JP2015158695A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィールドシーケンシャル駆動によりカラー画像による動画像とモノカラー画像による静止画像とを切り替えて表示する際に、低消費電力化を図ることを目的とする。【解決手段】駆動制御回路は、動画モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に切り替えることで、第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバックライト部及び表示パネルを制御する。また、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるようにバックライト部及び表示パネルを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。または本発明は、液晶表示装置の駆動方法に関する。
または、当該液晶表示装置を具備する電子機器に関する。

液晶表示装置は、テレビ受像機などの大型表示装置から携帯電話などの小型表示装置に至
るまで、普及が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており開発が進
められている。近年では、地球環境への関心の高まりから、低消費電力型の液晶表示装置
の開発が注目されている。そこで、フィールドシーケンシャル駆動法（以下、フィールド
シーケンシャル駆動）と呼ばれる駆動方法の研究が進められている。

フィールドシーケンシャル駆動では、赤（以下Ｒと略記することもある）、緑（以下Ｇと
略記することもある）、青（以下Ｂと略記することもある）のバックライトを時間的に切
り替えて、Ｒ、Ｇ、Ｂの光を表示パネルに供給する。そのため、各画素にカラーフィルタ
を設ける必要がなく、バックライトからの透過する光の利用効率を高めることができる。
また、１つの画素でＲ、Ｇ、Ｂを表現することができるため、高精細化が容易であるとい
った利点がある。

特許文献１では、フィールドシーケンシャル駆動による液晶表示装置の低消費電力化を
図るために、カラー画像を表示する際にはＲＧＢに対応した光源による駆動を行い、文字
等の表示される画像（モノカラー画像）を表示する際には単色の光源、例えば白色（Ｗ）
に対応した光源による駆動を行う構成について開示している。

特開２００３−２４８４６３号公報

上記特許文献１における文字等の表示される画像（モノカラー画像）が静止画像として表
示される場合であっても、表示を制御するための周辺駆動回路が動作することとなり、ま
だ低消費電力化が十分でないといった問題がある。

そこで本発明の一態様は、フィールドシーケンシャル駆動によりカラー画像による動画像
とモノカラー画像による静止画像とを切り替えて表示する際に、低消費電力化を図ること
を目的とする。

本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、バックライト部は、カラー表示を行うための複数の色を放射するための光源を
含む第１の光源と、白色を放射するための光源を含む第２の光源とを有し、画像切替回路
は、外部からの画像信号により動画モードで表示するか、または静止画モードで表示する
かを切り替える回路であり、駆動制御回路は、動画モードでは、第１の光源の複数の色の
いずれか一に対応した光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各
色で時間順次に切り替えることで、第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認
されるようにバックライト部及び表示パネルを制御し、静止画モードでは、第２の光源に
よる光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を一定期間保持することで白黒の
階調による画像が視認されるようにバックライト部及び表示パネルを制御する液晶表示装
置である。

本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、表示パネルは、液晶の配向状態を制御する画素電極と、画素電極に接続され、
酸化物半導体層を含むトランジスタと、が設けられた複数の画素を有し、バックライト部
は、カラー表示を行う複数の色を放射するための光源を含む第１の光源と、白色を放射す
るための光源を含む第２の光源とを有し、画像切替回路は、外部からの画像信号により動
画モードで表示するか、または静止画モードで表示するかを切り替える回路であり、駆動
制御回路は、動画モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射及
び表示パネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に切り替えることで
、第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバックライト部及び
表示パネルを制御し、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及び表示パネルでの
画像信号の書き込み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるよう
にバックライト部及び表示パネルを制御する液晶表示装置である。

本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、バックライト部は、赤色、緑色、及び青色に対応する光源を含む第１の光源と
、白色に対応する光源を含む第２の光源とを有し、画像切替回路は、外部からの画像信号
により動画モードで表示するか、または静止画モードで表示するかを切り替える回路であ
り、駆動制御回路は、動画モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光
の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に切り替え
ることで、第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバックライ
ト部及び表示パネルを制御し、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及び表示パ
ネルでの画像信号の書き込み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認さ
れるようにバックライト部及び表示パネルを制御する液晶表示装置である。

本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、表示パネルは、液晶の配向状態を制御する画素電極と、画素電極に接続され、
酸化物半導体層を含むトランジスタと、が設けられた複数の画素を有し、バックライト部
は、赤色、緑色、及び青色に対応する光源を含む第１の光源と、白色に対応する光源を含
む第２の光源とを有し、画像切替回路は、外部からの画像信号により動画モードで表示す
るか、または静止画モードで表示するかを切り替える回路であり、駆動制御回路は、動画
モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射及び表示パネルでの
画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に切り替えることで、第１の光源の複
数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバックライト部及び表示パネルを制御
し、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込
み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるようにバックライト部
及び表示パネルを制御する、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、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、バックライト部は、赤色、緑色、及び青色に対応する光源を含む第１の光源と
、青色及び黄色に対応する光源を含む第２の光源とを有し、画像切替回路は、外部からの
画像信号により動画モードで表示するか、または静止画モードで表示するかを切り替える
回路であり、駆動制御回路は、動画モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対
応した光の放射及び表示パネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に
切り替えることで、第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバ
ックライト部及び表示パネルを制御し、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及
び表示パネルでの画像信号の書き込み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像
が視認されるようにバックライト部及び表示パネルを制御する液晶表示装置である。

本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像切替回路と、駆動制御回路と
、を有し、表示パネルは、液晶の配向状態を制御する画素電極と、画素電極に接続され、
酸化物半導体層を含むトランジスタと、が設けられた複数の画素を有し、バックライト部
は、赤色、緑色、及び青色に対応する光源を含む第１の光源と、青色及び黄色に対応する
光源を含む第２の光源とを有し、画像切替回路は、外部からの画像信号により動画モード
で表示するか、または静止画モードで表示するかを切り替える回路であり、駆動制御回路
は、動画モードでは、第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射及び表示パ
ネルでの画像信号の書き込み、を複数の色の各色で時間順次に切り替えることで、第１の
光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるようにバックライト部及び表示パネ
ルを制御し、静止画モードでは、第２の光源による光の放射及び表示パネルでの画像信号
の書き込み、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるようにバック
ライト部及び表示パネルを制御する液晶表示装置である。

本発明の一態様において、第２の光源は、シアン色及び赤色、またはマゼンタ色及び緑色
に対応する光源を含むことを特徴とする液晶表示装置でもよい。

本発明の一態様において、第１の光源及び第２の光源は、発光ダイオードであることを特
徴とする液晶表示装置でもよい。

本発明の一態様によれば、フィールドシーケンシャル駆動によりカラー画像による動画像
とモノカラー画像による静止画像とを切り替えて表示する際に、低消費電力化を図ること
ができる。

本発明の一形態におけるブロック図、模式図、及びタイミングチャート図。 本発明の一形態における模式図、及びタイミングチャート図。 本発明の一形態におけるブロック図。 本発明の一形態における回路図。 本発明の一形態におけるタイミングチャート図。 本発明の一形態を説明するための外観図。 本発明の一形態を説明するための上面図及び断面図。 本発明の一形態を説明するための図。 本発明の一形態を説明するための断面図。 本発明の一形態を説明するための断面図。 本発明の一形態における電子機器を説明する図。 本発明の一形態における電子書籍を説明する図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、本発明は多く
の異なる態様で実施することが可能であり、本発明の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。なお、以下に説明する本
発明の構成において、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。

なお、各実施の形態の図面等において示す各構成の、大きさ、層の厚さ、信号波形、又は
領域は、明瞭化のために誇張されて表記している場合がある。よって、必ずしもそのスケ
ールに限定されない。

なお本明細書にて用いる第１、第２、第３、乃至第Ｎ（Ｎは自然数）という用語は、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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、静止画モードと動画モードを選択的に表示するための液晶表示装置に
ついて図１（Ａ）を用いて説明する。

