JP2015163977A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示された画像が良好に認識できる表示装置を提供することを課題の一とする。
また、その表示装置を生産性良く作製する方法を提供することを課題の一とする。
【解決手段】基板上に液晶層を介して入射する光を反射する画素電極と、透光性を有する
画素電極と、透光性を有する画素電極と重なる位置に側面が反射層で覆われた構造体を設
ける。構造体は、透光性を有するエッチングストップ層上に形成され、エッチングストッ
プ層は、構造体の下に透光層として残存する。
【選択図】図１

Description

トランジスタで構成された回路を有する半導体装置およびその作製方法に関する。例えば
、液晶表示装置に代表される電気光学装置を部品として搭載した電子機器に関する。

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

液晶表示装置において、高品位な画像を得るために、画素電極をマトリクス状に配置し、
画素電極の各々に接続するスイッチング素子としてトランジスタを用いたアクティブマト
リクス型液晶表示装置が注目を集めている。

画素電極の各々に接続するスイッチング素子として、金属酸化物をチャネル形成領域とす
るトランジスタを用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、既に知られている（特
許文献１及び特許文献２）。

また、アクティブマトリクス型液晶表示装置として、大きく分けて透過型と反射型の二種
類のタイプが知られている。

透過型の液晶表示装置は、冷陰極蛍光ランプなどのバックライトを用い、液晶の光学変調
作用を利用して、バックライトからの光が液晶を透過して液晶表示装置外部に出力される
状態と、出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わ
せることで、画像表示を行うものである。

透過型の液晶表示装置は、バックライトを利用するため、屋外などの外光が強い環境では
表示を認識することが困難である。

また、反射型の液晶表示装置は、液晶の光学変調作用を利用して、外光、即ち入射光が液
晶を透過して画素電極で反射して装置外部に出力される状態と、入射光が装置外部に出力
されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、
画像表示を行うものである。

反射型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と比較して、バックライトを使用しない
ため、消費電力が少ないといった長所を有しており、携帯用の情報端末としての需要が高
まっている。

反射型の液晶表示装置は、外光を利用するため、屋外などの外光が強い環境での画像表示
に向いている。一方、液晶表示装置の周囲が暗い、即ち外光が弱い環境では表示を認識す
ることが困難である。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報

表示された画像が良好に認識できる半導体装置を提供することを課題の一とする。

外光を照明光源とする反射モードと、バックライトを用いる透過モードの両モードでの画
像表示を可能とした半導体装置を提供することを課題の一とする。

消費電力を増やさずに、より明るく表示品位の良い半導体装置を提供することを課題の一
とする。

生産性が良く、特性ばらつきの少ない半導体装置の作製方法を提供することを課題の一と
する。

本明細書で開示する発明の一態様は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

液晶層を介して入射する光を反射する画素と、透光性を有する画素を有し、外光を照明光
源とする反射モードと、バックライトを照明光源として用いる透過モードの両モードでの
画像表示を可能とする。

透光性を有する画素に、バックライトの光を集光するための構造物を設けることで、バッ
クライトの輝度を上げることなく、透過光量を向上させる。

さらに、酸化物半導体上に構造物を形成することで、酸化物半導体をエッチングストップ
層として機能させ、構造物の形成工程における下層へのダメージを減らし、生産性が良く
、特性ばらつきの少ない半導体装置を作製することができる。エッチングストップ層とし
ては、構造体の形成工程におけるエッチング処理に耐えうる材料で、透光性を有する材料
であれば、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料を問わず用いることができる。また、エ
ッチングストップ層は透光層または集光層と呼ぶこともできる。

本発明の一態様は、側面と、底面と、上面と、を有する構造体を有し、入射する光を反射
する画素電極を有する第１の画素電極と、透光性を有する画素電極を有する第２の画素電
極と、を有し、第１の画素電極は第１のトランジスタに接続され、第２の画素電極は第２
のトランジスタに接続され、前記構造体の側面は反射層で覆われ、構造体の底面の面積は
、構造体の上面の面積よりも大きいことを特徴とする半導体装置である。

第１のトランジスタ、及び第２のトランジスタに、酸化物半導体を有するトランジスタを
用いることで、静止画表示におけるリフレッシュ動作の頻度を減らすことができる。

構造体は、透光層上に構造体の底面を接して形成され、構造体の屈折率は、透光層の屈折
率よりも大きいことが好ましい。

構造体は、ポリイミド樹脂、またはアクリル樹脂などの、有機樹脂で形成することが好ま
しい。

反射層は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの、可視光の反射率が高い材料、また
はこれらを含む合金を材料として用いることが好ましい。

構造体は、その断面において相対向する２つの傾斜面を有し、２つの傾斜面のなす角度θ
Ｔは、９０°未満、好ましくは１０°以上６０°以下とする。

また、入射する光を反射する画素は反射電極を有し、反射電極は湾曲面を有し、反射電極
の断面において最も屈曲している点を交点とし、相対向する２つの傾斜面がなす角度θＲ
は９０°以上、好ましくは１００°以上１２０°以下とする。

本発明の一態様は、基板上に絶縁層を形成し、絶縁層上に透光性を有するエッチングスト
ップ層を形成し、エッチングストップ層上に有機樹脂層を形成し、有機樹脂層を選択的に
エッチングしてエッチングストップ層を露出させ、露出したエッチングストップ層をエッ
チングすることで構造体を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

本発明の一態様は、基板上に第１の絶縁層を形成し、第１の絶縁層上にエッチングストッ
プ層を形成し、エッチングストップ層上に第２の絶縁層を形成し、第２の絶縁層上にレジ
ストマスクを形成し、レジストマスクをエッチングしながら第２の絶縁層をエッチングす
ることで、構造体を形成することを特徴とする半導体装置の作製方法である。

エッチングストップ層に酸化物半導体を用いると、構造体形成時の選択比を大きくするこ
とができるため好ましい。

第２の絶縁層は、ポリイミド樹脂、またはアクリル樹脂などの、有機樹脂で形成すること
が好ましい。

第２の絶縁層のエッチングは、ドライエッチング法で行うことが好ましい。

第２の絶縁層のエッチングにより露出したエッチングストップ層は、ウェットエッチング
法によりエッチング除去することが好ましい。

明るく表示品位の良い半導体装置を提供することができる。生産性が良く、特性ばらつき
の少ない半導体装置を提供することができる。

半導体装置の断面構成を説明するための図。 半導体装置の断面構成を説明するための図。 半導体装置の平面構成を説明するための図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置の作製工程を説明するための断面図。 半導体装置に適用できるトランジスタの一形態を説明する図。 液晶モジュールの斜視図。 半導体装置の各構成を説明するブロック図。 半導体装置の各構成を説明するブロック図。 半導体装置の駆動回路と画素の構成を説明する図。 半導体装置の駆動回路と画素の構成を説明する図。 半導体装置の動作を説明するタイミングチャート。 半導体装置の表示制御回路の動作を説明するタイミングチャート。 半導体装置の動画を表示する期間と静止画を表示する期間におけるフレーム期間毎の画像信号の書き込み頻度を模式的に示す図。 半導体装置を搭載した電子機器の一例を説明する図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は
以下の説明に限定されず、その形態およ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。また、本発明は以下に示す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。

トランジスタは半導体素子の一種であり、電流や電圧の増幅や、導通または非導通を制御
するスイッチング動作などを実現することができる。本明細書におけるトランジスタは、
ＩＧＦＥＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ）や薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）
を含む。

なお、図面等において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実
際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必
ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。また、回路図にお
いては、酸化物半導体を用いたトランジスタであることを示すために、ＯＳの符号を併せ
て付す場合がある。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同
を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」また
は「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁層上のゲート電極
」の表現であれば、ゲート絶縁層とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外し
ない。

また、本明細書において、トランジスタのソース電極とドレイン電極は、トランジスタの
構造や動作条件などによって互いに入れ替わる可能性があり、ゲート電極以外のトランジ
スタの電極のいずれがソース電極またはドレイン電極であるかを限定することが困難であ
る。そこで、本明細書においては、ソース電極やドレイン電極の用語は、入れ替えて用い
ることができるものとする。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限
定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、
その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配
線」が一体となって形成されている場合なども含む。

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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半透過型液晶表示装置の１画素当たりの反射光量と透過光量を向上せ
しめる画素構成とその作製方法について、図１乃至図１０を用いて説明する。

図１及び図２は、本実施の形態で示す画素の断面構成を示しており、図３は、本実施の形
態で示す画素の平面構成を示している。図１（Ａ）乃至図１（Ｃ）は、図３における一点
破線で示したＳ１−Ｓ２部、Ｔ１−Ｔ２部、及びＵ１−Ｕ２部の断面構成を示している。
また、図２（Ａ）は、図１（Ａ）中の部位８８０の拡大図であり、図２（Ｂ）は、図１（
Ａ）中の部位８８１の拡大図である。

本実施の形態で説明する画素は、画素電極として透明電極８２３と反射電極８２５を有し
ている。透明電極８２３は、絶縁層８２８に設けられたコンタクトホール８５５を介して
、反射層８２１とともに、トランジスタ８５１のドレイン電極８５７に接続されている。
なお、透明電極８２３は、ドレイン電極８５７に直接接続する構成とすることもできる。
ドレイン電極８５７は、絶縁層８２７を介して容量配線８５３と重畳し、保持容量８７１
を構成している。（図１（Ｂ）及び図３参照）。

また、トランジスタ８５１のゲート電極８５８は、配線８５２に接続されており、ソース
電極８５６は、配線８５４に接続されている（図３参照）。トランジスタ８５１は半導体
層８５９を有しており、半導体層８５９としては、例えば、シリコンまたはゲルマニウム
を含む非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体などを用いることができる。また、印
刷法またはインクジェット法により形成した有機半導体を用いることもできる。また、酸
化物半導体を用いることで、トランジスタ８５１をオフ電流が極めて低いトランジスタと
することが可能となり、表示品位を高めることができる。

