JP2015163980A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より高コントラスト化を可能とするブルー相を示す液晶材料を用いた液晶表示装置を提供する。また、ブルー相を示す液晶を用いた液晶表示装置において、より低消費電力化を達成する。【解決手段】画素電極層２３０（第１の電極層ともいう）が設けられた第１の基板２００と、共通電極層２３２ａ「（第２の電極層ともいう）が設けられた第２の基板２０１とでブルー相を示す液晶層２０８を挟持する液晶表示装置において、画素電極層及び共通電極層が、液晶層に突出し、かつ隣接するもの同士が液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置される。【選択図】図１

Description

液晶表示装置及びその作製方法に関する。

薄型、軽量化を図った表示装置（所謂フラットパネルディスプレイ）には液晶素子を有す
る液晶表示装置、自発光素子を有する発光装置、フィールドエミッションディスプレイ（
ＦＥＤ）などが競合し、開発されている。

液晶表示装置においては、液晶分子の応答速度の高速化が求められている。液晶の表示モ
ードは種々あるが、中でも高速応答可能な液晶モードとしてＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃ
ｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐ
ｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ブルー相を示す液晶を用いるモ
ードがあげられる。

特にブルー相を示す液晶を使用するモードは配向膜が不要であり、かつ広視野角化が得ら
れるので、実用化に向けてより研究が行われている（例えば特許文献１参照。）。特許文
献１は、ブルー相の出現する温度範囲を広げるために、液晶に高分子安定化処理を行う報
告である。

国際公開第２００５−０９０５２０号

液晶表示装置における問題として高いコントラストを実現するためには、白透過率（白表
示時の光の透過率）が大きいことが必要である。

従って、より高コントラスト化に向けて、ブルー相を示す液晶を用いた液晶表示モードに
適した液晶表示装置を提供することを目的の一とする。

また、ブルー相を示す液晶を用いた液晶表示装置において、より低消費電力化を達成する
ことを目的の一とする。

画素電極層（第１の電極層ともいう）が設けられた第１の基板と、共通電極層（第２の電
極層ともいう）が設けられた第２の基板とでブルー相を示す液晶層を挟持する液晶表示装
置において、画素電極層及び共通電極層が、液晶層に突出し、かつ隣接するもの同士が液
晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置される。

液晶層を介して隣接する画素電極層と、共通電極層とは、画素電極層及び共通電極層にそ
れぞれ所定の電圧を印加した時、電極層間に介在する液晶層の液晶が応答する距離とする
。該距離に応じて印加する電圧を適宜制御する。

画素電極層及び共通電極層の液晶層における位置は、画素電極層及び共通電極層の下にそ
れぞれ構造体を設けることで制御することができる。

第１の基板と第２の基板とでブルー相を示す液晶層を挟持する液晶表示装置において、画
素電極層は第１の基板の液晶層側の面（液晶層に面している方の面）から液晶層に突出し
て設けられたリブ状の第１の構造体の上面側面を覆って形成され、共通電極層（第２の電
極層ともいう）は第２の基板の液晶層側の面から液晶層に突出して設けられたリブ状の第
２の構造体の上面側面を覆って形成される。

面内方向においては、画素電極層、共通電極層、リブ状の第１の構造体及び第２の構造体
は平板状でなく、様々な開口パターン（スリット）を有する屈曲部や枝分かれした櫛歯状
を含む形状であり、第１の基板と第２の基板とを対向配置した場合に重ならないように形
成されている。

一方厚さ（膜厚）方向においては、第１の構造体と第２の構造体とは、それぞれ第１の構
造体又は第２の構造体が設けられた面を内包するように第１の基板と第２の基板とを対向
配置した場合に、該リブ状の凸部同士が液晶層を間に挟んで噛みあうようにシール材によ
って固持されている。

画素電極層と共通電極層とはその側面が隣接するように液晶層に突出して配置されること
によって、画素電極層及び共通電極層の形成面積を液晶層の膜厚方向に（３次元的に）も
拡大できる。従って、画素電極層及び共通電極層間に電圧を印加した時、画素電極層と、
共通電極層との間に広く電界を形成することができる。

画素電極層（又は画素電極層及び第１の構造体）及び共通電極層（又は共通電極層及び第
２の構造体）を、該側面同士が横に並列するように配置するため、画素電極層（又は画素
電極層及び第１の構造体）の膜厚の最大値及び共通電極層（又は共通電極層及び第２の構
造体）の膜厚の最大値の厚さ（膜厚）の合計が液晶層の厚さの最大値（液晶表示装置のセ
ルギャップともいう）より大きくなるように設定する。

しかし、第１の構造体又は第２の構造体上に形成される画素電極層又は共通電極層が、対
向する第１の基板又は第２の基板（又は画素電極層又は共通電極層）と接しないように、
構造体（第１の構造体又は第２の構造体）と電極層（画素電極層又は共通電極層）との厚
さ（膜厚）の合計が、液晶層の厚さの最大値より小さくなるように設定する。

また、画素電極層又は／及び共通電極層が第１の構造体又は第２の構造体上に形成される
場合、画素電極層又は／及び共通電極層は少なくともリブ状の第１の構造体又は第２の構
造体の上面及び側面に形成されるが、画素において他の第１の構造体又は第２の構造体の
表面以外の平坦な領域にも形成してもよい。例えば、各画素別に電圧が制御される画素電
極層の場合は一画素毎に連続した平板状の導電膜として形成してもよく、全画素に共通の
電圧が供給される共通電極層の場合は複数の画素を含む画素領域に連続する平板状の導電
膜として形成してもよい。

画素電極層及び共通電極層の形成領域を拡大することによって、さらに液晶層において電
界の形成領域も拡大されるため、より効率よく液晶分子を制御できる。

従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率
が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラ
スト比も高くすることができる。また、粘度の高いブルー相を示す液晶材料（液晶混合物
）であっても、効果的に電界を形成することができるため、低消費電力化も達成できる。

構造体は絶縁性材料（有機材料及び無機材料）を用いた絶縁体、及び導電性材料（有機材
料及び無機材料）を用いた導電体で形成することができる。代表的には可視光硬化性、紫
外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。例えば、アクリル樹脂、エポキ
シ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、導電性樹脂や金属材料で形成して
もよい。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であってもよい。

構造体の形状は、柱状、錐形の先端が平面である断面が台形の形状、錐形の先端が丸いド
ーム状などを用いることができる。本明細書において画素電極層及び共通電極層は構造体
の表面（上面及び側面）を覆うように形成されるため、構造体は画素電極層及び共通電極
層の被覆性が良好なように表面に段差が少なく曲面を有するようなリブ状の形状が好まし
い。また、構造体は可視光の光に対して透光性を有する材料を用いると開口率や白透過率
を低下させないために好ましい。

また、構造体は基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する部分であればよいので、層間
膜を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、突出する構造体としてもよい。よって、構
造体は複数の突出した凸部を有する連続膜であってもよい。

本明細書では、半導体素子（例えばトランジスタ）、第１の構造体、画素電極層が形成さ
れている基板を素子基板（第１の基板）といい、該素子基板と液晶層を介して対向する基
板を対向基板（第２の基板）という。なお、対向基板（第２の基板）と液晶層との間に第
２の構造体及び共通電極層が形成されている。

液晶層には、ブルー相を示す液晶材料を用いる。なお、液晶材料とは、液晶層に用いる液
晶を含む混合物をさす。ブルー相を示す液晶材料は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高
速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化が可能になる。

ブルー相を示す液晶材料として液晶及びカイラル剤を含む。カイラル剤は、液晶を螺旋構
造に配向させ、ブルー相を発現させるために用いる。例えば、数重量％以上のカイラル剤
を混合させた液晶材料を液晶層に用いればよい。

液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等
を用いる。

カイラル剤は、液晶に対する相溶性が良く、かつ捩れ力の強い材料を用いる。また、Ｒ体
、Ｓ体のどちらか片方の材料が良く、Ｒ体とＳ体の割合が５０：５０のラセミ体は使用し
ない。

上記液晶材料は、条件により、コレステリック相、コレステリックブルー相、スメクチッ
ク相、スメクチックブルー相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す
。

ブルー相であるコレステリックブルー相及びスメクチックブルー相は、螺旋ピッチが５０
０ｎｍ以下とピッチの比較的短いコレステリック相またはスメクチック相を有する液晶材
料にみられる。液晶材料の配向は二重ねじれ構造を有する。可視光の波長以下の秩序を有
しているため、透明であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的変調作用が生じ
る。ブルー相は光学的に等方であるため視野角依存性がなく、配向膜を形成しなくとも良
いため、表示画像の質の向上及びコスト削減が可能である。

また、ブルー相は狭い温度範囲でしか発現が難しく、温度範囲を広く改善するために液晶
材料に、光硬化樹脂及び光重合開始剤を添加し、高分子安定化処理を行うことが好ましい
。高分子安定化処理は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材
料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して行う。この高分子安
定化処理は、温度制御を行い、等方相を示した状態で光照射して行っても良いし、ブルー
相を示した状態で光照射して行ってもよい。

例えば、液晶層の温度を制御し、ブルー相を発現した状態で液晶層に光を照射することに
より高分子安定化処理を行う。但し、これに限定されず、ブルー相と等方相間の相転移温
度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の等方相を発現した状態で液晶層に光を照射
することにより高分子安定化処理を行ってもよい。ブルー相と等方相間の相転移温度とは
、昇温時にブルー相から等方相に転移する温度又は降温時に等方相からブルー相に相転移
する温度をいう。高分子安定化処理の一例としては、液晶層を等方相まで加熱した後、徐
々に降温させてブルー相にまで相転移させ、ブルー相が発現する温度を保持した状態で光
を照射することができる。他にも、液晶層を徐々に加熱して等方相に相転移させた後、ブ
ルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相
を発現した状態）で光を照射することができる。また、液晶材料に含まれる光硬化樹脂と
して、紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を用いる場合、液晶層に紫外線を照射すればよい
。なお、ブルー相を発現させなくとも、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以
内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相を発現した状態）で光を照射して高分子安定化
処理を行えば、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能である。

