JP2016001301A - 表示装置、表示モジュール、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化と良好な表示品位の両立を図ることのできる、新規な構成の表示装置を提供する。
【解決手段】画素電極１３と対向電極３３との間に液晶層２０を設ける表示装置の構成において、対向電極３３側に設けられる、タッチセンサ４２が有する容量素子の電極３７とコモン電極３３とを一体化し、パルス信号を与える。素子基板１０側では、画素電極１３との間で容量を形成する容量線１５において、与える信号を該パルス信号に連動させることで、液晶層２０に加わる電界の変動をキャンセルするように制御する構成とする。該構成とすることで、パルス信号によって液晶層２０に与える電界が変化しても、電界の変化を打ち消すことができるタッチセンサ機能付きの表示装置とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明の一態様は、表示装置、表示モジュール、及び電子機器に関する。

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。

タッチセンサ機能を有する表示装置が普及している（特許文献１を参照）。

特開２００３−１９６０２３号公報

タッチセンサ機能を有する表示装置では、表示装置にタッチセンサ機能を付与するため、筐体が厚くなってしまうといった問題がある。また筐体を薄くすると、電極に与える信号によって、表示素子に加わる電位が変動してしまい、表示品位が低下するといった問題がある。

本発明の一態様は、新規な表示装置等を提供することを課題の一とする。

または、本発明の一態様は、薄型化を実現できる、新規な構成の表示装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、表示素子に加わる電位の変動を打ち消すことのできる、新規な構成の表示装置等を提供することを課題の一とする。

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、及び／又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。

本発明の一態様は、第１の基板と、第２の基板と、液晶層と、を有する表示装置であって、第１のトランジスタと、第１の容量素子と、第１の配線と、第１の電極と、第２のトランジスタと、第２の電極と、第２の容量素子と、第３の電極と、を有し、液晶層は、第１の電極と、第３の電極との間に設けられ、第１のトランジスタと、第１の容量素子と、第１の配線と、第１の電極とは、第１の基板に設けられ、第１のトランジスタは、第１の電極に電気的に接続され、第１の電極は、液晶層の画素電極としての機能を有し、第１の容量素子の一方の電極は、第１の電極に電気的に接続され、第１の容量素子の他方の電極は、第１の配線に電気的に接続され、第１の配線は、第１の信号が与えられる機能を有し、第２のトランジスタと、第２の電極と、第２の容量素子と、第３の電極とは、第２の基板に設けられ、第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第２の電極に電気的に接続され、第２の電極は、第２の容量素子の一方の電極としての機能を有し、第３の電極は、第２の容量素子の他方の電極としての機能を有し、第３の電極は、液晶層の対向電極としての機能を有し、第３の電極は、第２の信号が与えられる機能を有し、第２の信号は、第１の信号と同じ周期で変動する信号である表示装置である。

本発明の一態様において、第２の基板は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、を有し、第３のトランジスタのゲートは、第２の電極に電気的に接続され、第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の配線に電気的に接続され、第２の配線は、定電位が与えられる機能を有し、第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第３の配線に電気的に接続され、第３の配線は、第２の電極の電位に従って電位が変化する機能を有する表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、第２のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有し、第３のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有する表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、第２の電極は、第２のトランジスタが有する半導体層と、第３のトランジスタが有する半導体層と、同じ層に設けられる電極である表示装置が好ましい。

本発明の一態様において、第１のトランジスタは、第１の半導体層を有し、第１の半導体層は、酸化物半導体を有し、第１の半導体層は、第１の金属元素を有し、第１の電極は、第１の金属元素と、酸素とを有し、第１の半導体層は、第１の水素濃度である領域を有し、第１の電極は、第２の水素濃度である領域を有し、第１の水素濃度と、第２の水素濃度は、互いに異なる表示装置が好ましい。

なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、及び図面に記載されている。

本発明の一態様は、新規な構成の表示装置等を提供することができる。

または、本発明の一態様は、薄型化を実現できる、新規な構成の表示装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、表示素子に加わる電位の変動を打ち消すことのできる、新規な構成の表示装置等を提供することができる。そのため、表示品位の向上した表示装置とすることができる。

本発明の一態様を説明するための断面模式図及び波形図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための上面図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための上面模式図および断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様の表示モジュールを示す図。 本発明の一態様の電子機器を示す図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 本発明の一態様を説明するための断面模式図。 試料構造を説明する図。 導電率を説明する図。 導電率を説明する図。

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

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

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

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

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

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

なお、例えば、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１を介して（又は介さず）、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２を介して（又は介さず）、Ｙと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース（又は第１の端子など）が、Ｚ１の一部と直接的に接続され、Ｚ１の別の一部がＸと直接的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）が、Ｚ２の一部と直接的に接続され、Ｚ２の別の一部がＹと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。

例えば、「ＸとＹとトランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とは、互いに電気的に接続されており、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース（又は第１の端子など）は、Ｘと電気的に接続され、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）はＹと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Ｘは、トランジスタのソース（又は第１の端子など）とドレイン（又は第２の端子など）とを介して、Ｙと電気的に接続され、Ｘ、トランジスタのソース（又は第１の端子など）、トランジスタのドレイン（又は第２の端子など）、Ｙは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース（又は第１の端子など）と、ドレイン（又は第２の端子など）とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚ１、Ｚ２は、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。

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

なお図面におけるブロック図の各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう示していても、実際の回路ブロックにおいては同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面における各回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路ブロックにおいては一つの回路ブロックで行う処理を、複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

（実施の形態１）
本実施の形態では、表示装置の構成例、動作の一例について説明する。

本明細書等において表示装置とは、液晶素子等の表示素子を有する装置のことをいう。なお、表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を含む。また、表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路及びバックライトモジュール等を含み、表示モジュールとよぶこともある。

＜表示装置の断面模式図について＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様である表示装置の断面模式図である。表示装置は、液晶パネル４１と、タッチセンサ４２とに大別できる。

液晶パネル４１と、タッチセンサ４２とは、基板１０と基板３０との間に設けられる各部材で構成される。基板１０と基板３０との間には、液晶層２０を有する。

まず液晶パネル４１側の構成について説明する。

基板１０上には、トランジスタ１１と、容量素子１２と、電極１３と、が設けられる。なお電極は、導電層で形成される。以下の説明で述べる電極と導電層を説明のため使い分けているが、電極を導電層、あるいは導電層を電極という場合がある。

トランジスタ１１は、スイッチとしての機能を有する。トランジスタ１１は、ソース線（導電層１８）と、電極１３との電気的な接続を切り替えることができる。

トランジスタ１１は、導電層１４と、絶縁層１６と、半導体層１７と、導電層１８と、導電層１９と、を有する。導電層１４は、ゲート電極としての機能を有する。絶縁層１６は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。半導体層１７は、チャネル形成領域を有する半導体層としての機能を有する。導電層１８は、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。導電層１９は、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。導電層１９は、容量素子１２の一部であり、導電層１９は電極１３と接続される。

図１（Ａ）において、導電層１４、絶縁層１６、半導体層１７、導電層１８、又は導電層１９は、単層で示したが、２層以上の積層であってもよい。２層以上の積層は、異なる材料の積層でもよいし、同じ材料の積層であってもよい。

図１（Ａ）において図示するトランジスタ１１は、ボトムゲート構造のトランジスタであるが、これに限らない。トップゲート構造のトランジスタでもよい。また、チャネルエッチ型を図示しているが、チャネル保護型にすることもできる。

なおトランジスタ１１は、酸化物半導体を半導体層に用いたトランジスタ（以下、ＯＳトランジスタという）であることが好ましい。ＯＳトランジスタをトランジスタ１１に用いることで、非導通状態時にソースとドレインとの間に流れるオフ電流を低くすることができる。そのため、電極１３を電気的に浮遊状態としやすくすることができる。また、電極１３に画像データに応じた電位を保持し続けることができる。

容量素子１２は、導電層１５と、絶縁層１６と、導電層１９と、を有する。容量素子１２は、Ｃｐｉｘで図示している。導電層１５は、Ｃｐｉｘの一方の電極としての機能を有する。ＣＬは、導電層１５に与えられる信号を表している。導電層１９は、Ｃｐｉｘの他方の電極としての機能を有する。導電層１５と、導電層１９との間には、絶縁層１６が設けられる。導電層１９は、トランジスタ１１及び電極１３と接続される。

容量素子１２は、透光性を有する導電層で形成してもよい。該構成とすることで画素の開口率の向上を図ることができる。開口率の向上により、バックライトの光を弱めても同じ輝度による表示が得られるため、低消費電力化を図ることができる。

電極１３は、液晶層２０の画素電極としての機能を有する。電極１３は、透光性を有する材料で形成してもよいし、反射性を有する材料で形成してもよい。Ｖｐｉｘは、電極１３の電位を表している。電極１３は、導電層１９でトランジスタ１１及び容量素子１２と接続される。

液晶層２０は、縦電界方式の液晶層を有する。縦電界方式の液晶層としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等が代表的である。以下、本発明の一態様では、ＴＮモードの液晶層として説明を行う。

電極１３は、基板３０側にある電極３３との間に電界を生じさせる。電極３３は、対向電極としての機能を有する。電界は、Ｖ_ＬＣで図示している。Ｖ_ＬＣによって液晶層２０が有する液晶分子の配向を制御することができる。なお電極１３，３３の間に、液晶層２０を備える構成を、液晶素子ともいう。

