JP2018087976A - 表示装置およびその作製方法、ならびに電子機器 - Google Patents

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舜平 山崎
岡崎　健一
Kenichi Okazaki
健一 岡崎
黒崎　大輔
Daisuke Kurosaki
大輔 黒崎
安孝 中澤
Yasutaka Nakazawa
安孝 中澤
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Abstract

【課題】開口率が高い液晶表示装置を提供する。消費電力の低い液晶表示装置を提供する。
【解決手段】トランジスタと、容量素子と、を有する表示装置。トランジスタは、第１の絶縁層と、第１の絶縁層と接する第１の半導体層と、第１の半導体層と接する第２の絶縁層と、第２の絶縁層に設けられた開口部を介して、第１の半導体層と電気的に接続される第１の導電層と、を有し、第１の半導体層は、チャネル領域を有する。容量素子は、第１の絶縁層と接する第２の導電層と、第２の導電層と接する第２の絶縁層と、第２の絶縁層と接する第１の導電層と、を有し、第２の導電層は、第１の半導体層と同様の組成を有し、第１の導電層、および第２の導電層は、可視光を透過する機能を有する。
【選択図】図３

Description

本発明の一態様は、表示装置およびその作製方法、ならびに電子機器に関する。
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、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサ等）、入出力装置（例えば、タッチパネル等）、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。
液晶表示装置および発光表示装置等のフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン、または多結晶シリコン等のシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）等にも利用されている。
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体と記すこととする。例えば、特許文献１および特許文献２には、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子等に用いる技術が開示されている。
特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報
本発明の一態様は、開口率が高い液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、作製工程を簡略化した液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低い液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、高精細な液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高い液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、新規な液晶表示装置およびその作製方法を提供することを目的の一とする。
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
本発明の一態様は、トランジスタと、容量素子と、を有する表示装置であって、トランジスタは、第１の絶縁層と、第１の絶縁層と接する第１の半導体層と、第１の半導体層と接する第２の絶縁層と、第２の絶縁層に設けられた開口部を介して、第１の半導体層と電気的に接続される第１の導電層と、を有し、第１の半導体層は、チャネル領域を有し、容量素子は、第１の絶縁層と接する第２の導電層と、第２の導電層と接する第２の絶縁層と、第２の絶縁層と接する第１の導電層と、を有し、第２の導電層は、第１の半導体層と同様の組成を有し、第１の導電層、および第２の導電層は、可視光を透過する機能を有する表示装置である。
また、上記態様において、第１の半導体層、第１の導電層、および第２の導電層は、金属酸化物を有してもよい。
また、上記態様において、第１の半導体層が有する金属酸化物は、第１の導電層が有する金属酸化物に含まれる金属元素を１種類以上有してもよい。
また、上記態様において、第１の導電層は、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を有してもよい。
また、上記態様において、第２の絶縁層は、酸化窒化シリコンを有してもよい。
また、上記態様において、第２の絶縁層および第１の導電層と接する第３の絶縁層を有し、第３の絶縁層は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を有してもよい。
また、上記態様において、液晶素子を有し、液晶素子は、液晶層と、画素電極と、を有し、画素電極は、第１の導電層と電気的に接続されていてもよい。
また、上記態様において、液晶素子の抵抗率は、１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上であってもよい。
また、上記態様において、表示装置のフレーム周波数は、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満であり、表示装置は、容量素子にデータを書き込んだ後、トランジスタを非導通状態とすることによりデータを保持する機能を有してもよい。
また、上記態様において、表示装置のフレーム周波数は、０．１Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満であってもよい。
また、上記態様において、走査線を有し、走査線は、金属材料を用いて形成され、走査線は、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有してもよい。
また、本発明の一態様の表示装置と、操作キーと、を有する電子機器も、本発明の一態様である。
また、本発明の一態様は、表示装置の作製方法であって、作製方法は、第１の半導体層および第２の半導体層を形成する工程と、第１の半導体層および第２の半導体層と接するように、第１の絶縁層を形成する工程と、第１の絶縁層に、第１の半導体層に達する第１の開口部を形成する工程と、第２の半導体層と重なり、第１の開口部を介して第１の半導体層と電気的に接続されるように、第３の半導体層を形成する工程と、第１の絶縁層および第３の半導体層と接するように、第２の絶縁層を形成する工程と、第２の絶縁層に、第３の半導体層に達する第２の開口部を形成する工程と、第２の開口部を介して第３の半導体層と電気的に接続されるように、画素電極を形成する工程と、を有し、第１の絶縁層を形成する工程において、第１の半導体層、および第２の半導体層は、それぞれ低抵抗化され、第２の絶縁層を形成する工程において、第３の半導体層は、低抵抗化され、第２の絶縁層の形成後、低抵抗化された第１の半導体層のチャネル領域は、高抵抗化される表示装置の作製方法である。
また、金属酸化物を有するように、第１の半導体層、第２の半導体層、および第３の半導体層を形成してもよい。
また、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を有するように、第３の半導体層を形成してもよい。
また、シランを含む成膜ガスを用いて、ＣＶＤ法により、第１の絶縁層および第２の絶縁層を形成してもよい。
また、成膜ガスは、窒素酸化物を含んでもよい。
また、第２の絶縁層の形成後に、熱処理を行ってもよい。
また、画素電極の形成後、液晶層を形成してもよい。
本発明の一態様により、開口率が高い液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、本発明の一態様により、作製工程を簡略化した液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力の低い液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、本発明の一態様により、高精細な液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。または、本発明の一態様により、新規な液晶表示装置およびその作製方法を提供することができる。
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す上面図および断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す斜視図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 表示装置の作製方法の一例を示す断面図。 画素の配置例および構成例を示す図。 表示装置の一例を示す斜視図。 表示装置の一例を示す断面図。 画素の構成例および動作モードの一例を示す図。 タッチセンサのブロック図およびタイミングチャート図。 表示装置のブロック図およびタイミングチャート図。 表示装置およびタッチセンサの動作を説明する図。 表示装置およびタッチセンサの動作を説明する図。 電子機器の一例を示す図。
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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。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、同一部分また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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲等は、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲等を表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲等に限定されない。
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）等に分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳ ＦＥＴと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図１乃至図１２を用いて説明する。
＜１．表示装置の構成例１＞
まず、図１乃至図４を用いて、本発明の一態様の表示装置について説明する。
本発明の一態様の表示装置は、表示素子、トランジスタ、および容量素子を有する。表示素子として、例えば液晶素子とすることができる。以降、表示素子を液晶素子として説明するが、本発明の一態様を適用可能な表示素子は液晶素子に限らない。例えば、表示素子を、自発光する機能を有する発光素子としてもよい。発光素子として、例えば有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ＱＬＥＤ（Ｑｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、半導体レーザー等を用いることができる。なお、発光素子として、バックライト、またはサイドライト等の光源と、透過型の液晶素子とを組み合わせた素子を用いてもよい。また、表示素子として、液晶素子および発光素子の両方を用いてもよい。
液晶素子は、画素電極、液晶層、および共通電極を有する。トランジスタおよび容量素子は、画素電極と電気的に接続される。画素電極、共通電極、および容量素子は、可視光を透過する機能を有する。当該可視光は、液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。
本発明の一態様の表示装置は、容量素子が可視光を透過する領域を有する。これにより、容量素子を表示領域に設けることができる。したがって、画素の開口率を高め、表示装置の消費電力を低減させることができる。また、表示装置の高精細化を実現できる。
本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタとしては、チャネル保護型の構造であると好ましい。当該構造とすることで、トランジスタのチャネル保護層と、容量素子の誘電層を同一の工程で形成することができる。これにより、トランジスタの信頼性を高めつつ、本発明の一態様の表示装置の作製工程を簡略化することができる。
本発明の一態様の表示装置は、さらに、走査線および信号線を有する。走査線および信号線は、それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線および信号線は、それぞれ、金属層を有する。走査線および信号線に金属層を用いることで、走査線および信号線の抵抗値を下げることができる。
また、走査線は、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有することが好ましい。トランジスタのチャネル領域に用いる材料によっては、光が照射されることでトランジスタの特性が変動することがある。走査線が、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有することで、外光またはバックライトの光等が、チャネル領域に照射されることを抑制できる。これにより、トランジスタの信頼性を高めることができる。
図１（Ａ）に示す表示装置１０Ａは、基板１１、基板１２、トランジスタ１４、液晶素子１５、容量素子１６等を有する。表示装置１０Ａの基板１２側に、バックライトユニット１３が配置されている。
液晶素子１５は、画素電極２１、液晶層２２、および共通電極２３を有する。画素電極２１は、絶縁層２６に設けられた開口を介して、トランジスタ１４と電気的に接続されている。絶縁層２６上には、画素電極２１と同一の工程および同一の材料を用いて形成された導電層２５が設けられている。導電層２５は、接続体２９を介して、共通電極２３と電気的に接続されている。
バックライトユニット１３からの光４５ａは、基板１２、絶縁層２６、画素電極２１、液晶層２２、共通電極２３、および基板１１を介して、表示装置１０Ａの外部に射出される。光４５ａが透過するこれらの層の材料には、可視光を透過する材料を用いる。
バックライトユニット１３からの光４５ｂは、基板１２、トランジスタ１４、画素電極２１、液晶層２２、共通電極２３、および基板１１を介して、表示装置１０Ａの外部に射出される。本実施の形態において、液晶素子１５と電気的に接続されるトランジスタ１４は、可視光を透過する領域を有する構成である。したがって、トランジスタ１４が設けられている領域も、表示領域として使用することができる。これにより、画素の開口率を高めることができる。開口率が高いほど光取り出し効率を高めることができるので、表示装置の消費電力を低減することができる。また、高精細な表示装置を実現できる。
バックライトユニット１３からの光４５ｃは、基板１２、容量素子１６、画素電極２１、液晶層２２、共通電極２３、および基板１１を介して、表示装置１０Ａの外部に射出される。本実施の形態において、容量素子１６は、可視光を透過する領域を有する構成である。したがって、容量素子１６が設けられている領域も、表示領域として使用することができる。これにより、画素の開口率を高めることができる。開口率が高いほど光取り出し効率を高めることができるので、表示装置の消費電力を低減することができる。また、高精細な表示装置を実現できる。
図１（Ｂ）に示す表示装置１０Ｂは、基板１１側に、バックライトユニット１３が配置されている点で、表示装置１０Ａと異なる。その他の構成は、表示装置１０Ａと同様であるため、説明を省略する。
