JP2019053327A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】目に優しい表示を行う情報処理システムを提供する。【解決手段】情報処理システムは、表示手段としてＬＣＤ（液晶表示装置）を備える。ＬＣＤは、少なくとも２種類の駆動方法で画像を表示することが可能である。第１の駆動方法では、１フレームごとにデータが逐次書き換えられる。第２の駆動方法では、１回、または第１の駆動方法と同じリフレッシュレートで複数回データが書き換えられた後、データの書き換えが停止される。第２の駆動方法で表示を行った後は、振幅がデータ信号の最大振幅の８０％以上１００％以下である信号により、各画素を複数回反転駆動して、液晶材料の劣化を改善する。【選択図】図４

Description

本発明は、半導体装置、およびその駆動方法等に関する。本発明は、特に半導体装置とし
て、表示手段として液晶表示装置を備えた情報処理システム、およびその駆動方法に関す
る。

なお、本明細書において、半導体装置とは半導体素子（トランジスタ、ダイオード等）を
含む回路、および同回路を有する装置をいう。また、半導体特性を利用することで機能し
うる装置全般をいう。例えば、集積回路、集積回路を備えたチップ、表示装置、発光装置
、照明装置および電子機器等は全て半導体装置である。

液晶表示装置に求められる付加価値の１つとして、低消費電力がある。例えば、静止画を
表示している期間、データを書き換える間隔を長くすることで、消費電力を低減すること
が報告されている（下記、技術文献参照。）。

特開２０１１−１４１５２２号公報 特開２０１１−２３７７６０号公報

Ｓ．Ａｍａｎｏ ｅｔ ａｌ．，"Ｌｏｗ Ｐｏｗｅｒ ＬＣ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｕｓｉｎｇ Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏｘｉｄｅ ＴＦＴｓ Ｂａｓｅｄ Ｏｎ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｆｒａｍｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ"，ＳＩＤ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐａｐｅｒｓ，４１（２０１０），ｐｐ．６２６−６２９

情報化社会の発展とともに、情報を得る手段は、紙媒体からよりも、スマートフォンやパ
ーソナルコンピュータ等の情報端末によることが多くなっている。そのため、近い距離で
長時間画面を見続けているため、日常的に目を酷使している。目の疲れの原因は複合的で
あるが、その１つとして画面のちらつきが知られている。

表示装置では、１秒間に数十回表示される画像が切り換っている。１秒間あたりの画像の
切り換え回数はリフレッシュレートと呼ばれている。上記の先行技術文献に記載されてい
るように、リフレッシュレートを低下させることは、画面のちらつきの低減にも効果的な
手段である。

そこで、このような背景技術を踏まえ、本発明の一形態は、目にやさしい表示することが
可能な半導体装置、およびその駆動方法等を提供することを課題の１つとする。また、本
発明の一形態は、消費電力を低減することが可能な半導体装置、およびその駆動方法等を
提供することを課題の１つとする。

なお、複数の課題の記載は、互いの課題の存在を妨げるものではない。また、本発明の一
形態は、これらの課題の全て解決する必要はない。また、明細書、図面、および請求項等
の記載から、列記した以外の課題が自ずと明らかとなるものであり、これらの課題も、本
発明の一形態の課題となり得る。

本発明の一形態は、液晶表示装置を備えた情報処理システムであって、該液晶表示装置の
表示モードには、第１のリフレッシュレートで画素回路にデータ信号を逐次入力して表示
を行う第１の表示モードと、第１のリフレッシュレートで１回または複数回、画素回路に
データ信号を入力して、データを書き込んだ後、画素回路へのデータ信号の入力を停止す
る第２の表示モードとが少なくとも存在し、コントローラは、ゲートドライバおよびソー
スドライバを制御して、表示モードを変更する機能を有し、コントローラの制御により、
第２の表示モードで表示を行った後に、第１の期間、第１の表示モードでの表示が行われ
、第１の期間中の連続する複数のフレーム期間に、データ信号の最大振幅の８０％以上１
００％以下の振幅の信号により、画素回路を第１のリフレッシュレートで反転駆動する情
報処理システムである。

上記形態において、第２の表示モードでは、コントローラは、画素回路へのデータ信号の
入力を停止している期間に、ゲートドライバおよび／またはソースドライバへの電源供給
を停止することができる。

上記形態において、画素回路のスイッチング素子として、チャネル幅１μｍあたりのオフ
電流が１００ｚＡ（１００×１０^−２１Ａ）以下であるトランジスタを設けてもよい。ま
たは、チャネルが酸化物半導体で形成されているトランジスタを設けてもよい。

上記形態において、液晶素子に、固有比抵抗率が１．０×１０^１３Ω・ｃｍ以上の液晶材
料を用いることが好ましい。

本発明の他の一形態は、液晶表示装置を備えた情報処理システムの駆動方法であり、液晶
表示装置は、少なくとも第１および第２の駆動方法により表示を行い、第１の駆動方法は
、画素回路のデータを第１のリフレッシュレートで逐次書き換えることで表示を行う方法
であり、第２の駆動方法では、画素回路のデータを１回または第１のリフレッシュレート
で複数回書き換えた後、画素回路の書き換えを停止することで表示を行う方法であり、第
２の駆動方法で第１の画像を表示し、第１の画像の表示後、第１の駆動方法で第２の画像
を表示し、第２の画像の表示期間の連続する複数のフレーム期間に、第１の信号により、
画素回路を第１のリフレッシュレートで反転駆動し、第１の信号の振幅は、画素回路にデ
ータとして入力される信号の最大振幅の８０％以上１００％以下である駆動方法である。

本発明の一形態により目にやさしい表示することが可能な半導体装置、および同駆動方法
を提供することが可能になる。

情報処理システムの構成の一例を示すブロック図。 Ａ：ＬＣＤの構成の一例を示すブロック図。Ｂ：ＬＣＤの画素回路の構成の一例を示す回路図。Ｃ：液晶パネルの構成の一例を示す平面図。 ＬＣＤの駆動方法の一例を説明する模式図。Ａ：通常駆動。Ｂ：ＩＤＳ駆動。 ＬＣＤの駆動方法の一例を説明するタイミングチャート。Ａ：通常駆動。Ｂ：ＩＤＳ駆動。 画面の切り換え方法の一例を説明する模式図。 ＦＦＳモードのＬＣＤの構成の一例を説明する図。Ａ：画素回路のレイアウト図。Ｂ：液晶パネルの断面図。 Ａ−Ｆ：情報処理システムの具体例を示す外観図。