以上が、液晶パネル４１側の説明である。

次いで、タッチセンサ４２側の構成について説明する。

基板３０上には、トランジスタ３１と、容量素子３２と、電極３３と、電極３７と、が設けられる。

トランジスタ３１は、スイッチとしての機能を有する。トランジスタ３１は、配線（導電層３８）と、電極３７との電気的な接続を切り替えることができる。

トランジスタ３１は、導電層３４と、絶縁層３５と、半導体層３６と、導電層３８と、導電層３９と、を有する。導電層３４は、ゲート電極としての機能を有する。絶縁層３５は、ゲート絶縁膜としての機能を有する。半導体層３６は、チャネル形成領域を有する半導体層としての機能を有する。導電層３８は、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。導電層３９は、ソース電極又はドレイン電極としての機能を有する。導電層３９は、電極３７と接続される。

トランジスタ３１は、トランジスタ１１と同様に、ボトムゲート構造以外の構造、各層を積層して設ける等、の変形を行うことができる。

なおトランジスタ３１は、トランジスタ１１と同様に、ＯＳトランジスタであることが好ましい。ＯＳトランジスタをトランジスタ３１に用いることで、電極３７を電気的に浮遊状態としやすくすることができる。また、電極３７に一度与えた電位を保持し続けることができる。

また、トランジスタ３１をＯＳトランジスタとすることで、半導体層３６と同層に設けられる電極３７を半導体層３６と同じ材料で形成することができる。電極３７は、酸化物半導体で構成されることで、半導体層３６を形成後に、導電性を有する電極３７に変質させることができる。

容量素子３２は、電極３７と、電極３３とによって構成される。容量素子３２は、Ｃｓで図示している。電極３７は、Ｃｓの一方の電極としての機能を有する。ＦＮは、電極３７の電位を表している。電極３３は、Ｃｓの他方の電極としての機能を有する。電極３３と、電極３７との間には、カラ−フィルタ（図示せず）や層間絶縁層等が設けられる。電極３７は、トランジスタ３１と接続される。

なお電極３７は、半導体層３６と同層に形成される。電極３７は、半導体層３６と同時に形成し、形成後に導電性を付与する構成とする。該構成とすることで、製造コストの削減を図ることができる。また、電極３７は、透光性を有する。そのため、電極３７は、半導体層３６と同層に設ける構成に限らない。例えば、透光性を有する導電層を電極３７として、トランジスタ３１に接続されるように設ける構成としてもよい。

なお電極３７は、マトリクス状に配置される。なお電極３７は、数ミリ角の大きさを有する。電極３７は、画素電極として機能する電極１３よりも専有面積を大きく設計される。１つの電極３７は、複数の電極１３と重畳する。

電極３３は、液晶層２０の対向電極としての機能を有する。電極３３は、透光性を有する。ＣＯＭは、電極３３に与えられる信号を表している。

なお電極３３は、複数の電極３７及びトランジスタ３１と重畳するように、配置される。遮光層を配置することで、電極３３を分断して配置することもできる。

以上が、タッチセンサ４２側の説明である。

図１（Ａ）に示す表示装置の断面模式図を用いて、動作を説明し、本発明の一態様による利点を詳述する。図１（Ａ）の表示装置は、静電容量方式のタッチセンサとしての機能を有する。そのため、図１（Ａ）では、検出対象との間に生じる容量成分をＣｆとして示している。Ｃｆがある場合、タッチしたとして検出でき、Ｃｆがない場合、タッチしていないと検出できる。

図１（Ｂ）は、電極３７の電位ＦＮ、電極３３に与えられる信号ＣＯＭ、導電層１５に与えられる信号ＣＬ、電極１３の電位Ｖｐｉｘ、電界Ｖ_ＬＣの、Ｃｆがある場合とない場合についての、変化について説明する図である。

Ｃｆがない場合、すなわちタッチしていない場合を説明する。

まず電位ＦＮは、トランジスタ３１を導通状態として予め所定の電位にしておく。そしてトランジスタ３１を非導通状態として、電極３７を電気的に浮遊状態しておく。電極３７が電気的に浮遊状態となることで電位ＦＮは、Ｃｓの容量結合によって、信号ＣＯＭの変化に追随する。Ｃｆがない場合、電極３７に寄生する容量は小さい。そのため、例えば図１（Ｂ）に示すように、信号ＣＯＭを一定の周期で振動させることで、電位ＦＮの追随した変化を検出できる（ｗｉｔｈｏｕｔ Ｃｆ）。

Ｃｆがある場合、すなわちタッチする場合を説明する。

Ｃｆがある場合は、Ｃｆがない場合と同様であるが、異なる点として電極３７に寄生する容量が増える。この場合、信号ＣＯＭを一定の周期で振動させても、Ｃｆは増えた分、電位ＦＮの追随した変化が小さくなって検出される（ｗｉｔｈ Ｃｆ）。

Ｃｆの有無に関わらず、タッチを検出するため、信号ＣＯＭを変化させる。信号ＣＯＭを変化させると、電界Ｖ_ＬＣが変化してしまう。電界Ｖ_ＬＣが変化すると、液晶層２０が有する液晶分子の配向が良好な表示品位が得られない。

そのため、本発明の一態様では、信号ＣＯＭの変化に連動して、導電層１５に与えられる信号ＣＬを変化させる。

なお信号ＣＬを変化させる際は、電位Ｖｐｉｘが電気的に浮遊状態としておく。具体的には、トランジスタ１１を導通状態として、電位Ｖｐｉｘを画像データに応じた電位にしておく。そしてトランジスタ１１を非導通状態として、電極１３を電気的に浮遊状態しておく。電極１３が電気的に浮遊状態となることで電位Ｖｐｉｘは、Ｃｐｉｘの容量結合によって、信号ＣＬの変化に追随する。

信号ＣＬの変化によって、電位Ｖｐｉｘを変動させることができる。信号ＣＬは、信号ＣＯＭによる電位の変化による電界Ｖ_ＬＣの変化を、電位Ｖｐｉｘの変化によって打ち消すように、変化させる。具体的には、信号ＣＬは、信号ＣＯＭと同じ周期で変動させる構成とする。

該構成とすることで、電位Ｖｐｉｘの変化を、信号ＣＯＭの変化に連動させ、電界Ｖ_ＬＣを一定にすることができる。電界Ｖ_ＬＣを一定にすることで、良好な表示品位を得ることができる。

また本発明の一形態によって、一対の基板間に表示素子、タッチセンサを駆動するための素子を設けることができる。一対の基板間では、他の基板等の部材を削減することができる。従って、タッチセンサ４２の薄型化を実現することができる。

なお本実施の形態で説明した表示装置の構成は、一例として液晶素子を有する表示装置に適用して動作させる場合を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、液晶素子以外の表示素子を有する表示装置に適用することができる。液晶素子以外の表示素子としては、例えば、発光素子、あるいは電気泳動素子を挙げることができる。

または、本実施の形態で説明したトランジスタとして、酸化物半導体を有するトランジスタを用いた場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、酸化物半導体とは異なる半導体材料を用いたトランジスタを用いてもよい。そのようなトランジスタとして、例えば、本発明の一態様は、シリコンやゲルマニウムなどを有するトランジスタを用いてもよい。

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した表示装置の変形例について説明する。

＜断面模式図の変形例について（表示パネル）＞
図２には、図１（Ａ）で説明した断面模式図の変形例を示す。

図１（Ａ）では、Ｃｐｉｘを導電層１５と導電層１９とで形成したが、別の構成としてもよい。例えば、図２の構成とすることができる。

図２では、Ｃｐｉｘの一方の電極として、導電層２２を介して導電層２１に接続された、電極２３を示している。

導電層２１は、導電層１４と同層に形成される。導電層２２は、導電層１８，１９と同層に形成される。電極２３は、半導体層１７と同層に形成される。

また、トランジスタ１１をＯＳトランジスタとすることで、半導体層１７と同層に設けられる電極２３を半導体層１７と同じ材料で形成することができる。この場合、電極２３は、半導体層１７と同時に形成された膜を加工して形成される。このため、電極２３は、半導体層１７と同様の元素を有する。また、半導体層１７と同様の結晶構造、または異なる結晶構造を有する。しかしながら、半導体層１７と同時に形成された膜に、不純物または酸素欠損を有せしめることで、導電性を付与することが可能である。この結果、半導体層１７と同時に形成された膜は、電極２３となる。電極２３に含まれる不純物の代表例としては、希ガス、水素、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上がある。希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンがある。

このため、半導体層１７及び電極２３は共に、絶縁層１６上に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、半導体層１７と比較して、電極２３の不純物濃度が高い。例えば、半導体層１７において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度は、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。一方、電極２３において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度は、８×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。また、半導体層１７と比較して、電極２３に含まれる水素濃度は２倍、または１０倍以上である。

半導体層１７の水素濃度を上記範囲とすることで、半導体層１７におけるキャリアである電子の生成を抑制することが可能である。

また、電極２３は、半導体層１７より抵抗率が低い。電極２３の抵抗率が、半導体層１７の抵抗率の１×１０^−８倍以上１×１０^−１倍未満であることが好ましく、代表的には１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^４Ωｃｍ未満、または抵抗率が１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^−１Ωｃｍ未満であるとよい。

