JP2015043054A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示品位を損なうことのない、新規な液晶表示装置を提供する。【解決手段】フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、誘電率の異方性が２以上５以下である液晶層を有する構成とする。該構成とすることで、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に納めることができる。そのため、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

なお、液晶表示装置とは、液晶素子を有する装置のことをいう。なお、液晶表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。なお、液晶表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路等を含む。

液晶表示装置は、近年の技術革新の結果、コモディティ化が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており、未だ技術開発が活発である。

液晶表示装置に求められる付加価値としては、モバイル機器等における使用時間の延長を図ることを目的として、消費電力の低減が注目されている。

例えば特許文献１には、同一画像（静止画像）を連続して表示する場合、同一画像の信号を書き込む回数（リフレッシュするともいう）を低減することで、消費電力の低減を図る表示装置の構成について開示している。

また、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化が、使用する者に弁別されないように、リフレッシュを行う必要がある。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレートという。

特開２０１１−２３７７６０号公報

リフレッシュレートを低減する表示装置の駆動では、静止画像の経時的な変化が使用する者に認識されないようにする必要がある。

しかしながら画素に書き込んだ信号に対応する電圧は、経時的に変化する。一旦画素に書き込んだ電圧の変化が、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、視認者が画像のちらつき（フリッカー）を知覚してしまい、結果として表示品位の低下を招くこととなる。

そこで、本発明の一態様では、表示品位を損なうことのない、新規な液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明の一態様は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は誘電率の異方性が２以上５以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置である。

本発明の一態様は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は、トランジスタと、液晶層を有する液晶素子とを有し、液晶層は、誘電率の異方性が２以上５以下であることを特徴とする液晶表示装置である。

本発明の一態様において、トランジスタは、半導体層を有し、半導体層は、酸化物半導体を有することを特徴とする液晶表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、誘電率の異方性が２．６以上４．４以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、誘電率の異方性が３以上３．８以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、フレーム周波数は、０．２Ｈｚ以下であることを特徴とする液晶表示装置が好ましい。

本発明の一態様により、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができる。そのため、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。

液晶層の電流―電圧特性を示すグラフ。 液晶層の透過率―電圧特性を示すグラフ、及び液晶層の断面模式図。 液晶層の透過率を観察するための液晶層の断面模式図。 液晶層の透過率の時間変化について示すグラフ（１Ｈｚ）。 液晶層の透過率の時間変化について示すグラフ（０．２Ｈｚ）。 液晶層の誘電率の異方性に対する階調値のずれ量を表すグラフ。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の構成を説明するブロック図。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明する図。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明する図。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図。 本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャート。 本発明の一態様に係る表示装置の構成を説明する図。 タッチパネルを説明する図。 タッチパネルを説明する図。 本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。 本発明の一態様に係る、トランジスタの作製方法例を説明する図。 本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。 本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。 本発明の一態様に係る、電子機器を説明する図。 本発明の一態様に係る表示を説明するための図。 本発明の一態様に係る表示を説明するための図。 本発明の一態様の表示装置の構成例を説明する図。 バックライトの発光スペクトルを示す図。 誘電率の異方性の違いによる残留ＤＣの変化を示す図。 液晶表示装置の透過率の時間変化について示すグラフ。 液晶表示装置の表示を表す図。 誘電率の異方性の違いによる電圧保持率の変化を示すグラフ。 配向膜材料により残留ＤＣ変化を示すグラフ。 配向膜材料による電圧保持率の変化を示すグラフ。 リフレッシュレートの違いによる透過率の変動を示すグラフ。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。

また本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。

ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、ソースとドレインとの一方を第１電極と表記し、ソースとドレインとの他方を第２電極と表記する場合がある。

なお本明細書にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

なお本明細書において、ＡとＢとが接続されている、とは、ＡとＢとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、ＡとＢとが電気的に接続されているとは、ＡとＢとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、ＡとＢとの電気信号の授受を可能とするものをいう。

なお本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

なお図面におけるブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路や領域では、同じ回路や同じ領域内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面におけるブロック図の各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路や領域では、一つの回路ブロックで行う処理を複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。

なお、画素とは、一つの色要素（例えばＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のいずれか１つ）の明るさを制御できる表示単位に相当するものとする。従って、カラー表示装置の場合には、カラー画像の最小表示単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとする。ただし、カラー画像を表示するための色要素は、三色に限定されず、三色以上を用いても良いし、ＲＧＢ以外の色を用いても良い。

なお以下では、本発明の実施の形態、及び実施例について図面を参照しながら説明する。なお各実施の形態、及び実施例での説明は、以下の順序で行う。
１．実施の形態１ （本発明の一態様に関する基本構成について）
２．実施の形態２ （液晶表示装置の構成）
３．実施の形態３ （駆動方法の一例）
４．実施の形態４ （その他の駆動方法の一例について）
５．実施の形態５ （その他の駆動方法の一例について）
６．実施の形態６ （パネルモジュールの構成）
７．実施の形態７ （タッチパネル機能付きパネルモジュールの構成）
８．実施の形態８ （トランジスタの構成）
９．実施の形態９ （半導体膜の構成）
１０．実施の形態１０ （電子機器）
１１．実施の形態１１ （リフレッシュレートを低減する意義について）
１２．実施例 （パネルにした際の透過率の時間変化について）

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る基本構成について説明する。本発明の一態様による基本的な作用については、図１乃至図６に示すグラフ及び模式図をもって説明することができる。

本発明の一態様の液晶表示装置は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、該画素が有する液晶層の誘電率の異方性（Δε）が２以上５以下であることを特徴とするものである。

まずは液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とすることによる作用について説明する。図１に示すグラフは、誘電率の異方性を２以上５以下とする液晶層の一例として、誘電率の異方性が３．８での電圧−電流特性を示している。また図１に示すグラフは、比較のため、誘電率の異方性が５を越えた液晶層の一例として、誘電率の異方性が５．２、及び９．９での電圧−電流特性を示している。

なお誘電率の異方性が３．８の液晶層の液晶材料としては、ＴＮモードの液晶（メルク製ＭＬＣ７０３０）を用いている。また誘電率の異方性が５．２の液晶層の液晶材料としては、ＴＮモードの液晶（メルク製ＭＬＣ４７９２）を用いている。また誘電率の異方性が９．９の液晶層の液晶材料としては、ＴＮモードの液晶（メルク製ＭＬＣ３０１９）を用いている。

なお誘電率の異方性が３．８の液晶層の液晶材料は、抵抗率が４．９×１０^１４（Ω・ｃｍ）である。また、誘電率の異方性が５．２の液晶層の液晶材料は、抵抗率が８．１×１０^１３（Ω・ｃｍ）である。また、誘電率の異方性が９．９の液晶層の液晶材料は、抵抗率が２．９×１０^１３（Ω・ｃｍ）である。

図１に示す誘電率の異方性が３．８のグラフでは、電圧の上昇に伴って電流が急峻（図１中、領域１０）に変化した後に、定常状態となる。同様に誘電率の異方性が５．２、９．９のグラフでは、電圧の上昇に伴って電流が急峻（図１中、領域１０）に変化した後に、定常状態となる。

図１に示す誘電率の異方性の異なるグラフを比較すると、誘電率の異方性が大きい液晶層のほうが、電流の急峻な変化が大きいことがわかる。この電流の急峻な変化は、誘電率の異方性が大きいことで、液晶層に含まれる不純物（例えば、イオン性の不純物）の割合が大きくなり、抵抗率が小さくなることに起因する。

ここで、誘電率の異方性について説明する。誘電率の異方性は、誘電異方性ということもある。動画を表示するためには、誘電異方性は高い方がよい。

液晶層の誘電率の異方性が高いと、電界との相互作用が大きく、液晶層の挙動が速くなるため、液晶表示装置の高速動作が可能である。

しかしながら、上述したように液晶層の誘電率の異方性が５を超えると、液晶層に含まれる不純物の影響が顕著になる。液晶層中の不純物の精製は、液晶層の誘電率の異方性が５を超える場合、特に難しい。この不純物が液晶層に残留することで、液晶層の導電率が増大してしまい、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧を保持することが困難になる。

あるいは、誘電率の異方性は低い方がよいとする考え方もある。

液晶層の誘電率の異方性が低いと、液晶層中の不純物の量を低減することができるため、液晶層の導電率を低減できる。そのため、液晶層の誘電率の異方性が低い方が、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧をより長く保持することができる点で有利である。

しかしながら液晶層の誘電率の異方性が２未満であると、電界との相互作用が小さく、液晶層の挙動が遅いため、高速動作を促すために駆動電圧を高く設定する必要がある。そのために消費電力の低減を目的として、リフレッシュレートを低減する液晶層の構成としては、不適である。特に、リフレッシュレートを低減する駆動から動画表示を行うためにリフレッシュレートを増大する方に切り替えた場合に、駆動電圧が大きいと液晶表示装置全体で消費電力の増加が著しくなり、好ましくない。

従って本実施の形態における一態様として、液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とする構成が好適である。液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とする構成は、液晶層に含まれる不純物の割合を低減できるとともに、動画表示を行う際の消費電力の増大を伴うことなく、液晶層の駆動電圧を好ましい範囲に設定することが可能である。

なお液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とする場合、消費電力の増大を伴わない範囲において、液晶層の駆動電圧を高く設定することが好適である。液晶層の駆動電圧が高いと、階調値のずれに対する許容範囲が増える。つまり駆動電圧が高い分、電圧変化分に対する階調値のずれが少ない分だけフリッカーを低減できる。

なお液晶層の誘電率の異方性は、２以上５以下とする構成について説明したが、好ましくは、２．２以上４．８以下である。また、より好ましくは２．４以上４．６以下である。また、より好ましくは２．６以上４．４以下である。また、より好ましくは２．８以上４．２以下である。より好ましくは３以上４以下である。また、より好ましくは３以上３．８以下である。

なお本実施の形態で示す液晶層の説明は、一例としてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶層に基づく説明するが、他のモードであってもよい。

液晶層のＴＮモード以外の動作モードとして、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）などを用いることができる。なお液晶表示装置の各画素における画素電極は、各表示モードに従って、電極の構造等を適宜変更可能である。

以上説明したように、液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とする構成とすることで、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができ、フリッカーを抑制することができる。その結果、表示品位の向上を図ることができる。

なお同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲とは、例えば、２５６段階の透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上３階調以下のずれをいう。同一静止画像における階調値のずれとして０階調以上３階調以下の階調値のずれであれば、視認者がフリッカーを知覚しづらいものとなる。また別の例としては、１０２４段階と透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上１２階調以下のずれをいう。すなわち、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲は、表示する最大階調数の１％乃至１．２％以内が好適である。

なお本発明の一形態である、液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とする構成に、リフレッシュレートを切り替えて動画表示及び静止画表示を切り替える駆動を組み合わせることが特に好適である。リフレッシュレートを切り替えて駆動を行う液晶表示装置は、動画表示から静止画表示に切り替える際、フレーム周波数６０Ｈｚから、１Ｈｚ以下好ましくは０．２Ｈｚ以下に切り替えて、消費電力を低減する。すなわち、静止画表示時において、リフレッシュレートを低減する構成において、本実施の形態の構成は特に好適である。

リフレッシュレートを切り替えて表示を行う液晶表示装置では、動画表示時及び静止画表示時において消費電力の低減及び表示品位の低下を防ぐことが望ましい。静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、画素に電圧を書き込む間隔が開くことになる。言い換えれば、静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、一定期間、画素に電圧を書き込まれない期間が存在することとなる。

そのため、静止画表示時におけるリフレッシュレートを低減する駆動の場合、一旦画素に書き込んだ電圧を一定の値で保持できるかが重要となる。加えて、動画表示時におけるリフレッシュレートを高くして駆動する場合、フレーム周波数が高くなることを考慮して、駆動電圧を低く設定し、消費電力の低減を図ることが重要となる。

上述したように本発明の一態様では、液晶層の誘電率の異方性が５を超えるものに比べて、液晶層に含まれる不純物を低減する構成としている。そのため、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さく、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧を保持することができる。

また、本発明の一態様では、液晶層の誘電率の異方性が２未満であるものに比べて、駆動電圧を小さく設定することができる。駆動電圧を低減して動作する構成とすることで、動画表示に切り替えた際にフレーム周波数が高くなった際の、消費電力の増大を抑制することができる。

また本発明の一態様は、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さくできるため、画素の保持容量を予め大きくすることなく、フリッカーを低減する構成とすることができる。そのため、フリッカーを低減するために、保持容量を大きくして設計する必要がない。そのため、保持容量を小さくして設計することができ、画素の高精細化を図ることができる。画素を高精細化してリフレッシュレートを低減することで、目の疲労を軽減することができる。

なお本実施の形態の構成のように、リフレッシュレートを１Ｈｚ以下として静止画表示を行う場合には、以下の要件を有することで目に優しい液晶表示装置とすることができる。具体的な要件としては、静止画像を視認する際、液晶層を透過して視認者側に射出する光を、該光に含まれる波長が４２０ｎｍより長い波長、好ましくは４４０ｎｍより長い波長を有する光とし、且つ画素の精細度を１５０ｐｐｉ以上、好ましくは２００ｐｐｉ以上の表示部を用いて表示される画像とすることである。

また、液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とすることによる、残留ＤＣの時間変化について説明する。図２５に示すグラフは、液晶層を挟持する電極に対して１時間、５Ｖの電圧を印加し、その後電極間を１秒間短絡してから該電極間を開放した状態における電圧の時間変化を示している。なお図２５におけるグラフでは、電極間を開放状態としてからの残留ＤＣの時間変化について示している。

なお残留ＤＣとは、液晶層に電圧を印加することに伴い、電極間に滞留する電荷に起因した電圧のことをいう。この電圧によって、液晶層に電圧を印加する期間では、本来印加した電圧とは別に余分な電圧が電極間に印加されることになる。また液晶層に電圧を印加しない期間であっても、液晶層に滞留する電荷によって、電極間に電圧が残ることになる。なお液晶材料を電極で挟持する構成において電極上に配向膜を形成する場合、電極間とは配向膜間のことをいう。

