JP2019012285A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の低減を実現することができる液晶表示装置を提供する。または、透過率の変動の低減を実現することができる液晶表示装置を提供する。【解決手段】酸化物半導体膜をチャネル形成領域に含むトランジスタと、トランジスタと電気的に接続される画素電極と、画素電極と接する絶縁層と、絶縁層と接する第１の共通電極と、を有する第１の基板と、第１の基板と対峙するように配置され、第２の共通電極を有する第２の基板と、第１の基板と第２の基板に挟持される液晶層と、を有し、液晶層が、ネガ型の液晶材料を用い、液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０１６Ω・ｃｍ以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、それらの駆動方法、または、そ
れらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば、アクティブマトリクス型の液晶表示
装置に関する。

近年、スマートフォンを始めとした携帯情報端末の急速な普及に伴い、端末自体の高性
能化も急速に進んでいる。画面は大型化、高精細化の一途を辿り、画面の精細度の向上と
合わせて、表示装置の消費電力が重要視されてきている。表示装置としては、例えば液晶
素子を用いた液晶表示装置が代表的である。

液晶表示装置の表示方式としては、例えば、負の誘電率異方性を有する液晶分子を基板
面に対して垂直配向させた垂直配向（ＶＡ）モードや、正または負の誘電率異方性を有す
る液晶分子を基板面に対して水平配向させて液晶層に対し横電界を印加する面内スイッチ
ング（ＩＰＳ）モード及び縞状電界スイッチング（ＦＦＳ）モード等が挙げられる。

例えば、上述したＦＦＳ駆動方式の液晶表示装置として、第１の共通電極層を有する第
１の基板と、第１の基板及び第２の基板との間に挟まれた液晶と、高速な入力データ転送
速度に対する高速応答性及び見る人にとって広視野角をもたらすために、第１の基板にあ
る第１の共通電極層と、第２の基板にあるピクセル電極及び第２の共通電極層との両方の
間に電界を発生させる手段と、を含む高速応答性及び広視野角を有する表示装置が開示さ
れている（特許文献１参照）

また、ＦＦＳ駆動方式の液晶表示装置として、２対の電極を用いて液晶を駆動させ高速
応答が可能な液晶表示装置が開示されている（特許文献２参照）。

特表２００６−５２３８５０号公報 国際公開第２０１３／００１９７９号パンフレット

特許文献１に開示された液晶駆動装置においては、広視野角化及び高速応答化を実現す
るために、３つの電極を用い液晶分子を制御している。しかしながら、高速応答化が達成
できたとしても、上記３つの電極を別々に駆動させる必要があるため、表示装置の消費電
力が増加してしまう。

また、特許文献２に開示された液晶駆動装置においては、２対の電極、別言すると４つ
の電極によって液晶を駆動させる必要があるため、少なくとも４つの電源線が必要となり
、電源線が増加してしまうといった課題がある。また、電源線の増加に伴い、液晶に印加
する電圧の駆動方法または制御方法が複雑になり、さらに電源線の増加に伴い消費電力が
増加するといった課題がある。

上述したような技術的背景のもと、本発明の一態様は、消費電力の低減を実現すること
ができる液晶表示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、
透過率の変動の低減を実現することができる液晶表示装置を提供することを課題の一つと
する。または、本発明の一態様は、表示輝度の変動の低減を実現することができる液晶表
示装置を提供することを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、表示のちらつき
の低減を実現することができる液晶表示装置を提供することを課題の一つとする。または
、本発明の一態様は、目にやさしい表示を実現することができる液晶表示装置を提供する
ことを課題の一つとする。または、本発明の一態様は、目の疲労に対する影響の低減を実
現することができる液晶表示装置を提供することを課題の一つとする。

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。なお、本発明の
一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課
題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、
図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様に係る液晶表示装置では、画像信号の画素部への書き込みが停止した後
も、画素部における画像の表示を維持するために、オフ電流が極めて小さい絶縁ゲート電
界効果型トランジスタ（以下、単にトランジスタとする。）を、画素に設ける。上記トラ
ンジスタを、画素が有する液晶素子への電圧の供給を制御するための素子として用いるこ
とで、液晶素子への電圧の供給が維持される期間を長く確保することができる。よって、
静止画のように、連続する幾つかのフレーム期間に渡って、画素部に同じ画像情報を有す
る画像信号が繰り返し書き込まれる場合などは、画像信号の画素部への書き込みを一時的
に停止することで、駆動周波数を低くする、言い換えると一定期間内における画像信号の
書き込み回数を少なくしても、画像の表示を維持することができる。

さらに、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、液晶素子が画素電極、第１の共通電
極、及び第２の共通電極の３つの電極により電界が加えられる液晶層を有する。また、該
液晶層が、ネガ型の液晶材料を用い、該液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃ
ｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下である。このような構成とすることによって、一定
期間内における画像信号の書き込み回数を少なくしても、透過率の変動が少なく、液晶表
示装置の視認者にとって、画像のちらつきが抑制された液晶表示装置とすることができる
。

本発明の一態様により、消費電力の低減を実現することができる液晶表示装置を提供す
ることができる。また、本発明の一態様により、透過率の変動の低減を実現することがで
きる液晶表示装置を提供することができる。

本発明の一態様の液晶表示装置の画素構成を説明する回路図及び断面図。 ポジ型の液晶材料とネガ型の液晶材料を用いた場合の極性による透過率を説明する図。 本発明の一態様の液晶表示装置のパネルの構成例を説明するブロック図。 本発明の一態様の液晶表示装置の構成を説明するブロック図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素を説明する上面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素の作製方法を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素の作製方法を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置に用いることのできるトランジスタの断面図及び酸化物半導体のエネルギーバンドを説明する図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素を説明する上面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素の作製方法を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置の画素の作製方法を説明する断面図。 本発明の一態様の液晶表示装置を用いることのできる電子機器を説明する図。 実施例の試料構造を説明する断面図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の試料の透過率を説明する図。 実施例の計算に用いた液晶表示装置の構成を説明する断面図。 実施例の透過率の計算結果を説明する図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明
は以下の説明に限定されず、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。したがって、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、本明細書において液晶表示装置とは、液晶素子が各画素に形成されたパネルと、
駆動回路またはコントローラを含むＩＣ等を当該パネルに実装した状態にあるモジュール
とを、その範疇に含む。さらに、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、当該液晶表示装
置を作製する過程における、液晶素子が完成する前の一形態に相当する素子基板をその範
疇に含む。

また、本発明の一態様に係る液晶表示装置には、指またはスタイラスなどが指し示した
位置を検出し、その位置情報を含む信号を生成することができる位置入力装置であるタッ
チパネルが、構成要素に含まれていても良い。

（実施の形態１）
本実施の形態においては、本発明の一態様の液晶表示装置の画素の構成例について、図
１を用いて説明を行う。

〈画素の構成例〉
図１（Ａ）に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の、画素の構成例を示す。図１（Ａ
）に示す画素１００は、液晶素子１１１と、液晶素子１１１への画像信号の供給を制御す
るトランジスタ１１２と、容量素子１１３と、を有する。

液晶素子１１１は、画素電極と、第１の共通電極と、第２の共通電極と、画素電極、第
１の共通電極、及び第２の共通電極の間に電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層と、
を有している。

また、図１（Ａ）において、液晶素子１１１は、画素電極と第１の共通電極の間に電圧
が印加される領域を液晶素子１１１ａとして、画素電極と第２の共通電極の間に電圧が印
加される領域を液晶素子１１１ｂとして、第１の共通電極と第２の共通電極の間に電圧が
印加される領域を液晶素子１１１ｃとして、それぞれ図示している。

また、図１（Ａ）では、液晶素子１１１がＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉ
ｔｃｈｉｎｇ）モードである場合を例示しており、画素電極と第１の共通電極とが絶縁膜
を挟んで重なる領域を有している。該領域は、画素電極と第１の共通電極の間に印加され
る電圧Ｖ_ＬＣを保持するための容量としての機能を有する。図１（Ａ）において、該領域
の容量を容量素子１１３として、図示している。

トランジスタ１１２は、配線ＳＬに入力される画像信号の電位を、液晶素子１１１の画
素電極に与えるか否かを制御する。液晶素子１１１の第１の共通電極には、所定の基準電
位Ｖ_ＣＯＭ１が与えられる。

以下、液晶素子１１１と、トランジスタ１１２と、容量素子１１３との、具体的な接続
関係について説明する。

なお、本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位
が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接
接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或
いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介
して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。

また、回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際
には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素
の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電
膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。

また、トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタのチャネル型及び各端
子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型
トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる
端子がドレインと呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられ
る端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書で
は、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続
関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び
方が入れ替わる。

また、トランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース
領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタの
ドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続され
たドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。

図１（Ａ）に示す画素１００では、トランジスタ１１２のゲートが配線ＧＬに電気的に
接続されている。トランジスタ１１２のソース及びドレインの一方は、配線ＳＬに接続さ
れ、トランジスタ１１２のソース及びドレインの他方は、液晶素子１１１の画素電極に接
続されている。そして、容量素子１１３は一対の電極を有しており、一方の電極は液晶素
子１１１の画素電極に電気的に接続されており、他方の電極には所定の電位Ｖ_ＣＯＭ１が
与えられる。また、図１（Ａ）に示す画素１００では、液晶素子１１１の第２の共通電極
は、配線ＣＬに接続されており、配線ＣＬには、Ｖ_ＣＯＭ２が与えられている。

図１（Ａ）では、画素１００において、画像信号の画素１００への入力を制御するスイ
ッチとして、１つのトランジスタ１１２を用いる場合を例示している。しかし、画素１０
０において、複数のトランジスタを１つのスイッチとして機能させても良い。

そして、本発明の一態様では、トランジスタ１１２のオフ電流が極めて小さいものとす
る。上記構成により、液晶素子１１１に与えられる電圧が保持される期間を長く確保する
ことができる。そのため、静止画のように、連続する幾つかのフレーム期間に渡って、画
素１００に同じ画像情報を有する画像信号が書き込まれる場合などは、駆動周波数を低く
する、言い換えると一定期間内における画素１００への画像信号の書き込み回数を少なく
しても、階調の表示を維持することができる。例えば、高純度化された酸化物半導体をチ
ャネル形成領域に含むトランジスタ１１２を用いることで、画像信号の書き込みの間隔を
１０秒以上、好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは１分以上にすることができる。そ
して、画像信号が書き込まれる間隔を長くすればするほど、消費電力をより低減すること
ができる。

トランジスタ１１２に、シリコンまたはゲルマニウムよりもバンドギャップが大きく、
真性キャリア密度が低い酸化物半導体などの半導体を用いることで、トランジスタ１１２
の耐圧性を高め、オフ電流を著しく小さくすることができる。よって、通常のシリコンや
ゲルマニウムなどの半導体で形成されたトランジスタを用いた場合に比べて、トランジス
タ１１２の劣化を防ぎ、液晶素子１１１に保持されている電圧を維持することができる。

なお、トランジスタ１１２を介してリークする電荷の量が少なくても、幾つかの要因に
より、画像信号の書き込みが終了した後に、液晶層にかかる電界が変化することがある。

例えば、液晶層にかかる電界を変化させる一因として、配向膜へのイオン性の不純物の
吸着が挙げられる。液晶材料の中にはイオン性の不純物が含まれるが、当該不純物が配向
膜に吸着すると、残留ＤＣと呼ばれる電界が発生する場合がある。不純物の吸着に起因す
る残留ＤＣが発生すると、液晶層にかかる電界が変化するので、液晶素子１１１の透過率
も変化してしまう。そして、直流の電圧が液晶素子に印加される時間が長いほど残留ＤＣ
は強くなるので、本発明の一態様のように、画像信号の書き込みの間隔が長い駆動方法の
場合、フレーム周波数が６０Ｈｚ程度の通常の駆動方法に比べて、透過率の変化が大きく
なりやすい。

また、液晶層にかかる電界を変化させる別の一因として、液晶素子１１１に流れるリー
ク電流が挙げられる。液晶素子１１１に電圧が印加されているとき、画素電極と第１の共
通電極の間の液晶層を介して、または画素電極と第２の共通電極の間の液晶層を介して、
僅かにリーク電流が流れるため、時間の経過に伴い、液晶素子１１１に印加される電圧の
絶対値が小さくなる。よって、本発明の一態様のように、画像信号の書き込みの間隔が長
い駆動方法の場合、例えば、フレーム周波数が６０Ｈｚ程度の通常の駆動方法に比べて、
透過率の変化が大きくなりやすい。