なお、本明細書において、液晶表示装置が液晶表示装置に入力する画像信号を静止画と判
定しておこなう動作を静止画モード、動画と判定して行う動作を動画モードというものと
する。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、画像切替回路１０１、駆動制御回路１０２、バッ
クライト部１０３、表示パネル１０４を有する。

画像切替回路１０１は、画像信号供給源１０５からの画像信号を、動画として表示する（
動画モード）か、静止画として表示する（静止画モード）かを切り替えるための回路であ
る。例えば、連続するフレーム間での画像を比較することで、動画であるか静止画である
かの判定を行い、動画モードと静止画モードとを切り替える構成とすればよい。または、
入力される画像信号の種類に応じて、静止画モードとするか、動画モードとするかを切り
替える構成としてもよい。例えば、画像信号供給源１０５の画像信号のもとになる電子デ
ータのファイル形式等を参照することにより、動画モードとするかまたは静止画モードと
するかを切り替える構成とすればよい。または、画像切替回路１０１の外部からの切替信
号に応じて、動画モード、または静止画モードの切り替えを行う構成としてもよい。例え
ば、切り替えスイッチで動画モードまたは静止画モードを切り替える構成、または二次電
池等の蓄電デバイスの電力の残量に応じて、動画モードとするか、または静止画モードと
するかを切り替える構成としてもよい。

なお、画像信号供給源１０５からの画像信号は、デジタル値の画像信号であることが望ま
しい。アナログ値の画像信号の場合には、画像信号供給源１０５と画像切替回路１０１と
の間にＡ／Ｄ変換回路を設けて、アナログ値からデジタル値への変換を行う構成とすれば
よい。

駆動制御回路１０２は、画像切替回路１０１での動画モードまたは静止画モードの切り替
えに応じて、バックライト部１０３及び表示パネル１０４を制御するための信号を生成し
出力するための回路である。具体的に、駆動制御回路１０２は、バックライト部１０３の
光源の点灯または消灯の状態を制御するための信号、及び表示パネル１０４での画像のフ
レーム周波数、画像信号の供給、駆動回路を動作させるための信号（クロック信号、スタ
ートパルス等）の供給、を制御するための回路である。

バックライト部１０３は、バックライトを制御するための回路及び複数の光源を有する。
複数の光源としては、動画モードでの表示を行うための第１の光源、及び静止画モードで
の表示を行うための第２の光源を有する。また表示パネル１０４は、駆動回路、及び複数
の画素を有する。画素はトランジスタと、該トランジスタに接続された画素電極と、容量
素子を有する。なお該画素電極とそれに対になる電極との間に液晶層を挟持して液晶素子
が形成される。

ここで、光源の一例について、図１（Ｂ）で説明する。図１（Ｂ）に示す光源１１１は、
第１の光源１１２及び第２の光源１１３を有する。第１の光源１１２は、フィールドシー
ケンシャル駆動によりカラー表示を行うための光源である。第１の光源１１２としては、
フィールドシーケンシャル駆動によりカラーの画像が視認可能な複数の色（ここでは赤、
緑、青（ＲＧＢ））の光を放射する光源を用いる。また、第２の光源１１３は、白黒の階
調による表示を行うための光源である。第２の光源１１３としては、白色（Ｗ）の光源を
用いる。

次いで、駆動制御回路１０２の動作について図１（Ｃ）、図１（Ｄ）に示すタイミングチ
ャートで説明する。なお、図１（Ｃ）に示すタイミングチャートでは、表示パネル１０４
の画像表示がカラー画像の場合の、表示パネル１０４の信号線（データ線ともいう：ｄａ
ｔａ ｌｉｎｅ）に画像信号が書き込まれるタイミング、バックライト部１０３の光源が
点灯または消灯となるタイミングについて簡略化して示すものである。なお、図１（Ｄ）
に示すタイミングチャートでは、表示パネル１０４の画像表示が白黒の画像の場合の、表
示パネル１０４の信号線（データ線ともいう：ｄａｔａ ｌｉｎｅ）に画像信号が書き込
まれるタイミング、バックライト部１０３の光源が点灯または消灯となるタイミングにつ
いて簡略化して示すものである。

図１（Ｃ）におけるタイミングチャートにおいては、動画モードによる第１の期間１２１
、図１（Ｄ）におけるタイミングチャートにおいては、静止画モードによる第２の期間１
２２について示しており、本実施の形態の動作は、第１の期間１２１の動作と第２の期間
１２２の動作に大別される。

なお、図１（Ｃ）の第１の期間１２１においてＲＧＢの画像信号の書き込み及び点灯に要
する期間となる、１フレーム期間（またはフレーム周波数）は、１／６０秒以下（６０Ｈ
ｚ以上）であることが望ましい。なおフレーム周波数を高くすることで、フィールドシー
ケンシャル駆動特有の問題である「色割れ」による表示の不具合を低減することができる
。また図１（Ｄ）の第２の期間１２２において、１フレーム期間を極端に長く、例えば１
分以上（０．０１７Ｈｚ以下）とすることで、複数回にわたって同じ画像を切り替える場
合と比較して眼の疲労を低減しうるといったことも可能である。

なお表示パネル１０４の各画素に設けるトランジスタの半導体層として酸化物半導体を用
いると、トランジスタのオフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては画
像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。
よって１フレーム期間の周期を長くすることができ、図１（Ｄ）の第２の期間１２２にお
ける再度画像信号を書き込む動作にあたるリフレッシュ動作の頻度を少なくすることがで
きるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、書き込み時間を短縮することが
でき、フィールドシーケンシャル駆動のような高速駆動が可能である。

図１（Ｃ）に示す第１の期間１２１では、フィールドシーケンシャル駆動によりカラーの
画像での動画を表示するため、駆動制御回路１０２からＲＧＢの画像信号、駆動回路を動
作させるための信号（クロック信号、スタートパルス等）、及びバックライト部１０３を
制御するための信号が供給される。具体的には、Ｒ（赤）の画像に対応する画像信号が信
号線に書き込まれることで各画素の液晶の配向を変化させる。続いて第１の光源における
Ｒのバックライトを点灯するように、駆動制御回路１０２はバックライト部１０３を制御
する。続いてＧ（緑）の画像に対応する画像信号が信号線に書き込まれることで各画素の
液晶の配向を変化させる。続いて第１の光源におけるＧのバックライトを点灯するように
、駆動制御回路１０２はバックライト部１０３を制御する。続いてＢ（青）の画像に対応
する画像信号が信号線に書き込まれることで各画素の液晶の配向を変化させる。続いて第
１の光源におけるＢのバックライトを点灯するように、駆動制御回路１０２はバックライ
ト部１０３を制御する。以上、一連の動作により、人間の目にはカラーの画像が視認され
、動作を繰り返すことで動画を視認することができる。

図１（Ｄ）に示す第２の期間１２２では、白黒の階調とする画像信号（図中、ＢＫ／Ｗと
表記）による静止画を表示するため、駆動制御回路１０２から白黒の階調とする画像信号
、駆動回路を動作させるための信号（クロック信号、スタートパルス等）、及びバックラ
イト部１０３を制御するための信号が供給される。具体的には、白黒の階調とする画像信
号が信号線に書き込まれることで各画素の液晶の配向を変化させる。続いて第２の光源に
おけるＷのバックライトを点灯するように、駆動制御回路１０２はバックライト部１０３
を制御する。その後、白黒の階調とする画像信号、及び駆動回路を動作させるための信号
（クロック信号、スタートパルス等）を停止することにより、一度書き込まれた白黒の階
調とする画像信号による液晶の配向を保持する。この間、第２の光源におけるＷのバック
ライトを点灯させ続けることで、表示パネル１０４は白黒の階調の静止画表示を行うこと
ができる。なお白黒の階調とする画像信号を書き込む以外の期間では、駆動制御回路１０
２を非動作とすることで低消費電力化を図ることができる。また図１（Ｄ）に示す第２の
期間１２２では、同じ画像信号を複数回にわたって切り替える場合と比較して、眼の疲労
を低減しうるといったことも可能である。

