JP2017120446A

JP2017120446A - 液晶表示装置

Info

Publication number: JP2017120446A
Application number: JP2017062448A
Authority: JP
Inventors: 研一脇本; Kenichi Wakimoto; 早川　昌彦; Masahiko Hayakawa; 昌彦早川
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2017-07-06
Also published as: JP2015045872A; JP2016181005A; KR20120107014A; US8947406B2; JP2019174839A; CN102714029A; CN102714029B; TWI573119B; JP2011170343A; KR101816505B1; US20110181802A1; WO2011090087A1; JP2018060225A; JP5631759B2; TW201137846A

Abstract

【課題】デジタルデータファイルで提供される画像に適した表示方法を提供することを課題とする。また、表示装置の状態または使用者の希望に応じて、画質および消費電力を調整して画像を表示する、表示装置の表示方法を提供することを課題とする。【解決手段】デジタルデータファイルで提供される画像と、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられた情報を用いて、オフ電流が低減されたスイッチング素子に接続された画素電極を有する画素を複数設けた表示装置に、画像を表示すればよい。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置を制御する情報を含むファイルを用いる表示装置の表示方法に関する
。

複数の画素をマトリクス状に配置し、各画素にスイッチングトランジスタ、及び該スイッ
チングトランジスタに接続する表示素子を設けたアクティブマトリクス型の表示装置が知
られている。

また、アクティブマトリクス型の表示装置に好適なスイッチングトランジスタとして、金
属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタが注目を集めている（特許文献１及び特
許文献２）。また、アクティブマトリクス型の表示装置に適用できる表示素子としては、
例えば液晶素子や、電気泳動方式などを用いた電子インクをその例に挙げることができる
。

液晶素子を適用したアクティブマトリクス型の表示装置は、液晶素子の動作速度を活かし
た動画表示から、豊かな階調をもった静止画の表示まで幅広い用途に用いられている。

また、電子インクを適用したアクティブマトリクス型の表示装置は、電力の供給を停止し
た後も表示画像が維持される電子インクの特性、所謂メモリ性を有する特性を活かし、極
めて消費電力が少ない表示装置に用いられている。

特開２００７−１２３８６１号公報特開２００７−９６０５５号公報

従来のアクティブマトリクス型の表示装置が有するスイッチングトランジスタはオフ電流
が大きく、オフ状態であっても画素に書き込んだ信号が漏れて消失してしまうという特徴
があった。このような特徴は動画を表示する際には問題とならないが、静止画のように同
一の画像を表示し続ける場合であっても頻繁に画素に信号を書き込み直す必要が生じ、電
力の無駄を省くことが困難であった。

そこで、アクティブマトリクス型の表示装置にメモリ性を有する表示素子を適用して、消
費電力を低減する方法が用いられている。しかしながら、メモリ性を有する表示素子の多
くは動作速度が遅く、画素に設けたスイッチングトランジスタが高速に動作しても追従で
きず、動画の表示は困難であった。

また、動画と静止画を混在して扱う表示装置においては、例えば表示画像の特性に合わせ
て画素に信号を書き込む頻度を調節する方法などを用いて、動画表示と消費電力の低減を
両立できる表示装置が望まれている。

また、社会の情報化にともない、動画と静止画の多くがデジタルデータファイルで提供さ
れるようになった。しかし、デジタルデータファイルは多様な形式が用いられており、そ
れぞれに適した表示方法を選択する作業は使用者にとって極めて煩雑である。

その一方で表示装置の状態（例えば、バッテリ残量等）、または希望に応じて使用者が表
示装置の動作を選択できる余地も表示装置には望まれている。

本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、その目的は
、デジタルデータファイルで提供される画像に適した表示方法を提供することを課題とす
る。

また、表示装置の状態または使用者の希望に応じて、画質および消費電力を調整して画像
を表示する、表示装置の表示方法を提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、オフ電流が低減されたスイッチング素子に接続された画素電
極を有する画素を複数設けた表示装置に、デジタルデータファイルで提供される画像を、
デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられた情報を用いて表示
すればよい。

本明細書で開示する本発明の一態様は、デジタルデータファイルで提供される画像と、デ
ジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられた情報を用いて、オフ
電流が低減されたスイッチング素子に接続された画素電極を有する画素を複数設けた表示
装置で画像を表示する表示方法である。

また、本発明の一態様は、表示パネルと画像処理回路と、を有し、表示パネルは画素を複
数有し、画素は走査線と信号線に接続され、オフ電流が低減されたトランジスタとトラン
ジスタに接続された画素電極と、を有し、画素電極は液晶の配向状態を制御し、画像処理
回路はデジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられた情報を記憶
する記憶回路と、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられた
情報に従って表示パネルに画像信号と制御信号を出力する表示制御回路と、を有する表示
装置の表示方法である。

また、本発明の一態様は、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付
けられた情報がデジタルデータファイルの拡張子である、上記の表示装置の表示方法であ
る。

また、本発明の一態様は、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付
けられた情報がデジタルデータファイルのスクリプトである、上記の表示装置の表示方法
である。

また、本発明の一態様は、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付
けられた情報がデジタルデータファイルのヘッダ情報である、上記の表示装置の表示方法
である。

また、本発明の一態様は、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタに接続され
た液晶素子を画素に有する、上記の表示装置の表示方法である。

なお、本明細書において、電圧とは、ある電位と、基準の電位（例えばグラウンド電位）
との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧
、電圧差と言い換えることが可能である。

本発明によればデジタルデータファイルで提供される画像に適した表示方法を提供できる
。また、表示装置の状態または使用者の希望に応じて、画質および消費電力を調整して画
像を表示する、表示装置の表示方法を提供できる。