しかしながら、本発明の一態様の液晶表示装置は、液晶素子１１１に用いる液晶層が、
ネガ型の液晶材料を用い、該液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．
０×１０^１６Ω・ｃｍ以下である。さらに好ましくは、該液晶材料の固有抵抗率が１．０
×１０^１４Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下である。なお、本明細書等におけ
る液晶材料の固有抵抗率の値は、２０℃で測定した値とする。

液晶素子１１１に用いる液晶層にネガ型の液晶材料を用いることによって、液晶素子１
１１の透過率の変動を抑制することができる。また、該液晶材料の固有抵抗率を上記範囲
とすることによって、液晶素子１１１に流れるリーク電流を低減することができる。

液晶素子１１１は、液晶層に印加される極性（正（＋）の極性または負（−）の極性）
によって透過率の差が生じる。例えば、液晶素子１１１が有する液晶層の材料として、ポ
ジ型の液晶材料と、ネガ型の液晶材料を用いた場合において、極性による透過率に差が生
じうる。ここで、ポジ型の液晶材料とネガ型の液晶材料を用いた場合の極性による透過率
について、図２を用いて説明を行う。なお、ポジ型の液晶材料は正の誘電異方性を持つ液
晶材料であり、ネガ型の液晶材料は負の誘電異方性を持つ液晶材料である。

図２（Ａ）は、ポジ型の液晶材料（メルク株式会社製：ＭＬＣ−７０３０）を用いた場
合の電圧−透過率特性を、図２（Ｂ）は、ネガ型の液晶材料（メルク株式会社製：ＭＬＣ
−３００６）を用いた場合の電圧−透過率特性を、それぞれ示している。また、図２（Ａ
）に示すポジ型の液晶材料の物性値としては、誘電率の異方性Δεが３．８であり、且つ
抵抗率ρが４．９×１０^１４Ω・ｃｍである。また、図２（Ｂ）に示すネガ型の液晶材料
の物性値としては、誘電率の異方性Δεが−３．０であり、且つ抵抗率ρが１．８×１０
^１３Ω・ｃｍである。なお、図２（Ａ）、（Ｂ）に示す電圧−透過率特性において、横軸
は電圧（Ｖ）を、縦軸は透過率（％）を、それぞれ表している。また、図２（Ａ）、（Ｂ
）に示す電圧−透過率特性において、実線は正（＋）の極性を印加した場合の透過率を、
破線は負（−）の極性を印加した場合の透過率を、それぞれ表している。

図２（Ａ）、（Ｂ）より、ネガ型の液晶材料を用いる場合の方が、液晶層に印加される
極性による透過率の差が小さいことがわかる。これは、フレクソエレクトリック効果に起
因すると考えられる。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。

例えば、ネマチック液晶にｓｐｌａｙやｂｅｎｄの配向歪みを与えることで自発分極が
発生する。本来、液晶分子そのものにとって印加された電圧の極性の区別はないが、自発
分極は電界の極性により反対の挙動を示そうとする。このため、極性による透過率変動が
生じると考えられる。フレクソエレクトリック効果により発生するフレクソエレクトリッ
ク分極Ｐは以下の数式（１）で表される。

ここでｅは主に分子形状に起因したフレクソ係数、ｎは液晶のダイレクターであり、分
極はフレクソ係数と配向歪みの積として表現される。

このことから分極の発生を抑え、ちらつきを減少するためにはフレクソ係数または配向
歪みを小さくすることが好ましい。

図２（Ａ）、（Ｂ）より、ネガ型の液晶材料を用いることによって、上述したフレクソ
エレクトリック効果に起因する配向歪みを小さくできる。

また、本発明の一態様の液晶表示装置は、画素電極と、第１の共通電極と、第２の共通
電極と、を用い液晶素子１１１の駆動を制御する。液晶素子１１１の駆動方法として、図
１（Ｂ）を用いて、以下説明を行う。

図１（Ｂ）は、本発明の一態様の液晶表示装置の液晶素子１１１の一例を示す断面図に
相当する。

液晶素子１１１は、基板１２０上の第１の共通電極１２２と、第１の共通電極１２２上
の絶縁層１２４と、絶縁層１２４上の画素電極１２６と、絶縁層１２４及び画素電極１２
６上の液晶層１３４と、液晶層１３４上の第２の共通電極１３２と、第２の共通電極１３
２上の基板１３０と、を有する。また、図１（Ｂ）に示すように、画素電極１２６は絶縁
層１２４と接し、絶縁層１２４は、第１の共通電極１２２と接している。なお、第１の共
通電極１２２、絶縁層１２４、及び画素電極１２６は、基板１２０上に形成され、第２の
共通電極１３２は、基板１３０の下方に形成される。すなわち、液晶層１３４は、基板１
２０と基板１３０に挟持されている。また、画素電極１２６は、絶縁層１２４上に開口部
（スリット）が形成されているため、図１（Ｂ）においては、画素電極１２６が複数図示
されている。

また、図１（Ｂ）に示す断面図において、液晶素子１１１ａは、第１の共通電極１２２
と、画素電極１２６と、液晶層１３４と、により形成されている。第１の共通電極１２２
と画素電極１２６間に電圧を印加することによって、液晶層１３４の配向状態を制御する
ことができる。また、液晶素子１１１ｂは、第２の共通電極１３２と、画素電極１２６と
、液晶層１３４と、により形成されている。第２の共通電極１３２と画素電極１２６間に
電圧を印加することによって、液晶層１３４の配向状態を制御することができる。また、
液晶素子１１１ｃは、第１の共通電極１２２と第２の共通電極１３２間に電圧を印加する
ことによって、液晶層１３４の配向状態を制御することができる。また、図１（Ａ）に示
す容量素子１１３は、第１の共通電極１２２と、絶縁層１２４と、画素電極１２６と、に
より形成されている。絶縁層１２４は、容量素子１１３の誘電体層としての機能を有する
。

また、図１（Ｂ）に示す断面図において、液晶層１３４に印加される電圧は、矢印で模
式的に表している。

例えば、画素電極１２６には５．５Ｖを、第１の共通電極１２２には０Ｖを、第２の共
通電極１３２には０．８Ｖを、それぞれ印加することで、図１（Ｂ）に示す液晶素子１１
１を駆動させることができる。この場合、第１の共通電極１２２と第２の共通電極１３２
間の電位差は、０．８Ｖであるため、図１（Ｂ）に示す液晶素子１１１ｃの電界の影響は
小さい。一方で、第１の共通電極１２２と画素電極１２６間には、５．５Ｖの電位差があ
り、画素電極１２６と第２の共通電極１３２間には、４．７Ｖの電位差がある。よって、
主に液晶層１３４の液晶の配向方向は、第１の共通電極１２２と画素電極１２６間の電位
差によって制御され、さらに、第２の共通電極１３２に印加される電位により、第１の共
通電極１２２と画素電極１２６による液晶素子１１１の配向制御をアシストすることがで
きる。したがって、第１の共通電極１２２と第２の共通電極１３２は、各々独立した電源
線に接続し、各々独立した電位で制御できると好ましい。

このように、第１の共通電極１２２と画素電極１２６との電位差より、第１の共通電極
１２２と第２の共通電極１３２との電位差を小さくすることで、液晶層１３４の透過率の
変化を小さく抑えることができる。

また、液晶素子１１１が有する液晶層１３４には、ネガ型の液晶材料を用い、且つ抵抗
率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下とすると好ましい。

このように、液晶層１３４を第１の共通電極１２２、画素電極１２６、及び第２の共通
電極１３２の３つの電極により制御するとともに、ネガ型の液晶を用いることによって、
液晶層１３４の透過率の変化を小さく抑えることができ、フリッカが視認されるのを防ぐ
ことができる。これは、本発明の一態様でしかなし得ない優れた効果である。

また、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、液晶素子１１１の電圧Ｖ_ＬＣ１を保持
する機能は、容量素子１１３で賄うことができるため、容量素子１１３の面積を小さく抑
えることができる。すなわち、容量素子１１３の面積を小さく抑えつつ、フリッカが視認
されるのを抑制することができる。そのため、画素の高精細化を図ることができ、なおか
つ、画素に画像信号が書き込まれる間隔を長くすることができるので、目の疲労が軽減さ
れる、目に優しい液晶表示装置を実現することができる。

〈パネルの構成例〉
次いで、液晶表示装置の一形態に相当する、パネルの構成例について説明する。

図３に示すパネル２３０には、画素部２３１に、複数の画素１００と、画素１００を行
毎に選択するための、配線ＧＬ１乃至配線ＧＬｙ（ｙは自然数）で示される配線ＧＬと、
選択された画素１００に画像信号を供給するための、配線ＳＬ１乃至配線ＳＬｘ（ｘは自
然数）で示される配線ＳＬとが、設けられている。配線ＧＬへの信号の入力は、駆動回路
２３２により制御されている。配線ＳＬへの画像信号の入力は、駆動回路２３３により制
御されている。複数の画素１００は、配線ＧＬの少なくとも一つと、配線ＳＬの少なくと
も一つとに、それぞれ接続されている。

なお、画素部２３１に設けられる配線の種類及びその数は、画素１００の構成、数及び
配置によって決めることができる。具体的に、図３に示す画素部２３１の場合、ｘ列×ｙ
行の画素１００がマトリクス状に配置されており、配線ＳＬ１乃至配線ＳＬｘ、配線ＧＬ
１乃至配線ＧＬｙが、画素部２３１内に配置されている場合を例示している。

本発明の一態様では、間欠的に駆動回路２３２及び駆動回路２３３を動作状態とするこ
とで、画像の表示を維持しつつ、画像信号の画素部２３１への書き込み回数を大幅に削減
することができる。例えば、高純度化された酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトラ
ンジスタ１１２を用いる場合、フレーム期間の長さを１０秒以上、好ましくは３０秒以上
、さらに好ましくは１分以上にすることができる。よって、駆動回路２３２及び駆動回路
２３３の駆動周波数を大幅に低減することができ、液晶表示装置の消費電力を低減するこ
とができる。

なお、本発明の一態様では、駆動回路２３３から配線ＳＬ１乃至配線ＳＬｘに、画像信
号を順に入力する点順次駆動を用いていても良いし、駆動回路２３３から配線ＳＬ１乃至
配線ＳＬｘに一斉に画像信号を入力する線順次駆動を用いていても良い。或いは、本発明
の一態様に係る液晶表示装置は、複数の配線ＳＬごとに順に、画像信号を入力する駆動方
法を用いていても良い。

また、配線ＧＬの選択は、プログレッシブ方式を用いても良いし、インターレース方式
を用いても良い。

なお、液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的
に十数ｍｓｅｃ程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されや
すい。そこで、本発明の一態様では、液晶素子１１１に印加する電圧を一時的に大きくし
て液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしても良い。オーバ
ードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画
質を改善することができる。

また、トランジスタ１１２が非導通状態になった後においても、液晶素子１１１の透過
率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子１１１の保持
する電圧が変化しやすい。特に、本発明の一態様のように、液晶素子１１１に接続される
容量素子１１３の容量値が小さい場合、上述した液晶素子１１１の保持する電圧の変化は
顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短
くすることができるので、トランジスタ１１２が非導通状態になった後における液晶素子
１１１の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子１１１に並列で
接続される容量素子１１３の容量値が小さい場合でも、トランジスタ１１２が非導通状態
になった後に、液晶素子１１１の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。

さらに液晶素子１１１に用いる液晶材料が、ネガ型の液晶材料且つ抵抗率が１．０×１
０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下であるため、トランジスタ１１２が非
導通状態になった後に、液晶素子１１１の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる
。

〈液晶表示装置の構成例〉
次いで、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成例について説明する。

図４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成を、一例としてブロック図で示す。
図４に示す液晶表示装置２４０は、画素１００を画素部２３１に複数有するパネル２３０
と、コントローラ２４１と、電源回路２４７とを有する。さらに、図４に示す液晶表示装
置２４０は、入力装置２４２と、ＣＰＵ２４３と、画像処理回路２４４と、画像メモリ２
４５とを有する。また、図４に示す液晶表示装置２４０は、パネル２３０に、駆動回路２
３２と、駆動回路２３３とを有する。

なお、コントローラ２４１は、駆動回路２３２や駆動回路２３３などの動作を制御する
各種の駆動信号を、パネル２３０に供給する機能を有する。駆動信号には、駆動回路２３
３の動作を制御する駆動回路２３３用のスタートパルス信号、駆動回路２３３用のクロッ
ク信号、駆動回路２３２の動作を制御する駆動回路２３２用のスタートパルス信号、駆動
回路２３２用のクロック信号などが含まれる。