反射電極８２５は、絶縁層８２８、及び有機樹脂層８２２に設けられたコンタクトホール
８６５を介して、トランジスタ８６１のドレイン電極８６７に接続されている（図１（Ｃ
）参照）。ドレイン電極８６７は、絶縁層８２７を介して容量配線８６３と重畳し、保持
容量８７２を構成している。

トランジスタ８６１のゲート電極８６８は、配線８６２に接続されており、ソース電極８
６６は、配線８６４に接続されている。トランジスタ８６１は半導体層８６９を有してお
り、半導体層８６９としては、例えば、シリコンまたはゲルマニウムを含む非晶質半導体
、微結晶半導体、多結晶半導体などを用いることができる。また、印刷法またはインクジ
ェット法により形成した有機半導体を用いることもできる。また、酸化物半導体を用いる
ことで、トランジスタ８６１をオフ電流が極めて低いトランジスタとすることが可能とな
り、表示品位を高めることができる。

反射電極８２５により外光を反射することで、画素電極を反射型液晶表示装置の画素電極
として機能させることができる（反射モード）。反射電極８２５には複数の開口部８２６
が設けられている（図１（Ａ）または図３参照）。開口部８２６には反射電極８２５が存
在せず、透明電極８２３が露出している（図１（Ａ）参照）。開口部８２６から、構造体
８２０を介してバックライトの光を透過させることで、透明電極８２３を透過型液晶表示
装置の画素電極として機能させることができる（透過モード）。

本実施の形態に示す半透過型液晶表示装置は、反射電極８２５と透明電極８２３が、有機
樹脂層８２２で電気的に分離されている。また、透明電極８２３に与える電位をトランジ
スタ８５１で制御し、反射電極８２５に与える電位をトランジスタ８６１で制御できるた
め、反射電極８２５と透明電極８２３の電位をそれぞれ独立して制御することができる。
このため、例えば、半透過型液晶表示装置を透過型として機能させている場合に、反射電
極上の液晶表示を黒表示となるようにすることができる。

反射光８３２は、反射電極８２５で反射された外光を示している（図２（Ａ）参照）。有
機樹脂層８２２は、上面に凹凸状の湾曲面を有している（図１参照）。反射電極８２５に
その凹凸形状の湾曲面を反映させることで、反射領域の面積を増やし、また、外部からの
写り込みが軽減されるため、表示映像の視認性を高めることができる。

断面形状において湾曲面を有する反射電極８２５の最も屈曲している点から、相対向する
２つの傾斜面がなす角度θＲは、９０°以上、好ましくは１００°以上１２０°以下とす
るとよい（図２（Ａ）参照）。

開口部８２６の下層には、開口部８２６と重畳して、構造体８２０が形成されている（図
１（Ａ）参照）。

構造体８２０は、開口部８２６側（構造体８２０の上面側）にバックライト射出口８４１
を有し、基板８００側（構造体８２０の底面側）にバックライト入射口８４２を有してい
る。また、バックライト射出口８４１の面積（構造体８２０の上面の面積）よりも、バッ
クライト入射口８４２の面積（構造体８２０の底面の面積）が大きく形成されている。構
造体８２０の側面（バックライト射出口８４１とバックライト入射口８４２以外の面）に
は、反射層８２１が形成されている。構造体８２０は、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素
（ＳｉＮｘ）、酸化窒化珪素（ＳｉＮＯ）などのほか、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、
シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの透光性
を有する材料であれば、無機材料、有機樹脂材料を問わず用いることができる。反射層８
２１は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの、可視光の反射率が高い材料、または
これらを含む合金を材料として用いることができる。また、構造体８２０と絶縁層８２８
の間にエッチングストップ層８２９を有している（図１（Ａ）、図２（Ｂ）参照）。

バックライトから発せられた光は、入射光８３１として、バックライト入射口８４２を通
って構造体８２０に入射する。入射した入射光８３１の一部はそのままバックライト射出
口８４１から射出されるが、一部は反射層８２１によりバックライト射出口８４１に向か
って反射され、一部はさらに反射して、バックライト入射口８４２へ戻ってしまう。

この時、構造体８２０の基板８００と垂直な方向の断面形状を見ると、左右に相対向する
側面は傾斜面となっている。対向する側面のなす角度θＴを、９０°未満、好ましくは１
０°以上６０°以下とすることで、バックライト入射口８４２から入射した入射光８３１
を効率よくバックライト射出口８４１へ導くことができる。構造体８２０は、バックライ
ト入射口８４２から入射した入射光８３１を集光し、バックライト射出口８４１へ導く機
能を有する。

なお、後の作製工程の説明で詳述するが、エッチングストップ層８２９は、構造体８２０
形成時に下層の絶縁層８２８がエッチング除去されるのを防ぐために用いる。エッチング
ストップ層８２９は、構造体８２０形成工程において、エッチングされにくい（十分な選
択比が取れる）材料を用いる。また、エッチングストップ層８２９は、構造体８２０と絶
縁層８２８の間に残存する構成となるため、透光性を有する材料を用いる。ゆえに、エッ
チングストップ層を透光層と呼ぶこともできる。

この時、エッチングストップ層８２９として、絶縁層８２８よりも屈折率が大きい材料を
用いると、スネルの法則により、絶縁層８２８からエッチングストップ層８２９へ入射す
る入射光８３１のうち、入射角ｉ（絶縁層８２８とエッチングストップ層８２９の境界面
の法線と、入射光のなす角度）を有する入射光は、入射角ｉよりも小さい屈折角ｊ（絶縁
層８２８とエッチングストップ層８２９の境界面の法線と、屈折光のなす角度）を有する
屈折光として構造体８２０へ導かれるため、入射光８３１を効率よくバックライト射出口
８４１へ導くことができる。すなわち、エッチングストップ層８２９を集光層として機能
させることができる。また、構造体８２０に、エッチングストップ層８２９の屈折率より
も大きい屈折率を有する材料を用いることで、上記の効果をより高めることができる。

従来の半透過型液晶表示装置では、画素電極のうち、反射電極として機能する電極面積を
ＳＲ、透過電極として機能する電極面積（開口部８２６の面積）をＳＴとした場合、両電
極の合計面積（画素の有効面積）が１００％（ＳＲ＋ＳＴ＝１００％）となる。本実施の
形態で示した画素構成を有する半透過型液晶表示装置は、透過電極として機能する電極面
積ＳＴが、バックライト入射口８４２の面積に相当するため、開口部８２６の面積を大き
くする、或いは、バックライトの輝度を上げたりすることなく、透過光量を向上させるこ
とができる。つまり、見かけ上の両電極の合計面積を画素の有効面積と比較して１００％
以上（ＳＲ＋ＳＴ≧１００％）とすることができる。

本実施の形態を用いることで、消費電力を増やさずにより明るく表示品位の良い半透過型
液晶表示装置を得ることができる。

続いて、図４乃至図１０を用いて、本実施の形態で示した半導体装置の作製工程について
説明する。

まず、透光性を有する基板８００上に導電層を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工
程によりゲート電極８５８及び容量配線８５３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。

基板８００は、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板の他、本作製工
程の処理温度に耐えうる程度の耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる
。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。

ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のもの
を用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノ
ホウケイ酸ガラス若しくはアルミノケイ酸ガラス等の無アルカリガラス基板を用いるとよ
い。なお、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませるこ
とで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ_２Ｏ_３よりＢａＯを多く含むガ
ラス基板を用いることが好ましい。

また、下地絶縁層となる絶縁層を、基板８００と、ゲート電極８５８及び容量配線８５３
の間に設けてもよい。下地絶縁層は、基板８００からの不純物元素の拡散を防止する機能
があり、窒化珪素、酸化珪素、窒化酸化珪素、または酸化窒化珪素から選ばれた一または
複数の層による積層構造により形成することができる。

また、下地絶縁層に、塩素、フッ素などのハロゲン元素を含ませることで、基板８００か
らの不純物元素の拡散を防止する機能をさらに高めることができる。下地絶縁層中に含ま
せるハロゲン元素の濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析計）を用いた分析により得ら
れる濃度ピークにおいて、１×１０^１５／ｃｍ^３以上１×１０^２０／ｃｍ^３以下とすれば
よい。

ゲート電極８５８及び容量配線８５３を形成する導電層の材料としては、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。例えば、チタン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にチタン層が積層され
た三層の積層構造、またはモリブデン層上にアルミニウム層と、該アルミニウム層上にモ
リブデン層を積層した三層の積層構造としてもよい。また、アルミニウム層に生ずるヒロ
ックやウィスカーの発生を防止する元素（シリコン、ネオジム、スカンジウム等）が添加
されているアルミニウム材料を、アルミニウム層に用いることで、耐熱性を向上させるこ
とが可能となる。

導電層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよい。ドライ
エッチング法であれば、エッチングガスとして塩素を含むガスや、フッ素を含むガスを用
いて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プ
ラズマ）などの励起手法を用いて行うことができる。

ゲート電極８５８及び容量配線８５３の膜厚は、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすること
が好ましい。また、ゲート電極８５８及び容量配線８５３の端部をテーパー形状とするこ
とで、後に形成される絶縁層８２７の被覆性を向上し、段切れを防止することができる。
本実施の形態では、ゲート電極８５８及び容量配線８５３を形成する導電層として、膜厚
１００ｎｍのタングステンを用いる（図４（Ａ）参照）。

次いで、ゲート電極８５８及び容量配線８５３上に絶縁層８２７を形成する。絶縁層８２
７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、成膜ガスとして、ＳｉＨ_４、酸素及び窒素を用いて、プラズマＣＶＤ法により酸
化窒化珪素層を形成すればよい。スパッタリング法により酸化シリコンを成膜する場合に
は、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとし
て酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。

絶縁層８２７の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とし、積層の場合は、例えば、膜
厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の第１の絶縁層と、第１の絶縁層上に膜厚５ｎｍ以上３０
０ｎｍ以下の第２の絶縁層の積層とする。本実施の形態では、絶縁層８２７として膜厚１
００ｎｍの酸化窒化シリコンを用いる（図４（Ｂ）参照）。