実施の形態に係わる表示装置の構成を説明するブロック図。実施の形態に係わる表示装置の動作モードの選択方法を説明する図、及び拡張子と動作モードを関連付けた参照表の一例。実施の形態に係わる表示パネルの構成を説明するブロック図。実施の形態に係わる表示装置の動作を説明するタイミングチャート。実施の形態に係わる表示装置の動作を説明するタイミングチャート。実施の形態に係わる表示装置の動作を説明するタイミングチャート。実施の形態に係わる画像と表示装置の動作に関連付けられた情報を格納するファイル構成を説明する図。実施の形態に係わるトランジスタを説明する断面図。実施の形態に係わるトランジスタの作成工程を説明する断面図。実施の形態に係わる表示装置を搭載した電子機器の一例を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、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）
本実施の形態では、デジタルデータファイルで提供される画像の種類に応じて表示装置の
動作を決定し、当該画像を表示する表示装置の構成及び方法について図１、乃至図６を用
いて説明する。

まず、本明細書に係る表示装置１００の各構成について、図１にブロック図を示して説明
する。本実施の形態の表示装置１００は、画像処理回路１１０、表示パネル１２０、及び
照明手段１３０を有する。

本実施の形態の表示装置１００は、接続された外部機器から制御信号、デジタルデータフ
ァイル、電源電位が供給されている。制御信号としてはスタートパルスＳＰ、及びクロッ
ク信号ＣＫ、電源電位としては高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃ
ｏｍが供給される。また、画像と表示装置の動作に関連付けられた情報がデジタルデータ
ファイルで記憶回路１１６に供給される。

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

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

デジタルデータファイルは画像を提供する。画像を提供するデジタルデータファイルは容
量を小さくするために圧縮されている場合がある。また、デジタルデータファイル自身が
画像データを格納していても良いが、外部記憶回路に保存された画像ファイルの場所を示
すスクリプトファイル等であってもよい。外部の記憶回路に画像ファイルを保存しておく
ことで、デジタルデータファイルの容量を小さくできる。

また、デジタルデータファイルは表示装置の動作に関連付けられた情報を提供する。表示
装置の動作に関連付けられた情報としては、表示装置の動作を指定するものであれば特に
限定されない。例えば、表示装置に画像を書き込む間隔、頻度、及び回数等を指定する命
令および／または情報が挙げられる。また、表示装置に画像を表示する位置を指定する情
報、表示装置の表示画面を複数に分割して駆動する命令などをその例にあげることができ
る。

また、表示装置の動作に関連付けられた情報を提供する形式は特に限定されない。例えば
、デジタルデータファイルの拡張子、デジタルデータファイル内に記述されたスクリプト
、及びヘッダ情報などを用いることができる。

なお、デジタルデータファイルが提供する表示装置の動作に関連付けられた情報は、オフ
電流が低減されたスイッチング素子を画素に設けた表示装置にのみ利用される情報である
必要はないが、オフ電流が低減されたスイッチング素子を画素に設けた表示装置にのみ利
用される情報を含んでいてもよい。

デジタルデータファイルは、記憶回路１１６に読み込まれた後、表示制御回路１１３の内
部で画像信号Ｄａｔａに変換される。画像信号Ｄａｔａはドット反転駆動、ソースライン
反転駆動、ゲートライン反転駆動、フレーム反転駆動等に応じて適宜反転させて表示パネ
ル１２０に入力される構成とすればよい。

次に、画像処理回路１１０の構成、及び画像処理回路１１０が信号を処理する手順につい
て説明する。

画像処理回路１１０は、記憶回路１１６、分離回路１１７、デコーダ１１９、及び表示制
御回路１１３を有する。画像処理回路１１０は、デジタルデータファイルから表示パネル
信号と照明手段信号を生成する。表示パネル信号は、表示パネル１２０を制御する信号と
画像信号を含み、照明手段信号は照明手段１３０を制御する信号である。また、画像処理
回路１１０は共通電極部１２８の電位を制御する信号をスイッチング素子１２７に出力す
る。

記憶回路１１６は、入力されるデジタルデータファイルを記憶する。また、記憶回路１１
６はデジタルデータファイルの拡張子と動作モードを関連付けた参照表を記憶している。
なお記憶回路は、例えばＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅ
ｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等
の記憶素子を用いて構成すればよい。

分離回路１１７は、画像処理回路１１０の動作を決定する。例えば、デジタルデータファ
イルの拡張子と動作モードを関連付けた参照表を検索し、表示動作を決定すればよい。ま
た、外部装置もしくは表示装置の使用者が入力手段ＳＷを介して入力する値に従って、表
示動作を決定する。具体的には、記憶回路１１６に記憶されたデジタルデータファイルを
デコーダ１１９に出力するか、表示制御回路１１３に出力するかを選択する。また、分離
回路１１７は、デジタルデータファイルが基準フレームを含む場合、該基準フレームを分
離し、復号し、１フレーム分の画像を生成して、表示制御回路１１３に出力する。

デコーダ１１９は、デジタルデータファイルが提供する圧縮された画像を復号して表示制
御回路１１３に出力する。

表示制御回路１１３は、制御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号Ｃ
Ｋ等の制御信号の供給または停止の切り替えるための信号）、並びに分離回路１１７もし
くはデコーダ１１９が出力する画像信号を表示パネル１２０に供給し、照明手段１３０に
照明手段信号（具体的には照明手段１３０を点灯、及び消灯するための信号）を供給する
。

照明手段１３０は照明手段制御回路、及び照明を有する。照明手段は表示装置１００の用
途に応じて選択して組み合わせればよく、例えばフルカラーの画像を表示する場合は、光
の三原色を含む光源を用いる。本実施の形態では例えば白色の発光素子（例えばＬＥＤ）
を配置する。透過型、及び半透過型の液晶素子を用いる場合は、照明手段を表示素子の背
面に配置する。また、反射型の液晶素子を用いる場合は、照明手段は表示素子の表示面側
から表示素子に光を照射する位置に配置すればよい。

なお照明手段制御回路には、表示制御回路１１３から照明手段を制御する照明手段信号、
及び電源電位が供給される。例えば照明時間を制限する信号を照明手段制御回路に供給し
、消費電力を低減してもよい。