入力装置２４２は、液晶表示装置２４０が有するＣＰＵ２４３に、情報や命令を与える
機能を有する。例えば、入力装置２４２から、パネル２３０を動作状態から停止状態に移
行させるための命令、或いは、画素部２３１を停止状態から動作状態に移行させるための
命令を、ＣＰＵ２４３に与えることができる。入力装置２４２として、キーボード、マウ
ス、タッチパネルなどを用いることができる。

ＣＰＵ２４３は、入力装置２４２から入力された命令をデコードし、液晶表示装置２４
０が有する各種回路の動作を統括的に制御することで、当該命令を実行する機能を有する
。

例えば、入力装置２４２から、画素部２３１を動作状態から停止状態に移行させる命令
が送られてきた場合、ＣＰＵ２４３は、電源回路２４７から画素部２３１への電源電圧Ｖ
ｐの供給を停止させ、なおかつ、パネル２３０への駆動信号の供給を停止させるように、
コントローラ２４１に命令を出す。

或いは、入力装置２４２から、画素部２３１を停止状態から動作状態に移行させる命令
が送られてきた場合、ＣＰＵ２４３は、電源回路２４７から画素部２３１への電源電圧Ｖ
ｐの供給を再開させるように、なおかつ、パネル２３０への駆動信号の供給を再開させる
ように、コントローラ２４１に命令を出す。

画像メモリ２４５は、液晶表示装置２４０に入力された画像情報を有するデータ２４６
を、記憶する機能を有する。なお、図４では、画像メモリ２４５を１つだけ液晶表示装置
２４０に設ける場合を例示しているが、複数の画像メモリ２４５が液晶表示装置２４０に
設けられていても良い。例えば、赤、青、緑などの色相にそれぞれ対応する３つのデータ
２４６により、画素部２３１にフルカラーの画像が表示される場合、各色相のデータ２４
６に対応した画像メモリ２４５を、それぞれ設けるようにしても良い。

画像メモリ２４５には、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓ
ｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏ
ｒｙ）等の記憶回路を用いることができる。或いは、画像メモリ２４５に、ＶＲＡＭ（Ｖ
ｉｄｅｏ ＲＡＭ）を用いても良い。

画像処理回路２４４は、コントローラ２４１からの命令に従い、データ２４６の画像メ
モリ２４５への書き込みと、データ２４６の画像メモリ２４５からの読み出しを行い、デ
ータ２４６から画像信号を生成する機能を有する。

電源回路２４７は、電源電圧Ｖｐをパネル２３０に供給する機能の他に、電位Ｖ_ＣＯＭ
１及び電位Ｖ_ＣＯＭ２を画素１００に供給する機能を有する。

〈画素の上面図〉
次いで、図１（Ａ）に示す画素１００の上面図の一例を図５に示す。なお、図５では、
画素１００の上面図を明確にするために、ゲート絶縁膜などの構成要素の一部を省略して
図示している。また、図５に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２間、及び一点鎖線Ａ３−Ａ４間の切
断面に相当する断面図を図６に示す。

図５及び図６に示す画素１００は、絶縁表面を有する基板３０２上に、トランジスタ１
１２のゲートとしての機能と、配線ＧＬとしての機能を有する導電膜３０４が設けられて
いる。また、基板３０２上には、容量素子１１３の電極としての機能と、第１の共通電極
としての機能とを有する第１の共通電極３１８が設けられている。すなわち、第１の共通
電極３１８には、電位Ｖ_ＣＯＭ１が供給される。

また、導電膜３０４を覆うように、基板３０２上には絶縁膜３０６が設けられている。
そして、絶縁膜３０６を間に挟んで導電膜３０４と重なる位置に、トランジスタ１１２の
チャネル形成領域として機能する酸化物半導体膜３０８が設けられている。酸化物半導体
膜３０８上には、導電膜３１０、３１２が設けられている。また、導電膜３１０、３１２
と同一工程で形成された導電膜３１３が絶縁膜３０６上に設けられている。導電膜３１０
は、配線ＳＬとしての機能と、トランジスタ１１２のソースまたはドレインとしての機能
とを有する。導電膜３１２は、トランジスタ１１２のソースまたはドレインとしての機能
を有する。また、導電膜３１３は、容量線としての機能を有する。

また、絶縁膜３０６、酸化物半導体膜３０８、及び導電膜３１０、３１２、３１３上に
は、絶縁膜３１４が設けられている。そして、絶縁膜３１４上には、平坦化膜としての機
能を有する絶縁膜３１６が設けられている。また、絶縁膜３１４、３１６には、導電膜３
１２に達する開口部３６０が設けられている。また絶縁膜３１４、３１６には、導電膜３
１３に達する開口部３６２が設けられている。

絶縁膜３１６上には、第１の共通電極３１８が設けられている。第１の共通電極３１８
は、開口部３６２を介して、導電膜３１３と接続されている。また、絶縁膜３１６及び第
１の共通電極３１８上には、絶縁膜３２０が設けられており、絶縁膜３２０上において第
１の共通電極３１８と重なる位置には画素電極３２２が設けられている。絶縁膜３２０に
は、開口部３６０と重なる位置に開口部３６４を有しており、開口部３６０、３６４を介
して導電膜３１２と画素電極３２２が接続されている。なお、画素電極３２２は、図５の
上面図に示すように、開口部（スリット）を有している。また、絶縁膜３２０及び画素電
極３２２上には配向膜３２４が設けられている。

また、基板３０２と対峙するように、基板３３０が設けられている。基板３３０の下方
には、可視光を遮る機能を有する遮光膜３３２と、特定の波長範囲の可視光を透過する有
色膜３３４と、遮光膜３３２及び有色膜３３４に接する絶縁膜３３６と、絶縁膜３３６に
接する第２の共通電極３３８と、第２の共通電極３３８に接する配向膜３４０と、が設け
られている。絶縁膜３３６は、遮光膜３３２及び有色膜３３４の表面の形状が、第２の共
通電極３３８または配向膜３４０の平坦性を損なうのを抑制する機能を有する。なお、絶
縁膜３３６は設けない構成としてもよい。

そして、基板３０２と基板３３０の間には、配向膜３２４と配向膜３４０に挟まれるよ
うに、液晶材料を含む液晶層３５０が設けられている。液晶素子１１１は、少なくとも第
１の共通電極３１８、絶縁膜３２０、画素電極３２２、第２の共通電極３３８、及び液晶
層３５０を有する。なお、液晶層３５０は、ネガ型の液晶材料を用い、液晶材料の固有抵
抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下である。

〈作製方法〉
次いで、図６に示す画素の作製方法の一例について、図７及び図８を用いて説明を行う
。

図７（Ａ）に示すように、基板３０２上に導電膜を形成した後、上記導電膜をエッチン
グ等により形状を加工することで、導電膜３０４を形成する。次に、導電膜３０４上に絶
縁膜３０６を形成する。次に、絶縁膜３０６上に酸化物半導体膜を形成した後、該酸化物
半導体膜をエッチング等により形状を加工し、導電膜３０４と重なる位置に島状に分離さ
れた酸化物半導体膜３０８を形成する。

基板３０２としては、後の作製工程において耐えうる程度の耐熱性を有する基板が望ま
しく、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等が用いられる
。

導電膜３０４としては、アルミニウム、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、銅、イ
ットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、タンタル及びタングステンを
一種以上含む導電性材料でなる膜を１層または２層以上積層させて用いるとよい。例えば
、導電膜３０４として、窒化タングステン膜上に銅膜を積層した導電膜や、単層のタング
ステン膜を用いることができる。

絶縁膜３０６としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒
化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化
イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム及び酸
化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層させて用いればよい。

例えば、２層構造の絶縁膜３０６とする場合、１層目を窒化シリコン膜とし、２層目を
酸化シリコン膜とした多層膜とすればよい。２層目の酸化シリコン膜は酸化窒化シリコン
膜にすることができる。また、１層目の窒化シリコン膜を窒化酸化シリコン膜とすること
ができる。

酸化シリコン膜は、欠陥密度の小さい酸化シリコン膜を用いると好ましい。具体的には
、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にてｇ
値が２．００１の信号に由来するスピンのスピン密度が３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３
以下、好ましくは５×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である酸化シリコン膜を用いる。
酸化シリコン膜は、過剰に酸素を有する酸化シリコン膜を用いると好ましい。窒化シリコ
ン膜は水素及びアンモニアの放出量が少ない窒化シリコン膜を用いる。水素、アンモニア
の放出量は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐ
ｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて測定すればよい。

酸化物半導体膜３０８に用いることのできる材料については、実施の形態２に詳細に記
載する。また、酸化物半導体膜３０８として用いる酸化物半導体膜に水素が多量に含まれ
ると、酸化物半導体と水素が結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリ
アである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向
にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素
化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれない
ようにすることが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から
酸素が減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処
理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行う
ことが好ましい。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分
が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化また
はｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。

次に、図７（Ｂ）に示すように、絶縁膜３０６及び酸化物半導体膜３０８上に導電膜を
形成した後、当該導電膜の形状をエッチング等により加工することにより、酸化物半導体
膜３０８に接する導電膜３１０、３１２を形成する。また、導電膜３１０、３１２の形成
の工程と同じ工程で絶縁膜３０６上に導電膜３１３を形成する。

導電膜３１０、３１２、３１３としては、例えば、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
テンからなる単体金属、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、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。なお、酸化インジ
ウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。また、導電膜は、例え
ば、スパッタリング法を用いて形成することができる。

次に、図７（Ｃ）に示すように、絶縁膜３０６、酸化物半導体膜３０８、及び導電膜３
１０、３１２、３１３上に絶縁膜３１４を形成する。

絶縁膜３１４としては、例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置
された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に
保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を３０Ｐａ以上２５０Ｐａ以
下、さらに好ましくは４０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高
周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。

絶縁膜３１４の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いる
ことが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリ
シラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二
酸化窒素等がある。

本実施の形態では、絶縁膜３１４として、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜の積層構造とす
る。例えば、第１の絶縁膜として、流量２０ｓｃｃｍのシラン及び流量３０００ｓｃｃｍ
の一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を４０Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２
７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプ
ラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する。なお、プラズマ
ＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、
供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．６×１０^−２Ｗ／ｃ
ｍ^２である。当該条件により、酸素を透過する酸化窒化シリコン膜を形成することができ
る。

第２の絶縁膜は、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１
８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以上２３０℃以下に保持し、処理室
に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好
ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／
ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ
／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコ
ン膜を形成する。

第２の絶縁膜の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周波電
力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し
、原料ガスの酸化が進むため、第２の絶縁膜中における酸素含有量が化学量論的組成より
も多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が
弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よ
りも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することがで
きる。

本実施の形態では、第２の絶縁膜として、流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４００
０ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２
０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電
極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を形成する
。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると２．５
×１０^−１Ｗ／ｃｍ^２である。

次いで、少なくとも絶縁膜３１４を形成した後に加熱処理を行い、絶縁膜３１４に含ま
れる酸素を酸化物半導体膜３０８に移動させ、酸化物半導体膜３０８の酸素欠損を補填す
ることが好ましい。

次に、図７（Ｄ）に示すように、絶縁膜３１４の所望の領域を加工し、導電膜３１２に
達する開口部３６０と、導電膜３１３に達する開口部３６２を形成する。

開口部３６０、３６２の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法またはウエッ
トエッチング法を用いる。また、ドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わ
せて開口部３６０、３６２を形成してもよい。

次に、図８（Ａ）に示すように、開口部を有する絶縁膜３１６を形成する。絶縁膜３１
６は、開口部３６０、３６２に対応する位置に開口部を有する。絶縁膜３１６は、第１の
共通電極３１８の下地となる膜であり、トランジスタや導電膜等により、第１の共通電極
３１８に凹凸が形成されるのを防ぐ機能を有する。すなわち、平坦化膜としての機能を有
する。絶縁膜３１６には、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂等を用いることができる。

次に、図８（Ｂ）に示すように、絶縁膜３１６上に第１の共通電極３１８を形成する。
その後、絶縁膜３１６及び第１の共通電極３１８を覆うように絶縁膜３２０を形成する。
第１の共通電極３１８は、開口部３６２を介して、導電膜３１３と接続される。

第１の共通電極３１８としては、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、
酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸
化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化
シリコンを添加したインジウム錫酸化物等を含む導電膜を用いることができる。また、第
１の共通電極３１８は、スパッタリング法を用いて形成することができる。

絶縁膜３２０としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化
酸化シリコン膜などを用いることができる。とくに、絶縁膜３２０は、容量素子の誘電体
としての機能と、トランジスタの保護膜としての機能も有するため、絶縁膜としては、窒
化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜が好ましい。