なお、後に形成する半導体層８５９として、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場合は、高純度化された酸化物半導体に接する絶縁層８２
７に特に高品質化が要求される。これは、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である。

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。

次いで、絶縁層８２７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０
ｎｍ以下の半導体層を形成する。

半導体層は、非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体を既知のＣＶＤ法、スパッタ法
またはレーザーアニール法を用いて形成することができる。例えば、非晶質半導体や微結
晶半導体は、プラズマＣＶＤ法により、堆積性気体を水素で希釈して形成することができ
る。堆積性気体としては、シリコンまたはゲルマニウムを含むガスを用いることができる
。シリコンを含む堆積性気体としては、シラン（ＳｉＨ_４）、ジシラン（Ｓｉ_２Ｈ_６）、
ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃ１_２）、トリクロロシラン（ＳｉＨＣｌ_３）、塩化珪素（Ｓ
ｉＣｌ_４）、フッ化珪素（ＳｉＦ_４）などを用いることができる。ゲルマニウムを含む堆
積性気体としては、ゲルマン（ＧｅＨ_４）、ジゲルマン（Ｇｅ_２Ｈ_６）_、フッ化ゲルマン
（ＧｅＦ_４）などを用いることができる。

多結晶半導体は、非晶質半導体または微結晶半導体を形成した後、６００℃以上の加熱処
理、ＲＴＡ処理、またはレーザー光照射により形成することができる。ＲＴＡ処理、レー
ザー光照射による結晶化は、半導体層を瞬間的に加熱することができるため、歪点が低い
基板上に多結晶半導体を形成する場合に特に有効である。

酸化物半導体は、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。なお、電源として
パルス直流（ＤＣ）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。

酸化物半導体としては、四元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三
元系金属の酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ
−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−
Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ
系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系や、Ｉ
ｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系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
、少なくともＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物であり、その組成比に特に制限はない。また
、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。

酸化物半導体は、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Ｃ
ｏなどがある。

また、酸化物半導体としてＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系の材料を用いる場合、用いるターゲットの組
成比は、原子数比で、Ｉｎ：Ｚｎ＝５０：１〜１：２（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３
：ＺｎＯ＝２５：１〜１：４）、好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝２０：１〜１：１（モル数比に
換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１０：１〜１：２）、さらに好ましくはＩｎ：Ｚｎ＝１
５：１〜１．５：１（モル数比に換算するとＩｎ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１５：２〜３：４）と
する。例えば、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体の形成に用いるターゲットは、原子数比が
Ｉｎ：Ｚｎ：Ｏ＝Ｘ：Ｙ：Ｚのとき、Ｚ＞１．５Ｘ＋Ｙとする。

以下、本実施の形態では、半導体層として酸化物半導体を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例について説明する。

なお、本実施の形態の半導体層に用いる酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物
半導体から除去し、酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化
することによりＩ型（真性）の酸化物半導体、又はＩ型（真性）に限りなく近い酸化物半
導体としたものである。すなわち、不純物を添加してＩ型化するのでなく、水素や水等の
不純物を極力除去したことにより、高純度化されたＩ型（真性）又はそれに近づけること
を特徴としている。従って、本実施の形態で示すトランジスタが有する酸化物半導体層は
、高純度化及び電気的にＩ型（真性）化された酸化物半導体層である。

また、高純度化された酸化物半導体中にはキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャ
リア密度は１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３未満、さらに好
ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３未満である。

酸化物半導体中にキャリアが極めて少ないため、トランジスタのオフ電流を少なくするこ
とができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。

具体的には、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、チャネル幅１μｍあたり
のオフ電流密度を室温下において、１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下にす
ること、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０^−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ｚＡ／μ
ｍ（１×１０^−２０Ａ／μｍ）以下にすることが可能である。通常のシリコン半導体では
、上述のように低いオフ電流を得ることは困難であるが、酸化物半導体は、エネルギーギ
ャップが３．０乃至３．５ｅＶと大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工して得られた
トランジスタにおいては達成しうる。

オフ状態における電流値（オフ電流値）が極めて小さいトランジスタを、画素部における
トランジスタとして用いることにより、静止画表示におけるリフレッシュ動作を少ない画
像データの書き込み回数で行うことができる。

また、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、オン電流の温度依存性がほとん
ど見られず、オフ電流も非常に小さいままである。

酸化物半導体層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比］の金属酸化物ター
ゲットを用いることができる。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］、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２
Ｏ_３：ＺｎＯ＝２：２：１［ｍｏｌ数比］、又はＩｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：
１：４［ｍｏｌ数比］の組成比を有するターゲットを用いてもよい。金属酸化物ターゲッ
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
填率の高い金属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
膜となる。

酸化物半導体膜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。

また、絶縁層８２７、半導体層に水素、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８５８及び容量配線８５３が形成された基板８００、又は絶縁層８２７までが形成さ
れた基板８００を予備加熱し、基板８００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８２
８の成膜前に、ソース電極８５６及びドレイン電極８５７まで形成した基板８００にも同
様に行ってもよい。

酸化物半導体膜の成膜は、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１
００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下として行う。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層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
て酸化物半導体膜を成膜する。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層に含まれる不純物の濃度を低減できる
。

また、絶縁層８２７、及び酸化物半導体膜を大気に触れさせることなく連続的に形成して
もよい。大気に触れさせることなく成膜することで、界面が、水やハイドロカーボンなど
の、大気成分や大気中に浮遊する不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成する
ことができるので、トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。

次いで、半導体層を第２のフォトリソグラフィ工程により加工し、島状の半導体層８５９
を形成する（図４（Ｃ）参照）。また、島状の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。

なお、ここでの半導体層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法
でもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜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、アンモニア過水などを用いるこ
とができる。アンモニア過水は、具体的には、３１重量％過酸化水素水、２８重量％アン
モニア水、水を体積比で２：１：１で混合した水溶液を用いる。また、ＩＴＯ−０７Ｎ（
関東化学社製）を用いてもよい。

次いで、半導体層８５９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、半導体層８５９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、脱水化または脱水素化された半導体層８５９を得る。

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備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ
Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ
Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎ
ｎｅａｌ）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℃以上７００℃以下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の加熱処理で半導体層８５９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ガスには、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、半導体層８５
９を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。

また、第１の加熱処理は、島状の半導体層８５９に加工する前の酸化物半導体膜に行うこ
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、酸化物半導体層成膜後であれば、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、ソース電極及びドレ
イン電極上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。

また、第３のフォトリソ工程により、絶縁層８２７にコンタクトホールを形成する場合、
その工程は第１の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。

また、酸化物半導体膜を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膜を形成しても
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７００℃以下
の熱処理を行い、第１の酸化物半導体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
体膜を形成してもよい。

次いで、絶縁層８２７及び半導体層８５９上に導電層を成膜し、第４のフォトリソグラフ
ィ工程により、導電層を選択的にエッチングして、ソース電極８５６及びドレイン電極８
５７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。

導電層は、ゲート電極８５８及び容量配線８５３と同様の材料を用いることができる。ソ
ース電極８５６及びドレイン電極８５７の膜厚は、１００ｎｍ以上１００００ｎｍ以下と
することが好ましい。また、ソース電極８５６及びドレイン電極８５７の端部をテーパー
形状とすることで、後に形成される絶縁層８２８の被覆性を向上し、段切れを防止するこ
とができる。本実施の形態では、導電層として、膜厚１００ｎｍのチタン層上に膜厚４０
０ｎｍのアルミニウム層と、該アルミニウム層上に膜厚１００ｎｍのチタン層が積層され
た三層の積層膜を用いる（図５（Ａ）参照）。

導電層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよい。ドライ
エッチング法であれば、エッチングガスとして塩素を含むガスや、フッ素を含むガスを用
いて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プ
ラズマ）などの励起手法を用いて行うことができる。

なお、導電層のエッチングの際に、半導体層がエッチングされ、分断することの無いよう
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、導電層のみをエッチングし
、半導体層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、エッチング条件によ
っては、エッチングの際に半導体層の一部がエッチングされ、溝部（凹部）を有する半導
体層となることもある。

また、ソース電極８５６及びドレイン電極８５７（これと同じ層で形成される配線層を含
む）となる導電層として、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。

次いで、半導体層８５９、ソース電極８５６及びドレイン電極８５７の上に、絶縁層８２
８を形成する。絶縁層８２８の成膜の前に、窒素雰囲気下３００℃において１時間の加熱
処理を行ってもよい。また、絶縁層８２８の成膜の前に、一酸化二窒素（Ｎ_２Ｏ）、窒素
（Ｎ_２）、またはアルゴン（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、絶縁層８２８を形成する。

絶縁層８２８は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層８２８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８２８
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を生じ、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８２８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８２８として膜厚３００ｎｍの酸化シリコン層をスパッタリン
グ法を用いて成膜する（図５（Ｂ）参照）。酸化シリコン層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層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８２８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層を用い、代表的には酸化
シリコン層、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層
などを用いる。

なお、絶縁層８２８上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を
用いて窒化シリコン層を形成する。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層を用い、窒化シリコン層、窒化アルミニウム層な
どを用いればよい。

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８２８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の加熱処理により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。

また、絶縁層８２８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８２８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。

なお、本実施の形態では、絶縁層８２８の形成後に第２の加熱処理を行っているが、第２
の加熱処理のタイミングはこれに特に限定されない。例えば、ソース電極及びドレイン電
極の形成後に行っても良いし、反射電極形成後に行っても良い。

次いで、第５のフォトリソグラフィ工程により、ドレイン電極８５７と重なる絶縁層８２
８の一部を選択的に除去し、コンタクトホール８５５を形成する（図５（Ｃ）参照）。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。ここでの
絶縁層８２８のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよく、
両方を用いてもよい。

次いで、絶縁層８２８上にエッチングストップ層８２９を形成する。エッチングストップ
層８２９は、このあと行う構造体８２０の形成工程において、エッチング処理のダメージ
から絶縁層８２８を保護する役割を有する。

