JP2014187373A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バックライトとして複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）を用いて時間
分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式とも呼ぶ）を行い、高画質な動画表示
が可能な液晶表示装置を提供することを課題の一とする。また、ピーク輝度の変調による
高画質、フルカラー表示、または低消費電力を実現する液晶表示装置を提供することを課
題の一とする。
【解決手段】一対の基板間に液晶層を封入した後、一対の基板の上下両側から同時にＵＶ
照射を行って高分子安定化処理を行い、一対の基板間に挟まれた液晶層に含まれる高分子
を均一に配置させ、液晶表示装置を作製する。
【選択図】図１

Description

薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）で構成された回路を有する半導体装置および
その作製方法に関する。例えば、液晶表示パネルに代表される電気光学装置を部品として
搭載した電子機器に関する。

なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装
置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。

近年、絶縁表面を有する基板上に形成された半導体薄膜（厚さ数〜数百ｎｍ程度）を用
いて薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を構成する技術が注目されている。薄膜トランジスタは
ＩＣや電気光学装置のような電子デバイスに広く応用され、特に画像表示装置のスイッチ
ング素子として開発が急がれている。

液晶表示装置に代表されるように、ガラス基板等の平板に形成される薄膜トランジスタは
、アモルファスシリコン、多結晶シリコンによって作製されている。

また、酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、電子デバイスや光デバイスに応
用する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体膜として酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いて薄膜トランジスタを作製し、画像表示装置のスイッチング
素子などに用いる技術が特許文献１及び特許文献２で開示されている。

また、液晶表示装置においてブルー相を呈する液晶が注目されている。菊池らによって高
分子安定化処理を行うことによってブルー相の温度範囲を広げることが可能となり、実用
化への道が開かれつつある（特許文献３参照）。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−０９６０５５号公報 ＷＯ２００５／０９０５２０

液晶層としてブルー相を示す液晶材料を用いる場合、電圧無印加時の黒表示から電圧を印
加して白表示とした後で、再度、電圧無印加状態にすると、完全に黒表示に戻らず、光漏
れが発生して画質やコントラストが低下してしまうという問題が生じる恐れがある。この
光漏れの発生を低減させる液晶表示装置を提供することを課題の一とする。

また、液晶表示装置において、動画表示の場合、サブフレーム周波数を高くするには、デ
ータ書き込み及び消去の際に用いられる薄膜トランジスタのスイッチング速度を高くする
ことが好ましい。

また、冷陰極蛍光ランプのバックライトを用いる液晶表示装置は、全面黒表示においても
点灯させるため、低消費電力を実現することが困難である。また、冷陰極蛍光ランプのバ
ックライトは、光量が一定であるため、ピーク輝度が変化せず、動画表示において高画質
を実現することが困難である。また、冷陰極蛍光ランプのバックライトを用いる場合、バ
ックライトから射出される光は白色光であるため、フルカラー表示とするためにカラーフ
ィルタを設ける。従って、１画素を赤色用画素、青色用画素、緑色用画素の３つに分割し
て並べることで、フルカラー表示を構成する。このような液晶表示装置は、空間混合方式
と呼ばれ、赤色用画素、青色用画素、及び緑色用画素の透過光の強度を変えて混色させる
ことにより所望の色の光を得る。

そこで、バックライトとして複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤと呼ぶ）を用いて時間
分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式とも呼ぶ）を行い、高画質な動画表示
が可能な液晶表示装置を提供することを課題の一とする。また、ピーク輝度の変調による
高画質、フルカラー表示、または低消費電力を実現する液晶表示装置を提供することを課
題の一とする。

ブルー相を示す液晶材料は、電圧無印加状態から電圧印加状態においては、応答速度が１
ｍｓｅｃ以下と短く、高速応答が可能である一方、電圧印加状態から電圧無印加状態に戻
した場合、液晶の配向が一部不完全となってしまう。

この現象は、残留複屈折と呼ばれる。電圧印加の際は、液晶分子が電圧印加方向に配向し
ようとし、光学的に複屈折を生じるが、その後、電圧無印加状態としても一部の液晶の配
向が完全に電圧印加前の状態に戻らないため、複屈折が残ってしまう。

残留複屈折が生じる原因の一つは、液晶層に含まれる高分子が一対の基板間で偏って配置
されていることである。

そこで、一対の基板間に液晶層を封入した後、一対の基板の上下両側から同時にＵＶ照射
を行って高分子安定化処理を行い、一対の基板間に挟まれた液晶層に含まれる高分子を均
一に配置させる。なお、高分子安定化処理は、紫外線を照射し、そのエネルギーによって
液晶層に含まれる未反応成分（低分子量成分あるいはフリーラジカル）の反応を促進する
処理、或いは、加熱下で紫外線を照射し、それらのエネルギーによって液晶層に含まれる
未反応成分（低分子量成分あるいはフリーラジカル）の反応を促進する処理である。

一対の基板の上下両側から同時にＵＶ照射を行なうため、一対の基板間にカラーフィルタ
は設けないことが好ましく、層間絶縁膜や基板材料は紫外線を透過する材料を用いること
が好ましい。

なお、ＵＶ照射に用いられる紫外光は、波長４５０ｎｍ以下の光であり、スパッタ法で成
膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の光感度を示す波長範囲内であるが、遮光層を
設けるため、薄膜トランジスタの電気特性に影響はない。従って、薄膜トランジスタとし
てチャネル形成領域となる酸化物半導体層の上下をゲート電極と遮光層で挟む構造とする
ことによって薄膜トランジスタの酸化物半導体層を光から保護する構造はプロセス上にお
いても有用である。

また、ＵＶ照射に用いられる紫外光は、アモルファスシリコンの光感度を示す波長範囲内
であるが、遮光層を設けるため、薄膜トランジスタの電気特性に影響はない。

本明細書において遮光層は、少なくとも４００〜４５０ｎｍの波長域で約５０％未満の光
透過率、好ましくは２０％未満の光透過率を示す材料を用いる。例えば、遮光層の材料と
しては、クロム、窒化チタンなどの金属膜、または黒色樹脂を用いることができる。光を
遮光するために黒色樹脂を用いる場合、光が強力であればあるほど黒色樹脂の膜厚が必要
となるため、黒色樹脂が薄膜であることが必要な場合には、遮光性が高く、精細なエッチ
ング加工及び薄膜化が可能な金属膜を用いることが好ましい。

こうして、フィールドシーケンシャル方式に適したブルー相を示す液晶層を備えた液晶表
示装置を実現することができる。

本明細書で開示する作製方法に関する発明の構成は、第１の透光基板上にゲート電極と、
遮光層と、ゲート電極と遮光層との間に酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタを形成
し、薄膜トランジスタと電気的に接続する画素電極を含む画素部を形成し、光硬化樹脂及
び光重合開始剤を含む液晶層を挟んで第１の透光基板と第２の透光基板を固定し、第１の
透光基板と第２の透光基板の上下両側から紫外光を液晶層に照射し、液晶層に紫外光を照
射した後、第１の偏光板を第１の透光基板に固定し、第２の偏光板を第２の透光基板に固
定し、複数種類の発光ダイオードを含むバックライト部と、第１の透光基板の画素部とを
重ねて固定する半導体装置の作製方法である。

さらに、上記構成に加え、第２の透光基板に第２の遮光層を薄膜トランジスタと重なる位
置に設けてもよい。この第２の遮光層は、酸化物半導体層と重なり、酸化物半導体層の上
面形状よりも大きい上面形状とすることが好ましい。

上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

また、外光や製造プロセス中に照射される紫外光などからの光が第１の透光基板に設けら
れた酸化物半導体層に入射されないよう遮蔽するための遮光層を第２の透光基板に対して
設けることもでき、他の発明の構成は、第１の透光基板上にゲート電極と、ゲート電極と
重なる酸化物半導体層を有する薄膜トランジスタを形成し、薄膜トランジスタと電気的に
接続する画素電極を含む画素部を形成し、光硬化樹脂及び光重合開始剤を含む液晶層を挟
んで遮光層を有する第２の透光基板と、第１の透光基板とを固定し、第１の透光基板と第
２の透光基板の上下両側から紫外光を液晶層に照射し、液晶層に紫外光を照射した後、第
１の偏光板を第１の透光基板に固定し、第２の偏光板を第２の透光基板に固定し、複数種
類の発光ダイオードを含むバックライト部と、第１の透光基板の画素部とを重ねて固定す
る半導体装置の作製方法である。