なお光源の一例として図１（Ｂ）では、光源として赤、緑、青（ＲＧＢ）に白色（Ｗ）を
加えた構成について説明したが、別の構成とすることもできる。図２（Ａ）では、図１（
Ｂ）とは異なる構成について示す。図２（Ａ）に示す光源１１４は、第１の光源１１５及
び第２の光源１１６を有する。第１の光源１１５は、図１（Ｂ）と同様に、フィールドシ
ーケンシャル駆動によりカラー表示を行うための光源である。第１の光源１１５としては
、カラーの画像が視認可能な複数の色（ここでは赤、緑、青（ＲＧＢ））の光を放射する
光源を用いる。また、第２の光源１１６は、図１（Ｂ）と同様に、白黒の階調による表示
を行うための光源である。第２の光源１１６としては、青色（Ｂ）及び黄色（Ｙ）の光源
を同時に点灯することによる白表示が可能な光源を用いる。なお青色と補色の関係にある
黄色を用いて白色の第２の光源とする構成により、ＲＧＢを同時に点灯することにより得
られる白色に比べ、低消費電力化が図れる等の利点がある。

次いで図２（Ａ）に示す光源１１４を用いる際の、駆動制御回路１０２の動作について図
２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すタイミングチャートで説明する。なお、図２（Ｂ）に示すタ
イミングチャートでは、図１（Ｃ）と同様に、表示パネル１０４の画像表示がカラー画像
の際の、表示パネル１０４の信号線（データ線ともいう：ｄａｔａ ｌｉｎｅ）に画像信
号が書き込まれるタイミング、及びバックライト部１０３の光源が点灯または消灯となる
タイミングについて簡略化して示すものである。なお、図２（Ｃ）に示すタイミングチャ
ートでは、図１（Ｄ）と同様に、表示パネル１０４の画像表示が白黒の画像の際の、表示
パネル１０４の信号線（データ線ともいう：ｄａｔａ ｌｉｎｅ）に画像信号が書き込ま
れるタイミング、及びバックライト部１０３の光源が点灯または消灯となるタイミングに
ついて簡略化して示すものである。

図２（Ｂ）、図２（Ｃ）におけるタイミングチャートにおいては、図１（Ｃ）、図１（Ｄ
）と同様に、動画モードによる第１の期間１２１、静止画モードによる第２の期間１２２
に大別される。

図２（Ｂ）に示す第１の期間１２１では、図１（Ｃ）と同様の動作をし、人間の目にはカ
ラーの画像が視認され、動作を繰り返すことで動画を視認することができる。

図２（Ｃ）に示す第２の期間１２２では、白黒の階調とする画像信号（ＢＫ／Ｗと表記）
による静止画を表示するため、図１（Ｄ）と同様に、駆動制御回路１０２から白黒の階調
とする画像信号、駆動回路を動作させるための信号（クロック信号、スタートパルス等）
、及びバックライト部１０３を制御するための信号が供給される。具体的には、白黒の階
調とする画像信号が信号線に書き込まれることで各画素の液晶の配向を変化させる。続い
て第２の光源における青（Ｂ）のバックライト及び黄（Ｙ）のバックライトを点灯するよ
うに、駆動制御回路１０２はバックライト部１０３を制御する。その後、図１（Ｄ）と同
様に、白黒の階調とする画像信号、及び駆動回路を動作させるための信号（クロック信号
、スタートパルス等）を停止することにより、一度書き込まれた白黒の階調とする画像信
号による液晶の配向を保持する。この間、第２の光源における青（Ｂ）のバックライト及
び黄（Ｙ）のバックライトを点灯させ続けることで、表示パネル１０４は白黒の階調の静
止画表示を行うことができる。なお白黒の階調とする画像信号を書き込む以外の期間では
、図１（Ｄ）と同様に、駆動制御回路１０２を非動作とすることで低消費電力化を図るこ
とができる。また、第２の期間１２２では、同じ画像信号を複数回にわたって切り替える
場合と比較して、眼の疲労を低減しうるといったことも可能である。

なお、図２（Ａ）乃至（Ｃ）に示す構成では、青と補色の関係にある黄色を用いて白色の
第２の光源とする構成としたが、他の構成により白色の光源を得る構成も可能である。例
えば、緑と補色の関係にあるマゼンタ色を用いた白色を第２の光源として用いてもよい。
また、赤と補色の関係にあるシアン色を用いた白色を第２の光源として用いてもよい。

次いで、画像切替回路１０１、バックライト部１０３、表示パネル１０４の構成について
、具体的な一例を図３に示し説明する。なお、画像切替回路１０１で、連続するフレーム
間での画像を比較することで動画であるか静止画であるかの判定を行い、動画モードか静
止画モードかを選ぶ構成について図３を用いて説明する。

図３に示す画像切替回路１０１は、記憶回路３０１、比較回路３０２、選択回路３０３、
及び表示制御回路３０４を有する。

バックライト部１０３はバックライト制御回路３２１、及びバックライト３２２を有する
。バックライト３２２には光源３２３が配置されている。

図３では、バックライト３２２は、表示パネル１０４と並んで設ける構成としているが、
表示パネル１０４と重畳して設けられる構成としてもよい。光源３２３の色の組み合わせ
としては、図１（Ｂ）、図２（Ａ）で説明した色の組み合わせを用いることができる。な
お光源３２３としては、発光ダイオードを用いることで長寿命化を図ることができる。併
せて光源３２３と導光板を組み合わせてバックライト３２２とすることで、光源３２３の
数を削減することができ、低コスト化を図ることができる。

表示パネル１０４は、画素部３１１、及び駆動回路３１２を有する。画素部３１１には、
走査線と信号線に接続された画素３１３がマトリクス状に複数配置されている。

また、画素３１３はトランジスタと、該トランジスタに接続された画素電極と、容量素子
を有する。画素電極（第１の電極）と対になる対向電極（第２の電極）との間に液晶層を
挟持して液晶素子が形成される。

液晶素子の一例としては、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する
素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構成されることが可能である。なお、
液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（即ち、縦方向の電界）によって制御される
。なお、具体的には、液晶の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメ
クチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分
子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖
型高分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。また、ブルー相の液晶相を示す
液晶、またはセルギャップを狭めたネマチック相の液晶相を示す液晶を用いることもでき
る。この場合液晶素子の高速応答を可能にできるため、フィールドシーケンシャル駆動と
組み合わせることで色割れ等の表示の不具合を低減することができる。また液晶の駆動方
法としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔ
ｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓ
ａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードな
どがある。

なお図３に示す駆動制御回路１０２は画像切替回路１０１からの信号に応じて、バックラ
イト部１０３のバックライト制御回路３２１を制御するための信号、及び表示パネル１０
４の駆動回路３１２を制御するための信号を出力する回路となる。

ここで図３に示す構成の動作について説明する。

画像信号供給源１０５から、画像切替回路１０１に画像信号が入力される。記憶回路３０
１は、複数のフレームに関する画像信号を記憶するための複数のフレームメモリを有する
。記憶回路３０１が有するフレームメモリの数は特に限定されるものではなく、複数のフ
レームに関する画像信号を記憶できる素子であればよい。なおフレームメモリは、例えば
ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（
Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子を用いて構成
すればよい。

なおフレームメモリは、フレーム期間毎に画像信号を記憶する構成であればよく、フレー
ムメモリの数について特に限定されるものではない。またフレームメモリの画像信号は、
比較回路３０２及び選択回路３０３により選択的に読み出されるものである。