エッチングストップ層８２９としては、構造体８２０の形成工程におけるエッチング処理
に耐えうる材料で、透光性を有する材料あれば、導電体材料、絶縁体材料、半導体材料を
問わず用いることができる。エッチングストップ層８２９として用いることができる材料
の一例として、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、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）、酸化アルミニウム、または酸化窒化ア
ルミニウムなどを用いることができる。また、前述したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系などの酸
化物半導体を用いることができる。

エッチングストップ層８２９の膜厚は、構造体８２０の高さや、構造体８２０形成時のエ
ッチング処理条件における選択比の大きさで決めることができる。エッチングストップ層
８２９の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。本実施の形態では
、エッチングストップ層８２９として、膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半
導体を用いる（図６（Ａ）参照）。

次いで、エッチングストップ層８２９上に、構造体８２０を形成するための絶縁層８３３
を形成する。絶縁層８３３としては、酸化珪素（ＳｉＯｘ）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、酸
化窒化珪素（ＳｉＮＯ）などのほか、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、シロキサン系樹脂
、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）などの透光性を有する材料を用
いることができる。

絶縁層８３３の膜厚により、構造体８２０の高さが決定される。絶縁層８３３の膜厚は、
１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上とする。構造体８２０の
高さが高いほど、バックライト入射口８４２の面積とバックライト射出口８４１の面積の
差が大きくなるため、バックライトの輝度を上げることなく、開口部８２６からの透過光
量を向上させることができる。本実施の形態では、構造体８２０を形成するための絶縁層
として、膜厚４μｍのポリイミド樹脂を形成する（図６（Ｂ）参照）。

次いで、第６のフォトリソグラフィ工程により、絶縁層８３３上にフォトマスクを用いて
テーパー形状のレジストマスク８３４を形成する（図６（Ｂ）参照）。なお、テーパー形
状のレジストマスクは、公知の方法を用いて形成することができる。

つづいて、ドライエッチングにより、絶縁層８３３を選択的にエッチングし、構造体８２
０を形成する。ドライエッチングは、レジストマスク８３４と絶縁層８３３の選択比が小
さいエッチング条件で行い、レジストマスク８３４をエッチングしながら、絶縁層８３３
をエッチングする（図７（Ａ）参照）。このようにすることで、レジストマスク８３４が
縮小しながら絶縁層８３３がエッチングされるため、レジストマスク８３４の形状を反映
した構造体８２０を形成することができる。本実施の形態では、エッチングガスとして４
フッ化炭素（ＣＦ_４）と酸素の混合ガスを用いるが、レジストマスク８３４と絶縁層８３
３の選択比が低い条件を実現できるガスであれば、これに限定されない。

なお、構造体８２０のテーパー形状、すなわち、θＴは、レジストマスク８３４のテーパ
ー形状と、エッチングにおけるレジストマスク８３４と絶縁層８３３の選択比により決定
することができる。

絶縁層８３３の不要部分が除去されると、エッチングストップ層８２９が露出するが、本
実施の形態で用いるエッチングストップ層８２９はＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
であるため、４フッ化炭素（ＣＦ_４）と酸素の混合ガスを用いたドライエッチングではほ
とんどエッチングされない。

もし、エッチングストップ層８２９を形成しないと、ドライエッチングにより下層の絶縁
層８２８にダメージが入り、歩留まり低下や、特性ばらつき増大の原因となる。場合によ
っては、絶縁層８２８が消失して半導体層８５９に致命的な悪影響を及ぼしてしまう。特
に、構造体８２０の高さを高くするために、絶縁層８３３を厚くするほど、その傾向が強
くなる。エッチングストップ層８２９を用いることで、半導体装置の生産性を向上させ、
再現性が良く、特性ばらつきの少ない半導体装置を得ることができる。

ドライエッチング終了後、レジストマスク８３４を除去し、構造体８２０が完成される（
図７（Ｂ）参照）。

次いで、構造体８２０の下以外の場所で、露出したエッチングストップ層８２９をエッチ
ング除去する。ここでのエッチングは、構造体８２０や絶縁層８２８にさほど影響を与え
ない条件であれば、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよいが、ウェット
エッチング法で行う方が、構造体８２０や絶縁層８２８にダメージが入りにくく、好まし
い。本実施の形態では、ＩＴＯ−０７Ｎ（関東化学社製）を用いてエッチングストップ層
８２９のエッチングを行う（図７（Ｃ）参照）。なお、他の工程や、構造に支障がなけれ
ば、露出したエッチングストップ層８２９のエッチング除去を行わなくても構わない。

次いで、構造体８２０及び絶縁層８２８上に金属層を成膜し、第７のフォトリソグラフィ
工程により、反射層８２１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。

金属層は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの、可視光の反射率が高い材料、また
はこれらを含む合金を材料として用いることができる。また、反射率が高い材料の上に、
モリブデン、チタン、タンタル、タングステンなどの金属材料を積層しても良い。本実施
の形態では、反射層８２１として、アルミニウムを用いた反射層８２１ａの上に、チタン
を用いた反射層８２１ｂを積層する。このような構成とすることにより、アルミニウム層
に生じるヒロックやウィスカーなどの発生を抑え、反射率の低下や、マイグレーションに
よる電気抵抗の増大を防ぐことができる。

金属層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよい。ドライ
エッチング法であれば、エッチングガスとして塩素を含むガスや、フッ素を含むガスを用
いて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プ
ラズマ）などの励起手法を用いて行うことができる。

また、反射層８２１の一部を配線として用いることもできる。本実施の形態では、コンタ
クトホール８５５を介して、反射層８２１をドレイン電極８５７と接続する構成を示して
いる（図８（Ａ）参照）。

次いで、反射層８２１のうち、構造体８２０のバックライト射出口８４１に接している部
分を除去する。まず、反射層８２１上にレジストマスク８３５を形成する（図８（Ｂ）参
照）。

つづいて、ドライエッチングにより、レジストマスク８３５を、構造体８２０のバックラ
イト射出口８４１上の反射層８２１が露出するまでエッチングする（図８（Ｃ）参照）。
この時、エッチングガスとして酸素もしくは酸素を含むガスを用いるとよい。

つづいて、反射層８２１の露出部分をエッチング除去する（図９（Ａ）参照）。エッチン
グは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよいが、ドライエッチング法の
方が、エッチング速度の制御がしやすく好ましい。ドライエッチング法であれば、エッチ
ングガスとして塩素を含むガスや、フッ素を含むガスを用いて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉ
ｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）などの励起手法を用い
て行うことができる。

この後、残存したレジストマスク８３５を除去し、構造体８２０の側面（バックライト射
出口８４１とバックライト入射口８４２以外の面）に反射層８２１が接した構成とするこ
とができる（図９（Ｂ）参照）。

次いで、第８のフォトリソグラフィ工程により、構造体８２０の上に、透明電極８２３を
形成する。透明電極８２３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、ＩＴ
Ｏ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（図９（Ｃ）参照）。

本実施の形態では、第７のフォトリソグラフィ工程で使用したフォトマスクを用いて透明
電極８２３を形成するため、透明電極８２３が反射層８２１の上に積層された構成となっ
ており、透明電極８２３は、反射層８２１を介してドレイン電極８５７と接続している。
なお、第７と第８のフォトリソグラフィ工程で異なるフォトマスクを用いることで、コン
タクトホール８５５に反射層８２１を形成せず、透明電極８２３とドレイン電極８５７が
直接接続する構成とすることもできる。

次いで、透明電極８２３上に、上面に凹凸状の湾曲面を有する有機樹脂層８２２を形成す
る。有機樹脂層８２２には、アクリル、ポリイミド、ベンゾシクロブテン、フェノール、
ポリスチレンなどを用いた、感光性の有機樹脂を用いるとよい。感光性の有機樹脂を用い
て、第９のフォトリソグラフィ工程で部分的に感光させることにより、レジストマスクを
用いることなく、有機樹脂層８２２の上面に凹凸状の湾曲面を形成することができる（図
１０（Ａ）参照）。

凹凸状の湾曲面の形状や深さは、感光強度、感光時間などを調整することにより任意に調
整することができる。また、フォトマスクにグレイトーンマスクの技術を適用することで
、感光強度や感光時間を変えることなく、有機樹脂層８２２に、凹凸状の湾曲面と同時に
コンタクトホール８６５（図１（Ｃ）参照）を形成することができる。

次いで、有機樹脂層８２２上に、導電層を成膜し、第１０のフォトリソグラフィ工程によ
り開口部８２６を有する反射電極８２５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。

導電層は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの、可視光の反射率が高い材料、また
はこれらを含む合金を材料として用いることができる。また、導電層と有機樹脂層８２２
の間に、モリブデン、チタン、タンタル、タングステンなどの金属材料を設けても良い。
本実施の形態では、反射電極８２５として、アルミニウムを用いた反射電極８２５ｂの下
に、チタンを用いた反射電極８２５ａを積層する（図１０（Ｂ）参照）。このような構成
とすることにより、アルミニウム層に生じるヒロックやウィスカーなどの発生を抑え、反
射率の低下や、マイグレーションによる電気抵抗の増大を防ぐことができる。

導電層のエッチングは、ドライエッチング法でもウェットエッチング法でもよい。ドライ
エッチング法であれば、エッチングガスとして塩素を含むガスや、フッ素を含むガスを用
いて、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プ
ラズマ）などの励起手法を用いて行うことができる。

本実施の形態では、導電層のエッチングをドライエッチング法で行い、開口部８２６を有
する反射電極８２５を形成する。また、導電層のエッチングと同時に、開口部８２６の有
機樹脂層８２２もエッチングし、透明電極８２３を露出させる。

反射電極８２５に有機樹脂層８２２の凹凸形状の湾曲面を反映させることで、反射領域の
面積を増やし、また、外部からの写り込みが軽減されるため、表示映像の視認性を高める
ことができる。