絶縁膜３２０としては、例えば、厚さ５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、
又は窒化酸化シリコン膜等を用いることができる。本実施の形態においては、絶縁膜３２
０として、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を用いる。

また、上記窒化シリコン膜は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好
ましく、例えば基板温度１００℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは３００℃以上４
００℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。但し、高温で成膜する場合は、酸
化物半導体膜３０８から酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発生することがあ
るため、このような現象が発生しない温度とする。

次に、図８（Ｃ）に示すように、絶縁膜３２０に開口部３６４を形成する。開口部３６
４は、絶縁膜３１６に形成された開口部３６０に位置する領域に形成される。なお、開口
部３６４は、導電膜３１２が露出するように形成する。開口部３６４の形成方法としては
、開口部３６０、３６２に記載の方法を援用することで形成することができる。

次に、図８（Ｄ）に示すように、絶縁膜３２０上に画素電極３２２を形成する。なお、
画素電極３２２は、開口部３６０、３６４を介して導電膜３１２と接続される。

画素電極３２２は、絶縁膜３２０上に透明導電膜を形成し、エッチング等により当該透
明導電膜の形状を加工することで形成される。

なお、画素電極３２２としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タン
グステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタン
を含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコン
を添加したインジウム錫酸化物等を含む導電膜を用いることができる。

次に、絶縁膜３２０及び画素電極３２２上に配向膜３２４を形成する（図示しない）。
配向膜３２４は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。

以上の工程で基板３０２上に形成される構造を形成することができる。

次に、基板３０２に対峙して設けられる基板３３０の下方に形成される構造の作製方法
について、以下説明を行う。

まず、基板３３０を準備する。基板３３０としては、基板３０２に示す材料を援用する
ことができる。次に、基板３３０に接する遮光膜３３２及び有色膜３３４を形成する。遮
光膜３３２及び有色膜３３４は、様々な材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォ
トリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

次に、遮光膜３３２及び有色膜３３４に接する絶縁膜３３６を形成する。絶縁膜３３６
としては、例えば、アクリル系樹脂等の有機絶縁膜を用いることができる。絶縁膜３３６
を形成することによって、例えば、有色膜３３４中に含まれる不純物等を液晶層３５０側
に拡散することを抑制することができる。

次に、絶縁膜３３６に接する第２の共通電極３３８を形成する。第２の共通電極３３８
に用いることのできる導電膜としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化
タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チ
タンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯと示す。）、インジ
ウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電
性材料を用いることができる。また、第２の共通電極３３８に用いることのできる導電層
としては、例えば、スパッタリング法を用いて形成することができる。

次に、第２の共通電極３３８に接する配向膜３４０を形成する。配向膜３４０の形成方
法は、配向膜３２４の形成方法を援用することで形成できる。

以上の工程で基板３３０の下方に形成される構造を形成することができる。

その後、基板３０２と、基板３３０との間に液晶層３５０を形成する。液晶層３５０の
形成方法としては、ディスペンサ法（滴下法）や、基板３０２と基板３３０とを貼り合わ
せてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。

以上の工程で、図６に示す画素を作製することができる。

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

（実施の形態２）
本実施の形態においては、本発明の一態様の液晶表示装置に用いることのできる酸化物
半導体膜について説明を行う。

電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠
損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体（ｐｕｒｉｆｉｅｄ ＯＳ）は、
ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い。そのため、高純度化された酸化物半導体膜
にチャネル形成領域を有するトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、信頼性が高い。

具体的に、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタの
オフ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が１×
１０^６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電
圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータア
ナライザの測定限界以下、すなわち１×１０^−１３Ａ以下という特性を得ることができる
。この場合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、１００ｚＡ／μｍ以下
であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入また
は容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測
定を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネ
ル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオ
フ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が３Ｖ
の場合に、数十ｙＡ／μｍという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従
って、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ
電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。

なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、ｎチャネル型トランジスタにお
いては、ドレインをソースとゲートよりも高い電位とした状態において、ソースの電位を
基準としたときのゲートの電位が０以下であるときに、ソースとドレインの間に流れる電
流のことを意味する。或いは、本明細書でオフ電流とは、ｐチャネル型トランジスタにお
いては、ドレインをソースとゲートよりも低い電位とした状態において、ソースの電位を
基準としたときのゲートの電位が０以上であるときに、ソースとドレインの間に流れる電
流のことを意味する。

なお、酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を
含むことが好ましい。また、トランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビ
ライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタ
ビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハ
フニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（
Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を含
むことが好ましい。

酸化物半導体の中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物などは、
炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式
法により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れる
といった利点がある。また、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異な
り、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、ガラス基板上に、電気的特性の優れたトランジス
タを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム
（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウ
ム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホ
ルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、
ルテチウム（Ｌｕ）のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、
Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、
Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸
化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物
、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、
Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉ
ｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ
−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−
Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ
ｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ
−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚ
ｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用い
ることができる。

なお、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物という
意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元
素を含んでいてもよい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ
電流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２（５：５
：６）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２などの原子数比
のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは
、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３あるいはＩｎ：Ｓｎ：
Ｚｎ＝２：１：５の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用
いるとよい。

例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしな
がら、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を
上げることができる。

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

ここでは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの
結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−
ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体
内に収まる大きさの場合も含まれる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち
結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、Ｃ
ＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

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

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面Ｔ
ＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列している
ことを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られ
ない。

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

断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有し
ていることがわかる。

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

一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピーク
は、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸
化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）
として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面
に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを
５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は
不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平
行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に
配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。

なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を
行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面ま
たは上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の
形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成
面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ
膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上
面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡ
ＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部
分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ
法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現
れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＺｎＧａ_２Ｏ_４の結晶の（３１１）面に
帰属されることから、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、Ｚ
ｎＧａ_２Ｏ_４の結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近
傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

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

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

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

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

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリ
ング法によって成膜する。当該ターゲットにイオンが衝突すると、ターゲットに含まれる
結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状の
スパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状又はペレット状の
スパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ
膜を成膜することができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制で
きる。例えば、処理室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）
を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点
が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイ
グレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を１００℃以上７４０℃以下、好まし
くは２００℃以上５００℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、
平板状又はペレット状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレー
ションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメー
ジを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００
体積％とする。

また、酸化物半導体層は、積層構造としてもよい。

ここで、図６に示すトランジスタ１１２に用いる酸化物半導体膜３０８を、酸化物半導
体膜３０７及び酸化物半導体膜３０９の積層構造にした一例について、図９を用いて説明
を行う。

また、図９（Ａ）は、トランジスタ１１２に用いる酸化物半導体膜を、酸化物半導体膜
３０７及び酸化物半導体膜３０９の積層構造にした断面構造である。したがって、その他
の構成は、図６に示すトランジスタ１１２と同じであり、先の説明を参酌することができ
る。

酸化物半導体膜３０７と酸化物半導体膜３０９は、少なくとも一の同じ構成元素を有す
る金属酸化物を用いることが好ましい。または、酸化物半導体膜３０７と酸化物半導体膜
３０９の構成元素を同一とし、両者の組成を異ならせてもよい。

酸化物半導体膜３０７がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓ
ｎ、Ｌａ、ＣｅまたはＨｆ）の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパ
ッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ≧Ｍ、Ｚｎ≧Ｍを満たすことが好ま
しい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚ
ｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：５：６（１：１：１．２）、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３
：１：２が好ましい。なお、成膜される酸化物半導体膜３０７の原子数比はそれぞれ、誤
差として上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナ
ス２０％の変動を含む。

なお、酸化物半導体膜３０７がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除い
てのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくはＩｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔ
ｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくはＩｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉ
ｃ％未満とする。

酸化物半導体膜３０７は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以
上、より好ましくは３ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半
導体を用いることで、トランジスタ１１２のオフ電流を低減することができる。

酸化物半導体膜３０７の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１
００ｎｍ以下、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。

酸化物半導体膜３０９は、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−
Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、ＣｅまたはＨｆ）であ
り、且つ酸化物半導体膜３０７よりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表
的には、酸化物半導体膜３０９の伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体膜３０７の
伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ
以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または
０．４ｅＶ以下である。即ち、酸化物半導体膜３０９の電子親和力と、酸化物半導体膜３
０７の電子親和力との差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、ま
たは０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅ
Ｖ以下である。

酸化物半導体膜３０９が前述の元素ＭをＩｎより高い原子数比で有することで、以下の
効果を有する場合がある。（１）酸化物半導体膜３０９のエネルギーギャップを大きくす
る。（２）酸化物半導体膜３０９の電子親和力を小さくする。（３）外部からの不純物を
遮蔽する。（４）酸化物半導体膜３０７と比較して、絶縁性が高くなる。また、元素Ｍは
酸素との結合力が強い金属元素であるため、ＭをＩｎより高い原子数比で有することで、
酸素欠損が生じにくくなる。

酸化物半導体膜３０９がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩ
ｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍ
ｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ
％以上とする。

また、酸化物半導体膜３０７、及び酸化物半導体膜３０９がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（Ｍ
はＡｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、ＣｅまたはＨｆ）の場合、酸化物半導体膜
３０７と比較して、酸化物半導体膜３０９に含まれるＭの原子数比が大きく、代表的には
、酸化物半導体膜３０７に含まれる上記原子と比較して、１．５倍以上、好ましくは２倍
以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比である。

また、酸化物半導体膜３０９をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１［原子数比］、酸化
物半導体膜３０７をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２［原子数比］とすると、ｙ_１／ｘ
_１がｙ_２／ｘ_２よりも大きく、好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上
である。さらに好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きく、より好まし
くは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きい。このとき、酸化物半導体膜におい
て、ｙ_２がｘ_２以上であると、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタ１０２に安定し
た電気特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ_２がｘ_２の３倍以上になると、当該酸
化物半導体膜を用いたトランジスタ１０２の電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ_２
はｘ_２の３倍未満であると好ましい。

酸化物半導体膜３０９がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜す
るために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｍ＞Ｉｎ、更にはＺ
ｎ≧Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子
数比として、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：３、Ｉｎ：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝１：３：４、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：５、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：６
、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：７、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：８、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝
１：３：９、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：１０、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：４、Ｉｎ：
Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：５、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：６、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：
７、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：８、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：６：９、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：６：１０が好ましい。なお、上記スパッタリングターゲットを用いて成膜された酸
化物半導体膜３０７、及び酸化物半導体膜３０９に含まれる金属元素の原子数比はそれぞ
れ、誤差として上記スパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマ
イナス２０％の変動を含む。

なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効
果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とす
るトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体膜３０７のキャリア密度や不純
物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとする
ことが好ましい。

酸化物半導体膜３０９は、後に形成する絶縁膜３１４を形成する際の、酸化物半導体膜
３０７へのダメージ緩和膜としても機能する。酸化物半導体膜３０９の厚さは、３ｎｍ以
上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。

トランジスタ１１２に含まれる酸化物半導体膜３０７において、第１４族元素の一つで
あるシリコンや炭素が含まれると、酸化物半導体膜３０７において酸素欠損が増加し、ｎ
型化してしまう。このため、酸化物半導体膜３０７におけるシリコンや炭素の濃度、また
は酸化物半導体膜３０９と、酸化物半導体膜３０７との界面近傍のシリコンや炭素の濃度
（二次イオン質量分析法により得られる濃度）を、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
、好ましくは２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とする。

また、酸化物半導体膜３０７において、二次イオン質量分析法により得られるアルカリ
金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、好ましく
は２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にする。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、
酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増
大してしまうことがある。このため、酸化物半導体膜３０７のアルカリ金属またはアルカ
リ土類金属の濃度を低減することが好ましい。

また、酸化物半導体膜３０７に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じ、キ
ャリア密度が増加し、ｎ型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用
いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。従って、当該酸化物半導体膜にお
いて、窒素はできる限り低減されていることが好ましい、例えば、二次イオン質量分析法
により得られる窒素濃度は、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下にすることが好ましい
。

なお、図９（Ａ）に示すトランジスタ１１２では、ゲートとして機能する導電膜３０４
側に位置し、キャリアの主な移動経路となる酸化物半導体膜３０７と絶縁膜３１４との間
に、酸化物半導体膜３０９が設けられている。これにより、酸化物半導体膜３０９と絶縁
膜３１４の間において、不純物及び欠陥によりトラップ準位が形成されても、当該トラッ
プ準位と酸化物半導体膜３０７との間には隔たりがある。この結果、酸化物半導体膜３０
７を流れる電子がトラップ準位に捕獲されにくく、トランジスタ１１２のオン電流を増大
させることが可能であると共に、電界効果移動度を高めることができる。また、トラップ
準位に電子が捕獲されると、該電子がマイナスの固定電荷となってしまう。この結果、ト
ランジスタ１１２のしきい値電圧が変動してしまう。しかしながら、酸化物半導体膜３０
７とトラップ準位との間に隔たりがあるため、トラップ準位における電子の捕獲を低減す
ることが可能であり、しきい値電圧の変動を低減することができる。