以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態につ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。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。

また、発明の実施の形態の説明に用いられる図面において、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付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、半導体装置の一例として、表示装置、および表示装置を備えた情報処
理システムについて説明する。以下、図１―図５を参照して、本実施の形態を説明する。

＜情報処理システム＞
図１は、本実施の形態の情報処理システムの構成の一例を示すブロック図である。情報処
理システム１００は、演算部１１０、液晶表示装置（ＬＣＤ）１２０、入力装置１３０、
および記憶装置１４０を備える。

演算部１１０は、情報処理システム１００全体を制御する機能を有する。演算部１１０は
、プロセッサ１１１、記憶装置１１２、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１３、およ
びバス１１４を有する。バス１１４により、プロセッサ１１１、記憶装置１１２およびＩ
／Ｏインターフェース１１３が互いに接続されている。演算部１１０は、Ｉ／Ｏインター
フェース１１３を介して、ＬＣＤ１２０、入力装置１３０および記憶装置１４０との通信
を行う。例えば、入力装置１３０からの入力信号は、Ｉ／Ｏインターフェース１１３およ
びバス１１４を経てプロセッサ１１１や記憶装置１１２に伝送される。

記憶装置１１２には、プロセッサ１１１の処理に必要なデータ（プログラムも含む）や、
Ｉ／Ｏインターフェース１１３を経て入力されたデータが保存される。

プロセッサ１１１は、プログラムを実行して、情報処理システム１００を動作させる。プ
ロセッサ１１１は、例えば、入力装置１３０からの入力信号を解析する、記憶装置１４０
に情報を読み出す、記憶装置１１２および記憶装置１４０にデータを書き込む、ＬＣＤ１
２０に出力する信号を生成する、等の処理を行う。

ＬＣＤ１２０は、出力装置として設けられており、情報処理システム１００の表示部を構
成する。なお、情報処理システム１００には、表示装置の他に、スピーカ、プリンタ等の
他の出力装置を備えていてもよい。

入力装置１３０は、演算部１１０にデータを入力するための装置である。使用者は入力装
置１３０を操作することにより、情報処理システム１００を操作することができる。入力
装置１３０には、様々なヒューマンインターフェースを用いることができ、複数の入力装
置を情報処理システム１００に設けることができる。入力装置１３０としては、例えば、
タッチパネル、キーボード、操作ボタン等がある。これらを使用者が直接操作することに
より、情報処理システム１００の操作を行うことできる。その他、音声、視線、ジェスチ
ャ等を検出する装置を組み込んだ入力装置を設けて、当該入力装置により情報処理システ
ム１００を操作するようにしてもよい。例えば、マイクロフォン、カメラ（撮像システム
）等を設けてもよい。

記憶装置１４０には、プログラムや画像信号等の各種のデータが格納される。記憶装置１
４０の記憶容量は記憶装置１１２よりも大きい。記憶装置１４０としては、フラッシュメ
モリ、ＤＲＡＭ、ハードディスク（ＨＤＤ）等がある。また、記憶装置１４０は必要に応
じて設ければよい。

情報処理システム１００は、演算部１１０等の全ての装置が１つの筐体に収められている
形態の装置であってもよいし、一部の装置が有線または無線により、演算部１１０に接続
されている形態の装置であってもよい。例えば、前者の形態として、ノート型パーソナル
コンピュータ（ＰＣ）、タブレットＰＣ（端末）、スマートフォンおよび電子書籍端末等
がある。後者の形態として、デスクトップ型ＰＣ、キーボード、マウス、およびモニタの
セットがある。

情報処理システム１００では、少なくとも２つの駆動方法で、ＬＣＤ１２０を駆動するこ
とができる。１つは通常の表示モードであり、１フレームごとに反転駆動を行って画素（
画素回路）のデータを周期的に書き換える駆動方法である。もう１つは、画素のデータを
１回、または複数回書き換えた後、データの書き換えを停止する駆動方法である。

以下、ＬＣＤ１２０の構成、およびその駆動方法について説明する。

＜ＬＣＤの構成例＞
図２Ａは、ＬＣＤ１２０の構成の一例を示すブロック図である。図２Ａに示すように、Ｌ
ＣＤ１２０は、液晶（ＬＣ）パネル２００およびコントローラ２１０を有する。さらに、
ＬＣＤ１２０はバックライトモジュール等も有する。ＬＣパネル２００は、画素部２１１
、ゲートドライバ２１２、ソースドライバ２１３、ゲート線２２２、ソース線２２３、お
よびコモン線２２４を有する。

ＬＣＤ１２０には、画像信号（Ｖｉｄｅｏ）、ＬＣパネル２００のデータの書き換えを制
御するための同期信号（ＳＹＮＣ）および基準クロック信号（ＣＬＫ）等の制御信号が入
力される。同期信号としては、例えば水平同期信号、垂直同期信号等がある。また、ＬＣ
Ｄ１２０には外部の電源管理ユニットから、高電源電圧（ＶＤＤ）、低電源電圧（ＶＳＳ
）、およびコモン電圧（ＶＣＯＭ）が供給される。

なお、以下の説明において、高電源電圧ＶＤＤを単にＶＤＤや、電圧ＶＤＤと呼ぶことが
ある。また、他の電圧、信号、回路等についても同様である。

画素部２１１は、アレイ状に配置された複数の画素回路２２１を有する。同じ行の画素回
路２２１は、共通のゲート線２２２によりゲートドライバ２１２に接続され、同じ列の画
素回路２２１は共通のソース線２２３によりソースドライバ２１３に接続されている。