図２５に示すグラフでは、誘電率の異方性を２以上５以下とする液晶層の一例として、誘電率の異方性が３．８の液晶層を示し、比較例として誘電率の異方性が５．２、及び９．９の液晶層を併せて示している。各液晶層の液晶材料としては、図１で用いた液晶材料と同じである。

図２５に示す誘電率の異方性が３．８のグラフでは、電極間を開放状態直後に電圧の上昇が見られるものの、時間の経過に伴い、液晶層に含まれる不純物に起因して残留する電圧が減少することがわかる。一方で、誘電率の異方性が５．２、９．９のグラフでは、電極間を開放状態直後に電圧の上昇が非常に大きく、時間の経過に伴い、液晶層に含まれる不純物に起因して残留する電圧が減少するものの、時間の経過を経ても残ることがわかる。

図２５に示す誘電率の異方性の異なるグラフを比較すると、誘電率の異方性が大きい液晶層のほうが、電極間を開放状態とした直後の電圧が大きいことがわかる。この液晶材料による電圧の差は、誘電率の異方性が大きいことで、液晶層に含まれる不純物の割合が大きくなることに起因する。そのため、液晶層に含まれる不純物の割合の少ない、本発明の一態様における誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とする構成の方が、電極間を開放後の残留ＤＣの影響を低減できる。

次いで、図２８に液晶層の誘電率の異方性の異なる液晶層（Δε＝３．８，５．２，９．９）について、３０℃における電圧保持率（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｒａｔｉｏ：ＶＨＲ）の時間変化のグラフを示す。図２８に示すグラフは、液晶層を挟持する電極に対して電圧を印加し、開放後の電圧変化の様子を測定している。測定の結果、抵抗率の増加に伴って電圧保持率が増加することが分かった。液晶層に電圧を印加しない期間であっても、階調値のずれを抑えるためには、電圧保持率が大きいことが好ましい。

次いで図２乃至図６では、図１で説明した液晶層の誘電率の異方性を２以上５以下とすることにより、画素に書き込まれる電圧の変化に応じた階調数のずれを許容できる範囲に収めることができる構成について説明をする。

まず図２では、後に説明する図３乃至図６において液晶層の具体例を説明するための液晶層の特性について説明する。

図２（Ａ）は、液晶層に用いるＴＮモードの電圧−透過率についてのグラフである。

図２（Ａ）に示すグラフは、所謂ノーマリーホワイト液晶素子のカーブを示すものである。液晶層は、液晶層を挟持する電極に印加される電圧に応じた電界により、液晶層を構成する液晶分子の配向の様子が変化し、偏向された光の透過量を制御する。図２（Ａ）において、電圧Ｖｍａｘは、液晶層を通過する光の透過率を０とするための電圧である。また電圧Ｖｍｉｎは、液晶層を通過する光の透過率を最大にするための電圧である。また電圧Ｖｍｉｄは、液晶層を通過する光の透過率を半分（５０％）とするための電圧である。

また図２（Ｂ）に示すグラフは、液晶層に印加する電圧と、階調についてのグラフである。図２（Ｂ）で、例えば白か黒の画像を表示する場合は、電圧Ｖｍａｘ又はＶｍｉｎを印加することで、光の透過率が変化するため、階調値もＧｍａｘと０とで切り替えて表示を行うことができる。

また図２（Ｂ）で、色の濃淡を表すために多階調で画像を表示する場合は、電圧Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｄ、Ｖｍｉｎといった複数の電圧を印加することで、光の透過率が変化し、階調値もＧｍａｘ、Ｇｍｉｄ、０と切り替えて表示を行うことができる。つまりさらに多くの階調を表示するには、電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖｍｉｎとの間で複数の電圧レベルを設定し、その電圧レベルに応じて透過率が変化することを利用して、複数の階調値を表示可能な液晶表示装置を実現している。

この場合、液晶層に印加する電圧値が変化しなければ、光の透過率も変化しないため、所望の階調が得られることになる。一方で、アクティブマトリクス型の液晶表示装置における、画素の液晶層では該液晶層を流れる電流によって、液晶層に印加する電圧値が経時的に変化する。具体的には、一定期間経過することで、電圧値がΔＶだけ変化すると、階調値もΔＧだけ変化することになる。一旦画素に書き込んだ電圧値の変化が、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、視認者がフリッカーを知覚してしまい、結果として表示品位の低下を招くこととなる。

次いで、図２（Ｃ）には、液晶層を挟持する電極についての断面模式図である。図２（Ｃ）では、図２（Ａ）で説明した電圧Ｖｍｉｎとする際の液晶層の配向の様子（初期配向状態）、及び電圧Ｖｍａｘとする際の液晶層の配向の様子（飽和配向状態）を表している。

なお初期配向状態は、電圧が印加されていない状態での液晶分子の状態を表すものであり、ＴＮ液晶でいえば、電極間で９０°ねじれた関係の液晶の状態となる。また飽和配向状態は、電圧が印加されることで液晶分子が傾伏または立ち上がりの挙動がこれ以上電圧を印加してもほとんど挙動しない限界の状態である。

図２（Ｃ）では、第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４、及び液晶分子１５の断面模式図を示している。なお第１の電極１１は、画素電極に相当する電極である。第２の電極１２は、対向電極に相当する電極である。

また初期配向状態の誘電率をε⊥、飽和配向状態の誘電率をε‖とする。初期配向状態の誘電率ε⊥と飽和配向状態の誘電率ε‖の差が、上述した誘電率の異方性（Δε）として表すことができる。

また図３は、図２（Ｃ）で示した液晶層を挟持する電極に電圧Ｖｍｉｄを印加した場合における透過率の変化を観察するための構成の模式図である。

図３では、図２（Ａ）で説明した電圧Ｖｍｉｄとする際の液晶層の配向の様子（中間配向状態）を表している。また図３では、図２（Ｃ）で説明した第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４及び液晶分子１５に加えて、偏光板２１、偏光板２２、光検出器２３を示している。また、図３中、矢印は光を表しており、矢印２４は液晶層に入射する光、矢印２５は液晶層を透過する光を表している。なお矢印２４による光は、液晶表示装置におけるバックライトに相当する光である。なお図３に示す、第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４、液晶分子１５、偏光板２１及び偏光板２２を含む構成を液晶素子ということもある。

また図３における各構成の詳細は以下の通りである。第１の電極１１及び第２の電極１２は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）を１１０ｎｍの膜厚として設けている。配向膜１３及び配向膜１４は、ポリイミド膜（日産化学工業株式会社製ＳＥ−７４９２）を７０ｎｍの膜厚として設けている。液晶分子１５としては、２種類の誘電率の異なるＴＮモードの液晶材料（メルク製ＺＬＩ４７９２、メルク製ＭＬＣ７０３０）を設けている。配向膜１３と配向膜１４の間のセルギャップの距離は、４μｍとしている。また液晶層に電圧を印加して光の透過率を制御することで表示する階調数は、２５６階調として測定をおこなっている。

図４（Ａ）は、図１で説明した誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して電圧を印加した際の透過率の時間変化について示したものである。第１の電極１１には、フレーム周波数として１Ｈｚの駆動電圧波形（図４（Ａ）中、上側の矩形波）により電圧を印加する。第２の電極１２には、０Ｖの電圧を印加する。そして液晶層に電圧Ｖｍｉｄとなる電圧＋２．５Ｖまたは−２．５Ｖを交互に印加する場合の、透過率の時間変化（図４（Ａ）中、下側の鋸波形）について表したものである。

図４（Ｂ）に示す図は、図４（Ａ）と同様にして得られる、誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して、電圧を印加した際の透過率の時間変化（図４（Ｂ）中、上側の鋸波形）について示したものである。また図４（Ｂ）に示す図は、図４（Ａ）と同様にして得られる、誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して、電圧を印加した際の透過率の時間変化（図４（Ｂ）中、下側の鋸波形）について示したものである。

誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子において、階調数のずれが最大で１．１階調分（透過率：０．３５％）のずれであるのに対して、誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子は、階調数のずれが最大で１．７階調（透過率：０．４３％）のずれであると見積もられる。

図４（Ｂ）に示す鋸波形は、上述した液晶層に含まれる不純物に起因する残留ＤＣによるものである。従って、液晶層に含まれる不純物の割合の少ない、本発明の一態様における誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とする構成の方が、残留ＤＣによる透過率の揺らぎを低減することができる。

つまり、誘電率の異方性は、本発明の一態様の範囲に入る、誘電率の異方性が３．８の方が階調数のずれを低減できることがわかる。

また別の例として、図５（Ａ）は、図１で説明した誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して、電圧を印加した際の透過率の時間変化について示したものである。第１の電極１１には、フレーム周波数として０．２Ｈｚの駆動電圧波形（図５（Ａ）中、上側の矩形波）により電圧を印加する。第２の電極１２には、０Ｖの電圧を印加する。そして液晶層に電圧Ｖｍｉｄとなる電圧＋２．５Ｖまたは−２．５Ｖを交互に印加する場合の、透過率の時間変化（図５（Ａ）中、下側の鋸波形）について表したものである。

図５（Ｂ）に示す図は、図５（Ａ）と同様にして得られる、誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して、電圧を印加した際の透過率の時間変化（図５（Ｂ）中、上側の鋸波形）について示したものである。また図５（Ｂ）に示す図は、図５（Ａ）と同様にして得られる、誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子に対して、電圧を印加した際の透過率の時間変化（図５（Ｂ）中、下側の鋸波形）について示したものである。

誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子において、階調数のずれが最大で２．２階調分（透過率：０．７％）のずれであるのに対して、誘電率の異方性が５．２のＴＮモードの液晶層を有する液晶素子は、階調数のずれが最大で３．４階調（透過率：０．８９％）のずれであると見積もられる。

図５（Ｂ）に示す鋸波形は、上述した液晶層に含まれる不純物に起因する残留ＤＣによるものである。従って、図４（Ｂ）と同様に、液晶層に含まれる不純物の割合の少ない、本発明の一態様における誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とする構成の方が、残留ＤＣによる透過率の揺らぎを低減することができる。

つまり、誘電率の異方性は、本発明の一態様の範囲に入る、誘電率の異方性が３．８の方が階調数のずれを低減できることがわかる。また３階調を超えるずれは上述したようにフリッカーとして視認されるため、誘電率の異方性が、本発明の一態様における誘電率の異方性の取りうる範囲である２以上５以下から外れる範囲とする場合に、所望の効果が得られないことがわかる。

なお図４及び図５において、フレーム周波数の一例として、１Ｈｚの場合と、０．２Ｈｚの場合を説明したが、他の周波数とすることもできる。フレーム周波数は、液晶モード及び／または液晶層に用いる材料に応じて適宜設定すればよい。

また図６には、図４及び図５で説明したフレーム周波数、誘電率の異方性、及び階調値のずれ量についてまとめて示したものである。図６より、誘電率の異方性が３．８の場合、階調値のずれ量が３階調分以下に抑えられているのに対し、誘電率の異方性が５．２の場合、階調値のずれ量がフレーム周波数が１Ｈｚでは３階調分以下に抑えられているものの、０．２Ｈｚでは３階調分を越える値になることがわかる。

図６に示す通り、本発明の一態様における誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とすることで、一旦画素に書き込んだ電圧の変化に起因する、階調値のずれを３以下とすることができる。そのため、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。

あるいは、画素に書き込んだ電圧の変化に起因する階調値のずれの、他の一因として、配向膜と液晶層の電気的特性の違いにより生じる電荷の蓄積が挙げられる。リーク電流は、配向膜及び液晶層を介して流れる。そのため、配向膜に流れるリーク電流の電流密度と、液晶層に流れるリーク電流の電流密度とは、同じ値になる。しかし、配向膜と液晶層とは、誘電率εと抵抗率ρの積に比例する緩和時間τに差がある。よって、液晶層にリーク電流が流れると、配向膜と液晶層の界面近傍に電荷が蓄積し、当該界面近傍に残留ＤＣが発生する。

Ｍａｘｗｅｌｌ−Ｗａｇｎｅｒの多層誘電体の理論により導かれる式（１）を満たすことで、配向膜と液晶層の界面近傍に蓄積する電荷を抑制し、残留ＤＣを低減することができる。なお式（１）中、ε_ＬＣは液晶層の誘電率、ρ_ＬＣは液晶層の抵抗率、ε_ＡＬは配向膜の誘電率、ρ_ＡＬは配向膜の抵抗率を表している。

式（１）の条件に近づけるためには、液晶層の抵抗率及び配向膜の抵抗率の双方をできるだけ近づけることが好ましい。配向膜の抵抗率は液晶層の抵抗率に比べて大きいため、液晶層と配向膜の抵抗率を近づけるためには、液晶層の抵抗率を上げるか、配向膜の抵抗率を下げるかであるが、上述したように液晶層の抵抗率を上げることが好ましい。

具体的に、誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とした液晶層として、誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を用い、異なる物性値の配向膜を用いて残留ＤＣの違いを測定した。この測定結果を図２９に示す。図２９は、抵抗率が４×１０^１５（Ω・ｃｍ）の配向膜を配向膜Ａとし、抵抗率が２×１０^１４（Ω・ｃｍ）の配向膜を配向膜Ｂとして、横軸に時間、縦軸に残留ＤＣによる電圧値としたグラフである。

また図３０には、誘電率の異方性が３．８のＴＮモードの液晶層を用い、配向膜Ａと配向膜Ｂによる、液晶表示装置の電圧保持率の変化についてのグラフを示す。

図２９からわかるように、配向膜の抵抗率を下げることで、残留ＤＣを抑制できることが確認できた。しかし図３０に示すように、液晶層及び配向膜の双方の抵抗率の減少によりリーク電流が増加し、電圧保持率が低下することも確認できた。

本実施の形態の構成のようにリフレッシュレートを低減して駆動する場合には、配向膜及び液晶層の双方の抵抗率を増加させて、双方の抵抗率を近づけることが好ましいことが確認できた。

