JP2020109519A - 液晶表示装置の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】結晶性の酸化物半導体でバックプレーンが作製され、高信頼性、高精細液晶表示装置及びタッチパネルを提供する。【解決手段】トランジスタ３５の半導体層１２０は、結晶部を有する酸化物半導体膜で形成されている。トランジスタを覆って、有機樹脂膜１３５が形成されている。セル工程での有機樹脂膜への乾燥処理等により、水分が原因の酸化物半導体トランジスタのしきい値電圧の変動を抑えることができる。有機樹脂膜上には、絶縁膜１３６を介して対向している共通電極１１５及び画素電極１１６が形成されている。そのため、画素に保持容量用の配線がなくとも、液晶素子に容量を付加することができる。カラーフィルタ基板２００の外側に帯電防止用の電極を設け、この電極及び共通電極間の静電容量を利用することで、液晶表示装置をタッチパネルとして機能させることができる。【選択図】図４

Description

本発明は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有する液晶表示装置、同液晶表示装置
を備えたタッチパネルに関する。

液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置において、それらの多くに用いられているトランジス
タは、アモルファスシリコンや多結晶シリコン等のシリコン半導体膜によって作製されて
いる。

そのシリコン半導体膜に代わって、酸化物半導体膜をトランジスタに用いる技術が注目
されている。

例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜で作製されたトランジスタを
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（特許文献１、２参照）。

また、我々は、ガラス基板上に新しい結晶構造を有する酸化物半導体膜を作製する技術
を開発している（非特許文献１参照）。

特開２００６−１６５５２８号公報 特開２００７−０９６０５５号公報

Ｙａｍａｚａｋｉ．Ｓ他、「Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＩＤ ２０１２ ＤＩＧＥＳＴ、ｐ．１８３−１８６

酸化物半導体は、バンドギャップをシリコンよりも広く、かつ真性キャリア密度をシリ
コンよりも低く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膜を用いたト
ランジスタ（以下、酸化物半導体トランジスタと呼ぶ。）は、アモルファスシリコン膜及
び多結晶シリコン膜を用いたものよりも著しくオフ電流を低くすることが可能である。従
って、酸化物半導体トランジスタで液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のバックプレーン（
回路基板）を作製することで、表示装置の低消費電力化が可能になる。

さらに、結晶性を有する酸化物半導体膜をトランジスタにより、画素密度を向上させる
ことが可能であり、高精細な表示装置を提供することが可能である（上記、非特許文献１
参照）。

化石燃料の枯渇、環境問題等により、あらゆる電子機器の電力消費の削減が求められて
おり、液晶表示装置もその例外ではない。液晶表示装置の消費電力は、液晶層に電界を印
加する方法（表示モード）で異なることが知られている。ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍ
ａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード等の縦電界モ
ードよりも横電界方式の方が、液晶材料の配向を変化させる（画素のデータを書換える）
ための消費電力が低い。

また、横電界方式の液晶表示装置は、縦電界方式よりも広い視野角を得ることができる
ため、近年、テレビジョン装置、モバイル機器等の表示装置として、様々な画面サイズの
液晶表示装置に採用されている。

横電界方式の液晶表示装置は、トランジスタが作製される基板側に、画素電極と共通電
極が共に設けられており、概ね横方向の電界が液晶分子に印加される。横電界方式として
は、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、及びＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇ
ｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが代表的である。なお、ＦＦＳモードは斜
め電界方式に分類されることもある。

従って、横電界方式と結晶性酸化物半導体膜でなるトランジスタの組み合わせにより、
液晶表示装置の高精細化、低消費電力化の実現が可能であり、また高性能のタッチパネル
の実現も可能になる。

一方で、バックプレーンに酸化物半導体トランジスタを使った液晶表示装置の量産化に
向けての大きな課題として、信頼性の向上がある。

そこで、本発明の一形態は、バックプレーンが結晶性酸化物半導体膜で作製された高信
頼の液晶表示装置を提供することを課題の１つとする。

我々の研究において、酸化物半導体トランジスタの電気特性の変動の大きな原因の１つ
が、酸化物半導体膜への水の侵入であることが明らかになっている。酸化物半導体膜に水
が侵入することでキャリア密度が増加し、トランジスタの電気特性が変動するのである。

そのため、可能な限り水を含まない材料で、かつ可能な限り水を侵入させない構造及び
作製方法で、液晶表示装置を作製することが信頼性の低下の解決につながる。

しかしながら、材料の制約は液晶表示装置の表示品位を低下させる、液晶表示装置の製
造工場の既存の設備が使用できなくなるという新たな問題を生み、酸化物半導体を用いた
液晶表示装置の早期実用化を阻むことになる。

例えば、液晶分子の配向不良を抑えるために画素電極の下地膜として、平坦化膜を形成
することが望ましい。平坦化膜は、トランジスタの凹凸を無くすように厚く形成する必要
があるため、有機樹脂膜が平坦化膜として一般的に用いられている。しかしながら、有機
樹脂膜は無機絶縁膜と比較して吸湿性が高いため、酸化物半導体膜トランジスタとの組み
合わせに問題がある。

そこで、本発明の一形態は、一対の基板の間に液晶層が封入されており、画素電極及び
共通電極が有機樹脂膜上に形成されており、配向膜の形成後、一対の基板は液晶層を封入
する前に乾燥処理がされており、乾燥処理から液晶層を封入するまでの工程は大気開放せ
ずに行われている液晶表示装置である。

本発明の他の形態は、上記形態に係る液晶表示装置を備えたタッチパネルにある。

本明細書に開示された技術により、酸化物半導体トランジスタでバックプレーンを作製
した実用化レベルの高い信頼性の液晶表示装置を提供することが可能になる。

液晶パネルの構成例を示す平面図。 液晶パネルの構成例を示す断面図であり、図１のＢ１−Ｂ２による断面図。 画素の構成例を示す平面図。 図３の切断線Ａ１−Ａ２による画素の断面図。 図３の切断線Ａ３−Ａ４による画素の断面図。 共通電極と端子部との接続構造の一例を示す断面図。 液晶パネルの配線（電極）の接続構造の一例を示す断面図。 Ａ−Ｄ：トランジスタの作製方法の一例を示す断面図。 Ａ−Ｃ：図８Ｄに続く工程の一例を示す断面図。 Ａ：液晶パネルの構成例を示すブロック図。Ｂ：画素の構成例を示す回路図。 液晶パネルの仕様の一例を示す表。 図１の液晶パネルを備えたタッチパネルの構成例を示す断面図。 図１２のタッチパネルのタッチセンサの構成例を示す平面図。 Ａ：図１３の切断線Ｃ１−Ｃ２による断面図。Ｂ：図１３の領域２４０の構成例を示す平面図。 Ａ：タッチセンサの構成例を示す分解斜視図。Ｂ：タッチセンサの電極の構成例を示す平面図。 タッチセンサの構成例を示す断面図。 タッチセンサの２つの電極の交差部分の等価回路図。 タッチセンサの構成例を示すマスク用図面。 図１の液晶パネルを備えた液晶表示装置の構成例を示すブロック図。 図１９の液晶表示装置の駆動方法の一例を説明するタイミングチャート。 Ａ−Ｆ：液晶パネル又はタッチパネルを備えた電子機器の構成例を示す外観図。 ＴＤＳにより、液晶パネルの回路基板（有機樹脂膜を含む）から分離された質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。 ＴＤＳにより、液晶パネルの回路基板（有機樹脂膜を含まない）から分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。 走査線駆動回路（乾燥処理あり）の動作時間に対する動作マージン幅（電圧）の変化を示すグラフ。 走査線駆動回路（乾燥処理なし）の動作時間に対する動作マージン幅（電圧）の変化を示すグラフ。

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。

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、同一部分又は同様な機能を
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ことがある。

（実施の形態１）
＜液晶パネルの構成＞
図１−図６、並びに図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて、本実施の形態の液晶パネルを説明
する。

図１０Ａは、液晶パネル１０の構成の一例を示すブロック図である。液晶パネル１０は
、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、及びデータ線駆動回路４３を
有する。液晶パネル１０は、駆動回路（４１〜４３）と表示部３０が同一基板１００上に
形成されており、液晶モジュールと呼ばれることもある。筐体に、液晶パネル１０、その
制御回路、電源回路、及びバックライトモジュール等を組み込むことで液晶表示装置が構
成される。

表示部３０は、走査線１１０及びデータ線１１１に接続された複数の画素３１を有する
。図１０Ｂは、画素３１の構成例を示す回路図である。

画素３１は、トランジスタ３５、液晶素子３６を有する。トランジスタ３５は、液晶素
子３６とデータ線１１１との電気的接続を制御するスイッチング素子であり、走査線１１
０を介して、そのゲートから入力される走査信号によりオン、オフが制御される。

図１は、液晶パネル１０の構成の一例を示す平面図である。図２は、液晶パネル１０の
構成例の一例を示す断面図であり、図１のＢ１−Ｂ２による断面図に対応する。液晶パネ
ル１０は、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４
３及び端子部６０を有する。

図３は、画素３１の構成例を示す平面図である。図４は、画素の構成の一例を示す断面
図であり、図３の切断線Ａ１−Ａ２による断面図である。図５は、画素の構成の一例を示
す断面図であり、図３の切断線Ａ３−Ａ４による断面図である。ここでは、液晶パネル１
０にＦＦＳモードの画素３１を適用している。

表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３は、そ
れぞれ、酸化物半導体を用いたトランジスタが形成されている。図２には、データ線駆動
回路４３のトランジスタ４５を示し、図４には、画素３１のトランジスタ３５を示してい
る。表示部３０、駆動回路（４１〜４３）には、同じ構造のトランジスタが作製されてい
る。表示部３０、及び駆動回路（４１〜４３）のトランジスタには、ボトムゲート型であ
り、かつ半導体層が結晶部を有する酸化物半導体で構成されているトランジスタが用いら
れる。

走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２の一方は奇数行の走査線１１０が接続され、
他方は偶数行の走査線１１０が接続されている。データ線駆動回路４３はデータ線１１１
が接続されている。画素３１のトランジスタ３５は、走査線１１０及びデータ線１１１に
接続されている。

基板１００と基板２００の間には、シール部材２１５により封止された液晶層１４０が
存在している。液晶パネル１０のセルギャップは、基板２００に形成されたスペーサ２４
１に維持されている（図５参照）。図３及び図５に示すように、スペーサ２４１は、走査
線１１０及びデータ線１１１が重なる領域に形成されている。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。このような領域に形成することで、画素
３１の開口率を高くすることができ、その開口率を５０％以上とすることが可能である。