なお、上記構成において、遮光層は、酸化物半導体層と重なり、少なくとも酸化物半導体
層を覆って酸化物半導体層の上面形状よりも大きい上面形状とすることが好ましい。さら
に、上記構成に加え、第１の透光基板に第２の遮光層を薄膜トランジスタと重なる位置に
設けてもよい。第１の透光基板に設ける第２の遮光層は、酸化物半導体層と重なり、酸化
物半導体層の上面形状よりも大きい上面形状とすることが好ましい。

上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

また、カラーフィルタを用いないフィールドシーケンシャル方式を用いる場合、赤色のＬ
ＥＤや、緑色のＬＥＤや、青色のＬＥＤなどをバックライトに用い、少なくとも３倍速以
上での高速駆動が要求される。

また、サブフレーム周波数を高くして動画表示を行うため、液晶層に用いる材料として、
ブルー相を示す液晶材料を用いることが好ましい。ブルー相を示す液晶材料を用いれば、
１フィールド当たり１色の表示を行うための色の切り替えを１／１８０秒以下、即ち約５
．６ｍｓ以下で行うことができる。ブルー相を示す液晶材料は、応答速度が１ｍｓｅｃ以
下と短く高速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化が可能になる。ブルー相を
示す液晶材料として液晶及びカイラル剤を含む。カイラル剤は、液晶を螺旋構造に配向さ
せ、ブルー相を発現させるために用いる。例えば、５重量％以上のカイラル剤を混合させ
た液晶材料を液晶層に用いればよい。液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分
子液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いる。

なお、液晶材料として、応答速度が十分速く、フィールドシーケンシャル駆動方式を用い
ることができるのであれば、ブルー相を示す液晶材料に限定されず、例えば、液晶を弓な
りにベンド配向させるＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ
）モードを用いてもよい。

また、広い視野角を実現する技術として、基板に概略平行（すなわち水平な方向）な電界
を生じさせて、基板と平行な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式を用いる。
このような方式として、ＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードで用い
る電極構成や、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードで用い
る電極構成が適用できる。

また、サブフレーム周波数を高くして動画表示を行う際、ある１フレーム、或いは、ある
サブフレーム期間のＬＥＤを全て消灯することによって全面黒表示とする、所謂、黒挿入
表示によって、動画表示の際に生じる動きぼけによる画質劣化を改善することもできる。

また、各画素に対して選択期間中に画像信号を書き込み、非選択期間中に書き込まれた画
素信号を保持して１フィールドが構成される。選択期間内に書き込みを完了するために必
要なオン電流を有するＴＦＴを画素毎に配置する。また、１フィールド期間中に表示状態
を維持するために、非選択期間中或いは保持期間中のリーク電流はできるだけ小さくする
ことが好ましい。これらの要件を満たすＴＦＴとしては、チャネル形成領域を含む半導体
層としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体で代表される酸化物半導体を用いることが
好ましい。

また、薄膜トランジスタ上に設ける遮光層（ブラックマトリクスとも呼ばれる）は、酸化
物半導体の光感度による薄膜トランジスタの電気特性の変動を防止し安定化する効果があ
る。例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１のモル数比としたターゲット
を用い、スパッタ法で成膜したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜は波長４５０ｎｍ以下
に光感度を有するため、波長４５０ｎｍ以下の光を遮断する遮光層を設けることは有用で
ある。また、遮光層は隣り合う画素への光漏れを防止することもできるため、より高コン
トラスト及び高精細な表示を行うことが可能になる。よって、遮光層を設けることにより
、さらなる液晶表示装置の高精細、高信頼性を達成することができる。

また、赤色のＬＥＤや、緑色のＬＥＤや、青色のＬＥＤに限定されず、シアン色のＬＥＤ
や、マゼンダ色のＬＥＤや、黄色のＬＥＤや、白色のＬＥＤを用いることができる。なお
、ＬＥＤは応答速度が数十ｎｓ〜数百ｎｓであり、液晶材料の応答速度よりも十分速い。

なお、バックライトとしてＬＥＤに限定されず、点光源であれば、無機ＥＬ素子、または
有機ＥＬ素子を用いることもできる。

バックライトとして複数種類の発光ダイオードを用いると、それぞれのＬＥＤの点灯時間
または輝度を調節することができる。ＬＥＤの点灯時間または輝度を調節するためには、
発光ダイオードの駆動回路を設ける。

また、液晶表示装置の表示エリアを複数に分割した分割領域に少なくとも一つのＬＥＤを
配置し、配置したＬＥＤをそれぞれ映像信号に応じて分割領域単位で駆動させるＬＥＤ制
御回路を設けることが好ましい。分割領域単位で駆動させることによって、表示エリアに
おいて局部的に輝度が調節でき、例えばＬＥＤの点灯が必要な第１分割領域には点灯を行
い、ＬＥＤの点灯が不要な第２分割領域は消灯するといった選択的なＬＥＤの点灯が可能
となり、表示映像にも依存するが、液晶表示装置の低消費電力化を実現することができる
。

また、ＬＥＤを発光色毎に独立に制御することにより、外部の照明環境に応じて表示画面
の色温度を調節することができ、視認性のよい液晶表示装置を提供することもできる。さ
らに、液晶表示装置に外部の光を検出する光センサを設ければ、外部の照明環境に応じて
自動で各発光色のＬＥＤの輝度を調節することもできる。

また、フィールドシーケンシャル方式を用いた液晶表示装置は、ノーマリーブラックモー
ドとし、ノーマリーブラックモードで動作する液晶表示装置とは、液晶層に電圧を印加し
ない状態で画面が黒表示となり、液晶層に電圧を印加すると、バックライトの光（ＬＥＤ
からの発光）が透過して画面が発光色表示となるように動作する。

また、液晶層を挟んだ一対の基板とバックライトの間には、プリズムや光拡散板などの光
学シートを設けてもよい。

本明細書において、透光基板とは、可視光の透過率が８０〜１００％である基板を指して
いる。

また、本明細書において、上、下、側、水平、垂直等の方向を表す文言は、基板表面の上
にデバイスを配置した場合を基準とする方向を指す。

フィールドシーケンシャル方式を用いた液晶表示装置において、より高画質な動画表示が
可能な液晶表示装置を提供することができる。

液晶表示装置の作製工程の一例を示す断面図。 液晶表示モジュールの一例を示す分解斜視図。 画素上面図及び断面図の一例。 画素上面図及び断面図の一例。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示モジュールを説明する図。 テレビジョン装置の例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 携帯電話機の一例を示す外観図。

本発明の実施形態について、以下に説明する。

（実施の形態１）
ここでは、図１を用いて、フィールドシーケンシャル方式を用いた液晶表示装置の作製例
の一つを以下に示す。

まず、第１の透光基板４４１上にスイッチング素子となる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）４
２０を形成する。第１の透光基板４４１は、ガラス基板を用いる。なお、第１の透光基板
４４１上にバリア膜となる下地絶縁膜を設けてもよい。また、ここでは薄膜トランジスタ
４２０として、半導体層４０３をチャネル形成領域に用いる例を示す。

第１の透光基板４４１上にゲート電極層４０１を形成し、ゲート電極層４０１を覆うゲー
ト絶縁層４０２を形成し、ゲート絶縁膜４０２上にゲート電極と重なる半導体層４０３を
形成する。ゲート電極層４０１の材料としては、遮光性を有する導電膜であれば限定され
ず、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングス
テン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（
Ｓｃ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金を用いる。また、ゲート
電極層４０１は、上述した元素を含む単層に限定されず、二層以上の積層を用いることが
できる。また、ゲート絶縁層４０２の材料としては、透光性を有する無機材料（酸化珪素
、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）を用いることができ、これらの材料から
成る単層または積層構造とする。ゲート電極やゲート絶縁膜の作製法としては、プラズマ
ＣＶＤ法や熱ＣＶＤ法などの気相成長法やスパッタリング法を用いることができる。