以上の結果を踏まえると、誘電率の異方性の取りうる範囲を２以上５以下とした液晶層を用いること、液晶層の電圧保持率の高い材料を用いること、配向膜と液晶層の抵抗率を増加させ且つ双方を近づけることで残留ＤＣを抑えること、がより好ましい。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示した液晶層を備えた液晶表示装置の一例について、図７及び図８を参照しながら説明する。

具体的には、画素を選択するＧ信号を６０Ｈｚ以上の頻度で出力する第１のモードと、１Ｈｚ以下の頻度、好ましくは０．２Ｈｚ以下の頻度で出力する第２のモードを備える液晶表示装置について説明する。

図７は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の構成を説明するブロック図である。

図８は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明するブロック図及び回路図である。

＜１．液晶表示装置の構成＞
本実施の形態で、図７に例示して説明する表示機能を有する液晶表示装置６００は、入力される第１の駆動信号（Ｓ信号ともいう）６３３＿Ｓを保持し、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じて画像を表示する表示素子６３５を含む画素回路６３４を有する画素部６３１と、Ｓ信号６３３＿Ｓを画素回路６３４に出力する第１の駆動回路（Ｓ駆動回路ともいう）６３３と、画素回路６３４を選択する第２の駆動信号（Ｇ信号ともいう）６３２＿Ｇを画素回路６３４に出力する第２の駆動回路（Ｇ駆動回路ともいう）６３２と、を有する。

そして、Ｇ駆動回路６３２は、Ｇ信号６３２＿Ｇを画素に１秒間に３０回以上の頻度、好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する第１のモードと、１日に１回以上１秒間に０．１回未満の頻度、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する第２のモードを備える。

なお、Ｇ駆動回路６３２は、入力されるモード切り替え信号に応じて第１のモードと第２のモードとを切り替える。

また、画素回路６３４は画素６３１ｐに設けられ、画素６３１ｐは画素部６３１に複数設けられ、画素部６３１は表示部６３０に設けられている。

表示機能を有する液晶表示装置６００は演算装置６２０を備える。演算装置６２０は一次制御信号６２５＿Ｃと一次画像信号６２５＿Ｖを出力する。

液晶表示装置６００は制御部６１０を備え、制御部６１０はＳ駆動回路６３３とＧ駆動回路６３２を制御する。

表示素子６３５に液晶素子を適用する場合、光供給部６５０を表示部６３０に設ける。光供給部６５０は液晶素子が設けられた画素部６３１に光を供給し、バックライトとして機能する。

表示機能を有する液晶表示装置６００は、画素部６３１に設けられた複数の画素回路６３４から一を選択する頻度を、Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇを用いて変えることができる。その結果、液晶表示装置６００を使用する者へ与えうる目の疲労が低減された表示機能を有する液晶表示装置を提供することができる。

以下に、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を構成する個々の要素について説明する。

＜２．演算装置＞
演算装置６２０は、一次画像信号６２５＿Ｖ及び一次制御信号６２５＿Ｃを生成する。

また、演算装置６２０が、モード切り替え信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを生成する。

例えば入力手段５００から入力される画像切り替え信号５００＿Ｃに応じて、演算装置６２０がモード切り替え信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを出力して良い。

第２のモードのＧ駆動回路６３２に、制御部６１０を介して、画像切り替え信号５００＿Ｃが、入力手段５００から入力されると、Ｇ駆動回路６３２は第２のモードから第１のモードに切り替わり、Ｇ信号を１回以上出力し、その後第２のモードに切り替わる。

例えば、入力手段５００がページめくり動作を検知した場合、入力手段５００は画像切り替え信号５００＿Ｃを演算装置６２０に出力する。

演算装置６２０は、ページめくり動作信号を含む一次画像信号６２５＿Ｖを生成し、画像切り替え信号５００＿Ｃを含む一次制御信号６２５＿Ｃと共に当該一次画像信号６２５＿Ｖを出力する。

制御部６１０は、画像切り替え信号５００＿ＣをＧ駆動回路６３２に出力し、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿ＶをＳ駆動回路６３３に出力する。

Ｇ駆動回路６３２は第２のモードから第１のモードに切り替わり、Ｇ信号６３２＿Ｇを観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度の速さで、信号を出力する。

一方、Ｓ駆動回路６３３は、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿Ｖから生成したＳ信号６３３＿Ｓを画素回路６３４に出力する。

これにより、画素６３１ｐは、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿Ｖが与えられることで、ページめくり動作を含む多数のフレーム画像を短時間に表示できるため、なめらかなページめくり動作を表示できる。

また、演算装置６２０が表示部６３０に出力する一次画像信号６２５＿Ｖが動画像か静止画像かを判別し、一次画像信号６２５＿Ｖが動画像である場合に、第１のモードを選択する切り替え信号を、静止画像である場合は第２のモードを選択する切り替え信号を、当該演算装置６２０が出力する構成としてもよい。

なお、動画像か静止画像かを判別する方法としては、一次画像信号６２５＿Ｖに含まれる一のフレームとその前後のフレームの信号の差分が、あらかじめ定められた差分より大きいときに動画像と、それ以下のときに静止画像と、判別すればよい。

また、第２のモードから第１のモードに切り替わったとき、Ｇ信号６３２＿Ｇを１回以上の所定の回数出力し、その後第２のモードに切り替わる構成としてもよい。

＜３．制御部＞
制御部６１０は、一次画像信号６２５＿Ｖから生成した二次画像信号６１５＿Ｖを出力する（図７参照）。なお、一次画像信号６２５＿Ｖを表示部６３０に直接出力する構成としても良い。

制御部６１０は、垂直同期信号、水平同期信号などの同期信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを用いて、スタートパルス信号ＳＰ、ラッチ信号ＬＰ、パルス幅制御信号ＰＷＣなどの二次制御信号６１５＿Ｃを生成し、表示部６３０に供給する機能を有する。なお、二次制御信号６１５＿Ｃには、クロック信号ＣＫなども含まれる。

また、反転制御回路を制御部６１０に設け、制御部６１０が、反転制御回路が通知するタイミングに従って、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させる機能を備える構成とすることもできる。具体的に、二次画像信号６１５＿Ｖの極性の反転は、制御部６１０において行われてもよいし、制御部６１０からの命令に従って、表示部６３０内で行われてもよい。

反転制御回路は、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、同期信号を用いて定める機能を有する。例示する反転制御回路は、カウンタと、信号生成回路とを有する。

カウンタは、水平同期信号のパルスを用いてフレーム期間の数を数える機能を有する。

信号生成回路は、カウンタにおいて得られたフレーム期間の数の情報を用いて、連続する複数フレーム期間ごとに二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるべく、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、制御部６１０に通知する機能を有する。

＜４．表示部＞
表示部６３０は、各画素に表示素子６３５を有する画素部６３１と、Ｓ駆動回路６３３、Ｇ駆動回路６３２などの駆動回路を有する。画素部６３１は、表示素子６３５が設けられた画素６３１ｐを、複数有する（図７参照）。

表示部６３０に入力される二次画像信号６１５＿Ｖは、Ｓ駆動回路６３３に与えられる。また、電源電位、二次制御信号６１５＿Ｃは、Ｓ駆動回路６３３及びＧ駆動回路６３２に与えられる。

なお、二次制御信号６１５＿Ｃには、Ｓ駆動回路６３３の動作を制御するＳ駆動回路用のスタートパルス信号ＳＰ、Ｓ駆動回路用のクロック信号ＣＫ、ラッチ信号ＬＰ、Ｇ駆動回路６３２の動作を制御するＧ駆動回路用のスタートパルス信号ＳＰ、Ｇ駆動回路用のクロック信号ＣＫ、パルス幅制御信号ＰＷＣなどが含まれる。

表示部６３０の構成の一例を図８（Ａ）に示す。

図８（Ａ）に示す表示部６３０には、画素部６３１に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線Ｇと、選択された画素６３１ｐに二次画像信号６１５＿Ｖから生成されたＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線Ｓとが設けられている。

走査線ＧへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、Ｇ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＳへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線Ｇの少なくとも一つと、信号線Ｓの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。

なお、画素部６３１に設けられる配線の種類及びその数は、画素６３１ｐの構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図８（Ａ）に示す画素部６３１の場合、ｘ列×ｙ行の画素６３１ｐがマトリクス状に配置されており、信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘ、走査線Ｇ１乃至走査線Ｇｙが、画素部６３１内に配置されている場合を例示している。

＜４−１．画素＞
各画素６３１ｐは、表示素子６３５と、当該表示素子６３５を含む画素回路６３４を有する。

＜４−２．画素回路＞
本実施の形態では、画素回路６３４の一例として、液晶素子６３５ＬＣを表示素子６３５に適用する構成を図８（Ｂ）に示す。

画素回路６３４は、液晶素子６３５ＬＣへのＳ信号６３３＿Ｓの供給を制御するトランジスタ６３４ｔを有する。トランジスタ６３４ｔと表示素子６３５の接続関係の一例について説明する。

トランジスタ６３４ｔのゲートが、走査線Ｇ１から走査線Ｇｙのいずれか１つに接続されている。トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの一方は、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘのいずれか１つに接続され、トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの他方は、表示素子６３５の第１電極に接続されている。

なお、画素６３１ｐは、必要に応じて液晶素子６３５ＬＣの第１電極と第２電極間の電圧を保持するための容量素子６３４ｃの他、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を有していても良い。

図８（Ｂ）に例示する画素６３１ｐは、Ｓ信号６３３＿Ｓの画素６３１ｐへの入力を制御するスイッチング素子として、一のトランジスタ６３４ｔを用いる。ただし、一のスイッチング素子として機能する、複数のトランジスタを画素６３１ｐに用いていてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよいし、直列と並列が組み合わされて接続されていてもよい。

なお、画素回路６３４の容量は適宜調整すればよい。例えば、後述する第２のモードにおいて、Ｓ信号６３３＿Ｓを比較的長い期間（具体的には、１／６０ｓｅｃ以上）保持する場合には、容量素子６３４ｃを設ける。また、容量素子６３４ｃ以外の構成を用いて、画素回路６３４の容量を調節してもよい。例えば、液晶素子６３５ＬＣの第１の電極と第２の電極を重ねて設ける構成により、実質的に容量素子を形成してもよい。

なお、画素回路６３４は、表示素子６３５の種類、または駆動方法に応じた構成を選択して用いることができる。

＜４−２ａ．表示素子＞
液晶素子６３５ＬＣは、第１電極及び第２電極並びに第１電極と第２電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層を有している。液晶素子６３５ＬＣは、第１電極と第２電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化して、透過率が変化する。よって、表示素子６３５は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

＜４−２ｂ．トランジスタ＞
トランジスタ６３４ｔは、表示素子６３５の第１電極に、信号線Ｓの電位を与えるか否かを制御する。表示素子６３５の第２電極には、所定の基準電位Ｖｃｏｍが与えられている。

なお、本発明の一態様の液晶表示装置に好適なトランジスタとして酸化物半導体を用いたトランジスタを適用することができる。酸化物半導体を用いたトランジスタの詳細については、実施の形態８、９を参酌することができる。

＜５．光供給部＞
光供給部６５０には、複数の光源が設けられている。制御部６１０は、光供給部６５０が有する光源の駆動を制御する。

光供給部６５０の光源としては、冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電場を加えることでルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が発生するＯＬＥＤ素子などを用いることができる。

特に、光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成が好ましい。光源が発する光に含まれる青色を呈する光は、眼の角膜や水晶体で吸収されずに、網膜まで到達する。したがって光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成とすることで、長期的な網膜への影響（例えば、加齢黄斑変性など）や、夜中まで青色の光に暴露された際の概日リズム（サーカディアン・リズム：Ｃｉｒｃａｄｉａｎ ｒｈｙｔｈｍ）への悪影響などを低減できる。また、光源が発する光は、４２０ｎｍより長い波長、好ましくは４４０ｎｍより長い波長を有することが好ましい。

図２４に、好ましいバックライトからの発光のスペクトルを示す。ここで図２４には、バックライトの光源として、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）を用いた場合の、各ＬＥＤからの発光のスペクトルの例を示している。図２４では、４２０ｎｍ以下の範囲で、放射照度がほとんど観測されていない。このような光源をバックライトとして用いた表示部は、使用者の目の疲労を低減できる。

これにより、短波長の光の輝度を低減することにより、使用者の目の疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。

＜６．入力手段＞
入力手段５００としては、タッチパネル、タッチパッド、マウス、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、撮像装置などを用いることができる。演算装置６２０は、入力手段５００から入力される電気信号と表示部の座標を関連づけることができる。これにより、使用する者が表示部に表示される情報を処理するための命令を入力することができる。

使用する者が入力手段５００から入力する情報としては、例えば表示部に表示される画像の表示位置を変えるためにドラッグする命令、表示されている画像を送り次の画像を表示するためにスワイプする命令、巻物状の画像を順に送るためにスクロールする命令、特定の画像を選択する命令、画像を表示する大きさを変化するためにピンチする命令の他、手書き文字入力する命令などを挙げることができる。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２に示した液晶表示装置（表示装置ともよぶ）の駆動方法の一例について、図８乃至図１０を参照しながら説明する。

図８は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明するブロック図及び回路図である。

図９は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成の変形例を説明するブロック図である。

図１０は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図である。
＜１．Ｓ信号の画素部への書き込み方法＞
図８（Ａ）または図９に例示する画素部６３１に、Ｓ信号６３３＿Ｓを書き込む方法の一例を説明する。具体的には、Ｓ信号６３３＿Ｓを、画素部６３１の、図８（Ｂ）に例示する画素回路を備える画素６３１ｐのそれぞれに書き込む方法を説明する。

＜画素部への信号の書き込み＞
第１フレーム期間において、走査線Ｇ１にパルスを有するＧ信号６３２＿Ｇが入力されることで、走査線Ｇ１が選択される。選択された走査線Ｇ１に接続された複数の各画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔが導通状態になる。