表示パネル１２０は画素部１２２、及びスイッチング素子１２７を有する。本実施の形態
では、表示パネル１２０は第１の基板と、第２の基板を有し、第１の基板には駆動回路部
１２１、画素部１２２、及びスイッチング素子１２７が設けられている。また、第２の基
板には共通接続部（コモンコンタクトともいう）、及び共通電極部１２８（コモン電極部
、または対向電極部ともいう）が設けられている。なお、共通接続部は第１の基板と第２
の基板を電気的に接続するものであって、共通接続部は第１の基板上に設けられていても
よい。

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

また、画素１２３はオフ電流が低減されたトランジスタ、該トランジスタに接続された画
素電極、容量素子、及び表示素子を有し、該画素電極は可視光を透過する透光性を有する
領域と、可視光を反射する領域とを有する。

画素１２３が有するオフ電流が低減されたトランジスタがオフ状態のとき、当該トランジ
スタに接続された表示素子、並びに容量素子に蓄えられた電荷は、オフ状態のトランジス
タを介して漏れ難く、トランジスタがオフ状態になる前に書き込まれた状態を長期間に渡
って保持できる。

表示素子の一例としては液晶素子を挙げることができる。例えば液晶素子は、該画素電極
とそれに対向する共通電極部との間に液晶層を挟持して形成する。なお、該画素電極の透
光性を有する領域は照明手段の光を透過し、該画素電極の可視光を反射する領域は液晶層
を介して入射する光を反射する。なお、該画素電極の透光性を有する領域と照明手段１３
０を設けず反射型の液晶素子のみを利用し、消費電力を削減する構成としてもよい。

液晶素子の一例としては、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する
素子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構造されることが可能である。なお、
液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（即ち、縦方向の電界）によって制御される
。

液晶素子に適用する液晶の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメク
チック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子
液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型
高分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。

また液晶の駆動方法の一例としては、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、
ＳＴＮ（ＳｕｐｅｒＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａ
ｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、
ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬ
Ｃ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード、Ｐ
ＤＬＣ（ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード
、ＰＮＬＣ（ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏｒｋＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード
、ゲストホストモードなどがある。

駆動回路部１２１は、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、信号線側駆動回路１２１Ｂを有する
。ゲート線側駆動回路１２１Ａ、信号線側駆動回路１２１Ｂは、複数の画素を有する画素
部１２２を駆動するための駆動回路であり、シフトレジスタ回路（シフトレジスタともい
う）を有する。

なお、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及び信号線側駆動回路１２１Ｂは、画素部１２２ま
たはスイッチング素子１２７と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成さ
れるものであってもよい。

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

端子部１２６は、画像処理回路１１０が有する表示制御回路１１３が出力する所定の信号
（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像
信号Ｄａｔａ、共通電位Ｖｃｏｍ等）等を駆動回路部１２１に供給する入力端子である。

スイッチング素子１２７は、表示制御回路１１３が出力する制御信号に応じて、共通電位
Ｖｃｏｍを共通電極部１２８に供給する。スイッチング素子１２７としては、トランジス
タを用いることができる。トランジスタのゲート電極を表示制御回路１１３に接続し、ソ
ース電極またはドレイン電極の一方を、端子部１２６を介して共通電位Ｖｃｏｍに接続し
、他方を共通電極部１２８に接続すればよい。なお、スイッチング素子１２７は駆動回路
部１２１、または画素部１２２と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成
されるものであってもよい。

共通接続部は、スイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電極と接続された端
子を介して、共通電極部１２８と電気的に接続する。

また、共通接続部の具体的な一例としては、絶縁性球体に金属薄膜が被覆された導電粒子
により電気的な接続を図ればよい。なお、共通接続部は、第１の基板及び第２の基板に複
数箇所設けられる構成としてもよい。

共通電極部１２８は、画素部１２２に複数設けられた画素電極と重畳して設けることが好
ましい。また共通電極部１２８及び画素部１２２が有する画素電極は、多様な開口パター
ンを有する形状としてもよい。

次に、画素部１２２が有する画素１２３の構成を、図３に示す等価回路を用いて説明する
。

画素１２３はトランジスタ２１４、表示素子２１５、及び容量素子２１０を有する。なお
、本実施の形態では表示素子２１５に液晶素子を用いる。液晶素子は第１の基板上の画素
電極と第２の基板上の共通電極部１２８の間に液晶層を挟持して形成する。

トランジスタ２１４は、画素部に設けられた複数のゲート線１２４のうちの一つとゲート
電極が接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方が複数の信号線１２５のうちの一
つと接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方が容量素子２１０の一方の電極、及
び表示素子２１５の一方の電極と接続される。

トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いる。トランジスタ２１
４がオフ状態のとき、オフ電流が低減されたトランジスタ２１４に接続された表示素子２
１５、及び容量素子２１０に蓄えられた電荷は、トランジスタ２１４を介して漏れ難く、
トランジスタ２１４がオフ状態になる前に書き込まれた状態を長期間に渡って保持できる
。

このような構成とすることで、容量素子２１０は表示素子２１５に加える電圧を保持する
ことができる。なお、容量素子２１０を設けない構成とすることもできる。また、容量素
子２１０の電極は、別途設けた容量線に接続する構成としてもよい。

スイッチング素子の一態様であるスイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電
極の一方は、トランジスタ２１４と接続されていない容量素子２１０の他方の電極、及び
表示素子２１５の他方の電極と接続され、スイッチング素子１２７のソース電極またはド
レイン電極の他方は、共通接続部を介して端子１２６Ｂに接続される。また、スイッチン
グ素子の一態様であるスイッチング素子１２７のゲート電極は端子１２６Ａに接続される
。