基板１００には、シール部材２１５の外側にＦＰＣ６１との接続用の端子部６０が形成
されている。端子部６０は、上層が共通電極１１５と同じ透明導電膜から形成された電極
１６２が形成されており、異方性導電膜６５によりＦＰＣ６１と電極１６２が電気的に接
続される。配線１６１は、表示部３０、駆動回路（４１〜４３）等に電気的に接続された
配線であり、データ線１１１を構成する導電膜から形成される。なお、電極１６２と表示
部３０及び駆動回路（４１〜４３）とを接続する配線として、走査線１１０と同じ導電膜
から形成した配線を形成することもできる。

＜画素について＞
画素３１において、有機樹脂膜１３５上に、共通電極１１５及び画素電極１１６が絶縁
膜１３６を挟んで対向している。共通電極１１５は、表示部３０において１つの電極とし
て構成されており、各画素３１の画素電極１１６とトランジスタ３５との接続部に、開口
が形成されている。

画素電極１１６は、画素３１毎に分割して形成されており、ここでは、画素電極１１６
に櫛歯状の領域を設けている。画素３１の液晶素子３６（図１０Ｂ参照）は、共通電極１
１５、画素電極１１６及び液晶層１４０で構成される。共通電極１１５と画素電極１１６
間に形成される電界の作用により液晶層１４０の液晶材料の配向が変化される。

なお、共通電極１１５において、画素電極１１６と重なる部分にスリット状の開口を形
成することもできる。

また、画素電極１１６と共通電極１１５が絶縁膜１３６を介して重なる領域は、容量Ｃ
１を構成する（図１０Ｂ参照）。そのため、画素３１に補助容量線を別途作製することで
形成される保持容量Ｃ２が不要である。つまり、液晶素子３６の保持容量としては、画素
電極１１６、共通電極１１５及び絶縁膜１３６でなる容量Ｃ１（＞０［ｆＦ］）が設けら
れ、補助容量配線を電極とする容量Ｃ２が設けられていない。つまり、容量値は、Ｃ１は
０［ｆＦ］を超え、百乃至数百［ｆＦ］程度とすることができ。他方、Ｃ２は０［ｆＦ］
である。

よって、画素３１に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３
６に並列に容量Ｃ１が付加されているため、開口率を高くすることができる。そのため、
開口率を５０％以上にすることが可能であり、さらに６０％以上にすることも可能である
。

基板２００には、ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１、オーバーコート
２１２、配向膜２１３が形成されている。カラーフィルタ２１１は画素電極１１６と重な
る領域に形成されている。ブラックマトリクス２１０は有機樹脂膜で形成されており、走
査線１１０及びデータ線１１１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。

図６に示すように、共通電極１１５は、絶縁膜１３１上の配線１１７に電気的に接続さ
れている。配線１１７は、表示部３０の外側に形成されており、配線１１７は、図２の配
線１６１と同様に、端子部６０の電極１６２に電気的に接続されている。このような構造
により、共通電極１１５の液晶パネル１０外部から一定電位を印加することができる。

図３に示すように画素３１をＦＦＳモードの画素構造としたが、ＩＰＳモード等他の横
電界方式の画素構造にしてもよい。また、基板２００側に共通電極を設ける縦電界方式の
画素構造にしてもよい。指等で画面を押したときの電界の乱れが、縦電界方式よりも横電
界方式の方が少ないため、タッチパネル用の液晶パネルとしては、横電界方式の液晶パネ
ルの方がより適している。

また、ＦＦＳモードの液晶パネルは、ＩＰＳモードの液晶パネルよりも広い視野角、高
いコントラストが得られ、また、ＩＰＳモードのものよりも低電圧駆動が可能であるため
、酸化物半導体でなるトランジスタを適用することにより、モバイル型電子機器の高精細
表示装置として非常に好適である。

＜トランジスタの作製＞
以下、図１に示す液晶パネル１０の回路基板の作製方法を示す。

まず、図８Ａ乃至図９Ｃを用いて、表示部３０、駆動回路（４１〜４３）のトランジス
タの作製方法を説明する。図８Ａ乃至図９Ｃは、表示部３０のトランジスタ３５の作製方
法の一例を示す断面図であるが、駆動回路（４１〜４３）のトランジスタも同様の構成で
同時に基板１００上に作製される。

図８Ａに示すように、基板１００上に、第１層目の配線及び電極を構成する導電膜３０
１を形成する。

基板１００としては、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。基板２００についても、同様である。

また、基板１００として、ガラス基板が好適である。例えば、第５世代（１０００ｍｍ
×１２００ｍｍ又は１３００ｍｍ×１５００ｍｍ）、第６世代（１５００ｍｍ×１８００
ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２５００
ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２８８０×３１３０ｍ
ｍ）等の大型ガラス基板を用いる場合、液晶表示装置の作製工程における加熱処理等で生
じる基板１００の縮みによって、微細な加工が困難になる場合ある。そのため、前述した
ような大型ガラス基板を基板１００として用いる場合、加熱処理による縮みの小さいもの
を用いることが好ましい。例えば、基板１００として、４００℃、好ましくは４５０℃、
さらに好ましくは５００℃の温度で１時間加熱処理を行った後の縮み量が１０ｐｐｍ以下
、好ましくは５ｐｐｍ以下、さらに好ましくは３ｐｐｍ以下である大型ガラス基板を用い
るとよい。

導電膜３０１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層又は２層以上形成するとよい。例えば、導電膜３
０１として、窒化タングステン膜上に銅膜を積層した膜や、タングステン単層膜を形成す
ることができる。

次に、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、トランジスタのゲート電極
を形成する。第１のフォトマスクを用いて、レジストからなるマスク（以下、レジストマ
スクと呼ぶ。）を導電膜３０１上に形成する。導電膜３０１をエッチングして、走査線１
１０を形成する。そして、レジストマスクを除去する（図８Ｂ）。

また、図７に示す配線１７１も形成される。図７は、表示部３０の外部に形成される配
線（電極）の接続構造の一例を示す断面図であり、第１層目の配線／電極と、第２層目の
配線／電極との接続構造を示している。このような接続構造は、駆動回路（４１〜４３）
や、引き回し配線等に適用される。

走査線１１０（第１層目の配線、電極）を覆って、絶縁膜１３１を形成し、絶縁膜１３
１上に、ここでは、３層構造の酸化物半導体膜（３１１〜３１３）を形成する。ここでは
、酸化物半導体膜３１１〜３１３として、スパッタリング法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化
物膜を形成する。

絶縁膜１３１は、トランジスタのゲート絶縁膜を構成する。絶縁膜１３１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、又は積層して用いればよい。

例えば、２層構造の絶縁膜１３１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層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）にて測
定された信号から得られる、ｇ値が２．００１を持つスピンのスピン密度が３×１０^１７
ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である酸化シ
リコン層を用いる。酸化シリコン層は、過剰酸素を有する酸化シリコン層を用いると好ま
しい。窒化シリコン層は水素及びアンモニアの放出量が少ない窒化シリコン層を用いる。
水素、アンモニアの放出量は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅ
ｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて測定すればよい。

なお、窒化酸化シリコンとは、窒素の含有量が酸素より大きい絶縁材料であり、他方、酸
化窒化シリコンとは、酸素の含有量が窒素より大きな絶縁材料のことをいう。

３層構造の酸化物半導体膜（３１１〜３１３）は、トランジスタの半導体層１２０を構
成する膜である。ここでは、３層構造の酸化物半導体（３１１〜３１３）を形成したが、
半導体層１２０は多層膜でも、単層膜でもよく、多層膜の場合、３層構造に限定されるも
のではない。（図８Ｃ）。

次に、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、トランジスタの半導体層１
２０を形成する。第２のフォトマスクを用いて、レジストマスクを酸化物半導体膜３１１
上に形成し、酸化物半導体膜（３１１〜３１３）をエッチングして、半導体層１２０を形
成する。そして、レジストマスクを除去する（図８Ｄ）。

トランジスタの半導体層１２０については、実施の形態２で説明する。ここでは、トラ
ンジスタのチャネルが、半導体層１２０のうち、主として酸化物半導体膜３１２に形成さ
れるように、酸化物半導体膜（３１１〜３１３）を設けている。

図９Ａに示すように、基板１００全体に、第２層目の配線及び電極を構成する導電膜３
０２を形成する。導電膜３０２は、導電膜３０１と同様に形成することができる。ここで
は、導電膜３０２を３層構造とする。１層目、３層目をチタン膜で形成し、２層目をアル
ミニウム膜で形成する。チタン膜、アルミニウム膜はスパッタリング法で形成する。

次に、第３のフォトマスクを用いてレジストマスクを導電膜３０２及び絶縁膜１３１上
に形成する。このレジストマスクを用いて、導電膜３０２をエッチングして、半導体層１
２０に接続されるデータ線１１１、及び電極１１２を形成する（図９Ｂ）。データ線１１
１、電極１１２は、トランジスタのソース電極、ドレイン電極として機能する。

また、導電膜３０２からは２層目の配線／電極として、図２に示す配線１６１、図６に
示す配線１１７、及び図７に示す配線１７２等も形成される。図６の配線１１７は、共通
電極１１５を端子部６０に接続するための引き回し配線である。

次に、基板１００全体を覆って、無機絶縁膜を形成する。ここでは、３層の無機材料で
なる絶縁膜１３２〜１３４を形成する。特に、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３は酸化物膜
とし、絶縁膜１３３は窒化物膜とすることが好ましい。また、絶縁膜１３３を窒化物絶縁
膜とすることで外部から水素や水等の不純物がトランジスタの半導体層に入ることを抑制
できる。なお、絶縁膜１３２は設けない構造であってもよい。

また、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３４の一方又は双方を酸化物膜とした場合、化学量論
的組成よりもよりも多くの酸素を含むことが好ましい。このようにすることで、酸化物半
導体膜３１１〜３１３からの酸素の脱離を防止するとともに、酸素過剰領域に含まれる該
酸素を酸化物半導体膜に移動させ、酸素欠損を補填することが可能となる。

例えば、昇温脱離ガス分析（以下、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ
Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による分析とする。）によって測定される酸素分子の放出量
が、１．０×１０^１８分子／ｃｍ^３以上ある酸化絶縁膜を用いることで、該酸化物半導体
膜に含まれる酸素欠損を補填することができる。なお、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３の
一方又は双方において、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含む領域（酸素過剰領域）が
部分的に存在していてもよく、少なくとも酸化物半導体膜（３１１〜３１３）でなる半導
体層１２０と重畳する領域に酸素過剰領域が存在することで、酸化物半導体膜（３１１〜
３１３）からの酸素の脱離を防止するとともに、酸素過剰領域に含まれる酸素を酸化物半
導体膜（３１１〜３１３）に移動させ、酸素欠損を補填することが可能となる。