電極２３は、半導体層１７と同時に形成し、形成後に導電性を付与する構成とする。該構成とすることで、製造コストの削減を図ることができる。

また、電極１３及び電極２３は、透光性を有する。Ｃｐｉｘを、透光性を有する容量素子とすることができる。透光性を有するため、Ｃｐｉｘの容量を大きくとることができる。

また別の構成として図１（Ａ）は、液晶パネル４１側にカラーフィルタを設けた構成としてもよい。

図３では、液晶パネル４１側にカラーフィルタ２４を設けた構成を示している。該構成とすることで、タッチセンサ４２側の部材を削減し、電極３３表面の平坦性を向上させることができる。

なお図３の構成において、電極２３をＣｐｉｘの一方の電極に用いる図２の構成を適用してもよい。この場合の断面模式図の構成を図１７に示す。

＜断面模式図の変形例について（タッチセンサ）＞
また別の構成として、図４には、図１（Ａ）で説明した断面模式図の変形例を示す。

図１（Ａ）では、Ｃｓを電極３７と電極３３とで形成したが、別の構成としてもよい。例えば、図４の構成とすることができる。

図４では、Ｃｓの一方の電極を、別途設けた電極４３とする。そして、Ｃｓを電極４３と電極３３とで形成する構成とする。該構成とすることで、Ｃｓをトランジスタ３１と異なる層に形成することができる。そのため、Ｃｓの容量を大きくとることができる。

なお電極４３は、透光性を有する導電層である。例えば電極１３と同じ材料で形成することができる。

また別の構成として図１（Ａ）は、タッチセンサ４２側にカラーフィルタを設けた構成としてもよい。

図５では、タッチセンサ４２側にカラーフィルタ４４を設けた構成を示している。該構成とする場合、電極３３の表面の平坦性を確保するため、カラーフィルタ４４と電極３３との間に平坦化膜等を設けることが好ましい。

なお図５の構成において、電極２３をＣｐｉｘの一方の電極に用いる図２の構成を適用してもよい。この場合の断面模式図の構成を図１８に示す。

＜液晶パネル、タッチセンサの回路図について＞
次いで、図１（Ａ）で図示したトランジスタ１１を含む液晶パネル４１の画素回路と、図１（Ａ）で図示したトランジスタ３１を含むタッチセンサ４２の回路構成とを併せた回路の一例、及び動作の一例について説明する。

図６は、液晶パネル４１の画素回路図と、タッチセンサ４２の回路図と、を併せた回路図である。液晶パネル４１の画素回路図と、タッチセンサ４２の回路図とは、液晶素子ＬＣを挟んで、上下に示している。

液晶パネル４１側の回路図では、図１（Ａ）の構成で説明した符号を付している。また図６では、ゲート線ＧＬ、ソース線ＳＬ、容量線ＣｐＬを併せて示している。容量線ＣｐＬは、信号ＣＬが与えられる配線である。

タッチセンサ４２の回路図では、図１（Ａ）の構成で説明した符号を付している。また図６では、トランジスタＭ１乃至Ｍ３、コモン線ＣＯＭＬ、定電位である読み出し電位ＶＰＩを与える配線、リセット電位ＶＲＥＳを与える配線、リセット線ＲＥＳ、読み出し選択線Ｇ１、読み出し線ＭＬを併せて示している。コモン線ＣＯＭＬは、信号ＣＯＭが与えられる配線である。トランジスタＭ３は、図１（Ａ）のトランジスタ３１に相当する。

次いで図７では、図６の回路図のタイミングチャートの一例を示す。

図７では、画像データ（Ｖｄａｔａ）を書きこむ期間Ｐ＿Ｗ、検出対象を検出する期間Ｐ＿ＴＳに分けて説明する。期間Ｐ＿ＴＳは、さらにリセット期間Ｒｅｓｅｔ、非検出期間（タッチなし：ｗｉｔｈｏｕｔ Ｃｆ）、検出期間（タッチあり：ｗｉｔｈ Ｃｆ）に分けて説明する。

各トランジスタは、ｎチャネル型として説明する。この場合、トランジスタに与える信号は、Ｈレベルで導通状態、Ｌレベルで非導通状態となる。なお電極３７の電位ＦＮは、リセット電位ＶＲＥＳとなることでＬレベルとなるとして説明する。

まず期間Ｐ＿Ｗについて説明する。

期間Ｐ＿Ｗでは、ゲート線ＧＬをＨレベルにして、Ｖｐｉｘを、ソース線ＳＬに与えられたＶｄａｔａと等電位にする。この間、タッチセンサの各信号はＬレベル、電極３７は電気的に浮遊状態となっている。

ＶｐｉｘをＶｄａｔａとして、ゲート線ＧＬをＬレベルにする。トランジスタ１１のオフ電流が低いため、Ｖｐｉｘでは、Ｖｄａｔａが保持される。

次いで、期間Ｐ＿ＴＳについて説明する。

リセット期間Ｒｅｓｅｔでは、リセット線ＲＥＳをＨレベルにして、電極３７の電位ＦＮをＶＲＥＳと等電位にする。

リセット線ＲＥＳをＬレベルにする。トランジスタＭ３のオフ電流が低いため、電極３７では、ＶＲＥＳが保持される。

非検出期間ｗｉｔｈｏｕｔ Ｃｆ、及び検出期間ｗｉｔｈ Ｃｆでは、読み出し選択線Ｇ１をＨレベルにする。そしてコモン線ＣＯＭＬと容量線ＣｐＬに与える信号を同じ周期で変動させる。すると、図１（Ｂ）で説明したように、Ｃｆの有無に従って電極３７の電位ＦＮの変化に差が生じる。この差は、トランジスタＭ１の導通状態に表れる。すなわち、Ｃｆがない場合はトランジスタＭ１が導通し、Ｃｆがある場合はトランジスタＭ１が非導通となる。

トランジスタＭ２を導通状態とし、トランジスタＭ１も導通状態の場合には、読み出し線ＭＬの電位が変化し、電流が流れる。この場合、Ｃｆがないと判断される。また、トランジスタＭ２を導通状態とし、トランジスタＭ１が非導通状態の場合には、読み出し線ＭＬの電位が変化せず、電流が流れない。この場合、Ｃｆがあると判断される。

図８には、読み出し線ＭＬに流れる電流を電圧に変換する、読み出し回路の回路図を示す。

図８には、図６で説明したタッチセンサの回路図と併せて、読み出し回路ＣＯＮＶの一例を図示している。読み出し回路ＣＯＮＶは、トランジスタＭ４を有する。

トランジスタＭ４を有する読み出し回路ＣＯＮＶは、ソースフォロワとして機能させる。電位ＶＰＯは、高電源電位である。信号ＢＲは、読み出し線ＭＬの電位を読み出すタイミングでトランジスタＭ４を導通状態とするよう制御する。トランジスタＭ４に流れる電流に応じて、出力端子ＯＵＴでは、タッチセンサに流れる電流を電圧に変換することができる。

なおタッチセンサは、容量素子Ｃｓを構成する電極と、読み出し線ＭＬとを別の層で形成することができる。

一例としては、図９に示すように、容量素子の一方の電極３７と読み出し線ＭＬとを別の層で形成し、読み出し線ＭＬを細い幅で形成する。該構成とすることで、寄生容量を小さくできる。これにより、タッチセンサの検出感度の低下を抑制できる。

本発明の一態様の構成では、コモン線ＣＯＭＬと容量線ＣｐＬに与える信号を同じ周期で変動させる。そのため、液晶素子ＬＣに加わるＶｄａｔａを変動させることなく、Ｃｆの検出を行うことができる。液晶素子において配向の乱れはなく、良好な表示品位とすることができる。

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態１、２で説明した表示装置の断面図の詳細について説明する。

＜タッチパネルの断面構成例＞
図１０に本発明の一態様の表示装置の断面模式図を示す。図１０に示す表示装置は、一対の基板間にタッチセンサ及び液晶素子を有するため、薄型化を図ることができる。

図１０は、表示装置に含まれる、端子部２５０ａ、２５０ｂ、駆動回路部２５０ｄ、及び画素部２５０ｐの断面図を示す。また、画素部２５０ｐは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の画素で１つの色を表現する構成とする。なお、ここでは、画素部２５０ｐにおいて、Ｒ（赤）の画素Ｐｒ及びＧ（緑）の画素Ｐｇの断面図を示し、Ｂ（青）の画素を省略する。Ｒ（赤）の画素Ｐｒは、液晶素子２０１ｒを有し、Ｇ（緑）の画素Ｐｇは、液晶素子２０１ｇを有する。

また、表示装置は、液晶パネルとタッチセンサとが積層されている。液晶パネルとタッチセンサそれぞれに含まれる駆動回路が、駆動回路部２５０ｄで重なる。また、液晶パネルに含まれる液晶素子と、タッチセンサに含まれるトランジスタ及び容量素子とが画素部２５０ｐで重なる。

なお、表示装置は、例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の画素で１つの色を表現する構成の他、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｗ（白）の４色の画素で１つの色を表現する構成、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）の４色の画素で１つの色を表現する構成等を適用できる。色要素としては特に限定はなく、ＲＧＢＷＹ以外の色を用いてもよく、例えば、シアン、マゼンタを有してもよい。

はじめに、液晶パネル側の構成について説明する。液晶パネルは、端子部２５０ａと、駆動回路部２５０ｄと、液晶素子を含む画素部２５０ｐとを有する。

基板２００ａ上には、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０４ａと、容量素子２０６ｒ、２０６ｇと、電極２０８ｒ、２０８ｇと、接続電極２２０ａとが設けられる。接続電極２２０ａは、端子部２５０ａに設けられる。トランジスタ２０４ａは駆動回路部２５０ｄに設けられる。トランジスタ２０２ｒ、容量素子２０６ｒ、及び電極２０８ｒは、Ｒ（赤）の画素Ｐｒに設けられる。トランジスタ２０２ｇ、容量素子２０６ｇ、及び電極２０８ｇは、Ｇ（緑）の画素Ｐｇに設けられる。

トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇは、スイッチとしての機能を有する。なお、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇは同じ構造とすることができる。また、容量素子２０６ｒ、２０６ｇは同じ構造とすることができる。または、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇは異なる構造であってもよい。また、容量素子２０６ｒ、２０６ｇは異なる構造であってもよい。

図１０において図示するトランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０４ａは、ボトムゲート構造のトランジスタを図示しているが、これに限らない。トップゲート構造のトランジスタでもよい。また、チャネルエッチ型を図示しているが、チャネル保護型にすることもできる。

トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０４ａ上に絶縁層２１０ａを有し、絶縁層２１０ａ上に絶縁層２１２ａを有する。

絶縁層２１０ａとしては、トランジスタのチャネル領域を保護する機能を有する。なお、絶縁層２１０ａを設けない構成としてもよい。

また、絶縁層２１２ａは、平坦化膜としての機能を有する。絶縁層２１２ａは、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を用いて形成される。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２１２ａを形成してもよい。また、絶縁層２１２ａを設けない構成としてもよい。

電極２０８ｒは、液晶素子２０１ｒの画素電極としての機能を有し、電極２０８ｇは、液晶素子２０１ｇの画素電極としての機能を有する。電極２０８ｒ、２０８ｇは、絶縁層２１２ａ上に形成される。また、電極２０８ｒは、絶縁層２１０ａ、２１２ａの開口部において、トランジスタ２０２ｒ及び容量素子２０６ｒと電気的に接続される。また、電極２０８ｇは、絶縁層２１０ａ、２１２ａの開口部において、トランジスタ２０２ｇ及び容量素子２０６ｇと電気的に接続される。

電極２０８ｒ、２０８ｇは、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いて形成される。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた少なくとも一種を含む材料を用いるとよい。また、可視光において透光性のある導電膜としては、代表的には、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物などの導電性酸化物を用いることができる。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いることができる。

なお、電極２０８ｒ、２０８ｇが、可視光において反射性のある導電膜を用いて形成される場合、絶縁層２１２ａの一部が凹凸状であることで、電極２０８ｒ、２０８ｇが凹凸状となる。この結果、外光が電極２０８ｒ、２０８ｇに入射した場合において、電極２０８ｒ、２０８ｇの表面で光を乱反射することが可能となり、視認性を向上させることができる。

電極２０８ｒ、２０８ｇと、基板２００ｂに設けられた電極２１４との間に生じる電界により、液晶層２２８に含まれる液晶分子の配向を制御することができる。

液晶層２２８は、縦電界方式の液晶層を有する。縦電界方式の液晶層としては、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等が代表的である。以下、本発明の一態様では、ＴＮモードの液晶層として説明を行う。

また、液晶層２２８は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

端子部２５０ａにおいて、接続電極２２０ａ、異方性導電膜２２２ａ、及びＦＰＣ２２４ａを有する。なお、接続電極２２０ａは、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０４ａのソース電極及びドレイン電極としての機能を有する導電層と同じ工程で形成される。また、接続電極２２０ａは、ＦＰＣ２２４ａが有する端子と異方性導電膜２２２ａを介して、電気的に接続される。

次に、タッチセンサ側の構成について説明する。

基板２００ｂ上には、トランジスタ２０２ｔ、２０４ｂと、容量素子２０６ｔと、接続電極２２０ｂとが設けられる。接続電極２２０ｂは、端子部２５０ｂに設けられる。トランジスタ２０４ｂは駆動回路部２５０ｄに設けられる。センサの一部であるトランジスタ２０２ｔ及び容量素子２０６ｔは画素部２５０ｐに設けられる。

トランジスタ２０２ｔは、スイッチとしての機能を有する。

トランジスタ２０２ｔは、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇと同様の構造を適宜用いることができる。または、トランジスタ２０２ｔは、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇと同様に、ボトムゲート構造のトランジスタを図示しているが、これに限らない。トップゲート構造のトランジスタでもよい。また、チャネルエッチ型を図示しているが、チャネル保護型にすることもできる。

トランジスタ２０２ｔ、２０４ｂ上に絶縁層２１０ｂを有し、絶縁層２１０ｂ上に絶縁層２１１を有する。なお、絶縁層２１０ｂは、電極２３８を露出する開口部を有する。

容量素子２０６ｔは、電極２３８と、誘電体層と、電極２１４とで構成される。また、電極２３８は、トランジスタ２０２ｔと接続される。

ここでは、絶縁層２１１と、遮光層ＢＭと、着色層ＣＦｒ、ＣＦｇと、絶縁層２１２ｂとで、容量素子２０６ｔの誘電体層を構成する。なお、容量素子２０６ｔの誘電体層は、絶縁層２１１、遮光層ＢＭ、着色層ＣＦｒ、ＣＦｇ、及び絶縁層２１２ｂの一以上を有すればよい。

液晶素子２０１ｒと重なる位置に、着色層ＣＦｒが設けられ、液晶素子２０１ｇと重なる位置に、着色層ＣＦｇが設けられる。駆動回路部２５０ｄのトランジスタ２０４ｂ、２０４ａと重なる領域、及び画素部２５０ｐのトランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０２ｔと重なる領域に、遮光層ＢＭが設けられている。なお、遮光層ＢＭの代わりに、着色層を設けてもよい。

遮光層ＢＭは、バックライト及び表示装置の外側からトランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０２ｔ、２０４ａ、２０４ｂに照射される光を遮光する。この結果、光照射による、トランジスタ２０２ｒ、２０２ｇ、２０２ｔ、２０４ａ、２０４ｂの電気特性の変動を抑制することができる。遮光層ＢＭとしては、バックライトや表示装置の外側からの光を遮る材料を用いることができ、例えば、金属材料や顔料や染料を含む樹脂材料を用いて遮光層ＢＭを形成すればよい。

着色層は特定の波長帯域の光を透過する層である。例えば、赤色の波長帯域の光を透過する赤色（Ｒ）の着色層、緑色の波長帯域の光を透過する緑色（Ｇ）の着色層、青色の波長帯域の光を透過する青色（Ｂ）の着色層などを用いることができる。ここでは、赤色（Ｒ）の着色層ＣＦｒ及び緑色（Ｇ）の着色層ＣＦｇを図示する。

また、絶縁層２１２ｂは、遮光層ＢＭ及び着色層ＣＦｒ、ＣＦｇを覆うオーバーコート層としての機能を有する。絶縁層２１２ｂを設けることで、遮光層ＢＭ及び着色層ＣＦｒ、ＣＦｇに含有された不純物等が液晶層２２８へ拡散することを防ぐことができる。絶縁層２１２ｂは、透光性を有する材料を用いて形成すればよく、例えば窒化シリコン、酸化シリコン等を用いた無機絶縁膜や、アクリル樹脂、ポリイミド等を用いた有機絶縁膜を用いて形成することができる。さらには、有機絶縁膜及び無機絶縁膜の積層構造としてもよい。

電極２３８は、マトリクス状に配置される。なお、電極２３８は、画素電極としての機能を有する電極２０８ｒ、２０８ｇより面積を大きくすることができる。例えば、１つの電極２３８は、数百乃至数千個の画素に設けられた画素電極としての機能を有する電極と重畳するように設けることができる。

電極２１４は、液晶素子２０１ｒ、２０１ｇの対向電極としての機能を有する。電極２１４は、透光性を有する。電極２１４は、可視光において透光性のある導電膜と同様の材料を適宜用いることができる。

なお、電極２１４は、マトリクス状に配置された複数の電極２３８及びトランジスタ２０２ｔと重畳するように、配置される。

端子部２５０ｂは、接続電極２２０ｂ、異方性導電膜２２２ｂ、及びＦＰＣ２２４ｂを有する。なお、接続電極２２０ｂは、トランジスタ２０２ｔ、２０４ｂのソース電極及びドレイン電極としての機能を有する導電膜と同じ工程で形成される。また、接続電極２２０ｂは、ＦＰＣ２２４ｂが有する端子と異方性導電膜２２２ｂを介して、電気的に接続される。

また、基板２００ａ及び基板２００ｂの間には、スペーサ２１６が設けられる。スペーサ２１６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２２８の厚さ（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、スペーサ２１６として、球状のスペーサを用いていてもよい。

なお、液晶パネルにおいて、絶縁層２１２ａおよび電極２０８ｒ、２０８ｇ上に配向膜としての機能を有する絶縁層２２６ａを有する。また、タッチセンサにおいて、絶縁層２１２ｂ及び電極２１４上に配向膜としての機能を有する絶縁層２２６ｂを有する。なお、絶縁層２２６ａ、２２６ｂは、液晶層２２８を構成する液晶材料次第では、設けなくてもよい。

また、図示しないが、表示装置は、基板２００ｂと基板２００ａがシール材によって固着されている。また、表示装置は、基板２００ｂ、基板２００ａ、及びシール材で囲まれた領域に液晶層２２８を有する。

なお、ここでは、液晶パネル及びタッチセンサそれぞれにおいて、基板２００ｂ、２００ａ上に駆動回路部を形成した構成を示したが、駆動回路の一部を基板２００ｂ、２００ａ上に形成し、駆動回路の他部として、別途用意された駆動回路基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路）を基板２００ｂ、２００ａ上に実装してもよい。