また、半導体層４０３は、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、ｍは自然数でない）で表記
される薄膜を形成し、その薄膜をパターニングして半導体層として用いる。なお、Ｍは、
Ｇａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。
例えばＭとして、Ｇａの場合があることの他、ＧａとＮｉ又はＧａとＦｅなど、Ｇａ以外
の上記金属元素が含まれる場合がある。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含ま
れる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、又は該遷移金
属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、この薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系非単結晶膜とも呼ぶ。酸化物半導体層は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半
導体ターゲット（Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とター
ゲットの間との距離を１７０ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素
を含むアルゴン雰囲気下で成膜した後、レジストマスクを形成して選択的にエッチングし
、不要な部分を除去して形成する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽
減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜の膜厚は、５ｎｍ〜２０
０ｎｍとする。本実施の形態では酸化物半導体膜の膜厚は、１００ｎｍとする。

次いで、酸化物半導体層を覆う導電膜を成膜した後、導電膜のパターニングを行ってソー
ス電極層またはドレイン電極層を形成する。導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元
素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、後に２００℃〜６００℃の熱処理を行う
場合には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ
）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）などを含ませて、熱処理
に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。

ソース電極層またはドレイン電極層を形成するエッチングの際、用いる導電膜の材料によ
っては、酸化物半導体膜の露出領域も一部エッチングされ、ソース電極層及びドレイン電
極層と重ならない領域は、重なる領域よりも膜厚の薄い領域となる。

次いで、２００℃〜６００℃、代表的には３００℃〜５００℃の熱処理を行うことが好ま
しい。ここでは炉に入れ、大気雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を行う。この熱処理
によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理
によりキャリアの移動を阻害する歪が解放されるため、ここでの熱処理（光アニールも含
む）は重要である。なお、熱処理を行うタイミングは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶
膜の成膜後であれば特に限定されず、例えば画素電極形成後に行ってもよい。

次いで、層間絶縁膜４１３を形成する。また、層間絶縁膜４１３の材料としては、透光性
を有する無機材料（酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素など）または透光
性を有する樹脂材料（ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキ
シ、シロキサン系樹脂等）を用いることができ、これらの材料から成る単層または積層構
造とする。なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳ
ｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例
えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基
を有していても良い。

次いで、ソース電極層またはドレイン電極層に達するコンタクトホールを層間絶縁膜４１
３に形成した後、層間絶縁膜４１３上に画素電極層として第１の電極層４４７及び共通電
極層として第２の電極層４４６を形成する。第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６
は透明導電膜を用いることが好ましい。なお、第２の電極層４４６は、コモン電極とも呼
ばれ、固定電位、例えばＧＮＤ、０Ｖなどに設定される電極である。また、ここでは、Ｉ
ＰＳモードの液晶表示装置の例を示す。マトリクス状に配置された画素電極を薄膜トラン
ジスタで駆動することによって、画面上に表示パターンが形成される。詳しくは選択され
た画素電極と該画素電極に対応する共通電極との間に電圧が印加されることによって、画
素電極と共通電極との間に配置された液晶層の光学変調が行われ、この光学変調が表示パ
ターンとして観察者に認識される。

以上の工程により、第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６を個々の画素に対応して
マトリクス状に配置され、画素部を構成し、アクティブマトリクス型の表示装置を作製す
るための一方の基板とすることができる。本明細書では便宜上このような基板をアクティ
ブマトリクス基板と呼ぶ。

次に、アクティブマトリクス型の表示装置を作製するためのもう一方の基板、即ち対向基
板である第２の透光基板４４２を用意する。第２の透光基板４４２は、ガラス基板を用い
る。第２の透光基板４４２には、ブラックマトリクスとして機能する遮光層４１４を設け
る。第２の透光基板４４２の遮光層４１４が設けられた面と第１の透光基板４４１の薄膜
トランジスタ４２０が設けられた面とが向かい合うように配置した状態で固定し、基板間
に第１の液晶層４５０を配置する。この状態を示す断面図が図１（Ａ）に相当する。

なお、第１の透光基板４４１と第２の透光基板４４２の基板間隔は、基板を固定するため
に用いるシール材に含まれるフィラーや、基板間隔保持材（球状スペーサ、柱状スペーサ
など）を用いて一定に保つことが好ましい。また、第１の液晶層４５０は、第１の透光基
板４４１と第２の透光基板４４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入す
る注入法またはディスペンサ法（滴下法）を用いて基板間に配置する。

第１の液晶層４５０は、誘電率の異方性が正である液晶とカイラル剤、光硬化樹脂、及び
重合開始剤を混ぜた混合物とする。本実施の形態では、液晶材料として、ＪＣ−１０４１
ＸＸ（チッソ株式会社製）と４−シアノ−４’−ペンチルビフェニルの混合物を用い、カ
イラル剤としては、ＺＬＩ−４５７２（メルク株式会社製）を用い、光硬化樹脂は、２−
エチルヘキシルアクリレート及びＲＭ２５７（メルク株式会社製）を用い、光重合開始剤
としては２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを用いる。

カイラル剤は、液晶を螺旋構造に配向させ、ブルー相を発現させるために用いる。カイラ
ル剤は、液晶に対する相溶性が良く、かつ捩れ力の強い材料を用いる。また、Ｒ体、Ｓ体
のどちらか片方の材料が良く、Ｒ体とＳ体の割合が５０：５０のラセミ体は使用しない。
例えば、５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶材料を液晶層に用いればよい。

また、誘電率の異方性が正である液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液
晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いる。これらの液晶材料は、条件により、コレ
ステリック相、コレステリックブルー相、スメクチック相、スメクチックブルー相、キュ
ービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

ブルー相であるコレステリックブルー相及びスメクチックブルー相は、螺旋ピッチが５０
０ｎｍ以下で比較的ピッチの短いコレステリック相またはスメクチック相を有する液晶材
料にみられる。液晶材料の配向は二重ねじれ構造を有する。可視光の波長以下の秩序を有
しているため、透明であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的変調作用が生じ
る。ブルー相は光学的に等方性であるため視野角依存性がなく、配向膜を形成しなくとも
良いため、表示画像の質の向上及びコスト削減が可能である。また配向膜へのラビング処
理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することがで
き、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装
置の生産性を向上させることが可能となる。特に、酸化物半導体層を用いる薄膜トランジ
スタは、静電気の影響により薄膜トランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲
を逸脱する恐れがある。よって酸化物半導体層を用いる薄膜トランジスタを有する液晶表
示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。

また、ブルー相は狭い温度範囲でしか発現が難しく、温度範囲を広く改善するために液晶
材料に、光硬化樹脂及び光重合開始剤を添加した後、高分子安定化処理を行う。光硬化樹
脂は、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマーでもよく、ジアクリレート、
トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマーでもよ
く、これらを混合させたものでもよく、例えば、２−エチルヘキシルアクリレート、ＲＭ
２５７（メルク株式会社製）、トリメチロールプロパントリアクリレートが挙げられる。
また、液晶性のものでも非液晶性のものでもよく、両者を混合させてもよい。光硬化樹脂
は、用いる光重合開始剤の反応する波長の光で硬化する樹脂を選択すれば良く、本実施の
形態では紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化型樹脂とも呼ぶ）を用いる。

光重合開始剤は、光照射によってラジカルを発生させるラジカル重合開始剤でもよく、酸
を発生させる酸発生剤でもよく、塩基を発生させる塩基発生剤でもよい。

また、高分子安定化処理は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液
晶材料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して行う。この高分
子安定化処理は、温度制御を行い、等方相を示した状態で光照射して行っても良いし、ブ
ルー相を示した状態で光照射して行ってもよい。

ここでは、加熱を行って第１の液晶層４５０を等方相とした後、降温させてブルー相に相
転移させ、ブルー相を示す温度に保持したまま、残留複屈折の発生を低減するため、図１
（Ｂ）に示すように、一対の基板の上下両側から同時にＵＶ照射を行う。もし、一方の基
板側のみからＵＶ照射を行った場合、紫外線の照射方向に近い側に高分子が偏在すること
により残留複屈折が発生する恐れがある。好ましくは、第１の透光基板４４１を透過する
第１の紫外光４５１と、第２の透光基板４４２を透過する第２の紫外光４５２がほぼ同じ
光量となるようにする。第１の透光基板４４１を透過する第１の紫外光４５１は、薄膜ト
ランジスタ４２０が形成されている領域において遮光され、第２の透光基板４４２を透過
する第２の紫外光４５２は遮光層４１４が形成されている領域において遮光される。従っ
て、画素部において表示に寄与する画素開口部と重なる第２の液晶層４４４に対して、液
晶層４４４の上下から同程度のＵＶ照射量に曝すことができる。液晶層４４４の上下から
同程度のＵＶ照射量に曝すためには、第１の透光基板４４１における第１の光透過領域（
金属配線及び金属電極が設けられている領域以外の領域）と第２の透光基板４４２におけ
る第２の光透過領域（遮光層４１４が設けられている領域以外の領域）をほぼ同じにする
ことは有用である。