絶縁膜１３３が化学量論的組成よりも多くの酸素を含む酸化物膜である場合、絶縁膜１
３２は、酸素を透過する酸化物膜であることが好ましい。なお、絶縁膜１３２において、
外部から絶縁膜１３２に入った酸素の一部は膜中にとどまる。また、予め絶縁膜１３２に
含まれている酸素が外部へ拡散する場合もある。そのため、絶縁膜１３２は酸素の拡散係
数が大きい酸化絶縁膜であることが好ましい。

絶縁膜１３２の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以
下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。絶縁膜１３１の厚さは、
３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることがで
きる。

絶縁膜１３４を窒化物絶縁膜とする場合、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３４の一方又は双
方が窒素に対するバリア性を有する絶縁膜であることが好ましい。例えば、緻密な酸化物
絶縁膜とすることで窒素に対するバリア性を有することができ、具体的には、２５℃にお
いて０．５重量％のフッ酸を用いた場合のエッチング速度が１０ｎｍ／分以下である酸化
絶縁膜とすることが好ましい。

なお、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３４の一方又は双方を、酸化窒化シリコン又は窒化酸
化シリコン等、窒素を含む酸化絶縁膜とする場合、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏ
ｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）より得られる窒素濃度は、ＳＩＭＳ検出下限
以上３×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３
以上１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。このようにすることで
、トランジスタ３５に含まれる酸化物半導体でなる半導体層１２０への窒素の移動量を少
なくすることができる。また、このようにすることで、窒素を含む酸化絶縁膜自体の欠陥
量を少なくすることができる。

絶縁膜１３２は次の条件にて形成することができる。ＰＥ−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℃以下に保持する。処理室に原料ガスのシリコンを含む堆積性気体及び酸化性気
体を導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは４
０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に高周波電力を供給する条件
である。

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、及び二酸化窒素等
がある。

絶縁膜１３４として、水素含有量が少ない窒化物絶縁膜を設けてもよい。該窒化物絶縁
膜としては、例えば、ＴＤＳ分析によって測定される水素分子の放出量が、５．０×１０
^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、好ましくは３．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未
満であり、さらに好ましくは１．０×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である窒化物絶縁
膜である。

絶縁膜１３４は、外部から水素や水等の不純物がトランジスタに侵入することを抑制す
る機能を奏する厚さとする。例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすればよい。また、
その厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５０ｎｍ
以上１００ｎｍ以下である。

絶縁膜１３２〜１３４は、ＰＥ−ＣＶＤ法又はスパッタリング法等の各種成膜方法を用
いて形成することができる。また絶縁膜１３２〜１３４は真空中で連続して形成すること
が好ましい。このようにすることで、絶縁膜１３２、絶縁膜１３３、及び絶縁膜１３３の
それぞれの界面に不純物が混入することを抑制することができる。絶縁膜１３２と絶縁膜
１３３に用いる材料が同種の組成である場合、絶縁膜１３２と絶縁膜１３３の界面が明確
に分からない場合がある。

例えば、絶縁膜１３２を、ＰＥ−ＣＶＤ法で酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を
形成する場合は、以下の成膜条件で成膜することができる。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、処理室に原料ガスのシリコ
ンを含む堆積性気体及び酸化性気体を導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５
０Ｐａ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た
電極に高周波電力を供給する条件である。

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、及びフ
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、及び二酸化窒
素等がある。

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、
絶縁膜１３２に含まれる水素含有量を低減することが可能であると共に、絶縁膜１３２に
含まれるダングリングボンドを低減することができる。絶縁膜１３３から移動する酸素は
、絶縁膜１３２に含まれるダングリングボンドによって捕獲される場合があるため、絶縁
膜１３２に含まれるダングリングボンドが低減されていると、絶縁膜１３３に含まれる酸
素を効率よく半導体層１２０へ移動させ、半導体層１２０の酸素欠損を補填することが可
能である。この結果、半導体層１２０に混入する水素量を低減できると共に酸化物半導体
膜に含まれる酸素欠損を低減させることが可能である。

絶縁膜１３３として、ＰＥ−ＣＶＤ装置で酸化シリコン膜又は酸化窒化シリコン膜を形
成する場合、以下の形成条件とすることで、絶縁膜１３３の酸素濃度を高くすることがで
きる。絶縁膜１３３（絶縁膜１３１）の原料ガスは、絶縁膜１３２と同様である。

基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以上２３０℃以下に保持
する。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た電極に
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。

絶縁膜１３３の成膜時に、上記のような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、絶縁膜１３３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。また、半導体層１
２０上に絶縁膜１３２が設けられている。このため、絶縁膜１３３の形成工程において、
絶縁膜１３２が半導体層１２０の保護膜となる。この結果、パワー密度の高い高周波電力
を用いて絶縁膜１３３を形成しても、半導体層１２０へのダメージを抑制できる。

また、酸化シリコン膜等酸素を含む絶縁膜は厚く形成するほど、加熱によって脱離する
酸素の量を多くすることができることから、絶縁膜１３３は絶縁膜１３２より厚く設ける
ことが好ましい。絶縁膜１３２を設けることで絶縁膜１３３を厚く設ける場合でも被覆性
を良好にすることができる。

例えば、絶縁膜１３４として、水素含有量が少ない窒化シリコン膜をＰＥ−ＣＶＤ装置
で形成する場合、次の条件で成膜することができる。基板を８０℃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１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、好ましくは１００Ｐａ以上２００
Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に高周波電力を供給する。

絶縁膜１３４の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニア
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。また、窒素の流量は、アンモニアの流量に対し
て５倍以上５０倍以下、好ましくは１０倍以上５０倍以下とすることが好ましい。なお、
原料ガスとしてアンモニアを用いることで、シリコンを含む堆積性気体及び窒素の分解を
促すことができる。これは、アンモニアがプラズマエネルギーや熱エネルギーによって解
離し、解離することで生じるエネルギーが、シリコンを含む堆積性気体分子の結合及び窒
素分子の結合の分解に寄与するためである。このようにすることで、水素含有量が少なく
、外部から水素や水等の不純物が入ることを抑制することが可能な窒化シリコン膜を形成
することができる。

少なくとも絶縁膜１３３を形成した後に加熱処理を行い、絶縁膜１３２又は絶縁膜１３
３に含まれる過剰酸素を半導体層１２０に移動させ、半導体層１２０の酸素欠損を補填す
ることが好ましい。なお、該加熱処理は、半導体層１２０の脱水素化又は脱水化を行う加
熱処理として行えばよい。

以上の工程で、液晶パネルの画素３１及び駆動回路（４１〜４３）のトランジスタを作
製することができる。

＜画素電極、共通電極の作製＞
次に、図３乃至図６を参照して、画素３１に、画素電極１１６及び共通電極１１５を作製
する工程を説明する。

トランジスタを覆って有機樹脂膜１３５を形成する。有機樹脂膜１３５は、共通電極１
１５及び画素電極１１６の下地膜であり、トランジスタ、配線等による凹凸を低減するた
めの平坦化膜として形成される。有機樹脂膜１３５には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂
等を用いることができる。

第４のフォトマスクを用いて、有機樹脂膜１３５上にレジストマスクを形成する。この
レジストマスクを用いたエッチング工程により、無機材料でなる絶縁膜１３１〜１３４及
び有機樹脂膜１３５を貫通するコンタクトホールを形成する。ここで形成されるコンタク
トホールは、絶縁膜１３１上の第２層目の配線／電極と、有機樹脂膜１３５上に形成され
る配線／電極とを接続するためのものである。例えば、共通電極１１５と絶縁膜１３１上
の配線１１７とを接続するためのコンタクトホール等も形成される（図６参照）。

なお、フォトマスクが１つ増えることになるが、有機樹脂膜１３５にコンタクトホール
を形成するためのフォトマスクと、絶縁膜１３１〜１３４にコンタクトホールを形成する
ためのフォトマスクを別のマスクにすることもできる。

次に、有機樹脂膜１３５上に透明導電膜を形成する。第５のフォトマスクを用いて、こ
の透明導電膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、透明導電膜
をエッチングして、共通電極１１５を形成する。更に、透明導電膜からは、図２に示す端
子部６０の電極１６２、図７の電極１７３等も形成される。

図７に示すように、第３層目の電極１７３により、第１層目の配線１７１と第２層目の
配線１７２とが接続される。なお、図７と同様な接続部には、導電膜３０１により電極が
形成されているものもあり、また導電膜３０２により電極が形成されているものもある。

図７のように第３層目の電極１７３により、配線１７１と配線１７２とを接続するよう
にすることで、配線１７１と配線１７２とが直接接する接続部を作製する場合よりも、フ
ォトマスクを１枚少なくすることができる。それは、配線１７１と配線１７２とが直接接
するような接続部とするには、導電膜３０２を形成する前に、絶縁膜１３１にコンタクト
ホールを形成するためのフォトマスクが必要であるが、図７の接続部の作製には、そのフ
ォトマスクが不要であるからである。

共通電極１１５を覆って、基板１００全体に絶縁膜１３６を形成する。この絶縁膜１３
６は、外部から水や不純物の侵入を防ぐためのパッシベーション膜として形成される。ま
た、絶縁膜１３６は、共通電極１１５と画素電極１１６が重なった領域に形成される容量
の誘電体を構成する。絶縁膜１３６は、絶縁膜１３４と同様に、窒化物又は窒化酸化物で
なる絶縁膜が好ましく、例えば、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等を形成すればよ
い。

第６のフォトマスクを用いて、絶縁膜１３６上にレジストマスクを形成する。このレジ
ストマスクを用いたエッチングにより、絶縁膜１３６をエッチングして、電極１１２に達
するコンタクトホールを少なくとも形成する。

絶縁膜１３６上に透明導電膜を形成する。第７のフォトマスクを用いて、透明導電膜上に
レジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて透明導電膜をエッチングして、
画素電極１１６を形成する。画素電極１１６は電極１１２に接続されている。

なお、共通電極１１５及び画素電極１１６を構成する透明導電膜としては、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、インジウム亜鉛酸化物、及び酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等でなる膜を
用いることができる。後述する、セル組み工程において、基板１００には、配向膜１３７
が形成される。

ここでは、基板１００側に、セルギャップを維持するためのスペーサ２４１を形成する
。画素電極１１６上に、感光性硬化樹脂剤を塗布し、第８のフォトマスクを介して樹脂剤
を露光し、現像処理して、樹脂でなるスペーサ２４１を各画素に形成する。

＜カラーフィルタ、ブラックマトリクス及びスペーサの作製＞
ここでは、基板２００に、ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１、オーバ
ーコート２１２を作製する。ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１を基板１
００に形成することもできる。基板２００に、セルギャップを維持するためのスペーサ２
４１を形成する。なお、スペーサ２４１は、基板１００側に形成することもできる。