本明細書で開示する発明の構成の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を挟持
する、第１の電極層が設けられた第１の基板と、第２の電極層が設けられた第２の基板と
、第１の電極層及び第２の電極層が液晶層に突出し、かつ隣接する第１の電極層及び第２
の電極層同士が液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置される液晶表示装置で
ある。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を
挟持する、第１の電極層が設けられた第１の基板と、第２の電極層が設けられた第２の基
板と、第１の電極層及び第２の電極層が液晶層に突出し、かつ隣接する第１の電極層及び
第２の電極層同士が液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置され、第１の電極
層及び第２の電極層の間隔は、第１の電極層及び第２の電極層にそれぞれ所定の電圧を印
加した時、第１の電極層及び第２の電極層間に介在する液晶層の液晶が応答する距離とす
る液晶表示装置である。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を
挟持する第１の基板及び第２の基板と、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出す
るリブ状の第１の構造体と、第２の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出するリブ状の
第２の構造体と、リブ状の第１の構造体の上面及び側面を覆う第１の電極層と、リブ状の
第２の構造体の上面及び側面を覆う第２の電極層とを有し、液晶層において第１の電極層
と第２の電極層とは液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置される液晶表示装
置である。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を
挟持する第１の基板及び第２の基板と、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出す
るリブ状の第１の構造体と、第２の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出するリブ状の
第２の構造体と、リブ状の第１の構造体の上面及び側面を覆う第１の電極層と、リブ状の
第２の構造体の上面及び側面を覆う第２の電極層とを有し、液晶層において第１の電極層
と第２の電極層とは液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置され、第１の電極
層及び第２の電極層の間隔は、第１の電極層及び第２の電極層にそれぞれ所定の電圧を印
加した時、第１の電極層及び第２の電極層間に介在する液晶層の液晶が応答する距離とす
る液晶表示装置である。

ブルー相を示す液晶層を用いることにより、配向膜を形成する必要がないため、第１の電
極層（画素電極層）と液晶層、及び第２の電極層（共通電極層）と液晶層とは接する構成
とすることができる。

なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を
示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称
を示すものではない。

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。

画素電極層が設けられた第１の基板と、共通電極層が設けられた第２の基板とでブルー相
を示す液晶層を挟持する液晶表示装置において、画素電極層及び共通電極層が、液晶層に
突出し、かつ隣接するもの同士が液晶層を介在して間隔をもって噛み合うように配置する
。

よって、画素電極層及び共通電極層間に電圧を印加した時、画素電極層と、共通電極層と
の間に広く電界を形成することができ、その電界を用いて液晶分子を制御できる。

従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率
が向上し、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高め
ることができる。

また、粘度の高いブルー相を示す液晶層であっても、効果的に電界を形成することができ
るため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。

液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示モジュールを説明する図。 液晶表示モジュールを説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタを説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタ及びトランジスタの作製方法を説明する図。 電子機器を説明する図。 電子機器を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置の電界モードの計算結果を説明する図。 液晶表示装置の電界モードの計算結果を説明する図。 液晶表示装置の電界モードの計算結果を説明する図。 液晶表示装置の電界モードの計算結果を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明に限定されず、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、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。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有す
る部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本明細書で開示する発明の構成の一形態である液晶表示装置を、図１を用いて説明する。
図１は液晶表示装置の断面図である。

ブルー相を示す液晶層を含む液晶表示装置において、基板に概略平行（すなわち水平な方
向）な電界を生じさせて、基板と平行な面内で液晶分子を動かして、階調を制御する方式
を用いることができる。

図１６は、第１の基板２００と第２の基板２０１とが、ブルー相を示す液晶材料を用いた
液晶層２０８を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。第１の基板
２００と液晶層２０８との間には画素電極層２３０、第２の基板２０１と液晶層２０８と
の間には共通電極層２３２ａ、２３２ｂが設けられている。画素電極層２３０は第１の基
板２００の液晶層２０８側の面から、共通電極層２３２ａ、２３２ｂは第２の基板２０１
の液晶層２０８側の面から、それぞれ液晶層２０８中に突出して設けられている。

厚さ（膜厚）方向においては、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂは、
ブルー相を示す液晶層２０８に突出し、かつ隣接するもの同士が液晶層２０８を介在して
間隔をもって噛み合うように配置されている。

液晶層２０８を介して隣接する画素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、２３２ｂとは
、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂにそれぞれ所定の電圧を印加した
時、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂ間に介在する液晶層２０８の液
晶が応答する距離とする。該距離に応じて印加する電圧を適宜制御する。

また、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂの液晶層２０８における位置
は、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂの下にそれぞれ構造体を設ける
ことで制御することができる。

図１は、第１の基板２００と第２の基板２０１とが、ブルー相を示す液晶材料を用いた液
晶層２０８を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。第１の基板２
００と液晶層２０８との間には第１の構造体２３３、画素電極層２３０、第２の基板２０
１と液晶層２０８との間には第２の構造体２３５ａ、２３５ｂ、及び共通電極層２３２ａ
、２３２ｂが設けられている。第１の構造体２３３は第１の基板２００の液晶層２０８側
の面から、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂは第２の基板２０１の液晶層２０８側の面か
ら、それぞれ液晶層２０８中に突出して設けられている。

画素電極層２３０は第１の基板２００の液晶層２０８側の面（液晶層２０８に面している
方の面）から液晶層２０８に突出して設けられた第１の構造体２３３の上面側面を覆って
形成され、共通電極層２３２ａ、２３２ｂは第２の基板２０１の液晶層２０８側の面から
液晶層２０８に突出して設けられた第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの上面側面を覆って
形成される。

面内方向（液晶表示装置における平面図）においては、画素電極層２３０及び共通電極層
２３２ａ、２３２ｂは開口パターンを有する屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状であ
り、第１の基板２００と第２の基板２０１とを対向配置した場合に重ならないように形成
されている。

よって、面内方向（液晶表示装置における平面図）においては、リブ状の第１の構造体２
３３及び第２の構造体２３５ａ、２３５ｂも、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ
、２３２ｂの形状を反映し、開口パターンを有する屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形
状である。

厚さ（膜厚）方向においては、図１の断面図に示すように、第１の構造体２３３と第２の
構造体２３５ａ、２３５ｂとは、それぞれ第１の構造体２３３又は第２の構造体２３５ａ
、２３５ｂが設けられた面を内包するように第１の基板２００と第２の基板２０１とを対
向配置した場合に、該リブ状の凸部同士が液晶層２０８を間に挟んで噛みあうようにシー
ル材によって固持されている。

画素電極層２３０（又は画素電極層２３０及び第１の構造体２３３）及び共通電極層２３
２ａ、２３２ｂ（又は共通電極層２３２ａ、２３２ｂ及び第２の構造体２３５ａ、２３５
ｂ）を、該側面同士が横に並列するように配置するため、画素電極層２３０（又は画素電
極層２３０及び第１の構造体２３３）の膜厚の最大値及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂ
（又は共通電極層２３２ａ、２３２ｂ及び第２の構造体２３５ａ、２３５ｂ）の膜厚の最
大値の厚さ（膜厚）の合計が液晶層２０８の厚さの最大値（液晶表示装置のセルギャップ
ともいう）より大きくなるように設定する。

液晶層２０８の厚さ（膜厚）の最大値は１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。

しかし、第１の構造体２３３又は第２の構造体２３５ａ、２３５ｂ上に形成される画素電
極層２３０又は共通電極層２３２ａ、２３２ｂが、対向する第１の基板２００又は第２の
基板２０１まで達しない程度とし、第１の構造体２３３と画素電極層２３０との厚さの合
計、及び第２の構造体２３５ａ、２３５ｂと共通電極層２３２ａ、２３２ｂとの厚さ（膜
厚）の合計が、形成領域における液晶層２０８の厚さより小さくなるように設定する。

また、液晶層２０８を介して隣接する画素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、又は共
通電極層２３２ｂとは画素電極層２３０、共通電極層２３２ａ及び共通電極層２３２ｂに
それぞれ電圧を印加した時、電極層間に介在する液晶層２０８の液晶が応答する距離とす
る。液晶層２０８を介して隣接する画素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、又は共通
電極層２３２ｂとの側面同士の最短距離は０．５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１μ
ｍ以上１０μｍ以下とするとよく、該距離に応じて印加する電圧を適宜制御する。

なお、本明細書において、隣接する画素電極層と共通電極層との間隔とは、画素電極層及
び共通電極層において液晶層に突出している部分（図１の断面図における側面）同士の最
短距離とする。隣接する画素電極層の側面と共通電極層の側面の間で形成される電界によ
って、液晶を応答させることができる。

従って、液晶層２０８を介して隣接する第１の構造体２３３と、第２の構造体２３５ａ又
は第２の構造体２３５ｂとの側面同士の最短距離も０．５μｍ以上３０μｍ以下、好まし
くは１μｍ以上１０μｍ以下とするとよく、該距離に応じて画素電極層２３０、共通電極
層２３２ａ、及び共通電極層２３２ｂに印加する電圧を適宜制御する。

図１６に示す画素電極層２３０、共通電極層２３２ａ、２３２ｂは構造体を用いず、柱状
の形状とする例である。

第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂは断面が半円に近い先端が丸いド
ーム形状の構造体である。このように構造体表面が曲面を有していると上に積層する画素
電極層２３０、共通電極層２３２ａ、２３２ｂが被覆性よく良好な形状で形成することが
できる。

なお、共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂは、開口パター
ンを有する形状であるために、図１、図１６の断面図においては分断された複数の電極層
、又は構造体として示されている。

第１の基板２００上に設けられたリブ状の第１の構造体２３３の上面及び側面を覆うよう
に画素電極層２３０を形成し、第２の基板２０１上に設けられたリブ状の第２の構造体２
３５ａ、２３５ｂの上面及び側面を覆うように共通電極層２３２ａ、２３２ｂを形成する
ことで、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂの形成面積を液晶層２０８
の膜厚方向に（３次元的に）も拡大できる。さらに、リブ状の第１の構造体２３３、又は
第２の構造体２３５ａ、２３５ｂを覆うことにより画素電極層２３０及び共通電極層２３
２ａ、２３２ｂ表面に形成された凸部が交互に噛みあうように、第１の基板２００と第２
の基板２０１とを対向配置する。よって、図１に示すように、画素電極層２３０と共通電
極層２３２ａとの間に矢印２０２ａに示す電界（第１の基板２００と第２の基板２０１に
概略平行な電界）が、画素電極層２３０と共通電極層２３２ｂとの間に矢印２０２ｂに示
す電界（第１の基板２００と第２の基板２０１に概略平行な電界）がそれぞれ液晶層の膜
厚方向にわたって広範囲に加わる。なお、図示しないが、電界は画素電極層２３０と共通
電極層２３２ａ、２３２ｂとの間に、円状に回り込むようにも形成される。