なお、第１の透光基板４４１には、第２の透光基板４４２と異なり、ゲート絶縁層４０２
や層間絶縁膜４１３が設けられているため、それらの材料によっては透光性材料であって
も光吸収や、膜界面での屈折、膜界面での反射などにより紫外線の光量に差が生じる恐れ
がある。従って、光量に差が生じる恐れがある場合には、第１の紫外光４５１の光源と第
２の紫外光４５２の光源の光量を調節する、または、第２の透光基板４４２にもゲート絶
縁層４０２や層間絶縁膜４１３と同等の膜を設けるなどして光量を調節すればよい。

このように、一対の基板の上下両側から同時にＵＶ照射を行って高分子安定化処理を施す
ことにより、一対の基板間に挟まれた第２の液晶層４４４に含まれる高分子を均一に配置
させることができる。この高分子安定化処理によって、電圧除去後も残留複屈折が発生せ
ず、電圧印加前の黒状態が得られ、光漏れを低減することができる。これにより、品質の
高い高分子安定化ブルー相の表示素子を作製することができる。

また、ゲート電極層４０１は第１の紫外光４５１を遮光し、遮光層４１４は、第２の紫外
光４５２を遮光するため、半導体層４０３は、ここでのＵＶ照射に曝されず、薄膜トラン
ジスタの電気特性の変動も防止することができる。

次いで、第１の透光基板（画素電極が形成されている基板）において液晶層に近接してい
ない外面側に、第１の偏光板４４３ａを配置し、第２の偏光板４４３ｂを第２の透光基板
（対向基板）において液晶層に近接していない外面側に配置する。この段階での断面図を
図１（Ｃ）に示す。一対の基板に２枚の偏光板を設けた図１（Ｃ）に示す状態を液晶パネ
ルと呼ぶ。

また、大型の基板を用いて複数の液晶表示装置を作製する場合（所謂多面取り）、その分
断工程は、高分子安定化処理の前か、偏光板を設ける前に行うことができる。分断工程に
よる液晶層への影響（分断工程時にかかる力などによる配向乱れなど）を考慮すると、第
１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、高分子安定化処理の前が好ましい。

最後に液晶パネルにバックライト部を固定する。

図２は、ＬＥＤをバックライト部として用いた液晶モジュールの分解斜視図である。液晶
パネル３０２は素子基板に駆動ＩＣ３０５が複数設置され、素子基板に設けられている端
子と電気的に接続するＦＰＣ３０７も設置されている。

この液晶パネル３０２の下方にはバックライト部３０３を配置する。

また、液晶パネル３０２及びバックライト部３０３を挟むように第１の筐体３０１と第２
の筐体３０４とを配置し、互いに筐体の周縁を結合させる。ここでは、第１の筐体３０１
の窓が液晶モジュールの表示面となる。

バックライト部３０３には、ＬＥＤ（発光ダイオード）が多数種用いられており、ＬＥＤ
制御回路３０８によってそれぞれ輝度が調節可能となっており、接続コード３０６により
、電流が供給されている。このＬＥＤ制御回路３０８によって個別にＬＥＤを発光させる
ことによって、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を実現することができる。

さらに、液晶表示装置の表示エリアを複数に分割した分割領域に少なくとも一つのＬＥＤ
を配置し、配置したＬＥＤをＬＥＤ制御回路によりそれぞれ映像信号に応じて分割領域単
位で駆動させる。分割領域単位で駆動させることによって、表示エリアにおいて局部的に
輝度が調節でき、例えばＬＥＤの点灯が必要な第１分割領域には点灯を行い、ＬＥＤの点
灯が不要な第２分割領域は消灯するといった選択的なＬＥＤの点灯が可能となり、表示映
像にも依存するが、液晶表示装置の低消費電力化を実現することができる。

また、ＬＥＤの発光材料としては、無機材料を用いてもよいし、有機材料を用いてもよい
。

また、フィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置は、少なくとも３倍速以上での高速
駆動が要求されるが、本実施の形態では、応答速度が十分速いブルー相を示す液晶層を用
い、さらにスイッチング素子としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いた薄膜ト
ランジスタを用いることによって、動画表示において高画質を実現している。

（実施の形態２）
液晶表示装置を、図３を用いて説明する。

図３（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図３（Ｂ）は図
３（Ａ）の線Ｘ１−Ｘ２における断面図である。

図３（Ａ）において、複数のソース配線層（配線層４０５ａを含む）が互いに平行（図中
上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層（ゲー
ト電極層４０１を含む）は、ソース配線層に略直交する方向（図中左右方向）に延伸し、
かつ互いに離間するように配置されている。共通配線層４０８は、複数のゲート配線層そ
れぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソー
ス配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸している。ソース配線層と、共通配
線層４０８及びゲート配線層とによって、略長方形の空間が囲まれているが、この空間に
液晶表示装置の画素電極層及び共通配線層が配置されている。画素電極層を駆動する薄膜
トランジスタ４２０は、図中左上の角に配置されている。画素電極層及び薄膜トランジス
タは、マトリクス状に複数配置されている。

図３の液晶表示装置において、薄膜トランジスタ４２０に電気的に接続する第１の電極層
４４７が画素電極層として機能し、共通配線層４０８と電気的に接続する第２の電極層４
４６が共通電極層として機能する。なお、第１の電極層と共通配線層によって容量が形成
されている。

基板に概略平行（すなわち水平な方向）な電界を生じさせて、基板と平行な面内で液晶分
子を動かして、階調を制御する方式を用いることができる。このような方式として、図３
に示すようなＩＰＳモードで用いる電極構成が適用できる。

ＩＰＳモードなどに示される横電界モードは、液晶層の下方に開口パターンを有する第１
の電極層（例えば各画素別に電圧が制御される画素電極層）及び第２の電極層（例えば全
画素に共通の電圧が供給される共通電極層）を配置する。よって第１の透光基板４４１上
には、一方が画素電極層であり、他方が共通電極層である第１の電極層４４７及び第２の
電極層４４６が形成され、少なくとも第１の電極層及び第２の電極層の一方が層間膜上に
形成されている。第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６は、平面形状でなく、様々
な開口パターンを有し、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む。第１の電極層４４７及び第
２の電極層４４６はその電極間に電界を発生させるため、同形状で重ならない配置とする
。

第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６の上面形状は図３に示した構造に限定されず
、うねりを有する波状形状や、同心円状の開口部を有する形状や、櫛歯状であり電極同士
がかみ合うような形状としてもよい。

画素電極層と共通電極層との間に電界を加えることで、液晶を制御する。液晶には水平方
向の電界が加わるため、その電界を用いて液晶分子を制御できる。つまり、基板と平行に
配向している液晶分子を、基板と平行な方向で制御できるため、視野角が広くなる。

また、第２の電極層４４６の一部は、層間絶縁膜４１３上に形成され、薄膜トランジスタ
４２０と少なくとも一部重なる遮光層４１７として機能する。薄膜トランジスタ４２０と
重なる遮光層４１７は、第２の電極層４４６と同電位であってもよいし、第２の電極層４
４６と導通しておらずフローティング状態となっていてもよい。

薄膜トランジスタ４２０は逆スタガ型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板
である第１の透光基板４４１上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、半導体層
４０３、ソース領域又はドレイン領域として機能するｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂ、ソース
電極層又はドレイン電極層として機能する配線層４０５ａ、４０５ｂを含む。

薄膜トランジスタ４２０を覆い、半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている
。絶縁膜４０７上に層間絶縁膜４１３が設けられ、層間絶縁膜４１３上に第１の電極層４
４７及び第２の電極層４４６が形成されている。

図３の液晶表示装置は、層間絶縁膜４１３に、可視光を透過する絶縁膜として、透光性樹
脂層を用いる。

層間絶縁膜４１３（透光性樹脂層）の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、ス
ピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷
、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコ
ーター等を用いることができる。

第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６上には液晶層４４４が設けられ、対向基板で
ある第２の透光基板４４２で封止されている。