オーバーコート２１２上に、感光性硬化樹脂剤を塗布し、第８のフォトマスクを介して樹
脂剤を露光し、現像処理して、樹脂でなるスペーサ２４１を形成する。後述するセル工程
において、基板２００には、配向膜２１３が形成される。

＜セル工程＞
以下、セル工程を説明する。液晶材料を封入した状態で、表示部３０、駆動回路（４１
〜４３）及び端子部６０が形成された基板１００（以下、回路基板１００と呼ぶ。）と、
カラーフィルタ２１１等が形成された基板２００（以下、カラーフィルタ基板２００と呼
ぶ。）を貼り合わせて、液晶パネル１０を作製する。

水の侵入により、酸化物半導体を用いたトランジスタは、しきい値電圧が変動する等、
信頼性が低下する。そこで、上述したように、回路基板１００の作製工程において、連続
成膜や、脱水素化のための加熱処理等酸化物半導体の不純物の除去（高純度化処理）を行
うことが好ましい。また、セル工程においても、液晶パネル内部に不純物、特に水分を取
り込まないようにすることが好ましい。液晶パネルは液晶材料の存在により、有機ＥＬパ
ネルのように、乾燥剤等を内部に配置することは困難であるため、セル工程で液晶パネル
内部に水分を取り込ませないことが好ましい。有機樹脂膜は無機絶縁膜と比較して吸湿性
が高いため、有機樹脂膜１３５の形成からセル工程までの間に、水の濃度が上昇しやすい
。回路基板１００やカラーフィルタ基板２００が水分を多く含む状態で、セル工程を行う
と、液晶パネルの信頼性を低下させる原因となる。

そこで、セル工程において、回路基板１００やカラーフィルタ基板２００から水分を除
去する乾燥処理を行い、水分が再付着しない環境下で液晶パネルを作製する。例えば、セ
ル工程は、気密性のある処理室で行う。また、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２
００から水分を除去する１００℃以上の加熱処理を行うようにする。以下、セル工程の詳
細を説明する。

＜配向膜の形成＞
回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００に、それぞれ、配向膜１３７及び配向膜
２１３を作製する。回路基板１００を洗浄した後、配向膜１３７を形成するためにポリイ
ミド樹脂を印刷法等により、回路基板１００表面に塗布し、焼成して配向膜１３７を形成
する。配向膜１３７にラビングや光照射により配向処理をする。カラーフィルタ基板２０
０にも同様に配向膜２１３を形成する。

これ以降の工程は、気密性を有する処理室内で大気開放せずに行われる。各処理室の露
点温度は−６０℃以下とし、好ましくは−７５℃以下とする。例えば、各処理室の露点温
度を−６０℃乃至−８０℃程度にする。

つまり、基板１００及び基板２００の内側に全ての構造物を形成した後は、セル工程完
了まで、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００は、常に、露点温度が−６０℃以
下という水分が極少ない減圧雰囲気下に置かれる。なお、基板の搬送時等処理室内を減圧
状態にしない場合等は、雰囲気を窒素やアルゴン等の不活性雰囲気とする。

＜乾燥処理＞
回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００に乾燥処理を行う。乾燥処理として減圧
下での熱処理を行う。加熱温度は１００℃以上とし、１５０℃以上が好ましい。また、加
熱温度の上限は、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００に使用されている材料に
もよるため、使用されている材料、減圧時の圧力を考慮して設定することができる。例え
ば、加熱温度の上限は、樹脂材料としてアクリル系樹脂が使用されている場合、１８０℃
乃至２５０℃とすることができ、ポリイミド系樹脂が使用されている場合、２５０℃乃至
３００℃とすることができる。

また、減圧状態としては大気圧未満とすればよく、１Ｐａ以下が好ましく、１×１０^−
４以下がより好ましい。例えば、処理室の圧力を１×１０^−４乃至１×１０^−７Ｐａとす
る。

＜シール材塗布、液晶滴下＞
次に、液晶材料を封止するためカラーフィルタ基板２００に、シール材を塗布する。こ
こでは、液晶滴下法（ＯＤＦ）用の紫外線硬化シール材を塗布する。次に、カラーフィル
タ基板２００のシール材で囲われた領域に液晶材料を滴下する。この工程は、窒素雰囲気
で行われる。

＜貼り合わせ工程＞
次に、貼り合わせ用の処理室に、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００を搬送
する。処理室内を減圧状態とし、回路基板１００とカラーフィルタ基板２００を貼り合わ
せる。そして、貼り合わされた回路基板１００及びカラーフィルタ基板を別の処理室に移
動し、そこで紫外線を照射してシール材を硬化させて、シール部材２１５を完成させる。
この工程は、例えば、窒素雰囲気で行われる。また、処理室の圧力は、２０ｋＰａ乃至０
．１Ｐａとすればよく、１００Ｐａ乃至１Ｐａがより好ましい。

以上のセル工程を経て、液晶層１４０を回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００
の間に液晶層１４０が封止された液晶パネルが作製できる。このようにセル工程において
、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００の乾燥処理（加熱処理）の実施と、これ
ら基板の乾燥状態を維持するための雰囲気制御を行うことにより、水分が原因とされる液
晶パネルの劣化を抑制することができる。この点については、実施例１にて説明する。

よって、本実施の形態により、バックプレーン（回路基板１００）に酸化物半導体が使
用された液晶表示装置の水分による劣化を低減することができる。高信頼の酸化物半導体
を用いた液晶表示装置を提供することが可能になる。

また、ＦＦＳモードの画素構造と結晶性酸化物半導体膜でなるトランジスタの組み合わ
せにより、高信頼、高精細化、低消費電力の液晶表示装置の実現が可能である。

よって、画素の開口率５０％以上（好ましくは６０％以上）、解像度３００ｄｐｉ以上
のＦＦＳモードの液晶表示装置を提供することが可能である。例えば、図１１に示す仕様
の液晶パネルを作製することが可能である。図１１の液晶パネルにおいて、トランジスタ
は酸化物半導体トランジスタである。

なお、本実施の形態では、ＦＦＳモードの画素について説明したが、もちろん本実施の
形態の技術は、ＴＮモード等他の構造画素についても適用することが可能であり、駆動電
圧の低下、信頼性の向上が可能である。

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、液晶パネル１０の画素３１及び駆動回路（４１〜４３）を構成する
トランジスタについて説明する。

＜半導体層１２０について＞
トランジスタの半導体層１２０として用いられる酸化物半導体としては、例えば、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−Ｚ
ｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇ
ａ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−Ｓｃ−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、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、及びＩｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物等がある。

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

半導体層１２０を構成す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
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
水素及び水分を除去して、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）によって減少してしまった酸素を酸化物半導体に加える、又は酸素を供給し酸
化物半導体膜の酸素欠損を補填することが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体
膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理、又は過酸素化処理と記す場合がある。

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、水素又は水分が
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）化又は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。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１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１
×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｃｍ^３以下である
ことをいう。

また、このように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタ
は、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジ
スタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下
、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、又は８５
℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×
１０^−２１Ａ以下とすることができる。なお、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。具体
的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上又は３Ｖ以上小さければ、
トランジスタはオフ状態となる。

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または非単結晶酸化物半導体膜とすればよい。
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 Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎ
ｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。

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

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない酸
化物半導体膜である。膜全体が完全な非晶質であり、微小領域においても結晶部を有さな
い酸化物半導体膜が典型である。

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶
ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原
子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質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。

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
。

なお、以下の説明において、「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膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ 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、ＣＡ
ＡＣ−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。

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ＴＥ
Ｍ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−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
、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、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、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、Ｚｎ
Ｇａ_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。

チャネルがＣＡＡＣ−ＯＳであるトランジスタは、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、安定した電気特性を有する。

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。

成膜時の基板温度を高めることで、基板に到達した平板状のスパッタ粒子のマイグレー
ションが起こり、スパッタ粒子の平らな面が基板に付着する。このとき、スパッタリング
粒子が正に帯電することで、スパッタ粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパ
ッタ粒子が偏って不均一に重なることがなく、厚さの均一なＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜する
ことができる。具体的には、基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃
以上５００℃以下として成膜することが好ましい。

また、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、成膜室内に存在する不純物（水素、水、二酸化炭素及び窒素等）の
濃度を低減すればよい。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、
露点温度が−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。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、１００
℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とする。また、加熱処理の時
間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、
不活性雰囲気又は酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行
った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、ＣＡＡＣ−
ＯＳ膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理
によりＣＡＡＣ−ＯＳ膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気で
の加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。また、加熱処理を行うことで、
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶性をさらに高めることができる。なお、加熱処理は、１０００Ｐ
ａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下又は１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下
では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。

酸化物半導体膜３１１は、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から構成され
、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体膜３１２よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅ
Ｖ以上、０．１ｅＶ以上又は０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅ
Ｖ以下又は０．４ｅＶ以下真空準位に近い酸化物膜である。なお、酸化物半導体膜３１２
は少なくともインジウムを含んでいると、キャリア移動度が高くなるため好ましい。この
とき、トランジスタのゲート電極（走査線１１０）に電界を印加すると、多層構造の半導
体層１２０のうち、伝導帯下端のエネルギーが小さい酸化物半導体膜３１２にチャネルが
形成される。

即ち、酸化物半導体膜３１２とゲート絶縁膜（絶縁膜１３１）との間に酸化物半導体膜
３１１を有することによって、トランジスタのチャネルを絶縁膜１３１と接しない酸化物
半導体膜３１２に形成することができる。また、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一
種以上から酸化物半導体膜３１１が構成されるため、酸化物半導体膜３１２と酸化物半導
体膜３１１との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャ
リアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。

酸化物半導体膜３１１は、例えば、アルミニウム、シリコン、チタン、ガリウム、ゲル
マニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウム又はハフニウムを酸
化物半導体膜３１２よりも高い原子数比で含む酸化物膜とすればよい。具体的には、酸化
物半導体膜３１１として、酸化物半導体膜３１２よりも前述の元素を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含む酸化物膜を用いる。前述
の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有
する。即ち、酸化物半導体膜３１１は酸化物半導体膜３１２よりも酸素欠損が生じにくい
酸化物膜である。

或いは、酸化物半導体膜３１２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、酸化物半導体膜３１１
もＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、酸化物半導体膜３１１をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ
_１：ｚ_１［原子数比］、酸化物半導体膜３１２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よりも大きくなる酸化物半導体膜３１１及び
酸化物半導体膜３１２を選択する。なお、元素ＭはＩｎよりも酸素との結合力が強い金属
元素であり、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ等が
挙げられる。好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上大きくなる酸化物
半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。さらに好ましくは、ｙ_１／ｘ_１が
ｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を
選択する。より好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きくなる酸化物半
導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。このとき、酸化物半導体膜３１２に
おいて、ｙ１がｘ１以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好ま
しい。ただし、ｙ１がｘ１の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下し
てしまうため、ｙ１はｘ１と同じか３倍未満であると好ましい。

