化物半导体的载流子陷阱少。被氧化物半导体的载流子陷阱俘获的电荷需要很长时间才能被释放，并且有时像固定电荷那样动作。因此，使用杂质浓度高且缺陷态密度高的氧化物半导体的晶体管有时电特性不稳定。但是，使用CAAC-OS的晶体管电特性变动小且可靠性高。

由于CAAC-OS的缺陷态密度低，所以载流子不容易因光照射而被缺陷能级俘获。因此，在使用CAAC-OS的晶体管中，起因于可见光或紫外光的照射的电特性变动小。

<微晶氧化物半导体>

接着说明微晶氧化物半导体。

在微晶氧化物半导体的高分辨率TEM图像中有能够观察到结晶部的区域和观察不到明确的结晶部的区域。微晶氧化物半导体所包含的结晶部的尺寸大多为1nm以上且100nm以下或为1nm以上且10nm以下。尤其是，将包含尺寸为1nm以上且10nm以下或为1nm以上且3nm以下的微晶的纳米晶的氧化物半导体称为nc-OS(nanocrystalline OxideSemiconductor：纳米晶氧化物半导体)。例如，在nc-OS的高分辨率TEM图像中，有时无法明确地观察到晶界。注意，纳米晶的来源有可能与CAAC-OS中的颗粒相同。因此，下面有时将nc-OS的结晶部称为颗粒。

在nc-OS中，微小的区域(例如为1nm以上且10nm以下的区域，尤其是1nm以上且3nm以下的区域)中的原子排列具有周期性。另外，nc-OS在不同的颗粒之间观察不到结晶取向的规律性。因此，在膜整体中观察不到取向性。所以，有时nc-OS在某些分析方法中与非晶氧化物半导体没有差别。例如，当利用使用其束径比颗粒大的X射线的XRD装置通过out-of-plane法对nc-OS进行结构分析时，检测不到表示结晶面的峰值。在使用其束径比颗粒大(例如，50nm以上)的电子射线对nc-OS进行电子衍射(选区电子衍射)时，观察到类似于光晕图案的衍射图案。另一方面，在使用其束径接近或小于颗粒的电子射线对nc-OS进行纳米束电子衍射时，观察到斑点。另外，在nc-OS的纳米束电子衍射图案中，有时观察到如圆圈那样的(环状的)亮度高的区域。并且，在nc-OS的纳米束电子衍射图案中，有时在环状的区域内还观察到多个斑点。

如此，由于在颗粒(纳米晶)之间结晶取向都没有规律性，所以也可以将nc-OS称为包含RANC(Random Aligned nanocrystals：无规取向纳米晶)的氧化物半导体或包含NANC(Non-Aligned nanocrystals：无取向纳米晶)的氧化物半导体。

nc-OS是规律性比非晶氧化物半导体高的氧化物半导体。因此，nc-OS的缺陷态密度比非晶氧化物半导体低。但是，nc-OS在不同的颗粒之间观察不到晶体取向的规律性。所以，nc-OS的缺陷态密度比CAAC-OS高。

<非晶氧化物半导体>

接着，说明非晶氧化物半导体。

非晶氧化物半导体是膜中的原子排列没有规律且不具有结晶部的氧化物半导体。其一个例子为具有如石英那样的无定形状态的氧化物半导体。

在非晶氧化物半导体的高分辨率TEM图像中无法发现结晶部。

在使用XRD装置通过out-of-plane法对非晶氧化物半导体进行结构分析时，检测不到表示结晶面的峰值。在对非晶氧化物半导体进行电子衍射时，观察到光晕图案。在对非晶氧化物半导体进行纳米束电子衍射时，观察不到斑点而观察到光晕图案。

关于非晶结构有各种见解。例如，有时将原子排列完全没有规律性的结构称为完全的非晶结构(completely amorphous structure)。也有时将到最接近原子间距或到第二接近原子间距具有规律性，并且不是长程有序的结构称为非晶结构。因此，根据最严格的定义，只要原子排列略微具有规律性，氧化物半导体就不能被称为非晶氧化物半导体。至少不能将长程有序的氧化物半导体称为非晶氧化物半导体。因此，由于具有结晶部，例如不能将CAAC-OS和nc-OS称为非晶氧化物半导体或完全的非晶氧化物半导体。

<amorphous-like氧化物半导体>

注意，氧化物半导体有时具有介于nc-OS与非晶氧化物半导体之间的物理性质的结构。将具有这样的结构的氧化物半导体特别称为amorphous-like氧化物半导体(a-like OS：amorphous-like OxideSemiconductor)。

在a-like OS的高分辨率TEM图像中有时观察到空洞(void)。另外，在高分辨率TEM图像中，有能够明确地观察到结晶部的区域和不能观察到结晶部的区域。

由于a-like OS包含空洞，所以其结构不稳定。为了证明与CAAC-OS及nc-OS相比a-like OS具有不稳定的结构，下面示出电子照射所导致的结构变化。

作为进行电子照射的样品，准备a-like OS(样品A)、nc-OS(样品B)和CAAC-OS(样品C)。每个样品都是In-Ga-Zn氧化物。

首先，取得各样品的高分辨率截面TEM图像。由高分辨率截面TEM图像可知，每个样品都具有结晶部。

注意，如下那样决定结晶部。例如，已知InGaZnO₄结晶的晶胞具有三个In-O层和六个Ga-Zn-O层这九个层在c轴方向上层叠的结构。这些相邻的层之间的间隔相等于(009)面的晶面间距(也称为d值)，经结晶结构分析得出该值为0.29nm。由此，可以将晶格条纹之间的晶面间距为0.28nm以上且0.30nm以下的部分作为InGaZnO₄结晶部。每个晶格条纹对应于InGaZnO₄结晶的a-b面。

图40示出调查了各样品的结晶部(22个部分至45个部分)的平均尺寸的例子。注意，结晶部尺寸对应于上述晶格条纹的长度。由图40可知，在a-like OS中，结晶部根据电子的累积照射量逐渐变大。具体而言，如图40中的(1)所示，利用TEM的观察初期尺寸为1.2nm左右的结晶部在累积照射量为4.2×10⁸e^-/nm²时生长到2.6nm左右。另一方面，可知nc-OS和CAAC-OS在开始电子照射时到电子的累积照射量为4.2×10⁸e^-/nm²的范围内，结晶部的尺寸都没有变化。具体而言，如图40中的(2)及(3)所示，无论电子的累积照射量如何，nc-OS及CAAC-OS的平均结晶部尺寸分别为1.4nm左右及2.1nm左右。

如此，有时电子照射引起a-like OS中的结晶部的生长。另一方面，可知在nc-OS和CAAC-OS中，几乎没有电子照射所引起的结晶部的生长。即，a-like OS与CAAC-OS及nc-OS相比具有不稳定的结构。

此外，由于a-like OS包含空洞，所以其密度比nc-OS及CAAC-OS低。具体而言，a-like OS的密度为具有相同组成的单晶氧化物半导体的78.6％以上且小于92.3％。nc-OS的密度及CAAC-OS的密度为具有相同组成的单晶氧化物半导体的92.3％以上且小于100％。注意，难以形成其密度小于单晶氧化物半导体的密度的78％的氧化物半导体。

例如，在原子个数比满足In:Ga:Zn＝1:1:1的氧化物半导体中，具有菱方晶系结构的单晶InGaZnO₄的密度为6.357g/cm³。因此，例如，在原子个数比满足In:Ga:Zn＝1:1:1的氧化物半导体中，a-like OS的密度为5.0g/cm³以上且小于5.9g/cm³。另外，例如，在原子个数比满足In:Ga:Zn＝1:1:1的氧化物半导体中，nc-OS的密度和CAAC-OS的密度为5.9g/cm³以上且小于6.3g/cm³。

注意，有时不存在相同组成的单晶。此时，通过以任意比例组合组成不同的单晶氧化物半导体，可以估算出具有所希望的组成的单晶氧化物半导体的密度。根据组成不同的单晶的组合比例使用加权平均计算出具有所希望的组成的单晶氧化物半导体的密度即可。注意，优选尽可能减少所组合的单晶氧化物半导体的种类来计算密度。

如上所述，氧化物半导体具有各种结构及各种特性。注意，氧化物半导体例如可以是包括非晶氧化物半导体、a-like OS、微晶氧化物半导体和CAAC-OS中的两种以上的叠层膜。

通过使用上述构成中的任一个的氧化物半导体膜，能够构成根据本发明的一个方式的半导体装置。

本实施方式所示的结构及方法等可以与其他实施方式所示的结构及方法等适当地组合而实施。

实施方式8

在本实施方式中，以下参照图20、图21及图22说明显示模块的例子。

图20是示出显示模块的一个例子的俯视图。图20所示的显示模块700包括：设置在第一衬底701上的像素部702；设置在第一衬底701上的源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706；以围绕像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706的方式设置的密封剂712；以及以与第一衬底701对置的方式设置的第二衬底705。注意，由密封剂712密封第一衬底701及第二衬底705。也就是说，像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706被第一衬底701、密封剂712及第二衬底705密封。注意，虽然在图20中未图示，但是在第一衬底701与第二衬底705之间设置有显示元件。

另外，在显示模块700中，在第一衬底701上的不由密封剂712围绕的区域中设置有与像素部702、源极驱动电路部704、栅极驱动电路部706及栅极驱动电路部706电连接的FPC(Flexible printedcircuit：柔性印刷电路)端子部708。另外，FPC端子部708连接于FPC716，并且通过FPC716对像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706供应各种信号等。另外，像素部702、源极驱动电路部704、栅极驱动电路部706以及FPC端子部708各与信号线710连接。由FPC716供应的各种信号等是通过信号线710供应到像素部702、源极驱动电路部704、栅极驱动电路部706以及FPC端子部708的。