次に、画素１２３に供給する信号の様子を、図３に示す表示装置の等価回路図、及び図４
に示すタイミングチャートを用いて説明する。

図４に、表示制御回路１１３がゲート線側駆動回路１２１Ａに供給するクロック信号ＧＣ
Ｋ、及びスタートパルスＧＳＰを示す。また、表示制御回路１１３が信号線側駆動回路１
２１Ｂに供給するクロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰを示す。なお図４では
、クロック信号の波形を単純な矩形波で示して、クロック信号の出力のタイミングを説明
する。

また図４に、信号線１２５の電位、画素電極の電位、端子１２６Ａの電位、端子１２６Ｂ
の電位、並びに共通電極部の電位を示す。

図４において期間３０１は、新たに画像信号を書き込む期間に相当する。期間３０１では
画像信号、共通電位が画素部１２２の各画素、共通電極部に供給されるように動作する。

また、期間３０２は、静止画を表示する期間に相当する。期間３０２では、画素部１２２
の各画素への画像信号、共通電極部への共通電位を停止することとなる。なお図４に示す
期間３０２では、駆動回路部の動作を停止するよう各信号を供給する構成について示した
が、期間３０２の長さ及びリフレッシュレートによって、定期的に画像信号を書き込むこ
とで静止画の画像の劣化を防ぐ構成とすることが好ましい。

期間３０１では、クロック信号ＧＣＫとして、常時クロック信号が供給され、スタートパ
ルスＧＳＰとして、垂直同期周波数に応じたパルスが供給される。また、期間３０１では
、クロック信号ＳＣＫとして、常時クロック信号が供給され、スタートパルスＳＳＰとし
て、１ゲート選択期間に応じたパルスが供給される。

また、期間３０１では、各行の画素に画像信号Ｄａｔａが信号線１２５を介して供給され
、ゲート線１２４の電位に応じて画素電極に信号線１２５の電位が供給される。

また、期間３０１では、表示制御回路がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッ
チング素子１２７を導通状態とする電位を供給し、端子１２６Ｂを介して共通電極部に共
通電位を供給する。

一方、期間３０２は、静止画を表示する期間である。期間３０２では、クロック信号ＧＣ
Ｋ、スタートパルスＧＳＰ、クロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰは共に停止
する。また、期間３０２において、信号線１２５に供給していた画像信号Ｄａｔａは停止
する。クロック信号ＧＣＫ及びスタートパルスＧＳＰが共に停止する期間３０２では、ト
ランジスタ２１４が非導通状態となり画素電極の電位が浮遊状態（フローティング）とな
る。

また、期間３０２では、表示制御回路がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッ
チング素子１２７を非導通状態とする電位を供給し、共通電極部の電位を浮遊状態にする
。

期間３０２では、表示素子２１５の両端の電極、即ち画素電極及び共通電極部の電位を浮
遊状態にして、新たに電位を供給することなく、静止画の表示を行うことができる。

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

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

次に、画像の書き込み動作から書き込まれた画像の保持に切り替わる期間（図４中の期間
３０３）、及び書き込まれた画像の保持から画像の書き込み動作に切り替わる期間（図４
中の期間３０４）における表示制御回路の動作を、図５（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する
。図５（Ａ）、（Ｂ）は表示制御回路が出力する、高電源電位Ｖｄｄ、クロック信号（こ
こではＧＣＫ）、スタートパルス信号（ここではＧＳＰ）、及び端子１２６Ａの電位を示
す。

画像の書き込み動作から書き込まれた画像の保持に切り替わる期間の表示制御回路の動作
を図５（Ａ）に示す。表示制御回路は、スタートパルスＧＳＰを停止する（図５（Ａ）の
Ｅ１、第１のステップ）。次いで、スタートパルス信号ＧＳＰの停止後、パルス出力がシ
フトレジスタの最終段まで達した後に、クロック信号ＧＣＫを停止する（図５（Ａ）のＥ
２、第２のステップ）。次いで、電源電圧の高電源電位Ｖｄｄを低電源電位Ｖｓｓにする
（図５（Ａ）のＥ３、第３のステップ）。次いで、端子１２６Ａの電位を、スイッチング
素子１２７が非導通状態となる電位にする（図５（Ａ）のＥ４、第４のステップ）。

以上の手順をもって、駆動回路部１２１の誤動作を引き起こすことなく、駆動回路部１２
１に供給する信号を停止できる。画像の書き込み動作から書き込まれた画像の保持に切り
替わる際の誤動作はノイズを生じ、ノイズは画像に書き込まれて保持されるため、誤動作
が少ない表示制御回路を搭載した表示装置が好ましい。

次に書き込まれた画像の保持から画像の書き込み動作に切り替わる期間の表示制御回路の
動作を図５（Ｂ）に示す。表示制御回路は、端子１２６Ａの電位をスイッチング素子１２
７が導通状態となる電位にする（図５（Ｂ）のＳ１、第１のステップ）。次いで、電源電
圧を低電源電位Ｖｓｓから高電源電位Ｖｄｄにする（図５（Ｂ）のＳ２、第２のステップ
）。次いで、クロック信号を供給する前にハイの電位を与えた後、クロック信号ＧＣＫを
供給する（図５（Ｂ）のＳ３、第３のステップ）。次いでスタートパルス信号ＧＳＰを供
給する（図５（Ｂ）のＳ４、第４のステップ）。

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

また、画像の書き込み動作する期間６０１、または書き込まれた画像を保持する期間６０
２における、フレーム期間毎の画像信号の書き込み頻度を、図６に模式的に示す。図６中
、「Ｗ」は画像信号の書き込み期間であることをあらわし、「Ｈ」は画像信号を保持する
期間であることを示している。また、図６中、期間６０３は１フレーム期間を表したもの
であるが、別の期間であってもよい。

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

次に、デジタルデータファイルで提供される表示装置１００の動作に関連付けられた情報
を用いて、デジタルデータファイルで提供される画像を、表示装置１００に表示する方法
について図２を用いて説明する。なお、ここでは表示装置１００の動作に関連付けられた
情報として、デジタルデータファイルの拡張子を利用する。なお、記憶回路１１６はファ
イルの拡張子と動作モードを関連付けた参照表を記憶している。