コントローラ２１０はＬＣＤ１２０全体を制御する回路であり、ＬＣＤ１２０を構成する
回路の制御信号を生成する。コントローラ２１０は、同期信号（ＳＹＮＣ）から、ドライ
バ（２１２、２１３）の制御信号を生成する制御信号生成回路を有する。同期信号（ＳＹ
ＮＣ）とは、垂直同期信号、水平同期信号、基準クロック信号等である。

コントローラ２１０では、ゲートドライバ２１２の制御信号として、スタートパルス（Ｇ
ＳＰ）、クロック信号（ＧＣＬＫ）等が生成され、ソースドライバ２１３の制御信号とし
て、スタートパルス（ＳＳＰ）、クロック信号（ＳＣＬＫ）等が生成される。なお、これ
ら制御信号は、１つの信号ではなく、信号群である場合がある。

また、コントローラ２１０は、電源管理ユニットを備えており、ドライバ（２１２、２１
３）への電源電圧の供給、およびその停止を制御する機能を備える。

ゲートドライバ２１２では、ＧＳＰが入力されるとＧＣＬＫに従ってゲート信号を生成し
、各ゲート線２２２に順次出力する。ゲート信号は、データ信号が書き込まれる画素回路
２２１を選択するための信号である。

ソースドライバ２１３は、画像信号（Ｖｉｄｅｏ）を処理して、データ信号を生成し、ソ
ース線２２３に出力する機能を有する。ソースドライバ２１３では、ＳＳＰが入力される
と、ＳＣＬＫに従ってデータ信号を生成し、各ソース線２２３に順次出力する。

画素回路２２１は、ゲート信号によりソース線２２３との接続が制御されるスイッチング
素子を有する。スイッチング素子がオンとなると、ソース線２２３から画素回路２２１に
データ信号が書き込まれる。スイッチング素子がオフになると、画素回路２２１はデータ
の保持状態となる。

＜ＬＣパネルの構成例＞
また、ＬＣＤ１２０では、図２Ａの一点鎖線で囲まれた回路ブロックがモジュール化され
て、ＬＣパネル２００として構成されている。図２Ｃは、ＬＣパネル２００の構成の一例
を示す平面図である。

ＬＣパネル２００は、対向して設けられた基板２５１および基板２５２を有する。基板２
５１と基板２５２は、隙間を有するように、封止部材２５３により固定されている。基板
２５１は、ＬＣパネル２００のバックプレーンの支持基板であり、基板２５１上に回路（
２１１―２１３）および端子部２５４が形成されている。異方性導電膜等の導電性部材に
より、端子部２５４には、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ
）２５５が接続されている。ＦＰＣ２５５を介して、基板２５１上の各回路に電圧および
信号が入力される。

なお、基板２５１に、コントローラ２１０を含むＩＣチップを実装してもよい。また、ド
ライバ（２１２、２１３）の一部、またはすべてをＩＣチップにして、基板２５１に実装
してもよい。実装方法としては、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法、ＣＯＦ（Ｃ
ｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）法、ワイヤボンディング法、およびＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔ
ｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）法等がある。

＜画素回路の構成例＞
図２Ｂは、画素回路２２１の構成の一例を示す回路図である。画素回路２２１は、トラン
ジスタ２３１、液晶素子２３２、および容量素子２３３を有する。

トランジスタ２３１は、液晶素子２３２とソース線２２３との接続を制御するスイッチン
グ素子であり、そのゲートから入力されるゲート信号によりオン、オフが制御される。液
晶素子２３２は、電荷を蓄積するコンデンサ構造を有し、２つの電極と、これらに挟まれ
た液晶を有する。ここでは、液晶素子２３２の２つの電極のうち、トランジスタ２３１を
介してソース線２２３に接続されている電極を”画素電極”と呼び、コモン線２２４から
ＶＣＯＭが印加される電極を”コモン電極”と呼ぶことにする。容量素子２３３は液晶素
子２３２に並列に接続されており、液晶素子２３２の補助容量として機能する。容量素子
２３３の一方の電極はトランジスタ２３１を介してソース線２２３に接続され、他方はコ
モン線２２４に接続されている。

＜情報処理システム（ＬＣＤ）の画像表示方法＞
以下に、目が疲れにくい表示を行うための、情報処理システムの駆動方法について説明す
る。ここでは、目に優しい表示装置の要素技術を総称して、ＲＥＳＴ（Ｒｅｄｕｃｉｎｇ
Ｅｙｅ Ｓｔｒａｉｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）と呼ぶことにする。

ＲＥＳＴの１つは、データの書き換えを可能な限り少なくする駆動方法である。この駆動
方法により、データの書き換えに伴う画面のちらつきをなくすことができる。

ＬＣＤ１２０は、少なくとも２つの駆動方法（モード）で表示を行う。１つは、従来のＬ
ＣＤの駆動方法であり、１フレームごとにデータを逐次書き換える駆動方法である。これ
を”通常駆動”と呼ぶ。もう１つは、データの書き込み処理を実行した後、データの書き
換えを停止する駆動方法である。これを”アイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動”と呼
ぶ。また、通常駆動、ＩＤＳ駆動でＬＣＤ１２０が動作しているモードを、それぞれ、”
通常モード（状態）”、”ＩＤＳモード（状態）”と呼ぶ。

動画の表示は、通常駆動により行われる。静止画の表示は、通常駆動またはＩＤＳ駆動に
より行われる。入力装置１３０の入力（使用者による操作）による命令や、情報処理シス
テム１００が実行しているアプリケーションによる命令に従い、プロセッサ１１１におい
て表示モードが選択される。ＬＣＤ１２０において、コントローラ２１０は、プロセッサ
１１１で選択されたモードで表示が行われるように、ドライバ（２１２、２１３）を制御
する。

静止画は、フレームごとの画像データに変化がないため、１フレームごとにデータの書き
換えを行う必要がない。そこで、静止画を表示する際は、ＬＣＤ１２０をＩＤＳモードで
動作させることで、画面のちらつきをなくすと共に、消費電力を削減することができる。
以下、図３および図４を用いて、通常駆動およびＩＤＳ駆動を説明する。