另外，也可以在显示模块700中设置多个栅极驱动电路部706。另外，作为显示模块700，虽然示出将源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706形成在与像素部702相同的第一衬底701上的例子，但是并不局限于该结构。例如，可以只将栅极驱动电路部706形成在第一衬底701上，或者可以只将源极驱动电路部704形成在第一衬底701上。此时，也可以采用将形成有源极驱动电路或栅极驱动电路等的衬底(例如，由单晶半导体膜、多晶半导体膜形成的驱动电路衬底)安装于第一衬底701的结构。另外，对另行形成的驱动电路衬底的连接方法没有特别的限制，而可以采用COG(Chip On Glass：玻璃覆晶封装)方法、引线键合方法等。

另外，显示模块700所包括的像素部702、源极驱动电路部704及栅极驱动电路部706包括多个晶体管。作为该多个晶体管可以适用在上述实施方式中说明的晶体管。

另外，显示模块700可以包括液晶元件。作为使用该液晶元件的显示装置的例子，有液晶显示器(透射式液晶显示器、半透射式液晶显示器、反射式液晶显示器、直观式液晶显示器、投射式液晶显示器)等。注意，当实现半透射式液晶显示器或反射式液晶显示器时，可以使像素电极的一部分或全部具有反射电极的功能。例如，可以使像素电极的一部分或全部包含铝、银等。并且，此时也可以将SRAM等存储电路设置在反射电极下。由此，可以进一步降低耗电量。

作为显示模块700的显示方式，可以采用逐行扫描方式或隔行扫描方式等。另外，作为当进行彩色显示时在像素中控制的颜色要素，不局限于RGB(R表示红色，G表示绿色，B表示蓝色)这三种颜色。例如，可以由R像素、G像素、B像素及W(白色)像素的四个像素构成。或者，如PenTile排列，也可以由RGB中的两个颜色构成一个颜色要素，并根据颜色要素选择不同的两个颜色来构成。或者可以对RGB追加黄色(yellow)、青色(cyan)、品红色(magenta)等中的一种以上的颜色。另外，各个颜色要素的点的显示区域的大小可以不同。但是，所公开的发明不局限于彩色显示的显示装置，而也可以应用于黑白显示的显示装置。

另外，为了将白色光(W)用于背光(有机EL元件、无机EL元件、LED、荧光灯等)使显示装置进行全彩色显示，也可以使用着色层(也称为滤光片)。作为着色层，例如可以适当地组合红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)、黄色(Y)等而使用。通过使用着色层，可以与不使用着色层的情况相比进一步提高颜色再现性。此时，也可以通过设置包括着色层的区域和不包括着色层的区域，将不包括着色层的区域中的白色光直接用于显示。通过部分地设置不包括着色层的区域，在显示明亮的图像时，有时可以减少着色层所引起的亮度降低而降低耗电量两成至三成左右。但是，在使用有机EL元件或无机EL元件等自发光元件进行全彩色显示时，也可以从具有各发光颜色的元件发射R、G、B、Y、白色(W)。通过使用自发光元件，有时与使用着色层的情况相比进一步降低耗电量。注意，在本实施方式中，以下，对具有不设置背光等的结构的所谓的反射型液晶显示模块进行说明。

图21示出沿着图20所示的点划线Q-R的截面图。以下，说明图21所示的显示模块的详细内容。

〈显示模块的说明〉

图21所示的显示模块700包括：引绕布线部711；像素部702；源极驱动电路部704；以及FPC端子部708。另外，引绕布线部711包括信号线710。另外，像素部702包括晶体管750及电容器790。另外，源极驱动电路部704包括晶体管752。

晶体管750及晶体管752可以使用上述晶体管。

在本实施方式中使用的晶体管包括高度纯化且氧缺陷的形成被抑制的氧化物半导体膜。该晶体管可以降低关闭状态下的电流值(关态电流值)。因此，可以延长图像信号等电信号的保持时间，在开启电源的状态下也可以延长写入间隔。因此，可以降低刷新工作的频度，由此可以发挥抑制耗电量的效果。

另外，在本实施方式中使用的晶体管能够得到较高的场效应迁移率，因此能够进行高速驱动。例如，通过将这种能够进行高速驱动的晶体管用于液晶显示装置，可以在同一衬底上形成像素部的开关晶体管及用于驱动电路部的驱动晶体管。也就是说，因为作为驱动电路不需要另行使用由硅片等形成的半导体装置，所以可以缩减半导体装置的构件数。另外，在像素部中也可以通过使用能够进行高速驱动的晶体管提供高品质的图像。

电容器790采用在一对电极间具有电介质的结构。更详细地说，电容器790的一个电极使用经与被用作晶体管750的栅电极的导电膜相同的工序而形成的导电膜，而电容器790的另一个电极使用被用作晶体管750的源电极及漏电极的导电膜。另外，被夹在一对电极之间的电介质使用被用作晶体管750的栅极绝缘膜的绝缘膜。

另外，在图21中，在晶体管750、晶体管752以及电容器790上设置有绝缘膜764、766、768及平坦化绝缘膜770。

作为绝缘膜764，例如使用PECVD装置形成氧化硅膜、氧氮化硅膜等即可。作为绝缘膜768，例如使用PECVD装置形成氮化硅膜等即可。作为平坦化绝缘膜770，可以使用具有耐热性的有机材料如聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、苯并环丁烯类树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂等。另外，也可以通过层叠多个由这些材料形成的绝缘膜，形成平坦化绝缘膜770。另外，也可以采用不设置平坦化绝缘膜770的结构。

信号线710与用作晶体管750、752的源电极及漏电极的导电膜在同一工序中形成。信号线710也可以使用在与被用作晶体管750、752的源电极及漏电极的导电膜不同的工序中形成的导电膜，诸如可以使用用作栅电极的导电膜。作为信号线710，例如，当使用包含铜元素的材料时，起因于布线电阻的信号延迟等较少，而可以实现大屏幕的显示。

另外，FPC端子部708包括连接电极760、各向异性导电膜780及FPC716。连接电极760与被用作晶体管750、752的源电极及漏电极的导电膜在同一工序中形成。另外，连接电极760与FPC716所包括的端子通过各向异性导电膜780电连接。

另外，作为第一衬底701及第二衬底705，例如可以使用玻璃衬底。另外，作为第一衬底701及第二衬底705，也可以使用具有柔性的衬底。作为该具有柔性的衬底，例如可以举出塑料衬底等。

另外，在第一衬底701与第二衬底705之间设置有结构体778。结构体778是通过选择性地对绝缘膜进行蚀刻而得到的柱状的间隔物，用来控制第一衬底701与第二衬底705之间的距离(液晶盒厚(cellgap))。另外，作为结构体778，也可以使用球状的间隔物。此外，在本实施方式中，示出了将结构体778设置于第一衬底701一侧的结构的例子，但不局限于此。例如，可以采用将结构体778设置于第二衬底705一侧的结构或将结构体778设置于第一衬底701和第二衬底705的双方的结构。

另外，在第二衬底705一侧，设置有被用作黑矩阵的遮光膜738、被用作滤色片的着色膜736、与遮光膜738及着色膜736接触的绝缘膜734。

〈作为显示元件使用液晶元件的结构例子〉

图21所示的显示模块700包括液晶元件775。液晶元件775包括导电膜772、导电膜774及液晶层776。作为液晶层776，使用上述包括偶极矩为0以上且3以下的分子的液晶材料。导电膜774设置在第二衬底705一侧并被用作对置电极。图21所示的显示模块700可以通过由施加到导电膜772及导电膜774的电压改变液晶层776的取向状态，由此控制光的透过及非透过而显示图像。

导电膜772连接到晶体管750所具有的被用作源电极及漏电极的导电膜。导电膜772形成在平坦化绝缘膜770上并被用作像素电极，即显示元件的一个电极。另外，导电膜772被用作反射电极。图21所示的显示模块700是由导电膜772反射外光并经过着色膜736进行显示的所谓反射型彩色液晶显示装置。

另外，作为导电膜772，可以使用对可见光具有透光性的导电膜或对可见光具有反射性的导电膜。作为对可见光具有透光性的导电膜，例如，优选使用包含选自铟(In)、锌(Zn)、锡(Sn)中的一种的材料。作为对可见光具有反射性的导电膜，例如，优选使用包含铝或银的材料。在本实施方式中，作为导电膜772使用对可见光具有反射性的导电膜。

另外，当使用对可见光具有反射性的导电膜时，导电膜772也可以采用叠层结构。例如，作为下层形成厚度为100nm的铝膜，作为上层形成厚度为30nm的银合金膜(例如为包含银、钯及铜的合金膜)。通过采用上述结构，发挥下述优异效果。

上述优异效果为如下：(1)可以提高基底膜与导电膜772的密接性；(2)可以使用化学溶液对铝膜及银合金膜一起进行蚀刻；(3)可以使导电膜772的截面形状成为良好的形状(例如为锥形形状)。(3)的原因可认为如下缘故：当使用化学溶液进行蚀刻时，铝膜的蚀刻速度比银合金膜慢，或者当在进行上层的银合金膜的蚀刻之后使下层的铝膜露出时，从比银合金膜贱的金属，换句话说，离子化倾向高的铝抽出电子，由此银合金膜的蚀刻被抑制，而下层的铝膜的蚀刻的进行速度快。

在图21所示的显示模块700中，也可以在像素部702的平坦化绝缘膜770的一部分形成有凹凸。例如，当设置该凹凸时，使用有机树脂膜等形成平坦化绝缘膜770，在该有机树脂膜的表面上形成凹凸，由此可以形成该凹凸。用作反射电极的导电膜772沿着上述凹凸而形成。由此，在外光入射到导电膜772的情况下，可以在导电膜772的表面上使光漫反射，由此可以提高可见度。如图21所示，通过采用反射型彩色液晶显示装置，可以不使用背光而进行显示，因此可以降低耗电量。