酸化物半導体膜３１１の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５
０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体膜３１２の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、
好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下
である。

また、酸化物半導体膜３１３は、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から構
成され、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体膜３１２よりも０．０５ｅＶ以上、０．
０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上又は０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０
．５ｅＶ以下又は０．４ｅＶ以下真空準位に近い酸化物膜である。酸化物半導体膜３１２
を構成する元素一種以上から酸化物半導体膜３１３が構成されるため、酸化物半導体膜３
１２と酸化物半導体膜３１３との界面に界面準位を形成しにくい。該界面が界面準位を有
すると、該界面をチャネルとするしきい値電圧の異なる第２のトランジスタが形成され、
トランジスタの見かけ上のしきい値電圧が変動することがある。従って、酸化物半導体膜
３１３を設けることにより、トランジスタのしきい値電圧等の電気特性のばらつきを低減
することができる。

例えば、酸化物半導体膜３１３は、アルミニウム、シリコン、チタン、ガリウム、ゲル
マニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウム又はハフニウムを酸
化物半導体膜３１２よりも高い原子数比で含む酸化物膜とすればよい。具体的には、酸化
物半導体膜３１３として、酸化物半導体膜３１２よりも前述の元素を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含む酸化物膜を用いる。前述
の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有
する。即ち、酸化物半導体膜３１３は酸化物半導体膜３１２よりも酸素欠損が生じにくい
酸化物膜である。

或いは、酸化物半導体膜３１２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、酸化物半導体膜３１３
もＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、酸化物半導体膜３１２をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ
_２：ｚ_２［原子数比］、酸化物半導体膜３１３をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_３：ｙ_３：ｚ_３［原
子数比］とすると、ｙ_３／ｘ_３がｙ_２／ｘ_２よりも大きくなる酸化物半導体膜３１２及び
酸化物半導体膜３１３を選択する。なお、元素ＭはＩｎよりも酸素との結合力が強い金属
元素であり、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ又はＨｆ等
が挙げられる。好ましくは、ｙ_３／ｘ_３がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上大きくなる酸化
物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。さらに好ましくは、ｙ_３／ｘ_３
がｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３
を選択する。より好ましくは、ｙ_３／ｘ_３がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きくなる酸化物
半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。このとき、酸化物半導体膜３１２
において、ｙ２がｘ２以上であるとトランジスタに安定した電気特性を付与できるため好
ましい。ただし、ｙ２がｘ２の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下
してしまうため、ｙ２はｘ２と同じか３倍未満であると好ましい。

酸化物半導体膜３１３の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５
０ｎｍ以下とする。

３層構造の半導体層１２０において、酸化物半導体膜３１１、酸化物半導体膜３１２及
び酸化物半導体膜３１３は、非晶質又は結晶質とする。酸化物半導体膜３１１は非晶質と
し、酸化物半導体膜３１２は結晶質とし、酸化物半導体膜３１３は非晶質又は結晶質とす
ることが好ましい。チャネルが形成される酸化物半導体膜３１２が結晶質であることによ
り、トランジスタに安定した電気特性を付与することができる。

＜酸化物半導体膜の形成方法＞
以下、酸化物半導体膜３１１〜３１３として、スパッタリング法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ酸化物膜を形成する方法の一例を示す。

酸化物半導体膜３１１、及び酸化物半導体膜３１３の成膜には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化
物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］）であるスパッタリング用ターゲットを
用いることができる。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ
、酸素ガスを１５ｓｃｃｍ用い、圧力０．４Ｐａとし、基板温度を２００℃とし、ＤＣ電
力０．５ｋＷとすればよい。

また、酸化物半導体膜３１２をＣＡＡＣ−ＯＳ膜として形成する。そのため、成膜には
、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］）であり、多結
晶Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを用いることが好ましい。
成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１５ｓｃ
ｃｍ用い、圧力を０．４Ｐａとし、基板の温度３００℃とし、ＤＣ電力０．５ｋＷとする
ことができる。

以上のようにして形成された半導体層１２０を有するトランジスタは、酸化物半導体膜
３１２にチャネルが形成されることにより、安定した電気特性を有し、高い電界移動度を
有する。

水等の不純物の侵入により、酸化物半導体を用いたトランジスタは、しきい値電圧が変
動する等、信頼性が低下する。そこで、実施の形態１で述べたように、回路基板１００の
作製工程において、連続成膜や、脱水素化のための加熱処理等酸化物半導体の不純物の除
去（高純度化処理）を行うことが好ましい。

高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流が低いことは、様々な実
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Ｌ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であった。こ
の測定結果は、トランジスタのオフ電流が１×１０^−１３Ａ以下であることを示している
。この場合、トランジスタのチャネル幅で除した数値に相当するオフ電流は、１００ｚＡ
／μｍ以下であることになる。

また、容量とトランジスタとを接続して、容量に流入又は容量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、上記ト
ランジスタに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、容量の単位時間
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
に低いオフ電流が得られることが分かった。このように、高純度化された酸化物半導体を
用いることで、トランジスタのオフ電流を著しく小さくすることが可能である。

従って、画素３１のトランジスタ３５は、半導体層に酸化物半導体を用いることにより
、オフ電流が極めて低いという電気的特性を備えている。オフ電流が極めて低いトランジ
スタを画素３１のスイッチング素子として用いることで、画素電極１１６に書き込んだデ
ータ信号に対応する電位のオフ電流に起因する変動を小さくすることができる。

そのため、画素のスイッチング素子にシリコンが用いられたトランジスタを用いた画素
よりも、画素３１において、画素電極１１６、絶縁膜１３６及び共通電極１１５で構成さ
れる容量Ｃ１の容量値を小さくすることができる（図４、及び図１０Ａ参照）。容量Ｃ１
の容量値は、共通電極１１５と画素電極１１６との重なる面積が大きいほど、大きくでき
るが、容量Ｃ１の容量値を小さくすることで、共通電極１１５と画素電極１１６が重なる
領域の面積を小さくすることができるため、画素３１の透過率を向上させることができる
。透過率の向上により、バックライトの輝度を下げられるため、液晶表示装置全体の消費
電力を削減することができる。

また、画素電極１１６に書き込んだデータ信号の電位の変動を抑えることができるため
、静止画のように動きの無い画像を表示する期間は、画素３１のデータの書換えを１フレ
ーム毎に行うのではなく、２フレーム期間以上データ書換えを行わないようにすることが
可能である。このような液晶表示装置の駆動方法の詳細を実施の形態４で説明する。書換
え回数を減らすことで、書換えによる電力消費を削減することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態３）
図１の液晶パネル１０にタッチセンサ（接触検出装置）を設けることで、タッチパネル
として機能させることができる。

本実施の形態では、図１２乃至図１４Ｂを用いて、タッチパネルについて説明する。

図１２は、液晶パネル１０が用いられたタッチパネル４００の構成例を示す断面図であ
る。図１３は、タッチパネル４００の共通電極４２１、及び電極４２２の構成例を示す平
面図である。図１４Ａは、図１３の切断線Ｃ１−Ｃ２による断面図であり、図１４Ｂは、
図１３の領域２４０における平面図である。

タッチパネル４００は、タッチセンサとして静電容量式のセンサを備えている。基板１
００の外側に偏光板４１１が取り付けられ、基板２００の外側に偏光板４１２が取り付け
られている。

基板１００の共通電極４２１は、画素の共通電極及びタッチセンサの容量素子の電極を
構成する。基板２００と、偏光板４１２の間には、電極４２２が設けられている。電極４
２２はタッチセンサの容量素子の電極を構成する。また、液晶パネル１０はＦＦＳモード
の画素構造のため、基板２００側に導電膜が形成されていないので、基板２００の帯電防
止用の導電体として電極４２２が機能する。

共通電極４２１及び電極４２２はストライプ状の形状を有し、共通電極４２１と電極４
２２は平面において直交するように配置されている。各共通電極４２１は、引き回し配線
４３１により、基板１００に取り付けられたＦＰＣ４６１に接続され、電極４２２は、引
き回し配線４３２により基板２００に取り付けられたＦＰＣ４６２に接続されている。ま
た、図１４Ａに示すように、共通電極４２１は、複数の画素に共通に設けられており、画
素電極１１６は画素ごとに設けられており、トランジスタ３５に接続されている。

共通電極４２１と電極４２２が交差している領域にタッチセンサの静電容量が形成され
る。共通電極４２１と電極４２２を一対の電極とする容量素子において、共通電極４２１
はこの容量素子に電位を供給するための電極である。他方、電極４２２は、容量素子を流
れる電流を取り出すための電極である。

タッチパネル４００の動作は、画素に映像信号を入力する表示動作と、接触を検出する
センシング動作に大別できる。表示動作時は、共通電極４２１の電位はローレベルに固定
されている。センシング期間には、各共通電極４２１にパルス信号が順次印加され、その
電位がハイレベルとされる。このとき、指がタッチパネル４００に接触していると、指に
よる容量がタッチセンサの容量素子に付加されるため、容量素子を流れる電流が変化し、
電極４２２の電位が変化する。電極４２２を順次走査して、電極４２２の電位の変化を検
出することで、指の接触位置が検出される。

上述したように、液晶パネル１０でタッチパネルを構成することで、タッチパネル４０
０の静電容量を構成する電極として、ＦＦＳモードの液晶パネル１０に元々設けられてい
た帯電防止用の導電体と、画素の共通電極を用いることができるため、軽量、薄型で、か
つ高表示品位のタッチパネルを提供することが可能である。

なお、ここでは、共通電極４２１が画素電極１１６の下側（基板１００側）に設けられ
ている例を示したが、共通電極４２１を画素電極１１６の上側に設けることもできる。

なお、液晶パネルを用いたタッチパネルの構造は、本実施の形態で示したタッチパネル
４００以外の構造を用いてもよい。例えば、静電容量を形成しタッチパネル基板を液晶パ
ネル１０の基板２００側に取り付ける外付け方式のタッチパネルとすることもできる。ま
た、液晶パネル１０の基板２００の外側に取り付ける帯電防止用の導電膜を用いて、表面
容量（ｓｕｒｆａｃｅ ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ）型のタッチセンサを構成することもでき
る。以下、図１５Ａ乃至図１８を用いて、外付け型のタッチパネルに適用されるタッチセ
ンサの構成例を説明する。