図３Ａは、通常駆動による静止画の表示方法を説明する図であり、図３Ｂは、ＩＤＳ駆動
による静止画の表示方法を説明する図である。

また、図４Ａは通常駆動、図４ＢはＩＤＳ駆動の例を示すタイミングチャートである。図
４において、ＶｉｄｅｏはＬＣパネル２００へ入力される画像信号であり、ＧＶＤＤはゲ
ートドライバ２１２の高電源電圧であり、ＶＤａｔａは、ソースドライバ２１３からソー
ス線２２３に出力されるデータ信号である。

＜通常駆動＞
通常駆動では、１フレーム期間（Ｔｐｄ）ごとにデータの書き換えが行われる。ＧＳＰの
入力をトリガーにして、ゲートドライバ２１２では、ＧＣＬＫに従いゲート信号を生成し
、ゲート線２２２に出力する。ソースドライバ２１３では、ＳＳＰが入力されると、ＳＣ
ＬＫに従いＶＤａｔａを生成し、ソース線２２３に出力する。

また、図４Ａに示すように、各画素回路２２１に入力されるＶＤａｔａは１フレーム期間
ごとに極性が反転される。反転駆動には、代表的には、ドッド反転駆動、ゲート線反転駆
動、ソース線反転駆動がある。

ここでは、ＶＤａｔａの極性はＶＣＯＭを基準に決定される。ＶＤａｔａの電圧がＶＣＯ
Ｍより高い場合は正の極性であり、低い場合は負の極性である。

＜ＩＤＳ駆動＞
図３Ｂおよび図４Ｂに示すように、ＩＤＳ駆動で行われる処理は、データ書き換え処理（
または、書き込み処理とも呼ぶこともできる。）と、データ保持に分かれる。

まず、通常駆動と同じリフレッシュレート（間隔Ｔｐｄ）で、データの書き換えが複数回
実行され、画素にデータが書き込まれる。データ書き込みの後、ゲート信号の生成を停止
し、データの書き換えを停止する。これにより、全ての画素回路２２１は、トランジスタ
２３１がオフ状態となり、データ保持状態となる。

データの書き換え回数は１回でもよいし、複数回でもよい。データ書き換えを複数回実行
する場合は、通常駆動と同様に１フレームごとに画素回路２２１にデータ信号が入力され
る。図３Ｂおよび図４Ｂはデータ書き換え回数が３回の例である。

データ書き換え回数は、リフレッシュレート等を考慮して設定すればよい。データ書き換
え時間は、最長１秒間とし、０．５秒以下０．２秒以下程度とすることが好ましい。

また、最後に画素に書き込むＶＤａｔａの極性は、直前のＩＤＳモードのデータ保持期間
で、画素が保持していたＶＤａｔａの極性とは逆の極性なるように、データ書き込み回数
を調節する。これにより、ＩＤＳ駆動による液晶素子２３２の劣化を抑制することができ
る。例えば、ＩＤＳ駆動では、データ書き換えが奇数回実行されるようにし、１回目の書
き換えのＶＤａｔａの極性は、直前のＩＤＳモードのデータ保持期間で画素が保持してい
たＶＤａｔａの極性とは逆の極性になるようにするとよい。この場合、例えば、直前のＩ
ＤＳモードで画素が保持していたＶＤａｔａが負の極性であり、ＬＣＤ１２０のリフレッ
シュレートが１２０Ｈｚであれば、ＩＤＳ駆動でのデータ書き換えは、５９回（約０．５
秒）行い、最初のデータの書き換えには、正の極性のＶＤａｔａを入力すればよい。

図３、図４から明らかなように、ＩＤＳモードによる静止画表示は、通常モードよりもデ
ータの書き換え回数を非常に少なくすることができる。よってＩＤＳモードで静止画を表
示することで、画面のちらつきが抑えられるため目の疲れを抑制することができる。

また、図４Ｂに示すように、ＩＤＳモードでは、データ保持期間は、コントローラ２１０
からゲートドライバ２１２への制御信号（ＧＳＰ、ＧＣＬＫ）の供給が停止される。その
ため、コントローラ２１０において、制御信号（ＧＳＰ、ＧＣＬＫ）の供給を停止した後
に、ゲートドライバ２１２への電源電圧ＧＶＤＤの供給を停止するような制御を行っても
よい。また、データ保持期間ではソースドライバ２１３への制御信号（ＳＳＰ、ＳＣＬＫ
）の供給も停止されるため、同様に、ソースドライバ２１３への電源電圧の供給を停止す
る制御を行うことができる。つまり、ＩＤＳ駆動時は、ＬＣＤ１２０は目に優しい表示を
行うとともに、省電力状態でもある。

画面の切り換えに伴うちらつきをなくすため、ＩＤＳモードによる静止画表示では、画素
にデータを書き込んだ後は、画像データに変化がない限り、データの書き換えを停止させ
る。データ保持期間において、表示する画像データに変化があれば、コントローラ２１０
は省電力状態を解除し、ゲートドライバ２１２、ソースドライバ２１３を動作させ、デー
タの書き換えを行う。

なお、本明細書において、配線や端子等に、信号および電圧を「供給しない」とは、回路
を動作させるための所定の電圧とは異なる大きさの信号や電圧を配線等に印加すること、
および／又は配線等を電気的に浮遊状態にすることをいう。

ＩＤＳ駆動で静止画表示を行う情報処理システム１００の好適な用途としては、電子書籍
を読む、デジタルカメラで撮影した写真を鑑賞する、等である。つまり、同じ画面である
状態が比較的長く、また使用者の操作により画面全体の表示を切り換えることで、情報処
理システム１００を使用する場合に、ＩＤＳ駆動で静止画を表示することが好ましい。

＜液晶の劣化の回復＞
ＩＤＳ駆動では、データ書き換えの後、１フレーム期間と比較して非常に長期間、液晶素
子２３２に同じ方向の電界が印加され続けるため、液晶の特性が劣化するおそれがある。
そこで、液晶の劣化を抑制するために、ＩＤＳ駆動による静止画表示の後、画面の切り換
えのための動画表示の際に、液晶の劣化を回復するための処理を行う。この処理とは、デ
ータ信号として、最大振幅の電圧信号を供給して、画素部２１１の各画素回路２２１を複
数回反転駆動させる。この電圧信号の印加により、液晶分子をできるだけ大きく移動や回
転させることで、液晶の特性を回復させることができる。以下、このようなＬＣＤ１２０
の駆動方法について説明する。