拡張子と動作モードを関連付けた参照表の一例を図２（Ｂ）に示す。なお、図２（Ｂ）に
示す参照表、および参照表に記載された拡張子は一例であり、本実施の形態の表示装置に
適用可能なファイル形式を限定するものではない。

本実施の形態で説明する表示装置の動作モードを選択する方法（動作モード選択方法６０
）を図２（Ａ）に示す。第１のステップ（データ入力６１）では、表示装置にデジタルデ
ータファイルを入力する。第２のステップ（拡張子判別６２）では、表示装置が拡張子と
動作モードを関連付けた参照表から、入力されたデジタルデータファイルの拡張子を検索
し、動作モードを決定する。具体的には、拡張子としてｔｘｔやｊｐｇが付与された静止
画のときには、表示パネルの書き換え頻度を低下させた静止画モード６６を選定する。

第３のステップ（標準ｏｒ簡易再生６３）では、使用者が動画モードで用いる動作を選
定する。具体的には、動画の全てのフレームを再生する標準再生モード６４か、フレーム
を間引いて再生する簡易再生モード６５を選択する。標準再生モードでは、デジタルデー
タファイルで提供される動画の書き換え頻度（フレームレート）情報に従って、動画を表
示する。なお、簡易再生モードにおいては、例えばフレームを間引いて基準フレームのみ
復号するため、画像処理回路に加わる負荷を軽減でき、消費電力を抑制できる。

従来のアクティブマトリクス型の表示装置は画素に書き込んだ電荷が時間の経過と共に漏
れて消失してしまうという特徴があり、静止画のように同一の画像を表示し続ける場合で
あっても頻繁に画素に信号を書き込み直す必要があった。

しかし、本実施の形態で例示する表示装置１００が有する表示パネル１２０に設けた表示
素子は、オフ電流が低減されたスイッチング素子に接続されている。オフ電流が低減され
たトランジスタに接続された表示素子、並びに容量素子に蓄えられた電荷はオフ状態のト
ランジスタを介して漏れ難く、トランジスタがオフ状態になる前に書き込まれた状態を長
期間に渡って保持できる。

その結果、本実施の形態で例示する表示装置１００は、頻繁に表示パネル１２０に画像を
書き込み直す必要がなくなり、表示画像の内容に応じて画像を書き込む頻度を決定すれば
よい。具体的には、静止画の表示において、静止画を複数回に渡って書き込み直す動作、
所謂リフレッシュ動作を低減できる。また、動画の表示においても、基準フレーム以外は
書き込まないため、書き込み頻度を低減できる。

以上のように、本実施の形態で例示する表示装置１００にデジタルデータファイルで提供
された画像の内容に応じて画像を書き込む頻度を制御して画像を表示する方法を適用する
ことによって、画質を損なうことなく表示パネルの書き換え頻度を低減することができる
。またその結果、消費電力を削減できる。

また、ファイル形式と動作モードをあらかじめ関連付けてあるため、使用者がデジタルデ
ータファイルの個々の形式に応じて動作モードを選択する必要が無く便利である。また、
使用者が動作を選定することも可能であるため、使用者の希望に合った表示装置を提供で
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２）
本実施の形態では、デジタルデータファイルで提供される表示装置の動作に関連付けられ
た情報を用いて、デジタルデータファイルで提供される画像を、オフ電流が低減されたス
イッチング素子を画素に設けた表示装置で表示する方法について説明する。特に、動画の
標準再生モード、及び表示パネルのリフレッシュ動作を低減して再生する簡易再生モード
について図３、乃至図７を用いて説明する。

なお、本実施の形態では、表示装置の動作に関連付けられた情報がスクリプトファイル、
もしくはヘッダ情報で提供される例について説明する。

本実施の形態で説明する表示装置に適用するデジタルデータファイルの構成について説明
する。本実施の形態で用いるデジタルデータファイルは、前後のフレームとの関係から独
立して復号可能な形式で圧縮されたフレームを含む。このようなデジタルデータファイル
の形式としては、ＭＰＥＧ２、ＭＰＥＧ４、及びＨ．２６４などをその例に挙げることが
できる。また、前後のフレームとの関係から独立して圧縮されるフレーム、すなわち、フ
レーム内の画像情報のみが圧縮されるフレームは基準フレーム、Ｉフレーム、またはＩ
ピクチャー（ＩｎｔｒａＰｉｃｔｕｒｅ）と呼ばれる。本実施の形態では、前後のフレ
ームとの関係から独立して圧縮されるフレームを基準フレームと呼ぶ。なお、デジタルデ
ータファイルは、基準フレームの他に前後のフレームとの差分が記録されたフレームも含
む。

本実施の形態では、説明の便宜を図るため基準フレームを含むデジタルデータファイルの
一態様として、ＭＰ４形式のファイルフォーマットで記録されたデジタルデータファイル
を表示する場合について説明するが、画像処理回路１１０が信号を処理する手順はＭＰ４
形式のファイルフォーマットにより限定されるものではない。

ＭＰ４形式のファイルの構成を説明する概念図を図７に示す。ＭＰ４形式のファイルは、
互換性情報を含む領域（ボックスｆｔｙｐ）、圧縮された音声及び動画像が格納された領
域（メディアデータが格納されたコンテナボックスｍｄａｔ）、及び当該領域を管理する
ヘッダ情報を格納した領域（メタデータが格納されたコンテナボックスｍｏｏｖ）を含ん
でいる。

圧縮された音声及び動画像を格納した領域（ｍｄａｔ）は、小分けにされたビデオデータ
を含む領域（ボックス、もしくはチャンク）、及び小分けにされたオーディオデータを含
む領域（ボックス、もしくはチャンク）を複数含んでいる。また、各ビデオデータを含む
領域（ボックス、もしくはチャンク）には、基準フレームが少なくとも一つ格納され、そ
の他にフレーム間の差分を記録した複数のフレームが格納されている。