図１５Ａは、タッチセンサの構成例を示す分解斜視図であり、図１５Ｂは、タッチセン
サの電極の構成例を示す平面図である。図１６は、タッチセンサ４５０の構成例を示す断
面図である。

図１５Ａ及び図１５Ｂに示すタッチセンサ４５０は、基板４９１上に、Ｘ軸方向に配列
された複数の電極４５１と、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向に配列された複数の電極４５２
とが形成されている。

各電極４５１、４５２は、複数の四辺形状の導電膜が接続された構造を有している。複
数の電極４５１及び複数の電極４５２は、導電膜の四辺形状の部分の位置が重ならないよ
うに、配置されている。電極４５１と電極４５２の交差する部分には、電極４５１と電極
４５２が接触しないように間に絶縁膜が設けられている。

図１６は、電極４５１と電極４５２との接続構造の一例を説明する断面図であり、電極
４５１と４５２が交差する部分の断面図を一例として示す。また、図１７は、電極４５１
と電極４５２との交差部分の等価回路図である。図１７に示すように、電極４５１と電極
４５２の交差する部分には、容量４５４が形成される。

図１６に示すように、電極４５１は、１層目の導電膜４５１ａおよび導電膜４５１ｂ、
ならびに、絶縁膜４８１上の２層目の導電膜４５１ｃにより構成される。導電膜４５１ａ
と導電膜４５１ｂは、導電膜４５１ｃにより接続されている。電極４５２は、１層目の導
電膜４５１ａ、４５１ｂと同じ膜により形成される。電極４５１、４５２及び４７１を覆
って絶縁膜４８２が形成されている。絶縁膜４８１、４８２として、例えば、酸化窒化シ
リコン膜を形成すればよい。なお、基板４９１と電極４５１及び電極４７１の間に絶縁膜
でなる下地膜を形成してもよい。下地膜としては、例えば、酸化窒化シリコン膜を形成す
ることができる。

電極４５１と電極４５２は、可視光に対して透光性を有する導電材料で形成される。例
えば、透光性を有する導電材料として、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ、酸化インジ
ウムスズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛等がある。

導電膜４５１ａは、電極４７１に接続されている。電極４７１は、ＦＰＣとの接続用端
子を構成する。電極４５２も、電極４５１と同様、他の電極４７１に接続される。電極４
７１は、例えば、タングステン膜から形成することができる。

電極４５１、４５２及び４７１を覆って絶縁膜４８２が形成されている。
電極４７１とＦＰＣとを電気的に接続するために、電極４７１上の絶縁膜４８１及び絶縁
膜４８２には開口が形成されている。絶縁膜４８２上には、基板４９２が接着剤又は接着
フィルム等により貼り付けられている。接着剤又は接着フィルムにより基板４９１側を液
晶パネルのカラーフィルタ基板に取り付けることで、タッチパネルが構成される。

図１８は、実際にＣＡＤを用いて設計したタッチセンサ４５０のマスク用図面（レイア
ウト図）である。図１８のタッチセンサ４５０は図１１の液晶パネルに搭載用に設計され
たものであり、センサ数は１８×１２＝２１６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て実施することが可能である。

（実施の形態４）
本実施の形態では、液晶表示装置の消費電力低減のための駆動方法について説明する。
本実施の形態の駆動方法により、画素に酸化物半導体トランジスタを適用した液晶表示装
置の更なる低消費電力化を図ることができる。以下、図１９乃至図２０を用いて、液晶表
示装置の低消費電力化について説明する。

図１９は、本実施の形態の液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。図１９に示
すように、液晶表示装置５００は、表示モジュールとして液晶パネル５０１を有し、更に
、制御回路５１０を有する。液晶パネル５０１は、図１の液晶パネル１０に対応する。

液晶表示装置５００には、デジタルデータである画像信号（Ｖｉｄｅｏ）、及び液晶パ
ネル５０１の画面の書き換えを制御するための同期信号（ＳＹＮＣ）が入力される。同期
信号としては、例えば水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、及び
基準クロック信号（ＣＬＫ）等がある。

液晶パネル５０１は、表示部５３０、走査線駆動回路５４０、及びデータ線駆動回路５
５０を有する。表示部５３０は、図１の表示部３０に対応し、複数の画素３１を有する。
同じ行の画素３１は、共通の走査線５４１により走査線駆動回路５４０に接続され、同じ
列の画素３１は共通のデータ線５５１によりデータ線駆動回路５５０に接続されている。

液晶パネル５０１には、コモン電圧（Ｖｃｏｍ）、並びに電源電圧として高電源電圧（
ＶＤＤ）及び低電源電圧（ＶＳＳ）が供給される。コモン電圧（以下、Ｖｃｏｍと呼ぶ。
）は、表示部５３０の各画素３１に供給される。

データ線駆動回路５５０は、入力された画像信号を処理し、データ信号を生成し、デー
タ線５５１にデータ信号を出力する。走査線駆動回路５４０は、データ信号が書き込まれ
る画素３１を選択する走査信号を走査線５４１に出力する。

画素３１は、走査信号により、データ線５５１との電気的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、データ線５５１から画素３１にデー
タ信号が書き込まれる。

画素３１は、図１０Ｂの画素３１と同様の構成を有する。Ｖｃｏｍが印加される電極が
共通電極１１５に相当する。

制御回路５１０は、液晶表示装置５００全体を制御する回路であり、液晶表示装置５０
０を構成する回路の制御信号を生成する回路を備える。

制御回路５１０は、同期信号（ＳＹＮＣ）から、走査線駆動回路５４０及びデータ線駆
動回路５５０の制御信号を生成する制御信号生成回路を有する。走査線駆動回路５４０の
制御信号として、スタートパルス（ＧＳＰ）、クロック信号（ＧＣＬＫ）等があり、デー
タ線駆動回路５５０の制御信号として、スタートパルス（ＳＳＰ）、クロック信号（ＳＣ
ＬＫ）等がある。例えば、制御回路５１０は、クロック信号（ＧＣＬＫ、ＳＣＬＫ）とし
て、周期が同じで位相がシフトされた複数のクロック信号を生成する。

また、制御回路５１０は、液晶表示装置５００外部から入力される画像信号（Ｖｉｄｅ
ｏ）のデータ線駆動回路５５０への出力を制御する。

データ線駆動回路５５０は、デジタル／アナログ変換回路５５２（以下、Ｄ−Ａ変換回
路５５２と呼ぶ。）を有する。Ｄ−Ａ変換回路５５２は、画像信号をアナログ変換し、デ
ータ信号を生成する。

なお、液晶表示装置５００に入力される画像信号がアナログ信号である場合は、制御回
路５１０でデジタル信号に変換し、液晶パネル５０１へ出力する。

画像信号は、フレーム毎の画像データでなる。制御回路５１０は、画像信号を画像処理
し、その処理で得られた情報を元に、データ線駆動回路５５０への画像信号の出力を制御
する機能を有する。そのため、制御回路５１０は、画像信号を画像処理して、フレーム毎
の画像データから動きを検出する動き検出部５１１を備える。動き検出部５１１おいて、
動きが無いと判定されると、制御回路５１０はデータ線駆動回路５５０への画像信号の出
力を停止し、また動きが有ると判定すると画像信号の出力を再開する。

動き検出部５１１で行う動き検出のための画像処理としては、特段の制約は無い。例え
ば、動き検出方法としては、例えば、連続する２つフレーム間の画像データから差分デー
タを得る方法がある。得られた差分データから動きの有無を判断することができる。また
、動きベクトルを検出する方法等もある。

また、液晶表示装置５００は、入力された画像信号を補正する画像信号補正回路を設け
ることができる。例えば、画像信号の諧調に対応する電圧よりも高い電圧が画素３１に書
き込まれるように、画像信号を補正する。このような補正を行うことで液晶素子３６の応
答時間を短くすることができる。このように画像信号を補正処理して制御回路５１０を駆
動する方法は、オーバードライブ駆動と呼ばれている。また、画像信号のフレーム周波数
の整数倍で液晶表示装置５００を駆動する倍速駆動を行う場合には、制御回路５１０で２
つのフレーム間を補間する画像データを作成する、或いは２つのフレーム間で黒表示を行
うための画像データを生成すればよい。

以下、図２０に示すタイミングチャートを用いて、動画像のように動きのある画像と、
静止画のように動きの無い画像を表示するための液晶表示装置５００の動作を説明する。
図２０には、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、及びデータ線駆動回路５５０からデータ線５
５１に出力されるデータ信号（Ｖｄａｔａ）の信号波形を示す。

図２０は、３ｍフレーム期間の液晶表示装置５００のタイミングチャートである。ここ
では、始めのｋフレーム期間及び終わりのｊフレーム期間の画像データには動きがあり、
その他のフレーム期間の画像データには動きが無いとする。なお、ｋ、ｊはそれぞれ１以
上ｍ−２以下の整数である。

最初のｋフレーム期間は、動き検出部５１１において、各フレームの画像データに動き
があると判定される。制御回路５１０では、動き検出部５１１の判定結果に基づき、デー
タ信号（Ｖｄａｔａ）をデータ線５５１に出力する。

そして、動き検出部５１１では、動き検出のための画像処理を行い、第ｋ＋１フレーム
の画像データに動きが無いと判定すると、制御回路５１０では、動き検出部５１１の判定
結果に基づき、第ｋ＋１フレーム期間に、データ線駆動回路５５０への画像信号（Ｖｉｄ
ｅｏ）の出力を停止する。よって、データ線駆動回路５５０からデータ線５５１へのデー
タ信号（Ｖｄａｔａ）の出力が停止される。さらに、表示部５３０のデータの書換えを停
止するため、走査線駆動回路５４０及びデータ線駆動回路５５０への制御信号（スタート
パルス信号、クロック信号等）の供給を停止する。そして、制御回路５１０では、動き検
出部５１１で、画像データに動きがあるとの判定結果が得られるまで、データ線駆動回路
５５０への画像信号の出力、走査線駆動回路５４０及びデータ線駆動回路５５０への制御
信号の出力を停止し、データの書換えを停止する。

なお、本明細書において、液晶パネルに信号を「供給しない」とは、当該信号を供給す
る配線へ回路を動作させるための所定の電圧とは異なる電圧を印加すること、又は当該配
線を電気的に浮遊状態にすることを指すこととする。

表示部５３０のデータの書換えを停止すると、液晶素子３６に同じ方向の電界が印加さ
れ続けることになり、液晶素子３６の液晶が劣化するおそれがある。このような問題が顕
在化する場合は、動き検出部５１１の判定結果に関わらず、所定のタイミングで、制御回
路５１０から走査線駆動回路５４０及びデータ線駆動回路５５０へ信号を供給し、極性を
反転させたデータ信号をデータ線５５１に書き込み、液晶素子３６に印加される電界の向
きを反転させるとよい。