画素電極層及び共通電極層、構造体の形状は、柱状、錐形の先端が平面である断面が台形
の形状、錐形の先端が丸いドーム状などを用いることができる。画素電極層及び共通電極
層は構造体の表面（上面及び側面）を覆うように形成される場合、構造体は画素電極層及
び共通電極層の被覆性が良好なように表面に段差が少なく曲面を有するような形状が好ま
しい。また、構造体は可視光の光に対して透光性を有する材料を用いると開口率や白透過
率を低下させないために好ましい。

また、構造体は基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する部分であればよいので、層間
膜を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、突出する構造体としてもよい。よって、構
造体は複数の突出した凸部を有する連続膜であってもよい。

なお、構造体上に形成される画素電極層、共通電極層の形状は、該構造体の形状が反映さ
れ、またエッチング加工方法にも影響をうける。構造体及び該構造体上に形成される画素
電極層、共通電極層の形状例を図１１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示す。

図１１（Ａ）は、第１の構造体２４３上に画素電極層２４０が、第２の構造体２４５ａ、
２４５ｂ上に共通電極層２４２ａ、２４２ｂがそれぞれ形成される例である。第１の構造
体２４３、第２の構造体２４５ａ、２４５ｂは錐形の先端が平面である断面が台形の形状
であり、覆って形成されている画素電極層２４０、共通電極層２４２ａ、２４２ｂも該形
状を反映している。また、画素電極層２４０、共通電極層２４２ａ、２４２ｂは第１の基
板２００又は第２の基板２０１に接するように形成されている。

このように、画素電極層又は／及び共通電極層は、少なくともリブ状の第１の構造体又は
第２の構造体の上面及び側面に形成されるが、画素において他の第１の構造体又は第２の
構造体の表面以外の平坦な領域にも形成してもよい。

図１１（Ｂ）は、第１の構造体２４８上に画素電極層２４６が、第２の構造体２４９ａ、
２４９ｂ上に共通電極層２４７ａ、２４７ｂがそれぞれ形成される例である。第１の構造
体２４８、第２の構造体２４９ａ、２４９ｂは錐形の先端が丸い形状であり、覆って形成
されている画素電極層２４６、共通電極層２４７ａ、２４７ｂも該形状を反映している。
このように錐形の形状の場合、錐形の頂点付近で画素電極層２４６、共通電極層２４７ａ
、２４７ｂが一部不連続になる場合（例えば膜に開口（穴）が形成されるなど）もありう
るが、画素電極層２４６、共通電極層２４７ａ、２４７ｂとして電圧が印加できれば問題
ない。

図１１（Ｃ）は、凹凸形状を有する第１の構造体２６０の凸部に画素電極層２３０、凹凸
形状を有する第２の構造体２６５の凸部に共通電極層２３２ａ、２３２ｂがそれぞれ形成
される例である。凹凸形状を有する第１の構造体２６０及び凹凸形状を有する第２の構造
体２６５は絶縁層を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、それぞれ複数の突出した凸
部を有する連続膜からなる構造体とした例である。よって、画素電極層２３０、共通電極
層２３２ａ、２３２ｂは第１の構造体２６０、第２の構造体２６５において突出した凸部
にそれぞれ形成される。

液晶表示装置における電界の印加状態を計算した結果を、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）
に示す。計算は、シンテック社製、ＬＣＤ Ｍａｓｔｅｒ、２ｓ Ｂｅｎｃｈを用いて行
った。

図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）は計算した液晶表示装置の構成を示す図である。図１２（
Ａ）は構造体の上面及び側面のみに電極層を形成する例であり、図１３（Ａ）は、図１１
（Ａ）（Ｂ）のように電極層が構造体の上面及び側面を覆い構造体の周囲の基板上にも一
部形成される例である。構造体（第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂ
）としては誘電率４の絶縁体を用い、基板と接する部分の断面の幅は２．５μｍとした。
第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの膜厚（高さ）は３μｍである。
なお、ここでいう第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの膜厚（高さ）
は底面（第１の基板２００又は第２の基板２０１）からの最大値である。

図１２（Ａ）（Ｂ）及び図１３（Ａ）（Ｂ）において、画素電極層２３０は第１の構造体
２３３の上面及び側面を覆うように形成され、同様に共通電極層２３２ａ、２３２ｂもそ
れぞれ第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの上面及び側面を覆うように形成されている。画
素電極層２３０、共通電極層２３２ａ、２３２ｂの膜厚は０．１μｍ、同一平面に配置す
ると仮定した場合の第１の構造体２３３と第２の構造体２３５ａ、２３５ｂとの間の距離
は２．５μｍである。セルギャップ（液晶層の最大膜厚）に相当する第１の基板２００か
ら第２の基板２０１までの距離は４μｍである。

図１２（Ａ）及び図１３（Ａ）の構造に対して、共通電極層を０Ｖ、画素電極層は１０Ｖ
の設定として計算した計算結果を図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）に示す。

図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）において、実線は等電位線を示しており、リブ状の構造体
の周囲を覆う画素電極層又は共通電極層を中心にその周囲に等電位線が広がって形成され
ている。

電界は等電位線と垂直に発現するので、図１２（Ｂ）及び図１３（Ｂ）に示すように、第
１の構造体２３３表面を覆うように設けられた画素電極層２３０と、第２の構造体２３５
ａ、２３５ｂ表面を覆うように設けられた共通電極層２３２ａ、２３２ｂとの間にそれぞ
れ横方向の電界が加わっていることが確認できる。

よって、画素電極層２３０及び共通電極層２３２ａ、２３２ｂ間に電圧を印加した時、画
素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、２３２ｂとの間に広く電界を形成することがで
き、その電界を用いて液晶分子を制御できる。

従って、膜厚方向も含め液晶層２０８全体における液晶分子を応答させることができ、白
透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコ
ントラスト比も高くすることができる。また、粘度の高いブルー相を示す液晶材料（液晶
混合物）であっても、効果的に電界を形成することができるため、低消費電力化も達成で
きる。

構造体（第１の構造体、第２の構造体）は絶縁性材料（有機材料及び無機材料）を用いた
絶縁体、及び導電性材料（有機材料及び無機材料）を用いた導電体で形成することができ
る。代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい
。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、
導電性樹脂や金属材料で形成してもよい。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であって
もよい。

また、第１の構造体及び第２の構造体は同様な材料及び形状であってもよいし、作製条件
（例えば、膜厚など）はそれぞれ異なってもよい。

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

液晶層２０８を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、第１の基板２００と
第２の基板２０１とを貼り合わせてから毛細管現象等を用いて液晶を注入する注入法を用
いることができる。

液晶層２０８には、ブルー相を示す液晶材料を用いる。ブルー相を示す液晶材料は、応答
速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化が可能
になる。

例えば、高速応答が可能であるため、バックライト装置にＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）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）や、時分割により左右の映像を交互に見るシャッター眼鏡方式による３次元表示方
式に好適に採用できる。

ブルー相を示す液晶材料として液晶及びカイラル剤を含む。カイラル剤は、液晶を螺旋構
造に配向させ、ブルー相を発現させるために用いる。例えば、５重量％以上のカイラル剤
を混合させた液晶材料を液晶層に用いればよい。

液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等
を用いる。

カイラル剤は、液晶に対する相溶性が良く、かつ捩れ力の強い材料を用いる。また、Ｒ体
、Ｓ体のどちらか片方の材料が良く、Ｒ体とＳ体の割合が５０：５０のラセミ体は使用し
ない。

上記液晶材料は、条件により、コレステリック相、コレステリックブルー相、スメクチッ
ク相、スメクチックブルー相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す
。

ブルー相であるコレステリックブルー相及びスメクチックブルー相は、螺旋ピッチが５０
０ｎｍ以下とピッチの比較的短いコレステリック相またはスメクチック相を有する液晶材
料にみられる。液晶材料の配向は二重ねじれ構造を有する。可視光の波長以下の秩序を有
しているため、透明であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的変調作用が生じ
る。ブルー相は光学的に等方であるため視野角依存性がなく、配向膜を形成しなくとも良
いため、表示画像の質の向上及びコスト削減が可能である。

また、ブルー相は狭い温度範囲でしか発現が難しく、温度範囲を広く改善するために液晶
材料に、光硬化樹脂及び光重合開始剤を添加し、高分子安定化処理を行うことが好ましい
。高分子安定化処理は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材
料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して行う。この高分子安
定化処理は、温度制御を行い、等方相を示した状態で光照射して行っても良いし、ブルー
相を示した状態で光照射して行ってもよい。

例えば、液晶層の温度を制御し、ブルー相を発現した状態で液晶層に光を照射することに
より高分子安定化処理を行う。但し、これに限定されず、ブルー相と等方相間の相転移温
度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の等方相を発現した状態で液晶層に光を照射
することにより高分子安定化処理を行ってもよい。ブルー相と等方相間の相転移温度とは
、昇温時にブルー相から等方相に転移する温度又は降温時に等方相からブルー相に相転移
する温度をいう。高分子安定化処理の一例としては、液晶層を等方相まで加熱した後、徐
々に降温させてブルー相にまで相転移させ、ブルー相が発現する温度を保持した状態で光
を照射することができる。他にも、液晶層を徐々に加熱して等方相に相転移させた後、ブ
ルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相
を発現した状態）で光を照射することができる。また、液晶材料に含まれる光硬化樹脂と
して、紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を用いる場合、液晶層に紫外線を照射すればよい
。なお、ブルー相を発現させなくとも、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以
内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相を発現した状態）で光を照射して高分子安定化
処理を行えば、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能である。