また、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。なお、本明細書中における表示装置とは、画像表示デバイス、もしくは光源（照明装置なども含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、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方式により駆動回路基板、またはＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て表示装置に含むものとする。

また、本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有する。このようなトランジスタは、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。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能な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。

なお、図１０において、画素部２５０ｐに含まれるトランジスタ２０２ｒ、２０２ｇと、駆動回路部２５０ｄに含まれるトランジスタ２０４ａは、同一のサイズの構成としているが、これに限定されない。画素部２５０ｐ及び駆動回路部２５０ｄに用いるトランジスタは、サイズ（Ｌ／Ｗ）、または用いるトランジスタ数などを適宜変えることができる。

また、図１０に図示しないが、表示装置に、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基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、サイドライト、フロントライトなどを用いてもよい。

次に、基板２００ａ、２００ｂに設けられるトランジスタ及び容量素子の詳細な構造について説明する。ここでは、トランジスタとして、代表してトランジスタ２０２ｒを用いて説明する。また、トランジスタに含まれる半導体層として酸化物半導体層を用いて説明する。

＜トランジスタ２０２ｒ及び容量素子２０６ｒの構造＞
図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に、トランジスタ２０２ｒ及び容量素子２０６ｒの上面模式図及び断面模式図を示す。図１１（Ａ）はトランジスタ２０２ｒ及び容量素子２０６ｒの上面模式図であり、図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面模式図、図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面模式図である。なお、図１１（Ａ）では、明瞭化のため、基板２００ａ、絶縁層２０９ａ、絶縁層２３５、絶縁層２１０ａなどを省略している。

図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）に示すトランジスタ２０２ｒは、絶縁層２０９ａ上のゲート電極としての機能を有する導電層２３３と、導電層２３３上であってゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層２３５と、絶縁層２３５を介して、導電層２３３と重なる酸化物半導体層２３７と、酸化物半導体層２３７に接する一対の導電層２３９、２４０とを有する。絶縁層２０９ａは、基板２００ａ上に形成される。なお、絶縁層２０９ａは基板２００ａ上に設けなくともよい。また、絶縁層２３５、酸化物半導体層２３７、及び一対の導電層２３９、２４０上には、保護膜としての機能を有する絶縁層２１０ａが形成されてもよい。

基板２００ａの材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。

基板２００ａとして、例えば、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板又はシリコン基板）、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。

また、基板２００ａとして、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ２０２ｒを形成してもよい。または、基板２００ａとトランジスタ２０２ｒの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板２００ａより分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その際、トランジスタ２０２ｒは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。

トランジスタが転載される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。

なお、下地膜としての機能を有する絶縁層２０９ａは、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム等を用いて形成される。なお、絶縁層２０９ａとして、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム等を用いることで、基板２００ａから不純物、代表的にはアルカリ金属、水、水素等の酸化物半導体層２３７への拡散を抑制することができる。

ゲート電極としての機能を有する導電層２３３は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、ニッケル、鉄、コバルト、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成される。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いて形成されてもよい。また、導電層２３３は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、マンガンを含む銅膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造、マンガンを含む銅膜上に銅膜を積層し、さらにその上にマンガンを含む銅膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。

また、導電層２３３は、電極２０８ｒ、２０８ｇと同様に、可視光において透光性のある導電膜を用いて形成されてもよい。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。

また、絶縁層２３５として、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する膜を設けることで、酸化物半導体層２３７からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層２３７への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する膜は、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いて形成される。

また、絶縁層２３５は、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用い形成されることで、トランジスタのゲートリークを低減できる。

絶縁層２３５の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。

酸化物半導体層２３７は、少なくともＩｎ若しくはＺｎを含む金属酸化物で形成され、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）等で形成される。

なお、酸化物半導体層２３７がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物で形成されるとき、ＩｎおよびＭの和を１００ａｔｏｍｉｃ％としたときＩｎとＭの原子数比率は、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％より高く、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。

酸化物半導体層２３７は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタ２０２ｒのオフ電流を低減することができる。

酸化物半導体層２３７の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。

酸化物半導体層２３７がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、またはＮｄ）を用いて形成される場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を形成するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝１：１：１．２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：１：４．１が好ましい。なお、形成される酸化物半導体層２３７の金属元素の原子数比はそれぞれ、誤差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。

また、スパッタリングターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。なお多結晶ターゲットを用いることで、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ膜および微結晶酸化物半導体膜を形成することが可能である。

酸化物半導体に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水になると共に、酸素が脱離した格子（または酸素が脱離した部分）に酸素欠損を形成する。当該酸素欠損に水素が入ることで、キャリアである電子が生成される場合がある。また、水素の一部が金属原子と結合する酸素と結合することで、キャリアである電子を生成する場合がある。従って、水素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。

このため、酸化物半導体層２３７は酸素欠損と共に、水素ができる限り低減されていることが好ましい。具体的には、酸化物半導体層２３７において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られる水素濃度を、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。この結果、トランジスタ２０２ｒは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。

また、酸化物半導体層２３７において、第１４族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体層２３７において酸素欠損が増加し、ｎ型化してしまう。このため、酸化物半導体層２３７におけるシリコンや炭素の濃度（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。この結果、トランジスタ２０２ｒは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。

また、酸化物半導体層２３７において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、酸化物半導体層２３７のアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を低減することが好ましい。この結果、トランジスタ２０２ｒは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。

また、酸化物半導体層２３７に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、トランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、酸化物半導体層２３７において、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法により得られる窒素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい。

酸化物半導体層２３７の不純物を低減することで、酸化物半導体層２３７のキャリア密度を低減することができる。このため、酸化物半導体層２３７は、キャリア密度が１×１０^１７個／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５個／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１３個／ｃｍ^３以下、より好ましくは１×１０^１１個／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

なお、酸化物半導体層２３７は金属元素の原子数比の異なる酸化物半導体層が複数積層されていてもよい。例えば、図１４（Ａ）に示すように、絶縁層２３５上に酸化物半導体層２３７、２４８が順に積層されてもよい。または、図１４（Ｂ）に示すように、絶縁層２３５上に酸化物半導体層２４９、２３７、２４８が順に積層されてもよい。酸化物半導体層２４８、２４９は、酸化物半導体層２３７と金属元素の原子数比が異なる。

酸化物半導体層２３７として、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い酸化物半導体を用いることで、さらに優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができる。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる場合がある。従って、当該酸化物半導体を用いて形成された酸化物半導体層２３７にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）になりやすい。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体を用いて酸化物半導体層２３７が形成されたトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０^−１３Ａ以下という特性を得ることができる。従って、当該酸化物半導体層２３７にチャネル領域が形成されるトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる場合がある。

なお、酸化物半導体層２３７の代わりに、シリコンまたはシリコンゲルマニウムで形成される半導体層を形成してもよい。シリコンまたはシリコンゲルマニウムで形成される半導体層は、適宜非晶質構造、多結晶構造、単結晶構造とすることができる。

一対の導電層２３９、２４０は、ソース電極及びドレイン電極としての機能を有する。一対の導電層２３９、２４０は、ゲート電極としての機能を有する導電層２３３の材料を適宜用いて形成される。

なお、本実施の形態では、一対の導電層２３９、２４０を酸化物半導体層２３７及び絶縁層２１０ａの間に設けたが、絶縁層２３５及び酸化物半導体層２３７の間に設けてもよい。

絶縁層２１０ａは、トランジスタのチャネル領域を保護する機能を有する。絶縁層２１０ａは、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜を用いて形成される。絶縁層２１０ａは、単層構造または積層構造とすることができる。

なお、絶縁層２１０ａとして、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体層２３７からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層２３７への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜は、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いて形成される。

また、絶縁層２１０ａは、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いて形成されることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析において、膜の表面温度が１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲における酸素原子の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３．０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物絶縁膜である。加熱処理により絶縁層２１０ａに含まれる酸素を酸化物半導体層２３７に移動させることが可能であり、酸化物半導体層２３７の酸素欠損を低減することが可能である。

次に、容量素子２０６ｒの構造について説明する。容量素子２０６ｒは、絶縁層２０９ａ上に設けられる容量配線としての機能を有する導電層２３４と、絶縁層２３５と、絶縁層２３５を介して導電層２３４と重なる導電層２４０とを有する。

導電層２３４は、トランジスタ２０２ｒの導電層２３３と同時に形成される。絶縁層２３５は、トランジスタ２０２ｒのゲート絶縁膜としての機能を有すると共に、容量素子２０６ｒの誘電体層としての機能を有する。導電層２４０は、トランジスタ２０２ｒのソース電極またはドレイン電極の機能と共に、容量素子２０６ｒの容量電極としての機能を有する。

即ち、容量素子２０６ｒは、トランジスタ２０２ｒの工程と同時に形成される。なお、容量素子２０６ｒは、図１１に示す構造に限定されない。例えば、絶縁層２３５と導電層２４０との間に酸化物半導体層を有してもよい。または、導電層２３４及び導電層２４０の一以上と、図１０に示す絶縁層２１０ａ、２１２ａと、電極２０８ｒとで、容量素子を形成してもよい。

また、容量素子２０６ｒに含まれる導電層は、可視光において透光性のある導電膜を用いて形成してもよい。該構成とすることで画素の開口率の向上を図ることができる。開口率の向上により、バックライトの光を弱めても同じ輝度による表示が得られるため、低消費電力化を図ることができる。