以上の工程により、本実施の形態で開示する半導体装置を作製することができる。

酸化物半導体層を用いたトランジスタは、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、画像イメージデータ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、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、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
、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に該トランジスタを用いること
で、高画質な画像を提供することができる。また、該トランジスタは、同一基板上に駆動
回路部または画素部に作り分けて作製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。

本実施の形態を用いることで、消費電力を増やさずにより明るく表示品位の良い半透過型
液晶表示装置を得ることができる。

（実施の形態２）
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
、例えばトップゲート構造、又は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
ゲート電極を有する、デュアルゲート型でもよい。なお、図１１（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１１（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは
、半導体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、比較的簡単かつ低温のプロセスで高い移動度と低いオフ電流が得られることであるが
、もちろん、他の半導体を用いてもよい。

また、本実施の形態で開示するトランジスタの構成材料は、実施の形態１で開示したトラ
ンジスタと同様の構成材料を用いることができる。

図１１（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の一つでもある。

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

図１１（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一つでもある。

トランジスタ４２０は、透光性を有する基板４００上に、ゲート電極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４０５ａ、及びドレイン電極４０５
ｂを有する。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１１（Ｃ）示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタの一つであり、透
光性を有する基板である基板４００上に、ゲート電極４０１、ゲート絶縁層４０２、ソー
ス電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂ、及び酸化物半導体層４０３を有する。また、ト
ランジスタ４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁層４０７が設けられている
。絶縁層４０７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４０１
上に接して設けられ、ゲート絶縁層４０２上にソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５
ｂ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４０５ａ、ド
レイン電極４０５ｂ上に酸化物半導体層４０３が設けられている。

図１１（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、透光性を有する基板４００上に、絶縁層４３７、酸化物半導
体層４０３、ソース電極４０５ａ、及びドレイン電極４０５ｂ、ゲート絶縁層４０２、ゲ
ート電極４０１を有し、ソース電極４０５ａ、ドレイン電極４０５ｂにそれぞれ配線層４
３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。

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、画像イメージデータ
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
、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、消費電力を抑制する効果を奏
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、
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装
置の画素部に該トランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。ま
た、該トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製すること
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。

このように、酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることにより、高機能な液晶表示
装置を提供することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、半透過型の液晶表示モジュールの構成の一例を示す。本実施の形態で
例示する半透過型液晶表示モジュールは、反射モードで利用する場合はモノカラー表示で
、透過モードで利用する場合はフルカラーモードで映像を表示する。

図１２に液晶表示モジュール１９０の構成を示す。液晶表示モジュール１９０はバックラ
イト部１３０と、液晶素子がマトリクス状に設けられた表示パネル１２０と、表示パネル
１２０を挟む、偏光板１２５ａ、及び偏光板１２５ｂを有する。バックライト部１３０は
、面状に均一な白色光を発する。例えば導光板の端部に白色のＬＥＤ１３３を配置し、表
示パネル１２０との間に拡散板１３４を設けたものをバックライト部１３０に用いること
ができる。また、外部入力端子となるＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉ
ｒｃｕｉｔ）１４０は表示パネル１２０に設けた端子部と電気的に接続されている。

なお、表示パネル１２０に設ける液晶素子は、実施の形態１に例示する画素と同様の構成
を有することができる。

まず、反射モードによる映像の表示方法について説明する。外光１３９が表示パネル１２
０上の液晶素子を透過して反射電極で反射されて観察者側に反射する様子を、矢印を用い
て図１２に模式的に示す。外光１３９は液晶層を通過し、反射電極で反射され再び液晶層
を通過して取り出される。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号により変調されるた
め、観察者は外光１３９の反射光によって、映像を捉えることができる。

次に、透過モードによる映像の表示方法について説明する。バックライト部１３０からの
光が表示パネル１２０の背面に入射し、表示パネルに設けた構造体（異方性の集光手段）
、着色層、透過電極、並びに液晶素子を介して観察者側に透過する様子を、３色の光１３
５の矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）を用いて図１２に模式的に示す。例えば、カラーフィルタと
して機能する赤色の着色層と重なる画素においては、バックライトの光が表示パネルに設
けた構造体（異方性の集光手段）によって、赤色の着色層に集光され、着色層、透過電極
、並びに液晶素子を透過して赤色光として取り出される。液晶素子を透過する光の強度は
、画像信号により変調されるため、観察者は３色の光１３５によって、映像を捉えること
ができる。なお、フルカラー表示とする場合であるため、赤色表示素子、緑色表示素子、
青色表示素子の３つの表示素子には、それぞれに異なる映像信号を供給する回路構成とす
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、本発明の液晶表示装置、及び低消費電力化を図れる液晶表示装置の駆
動方法の一形態を、図１３、乃至図１９を用いて説明する。

本実施の形態で例示する液晶表示装置１００の各構成を、図１３のブロック図に示す。液
晶表示装置１００は、画像処理回路１１０、電源１１６、表示制御回路１１３、表示パネ
ル１２０を有する。透過型液晶表示装置、又は半透過型液晶表示装置の場合、さらに光源
としてバックライト部１３０を設ける。

液晶表示装置１００は、接続された外部機器から画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が供給さ
れている。なお、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏ
ｍ）は液晶表示装置の電源１１６をオン状態として電力供給を開始することによって供給
され、制御信号（スタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ）は表示制御回路１１３に
よって供給される。

なお高電源電位Ｖｄｄとは、基準電位より高い電位のことであり、低電源電位Ｖｓｓとは
基準電位以下の電位のことをいう。なお高電源電位Ｖｄｄ及び低電源電位Ｖｓｓともに、
トランジスタが動作できる程度の電位であることが望ましい。なお高電源電位Ｖｄｄ及び
低電源電位Ｖｓｓを併せて、電源電圧または電源電位と呼ぶこともある。

共通電位Ｖｃｏｍは、画素電極に供給される画像信号の電位に対して基準となる固定電位
であればよく、一例としてはグラウンド電位であってもよい。

画像信号Ｄａｔａは、ドット反転駆動、ソースライン反転駆動、ゲートライン反転駆動、
フレーム反転駆動等に応じて適宜反転させて液晶表示装置１００に入力される構成とすれ
ばよい。また、画像信号がアナログの信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ等を介してデジ
タルの信号に変換して、液晶表示装置１００に供給する構成とすればよい。

本実施の形態では、共通電極１２８及び容量素子２１０の一方の電極には、電源１１６よ
り表示制御回路１１３を介して固定電位である共通電位Ｖｃｏｍが与えられている。

表示制御回路１１３は、表示パネル１２０に表示パネル画像信号（Ｄａｔａ）、並びに制
御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給また
は停止の切り替えを制御するための信号）、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖ
ｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）を供給する回路である。

画像処理回路１１０は、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）を解析、演算、乃至加
工し、処理した画像信号を制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。

具体的には画像処理回路１１０は、入力される画像信号Ｄａｔａを解析し動画であるか静
止画であるかを判断し、判断結果を含む制御信号を表示制御回路１１３に出力する。また
、画像処理回路１１０は、動画または静止画を含む画像信号Ｄａｔａから１フレームの静
止画を切り出し、静止画であることを意味する制御信号と共に表示制御回路１１３に出力
する。また、画像処理回路１１０は、入力される画像信号Ｄａｔａを上述の制御信号と共
に表示制御回路１１３に出力する。なお、上述した機能は画像処理回路１１０が有する機
能の一例であり、表示装置の用途に応じて種々の画像処理機能を選択して適用すればよい
。

なお、デジタル信号に変換された画像信号は演算（例えば画像信号の差分を検出する等）
が容易であるため、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）がアナログの信号の場合に
は、Ａ／Ｄコンバータ等を画像処理回路１１０に設ける。

表示パネル１２０は液晶素子２１５を一対の基板（第１の基板と第２の基板）間に挟持す
る構成を有する。具体的には、実施の形態１で説明した可視光を透過する透明電極と可視
光を反射する反射電極、並びに透明電極に重ねて、構造体８２０（集光方向Ｘと非集光方
向Ｙを有する異方性の集光手段）を、第１の基板の同一面側に備えている。また、第１の
基板には駆動回路部１２１、画素部１２２が設けられている。また、第２の基板には共通
接続部（コモンコンタクトともいう）、及び共通電極１２８（コモン電極、または対向電
極ともいう）が設けられている。なお、共通接続部は第１の基板と第２の基板とを電気的
に接続するものであって、共通接続部は第１の基板上に設けられていてもよい。

画素部１２２には、複数のゲート線１２４（走査線）、及びソース線１２５（信号線）が
設けられており、複数の画素１２３がゲート線１２４及びソース線１２５に環囲されてマ
トリクス状に設けられている。なお、本実施の形態で例示する表示パネルにおいては、ゲ
ート線１２４はゲート線側駆動回路１２１Ａから延在し、ソース線１２５はソース線側駆
動回路１２１Ｂから延在している。

また、画素１２３はスイッチング素子としてトランジスタ２１４、該トランジスタ２１４
に接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有する。

液晶素子２１５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で
ある。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界によって制御される。液晶にかかる電
界方向は液晶材料、駆動方法、及び電極構造によって異なり、適宜選択することができる
。例えば、液晶の厚さ方向（いわゆる縦方向）に電界をかける駆動方法を用いる場合は液
晶を挟持するように第１の基板に画素電極を、第２の基板に共通電極をそれぞれ設ける構
造とすればよい。また、液晶に基板面内方向（いわゆる横電界）に電界をかける駆動方法
を用いる場合は、液晶に対して同一面に、画素電極と共通電極を設ける構造とすればよい
。また画素電極及び共通電極は、多様な開口パターンを有する形状としてもよい。本実施
の形態においては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であれば、
液晶材料、駆動方法、及び電極構造は特に限定されない。

トランジスタ２１４は、画素部１２２に設けられた複数のゲート線１２４のうちの一つと
ゲート電極が接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方が複数のソース線１２５の
うちの一つと接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方が容量素子２１０の一方の
電極、及び液晶素子２１５の一方の電極（画素電極）と接続される。