表示装置１０Ａでは、光４５ｂは、まず、トランジスタ１４が有する、可視光を透過する領域に入射する。そして、当該領域を透過した光４５ｂは、液晶素子１５に入射する。一方、表示装置１０Ｂでは、光４５ｂは、まず、液晶素子１５に入射する。そして、液晶素子１５を透過した光４５ｂは、トランジスタ１４が有する、可視光を透過する領域に入射する。このように、バックライトユニット１３からの光は、トランジスタ１４と液晶素子１５のどちらに先に入射してもよい。
表示装置１０Ａでは、光４５ｃは、まず、容量素子１６に入射する。そして、当該領域を透過した光４５ｃは、液晶素子１５に入射する。一方、表示装置１０Ｂでは、光４５ｃは、まず、液晶素子１５に入射する。そして、液晶素子１５を透過した光４５ｃは、容量素子１６が有する可視光を透過する領域に入射する。このように、バックライトユニット１３からの光は、容量素子１６と液晶素子１５のどちらに先に入射してもよい。
また、本発明の一態様の表示装置は、液晶素子、トランジスタ、容量素子、およびタッチセンサを有する。液晶素子は、画素電極、液晶層、および共通電極を有する。トランジスタは、画素電極および容量素子と電気的に接続される。タッチセンサは、液晶素子およびトランジスタよりも表示面側に位置する。画素電極、共通電極、および容量素子は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、容量素子および液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。
本発明の一態様の表示装置は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）に適用することができる。
図２（Ａ）に示す表示装置１５Ａは、表示装置１０Ａの基板１１側に、タッチセンサユニット３１が配置された構成である。
図２（Ｂ）に示す表示装置１５Ｂは、表示装置１０Ａの基板１１と共通電極２３との間に、タッチセンサユニット３１および絶縁層３２が設けられた構成である。さらに、表示装置１５Ｂは、導電層２７および導電層２８を有する。
絶縁層２６上に、画素電極２１と同一の工程および同一の材料を用いて形成された導電層２７が設けられている。絶縁層３２に接して、共通電極２３と同一の工程および同一の材料を用いて形成された導電層２８が設けられている。導電層２８は、タッチセンサユニット３１と電気的に接続されている。導電層２８は、接続体２９を介して、導電層２７と電気的に接続されている。これにより、基板１２側に接続された１つまたは複数のＦＰＣによって、液晶素子１５を駆動する信号とタッチセンサユニット３１を駆動する信号の双方を供給することができる。基板１１側にＦＰＣ等を接続する必要がなく、表示装置の構成をより簡略化できる。基板１１側と基板１２側の双方にＦＰＣを接続する場合に比べて、電子機器に組み込みやすく、また、部品点数を削減できる。
表示装置１５Ｂでは、一対の基板間に、タッチセンサユニット３１を設けることができるため、基板枚数を削減し、表示装置の軽量化および薄型化を実現できる。
図２（Ｃ）に示す表示装置１５Ｃは、表示装置１０Ｂの基板１２と絶縁層２６との間に、タッチセンサユニット３１および絶縁層３２が設けられた構成である。さらに、表示装置１５Ｃは、導電層３３を有する。
絶縁層３２に接して、トランジスタ１４が有する導電層の一つまたは複数と同一の工程、および同一の材料で形成された導電層３３が設けられている。導電層３３は、タッチセンサユニット３１と電気的に接続されている。表示装置１５Ｃでは、基板１１側に接続された１つまたは複数のＦＰＣによって、液晶素子１５を駆動する信号とタッチセンサユニット３１を駆動する信号の双方を供給することができる。そのため、電子機器に組み込みやすく、また、部品点数を削減できる。
表示装置１５Ｃでは、一対の基板間に、タッチセンサユニット３１を設けることができるため、基板枚数を削減し、表示装置の軽量化および薄型化を実現できる。
［画素について］
次に、本発明の一態様の表示装置が有する画素について、図３を用いて説明する。
図３（Ａ１）に、画素９００の上面概略図を示す。図３（Ａ１）に示す画素９００は、４つの副画素を有する。図３（Ａ１）では、画素９００において、副画素が縦に２つ、横に２つ配列している例を示している。各副画素には、透過型の液晶素子４０（図３（Ａ１）、（Ａ２）には図示しない）、トランジスタ２０６、および容量素子３４等が設けられている。図３（Ａ１）では、画素９００に、配線９０２および配線９０４が、それぞれ２本ずつ設けられている。図３（Ａ１）に示す各副画素では、液晶素子の表示領域９１８（表示領域９１８Ｒ、表示領域９１８Ｇ、表示領域９１８Ｂ、および表示領域９１８Ｗ）を示している。
また、画素９００は、配線９０２および配線９０４等を有する。配線９０２は、例えば走査線としての機能を有する。配線９０４は、例えば信号線としての機能を有する。配線９０２と配線９０４とは、互いに交差する部分を有する。
トランジスタ２０６は、選択トランジスタとしての機能を有する。トランジスタ２０６のゲート電極は、配線９０２と電気的に接続されている。トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の一方は、配線９０４と電気的に接続されており、他方は、液晶素子４０、および容量素子３４と電気的に接続されている。
ここで、配線９０２および配線９０４は遮光性を有する。またこれ以外の層、すなわち、トランジスタ２０６、トランジスタ２０６に接続する配線、容量素子３４等を構成する各層には、透光性を有する膜を用いると好適である。図３（Ａ２）は、図３（Ａ１）に示す画素９００を、可視光を透過する透過領域９００ｔと、可視光を遮る遮光領域９００ｓと、に分けて明示した例である。このように、透光性を有する膜を用いてトランジスタを作製することで、各配線が設けられる部分以外を透過領域９００ｔとすることができる。液晶素子の透過領域をトランジスタ、トランジスタに接続する配線、容量素子等と重ねることができるため、画素の開口率を高めることができる。
なお、画素の面積に対する透過領域の面積の割合が高いほど、透過光の光量を増大させることができる。例えば、画素の面積に対する、透過領域の面積の割合は、１％以上９５％以下、好ましくは１０％以上９０％以下、より好ましくは２０％以上８０％以下とすることができる。特に４０％以上または５０％以上とすることが好ましく、６０％以上８０％以下であるとより好ましい。
また、図３（Ａ２）に示す一点鎖線Ａ−Ｂの切断面に相当する断面図を図３（Ｂ）、および図４に示す。なお、図３（Ｂ）、および図４では、上面図において図示していない、液晶素子４０、着色層１３１、遮光層１３２、駆動回路部６４等の断面も合わせて図示している。駆動回路部６４としては、走査線駆動回路部または信号線駆動回路部として用いることができる。また、駆動回路部６４は、トランジスタ２０１を有する。
トランジスタ２０６は、チャネル保護型のトランジスタとすることが好ましい。この場合、チャネル領域を有する半導体層２３１と接するように、チャネル保護層としての機能を有する絶縁層２６１が設けられている。また、絶縁層２６１には開口部が設けられ、当該開口部を介してトランジスタ２０６のソースまたはドレインの一方としての機能を有する導電層２２２と、半導体層２３１とが電気的に接続されている。また、絶縁層２６１には開口部が設けられ、当該開口部を介してトランジスタ２０６のソースまたはドレインの他方としての機能を有する導電層２３２と、半導体層２３１とが電気的に接続されている。なお、半導体層２３１において、導電層２２２との接続部、および導電層２３２との接続部は、低抵抗化することが好ましい。
容量素子３４は、導電層２６２、絶縁層２６１および導電層２３２を有する。導電層２６２は、容量素子３４の第１の電極としての機能を有する。絶縁層２６１は、容量素子３４の誘電層としての機能を有する。導電層２６２は、容量素子３４の第２の電極としての機能を有する。つまり、導電層２３２は、トランジスタ２０６のソースまたはドレインの他方、および容量素子３４の第２の電極としての機能を有する。また、絶縁層２６１は、トランジスタ２０６のチャネル保護層、および容量素子３４の誘電体としての機能を有する。
なお、容量素子３４の第１の電極は、例えば下部電極とすることができ、容量素子３４の第２の電極は、例えば上部電極とすることができる。
導電層２６２は、半導体層２３１と同一の層に形成することができる。つまり、半導体層を成膜し、当該半導体層をリソグラフィ法等により加工した後、容量素子３４に形成された半導体層を低抵抗化することにより導電層２６２を形成することができる。この場合、導電層２６２は、半導体層２３１と同様の組成を有する。リソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
以上、本発明の一態様の表示装置では、トランジスタをチャネル保護型とすることにより、トランジスタのソースおよびドレインの形成時等に、半導体層のチャネル領域にエッチングによるダメージが与えられることを抑制することができる。これにより、トランジスタの電気特性を安定化させ、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、本発明の一態様の表示装置では、容量素子の第１の電極を、トランジスタの半導体層と同一工程で形成することができる。また、容量素子の誘電層を、トランジスタのチャネル保護層と同一工程で形成することができる。また、容量素子の第２の電極を、トランジスタのソースまたはドレインと同一工程で形成することができる。以上により、本発明の一態様の表示装置の作製工程を簡略化することができ、作製コストを低減することができる。
図３（Ｂ）、および図４に示すように、バックライトユニット１３からの光は、破線の矢印に示す方向に射出される。バックライトユニット１３の光は、トランジスタ２０６、または容量素子３４等を介して外部に取り出される。したがって、トランジスタ２０６、および容量素子３４を構成する膜等についても、透光性を有すると好ましい。トランジスタ２０６、容量素子３４等が有する透光性の領域の面積が広いほど、バックライトユニット１３の光を効率良く使用することができる。
なお、図３（Ｂ）、および図４に示すように、バックライトユニット１３からの光は、着色層１３１を介して外部に取り出してもよい。着色層１３１を介して取り出すことで、所望の色に着色することができる。着色層１３１としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄色（Ｙ）等から選択することができる。
図３（Ｂ）では、バックライトユニット１３からの光は、まず、トランジスタ２０６、または容量素子３４等に入射する。そして、トランジスタ２０６、または容量素子３４等を透過した光は、液晶素子４０に入射する。そして、液晶素子４０を透過した光は、着色層１３１を介して外部に取り出される。
図４では、バックライトユニット１３からの光は、まず、着色層１３１に入射する。そして、着色層１３１を透過した光は、液晶素子４０に入射する。そして、液晶素子４０を透過した光は、トランジスタ２０６、または容量素子３４等を介して外部に取り出される。
図３に示すトランジスタ、配線、容量素子等には、以下に示す材料を用いることができる。なお、これらの材料は、本実施の形態で示す各構成例における、可視光を透過する半導体層および導電層にも適用することができる。
トランジスタが有する半導体層は、透光性を有する半導体材料を用いて形成することができる。透光性を有する半導体材料としては、金属酸化物、または酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等が挙げられる。酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウム等から選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
トランジスタおよび容量素子が有する導電層は、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。透光性を有する導電性材料は、インジウム、亜鉛、錫の中から選ばれた一種、または複数種を含むことが好ましい。具体的には、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅともいう）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｗ酸化物、Ｉｎ−Ｗ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物等が挙げられる。
また、トランジスタおよび容量素子が有する導電層に、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた酸化物半導体を用いてもよい。当該低抵抗化させた酸化物半導体は、酸化物導電体（ＯＣ：Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ということができる。
例えば、酸化物導電体は、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、当該酸素欠損に水素を添加することで、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。酸化物半導体にドナー準位が形成されることで、酸化物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。
なお、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きい（例えば、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上である）ため、可視光に対して透光性を有する。また、上述したように酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、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と同程度の透光性を有する。
また、酸化物導電体は、トランジスタが有する半導体層に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、トランジスタを構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
本実施の形態に示す表示装置が有する画素の構成とすることで、バックライトユニットから射出される光を効率よく使用することができる。したがって、消費電力が抑制された、優れた表示装置を提供することができる。
＜２．表示装置の構成例２＞
次に、図５乃至図７を用いて、本発明の一態様の表示装置について説明する。図５は、表示装置１００の斜視図である。図６は、表示装置１００の断面図である。図５では、基板６１を破線で示す。
表示装置１００は、表示部６２および駆動回路部６４を有する。表示装置１００には、ＦＰＣ７２およびＩＣ７３が実装されている。
表示部６２は、複数の画素９００を有し、画像を表示する機能を有する。
画素９００は、複数の副画素を有する。例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、および青色を呈する副画素によって１つの画素が構成されることで、表示部６２ではフルカラーの表示を行うことができる。なお、副画素が呈する色は、赤、緑、および青に限られない。画素には、例えば、白、黄、マゼンタ、またはシアン等の色を呈する副画素を用いてもよい。なお、本明細書等において、副画素を単に画素と記す場合がある。
表示装置１００は、走査線駆動回路および信号線駆動回路のうち、一方または双方を有していてもよい。または、走査線駆動回路および信号線駆動回路の双方を有していなくてもよい。表示装置１００が、タッチセンサ等のセンサを有する場合、表示装置１００は、センサ駆動回路を有していてもよい。本実施の形態では、駆動回路部６４として、走査線駆動回路を有する例を示す。走査線駆動回路は、表示部６２が有する走査線に、走査信号を出力する機能を有する。