トランジスタ６３４ｔが導通状態の時（１ライン期間）に、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに二次画像信号６１５＿Ｖから生成したＳ信号６３３＿Ｓの電位が与えられる。そして、導通状態のトランジスタ６３４ｔを介して、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位に応じた電荷が容量素子６３４ｃに蓄積され、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が液晶素子６３５ＬＣの第１電極に与えられる。

第１フレーム期間の走査線Ｇ１が選択されている期間において、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが全ての信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘに、順に入力される。走査線Ｇ１と、信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘとにそれぞれ接続された画素６３１ｐ内の第１電極（Ｇ１Ｓ１）乃至第１電極（Ｇ１Ｓｘ）には、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが与えられる。これにより、液晶素子６３５ＬＣの透過率が、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によって制御され、各画素が階調を表示する。

同様にして、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙが順に選択され、走査線Ｇ１が選択されていた期間と同様の動作が、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙの各走査線に接続された画素６３１ｐにおいて順次繰り返される。上記動作により、画素部６３１において、第１フレームの画像を表示することができる。

なお、本発明の一態様では、必ずしも走査線Ｇ１乃至走査線Ｇｙを順に選択する必要はない。

なお、Ｓ駆動回路６３３から信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘに、Ｓ信号６３３＿Ｓを順に入力する点順次駆動を用いることも、一斉にＳ信号６３３＿Ｓを入力する線順次駆動を用いることができる。或いは、複数の信号線Ｓごとに順に、Ｓ信号６３３＿Ｓを入力する駆動方法を用いていても良い。

また、プログレッシブ方式を用いた走査線Ｇの選択方法に限らず、インターレース方式を用いて走査線Ｇの選択を行うようにしても良い。

また、任意の一フレーム期間において、全ての信号線に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が同一であっても、任意の一フレーム期間において、一の信号線ごとに、画素に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が反転していても良い。

＜複数の領域に分割された画素部への信号の書き込み＞
また、表示部６３０の構成の変形例を図９に示す。

図９に示す表示部６３０には、複数の領域に分割された画素部６３１（具体的には第１領域６３１ａ、第２領域６３１ｂ、第３領域６３１ｃ）に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線Ｇと、選択された画素６３１ｐにＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線Ｓとが設けられている。

それぞれの領域に設けられた走査線ＧへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、それぞれのＧ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＳへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線Ｇの少なくとも一つと、信号線Ｓの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。

このような構成とすることで、画素部６３１を分割して駆動することができる。

例えば、入力手段５００としてタッチパネルから情報を入力する際に、当該情報が入力される領域を特定する座標を取得し、その座標に対応する領域を駆動するＧ駆動回路６３２のみを第１のモードとし、他の領域を第２のモードとしてもよい。この動作により、タッチパネルから情報が入力されなかった領域、すなわち表示画像を書き換える必要がない領域のＧ駆動回路の動作を停止することができる。

＜２．第１のモードと第２のモードのＧ駆動回路＞
Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇが入力された画素回路６３４に、Ｓ信号６３３＿Ｓが入力される。Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位を保持する。言い換えると、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が書き込まれた状態を保持する。

表示データが書き込まれた画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じた表示状態を維持する。なお、表示状態を維持するとは、表示状態の変化が一定の範囲より大きくならないように保持することをいう。上記一定の範囲は、適宜設定される範囲であり、例えば使用者が表示画像を閲覧する場合に、同じ表示画像であると認識できる表示状態の範囲に設定することが好ましい。

Ｇ駆動回路６３２は第１のモードと第２のモードを備える。

＜２−１．第１のモード＞
Ｇ駆動回路６３２の第１のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１秒間に３０回以上好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する。

第１のモードのＧ駆動回路６３２は、観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度の速さで、信号を書き換える。その結果、動画像をなめらかに表示することができる。

＜２−２．第２のモード＞
Ｇ駆動回路６３２の第２のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１日に１回以上１秒間に０．１回未満、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する。

Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓを保持し、その電位に応じた表示状態を引き続き維持する。

これにより、第２のモードでは、画素の表示の書き換えに伴うチラつき（フリッカーともいう）がない表示をすることができる。

その結果、当該表示機能を有する液晶表示装置の使用者の目の疲労を低減できる。

なお、Ｇ駆動回路６３２が消費する電力は、Ｇ駆動回路６３２が動作しない期間、低減される。

なお、第２のモードを有するＧ駆動回路６３２を用いて駆動する画素回路は、Ｓ信号６３３＿Ｓを長い期間保持する構成が好ましい。例えば、トランジスタ６３４ｔのリーク電流は、オフ状態において小さいものほど好ましい。

オフ状態においてリーク電流が小さいトランジスタ６３４ｔの構成の一例について、実施の形態８、９を参酌することができる。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、実施の形態２に示した液晶表示装置の駆動方法の一例について、図１０乃至図１２を参照しながら説明する。

図１０は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図である。

図１１は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図である。

図１２は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャートである。

＜１．オーバードライブ駆動＞
液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的に十数ｍｓｅｃ程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されやすい。

そこで、本発明の一態様では、液晶素子を用いた表示素子６３５に印加する電圧を一時的に大きくして液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしても良い。オーバードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画質を改善することができる。

また、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後においても、液晶素子を用いた表示素子６３５の透過率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧が変化しやすい。

例えば、液晶素子を用いた表示素子６３５に並列で容量素子６３４ｃを接続しない場合、または接続される容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合、上述した液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧の変化は顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短くすることができるので、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後における液晶素子を用いた表示素子６３５の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子を用いた表示素子６３５に並列で接続される容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合でも、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後に、液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。

＜２．ソースライン反転駆動及びドット反転駆動＞
図１０に例示する画素回路の信号線Ｓｉに接続されている画素６３１ｐにおいて、画素電極６３５＿１が、信号線Ｓｉと、信号線Ｓｉに隣接している信号線Ｓｉ＋１に挟まれるように、画素６３１ｐ内に配置されている。トランジスタ６３４ｔがオフの状態であるならば、画素電極６３５＿１と信号線Ｓｉは、理想的には電気的に分離している。また、画素電極６３５＿１と信号線Ｓｉ＋１も、理想的には、電気的に分離している。しかし、実際には、画素電極６３５＿１と信号線Ｓｉの間には寄生容量６３４ｃ（ｉ）が存在しており、なおかつ、画素電極６３５＿１と信号線Ｓｉ＋１の間には寄生容量６３４ｃ（ｉ＋１）が存在している（図１１（Ｃ）参照）。なお、図１１（Ｃ）には、図１０に図示されている液晶素子６３５ＬＣの替わりに、液晶素子６３５ＬＣの第１の電極または第２の電極として機能する画素電極６３５＿１が図示されている。

液晶素子６３５ＬＣの第１の電極と第２の電極を重ねて設ける構成とする場合等では、２つの電極の重なりを実質的な容量素子とすることで、液晶素子６３５ＬＣに容量配線を用いて形成された容量素子６３４ｃを接続しない場合、或いは液晶素子６３５ＬＣに接続されている容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合がある。このような場合、液晶素子の第１の電極または第２の電極として機能する画素電極６３５＿１の電位が、寄生容量６３４ｃ（ｉ）と寄生容量６３４ｃ（ｉ＋１）の影響を受けやすい。

これにより、トランジスタ６３４ｔが、画像信号の電位を保持する期間において、オフの状態であっても、画素電極６３５＿１の電位が、信号線Ｓｉまたは信号線Ｓｉ＋１の電位の変化に連動して変動する現象が起こりやすい。

画像信号の電位を保持する期間において、画素電極の電位が、信号線の電位が変化に連動して変動する現象をクロストーク現象という。クロストーク現象が発生すると、表示のコントラストが低下してしまう。例えば、液晶素子６３５ＬＣにノーマリーホワイトの液晶を用いた場合、画像が白っぽくなる。

そこで、本発明の一態様では、任意の一フレーム期間において、画素電極６３５＿１を間に挟んで配設されている信号線Ｓｉと信号線Ｓｉ＋１に、互いに逆の極性を有する画像信号を入力する駆動方法を用いるようにしても良い。

なお、逆の極性を有する画像信号とは、液晶素子の共通電極の電位を基準電位としたときに、基準電位よりも高い電位を有する画像信号と、基準電位よりも低い電位を有する画像信号とを意味する。

交互に逆の極性を有する画像信号を選択された複数の画素に順番に書き込む方法として、２つの方法（ソースライン反転およびドット反転）を例に挙げることができる。

いずれの方法においても、第１フレーム期間において、信号線Ｓｉに正（＋）の極性を有する画像信号を入力し、信号線Ｓｉ＋１に負（−）の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第２フレーム期間において、信号線Ｓｉに負（−）の極性を有する画像信号を入力し、信号線Ｓｉ＋１に正（＋）の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第３フレーム期間において、信号線Ｓｉに正（＋）の極性を有する画像信号を入力し、信号線Ｓｉ＋１に負（−）の極性を有する画像信号を入力する（図１１（Ｃ）参照）。

このような駆動方法を用いると、一対の信号線の電位が互いに逆の方向に変動するため、任意の画素電極が受ける電位の変動が打ち消される。よって、クロストークの発生を抑えることができる。

＜２−１．ソースライン反転駆動＞
ソースライン反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに逆の極性を有する画像信号を入力するものである。

ソースライン反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図１１（Ａ−１）及び図１１（Ａ−２）に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を＋の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図１１（Ａ−２）に示すフレームは、図１１（Ａ−１）に示すフレームに続くフレームを示している。

＜２−２．ドット反転駆動＞
ドット反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに、逆の極性を有する画像信号を入力し、なおかつ、同一の信号線に接続されている複数の画素において、隣接する画素に逆の極性を有する画像信号を入力するものである。

ドット反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図１１（Ｂ−１）及び図１１（Ｂ−２）に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を＋の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図１１（Ｂ−２）に示すフレームは、図１１（Ｂ−１）に示すフレームに続くフレームを示している。

＜２−３．タイミングチャート＞
次いで、図１２に、図１０に示した画素部６３１をソースライン反転で動作させた場合のタイミングチャートを示す。具体的に、図１２では、走査線Ｇ１に与えられる信号の電位と、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに与えられる画像信号の電位と、走査線Ｇ１に接続された各画素の有する画素電極の電位の、時間変化を示している。

まず、走査線Ｇ１にパルスを有する信号が入力されることで、走査線Ｇ１が選択される。選択された走査線Ｇ１に接続された複数の各画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔがオンになる。そして、トランジスタ６３４ｔがオンの状態の時に、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに画像信号の電位が与えられると、オンのトランジスタ６３４ｔを介して、画像信号の電位が液晶素子６３５ＬＣの画素電極に与えられる。

図１２に示すタイミングチャートでは、第１のフレーム期間の走査線Ｇ１が選択されている期間において、奇数番目の信号線Ｓ１、信号線Ｓ３、．．．に、正の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線Ｓ２、信号線Ｓ４、．．．信号線Ｓｘに、負の極性の画像信号が入力されている例を示している。よって、奇数番目の信号線Ｓ１、信号線Ｓ３、．．．に接続された画素６３１ｐ内の画素電極（Ｓ１）、画素電極（Ｓ３）、．．．には、正の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線Ｓ２、信号線Ｓ４、．．．信号線Ｓｘに接続された画素６３１ｐ内の画素電極（Ｓ２）、画素電極（Ｓ４）、．．．画素電極（Ｓｘ）には、負の極性の画像信号が与えられている。

液晶素子６３５ＬＣでは、画素電極と共通電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子６３５ＬＣは、画像信号の電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

信号線Ｓ１から信号線Ｓｘへの画像信号の入力が終了すると、走査線Ｇ１の選択は終了する。走査線の選択が終了すると、該走査線を有する画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔがオフになる。すると、液晶素子６３５ＬＣは、画素電極と共通電極の間に与えられた電圧を保持することで、階調の表示を維持する。そして、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙが順に選択され、走査線Ｇ１が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。

次いで、第２のフレーム期間において、再び、走査線Ｇ１が選択される。そして、第２のフレーム期間の走査線Ｇ１が選択されている期間では、第１のフレーム期間の走査線Ｇ１が選択されている期間とは異なり、奇数番目の信号線Ｓ１、信号線Ｓ３、．．．に、負の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線Ｓ２、信号線Ｓ４、．．．信号線Ｓｘに、正の極性の画像信号が入力されている。よって、奇数番目の信号線Ｓ１、信号線Ｓ３、．．．に接続された画素６３１ｐ内の画素電極（Ｓ１）、画素電極（Ｓ３）、．．．には、負の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線Ｓ２、信号線Ｓ４、．．．信号線Ｓｘに接続された画素６３１ｐ内の画素電極（Ｓ２）、画素電極（Ｓ４）、．．．画素電極（Ｓｘ）には、正の極性の画像信号が与えられている。

第２のフレーム期間においても、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘへの画像信号の入力が終了すると、走査線Ｇ１の選択は終了する。そして、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙが順に選択され、走査線Ｇ１が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。

そして、第３のフレーム期間と、第４のフレーム期間においても、上記動作が同様に繰り返される。

なお、図１２に示すタイミングチャートでは、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに、順に画像信号が入力されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに、一斉に画像信号が入力されていても良いし、複数の信号線ごとに順に画像信号が入力されていても良い。

また、本実施の形態では、プログレッシブ方式を用いた場合における、走査線の選択について説明したが、インターレース方式を用いて走査線の選択を行うようにしても良い。

なお、画像信号の電位の極性を、共通電極の基準電位を基準として反転させる反転駆動を行うことで、焼き付きと呼ばれる液晶の劣化を防ぐことができる。

しかし、反転駆動を行うと、画像信号の極性が変化する際に信号線に与えられる電位の変化が大きくなるため、スイッチング素子として機能するトランジスタ６３４ｔのソース電極とドレイン電極の電位差が大きくなる。よって、トランジスタ６３４ｔは、閾値電圧がシフトするなどの特性劣化が生じやすい。