なお、酸化物半導体膜３０７及び酸化物半導体膜３０９は、各層を単に積層するのでは
なく連続接合（ここでは特に伝導帯の下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化する構
造）が形成されるように作製する。すなわち、各膜の界面にトラップ中心や再結合中心の
ような欠陥準位を形成するような不純物が存在しないように積層構造を形成する。仮に、
積層された酸化物半導体膜３０７及び酸化物半導体膜３０９の間に不純物が混在している
と、エネルギーバンドの連続性が失われ、界面でキャリアがトラップされ、あるいは再結
合して、消滅してしまう。

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装
置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層するこ
とが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体膜にとって
不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポン
プを用いて高真空排気（５×１０^−７Ｐａ〜１×１０^−４Ｐａ程度まで）することが好ま
しい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバ
ー内に気体、特に炭素または水素を含む気体が逆流しないようにしておくことが好ましい
。

ここで、トランジスタ１１２に含まれる積層構造のバンド構造について、図９（Ｂ）を
用いて説明する。

図９（Ｂ）は、トランジスタ１１２に含まれるバンド構造の一部を模式的に示している
。ここでは、絶縁膜３０６及び絶縁膜３１４として酸化シリコン層を設けた場合について
説明する。なお、図９（Ｂ）に表すＥｃＩ１は絶縁膜３０６として用いる酸化シリコン層
の伝導帯下端のエネルギーを示し、ＥｃＳ１は酸化物半導体膜３０７の伝導帯下端のエネ
ルギーを示し、ＥｃＳ２は酸化物半導体膜３０９の伝導帯下端のエネルギーを示し、Ｅｃ
Ｉ２は絶縁膜３１４として用いる酸化シリコン層の伝導帯下端のエネルギーを示す。

図９（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜３０７及び酸化物半導体膜３０９において、
伝導帯下端のエネルギーは障壁が無くなだらかに変化する。換言すると、連続的に変化す
るともいうことができる。これは、酸化物半導体膜３０７と酸化物半導体膜３０９が共通
の元素を含み、酸化物半導体膜３０７及び酸化物半導体膜３０９の間で、酸素が相互に移
動することで混合層が形成されるためであるということができる。

図９（Ｂ）より、酸化物半導体膜３０８において酸化物半導体膜３０７がウェル（井戸
）となり、酸化物半導体膜３０８を用いたトランジスタにおいて、チャネル形成領域が酸
化物半導体膜３０７に形成されることがわかる。なお、酸化物半導体膜３０８は、伝導帯
下端のエネルギーが連続的に変化しているため、酸化物半導体膜３０７と酸化物半導体膜
３０９とが連続接合している、ともいえる。

なお、図９（Ｂ）に示すように、酸化物半導体膜３０９と、絶縁膜３１４との界面近傍
には、絶縁膜３１４の構成元素であるシリコンまたは炭素等の不純物や欠陥に起因したト
ラップ準位が形成され得るものの、酸化物半導体膜３０９が設けられることにより、酸化
物半導体膜３０７と該トラップ準位とを遠ざけることができる。ただし、ＥｃＳ１とＥｃ
Ｓ２とのエネルギー差が小さい場合、酸化物半導体膜３０７の電子が該エネルギー差を越
えてトラップ準位に達することがある。トラップ準位に電子が捕獲されることで、絶縁膜
界面にマイナスの固定電荷が生じ、トランジスタのしきい値電圧はプラス方向にシフトし
てしまう。したがって、ＥｃＳ１とＥｃＳ２とのエネルギー差を、０．１ｅＶ以上、好ま
しくは０．１５ｅＶ以上とすると、トランジスタのしきい値電圧の変動が低減され、安定
した電気特性となるため好適である。

上記説明した酸化物半導体を本発明の一態様における液晶表示装置のトランジスタに用
いることで、画像信号の画素部への書き込みが停止した後も、画素部における画像の表示
を維持することができる。また、該トランジスタを、画素が有する液晶素子への電圧の供
給を制御するための素子として用いることで、液晶素子への電圧の供給が維持される期間
を長く確保することができる。

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

（実施の形態３）
本実施の形態においては、本発明の一態様の液晶表示装置の画素の構成例について、実
施の形態１の図５及び図６に示す画素１００の上面図及び断面図と異なる一例について、
図１０及び図１１を用いて説明を行う。

図１（Ａ）に示す画素１００の上面図の一例を図１０に示す。なお、図１０では、画素
１００の上面図を明確にするために、ゲート絶縁膜などの構成要素の一部を省略して図示
している。また、図１０に示す一点鎖線Ａ１−Ａ２間、及び一点鎖線Ａ３−Ａ４間の切断
面に相当する断面図を図１１に示す。

図１０及び図１１に示す画素１００は、絶縁表面を有する基板３０２上に、トランジス
タ１１２のゲートとしての機能と、配線ＧＬとしての機能を有する導電膜３０４が設けら
れている。また、基板３０２上には、容量素子１１３の電極としての機能と、第１の共通
電極としての機能とを有する電極３５４が設けられている。

また、導電膜３０４を覆うように、基板３０２上には絶縁膜３０６が設けられている。
そして、絶縁膜３０６を間に挟んで導電膜３０４と重なる位置に、トランジスタ１１２の
チャネル形成領域として機能する酸化物半導体膜３０８が設けられている。酸化物半導体
膜３０８上には、導電膜３１０、３１２が設けられている。また、導電膜３１０、３１２
と同一工程で形成された導電膜３１３が電極３５４及び絶縁膜３０６上に設けられている
。
導電膜３１０は、配線ＳＬとしての機能と、トランジスタ１１２のソースまたはドレイン
としての機能とを有する。導電膜３１２は、トランジスタ１１２のソースまたはドレイン
としての機能を有する。導電膜３１３は、容量線としての機能を有する。

なお、電極３５４は、酸化物半導体膜３０８と同一工程で形成される。また、電極３５
４は、酸化物半導体膜３０８よりも導電率が高い、導電性の酸化物半導体である。電極３
５４は、絶縁膜３２１と接して設けられており、絶縁膜３２１中に含まれる水素が電極３
５４に拡散することによって、導電性が高くなる。また、電極３５４の導電膜３１３と接
する領域は、絶縁膜３１４と接していないため、酸化物半導体中の酸素欠損が補填されな
いため、導電性が高くなる。したがって、電極３５４は、酸化物半導体膜３０８と同一工
程で形成された酸化物半導体膜であっても電極としての機能を有する。

また、酸化物半導体膜３０８、及び導電膜３１０、３１２を覆うように絶縁膜３１４が
設けられている。また、絶縁膜３１４は、電極３５４の一方の端部、及び導電膜３１３の
一方の端部を覆うように設けられている。また、絶縁膜３１４は、電極３５４の一部及び
導電膜３１３の一部が露出する開口部３６４を有する。

また、絶縁膜３１４、電極３５４、及び導電膜３１３上には、絶縁膜３２１が設けられ
ている。また、絶縁膜３１４、３２１には、導電膜３１２に達する開口部３６６が設けら
れている。また、絶縁膜３２１上には、画素電極３２２が設けられており、画素電極３２
２は、開口部３６６を介して導電膜３１２と接続される。また、画素電極３２２は、第１
の共通電極として機能する電極３５４と重なる位置に設けられ、図１０の上面図に示すよ
うに、開口部（スリット）を有している。また、絶縁膜３２１及び画素電極３２２上には
配向膜３２４が設けられている。

また、基板３０２と対峙するように、基板３３０が設けられている。基板３３０の下方
には、可視光を遮る機能を有する遮光膜３３２と、特定の波長範囲の可視光を透過する有
色膜３３４と、遮光膜３３２及び有色膜３３４に接する絶縁膜３３６と、絶縁膜３３６に
接する第２の共通電極３３８と、第２の共通電極３３８に接する配向膜３４０と、が設け
られている。

そして、基板３０２と基板３３０の間には、配向膜３２４と配向膜３４０に挟まれるよ
うに、液晶材料を含む液晶層３５０が設けられている。また、液晶層３５０、第１の共通
電極として機能する電極３５４、絶縁膜３２１、画素電極３２２、及び第２の共通電極３
３８によって、液晶素子１１１が構成されている。なお、液晶層３５０は、ネガ型の液晶
材料を用い、液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω
・ｃｍ以下である。

本実施の形態に示す画素１００の構成においては、平坦化膜として機能する絶縁膜を用
いない点と、第１の共通電極として機能する電極３５４を酸化物半導体膜３０８と同一工
程で形成する設ける点と、容量線として機能する導電膜３１３を電極３５４に接して設け
る点とが先の実施の形態１の図５及び図６に示す構成と大きく異なる。

このように、平坦化膜を用いないことで、該平坦化膜中に含まれる不純物（例えば、水
など）が酸化物半導体膜３０８に入り込むのを抑制することができる。したがって、酸化
物半導体膜３０８を用いるトランジスタ１１２の信頼性が向上するため、表示品位の高い
液晶表示装置とすることができる。

次いで、図１１に示す画素の作製方法の一例について、図１２及び図１３を用いて説明
を行う。

図１２（Ａ）に示すように、基板３０２上に導電膜を形成した後、該導電膜をエッチン
グ等により形状を加工することで、導電膜３０４を形成する。次に、導電膜３０４上に絶
縁膜３０６を形成する。次に、絶縁膜３０６上に酸化物半導体膜を形成した後、該酸化物
半導体膜をエッチング等により形状を加工し、導電膜３０４と重なる位置に島状に分離さ
れた酸化物半導体膜３０８と、酸化物半導体膜３０８と分離された酸化物半導体膜３５２
を形成する。

基板３０２、導電膜３０４、絶縁膜３０６、及び酸化物半導体膜３０８としては、それ
ぞれ実施の形態１に記載の基板３０２、導電膜３０４、絶縁膜３０６、及び酸化物半導体
膜３０８に用いることのできる材料、及び作製方法を援用することで形成することができ
る。また、酸化物半導体膜３５２は、酸化物半導体膜３０８と同様の材料及び作製方法に
より形成することができる。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、絶縁膜３０６及び酸化物半導体膜３０８、３５２上
に導電膜を形成した後、当該導電膜の形状をエッチング等により加工することにより、酸
化物半導体膜３０８に接する導電膜３１０、３１２と、酸化物半導体膜３５２に接する導
電膜３１３を形成する。

導電膜３１０、３１２、３１３としては、実施の形態１に記載の導電膜３１０、３１２
、３１３に用いることのできる材料及び作製方法を援用することで形成することができる
。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、絶縁膜３０６、酸化物半導体膜３０８、３５２、及
び導電膜３１０、３１２、３１３上に絶縁膜３１４を形成する。

絶縁膜３１４としては、実施の形態１に記載の絶縁膜３１４に用いることのできる材料
、及び作製方法を援用することで形成することができる。

次に、図１２（Ｄ）に示すように、絶縁膜３１４をエッチング等により形状を加工し、
酸化物半導体膜３５２の一部と、導電膜３１３の一部が露出するように開口部３６４を形
成する。なお、開口部３６４は、少なくとも酸化物半導体膜３５２が露出していればよく
、導電膜３１３の表面を露出させなくてもよい。

開口部３６４の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法またはウエットエッチ
ング法を用いる。また、ドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせて開口
部３６４を形成してもよい。

次に、図１３（Ａ）に示すように、絶縁膜３１４、及び開口部３６４を覆うように絶縁
膜３２１を形成する。

絶縁膜３２１は、外部からの不純物、例えば、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等
が、酸化物半導体へ拡散するのを防ぐ材料で形成される膜であり、更には水素を含む。こ
のため、絶縁膜３２１の水素が酸化物半導体膜３５２に拡散すると、酸化物半導体膜３５
２において水素は酸素と結合する、または水素は酸素欠損と結合しキャリアである電子が
生成される。この結果、酸化物半導体膜３５２は、酸化物半導体膜３０８よりも導電性が
高くなり、第１の共通電極として機能する電極３５４となる。

絶縁膜３２１としては、例えば、厚さ５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の窒化シリコン膜、
又は窒化酸化シリコン膜等を用いることができる。本実施の形態においては、絶縁膜３２
１として、厚さ１００ｎｍの窒化シリコン膜を用いる。