表示装置１００では、ＩＣ７３が、ＣＯＧ方式等の実装方式により、基板５１に実装されている。ＩＣ７３は、例えば、信号線駆動回路、走査線駆動回路、およびセンサ駆動回路のうち、一つまたは複数を有する。
表示装置１００には、ＦＰＣ７２が電気的に接続されている。ＦＰＣ７２を介して、ＩＣ７３および駆動回路部６４には外部から信号および電力が供給される。また、ＦＰＣ７２を介して、ＩＣ７３から外部に信号を出力することができる。
ＦＰＣ７２には、ＩＣが実装されていてもよい。例えば、ＦＰＣ７２には、信号線駆動回路、走査線駆動回路、およびセンサ駆動回路のうち、一つまたは複数を有するＩＣが実装されていてもよい。
表示部６２および駆動回路部６４には、配線６５から、信号および電力が供給される。当該信号および電力は、ＩＣ７３から、またはＦＰＣ７２を介して外部から、配線６５に入力される。
図６は、画素９００、および駆動回路部６４を含む断面図である。図６に示すように、表示装置１００は、基板５１、トランジスタ２０１、トランジスタ２０６、液晶素子４０、配向膜１３３ａ、配向膜１３３ｂ、接続部２０４、接着層１４１、着色層１３１、遮光層１３２、オーバーコート１２１、および基板６１等を有する。
液晶素子４０は、画素電極１１１、共通電極１１２、および液晶層１１３を有する。画素電極１１１と共通電極１１２との間に生じる電界により、液晶層１１３の配向を制御することができる。液晶層１１３は、配向膜１３３ａと配向膜１３３ｂの間に位置する。
図６において、画素電極１１１は、導電層２３２と電気的に接続されている。前述のように、導電層２３２はトランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の他方、および容量素子３４の第２の電極としての機能を有し、可視光を透過する材料を用いて形成される。また、容量素子３４の第１の電極としての機能を有する導電層２６２も、可視光を透過する材料を用いて形成される。以上により、容量素子３４を設けた領域を表示領域９１８とすることができる。したがって、画素９００の開口率を高めることができ、また、表示装置１００の消費電力を低減することができる。
また、図６において、液晶層１１３と接するように配向膜が設けられている。配向膜は、液晶層１１３の配向を制御する機能を有する。図６では、画素電極１１１と接するように配向膜１３３ａが設けられ、共通電極１１２と接するように配向膜１３３ｂが設けられる。なお、配向膜１３３ａおよび／または配向膜１３３ｂを設けない構成としてもよい。
液晶材料には、誘電率の異方性（Δε）が正であるポジ型の液晶材料と、負であるネガ型の液晶材料がある。本発明の一態様では、どちらの材料を用いることもでき、適用するモードおよび設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。
本発明の一態様では、ネガ型の液晶材料を用いることが好ましい。ネガ型液晶では、液晶分子の分極に由来するフレクソエレクトリック効果の影響を抑制でき、極性による透過率の差がほとんどない。したがって、表示装置の使用者からフリッカーが視認されることを抑制できる。フレクソエレクトリック効果とは、主に分子形状に起因し、配向歪みにより分極が発生する現象である。ネガ型の液晶材料は、広がり変形や曲げ変形の配向歪みが生じにくい。
なお、様々なモードが適用された液晶素子を液晶素子４０として用いることができる。例えば、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＶＡ−ＩＰＳモード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いることができる。
また、表示装置１００にノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モード等を用いることができる。
なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。例えば、横方向の電界によって液晶の光学的変調作用を制御する場合、当該制御方式を横電界方式と呼ぶことができる。液晶素子に用いる液晶としては、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（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、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。
また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層１１３に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性を示す。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいので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、作製工程中の液晶表示装置の不良または破損を軽減することができる。
表示装置１００は、透過型の液晶表示装置であるため、画素電極１１１および共通電極１１２の一方または双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、前述のように、導電層２３２および導電層２６２の一方または双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。
可視光を透過する導電性材料としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種以上を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、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、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛等が挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。
導電層２３２、導電層２６２、画素電極１１１、および共通電極１１２のうち、一つまたは複数に酸化物導電体を用いることが好ましい。当該酸化物導電体は、トランジスタ２０６の半導体層２３１に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。例えば、導電層２６２は、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｎ、またはＨｆ）膜であることがさらに好ましい。また、導電層２３２は、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物膜であることが好ましい。導電層２３２をＩｎ−Ｚｎ酸化物膜とすることにより、詳細は後述するが、導電層２３２が表示装置１００の作製工程中に高抵抗化することを抑制することができる。
導電層２３２、導電層２６２、画素電極１１１、および共通電極１１２のうち、一つまたは複数を、酸化物半導体を用いて形成してもよい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、表示装置を構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
酸化物半導体は、膜中の酸素欠損、および膜中の水素、水等の不純物濃度のうち少なくとも一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、酸化物半導体に対して酸素欠損および不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、または酸素欠損および不純物濃度の少なくとも一方が低減する処理を行うことによって、酸化物半導体の有する抵抗率を制御することができる。酸化物半導体に対して酸素欠損および不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理を行うことにより、酸化物半導体を低抵抗化した酸化物導電体を形成することができる。
なお、このように、酸化物半導体を用いて形成された酸化物導電体は、キャリア密度が高く低抵抗な酸化物半導体、導電性を有する酸化物半導体、または導電性の高い酸化物半導体ということもできる。
また、酸化物半導体と、酸化物導電体を同一の金属元素で形成することで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで製造コストを低減させることができる。また、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることによって、酸化物半導体を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、酸化物半導体体と、酸化物導電体は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、表示装置の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
トランジスタ２０６は、ゲート電極２２１、絶縁層２１１、半導体層２３１、絶縁層２６１、導電層２２２、および導電層２３２を有する。半導体層２３１は、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｎ、またはＨｆ）膜であることがさらに好ましい。
ゲート電極２２１は、絶縁層２１１を介して半導体層２３１と重なる領域を有する。具体的には、ゲート電極２２１は、絶縁層２１１を介して半導体層２３１のチャネル領域と重なる領域を有する。
また、絶縁層２１１と接するように、半導体層２３１が設けられる。また、半導体層２３１および絶縁層２１１と接するように、絶縁層２６１が設けられる。導電層２２２は、絶縁層２６１に設けられた開口部を介して半導体層２３１と電気的に接続されている。また、導電層２３２は、絶縁層２６１に設けられた開口部を介して半導体層２３１と電気的に接続されている。
絶縁層２１１は、トランジスタ２０６のゲート絶縁層としての機能を有する。半導体層２３１は、チャネル領域を有する。絶縁層２６１は、トランジスタ２０６のチャネル保護層としての機能を有する。導電層２２２は、トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有する。導電層２３２は、トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する。
また、ゲート電極２２１は、走査線の一部とすることができる。つまり、走査線が、トランジスタ２０６のチャネル領域と重なる部分を有する構成とすることができる。また、導電層２２２は、信号線の一部とすることができる。以上より、ゲート電極２２１および導電層２２２の電気抵抗は十分に低いことが好ましい。このため、ゲート電極２２１および導電層２２２は、金属、合金等を用いて形成されることが好ましい。ゲート電極２２１および導電層２２２として、可視光を遮る機能を有する材料を用いてもよい。
なお、前述のように、導電層２３２には可視光を透過する機能を有する材料を用いることが好ましい。つまり、本発明の一態様において、トランジスタ２０６は、導電層２２２と導電層２３２とに異なる材料を用いて形成することができる。
具体的には、導電層２３２等に用いることができる可視光を透過する導電性材料は、銅およびアルミニウム等の可視光を遮る導電性材料と比較して抵抗率が大きいことがある。よって、走査線および信号線等のバスラインは、信号遅延を防ぐため、抵抗率が小さい可視光を遮る導電性材料、例えば銅等の金属材料を用いて形成することが好ましい。つまり、ゲート電極２２１、および導電層２２２は、銅等の金属材料を用いて形成することが好ましい。ただし、画素の大きさや、バスラインの幅、バスラインの厚さ等によっては、バスラインに可視光を透過する導電性材料を用いることができる。
また、ゲート電極２２１に可視光を遮る導電層を用いることで、バックライトの光が半導体層２３１に照射されることを抑制できる。これにより、光によるトランジスタの特性変動を抑制でき、トランジスタの信頼性を高めることができる。
半導体層２３１の基板６１側に、遮光層１３２が設けられ、半導体層２３１の基板５１側に、可視光を遮るゲート電極２２１が設けられていることで、外光およびバックライトの光が半導体層２３１に照射されることを抑制できる。
本発明の一態様において、可視光を遮る導電層は、半導体層２３１の一部と重なり、半導体層２３１の他の一部とは重ならなくてもよい。例えば、可視光を遮る導電層は、少なくとも半導体層２３１のチャネル領域と重なっていればよい。
トランジスタ２０６は、絶縁層２１２、絶縁層２１４、および絶縁層２１５に覆われている。なお、絶縁層２１２、絶縁層２１４、および絶縁層２１５を、トランジスタ２０６の構成要素とみなすこともできる。絶縁層２１５は、平坦化層としての機能を有する。
絶縁層２１２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構成とすることが好ましい。また、絶縁層２１４および絶縁層２１５を、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む構成としてもよい。絶縁層２１２等に含まれる酸素は、熱処理等により一部が絶縁層２６１を透過して半導体層２３１のチャネル領域に供給される。これにより、半導体層２３１のチャネル領域が酸化物半導体である場合、当該チャネル領域の酸素欠損を低減することができる。以上より、半導体層２３１のチャネル領域を高抵抗化することができ、トランジスタの電気特性の変動を抑制し、信頼性を高めることができる。
なお、例えば導電層２６２として酸化物導電体を用いた場合、絶縁層２１２等に含まれる酸素が導電層２６２に拡散し、導電層２６２が高抵抗化する可能性がある。しかしながら、導電層２３２は酸素を透過し難い材料により構成される。したがって、絶縁層２１２に含まれる酸素は、導電層２６２には供給され難い。よって、導電層２６２として酸化物導電体を用いた場合であっても、導電層２６２の高抵抗化を抑制することができる。
表示装置１００の、液晶層１１３よりも基板６１側には、着色層１３１および遮光層１３２が設けられている。着色層１３１は、少なくとも、画素９００の表示領域９１８と重なる部分に位置する。表示領域９１８以外の部分（非表示領域）には、遮光層１３２が設けられている。遮光層１３２は、トランジスタ２０６の少なくとも一部と重なる。
着色層１３１および遮光層１３２と、液晶層１１３と、の間には、オーバーコート１２１を設けることが好ましい。オーバーコート１２１は、着色層１３１および遮光層１３２等に含まれる不純物が液晶層１１３に拡散することを抑制できる。
基板５１および基板６１は、接着層１４１によって貼り合わされている。基板５１、基板６１、および接着層１４１に囲まれた領域に、液晶層１１３が封止されている。
表示装置１００を、透過型の液晶表示装置として機能させる場合、偏光板を、画素９００を挟むように２つ配置する。図６では、基板６１側の偏光板１３０を図示している。基板５１側に設けられた偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光は偏光板を介して入射する。このとき、画素電極１１１と共通電極１１２の間に与える電圧によって液晶層１１３の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板１３０を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色層１３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色、青色、または緑色を呈する光となる。
また、偏光板に加えて、例えば円偏光板を用いることができる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板により、表示装置の表示の視野角依存を低減することができる。