また、液晶素子６３５ＬＣに保持されている電圧を維持するために、ソース電極とドレイン電極の電位差が大きくても、オフ電流が低いことが要求される。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置で表示可能な画像の生成方法について説明する。特に、画像の切り替えを行う際に使用者の目に優しい画像の切り替え方法、使用者の目の疲労を軽減する画像の切り替え方法、使用者の目に負担を与えない画像の切り替え方法について説明する。

画像を素早く切り替えて表示すると、使用者の目の疲労を誘発する場合がある。例えば、著しく異なる場面が切り換わる動画像や、異なる静止画を切り換える場合などが含まれる。

異なる画像を切り替えて表示する際には、瞬間的に表示を切り換えるのではなく、緩やかに（静かに）、自然に画像を切り替えて表示することが好ましい。

例えば、異なる第１の画像から第２の画像に表示を切り替える場合、第１の画像と第２の画像の間に第１の画像がフェードアウトする画像または／及び第２の画像がフェードインする画像を挿入すると好ましい。また、第１の画像がフェードアウトすると同時に、第２の画像がフェードインする（クロスフェードともいう）ように、両者の画像を重ね合わせた画像を挿入してもよく、第１の画像が第２の画像に次第に変化する様子を表示する動画（モーフィングともいう）を挿入しても良い。

具体的には、第１の静止画像を低いリフレッシュレートで表示し、続いて画像の切り替えのための画像を高いリフレッシュレートで表示した後に、第２の静止画像を低いリフレッシュレートで表示する。

＜フェードイン、フェードアウト＞
以下に、互いに異なる画像Ａと画像Ｂとを切り換える方法の一例について説明する。

図１３（Ａ）は、画像の切り換え動作を行うことができる表示装置の構成を示すブロック図である。図１３（Ａ）に示す表示装置は、演算装置７０１、記憶装置７０２、グラフィックユニット７０３、及び表示手段７０４を備える。

第１のステップにおいて、演算装置７０１は外部記憶装置等から画像Ａ、及び画像Ｂの各データを記憶装置７０２に格納する。

第２のステップにおいて、演算装置７０１は、予め設定された分割数の値に応じて、画像Ａと画像Ｂの各画像データを元に新たな画像データを順次生成する。

第３のステップにおいて、生成した画像データをグラフィックユニット７０３に出力する。グラフィックユニット７０３は入力された画像データを表示手段７０４に表示させる。

図１３（Ｂ）は、画像Ａから画像Ｂにかけて段階的に画像を切り換える際の、生成される画像データを説明するための模式図である。

図１３（Ｂ）では、画像Ａから画像ＢにかけてＮ（Ｎは自然数）個の画像データを生成し、それぞれ１個あたりの画像データをｆ（ｆは自然数）フレーム期間表示した場合について示している。したがって、画像Ａから画像Ｂに切り替わるまでの期間は、ｆ×Ｎフレームとなる。

ここで、上述したＮ、及びｆなどのパラメータは、使用者が自由に設定可能であることが好ましい。演算装置７０１はこれらのパラメータを予め取得し、当該パラメータに応じて、画像データを生成する。

ｉ番目に生成される画像データ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、画像Ａの画像データと画像Ｂの画像データに対して、それぞれに重み付けを行って足し合わせることで生成できる。例えば、ある画素において、画像Ａを表示したときの輝度（階調）をａ、画像Ｂを表示したときの輝度（階調）をｂとすると、ｉ番目に生成される画像データを表示したときの当該画素の輝度（階調）ｃは式（２）に示す値となる。

このような方法により生成された画像データを用いて、画像Ａから画像Ｂに切り換えることで、緩やかに（静かに）、自然に不連続な画像を切り替えることができる。

なお、式（２）において、全ての画素についてａ＝０の場合が、黒画像から徐々に画像Ｂに切り替わるフェードインに相当する。また、全ての画素についてｂ＝０の場合が、画像Ａからに徐々に黒画像に切り替わるフェードアウトに相当する。

上記では、２つの画像を一時的にオーバーラップさせて画像を切り換える方法について述べたが、オーバーラップさせない方法としてもよい。

２つの画像をオーバーラップさせない場合、画像Ａから画像Ｂに切り換える場合に、間に黒画像を挿入してもよい。このとき、画像Ａから黒画像に遷移する際、または黒画像から画像Ｂに遷移する際、またはその両方に、上述したような画像の切り換え方法を用いてもよい。また、画像Ａと画像Ｂの間に挿入する画像は黒画像だけでなく、白画像などの単一色の画像を用いてもよいし、画像Ａや画像Ｂとは異なる、多色の画像を用いてもよい。

画像Ａと画像Ｂとの間に他の画像、特に黒画像などの単一色の画像を挿入することで、画像の切り換えをより自然に使用者が感じ取ることができ、使用者にストレスを感じさせることなく画像を切り換えることができる。

（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置の表示手段に適用可能なパネルモジュールの構成例について、図面を参照して説明する。

図２３（Ａ）は、本実施の形態で例示するパネルモジュール２００の上面概略図である。

パネルモジュール２００は、第１の基板２０１、第２の基板２０２、及びシール材２０３に囲まれた封止領域内に、複数の画素を備える画素部２１１とゲート駆動回路２１３を備える。また、第１の基板２０１上の封止領域よりも外側の領域に外部接続電極２０５と、ソース駆動回路として機能するＩＣ２１２を備える。外部接続電極２０５に電気的に接続されたＦＰＣ２０４から、画素部２１１やゲート駆動回路２１３、ＩＣ２１２等を駆動するための電源や信号を入力することができる。

図２３（Ｂ）は、図２３（Ａ）に示したＦＰＣ２０４及びシール材２０３を含む領域を切断する切断線Ａ−Ｂと、ゲート駆動回路２１３を含む領域を切断する切断線Ｃ−Ｄと、画素部２１１を含む領域を含む領域を切断する切断線Ｅ−Ｆと、シール材２０３を含む領域を切断する切断線Ｇ−Ｈのそれぞれに沿って切断した際の、断面概略図である。

第１の基板２０１と第２の基板２０２はその外周に近い領域においてシール材２０３によって接着されている。また、第１の基板２０１、第２の基板２０２、及びシール材２０３に囲まれた領域に、少なくとも画素部２１１が設けられている。

図２３には、ゲート駆動回路２１３として、いずれもｎチャネル型のトランジスタ２３１とトランジスタ２３２を組み合わせた回路を有する例を示している。なお、ゲート駆動回路２１３の構成はこれに限られず、ｎチャネル型のトランジスタとｐチャネル型のトランジスタを組み合わせた種々のＣＭＯＳ回路や、ｐチャネル型のトランジスタを組み合わせた回路を有する構成としてもよい。本構成例では、第１の基板２０１上にゲート駆動回路２１３が形成されたドライバ一体型のパネルモジュールの構成を示すが、ゲート駆動回路とソース駆動回路の一方または両方を異なる基板に設ける構成としてもよい。例えば、ＣＯＧ方式により駆動回路用ＩＣを実装してもよいし、ＣＯＦ方式により駆動回路用ＩＣが実装されたフレキシブル基板（ＦＰＣ）を実装してもよい。本構成例では、ソース駆動回路として機能するＩＣ２１２をＣＯＧ方式により第１の基板２０１上に設ける構成を示している。

なお、画素部２１１、ゲート駆動回路２１３が備えるトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。また、トランジスタに用いる半導体材料としては、例えばシリコンやゲルマニウムなどの半導体材料を用いてもよいし、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくともひとつを含む酸化物半導体を用いてもよい。

また、トランジスタに用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化が抑制されるため好ましい。

インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくともひとつを含む酸化物半導体としては、代表的にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などが挙げられる。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい酸化物半導体を用いると、オフ時のリーク電流を抑制できるため好ましい。好ましい酸化物半導体の詳細については、後の実施の形態８，９で説明する。

図２３（Ｂ）には、画素部２１１の一例として、一画素分の断面構造を示している。画素部２１１は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが適用された液晶素子２５０を備える。

１つの画素には少なくともスイッチング用のトランジスタ２５６を備える。また１つの画素に図示しない保持容量を有していてもよい。また、トランジスタ２５６のソース電極またはドレイン電極と電気的に接続する第１の電極２５１が絶縁層２３９上に設けられている。

画素に設けられる液晶素子２５０は、絶縁層２３９上に設けられた第１の電極２５１と、第２の基板２０２上に設けられた第２の電極２５３と、第１の電極２５１と第２の電極２５３に挟持された液晶２５２を有する。

第１の電極２５１及び第２の電極２５３には、透光性の導電性材料を用いる。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物、又はグラフェンを用いることができる。

また、少なくとも画素部２１１と重なる領域において、第２の基板２０２上にカラーフィルタ２４３と、ブラックマトリクス２４２が設けられている。

カラーフィルタ２４３は、画素からの透過光を調色し、色純度を高める目的で設けられている。例えば、白色のバックライト用いてフルカラーのパネルモジュールとする場合には、異なる色のカラーフィルタを設けた複数の画素を用いる。その場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタを用いてもよいし、これに黄色（Ｙ）を加えた４色とすることもできる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ（及びＹ）に加えて白色（Ｗ）の画素を用い、４色（又は５色）としてもよい。

また、隣接するカラーフィルタの２４３の間に、ブラックマトリクス２４２が設けられている。ブラックマトリクス２４２は隣接する画素から回り込む光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制する。ブラックマトリクス２４２は異なる発光色の隣接画素間にのみ配置し、同色画素間には設けない構成としてもよい。ここで、カラーフィルタ２４３の端部を、ブラックマトリクス２４２と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。ブラックマトリクス２４２は、画素の透過光を遮光する材料を用いることができ、金属材料や顔料を含む樹脂材料などを用いて形成することができる。なお、図２３に示すようにブラックマトリクス２４２はゲート駆動回路２１３などの画素部２１１以外の領域に設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制できるため好ましい。

また、カラーフィルタ２４３とブラックマトリクス２４２を覆うオーバーコート２５５が設けられている。オーバーコート２５５を設けることにより、カラーフィルタ２４３やブラックマトリクス２４２に含まれる顔料などの不純物が液晶２５２に拡散することを抑制できる。オーバーコートは透光性の材料を用い、無機絶縁材料や有機絶縁材料を用いることができる。

なお、オーバーコート２５５上に、第２の電極２５３が設けられている。

さらに、オーバーコート２５５のブラックマトリクス２４２と重なる領域に、スペーサ２５４が設けられている。スペーサ２５４には、樹脂材料を用いると厚く形成できるため好ましい。例えばポジ型またはネガ型の感光性樹脂を用いて形成することができる。また、スペーサ２５４として遮光性の材料を用いると、隣接する画素から回り込む光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制することができる。なお、本構成例ではスペーサ２５４を第２の基板２０２側に設ける構成としたが、第１の基板２０１側に設ける構成としてもよい。また、スペーサ２５４として、球状の酸化シリコンなどの粒を用い、液晶２５２が設けられる領域に散布された構成としてもよい。

第１の電極２５１と第２の電極２５３の間に電圧を印加することにより、電極面に対して垂直方向に電界が生じ、該電界によって液晶２５２の配向が制御され、パネルモジュールの外部に配置されたバックライトからの光の偏光を画素単位で制御することにより、画像を表示することができる。

液晶２５２と接する面には、液晶２５２の配向を制御するための配向膜を設けてもよい。配向膜には透光性の材料を用いる。

本構成例では、液晶素子２５０と重なる領域にカラーフィルタが設けられているため、色純度が高められたフルカラーの画像表示を実現できる。また、バックライトとして異なる発光色の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）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）を行うこともできる。時間分割表示方式を用いた場合、カラーフィルタを設ける必要が無く、また例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの発光を呈する副画素を設ける必要がないため、画素の開口率を向上させることや、単位面積あたりの画素数を増加できるなどの利点がある。

液晶２５２としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶などを用いることができる。また、ブルー相を示す液晶を使用すると、配向膜が不要であり、且つ広い視野角が得られるため好ましい。また、上記の液晶にモノマー、重合開始剤を添加して注入または滴下封止後にモノマーを重合させて高分子安定化する液晶材料でもよい。

なお、本構成例ではＶＡモードが適用された液晶素子２５０について説明するが、液晶素子の構成はこれに限られず、異なるモードが適用された液晶素子２５０を用いることができる。

第１の基板２０１上には、第１の基板２０１の上面に接して絶縁層２３７と、トランジスタのゲート絶縁層として機能する絶縁層２３８と、トランジスタを覆う絶縁層２３９が設けられている。

絶縁層２３７は、第１の基板２０１に含まれる不純物の拡散を抑制する目的で設けられる。また、トランジスタの半導体層に接する絶縁層２３８及び絶縁層２３９は、トランジスタの劣化を助長する不純物の拡散を抑制する材料を用いることが好ましい。これら絶縁層には、例えばシリコンなどの半導体や、アルミニウムなどの金属の、酸化物または窒化物、または酸窒化物を用いることができる。またこのような無機絶縁材料の積層膜、または無機絶縁材料と有機絶縁材料の積層膜を用いてもよい。なお、絶縁層２３７や絶縁層２３９は不要であれば設けなくてもよい。

絶縁層２３９と第１の電極２５１の間に、下層に設けられるトランジスタや配線などによる段差を被覆する平坦化層としての絶縁層を設けてもよい。このような絶縁層としてはポリイミドやアクリルなどの樹脂材料を用いることが好ましい。また、平坦性を高められる場合には、無機絶縁材料を用いてもよい。

図２３（Ｂ）で例示した構成では、第１の基板２０１上にトランジスタと、液晶素子２５０の第１の電極２５１を形成するために必要なフォトマスクの数を低減できる。より具体的には、ゲート電極の加工工程と、半導体層の加工工程と、ソース電極及びドレイン電極の加工工程と、絶縁層２３９の開口工程と、及び第１の電極２５１の加工工程のそれぞれに用いる、５種類のフォトマスクを用いればよい。