また、可変フレームレートや可変ビットレートを採用して圧縮したデジタルデータファイ
ルにおいては、小分けにされたビデオデータを含む領域（ボックス、もしくはチャンク）
に格納されるフレーム数は一定ではない。具体的には、フレーム間の変化が小さい画像を
記録した領域（ボックス、もしくはチャンク）に格納されているフレーム数は多く、変化
が大きい画像を記録した領域（ボックス、もしくはチャンク）に格納されているフレーム
数は少ない。

小分けにされたビデオデータを含む領域（ボックス、もしくはチャンク）を管理するヘッ
ダ情報を格納した領域（メタデータが格納されたコンテナボックスｍｏｏｖ）は、小分け
にされたビデオデータを含む領域（ボックス、もしくはチャンク）に格納されているフレ
ーム数Ｎを記録した情報、当該領域（ボックス、もしくはチャンク）のフレームレートＲ
を記録した情報、及び基準フレームの位置Ｓを記載した情報を含んでいる。

例えば図７の場合、小分けにされたビデオデータを含む第１の領域（ボックス、もしくは
チャンク）ＢＯＸ＿１に格納されているフレーム数Ｎ_１は５であり、第２の領域（ボック
ス、もしくはチャンク）ＢＯＸ＿２に格納されているフレーム数Ｎ_２は３である。また、
第１の領域（ボックス、もしくはチャンク）に格納されている第１の基準フレームの位置
Ｓ_１は１であり、第２の領域（ボックス、もしくはチャンク）に格納されている第２の基
準フレームの位置Ｓ_２は６である。なお、第１の領域に格納されたフレーム数Ｎ_１をＳ_２
とＳ_１の差から求めることもできる。

小分けにされたビデオデータを含む第１の領域（ボックス、もしくはチャンク）ＢＯＸ＿
１の管理情報に、フレーム数Ｎ_１、フレームレートＲ_１が記述されている場合、第１の領
域に格納された画像の長さはＮ_１とＲ_１の積から求めることができる。本明細書では、こ
の様にして算出した、小分けにされたビデオデータを含む領域（ボックス、もしくはチャ
ンク）に記録された画像の時間をフレーム継続時間と呼ぶ。

次に、画像処理回路１１０が基準フレームを含む画像信号を表示パネル１２０に出力する
動作について説明する。本実施の形態の表示装置の動作には、圧縮された画像を全て復号
して画像を表示する動作モードと、分離回路１１７がビデオデータを含む領域（ボックス
、もしくはチャンク）に格納された基準フレームを分離して表示する動作モードとがあり
、前者を標準再生モード、後者を簡易再生モードと呼ぶことにする。なお、簡易再生モー
ドにおいては、基準フレーム以外の画像を間引いて復号するため、画像処理回路１１０に
加わる負荷を軽減できる。

まず標準再生モードすなわち、画像処理回路１１０が、圧縮された画像から連続する全て
のフレームを復号し、当該画像を表示パネル１２０に出力する動作について説明する。

使用者は入力手段ＳＷを介して分離回路１１７に標準再生モードによる再生を指示する。
次に、デコーダ１１９は圧縮された画像を復号して、表示制御回路１１３に出力する。表
示制御回路１１３は表示パネル１２０に画像信号を制御信号と共に出力する。

次に簡易再生モードすなわち、画像処理回路１１０が、圧縮された画像から基準フレーム
のみを抽出して復号し、当該画像を表示パネル１２０に出力する場合について説明する。

使用者は入力手段ＳＷを介して分離回路１１７に簡易再生モードによる再生を指示する。
分離回路１１７は、圧縮された画像内の、小分けにされたビデオデータを含む第１の領域
（ボックス、もしくはチャンク）ＢＯＸ＿１から、第１の基準フレームを一つ分離する。
次いで分離回路１１７は第１の基準フレームを復号して１フレーム分の第１の画像を生成
して、表示制御回路１１３に出力する。なお、基準フレームの位置Ｓが記載された管理情
報を使って、第１の基準フレームの位置を特定して、第１の基準フレームを分離してもよ
い。

一方、表示制御回路１１３は記憶回路１１６内のメタデータを含むコンテナボックスｍｏ
ｏｖを検索し、小分けにされたビデオデータを含む第１の領域（ボックス、もしくはチャ
ンク）のフレーム数Ｎ_１、及び当該領域（ボックス、もしくはチャンク）のフレームレー
トＲ_１の積を求めて、第１の領域（ボックス、もしくはチャンク）に記録された画像の時
間、すなわち第１のフレーム継続時間を算出する。

表示制御回路１１３は１フレーム分の第１の画像を制御信号と共に表示パネル１２０に出
力し、第１のフレーム継続時間の間待機する。その結果、表示パネル１２０は第１の基準
フレームから生成した第１の画像を第１のフレーム継続時間の間、表示し続ける。

また分離回路１１７は、小分けにされたビデオデータを含む第１の領域（ボックス、もし
くはチャンク）ＢＯＸ＿１に連続する第２の領域（ボックス、もしくはチャンク）ＢＯＸ
＿２から、第２の基準フレームを一つ分離して、第２の画像を準備する。また、表示制御
回路１１３は第２の領域（ボックス、もしくはチャンク）に記録された画像の時間、すな
わち第２のフレーム継続時間を算出する。

第１のフレーム継続時間経過後、表示制御回路１１３は分離回路１１７が準備した第２の
画像を表示パネル１２０に出力し、第２のフレーム継続時間の間、待機する。その結果、
表示パネル１２０は第２の基準フレームから生成した第２の画像を第２のフレーム継続時
間の間、表示し続ける。

圧縮された画像の小分けにされたビデオデータを含む領域（ボックス、もしくはチャンク
）から、基準フレームを分離して表示する動作を順次繰り返すことで、圧縮された画像を
簡易的に再生することができる。