比較回路３０２は、記憶回路３０１に記憶された連続するフレーム期間の画像信号を選択
的に読み出して、当該画像信号の連続するフレーム間での比較を画素毎に行い、差分を検
出するための回路である。

なお、差分の検出の有無により、表示制御回路３０４及び選択回路３０３での動作が決定
されることとなる。比較回路３０２での画像信号の比較により、いずれかの画素で差分が
検出された際に当該差分を検出した連続するフレーム期間は、動画であると判断する。一
方、比較回路３０２での画像信号の比較により、全ての画素で差分が検出されない際に当
該差分を検出しなかった連続するフレーム期間は、静止画であると判断する。すなわち比
較回路３０２は、連続するフレーム期間の画像信号を、比較回路３０２での差分の検出に
よって、動画を表示するための画像信号であるか、または静止画を表示するための画像信
号であるかの判断をするものである。

なお、当該比較により得られる差分は、一定のレベルを超えたときに、差分を検出したと
判断されるように設定してもよい。なお比較回路３０２は、差分の絶対値によって、差分
の検出の判断をする設定とすればよい。

なお動画は、複数のフレームに時分割した複数の画像を高速に切り替えることで人間の目
に動く画像として認識される画像をいう。具体的には、１秒間に６０回（６０フレーム）
以上画像を切り替えることで、人間の目にはちらつきが少なく動画と認識されるものとな
る。一方、静止画は、動画と異なり、複数のフレーム期間に時分割した複数の画像を高速
に切り替えて動作させるものの、連続するフレーム期間、例えばｎフレーム目と、（ｎ＋
１）フレーム目とで変化しない画像信号のことをいう。

選択回路３０３は、複数のスイッチ、例えばトランジスタで形成されるスイッチを設ける
構成とする。比較回路３０２での差分の演算により差分が検出された際、すなわち連続す
るフレーム間で表示される画像が動画の際、当該画像信号が記憶された記憶回路３０１内
のフレームメモリより画像信号を選択して表示制御回路３０４に出力するための回路であ
る。

なお選択回路３０３は、比較回路３０２で演算により画像信号の差分が検出されない際、
すなわち連続するフレーム間で表示される画像が静止画の際、当該画像信号について表示
制御回路３０４に出力しない回路となる。そのため静止画の際、選択回路３０３では、画
像信号をフレームメモリより表示制御回路３０４に出力しない構成とすることにより、消
費電力を削減することができる。

表示制御回路３０４は、比較回路３０２での差分の検出に応じて選択回路３０３で選択さ
れた画像信号、及び動画モードまたは静止画モードのどちらで駆動するかについての信号
を駆動制御回路１０２に供給するための回路である。例えば表示制御回路３０４からの、
画像切替回路１０１での動画を表示する動画モードであるか、または静止画を表示する静
止画モードであるかについての信号に応じて、駆動制御回路１０２はバックライト部１０
３での光源の点灯及び表示パネル１０４での駆動回路の動作を、図１（Ｃ）または図２（
Ｂ）のように切り替えて制御する構成となる。

次いで、表示パネル１０４の画素の構成について説明し、バックライト部１０３のバッ
クライト制御回路３２１及び表示パネル１０４の駆動回路３１２のタイミングチャートに
ついて説明する。まず図４には、表示パネル１０４の概略図について示している。図４に
示す表示パネルは、画素部６０１、走査線６０２（ゲート線ともいう）、信号線６０３（
データ線ともいう）、画素６１０、共通電極６１８（コモン電極ともいう）、容量線６１
９、駆動回路である走査線駆動回路６０６、駆動回路である信号線駆動回路６０７を有す
る。

画素６１０は、画素トランジスタ６１２、液晶素子６１３、容量素子６１４を有する。画
素トランジスタ６１２はゲートが走査線６０２に接続され、ソース又はドレインの一方と
なる第１端子が信号線６０３に接続され、ソース又はドレインの他方となる第２端子が、
液晶素子６１３の一方の電極及び容量素子６１４の第１の電極に接続される。なお液晶素
子６１３の他方の電極は、共通電極６１８に接続されている。なお容量素子６１４の第２
の電極は、容量線６１９に接続される。なお画素トランジスタ６１２は、薄膜の酸化物半
導体層を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成することが好ましい。

なお、薄膜トランジスタは、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り、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ド
レイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソ
ースとドレインとは、トランジスタの構造や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、本書類（明細書、特
許請求の範囲又は図面など）においては、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソ
ースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１
端子、第２端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第１の電極、第２の電極と
表記する場合がある。あるいは、ソース領域、ドレイン領域と表記する場合がある。

なお画素トランジスタ６１２の半導体層として酸化物半導体を用いると、トランジスタの
オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては画像信号等の電気信号の保
持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって１フレーム期間の
周期を長くすることができ、静止画モードの第２の期間１２２でのリフレッシュ動作の頻
度を少なくすることができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、酸
化物半導体を用いたトランジスタは、アモルファスシリコンを用いたトランジスタと比較
して、高い電界効果移動度が得られるため、書き込み時間を短縮することができ、高速駆
動が可能である。

なお走査線駆動回路６０６、信号線駆動回路６０７は、画素部６０１と同じ基板上に設け
る構成とすることが好ましいが、必ずしも同じ基板上に設ける必要はない。画素部６０１
と同じ基板上に走査線駆動回路６０６、信号線駆動回路６０７を設けることで、外部との
接続端子数を削減することができ、液晶表示装置の小型化を図ることができる。

なお、画素６１０は、マトリクス状に配置（配列）されている。ここで、画素がマトリク
スに配置（配列）されているとは、縦方向もしくは横方向において、画素が直線上に並ん
で配置されている場合や、ギザギザな線上に配置されている場合を含む。

なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続
されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。

次いで、バックライト部１０３のバックライト３２２及び表示パネル１０４の駆動回路３
１２のタイミングチャートを説明する。上述したように本実施の形態の液晶表示装置は、
動画モードの第１の期間１２１と静止画モードの第２の期間１２２に大別される。そこで
第１の期間１２１について図５（Ａ）に、第２の期間１２２について図５（Ｂ）に、それ
ぞれのタイミングチャートを示す。なお図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すタイミングチャ
ートは、説明のために誇張して表記したものである。

図５（Ａ）では、第１の期間１２１における走査線駆動回路に供給するクロック信号ＧＣ
Ｋ、及びスタートパルスＧＳＰ、信号線駆動回路に供給するクロック信号ＳＣＫ、及びス
タートパルスＳＳＰ、画像信号ｄａｔａ、バックライトの点灯状態について示したもので
ある。なおバックライトとしては、第１の光源の一例として、ＲＧＢの３色を順次点灯す
る構成について説明することにする。

第１の期間１２１において、クロック信号ＧＣＫは常時供給されるクロック信号となる。
またスタートパルスＧＳＰは、垂直同期周波数に応じたパルスとなる。またクロック信号
ＳＣＫは常時供給されるクロック信号となる。またスタートパルスＳＳＰは、１ゲート選
択期間に応じたパルスとなる。なお第１の期間１２１では、フィールドシーケンシャル駆
動で動画を表示するため、画像信号はまずＲ（赤）の表示について各画素への書き込み、
次いでＲのバックライトの点灯、次いでＧ（緑）の表示について各画素への書き込み、次
いでＧのバックライトの点灯、次いでＢ（青）の表示について各画素への書き込み、次い
でＢのバックライトの点灯、を繰り返すことにより、視認者は動画でのカラー表示を視認
することができる。

次いで図５（Ｂ）について説明する。図５（Ｂ）では、第２の期間１２２について、静止
画書き込み期間１４３、静止画保持期間１４４に分けて説明を行う。

静止画書き込み期間１４３においては、クロック信号ＧＣＫは一画面書き込むためのクロ
ック信号となる。またスタートパルスＧＳＰは、一画面書き込むためのパルスとなる。ま
たクロック信号ＳＣＫは一画面書き込むためのクロック信号となる。またスタートパルス
ＳＳＰは、一画面書き込むためのパルスとなる。なお白黒の階調を表示するための画像信
号（ＢＫ／Ｗ）を書き込む静止画書き込み期間１４３では、白色（Ｗ）に対応する第２の
光源を非点灯とする構成を示しているが、点灯させる構成としてもよい。