第１の基板２０１に設けられる配線２０６は、シール材２０３によって封止された領域から外側に延在して設けられ、ゲート駆動回路２１３と電気的に接続している。また配線２０６の端部の一部が外部接続電極２０５を成している。本構成例では、外部接続電極２０５はトランジスタのソース電極又はドレイン電極と同一の導電膜と、トランジスタのゲート電極と同一の導電膜を積層して形成されている。このように、複数の導電膜を積層して外部接続電極２０５を構成することにより、ＦＰＣ２０４などの圧着工程に対する機械的強度を高めることができるため好ましい。

また図示しないが、ＩＣ２１２と画素部２１１とを電気的に接続する配線や外部接続電極も、配線２０６や外部接続電極２０５と同様の構成とすればよい。

また、外部接続電極２０５に接して接続層２０８が設けられ、接続層２０８を介してＦＰＣ２０４と外部接続電極２０５とが電気的に接続している。接続層２０８としては、公知の異方性導電フィルムや、異方性導電ペーストなどを用いることができる。

配線２０６や、外部接続電極２０５の端部は、その表面が露出しないように絶縁層で覆われていると、表面の酸化や意図しないショートなどの不具合を抑制できるため好ましい。

本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態７）
実施の形態６で説明したパネルモジュールに、タッチセンサ（接触検出装置）を設けることで、タッチパネルとして機能させることができる。本実施の形態では、図１４及び図１５を参照して、タッチパネルについて説明する。以下において、上記実施の形態と重複する部分については、説明を省略する場合がある。

図１４（Ａ）は、本実施の形態で例示するタッチパネル４００の斜視概略図である。また、図１４（Ｂ）には、タッチパネル４００を展開した斜視概略図を示す。なお図１４には明瞭化のため代表的な構成要素のみを示している。

タッチパネル４００は、第１の基板４０１と第２の基板４０２との間に挟持された表示部４１１と、第２の基板４０２と第３の基板４０３との間に挟持されたタッチセンサ４３０とを備える。

第１の基板４０１には、表示部４１１と、表示部４１１と電気的に接続する複数の配線４０６を備える。また、複数の配線４０６は、第１の基板４０１の外周部にまで引き回され、その一部がＦＰＣ４０４と電気的に接続するための外部接続電極４０５を構成している。

表示部４１１は、複数の画素を有する画素部４１４、ソース駆動回路４１２、及びゲート駆動回路４１３を有し、第１の基板４０１と第２の基板４０２とによって封止されている。図１４（Ｂ）では、ソース駆動回路４１２を、画素部４１４を挟んでその両側に２つ配置する構成としたが、１つのソース駆動回路４１２を画素部４１４の一方の辺に沿って配置する構成としてもよい。

表示部４１１の画素部４１４に適用可能な表示素子としては、液晶素子を用いる。

第３の基板４０３には、タッチセンサ４３０と、タッチセンサ４３０と電気的に接続する複数の配線４１７を備える。タッチセンサ４３０は、第３の基板４０３の第２の基板４０２と対向する面側に設けられる。また複数の配線４１７は第３の基板４０３の外周部にまで引き回され、その一部がＦＰＣ４１５と電気的に接続するための外部接続電極４１６を構成している。なお、図１４（Ｂ）では明瞭化のため、第３の基板４０３の裏面側（紙面奥側）に設けられるタッチセンサ４３０の電極や配線等を実線で示している。

図１４（Ｂ）に示すタッチセンサ４３０は、投影型静電容量方式のタッチセンサの一例である。タッチセンサ４３０は、電極４２１と電極４２２とを有する。電極４２１と電極４２２とは、それぞれ複数の配線４１７のいずれかと電気的に接続する。

ここで、電極４２２の形状は、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、複数の四辺形が一方向に連続した形状となっている。また、電極４２１の形状は四辺形であり、電極４２２の延在する方向とは交差する方向に一列に並んだ複数の電極４２１のそれぞれが、配線４２３によって電気的に接続されている。このとき、電極４２２と配線４２３の交差部の面積ができるだけ小さくなるように配置することが好ましい。このような形状とすることで、電極が設けられていない領域の面積を低減でき、当該電極の有無によって生じる透過率の違いによって生じるタッチセンサ４３０を透過する光の輝度ムラを、低減することができる。

なお、電極４２１、電極４２２の形状はこれに限られず、様々な形状を取りうる。例えば、複数の電極４２１をできるだけ隙間が生じないように配置し、絶縁層を介して電極４２２を、電極４２１と重ならない領域ができるように離間して複数設ける構成としてもよい。このとき、隣接する２つの電極４２２の間に、これらとは電気的に絶縁されたダミー電極を設けると、透過率の異なる領域の面積を低減できるため好ましい。

図１５に、図１４（Ａ）に示すタッチパネル４００のＸ１−Ｘ２における断面図を示す。

第１の基板４０１上には、スイッチング素子層４３７が設けられている。スイッチング素子層４３７は、少なくともトランジスタを有する。スイッチング素子層４３７には、トランジスタの他に、容量素子などを有していてもよい。また、スイッチング素子層４３７は、駆動回路（ゲート駆動回路、ソース駆動回路）などを含んでいてもよい。さらに、スイッチング素子層４３７は配線や電極等を含んでいてもよい。

第２の基板４０２の一方の面には、カラーフィルタ層４３５が設けられている。カラーフィルタ層４３５は、液晶素子と重なるカラーフィルタを有する。カラーフィルタ層４３５には、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色のカラーフィルタを設ける構成とすると、フルカラーの液晶表示装置とすることができる。

カラーフィルタ層４３５は、例えば、顔料を含む感光性の材料を用い、フォトリソグラフィ工程により形成される。また、カラーフィルタ層４３５として、異なる色のカラーフィルタの間にブラックマトリクスを設けてもよい。また、カラーフィルタやブラックマトリクスを覆うオーバーコートを設けてもよい。

なお、用いる液晶素子の構成に応じて、カラーフィルタ層４３５上に液晶素子の一方の電極を形成してもよい。なお該電極は、後に形成される液晶素子の一部となる。また該電極上に配向膜が設けられていてもよい。

液晶４３１は、第１の基板４０１と第２の基板４０２との間に挟持された状態で、封止材４３６によって封止される。また、封止材４３６は、スイッチング素子層４３７やカラーフィルタ層４３５を囲むように設けられている。

封止材４３６としては、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂を用いることができ、アクリル、ウレタン、エポキシ、またはシロキサン結合を有する樹脂などの有機樹脂を用いることができる。また、封止材４３６は、低融点ガラスを含むガラスフリットにより形成されていてもよい。また、封止材４３６は、上記有機樹脂とガラスフリットとを組み合わせて形成されていてもよい。例えば、液晶４３１に接して上記有機樹脂を設け、その外側にガラスフリットを設けることで、外部から、液晶へ水などが混入することを抑制することができる。

また、第２の基板４０２上には、タッチセンサが設けられている。第３の基板４０３の一方の面に、絶縁層４２４を介してセンサ層４４０が設けられ、センサ層４４０は、接着層４３４を介して第２の基板４０２と貼り合わされている。また、第３の基板４０３の他方の面には、偏光板４４１が設けられている。

タッチセンサは、第３の基板４０３上に、センサ層４４０を形成した後、センサ層４４０上に設けられた接着層４３４を介して、第２の基板４０２と貼り合わせて設けることができる。

絶縁層４２４は、例えば、酸化シリコンなどの酸化物を用いることができる。絶縁層４２４に接して透光性を有する電極４２１及び電極４２２が設けられている。電極４２１及び電極４２２は、第３の基板４０３上に形成された絶縁層４２４上に、スパッタリング法により導電膜を成膜した後、フォトリソグラフィ法等の公知のパターニング技術により、不要な部分を除去することで形成される。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。

電極４２１又は電極４２２には、配線４３８が電気的に接続されている。配線４３８の一部は、ＦＰＣ４１５と電気的に接続する外部接続電極として機能する。配線４３８としては、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。

電極４２２は、一方向に延在したストライプ状複数設けられている。また、電極４２１は、一本の電極４２２を一対の電極４２１が挟むように設けられ、これらを電気的に接続する配線４２３が電極４２２と交差するように設けられる。ここで、一本の電極４２２と、配線４２３とによって電気的に接続される一対の電極４２１は、必ずしも直交して設ける必要はなく、これらのなす角度が９０度未満であってもよい。

また、電極４２１及び電極４２２を覆うように、絶縁層４３３が設けられている。絶縁層４３３に用いる材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂、シロキサン結合を有する樹脂の他、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料を用いることもできる。また、絶縁層４３３には、電極４２１に達する開口部が設けられ、電極４２１と電気的に接続する配線４２３が絶縁層４３３上及び開口部に設けられている。配線４２３は、電極４２１及び電極４２２と同様の透光性の導電性材料を用いると、タッチパネルの開口率が高まるため好ましい。また、配線４２３に電極４２１及び電極４２２と同一の材料を用いてもよいが、これよりも導電性の高い材料を用いることが好ましい。

また、絶縁層４３３及び配線４２３を覆う絶縁層が設けられていてもよい。当該絶縁層は、保護層として機能させることができる。

また、絶縁層４３３（及び保護層として機能する絶縁層）には、配線４３８に達する開口が設けられており、開口に設けられた接続層４３９によって、ＦＰＣ４１５と配線４３８とが電気的に接続されている。接続層４３９としては、公知の異方性導電フィルム（ＡＣＦ：ＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）や、異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。

センサ層４４０と、第２の基板４０２とを接着する接着層４３４は、透光性を有することが好ましい。例えば、熱硬化性樹脂や紫外線硬化樹脂を用いることができ、具体的には、アクリル、ウレタン、エポキシ、またはシロキサン結合を有する樹脂などの樹脂を用いることができる。

偏光板４４１としては、公知の偏光板を用いればよく、自然光や円偏光から直線偏光を作り出すことができるような材料を用いる。例えば、二色性の物質を一定方向にそろえて配置することで、光学的な異方性を持たせたものを用いることができる。例えば、ヨウ素系の化合物などをポリビニルアルコールなどのフィルムに吸着させ、これを一方向に延伸することで作製することができる。なお、二色性の物質としては、ヨウ素系の化合物のほか、染料系の化合物などが用いられる。偏光板４４１は、フィルム状、シート状、もしくは板状の材料を用いることができる。

なお、本実施の形態ではセンサ層４４０として投影型静電容量式のタッチセンサを適用する例を示したが、センサ層４４０としてはこれに限られず、偏光板よりも外側から指等の導電性の検知対象が近接する、または触れることを検知するタッチセンサとして機能するセンサを適用することができる。センサ層４４０に設けられるタッチセンサとして、静電容量方式のタッチセンサが好ましい。静電容量方式のタッチセンサとしては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等があり、投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。

本実施の形態にて説明したタッチパネルでは、表示された静止画のリフレッシュレートを低減することができるため、使用者は極力長い時間同じ画像を見ることが可能となり、視認される画面のちらつきが低減される。また、１画素のサイズを小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。また、静止画表示を行う際、階調が変化することによる画質の劣化を低減することができるとともに、タッチパネルで消費される電力を低減することができる。

（実施の形態８）
本実施の形態では、液晶表示装置の画素に適用できるトランジスタの構成例について、図面を参照して説明する。

＜トランジスタの構成例＞
図１６（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１００の上面概略図を示す。また図１６（Ｂ）に図１６（Ａ）中に示す切断線Ａ−Ｂにおけるトランジスタ１００の断面概略図を示す。本構成例で例示するトランジスタ１００はボトムゲート型のトランジスタである。

トランジスタ１００は、基板１０１上に設けられるゲート電極１０２と、基板１０１及びゲート電極１０２上に設けられる絶縁層１０３と、絶縁層１０３上にゲート電極１０２と重なるように設けられる酸化物半導体層１０４と、酸化物半導体層１０４の上面に接する一対の電極１０５ａ、１０５ｂとを有する。また、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０４、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを覆う絶縁層１０６と、絶縁層１０６上に絶縁層１０７が設けられている。

《基板１０１》
基板１０１の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイヤ基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板等を、基板１０１として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能である。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０１として用いてもよい。

また、基板１０１として、プラスチックなどの可撓性基板を用い、該可撓性基板上に直接、トランジスタ１００を形成してもよい。または、基板１０１とトランジスタ１００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上層にトランジスタの一部あるいは全部を形成した後、基板１０１より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その結果、トランジスタ１００は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。

《ゲート電極１０２》
ゲート電極１０２は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。また、ゲート電極１０２は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数の金属を組み合わせた合金膜、もしくはこれらの窒化膜を用いてもよい。

また、ゲート電極１０２は、インジウム錫酸化物、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、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極１０２と絶縁層１０３との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ以上、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体層１０４より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。

《絶縁層１０３》
絶縁層１０３は、ゲート絶縁膜として機能する。酸化物半導体層１０４の下面と接する絶縁層１０３は、非晶質膜であることが好ましい。

絶縁層１０３は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。

また、絶縁層１０３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。

《一対の電極１０５ａ、１０５ｂ》
一対の電極１０５ａ及び１０５ｂは、トランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。

一対の電極１０５ａ、１０５ｂは、導電材料として、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンからなる単体金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。

《絶縁層１０６、１０７》
絶縁層１０６は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物絶縁膜である。

絶縁層１０６としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。

なお、絶縁層１０６は、後に形成する絶縁層１０７を形成する際の、酸化物半導体層１０４へのダメージ緩和膜としても機能する。

また、絶縁層１０６と酸化物半導体層１０４の間に、酸素を透過する酸化物膜を設けてもよい。

酸素を透過する酸化物膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。

絶縁層１０７は、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を用いることができる。絶縁層１０６上に絶縁層１０７を設けることで、酸化物半導体層１０４からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層１０４への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。

＜トランジスタの作製方法例＞
続いて、図１６に例示するトランジスタ１００の作製方法の一例について説明する。

まず、図１７（Ａ）に示すように、基板１０１上にゲート電極１０２を形成し、ゲート電極１０２上に絶縁層１０３を形成する。

ここでは、基板１０１としてガラス基板を用いる。

《ゲート電極の形成》
ゲート電極１０２の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第１のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１０２を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