また、液晶素子４０は、ゲスト・ホスト液晶モードを用いて駆動されることが好ましい。ゲスト・ホスト液晶モードを用いる場合、偏光板を用いなくてよい。偏光板による光の吸収を低減できるため、光取り出し効率を高め、表示装置の表示を明るくすることができる。
駆動回路部６４は、トランジスタ２０１を有する。
トランジスタ２０１は、ゲート電極２２１、絶縁層２１１、半導体層２３１、絶縁層２６１、導電層２２４、および導電層２２５を有する。導電層２２４および導電層２２５のうち、一方はソース電極としての機能を有し、他方はドレイン電極としての機能を有する。絶縁層２６１には開口部が設けられ、当該開口部を介して導電層２２４と、半導体層２３１とが電気的に接続されている。また、絶縁層２６１には開口部が設けられ、当該開口部を介して導電層２２５と、半導体層２３１とが電気的に接続されている。なお、半導体層２３１において、導電層２２４との接続部、および導電層２２５との接続部は、低抵抗化することが好ましい。
駆動回路部６４に設けられるトランジスタは、可視光を透過する機能を有していなくてよい。つまり、導電層２２４および導電層２２５を、金属材料等を用いて形成することができる。具体的には、導電層２２２と同一の材料を用いて形成することができる。また、導電層２２４、導電層２２５、および導電層２２２は、同一の工程で形成することができる。
接続部２０４では、配線６５と導電層２５１が互いに接続し、導電層２５１と接続体２４２は互いに接続している。つまり、接続部２０４では、導電層２２５が、導電層２５１と接続体２４２を介して、ＦＰＣ７２と電気的に接続している。このような構成とすることで、ＦＰＣ７２から、配線６５に、信号および電力を供給することができる。
配線６５は、トランジスタ２０１が有する導電層２２４、導電層２２５、およびトランジスタ２０６が有する導電層２２２と同一の材料、同一の工程で形成することができる。導電層２５１は、液晶素子４０が有する画素電極１１１と同一の材料、同一の工程で形成することができる。このように、接続部２０４を構成する導電層を、画素９００や駆動回路部６４に用いる導電層と同一の材料、同一の工程で作製すると、工程数の増加を防ぐことができ好ましい。
トランジスタ２０１およびトランジスタ２０６は、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。つまり、駆動回路部６４が有するトランジスタと、画素９００が有するトランジスタとが、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。例えば、駆動回路部６４が有するトランジスタは、チャネル保護型のトランジスタでなくてもよく、例えばチャネルエッチ型のトランジスタでもよい。また、駆動回路部６４が、複数の構造のトランジスタを有していてもよいし、画素９００が、複数の構造のトランジスタを有していてもよい。例えば、駆動回路部６４が、チャネル保護型のトランジスタと、チャネルエッチ型のトランジスタとを有してもよい。また、例えば画素９００が、チャネル保護型のトランジスタと、チャネルエッチ型のトランジスタとを有してもよい。
また、トランジスタ２０１が有する半導体層２３１と、トランジスタ２０６が有する半導体層２３１と、を異なる材料で形成してもよい。例えば、トランジスタ２０１が有する半導体層２３１としてアモルファスシリコン、または低温ポリシリコン等を用い、トランジスタ２０６が有する半導体層２３１として酸化物半導体を用いてもよい。一部のトランジスタの半導体層にアモルファスシリコン、または低温ポリシリコン等を用いることにより、当該トランジスタのオン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
図７に、表示装置１００の変形例を示す。図７に示す構成の表示装置１００は、トランジスタ２０６およびトランジスタ２０１がゲート電極２２３を有する点が、図６に示す構成の表示装置１００と異なる。
ゲート電極２２３は、絶縁層２１４と接するように設けられている。また、ゲート電極２２３は、半導体層２３１と重なる領域を有するように設けられている。ゲート電極２２３として、例えば銅等の金属材料を用いることができる。具体的には、例えばゲート電極２２１と同一の材料を用いることができる。なお、ゲート電極２２３を、ゲート電極２２１と異なる材料により形成してもよい。例えば、ゲート電極２２１およびゲート電極２２３の一方を、金属材料等、遮光性を有する材料により形成してもよい。また、例えばゲート電極２２１およびゲート電極２２３の一方を、酸化物導電体により形成してもよい。
ゲート電極２２１およびゲート電極２２３は、電気的に接続することができる。このように２つのゲート電極が電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
なお、表示装置１００が有するトランジスタの内、一部のトランジスタはゲート電極２２３を有する構成とし、他のトランジスタはゲート電極２２３を有しない構成としてもよい。例えば、トランジスタ２０１はゲート電極２２３を有する構成とし、トランジスタ２０６はゲート電極２２３を有しない構成としてもよい。また、例えば、トランジスタ２０６はゲート電極２２３を有する構成とし、トランジスタ２０１はゲート電極２２３を有しない構成としてもよい。また、表示装置１００が有するトランジスタの一部およびすべてを、ゲート電極２２１を有しない構成としてもよい。
次に、本発明の一態様の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。なお、既に説明した構成要素については説明を省略する場合がある。また、以降に示す表示装置およびタッチパネル、並びにそれらの構成要素にも、以下の材料を適宜用いることができる。
≪基板５１、６１≫
本発明の一態様の表示装置が有する基板の材質等に大きな制限はなく、様々な基板を用いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラミック基板、金属基板、またはプラスチック基板等を用いることができる。
厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化および薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。
本発明の一態様の表示装置は、作製基板上にトランジスタ等を形成し、その後、別の基板にトランジスタ等を転置することで、作製される。作製基板を用いることにより、特性の良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、壊れにくい表示装置の製造、表示装置への耐熱性の付与、表示装置の軽量化、または表示装置の薄型化を図ることができる。トランジスタが転置される基板には、トランジスタを形成することが可能な基板に限られず、紙基板、セロファン基板、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）もしくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）等を含む）、皮革基板、またはゴム基板等を用いることができる。
≪半導体層≫
半導体層に用いられる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。半導体層に用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
例えば、第１４族の元素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体等を半導体層に適用できる。
トランジスタのチャネルが形成される半導体に、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
酸化物半導体については、上述の説明および実施の形態４等を参照できる。
酸化物半導体を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
また、その低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。
トランジスタ２０１およびトランジスタ２０６は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体を有することが好ましい。これにより、トランジスタの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、消費電力を抑制する効果を奏する。
また、トランジスタ２０１およびトランジスタ２０６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。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、表示部のトランジスタと、駆動回路部の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、駆動回路として、別途、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、表示装置の部品点数を削減することができる。また、表示部においても、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。
≪絶縁層≫
表示装置が有する各絶縁層、オーバーコート、スペーサ等に用いることのできる絶縁材料としては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。有機絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、およびフェノール樹脂等が挙げられる。無機絶縁層としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、および酸化ネオジム膜等が挙げられる。
≪導電層≫
トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、表示装置が有する各種配線および電極等の導電層には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステン等の金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、導電層を三層構造とする場合、一層目および三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、または窒化モリブデンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金または銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、ＩＴＯ、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、ＩＴＳＯ等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。
なお、酸化物半導体の抵抗率を制御することで、酸化物導電体を形成してもよい。
≪接着層１４１≫
接着層１４１としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、または２液混合型の硬化性樹脂等の硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、またはシロキサン樹脂等を用いることができる。
≪接続体２４２≫
接続体２４２としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）等を用いることができる。
≪着色層１３１≫
着色層１３１は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。着色層１３１に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、および顔料または染料が含まれた樹脂材料等が挙げられる。
≪遮光層１３２≫
遮光層１３２は、例えば、隣接する異なる色の着色層１３１の間に設けられる。例えば、金属材料、または、顔料もしくは染料を含む樹脂材料を用いて形成されたブラックマトリクスを遮光層１３２として用いることができる。なお、遮光層１３２は、駆動回路部６４等、画素９００以外の領域にも設けると、導波光等による光漏れを抑制できるため好ましい。
＜３．表示装置の作製方法例＞
図６に示す構成の表示装置１００の作製方法の一例について、図８（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および図９（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。なお、本作製方法例において、作製するトランジスタおよび液晶素子等の構成を変えることで、本実施の形態の他の表示装置等も作製することができる。
表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層成膜（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。ＣＶＤ法の例として、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法および熱ＣＶＤ法等が挙げられる。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法が挙げられる。
表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット印刷、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
表示装置を構成する薄膜は、リソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、もしくはリフトオフ法等により薄膜を加工してもよい。
フォトリソグラフィ法を用いて加工する場合、露光に用いる光としては、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、およびこれらを混合させた光が挙げられる。そのほか、紫外線、ＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）およびＸ線等が挙げられる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。極端紫外光、Ｘ線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビーム等のビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法等を用いることができる。
表示装置１００の作製の際は、まず、基板５１上に導電層を成膜し、当該導電層をリソグラフィ法等により加工することにより、配線９０２およびゲート電極２２１を形成する。前述の通り、配線９０２は走査線としての機能を有する。また、ゲート電極２２１は、走査線の一部とすることができる。配線９０２およびゲート電極２２１は、抵抗率が小さい可視光を遮る導電性材料、例えば銅等の金属材料を用いて形成することが好ましい。
次に、絶縁層２１１を成膜する。前述の通り、絶縁層２１１は、表示装置１００に設けられたトランジスタのゲート絶縁層としての機能を有する。
その後、半導体層を成膜し、当該半導体層をリソグラフィ法等により加工することにより、半導体層２３１および半導体層２６２ａを形成する（図８（Ａ））。半導体層２３１は、表示装置１００に設けられたトランジスタのチャネル領域として機能する領域を有する。半導体層２３１および半導体層２６２ａとして、酸化物半導体を用いることが好ましい。例えば、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）膜であることがさらに好ましい。