以上の方法によれば、圧縮された画像の全てを復号する必要がない。その結果、画像処理
回路１１０の動作負荷が低減され、表示装置１００の消費電力を削減できる。

なお、本実施の形態で例示される画像処理回路は、モード切り替え機能を有していてもよ
い。モード切り替え機能は、当該表示装置の利用者が手動または外部接続機器を用いて当
該表示装置の動作モードを選択して、標準再生モード、簡易再生モード、または表示の中
止を指示する機能である。

分離回路１１７はモード切り替え回路から入力される信号に応じて、画像信号を表示制御
回路１１３に出力することもできる。

本実施の形態に例示した表示装置は、画像処理回路に設けたデコーダの動作頻度を低減で
きる。その結果、本実施の形態の表示装置は、書き換え時に表示素子が消費する電力のみ
ならず、画像処理回路が消費する電力も低減できる。

なお、画像処理回路の消費電力を削減する効果は表示素子の種類に限定されず、具体的に
は液晶素子の他、エレクトロルミネッセンスを利用した表示装置であっても、本実施の形
態に例示した画像処理回路が消費する電力を低減できる。

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

特に、本実施の形態の表示装置は、オフ電流が低減されたトランジスタを各画素、並びに
共通電極のスイッチングトランジスタに適用することにより、保持容量で電圧を保持でき
る期間を長く取ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本明細書に開示する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表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず、例えば
トップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用いることが
できる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造で
も、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっ
ても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電
極層を有する、デュアルゲート型でもよい。なお、図８（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８（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、半導体と
して酸化物半導体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、比較的
簡単かつ低温のプロセスで高い移動度と低いオフ電流が得られることであるが、もちろん
、他の半導体を用いてもよい。

図８（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造のトランジスタの一つであり
、逆スタガ型トランジスタともいう。

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

図８（Ｂ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともいう
）と呼ばれるボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型トランジスタともいう。

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

図８（Ｃ）示すトランジスタ４３０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を
有する基板である基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、ソース電
極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂ、及び酸化物半導体層４０３を含む。また、トラ
ンジスタ４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁層４０７が設けられている。
絶縁層４０７上にはさらに保護絶縁層４０９が形成されている。

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

図８（Ｄ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造のトランジスタの一つである
。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４３７、酸化物半導
体層４０３、ソース電極層４０５ａ、及びドレイン電極層４０５ｂ、ゲート絶縁層４０２
、ゲート電極層４０１を含み、ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂにそれぞ
れ配線層４３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。

本実施の形態では、上記の通り、半導体層として酸化物半導体層４０３を用いる。酸化物
半導体層４０３に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇ
ａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物
半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、
Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａ
ｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体
、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸
化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−
Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いること
ができる。また、上記酸化物半導体に酸化珪素を含ませてもよい。酸化物半導体層に結晶
化を阻害する酸化珪素（ＳｉＯｘ（Ｘ＞０））を含ませることで、製造プロセス中におい
て酸化物半導体層の形成後に加熱処理した場合に、結晶化してしまうのを抑制することが
できる。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４０３は、化学式ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つｍは自然
数でない）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、Ｍｎお
よびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及び
Ａｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。

酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、オフ状
態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像イメージデータ
等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。よって
、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏
する。

また、酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、表示装置の
画素部に該トランジスタを用いることで、色分離を抑制することができ、高画質な画像を
提供することができる。また、該トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部
に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができ
る。

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

ボトムゲート構造のトランジスタ４１０、４２０、４３０において、下地膜となる絶縁膜
を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板からの不純物元素の拡散を防
止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒
化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。

ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、
アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。

ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコ
ン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層
、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハ
フニウム層を単層で又は積層して形成することができる。例えば、第１のゲート絶縁層と
してプラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ
_ｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ
以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、合計膜厚２０
０ｎｍのゲート絶縁層とする。

ソース電極層４０５ａ、ドレイン電極層４０５ｂに用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ
、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、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を用いることができる。また、Ａｌ
、Ｃｕなどの金属層の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属
層を積層させた構成としても良い。また、Ａｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を
防止する元素（Ｓｉ、Ｎｄ、Ｓｃなど）が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性
を向上させることが可能となる。

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

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

絶縁層４０７、４２７、４３７は、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸
化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができ
る。

保護絶縁層４０９は、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化
酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。

また、保護絶縁層４０９上にトランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜
を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ
−ｋ材料）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層
させることで、平坦化絶縁膜を形成してもよい。

このように、本実施の形態において、酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることに
より、高機能な表示装置を提供することができる。

酸化物半導体層を含んで、オフ電流が低減されたトランジスタを適用することにより、オ
フ状態のトランジスタを介して表示素子、並びに容量素子に蓄えられた電荷が漏れ難く、
トランジスタがオフ状態になる前に書き込まれた状態を長期間に渡って保持できる。

（実施の形態４）
本実施の形態は、酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を、図９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。

図９（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図９（Ａ）乃至（Ｅ）に
示すトランジスタ５１０は、図８（Ａ）に示すトランジスタ４１０と同様なボトムゲート
構造の逆スタガ型トランジスタである。

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。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は極めて少なく（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、トランジスタでは、オフ電流を少なくす
ることができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。

具体的には、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、チャネル幅１μｍあたり
のオフ電流密度を室温下において、１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下にす
ること、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０^−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ｚＡ／μ
ｍ（１×１０^−２０Ａ／μｍ）以下にすることが可能である。

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実施の形態２の画
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。

以下、図９（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３に示した基板４００と同様な基板を用いる
ことができる。本実施の形態では基板５０５としてガラス基板を用いる。

下地膜となる絶縁膜を基板５０５とゲート電極層５１１との間に設けてもよい。下地膜は
、基板５０５からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリ
コン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜によ
る積層構造により形成することができる。

また、ゲート電極層５１１の材料は、モリブデン、チタン、タンタル、タングステン、ア
ルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材
料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。