なお、ゲート電極１０２は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。

《ゲート絶縁層の形成》
絶縁層１０３は、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。

絶縁層１０３として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

また、絶縁層１０３として窒化シリコン膜を形成する場合、２段階の形成方法を用いることが好ましい。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない第１の窒化シリコン膜を形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な第２の窒化シリコン膜を成膜する。このような形成方法により、絶縁層１０３として、欠陥が少なく、且つ水素ブロッキング性を有する窒化シリコン膜を形成することができる。

また、絶縁層１０３として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。

《酸化物半導体層の形成》
次に、図１７（Ｂ）に示すように、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１０４を形成する。

酸化物半導体層１０４の形成方法を以下に示す。はじめに、酸化物半導体膜を形成する。続いて、酸化物半導体膜上に第２のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングして、酸化物半導体層１０４を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

この後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行う場合には、酸素を含む雰囲気下で行うことが好ましい。

《一対の電極の形成》
次に、図１７（Ｃ）に示すように、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを形成する。

一対の電極１０５ａ、１０５ｂの形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上に第３のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを形成する。その後、レジストマスクを除去する。

なお、図１７（Ｂ）に示すように、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層１０４の上部の一部がエッチングされ、薄膜化することがある。そのため、酸化物半導体層１０４の形成時、酸化物半導体膜の厚さを予め厚く設定しておくことが好ましい。

《絶縁層の形成》
次に、図１７（Ｄ）に示すように、酸化物半導体層１０４及び一対の電極１０５ａ、１０５ｂ上に、絶縁層１０６を形成し、続いて絶縁層１０６上に絶縁層１０７を形成する。

絶縁層１０６として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。

成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。

また、酸化物半導体層１０４と絶縁層１０６の間に酸化物絶縁膜を設ける場合には、絶縁層１０６の形成工程において、該酸化物絶縁膜が酸化物半導体層１０４の保護膜となる。この結果、酸化物半導体層１０４へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁層１０６を形成することができる。

例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。また、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、該酸化物絶縁層を成膜する際に、酸化物半導体層１０４へのダメージを低減することが可能である。

酸化物絶縁膜の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

絶縁層１０７は、スパッタリング法、ＣＶＤ法等で形成することができる。

絶縁層１０７として窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体、酸化性気体、及び窒素を含む気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。窒素を含む気体としては、窒素、アンモニア等がある。

以上の工程により、トランジスタ１００を形成することができる。

＜トランジスタ１００の変形例＞
以下では、トランジスタ１００と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。

《変形例１》
図１８（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１１０の断面概略図を示す。トランジスタ１１０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１００と相違している。

トランジスタ１１０の備える酸化物半導体層１１４は、酸化物半導体層１１４ａと酸化物半導体層１１４ｂとが積層されて構成される。

なお、酸化物半導体層１１４ａと酸化物半導体層１１４ｂの境界は不明瞭である場合があるため、図１８（Ａ）等の図中には、これらの境界を破線で示している。

酸化物半導体層１１４ａ及び酸化物半導体層１１４ｂのうち、いずれか一方または両方に、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用することができる。

例えば、酸化物半導体層１１４ａは、代表的にはＩｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）を用いる。また、酸化物半導体層１１４ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また例えば、酸化物半導体層１１４ａは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である材料を用いる。

例えば、酸化物半導体層１１４ｂはＩｎ若しくはＧａを含み、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、且つ酸化物半導体層１１４ａよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体層１１４ｂの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体層１１４ａの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下とすることが好ましい。

また例えば、酸化物半導体層１１４ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくは、Ｉｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。

例えば、酸化物半導体層１１４ａとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１または３：１：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体層１１４ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：６：４、または１：９：６の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、酸化物半導体層１１４ａ、及び酸化物半導体層１１４ｂの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。

上層に設けられる酸化物半導体層１１４ｂに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１１４ａ、及び酸化物半導体層１１４ｂからの酸素の放出を抑制することができる。

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体層１１４ａ、酸化物半導体層１１４ｂのキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

なお、上記では酸化物半導体層１１４として、２つの酸化物半導体層が積層された構成を例示したが、３つ以上の酸化物半導体層を積層する構成としてもよい。

《変形例２》
図１８（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１２０の断面概略図を示す。トランジスタ１２０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１００及びトランジスタ１１０と相違している。

トランジスタ１２０の備える酸化物半導体層１２４は、酸化物半導体層１２４ａ、酸化物半導体層１２４ｂ、酸化物半導体層１２４ｃが順に積層されて構成される。

酸化物半導体層１２４ａ及び酸化物半導体層１２４ｂは、絶縁層１０３上に積層して設けられる。また酸化物半導体層１２４ｃは、酸化物半導体層１２４ｂの上面、並びに一対の電極１０５ａ、１０５ｂの上面及び側面に接して設けられる。

例えば、酸化物半導体層１２４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１２４ａ、１２４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ｂと同様の構成を用いることができる。

例えば、酸化物半導体層１２４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１２４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１２４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１２４ａ、酸化物半導体層１２４ｂ、及び酸化物半導体層１２４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。

また、例えば酸化物半導体層１２４ｂに主としてチャネルが形成される場合に、酸化物半導体層１２４ｂにＩｎの含有量の多い酸化物を用い、酸化物半導体層１２４ｂと接して一対の電極１０５ａ、１０５ｂを設けることにより、トランジスタ１２０のオン電流を増大させることができる。

＜トランジスタの他の構成例＞
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用可能な、トップゲート型のトランジスタの構成例について説明する。

なお、以下では、上記と同様の構成、または同様の機能を備える構成要素においては、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

《構成例》
図１９（Ａ）に、以下で例示するトップゲート型のトランジスタ１５０の断面概略図を示す。

トランジスタ１５０は、絶縁層１５１が設けられた基板１０１上に設けられる酸化物半導体層１０４と、酸化物半導体層１０４の上面に接する一対の電極１０５ａ、１０５ｂと、酸化物半導体層１０４、一対の電極１０５ａ、１０５ｂ上に設けられる絶縁層１０３と、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１０４と重なるように設けられるゲート電極１０２とを有する。また、絶縁層１０３及びゲート電極１０２を覆って絶縁層１５２が設けられている。

絶縁層１５１は、基板１０１から酸化物半導体層１０４への不純物の拡散を抑制する機能を有する。例えば、上記絶縁層１０７と同様の構成を用いることができる。なお、絶縁層１５１は、不要であれば設けなくてもよい。

絶縁層１５２には、上記絶縁層１０７と同様、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を適用することができる。なお、絶縁層１０７は不要であれば設けなくてもよい。

《変形例》
以下では、トランジスタ１５０と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。

図１９（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１６０の断面概略図を示す。トランジスタ１６０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１５０と相違している。

トランジスタ１６０の備える酸化物半導体層１６４は、酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、及び酸化物半導体層１６４ｃが順に積層されて構成されている。

酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、酸化物半導体層１６４ｃのうち、いずれか一、またはいずれか二、または全部に、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用することができる。

例えば、酸化物半導体層１６４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１６４ａ、１６４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ｂと同様の構成を用いることができる。

例えば、酸化物半導体層１６４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１６４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１６４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、酸化物半導体層１６４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。

ここで、酸化物半導体層１６４の形成時において、酸化物半導体層１６４ｃと酸化物半導体層１６４ｂをエッチングにより加工して酸化物半導体層１６４ａとなる酸化物半導体膜を露出させ、その後にドライエッチング法によって該酸化物半導体膜を加工して酸化物半導体層１６４ａを形成する場合に、該酸化物半導体膜の反応生成物が、酸化物半導体層１６４ｂ及び酸化物半導体層１６４ｃの側面に再付着し、側壁保護層（ラビットイヤーとも呼べる）が形成される場合がある。なお、該反応生成物は、スパッタリング現象によって再付着するほか、ドライエッチング時のプラズマを介して再付着する場合もある。

図１９（Ｃ）には、上述のようにして酸化物半導体層１６４の側面に側壁保護層１６４ｄが形成された場合の、トランジスタ１６０の断面概略図を示している。

側壁保護層１６４ｄは、主として酸化物半導体層１６４ａと同一の材料を含む。また、側壁保護層１６４ｄには、酸化物半導体層１６４ａの下層に設けられる層（ここでは絶縁層１５１）の成分（例えばシリコン）を含有する場合がある。

また、図１９（Ｃ）に示すように、酸化物半導体層１６４ｂの側面を側壁保護層１６４ｄで覆い、一対の電極１０５ａ、１０５ｂと接しない構成とすることにより、特に酸化物半導体層１６４ｂに主としてチャネルが形成される場合に、トランジスタのオフ時の意図しないリーク電流を抑制し、優れたオフ特性を有するトランジスタを実現できる。また、側壁保護層１６４ｄとしてスタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い材料を用いることで、酸化物半導体層１６４ｂの側面からの酸素の脱離を効果的に抑制し、電気的特性の安定性に優れたトランジスタを実現できる。

本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態９）
上記実施の形態で例示したトランジスタのチャネルが形成される領域に好適に用いることができる半導体及び半導体膜の一例について、以下に説明する。

酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。

酸化物半導体膜をトランジスタに適用する場合、酸化物半導体膜の膜厚は２ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることが好ましい。

適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ））から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下であることをいう。

またこのように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上または３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。

酸化物半導体膜は、例えば非単結晶を有してもよい。非単結晶は、例えば、ＣＡＡＣ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、多結晶、微結晶、非晶質部を有する。非晶質部は、微結晶、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。また、微結晶は、ＣＡＡＣよりも欠陥準位密度が高い。なお、ＣＡＡＣを有する酸化物半導体を、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。

酸化物半導体膜は、例えばＣＡＡＣ−ＯＳを有してもよい。ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、ｃ軸配向し、ａ軸または／およびｂ軸はマクロに揃っていない。

酸化物半導体膜は、例えば微結晶を有してもよい。なお、微結晶を有する酸化物半導体を、微結晶酸化物半導体と呼ぶ。微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満のサイズの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を膜中に含む。

酸化物半導体膜は、例えば非晶質部を有してもよい。なお、非晶質部を有する酸化物半導体を、非晶質酸化物半導体と呼ぶ。非晶質酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質酸化物半導体膜は、例えば、完全な非晶質であり、結晶部を有さない。

なお、酸化物半導体膜が、ＣＡＡＣ−ＯＳ、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体の混合膜であってもよい。混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、を有する。また、混合膜は、例えば、非晶質酸化物半導体の領域と、微結晶酸化物半導体の領域と、ＣＡＡＣ−ＯＳの領域と、の積層構造を有してもよい。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、単結晶を有してもよい。

酸化物半導体膜は、複数の結晶部を有し、当該結晶部のｃ軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っていることが好ましい。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。そのような酸化物半導体膜の一例としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳ膜には明確な粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、例えば、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃い、かつａｂ面に垂直な方向から見て金属原子が三角形状または六角形状に配列し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８０°以上１００°以下、好ましくは８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−１０°以上１０°以下、好ましくは−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用い、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、２θが３１°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３１°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶であれば、（００９）面に配向していることを示す。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、２θが３６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、Ｇａ_２ＺｎＯ_４の結晶であれば、（２２２）面に配向していることを示す。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、好ましくは、２θが３１°近傍にピークが現れ、２θが３６°近傍にピークが現れない。

また、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜であれば、ＸＲＤ装置を用い、ｃ軸に垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、２θが５６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが５６°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面からの回折ピークである。ここで、２θを５６°近傍で固定し、表面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、ａ軸およびｂ軸の向きが揃っている単結晶酸化物半導体の場合は６つの対称性のピークが現れるが、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は明瞭なピークが現れない。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜において、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜へ不純物を添加することにより、当該不純物添加領域において結晶部の結晶性が低下することもある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては互いに異なる方向を向くことがある。また、結晶部は、成膜したとき、または成膜後に加熱処理などの結晶化処理を行ったときに形成される。従って、結晶部のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜が形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向になるように揃う。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜することができる。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま被成膜面に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

平板状のスパッタリング粒子は、例えばａ−ｂ面に平行な面の円相当径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下、厚さ（ａ−ｂ面に垂直な方向の長さ）が０．７ｎｍ以上１ｎｍ未満である。なお、平板状のスパッタリング粒子は、ａ−ｂ面に平行な面が正三角形又は正六角形であってもよい。ここで、円相当径とは、面の面積と等しい正円の直径をいう。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。

成膜時の基板温度を高めることで、基板に到達した平板状のスパッタリング粒子のマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。このとき、スパッタリング粒子が正に帯電することで、スパッタリング粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパッタリング粒子が偏って不均一に重なることがなく、厚さの均一なＣＡＡＣ−ＯＳを成膜することができる。具体的には、基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜することが好ましい。

また、成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。

ＣＡＡＣ−ＯＳを成膜した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気又は酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、ＣＡＡＣ−ＯＳの不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理によりＣＡＡＣ−ＯＳに酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。また、加熱処理を行うことで、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶性をさらに高めることができる。なお、加熱処理は、１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下又は１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、ＣＡＡＣ−ＯＳの不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。

ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末及びＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、Ｙ及びＺは任意の正数である。ここで、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末及びＺｎＯ_Ｚ粉末が、１：１：１、１：１：２、１：３：２、１：９：６、２：１：３、２：２：１、３：１：１、３：１：２、３：１：４、４：２：３、８：４：３、またはこれらの近傍の値とすることができる。なお、粉末の種類、及びその混合するｍｏｌ数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。

または、ＣＡＡＣ−ＯＳは、以下の方法により形成してもよい。

まず、第１の酸化物半導体膜を１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の厚さで成膜する。第１の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。

次に、加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶性の高い第１のＣＡＡＣ−ＯＳとする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第１の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

第１の酸化物半導体膜は、厚さが１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることにより、厚さが１０ｎｍ以上である場合と比べ、加熱処理によって容易に結晶化させることができる。