このような構成とすることで、容量素子２１０は液晶素子２１５に加える電圧を保持する
ことができる。また、容量素子２１０の電極は、別途設けた容量線に接続する構成として
もよい。

なお、トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いることが好まし
い。オフ電流が低減されていると、オフ状態のトランジスタ２１４は液晶素子２１５、及
び容量素子２１０に安定して電荷を保持できる。また、オフ電流が充分低減されたトラン
ジスタ２１４を用いれば、容量素子２１０を設けることなく画素１２３を構成することも
できる。

駆動回路部１２１は、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂを有す
る。ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂは、複数の画素を有する
画素部１２２を駆動するための駆動回路であり、シフトレジスタ回路（シフトレジスタと
もいう）を有する。

なお、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及びソース線側駆動回路１２１Ｂは、画素部１２２
と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成されるものであってもよい。

なお駆動回路部１２１には、表示制御回路１１３によって制御された高電源電位Ｖｄｄ、
低電源電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａが供給さ
れる。

端子部１２６は、表示制御回路１１３が出力する所定の信号（高電源電位Ｖｄｄ、低電源
電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａ、共通電位Ｖｃ
ｏｍ等）等を駆動回路部１２１に供給する入力端子である。

共通電極１２８は、表示制御回路１１３に制御された共通電位Ｖｃｏｍを与える共通電位
線と、共通接続部において電気的に接続する。

共通接続部の具体的な一例としては、絶縁性球体に金属薄膜が被覆された導電粒子を間に
介することにより共通電極１２８と共通電位線との電気的な接続を図ることができる。な
お、共通接続部は、表示パネル１２０内に複数箇所設けられる構成としてもよい。

また、液晶表示装置は、測光回路を有していてもよい。測光回路を設けた液晶表示装置は
当該液晶表示装置がおかれている環境の明るさを検知できる。その結果、測光回路が接続
された表示制御回路１１３は、測光回路から入力される信号に応じて、バックライト、サ
イドライト等の光源の駆動方法を制御することができる。

バックライト部１３０はバックライト制御回路１３１、及びバックライト１３２を有する
。バックライト１３２は、液晶表示装置１００の用途に応じて選択して組み合わせればよ
く、発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。バックライト１３２には例え
ば白色の発光素子（例えばＬＥＤ）を配置することができる。バックライト制御回路１３
１には、表示制御回路１１３からバックライトを制御するバックライト信号、及び電源電
位が供給される。

なお、光学フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、反射防止フィルムなど）も組み合
わせて用いることができる。半透過型液晶表示装置に用いられるバックライト等の光源は
、液晶表示装置１００の用途に応じて選択して組み合わせればよく、冷陰極管や発光ダイ
オード（ＬＥＤ）などを用いることができる。また複数のＬＥＤ光源、または複数のエレ
クトロルミネセンス（ＥＬ）光源などを用いて面光源を構成してもよい。面光源として、
３種類以上のＬＥＤを用いてもよいし、白色発光のＬＥＤを用いてもよい。なお、バック
ライトにＲＧＢの発光ダイオード等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色
法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない場合
もある。

次に、図１３に例示した液晶表示装置の詳細や駆動方法について、図１４、乃至図１９を
用いて説明する。本実施の形態で説明する液晶表示装置の駆動方法は、表示する画像の特
性に応じて、表示パネルの書き換え頻度（または周波数）を変える表示方法である。具体
的には、連続するフレームの画像信号が異なる画像（動画）を表示する場合は、フレーム
毎に画像信号が書き込まれる表示モードを用いる。一方、連続するフレームの画像信号が
同一な画像（静止画）を表示する場合は、同一な画像を表示し続ける期間に新たに画像信
号は書き込まれないか、書き込む頻度を極めてすくなくし、さらに液晶素子に電圧を印加
する画素電極及び共通電極の電位を浮遊状態（フローティング）にして液晶素子にかかる
電圧を保持し、新たに電位を供給することなく静止画の表示を行う表示モードを用いる。

なお、液晶表示装置は動画と静止画を組み合わせて画面に表示する。動画は、複数のフレ
ームに時分割した複数の異なる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、動画及び部分動画と異なり、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
り替えて動作させていても、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のことをいう。

本発明に係る液晶表示装置は、画像が動く動画表示の時と画像が静止している静止画表示
の時とにおいて、それぞれ動画表示モード、静止画表示モードという異なる表示モードを
用いることができる。なお本明細書では、静止画表示の時に表示される画像を静止画像と
もよぶ。

次に、本実施の形態の液晶表示装置１００の各構成を、図１４のブロック図を用いて説明
する。液晶表示装置１００は、画素において液晶層が光の透過、非透過を制御して表示を
行う半透過型液晶表示装置の例であり、画像処理回路１１０、電源１１６、表示パネル１
２０、及びバックライト部１３０を有する。

液晶表示装置１００は、接続された外部機器から画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が供給さ
れている。なお、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏ
ｍ）は液晶表示装置の電源１１６をオン状態として電力供給を開始することによって供給
され、制御信号（スタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ）は表示制御回路１１３に
よって供給される。また、高電源電位Ｖｄｄは駆動回路部１２１が有するＶｄｄ線（図示
せず）に供給され、低電源電位Ｖｓｓは駆動回路部１２１が有するＶｓｓ線（図示せず）
に供給される。

次に、画像処理回路１１０の構成、及び画像処理回路１１０が信号を処理する手順につい
て、図１４に一例を示して説明する。なお、図１４に示す画像処理回路１１０は、本実施
の形態の一態様であり、本実施の形態はこの構成に限定されない。

図１４に例示する画像処理回路１１０は、連続して入力される画像信号を解析し、動画と
静止画を判別する。また、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が動画から静止画に
移行する際に、静止画を切り出し、静止画であることを意味する制御信号と共に表示制御
回路１１３に出力する。また、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が静止画から動
画に移行する際に、動画を含む画像信号を、動画であることを意味する制御信号と共に表
示制御回路１１３に出力する。

画像処理回路１１０は、記憶回路１１１、比較回路１１２、表示制御回路１１３、及び選
択回路１１５を有する。画像処理回路１１０は、入力されたデジタル画像信号Ｄａｔａか
ら表示パネル画像信号とバックライト信号を生成する。表示パネル画像信号は、表示パネ
ル１２０を制御する画像信号であり、バックライト信号はバックライト部１３０を制御す
る信号である。また、共通電極１２８を制御する信号をスイッチング素子１２７に出力す
る。

記憶回路１１１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１１１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１１２及び表示制御回路１１３により選択的に読み出されるものである。なお図
中のフレームメモリ１１１ｂは、１フレーム分のメモリ領域を概念的に図示するものであ
る。

比較回路１１２は、記憶回路１１１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、本実施の形態ではフレーム間の画像信号の差分の有無により、表示制御回路１１３
及び選択回路１１５の動作を決定する。当該比較回路１１２がフレーム間のいずれかの画
素で差分を検出した場合（差分「有」の場合）、比較回路１１２は画像信号が静止画では
ないと判断し、差分を検出した連続するフレーム期間を動画であると判断する。

一方、比較回路１１２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場合
（差分「無」の場合）、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１１２は、連続するフレーム期間の画像信号の差分の有
無を検出することによって、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「差分が有る」と検出される基準は、差分の大きさが一定のレベル
を超えたときに、差分有りとして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１１２の検出する差分は、差分の絶対値によって判断をする設定とすればよい。

また、本実施の形態においては、液晶表示装置１００内部に設けられた比較回路１１２が
連続するフレーム期間の画像信号の差分を検出することにより当該画像が動画か又は静止
画かであることの判断を行う構成について示したが、外部から動画であるか静止画である
かの信号を供給する構成としてもよい。

選択回路１１５は、例えばトランジスタで形成される複数のスイッチを設ける構成とする
。比較回路１１２が連続するフレーム間に差分を検出した場合、すなわち画像が動画の際
、記憶回路１１１内のフレームメモリから動画の画像信号を選択して表示制御回路１１３
に出力する。

なお選択回路１１５は、比較回路１１２が連続するフレーム間に差分を検出しない場合、
すなわち画像が静止画の際、記憶回路１１１内のフレームメモリから表示制御回路１１３
に画像信号を出力しない。画像信号をフレームメモリより表示制御回路１１３に出力しな
い構成とすることにより、液晶表示装置の消費電力を削減できる。

なお、本実施の形態の液晶表示装置において、比較回路１１２が画像を静止画と判断して
おこなう動作が静止画表示モード、比較回路１１２が画像を動画と判断しておこなう動作
が動画表示モードとなる。

表示制御回路１１３は、表示パネル１２０に選択回路１１５で選択された画像信号、並び
に制御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給
または停止の切り替えを制御するための信号）、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電
位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）を供給し、バックライト部１３０にバックライト制御
信号（具体的にはバックライト制御回路１３１がバックライトの点灯、及び消灯を制御す
るための信号）を供給する回路である。

なお、本実施の形態で例示される画像処理回路は、表示モード切り替え機能を有していて
もよい。表示モード切り替え機能は、当該液晶表示装置の利用者が手動または外部接続機
器を用いて当該液晶表示装置の動作モードを選択することで動画表示モードまたは静止画
表示モードを切り替える機能である。

選択回路１１５は表示モード切り替え回路から入力される信号に応じて、画像信号を表示
制御回路１１３に出力することもできる。

例えば、静止画表示モードで動作している際に、表示モード切り替え回路から選択回路１
１５にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間で
の画像信号の差分を検出していない場合であっても、選択回路１１５は入力される画像信
号を順次表示制御回路１１３に出力するモード、すなわち動画表示モードを実行できる。
また、動画表示モードで動作している際に、表示モード切り替え回路から選択回路１１５
にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間での画
像信号の差分を検出している場合であっても、選択回路１１５は選択した１フレームの画
像信号の信号のみを出力するモード、すなわち静止画表示モードを実行できる。その結果
、本実施の形態の液晶表示装置には、動画中の１フレームが静止画として表示される。