光硬化樹脂は、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマーでもよく、ジアクリ
レート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマ
ーでもよく、これらを混合させたものでもよい。また、液晶性のものでも非液晶性のもの
でもよく、両者を混合させてもよい。光硬化樹脂は、用いる光重合開始剤の反応する波長
の光で硬化する樹脂を選択すれば良く、代表的には紫外線硬化樹脂を用いることができる
。

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

具体的には、液晶材料として、ＪＣ−１０４１ＸＸ（チッソ株式会社製）と４−シアノ−
４’−ペンチルビフェニルの混合物を用いることができ、カイラル剤としては、ＺＬＩ−
４５７２（メルク株式会社製）を用いることができ、光硬化樹脂は、２−エチルヘキシル
アクリレート、ＲＭ２５７（メルク株式会社製）、トリメチロールプロパントリアクリレ
ートを用いることができ、光重合開始剤としては２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセ
トフェノンを用いることができる。

また、図１では図示しないが、偏光板、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどは
適宜設ける。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。また、光源とし
てバックライトなどを用いることができる。

本明細書において、液晶表示装置は光源の光を透過することによって表示を行う透過型の
液晶表示装置である（又は半透過型の液晶表示装置）場合、少なくとも画素領域において
光を透過させる必要がある。よって光が透過する画素領域に存在する第１の基板、第２の
基板、その他の絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性
とする。

画素電極層、共通電極層においては透光性が好ましいが、開口パターンを有する場合は形
状によっては金属膜などの非透光性材料を用いてもよい。

画素電極層、共通電極層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛
（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウム
に酸化シリコン（ＳｉＯ_２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、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、またはタングス
テン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジ
ウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、
ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）
、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を
用いて形成することができる。

第１の基板２００、第２の基板２０１には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、石英基板、プラスチック基板などを用いることができる。

以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を
高めることができる。

また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化
も達成できる。

（実施の形態２）
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態である液晶表示装置を、図２及び図３を用い
て説明する。図２及び図３は液晶表示装置の断面図であり、実施の形態１で示す液晶表示
装置において、画素電極層及び共通電極層の構成が異なる例である。なお、実施の形態１
と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同
様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。

リブ状の第１の構造体又は第２の構造体上に設けられる画素電極層又は／及び共通電極層
の場合は、少なくともリブ状の第１の構造体又は第２の構造体の上面及び側面に形成され
るが、画素において他の第１の構造体又は第２の構造体の表面以外の平坦な領域にも形成
してもよい。本実施の形態は画素電極層又は／及び共通電極層を画素において他の第１の
構造体又は第２の構造体の表面以外の平坦な領域にも形成する例を示す。

図２及び図３は、第１の基板２００と第２の基板２０１とが、ブルー相を示す液晶材料を
用いた液晶層２０８を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。第１
の基板２００と液晶層２０８との間には第１の構造体２３３、画素電極層２３０、第２の
基板２０１と液晶層２０８との間には第２の構造体２３５ａ、２３５ｂ、及び共通電極層
２３２ａ、２３２ｂが設けられている。第１の構造体２３３は第１の基板２００の液晶層
２０８側の面から、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂは第２の基板２０１の液晶層２０８
側の面から、それぞれ液晶層２０８中に突出して設けられている。

図２では、画素において画素電極層２３０は第１の基板２００の液晶層２０８側の面（液
晶層２０８に面している方の面）から液晶層２０８に突出して設けられた第１の構造体２
３３の上面側面、及び第１の基板２００上を覆って形成され、共通電極層２３２ａ、２３
２ｂは第２の基板２０１の液晶層２０８側の面から液晶層２０８に突出して設けられた第
２の構造体２３５ａ、２３５ｂの上面側面を覆って形成される。

図２のように、画素電極層２３０を第１の構造体２３３の側面及び上面のみに選択的に形
成するのではなく、一画素の領域を覆う連続した導電膜として形成することもできる。

画素電極層２３０を連続膜として第１の構造体２３３以外の領域に設けた場合でも、液晶
層２０８中に凸部として突出するのは第１の構造体２３３の表面に設けられた画素電極層
２３０の一部の導電膜である。よって、図２の断面図に示すように、リブ状の第１の構造
体２３３又は第２の構造体２３５ａ、２３５ｂを覆うことにより画素電極層２３０及び共
通電極層２３２ａ、２３２ｂ表面に形成された凸部が交互に噛みあうように、第１の基板
２００と第２の基板２０１とを対向配置することができる。

同様に、共通電極層２３２ａ、２３２ｂも第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの側面及び上
面のみに選択的に形成するのではなく、平板状の連続した導電膜として設けてもよい。全
画素に共通の電圧が供給される共通電極層の場合は複数の画素を含む画素領域を覆う平板
状の連続した導電膜として形成することができる。

図３は、画素電極層２３０及び共通電極層２３２を少なくとも一画素において、開口パタ
ーンを含まない平板状の連続した導電膜とした例である。画素電極層２３０及び共通電極
層２３２は平板状の導電膜であっても第１の構造体２３３、又は第２の構造体２３５ａ、
２３５ｂを覆って形成されるため、該表面には対向配置した場合に交互に噛みあうような
凸部を有している。

また、共通電極層を平板状の連続した導電膜とし、画素電極層を第１の構造体の側面及び
上面のみに選択的に形成する構成としてもよい。

また、液晶層２０８を介して隣接する画素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、又は共
通電極層２３２ｂとは画素電極層２３０、共通電極層２３２ａ及び共通電極層２３２ｂに
それぞれ電圧を印加した時、電極層間に介在する液晶層２０８の液晶が応答する距離とす
る。液晶層２０８を介して隣接する画素電極層２３０と、共通電極層２３２ａ、又は共通
電極層２３２ｂとの側面同士の最短距離は０．５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１μ
ｍ以上１０μｍ以下とするとよく、該距離に応じて印加する電圧を適宜制御する。

なお、本明細書において、隣接する画素電極層と共通電極層との間隔とは、画素電極層及
び共通電極層において液晶層に突出している部分（図２及び図３の断面図における側面）
同士の最短距離とする。隣接する画素電極層の側面と共通電極層の側面の間で形成される
電界によって、液晶を応答させることができる。

従って、液晶層２０８を介して隣接する第１の構造体２３３と、第２の構造体２３５ａ又
は第２の構造体２３５ｂとの側面同士の最短距離も０．５μｍ以上３０μｍ以下、好まし
くは１μｍ以上１０μｍ以下とするとよく、該距離に応じて画素電極層２３０、共通電極
層２３２ａ、及び共通電極層２３２ｂに印加する電圧を適宜制御する。

このように、画素において、画素電極層又は／及び共通電極層を平板状の連続した導電膜
とする構成とすることができる。平板状の連続した導電膜を用いる構成であると、工程に
おいて電極層の微細なエッチング加工を省略することができる。

本実施の形態の場合、画素電極層２３０と、共通電極層２３２（２３２ａ、２３２ｂ）と
が接しないように、第１の構造体２３３、及び第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの膜厚や
形状、画素電極層２３０、共通電極層２３２（２３２ａ、２３２ｂ）及び液晶層２０８の
膜厚などを制御する。

液晶表示装置における電界の印加状態を計算した結果を、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）
に示す。計算は、シンテック社製、ＬＣＤ Ｍａｓｔｅｒ、２ｓ Ｂｅｎｃｈを用いて行
った。

図１４（Ａ）及び図１５（Ａ）は計算した液晶表示装置の構成を示す図である。図１４（
Ａ）は図２のように画素電極層２３０を平板状の連続した導電膜として形成し、共通電極
層２３２ａ、２３２ｂを第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの上面及び側面のみに選択的に
形成する例であり、図１５（Ａ）は、図３のように画素電極層２３０及び共通電極層２３
２を平板状の連続した導電膜として形成する例である。第１の構造体２３３、第２の構造
体２３５ａ、２３５ｂとしては誘電率４の絶縁体を用い、基板と接する部分の断面の幅は
２．５μｍとした。第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３５ｂの膜厚（高さ
）は３μｍである。なお、ここでいう第１の構造体２３３、第２の構造体２３５ａ、２３
５ｂの膜厚（高さ）は底面（第１の基板２００又は第２の基板２０１）からの最大値であ
る。

図１４（Ａ）（Ｂ）及び図１５（Ａ）（Ｂ）において、画素電極層２３０、共通電極層２
３２（２３２ａ、２３２ｂ）の膜厚は０．１μｍ、同一平面に配置すると仮定した場合の
第１の構造体２３３と第２の構造体２３５ａ、２３５ｂとの間の距離は２．５μｍである
。セルギャップ（液晶層の最大膜厚）に相当する第１の基板２００から第２の基板２０１
までの距離は４μｍである。

図１４（Ａ）及び図１５（Ａ）の構造に対して、共通電極層を０Ｖ、画素電極層は１０Ｖ
の設定として計算した計算結果を図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）に示す。

図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）において、実線は等電位線を示しており、リブ状の構造体
の周囲を覆う画素電極層又は共通電極層を中心にその周囲に等電位線が広がって形成され
ている。

電界は等電位線と垂直に発現するので、図１４（Ｂ）及び図１５（Ｂ）に示すように、第
１の構造体２３３表面を覆うように設けられた画素電極層２３０と、第２の構造体２３５
ａ、２３５ｂ表面を覆うように設けられた共通電極層２３２（２３２ａ、２３２ｂ）との
間にそれぞれ横方向の電界が加わっていることが確認できる。

よって、画素電極層２３０及び共通電極層２３２（２３２ａ、２３２ｂ）間に電圧を印加
した時、画素電極層２３０と、共通電極層２３２（２３２ａ、２３２ｂ）との間に広く強
い電界を形成することができ、その電界を用いて液晶分子を制御できる。

従って、膜厚方向も含め液晶層２０８全体における液晶分子を応答させることができ、白
透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコ
ントラスト比も高くすることができる。また、粘度の高いブルー相を示す液晶材料（液晶
混合物）であっても、効果的に電界を形成することができるため、低消費電力化も達成で
きる。

以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を
高めることができる。

また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化
も達成できる。

（実施の形態３）
本明細書に開示する発明を適用したアクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を、図４
を用いて説明する。

図４（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素を示している。図４（Ｂ）は図４（Ａ）
の線Ｘ１−Ｘ２における断面図である。