在使反射电极平坦而不设置上述凹凸的情况下，也可以在显示模块的外部配置未图示的散射薄膜等。由此，可以使光漫反射。

另外，如图22所示，也可以在显示模块700的外侧形成保护膜717。作为保护膜717的形成方法，例如优选采用Atomic Layer Deposition法(原子层沉积法，以下称为“ALD法”)。

ALD法可以对于形成面极均匀地进行成膜。利用ALD法例如可以使用如下材料形成保护膜：氧化铝、氧化铪、氧化锆、氧化钛、氧化锌、氧化铟、氧化锡、氧化锡铟(ITO)、氧化钽、氧化硅、氧化锰、氧化镍、氧化铒、氧化钴、氧化碲、钛酸钡、氮化钛、氮化钽、氮化铝、氮化钨、氮化钴、氮化锰、氮化铪等。另外，保护膜不局限为绝缘膜，也可以是导电膜。例如，可以使用钌、铂、镍、钴、锰、铜等形成。

另外，优选遮蔽与FPC端子部708等电连接的部分以使该部分不被形成保护膜。作为遮蔽的方法，可以使用有机膜、无机膜、金属等。例如，可以使用氧化物绝缘膜如氧化硅、氧氮化硅、氧化镓、氧氮化镓、氧化钇、氧氮化钇、氧化铪、氧氮化铪等、氮化物绝缘膜如氮化硅、氮化铝等、有机材料如光致抗蚀剂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、苯并环丁烯类树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂等。当将这些膜用作掩模时，可以在形成保护膜后去除该掩模。

另外，可以用金属掩模遮蔽由ALD法被形成保护膜的区域。该金属掩模可以使用选自铁、铬、镍、钴、钨、钼、铝、铜、钽、钛中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或组合上述金属元素的合金等形成。金属掩模可以与显示面板接近，也可以与显示面板接触。

利用ALD法形成的膜极均匀，而且可以形成致密的膜。通过在显示面板的侧面部利用ALD法形成保护膜717，可以抑制水分等外部成分的进入。其结果是，可以抑制晶体管特性的变动，并使外围电路的工作稳定。另外，可以实现窄边框化，扩大像素区域，并且使显示装置高清晰化。

另外，作为图21或图22所示的显示模块700例示出反射型彩色液晶显示模块，但是显示模块700的方式不局限于此。例如，也可以采用作为导电膜772利用使可视光透过的导电膜的透过型彩色液晶显示模块。当采用透过型彩色液晶显示模块时，也可以不形成平坦化绝缘膜770上的凹凸。

注意，虽然在图21或图22中未图示，但是也可以分别在导电膜772、774与液晶层776接触的一侧设置取向膜。此外，虽然在图21或图22中未图示，但是也可以适当地设置偏振构件、相位差构件、抗反射构件等光学构件(光学衬底)等。例如，也可以使用利用偏振衬底及相位差衬底的圆偏振。此外，在透过型显示模块或半透过型显示模块的情况下，作为光源，也可以设置背光、侧光等。

作为液晶元件，可以使用热致液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、铁电液晶、反铁电液晶等。这些液晶材料根据条件呈现出胆甾相、近晶相、立方相、手征向列相、均质相等。

此外，在采用横向电场方式的情况下，也可以使用不使用取向膜的呈现蓝相的液晶。蓝相是液晶相的一种，是指当使胆甾型液晶的温度上升时即将从胆甾相转变到均质相之前出现的相。因为蓝相只在较窄的温度范围内出现，所以将其中混合了几wt％以上的手征试剂的液晶组合物用于液晶层，以扩大温度范围。由于包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物的响应速度快，并且其具有光学各向同性。由此，包含呈现蓝相的液晶和手征试剂的液晶组成物不需要取向处理。此外，呈现蓝相的液晶材料的视角依赖性小。另外，因不需要设置取向膜而不需要摩擦处理，因此可以防止由于摩擦处理而引起的静电破坏，由此可以降低制造工序中的液晶显示装置的不良和破损。

另外，当作为显示元件使用液晶元件时，可以使用：TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式、ECB(Electrically Controlled Birefringence：电控双折射)模式、IPS(In-Plane-Switching：平面内转换)模式、FFS(Fringe Field Switching：边缘电场转换)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell：轴对称排列微单元)模式、OCB(OpticalCompensated Birefringence：光学补偿弯曲)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal：铁电性液晶)模式以及AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal：反铁电性液晶)模式等。

另外，也可以使用常黑型液晶显示装置，例如采用垂直取向(VA)模式的透过型液晶显示装置。作为垂直配向模式，可以举出几个例子，例如可以使用MVA(Multi-DomainVertical Alignment：多畴垂直配向)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment：垂直取向构型)模式、ASV(Advanced Super View：高级超视觉)模式等。

本实施方式所示的结构可以与其他实施方式所示的结构适当地组合而使用。

实施方式9

在本实施方式中，使用图23A至图23C、图24以及图25对通过设置触摸传感器(触摸检测装置)可以将在上述实施方式中说明的显示模块被用作输入输出装置(也称为触摸屏)的结构进行说明。下面，有时省略与上述实施方式重复的部分的说明。

图23A至图23C是说明输入输出装置的结构的投影图。

图23A是输入输出装置800的投影图，图23B是说明输入输出装置800所具备的检测单元820U的结构的投影图。

图24是沿着图23A所示的输入输出装置800的Z1-Z2的截面图。

<输入输出装置的结构实例1>

在本实施方式中说明的输入输出装置800包括：具备使可见光透过的窗口部834且配置为矩阵状的多个检测单元820U；与配置在行方向(在附图中以箭头Rx表示)上的多个检测单元820U电连接的扫描线GL1；与配置在列方向(在附图中以箭头Ry表示)上的多个检测单元820U电连接的信号线DL；具备支撑检测单元820U、扫描线GL1及信号线DL的第一基体材料836的柔性输入装置850；以及具备重叠于窗口部834且配置为矩阵状的多个像素802及支撑像素802的第二基体材料810的显示模块801(参照图23A至图23C)。

检测单元820U具备重叠于窗口部834的检测元件C及与检测元件C电连接的检测电路839(参照图23B)。

检测元件C包括绝缘层823、夹持绝缘层823(未图示在图23B中)的第一电极821以及第二电极822(参照图23B)。

检测电路839被供应选择信号并根据检测元件C的电容的变化供应检测信号DATA。

扫描线GL1可以供应选择信号，信号线DL可以供应检测信号DATA，检测电路839可以以重叠于多个窗口部834的间隙的方式配置。

另外，本实施方式中说明的输入输出装置800在检测单元820U与重叠于检测单元820U的窗口部834的像素802之间具备着色层。

在本实施方式中说明的输入输出装置800包括：具备多个包括使可见光透过的窗口部834的检测单元820U的输入装置850；以及具备多个重叠于窗口部834的像素802的显示模块801，其中在窗口部834与像素802之间包括着色层。

由此，输入输出装置可以供应基于电容的变化的检测信号及供应该检测信号的检测单元的位置数据，并可以显示与检测单元的位置数据相关的图像数据。其结果是，可以提供便利性或可靠性优异的新颖的输入输出装置。

另外，输入输出装置800也可以具备被供应输入装置850所供应的信号的柔性衬底FPC1或/及对显示模块801供应包含图像数据的信号的柔性衬底FPC2。

另外，也可以具备防止损伤的发生的保护输入输出装置800的保护基材837、保护层837p或/及减弱输入输出装置800所反射的外光的强度的防反射层867p。

另外，输入输出装置800包括对显示模块801的扫描线供应选择信号的扫描线驱动电路803g；供应信号的布线811；以及与柔性衬底FPC2电连接的端子819。

下面说明构成输入输出装置800的各构成要素。注意，有时无法明确地区分上述构成要素，一个构成要素兼作其他构成要素或包含其他构成要素的一部分。例如，在与多个窗口部834重叠的位置上具备着色层的输入装置850既是输入装置850又是滤色片。

《输入输出装置的整体结构》

输入输出装置800包括输入装置850及显示模块801(参照图23A)。

《输入装置》

输入装置850具备多个检测单元820U及支撑检测单元820U的第一基体材料836。例如，在第一基体材料836上将多个检测单元820U配置为40行15列的矩阵状。

《窗口部、着色层及遮光性的层》

窗口部834使可见光透过。

在重叠于窗口部834的位置上具备使指定的颜色的光透过的着色层。例如，具备使蓝色的光透过的着色层CFB、着色层CFG或着色层CFR(参照图23B)。

另外，除了可以具备使蓝色、绿色或/及红色的光透过的着色层，还可以具备使白色的光透过的着色层或使黄色的光透过的着色层等使各种颜色的光透过的着色层。

可以对着色层使用金属材料、颜料或染料等。

在多个窗口部834之间具备遮光层BM。遮光层BM与窗口部834相比不容易使光透过。遮光层BM遮蔽窗口部834以外的区域中发生的漏光。根据漏光的状态可以改变遮光层BM的形状。

可以将碳黑、金属氧化物、包括多个金属氧化物的固溶体的复合氧化物等用于遮光层BM。

在与遮光层BM重叠的位置上具备扫描线GL1、信号线DL、布线VPI、布线RES、布线VRES以及检测电路839。

另外，可以具备覆盖着色层及遮光层BM的透光性保护层。

《窗口部的变形例子》

以下示出窗口部834的配置方向与图23A至图23C不同的例子。图23A至图23C示出以其长边与Z1-Z2方向平行的方式配置窗口部834的例子(以下称为“纵向像素配置”)，但不局限于此，也可以以其短边与Z1-Z2方向平行的方式配置窗口部834(以下称为“横向像素配置”)。图33A示出纵向像素配置的例子，图33B示出横向像素配置的例子。图33A和图33B示出信号线900、扫描线901、像素902、像素晶体管区域903。