図５は、画面全体にある静止画を表示した後、別の静止画を表示する方法の一例を説明す
る模式図である。静止画Ａ１から静止画Ａ２に、画面を切り換える様子が示されている。
静止画Ａ１、Ａ２の表示は、ＩＤＳ駆動で行われる。静止画Ａ１の表示と静止画Ａ２の表
示の間に、画面を切り換えるための画像が表示される。この画像は、動画であり、通常駆
動で表示される。ここでは、画面切り換え用の動画Ｍ１は、静止画Ａ２が静止画Ａ１の左
側から右側にスライドする画像としている。

静止画Ａ１から静止画Ａ２への画面の切り換えは、使用者の操作（タッチパネルのタップ
、操作ボタンを押す等）や、プログラムによるプロセッサ１１１の自動処理（ページの自
動送り処理や、スライドショーの実行等）で実行される。

動画Ｍ１の表示期間に、データ信号として、１フレームごとに極性が反転し、振幅が最大
の電圧信号を供給することで、画素をリフレッシュする。このリフレッシュ用のデータ信
号は、ＬＣＤ１２０がノーマリーブラックであれば、透過率を最大にする（白色画像）の
データ信号であり、ノーマリーホワイトであれば、透過率を最小にする（黒色画像）のデ
ータ信号である。

動画Ｍ１の表示期間内に、リフレッシュ用のデータ信号（リフレッシュ信号）により２回
以上、好ましくは４回以上、より好ましくは１０回以上データの書き換えを行うようにす
る。なお、リフレッシュ信号による書き換え回数の上限は、動画Ｍ１の表示期間で制約さ
れる。

リフレッシュ信号による書き換えは、全ての画素回路２２１で同時に行う必要はない。部
分的に実行して、動画Ｍ１の表示終了時点で、全ての画素に対してリフレッシュ信号によ
る書き換えが完了していればよい。つまり、通常駆動中に、連続する複数のフレーム期間
にリフレッシュ信号を入力する処理が、各画素回路２２１に対して少なくとも一度実行さ
れればよい。

図５には、ＬＣＤ１２０がノーマリーブラックの例を示している。動画Ｍ１の一例として
、静止画Ａ２の移動方向に合わせて、白色のストライプ状の画像Ｗ１を移動させる例を示
している。画像Ｗ１が表示されている画素が、リフレッシュ信号（白色のデータ信号）に
より書き換えられている。このように、画像Ｗ１によりＬＣＤ１２０の画面全体をスイー
プすることで、全画素に対してリフレッシュ信号による書き換えが少なくとも１回実行さ
れる。

リフレッシュ信号で書き換えがされていれば、画像Ｗ１は使用者が視認できないようなも
のでもよい。使用者に画面の切り換えに違和感を与えないように、リフレッシュ用の画像
Ｗ１が表示されることが好ましい。別言すると、リフレッシュ用の画像Ｗ１の表示が自然
に、あるいは使用者に認識されないように、画面切り換え用の動画（Ｍ１）表示を行うよ
うにするとよい。例えば、情報処理システム１００で電子書籍を読む場合は、ページをめ
くる動画にリフレッシュ用の画像Ｗ１が含まれるようにすればよい。

図５の例では、画面切り換え用の画像として動画（Ｍ１）を表示したが、静止画でもよい
。この場合、リフレッシュ信号が、この静止画のデータ信号となる。そのため、画面切り
換え時には、ノーマリーブラックでは、ＬＣＤ１２０の画面全体が白色とされ、ノーマリ
ーホワイトではその画面全体が黒色とされる。

以上の説明では、リフレッシュ信号の振幅はデータ信号の最大振幅としたが、消費電力の
削減等のために、データ信号の最大振幅未満としてもよい。液晶の劣化の回復と低消費電
力化のため、例えば、リフレッシュ信号の振幅は、データ信号の最大振幅の８０％以上１
００％以下とし、好ましくは、９０％以上１００％以下とすればよい。

例えば、データ信号の最大振幅（最大値）が５Ｖであり、ＶＣＯＭが−３Ｖである場合、
リフレッシュ信号の振幅を、この最大振幅の１００％とする場合は、正／負の極性のリフ
レッシュ信号は、それぞれ、＋２Ｖ／−８Ｖの電圧信号となる。また、８０％とする場合
は、＋１Ｖ／−７Ｖの電圧信号となる。

また、本実施の形態では、同じ静止画をＩＤＳ駆動で表示する場合は、所定のリフレッシ
ュレートでデータを書き換えた後、データの書き換えが停止される。そのため、画面の切
り換え命令がプロセッサ１１１で処理されるまで、ＬＣＤ１２０は、画素部２１１のデー
タの書き換えを行わない状態で、同じ静止画が表示され続けることになる。このような状
態が長時間続くと、上記のリフレッシュ信号による書き換えで液晶分子の劣化を十分に回
復させることができないおそれがある。

そこで、情報処理システム１００の省電力化と、ＬＣＤ１２０の液晶材料の特性維持との
両立のために、ＩＤＳ駆動で静止画を表示する場合、データ保持期間が数分乃至十数分程
度（例えば、５分―１５分程度）経過したら、電源を遮断してＬＣＤ１２０を停止状態と
するような処理が、実行されるようにするとよい。この場合、例えば、情報処理システム
１００では、ＩＤＳモードに移行後、所定の時間が経過すると、ＩＤＳモードを強制的に
解除して、ＬＣＤ１２０の表示動作を停止させるタイマー割り込み処理が実行される。

この割り込み処理には、ＬＣＤ１２０の電源遮断の前に、通常モードに移行してリフレッ
シュ信号によりデータの書き換えを行う処理（例えば、全画面白表示または黒表示）を行
うようにしてもよい。この場合、ＬＣＤ１２０のバックライトユニットを停止させて、リ
フレッシュ信号によりデータの書き換えを行ってもよい。