次に、絶縁層２６１を成膜する（図８（Ｂ））。前述の通り、絶縁層２６１は、表示装置１００に設けられたトランジスタのチャネル保護層、および表示装置１００に設けられた容量素子の誘電層としての機能を有する。
絶縁層２６１として、例えば酸化窒化シリコン膜とすることができる。絶縁層２６１は、例えばＣＶＤ法、特にＰＥＣＶＤ法により成膜することができる。酸化窒化シリコンを有する膜をＣＶＤ法により成膜する場合、例えば成膜ガスとしてシランガスを用い、さらに亜酸化窒素等の窒素酸化物ガスを用いる。この場合、絶縁層２６１の成膜中に水素等が半導体層２６２ａに供給され、半導体層２６２ａを低抵抗化することができる。これにより、表示装置１００に設けられた容量素子の第１の電極としての機能を有する導電層２６２を形成することができる。
なお、上記方法により成膜された絶縁層２６１には、アンモニアが含まれる。絶縁層２６１の成膜後に熱処理等を行い、導電層２６２に供給された水素等が外方拡散したとしても、絶縁層２６１に含まれるアンモニアが導電層２６２に供給されることにより、導電層２６２の抵抗率が増加することを抑制することができる。
また、絶縁層２６１の成膜中に水素等が半導体層２３１に供給され、半導体層２３１が有するチャネル領域が低抵抗化する場合がある。しかしながら、後の工程により、半導体層２３１が有するチャネル領域を高抵抗化することができるので、絶縁層２６１の成膜時点で低抵抗化しても問題は生じない。
次に、絶縁層２６１に、半導体層２３１に達する開口部を設け、その後半導体層２３２ａを形成する。なお、半導体層２３２ａは、導電層２６２と重なる領域を有する。また、半導体層２３２ａは、絶縁層２６１に設けられた開口部を介して、半導体層２３１と電気的に接続される。
半導体層２３２ａとして、例えばＩｎ−Ｚｎ酸化物を用いることが好ましい。例えば、スパッタリング法により、基板温度を意図的に加熱しない温度として、かつアルゴン（アルゴン１００％）雰囲気下でＩｎ−Ｚｎ酸化物を成膜することが好ましい。半導体層２３２ａをＩｎ−Ｚｎ酸化物とすることにより、後の工程で、半導体層２３２ａを低抵抗化して導電層２３２を形成することができ、また、形成された導電層２３２がさらに後の工程で高抵抗化することを抑制することができる。なお、半導体層２３２ａとして、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物以外の酸化物半導体を用いてもよい。この場合、半導体層２３２ａは半導体層２３１に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。半導体層２３２ａが半導体層２３１に含まれる金属元素を一種類以上有する場合、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
次に、絶縁層２６１に、半導体層２３１に達する開口部を設け、その後導電層２２２、導電層２２４、導電層２２５、および配線６５を形成する（図８（Ｃ））。なお、導電層２２２、導電層２２４、および導電層２２５は、絶縁層２６１に設けられた開口部を介して、半導体層２３１と電気的に接続される。
前述のように、導電層２２２は、トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有する。また、導電層２２４は、トランジスタ２０１のソース電極またはドレイン電極の一方としての機能を有する。また、導電層２２５は、トランジスタ２０１のソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する。また、導電層２２２は、信号線の一部とすることができる。導電層２２２、導電層２２４、導電層２２５および配線６５は、抵抗率が小さい可視光を遮る導電性材料、例えば銅等の金属材料を用いて形成することが好ましい。
なお、絶縁層２６１がチャネル保護層としての機能を有するため、導電層２２２、半導体層２３２ａ、導電層２２４、および導電層２２５の形成時に、半導体層２３１のチャネル領域にエッチングによるダメージが与えられることを抑制することができる。これにより、表示装置１００が有するトランジスタの電気特性を安定化させ、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
また、絶縁層２６１への開口部の形成後に、半導体層２３１にアルゴン等の不活性ガスを供給することにより、トランジスタ２０６および／またはトランジスタ２０１のソース電極との接触部およびドレイン電極との接触部をｎ型化してもよい。不活性ガスの供給方法は、例えばスパッタリング法、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等とすることができる。これにより、トランジスタ２０６および／またはトランジスタ２０１のオン電流を高め、表示装置１００の動作を高速化することができる。
次に、絶縁層２１２を成膜する。絶縁層２１２として、例えば酸化窒化シリコンを有する膜とすることができる。絶縁層２１２は、例えばＣＶＤ法、特にＰＥＣＶＤ法により成膜することができる。酸化窒化シリコンを有する膜をＣＶＤ法により成膜する場合、例えば成膜ガスとしてシランガスを用い、さらに亜酸化窒素ガス等の窒素酸化物ガスを用いる。この場合、絶縁層２１２の成膜中に水素等が半導体層２３２ａに供給され、半導体層２３２ａを低抵抗化することができる。これにより、トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極としての機能、および容量素子３４の第２の電極としての機能を有する導電層２３２を形成することができる。
また、絶縁層２１２に、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含ませることが好ましい。例えば、絶縁層２１２をＣＶＤ法により成膜する場合、成膜ガスとして酸素または、酸素と亜酸化窒素、二酸化窒素等の窒素酸化物ガスとの混合ガス等を用いることにより、絶縁層２１２に酸素を含ませることができる。また、絶縁層２１２の成膜後に、イオン注入法、イオンドーピング法、プラズマイマージョンイオン注入法、プラズマ処理等により、絶縁層２１２に酸素を導入してもよい。
絶縁層２１２に含まれる酸素は、熱処理等により一部が絶縁層２６１を透過して半導体層２３１のチャネル領域に供給される。これにより、半導体層２３１のチャネル領域が酸化物半導体である場合、当該チャネル領域の酸素欠損を低減することができる。以上より、半導体層２３１のチャネル領域を高抵抗化することができ、トランジスタの電気特性の変動を抑制し、信頼性を高めることができる。
なお、例えば導電層２６２として酸化物導電体を用いた場合、絶縁層２１２等に含まれる酸素が導電層２６２に拡散し、導電層２６２が高抵抗化する可能性がある。しかしながら、導電層２３２は酸素を透過し難い材料により構成される。したがって、絶縁層２１２に含まれる酸素は、導電層２６２には供給され難い。よって、導電層２６２として酸化物導電体を用いた場合であっても、導電層２６２の高抵抗化を抑制することができる。
次に、絶縁層２１４を成膜する。その後、絶縁層２１５を成膜する。絶縁層２１５の成膜後、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｉｎｇ）法等により、絶縁層２１５に対して平坦化処理を行う（図９（Ａ））。
次に、絶縁層２１５、絶縁層２１４、および絶縁層２１２に、導電層２３２に達する開口部および配線６５に達する開口部を設ける。その後、導電層を設け、当該導電層をリソグラフィ法等により加工することにより、画素電極１１１および導電層２５１を形成する。絶縁層２１５、絶縁層２１４、および絶縁層２１２に設けられた開口部を介して、画素電極１１１は導電層２３２と電気的に接続され、導電層２５１は配線６５と電気的に接続される。なお、前述のように、画素電極１１１として、可視光を透過する機能を有する材料が用いられる。
次に、画素電極１１１を覆うように、配向膜１３３ａを形成する（図９（Ｂ））。その後、基板６１上に、遮光層１３２、着色層１３１、オーバーコート１２１、共通電極１１２、および配向膜１３３ｂを形成する（図９（Ｃ））。前述のように、共通電極１１２として、可視光を透過する機能を有する材料が用いられる。
さらに、図９（Ｂ）に示す基板５１と、図９（Ｃ）に示す基板６１との間に、接着層１４１を用いて液晶層１１３を封止する。その後、接続体２４２、ＦＰＣ７２、および偏光板１３０を形成する。以上により、図６に示す構成の表示装置１００を構成することができる。
以上示したように、本発明の一態様の表示装置の作製方法では、トランジスタ２０６が有する半導体層２３１と、容量素子３４が有する導電層２６２とを同一工程で形成することができる。また、トランジスタ２０６のチャネル保護層としての機能を有する絶縁層と、容量素子３４の誘電層としての機能を有する絶縁層とを、絶縁層２６１として１つの工程で形成することができる。また、トランジスタ２０６のソース電極またはドレイン電極の他方としての機能を有する導電層と、容量素子３４の第２の電極としての機能を有する導電層とを、導電層２３２として１つの工程で形成することができる。以上により、表示装置１００の作製工程を簡略化することができ、表示装置１００の作製コストを低減することができる。
また、前述のように、導電層２６２および導電層２３２は、可視光を透過する機能を有する。これにより、表示装置１００が有する画素９００の開口率を高めることができる。開口率が高いほど光取り出し効率を高めることができるため、表示装置１００の消費電力を低減することができる。また、表示装置１００により表示される画像を高精細化することができる。
＜４．画素の配置例＞
図１０（Ａ）、（Ｂ）に画素９００、および画素９００が有する副画素の配置例を示す。図１０（Ａ）、（Ｂ）では、赤色の副画素Ｒ、緑色の副画素Ｇ、および青色の副画素Ｂによって１つの画素が構成される例を示す。図１０（Ａ）、（Ｂ）では、複数の走査線８１がｘ方向に伸長しており、複数の信号線８２がｙ方向に伸長しており、走査線８１と信号線８２は交差している。
図１０（Ａ）の二点鎖線の枠内に示すように、副画素は、トランジスタ２０６、容量素子３４、および液晶素子４０を有する。トランジスタ２０６のゲート電極は、走査線８１と電気的に接続される。トランジスタ２０６のソース電極およびドレイン電極のうち、一方は、信号線８２と電気的に接続され、他方は、容量素子３４の第２の電極および液晶素子４０の第１の電極と電気的に接続される。容量素子３４の第１の電極および液晶素子４０の第１の電極には、それぞれ、定電位が与えられる。
図１０（Ａ）、（Ｂ）では、ソースライン反転駆動を適用する例を示す。信号Ａ１と信号Ａ２は極性が同じ信号である。信号Ｂ１と信号Ｂ２は極性が同じ信号である。信号Ａ１と信号Ｂ１は互いに極性の異なる信号である。信号Ａ２と信号Ｂ２は互いに極性の異なる信号である。
表示装置の高精細化に伴い、副画素間の距離は狭くなる。そのため、例えば図１０（Ａ）の一点鎖線の枠内に示すように、信号Ａ１が入力される副画素における、信号Ｂ１が入力される信号線８２近傍では、液晶が、信号Ａ１と信号Ｂ１の双方の電位の影響を受けやすくなる。これにより、液晶の配向不良が生じやすくなる。
図１０（Ａ）では、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、ｙ方向であり、信号線８２が伸長する方向と概略平行である。図１０（Ａ）の一点鎖線の枠内に示すように、副画素の長辺側に、異なる色を呈する副画素が隣接する。
図１０（Ｂ）では、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、ｘ方向であり、信号線８２が伸長する方向と交差する。図１０（Ｂ）の一点鎖線の枠内に示すように、副画素の短辺側に、同じ色を呈する副画素が隣接する。
図１０（Ｂ）に示すように、副画素における、信号線８２が伸長する方向に概略平行な辺が、短辺であると、長辺である場合（図１０（Ａ））に比べて、液晶の配向不良が生じやすい領域を狭くすることができる。図１０（Ｂ）に示すように、液晶の配向不良が生じやすい領域が同一の色を呈する副画素間に位置すると、異なる色を呈する副画素間に位置する場合（図１０（Ａ））に比べて、表示装置の使用者に、表示不良を視認されにくくなる。本発明の一態様において、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、信号線８２が伸長する方向と交差することが好ましい。
＜５．表示装置の構成例３＞
本発明の一態様は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）に適用することができる。上述の各表示装置の構成を、タッチパネルに適用することができる。本実施の形態では、表示装置１００にタッチセンサを搭載する例を主に説明する。
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子（センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラス等の被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。
センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式等様々な方式を用いることができる。
本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板および対向基板の一方または双方に検知素子を構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
図１１および図１２に、タッチパネルの一例を示す。図１１（Ａ）は、タッチパネル３５０の斜視図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。図１１（Ｂ）では、基板６１および基板１６２を破線で輪郭のみ明示している。図１２は、タッチパネル３５０の断面図である。
タッチパネル３５０は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。
タッチパネル３５０は、入力装置３７５と、表示装置３７０とを有し、これらが重ねて設けられている。
入力装置３７５は、基板１６２、電極１２７、電極１２８、複数の配線１３７、および複数の配線１３８を有する。ＦＰＣ７２ｂは、複数の配線１３７および複数の配線１３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ７２ｂにはＩＣ７３ｂが設けられている。
表示装置３７０は、対向して設けられた基板５１と基板６１とを有する。表示装置３７０は、表示部６２および駆動回路部６４を有する。基板５１上には、配線６５等が設けられている。ＦＰＣ７２ａは、配線６５と電気的に接続される。ＦＰＣ７２ａにはＩＣ７３ａが設けられている。
表示部６２および駆動回路部６４には、配線６５から、信号および電力が供給される。当該信号および電力は、外部またはＩＣ７３ａから、ＦＰＣ７２ａを介して配線６５に入力される。
図１２は、画素９００、駆動回路部６４、ＦＰＣ７２ａを含む領域、およびＦＰＣ７２ｂを含む領域等の断面図である。
基板５１と基板６１とは、接着層１４１によって貼り合わされている。基板６１と基板１６２とは、接着層１６９によって貼り合わされている。ここで、基板５１から基板６１までの各層が、表示装置３７０に相当する。また、基板１６２から電極１２４までの各層が入力装置３７５に相当する。つまり、接着層１６９は、表示装置３７０と入力装置３７５を貼り合わせているといえる。
図１２に示す表示装置３７０の構成は、図６に示す表示装置１００と同様の構成であるため、詳細な説明は省略する。
基板５１には、接着層１６７によって、偏光板１６５が貼り合わされている。偏光板１６５には、接着層１６３によって、バックライト１６１が貼り合わされている。