设置遮光层BM的目的是遮蔽漏光等本来无助于显示反而降低光学特性的光，但是，遮光层BM有可能会缩小窗口部834的开口面积而成为光利用效率或功率效率下降要因。尤其是，在使用反射电极的情况下，显示的光源只有输入输出装置外部的环境光，因此，窗口部834的开口面积减小导致可见度的大幅度下降。

另外，在以低刷新速率进行驱动的方法中，为了缓和闪烁，需要进行反转驱动。该反转驱动的目的是抑制起因于液晶分子的分极的挠曲电效应导致的闪烁。此外，从功耗的观点来看，优选采用源极线反转驱动，但是，当在纵向像素配置中进行该源极线反转驱动时，相邻的像素之间发生横向电场，由此液晶元件的液晶排列被打乱，容易发生漏光。因此，需要使用遮光层BM对上述部分进行遮光。

在显示装置中，为了进行遮光需要形成BM，这会成为开口率下降的要因。此外，当考虑用来夹住液晶的衬底的配置精度时，需要形成比实际上发生漏光的区域更大的BM，这会成为开口率进一步下降的要因。

另一方面，在横向像素配置中，即使进行源极线反转驱动，横向电场也只发生在像素的短边方向上。此时，在长边方向上不发生漏光，由此不需要使用遮光层BM进行遮光，而可以将该部分用作开口区域，可以提高光利用效率及功率效率。

另外，在以横向像素配置进行彩色显示时，可以将与扫描线平行的方向上相邻的像素设定为同一色相，并根据每个扫描线配置不同色相的滤色片。即使采用反转驱动而受到相邻像素的影响，也通过如上所述那样在与扫描线平行的方向上配置同一色相的滤色片，并根据每个扫描线配置不同色相的滤色片，可以抑制色纯度的下降。

例如，在如图51A的纵向像素配置(Vertical Stripe)那样包括第一色相的滤色片的像素202、包括第二色相的滤色片的像素204及包括第三色相的滤色片的像素206中，像素202与像素204之间或者像素204与像素206之间的距离近，并且当进行源极线反转驱动时，由于在各像素之间电压的正负极性彼此反转，所以相邻像素的影响大。因此，各像素的色相的独立性下降，其结果是，显示图像的色纯度有可能降低。

另一方面，在图51B的横向像素配置(Horizontal Stripe)中，在扫描线210的方向上相邻的像素的色相相同，因此即使因反转驱动受到相邻像素的影响，也可维持色相的独立性。由此，可以抑制相邻像素的色纯度下降，而可以降低对显示图像的影响。

再者，由于信号线208配置在与像素的短边平行的方向上，所以与纵向像素配置相比，多个信号线208的间隔较宽。因此，相邻像素的影响不容易反映到显示图像。由此，可以容易扩大像素电极的面积，而可以提高光利用效率。

《检测元件》

检测元件C包括第一电极821、第二电极822、第一电极821与第二电极822之间的绝缘层823(参照图24)。

第一电极821以与其他区域分开的方式例如形成为岛状。尤其优选以靠近第一电极821的方式配置能够与第一电极821在同一工序中制造的层以使输入输出装置800的使用者不会发现第一电极821。更优选的是，尽量减少位于第一电极821与靠近第一电极821的层之间的间隙的窗口部834的个数。尤其优选不在该间隙配置窗口部834。

例如，当介电常数与大气不同的物体靠近位于大气中的检测元件C的第一电极821或第二电极822时，检测元件C的电容发生变化。具体而言，当手指等物体靠近检测元件C时，检测元件C的电容发生变化。由此，可以将检测元件C用于靠近检测器。

第一电极821及第二电极822包含导电性材料。

例如，可以将无机导电性材料、有机导电性材料、金属或导电性陶瓷等用于第一电极821及第二电极822。

具体而言，作为第一电极821及第二电极822可以使用选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨、镍、银和锰中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或组合上述金属元素的合金等。

或者，作为第一电极821及第二电极822可以使用氧化铟、铟锡氧化物、铟锌氧化物、氧化锌、添加有镓的氧化锌等导电性氧化物。

或者，作为第一电极821及第二电极822可以使用石墨烯或石墨。包含石墨烯的膜例如可以使包含氧化石墨烯的膜还原而形成。作为还原方法，可以采用进行加热的方法或使用还原剂的方法等。

或者，作为第一电极821及第二电极822可以使用导电高分子。

《检测电路》

检测电路839例如包含晶体管M1至晶体管M3。另外，检测电路839包含供应电源电位及信号的布线。例如，包含信号线DL、布线VPI、布线CS、扫描线GL1、布线RES、布线VRES及信号线DL等。此外，在实施方式10中详细说明检测电路839的具体结构。

另外，也可以将检测电路839配置在不与窗口部834重叠的区域。

可以将具有导电性的材料用于布线(例如，信号线DL、布线VPI、布线CS、扫描线GL1、扫描线RES、布线VRES及信号线DL等)。例如，可以将无机导电材料、有机导电材料、金属或导电陶瓷等用于布线。或者，可以使用与能用于第一电极821及第二电极822的材料相同的材料作为布线。

可以将铝、金、铂、银、镍、钛、钨、铬、钼、铁、钴、铜或钯等金属材料或包含该金属材料的合金材料用于扫描线GL1、信号线DL、布线VPI、布线RES及布线VRES。

可以在第一基体材料836上形成检测电路839。或者，也可以将形成在其他基体材料上的检测电路839转置到第一基体材料836上。

《第一基体材料及第二基体材料》

作为第一基体材料836及第二基体材料810，可以使用玻璃衬底或者柔性衬底(例如，树脂、树脂薄膜或塑料薄膜等)。

具体而言，作为第一基体材料836及第二基体材料810可以使用无碱玻璃、钠钙玻璃、钾钙玻璃或水晶玻璃等。或者，作为第一基体材料836可以使用聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯或丙烯酸树脂等的树脂薄膜或树脂板。

《保护基材、保护层》

作为保护基材837或/及保护层837p，例如，可以使用玻璃、聚酯、聚烯烃、聚酰胺、聚酰亚胺、聚碳酸酯或丙烯酸树脂等的树脂薄膜、树脂板或叠层体等。

作为保护层837p，例如，可以将硬质涂层或陶瓷涂层。具体而言，可以将包含UV硬化树脂或氧化铝的层形成在重叠于第二电极822的位置。

《显示模块》

显示模块801具备配置为矩阵状的多个像素802(参照图23C)。

例如，像素802包括子像素802B、子像素802G及子像素802R，并且各子像素具备显示元件及驱动显示元件的像素电路。

像素802的子像素802B配置在与着色层CFB重叠的位置，子像素802G配置在与着色层CFG重叠的位置，子像素802R配置在与着色层CFR重叠的位置。

《像素结构》

着色层CFR位于与液晶元件880重叠的位置。液晶元件880作为一个电极包括反射电极872(参照图24)。由此，在反射电极872反射的外光的一部分经过着色层CFR射出到附图中的箭头的方向。反射电极872可以具有与在上述实施方式中示出的被用作反射电极的导电膜772相同的结构。液晶元件880包括偶极矩为0以上且3以下的液晶层。

在着色层(例如，着色层CFR)与着色层(例如，着色层CFG)之间设置有遮光层BM

遮光层BM可以在多个着色层之间以围绕着色层的方式配置，而当在一部分发生漏光时，也可以以仅对该部分进行遮光的方式配置。

《扫描线驱动电路的结构》

扫描线驱动电路803g包括晶体管803t以及电容器803c(参照图24)。

《转换器》

作为转换器CONV可以使用能够转换检测单元820U所供应的检测信号DATA并供应到柔性衬底FPC1的各种电路(参照图23A及图24)。

例如，可以将晶体管M4用于转换器CONV。

《其他结构》

显示模块801在与像素重叠的位置具备防反射层867p。作为防反射层867p例如可以使用圆偏振片。

如图23A所示，显示模块801具备能够供应信号的布线811，并且端子819设置在布线811上。另外，能够供应图像信号及同步信号等信号的柔性衬底FPC2与端子819电连接。

此外，柔性衬底FPC2也可以安装有印刷线路板(PWB)。

显示模块801包括扫描线、信号线及电源线等布线。可以将各种导电膜用于布线。

作为显示模块801所包括的布线，例如可以使用选自铝、铬、铜、钽、钛、钼、钨、镍、钇、锆、银和锰中的金属元素、以上述金属元素为成分的合金或组合上述金属元素的合金等。尤其优选包含选自铝、铬、铜、钽、钛、钼和钨中的一个以上的元素。尤其是，铜和锰的合金适用于利用湿蚀刻法的微细加工。

作为显示模块801所包括的布线的具体结构，可以采用在铝膜上层叠钛膜的双层结构、在氮化钛膜上层叠钛膜的双层结构、在氮化钛膜上层叠钨膜的双层结构、在氮化钽膜或氮化钨膜上层叠钨膜的双层结构以及依次层叠钛膜、铝膜和钛膜的三层结构等。或者，也可以采用在铝膜上层叠包含选自钛、钽、钨、钼、铬、钕和钪中的一个或多个元素的合金膜或氮化膜。另外，也可以使用包含氧化铟、氧化锡或氧化锌的具有透光性的导电材料。

另外，如图25所示，也可以在显示模块801的外侧形成保护膜890。作为保护膜890的形成方法，例如优选采用ALD法。

另外，优选遮蔽与FPC端子部891等电连接的部分以使该部分不被形成保护膜。作为遮蔽的方法，可以使用有机膜、无机膜、金属等。例如，可以使用氧化物绝缘膜如氧化硅、氧氮化硅、氧化镓、氧氮化镓、氧化钇、氧氮化钇、氧化铪、氧氮化铪等、氮化物绝缘膜如氮化硅、氮化铝等、有机材料如光致抗蚀剂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺酰胺树脂、苯并环丁烯类树脂、聚酰胺树脂、环氧树脂等。当将这些膜用作掩模时，可以在形成保护膜后去除该掩模。