静止画保持期間１４４においては、クロック信号ＧＣＫ、スタートパルスＧＳＰ、クロッ
ク信号ＳＣＫ、スタートパルスＳＳＰは、信号線駆動回路及び走査線駆動回路の動作を停
止するために、供給が停止されることとなる。そのため静止画保持期間１４４では電力消
費を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。なお静止画保持期間１４４
では、静止画書き込み期間１４３に画素に書き込んだ画像信号が、オフ電流が極端に小さ
い画素トランジスタにより保持されるため、白黒の階調の静止画を１分以上の期間保持す
ることができる。なおこの間、白色（Ｗ）に対応する第２の光源によるバックライトが点
灯となる。また、保持される画像信号に応じた電位が一定の期間の経過により低下する前
に、新たに静止画書き込み期間１４３を設けて先の期間の画像信号と同じ画像信号を書き
込み（リフレッシュ動作）、再度静止画保持期間１４４を設ければよい。

本実施の形態において述べた液晶表示装置は、静止画表示を行う際、画像信号の書き込み
回数を低減することにより、低消費電力化を図ることができる。また、静止画表示を行う
際のバックライトとして白色に対応する第２の光源を用いることにより、第１の光源であ
るＲＧＢの複数の光源を一斉に点灯させて得られる白色を用いる構成に比べ点灯させる光
源の数を低減することができるため、低消費電力化を図ることができる。

次いで、図５（Ｂ）で説明した静止画保持期間１４４において画像信号の書き込み回数を
低減することによる利点について図面を用いて説明する。まずは、比較のため第１の期間
１２１での画像信号の書き込みについて図６（Ａ）にバックライト部及び表示パネルを併
せた液晶表示モジュールの模式図を示し、次いで静止画保持期間１４４での画像信号の書
き込みについて図６（Ｂ）に液晶表示モジュールの模式図を示す。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）の液晶表示モジュール７９０はバックライト部７３０と、液晶素
子がマトリクス状に設けられた表示パネル７２０と、表示パネル７２０を挟む偏光板７２
５ａ、及び偏光板７２５ｂを有する。バックライト部７３０には光源、具体的にはＲＧＢ
の３色のＬＥＤ（７３３Ｒ、７３３Ｇ、及び７３３Ｂ）による第１の光源、及び白色のＬ
ＥＤ（７３３Ｗ）による第２の光源をマトリクス状に配置し、また表示パネル７２０と光
源の間に拡散板７３４を配置したものを用いることができる。また、外部入力端子となる
ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）７２６は表示パネル７２０に設けた端子部と
電気的に接続されている。

図６（Ａ）には、３色の光７３５が矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）で模式的に示してある。図６
（Ａ）の模式図は、バックライト部７３０から逐次発せられるパルス状の異なる色の光が
表示パネル７２０の液晶素子を通過して観察者側で視認される様子を表している。

一方図６（Ｂ）では、白色の光が矢印（Ｗ）で模式的に示してある。図６（Ｂ）の模式図
は、バックライト部７３０から一定期間発せられる連続的な白色の光が表示パネル７２０
の液晶素子を通過して観察者側で視認される様子を表している。

すなわち第２の期間１２２中、観察者側では、図６（Ａ）のように頻繁に光源の明滅が行
われないことがわかる。一方、図６（Ａ）のように、頻繁に画像信号を書き込み、併せて
バックライトの光源を点灯させる構成では、目の疲れが懸念される。画像信号の書き換え
が特に必要ない、特に静止画の表示の場合、画像信号の書き込み回数を低減し、連続的に
バックライトを点灯させる構成とすることで、画像信号による表示のちらつきを低減する
ことができる。特に白黒の階調による静止画の画像の場合には、画像信号の書き換え回数
を低減し、連続的にバックライトを点灯させることで、眼の疲労を低減しうるといったこ
とも可能である。

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２）
本実施の形態では、表示パネルの画素の平面図及び断面図の一例について図面を用いて説
明する。

図７（Ａ）は表示パネルにおける１画素分の画素の平面図を示している。図７（Ｂ）は図
７（Ａ）の線Ｙ１−Ｙ２、及び線Ｚ１−Ｚ２における断面図である。

図７（Ａ）において、複数のソース配線層（ソース電極層４０５ａ又はドレイン電極層４
０５ｂ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、ソース配線層に概略直交
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。容量配
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。

図７（Ａ）、図７（Ｂ）の液晶表示装置は、画素電極層として透明電極層４４７が形成さ
れている。トランジスタ４５０上には絶縁膜４０７、保護絶縁層４０９、及び層間膜４１
３が設けられ、絶縁膜４０７、保護絶縁層４０９、及び層間膜４１３に形成された開口（
コンタクトホール）において、透明電極層４４７はトランジスタ４５０と電気的に接続さ
れている。

図７（Ｂ）に示すように、第２の基板４４２には共通電極層４４８（対向電極層ともいう
）が形成され、第１の基板４４１上の透明電極層４４７と、液晶層４４４を介して対向し
ている。なお、図７（Ａ）、図７（Ｂ）では、透明電極層４４７と液晶層４４４との間に
配向膜４６０ａが設けられ、共通電極層４４８と液晶層４４４との間には配向膜４６０ｂ
が設けられている。配向膜４６０ａ、４６０ｂは、液晶の配向を制御する機能を有する絶
縁層であり、液晶材料によっては設けなくてもよい。

トランジスタ４５０は、ボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタの例であり、ゲート
電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及
びドレイン電極層４０５ｂを含む。また、ゲート電極層４０１と同工程で形成された容量
配線層４０８、ゲート絶縁層４０２、及びソース電極層４０５ａ又はドレイン電極層４０
５ｂと同工程で形成された導電層４４９が積層し、容量を形成している。

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３）
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に用いることのできるバックライト
部（バックライト、バックライトユニット）の構成の例について図８を用いて説明する。

図８（Ａ）は、エッジライト方式と呼ばれるバックライト部５２０１と、表示パネル５２
０７とを有している液晶表示装置の一例を示す。エッジライト式とは、バックライト部の
端部に光源を配置し、その光源の光を発光面全体から放射する方式である。

バックライト部５２０１は、拡散板５２０２（拡散シートともいう）、導光板５２０３、
反射板５２０４、ランプリフレクタ５２０５及び光源５２０６によって構成される。なお
バックライト部５２０１は他にも輝度向上フィルム等を設ける構成としてもよい。

光源５２０６は必要に応じて異なる複数の色（ＲＧＢＷ）で発光する機能を有している。
例えば、光源５２０６としてはカラーフィルタを設けた冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ
Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ）、発光ダイオード、又はＥＬ素子
などが用いられる。

図８（Ｂ）は、エッジライト式のバックライト部の詳細な構成を示す図である。なお、拡
散板、導光板及び反射板などはその説明を省略する。

図８（Ｂ）に示すバックライト部５２０１は、光源としてＲＧＢＷの各色に対応した発光
ダイオード（ＬＥＤ）５２２３Ｒ、５２２３Ｇ、５２２３Ｂ、５２２３Ｗを用いた構成で
ある。ＲＧＢＷの各色に対応した発光ダイオード（ＬＥＤ）５２２３Ｒ、５２２３Ｇ、５
２２３Ｂ、５２２３Ｗは所定の間隔に配置される。そして、ＲＧＢＷの各色に対応した発
光ダイオード（ＬＥＤ）５２２３Ｒ、５２２３Ｇ、５２２３Ｂ、５２２３Ｗからの光を効
率よく反射させるため、ランプリフレクタ５２２２が設けられている。