また、液晶表示装置が測光回路を有している場合、測光回路が検知する環境の明るさによ
り、液晶表示装置が薄暗い環境で使用されていることが判明すると表示制御回路１１３は
バックライト１３２の光の強度を高めるように制御して表示画面の良好な視認性を確保し
、反対に液晶表示装置が極めて明るい外光下（例えば屋外の直射日光下）で利用されてい
ることが判明すると、表示制御回路１１３はバックライト１３２の光の強度を抑えるよう
に制御しバックライト１３２が消費する電力を低下させる。

本実施の形態では、表示パネル１２０は画素部１２２の他に、スイッチング素子１２７を
有する。本実施の形態では、表示パネル１２０は第１の基板と、第２の基板を有し、第１
の基板には駆動回路部１２１、画素部１２２、及びスイッチング素子１２７が設けられて
いる。

また、画素１２３はスイッチング素子としてトランジスタ２１４、該トランジスタ２１４
に接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有する（図１５参照。）。

トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いることが好ましい。ト
ランジスタ２１４がオフ状態のとき、オフ電流が低減されたトランジスタ２１４に接続さ
れた液晶素子２１５、及び容量素子２１０に蓄えられた電荷は、トランジスタ２１４を介
して漏れ難く、トランジスタ２１４がオフ状態になる前に書き込まれた状態を長時間に渡
って保持できる。

本実施の形態では、液晶は、第１の基板に設けられた画素電極と対向する第２の基板に設
けられた共通電極によって形成された縦方向の電界によって制御される。

液晶素子に適用する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、配向層を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つで
あり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直
前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、カイラル剤や紫
外線硬化樹脂を添加して温度範囲を改善する。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む
液晶組成物は、応答速度が１０μｓｅｃ．以上１００μｓｅｃ．以下と短く、光学的等方
性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さいため好ましい。

また液晶の駆動方法の一例としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、
ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａ
ｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、
ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬ
Ｃ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、Ｐ
ＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード
、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード
、ゲストホストモードなどがある。

スイッチング素子１２７は、表示制御回路１１３が出力する制御信号に応じて、共通電位
Ｖｃｏｍを共通電極１２８に供給する。スイッチング素子１２７としては、トランジスタ
を用いることができる。トランジスタのゲート電極及びソース電極またはドレイン電極の
一方を表示制御回路１１３に接続し、ソース電極またはドレイン電極の一方に、端子部１
２６を介して表示制御回路１１３から共通電位Ｖｃｏｍが供給されるようにし、他方を共
通電極１２８に接続すればよい。なお、スイッチング素子１２７は駆動回路部１２１、ま
たは画素部１２２と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成されるもので
あってもよい。

スイッチング素子１２７としてオフ電流が低減されたトランジスタを用いることにより、
液晶素子２１５の両端子に加わる電圧が経時的に低下する現象を抑制できる。

スイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電極の一方は、共通接続部を介して
共通電極１２８と電気的に接続する。なお、共通電極１２８は容量素子２１０の一方の電
極、及び液晶素子２１５の一方の電極を構成する。

スイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電極の他方は、端子１２６Ｂに接続
される。また、スイッチング素子１２７のゲート電極は端子１２６Ａに接続される。

また、図１６に示す液晶表示装置の等価回路図は、図１５とは異なる画素構成の等価回路
図である。なお、図１５に示す液晶表示装置の等価回路図と同様部分の説明は、重複を避
けるため省略する。

画素１３６は、第１の画素１３６ａ、及び第２の画素１３６ｂを有する。

第１の画素１３６ａは、第１のトランジスタ２２４ａと、第１のトランジスタ２２４ａに
接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有し、液晶素子２１５は、第１のトラ
ンジスタ２２４ａに接続された画素電極とそれに対向する対向電極との間に挟持され、第
１のトランジスタ２２４ａに接続された画素電極は液晶層を介して入射する光を反射する
。また、第１のトランジスタ２２４ａは、ゲート線１２４を介してゲート線側駆動回路１
２１Ａに接続され、ソース線１２５を介してソース線側駆動回路１２１Ｂに接続されてい
る。

第２の画素１３６ｂは、第２のトランジスタ２２４ｂと、第２のトランジスタ２２４ｂに
接続された容量素子２２０、及び液晶素子２２５を有し、液晶素子２２５は、第２のトラ
ンジスタ２２４ｂに接続された画素電極とそれに対向する対向電極との間に挟持され、第
２のトランジスタ２２４ｂに接続された画素電極は透光性を有している。また、第２のト
ランジスタ２２４ｂは、ゲート線１３７を介してゲート線側駆動回路１２１Ｃに接続され
、ソース線１３８を介してソース線側駆動回路１２１Ｄに接続されている。

ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂ、ゲート線側駆動回路１２１
Ｃ、及びソース線側駆動回路１２１Ｄは、表示制御回路１１３に接続されている。表示制
御回路１１３は画像信号を出力する信号線を決定する。

具体的には、表示制御回路１１３は、比較回路１１２が静止画と判断した場合は、画像信
号を第１の画素１３６ａに出力する。また、表示制御回路１１３は、比較回路１１２が動
画と判断した場合は、画像信号を第２の画素１３６ｂに出力する。

また、実施の形態で例示される表示装置は、測光回路を有していてもよい。測光回路を設
けた表示装置は当該表示装置がおかれている環境の明るさを検知できる。その結果、測光
回路が接続された表示制御回路１１３は、測光回路から入力される信号に応じて、表示パ
ネル１２０の駆動方法を変えることができる。

例えば、測光回路が、本実施の形態で例示される表示装置が薄暗い環境で使用されている
ことを検知すると、表示制御回路１１３は、比較回路１１２が静止画と判断した場合であ
っても、画像信号を第２の画素１３６ｂに出力し、バックライト１３２を点灯する。第２
の画素１３６ｂは透光性の画素電極を有するため、バックライトにより視認性の高い静止
画像を提供できる。

また、例えば、測光回路が、本実施の形態で例示される表示装置が極めて明るい外光下（
例えば屋外の直射日光下）で利用されていることを検知すると、表示制御回路１１３は、
比較回路１１２が動画と判断した場合であっても、画像信号を第１の画素１３６ａに出力
する。第１の画素１３６ａは液晶層を介して入射する光を反射する画素電極を有するため
、極めて明るい外光下であっても視認性の高い静止画像を提供できる。

すなわち、表示制御回路１１３は、比較回路１１２が静止画と判断した場合に、画像信号
を第２の画素１３６ｂに出力し、比較回路１１２が動画と判断した場合に、画像信号を第
１の画素１３６ａに出力することもできる。

本実施の形態の構成によれば、使用環境に応じてバックライトの使用、及び不使用を選択
することができ便宜である。また、バックライトを用いずに静止画を表示する場合、特に
電力の消費を抑制できる。

次に、画素に供給する信号の様子を、図１５に示す液晶表示装置の等価回路図、及び図１
７に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図１７に、表示制御回路１１３がゲート線側駆動回路１２１Ａに供給するクロック信号Ｇ
ＣＫ、及びスタートパルスＧＳＰを示す。また、表示制御回路１１３がソース線側駆動回
路１２１Ｂに供給するクロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰを示す。なお、ク
ロック信号の出力のタイミングを説明するために、図１７ではクロック信号の波形を単純
な矩形波で示す。

また図１７に、Ｖｄｄ線の電位、ソース線１２５の電位、画素電極の電位、端子１２６Ａ
の電位、端子１２６Ｂの電位、並びに共通電極の電位を示す。

図１７において期間１４０１は、動画を表示するための画像信号を書き込む期間に相当す
る。期間１４０１では、Ｖｄｄ線の電位を高電源電位Ｖｄｄとし、画素部１２２の各画素
に画像信号が供給され、共通電極に共通電位が供給されるように動作する。

また、期間１４０２は、静止画を表示する期間に相当する。期間１４０２では、Ｖｄｄ線
の電位を低電源電位Ｖｓｓと同じ電位とし、画素部１２２の各画素への画像信号供給、共
通電極への共通電位供給を停止することとなる。なお図１７に示す期間１４０２では、駆
動回路部の動作を停止するよう各信号を供給する構成について示したが、期間１４０２の
長さ及びリフレッシュレートによって、定期的に画像信号を書き込むことで静止画の画像
の劣化を防ぐ構成とすることが好ましい。

まず、期間１４０１におけるタイミングチャートを説明する。期間１４０１では、Ｖｄｄ
線の電位を高電源電位Ｖｄｄとし、クロック信号ＧＣＫとして、常時クロック信号が供給
され、スタートパルスＧＳＰとして、垂直同期周波数に応じたパルスが供給される。また
、期間１４０１では、クロック信号ＳＣＫとして、常時クロック信号が供給され、スター
トパルスＳＳＰとして、１ゲート選択期間に応じたパルスが供給される。

また、各行の画素に画像信号ｄａｔａがソース線１２５を介して供給され、ゲート線１２
４の電位に応じて画素電極にソース線１２５の電位が供給される。

また、表示制御回路１１３がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッチング素子
１２７を導通状態とする電位を供給し、端子１２６Ｂを介して共通電極に共通電位を供給
する。

一方、期間１４０２は、静止画を表示する期間である。次に、期間１４０２におけるタイ
ミングチャートを説明する。期間１４０２では、Ｖｄｄ線の電位を低電源電位Ｖｓｓと同
じ電位とし、クロック信号ＧＣＫ、スタートパルスＧＳＰ、クロック信号ＳＣＫ、及びス
タートパルスＳＳＰは共に停止する。また、期間１４０２において、ソース線１２５に供
給していた画像信号Ｄａｔａは停止する。クロック信号ＧＣＫ及びスタートパルスＧＳＰ
が共に停止する期間１４０２では、トランジスタ２１４が非導通状態となり画素電極の電
位が浮遊状態となる。