第２の透光基板４４２側には、さらに遮光層４１４を有している。

第２の透光基板４４２の液晶層４４４側に、遮光層４１４が形成され、平坦化膜として絶
縁層４１５が形成されている。遮光層４１４は、液晶層４４４を介して薄膜トランジスタ
４２０と対応する領域（薄膜トランジスタの半導体層と重畳する領域）に形成することが
好ましい。遮光層４１４が薄膜トランジスタ４２０の少なくとも半導体層４０３上方を覆
うように配置されるように、第１の透光基板４４１及び第２の透光基板４４２は液晶層４
４４を挟持して固着される。

遮光層４１４は、光を反射、又は吸収し、遮光性を有する材料を用いる。例えば、黒色の
有機樹脂を用いることができ、感光性又は非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、顔料
系の黒色樹脂やカーボンブラック、チタンブラック等を混合させて形成すればよい。黒色
樹脂を用いる場合、膜厚は０．５μｍ〜２μｍとする。また、遮光性の金属膜を用いるこ
ともでき、例えばクロム、モリブデン、ニッケル、チタン、コバルト、銅、タングステン
、又はアルミニウムなどを用いればよい。

遮光層４１４の形成方法は特に限定されず、材料に応じて、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ
法などの乾式法、又はスピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェ
ット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）などの湿式法を用い、必要に応じてエッチ
ング法（ドライエッチング又はウエットエッチング）により所望のパターンに加工すれば
よい。

絶縁層４１５もアクリルやポリイミドなどの有機樹脂などを用いて、スピンコートや各種
印刷法などの塗布法で形成すればよい。

このようにさらに対向基板側に遮光層４１４を設けると、よりコントラスト向上や薄膜ト
ランジスタの安定化の効果を高めることができる。遮光層４１４は薄膜トランジスタ４２
０の半導体層４０３への光の入射を遮断することができるため、酸化物半導体の光感度に
よる薄膜トランジスタ４２０の電気特性の変動を防止しより安定化させる。また、遮光層
４１４は隣り合う画素への光漏れを防止することもできるため、より高コントラスト及び
高精細な表示を行うことが可能になる。よって、液晶表示装置の高精細、高信頼性を達成
することができる。

第１の透光基板４４１及び第２の透光基板４４２は透光性基板であり、それぞれ外側（液
晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ａ、４４３ｂが設けられている。

第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６は、酸化タングステンを含むインジウム酸化
物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物
、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）
、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有す
る導電性材料を用いることができる。

また、第１の電極層４４７及び第２の電極層４４６として、導電性高分子（導電性ポリマ
ーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて
形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光
率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵
抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子が用いることができる。例え
ば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンま
たはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。

下地膜となる絶縁膜を第１の透光基板４４１とゲート電極層４０１の間に設けてもよい。
下地膜は、第１の透光基板４４１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪
素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜に
よる積層構造により形成することができる。ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、
チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム
等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成する
ことができる。ゲート電極層４０１に遮光性を有する導電膜を用いることで、バックライ
トの発光ダイオードからの光（第１の透光基板４４１側から入射し、第２の透光基板４４
２から射出する光）が、半導体層４０３へ入射することを防止することができる。

例えば、ゲート電極層４０１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン
層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層を積層した二層構造、また
は銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタルを積層した二層構造、窒化チタン層とモリ
ブデン層とを積層した二層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タング
ステン層または窒化タングステンと、アルミニウムとシリコンの合金またはアルミニウム
とチタンの合金と、窒化チタンまたはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。

ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層し
て形成することができる。また、ゲート絶縁層４０２として、有機シランガスを用いたＣ
ＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪
酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化
学式Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタ
メチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、
トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ
（Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。

半導体層４０３として用いる酸化物半導体膜を成膜する前に、アルゴンガスを導入してプ
ラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層の表面に付着しているゴミを除去す
ることが好ましい。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウムなどを用いてもよい。
また、アルゴン雰囲気に酸素、Ｎ_２Ｏなどを加えた雰囲気で行ってもよい。また、アルゴ
ン雰囲気にＣｌ_２、ＣＦ_４などを加えた雰囲気で行ってもよい。

半導体層４０３及びソース領域又はドレイン領域として機能するｎ^＋層４０４ａ、４０４
ｂには、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を用いることができる。ｎ^＋層４０４ａ、４
０４ｂは、半導体層４０３より低抵抗な酸化物半導体層である。例えばｎ^＋層４０４ａ、
４０４ｂは、ｎ型の導電型を有し、活性化エネルギー（ΔＥ）が０．０１ｅＶ以上０．１
ｅＶ以下である。ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜であ
り、少なくともアモルファス成分を含んでいるものとする。ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂは
非晶質構造の中に結晶粒（ナノクリスタル）を含む場合がある。このｎ^＋層４０４ａ、４
０４ｂ中の結晶粒（ナノクリスタル）は直径１ｎｍ〜１０ｎｍ、代表的には２ｎｍ〜４ｎ
ｍ程度である。

ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂを設けることにより、金属層である配線層４０５ａ、４０５ｂ
と、酸化物半導体層である半導体層４０３との間を良好な接合としてショットキー接合に
比べて熱的にも安定動作を有せしめる。また、チャネルのキャリアを供給する（ソース側
）、またはチャネルのキャリアを安定して吸収する（ドレイン側）、または抵抗成分を配
線層との界面に作らない、ためにも積極的にｎ^＋層を設けると効果的である。また低抵抗
化により、高いドレイン電圧でも良好な移動度を保持することができる。

半導体層４０３として用いる第１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜は、ｎ^＋層４０４
ａ、４０４ｂとして用いる第２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の成膜条件と異なら
せる。例えば、第２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の成膜条件における酸素ガス流
量とアルゴンガス流量の比よりも第１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の成膜条件に
おける酸素ガス流量の占める比率が多い条件とする。具体的には、第２のＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系非単結晶膜の成膜条件は、希ガス（アルゴン、又はヘリウムなど）雰囲気下（ま
たは酸素ガス１０％以下、アルゴンガス９０％以上）とし、第１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ
系非単結晶膜の成膜条件は、酸素雰囲気下（又は酸素ガスの流量がアルゴンガスの流量と
等しいかそれ以上）とする。

例えば、半導体層４０３として用いる第１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜は、直径
８インチのＩｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲット（モル数比でＩｎ_２Ｏ_３
：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１）を用いて、基板とターゲットの間との距離を１７０
ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、アルゴン又は酸素雰囲気下で成膜
する。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一とな
るために好ましい。第１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍ〜２００
ｎｍとする。

一方、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂとして用いる第２の酸化物半導体膜は、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇ
ａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１としたターゲットを用い、成膜条件は、圧力を０．４Ｐａ
とし、電力を５００Ｗとし、成膜温度を室温とし、アルゴンガス流量４０ｓｃｃｍを導入
してスパッタ法により成膜する。成膜直後で大きさ１ｎｍ〜１０ｎｍの結晶粒を含むＩｎ
−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜が形成されることがある。なお、ターゲットの成分比、成
膜圧力（０．１Ｐａ〜２．０Ｐａ）、電力（２５０Ｗ〜３０００Ｗ：８インチ）、温度（
室温〜１００℃）、反応性スパッタの成膜条件などを適宜調節することで結晶粒の有無や
、結晶粒の密度や、直径サイズは、１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲で調節されうると言える。第
２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍ〜２０ｎｍとする。勿論、膜中
に結晶粒が含まれる場合、含まれる結晶粒のサイズが膜厚を超える大きさとならない。第
２のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜の膜厚は、５ｎｍとする。

スパッタ法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタ法と、ＤＣスパッタ法
があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタ法もある。ＲＦスパッタ
法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタ法は主に金属膜を成膜する場合
に用いられる。

また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ
装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種
類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。

また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタ法を用いるスパッタ装置
や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタ
法を用いるスパッタ装置がある。

また、スパッタ法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分
とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタ法や、成膜中に
基板にも電圧をかけるバイアススパッタ法もある。

半導体層、ｎ^＋層、配線層の作製工程において、薄膜を所望の形状に加工するためにエッ
チング工程を用いる。エッチング工程は、ドライエッチングやウエットエッチングを用い
ることができる。

ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例え
ば塩素（Ｃｌ_２）、塩化硼素（ＢＣｌ_３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化炭素（ＣＣ
ｌ_４）など）が好ましい。

また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ_４）、弗化硫黄（ＳＦ
_６）、弗化窒素（ＮＦ_３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ_３）など）、臭化水素（ＨＢｒ
）、酸素（Ｏ_２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを
添加したガス、などを用いることができる。