また、上記窒化シリコン膜は、ブロック性を高めるために、高温で成膜されることが好
ましく、例えば基板温度１００℃以上基板の歪み点以下、より好ましくは３００℃以上４
００℃以下の温度で加熱して成膜することが好ましい。但し、高温で成膜する場合は、酸
化物半導体膜３０８から酸素が脱離し、キャリア濃度が上昇する現象が発生することがあ
るため、このような現象が発生しない温度とする。

また、図１１及び図１３において、図示していないが、絶縁膜３２１を形成したのち、
さらに絶縁膜を形成してもよい。該絶縁膜としては、例えば、有機シランガスを用いたＰ
Ｅ−ＣＶＤ法により形成した酸化シリコン膜を用いることができる。当該酸化シリコン膜
は３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下で設けることができる。有機シランガスとしては、珪酸
エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学
式Ｓｉ（ＣＨ_３）_４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメ
チルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、ト
リエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（
Ｎ（ＣＨ_３）_２）_３）などのシリコン含有化合物を用いることができる。また、上記酸化
シリコン膜は、例えば、有機シランガスと酸素を用い、基板温度を２００℃以上５５０℃
以下、好ましくは２２０℃以上５００℃以下、より好ましくは３００℃以上４５０℃以下
としたＰＥ−ＣＶＤ法により形成することができる。

絶縁膜３２１上にさらに上述した絶縁膜を形成することによって、トランジスタ等に起
因する凹凸を平坦化することが可能となる。また、上述した絶縁膜は無機材料により形成
されるため、有機材料を用いる平坦化樹脂膜等と比較し、酸化物半導体膜に影響を与える
不純物が少ない。

次に、少なくとも絶縁膜３１４を形成した後に加熱処理を行い、絶縁膜３１４に含まれ
る酸素を酸化物半導体膜３０８に移動させ、酸化物半導体膜３０８の酸素欠損を補填する
ことが好ましい。

次に、図１３（Ｂ）に示すように、絶縁膜３１４、３２１の所望の領域を除去すること
で、導電膜３１２に達する開口部３６６を形成する。

開口部３６６の形成方法としては、例えば、ドライエッチング法またはウエットエッチ
ング法を用いる。また、ドライエッチング法とウエットエッチング法を組み合わせて開口
部３６６を形成してもよい。

次に、図１３（Ｃ）に示すように、絶縁膜３２１上に画素電極３２２を形成する。なお
、画素電極３２２は、開口部３６６を介して導電膜３１２と接続される。

画素電極３２２は、絶縁膜３２１上に透明導電膜を形成し、エッチング等により当該透
明導電膜の形状を加工することで形成される。

画素電極３２２としては、実施の形態１に記載の画素電極３２２に用いることのできる
材料、及び作製方法を援用することで形成することができる。

次に、絶縁膜３２１及び画素電極３２２上に配向膜３２４を形成する（図示しない）。
配向膜３２４は、ラビング法、光配向法等を用いて形成することができる。

以上の工程で基板３０２上に形成される構造を形成することができる。

基板３０２に対峙して設けられる基板３３０、及び液晶素子１１１等は、実施の形態１
の記載を援用することで形成することができる。

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

（実施の形態４）
本実施の形態においては、本発明の一態様における液晶表示装置を用いた電子機器の一
例について、図１４を用いて説明を行う。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体
を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉ
ｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いる
ことができる。その他に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる電子
機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ
、デジタルスチルカメラなどのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディス
プレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディ
オプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預
け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１
４に示す。

図１４（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５００１、筐体５００２、表示部５００３
、表示部５００４、マイクロホン５００５、スピーカー５００６、操作キー５００７、ス
タイラス５００８等を有する。表示部５００３または表示部５００４に、本発明の一態様
に係る液晶表示装置を用いることができる。なお、図１４（Ａ）に示した携帯型ゲーム機
は、２つの表示部５００３と表示部５００４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する
表示部の数は、これに限定されない。

図１４（Ｂ）は表示機器であり、筐体５２０１、表示部５２０２、支持台５２０３等を
有する。表示部５２０２に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。
なお、表示機器には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全
ての情報表示用表示機器が含まれる。

図１４（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体５４０１、表示部５４０
２、キーボード５４０３、ポインティングデバイス５４０４等を有する。表示部５４０２
に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。

図１４（Ｄ）は携帯情報端末であり、第１筐体５６０１、第２筐体５６０２、第１表示
部５６０３、第２表示部５６０４、接続部５６０５、操作キー５６０６等を有する。第１
表示部５６０３は第１筐体５６０１に設けられており、第２表示部５６０４は第２筐体５
６０２に設けられている。そして、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２とは、接続部５
６０５により接続されており、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度は、接続
部５６０５により変更が可能となっている。第１表示部５６０３における映像を、接続部
５６０５における第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度に従って、切り替える
構成としても良い。第１表示部５６０３または第２表示部５６０４に、本発明の一態様に
係る液晶表示装置を用いることができる。なお、第１表示部５６０３及び第２表示部５６
０４の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された液晶表示装置を用いる
ようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、液晶表示装置にタッチパネルを
設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセン
サとも呼ばれる光電変換素子を液晶表示装置の画素部に設けることでも、付加することが
できる。

図１４（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体５８０１、第２筐体５８０２、表示部５
８０３、操作キー５８０４、レンズ５８０５、接続部５８０６等を有する。操作キー５８
０４及びレンズ５８０５は第１筐体５８０１に設けられており、表示部５８０３は第２筐
体５８０２に設けられている。そして、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２とは、接続
部５８０６により接続されており、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度は、
接続部５８０６により変更が可能となっている。表示部５８０３における映像の切り替え
を、接続部５８０６における第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度に従って行
う構成としても良い。表示部５８０３に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いるこ
とができる。

図１４（Ｆ）は携帯電話であり、筐体５９０１に、表示部５９０２、マイク５９０７、
スピーカー５９０４、カメラ５９０３、外部接続部５９０６、操作用のボタン５９０５が
設けられている。携帯電話が有する回路に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いる
ことできる。また、本発明の一態様に係る液晶表示装置を、可撓性を有する基板に形成し
た場合、図１４（Ｆ）に示すような曲面を有する表示部５９０２に当該液晶表示装置を適
用することが可能である。

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

本実施例においては、本発明の一態様である液晶表示装置の透過率について、測定を行
った。図１５を用いて本実施例で用いた液晶表示装置について、以下説明を行う。

図１５（Ａ）に示す液晶表示装置７２０は、本発明の一態様の液晶表示装置の一例であ
る。

図１５（Ａ）に示す液晶表示装置７２０は、基板６０２と、基板６０２上のトランジス
タのゲートとして機能する導電膜６０４と、基板６０２及び導電膜６０４上の絶縁膜６０
６と、絶縁膜６０６と、絶縁膜６０６上の導電膜６０４と重畳する位置に形成された酸化
物半導体膜６０８と、酸化物半導体膜６０８に接続する導電膜６１０、６１２と、絶縁膜
６０６、酸化物半導体膜６０８、及び導電膜６１０、６１２上に形成された絶縁膜６１４
と、絶縁膜６１４上の絶縁膜６１６と、絶縁膜６１６上の第１の共通電極６１８と、絶縁
膜６１４及び第１の共通電極６１８上の絶縁膜６２０と、絶縁膜６２０上の画素電極６２
２と、絶縁膜６２０及び画素電極６２２上の配向膜６２４と、配向膜６２４上の液晶層６
５０と、液晶層６５０上の配向膜６４０と、配向膜６４０上の第２の共通電極６３８と、
第２の共通電極６３８上の絶縁膜６３６と、絶縁膜６３６上の遮光膜６３２及び有色膜６
３４と、遮光膜６３２及び有色膜６３４上の基板６３０と、を有する。

なお、導電膜６０４と、絶縁膜６０６と、酸化物半導体膜６０８と、導電膜６１０、６
１２によって、トランジスタ７１２が構成されている。また、トランジスタ７１２が有す
る導電膜６１２は、絶縁膜６１６、絶縁膜６２０に設けられた開口部を介して画素電極６
２２と接続されている。

次に、図１５（Ｂ）に示す比較用の液晶表示装置７３０について、説明を行う。

図１５（Ｂ）に示す液晶表示装置７３０は、基板６０２と、基板６０２上のトランジス
タのゲートとして機能する導電膜６０４と、基板６０２及び導電膜６０４上の絶縁膜６０
６と、絶縁膜６０６と、絶縁膜６０６上の導電膜６０４と重畳する位置に形成された酸化
物半導体膜６０８と、酸化物半導体膜６０８に接続する導電膜６１０、６１２と、絶縁膜
６０６、酸化物半導体膜６０８、及び導電膜６１０、６１２上に形成された絶縁膜６１４
と、絶縁膜６１４上の絶縁膜６１６と、絶縁膜６１６上の第１の共通電極６１８と、絶縁
膜６１４及び第１の共通電極６１８上の絶縁膜６２０と、絶縁膜６２０上の画素電極６２
２と、絶縁膜６２０及び画素電極６２２上の配向膜６２４と、配向膜６２４上の液晶層６
５０と、液晶層６５０上の配向膜６４０と、配向膜６４０上の絶縁膜６３６と、絶縁膜６
３６上の遮光膜６３２及び有色膜６３４と、遮光膜６３２及び有色膜６３４上の基板６３
０と、基板６３０上の電極６４２と、を有する。

なお、導電膜６０４と、絶縁膜６０６と、酸化物半導体膜６０８と、導電膜６１０、６
１２によって、トランジスタ７１２が構成されている。また、トランジスタ７１２が有す
る導電膜６１２は、絶縁膜６１６、絶縁膜６２０に設けられた開口部を介して画素電極６
２２と接続されている。

また、図１５（Ａ）に示す本発明の一態様の液晶表示装置７２０と、図１５（Ｂ）に示
す比較用の液晶表示装置７３０との違いとしては、第２の共通電極６３８と、電極６４２
である。より具体的には、液晶表示装置７２０には、基板６３０の下方に第２の共通電極
６３８が設けられており、液晶表示装置７３０には、基板６３０の上方に電極６４２が設
けられている。

図１５（Ａ）に示す構成においては、第２の共通電極６３８によって、配向膜６４０を
介して液晶層６５０に電圧を印加することができる。一方で、図１５（Ｂ）に示す構成に
おいては、電極６４２は、基板６３０の上方に設けられているため、電極６４２によって
、液晶層６５０に電圧を印加するのが困難である。

図１５（Ａ）、（Ｂ）に示す液晶表示装置７２０、７３０の作製方法について、以下説
明を行う。なお、液晶表示装置７２０と液晶表示装置７３０とでは、第２の共通電極６３
８及び電極６４２以外の構成は同じである。まずは、共通する構成の作製方法について、
以下説明する。

基板６０２としては、ガラス基板を用いた。その後、基板６０２上に導電膜６０４を形
成した。導電膜６０４としては、スパッタリング法によりタングステン膜を２００ｎｍ形
成した。その後、基板６０２及び導電膜６０４上に絶縁膜６０６を形成した。絶縁膜６０
６としては、厚さ４００ｎｍの窒化シリコン膜と、厚さ５０ｎｍの酸化窒化シリコン膜を
積層して形成した。

なお、窒化シリコン膜は、第１の窒化シリコン膜、第２の窒化シリコン膜、及び第３の
窒化シリコン膜の３層積層構造とした。

第１の窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍ
の窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ装置
の処理室に供給し、処理室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電
源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０ｎｍとなるように形成した。第２の
窒化シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、流量２０００ｓｃｃｍの窒素、
及び流量２０００ｓｃｃｍのアンモニアガスを原料ガスとしてプラズマＣＶＤ装置の処理
室に供給し、処理室内の圧力を１００Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用
いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが３００ｎｍとなるように形成した。第３の窒化
シリコン膜としては、流量２００ｓｃｃｍのシラン、及び流量５０００ｓｃｃｍの窒素を
原料ガスとしてプラズマＣＶＤ装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を１００Ｐａに制
御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて２０００Ｗの電力を供給して、厚さが５０
ｎｍとなるように形成した。なお、第１の窒化シリコン膜、第２の窒化シリコン膜、及び
第３の窒化シリコン膜形成時の基板温度は３５０℃とした。

酸化窒化シリコン膜としては、流量２０ｓｃｃｍのシラン、流量３０００ｓｃｃｍの一
酸化二窒素を原料ガスとしてプラズマＣＶＤ装置の処理室に供給し、処理室内の圧力を４
０Ｐａに制御し、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの電力を供給して、酸
化窒化シリコン膜を形成した。なお、酸化窒化シリコン膜形成時の基板温度は３５０℃と
した。

次に、絶縁膜６０６を介して導電膜６０４に重なる位置に酸化物半導体膜６０８を形成
した。ここでは、絶縁膜６１４上に厚さ３５ｎｍの酸化物半導体膜をスパッタリング法で
形成した。