利用ALD法形成的膜极均匀，而且可以形成致密的膜。通过在显示面板的侧面部利用ALD法形成保护膜890，可以抑制水分等外部成分的进入。其结果是，可以抑制晶体管特性的变动，并使外围电路的工作稳定。另外，可以实现窄边框化，扩大像素区域，并且使显示装置高清晰化。

实施方式10

在本实施方式中，参照图26A至图26B2对可以用于上述实施方式所说明的输入输出装置800的检测单元820U的检测电路839的结构及驱动方法进行说明。

图26A至图26B2是说明检测电路839及转换器CONV的结构及驱动方法的图。

图26A是说明检测电路839及转换器CONV的结构的电路图，图26B1及图26B2是说明驱动方法的时序图。

检测电路839包括第一晶体管M1，该第一晶体管M1栅极与检测元件C的第一电极821电连接，其第一电极例如与能够供应接地电位的布线VPI电连接(参照图26A)。

另外，也可以包括第二晶体管M2，该第二晶体管M2的栅极与能够供应选择信号的扫描线GL1电连接，其第一电极与第一晶体管M1的第二电极电连接，其第二电极例如与能够供应检测信号DATA的信号线DL电连接。

另外，也可以包括第三晶体管M3，该第三晶体管M3的栅极与能够供应复位信号的布线RES电连接，其第一电极与检测元件C的第一电极821电连接，其第二电极例如与能够供应接地电位的布线VRES电连接。

检测元件C的容量例如由于物体靠近第一电极821或第二电极822或者由于第一电极821与第二电极822的间隔发生变化而变化。由此，检测电路839可以供应基于检测元件C的电容变化的检测信号DATA。

另外，检测电路839具备可以供应控制信号的布线CS，该控制信号能够控制检测元件C的第二电极822的电位。

另外，将检测元件C的第一电极821、第一晶体管M1的栅极以及第三晶体管的第一电极电连接的连接部称为节点A。

布线VRES及布线VPI例如可以供应接地电位，布线VPO及布线BR例如可以供应高电源电位。

布线RES可以供应复位信号，扫描线GL1可以供应选择信号，布线CS可以供应控制检测元件C的第二电极822的电位的控制信号。

信号线DL可以供应检测信号DATA，端子OUT可以供应根据检测信号DATA被转换的信号。

另外，可以将能够转换检测信号DATA并将其供应到端子OUT的各种电路用于转换器CONV。例如，可以通过使转换器CONV与检测电路839电连接，而构成源极跟随器电路或电流镜电路等。

具体而言，使用包括晶体管M4的转换器CONV可以构成源极跟随器电路(参照图26A)。另外，也可以将能够与第一晶体管M1至第三晶体管M3经同一工序制造的晶体管用于晶体管M4。

另外，晶体管M1至晶体管M3包括半导体层。例如，可以将14族的元素、化合物半导体或氧化物半导体用于半导体层。具体而言，可以使用包含硅的半导体、包含砷化镓的半导体或包含铟的氧化物半导体等。关于包含氧化物半导体的结构的晶体管，可以参照上述实施方式的记载。

<检测电路的驱动方法>

以下，对检测电路839的驱动方法进行说明。

《第一步骤》

在第一步骤中，在使第三晶体管M3成为开启状态之后供应使其成为非开启状态的复位信号，使检测元件C的第一电极821的电位成为指定的电位(参照图26B1中的期间T1)。

具体而言，对布线RES供应复位信号。供应有复位信号的第三晶体管M3将节点A的电位例如变为接地电位(参照图26A)。

《第二步骤》

在第二步骤中，对栅极供应使第二晶体管M2成为开启状态的选择信号，并且使第一晶体管M1的第二电极与信号线DL电连接。

具体而言，使扫描线GL1供应选择信号。第一晶体管M1的第二电极通过供应有选择信号的第二晶体管M2与信号线DL电连接(参照图26B1中的期间T2)。

《第三步骤》

在第三步骤中，对检测元件C的第二电极822供应控制信号，对第一晶体管M1的栅极供应根据控制信号及检测元件C的电容发生变化的电位。

具体而言，使布线CS供应矩形的控制信号。通过将矩形的控制信号供应到第二电极822，节点A的电位根据检测元件C的电容上升(参照图26B1中的期间T2的后一半)。

例如，在检测元件被放置在大气中的情况下，当介电常数高于大气的物体以靠近检测元件C的第二电极822的方式配置时，检测元件C的电容在外观上变大。

由此，与介电常数高于大气的物体没有靠近地配置的情况相比，矩形的控制信号所引起的节点A的电位的变化小(参照图26B2中的实线)。

《第四步骤》

在第四步骤中，对信号线DL供应第一晶体管M1的栅极的电位变化所引起的信号。

例如，对信号线DL供应第一晶体管M1的栅极的电位变化所引起的电流的变化。

转换器CONV将流过信号线DL的电流的变化转换为电压的变化来供应。

《第五步骤》

在第五步骤中，对第二晶体管M2的栅极供应使第二晶体管M2成为非开启状态的选择信号。

实施方式11

在本实施方式中，参照图27A至27C说明使用在上述实施方式中说明的液晶显示装置而制造的电子设备的具体例子。

作为可以应用本发明的电子设备的例子，可以举出电视装置(也称为电视或电视接收机)、用于计算机等的监视器、数码相机、数码摄像机、数码相框、移动电话机、便携式游戏机、便携式信息终端、音乐再现装置、游戏机(弹珠机(pachinko machine)或老虎机(slotmachine)等)、框体游戏机。图27A至27C示出上述电子设备的具体例子。

图27A示出具有显示部的便携式信息终端1400。在便携式信息终端1400中，显示部1402及操作按钮1403被组装在框体1401中。本发明的一个方式的液晶显示装置可以应用于显示部1402。

图27B示出移动电话1410。在移动电话1410中，显示部1412、操作按钮1413、扬声器1414以及麦克风1415被组装在框体1411中。本发明的一个方式的液晶显示装置可以应用于显示部1412。

图27C示出音乐再现装置1420。在音乐再现装置1420中，显示部1422、操作按钮1423以及天线1424被组装在框体1421中。经由天线1424，可以以无线信号收发信息。本发明的一个方式的液晶显示装置可以应用于显示部1422。

显示部1402、显示部1412以及显示部1422具有触控输入功能，从而通过使用手指等触摸显示在显示部1402、显示部1412以及显示部1422上的显示按钮(未图示)，可以进行屏幕操作、信息输入。

通过将上述实施方式所示的液晶显示装置用于显示部1402、显示部1412以及显示部1422，可以实现显示质量得到提高的显示部1402、显示部1412以及显示部1422。

本实施方式可以与其他实施方式所记载的结构适当地组合而实施。

实施方式12

在本实施方式中，说明在上述实施方式中说明的“降低刷新频率”的意义。

眼睛疲劳被大致分为两种，即神经疲劳和肌肉疲劳。神经疲劳是：由于长时间一直观看液晶显示装置的发光、闪烁屏幕，使得该亮度刺激视网膜、视神经、脑子而引起的。肌肉疲劳是：由于过度使用在调节焦点时使用的睫状肌而引起的。

图28A是示出现有的液晶显示装置的显示的示意图。如图28A所示，在现有的液晶显示装置的显示中，进行1秒钟60次的图像改写。长时间一直观看这种屏幕，恐怕会刺激使用者的视网膜、视神经、脑子而引起眼睛疲劳。

在本发明的一个方式中，将使用氧化物半导体的晶体管，例如，使用CAAC-OS的晶体管应用于液晶显示装置的像素部。该晶体管的关态电流极小，从而即使降低帧频也可以保持液晶显示装置的亮度。

也就是说，如图28B所示，可以进行例如5秒钟1次的图像改写，由此可以尽可能地在长时间看到相同图像，这使得使用者所感到的图像闪烁下降。由此，可以减少对使用者的视网膜、视神经、脑子的刺激而减轻神经疲劳。

另外，如图29A所示，在一个像素的尺寸大的情况下(例如，在清晰度低于150ppi的情况下)，液晶显示装置所显示的文字变得模糊。长时间一直观看显示在液晶显示装置上的模糊的文字，即连续处于即使睫状肌不断运动以调节焦点也不容易调节焦点的状态，这恐怕会对眼睛造成负担。

与此相反，如图29B所示，在根据本发明的一个方式的液晶显示装置中，因为一个像素的尺寸小而能够进行高清晰显示，所以可以实现细致且流畅的显示。由此，睫状肌的焦点调节变得容易，而可以减轻使用者的肌肉疲劳。

注意，已在研讨定量地测定眼睛疲劳的方法。例如，作为神经疲劳的评价指标，已知有临界闪烁(融合)频率(CFF:Critical Flicker(Fusion)Frequency)等。作为肌肉疲劳的评价指标，已知有调节时间、调节近点距离等。

除了上述以外，作为评价眼睛疲劳的方法，已知有脑波测定、温度图法、眨眼次数的测定、泪液量的评价、瞳孔的收缩反应速度的评价、用来调查自觉症状的问卷调查等。

根据本发明的一个方式，可以提供对眼睛刺激少的液晶显示装置。

实施例1

在本实施例中，制造本发明的一个方式的液晶材料并对其进行评价。

当合成液晶材料时，估计液晶材料的电特性的指标数值。作为其方法，计算对液晶层施加的电压在一个帧内的允许电压变化量，该允许电压变化量相当于降低显示装置的刷新速率而感不到闪烁的亮度变化量。