また、表示制御回路１１３がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッチング素子
１２７を非導通状態とする電位を供給し、共通電極の電位を浮遊状態にする。

期間１４０２では、液晶素子２１５の両端の電極、即ち画素電極及び共通電極の電位を浮
遊状態にして、新たに電位を供給することなく、静止画の表示を行うことができる。

また、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及びソース線側駆動回路１２１Ｂに供給するクロッ
ク信号、及びスタートパルスを停止することにより低消費電力化を図ることができる。

特に、トランジスタ２１４及びスイッチング素子１２７をオフ電流が低減されたトランジ
スタを用いることにより、液晶素子２１５の両端子に加わる電圧が経時的に低下する現象
を抑制できる。

次に、動画から静止画に切り替わる期間（図１７中の期間１４０３）、及び静止画から動
画に切り替わる期間（図１７中の期間１４０４）における表示制御回路１１３の動作を、
図１８（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図１８（Ａ）、（Ｂ）は表示制御回路１１３が
出力する、Ｖｄｄ線の電位、クロック信号（ここではＧＣＫ）、スタートパルス信号（こ
こではＧＳＰ）、及び端子１２６Ａの電位を示す。

動画から静止画に切り替わる期間１４０３の表示制御回路の動作を図１８（Ａ）に示す。
表示制御回路は、スタートパルスＧＳＰを停止する（図１８（Ａ）のＥ１、第１のステッ
プ）。次いで、スタートパルス信号ＧＳＰの停止後、パルス出力がシフトレジスタの最終
段まで達した後に、複数のクロック信号ＧＣＫを停止する（図１８（Ａ）のＥ２、第２の
ステップ）。次いで、Ｖｄｄ線の電位を低電源電位Ｖｓｓと同じ電位にする（図１８（Ａ
）のＥ３、第３のステップ）。Ｖｄｄ線とＶｓｓ線を同じ電位とすることで、駆動回路部
１２１内に生じる電位差を無くし、漏れ電流などに起因する消費電力の増加を抑えること
ができる。次いで、端子１２６Ａの電位を、スイッチング素子１２７が非導通状態となる
電位にする（図１８（Ａ）のＥ４、第４のステップ）。

以上の手順をもって、駆動回路部１２１の誤動作を引き起こすことなく、駆動回路部１２
１に供給する信号を停止できる。動画から静止画に切り替わる際の誤動作はノイズを生じ
、ノイズは静止画として保持されるため、誤動作が少ない表示制御回路を搭載した液晶表
示装置は画像の劣化が少ない静止画を表示できる。

次に静止画から動画に切り替わる期間１４０４の表示制御回路の動作を図１８（Ｂ）に示
す。表示制御回路は、端子１２６Ａの電位をスイッチング素子１２７が導通状態となる電
位にする（図１８（Ｂ）のＳ１、第１のステップ）。次いで、Ｖｄｄ線の電位を低電源電
位Ｖｓｓと同じ電位から高電源電位Ｖｄｄにする（図１８（Ｂ）のＳ２、第２のステップ
）。次いで、クロック信号ＧＣＫとして先に後に与える通常のクロック信号ＧＣＫより長
いパルス信号でハイの電位を与えた後、複数のクロック信号ＧＣＫを供給する（図１８（
Ｂ）のＳ３、第３のステップ）。次いでスタートパルス信号ＧＳＰを供給する（図１８（
Ｂ）のＳ４、第４のステップ）。

以上の手順をもって、駆動回路部１２１の誤動作を引き起こすことなく駆動回路部１２１
に駆動信号の供給を再開できる。各配線の電位を適宜順番に動画表示時に戻すことで、誤
動作なく駆動回路部の駆動を行うことができる。

また、図１９に、動画を表示する期間６０１、または静止画を表示する期間６０２におけ
る、フレーム期間毎の画像信号の書き込み頻度を模式的に示す。図１９中、「Ｗ」は画像
信号の書き込み期間であることをあらわし、「Ｈ」は画像信号を保持する期間であること
を示している。また、図１９中、期間６０３は１フレーム期間を表したものであるが、別
の期間であってもよい。

このように、本実施の形態の液晶表示装置の構成において、期間６０２で表示される静止
画の画像信号は期間６０４に書き込まれ、期間６０４で書き込まれた画像信号は、期間６
０２の他の期間で保持される。

なお、ここでは図１７乃至１９を用いて、図１５に示す画素構成を有する液晶表示装置の
静止画表示と動画表示の動作について説明したが、図１６に示す画素構成を有する液晶表
示装置についても同様に説明することができる。図１６に示した画素１３６は、光を反射
する画素電極を有する画素１３６ａと、透光性の画素電極を有する画素１３６ｂを有して
おり、画素１３６ａと画素１３６ｂのどちらか一方もしくは両方を、静止画表示もしくは
動画表示として用いることができる。つまり、画素１２３を、画素１３６、画素１３６ａ
、または画素１３６ｂと読み替えることで、液晶表示装置の静止画表示と動画表示の動作
を、図１５に示す液晶表示装置と同様に説明することができる。

本実施の形態に例示した液晶表示装置は、静止画を表示する期間において画像信号の書き
込み頻度を低減できる。その結果、静止画を表示する際の低消費電力化を図ることができ
る。

また、同一の画像を複数回書き換えて静止画を表示する場合、画像の切り替わりが視認で
きると、人間は目に疲労を感じることもあり得る。本実施の形態の液晶表示装置は、画像
信号の書き込み頻度が削減されているため、目の疲労を減らすといった効果もある。

特に、本実施の形態の液晶表示装置は、オフ電流が低減されたトランジスタを各画素、並
びに共通電極のスイッチング素子に適用することにより、保持容量で電圧を保持できる期
間（時間）を長く取ることができる。その結果、画像信号の書き込み頻度を画期的に低減
することが可能になり、静止画を表示する際の低消費電力化、及び目の疲労の低減に、顕
著な効果を有する。

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）
本実施の形態においては、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２０（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、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を有することができ
る。太陽電池９６３３と、表示パネルとを開閉自在に装着しており、太陽電池からの電力
を表示パネル、または映像信号処理部に供給する電子書籍である。図２０（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タッチ入力操作
又は編集するタッチ入力機能、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２０（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。

表示部９６３１はフォトセンサを利用したタッチ入力機能を備えた反射型の液晶表示装置
であり、比較的明るい状況下で使用するため、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の表面及び裏面に効率的なバッテリー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、表示部９６３１に実施の形態１で示した半透過型液晶表示装置を適用することで、
明るく表示品位の良い電子書籍を実現することができる。

また図２０（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図２０（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図２０（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。

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
１１０ 画像処理回路
１１１ 記憶回路
１１２ 比較回路
１１３ 表示制御回路
１１５ 選択回路
１１６ 電源
１２０ 表示パネル
１２１ 駆動回路部
１２２ 画素部
１２３ 画素
１２４ ゲート線
１２５ ソース線
１２６ 端子部
１２７ スイッチング素子
１２８ 共通電極
１３０ バックライト部
１３１ バックライト制御回路
１３２ バックライト
１３３ ＬＥＤ
１３４ 拡散板
１３５ 光
１３６ 画素
１３７ ゲート線
１３８ ソース線
１３９ 外光
１４０ ＦＰＣ
１９０ 液晶表示モジュール
２１０ 容量素子
２１４ トランジスタ
２１５ 液晶素子
２２０ 容量素子
２２５ 液晶素子
４００ 基板
４０１ ゲート電極
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 酸化物半導体層
４０７ 絶縁層
４０９ 保護絶縁層
４１０ トランジスタ
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
６０１ 期間
６０２ 期間
６０３ 期間
６０４ 期間
８００ 基板
８２０ 構造体
８２１ 反射層
８２２ 有機樹脂層
８２３ 透明電極
８２５ 反射電極
８２６ 開口部
８２７ 絶縁層
８２８ 絶縁層
８２９ エッチングストップ層
８３１ 入射光
８３２ 反射光
８３３ 絶縁層
８３４ レジストマスク
８３５ レジストマスク
８４１ バックライト射出口
８４２ バックライト入射口
８５１ トランジスタ
８５２ 配線
８５３ 容量配線
８５４ 配線
８５５ コンタクトホール
８５６ ソース電極
８５７ ドレイン電極
８５８ ゲート電極
８５９ 半導体層
８６１ トランジスタ
８６２ 配線
８６３ 容量配線
８６４ 配線
８６５ コンタクトホール
８６６ ソース電極
８６７ ドレイン電極
８６８ ゲート電極
８６９ 半導体層
８７１ 保持容量
８７２ 保持容量
８８０ 部位
８８１ 部位
１４０１ 期間
１４０２ 期間
１４０３ 期間
１４０４ 期間
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
１１１ｂ フレームメモリ
１２１Ａ ゲート線側駆動回路
１２１Ｂ ソース線側駆動回路
１２１Ｃ ゲート線側駆動回路
１２１Ｄ ソース線側駆動回路
１２５ａ 偏光板
１２５ｂ 偏光板
１２６Ａ 端子
１２６Ｂ 端子
１３６ａ 画素
１３６ｂ 画素
２２４ａ トランジスタ
２２４ｂ トランジスタ
４０５ａ ソース電極
４０５ｂ ドレイン電極
４３６ａ 配線層
４３６ｂ 配線層
８２１ａ 反射層
８２１ｂ 反射層
８２５ａ 反射電極
８２５ｂ 反射電極

Claims (4)

1. バックライトと、
   前記バックライト上の画素と、を有し、
   前記画素は、トランジスタと、複数の開口を有する反射電極と、前記反射電極上の液晶と、を有し、
   前記複数の開口は、前記バックライトの光を透過することを特徴とする表示装置。
2. 請求項１において、
   透明電極を有し、
   前記透明電極は、前記複数の開口と重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   有機樹脂を含む絶縁層を有し、
   前記絶縁層は、前記トランジスタ上に設けられ、
   前記反射電極は、前記絶縁層上に設けられることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記トランジスタは、酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。

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