ドライエッチングに用いるエッチング装置としては、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ
法）を用いたエッチング装置や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅ
ｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）
などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる。また、Ｉ
ＣＰエッチング装置と比べて広い面積に渡って一様な放電が得られやすいドライエッチン
グ装置としては、上部電極を接地させ、下部電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電源を接続
し、さらに下部電極に３．２ＭＨｚの低周波電源を接続したＥＣＣＰ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ
Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）モードのエッチング装置
がある。このＥＣＣＰモードのエッチング装置であれば、例えば基板として、第１０世代
の３ｍを超えるサイズの基板を用いる場合にも対応することができる。

所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加され
る電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。

ウエットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、ア
ンモニア過水（過酸化水素：アンモニア：水＝５：２：２）などを用いることができる。
また、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）を用いてもよい。

また、ウエットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によっ
て除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を
再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等
の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる
。

所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング
液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。

配線層４０５ａ、４０５ｂの材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ば
れた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜
等が挙げられる。また、２００℃〜６００℃の熱処理を行う場合には、この熱処理に耐え
る耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。Ａｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しや
すい等の問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせ
る耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）
、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、Ｎｄ（ネオジム）、Ｓｃ（スカンジウム）から
選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合
金膜、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。

ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂ、配線層４０５ａ、４
０５ｂを大気に触れさせることなく連続的に形成してもよい。大気に触れさせることなく
連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく
各積層界面を形成することができるので、薄膜トランジスタ特性のばらつきを低減するこ
とができる。

なお、半導体層４０３は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する半導体層であ
る。

半導体層４０３、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂに２００℃〜６００℃、代表的には３００℃
〜５００℃の熱処理を行うと良い。例えば、窒素雰囲気下で３５０℃、１時間の熱処理を
行う。この熱処理により半導体層４０３、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂを構成するＩｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の原子レベルの再配列が行われる。この熱処理（光アニール
等も含む）は、半導体層４０３、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂ中におけるキャリアの移動を
阻害する歪みを解放できる点で重要である。なお、上記の熱処理を行うタイミングは、半
導体層４０３、ｎ^＋層４０４ａ、４０４ｂの形成後であれば特に限定されない。

また、露出している半導体層４０３の凹部に対して酸素ラジカル処理を行ってもよい。ラ
ジカル処理は、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ、酸素を含むＮ_２、Ｈｅ、Ａｒなどの雰囲気下で行うことが
好ましい。また、上記雰囲気にＣｌ_２、ＣＦ_４を加えた雰囲気下で行ってもよい。なお、
ラジカル処理は、第１の透光基板４４１側にバイアス電圧を印加せずに行うことが好まし
い。

薄膜トランジスタ４２０を覆う絶縁膜４０７は、乾式法や湿式法で形成される無機絶縁膜
、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法などを用いて得られ
る窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タ
ンタル膜などを用いることができる。また、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、ポリアミド、エポキシ等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、
低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ
（リンボロンガラス）等を用いることができる。

なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜４０７を形成し
てもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよい。

また、多階調マスクにより形成した複数（代表的には二種類）の厚さの領域を有するレジ
ストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低
コスト化が図れる。

コントラストや視野角特性を改善することで、より高画質な液晶表示装置を提供すること
ができる。また、該液晶表示装置をより低コストで生産性よく作製することができる。

また、薄膜トランジスタの特性を安定化し、液晶表示装置の信頼性を向上させることがで
きる。

また、本実施の形態においては、逆スタガ型の構造の一つであるチャネルエッチ型の例を
示したが、薄膜トランジスタ構造は、特に限定されず、チャネルストップ型の構造として
もよい。また、薄膜トランジスタ構造は、ボトムコンタクト構造（逆コプラナ型とも呼ぶ
）としてもよい。

（実施の形態３）
液晶表示装置の他の形態を図４に示す。詳細には、層間絶縁膜の下方に形成される平板状
の第１の電極層を共通電極層として、層間絶縁膜の上方に形成される開口パターンを有す
る第２の電極層を画素電極層として用いる液晶表示装置の例を示す。

図４（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図４（Ｂ）は図
４（Ａ）の線Ｙ１−Ｙ２における断面図である。

図４に示す液晶表示装置は、素子基板である第１の透光基板５４１側に層間絶縁膜５１３
の一部として遮光層５１７を形成する例である。薄膜トランジスタ５２０に電気的に接続
する第２の電極層５４６が画素電極層として機能し、共通配線層と電気的に接続する第１
の電極層５４７が共通電極層として機能する。図４に示す電極構成は、ＦＦＳモードで用
いる電極構成である。

ＦＦＳモードなどに示される横電界モードは、液晶層の下方に開口パターンを有する第２
の電極層（例えば各画素別に電圧が制御される画素電極層）、及びさらにその開口パター
ンの下方に平板状の第１の電極層（例えば全画素に共通の電圧が供給される共通電極層）
を配置する。よって第１の透光基板５４１上には、一方が画素電極層であり、他方が共通
電極層である第１の電極層及び第２の電極層が形成され、画素電極層と共通電極層とは絶
縁膜（又は層間絶縁層）を介して積層するように配置される。画素電極層及び共通電極層
のいずれか一方は、下方に形成され、かつ平板状であり、他方は上方に形成され、かつ様
々な開口パターンを有し、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状である。第１の電極層
５４７及び第２の電極層５４６はその電極間に電界を発生させるため、同形状で重ならな
い配置とする。

なお、画素電極層と共通電極層によって容量が形成されている。共通電極層はフローティ
ング状態（電気的に孤立した状態）として動作させることも可能だが、固定電位、好まし
くはコモン電位（データとして送られる画像信号の中間電位）近傍でフリッカーの生じな
いレベルに設定してもよい。

層間絶縁膜５１３は遮光層５１７及び透光性樹脂層を含む。遮光層５１７は、素子基板で
ある第１の透光基板５４１側に設けられており、薄膜トランジスタ５２０上（少なくとも
薄膜トランジスタの半導体層を覆う領域）に絶縁膜５０７を介して形成され、半導体層に
対する遮光層として機能する。一方、透光性樹脂層は、第１の電極層５４７及び第２の電
極層５４６に重なる領域に形成され、表示領域として機能する。

なお、遮光層５１７の可視光の光透過率は、酸化物半導体層である半導体層５０３の可視
光の光透過率より低いものとする。

遮光層５１７を層間膜として用いるため、黒色の有機樹脂を用いることが好ましい。例え
ば、感光性又は非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、顔料系の黒色樹脂やカーボンブ
ラック、チタンブラック等を混合させて形成すればよい。遮光層５１７の形成方法は材料
に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、ス
クリーン印刷、オフセット印刷等）などの湿式法を用い、必要に応じてエッチング法（ド
ライエッチング又はウエットエッチング）により所望のパターンに加工すればよい。遮光
層５１７の膜厚は０．５μｍ〜２μｍとする。ただし、層間絶縁膜５１３の平坦性を重視
するのであれば、遮光層５１７が設けられる領域は薄膜トランジスタと重なる領域となり
膜厚が厚い部分となりやすいため、遮光層５１７の膜厚は１μｍ以下とすることが好まし
い。

また、本実施の形態においては、さらに遮光層５１４を、液晶表示装置の第２の透光基板
５４２（対向基板）側に形成する。バックライト部に発光ダイオードを用いる場合、冷陰
極管よりも輝度が高いため、厚い遮光層とすることが好ましい。１回の成膜で得られる遮
光層の厚さは限られるが、別々の基板に形成すると遮光層５１４と遮光層５１７の合計膜
厚とすることができるため、好ましい。例えば、遮光層５１４の厚さを１．８μｍ、遮光
層５１７の厚さを１μｍとし、合計２．８μｍの厚さとすることができる。遮光層の合計
膜厚を厚くすることよりコントラスト向上や薄膜トランジスタの安定化の効果を高めるこ
とができる。遮光層５１４を対向基板側に形成する場合、液晶層を介して薄膜トランジス
タと対応する領域（少なくとも薄膜トランジスタの半導体層と重畳する領域）に形成すれ
ば、半導体層に近い部分に設けて覆うことができるため、対向基板側から入射する光によ
る薄膜トランジスタの電気特性の変動をより防止することができる。

対向基板側に遮光層５１４を形成する場合、遮光性の配線層や電極層などによって、薄膜
トランジスタの半導体層への素子基板側からの透過光も対向基板側からの透過光も遮断で
きる場合もあるので、必ずしも遮光層５１４を薄膜トランジスタを覆うように形成しなく
てもよい。