使用实施方式1所示的算式(2)计算不容易感到闪烁的亮度变化量。图38A示出在以30cm的距离观察尺寸为10cm×10cm的观察对象的情况下其亮度变化时的对比敏感度(Contrast Sensitivity)与时间频率(Temporal Frequency)的关系。在图38A中，线45表示观察对象的亮度为0.1cd/m²的情况。线46表示观察对象的亮度为0.2cd/m²的情况。线47表示观察对象的亮度为0.5cd/m²的情况。线48表示观察对象的亮度为1cd/m²的情况。线49表示观察对象的亮度为2cd/m²的情况。线50表示观察对象的亮度为5cd/m²的情况。线51表示观察对象的亮度为10cd/m²的情况。线52表示观察对象的亮度为20cd/m²的情况。线53表示观察对象的亮度为50cd/m²的情况。线54表示观察对象的亮度为100cd/m²的情况。线55表示观察对象的亮度为200cd/m²的情况。线56表示观察对象的亮度为500cd/m²的情况。

表示对比敏感度S(u，w)的算式(2)可变形为算式(5)。也就是说，当观察对象的最大亮度为L_max，最小亮度为L_min时，由于对比敏感度S(u，w)为对比度的倒数，所以可以由算式(5)表示。

在算式(5)中，最右边的分子是L_max与L_min之和，由此等于L_max和L_min的平均值L_ave的两倍。此外，算式(5)的最右边的分母是L_max与L_min之差，所以当将其表示为ΔL时，算式(5)可变形为算式(6)。

当将上述要素视为空间性量值时，该要素可表示观察对象的面内亮度的分布，而当将上述要素视为时间性量值时，该要素可表示观察对象的每任意期间的亮度变化。

闪烁是亮度的时间性变化量，由此，算式(6)为以同一期间的平均亮度使任意期间的亮度变化量归一化的值(Luminance change)。图38B示出亮度变化与频率的关系，其中，纵轴表示上述归一化的值,横轴表示时间频率(Tenporal Frequency)。

在图38B中，线57表示观察对象的亮度为0.5cd/m²的情况。线58表示观察对象的亮度为5cd/m²的情况。线59表示观察对象的亮度为50cd/m²的情况。线60表示观察对象的亮度为500cd/m²的情况。

表示其亮度变化比线60的极小值1.22％小的区域61是即使发生亮度变化，观察者也不容易作为闪烁感到的区域。

根据上述结果，可估计出观察者不容易作为闪烁感到的亮度变化量是1.22％。通过将该亮度变化量变换为电压变化量，可以得到10mV以内的变化，由此，将其作为允许电压变化量。

为了获得实现上述允许电压变化量的液晶材料，着眼于液晶分子的偶极矩的大小，而通过使用表1所示的计算软件及计算方法以使偶极矩为规定范围的方式调查偶极矩小的分子结构。

表1

使用软件	Gaussian09
		计算方法	DFT
泛函数	B3LYP
		基底函数	6-311G(d,p)

合成通过上述计算得到的材料，并求出该材料的电阻率。在测定电阻率时，将该材料混合在基质液晶MLC-7030(由Merck ltd.Japan制造)中而进行测定。作为此时的混合比，所合成的液晶材料的比例为总量的20wt％。

图1示出通过计算得到的所合成的各液晶材料的偶极矩与该液晶材料和上述基质液晶的混合物的电阻率之间的关系。

可知的是，为了实现1.0×10¹⁴(Ω·cm)以上的电阻率，将偶极矩设定为3德拜以下是有效的。

通过只使用偶极矩为3德拜以下的多个材料得到液晶混合物(改善材料)。通过将包括偶极矩为0.05至2.18的分子的多个材料混合在一起，得到该改善材料。表2示出改善材料及现有材料的介电常数各向异性、折射率各向异性、从液晶相(向列相)转变成各向同性相的相转变温度以及电阻率。

表2

	改善材料	现有材料
			介电常数各向异性	2.2	5.3
折射率各向异性	0.1	0.1
			相转变温度[℃]	94	92.6
电阻率[Ωcm]	7.1×10¹⁴	6.5×10¹³

图1的点302和点304表示作为改善材料的一个成分对上述基质液晶添加纯化前的材料时的值(点302)及对上述基质液晶添加纯化后的材料时的值(点304)。点304的电阻率比点302高，由此可确认到进行纯化的效果。

图46示出将改善材料或现有材料用于液晶层的液晶元件的反射率(NormalizedReflectance)-电压(Voltage)特性。线62表示改善材料的特性，线64表示现有材料的特性。改善材料呈现小介电常数各向异性，并在中间灰度区域中，其特性比现有材料向高电压一侧漂移1V左右。但是，当为了成为黑色显示状态施加电压6V(虚线66)时的反射率的值可以近于现有材料的值，该变化量不影响到图像显示。

图2示出电压保持率(也称为VHR：Voltage Holding Ratio)的时间变化。在计算电压保持率时，求取在16.6ms期间对夹持液晶层的电极施加3V的电压并开放该电极间之后保持的电压的面积比。

如图2的图表所示，现有材料的经过30秒后的电压保持率(图2中的线31)为98.0％，改善材料的经过30秒后的电压保持率(图2中的线32)为98.8％。

接着，测定改善材料及现有材料的残留DC特性。图5的图表示出包括偶极矩为0以上且3以下的分子的液晶层的一个例子的上述改善材料的残留DC特性以及对比例子的现有材料的残留DC特性。

作为图5所示的残留DC的测定方法，示出对夹住液晶层的电极施加3V的电压10秒钟或30秒钟，然后使电极间短路1秒钟并开放电极间的状态下的电压的时间变化。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示电压。

在图5的图表中，与表示现有材料的特性的线35及线36相比，表示改善材料的特性的线33及线34的残留DC电压较低。此外，在施加3V的电压10秒钟之后将其短路1秒钟的改善材料的残留DC的值在开放电极间10分钟之后也小于10mV，在施加3V的电压30秒钟之后将其短路1秒钟的改善材料的残留DC的值在开放电极间30秒钟之内小于10mV，由此可确认到其在相当于上述不容易感到闪烁的亮度变化量的电压变化量的范围内。

当开放时间长于30秒钟时，改善材料的残留DC增大，其最大值为15mV。与现有材料相比，改善材料的残留DC较小，所以不容易感到闪烁，但是，即使在使用改善材料时也优选将开放时间设定为30秒钟以内，以防止残留DC为10mV以上。当将其换算为帧频率时，该帧频率优选为1/30Hz以上。

本实施例所示的结构可以与其他实施方式及其他实施例所示的结构适当地组合而实施。

实施例2

《使用有源面板进行灰度偏差测定》

在本实施例中，制造本发明的一个方式的显示装置，并对其进行评价。

本实施例的显示装置是有源矩阵反射型黑白显示器。此外，在本实施例中制造的显示装置的背板一侧的FET中，使用CAAC-IGZO。

首先，表3示出在本实施例中制造的显示装置的规格。

表3

在本实施例中制造的显示装置是有源矩阵反射型LCD黑白显示器。此外，在本实施例中制造的显示装置的背板一侧的FET中，使用CAAC-IGZO。

另外，在本实施例中，制造液晶材料不同的两个显示装置。在第一显示装置中，作为液晶材料使用实施例1所示的将包括偶极矩为0.05至2.18的分子的多个材料混合而得到的材料(以下称为“改善材料”)。在第二显示装置中，作为液晶材料使用现有材料。

图30示出使用上述两种液晶材料的显示装置的进行中间灰度显示时的灰度变化。在图30中，横轴表示时间(Time)，纵轴表示中间灰度变化(Changing in gray level)。在图30中，线37表示改善材料的灰度偏差的时间变化，线38表示现有材料的灰度偏差的时间变化。

在本实施例的显示装置的驱动方法中，帧频率为0.017Hz。

根据图30所示的结果可知，当使用现有材料时在一个帧(在此，50sec)中有5个灰度的灰度变化，而当使用改善材料时在一个帧中有4个灰度的灰度变化。也就是说，与现有材料相比，改善材料能够减小1个灰度的灰度变化。由此，可确认到通过使用改善材料可以抑制中间灰度显示时的闪烁。

实施例3

《有源面板的烧伤评价》

接着，对上述制造的两种显示装置的烧伤进行评价。

作为评价方法，测定连续显示中间灰度时的灰度(Half→Half Tone)与白色显示后的中间灰度显示(White→Half Tone)及黑色显示后的中间灰度显示(Black→HalfTone)的灰度偏差。

图31A和图31B示出黑白显示后的灰度变化。在图31A和图31B中，横轴表示从中间灰度写入开始的时间(Time)，纵轴表示中间灰度变化(Changing in gray level)。在图31B中，线39表示现有材料的黑色显示后的中间灰度显示的灰度偏差，线40表示现有材料的连续的中间灰度显示的灰度偏差，线41表示现有材料的白色显示后的中间灰度显示的灰度偏差。在图31A中，线42表示改善材料的白色显示后的中间灰度显示的灰度偏差，线43表示改善材料的连续的中间灰度显示的灰度偏差，线44表示改善材料的黑色显示后的中间灰度显示的灰度偏差。

根据图31所示的结果可知，在现有材料的白色显示后的中间灰度显示的灰度偏差与黑色显示后的中间灰度显示的灰度偏差之间有7个灰度的偏差。另一方面，在改善材料的白色显示后的中间灰度显示的灰度偏差与黑色显示后的中间灰度显示的灰度偏差之间有1.1个灰度的偏差。如此，可确认到通过使用改善材料能够抑制灰度偏差。图32示出在本实施例中制造的显示装置的显示例子。作为液晶材料使用改善材料。如图32所示，在实用上没有问题而可以得到优良的显示。