図４（Ａ）において、複数のソース配線層（ソース電極層４０５ａを含む）が互いに平行
（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層
（ゲート電極層４０１を含む）は、ソース配線層に略直交する方向（図中左右方向）に延
伸し、かつ互いに離間するように配置されている。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。ソース配線層と、
容量配線層４０８及びゲート配線層とによって、略長方形の空間が囲まれているが、この
空間に液晶表示装置の画素電極層、共通電極層が液晶層４４４を介して配置されている。
画素電極層を駆動するトランジスタ４２０は、図中左上の角に配置されている。画素電極
層及びトランジスタは、マトリクス状に複数配置されている。

図４の液晶表示装置において、トランジスタ４２０に電気的に接続する第１の電極層４４
７が画素電極層として機能し、第２の電極層４４８が共通電極層として機能する。なお、
第１の電極層４４７と容量配線層４０８によって容量が形成されている。共通電極層はフ
ローティング状態（電気的に孤立した状態）として動作させることも可能だが、固定電位
、好ましくはコモン電位（データとして送られる画像信号の中間電位）近傍でフリッカー
の生じないレベルに設定してもよい。

画素電極層である第１の電極層４４７及び共通電極層である第２の電極層４４８は、ブル
ー相を示す液晶層４４４に突出し、かつ隣接するもの同士が液晶層４４４を介在して間隔
をもって噛み合うように配置されている。

液晶層４４４を介して隣接する第１の電極層４４７と、第２の電極層４４８とは、第１の
電極層４４７及び第２の電極層４４８にそれぞれ所定の電圧を印加した時、第１の電極層
４４７及び第２の電極層４４８間に介在する液晶層４４４の液晶が応答する距離とする。
該距離に応じて印加する電圧を適宜制御する。

また、第１の電極層４４７及び第２の電極層４４８の液晶層４４４における位置は、第１
の電極層４４７及び第２の電極層４４８の下にそれぞれ構造体を設けることで制御するこ
とができる。

第１の電極層４４７は第１の基板４４１（素子基板ともいう）上の層間膜４１３の液晶層
４４４側の面から液晶層４４４に突出して設けられた第１の構造体４４９の上面側面を覆
って形成され、第２の電極層４４８は第２の基板４４２の液晶層４４４側の面から液晶層
４４４に突出して設けられた第２の構造体４４５の上面側面を覆って形成される。

また、図４の断面図において、第１の構造体４４９及び第１の電極層４４７と、第２の構
造体４４５及び第２の電極層４４８とは重畳せず互い違いに設けられている。

面内方向においては、図４（Ａ）の平面図に示すように、第１電極層４４７又は第２電極
層４４８と概略同様の形状を有するリブ状の第１の構造体４４９及び第２の構造体４４５
は、開口パターンを有する屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状であり、第１の基板４
４１と第２の基板４４２とを対向配置した場合に重ならないように形成されている。

厚さ（膜厚）方向においては、図４（Ｂ）の断面図に示すように、第１の構造体４４９と
第２の構造体４４５とは、それぞれ第１の構造体４４９又は第２の構造体４４５が設けら
れた面を内包するように第１の基板４４１と第２の基板４４２とを対向配置した場合に、
該リブ状の凸部同士が液晶層４４４を間に挟んで噛みあうようにシール材によって固持さ
れている。

本実施の形態では、第１の電極層４４７及び第２の電極層４４８を、下に設けられる第１
の構造体４４９又は第２の構造体４４５の形状を反映し、同様な開口パターンを有する屈
曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状とする例である。

第１の構造体４４９、第２の構造体４４５は断面が半円に近い先端が丸いドーム形状の構
造体である。このように構造体表面が曲面を有していると上に積層する第１の電極層４４
７、第２の電極層４４８が被覆性よく良好な形状で形成することができる。

なお、第１の電極層４４７、第１の構造体４４９、第２の電極層４４８、第２の構造体４
４５は、開口パターンを有する形状であるために、図４（Ｂ）の断面図においては分断さ
れた複数の電極層、又は構造体として示されている。

第１の基板４４１上に設けられたリブ状の第１の構造体４４９の上面及び側面を覆うよう
に第１の電極層４４７を形成し、第２の基板４４２上に設けられたリブ状の第２の構造体
４４５の上面及び側面を覆うように第２の電極層４４８を形成することで、第１の電極層
４４７及び第２の電極層４４８の形成面積を液晶層４４４の膜厚方向に（３次元的に）も
拡大できる。さらに、リブ状の第１の構造体４４９、又は第２の構造体４４５を覆うこと
により第１の電極層４４７及び第２の電極層４４８表面に形成された凸部が交互に噛みあ
うように、第１の基板４４１と第２の基板４４２とを対向配置する。

よって、第１の電極層４４７及び第２の電極層４４８に電圧を印加した時、第１の電極層
４４７と、第２の電極層４４８との間に広く電界を形成することができ、その電界を用い
て液晶分子を制御できる。

なお、実施の形態２のように、第１の電極層４４７又は／及び第２の電極層４４８を平板
状の連続した導電膜としてもよい。

従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率
が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラ
スト比も高くすることができる。

第１の構造体４４９及び第２の構造体４４５は実施の形態１で示した第１の構造体２３３
、及び第２の構造体２３５ａ、２３５ｂと同様な材料及び方法により形成することができ
る。

図４（Ｂ）のように、第１の電極層４４７が形成される第１の構造体４４９、第２の電極
層４４８が形成される第２の構造体４４５は、端部に曲率を有するテーパー形状であると
第１の電極層４４７、第２の電極層４４８の被膜性が向上するために好ましい。本実施の
形態では、第１の電極層４４７はトランジスタ４２０のドレイン電極層４０５ｂと接し、
第１の構造体４４９上にまで連続的に成膜される例であるが、ドレイン電極層４０５ｂと
接する電極層を形成し、その電極層を介して第１の電極層４４７を形成してもよい。

また、トランジスタを覆って層間膜を形成し、層間膜上に構造体を形成する場合、構造体
をエッチング加工によって形成した後、層間膜にトランジスタに接続するためのコンタク
トホールを開口してもよい。なお図４は、層間膜となる絶縁膜にコンタクトホールを形成
した後、絶縁膜をエッチング加工して構造体を形成する例である。

トランジスタ４２０は逆スタガ型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板であ
る第１の基板４４１上に形成され、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、半導体層
４０３、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂを含む。

トランジスタ４２０を覆い、半導体層４０３に接する絶縁膜４０７、絶縁膜４０９が設け
られ、絶縁膜４０９上に層間膜４１３が積層されている。

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

第１の基板４４１と対向基板である第２の基板４４２とを、液晶層４４４を間に挟持させ
てシール材で固着する。液晶層４４４を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）
や、第１の基板４４１と第２の基板４４２とを貼り合わせてから毛細管現象等を用いて液
晶を注入する注入法を用いることができる。

液晶層４４４には、ブルー相を示す液晶材料を用いることができる。液晶層４４４は、液
晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材料を用いて形成する。

シール材としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用い
るのが好ましい。代表的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いるこ
とができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリ
ング剤を含んでもよい。

液晶材料を第１の基板４４１と第２の基板４４２の間の間隙に充填後、光を照射して高分
子安定化処理を行い、液晶層４４４を形成する。光は、液晶層に含まれる光硬化樹脂、及
び光重合開始剤が反応する波長の光とする。この光照射による高分子安定化処理により、
液晶層４４４がブルー相を示す温度範囲を広く改善することができる。

シール材に紫外線などの光硬化樹脂を用い、滴下法で液晶層を形成する場合など、高分子
安定化処理の光照射工程によってシール材の硬化も行ってもよい。

本実施の形態では、第１の基板４４１の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ａ
を、第２の基板４４２の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ｂを設ける。また
、偏光板の他、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどを設けてもよい。例えば、
偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。以上の工程で、液晶表示装置を完成さ
せることができる。

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

図示しないが、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いればよい。光源は素子
基板である第１の基板４４１側から、視認側である第２の基板４４２へと透過するように
照射される。

第１の電極層４４７、及び第２の電極層４４８は、酸化タングステンを含むインジウム酸
化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化
物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。
）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有
する導電性材料を用いることができる。

また、第１の電極層４４７、及び第２の電極層４４８はタングステン（Ｗ）、モリブデン
（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタ
ン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、
又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することがで
きる。

また、第１の電極層４４７、及び第２の電極層４４８として、導電性高分子（導電性ポリ
マーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用い
て形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透
光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の
抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

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

下地膜となる絶縁膜を第１の基板４４１とゲート電極層４０１の間に設けてもよい。下地
膜は、第１の基板４４１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜
、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
数の膜による単層、又は積層構造により形成することができる。ゲート電極層４０１の材
料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオ
ジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又
は積層して形成することができる。ゲート電極層４０１に遮光性を有する導電膜を用いる
と、バックライトからの光（第１の基板４４１から入射する光）が、半導体層４０３へ入
射することを防止することができる。

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

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

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

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

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

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

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

ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ
（それらを形成する膜）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
れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚
染されることなく各積層界面を形成することができるので、トランジスタ特性のばらつき
を低減することができる。

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

トランジスタ４２０を覆う絶縁膜４０７、絶縁膜４０９は、乾式法や湿式法で形成される
無機絶縁膜、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法な
どを用いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミ
ニウム膜、酸化タンタル膜などを用いることができる。また、ポリイミド、アクリル、ベ
ンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の有機材料を用いることができる。また上記
有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガ
ラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。また、絶縁膜４０７と
して酸化ガリウム膜を用いてもよい。

なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓ
ｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキ
ル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有してい
ても良い。シロキサン系樹脂は塗布法により成膜し、焼成することによって絶縁膜４０７
として用いることができる。

なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜４０７、絶縁膜
４０９を形成してもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよ
い。

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

以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を
高めることができる。

また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化
も達成できる。

（実施の形態４）
実施の形態１乃至３のいずれかで示す液晶表示装置に遮光層（ブラックマトリクス）を設
ける構成とすることができる。なお、実施の形態１乃至３と同様なものに関しては同様の
材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な
説明は省略する。