図８（Ｃ）は、直下型と呼ばれるバックライト部と、液晶パネルとを有する液晶表示装置
の一例を示す。直下式とは、発光面の直下に光源を配置することで、その光源の光を発光
面全体から放射する方式である。

バックライト部５２９０は、液晶パネル５２９５に重畳した、拡散板５２９１、遮光部５
２９２、ランプリフレクタ５２９３、ＲＧＢＷの各色に対応した発光ダイオード（ＬＥＤ
）５２９４Ｒ、５２９４Ｇ、５２９４Ｂ、５２９４Ｗによって構成される。

なお、直下型と呼ばれるバックライト部において、光源となる発光ダイオード（ＬＥＤ）
の代わりに発光素子であるＥＬ素子を用いることによりバックライト部の薄型化をはかる
ことができる。

なお図８（Ａ）乃至（Ｃ）で説明するバックライト部は、輝度を調整する構成としてもよ
い。例えば、液晶表示装置の周りの照度に応じて輝度を調整する構成としてもよいし、表
示される画像信号に応じて輝度を調整する構成としてもよい。

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）
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示
す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず
、例えばゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の上側に配置されるトッ
プゲート構造、又はゲート電極が、ゲート絶縁層を介して、酸化物半導体層の下側に配置
されるボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることができる。また、ト
ランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成され
るダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、
チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極層を有する、デ
ュアルゲート型でもよい。なお、図９（Ａ）乃至（Ｄ）にトランジスタの断面構造の一例
を以下に示す。図９（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、半導体層として酸化物半導
体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、トランジスタのオン状
態において高い電界効果移動度（最大値で５ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ以上、好ましくは最大値で
１０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ〜１５０ｃｍ^２／Ｖｓｅｃ）と、トランジスタのオフ状態において
低い単位チャネル幅あたりのオフ電流（例えば単位チャネル幅あたりのオフ電流が１ａＡ
／μｍ未満、さらに好ましくは室温にて１０ｚＡ／μｍ未満、且つ、８５℃にて１００ｚ
Ａ／μｍ未満）が得られることである。

図９（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり
、逆スタガ型トランジスタともいう。

トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０
５ｂを含む。また、トランジスタ４１０を覆い、酸化物半導体層４０３に積層する絶縁膜
４０７が設けられている。絶縁膜４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている
。

図９（Ｂ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう
）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。

トランジスタ４２０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、酸化物半導体層４０３のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁層４２７、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極
層４０５ｂを含む。また、トランジスタ４２０を覆い、保護絶縁層４０９が形成されてい
る。

図９（Ｃ）に示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面
を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、ソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及び酸化物半導体層４０３を含む。また、トランジスタ
４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。絶縁膜４
０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている。

トランジスタ４３０においては、ゲート絶縁層４０２は基板４００及びゲート電極層４０
１上に接して設けられ、ゲート絶縁層４０２上にソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層
４０５ｂが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層４０２、及びソース電極層４０
５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に酸化物半導体層４０３が設けられている。

図９（Ｄ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである
。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４３７、酸化物半導
体層４０３、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、ゲート絶縁層４０２、及
びゲート電極層４０１を含み、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂにそれぞ
れ配線層４３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。

本実施の形態では、上述のとおり、半導体層として酸化物半導体層４０３を用いる。酸化
物半導体層４０３に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化
物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−
Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導
体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系
酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ
−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−
Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含ん
でもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉ
ｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物、という意味であり、その化学量
論比はとくに問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。

また、酸化物半導体層４０３は、化学式ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される
薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一
または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、ま
たはＧａ及びＣｏなどがある。

酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、オフ状
態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって画素において、画像信
号等の電気信号を保持するための容量素子を小さく設計することができる。よって、画素
の開口率の向上を図ることができるため、その分の低消費電力化を図るといった効果を奏
する。

また、酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、
オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては画像信号等の電気信号の保
持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって１フレーム期間の
周期を長くすることができ、静止画表示期間でのリフレッシュ動作の頻度を少なくするこ
とができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、上記トランジスタを
有する駆動回路部と画素部を同一基板上に形成することができるため、液晶表示装置の部
品点数を削減することができる。

絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、バリウ
ムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いる。

ボトムゲート構造のトランジスタ４１０、４２０、４３０において、下地膜となる絶縁膜
を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板からの不純物元素の拡散を防
止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒
化シリコン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またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。

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、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層
、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハ
フニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第１のゲート絶縁層と
してプラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ
_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ
以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、合計膜厚２０
０ｎｍのゲート絶縁層とする。

ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述し
た元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン
膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方また
は双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜
、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。

ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに接続する配線層４３６ａ、配線層４３
６ｂのような導電膜も、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂと同様な材料を
用いることができる。

また、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ（これと同じ層で形成される配線
層を含む）となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸
化物としては酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ
）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化イ
ンジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリ
コンを含ませたものを用いることができる。

酸化物半導体層の上方に設けられる絶縁膜４０７、絶縁層４２７、下方に設けられる絶縁
層４３７は、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、ま
たは酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。

また、酸化物半導体層の上方に設けられる保護絶縁層４０９は、窒化シリコン膜、窒化ア
ルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いる
ことができる。

また、保護絶縁層４０９上にトランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜
を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、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）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、平坦化絶縁膜を形成してもよい。

このように、本実施の形態における高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタで
は、オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては画像信号等の電気信号
の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって１フレーム期
間の周期を長くすることができ、静止画表示期間でのリフレッシュ動作の頻度を少なくす
ることができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、高純度化された
酸化物半導体層は、レーザ照射等の処理を経ることなく作製でき、大面積基板へのトラン
ジスタの形成を可能にすることができるため、好適である。

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）
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を図１０を用
いて詳細に説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、繰り返し
の説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。

図１０（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図１０（Ａ）乃至（Ｅ
）に示すトランジスタ５１０は、図９（Ａ）に示すトランジスタ４１０と同様なボトムゲ
ート構造の逆スタガ型トランジスタである。

以下、図１０（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板５０５上にトランジスタ５１０を作製する工
程を説明する。

まず、絶縁表面を有する基板５０５上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ
工程によりゲート電極層５１１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で
形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用し
ないため、製造コストを低減できる。

絶縁表面を有する基板５０５は、実施の形態４に示した基板４００と同様な基板を用いる
ことができる。本実施の形態では基板５０５としてガラス基板を用いる。

下地膜となる絶縁膜を基板５０５とゲート電極層５１１との間に設けてもよい。下地膜は
、基板５０５からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン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。

また、ゲート電極層５１１の材料は、モリブデン、チタン、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。

次いで、ゲート電極層５１１上にゲート絶縁層５０７を形成する。ゲート絶縁層５０７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、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層
、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又
は積層して形成することができる。

本実施の形態の酸化物半導体は、不純物を除去され、Ｉ型化又は実質的にＩ型化された酸
化物半導体を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対
して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。その
ため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。

例えば、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で
絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体
と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なも
のとすることができるからである。

もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタリング
法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理
によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても
良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化
物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。

また、ゲート絶縁層５０７、酸化物半導体膜５３０に水素、水酸基及び水分がなるべく含
まれないようにするために、酸化物半導体膜５３０の成膜の前処理として、スパッタリン
グ装置の予備加熱室でゲート電極層５１１が形成された基板５０５、又はゲート絶縁層５
０７までが形成された基板５０５を予備加熱し、基板５０５に吸着した水素、水分などの
不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオ
ポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加
熱は、絶縁層５１６の成膜前に、ソース電極層５１５ａ及びドレイン電極層５１５ｂまで
形成した基板５０５にも同様に行ってもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以
上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜５３０を形成する（図１０（Ａ）参照。）。

なお、酸化物半導体膜５３０をスパッタリング法により成膜する前に、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５０７の表面に付着してい
る粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは
、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧
を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰
囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。