实施例4

《像素配置的比较》

在本实施例中，对纵向像素配置及横向素配置这两种像素配置方法进行比较评价，根据其结果，试制显示装置。下面说明在本实施例中制造的显示装置的一个方式。

图33A示出像素区域的示意图。图33A示出以与信号线平行的方式配置像素的窗口部的短边的情况，图33B为了比较示出以与信号线平行的方式配置像素的窗口部的长边的情况。

图34A和图34B及图35A和图35B示出利用液晶取向模拟软件(由Shintech制造的LCD Master)调查与像素、信号线、扫描线的配置方法有关的液晶取向状态的结果。表4示出模拟条件。

表4

从功耗的观点来看，液晶元件优选利用常白(normally white)工作模式，并采用Twisted ECB模式。

图35A和图35B示出图34A和图34B中的虚线a-a’、b-b’所示的区域的截面的液晶分子的取向状态的模拟结果。根据图34A，可确认到当采用纵向像素配置时在像素端部发生漏光904。液晶层在垂直方向上被施加电场，由此大多的液晶分子905在该方向取向。但是，根据图35A的结果，可确认到在像素电极906之间发生横向电场，该区域的液晶分子受到横向电场的影响而在与衬底水平的方向上取向。图35A的由虚线围绕的区域907的液晶分子处于水平取向状态，而成为漏光的原因。

另一方面，当如图34B所示那样采用横向像素配置时，漏光904集中在像素的配置有晶体管的区域，在信号线附近没有发生。

另外，当采用横向像素配置时，像素电极之间不发生横向电场，由此区域907的液晶分子本来应该维持电场施加之前的取向，但实际上，如图35B所示，区域907的液晶分子跟随其周边的液晶分子的取向，而处于与衬底垂直的取向状态。

通过在电压施加时利用与周边的液晶分子的相互作用使像素间的分子处于垂直取向状态，即使在像素电极之间不形成遮光层BM，也可以实现遮光状态，即黑色显示。根据上述结果，利用横向像素配置制造显示装置。

表5示出本实施例中制造的显示装置的规格。

表5

作为液晶材料使用实施例1所示的混合多个材料而得到的材料(以下称为“改善材料”)，该多个材料的分子的偶极矩在0.05至2.18的范围内。

图36A和图36B示出利用光学显微镜对显示装置的像素部进行观察的结果。图36A示出黑色显示时的像素部，图36B示出白色显示时的像素部。虽然遮光层BM只配置在像素的晶体管区域，但是可确认到获得没有漏光的良好的显示状态。

图37A和图37B示出显示装置的显示照片。通过应用上述效果，该显示装置的开口率高，即82％。此外，通过作为液晶材料利用改善材料，作为降低刷新速率的驱动方法实现1/60Hz驱动。此外，通过组装触摸面板，实现输入输出功能。

在本实施例中制造的显示装置是有源矩阵反射型LCD彩色显示器。此外，在本实施例中制造的显示装置的背板一侧的FET中，使用CAAC-IGZO。

表6示出背板一侧的FET的关态电流(Ioff)特性，并且为了比较示出使用Si的现有FET的Ioff特性。

表6示出各帧频率的像素的保持电压的降低量ΔV。

表6

(L＝3μm)

在表6所示的晶体管中，使用CAAC-OS的晶体管被用作像素FET，其尺寸为W(沟道宽度)/L(沟道长度)＝3μm/3μm。根据表6，可知晶体管的Ioff极小。由于Ioff低，可以实现显示静态图像时的IDS驱动(空转停止(idling stop)驱动：在执行数据写入处理之后停止数据改写的驱动)。

另外，由于Ioff低，即使帧频率为如0.2Hz的低频率，保持电压的降低量ΔV也小，即5×10^-3V左右，由此可以实现低功耗驱动。

在此，显示装置与输入单元组合在一起，其结果是，可以被用作输入输出装置。图37A和图37B示出此时的显示例子。

实施例5

《闪烁的发生状态的比较》

在本实施例中，示出显示装置的闪烁的发生状态的比较结果。

图44示出一般的非晶Si液晶显示器(a-Si LCD)、低温多晶硅(LTPS)LCD、本发明的一个方式的使用CAAC-OS的LCD的面板中的闪烁的变动量的调查结果。在图44中，纵轴表示显示装置的透射光强度变动量，横轴表示时间。

a-Si LCD面板的透射光强度变动量的线6401及LTPS LCD面板的透射光强度变动量的线6402呈现表示在60Hz驱动中也发生闪烁的具有16ms周期的振荡成分的波形，另一方面，在CAAC-OS LCD面板的透射光强度变动量的线6403中观察不到如线6401、线6402那样的16ms周期的振荡成分，由此可确认到闪烁的发生得到抑制。

实施例6

《显示面的清晰度的评价》

在本实施例中，进行显示装置等的显示面的最适合的清晰度的评价。作为示意性地表示识别文字或图形等的情况的方法，使用图41A和图41B的两种测试图形，以微小尺寸显示该测试图形，评价多长距离可以知觉该图形。一般来说，看书时的阅读距离为20cm至40cm左右，由此，在该评价中，显示装置与受检者的距离为0cm至45cm的范围。

在清晰度的评价中，使用表7所示的条件及面板。

表7

在评价时的识别图形以2像素周期至8像素周期的4个条件显示。该4个条件分别是相当于1058ppi、529ppi、354ppi、265ppi的分辨率的面板上能够表示的最小图形。

在进行评价时，以任意分辨率将任一个识别图形显示在面板上。图42示出将该面板从远方逐渐接近受检者而受检者判断出可识别出各个图形时的距离的平均值的结果。在图42中，横轴表示显示装置与受检者的距离(观看距离(Viewing distance))，纵轴表示清晰度(分辨率(Pixel Density))。在图42中，点6201(黑色圆圈)表示看图41B的条状图形时的评价结果，点6202(白色圆圈)表示看图41A的方格旗状图形时的评价结果。

在图42中还示出线6203，该线6203表示以人能够识别出的空间频率的上限为60cpd(cycle per degree)而计算每观看距离的可以识别出的清晰度的结果。在计算上，观看距离越近，每视角的图形尺寸越扩大，因此可以识别出的清晰度也越上升。然而，实际上，在近距离时难以进行调焦，而呈现从理想曲线偏离得较大的趋势。根据该结果，可以说：当考虑看书时的距离为20cm至40cm左右且考虑功耗时，为了提供进行不会感到不适的文字显示的低功耗装置，400ppi左右的清晰度是最合适的。

实施例7

在本实施例中，制造采用横向像素方式的显示装置。显示装置的规格是：212ppi-6.05英寸反射型LCD及434ppi-5.9英寸反射型。表8示出试制面板的规格及特性。

表8

上述显示装置通过利用横向像素方式在212ppi及434ppi的条件下分别可以实现82％及68.8％的高开口率。此外，在高开口率类型中，可以以1Hz的帧频率进行驱动，由此实现超低功耗化。注意，表8中的左边的显示装置的规格与表5的显示装置相同。

再者，对本试制面板还进行高反射率电极的应用、CF(滤色片)的最优化。图43示出对212ppi反射型LCD应用各改善条件时的效果。在图43中，纵轴表示NTSC比(NTSC Ratio)，横轴表示反射率(Reflectance)。在图43中，点6301(叉号)表示改善前的显示装置的特性，点6302(白色三角形)表示使CF最优化后的值，点6303(白色圆圈)表示使反射电极最优化时的特性，点6304(黑色圆圈)表示使驱动方法最优化时的特性。

接着，表9示出试制的反射型LCD的光学特性。

表9

在此，在测定反射率时，以从显示装置的显示面的法线方向倾斜30°的角度将入射光射入显示装置，并利用设置在显示装置的显示面的法线方向上的测定装置测量显示装置所反射的光。反射率是指以标准白色板的反射率为100％而算出的值。

另外，NTSC ratio(NTSC比)是指由美国国家电视系统标准委员会(NationalTelevision System Committee)规定的以连接红色、蓝色和绿色这三原色的(x，y)色度图坐标中的各点而得到的三角形的面积为100％时的测定对象的连接红色、蓝色和绿色这三原色的(x，y)色度图坐标中的各点而得到的三角形的面积的比率。

此外，对434ppi的显示装置进行将入射光的入射角在15°至70°的范围内按1°的间隔移动时的反射率特性的测定。图47示出表示其测定结果的线68。

图48示出212ppi面板及434ppi面板的(x，y)色度图。图48示出连接在212ppi面板及434ppi面板显示红色、蓝色和绿色这三原色时的(x，y)色度图上的三个点而得到的三角形72及三角形74。此外，为了进行比较，还示出上述NTSC所规定的连接红色、蓝色和绿色这三原色的(x，y)色度图坐标中的各点而得到的三角形70。

通过应用各种改善效果，在高清晰类型中实现434ppi的高分辨率、25％的反射率以及37％的NTSC比。图45A和图45B示出其显示照片。以电子书阅读器的用途为目的，上述显示装置还具有用触摸面板的笔记功能(图45C)。

在试制本实施例所示的显示装置之前，进行了如实施方式9及实施例4所示那样利用液晶取向模拟软件(由Shintech制造的LCDMaster)进行在像素周边可能发生的漏光的模拟。图49示出进行模拟时利用的像素配置。液晶的工作模式是与实施例4相同的扭转ECB(Twisted ECB)模式。

图49A示出纵向像素配置(Vertical Stripe)的例子，图49B示出横向像素配置(Horizontal Stripe)的例子。在图49A中，像素电极PE1、PE2、PE3的长边方向与信号线DL1、DL2、DL3平行，且具有扫描线GL1。在图49B中，像素电极PE1、PE2、PE3的长边方向与扫描线GL1、GL2、GL3平行，且具有信号线DL1。