バックライト１６１としては、直下型のバックライト、またはエッジライト型のバックライト等が挙げられる。ＬＥＤを備える直下型のバックライトを用いると、複雑なローカルディミングが可能となり、コントラストを高めることができるため好ましい。また、エッジライト型のバックライトを用いると、バックライトを含めたモジュールの厚さを低減できるため好ましい。また、バックライト１６１として、量子ドットを用いてもよい。
なお、量子ドットは、数ｎｍサイズの半導体ナノ結晶であり、１×１０３個から１×１０６個程度の原子から構成されている。量子ドットはサイズに依存してエネルギーシフトするため、同じ物質から構成される量子ドットであっても、サイズによって発光波長が異なり、用いる量子ドットのサイズを変更することによって容易に発光波長を調整することができる。
また、量子ドットは、発光スペクトルのピーク幅が狭いため、色純度のよい発光を得ることができる。さらに、量子ドットの理論的な外部量子効率はほぼ１００％であると言われており、蛍光発光を呈する有機化合物の２５％を大きく上回り、燐光発光を呈する有機化合物と同等となっている。このことから、量子ドットを発光材料として用いることによって発光効率の高い発光素子を得ることができる。その上、無機化合物である量子ドットはその本質的な安定性にも優れているため、寿命の観点からも好ましい発光素子を得ることができる。
量子ドットを構成する材料としては、周期表第１４族元素、周期表第１５族元素、周期表第１６族元素、複数の周期表第１４族元素からなる化合物、周期表第４族から周期表第１４族に属する元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物、周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、周期表第１４族元素と周期表第１５族元素との化合物、周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、酸化鉄類、酸化チタン類、カルコゲナイドスピネル類、各種半導体クラスター等を挙げることができる。
具体的には、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、テルル化カドミウム、セレン化亜鉛、酸化亜鉛、硫化亜鉛、テルル化亜鉛、硫化水銀、セレン化水銀、テルル化水銀、砒化インジウム、リン化インジウム、砒化ガリウム、リン化ガリウム、窒化インジウム、窒化ガリウム、アンチモン化インジウム、アンチモン化ガリウム、リン化アルミニウム、砒化アルミニウム、アンチモン化アルミニウム、セレン化鉛、テルル化鉛、硫化鉛、セレン化インジウム、テルル化インジウム、硫化インジウム、セレン化ガリウム、硫化砒素、セレン化砒素、テルル化砒素、硫化アンチモン、セレン化アンチモン、テルル化アンチモン、硫化ビスマス、セレン化ビスマス、テルル化ビスマス、ケイ素、炭化ケイ素、ゲルマニウム、錫、セレン、テルル、ホウ素、炭素、リン、窒化ホウ素、リン化ホウ素、砒化ホウ素、窒化アルミニウム、硫化アルミニウム、硫化バリウム、セレン化バリウム、テルル化バリウム、硫化カルシウム、セレン化カルシウム、テルル化カルシウム、硫化ベリリウム、セレン化ベリリウム、テルル化ベリリウム、硫化マグネシウム、セレン化マグネシウム、硫化ゲルマニウム、セレン化ゲルマニウム、テルル化ゲルマニウム、硫化錫、セレン化錫、テルル化錫、酸化鉛、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酸化銅、セレン化銅、酸化ニッケル、酸化コバルト、硫化コバルト、四酸化三鉄、硫化鉄、酸化マンガン、硫化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素、窒化ゲルマニウム、酸化アルミニウム、チタン酸バリウム、セレンと亜鉛とカドミウムの化合物、インジウムと砒素とリンの化合物、カドミウムとセレンと硫黄の化合物、カドミウムとセレンとテルルの化合物、インジウムとガリウムと砒素の化合物、インジウムとガリウムとセレンの化合物、インジウムとセレンと硫黄の化合物、銅とインジウムと硫黄の化合物およびこれらの組合せ等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、組成が任意の比率で表される、いわゆる合金型量子ドットを用いても良い。例えば、カドミウムとセレンと硫黄の合金型量子ドットは、元素の含有比率を変化させることで発光波長を変えることができるため、青色発光を得るには有効な手段の一つである。
量子ドットの構造としては、コア型、コア−シェル型、コア−マルチシェル型等があり、そのいずれを用いても良いが、コアを覆ってより広いバンドギャップを持つ別の無機材料でシェルを形成することによって、ナノ結晶表面に存在する欠陥やダングリングボンドの影響を低減することができる。これにより、発光の量子効率が大きく改善するためコア−シェル型やコア−マルチシェル型の量子ドットを用いることが好ましい。シェルの材料の例としては、硫化亜鉛や酸化亜鉛が挙げられる。
また、量子ドットは、表面原子の割合が高いことから、反応性が高く、凝集が起こりやすい。そのため、量子ドットの表面には保護剤が付着しているまたは保護基が設けられていることが好ましい。当該保護剤が付着しているまたは保護基が設けられていることによって、凝集を防ぎ、溶媒への溶解性を高めることができる。また、反応性を低減させ、電気的安定性を向上させることも可能である。保護剤（または保護基）としては、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンステアリルエーテル、ポリオキシエチレンオレイルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル類、トリプロピルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン等のトリアルキルホスフィン類、ポリオキシエチレンｎ−オクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンｎ−ノニルフェニルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、トリ（ｎ−ヘキシル）アミン、トリ（ｎ−オクチル）アミン、トリ（ｎ−デシル）アミン等の第３級アミン類、トリプロピルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリヘキシルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリデシルホスフィンオキシド等の有機リン化合物、ポリエチレングリコールジラウレート、ポリエチレングリコールジステアレート等のポリエチレングリコールジエステル類、また、ピリジン、ルチジン、コリジン、キノリン類等の含窒素芳香族化合物等の有機窒素化合物、ヘキシルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、テトラデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン等のアミノアルカン類、ジブチルスルフィド等のジアルキルスルフィド類、ジメチルスルホキシドやジブチルスルホキシド等のジアルキルスルホキシド類、チオフェン等の含硫黄芳香族化合物等の有機硫黄化合物、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の高級脂肪酸、アルコール類、ソルビタン脂肪酸エステル類、脂肪酸変性ポリエステル類、３級アミン変性ポリウレタン類、ポリエチレンイミン類等が挙げられる。
量子ドットは、サイズが小さくなるに従いバンドギャップが大きくなるため、所望の波長の光が得られるようにそのサイズを適宜調節する。結晶サイズが小さくなるにつれて、量子ドットの発光は青色側へ、つまり、高エネルギー側へとシフトするため、量子ドットのサイズを変化させることにより、紫外領域、可視領域、赤外領域のスペクトルの波長領域にわたって、その発光波長を調節することができる。量子ドットのサイズ（直径）は０．５ｎｍ乃至２０ｎｍ、好ましくは１ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲のものが通常良く用いられる。なお、量子ドットはそのサイズ分布が狭いほど、より発光スペクトルが狭線化し、色純度の良好な発光を得ることができる。また、量子ドットの形状は特に限定されず、球状、棒状、円盤状、その他の形状であってもよい。なお、棒状の量子ドットである量子ロッドはｃ軸方向に偏光した指向性を有する光を呈するため、量子ロッドを発光材料として用いることにより、より外部量子効率が良好な発光素子を得ることができる。
基板１６２には、接着層１６８によって、偏光板１６６が貼り合わされている。偏光板１６６には、接着層１６４によって、保護基板１６０が貼り合わされている。電子機器にタッチパネル３５０を組み込む際、保護基板１６０を、指またはスタイラス等の被検知体が直接触れる基板として用いてもよい。保護基板１６０には、基板５１および基板６１等に用いることができる基板を適用することができる。保護基板１６０には、基板５１および基板６１等に用いることができる基板の表面に保護層を形成した構成、または強化ガラス等を用いることが好ましい。当該保護層は、セラミックコートにより形成することができる。または、当該保護層は、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等の無機絶縁材料を用いて形成することができる。
入力装置３７５と表示装置３７０の間に偏光板１６６を配置してもよい。その場合、図１２に示す保護基板１６０、接着層１６４、および接着層１６８を設けなくてよい。つまり、タッチパネル３５０の最表面に基板１６２が位置する構成とすることができる。基板１６２には、上記の保護基板１６０に用いることができる材料を適用することが好ましい。
基板１６２の基板６１側には、電極１２７および電極１２８が設けられている。電極１２７および電極１２８は同一平面上に形成されている。絶縁層１２５は、電極１２７および電極１２８を覆うように設けられている。電極１２４は、絶縁層１２５に設けられた開口を介して、電極１２７を挟むように設けられる２つの電極１２８と電気的に接続している。
入力装置３７５が有する導電層のうち、表示領域９１８と重なる導電層（電極１２７、１２８等）には、可視光を透過する材料を用いる。
電極１２７、１２８と同一の導電層を加工して得られた配線１３７が、電極１２４と同一の導電層を加工して得られた導電層１２６と接続している。導電層１２６は、接続体２４２ｂを介してＦＰＣ７２ｂと電気的に接続される。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図１３を用いて説明する。
なお、以下では、通常のフレーム周波数（代表的には６０Ｈｚ以上２４０Ｈｚ以下）で動作する通常動作モード（Ｎｏｒｍａｌ ｍｏｄｅ）と、低速のフレーム周波数で動作するアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードと、を例示して説明する。
なお、ＩＤＳ駆動モードとは、画像データの書き込み処理を実行した後、画像データの書き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き込みをして、その後、次の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像データの書き込みに要する分の消費電力を削減することができる。ＩＤＳ駆動モードは、例えば、通常動作モードの１／１００乃至１／１０程度のフレーム周波数とすることができる。静止画は、連続するフレーム間でビデオ信号が同じである。よって、ＩＤＳ駆動モードは、静止画を表示する場合に特に有効である。ＩＤＳ駆動を用いて画像を表示させることで、消費電力が低減されるとともに、画面のちらつき（フリッカー）が抑制され、眼精疲労も低減できる。
図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、画素回路、および、通常駆動モードとＩＤＳ駆動モードを説明するタイミングチャートである。なお、図１３（Ａ）では、第１の表示素子５０１（ここでは反射型の液晶素子）と、第１の表示素子５０１に電気的に接続される画素回路５０６と、を示している。また、図１３（Ａ）に示す画素回路５０６では、信号線ＳＬと、ゲート線ＧＬと、信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに接続されたトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に接続される容量素子ＣｓＬＣとを示している。なお、第１の表示素子５０１の一方の電極、トランジスタＭ１のソースまたはドレインの一方、および容量素子ＣｓＬＣが接続されたノードをノードＮＤ１とする。
トランジスタＭ１は、容量素子ＣｓＬＣに保持されたデータＤ１のリークパスと成り得る。よって、トランジスタＭ１のオフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタＭ１としては、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を有するトランジスタを用いることが好ましい。金属酸化物が増幅作用、整流作用、およびスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）または酸化物半導体（ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができる。以下、トランジスタの代表例として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう。）を用いて説明する。ＯＳトランジスタは、多結晶シリコン等を用いたトランジスタよりも非導通状態時のリーク電流（オフ電流）が極めて低い特徴を有する。トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることでノードＮＤ１に供給された電荷を長期間保持することができる。
なお、図１３（Ａ）に示す回路図において、液晶素子ＬＣはデータＤ１のリークパスとなる。したがって、適切にＩＤＳ駆動を行うには、液晶素子ＬＣの抵抗率を１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。
なお、上記ＯＳトランジスタのチャネル領域には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物等を好適に用いることができる。また、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物としては、代表的には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］近傍の組成を用いることができる。
図１３（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬにそれぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（例えば６０Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１からＴ３までで表すと、各フレーム期間でゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬからデータＤ１をノードＮＤ１に書き込む動作を行う。この動作は、期間Ｔ１からＴ３までで同じデータＤ１を書き込む場合、または異なるデータを書き込む場合でも同じである。