酸化物半導体膜５３０に用いる酸化物半導体は、実施の形態４に示した酸化物半導体を用
いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含んでもよい。本実施の形態で
は、酸化物半導体膜５３０をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタ
リング法により成膜する。この段階での断面図が図１０（Ａ）に相当する。また、酸化物
半導体膜５３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス
と酸素の混合雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。

酸化物半導体膜５３０をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば
、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物
ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及
び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数
比］の酸化物ターゲットを用いてもよい。

また、酸化物ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９
．９％以下である。充填率の高い酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物
半導体膜は緻密な膜とすることができる。

酸化物半導体膜５３０を成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化
物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好
ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成
膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリ
ングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が
除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板５０５上に酸化物半導体
膜５３０を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例
えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好
ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであっ
てもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ_２Ｏ）
など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるた
め、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。

成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ
、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用さ
れる。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ご
みともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。

次いで、酸化物半導体膜５３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導
体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインク
ジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマ
スクを使用しないため、製造コストを低減できる。

また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体
膜５３０の加工時に同時に行うことができる。

なお、ここでの酸化物半導体膜５３０のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエ
ッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜５３０のウェットエッ
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。

次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半
導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃
以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装
置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃に
おいて１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水
素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層５３１を得る（図１０（Ｂ）参照）。

なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱
輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒ
ａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔ
ｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅ
ａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドラ
ンプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀
ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置であ
る。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、
アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不
活性気体が用いられる。

例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基
板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中
から出すＧＲＴＡを行ってもよい。

なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガス
に、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、
またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上
好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましく
は０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。

また、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純
度のＮ_２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導
入してもよい。酸素ガスまたはＮ_２Ｏガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい
。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ_２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上好まし
くは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたはＮ_２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好まし
くは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ_２Ｏガスの作用により、
脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化
物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高
純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。

また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物
半導体膜５３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から
基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。

なお、第１の加熱処理は、上記以外にも、酸化物半導体膜成膜後であれば、酸化物半導体
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。

また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体
膜５３０に第１の加熱処理を行う前でも行った後でもよい。

また、酸化物半導体層を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行うことで、下地
部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域（単結晶領
域）、即ち、膜表面に垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成しても
よい。例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素、
希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃以
上７５０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）
を有する第１の酸化物半導体膜を形成する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第
２の酸化物半導体膜を形成し、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７０
０℃以下の第２の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に
結晶成長させ、第２の酸化物半導体膜の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領
域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７、及び酸化物半導体層５３１上に、ソース電極層及びドレイ
ン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。ソース電極
層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、実施の形態４に示したソース電極層４
０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる材料を用いることができる。

第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッ
チングを行ってソース電極層５１５ａ、ドレイン電極層５１５ｂを形成した後、レジスト
マスクを除去する（図１０（Ｃ）参照）。

第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレ
ーザ光やＡｒＦレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層５３１上で向かい合うソース電
極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタ
のチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には
、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏ
ｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う
とよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成され
るトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり
、回路の動作速度を高速化できる。

また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過
した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマ
スクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマ
スクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形するこ
とができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる
。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応
するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ
、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。

なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層５３１がエッチングされ、分断するこ
とのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみを
エッチングし、酸化物半導体層５３１を全くエッチングしないという条件を得ることは難
しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層５３１は一部のみがエッチングされ、溝
部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。

次いで、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出してい
る酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った
場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層５
１６を形成する。

絶縁層５１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層５１６に水
、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層５１６
に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体
層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）し
てしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層５１６はできるだけ
水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。

本実施の形態では、絶縁層５１６として膜厚２００ｎｍの酸化シリコン膜をスパッタリン
グ法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実
施の形態では１００℃とする。酸化シリコン膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表
的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下において
行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコンター
ゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気
下でスパッタ法により酸化シリコン膜を形成することができる。酸化物半導体層に接して
形成する絶縁層５１６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ⁻などの不純物を含まず、これら
が外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、
酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる
。

酸化物半導体膜５３０の成膜時と同様に、絶縁層５１６の成膜室内の残留水分を除去する
ためには、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。クライ
オポンプを用いて排気した成膜室で成膜した場合、絶縁層５１６に含まれる不純物の濃度
を低減できる。また、絶縁層５１６の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段とし
ては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。

絶縁層５１６を成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの
不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。

次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２
００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲
気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導
体層の一部（チャネル形成領域）が絶縁層５１６と接した状態で加熱される。

以上の工程を経ることによって、酸化物半導体層に対して第１の加熱処理を行って水素、
水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意
図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成
する主成分材料の一つである酸素を第２の加熱処理によって供給することができる。よっ
て、酸化物半導体層は高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。なお高純度化された酸
化物半導体膜中の水素濃度は５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、望ましくは５×１０
^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より望ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とな
る。なお、上述の酸化物半導体膜中の水素濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓ
ｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定されるもので
ある。

以上の工程でトランジスタ５１０が形成される（図１０（Ｄ）参照。）。

また、絶縁層５１６に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後
の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの
不純物を絶縁層５１６に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させ
る効果を奏する。

絶縁層５１６上にさらに保護絶縁層５０６を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を
用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の
成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分などの不純物を含まず、これらが外部から
侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜な
どを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層５０６を、窒化シリコン膜を用いて形成する
（図１０（Ｅ）参照）。

本実施の形態では、保護絶縁層５０６として、絶縁層５１６まで形成された基板５０５を
１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッ
タガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場
合においても、絶縁層５１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層５０
６を成膜することが好ましい。

保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以
下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよ
いし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温ま
での降温を複数回くりかえして行ってもよい。

このように、本実施の形態を用いて作製した高純度化された酸化物半導体層を含むトラン
ジスタは、オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては画像信号等の電
気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって１フレ
ーム期間の周期を長くすることができ、静止画表示期間でのリフレッシュ動作の頻度を少
なくすることができるため、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、高純度化
された酸化物半導体層は、レーザ照射等の処理を経ることなく作製でき、大面積基板への
トランジスタの形成を可能にすることができるため、好適である。

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６）
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
メラ等のカメラ、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。上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例につい
て説明する。

図１１（Ａ）は、電子書籍の一例を示している。図１１（Ａ）に示す電子書籍は、筐体１
７００及び筐体１７０１の２つの筐体で構成されている。筐体１７００及び筐体１７０１
は、蝶番１７０４により一体になっており、開閉動作を行うことができる。このような構
成により、書籍のような動作を行うことが可能となる。

筐体１７００には表示部１７０２が組み込まれ、筐体１７０１には表示部１７０３が組み
込まれている。表示部１７０２及び表示部１７０３は、続き画面を表示する構成としても
よいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすること
で、例えば右側の表示部（図１１（Ａ）では表示部１７０２）に文章を表示し、左側の表
示部（図１１（Ａ）では表示部１７０３）に画像を表示することができる。

また、図１１（Ａ）では、筐体１７００に操作部等を備えた例を示している。例えば、筐
体１７００は、電源入力端子１７０５、操作キー１７０６、スピーカ１７０７等を備えて
いる。操作キー１７０６により、頁を送ることができる。なお、筐体の表示部と同一面に
キーボードやポインティングディバイス等を備える構成としてもよい。また、筐体の裏面
や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、及びＵＳＢケーブル等の各種ケ
ーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備える構成としてもよい。さらに、図
１１（Ａ）に示す電子書籍は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。

図１１（Ｂ）は、液晶表示装置を用いたデジタルフォトフレームの一例を示している。例
えば、図１１（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、筐体１７１１に表示部１７１２が
組み込まれている。表示部１７１２は、各種画像を表示することが可能であり、例えば、
デジタルカメラ等で撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機
能させることができる。