表10示出图49A的纵向像素配置的像素电极PE1、PE2、PE3、信号线DL1、DL2、DL3及扫描线GL1的电压设定值。此外，表10示出图49B的横向像素配置的像素电极PE1、PE2、PE3、扫描线GL1、GL2、GL3及信号线DL1的电压设定值。此外，在纵向像素配置和横向像素配置中，对置电极(Counter Electrode)的电位都为0V。

另外，作为纵向像素配置和横向像素配置的驱动方法，设想源极线反转驱动而进行模拟。

表10

图50A和图50B示出模拟结果。图50A示出纵向像素配置的模拟结果，图50B示出横向像素配置的模拟结果。纵轴表示反射率(Reflectance)，横轴表示像素区域的在平行于扫描线的方向(X-Direction)上的位置。在图50A和图50B中分布的多个细线表示取向向量95。

在图50A中，表示反射率的线96根据部分大幅度变化，甚至有反射率达到25％的部分。这主要表示像素与像素之间的边界的区域97的漏光。由于进行源极线反转驱动，所以相邻的像素的电压极性分别为正和负，它们的电位差大。再者，在像素的清晰度提高且像素的开口率提高时，相邻的像素之间的距离变短，因此，相邻像素的影响从像素周边深入至像素内部的趋势明显。区域97的取向向量95的倾斜不同于其他区域的倾斜，这表示相邻像素的影响。

在利用纵向像素配置进行彩色显示的情况下，相邻的像素分别为色相不同的像素，因此，当相邻像素的影响大时，各像素的色相独立性降低而色纯度降低，由此导致颜色再现性的下降。

另一方面，在图50B中，表示反射率的线98的振幅大幅度缩小，最大值也为2％至3％左右。由于利用横向像素配置，多个信号线DL1的间隔比纵向像素配置宽，因此不容易受到相邻的像素的影响。取向向量95的倾斜变化不大的结果反映上述效果。

另外，在以横向像素配置进行彩色显示时，如图51B所示，可以将与扫描线平行的方向上相邻的像素设定为同一色相，并根据每个扫描线配置不同色相的滤色片。通过采用上述配置方式，即使由源极线反转驱动受到相邻像素的影响，由于该相邻像素是同一色相的像素，所以也可以抑制色纯度的下降。另一方面，在图51A的纵向像素配置中容易受到相邻像素的影响，色相独立性下降，有可能导致显示图像的色纯度降低。

本实施例的显示装置是根据上述研讨的结果而制造的。为了确认模拟的倾向是否是实际上可得到的，试制显示装置。

图52A和图52B示出利用显微镜观察显示装置的像素区域的结果。图52A示出排列有红色、绿色和蓝色的像素的状态。图52B是显示装置显示绿色时利用显微镜扩大像素区域的图，在该像素排列的显示装置中，只有绿色的像素处于明亮状态，红色和蓝色的像素处于黑暗状态。可确认到通过采用横向像素配置可以提高开口率，并且在像素周边不发生漏光。

图53示出测定在本实施例所示的显示装置中使用实施方式3的第二模式以1Hz的帧频率显示中间灰度时的亮度的时间变动的结果。纵轴表示将显示装置的中间灰度的明暗之间分成256等级时的各中间灰度级的亮度，横轴表示经过时间。中间灰度级有六种，线76、线78、线80、线82、线84、线86分别表示0/255、41/255、110/255、165/255、208/255、255/255。

在所有中间灰度级中，随着时间经过的亮度变动小，因此可确认到即使每一秒进行帧切换，亮度变动也得到抑制。

另外，图54示出测定将实施方式3的第二模式的帧频率设定为1Hz以下，并以各帧频率显示50％中间灰度级时的亮度的时间变动的结果。线88、线90、线92、线94、线96分别表示1Hz、1/5Hz、1/10Hz、1/30Hz、1/60Hz的各帧频率的测定结果。注意，在图54中，为了容易比较，将线88、90、92、94、96在纵方向错开地配置，这不意味着各亮度的绝对值如此相互不同。

中间灰度的等级的最小级为1LSB(Least Significant Bit)＝1/256，在图54中示出间隔为2LSB的标度99。如图54所示，可确认到即使帧频率为1Hz以下，换言之，1帧期间长于1秒钟而最大为1分钟，亮度的变动也被抑制到2LSB左右。

符号说明

11 电极

12 电极

13 取向膜

14 取向膜

15 液晶分子

21 偏振片

22 偏振片

23 光检测器

24 箭头

25 箭头

31 线

32 线

33 线

34 线

35 线

36 线

37 线

38 线

39 线

40 线

41 线

42 线

43 线

44 线

45 线

46 线

47 线

48 线

49 线

50 线

51 线

52 线

53 线

54 线

55 线

56 线

57 线

58 线

59 线

60 线

61 区域

62 线

64 线

66 虚线

68 线

70 三角形

72 三角形

74 三角形

76 线

78 线

80 线

82 线

84 线

86 线

88 线

90 线

92 线

94 线

95 取向向量

96 线

97 区域

98 线

99 标度

100 晶体管

101 衬底

102 栅电极

103 绝缘层

104 氧化物半导体层104a 沟道区域

104b n型区域

104c n型区域

105a 电极

105b 电极

106 绝缘层

107 绝缘层

110 晶体管

114 氧化物半导体层

114a 氧化物半导体层

114b 氧化物半导体层

120 晶体管

124 氧化物半导体层

124a 氧化物半导体层

124b 氧化物半导体层

124c 氧化物半导体层

150 晶体管

151 绝缘层

152 绝缘层

154 绝缘层

156 绝缘层

160 晶体管

164 氧化物半导体层

164a 氧化物半导体层

164b 氧化物半导体层

164c 氧化物半导体层

170 晶体管

202 像素

204 像素

206 像素

208 信号线

210 扫描线

302 点

304 点

306 虚线

500 输入单元

500_C 信号

600 液晶显示装置

610 控制部

615_C 二次控制信号

615_V 二次图像信号

620 运算装置

625_C 一次控制信号

625_V 一次图像信号

630 显示部

631 像素部

631a 区域

631b 区域

631c 区域

631p 像素

632 G驱动电路

632_G G信号

633 S驱动电路

633_S S信号

634 像素电路

634c 电容元件

634c(i) 寄生电容

634c(i+1) 寄生电容

634t 晶体管

635 显示元件

635_1 像素电极

635LC 液晶元件

650 光供应部

671 运算装置

672 存储装置

673 图表单元

674 显示单元

700 显示模块

701 衬底

702 像素部

704 源极驱动电路部

705 衬底

706 栅极驱动电路部

708 FPC端子部

710 信号线

711 布线部

712 密封剂

716 FPC

717 保护膜

734 绝缘膜

736 着色膜

738 遮光膜

750 晶体管

752 晶体管

760 连接电极

764 绝缘膜

766 绝缘膜

768 绝缘膜

770 平坦化绝缘膜

772 导电膜

774 导电膜

775 液晶元件

776 液晶层

778 结构体

780 各向异性导电膜

790 电容元件

800 输入输出装置

801 显示模块

802 像素

802B 子像素

802G 子像素

802R 子像素

803c 电容器

803g 扫描线驱动电路

803t 晶体管

810 基体材料

811 布线

819 端子

820U 检测单元

821 电极

822 电极

823 绝缘层

834 窗口部

836 基体材料

837 保护基材

837p 保护层

839 检测电路

850 输入装置

867p 防反射层

872 反射电极

880 液晶元件

890 保护膜

891 FPC端子部

900 信号线

901 扫描线

902 像素

903 像素晶体管区域

904 漏光

905 液晶分子

906 像素电极

907 区域

1400 便携式信息终端

1401 框体

1402 显示部

1403 操作按钮

1410 移动电话机

1411 框体

1412 显示部

1413 操作按钮

1414 扬声器

1415 麦克风

1420 音乐再现装置

1421 框体

1422 显示部

1423 操作按钮

1424 天线

5100 颗粒

5120 衬底

5161 区域

6201 点

6202 点

6203 线

6301 点

6302 点

6303 点

6304 点

6401 线

6402 线

6403 线

BM 遮光层

BR 布线

CS 布线

DATA 检测信号

DL 信号线

DL1 信号线

DL2 信号线

DL3 信号线

DL4 信号线

DLi 信号线

DLx 信号线

FPC1 柔性衬底

FPC2 柔性衬底

GL 扫描线

GL1 扫描线

GL2 扫描线

GL3 扫描线

GLy 扫描线

M1 晶体管

M2 晶体管

M3 晶体管

M4 晶体管

OUT 端子

PE1 像素电极

PE2 像素电极

PE3 像素电极

PE4 像素电极

PEx 像素电极

RES 布线

Rx 箭头

Ry 箭头

VPI 布线

VPO 布线

VRES 布线。

Claims

1.一种显示装置，包括：

以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，

其中，所述像素包括液晶层，

并且，所述液晶层包括偶极矩为0德拜以上且3德拜以下的分子。

2.一种显示装置，包括：

以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，

其中，所述像素包括晶体管及液晶层，

3.一种显示装置，包括：

以1Hz以下的帧频率显示静态图像的像素，

其中，所述像素包括晶体管、液晶层及反射电极，

4.根据权利要求2或3所述的显示装置，

其中所述晶体管包括半导体层，

并且所述半导体层包含氧化物半导体。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的显示装置，

其中所述液晶层的电阻率为1.0×10¹⁴(Ω·cm)以上。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的显示装置，

其中所述像素的电压保持率为98.8％以上且100％以下。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的显示装置，

其中所述帧频率为0.2Hz以下。

8.根据权利要求3所述的显示装置，

其中所述反射电极具有凹凸。

9.一种显示模块，包括：

权利要求1至3中任一项所述的显示装置；以及

触摸传感器。

10.一种电子设备，包括：

权利要求1至3中任一项所述的显示装置；以及

操作键或电池。