以上述べたように、本実施の形態により、目に優しい表示が可能であり、かつ低消費電力
化が可能な半導体装置を提供することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、ＬＣＤ１２０のより具体的な構成について説明する。

ＲＥＳＴの１つは、実施の形態１で述べたＩＤＳ駆動による静止画表示方法である。ＩＤ
Ｓ駆動では、画素回路２２１（液晶セル）でのデータの保持期間が通常駆動と比較して非
常に長い。そのため、ＩＤＳ駆動でも通常駆動と同じ表示品位を保つために、画素回路２
２１からの電荷のリークをできるだけ少なくすることが望ましい。画素回路２２１から電
荷がリークしてしまうと、液晶素子２３２に印加される電圧が変動して、画素の透過率が
変化してしまうからである。

そこで、液晶素子２３２の印加電圧の変動を抑えるため、トランジスタ２３１として、オ
フ電流が非常に小さいトランジスタを用いることが好ましい。また、液晶素子２３２の液
晶材料として抵抗が高い材料を用いることが好ましい。

＜画素回路のトランジスタ＞
トランジスタのオフ電流とは、オフ状態でソースードレイン間を流れる電流のことをいう
。また、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧
がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。

トランジスタ２３１のオフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタ２３１は、チャネル
幅１μｍあたりのオフ電流が１００×１０^−２１Ａ（１００ｚＡ）以下にするとよい。オ
フ電流は少ないほど好ましいため、この規格化されたオフ電流が１０ｚＡ以下、あるいは
１ｚＡ以下とすることが好ましく、１０×１０^−２４Ａ（１０ｙＡ）以下であることがさ
らに好ましい。

このようにオフ電流をきわめて小さくするには、Ｓｉ、Ｇｅよりもバンドギャップが広い
（３．０ｅＶ以上）の酸化物半導体でトランジスタ２３１のチャネルを構成するとよい。
ここでは、酸化物半導体（ＯＳ）でチャネルが形成されているトランジスタをＯＳトラン
ジスタと呼ぶ。

電子供与体（ドナー）となる水分または水素等の不純物を低減し、かつ酸素欠損も低減す
ることで、酸化物半導体をｉ型（真性半導体）にする、あるいはｉ型に限りなく近づける
ことができる。ここでは、このような酸化物半導体を高純度化酸化物半導体と呼ぶことに
する。高純度化酸化物半導体でチャネルを形成することで、規格化されたオフ電流を数ｙ
Ａ／μｍ―数ｚＡ／μｍ程度に低くすることができる。

ＯＳトランジスタの酸化物半導体は、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）
を含むものが好ましい。また、酸化物半導体は、電気的特性のばらつきを減らすためのス
タビライザとなる元素を含むものが好ましい。このような元素として、Ｇａ、Ｓｎ、Ｈｆ
、Ａｌ、Ｚｒ等がある。ＯＳトランジスタを構成する酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｇａ
−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物が体表的である。実施の形態３で、酸化物半
導体についてより詳細に説明する。

＜液晶材料の固有低効率＞
液晶素子２３２を経由してリークする電荷量を抑えるため、液晶素子２３２の抵抗値を高
くするとよい。そのため、液晶素子２３２の液晶材料の固有抵抗率は１．０×１０^１３Ω
ｃｍ以上であることが好ましく、１．０×１０^１４Ωｃｍ以上であることがより好ましい
。例えば、液晶材料として、固有抵抗率が、１．０×１０^１３Ωｃｍ以上１．０×１０^１
６Ωｃｍ以下の材料、好ましくは、１．０×１０^１４Ωｃｍ以上１．０×１０^１６Ωｃｍ
以下の材料を選択するとよい。なお、液晶材料の固有抵抗率は、２０℃で測定した値であ
る。

＜液晶モード＞
ＬＣＤ１２０の液晶の駆動方式（液晶モード）は、限定されるものでない。液晶の駆動方
式としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ
Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎ
ｇ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード等がある。

ＬＣパネル２００の液晶モードは、ＴＮモード等の縦電界方式よりも、ＩＰＳ、ＦＦＳモ
ード等の横電界方式であることが好ましい。横電界方式の方が、中間調において、画素の
電圧の変化に対する諧調（画素の透過率）の変化が緩やかであるからである。そのため、
ＩＤＳ駆動時のデータ保持期間でも諧調ずれを抑制することができる。

また、情報処理システム１００の入力装置１３０としてタッチパネルを導入する場合、押
し圧に強い横電界方式の方が有利である。またモバイル用途のようなバッテリ駆動で動作
させる場合は、画素回路２２１の駆動電圧を低くできる点から、ＩＰＳモードよりもＦＦ
Ｓモードが好ましい。

よって、省電力化とＲＥＳＴを実現するため、ＦＦＳモード、ＯＳトランジスタ、高抵抗
液晶材料の組み合わせたＬＣＤが、情報処理システム１００の表示部として非常に好まし
い。以下、図６を参照して、このようなＬＣＤ１２０のより具体的な構成例を説明する。

＜ＦＦＳモードのＬＣＤの構成例＞
図６は、ＦＦＳモードのＬＣＤ１２０の構成の一例を説明する図である。図６Ａは、画素
回路２２１の構成の一例を示すレイアウト図であり、図６Ｂは、ＬＣパネル２００の構成
の一例を示す断面図である。なお、図６Ｂの断面図は、ＬＣパネル２００を特定の切断線
で切断したものではなく、ＬＣパネル２００の積層構造を説明するための断面である。図
６Ｂには、ドライバ（２１２、２１３）の代表例として、ソースドライバ２１３に形成さ
れるトランジスタ２３０を図示している。また、トランジスタ２３０およびトランジスタ
２３１はＯＳトランジスタである。ここでは、ＯＳトランジスタはｎチャネル型のトラン
ジスタである。

図６Ａに示すように、基板２５１と基板２５２の間には、封止部材２５３により封止され
た液晶層２６０が存在する。液晶層２６０には、上述したように固有抵抗率が１．０×１
０^１３Ωｃｍ以上の液晶材料が用いられている。