なお、図１１（Ｂ）に示すデジタルフォトフレームは、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ
端子、ＵＳＢケーブル等の各種ケーブルと接続可能な端子等）、記録媒体挿入部等を備え
る構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏
面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記
録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像
データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部１７１２に表示させることができる。

図１１（Ｃ）は、液晶表示装置を用いたテレビジョン装置の一例を示している。図１１（
Ｃ）に示すテレビジョン装置は、筐体１７２１に表示部１７２２が組み込まれている。表
示部１７２２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１７
２３により筐体１７２１を支持した構成を示している。表示部１７２２は、上記実施の形
態に示した液晶表示装置を適用することができる。

図１１（Ｃ）に示すテレビジョン装置の操作は、筐体１７２１が備える操作スイッチや、
別体のリモコン操作機により行うことができる。リモコン操作機が備える操作キーにより
、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部１７２２に表示される映像を操作す
ることができる。また、リモコン操作機に、当該リモコン操作機から出力する情報を表示
する表示部を設ける構成としてもよい。

図１１（Ｄ）は、液晶表示装置を用いた携帯電話機の一例を示している。図１１（Ｄ）に
示す携帯電話機は、筐体１７３１に組み込まれた表示部１７３２の他、操作ボタン１７３
３、操作ボタン１７３７、外部接続ポート１７３４、スピーカ１７３５、及びマイク１７
３６等を備えている。

図１１（Ｄ）に示す携帯電話機は、表示部１７３２がタッチパネルになっており、指等の
接触により、表示部１７３２の表示内容を操作することができる。また、電話の発信、或
いはメールの作成等は、表示部１７３２を指等で接触することにより行うことができる。

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７）
本実施の形態においては、上記実施の形態６で説明した電子書籍の構成について、具体例
を示し説明する。

図１２（Ａ）に示す電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）は、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有する。図１２（
Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機
能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操
作又は編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、
等を有することができる。なお、図１２（Ａ）では充放電制御回路９６３４の一例として
バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略記）を有する
構成について示している。

図１２（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として上記実施の形態の液晶
表示装置を用いる場合、明るい状況下での使用も予想され、太陽電池９６３３による発電
、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電
池９６３３は、筐体９６３０の表面及び裏面に設けると、効率的にバッテリー９６３５の
充電を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、
リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また図１２（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１２（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１２（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。

次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。

なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う
構成としてもよい。

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。

１００ 液晶表示装置
１０１ 画像切替回路
１０２ 駆動制御回路
１０３ バックライト部
１０４ 表示パネル
１０５ 画像信号供給源
１１１ 光源
１１２ 第１の光源
１１３ 第２の光源
１１４ 光源
１１５ 第１の光源
１１６ 第２の光源
１２１ 第１の期間
１２２ 第２の期間
１４３ 静止画書き込み期間
１４４ 静止画保持期間
３０１ 記憶回路
３０２ 比較回路
３０３ 選択回路
３０４ 表示制御回路
３１１ 画素部
３１２ 駆動回路
３１３ 画素
３２１ バックライト制御回路
３２２ バックライト
３２３ 光源
４００ 基板
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 酸化物半導体層
４０７ 絶縁膜
４０８ 容量配線層
４０９ 保護絶縁層
４１０ トランジスタ
４１３ 層間膜
４２０ トランジスタ
４２７ 絶縁層
４３０ トランジスタ
４３７ 絶縁層
４４０ トランジスタ
４４１ 基板
４４２ 基板
４４４ 液晶層
４４７ 透明電極層
４４８ 共通電極層
４４９ 導電層
４５０ トランジスタ
５０５ 基板
５０６ 保護絶縁層
５０７ ゲート絶縁層
５１０ トランジスタ
５１１ ゲート電極層
５１６ 絶縁層
５３０ 酸化物半導体膜
５３１ 酸化物半導体層
６０１ 画素部
６０２ 走査線
６０３ 信号線
６０６ 走査線駆動回路
６０７ 信号線駆動回路
６１０ 画素
６１２ 画素トランジスタ
６１３ 液晶素子
６１４ 容量素子
６１８ 共通電極
６１９ 容量線
７２０ 表示パネル
７２６ ＦＰＣ
７３０ バックライト部
７３４ 拡散板
７３５ 光
７９０ 液晶表示モジュール
１７００ 筐体
１７０１ 筐体
１７０２ 表示部
１７０３ 表示部
１７０４ 蝶番
１７０５ 電源入力端子
１７０６ 操作キー
１７０７ スピーカ
１７１１ 筐体
１７１２ 表示部
１７２１ 筐体
１７２２ 表示部
１７２３ スタンド
１７３１ 筐体
１７３２ 表示部
１７３３ 操作ボタン
１７３４ 外部接続ポート
１７３５ スピーカ
１７３６ マイク
１７３７ 操作ボタン
４０５ａ ソース電極層
４０５ｂ ドレイン電極層
４３６ａ 配線層
４３６ｂ 配線層
４６０ａ 配向膜
４６０ｂ 配向膜
５１５ａ ソース電極層
５１５ｂ ドレイン電極層
５２０１ バックライト部
５２０２ 拡散板
５２０３ 導光板
５２０４ 反射板
５２０５ ランプリフレクタ
５２０６ 光源
５２０７ 表示パネル
５２２２ ランプリフレクタ
５２９０ バックライト部
５２９１ 拡散板
５２９２ 遮光部
５２９３ ランプリフレクタ
５２９５ 液晶パネル
７２５ａ 偏光板
７２５ｂ 偏光板
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ
７３３Ｒ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
７３３Ｇ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
７３３Ｂ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
７３３Ｗ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２２３Ｒ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２２３Ｇ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２２３Ｂ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２２３Ｗ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２９４Ｒ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２９４Ｇ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２９４Ｂ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
５２９４Ｗ 発光ダイオード（ＬＥＤ）

Claims (2)

1. 表示パネルと、バックライト部と、第１の回路と、第２の回路と、を有し、
   前記バックライト部は、第１の光源と、第２の光源と、を有し、
   前記第１の光源は、カラー表示を行う複数の色を放射することができる光源を有し、
   前記第２の光源は、白色を放射することができる光源を有し、
   前記第１の回路は、連続するフレーム間での画像を比較して、動画であるか静止画であるかを判定し、動画モードで表示するか静止画モードで表示するかを切り替えることができる機能を有し、
   前記第２の回路は、前記動画モードにおいて、前記第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射と、前記表示パネルでの画像信号の書き込みと、を前記複数の色の各色で時間順次に切り替えて、前記第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるように、前記バックライト部及び前記表示パネルを制御することができる機能を有し、
   前記第２の回路は、前記静止画モードにおいて、前記第２の光源の光の放射と、前記表示パネルでの前記画像信号の書き込みと、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるように、前記バックライト部及び前記表示パネルを制御することができる機能を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 表示パネルと、バックライト部と、第１の回路と、第２の回路と、二次電池と、を有し、
   前記バックライト部は、第１の光源と、第２の光源と、を有し、
   前記第１の光源は、カラー表示を行う複数の色を放射することができる光源を有し、
   前記第２の光源は、白色を放射することができる光源を有し、
   前記第１の回路は、前記二次電池の電力の残量に応じて、動画モードで表示するか静止画モードで表示するかを切り替えることができる機能を有し、
   前記第２の回路は、前記動画モードにおいて、前記第１の光源の複数の色のいずれか一に対応した光の放射と、前記表示パネルでの画像信号の書き込みと、を前記複数の色の各色で時間順次に切り替えて、前記第１の光源の複数の色を混色してカラーの画像が視認されるように、前記バックライト部及び前記表示パネルを制御することができる機能を有し、
   前記第２の回路は、前記静止画モードにおいて、前記第２の光源の光の放射と、前記表示パネルでの前記画像信号の書き込みと、を一定期間保持することで白黒の階調による画像が視認されるように、前記バックライト部及び前記表示パネルを制御することができる機能を有することを特徴とする液晶表示装置。

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