一方、図１３（Ｃ）は、ＩＤＳ駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに、それぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。ＩＤＳ駆動では低速のフレーム周波数（例えば１Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１で表し、その中でデータの書き込み期間を期間ＴＷ、データの保持期間を期間ＴＲＥＴで表す。ＩＤＳ駆動モードは、期間ＴＷでゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬのデータＤ１を容量素子ＣｓＬＣに書き込み、期間ＴＲＥＴでゲート線ＧＬをローレベルの電圧に固定し、トランジスタＭ１を非導通状態として一旦書き込んだデータＤ１を容量素子ＣｓＬＣに保持させる動作を行う。なお、低速のフレーム周波数としては、例えば、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満とすればよい。または、例えば、０．１Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満とすればよい。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、タッチセンサの駆動方法の例について、図面を参照して説明する。
＜センサの検知方法の例＞
図１４（Ａ）は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図１４（Ａ）では、パルス電圧出力回路５５１、電流検出回路５５２を示している。なお図１４（Ａ）では、パルス電圧が与えられる電極５２１、電流の変化を検知する電極５２２をそれぞれ、Ｘ１乃至Ｘ６、Ｙ１乃至Ｙ６のそれぞれ６本の配線として示している。また図１４（Ａ）は、電極５２１および電極５２２が重畳することで形成される容量５５３を図示している。なお、電極５２１と電極５２２とはその機能を互いに置き換えてもよい。
パルス電圧出力回路５５１は、Ｘ１乃至Ｘ６の配線に順にパルス電圧を印加するための回路である。Ｘ１乃至Ｘ６の配線にパルス電圧が印加されることで、容量５５３を形成する電極５２１と電極５２２の間に電界が生じる。この配線間に生じる電界が遮蔽等により容量５５３の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接または接触を検出することができる。
電流検出回路５５２は、容量５５３での相互容量の変化による、Ｙ１乃至Ｙ６の配線での電流の変化を検出するための回路である。Ｙ１乃至Ｙ６の配線では、被検知体の近接または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
なお、パルス電圧出力回路５５１および電流検出回路５５２の一方または両方を、図５等に示す基板５１上または基板６１上に形成してもよい。例えば、表示部６２や駆動回路部６４等と同時に形成すると、工程を簡略化できることに加え、タッチセンサの駆動に用いる部品数を削減することができるため好ましい。また、パルス電圧出力回路５５１および電流検出回路５５２の一方または両方を、ＩＣ７３に実装してもよい。
特に、基板５１に形成されるトランジスタとして、チャネルが形成される半導体層に多結晶シリコンや単結晶シリコン等の結晶性シリコンを用いると、パルス電圧出力回路５５１や電流検出回路５５２等の回路の駆動能力が向上し、タッチセンサの感度を向上させることができる。
図１４（Ｂ）には、図１４（Ａ）で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図１４（Ｂ）では、１フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図１４（Ｂ）では、被検知体を検出しない場合（非タッチ）と被検知体を検出する場合（タッチ）との２つの場合について示している。なおＹ１乃至Ｙ６の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
Ｘ１−Ｘ６の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってＹ１乃至Ｙ６の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、Ｘ１乃至Ｘ６の配線の電圧の変化に応じてＹ１乃至Ｙ６の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
＜表示装置の駆動方法例＞
図１５（Ａ）は、表示装置の構成例を示すブロック図である。図１５（Ａ）ではゲート駆動回路ＧＤ（走査線駆動回路）、ソース駆動回路ＳＤ（信号線駆動回路）、複数の画素ｐｉｘを有する表示部を示している。なお図１５（Ａ）では、ゲート駆動回路ＧＤに電気的に接続されるゲート線ｘ＿１乃至ｘ＿ｍ（ｍは自然数）、ソース駆動回路ＳＤに電気的に接続されるソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎ（ｎは自然数）に対応して、画素ｐｉｘではそれぞれに（１，１）乃至（ｎ，ｍ）の符号を付している。
図１５（Ｂ）は、図１５（Ａ）で示す表示装置におけるゲート線およびソース線に与える信号のタイミングチャート図である。図１５（Ｂ）では、１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換える場合と、データ信号を書き換えない場合と、に分けて示している。なお図１５（Ｂ）では、帰線期間等の期間を考慮していない。
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換える場合、ｘ＿１乃至ｘ＿ｍのゲート線には、順に走査信号が与えられる。走査信号がＨレベルの期間である水平走査期間１Ｈでは、各列のソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎにデータ信号Ｄが与えられる。
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換えない場合、ゲート線ｘ＿１乃至ｘ＿ｍに与える走査信号を停止する。また水平走査期間１Ｈでは、各列のソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎに与えるデータ信号を停止する。
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換えない駆動方法は、特に、画素ｐｉｘが有するトランジスタとしてチャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を適用する場合に有効である。酸化物半導体が適用されたトランジスタはシリコン等の半導体が適用されたトランジスタに比べて極めてオフ電流を小さくすることが可能である。そのため、１フレーム期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだデータ信号を保持させることができ、例えば１秒以上、好ましくは５秒以上に亘って画素の階調を保持することもできる。
また、画素ｐｉｘが有するトランジスタとしてチャネルが形成される半導体層に多結晶シリコン等を適用する場合には、画素が有する保持容量の大きさをあらかじめ大きくしておくことが好ましい。保持容量が大きいほど、画素の階調を長時間に亘って保持することができる。保持容量の大きさは、保持容量に電気的に接続するトランジスタや表示素子のリーク電流に応じて設定すればよいが、例えば、１画素あたりの保持容量を５ｆＦ以上５ｐＦ以下、好ましくは１０ｆＦ以上５ｐＦ以下、より好ましくは２０ｆＦ以上１ｐＦ以下とすると、１フレーム期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだデータ信号を保持させることができ、例えば数フレームまたは数１０フレームの期間に亘って画素の階調を保持することが可能となる。
＜表示部とタッチセンサの駆動方法の例＞
図１６（Ａ）乃至（Ｄ）は、一例として図１４（Ａ）、（Ｂ）で説明したタッチセンサと、図１５（Ａ）、（Ｂ）で説明した表示部を１ｓｅｃ．（１秒間）駆動する場合に、連続するフレーム期間の動作について説明する図である。なお図１６（Ａ）では、表示部の１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とした場合について示している。
本発明の一態様の表示装置は、表示部の動作とタッチセンサの動作は互いに独立しており、表示期間と平行してタッチ検知期間を設けることができる。そのため図１６（Ａ）に示すように、表示部およびタッチセンサの１フレーム期間を共に１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）と設定することができる。また、タッチセンサと表示部のフレーム周波数を異ならせてもよい。例えば図１６（Ｂ）に示すように、表示部の１フレーム期間を８．３ｍｓ（フレーム周波数：１２０Ｈｚ）と設定し、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とすることもできる。また、図示しないが、表示部のフレーム周波数を３３．３ｍｓ（フレーム周波数：３０Ｈｚ）としてもよい。
また表示部のフレーム周波数を切り替え可能な構成とし、動画像の表示の際にはフレーム周波数を大きく（例えば６０Ｈｚ以上または１２０Ｈｚ以上）し、静止画像の表示の際にはフレーム周波数を小さく（例えば６０Ｈｚ以下、３０Ｈｚ以下、または１Ｈｚ以下）することで、表示装置の消費電力を低減することができる。またタッチセンサのフレーム周波数を切り替え可能な構成とし、待機時と、タッチを感知した時とでフレーム周波数を異ならせてもよい。
また本発明の一態様の表示装置は、表示部におけるデータ信号の書き換えを行わずに、前の期間に書き換えたデータ信号を保持することで、表示部の１フレーム期間を１６．７ｍｓよりも長い期間とすることができる。そのため、図１６（Ｃ）に示すように、表示部の１フレーム期間を１ｓｅｃ．（フレーム周波数：１Ｈｚ）と設定し、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とすることもできる。
なお、表示部におけるデータ信号の書き換えを行わずに、前の期間に書き換えたデータ信号を保持する構成については、先に説明のＩＤＳ駆動モードを参照することができる。なお、ＩＤＳ駆動モードについては、表示部におけるデータ信号の書き換えを特定の領域だけ行う、部分ＩＤＳ駆動モードとしてもよい。部分ＩＤＳ駆動モードとは、表示部におけるデータ信号の書き換えを特定の領域だけ行い、それ以外の領域においては、前の期間に書き換えたデータ信号を保持する構成である。
また、本実施の形態に開示するタッチセンサの駆動方法によれば、図１６（Ｃ）に示す駆動を行う場合、継続してタッチセンサの駆動を行うことができる。そのため、図１６（Ｄ）に示すようにタッチセンサにおける被検知体の近接または接触を検知したタイミングで、表示部のデータ信号を書き換えることもできる。
ここで、タッチセンサのセンシング期間に表示部のデータ信号の書き換え動作を行うと、データ信号の書き換え時に生じるノイズがタッチセンサに伝わることで、タッチセンサの感度を低下させてしまう恐れがある。したがって、表示部のデータ信号の書き換え期間と、タッチセンサのセンシング期間とをずらすように駆動することが好ましい。
図１７（Ａ）では、表示部のデータ信号の書き換えと、タッチセンサのセンシングとを交互に行う例を示している。また、図１７（Ｂ）では、表示部のデータ信号の書き換え動作を２回行うごとに、タッチセンサのセンシングを１回行う例を示している。なお、これに限られず３回以上の書き換え動作を行うごとにタッチセンサのセンシングを１回行う構成としてもよい。
また、画素ｐｉｘに適用されるトランジスタに、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いる場合、オフ電流を極めて低減することが可能なため、データ信号の書き換えの頻度を十分に低減することができる。具体的には、データ信号の書き換えを行った後、次にデータ信号を書き換えるまでの間に、十分に長い休止期間を設けることが可能となる。休止期間は、例えば０．５秒以上、１秒以上、または５秒以上とすることができる。休止期間の上限は、トランジスタに接続される容量や表示素子等のリーク電流によって制限されるが、例えば１分以下、１０分以下、１時間以下、または１日以下等とすることができる。
図１７（Ｃ）では、５秒間に１度の頻度で表示部のデータ信号の書き換えを行う例を示している。図１７（Ｃ）では、表示部はデータ信号を書き換えたのち、次のデータ信号の書き換え動作までの期間は、書き換え動作を停止する休止期間が設けられている。休止期間では、タッチセンサがフレーム周波数ｉＨｚ（ｉは表示装置のフレーム周波数以上、ここでは０．２Ｈｚ以上）で駆動することができる。また図１７（Ｃ）に示すように、タッチセンサのセンシングを休止期間に行い、表示部のデータ信号の書き換え期間には行わないようにすると、タッチセンサの感度を向上させることができ好ましい。また、図１７（Ｄ）に示すように、表示部のデータ信号の書き換えとタッチセンサのセンシングを同時に行うと、駆動のための信号を簡略化することができる。
また、表示部のデータ信号の書き換え動作を行わない休止期間では、表示部へのデータ信号の供給を停止するだけでなく、ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤの一方または双方の動作を停止してもよい。さらに、ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤの一方または双方への電力供給を停止してもよい。このようにすることで、ノイズをより低減し、タッチセンサの感度をさらに良好なものとすることができる。また、表示装置の消費電力をさらに低減することができる。
本発明の一態様の表示装置は、２つの基板で表示部とタッチセンサが挟持された構成を有する。よって、表示部とタッチセンサの距離を極めて近づけることができる。このとき、表示部の駆動時のノイズがタッチセンサに伝搬しやすくなり、タッチセンサの感度が低下してしまう恐れがある。本実施の形態で例示した駆動方法を適用することで、薄型化と高い検出感度を両立した、タッチセンサを有する表示装置を実現できる。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることができる金属酸化物について説明する。なお、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いる場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と読み替えてもよい。
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および非晶質酸化物半導体等がある。
また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、ＣＡＣ−ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体またはＣＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、ｎｃ−ＯＳまたはＣＡＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。
なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、ＣＡＣ−ＯＳを用いると好ましい。ＣＡＣ−ＯＳを用いることで、トランジスタに高い電気特性または高い信頼性を付与することができる。
以下では、ＣＡＣ−ＯＳの詳細について説明する。
ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタのチャネル領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、および絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、および高い電界効果移動度を得ることができる。
すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状またはパッチ状ともいう。