なお、データ線５５１に入力されるデータ信号の極性はＶｃｏｍを基準に決定される。
その極性は、データ信号の電圧がＶｃｏｍ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。

具体的には、図２０に示すように、第ｍ＋１フレーム期間になると、制御回路５１０は
、走査線駆動回路５４０及びデータ線駆動回路５５０へ制御信号を出力し、データ線駆動
回路５５０へ画像信号Ｖｉｄｅｏを出力する。データ線駆動回路５５０は、第ｋフレーム
期間においてデータ線５５１に出力されたデータ信号（Ｖｄａｔａ）に対して極性が反転
したデータ信号（Ｖｄａｔａ）をデータ線５５１に出力する。よって、画像データに動き
が検出されない期間である第ｍ＋１フレーム期間、及び第２ｍ＋１フレーム期間に、極性
が反転されたデータ信号（Ｖｄａｔａ）がデータ線５５１に書き込まれる。画像データに
変化が無い期間は、表示部５３０のデータの書換えが間欠的に行われるため、書換えによ
る電力消費を削減しつつ、液晶素子３６の劣化を防止することができる。

そして、動き検出部５１１において、第２ｍ＋１フレーム以降の画像データに動きがあ
ると判定すると、制御回路５１０は、走査線駆動回路５４０及びデータ線駆動回路５５０
を制御し、表示部５３０のデータの書換えを行う。

以上述べたように、図２０の駆動方法によると、画像データ（Ｖｉｄｅｏ）の動きの有
無に関わらず、データ信号（Ｖｄａｔａ）は、ｍフレーム期間毎に極性が反転される。他
方、表示部５３０のデータの書換えについては、動きを含む画像の表示期間は、１フレー
ム毎に表示部５３０が書き換えられ、動きがない画像の表示期間は、ｍフレーム毎に表示
部５３０が書き換えられることになる。その結果、データの書換えに伴う電力消費を削減
することができる。よって、駆動周波数及び画素数の増加による電力消費の増加の抑える
ことができる。

上述したように、液晶表示装置５００では、動画を表示するモードと、静止画を表示す
るモードで、液晶表示装置の駆動方法を異ならせることで、液晶の劣化を抑制して表示品
位を維持しつつ、省電力な液晶表示装置を提供することが可能になる。

また、静止画を表示する場合、１フレーム毎に画素のデータを書換えると、人の目はデ
ータの書換えをちらつきとして感じることがあり、それが疲れ目の原因となる。本実施の
形態の液晶表示装置は、静止画の表示期間ではデータの書換え頻度が少ないので、疲れ目
の軽減に有効である。

従って、結晶部を有する酸化物半導体でバックプレーンを形成した液晶パネルを用いる
ことで、携帯用電子機器に非常に適した、高精細、低消費電力の中小型表示液晶表示装置
を提供することが可能である。

なお、液晶の劣化を防ぐため、データ信号の極性反転の間隔（ここでは、ｍフレーム期
間）は２秒以下とし、好ましくは１秒以下とするとよい。

また、画像データの動き検出を制御回路５１０の動き検出部５１１で行ったが、動き検
出は動き検出部５１１のみで行う必要は無い。動きの有無のデータを液晶表示装置５００
の外部から制御回路５１０へ入力するようにしてもよい。

また、画像データに動きが無いと判定する条件は連続する２つのフレーム間の画像デー
タによるものではなく、判定に必要なフレーム数は、液晶表示装置５００の使用形態によ
り、適宜決定することができる。例えば、連続するｍフレームの画像データに動きが無い
場合に、表示部５３０のデータの書換えを停止させてもよい。

（実施の形態５）
上述したように、結晶部を有する酸化物半導体でバックプレーンを形成した液晶パネル
を用いることで、高精細、低消費電力の液晶表示装置を提供することが可能である。つま
り、このような液晶表示装置は、携帯情報端末や携帯型ゲーム機等の、電力の供給を常時
受けることが困難な携帯用電子機器の中小型の液晶表示装置に求められる要求を満たすも
のである。

例えば、液晶表示装置を表示部に備えた電子機器としては、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 Ｖｅｒ
ｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ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、カメラ（ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等）、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）、自動販売機等が挙げられる。これら電子機
器の具体例を図２１Ａ乃至図２１Ｆに示す。

図２１Ａ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、操作キー７０７、及びスタイラス
７０８等を有する。表示部７０３又は表示部７０４に、実施の形態２のタッチパネル４０
０が適用されている。また、表示部７０３又は表示部７０４を、タッチセンサ４５０及び
液晶パネルを備えたタッチパネルで構成することもできる。

図２１Ｂに示すビデオカメラ７１０は、筐体７１１、筐体７１２、表示部７１３、操作
キー７１４、レンズ７１５、及び接続部７１６等を有する。操作キー７１４及びレンズ７
１５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により変更が可能となっている。表示部７１３にお
ける映像の切り替えを、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に液晶パネル１０やタッチパネル４００を用い
ることができる。また、表示部７１３を、タッチセンサ４５０及び液晶パネルを備えたタ
ッチパネルで構成することもできる。

図２１Ｃに示す携帯情報端末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。

図２１Ｄに示す携帯情報端末７３０は、筐体７３１、筐体７３２、表示部７３３、表示
部７３４、接続部７３５、及び操作キー７３６等を有する。表示部７３３及び表示部７３
４に液晶パネル１０及びタッチパネル４００を用いることができる。また、表示部７３３
、７３４を、タッチセンサ４５０及び液晶パネルを備えたタッチパネルで構成することも
できる。

表示部７３３は筐体７３１に設けられており、表示部７３４は筐体７３２に設けられて
いる。そして、筐体７３１と筐体７３２とは、接続部７３５により接続されており、筐体
７３１と筐体７３２の間の角度は、接続部７３５により変更が可能となっている。表示部
７３３における映像を、接続部７３５における筐体７３１と筐体７３２との間の角度に従
って、切り替える構成としても良い。

表示部７３３及び表示部７３４には、液晶パネル１０及びタッチパネル４００を用いる
ことができる。表示部７３３及び表示部７３４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タッチパネル４００、又はタッチセンサ４５０及び液晶パネルを備え
たタッチパネルを用いることが好ましい。

図２１Ｅに示すスマートフォン７４０は、筐体７４１、ボタン７４２、マイクロフォン
７４３、表示部７４４、スピーカ７４５、及びカメラ用レンズ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はタッチパネル４００、またはタッチセンサ４５０及び液晶パネルを備えた
タッチパネルで構成されており、指などによるスマートフォン７４０の操作が可能である
。表示部７４４は、使用形態に応じて表示の方向が変化する。

図２１Ｆに示すノート型パーソナルコンピュータ７５０は、筐体７５１、表示部７５２
、キーボード７５３、及びポインティングデバイス７５４等を有する。表示部７５２には
、液晶パネル１０が用いられる。また、表示部７５２にタッチパネル４００、並びにタッ
チセンサ４５０及び液晶パネルを備えたタッチパネルを用いることもできる。

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できる。

実施の形態１にて説明したセル工程における乾燥処理と雰囲気制御の効果について説明
する。この効果を確かめるため、液晶パネルに用いられる回路基板からの水分の放出量を
、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｓｃｏｐｙ）を用いて調べたので、その結果について述べる。

＜ＴＤＳ測定＞
まず、ＴＤＳに用いた７つの回路基板Ａ乃至Ｇについて説明する。

回路基板Ａ乃至Ｄは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された回路基板であ
る。回路基板Ａ乃至Ｄには、トランジスタと画素電極の間に、アクリル樹脂を含む厚さ３
μｍの有機樹脂膜が形成されている。回路基板Ａには、配向膜が形成された後、加熱処理
が行われなかった。回路基板Ｂには、配向膜が形成された後、約１×１０^−５Ｐａの減圧
雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理が行われた。回路基板Ｃには、配向膜が形成され
た後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理が行われた。回路基板Ｄには、配向膜
が形成された後、約１×１０^−５Ｐａの減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行
い、次いで大気雰囲気下に１０分間さらす処理が行われた。

また、回路基板Ｅ乃至Ｇは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された回路基
板である。回路基板Ｅ乃至Ｇには、トランジスタと画素電極の間にはアクリル樹脂を含む
有機樹脂膜を設けておらず、トランジスタを覆う無機絶縁膜上に、画素電極が設けられて
いる。回路基板Ｅには、配向膜が形成された後、加熱処理が行われなかった。回路基板に
Ｆは、配向膜が形成された後、約１×１０^−５の減圧雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱
処理が行われた。回路基板Ｇには、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で１５０℃、６
時間の加熱処理が行われた。

ＴＤＳでは、６０℃から２３０℃まで、一分間に２０℃の速さで基板の温度を上昇させ
て、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の脱離量の測定を行った。なお、質量電
荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子は、大部分が水で構成されていると予想される。ま
た、回路基板が載置された測定室における、測定開始時の気圧は、１．２×１０^−７Ｐａ
とした。

図２２に、回路基板Ａ乃至ＤのＴＤＳ測定結果し、図２３に、回路基板Ｅ乃至ＧのＴＤ
Ｓ測定結果し、を示す。図２２、図２３には、加熱温度に対する質量電荷比（ｍ／ｚ）が
１８である気体分子の強度の変化を示す。

図２２に示すように、加熱処理を行わなかった回路基板Ａでは、基板温度が９０℃の付
近で、水の分離を示す大きなピークが見られた。一方、減圧雰囲気下で加熱処理を行った
回路基板Ｂでは、回路基板Ａと異なり、基板温度が９０℃の付近に、水の分離を示すピー
クは見られなかった。

また、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂと、大気雰囲気下で加熱処理を行っ
た回路基板Ｃとを比較すると、基板温度が１６０℃以下の範囲では、回路基板Ｂの方が、
水の分離を示す強度が高かった。よって、減圧雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂの
方が、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃよりも、回路基板が有する各種膜に含
まれる水の量が、少ないことが推察された。

また、減圧雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらした回路基板Ｄは、基
板温度が８０℃の付近に水の分離を示すピークが見られた。よって、減圧雰囲気下で加熱
処理を行った回路基板Ｂと、減圧雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらし
た回路基板Ｄとを比較すると、回路基板Ｄの方が、回路基板が有する各膜に含まれる水の
量が多いことが推察された。

図２２の有機樹脂膜を有する回路基板Ａの水の分離を示す強度と、図２３の有機樹脂膜
を有さない回路基板Ｅの水の分離を示す強度とを比較すると、全ての温度範囲において回
路基板Ａの水の分離を示す強度が高いことが分かった。よって、配向膜が形成された後、
加熱処理が行われなかった回路基板Ａ及び回路基板Ｅでは、有機樹脂膜を有する回路基板
Ａの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によ
ってもたらされたと考えられる。