次いで、ゲート電極層５１１上にゲート絶縁層５０７を形成する。ゲート絶縁層５０７は
、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層
、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層
、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又
は積層して形成することができる。

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

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

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

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

次いで、ゲート絶縁層５０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以
上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜５３０を形成する（図９（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３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９（Ａ）に
相当する。また、酸化物半導体膜５３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸
素雰囲気下、又は希ガスと酸素の混合雰囲気下においてスパッタ法により形成することが
できる。

酸化物半導体膜５３０をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば
、組成比として、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ％］（すなわち
、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ％］）を用いることができる。また、他
にも、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ％］、又はＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：
２［ａｔｏｍ％］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％以下である。充填率の高
い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる
。

酸化物半導体膜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９（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備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ
ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（ＬａｍｐＲａｐｉｄ
ＴｈｅｒｍａｌＡｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（ＲａｐｉｄＴｈｅｒｍａｌＡｎ
ｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライ
ドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧
水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置
である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスに
は、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しな
い不活性気体が用いられる。

例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜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ガスには、水、水素などが含まれないことが好まし
い。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ_２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上、好
ましくは７Ｎ以上、（即ち、酸素ガスまたはＮ_２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、
好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ_２Ｏガスの作用に
より、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまっ
た酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、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７００℃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９（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（ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａｖｉｏｌ
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、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図
ることができる。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過水アンモニア水（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層５
１６を形成する。

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

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

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

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

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

以上の工程を経ることによって、酸化物半導体膜に対して第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９（Ｄ）参照。）。

また、酸化物絶縁層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。

絶縁層５１６上にさらに保護絶縁層５０６を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を
用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の
成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分などの不純物を含まず、これらが外部から
侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜な
どを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層５０６を、窒化シリコン膜
を用いて形成する（図９（Ｅ）参照。）。

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

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

このように、本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体層を含むトラ
ンジスタ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、画像イメージデータ等の電気信号の保持時間を長くすることができ
、書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度をより少なくするこ
とができるため、消費電力を抑制する効果を高くできる。

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、表示装置の画素部に該トランジスタを用いる
ことで、高画質な画像を提供することができる。また、該トランジスタは、同一基板上に
駆動回路部または画素部に作り分けて作製することができるため、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）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した表示装置を具備する電子機器の例に
ついて説明する。

図１０（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１０（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１０（Ａ）では充放電制御回路９６３４
の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略
記）を有する構成について示している。

図１０（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の表面及び裏面に効率的なバッテリー９６３５の充電を行う
構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイ
オン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また図１０（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１０（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１０（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

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

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

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

１００表示装置
１１０画像処理回路
１１３表示制御回路
１１６記憶回路
１１７分離回路
１１９デコーダ
１２０表示パネル
１２１駆動回路部
１２１Ａゲート線側駆動回路
１２１Ｂ信号線側駆動回路
１２２画素部
１２３画素
１２４ゲート線
１２５信号線
１２６端子部
１２６Ａ端子
１２６Ｂ端子
１２７スイッチング素子
１２８共通電極部
１３０照明手段
２１０容量素子
２１４トランジスタ
２１５表示素子
３０１期間
３０２期間
３０３期間
３０４期間
４００基板
４０１ゲート電極層
４０２ゲート絶縁層
４０３酸化物半導体層
４０５ａソース電極層
４０５ｂドレイン電極層
４０７絶縁層
４０９保護絶縁層
４１０トランジスタ
４２０トランジスタ
４２７絶縁層
４３０トランジスタ
４３６ａ配線層
４３６ｂ配線層
４３７絶縁層
４４０トランジスタ
４５０窒素雰囲気下
５０５基板
５０６保護絶縁層
５０７ゲート絶縁層
５１０トランジスタ
５１１ゲート電極層
５１５ａソース電極層
５１５ｂドレイン電極層
５１６絶縁層
５３０酸化物半導体膜
５３１酸化物半導体層
６０１期間
６０２期間
６０３期間
６０４期間
９６３０筐体
９６３１表示部
９６３２操作キー
９６３３太陽電池
９６３４充放電制御回路
９６３５バッテリー
９６３６コンバータ
９６３７コンバータ

Claims

第１のモードで動画を表示する機能と、第２のモードで動画を表示する機能と、第３のモードで静止画を表示する機能と、を有する液晶表示装置であって、
画素を有し、
前記第１のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度よりも、前記第２のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度は低く、
前記第１のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度よりも、前記第３のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度は低く、
前記画素は、トランジスタと、液晶素子と、を有し、
前記トランジスタは、酸化物半導体層を有し、
前記酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層と、前記第１の酸化物半導体層上方の第２の酸化物半導体層と、を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、ｃ軸配向した結晶領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
第１のモードで動画を表示する機能と、第２のモードで動画を表示する機能と、第３のモードで静止画を表示する機能と、を有する液晶表示装置であって、
画素を有し、
前記第１のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度よりも、前記第２のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度は低く、
前記第１のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度よりも、前記第３のモードにおいて前記画素に画像信号を書き込む頻度は低く、
前記画素は、トランジスタと、液晶素子と、を有し、
前記トランジスタは、ゲート電極層と、前記ゲート電極層上方のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上方の酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上方のソース電極層と、前記酸化物半導体層上方のドレイン電極層と、を有し、
前記酸化物半導体層は、Ｉｎと、Ｇａと、Ｚｎと、を有し、
前記酸化物半導体層は、第１の酸化物半導体層と、前記第１の酸化物半導体層上方の第２の酸化物半導体層と、を有し、
前記第２の酸化物半導体層は、ｃ軸配向した結晶領域を有し、
前記酸化物半導体層上方、前記ソース電極層上方及び前記ドレイン電極層上方には、第１の絶縁層が設けられており、
前記第１の絶縁層上方には、第２の絶縁層が設けられており、
前記第１の絶縁層は、酸素と、珪素と、を有し、
前記第２の絶縁層は、窒素と、珪素と、を有することを特徴とする液晶表示装置。