＜トランジスタ２０２ｒの変形例＞
トランジスタ２０２ｒの変形例を図１２を用いて説明する。図１２に示すトランジスタは、デュアルゲート構造であることを特徴とする。

図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に、半導体装置が有するトランジスタ２０２ｒの上面模式図及び断面模式図を示す。図１２（Ａ）はトランジスタの上面模式図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）の一点鎖線Ａ−Ｂ間の断面模式図であり、図１２（Ｃ）は、図１２（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄ間の断面模式図である。なお、図１２（Ａ）では、明瞭化のため、基板２００ａ、絶縁層２０９ａ、絶縁層２３５、絶縁層２１０ａ、絶縁層２１２ａなどを省略している。

図１２（Ａ）乃至図１２（Ｃ）に示すトランジスタは、絶縁層２０９ａ上のゲート電極としての機能を有する導電層２３３と、導電層２３３上であってゲート絶縁膜としての機能を有する絶縁層２３５と、絶縁層２３５を介して、導電層２３３と重なる酸化物半導体層２３７と、酸化物半導体層２３７に接する一対の導電層２３９、２４０と、酸化物半導体層２３７、一対の導電層２３９、２４０上の絶縁層２１０ａと、絶縁層２１０ａ上の絶縁層２１２ａと、絶縁層２１２ａ上であってゲート電極としての機能を有する導電層２４２とを有する。導電層２４２は、絶縁層２３５、２１０ａ、２１２ａの開口部２４４において、導電層２３３と接続される。

なお、図１２（Ｃ）に示すように、チャネル幅方向において酸化物半導体層２３７の側面と導電層２４２とが対向することで、酸化物半導体層２３７において、絶縁層２３５及び絶縁層２１０ａと酸化物半導体層２３７界面のみでなく、酸化物半導体層２３７の内部においてもキャリアが流れるため、トランジスタにおけるキャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタのオン電流が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなる。また、導電層２４２の電界が酸化物半導体層２３７の側面、または側面及びその近傍を含む端部に影響するため、酸化物半導体層２３７の側面または端部における寄生チャネルの発生を抑制することができる。

図１２に示すトランジスタは、図１１に示すトランジスタに比べて電界効果移動度が高く、オン電流が大きい。このため、駆動回路部２５０ｄに設けられるトランジスタとして、図１２に示す構造のトランジスタを用いることで、高速動作が可能な駆動回路部を作製することができる。また、駆動回路部２５０ｄの占有面積を小さくすることが可能であり、画素部２５０ｐの面積を増大させることができる。また、オン電流の大きいトランジスタを画素部２５０ｐに設けることで、大型の表示装置や、高精細な表示装置において配線数が増大しても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示むらを抑えることが可能である。なお、駆動回路部２５０ｄが有するトランジスタは、すべて同じ構造であってもよく、二種以上の構造であってもよい。また、画素部２５０ｐが有する複数のトランジスタは、すべて同じ構造であってもよく、二種以上の構造であってもよい。

＜トランジスタ２０２ｔ及び電極２３８の構造＞
図１３に、タッチセンサに含まれるトランジスタ２０２ｔ及び電極２３８の断面模式図を示す。絶縁層２０９ｂ上にトランジスタ２０２ｔが形成される。絶縁層２０９ｂは、絶縁層２０９ａの材料を適宜用いて形成される。また、絶縁層２０９ｂは基板２００ｂ上に形成される。

図１３に示すトランジスタ２０２ｔは、トランジスタ２０２ｒと同様の構造とすることができる。

電極２３８は、絶縁層２３５上に形成される。また、電極２３８はトランジスタ２０２ｔの導電層２４０と接続される。

また、トランジスタ２０２ｔ上に絶縁層２１０ｂが形成される。なお、絶縁層２１０ｂは、電極２３８が露出する開口部を有する。また、絶縁層２１０ｂ及び電極２３８上に絶縁層２１１が形成される。

電極２３８は、酸化物半導体層２３７と同時に形成された酸化物半導体膜を加工して形成される。このため、電極２３８は、酸化物半導体層２３７と同様の金属元素を有する。また、酸化物半導体層２３７と同様の結晶構造、または異なる結晶構造を有する。しかしながら、酸化物半導体層２３７と同時に形成された酸化物半導体層に、不純物または酸素欠損を有せしめることで、電極２３８となる。電極２３８に含まれる不純物の代表例としては、希ガス、水素、ホウ素、窒素、フッ素、アルミニウム、およびリンの一以上がある。希ガスの代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトンおよびキセノンがある。

このため、酸化物半導体層２３７及び電極２３８は共に、絶縁層２３５上に形成されるが、不純物濃度が異なる。具体的には、酸化物半導体層２３７と比較して、電極２３８の不純物濃度が高い。例えば、酸化物半導体層２３７において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度は、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。一方、電極２３８において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度は、８×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。また、酸化物半導体層２３７と比較して、電極２３８に含まれる水素濃度は２倍、または１０倍以上である。

酸化物半導体層２３７の水素濃度を上記範囲とすることで、酸化物半導体層２３７におけるキャリアである電子の生成を抑制することが可能である。この結果、トランジスタ２０２ｔは、しきい値電圧がプラスとなる電気特性（ノーマリーオフ特性ともいう。）を有する。

また、電極２３８は、酸化物半導体層２３７より抵抗率が低い。電極２３８の抵抗率が、酸化物半導体層２３７の抵抗率の１×１０^−８倍以上１×１０^−１倍未満であることが好ましく、代表的には１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^４Ωｃｍ未満、または抵抗率が１×１０^−３Ωｃｍ以上１×１０^−１Ωｃｍ未満であるとよい。

酸化物半導体層２３７と同時に形成された酸化物半導体層をプラズマに曝すことにより、酸化物半導体層にダメージを与え、酸素欠損を形成することができる。例えば、酸化物半導体層上に、プラズマＣＶＤ法またはスパッタリング法で膜を成膜すると、酸化物半導体層がプラズマに曝され、酸素欠損が生成される。または、絶縁層２１０ａに開口部を形成するためのエッチング処理において、酸化物半導体層がプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成される。または、酸化物半導体層が、酸素及び水素の混合ガス、水素、希ガス、アンモニア等のプラズマに曝されることで、酸素欠損が生成される。また、酸化物半導体層に不純物を添加することで、酸素欠損を形成しつつ、不純物を酸化物半導体層に添加することができる。不純物の添加方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、プラズマ処理法等がある。プラズマ処理法の場合、添加する不純物を含むガス雰囲気にてプラズマを発生させて、プラズマ処理を行うことによって、加速させた不純物イオンを酸化物半導体層に衝突させ、酸化物半導体層に酸素欠損を形成することができる。

不純物元素の添加により酸素欠損が形成された酸化物半導体層に不純物、一例として水素が含まれると、酸素欠損サイトに水素が入り伝導帯近傍にドナー準位が形成される。この結果、酸化物半導体層は、導電性が高くなり、導電体化する。導電体化された酸化物半導体層を酸化物導電体層ということができる。即ち、酸化物半導体層２３７は、酸化物半導体で形成され、電極２３８は酸化物導電体層で形成されるといえる。また、電極２３８は、導電性の高い酸化物半導体層で形成されるともいえる。また、電極２３８は、導電性の高い金属酸化物層で形成されるともいえる。

なお、一般に、酸化物半導体層は、エネルギーギャップが大きいため、可視光に対して透光性を有する。一方、酸化物導電体層は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体層である。したがって、該ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体層と同程度の透光性を有する。

絶縁層２１０ｂ、２１１は、絶縁層２１０ａと同様の材料を用いて形成することができる。

なお、絶縁層２１１は、水素を含むことが好ましい。電極２３８は、絶縁層２１１に接しているため、絶縁層２１１が水素を含むことで、絶縁層２１１の水素を、酸化物半導体層２３７と同時に形成された酸化物半導体層に拡散させることができる。この結果、酸化物半導体層２３７と同時に形成された酸化物半導体層に不純物を添加することができる。

さらに、絶縁層２１０ｂが、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層で形成され、絶縁層２１１が水素を含む絶縁層で形成されることが好ましい。絶縁層２１０ｂに含まれる酸素がトランジスタ２０２ｔの酸化物半導体層２３７に移動することで、酸化物半導体層２３７の酸素欠損量を低減でき、トランジスタ２０２ｔの電気特性の変動を小さくできると共に、絶縁層２１１に含まれる水素が電極２３８に移動し、電極２３８の導電性を高めることができる。

なお、電極２３８は、可視光において透光性のある導電層を用いて形成してもよい。

図１３において、トランジスタの酸化物半導体層と同時に、容量素子の一方となる電極が形成される。このため、容量素子を形成するために、新たに導電層を形成する工程が不要であり、作製工程数を削減できる。

また、本実施の形態に示す表示装置は、電極２１４の電位の変化に合わせて、導電層２３４の電位を変化させることで、液晶素子に含まれる画素電極としての機能を有する電極の電位を、電極２１４の電位の変化に合わせて変化させることが可能である。この結果、液晶素子に含まれる一対の電極の間の電界を一定にすることが可能であり、優れた表示品位を得ることができる。

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態４）
＜酸化物半導体膜の構造＞

本実施の形態では、トランジスタに用いることが可能な酸化物半導体膜の構造について説明する。

酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。

まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の明視野像および回折パターンの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像によっても明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することが難しい。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

試料面と概略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。

一方、試料面と概略垂直な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。したがって、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

微結晶酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することが困難な領域と、を有する。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認することが困難な場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。

次に、非晶質酸化物半導体膜について説明する。

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体膜である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体膜が一例である。