遮光層は、液晶層を挟持して固着される一対の基板の内側（液晶層側）に設けてもよいし
、基板の外側（液晶層と反対側）に設けてもよい。

液晶表示装置において一対の基板の内側に遮光層を設ける場合、遮光層は画素電極層が設
けられる素子基板側に形成してもよいし、共通電極層が設けられる対向基板側に形成して
もよい。遮光層は別途独立して設けてもよいし、実施の形態３のようなアクティブマトリ
クス型の液晶表示装置の場合、素子基板上に設けられる層間膜として作り込むこともでき
る。例えば、実施の形態３の図４の液晶表示装置であれば、層間膜４１３の一部に、遮光
層を用いる構成とすればよい。

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

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

遮光層を層間膜４１３の一部として用いる場合、黒色の有機樹脂を用いることが好ましい
。

層間膜の一部として遮光層として直接素子基板側に形成する場合、遮光層と画素領域の位
置あわせの誤差問題が生じず、より精密な形成領域の制御ができ、微細なパターンの画素
にも対応することができる。

素子基板上に遮光層を作り込む液晶表示装置の構成であると、液晶層への高分子安定化の
ための光照射時に、遮光層によって対向基板側から照射される光が吸収、遮断されること
がないために、液晶層全体に均一に照射することができる。よって、光重合の不均一によ
る液晶の配向乱れやそれに伴う表示ムラなどを防止することができる。

遮光層は液晶表示装置において、トランジスタの半導体層や、コンタクトホールと重畳す
る場所、又は画素間などに設けるとよい。

このように、遮光層を設けると、遮光層は、トランジスタの半導体層への光の入射を遮断
することができるため、光の入射によるトランジスタの電気特性の変動を抑制し、安定化
することができる。また、遮光層は隣り合う画素への光漏れの防止や、コンタクトホール
上に発生しやすい液晶の配向欠陥による光漏れ等の表示むらを隠すことができる。よって
、液晶表示装置の高精細化、高信頼性化を図ることができる。

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５）
本実施の形態では、カラー表示を行う液晶表示装置の例を示す。実施の形態１乃至４のい
ずれかで示す液晶表示装置にカラーフィルタを設けてカラー表示を行うことができる。な
お、実施の形態１乃至４と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用すること
ができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。

カラーフィルタは、液晶表示装置をフルカラー表示とする場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）
、青色（Ｂ）を呈する材料から形成すればよく、モノクロ以外のモノカラー表示とする場
合、少なくとも一つの色を呈する材料から形成すればよい。

具体的には、液晶表示装置にカラーフィルタ層として機能する着色層を設ける。カラーフ
ィルタ層は、液晶層を挟持して固着される一対の基板の内側（液晶層側）に設けてもよい
し、基板の外側（液晶層と反対側）に設けてもよい。

まず、液晶表示装置において一対の基板の内側にカラーフィルタ層を設ける場合を説明す
る。カラーフィルタ層は画素電極層が設けられる素子基板側に形成してもよいし、共通電
極層が設けられる対向基板側に形成してもよい。カラーフィルタ層は別途独立して設けて
もよいし、実施の形態３のようなアクティブマトリクス型の液晶表示装置の場合、素子基
板上に設けられる層間膜として作り込むこともできる。例えば、実施の形態３の図４の液
晶表示装置であれば、層間膜４１３に、カラーフィルタ層として機能する有彩色の透光性
樹脂層を用いる構成とすればよい。

層間膜をカラーフィルタ層として直接素子基板側に形成する場合、カラーフィルタ層と画
素領域の位置あわせの誤差問題が生じず、より精密な形成領域の制御ができ、微細なパタ
ーンの画素にも対応することができる。また、層間膜とカラーフィルタ層を同一の絶縁層
で兼ねるので、工程簡略化、低コスト化といった利点もある。

また、素子基板上にカラーフィルタ層を作り込む液晶表示装置の構成であると、液晶層へ
の高分子安定化のための光照射時に、カラーフィルタ層によって対向基板側から照射され
る光が吸収されることがないために、液晶層全体に均一に照射することができる。よって
、光重合の不均一による液晶の配向乱れやそれに伴う表示ムラなどを防止することができ
る。

カラーフィルタ層として用いることのできる有彩色の透光性樹脂としては、感光性、非感
光性の有機樹脂を用いることができる。感光性の有機樹脂層を用いるとレジストマスク数
を削減することができるため、工程が簡略化し好ましい。

有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、着色層はカラーフィルタとして機能
させるため、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色として
は、赤色、緑色、青色などを用いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー（
黄）などを用いてもよい。着色された有彩色の光のみを透過するとは、着色層において透
過する光は、その有彩色の光の波長にピークを有するということである。

カラーフィルタ層は、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜
厚を適宜制御するとよい。

有彩色の色によって有彩色の透光性樹脂層の膜厚が異なる場合や、遮光層、トランジスタ
に起因する凹凸を有する場合は、可視光領域の波長の光を透過する（いわゆる無色透明）
絶縁層を積層し、平坦化してもよい。平坦性を高めるとその上に形成される画素電極層な
どの被覆性もよく、かつ液晶層のギャップ（膜厚）を均一にすることができるため、より
液晶表示装置の視認性を向上させ、高画質化が可能になる。

カラーフィルタを基板の外側に設ける場合は、接着層などによってカラーフィルタを基板
に接着して設けることができる。カラーフィルタを対向基板の外側に設ける場合工程順と
して、光照射によるブルー相の高分子安定化を行った後に対向基板の外側にカラーフィル
タを設ける。

光源としてバックライト、サイドライトなどを用いればよい。光源はカラーフィルタを通
過して視認側へ照射されることによって、カラー表示を行うことができる。光源として、
冷陰極管や白色のダイオードを用いることができる。また、反射板、拡散板、偏光板、位
相差板などの光学部材を設けてもよい。

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。

よって、高コントラストで低消費電力な液晶表示装置において、カラー表示機能を付与す
ることができる。

（実施の形態６）
本明細書に開示する液晶表示装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示す。本実
施の形態ではカラー表示を行う液晶表示モジュールの一例として図６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
れた液晶表示パネル１２０と、液晶表示パネル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には発光素子、例えば三原色のＬＥＤ（１３３
Ｒ、１３３Ｇ、及び１３３Ｂ）をマトリクス状に配置し、また液晶表示パネル１２０と発
光素子の間に拡散板１３４を配置したものをバックライト部１３０として用いることがで
きる。また、外部入力端子となるＦＰＣ４０１８は液晶表示パネル１２０に設けた端子部
と電気的に接続されている。

液晶表示パネル１２０としては実施の形態１乃至４のいずれかで示した液晶表示装置を適
用することができる。

本実施の形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、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。

バックライト部１３０はバックライト制御回路、及びバックライト１３２を有する。バッ
クライト１３２には発光素子１３３であるＬＥＤ１３３Ｒ、１３３Ｇ、１３３Ｂが配置さ
れている。

本実施の形態では、バックライト１３２は、複数の異なる発光色の発光素子１３３である
ＬＥＤ１３３Ｒ、１３３Ｇ、１３３Ｂを有する。異なる発光色の組み合わせとしては、例
えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の３種類の発光素子を用いることができる。Ｒ
、Ｇ、及びＢの三原色を用いることで、フルカラー画像を表示できる。

また、Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子から選んだ複数を同時に光らせて表現する色（例えば、
ＲとＧで表す黄（Ｙ）、ＧとＢで表すシアン（Ｃ）、青と赤で表すマゼンタ（Ｍ）など）
を発する別の発光素子を、Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子に加えて配置してもよい。

また、液晶表示装置の色再現特性をより豊かにするため、三原色以外の光を発する発光素
子を加えてもよい。Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子を用いて表現できる色は、色度図上のそれ
ぞれの発光色に対応する３点が描く三角形の内側に示される色に限られる。従って、色度
図上の該三角形の外側に配置される発光素子を別途加えることで、表示装置の色再現性を
豊かにすることができる。

例えば、色度図の中心から、色度図上の青色の発光素子Ｂに対応する点に向かって概ね外
側に位置する点で表される深い青色（Ｄｅｅｐ Ｂｌｕｅ：ＤＢ）や、色度図の中心から
、赤色の発光素子Ｒに対応する色度図上の点に向かって概ね外側に位置する点で表される
より深い赤色（Ｄｅｅｐ Ｒｅｄ：ＤＲ）を発する発光素子を、バックライト１３２のＲ
、Ｇ、及びＢに加えて使用することができる。

図６には、３色の光１３５が矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）で模式的に示してある。バックライ
ト部１３０から逐次発せられるパルス状の異なる色の光が、バックライト部１３０と同期
して動作する液晶表示パネル１２０の液晶素子により変調され、液晶表示モジュール１９
０から観察者に達する。観察者は逐次的に発せられる光を映像として捉える。

また、本実施の形態で例示される液晶表示装置は、カラーフィルタを用いることなく、フ
ルカラー画像の表示が可能である。カラーフィルタがバックライトの光を吸収しないため
光の利用効率が高く、フルカラー画像の表示においても消費電力が抑制されている。

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。

よって、高コントラストで低消費電力な液晶表示装置において、カラー表示機能を付与す
ることができる。

（実施の形態７）
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、２つ形成されるダブルゲート構造もしくは３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７（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７（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの一つで
あり、逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。

トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する第１の基板４４１上に、ゲート電極層４０１、
ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、ソース電極層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、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上にはさらに絶縁膜４０９が形成されている。

図７（Ｂ）に示すトランジスタ４３５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薄膜トランジスタともいう。

トランジスタ４３５は、絶縁表面を有する第１の基板４４１上に、ゲート電極層４０１、
ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、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膜４２７、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４３５を覆い、絶縁膜４０９が形成されている。

図７（Ｃ）に示すトランジスタ４３０はボトムゲート型の薄膜トランジスタであり、絶縁
表面を有する基板である第１の基板４４１上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０
２、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及び半導体層４０３を含む。また
、トランジスタ４３０を覆い、半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。
絶縁膜４０７上にはさらに絶縁膜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は第１の基板４４１及びゲート電極
層４０１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４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ上に半導体層４０３が設けられている。

図７（Ｄ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つで
ある。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する第１の基板４４１上に、絶縁層４３７、
半導体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂ、ゲート絶縁層４
０２、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。

また、半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間にソース領域及びドレイン領域
（一導電型を有する半導体層、バッファ層ともいう）を設けてもよい。例えば、ソース領
域及びドレイン領域として、ｎ型の導電型を示す半導体層を用いる。