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウム等から選ばれた一種または複数種が含まれていてもよい。
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい。）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする。）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする。）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする。）等と、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう。）である。
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウム等から選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３等が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３等が主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。従って、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
一方、ＧａＯＸ３等が主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３等が主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
従って、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３等に起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、ＣＡＣ−ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。
電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用等のモニタ、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、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機等の大型ゲーム機等が挙げられる。
図１８（Ａ）は、ノート型パーソナルコンピュータであり、筐体８１１１、表示部８１１２、キーボード８１１３、ポインティングデバイス８１１４等を有する。
表示部８１１２に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。これにより、開口率が高い表示部を有するノート型パーソナルコンピュータを提供することができる。
図１８（Ｂ）、（Ｃ）に、デジタルサイネージ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｇｅ：電子看板）の一例を示す。デジタルサイネージは、筐体８０００、表示部８００１、およびスピーカ８００３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む。）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
図１８（Ｃ）は、円柱状の柱に取り付けられたデジタルサイネージである。
図１８（Ｂ）、（Ｃ）に示す表示部８００１に、本発明の一態様の表示装置を設けることができる。これにより、開口率が高い表示部を有するデジタルサイネージを提供することができる。
表示部８００１が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部８００１が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
表示部８００１にタッチパネルを適用することで、表示部８００１に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報または交通情報等の情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作により、ユーザビリティを高めることができる。
図１８（Ｄ）に、自動車７９００の外観を示す。図１８（Ｅ）に、自動車７９００の運転席を示す。自動車７９００は、車体７９０１、車輪７９０２、フロントガラス７９０３、ライト７９０４、フォグランプ７９０５等を有する。
本発明の一態様の表示装置は、自動車７９００の表示部等に用いることができる。例えば、図１８（Ｅ）に示す表示部７９１０乃至表示部７９１７に、本発明の一態様の表示装置を設けることができる。これにより、開口率が高い表示部を有する自動車を提供することができる。
表示部７９１０と表示部７９１１は、自動車７９００のフロントガラス７９０３に設けられている。本発明の一態様では、表示装置が有する電極を、透光性を有する導電性材料で作製することによって、反対側が透けて見える、いわゆるシースルー状態の表示装置とすることができる。シースルー状態の表示装置であれば、自動車７９００の運転時にも視界の妨げになることがない。よって、本発明の一態様の表示装置１０を、自動車７９００のフロントガラス７９０３に設置することができる。なお、表示装置に、トランジスタ等を設ける場合には、有機半導体材料を用いた有機トランジスタ、または酸化物半導体を用いたトランジスタ等、透光性を有するトランジスタを用いるとよい。
表示部７９１２は、ピラー部分に設けられている。表示部７９１３は、ダッシュボード部分に設けられている。表示部７９１４は、ドア部分に設けられている。例えば、車体に設けられた撮像手段からの映像を表示部７９１２に映し出すことによって、ピラーで遮られた視界を補完することができる。同様に、表示部７９１３では、ダッシュボードで遮られた視界を補完することができ、表示部７９１４では、ドアで遮られた視界を補完することができる。すなわち、自動車の外側に設けられた撮像手段からの映像を映し出すことによって、死角を補い、安全性を高めることができる。また、見えない部分を補完する映像を映すことによって、より自然に違和感なく安全確認を行うことができる。
また、表示部７９１７は、ハンドルに設けられている。表示部７９１５、表示部７９１６、または表示部７９１７は、ナビゲーション情報、スピードメーター、タコメーター、走行距離、給油量、ギア状態、エアコンの設定等、その他様々な情報を提供することができる。また、表示部に表示される表示項目およびレイアウト等は、使用者の好みに合わせて適宜変更することができる。なお、上記情報は、表示部７９１０乃至表示部７９１４にも表示することができる。
なお、表示部７９１０乃至表示部７９１７は、照明装置として用いることも可能である。
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
１０ 表示装置
１０Ａ 表示装置
１０Ｂ 表示装置
１１ 基板
１２ 基板
１３ バックライトユニット
１４ トランジスタ
１５ 液晶素子
１５Ａ 表示装置
１５Ｂ 表示装置
１５Ｃ 表示装置
１６ 容量素子
２１ 画素電極
２２ 液晶層
２３ 共通電極
２５ 導電層
２６ 絶縁層
２７ 導電層
２８ 導電層
２９ 接続体
３１ タッチセンサユニット
３２ 絶縁層
３３ 導電層
３４ 容量素子
４０ 液晶素子
４５ａ 光
４５ｂ 光
４５ｃ 光
５１ 基板
６１ 基板
６２ 表示部
６４ 駆動回路部
６５ 配線
７２ ＦＰＣ
７２ａ ＦＰＣ
７２ｂ ＦＰＣ
７３ ＩＣ
７３ａ ＩＣ
７３ｂ ＩＣ
８１ 走査線
８２ 信号線
１００ 表示装置
１１１ 画素電極
１１２ 共通電極
１１３ 液晶層
１２１ オーバーコート
１２４ 電極
１２５ 絶縁層
１２６ 導電層
１２７ 電極
１２８ 電極
１３０ 偏光板
１３１ 着色層
１３２ 遮光層
１３３ａ 配向膜
１３３ｂ 配向膜
１３７ 配線
１３８ 配線
１４１ 接着層
１６０ 保護基板
１６１ バックライト
１６２ 基板
１６３ 接着層
１６４ 接着層
１６５ 偏光板
１６６ 偏光板
１６７ 接着層
１６８ 接着層
１６９ 接着層
２０１ トランジスタ
２０４ 接続部
２０６ トランジスタ
２１１ 絶縁層
２１２ 絶縁層
２１４ 絶縁層
２１５ 絶縁層
２２１ ゲート電極
２２２ 導電層
２２３ ゲート電極
２２４ 導電層
２２５ 導電層
２３１ 半導体層
２３２ 導電層
２３２ａ 半導体層
２４２ 接続体
２４２ｂ 接続体
２５１ 導電層
２６１ 絶縁層
２６２ 導電層
２６２ａ 半導体層
３５０ タッチパネル
３７０ 表示装置
３７５ 入力装置
５０１ 表示素子
５０６ 画素回路
５２１ 電極
５２２ 電極
５５１ パルス電圧出力回路
５５２ 電流検出回路
５５３ 容量
９００ 画素
９００ｓ 遮光領域
９００ｔ 透過領域
９０２ 配線
９０４ 配線
９１８ 表示領域
９１８Ｂ 表示領域
９１８Ｇ 表示領域
９１８Ｒ 表示領域
７９００ 自動車
７９０１ 車体
７９０２ 車輪
７９０３ フロントガラス
７９０４ ライト
７９０５ フォグランプ
７９１０ 表示部
７９１１ 表示部
７９１２ 表示部
７９１３ 表示部
７９１４ 表示部
７９１５ 表示部
７９１６ 表示部
７９１７ 表示部
８０００ 筐体
８００１ 表示部
８００３ スピーカ
８１１１ 筐体
８１１２ 表示部
８１１３ キーボード
８１１４ ポインティングデバイス

Claims (19)

  1. トランジスタと、容量素子と、を有する表示装置であって、
    前記トランジスタは、
    第１の絶縁層と、
    前記第１の絶縁層と接する第１の半導体層と、
    前記第１の半導体層と接する第２の絶縁層と、
    前記第２の絶縁層に設けられた開口部を介して、前記第１の半導体層と電気的に接続される第１の導電層と、を有し、
    前記第１の半導体層は、チャネル領域を有し、
    前記容量素子は、
    前記第１の絶縁層と接する第２の導電層と、
    前記第２の導電層と接する前記第２の絶縁層と、
    前記第２の絶縁層と接する前記第１の導電層と、を有し、
    前記第２の導電層は、前記第１の半導体層と同様の組成を有し、
    前記第１の導電層、および前記第２の導電層は、可視光を透過する機能を有す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１の半導体層、前記第１の導電層、および前記第２の導電層は、金属酸化物を有することを特徴とする表示装置。
  3. 請求項２において、
    前記第１の半導体層が有する前記金属酸化物は、前記第１の導電層が有する前記金属酸化物に含まれる金属元素を１種類以上有することを特徴とする表示装置。
  4. 請求項２または３において、
    前記第１の導電層は、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を有することを特徴とする表示装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記第２の絶縁層は、酸化窒化シリコンを有することを特徴とする表示装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
    前記第２の絶縁層および前記第１の導電層と接する第３の絶縁層を有し、
    前記第３の絶縁層は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を有することを特徴とする表示装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
    液晶素子を有し、
    前記液晶素子は、液晶層と、画素電極と、を有し、
    前記画素電極は、前記第１の導電層と電気的に接続されていることを特徴とする表示装置。
  8. 請求項７において、
    前記液晶素子の抵抗率は、１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする表示装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
    前記表示装置のフレーム周波数は、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満であり、
    前記表示装置は、前記容量素子にデータを書き込んだ後、前記トランジスタを非導通状態とすることにより前記データを保持する機能を有することを特徴とする表示装置。
  10. 請求項９において、
    前記表示装置のフレーム周波数は、０．１Ｈｚ以上２０Ｈｚ未満であることを特徴とする表示装置。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか一項において、
    走査線を有し、
    前記走査線は、金属材料を用いて形成され、
    前記走査線は、前記トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有することを特徴とする表示装置。
  12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の表示装置と、
    操作キーと、
    を有することを特徴とする電子機器。
  13. 表示装置の作製方法であって、
    前記作製方法は、
    第１の半導体層および第２の半導体層を形成する工程と、
    前記第１の半導体層および前記第２の半導体層と接するように、第１の絶縁層を形成する工程と、
    前記第１の絶縁層に、前記第１の半導体層に達する第１の開口部を形成する工程と、
    前記第２の半導体層と重なり、前記第１の開口部を介して前記第１の半導体層と電気的に接続されるように、第３の半導体層を形成する工程と、
    前記第１の絶縁層および前記第３の半導体層と接するように、第２の絶縁層を形成する工程と、
    前記第２の絶縁層に、前記第３の半導体層に達する第２の開口部を形成する工程と、
    前記第２の開口部を介して前記第３の半導体層と電気的に接続されるように、画素電極を形成する工程と、を有し、
    前記第１の絶縁層を形成する工程において、前記第１の半導体層、および第２の半導体層は、それぞれ低抵抗化され、
    前記第２の絶縁層を形成する工程において、前記第３の半導体層は、低抵抗化され、
    前記第２の絶縁層の形成後、低抵抗化された前記第１の半導体層のチャネル領域は、高抵抗化されることを特徴とする表示装置の作製方法。
  14. 請求項１３において、
    金属酸化物を有するように、前記第１の半導体層、前記第２の半導体層、および前記第３の半導体層を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  15. 請求項１４において、
    Ｉｎ−Ｚｎ酸化物を有するように、前記第３の半導体層を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  16. 請求項１３乃至１５のいずれか一項において、
    シランを含む成膜ガスを用いて、ＣＶＤ法により、前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
  17. 請求項１６において、
    前記成膜ガスは、窒素酸化物を含むことを特徴とする表示装置の作製方法。
  18. 請求項１３乃至１７のいずれか一項において、
    前記第２の絶縁層の形成後に、熱処理を行うことを特徴とする表示装置の作製方法。
  19. 請求項１３乃至１８のいずれか一項において、
    前記画素電極の形成後、液晶層を形成することを特徴とする表示装置の作製方法。
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