または、ＣＡＡＣ−ＯＳは、スパッタ法とは異なる方法、例えば、熱ＣＶＤ法により形成してもよい。熱ＣＶＤ法の例としてＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使っても良い。

熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成されることが無いという利点を有する。

熱ＣＶＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応させて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。

また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り替えて２種類以上の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよい。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の単原子層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の単原子層が第１の単原子層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さになるまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。

例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジエチル亜鉛を用いる。なお、トリメチルインジウムの化学式は、（ＣＨ_３）_３Ｉｎである。また、トリメチルガリウムの化学式は、（ＣＨ_３）_３Ｇａである。また、ジエチル亜鉛の化学式は、（ＣＨ_３）_２Ｚｎである。また、これらの組み合わせに限定されず、トリメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（化学式（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｇａ）を用いることもでき、ジエチル亜鉛に代えてジメチル亜鉛（化学式（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎ）を用いることもできる。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）膜を成膜する場合には、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入してＩｎＯ_２層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを同時に導入してＧａＯ層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ_３）_２とＯ_３ガスを同時に導入してＺｎＯ層を形成する。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎＧａＯ_２層やＩｎＺｎＯ_２層、ＧａＩｎＯ層、ＺｎＩｎＯ層、ＧａＺｎＯ層などの混合化合物層を形成しても良い。なお、Ｏ_３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングして得られたＨ_２Ｏガスを用いても良いが、Ｈを含まないＯ_３ガスを用いる方が好ましい。また、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いても良い。また、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｇａ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いても良い。また、Ｉｎ（ＣＨ_３）_３ガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いても良い。また、Ｚｎ（ＣＨ_３）_２ガスを用いても良い。

次に、第１の酸化物半導体膜と同じ組成である第２の酸化物半導体膜を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで成膜する。第２の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。

次に、加熱処理を行い、第２の酸化物半導体膜を第１のＣＡＡＣ−ＯＳから固相成長させることで、結晶性の高い第２のＣＡＡＣ−ＯＳとする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第２の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

以上のようにして、合計の厚さが１０ｎｍ以上であるＣＡＡＣ−ＯＳを形成することができる。

また、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。

例えば、酸化物半導体膜を、酸化物半導体膜（便宜上、第１層と呼ぶ）とゲート絶縁膜との間に、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第２層を設けてもよい。このとき、ゲート電極から電界が印加されると、第１層にチャネルが形成され、第２層にはチャネルが形成されない。第１層は、第２層と構成する元素が同じであるため、第１層と第２層との界面において、界面散乱がほとんど起こらない。従って、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることによって、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。

さらに、ゲート絶縁膜に酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いる場合、ゲート絶縁膜に含まれるシリコンが、酸化物半導体膜に混入することがある。酸化物半導体膜にシリコンが含まれると、酸化物半導体膜の結晶性の低下、キャリア移動度の低下などが起こる。従って、チャネルの形成される第１層のシリコン濃度を低減するために、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることが好ましい。同様の理由により、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第３層を設け、第１層を第２層及び第３層で挟むことが好ましい。

このような構成とすることで、チャネルの形成される領域へのシリコンなどの不純物の拡散を低減さらには防止することができるため、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。

なお、酸化物半導体膜をＣＡＡＣ−ＯＳとするためには、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を２．５×１０^２１／ｃｍ^３以下とする。好ましくは、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を、１．４×１０^２１／ｃｍ^３未満、より好ましくは４×１０^１９／ｃｍ^３未満、さらに好ましくは２．０×１０^１８／ｃｍ^３未満とする。酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度が、１．４×１０^２１／ｃｍ^３以上であると、トランジスタの電界効果移動度の低下の恐れがあり、４．０×１０^１９／ｃｍ^３以上であると、酸化物半導体膜と接する膜との界面で酸化物半導体膜がアモルファス化する恐れがあるためである。また、酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度を２．０×１０^１８／ｃｍ^３未満とすることで、トランジスタの信頼性のさらなる向上並びに酸化物半導体膜におけるＤＯＳ（ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｓｔａｔｅ）の低減が期待できる。なお、酸化物半導体膜中のシリコン濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定することができる。

実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態１０）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を用いて作製される電子機器の具体例について、図２０を用いて説明する。

本発明を適用可能な電子機器の一例として、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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音楽再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図２０に示す。

図２０（Ａ）は、表示部を有する携帯情報端末１４００を示している。携帯情報端末１４００は、筐体１４０１に表示部１４０２及び操作ボタン１４０３が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４０２に用いることができる。

図２０（Ｂ）は、携帯電話機１４１０を示している。携帯電話機１４１０は、筐体１４１１に表示部１４１２、操作ボタン１４１３、スピーカー１４１４、及びマイク１４１５が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４１２に用いることができる。

図２０（Ｃ）は、音楽再生装置１４２０を示している。音楽再生装置１４２０は、筐体１４２１に表示部１４２２、操作ボタン１４２３、アンテナ１４２４が組み込まれている。またアンテナ１４２４からは、無線信号により情報を送受信することができる。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４２２に用いることができる。

表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２は、タッチ入力機能を有しており、表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に表示された表示ボタン（図示せず）を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力することができる。

先の実施の形態に示した液晶表示装置を表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に用いることで、表示品位の向上が図られた表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２とすることができる。

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１１）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したリフレッシュレートを低減する意義に関して説明を行う。

目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の２種類がある。神経系の疲労は、長時間液晶表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。

図２１（Ａ）に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図２１（Ａ）に示すように、従来の液晶表示装置の表示では、１秒間に６０回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。

本発明の一態様では、液晶表示装置の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタのオフ電流は、極めて小さいため、フレーム周波数を下げても、液晶表示装置の輝度の維持が可能となる。

つまり、図２１（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。

また、図２２（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、液晶表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。液晶表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがあった。

これに対し、図２２（Ｂ）に示すように、本発明の一態様にかかる液晶表示装置では、１画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。

なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｆｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ） Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。

そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。

本発明の一態様によれば、目に優しい液晶表示装置を提供することができる。

（実施例）
本実施例では、上記実施の形態１で説明した本発明の一態様による液晶層を用いて実際にパネルを作製し、透過率を測定した結果について説明する。本実施例で測定に用いたパネルは、液晶素子が横電界により配向する液晶層を有するＦＦＳモードの液晶表示装置である。

図２６（Ａ）に実線２６０２で示す波形は、誘電率の異方性が３．８の液晶層を有する液晶表示装置に対して、中間階調となる電圧をフレーム周波数を１Ｈｚで鋸波形となるように印加した際、そのときの透過率の時間変化を表している。また、図２６（Ａ）に点線２６０１で示す波形は、比較のため、誘電率の異方性が５．２の液晶層を有する液晶表示装置に対して、中間階調となる電圧をフレーム周波数を１Ｈｚで鋸波形となるように印加した際、そのときの透過率の時間変化を表している。

図２６（Ｂ）に実線２６０４及び点線２６０３で示す波形は、図２６（Ａ）で説明した条件のうち、フレーム周波数を０．２Ｈｚとした場合の、透過率の時間変化を表している。

なお図２６（Ａ）、（Ｂ）に示すグラフにおける縦軸は、規格化された透過率である。具体的に図２６（Ａ）、（Ｂ）に示すグラフでは、透過率を１００％とした際を１として、中間階調による透過率の変化を表している。

図２６（Ａ）の点線２６０１で示す、誘電率の異方性が５．２の液晶表示装置の場合の透過率の時間変化は、図２６（Ａ）の実線２６０２で示す、誘電率の異方性が３．８の液晶表示装置の場合の透過率の時間変化に比べて大きかった。この結果は、上記実施の形態１で説明した図４の結果と、一致した。

また図２６（Ｂ）の点線２６０３で示す、誘電率の異方性が５．２の液晶表示装置の場合の透過率の時間変化は、図２６（Ｂ）の実線２６０４で示す、誘電率の異方性が３．８の液晶表示装置の場合の透過率の時間変化に比べて大きかった。この結果は、上記実施の形態１で説明した図５の結果と、一致した。

図２６（Ａ）、（Ｂ）に示す点線２６０１及び点線２６０３で示される鋸波形は、液晶層に含まれる不純物に起因する残留ＤＣによるものである。一方、液晶層に含まれる不純物の割合の少ない、図２６（Ａ）、（Ｂ）に示す実線２６０２及び実線２６０４で示される鋸波形は、残留ＤＣによる透過率の揺らぎが低減されていることがわかった。

また、図２６（Ａ）、（Ｂ）に示す中間階調での透過率の時間変化によると、透過率の変動幅を４０％程度に抑制することができることが確認できた。

図３１に示す複数の波形は、誘電率の異方性が３．８の液晶層を有する液晶表示装置に対して、フレーム周波数を１Ｈｚ、０．２Ｈｚ、０．０１７Ｈｚで、中間階調となる電圧を鋸波形となるように印加した際、そのときの透過率の時間変化を表している。

図３１に示す複数の波形から、フレーム周波数を１Ｈｚ、０．２Ｈｚ、０．０１７Ｈｚと変化させても、透過率の変化がほとんど変わらないことが確認できた。

また図２７には、誘電率の異方性が３．８の液晶層を有する液晶表示装置による表示例を示す。

図２７に示すように、実用上問題がなく、良好な表示を得ることができた。

Ｇ１ 走査線
Ｇ２ 走査線
Ｓ１ 信号線
Ｓ２ 信号線
Ｓ３ 信号線
１０ 領域
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
１３ 配向膜
１４ 配向膜
１５ 液晶分子
２１ 偏光板
２２ 偏光板
２３ 光検出器
２４ 矢印
２５ 矢印
１００ トランジスタ
１０１ 基板
１０２ ゲート電極
１０３ 絶縁層
１０４ 酸化物半導体層
１０５ａ 電極
１０５ｂ 電極
１０６ 絶縁層
１０７ 絶縁層
１１０ トランジスタ
１１４ 酸化物半導体層
１１４ａ 酸化物半導体層
１１４ｂ 酸化物半導体層
１２０ トランジスタ
１２４ 酸化物半導体層
１２４ａ 酸化物半導体層
１２４ｂ 酸化物半導体層
１２４ｃ 酸化物半導体層
１５０ トランジスタ
１５１ 絶縁層
１５２ 絶縁層
１６０ トランジスタ
１６４ 酸化物半導体層
１６４ａ 酸化物半導体層
１６４ｂ 酸化物半導体層
１６４ｃ 酸化物半導体層
１６４ｄ 側壁保護層
２００ パネルモジュール
２０１ 第１の基板
２０２ 第２の基板
２０３ シール材
２０４ ＦＰＣ
２０５ 外部接続電極
２０６ 配線
２０８ 接続層
２１１ 画素部
２１２ ＩＣ
２１３ ゲート駆動回路
２３１ トランジスタ
２３２ トランジスタ
２３７ 絶縁層
２３８ 絶縁層
２３９ 絶縁層
２４２ ブラックマトリクス
２４３ カラーフィルタ
２５０ 液晶素子
２５１ 第１の電極
２５２ 液晶
２５３ 第２の電極
２５４ スペーサ
２５５ オーバーコート
２５６ トランジスタ
４００ タッチパネル
４０１ 第１の基板
４０２ 第２の基板
４０３ 基板
４０４ ＦＰＣ
４０５ 外部接続電極
４０６ 配線
４１１ 表示部
４１２ ソース駆動回路
４１３ ゲート駆動回路
４１４ 画素部
４１５ ＦＰＣ
４１６ 外部接続電極
４１７ 配線
４２０ 液晶表示装置
４２１ 電極
４２２ 電極
４２４ 絶縁層
４２３ 配線
４３０ タッチセンサ
４３１ 液晶
４３３ 絶縁層
４３４ 接着層
４３５ カラーフィルタ層
４３６ 封止材
４３７ スイッチング素子層
４３８ 配線
４３９ 接続層
４４０ センサ層
４４１ 偏光板
５００ 入力手段
５００＿Ｃ 信号
６００ 液晶表示装置
６１０ 制御部
６１５＿Ｃ 二次制御信号
６１５＿Ｖ 二次画像信号
６２０ 演算装置
６２５＿Ｃ 一次制御信号
６２５＿Ｖ 一次画像信号
６３０ 表示部
６３１ 画素部
６３１ａ 領域
６３１ｂ 領域
６３１ｃ 領域
６３１ｐ 画素
６３２ Ｇ駆動回路
６３２＿Ｇ Ｇ信号
６３３ Ｓ駆動回路
６３３＿Ｓ Ｓ信号
６３４ 画素回路
６３４ｃ（ｉ） 寄生容量
６３４ｃ 容量素子
６３４ｔ トランジスタ
６３５ 表示素子
６３５＿１ 画素電極
６３５ＬＣ 液晶素子
６５０ 光供給部
７０１ 演算装置
７０２ 記憶装置
７０３ グラフィックユニット
７０４ 表示手段
１４００ 携帯情報端末
１４０１ 筐体
１４０２ 表示部
１４０３ 操作ボタン
１４１０ 携帯電話機
１４１１ 筐体
１４１２ 表示部
１４１３ 操作ボタン
１４１４ スピーカー
１４１５ マイク
１４２０ 音楽再生装置
１４２１ 筐体
１４２２ 表示部
１４２３ 操作ボタン
１４２４ アンテナ
２６０１ 点線
２６０２ 実線
２６０３ 点線
２６０４ 実線

Claims (6)

1. フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、
   前記画素は誘電率の異方性が２以上５以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、
   前記画素は、トランジスタと、液晶層を有する液晶素子とを有し、
   前記液晶層は、誘電率の異方性が２以上５以下であることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２において、前記トランジスタは、半導体層を有し、
   前記半導体層は、酸化物半導体を有することを特徴とする液晶表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記誘電率の異方性が２．６以上４．４以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記誘電率の異方性が３以上３．８以下である液晶層を有することを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記フレーム周波数は、０．２Ｈｚ以下であることを特徴とする液晶表示装置。