また、トランジスタのソース領域またはドレイン領域として、半導体層を用いる場合は、
チャネル形成領域として用いる半導体層の膜厚よりも薄く、且つ、より高い導電率（電気
伝導度）を有するのが好ましい。

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。

絶縁膜４２７、４３７は、絶縁膜４０７と同様な材料を用いることができ、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、実施の形態３のように、絶縁膜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として層間膜４１３を形成してもよい。

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８）
上記実施の形態３乃至７において、トランジスタの半導体層に用いることのできる例とし
て酸化物半導体を説明する。

実施の形態７で示した図７（Ａ）乃至（Ｄ）のトランジスタ４１０、４３０、４３５、４
４０において、半導体層４０３として酸化物半導体層を用いることができる。

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−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物である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、Ｉｎ−
Ｇａ−Ｏ系や、Ｉｎ−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。

また、酸化物半導体層は、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Ｇ
ａ及びＣｏなどがある。

酸化物半導体層を用いたトランジスタ４１０、４３０、４３５、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、酸化物半導体層を用いたト
ランジスタを用いると、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、電源オ
ン状態では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、消費電力をより抑制する効果を奏する。

また、半導体層４０３として酸化物半導体層を用いたトランジスタ４１０、４３０、４３
５、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、該トランジスタを用いて、同一基板上に駆動回路部または画素部を作
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９）
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の他の一例を図８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、及び工
程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、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８（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図８（Ａ）乃至（Ｅ）に
示すトランジスタ５１０は、図７（Ａ）に示すトランジスタ４１０と同様なボトムゲート
構造の逆スタガ型薄膜トランジスタである。

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（真性半導体）又はそれに近づけること
を特徴としている。そうすることにより、フェルミ準位（Ｅｆ）を真性フェルミ準位（Ｅ
ｉ）と同じレベルにまですることができる。従って、トランジスタ５１０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
リア濃度は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５１０は、オフ状態における
電流値（オフ電流値）を、チャネル幅１μｍ当たり１０ｚＡ未満（１０ｚＡ／μｍ未満）
、８５℃にて１００ｚＡ／μｍ未満レベルにまで低くすることができる。

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、静止画領域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５１０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。また、光劣化によるトランジスタ
特性の変動も少ない。

以下、図８（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１に示した第１の第１の基板２００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、絶縁膜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８（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８に示した四元系金属酸化物
や、三元系金属酸化物や、二元系金属酸化物や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系な
どの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として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８（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リング法により形成する
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比］（すなわち
、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ比］）を用いることができる。また、他
にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ比］、又はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：
２［ａｔｏｍ比］の組成比を有するターゲットを用いてもよい。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％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８（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に行ってもよい。

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３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８（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上で隣り合うソース電極
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 Ｕｌｔｒａｖｉｏｌ
ｅｔ）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。

本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体層５３１にはＩｎ−Ｇａ−
Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア
、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。

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膜５
１６を形成する。

絶縁膜５１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタリング法など、絶縁膜５１
６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。絶縁膜
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、絶縁膜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、絶縁膜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リング法による成膜は、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リング法により酸化シリコン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膜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、酸化窒化アルミニウム膜、又は酸
化ガリ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、絶縁膜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絶縁膜５１６に含まれる不純物の濃度を低減
できる。また、絶縁膜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。

絶縁膜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）が絶縁膜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、酸化物半導体膜に対して第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。

以上の工程でトランジスタ５１０が形成される（図８（Ｄ）参照。）。

また、絶縁膜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
不純物を酸化物絶縁層に拡散させ、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。

絶縁膜５１６上にさらに絶縁膜５０６を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタリング法
を用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッタリング法は、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、絶縁膜５０６を、窒化シリコン膜を用いて形成
する（図８（Ｅ）参照。）。

本実施の形態では、保護絶縁層として絶縁膜５０６として、絶縁膜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、絶縁膜５１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ絶
縁膜５０６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。

図示しないが、絶縁膜５１６上に層間膜４１３を形成する。後工程は、実施の形態３と同
様に行えばよい。

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
ンジスタを用いることにより、オフ状態における電流値（オフ電流値）をより低くするこ
とができる。よって、駆動方法において、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、リフレッシュ動作の頻度をより少な
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。

液晶表示装置に設けられる保持容量の大きさは、画素部に配置されるトランジスタのリー
ク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大
きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。本実施の形態で示した高
純度の酸化物半導体層を有するトランジスタを用いるのであれば、各画素における液晶容
量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設けれ
ば充分である。

また、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、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、該トランジスタによって、同
一基板上に駆動回路部または画素部を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。

また、ブルー相の液晶材料を用いると、配向膜へのラビング処理も不要となるため、ラビ
ング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中に引き起こ
される静電気の影響によるトランジスタの電気的な特性の変動などの液晶表示装置の不良
や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能と
なる。

ブルー相の液晶材料の応答速度が従来液晶材料よりも一桁以上速いため、酸化物半導体層
を用いるトランジスタの様な倍速（高速）駆動が可能なデバイスと組み合わせることによ
って、液晶表示装置の高機能化及び高速応答化が実現できる。

以上のことから、本実施の形態のように酸化物半導体層を用いるトランジスタを有する液
晶表示装置にブルー相の液晶材料を用いることはより効果的である。

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１０）
上記実施の形態３乃至７において、トランジスタの半導体層に用いることのできる他の材
料の例を説明する。

半導体素子が有する半導体層を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材
料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質（アモルファスともい
う。）半導体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多
結晶半導体、或いは微結晶半導体などを用いることができる。半導体層はスパッタリング
法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により成膜することができる。

微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、または
周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる。代
表的には、ＳｉＨ_４、Ｓｉ_２Ｈ_６、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２、ＳｉＨＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＦ
_４などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素
に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガ
ス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に
対して水素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に
好ましくは１００倍とする。

アモルファス半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体と
しては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン（多結晶シリコン）には
、８００℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂
高温ポリシリコンや、６００℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料と
して用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリ
コンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶
半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。

半導体層に、結晶性半導体膜を用いる場合、その結晶性半導体膜の作製方法は、種々の方
法（レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する元素を用いた
熱結晶化法等）を用いれば良い。また、微結晶半導体をレーザ照射して結晶化し、結晶性
を高めることもできる。結晶化を助長する元素を導入しない場合は、非晶質シリコン膜に
レーザ光を照射する前に、窒素雰囲気下５００℃で１時間加熱することによって非晶質シ
リコン膜の含有水素濃度を１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にまで放出させる。これ
は水素を多く含んだ非晶質シリコン膜にレーザ光を照射すると非晶質シリコン膜が破壊さ
れてしまうからである。

非晶質半導体層への金属元素の導入の仕方としては、当該金属元素を非晶質半導体膜の表
面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタリング法、
ＣＶＤ法、プラズマ処理法（プラズマＣＶＤ法も含む）、吸着法、金属塩の溶液を塗布す
る方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃
度調整が容易であるという点で有用である。また、このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ
性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中での
ＵＶ光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理
等により、酸化膜を成膜することが望ましい。

また、非晶質半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成する結晶化工程で、非晶質半導
体膜に結晶化を促進する元素（触媒元素、金属元素とも示す）を添加し、熱処理（５５０
℃〜７５０℃で３分〜２４時間）により結晶化を行ってもよい。結晶化を助長（促進）す
る元素としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ
）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）
、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）から選ばれた一種又は複数種類を用いること
ができる。

結晶化を助長する元素を結晶性半導体膜から除去、又は軽減するため、結晶性半導体膜に
接して、不純物元素を含む半導体膜を形成し、ゲッタリングシンクとして機能させる。不
純物元素としては、ｎ型を付与する不純物元素、ｐ型を付与する不純物元素や希ガス元素
などを用いることができ、例えばリン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（
Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ボロン（Ｂ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴ
ン（Ａｒ）、Ｋｒ（クリプトン）、Ｘｅ（キセノン）から選ばれた一種または複数種を用
いることができる。結晶化を促進する元素を含む結晶性半導体膜に、希ガス元素を含む半
導体膜を形成し、熱処理（５５０℃〜７５０℃で３分〜２４時間）を行う。結晶性半導体
膜中に含まれる結晶化を促進する元素は、希ガス元素を含む半導体膜中に移動し、結晶性
半導体膜中の結晶化を促進する元素は除去、又は軽減される。その後、ゲッタリングシン
クとなった希ガス元素を含む半導体膜を除去する。

非晶質半導体膜の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、
熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。

また、結晶性半導体膜を、直接基板にプラズマ法により形成しても良い。また、プラズマ
法を用いて、結晶性半導体膜を選択的に基板に形成してもよい。

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１１）
トランジスタを作製し、該トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を
有する液晶表示装置を作製することができる。また、トランジスタを用いて駆動回路の一
部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成すること
ができる。

液晶表示装置は表示素子として液晶素子（液晶表示素子ともいう）を含む。

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

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

液晶表示装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図５を用いて
説明する。図５（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成されたトランジスタ４
０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４０
０５によって封止した、パネルの上面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ１）（Ａ２）の
Ｍ−Ｎにおける断面図に相当する。

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

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

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

また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、
トランジスタを複数有しており、図５（Ｂ）では、画素部４００２に含まれるトランジス
タ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示してい
る。トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、層間膜４０２１が設けられ
ている。

トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態３乃至１０のいずれかに示すトランジス
タを適用することができる。

また、層間膜４０２１、又は絶縁層４０２０上において、駆動回路用のトランジスタ４０
１１の半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層を設けてもよい。導電層は、電
位がトランジスタ４０１１のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２
のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或
いはフローティング状態であってもよい。

また、第１の基板４００１上、層間膜４０２１上に液晶層４００８中に突出して設けられ
た第１の構造体４０３７上に画素電極層４０３０が形成され、画素電極層４０３０は、ト
ランジスタ４０１０と電気的に接続されている。第２の基板４００６上には液晶層４００
８中に突出して設けられた第２の構造体４０３８上に共通電極層４０３１が形成されてい
る。液晶素子４０１３は、画素電極層４０３０、共通電極層４０３１及び液晶層４００８
を含む。なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６の外側にはそれぞれ偏光板４０
３２ａ、４０３２ｂが設けられている。また、本実施の形態では、実施の形態２において
図２で示したような画素電極層４０３０が平板状の連続した導電膜として設けられる例で
ある。もちろん、図１、図３、図１６で示したような画素電極層及び共通電極層の構成も
適用することができる。