酸化物半導体膜は、スパッタリングターゲットをＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（原子
数比）のターゲットとし、流量３０ｓｃｃｍの酸素及び流量２７０ｓｃｃｍのアルゴンを
スパッタリングガスとしてスパッタリング装置の処理室内に供給し、処理室内の圧力を０
．６Ｐａに制御し、５ｋＷの直流電力を供給して形成した。なお、酸化物半導体膜を形成
する際の基板温度を１７０℃とした。

次に、酸化物半導体膜６０８に接する導電膜６１０、６１２を形成した。

導電膜６１０、６１２として、厚さ５０ｎｍのタングステン膜上に厚さ４００ｎｍのア
ルミニウム膜を形成し、該アルミニウム膜上に厚さ１００ｎｍのチタン膜を形成した。

次に、減圧された処理室に基板を移動し、３５０℃で加熱した後、処理室に設けられる
上部電極に２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５０Ｗの高周波電力を供給して、一
酸化二窒素雰囲気で発生させた酸素プラズマに酸化物半導体膜６０８を曝した。

次に、酸化物半導体膜６０８及び導電膜６１０、６１２上に絶縁膜６１４を形成した。
ここでは、絶縁膜６１４として、第１の酸化物絶縁膜、第２の酸化物絶縁膜、及び窒化物
絶縁膜の３層の積層構造を形成した。

まず、上記酸素プラズマ処理の後、大気に曝すことなく、連続的に第１の酸化物絶縁膜
及び第２の酸化物絶縁膜を形成した。第１の酸化物絶縁膜として厚さ５０ｎｍの酸化窒化
シリコン膜を形成し、第２の酸化物絶縁膜として厚さ４００ｎｍの酸化窒化シリコン膜を
形成した。

第１の酸化物絶縁膜は、流量２０ｓｃｃｍのシラン及び流量３０００ｓｃｃｍの一酸化
二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を３５０℃とし、１００Ｗ
の高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により形成した。

第２の酸化物絶縁膜は、流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸
化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、１５０
０Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により形成した。当該条件
により、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が
脱離する酸化窒化シリコン膜を形成することができる。

次に、加熱処理を行い、第１の酸化物絶縁膜及び第２の酸化物絶縁膜から水、窒素、水
素等を脱離させると共に、第２の酸化物絶縁膜に含まれる酸素の一部を酸化物半導体膜６
０８へ供給した。ここでは、窒素及び酸素雰囲気で、３５０℃、１時間の加熱処理を行っ
た。

次に、第２の酸化物絶縁膜上に厚さ１００ｎｍの窒化物絶縁膜を形成した。窒化物絶縁
膜は、流量５０ｓｃｃｍのシラン、流量５０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃ
ｍのアンモニアガスを原料ガスとし、処理室の圧力を１００Ｐａ、基板温度を３５０℃と
し、１０００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により形成した
。

次に、絶縁膜６１４に導電膜６１２に達する開口部を形成した。該開口部は、ドライエ
ッチング法により形成した。

次に、絶縁膜６１４上に開口部を有する絶縁膜６１６を形成した。絶縁膜６１６として
は、有機樹脂材料であるアクリル系樹脂を用いた。該アクリル系樹脂の膜厚は２μｍとし
た。

次に、絶縁膜６１６上に第１の共通電極６１８を形成した。第１の共通電極６１８とし
ては、スパッタリング法により厚さ１００ｎｍの酸化インジウム−酸化スズ化合物（ＩＴ
Ｏ−ＳｉＯ_２）の導電膜を形成した。なお、該導電膜に用いたターゲットの組成は、Ｉｎ
_２Ｏ_３：ＳｎＯ_２：ＳｉＯ_２＝８５：１０：５［重量％］とした。

次に、絶縁膜６１６及び第１の共通電極６１８上に絶縁膜６２０を形成した。絶縁膜６
２０としては、厚さ３００ｎｍの窒化物絶縁膜を形成した。窒化物絶縁膜は、流量５０ｓ
ｃｃｍのシラン、流量５０００ｓｃｃｍの窒素、及び流量１００ｓｃｃｍのアンモニアガ
スを原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、１０００Ｗの
高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により形成した。

次に、絶縁膜６２０上に画素電極６２２を形成した。画素電極６２２としては、スパッ
タリング法により厚さ８０ｎｍの酸化インジウム−酸化スズ化合物（ＩＴＯ−ＳｉＯ_２）
の導電膜を形成した。なお、該導電膜に用いたターゲットの組成は、第１の共通電極６１
８と同様とした。この後、窒素雰囲気で、２５０℃、１時間の加熱処理を行った。

次に、絶縁膜６２０及び画素電極６２２上に配向膜６２４を形成した。配向膜６２４と
しては、厚さ６０ｎｍのポリイミド膜を用いた。なお、配向膜６２４として用いた該ポリ
イミド膜の抵抗率は４．０×１０^１５Ω・ｃｍであった。

以上の工程により、基板６０２上に形成される構造を作製した。

次に、基板６０２と対峙して設けられる基板６３０に形成される構造の作製方法につい
て、説明する。なお、基板６３０に形成される構造については、図１５（Ａ）に示す液晶
表示装置７２０と、図１５（Ｂ）に示す液晶表示装置７３０とで異なる。したがって、以
下の説明において、液晶表示装置７２０と、液晶表示装置７３０で、作製方法を分けて説
明する。また、液晶表示装置７２０を試料１として、液晶表示装置７３０を試料２として
、それぞれ説明を行う。

＜図１５（Ａ）に示す基板６３０に形成される構造の作製方法＞
基板６３０としては、ガラス基板を用いた。次に、基板６３０に接して所望の領域に遮
光膜６３２を形成した。遮光膜６３２としては、スピンコート法により、厚さ６００ｎｍ
の黒色顔料を含んだ有機樹脂膜を用いた。

次に、基板６３０に接して有色膜６３４を形成した。有色膜６３４としては、スピンコ
ート法により、顔料を含んだ厚さ１．４μｍの有機樹脂膜を用いた。

次に、遮光膜６３２及び有色膜６３４に接して絶縁膜６３６を形成した。絶縁膜６３６
は、厚さ１．５μｍのアクリル系樹脂を用いた。

次に、絶縁膜６３６と接して第２の共通電極６３８を形成した。第２の共通電極６３８
は、スパッタリング法により厚さ１００ｎｍの酸化インジウム−酸化スズ化合物（ＩＴＯ
−ＳｉＯ_２）の導電膜を形成した。なお、該導電膜に用いたターゲットの組成は、第１の
共通電極６１８と同様とした。

次に、第２の共通電極６３８と接して、配向膜６４０を形成した。配向膜６４０として
は、配向膜６２４と同様の材料を用いた。

次に、上記作製した基板６３０と、先に記載した基板６０２を貼り合わせ、滴下封止法
を用いて液晶層６５０として機能する液晶材料を注入した。

液晶層６５０としては、セルギャップ（配向膜６２４と配向膜６４０との距離）が３．
５μｍとなるように調整し、ネガ型の液晶材料（メルク株式会社製：ＭＬＣ−３００６）
を用いた。

以上の工程で、図１５（Ａ）に示す本発明の一態様の液晶表示装置である試料１を作製
した。

＜図１５（Ｂ）に示す基板６３０に形成される構造の作製方法＞
基板６３０としては、ガラス基板を用いた。次に、基板６３０に接して所望の領域に遮
光膜６３２を形成した。遮光膜６３２としては、スピンコート法により、厚さ６００ｎｍ
の黒色顔料を含んだ有機樹脂膜を用いた。

次に、基板６３０に接して有色膜６３４を形成した。有色膜６３４としては、スピンコ
ート法により、顔料を含んだ厚さ１．４μｍの有機樹脂膜を用いた。

次に、遮光膜６３２及び有色膜６３４に接して絶縁膜６３６を形成した。絶縁膜６３６
は、厚さ１．５μｍのアクリル系樹脂を用いた。

次に、絶縁膜６３６が形成されていない面の基板６３０に接して、電極６４２を形成し
た。電極６４２としては、スパッタリング法により厚さ１００ｎｍの酸化インジウム−酸
化スズ化合物（ＩＴＯ−ＳｉＯ_２）の導電膜を形成した。なお、該導電膜に用いたターゲ
ットの組成は、第１の共通電極６１８と同様とした。

次に、絶縁膜６３６と接して、配向膜６４０を形成した。配向膜６４０としては、配向
膜６２４と同様の材料を用いた。

次に、上記作製した基板６３０と、先に記載した基板６０２を貼り合わせ、滴下封止法
を用いて液晶層６５０として機能する液晶材料を注入した。

液晶層６５０としては、セルギャップ（配向膜６２４と配向膜６４０との距離）が３．
５μｍとなるように調整し、ネガ型の液晶材料（メルク株式会社製：ＭＬＣ−３００６）
を用いた。

以上の工程で、図１５（Ｂ）に示す比較用の液晶表示装置である試料２を作製した。

次に、上記作製した試料１及び試料２の透過率の測定を行った。試料１の透過率測定時
において、第１の共通電極６１８に０Ｖを、画素電極６２２に５．５Ｖを、第２の共通電
極６３８に０．８Ｖを、それぞれ印加した。また、画素電極６２２、第２の共通電極６３
８、及び第２の共通電極６３８に印加する電圧は、間欠的に行われ、電圧が印加される毎
にデータの書き換えが行われる。また、試料２の透過率測定時において、第１の共通電極
６１８に０Ｖを、画素電極６２２に５．５Ｖを、電極６４２に０．８Ｖを、それぞれ印加
した。また、画素電極６２２、第２の共通電極６３８、及び電極６４２に印加する電圧は
、間欠的に行われ、電圧が印加される毎にデータの書き換えが行われる。なお、試料１及
び試料２のデータの書き換えの制御は、液晶表示装置に形成されたトランジスタ７１２に
よって行われる。

図１６乃至図２０に試料１及び試料２の時間−透過率特性の結果を示す。なお、図１６
乃至図２０において、横軸は時間（ｓ）を、縦軸は透過率（％）を、それぞれ表す。また
、図１６乃至図２０においては、最大の階調となるようにした場合（透過率１００％とな
るようにした場合）の時間−透過率特性の結果である。また、図２１に試料１の時間−透
過率特性の結果を示す。なお、図２１において、横軸は時間（ｓ）を、縦軸は透過率（％
）を、それぞれ表す。また、図２１においては、中間の階調となるようにした場合（透過
率５０％となるようにした場合）の時間−透過率特性の結果である。なお、中間の階調と
した場合、最大の階調とした場合と時間−透過率特性の結果が異なる場合がある。

なお、図１６（Ａ）、図１７（Ａ）、図１８（Ａ）、図１９（Ａ）、及び図２０（Ａ）
に示す時間−透過率特性は、本発明の一態様である試料１の結果であり、図１６（Ｂ）、
図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ）、図１９（Ｂ）、及び図２０（Ｂ）は、比較用の試料２の結
果である。

また、図１６（Ａ）、（Ｂ）に示す時間−透過率特性においては、１ｓｅｃに１回のデ
ータの書き換えを行っており、図１７（Ａ）、（Ｂ）に示す時間−透過率特性においては
、５ｓｅｃに１回のデータの書き換えを行っており、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示す時間−
透過率特性においては、１５ｓｅｃに１回のデータの書き換えを行っており、図１９（Ａ
）、（Ｂ）に示す時間−透過率特性においては、３０ｓｅｃに１回のデータの書き換えを
行っており、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示す時間−透過率特性においては、６０ｓｅｃに１
回のデータの書き換えを行っている。なお、データの書き換え間隔が同じグラフにおいて
、データの書き換えのタイミングは異なる時刻に行われる。したがって、図１６乃至図２
０に示す時間−透過率特性において、書き換えのタイミングが同一の時刻ではない。

また、図２１（Ａ）に示す時間−透過率特性においては、１ｓｅｃに１回のデータの書
き換えを行っており、図２１（Ｂ）に示す時間−透過率特性においては、５ｓｅｃに１回
のデータの書き換えを行っており、図２１（Ｃ）に示す時間−透過率特性においては、６
０ｓｅｃに１回のデータの書き換えを行っている。