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することが難しい。

非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。

なお、酸化物半導体膜は、ｎｃ−ＯＳ膜と非晶質酸化物半導体膜との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体膜を、特に非晶質ライク酸化物半導体（ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。

ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することが困難な領域と、を有する。ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜は、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ−ＯＳ膜であれば、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。

なお、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜およびｎｃ−ＯＳ膜の結晶部の大きさの計測は、高分解能ＴＥＭ像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶は層状構造を有し、Ｉｎ−Ｏ層の間に、Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ−ｂ面に対応する。

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ＯＳ膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を適用した表示モジュールについて、説明する。また、本発明の一態様の表示モジュールが適用された電子機器の構成例について説明する。

図１５に示す表示モジュール８０００は、上部カバー８００１と下部カバー８００２との間に、ＦＰＣ８００５Ａ，８００５Ｂに接続された表示装置８００６、バックライトユニット８００７、フレーム８００９、プリント基板８０１０、バッテリー８０１１を有する。なお、バックライトユニット８００７、バッテリー８０１１、などは、設けられない場合もある。

上部カバー８００１及び下部カバー８００２は、表示装置８００６のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。

バックライトユニット８００７は、光源８００８を有する。光源８００８をバックライトユニット８００７の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、光源８００８として、ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子を用いることで可撓性を有する光源８００８とすることができる。

また、バックライトユニット８００７と表示装置８００６の間に、波長変換部材を設けてもよい。波長変換部材は、蛍光顔料、蛍光染料、量子ドット等の波長変換物質を含む。波長変換物質は、バックライトユニット８００７の光を吸収し、該光の一部または全部を別の波長の光に変換することができる。また、波長変換物質である量子ドットは、直径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子である。量子ドットを有する波長変換部材を用いることで、表示装置の色再現性を高めることができる。さらに、波長変換部材は、導光板として機能させてもよい。

フレーム８００９は、表示装置８００６の保護機能の他、プリント基板８０１０の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム８００９は、放熱板としての機能を有していてもよい。

プリント基板８０１０は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。プリント基板８０１０は、表示装置８００６、バックライトユニット８００７、バッテリー８０１１に接続される。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリー８０１１による電源であってもよい。バッテリー８０１１は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。

また、表示モジュール８０００には、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。また、表示モジュール８０００が有する各構成を薄型化することで、表示モジュール８０００をフレキシブルな表示モジュールとすることができる。バックライトユニット８００７については、導光板を用いて薄型化すればよい。

図１６は、本発明の一態様の表示モジュールを含む電子機器の外観図である。

電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置、スマートフォンともいう）、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１６（Ａ）は、表示部を有する携帯情報端末１４００を示している。携帯情報端末１４００は、筐体１４０１に表示部１４０２及び操作ボタン１４０３が組み込まれている。表示部１４０２には、本発明の一態様の表示モジュールが適用できる。そのため、薄型化と良好な表示品位の両立が図られた、携帯情報端末が実現される。

図１６（Ｂ）は、携帯電話機１４１０を示している。携帯電話機１４１０は、筐体１４１１に表示部１４１２、操作ボタン１４１３、スピーカー１４１４、及びマイク１４１５が組み込まれている。表示部１４１２には、本発明の一態様の表示モジュールが適用できる。そのため、薄型化と良好な表示品位の両立が図られた、携帯電話機が実現される。

図１６（Ｃ）は、音楽再生装置１４２０を示している。音楽再生装置１４２０は、筐体１４２１に表示部１４２２、操作ボタン１４２３、アンテナ１４２４が組み込まれている。またアンテナ１４２４からは、無線信号により情報を送受信することができる。表示部１４２２には、本発明の一態様の表示モジュールが適用できる。そのため、薄型化と良好な表示品位の両立が図られた、音楽再生装置が実現される。

以上のように、本実施の形態に示す電子機器には、先の実施の形態に係る表示装置が設けられている。このため、薄型化と良好な表示品位の両立が図られた、電子機器が実現される。

本実施例では、酸化物半導体膜の導電率について、図１９乃至図２１を用いて説明する。

はじめに、試料の構造について図１９を用いて説明する。

図１９（Ａ）は、試料１及び試料２の上面図であり、一点破線Ａ１−Ａ２の断面図を図１９（Ｂ）、（Ｃ）に示す。なお、試料１及び試料２は、上面図が同一であり、断面の積層構造が異なるため、断面図が異なる。試料１の断面図を図１９（Ｂ）に、試料２の断面図を図１９（Ｃ）に、それぞれ示す。なお、試料１の酸化物半導体膜１９０５は、トランジスタ（ＦＥＴ）のチャネル領域に相当する。また、試料２の酸化物半導体膜１９０５は、容量素子（Ｃｓ）の電極に相当する。

試料１は、ガラス基板１９０１上に絶縁膜１９０３が形成され、絶縁膜１９０３上に絶縁膜１９０４が形成され、絶縁膜１９０４上に酸化物半導体膜１９０５が形成される。また、酸化物半導体膜１９０５の両端を、電極として機能する導電膜１９０７、１９０９が覆い、酸化物半導体膜１９０５及び導電膜１９０７、１９０９を絶縁膜１９１０、１９１１が覆う。なお、絶縁膜１９１０、１９１１には、開口部１９１３、１９１５が設けられており、それぞれ当該開口部において、導電膜１９０７、１９０９が露出している。

試料２は、ガラス基板１９０１上に絶縁膜１９０３が形成され、絶縁膜１９０３上に絶縁膜１９０４が形成され、絶縁膜１９０４上に酸化物半導体膜１９０５が形成される。また、酸化物半導体膜１９０５の両端を電極として機能する導電膜１９０７、１９０９が覆い、酸化物半導体膜１９０５及び導電膜１９０７、１９０９を絶縁膜１９１１が覆う。なお、絶縁膜１９１１には、開口部１９１７、１９１９が設けられており、それぞれ当該開口部において、導電膜１９０７、１９０９が露出している。

このように、試料１及び試料２は、酸化物半導体膜１９０５上に接する絶縁膜の構造が異なる。試料１は、酸化物半導体膜１９０５と絶縁膜１９１０が接しており、試料２は、酸化物半導体膜１９０５と絶縁膜１９１１が接している。

次に、各試料の作製方法について説明する。

はじめに、試料１の作製方法について説明する。

ガラス基板１９０１上に、絶縁膜１９０３として、プラズマＣＶＤ法により厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜を成膜した。

次に、絶縁膜１９０３上に、絶縁膜１９０４として、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を成膜した。

次に、絶縁膜１９０４上に、酸化物半導体膜１９０５として、金属酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１）を用い、スパッタリング法により厚さ３５ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜（以下、ＩＧＺＯ膜ともいう。）を成膜した後、４５０℃の窒素雰囲気で１時間の加熱処理を行い、４５０℃の窒素及び酸素の混合雰囲気で１時間の加熱処理を行った。その後、フォトリソグラフィ工程により形成したマスクを用いてエッチング処理を行い、酸化物半導体膜１９０５を形成した。

次に、絶縁膜１９０３及び酸化物半導体膜１９０５上に、スパッタリング法により厚さ５０ｎｍのタングステン膜、厚さ４００ｎｍのアルミニウム膜、及び厚さ１００ｎｍのチタン膜を順に積層した後、フォトリソグラフィ工程により形成したマスクを用いてエッチング処理を行い、導電膜１９０７及び導電膜１９０９を形成した。

次に、絶縁膜１９０４、酸化物半導体膜１９０５、導電膜１９０７、及び導電膜１９０９上に、絶縁膜１９１０として、プラズマＣＶＤ法により厚さ４５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を成膜した後、３５０℃の窒素及び酸素の混合雰囲気で１時間の加熱処理を行った。

次に、絶縁膜１９１０上に、絶縁膜１９１１として、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を成膜した。

次に、絶縁膜１９１１上に、フォトリソグラフィ工程により形成したマスクを設けた後、エッチング処理を行い、絶縁膜１９１０、及び絶縁膜１９１１に開口部１９１３、１９１５を形成した。

以上の工程により試料１を作製した。

次に、試料２の作製方法について説明する。

試料１の絶縁膜１９０３、酸化物半導体膜１９０５、導電膜１９０７、及び導電膜１９０９上に、絶縁膜１９１０として、プラズマＣＶＤ法により厚さ４５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を成膜した後、３５０℃の窒素及び酸素の混合雰囲気で１時間の加熱処理を行った。その後、絶縁膜１９１０の除去を行った。

次に、絶縁膜１９０４、酸化物半導体膜１９０５、導電膜１９０７、及び導電膜１９０９上に、絶縁膜１９１１として、プラズマＣＶＤ法により厚さ５０ｎｍの窒化シリコン膜を成膜した。

次に、絶縁膜１９１１上に、フォトリソグラフィ工程により形成したマスクを設けた後、エッチング処理を行い、絶縁膜１９１１に開口部１９１７、１９１９を形成した。

以上の工程により試料２を作製した。

次に、試料１及び試料２に設けられた酸化物半導体膜１９０５の導電率を測定した。試料１においては、開口部１９１３の導電膜１９０７及び開口部１９１５の導電膜１９０９にプローブを接触させ、酸化物半導体膜１９０５のシート抵抗値を測定した。また、試料２においては、開口部１９１７の導電膜１９０７及び開口部１９１９の導電膜１９０９にプローブを接触させ、酸化物半導体膜１９０５のシート抵抗値を測定した。なお、試料１及び試料２の酸化物半導体膜１９０５において、導電膜１９０７及び導電膜１９０９が対向する幅Ｗを１ｍｍ、間隔Ｄを１０μｍとした。また、試料１及び試料２において、導電膜１９０７を接地電位とし、導電膜１９０９に１Ｖを印加した。次に、試料１及び試料２に含まれる酸化物半導体膜１９０５のシート抵抗値から導電率を計算で求めた。