また、図２２の有機樹脂膜を有する回路基板Ｃと、図２３の有機樹脂膜を有さない回路
基板Ｆを比較すると、全ての温度範囲において回路基板Ｃの水の分離を示す強度が高いこ
とが分かった。よって、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で加熱処理が行われた回路
基板Ｃ及び回路基板Ｇでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ｃの方が水の脱離量が多く、そ
の水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる
。

また、図２２の有機樹脂膜を有する回路基板Ｂと、図２３の有機樹脂膜を有さない回路
基板Ｆを比較すると、１００℃以下の温度範囲においては強度に有為な差が見られず、１
００℃を超えると回路基板Ｂの強度が高くなったことが分かった。よって、配向膜が形成
された後、減圧雰囲気下で加熱処理が行われた回路基板Ａ及び回路基板Ｅでは、有機樹脂
膜を有する回路基板Ａの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に
含まれていた水によってもたらされたと考えられる。ただし、減圧雰囲気下で加熱処理が
行われた回路基板Ｂ及び回路基板Ｆでは、その水の脱離量の差が、回路基板Ａ及び回路基
板Ｅの場合や、回路基板Ｃ及び回路基板Ｇの場合に比べて小さかった。よって、有機樹脂
膜に含まれていた水は、加熱処理を行わなかった場合や、大気雰囲気下で加熱処理が行わ
れた場合に比べて、減圧雰囲気下での加熱処理により、より効率的に脱離されたと考えら
れる。

上述したＴＤＳの結果から、減圧雰囲気下にて１６０℃で加熱処理した後、大気開放せ
ずに（例えば、雰囲気を窒素雰囲気にして）液晶層を基板間に封止することで得られる、
本発明の一態様に係る液晶パネルは、有機樹脂膜中に含まれる水の量が少ないことが分か
った。

＜駆動回路の性能の変化（動作マージン幅）＞
次いで、液晶パネルが有する走査線駆動回路の、動作マージン幅の時間変化について述
べる。動作マージン幅の時間変化について調べた液晶パネルＨ及びＩは、ＴＤＳに用いた
回路基板Ａ乃至Ｄと同様に、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された液晶パネ
ルである。そして、液晶パネルＨ及びＩは、走査線駆動回路が画素と同じ基板に形成され
ており、走査線駆動回路が有するトランジスタ上には、アクリル樹脂を含む厚さ３μｍの
有機樹脂膜が形成されている。

そして、液晶パネルＨでは、配向膜が形成された後、約１０^−４Ｐａの減圧雰囲気下で
１６０℃、１時間の加熱処理が行われた。その後、窒素雰囲気下でシール材を対向基板上
に描画し、液晶材料をシール材に囲まれた領域に滴下し、次いで、減圧雰囲気下で回路基
板と対向基板とを貼り合わせることで、２枚の基板間に液晶層が封止された液晶パネルＨ
が作製された。

また、液晶パネルＩでは、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の
加熱処理が行われた。その後、大気雰囲気下でシール材を対向基板上に描画し、液晶材料
をシール材に囲まれた領域に滴下し、次いで、減圧雰囲気下で回路基板と対向基板とを貼
り合わせることで、基板間に液晶層が封止された液晶パネルＩが作製された。

上記液晶パネルＨ及びＩがそれぞれ有する走査線駆動回路の動作マージン幅（Ｖ）は、
走査線駆動回路のシフトレジスタが有する９５９段の順序回路に、スタートパルス信号及
びクロック信号を入力し、それにより最終段の順序回路から出力された信号の波形を、オ
シロスコープで観察することで調べた。

スタートパルス信号は、６０Ｈｚの周波数にて、６８．３μｓｅｃ幅のパルスが連続し
て出現する信号を用いた。また、クロック信号とスタートパルス信号は、その低電圧ＧＶ
ＳＳを−１４Ｖとした。そして、クロック信号とスタートパルス信号の高電圧ＧＶＤＤを
＋１４Ｖから徐々に低くしていったときに、最終段の順序回路から出力される信号の波形
に乱れが生じた高電圧ＧＶＤＤの値を動作不良電圧とし、最も高い高電圧ＧＶＤＤである
＋１４Ｖと、動作不良電圧との差を、動作マージン幅と定義した。

液晶パネルＨが有する走査線駆動回路の、動作時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン
幅（Ｖ）の変化を、図２４に示す。また、液晶パネルＩが有する走査線駆動回路の、動作
時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン幅（Ｖ）の変化を、図２５に示す。

図２４と図２５から、動作開始時には液晶パネルＨ及びＩは動作マージン幅が約２２Ｖ
で同じであったが、２２０時間後では液晶パネルＨの動作マージン幅が約１７Ｖ、液晶パ
ネルＩの動作マージン幅が約７Ｖとなったことが分かった。よって、液晶パネルＩの方が
液晶パネルＨよりも動作マージン幅が短時間で狭くなっており、このことから、液晶パネ
ルＨの方が、走査線駆動回路が有するトランジスタのしきい値電圧のシフト量が小さい事
が推察された。

１０ 液晶パネル
３０ 表示部
３１ 画素
３５ トランジスタ
３６ 液晶素子
４１ 走査線駆動回路
４２ 走査線駆動回路
４３ データ線駆動回路
４５ トランジスタ
６０ 端子部
６１ ＦＰＣ
６５ 異方性導電膜
１００ 基板
１１０ 走査線
１１１ データ線
１１２ 電極
１１５ 共通電極
１１６ 画素電極
１１７ 配線
１２０ 半導体層
１３１ 絶縁膜
１３２ 絶縁膜
１３３ 絶縁膜
１３４ 絶縁膜
１３５ 有機樹脂膜
１３６ 絶縁膜
１３７ 配向膜
１４０ 液晶層
１６１ 配線
１６２ 電極
１７１ 配線
１７２ 配線
１７３ 電極
２００ 基板
２１０ ブラックマトリクス
２１１ カラーフィルタ
２１２ オーバーコート
２１３ 配向膜
２１５ シール部材
２４０ 領域
２４１ スペーサ
３０１ 導電膜
３０２ 導電膜
３１１ 酸化物半導体膜
３１２ 酸化物半導体膜
３１３ 酸化物半導体膜
４００ タッチパネル
４１１ 偏光板
４１２ 偏光板
４２１ 共通電極
４２２ 電極
４３１ 引き回し配線
４３２ 引き回し配線
４５０ タッチセンサ
４５１ 電極
４５１ａ 導電膜
４５１ｂ 導電膜
４５１ｃ 導電膜
４５２ 電極
４５４ 容量
４６１ ＦＰＣ
４６２ ＦＰＣ
４７１ 電極
４８１ 絶縁膜
４８２ 絶縁膜
４９１ 基板
４９２ 基板
５００ 液晶表示装置
５０１ 液晶パネル
５１０ 制御回路
５１１ 検出部
５３０ 表示部
５４０ 走査線駆動回路
５４１ 走査線
５５０ データ線駆動回路
５５１ データ線
５５２ デジタル／アナログ変換回路
７００ 携帯型ゲーム機
７０１ 筐体
７０２ 筐体
７０３ 表示部
７０４ 表示部
７０５ マイクロフォン
７０６ スピーカ
７０７ 操作キー
７０８ スタイラス
７１０ ビデオカメラ
７１１ 筐体
７１２ 筐体
７１３ 表示部
７１４ 操作キー
７１５ レンズ
７１６ 接続部
７２０ 携帯情報端末
７２１ 筐体
７２２ 表示部
７２３ 操作ボタン
７２４ スピーカ
７３０ 携帯情報端末
７３１ 筐体
７３２ 筐体
７３３ 表示部
７３４ 表示部
７３５ 接続部
７３６ 操作キー
７４０ スマートフォン
７４１ 筐体
７４２ ボタン
７４３ マイクロフォン
７４４ 表示部
７４５ スピーカ
７４６ カメラ用レンズ
７５０ ノート型パーソナルコンピュータ
７５１ 筐体
７５２ 表示部
７５３ キーボード
７５４ ポインティングデバイス

Claims (2)

1. 第１の基板上に、第１の絶縁膜を形成し、
   前記第１の絶縁膜上方に、トランジスタのチャネル形成領域を含む半導体膜を形成し、
   前記半導体膜上方に、第２の絶縁膜を形成し、
   前記第２の絶縁膜上方に、第３の絶縁膜を形成し、
   前記第３の絶縁膜上方に、第１の配向膜を形成し、
   前記第１の配向膜の形成後に、減圧下で前記第１の基板を加熱し、
   第２の基板上方に、第２の配向膜を形成し、
   前記第２の配向膜の形成後に、減圧下で前記第２の基板を加熱し、
   前記第２の基板の加熱後に、前記第２の配向膜上に液晶材料を滴下し、
   前記液晶材料を間に挟んで、前記第１の基板と前記第２の基板とを対向させ、
   シール部材によって、前記第１の基板と、前記第２の基板との間に前記液晶材料を封止する液晶表示装置の作製方法であって、
   前記第２の絶縁膜は、有機樹脂を有し、
   前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜の側面と接する領域を有し、
   前記第１の絶縁膜と前記第３の絶縁膜は、前記トランジスタと前記シール部材との間の領域で接する領域を有する液晶表示装置の作製方法。
2. 第１の基板上に、第１の絶縁膜を形成し、
   前記第１の絶縁膜上方に、トランジスタのチャネル形成領域を含む半導体膜を形成し、
   前記半導体膜上方に、第２の絶縁膜を形成し、
   前記第２の絶縁膜上方に、第３の絶縁膜を形成し、
   前記第３の絶縁膜上方に、第１の配向膜を形成し、
   前記第１の配向膜の形成後に、減圧下で前記第１の基板を加熱し、
   第２の基板上方に、第２の配向膜を形成し、
   前記第２の配向膜の形成後に、減圧下で前記第２の基板を加熱し、
   前記第２の基板の加熱後に、前記第２の配向膜上に液晶材料を滴下し、
   前記液晶材料を間に挟んで、前記第１の基板と前記第２の基板とを対向させ、
   シール部材によって、前記第１の基板と、前記第２の基板との間に前記液晶材料を封止する液晶表示装置の作製方法であって、
   前記第２の絶縁膜は、有機樹脂を有し、
   前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜の側面と接する領域を有し、
   前記第１の絶縁膜と前記第３の絶縁膜は、前記トランジスタと前記シール部材との間の領域で接する領域を有し、
   前記シール部材は、前記第２の絶縁膜を介さずに前記第１の基板と重なる領域を有する液晶表示装置の作製方法。