図１６乃至図２０の結果から、本発明の一態様である試料１は、時間経過における透過
率の変動が少ないことがわかる。一方で、比較用の試料２は、時間経過における透過率の
変動が多い。とくに、データの書き換え間隔が長い場合、例えば、図２０（Ｂ）に示す６
０ｓｅｃに１回のデータの書き換えの場合、３％以上の透過率の変動が確認される。これ
は、本発明の一態様である試料１は第２の共通電極６３８に電圧を印加することで、液晶
層６５０の透過率の変動を抑制できる結果を示唆するものである。一方で比較用の試料２
は第２の共通電極６３８が設けられず、基板６３０の上方に位置する電極６４２に第２の
共通電極６３８と同様の電位が与えられている。したがって、電極６４２から液晶層６５
０に電位が与えられず、液晶層６５０の変動を抑制できていない。

また、図２１に示す結果から、本発明の一態様である試料１は、５ｓｅｃに１回のデー
タの書き換えで約２％の透過率の変動がある。これは、表示画像によっては、ちらつきと
して認識される場合があるため、５ｓｅｃ未満でデータの書き換えを行った方がよい結果
を示唆している。

本実施例においては、本発明の一態様である液晶表示装置の透過率について、計算を行
った。図２２を用いて本実施例の計算で用いた液晶表示装置の構成について、以下説明を
行う。

図２２（Ａ）に示す計算に用いた液晶表示装置は、基板８０２と、基板８０２上の電極
８０４ａ、８０４ｂ、８５４ａ、８５４ｂと、電極８０４ａ、８０４ｂを覆い、且つ電極
８５４ａ、８５４ｂの端部を覆う絶縁膜８１４と、絶縁膜８１４及び電極８５４ａ、８５
４ｂ上の絶縁膜８２１と、絶縁膜８２１上の絶縁膜８５６と、絶縁膜８２１、８５６を介
して電極８５４ａと重畳する位置に設けられた画素電極８２２ａと、絶縁膜８２１、８５
６を介して電極８５４ｂと重畳する位置に設けられた画素電極８２２ｂと、絶縁膜８５６
及び画素電極８２２ａ、８２２ｂ上の液晶層８５０と、液晶層８５０上の電極８３８と、
電極８３８上の基板８３０と、を有する構成である。

なお、図２２（Ａ）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成は、図１０及び図１１に示
す本発明の一態様の液晶表示装置の画素を簡易的にして、計算を簡便に行うために用いた
構成である。具体的には、基板８０２は図１１に示す基板３０２に相当し、電極８０４ａ
、８０４ｂは図１１に示す導電膜３０４に相当し、電極８５４ａ、８５４ｂは図１１に示
す電極３５４に相当し、絶縁膜８１４は図１１に示す絶縁膜３１４に相当し、絶縁膜８２
１は図１１に示す絶縁膜３２１に相当し、画素電極８２２ａ、８２２ｂは図１１に示す画
素電極３２２に相当し、液晶層８５０は図１１に示す液晶層３５０に相当し、電極８３８
は図１１に示す第２の共通電極３３８に相当し、基板８３０は図１１に示す基板３３０に
相当する。なお、図２２（Ａ）に示す絶縁膜８５６は、図１１においては図示されていな
い。

また、図２２（Ｂ）に示す計算に用いた液晶表示装置は、図２２（Ａ）に示す計算に用
いた液晶表示装置の構成から液晶層８５０上の電極８３８を設けない構成であり、それ以
外の構成は図２２（Ａ）と同様の構成である。

なお、図２２（Ａ）、（Ｂ）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成において、画素２
つ分の断面構造を表しており、図中の左側、より具体的には電極８０４ａ、電極８５４ａ
、画素電極８２２ａを含む側を一方の画素として表し、図中の右側、より具体的には電極
８０４ｂ、電極８５４ｂ、画素電極８２２ｂを含む側を他方の画素として表している。ま
た、図２２（Ａ）、（Ｂ）において、画素電極８２２ａ、８２２ｂは、それぞれ分離され
た３つ電極を１つの電極として表している。

また、図２２（Ａ）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成を試料３とし、図２２（Ｂ
）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成を試料４とした。なお、試料３は本発明の一態
様の液晶表示装置の構成であり、試料４は比較用の一態様の液晶表示装置の構成である。

また、図２２（Ａ）、（Ｂ）に示す電極８０４ａ、８０４ｂは厚さ＝２００ｎｍ、幅＝
２μｍと設定し、電極８５４ａ、８５４ｂは厚さ＝２００ｎｍ、幅＝２０μｍと設定し、
絶縁膜８１４は厚さ＝５００ｎｍと設定し、絶縁膜８２１は厚さ＝１００ｎｍと設定し、
絶縁膜８５６は厚さ＝４００ｎｍと設定し、画素電極８２２ａ、８２２ｂは厚さ＝１００
ｎｍ、幅＝２μｍと設定し、液晶層８５０は厚さ＝４μｍ、ネガ型の液晶材料（メルク株
式会社製：ＭＬＣ−３００６）と設定した。また、図２２（Ａ）に示す電極８３８は厚さ
＝１００ｎｍと設定した。

また、図２２（Ａ）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成に対して、電極８０４ａに
０Ｖ、電極８０４ｂに６Ｖ、電極８５４ａ、８５４ｂに０Ｖ、画素電極８２２ａに０Ｖ、
画素電極８２２ｂに６Ｖ、電極８３８に０Ｖをそれぞれ印加した場合について、液晶層８
５０の透過率の計算を行った。

また、図２２（Ｂ）に示す計算に用いた液晶表示装置の構成に対して、電極８０４ａに
０Ｖ、電極８０４ｂに６Ｖ、電極８５４ａ、８５４ｂに０Ｖ、画素電極８２２ａに０Ｖ、
画素電極８２２ｂに６Ｖをそれぞれ印加した場合について、液晶層８５０の透過率の計算
を行った。なお、上記の各電極に印加した場合の設定は、図２２（Ａ）、（Ｂ）ともに、
図中の左側の画素が黒表示を想定し、図中の右側の画素が白表示を想定した場合の印加電
圧としている。

図２３に透過率の計算結果を示す。なお、透過率の計算には、計算ソフトとしてＬＣＤ
Ｍａｓｔｅｒ（Ｓｈｉｎｔｅｃｈ社製）を用いた。

図２３において、横軸が位置（μｍ）を、縦軸が透過率（％）を、それぞれ表している
。また、図２３において、実線が試料３を、破線が試料４を、それぞれ表している。また
、図２３において、図２２（Ａ）、（Ｂ）に示す電極８０４ａ、８０４ｂ、８５４ａ、８
５４ｂの位置を表すために、灰色の実線で電極８０４ａ、８０４ｂ、８５４ａ、８５４ｂ
の形状を模式的に表している。

図２３に示す計算結果より、本発明の一態様の構成である試料３は、位置２０〜３０μ
ｍ付近の透過率が低いことが分かる。一方で比較用の一態様の試料４は、位置２０〜３０
μ付近の透過率が高いことが分かる。これは、試料３は試料４と比較し液晶層８５０の上
方に電極８３８を有するため、電極８３８に印加される電圧（本実施例においては、０Ｖ
）によって、位置２０〜３０μ付近の透過率の上昇を抑制することを示唆している。また
、位置４０〜５０μｍ付近においては、試料３の透過率が試料４の透過率よりも高いこと
が確認できる。なお、図２３において、位置０〜２５μｍで表す左側の画素では、各電極
の電圧を０Ｖとしているため、黒表示、すなわち透過率が低いことが望ましい。また、位
置２６μ〜５５μｍで表す右側の画素では、電極８０４ｂと電極８５４ｂに、それぞれ６
Ｖ印加しているため、白表示、すなわち透過率が高いことが望ましい。したがって、本発
明の一態様の構成である試料３は、比較用の一態様の試料４と比べて、液晶層８５０の上
方に電極８３８を有する構成であるため、優れた透過率特性であることが計算により確認
できた。

以上のように、本発明の一態様の構成の液晶表示装置は、隣接する画素において、白表
示と黒表示のコントラストが優れた液晶表示装置とすることができる結果を示唆している
。

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

１００ 画素
１０２ トランジスタ
１１１ 液晶素子
１１１ａ 液晶素子
１１１ｂ 液晶素子
１１１ｃ 液晶素子
１１２ トランジスタ
１１３ 容量素子
１２０ 基板
１２２ 共通電極
１２４ 絶縁層
１２６ 画素電極
１３０ 基板
１３２ 共通電極
１３４ 液晶層
２３０ パネル
２３１ 画素部
２３２ 駆動回路
２３３ 駆動回路
２４０ 液晶表示装置
２４１ コントローラ
２４２ 入力装置
２４３ ＣＰＵ
２４４ 画像処理回路
２４５ 画像メモリ
２４６ データ
２４７ 電源回路
３０２ 基板
３０４ 導電膜
３０６ 絶縁膜
３０７ 酸化物半導体膜
３０８ 酸化物半導体膜
３０９ 酸化物半導体膜
３１０ 導電膜
３１２ 導電膜
３１３ 導電膜
３１４ 絶縁膜
３１６ 絶縁膜
３１８ 共通電極
３２０ 絶縁膜
３２１ 絶縁膜
３２２ 画素電極
３２４ 配向膜
３３０ 基板
３３２ 遮光膜
３３４ 有色膜
３３６ 絶縁膜
３３８ 共通電極
３４０ 配向膜
３５０ 液晶層
３５２ 酸化物半導体膜
３５４ 電極
３６０ 開口部
３６２ 開口部
３６４ 開口部
３６６ 開口部
６０２ 基板
６０４ 導電膜
６０６ 絶縁膜
６０８ 酸化物半導体膜
６１０ 導電膜
６１２ 導電膜
６１４ 絶縁膜
６１６ 絶縁膜
６１８ 共通電極
６２０ 絶縁膜
６２２ 画素電極
６２４ 配向膜
６３０ 基板
６３２ 遮光膜
６３４ 有色膜
６３６ 絶縁膜
６３８ 共通電極
６４０ 配向膜
６４２ 電極
６５０ 液晶層
７１２ トランジスタ
７２０ 液晶表示装置
７３０ 液晶表示装置
８０２ 基板
８０４ａ 電極
８０４ｂ 電極
８１４ 絶縁膜
８２１ 絶縁膜
８２２ａ 画素電極
８２２ｂ 画素電極
８３０ 基板
８３８ 電極
８５０ 液晶層
８５４ａ 電極
８５４ｂ 電極
８５６ 絶縁膜
５００１ 筐体
５００２ 筐体
５００３ 表示部
５００４ 表示部
５００５ マイクロホン
５００６ スピーカー
５００７ 操作キー
５００８ スタイラス
５２０１ 筐体
５２０２ 表示部
５２０３ 支持台
５４０１ 筐体
５４０２ 表示部
５４０３ キーボード
５４０４ ポインティングデバイス
５６０１ 筐体
５６０２ 筐体
５６０３ 表示部
５６０４ 表示部
５６０５ 接続部
５６０６ 操作キー
５８０１ 筐体
５８０２ 筐体
５８０３ 表示部
５８０４ 操作キー
５８０５ レンズ
５８０６ 接続部
５９０１ 筐体
５９０２ 表示部
５９０３ カメラ
５９０４ スピーカー
５９０５ ボタン
５９０６ 外部接続部
５９０７ マイク

Claims (4)

1. 酸化物半導体膜をチャネル形成領域に含むトランジスタと、
   前記トランジスタと電気的に接続される画素電極と、
   前記画素電極と接する領域を有する絶縁層と、
   前記絶縁層と接する領域を有する第１の共通電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板と対峙するように配置され、第２の共通電極を有する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板に挟持される液晶層と、を有し、
   前記酸化物半導体膜は、ｃ軸配向性結晶を有し、
   前記液晶層は、ネガ型の液晶材料を有し、
   前記液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下であり、
   前記第１の共通電極と前記第２の共通電極との電位差は、前記第１の共通電極と前記画素電極との電位差より小さい液晶表示装置。
2. 酸化物半導体膜をチャネル形成領域に含むトランジスタと、
   前記トランジスタと電気的に接続される画素電極と、
   前記画素電極と接する領域を有する絶縁層と、
   前記絶縁層と接する領域を有する第１の共通電極と、を有する第１の基板と、
   前記第１の基板と対峙するように配置され、第２の共通電極を有する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板に挟持される液晶層と、を有し、
   前記第１の共通電極と前記第２の共通電極が、各々独立した電源線に電気的に接続され、
   前記酸化物半導体膜は、ｃ軸配向性結晶を有し、
   前記液晶層は、ネガ型の液晶材料を有し、
   前記液晶材料の固有抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上１．０×１０^１６Ω・ｃｍ以下であり、
   前記第１の共通電極と前記第２の共通電極との電位差は、前記第１の共通電極と前記画素電極との電位差より小さい液晶表示装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記酸化物半導体膜は、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析で、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない液晶表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記酸化物半導体膜は、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを有する液晶表示装置。