このように遮光層を設けると、遮光層は、画素の開口率を低下させることなく薄膜トラン
ジスタの半導体層への光の入射を遮断することができるため、酸化物半導体の光感度によ
る薄膜トランジスタの電気特性の変動を防止し安定化する効果を得られる。また、遮光層
は隣り合う画素への光漏れを防止することもできるため、より高コントラスト及び高精細
な表示を行うことが可能になる。よって、液晶表示装置の高精細、高信頼性を達成するこ
とができる。

なお、薄膜トランジスタ５２０はボトムコンタクト型（逆コプラナ型とも呼ぶ）の薄膜ト
ランジスタであり、絶縁表面を有する基板である第１の透光基板５４１上に、ゲート電極
層５０１、ゲート絶縁層５０２、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層
５０５ａ、５０５ｂ、ソース領域又はドレイン領域として機能するｎ^＋層５０４ａ、５０
４ｂ、及び半導体層５０３を含む。また、薄膜トランジスタ５２０を覆い、半導体層５０
３に接する絶縁膜５０７が設けられている。第１の電極層５４７は第１の透光基板５４１
上にゲート電極層５０１と同レイヤーに形成され、画素において平板状の電極層である。

なお、半導体層５０３をスパッタ法により成膜する前に、ゲート絶縁層５０２、配線層５
０５ａ、５０５ｂにアルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、表
面に付着しているゴミを除去することが好ましい。

半導体層５０３及びｎ^＋層５０４ａ、５０４ｂに、２００℃〜６００℃、代表的には３０
０℃〜５００℃の熱処理を行うと良い。例えば、大気雰囲気下または窒素雰囲気下で３５
０℃、１時間の熱処理を行う。この熱処理を行うタイミングは、半導体層５０３及びｎ^＋
層５０４ａ、５０４ｂに用いる酸化物半導体膜の形成後であれば特に限定されない。

半導体層５０３及びｎ^＋層５０４ａ、５０４ｂは、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜を
用いる。このような構造の薄膜トランジスタ５２０は、移動度２０ｃｍ^２／Ｖｓ以上、Ｓ
値０．４Ｖ／ｄｅｃ以下の特性が得られる。よって高速動作が可能となり、シフトレジス
タなどの駆動回路（ソースドライバー又はゲートドライバー）を画素部と同一基板上に形
成することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。

（実施の形態４）
薄膜トランジスタを作製し、該薄膜トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表
示機能を有する液晶表示装置を作製することができる。また、薄膜トランジスタを駆動回
路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成す
ることができる。

液晶表示装置は表示素子として液晶素子（液晶表示素子ともいう）を含む。

また、液晶表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントロ
ーラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該液晶表示装置を
作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素
子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、
具体的には、表示素子の画素電極のみが形成された状態であっても良いし、画素電極とな
る導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても
良いし、あらゆる形態があてはまる。

なお、本明細書中における液晶表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしく
は光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ
ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂ
ｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が
取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモ
ジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集
積回路）が直接実装されたモジュールも全て液晶表示装置に含むものとする。

液晶表示装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図５を用いて
説明する。図５（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成された酸化物半導体膜
を半導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子
４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの
上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する
。

第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲む
ようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回
路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査
線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６
とによって、液晶層４００８と共に封止されている。

また、図５（Ａ１）は第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領
域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成
された信号線駆動回路４００３が実装されている。なお、図５（Ａ２）は信号線駆動回路
の一部を第１の基板４００１上に酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタで形成する例で
あり、第１の基板４００１上に信号線駆動回路４００３ｂが形成され、かつ別途用意され
た基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３ａが
実装されている。

なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ方法、
ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。図５（Ａ１）は
、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図５（Ａ２）は、ＴＡ
Ｂ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例である。

また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
薄膜トランジスタを複数有しており、図５（Ｂ）では、画素部４００２に含まれる薄膜ト
ランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれる薄膜トランジスタ４０１１と
を例示している。薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、層間膜４
０２１が設けられている。

薄膜トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態１乃至８に示す酸化物半導体膜を半
導体層として含む信頼性の高い薄膜トランジスタを適用することができる。薄膜トランジ
スタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。

また、第１の基板４００１上に画素電極層４０３０及び共通電極層４０３１が設けられ、
画素電極層４０３０は、薄膜トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。液晶素子
４０１３は、画素電極層４０３０、共通電極層４０３１、及び液晶層４００８を含む。な
お、第１の基板４００１、第２の基板４００６の外側にはそれぞれ偏光板４０３２、４０
３３が設けられている。画素電極層４０３０及び共通電極層４０３１の構成は実施の形態
２の構成を適用してもよく、その場合、共通電極層４０３１は第２の基板４００６側に設
けられ、画素電極層４０３０と共通電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する
構成とすればよい。

なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、透光性を有するガラス、プラ
スチックなどを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａ
ｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド
）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。
また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシー
トを用いることもできる。

また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のス
ペーサを用いていても良い。

また、図５の液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設ける例を示すが、偏
光板は基板の内側に設けてもよい。偏光板の材料や作製工程条件によって適宜設定すれば
よい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。

層間膜４０２１は、透光性樹脂層である。また、層間膜４０２１の一部を遮光層４０１２
とする。遮光層４０１２は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１を覆う。図５において
は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１上方を覆うように遮光層４０３４が第２の基板
４００６側に設けられている。遮光層４０１２、及び遮光層４０３４を設けることにより
、さらにコントラスト向上や薄膜トランジスタの安定化の効果を高めることができる。

遮光層４０３４を設けると、薄膜トランジスタの半導体層へ入射する光の強度を減衰させ
ることができ、酸化物半導体の光感度による薄膜トランジスタの電気特性の変動を防止し
安定化する効果を得られる。

薄膜トランジスタの保護膜として機能する絶縁層４０２０で覆う構成としてもよいが、特
に限定されない。

なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防
ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化珪素膜
、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウ
ム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成す
ればよい。

また、保護膜を形成した後に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよ
い。

また、平坦化絶縁膜として透光性の絶縁層をさらに形成する場合、ポリイミド、アクリル
、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いるこ
とができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系
樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。
なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよ
い。

積層する絶縁層の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法
、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン
印刷、オフセット印刷等）、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイ
フコーター等を用いることができる。絶縁層を材料液を用いて形成する場合、ベークする
工程で同時に、半導体層のアニール（２００℃〜４００℃）を行ってもよい。絶縁層の焼
成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく液晶表示装置を作製することが可能
となる。

画素電極層４０３０、共通電極層４０３１は、酸化タングステンを含むインジウム酸化物
、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、
酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、
インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する
導電性材料を用いることができる。

また、画素電極層４０３０、共通電極層４０３１として、導電性高分子（導電性ポリマー
ともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。

また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４
００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。

また、薄膜トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、ゲート線またはソース
線に対して、駆動回路保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路
は、酸化物半導体を用いた非線形素子を用いて構成することが好ましい。

図５では、接続端子電極４０１５が、画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端
子電極４０１６は、薄膜トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電
極層と同じ導電膜で形成されている。

接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介し
て電気的に接続されている。

また図５においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装
している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実
装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して
実装しても良い。

図６は液晶表示装置の断面構造の一例であり、素子基板２６００と対向基板２６０１がシ
ール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む素子層２６０３、液晶層２６０
４が設けられる。

カラー表示を行う場合、バックライト部に複数種の発光色を射出する発光ダイオードを配
置する。ＲＧＢ方式の場合は、赤の発光ダイオード２９１０Ｒ、緑の発光ダイオード２９
１０Ｇ、青の発光ダイオード２９１０Ｂを液晶表示装置の表示エリアを複数に分割した分
割領域にそれぞれ配置する。

対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６が設けられ、素子基板２６００の外側には偏
光板２６０７、及び光学シート２６１３が配設されている。光源は赤の発光ダイオード２
９１０Ｒ、緑の発光ダイオード２９１０Ｇ、青の発光ダイオード２９１０Ｂと反射板２６
１１により構成され、回路基板２６１２に設けられたＬＥＤ制御回路２９１２は、フレキ
シブル配線基板２６０９により素子基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、さら
にコントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。

このＬＥＤ制御回路２９１２によって個別にＬＥＤを発光させることによって、フィール
ドシーケンシャル方式の液晶表示装置としている。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能
である。