スペーサ２６３は、ＬＣパネル２００のセルギャップを維持するための部材である。図６
Ａに示すように、基板２５１に対してスペーサ２６３は、ゲート線２２２およびソース線
２２３が重なる領域に存在する。このような領域は、液晶材料の配向が乱れる領域であり
表示に寄与しない。スペーサ２６３をこのような領域に形成することで、画素回路２２１
の開口率を高くすることができる。なお、スペーサ２６３は基板２５１側に設けることも
できる。

基板２５２には、更に、配向膜２６２、カラーフィルタ２６４、およびブラックマトリク
ス２６５が形成されている。カラーフィルタ２６４は画素電極２４２と重なる領域に形成
されている。ブラックマトリクス２６５は、有機樹脂膜で形成されており、ゲート線２２
２、ソース線２２３、ドライバ（２１２、２１３）等の表示に寄与しない領域を隠すよう
に設けられている。

基板２５１上の封止部材２５３の外側に、複数の端子を含む端子部２５４が形成されてい
る。異方性導電膜２５６によりＦＰＣ２５５と端子部２５４が接続される。端子部２５４
は、電極２５８および電極２５９を有する。電極２５８は、ゲート線２２２およびトラン
ジスタ２３０のゲート電極と同じ導電膜から形成されている。また、電極２５９はコモン
電極２４１と同じ透明導電膜から形成されている。

トランジスタ２３１は、ゲート線２２２、ソース線２２３、電極２２５および酸化物半導
体層２４０（ＯＳ）を有する。酸化物半導体層２４０は、チャネルを構成する酸化物半導
体層を少なくとも１層有する。絶縁層２７１、２７２は、トランジスタ２３１のゲート絶
縁層を構成する。

トランジスタ２３０はトランジスタ２３１と同じ積層構造を有する。

図６の例では、トランジスタ２３０、トランジスタ２３１をボトムゲート型のトランジス
タとしたが、トップゲート型としてもよい。また、チャネルを挟んで２つのゲート電極を
有するデュアルゲート型としてもよい。デュアルゲート型とすることで、ＯＳトランジス
タの電流駆動特性を向上させることができる。ドライバ（２１２、２１３）においては、
一部のトランジスタをデュアルゲート型とし、他をボトムゲート型またはトップゲート型
とすることもできる。この場合、トランジスタ２３１をデュアルゲート型にしてもよいし
、ボトムゲート型またはトップゲート型にしてもよい。

トランジスタ２３０、２３１を覆う絶縁層２７３、２７４、２７５が形成されている。絶
縁層２７５は、平坦化膜として機能する。絶縁層２７５は、アクリル樹脂、ポリイミド樹
脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、シロキサン系樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の
有機樹脂で形成することができる。

絶縁層２７５上にコモン電極２４１（ＣＯＭ）が形成されている。コモン電極２４１上に
は、絶縁層２７６を介して画素電極２４２（ＰＸ）が形成されている。画素電極２４２を
覆って配向膜２６１が形成されている。

図６Ａに示すように、画素電極２４２は、櫛歯状の電極として機能するように、複数のス
リットが形成されている。このような形状により、コモン電極２４１および画素電極２４
２間に、基板２５１と平行な成分を有するフリンジ電界を発生させることができる。コモ
ン電極２４１、画素電極２４２および液晶層２６０により、液晶素子２３２が構成され、
コモン電極２４１、画素電極２４２および絶縁層２７６により、容量素子２３３が形成さ
れる。つまり、ＦＦＳモードの画素回路２２１には、開口率を低下させる補助容量線を形
成することがなく、液晶素子２３２に並列に補助容量を付加することができるため、高精
細化に適している。

コモン電極２４１には、電極２２５と重なる領域に開口２４３が形成されている。また、
絶縁層２７３―２７５にはコモン電極２４１の開口２４３と重なる領域にコンタクトホー
ルが形成されている。画素電極２４２はこのコンタクトホールにおいて、電極２２５に接
して設けられている。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
本実施の形態では、ＯＳトランジスタのチャネルを形成する酸化物半導体について説明す
る。

ＯＳトランジスタの酸化物半導体として、酸化インジウム、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−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓ
ｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−
Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚ
ｎ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−Ｙｂ−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−Ｚｎ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。

ＯＳトランジスタの酸化物半導体は、少なくともインジウム（Ｉｎ）または亜鉛（Ｚｎ）
を含むものが好ましい。また、酸化物半導体は、電気的特性のばらつきを減らすためのス
タビライザとなる元素を含むものが好ましい。このような元素として、Ｇａ、Ｓｎ、Ｈｆ
、Ａｌ、Ｚｒ等がある。ＯＳトランジスタを構成する酸化物半導体としては、Ｉｎ−Ｇａ
−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物が体表的である。

ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物
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
金属元素が入っていてもよい。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される材料を用い
てもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一の金属元素または複
数の金属元素、若しくは上記のスタビライザとしての元素を示す。また、酸化物半導体と
して、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０）で表記される材料を用いてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：
Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

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、ＯＳ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高純度化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
素も同時に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
することが好ましい。ここでは酸化物半導体膜に酸素を供給する処理を、加酸素化処理、
または過酸素化処理と呼ぶことがある。

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）である高純度化酸化物半導体膜とすることがで
きる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて
少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、１×１０１６／ｃｍ
３以下、１×１０１５／ｃｍ３以下、１×１０１４／ｃｍ３以下、１×１０１３／ｃｍ３
以下であることをいう。

＜酸化物半導体膜の構造＞
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非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、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化
物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ
Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜等をいう。

ＯＳトランジスタの酸化物半導体膜は、単層構造でもよいし、例えば、非晶質酸化物半導
体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であっ
てもよい。

＜ＣＡＡＣ−ＯＳ膜＞
以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した
複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって明視野像および回折パターンの複合解析像（高
分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察することで複数の結晶部を確認することができる。一
方、高分解能ＴＥＭ像によっても、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバ
ウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、粒
界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