試料１及び試料２の導電率を図２０に示す。

試料１の平均導電率は、３．０４×１０^−４Ｓ／ｍであった。また、試料２の平均導電率は、９．９１×１０^３Ｓ／ｍあった。

このように、酸化物半導体膜１９０５に接する絶縁膜の違いにより、酸化物半導体膜１９０５の導電率は、異なる値を示す。

試料１は、酸化物半導体膜１９０５上に接して絶縁膜１９１０として用いる酸化窒化シリコン膜が形成されている。酸化物半導体膜１９０５は絶縁膜１９１１として用いる窒化シリコン膜と接していない。一方、試料２は、酸化物半導体膜１９０５上に接して絶縁膜１９１１として用いる窒化シリコン膜が形成されている。このように、酸化物半導体膜１９０５は、絶縁膜１９１１として用いる窒化シリコン膜に接して設けると、酸化物半導体膜１９０５に欠陥、代表的には酸素欠損が形成されると共に、該窒化シリコン膜に含まれる水素が、酸化物半導体膜１９０５へ移動又は拡散する。これらの結果、酸化物半導体膜１９０５の導電率が上昇する。

例えば、トランジスタのチャネル領域に酸化物半導体膜を用いる場合、試料１に示すように酸化物半導体膜に接して酸化窒化シリコン膜を設ける構成が好ましい。また、容量素子の電極としては、試料２に示すように酸化物半導体膜に接して窒化シリコン膜を設ける構成が好ましい。このような構成を用いることによって、トランジスタのチャネル領域に用いる酸化物半導体膜と、容量素子の電極に用いる酸化物半導体膜と、を同一工程で作製しても酸化物半導体膜の導電率を変えることができる。

次に、上面形状が試料２と異なり、断面形状が試料２と同じである試料３を作製した。次に、試料３において、高温高湿環境で保存した試料の導電率を求めた。

次に、試料３に設けられた酸化物半導体膜１９０５のシート抵抗値を測定した。試料３においては、開口部１９１７及び開口部１９１９にプローブを接触させ、酸化物半導体膜１９０５のシート抵抗を測定した。なお、試料３の酸化物半導体膜１９０５において、上面形状において導電膜１９０７及び導電膜１９０９が対向する幅Ｗを１．５ｍｍ、間隔Ｄを１０μｍとした。また、試料３において、導電膜１９０７を接地電位とし、導電膜１９０９に１Ｖを印加した。また、温度６０℃、湿度９５％の雰囲気において、試料３を、６０時間、１３０時間、６５０時間、及び１０００時間保管した後、試料のシート抵抗値を測定した。ここでは、２つの試料３の測定を行った。次に、シート抵抗値より導電率を計算で求めた。

試料３の導電率を図２１に示す。

図２１より、試料３は、導電率が高い。また、試料３は、導電率の時間変動量が少ないことがわかる。以上のことから、窒化シリコン膜に接する酸化物半導体膜は、高温高湿環境において、導電率の変動量が少ないため、容量素子の電極として用いることができる。

本実施例に示す構成は、他の実施の形態、又は実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

Ｇ１ 選択線
Ｍ１ トランジスタ
Ｍ２ トランジスタ
Ｍ３ トランジスタ
Ｍ４ トランジスタ
１０ 基板
１１ トランジスタ
１２ 容量素子
１３ 電極
１４ 導電層
１５ 導電層
１６ 絶縁層
１７ 半導体層
１８ 導電層
１９ 導電層
２０ 液晶層
２１ 導電層
２２ 導電層
２３ 電極
２４ カラーフィルタ
３０ 基板
３１ トランジスタ
３２ 容量素子
３３ 電極
３４ 導電層
３５ 絶縁層
３６ 半導体層
３７ 電極
３８ 導電層
３９ 導電層
４１ 液晶パネル
４２ タッチセンサ
４３ 電極
４４ カラーフィルタ
２００ａ 基板
２００ｂ 基板
２０１ｇ 液晶素子
２０１ｒ 液晶素子
２０２ｇ トランジスタ
２０２ｒ トランジスタ
２０２ｔ トランジスタ
２０４ａ トランジスタ
２０４ｂ トランジスタ
２０６ｇ 容量素子
２０６ｒ 容量素子
２０６ｔ 容量素子
２０８ｇ 電極
２０８ｒ 電極
２０９ａ 絶縁層
２１０ａ 絶縁層
２１０ｂ 絶縁層
２１１ 絶縁層
２１２ａ 絶縁層
２１２ｂ 絶縁層
２１４ 電極
２１６ スペーサ
２２０ａ 接続電極
２２０ｂ 接続電極
２２２ａ 異方性導電膜
２２２ｂ 異方性導電膜
２２４ａ ＦＰＣ
２２４ｂ ＦＰＣ
２２６ａ 絶縁層
２２６ｂ 絶縁層
２２８ 液晶層
２３３ 導電層
２３４ 導電層
２３５ 絶縁層
２３７ 酸化物半導体層
２３８ 電極
２３９ 導電層
２４０ 導電層
２４２ 導電層
２４４ 開口部
２４８ 酸化物半導体層
２４９ 酸化物半導体層
２５０ａ 端子部
２５０ｂ 端子部
２５０ｄ 駆動回路部
２５０ｐ 画素部
３０８ｂ 酸化物導電体層
１４００ 携帯情報端末
１４０１ 筐体
１４０２ 表示部
１４０３ 操作ボタン
１４１０ 携帯電話機
１４１１ 筐体
１４１２ 表示部
１４１３ 操作ボタン
１４１４ スピーカー
１４１５ マイク
１４２０ 音楽再生装置
１４２１ 筐体
１４２２ 表示部
１４２３ 操作ボタン
１４２４ アンテナ
８０００ 表示モジュール
８００１ 上部カバー
８００２ 下部カバー
８００５Ａ ＦＰＣ
８００６ 表示装置
８００７ バックライトユニット
８００８ 光源
８００９ フレーム
８０１０ プリント基板
８０１１ バッテリー

Claims (7)

1. 第１の基板と、第２の基板と、液晶層と、を有する表示装置であって、
   第１のトランジスタと、第１の容量素子と、第１の配線と、第１の電極と、第２のトランジスタと、第２の電極と、第２の容量素子と、第３の電極と、を有し、
   前記液晶層は、前記第１の電極と、前記第３の電極との間に設けられ、
   前記第１のトランジスタと、前記第１の容量素子と、前記第１の配線と、前記第１の電極とは、前記第１の基板に設けられ、
   前記第１のトランジスタは、前記第１の電極に電気的に接続され、
   前記第１の電極は、前記液晶層の画素電極としての機能を有し、
   前記第１の容量素子の一方の電極は、前記第１の電極に電気的に接続され、
   前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第１の配線に電気的に接続され、
   前記第１の配線は、第１の信号が与えられる機能を有し、
   前記第２のトランジスタと、前記第２の電極と、前記第２の容量素子と、前記第３の電極とは、前記第２の基板に設けられ、
   前記第２のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第２の電極に電気的に接続され、
   前記第２の電極は、前記第２の容量素子の一方の電極としての機能を有し、
   前記第３の電極は、前記第２の容量素子の他方の電極としての機能を有し、
   前記第３の電極は、前記液晶層の対向電極としての機能を有し、
   前記第３の電極は、第２の信号が与えられる機能を有し、
   前記第２の信号は、前記第１の信号と同じ周期で変動する信号である、ことを特徴とする表示装置。
2. 請求項１において、
   前記第２の基板は、第３のトランジスタと、第４のトランジスタと、を有し、
   前記第３のトランジスタのゲートは、前記第２の電極に電気的に接続され、
   前記第２のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第２の配線に電気的に接続され、
   前記第２の配線は、定電位が与えられる機能を有し、
   前記第３のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第４のトランジスタのソース又はドレインの一方に電気的に接続され、
   前記第４のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第３の配線に電気的に接続され、
   前記第３の配線は、前記第２の電極の電位に従って電位が変化する機能を有する、ことを特徴とする表示装置。
3. 請求項１又は２のいずれか一において、
   前記第２のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有し、
   前記第３のトランジスタは、半導体層が酸化物半導体を有することを特徴とする表示装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
   前記第２の電極は、前記第２のトランジスタが有する半導体層と、前記第３のトランジスタが有する半導体層と、同じ層に設けられる電極である、ことを特徴とする表示装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一において、
   前記第１のトランジスタは、第１の半導体層を有し、
   前記第１の半導体層は、酸化物半導体を有し、
   前記第１の半導体層は、第１の金属元素を有し、
   前記第１の容量素子の他方の電極は、前記第１の金属元素と、酸素とを有し、
   前記第１の半導体層は、第１の水素濃度である領域を有し、
   前記第１の容量素子の他方の電極は、第２の水素濃度である領域を有し、
   前記第１の水素濃度と、前記第２の水素濃度は、互いに異なる、ことを特徴とする表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一に記載の前記表示装置と、
   前記表示装置に電気的に接続されたプリント基板と、
   を有することを特徴とする表示モジュール。
7. 請求項６に記載の表示モジュールと、
   操作ボタンと、
   を有することを特徴とする電子機器。

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