第１の基板４００１上に設けられたリブ状の第１の構造体４０３７の上面及び側面を覆う
ように画素電極層４０３０を形成し、第２の基板４００６上に設けられたリブ状の第２の
構造体４０３８の上面及び側面を覆うように共通電極層４０３１を形成することで、画素
電極層４０３０及び共通電極層４０３１の形成面積を液晶層４００８の膜厚方向に（３次
元的に）も拡大できる。さらに、リブ状の構造体を覆うことにより画素電極層４０３０及
び共通電極層４０３１表面に形成された凸部が交互に噛みあうように、第１の基板４００
１と第２の基板４００６とを対向配置する。

よって、画素電極層４０３０及び共通電極層４０３１間に電圧を印加した時、画素電極層
４０３０と、共通電極層４０３１との間に広く電界を形成することができ、その電界を用
いて液晶分子を制御できる。

従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率
が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることがで
きる。

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

また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、
液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のス
ペーサを用いていても良い。液晶層４００８を用いる液晶表示装置において液晶層の厚さ
であるセルギャップは１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。なお、本明細書に
おいてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。

なお図５は透過型液晶表示装置の例であるが、半透過型液晶表示装置でも適用できる。

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

層間膜４０２１の一部としてカラーフィルタ層や遮光層を形成してもよい。図５において
は、トランジスタ４０１０、４０１１上方を覆うように遮光層４０３４が第２の基板４０
０６側に設けられている例である。遮光層４０３４を設けることにより、さらにコントラ
スト向上やトランジスタの安定化の効果を高めることができる。

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

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

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

積層する絶縁層の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタリング法、ス
ピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷
、オフセット印刷等）、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等を用いることが
できる。

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

また、画素電極層４０３０及び共通電極層４０３１はタングステン（Ｗ）、モリブデン（
Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ
）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン
（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又
はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができ
る。

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

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

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

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

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

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

以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を
高めることができる。

また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化
も達成できる。

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１２）
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用するこ
とができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョ
ン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカ
メラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯
型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げら
れる。

図９（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１
、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
。図９（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９（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、コンバータと略記）９６３６を
有する構成について示している。実施の形態１乃至１１のいずれかで示した液晶表示装置
を表示部９６３１に適用することにより、高コントラストで視認性がよく、かつ低消費電
力な電子書籍とすることができる。

図９（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として半透過型、又は反射型の
液晶表示装置を用いる場合、比較的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の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けること
ができるため、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。

また図９（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図９（Ｂ）にブ
ロック図を示し説明する。図９（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、コ
ンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１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９６３７、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。

図１０（Ａ）は、ノート型のパーソナルコンピュータであり、本体３００１、筐体３００
２、表示部３００３、キーボード３００４などによって構成されている。実施の形態１乃
至１１のいずれかで示した液晶表示装置を表示部３００３に適用することにより、高コン
トラストで視認性がよく、かつ低消費電力なノート型のパーソナルコンピュータとするこ
とができる。

図１０（Ｂ）は、携帯情報端末（ＰＤＡ）であり、本体３０２１には表示部３０２３と、
外部インターフェイス３０２５と、操作ボタン３０２４等が設けられている。また操作用
の付属品としてスタイラス３０２２がある。実施の形態１乃至１１のいずれかで示した液
晶表示装置を表示部３０２３に適用することにより、高コントラストで視認性がよく、低
消費電力な携帯情報端末（ＰＤＡ）とすることができる。

図１０（Ｃ）は、電子書籍の一例を示している。例えば、電子書籍２７００は、筐体２７
０１および筐体２７０３の２つの筐体で構成されている。筐体２７０１および筐体２７０
３は、軸部２７１１により一体とされており、該軸部２７１１を軸として開閉動作を行う
ことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。

筐体２７０１には表示部２７０５が組み込まれ、筐体２７０３には表示部２７０７が組み
込まれている。表示部２７０５および表示部２７０７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１０（Ｃ）では表示部２７０５）に文章を表示し、左側の
表示部（図１０（Ｃ）では表示部２７０７）に画像を表示することができる。実施の形態
１乃至１１のいずれかで示した液晶表示装置を表示部２７０５、表示部２７０７に適用す
ることにより、高コントラストで視認性がよく、かつ低消費電力な電子書籍２７００とす
ることができる。

また、図１０（Ｃ）では、筐体２７０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、
筐体２７０１において、電源２７２１、操作キー２７２３、スピーカー２７２５などを備
えている。操作キー２７２３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バイスなど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端子など）、記録媒体挿入部など
を備える構成としてもよい。さらに、電子書籍２７００は、電子辞書としての機能を持た
せた構成としてもよい。

また、電子書籍２７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、
電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすること
も可能である。

図１０（Ｄ）は、携帯電話であり、筐体２８００及び筐体２８０１の二つの筐体で構成さ
れている。筐体２８０１には、表示パネル２８０２、スピーカー２８０３、マイクロフォ
ン２８０４、ポインティングデバイス２８０６、カメラ用レンズ２８０７、外部接続端子
２８０８などを備えている。また、筐体２８００には、携帯電話の充電を行う太陽電池セ
ル２８１０、外部メモリスロット２８１１などを備えている。また、アンテナは筐体２８
０１内部に内蔵されている。実施の形態１乃至１１のいずれかで示した液晶表示装置を表
示パネル２８０２に適用することにより、高コントラストで視認性がよく、かつ低消費電
力な携帯電話とすることができる。

また、表示パネル２８０２はタッチパネルを備えており、図１０（Ｄ）には映像表示され
ている複数の操作キー２８０５を点線で示している。なお、太陽電池セル２８１０で出力
される電圧を各回路に必要な電圧に昇圧するための昇圧回路も実装している。

表示パネル２８０２は、使用形態に応じて表示の方向が適宜変化する。また、表示パネル
２８０２と同一面上にカメラ用レンズ２８０７を備えているため、テレビ電話が可能であ
る。スピーカー２８０３及びマイクロフォン２８０４は音声通話に限らず、テレビ電話、
録音、再生などが可能である。さらに、筐体２８００と筐体２８０１は、スライドし、図
１０（Ｄ）のように展開している状態から重なり合った状態とすることができ、携帯に適
した小型化が可能である。

外部接続端子２８０８はＡＣアダプタ及びＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能
であり、充電及びパーソナルコンピュータなどとのデータ通信が可能である。また、外部
メモリスロット２８１１に記録媒体を挿入し、より大量のデータ保存及び移動に対応でき
る。

また、上記機能に加えて、赤外線通信機能、テレビ受信機能などを備えたものであっても
よい。

図１０（Ｅ）は、デジタルビデオカメラであり、本体３０５１、表示部（Ａ）３０５７、
接眼部３０５３、操作スイッチ３０５４、表示部（Ｂ）３０５５、バッテリー３０５６な
どによって構成されている。実施の形態１乃至１１のいずれかで示した液晶表示装置を表
示部（Ａ）３０５７、表示部（Ｂ）３０５５に適用することにより、高コントラストで視
認性がよく、かつ低消費電力なデジタルビデオカメラとすることができる。

図１０（Ｆ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、
筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示
することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持し
た構成を示している。実施の形態１乃至１１のいずれかで示した液晶表示装置を表示部９
６０３に適用することにより、高コントラストで視認性がよく、かつ低消費電力なテレビ
ジョン装置９６００とすることができる。

テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモ
コン操作機により行うことができる。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。

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

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。

Claims (3)

1. 液晶層を挟持する、第１の基板と第２の基板とを有し、
   前記第１の基板は、前記液晶層側に、第１の構造体と、前記第１の構造体の表面を覆う第１の電極と、前記第１の電極と電気的に接続するトランジスタと、を有し、
   前記第２の基板は、前記液晶層側に、第２の構造体と、前記第２の構造体の表面を覆う第２の電極とを有し、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、厚さ方向における断面がドーム形状であり、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、前記液晶層の厚さ方向において、前記液晶層に突出しており、
   前記液晶層の厚さ方向において、前記第１の電極層及び前記第２の電極層は前記液晶層に突出しており、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層の間には前記液晶層があり、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、それぞれ、一画素内に複数あり、
   前記第１の構造体は、前記第２の構造体とは重ならず、
   一画素において、前記第１の電極は、前記第２の構造体と重なる部分を有し、
   一画素において、前記第２の電極は、前記第１の構造体と重なる部分を有し、
   前記第１の構造体の膜厚と前記第１の電極層の膜厚と前記第２の構造体の膜厚と前記第２の電極層の膜厚の合計は、前記液晶層の膜厚よりも大きく、
   前記トランジスタは、半導体層として酸化物半導体を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 液晶層を挟持する、第１の基板と第２の基板とを有し、
   前記第１の基板は、前記液晶層側に、第１の構造体と、前記第１の構造体の表面を覆う第１の電極と、前記第１の電極と電気的に接続するトランジスタと、を有し、
   前記第２の基板は、前記液晶層側に、第２の構造体と、前記第２の構造体の表面を覆う第２の電極とを有し、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、厚さ方向における断面がリブ状であり、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、前記液晶層の厚さ方向において、前記液晶層に突出しており、
   前記液晶層の厚さ方向において、前記第１の電極層及び前記第２の電極層は前記液晶層に突出しており、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層の間には前記液晶層があり、
   前記第１の構造体及び前記第２の構造体は、それぞれ、一画素内に複数あり、
   前記第１の構造体は、前記第２の構造体とは重ならず、
   一画素において、前記第１の電極は、前記第２の構造体と重なる部分を有し、
   一画素において、前記第２の電極は、前記第１の構造体と重なる部分を有し、
   前記第１の構造体の膜厚と前記第１の電極層の膜厚と前記第２の構造体の膜厚と前記第２の電極層の膜厚の合計は、前記液晶層の膜厚よりも大きく、
   前記トランジスタは、半導体層として酸化物半導体を有することを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記酸化物半導体は、インジウムと亜鉛とを有することを特徴とする液晶表示装置。