試料面と概略平行な方向からら、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の断面の高分解能ＴＥＭ像を観察する
と、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層
は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（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、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の平面の高
分解能ＴＥＭ像を観察すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配
列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則
性は見られない。

断面の高分解能ＴＥＭ観察像および平面ＴＥＭの高分解能ＴＥＭ像により、ＣＡＡＣ−Ｏ
Ｓ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、電子回折を行うと、配向性を示すスポット（輝点）が観測され
る。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面に対し、例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下の電子線を
用いる電子回折（ナノビーム電子回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。酸
化物半導体膜が複数の構造を有する場合、ナノビーム電子回折を用いることで構造解析が
可能となる場合がある。

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−Ｏ
Ｓ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膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠
陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う
。

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ＩｎＧａＺｎＯ４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、ＩｎＧａＺｎＯ４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−ｐｌ
ａｎｅ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
、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４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５
６°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、前述の断面の高分解能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、または加熱処理等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
をエッチング等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、ＣＡＡ
Ｃ−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、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法
による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れ
る場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性
を有さない結晶が含まれることを示している。。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍
にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

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

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。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

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。

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、当該平板状またはペレット状の
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、および窒素等）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、平板状また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。例えば、基板加熱温度は、１００℃以上７４０℃以下、好ま
しくは２００℃以上５００℃以下とすればよい。

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
を軽減することができる。例えば、成膜ガス中の酸素の割合は、３０体積％以上、好まし
くは１００体積％とすることができる。

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

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

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

非晶質酸化物半導体膜は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。
非晶質酸化物半導体膜に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐ
ｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半
導体膜に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが
観測される。

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）
図７Ａ―図７Ｆを参照して、本実施の形態では、情報処理システム１００のいくつかの具
体例を示す。図７Ａ―図７Ｆは、表示部がＬＣＤで構成された情報処理システムの一例を
示す外観図である。

図７Ａに示す携帯型ゲーム機７００は、筐体７０１、筐体７０２、表示部７０３、表示部
７０４、マイクロフォン７０５、スピーカ７０６、操作ボタン７０７、およびスタイラス
７０８等を有する。表示部７０３および／又は表示部７０４に、入力装置１３０としてタ
ッチパネルを設けてもよい。

図７Ｂに示すビデオカメラ７１０は、筐体７１１、筐体７１２、表示部７１３、操作ボタ
ン７１４、レンズ７１５、および接続部７１６等を有する。操作ボタン７１４およびレン
ズ７１５は筐体７１１に設けられており、表示部７１３は筐体７１２に設けられている。
そして、筐体７１１と筐体７１２とは、接続部７１６により接続されており、筐体７１１
と筐体７１２の間の角度は、接続部７１６により可動となっている。表示部７１３の画面
の切り換えを、接続部７１６における筐体７１１と筐体７１２との間の角度に従って行う
構成としてもよい。表示部７１３にタッチパネルを設けてもよい。

図７Ｃに示すタブレット型端末７２０は、筐体７２１に組み込まれた表示部７２２の他、
操作ボタン７２３、スピーカ７２４、その他図示しないマイク、ステレオヘッドフォンジ
ャック、メモリカード挿入口、カメラ、ＵＳＢコネクタ等の外部接続ポート等を備えてい
る。表示部７２２には、入力装置１３０として、タッチパネルが設けられている。

図７Ｄに示す２つ折りタイプのタブレット型端末７３０は、筐体７３１、筐体７３２、表
示部７３３、表示部７３４、接続部７３５、および操作ボタン７３６等を有する。表示部
７３３および表示部７３４はＬＣＤ１２０で構成されている。表示部７３３、７３４には
、入力装置１３０として、タッチパネルが設けられている。

図７Ｅに示すスマートフォン７４０は、筐体７４１、操作ボタン７４２、マイクロフォン
７４３、表示部７４４、スピーカ７４５、およびカメラ用レンズ７４６等を有する。表示
部７４４と同一面上にカメラ用レンズ７４６を備えているため、テレビ電話が可能である
。表示部７４４には、入力装置１３０として、タッチパネルが設けられている。

図７Ｆに示すノート型ＰＣ７５０は、筐体７５１、表示部７５２、キーボード７５３、お
よびポインティングデバイス７５４等を有する。表示部７５２には、ＬＣＤ１２０が用い
られる。また、表示部７５２に、入力装置１３０としてタッチパネルを設けてもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

１００ 情報処理システム
１１０ 演算部
１１１ プロセッサ
１１２ 記憶装置
１１３ Ｉ／Ｏ（入出力）インターフェース
１１４ バス
１２０ ＬＣＤ（液晶表示装置）
１３０ 入力装置
１４０ 記憶装置
２００ ＬＣパネル
２１０ コントローラ
２１１ 画素部
２１２ ゲートドライバ
２１３ ソースドライバ
２２１ 画素回路
２２２ ゲート線
２２３ ソース線
２２４ コモン線
２３１ トランジスタ
２３２ 液晶素子
２３３ 容量素子
２５１ 基板
２５２ 基板
２５３ 封止部材
２５４ 端子部
２５５ ＦＰＣ

Claims (4)

1. 画素回路に液晶素子及びスイッチング素子を有する液晶表示装置であって、
   第１のモード及び第２のモードを有し、
   前記第１のモードにおいて、１フレーム期間ごとに前記画素回路に前記データ信号を入力して画像の表示を行った後、前記画素回路への前記データ信号の入力が停止されるフレーム期間が設けられ、
   前記第１のモードが終了した後、前記第２のモードにおいて、複数のフレーム期間に渡って、１フレーム期間ごとに前記データ信号の最大振幅の８０％以上１００％以下の振幅の信号が前記画素回路に入力され、
   前記第２のモードにおいて、１フレーム期間ごとに前記データ信号の極性が反転する液晶表示装置。
2. 請求項１において、
   前記第１のモードでは、ゲートドライバへの電源供給を停止する期間を有する液晶表示装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第１のモードでは、前記ソースドライバへの電源供給を停止する期間を有する液晶表示装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項において、
   前記スイッチング素子は、チャネルが酸化物半導体で形成されているトランジスタである液晶表示装置。

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