（実施の形態５）
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用するこ
とができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョ
ン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯
型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げら
れる。

図７は、テレビジョン装置９６００の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、
筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持し
た構成を示している。

テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー
９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示され
る映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機
９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機に
より一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線に
よる通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向
（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図８（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成され
ており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９
８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図８
（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、
ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８
８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学
物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、
におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えてい
る。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書に開
示する液晶表示装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成と
することができる。図８（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログ
ラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行
って情報を共有する機能を有する。なお、図８（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能は
これに限定されず、様々な機能を有することができる。

図８（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシン９９００の一例を示している。スロットマ
シン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマ
シン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投
入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のも
のに限定されず、少なくとも本明細書に開示する液晶表示装置を備えた構成であればよく
、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。

図９（Ａ）は、携帯電話機１０００の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１
００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３、外部接続ポート１００
４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。

図９（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情報
を入力ことができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１
００２を指などで触れることにより行うことができる。

表示部１００２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表
示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示
モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。

例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を
主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合
、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好
ましい。

また、携帯電話機１０００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを
有する検出装置を設けることで、携帯電話機１０００の向き（縦か横か）を判断して、表
示部１００２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。

また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作
ボタン１００３の操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類に
よって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画の
データであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。

また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示
部１００２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モード
から表示モードに切り替えるように制御してもよい。

表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１０
０２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことがで
きる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシ
ング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。

図９（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図９（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表
示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作
ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信
時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する
表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である
。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装
置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能の
みを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４
１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又
は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリ
ーを有する。

以上の構成でなる本発明について、以下に示す実施例でもってさらに詳細な説明を行う
こととする。

本実施例では液晶注入法を用いてフィールドシーケンシャル方式の液晶表示装置を作製す
る例を以下に示す。

第１の透光基板にＴＦＴを形成し、その後ブラックマトリックス（ＢＭ）、そして保護膜
を形成し、コンタクトホールを開けた後、画素電極を形成した。またコモン電極も同様に
第１の透光基板に形成し、画素電極とコモン電極を櫛歯状に形成した。そして、柱状スペ
ーサを画素部の開口していない箇所に設けた。

続いて第２の透光基板に透明導電膜を形成し、第１の透光基板と同様に柱状スペーサを形
成した。スペーサの配置場所は、第１の透光基板と第２の透光基板を貼り合せた際に、第
１の透光基板に形成した柱状スペーサと第２の透光基板に形成した柱状スペーサが重なる
ような配置とした。

ここで、第１の透光基板および第２の透光基板は液晶の配向を制御する配向膜の形成、お
よびラビング等の配向処理は行わなかった。また、本実施例では、バックライトにＲＧＢ
のダイオード（ＬＥＤ）を配置し、フィールドシーケンシャル方式を採用するため、第１
の透光基板および第２の透光基板にはカラーフィルタは設けなかった。

次に第２の透光基板に熱硬化型のシール材を塗布し、第１の透光基板および第２の透光基
板を貼り合わせた。貼り合せの精度は＋１μｍ〜−１μｍの範囲内である。第１の透光基
板および第２の透光基板の基板間隔は、柱状スペーサや球状スペーサなどの間隔保持材を
用いて保持する。そして、圧力（２．９４Ｎ／ｃｍ^２）をかけながら１６０℃のオーブン
で３時間シール焼成を行った。

続いて、貼り合わせた第１の透光基板と第２の透光基板をスクライバーで分断し、ＦＰＣ
を貼り合わせた。

本実施例で使用した液晶混合物は、誘電率の異方性が正である液晶とカイラル剤、ＵＶ硬
化型樹脂、そして重合開始剤を混ぜた混合物である。ＵＶ硬化型樹脂および重合開始剤は
ＵＶ照射前に自己重合する恐れがある。このため、液晶とカイラル剤を初めに混ぜてコレ
ステリック相とし、このピッチを４００ｎｍ以下にして等方相まで加熱し、十分攪拌させ
た後に、室温でＵＶ硬化型樹脂および重合開始剤を混ぜ合わせた。そして、ＵＶ硬化型樹
脂と重合開始剤の融点より２℃ほど高い温度で攪拌を行った。

次に、この液晶混合物を加熱しながら真空注入を行った。注入後に注入口を封止し高分子
安定化処理を行った。高分子安定化処理は、まず液晶層を挟持させた一対の基板をオーブ
ンに入れて等方相にまで加熱し、−０．５℃／ｍｉｎで降温させて、ブルー相にまで相転
移させた。次にブルー相で降温を止めて一定温度を保った状態でＵＶ光源（主波長３６５
ｎｍ、２ｍＷ／ｃｍ^２）を用い、一対の基板の上下両側から２０ｍｉｎ照射して高分子安
定化を行った。この工程は可視光及び紫外光を透過しない金属板のホットプレートでは行
えないためオーブンを使用した。また、第２の透光基板はＢＭがないため液晶層全体に紫
外光を照射できるが、第１の透光基板はＢＭ等の遮光があるため、液晶層において画素の
開口部と重なる領域にしか紫外光が照射されない。しかし、カラーフィルタを設けないフ
ィールドシーケンシャル法を採用しているため画素開口部には第１の透光基板と第２の透
光基板には同程度のＵＶ照射量となり、高分子が片側の基板側、即ちどちらか一方の基板
側に偏らないで均一な配置となった。そして、２枚の偏光板を櫛歯電極に対して４５°ず
れるように第１の透光基板と第２の透光基板の外側に貼り、液晶パネルを作製した。

なお、本実施例では、注入後に注入口を封止し高分子安定化処理を行う例を示したが、封
止のためにＵＶ硬化型樹脂を用いる場合は、封止のためのＵＶ照射により液晶混合物に含
まれるＵＶ硬化型樹脂も硬化する恐れがあるため、注入後に高分子安定化処理を行った後
、封止を行うことが好ましい。

以上より、高分子安定化処理のＵＶ照射工程を第１の透光基板と第２の透光基板の両側か
ら同時に行うことによって、電圧印加停止後も残留複屈折が発生せず、電圧印加前の黒状
態が得られ、光漏れを低減することができる。これにより、品質の高い高分子安定化ブル
ー相の表示素子を作製することができる。

３０１ 筐体
３０２ 液晶パネル
３０３ バックライト部
３０４ 筐体
３０５ 駆動ＩＣ
３０６ 接続コード
３０７ ＦＰＣ
３０８ ＬＥＤ制御回路
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 半導体層
４０４ａ、４０４ｂ ｎ＋層
４０５ａ、４０５ｂ 配線層
４０７ 絶縁膜
４０８ 共通配線層
４１３ 層間絶縁膜
４１４ 遮光層
４１５ 絶縁層
４１７ 遮光層
４２０ 薄膜トランジスタ
４４１ 透光基板
４４２ 透光基板
４４３ａ 偏光板
４４３ｂ 偏光板
４４４ 液晶層
４４６ 電極層
４４７ 電極層
４５０ 液晶層
４５１ 紫外光
４５２ 紫外光
５０１ ゲート電極層
５０２ ゲート絶縁層
５０３ 半導体層
５０４ａ、５０４ｂ ｎ＋層
５０５ａ、５０５ｂ 配線層
５０７ 絶縁膜
５１３ 層間絶縁膜
５１４ 遮光層
５１７ 遮光層
５２０ 薄膜トランジスタ
５２１ 薄膜トランジスタ
５４１ 透光基板
５４２ 透光基板
５４６ 電極層
５４７ 電極層
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
２６００ 素子基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 素子層
２６０４ 液晶層
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 光学シート
２９１０Ｂ 発光ダイオード
２９１０Ｇ 発光ダイオード
２９１０Ｒ 発光ダイオード
２９１２ ＬＥＤ制御回路

Claims (3)

1. 基板上のトランジスタと、
   前記トランジスタ上方の絶縁膜と、
   前記絶縁膜上方に設けられ、前記トランジスタと電気的に接続された画素電極と、を有し、
   前記絶縁膜は、遮光性樹脂を含む第１の領域と、透光性樹脂を含む第２の領域と、を有し、
   前記第１の領域は、前記トランジスタと重なるように配置され、
   前記第２の領域は、前記画素電極と重なるように配置されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１において、
   前記トランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
   前記半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを有することを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記トランジスタは、チャネルストップ型トランジスタであることを特徴とする半導体装置。

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