JP2022060422A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチセンサを備えた新規な液晶表示装置（ＬＣＤ）を提供する。【解決手段】ＬＣＤは、対向している第１基板および第２基板、液晶層を有する。第１の基板には画素電極が設けられている。第２基板には、第１電極、第２電極および絶縁層が設けられている。画素電極は第１電極と液晶層を介して重なり、第２電極は第１電極と絶縁層を介して重なる。ＬＣＤは、第２電極の電位に対応する信号を生成できる機能を有する。このような形態により、ＬＣＤの薄型化、および軽量化を実現できる。【選択図】図２

Description

本発明の一形態は、液晶表示装置、およびそれを備える電子機器に関する。

本出願の明細書、図面、及び特許請求の範囲（以下、本明細書等と呼ぶ。）で開示する発
明の一形態は上記の技術分野に限定されない。本発明の一形態は物、方法、または製造方
法に関する。または、本発明の一形態はプロセス、マシン、マニュファクチャ、または組
成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一形態の技術分野の一例とし
て、半導体装置、表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置および記憶装置などの装置、
同装置の駆動方法、および、同装置の作製方法を挙げることができる。

情報端末の大画面化、軽量化、および利便性のため、キーボードに代わる入力手段として
、タッチセンサが搭載されている。このような情報端末としては、スマートフォン、ナビ
ゲーションシステム、タブレット型情報端末、電子書籍端末などある。これらの情報端末
では、表示部に重ねてタッチセンサを設けることから、情報端末が厚くなるという課題が
ある。

このような課題を解決するため、例えば、特許文献１では、画像表示のための駆動回路が
作製されている基板と、座標検出素子が作製されている基板を対向することで、薄型化さ
れた表示装置が提供できるとされている。

特開２００３－１９６０２３号公報

本発明の一形態の課題は、新規な半導体装置、新規な表示装置、新規な液晶表示装置（Ｌ
ＣＤ）、またはそれらの駆動方法等を提供することである。例えば、一形態の課題は、タ
ッチセンサを組み込んだ表示装置を薄型化すること、またはタッチセンサを組み込んだ表
示装置を軽量化することである。

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、列記した以外の課題が本明細書等の記載か
ら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、第１、第２基板、液晶層、画素電極、第１、第２電極、絶縁層、並び
に、センサ回路を有し、第１基板と第２基板は互いに対向し、液晶層は第１基板と第２基
板との間に設けられ、画素電極は第１基板に設けられ、第１、第２電極、および絶縁層は
第２基板に設けられ、センサ回路は第２基板に設けられ、画素電極と第１電極とは液晶層
を介して互いに重なる領域を有し、第２電極と第１電極とは絶縁層を介して互いに重なる
領域を有し、センサ回路は、第２電極の電位に対応する信号を生成することができる機能
を有する液晶表示装置である。

上記形態において、第１基板および前記第２基板を可撓性基板にすることができる。

本明細書等にて用いる「第１」、「第２」、「第３」という序数詞は、構成要素の混同を
避けるために付す場合があり、その場合は、数的に限定するものではない。

本明細書等において、半導体装置とは、半導体特性を利用した装置であり、半導体素子（
トランジスタ、ダイオード等）を含む回路、同回路を有する装置等をいう。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
チップは、半導体装置の一例である。また、記憶装置、表示装置、発光装置、照明装置及
び電子機器等は、それ自体が半導体装置であり、また半導体装置を有している場合がある
。

トランジスタは、ゲート、ソース、およびドレインと呼ばれる３つの端子を有する。ゲー
トは、トランジスタの導通状態を制御する制御端子として機能する。ゲート以外の一対の
端子はトランジスタの入出力端子として機能し、トランジスタの導電型及びトランジスタ
の３つ端子に与えられる電位によって、一方がソースとなり他方がドレインとなる。一般
的に、ｎ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。逆に、ｐ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。よって、
ゲートを除く２つの端子は、トランジスタの３つの端子に入力される電位によりその機能
が入れ替わる場合がある。したがって、本明細書等において、トランジスタのソースまた
はドレインとして機能する一対の端子の一方を第１端子と、他方を第２端子と呼ぶ場合が
ある。

本明細書では、回路構成やその動作の理解を容易にするため、トランジスタの２つの入出
力端子の一方をソースに、他方をドレインに限定して説明する場合がある。もちろん、駆
動方法によっては、トランジスタの３つの端子に印加される電位の大小関係が変化し、ソ
ースとドレインが入れ替わる場合がある。したがって、本発明の一形態において、トラン
ジスタのソースとドレインの区別は、明細書および図面での記載に限定されるものではな
い。

本発明の一形態により、新規な半導体装置を提供すること、新規な表示装置を提供するこ
と、新規なＬＣＤを提供すること、または新規なそれらの駆動方法を提供すること等が可
能になる。例えば、一形態により、タッチセンサを組み込んだＬＣＤを薄型化することが
可能に、またはタッチセンサを組み込んだＬＣＤを軽量化することが可能になる。

これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。また、本発明の一形態は
、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。また、本発明の一形態はこれらの
効果によって限定されるものではない。例えば、場合によって、または、状況に応じて、
本発明の一形態はこれらの効果以外の効果を有する場合もあり、あるいは、これらの効果
を有さない場合もある。本発明の一形態について、上記以外の課題、効果、および新規な
構成については、本明細書等の記載から自ずと明らかになるものである。

液晶表示装置（ＬＣＤ）の構成の一例を示すブロック図。 ＬＣパネルの構成の一例を示す断面図。 ＬＣＤの構成の一例を示す分解図。 ＬＣＤの回路構成の一例を示す回路図。Ａ：センサ回路および出力回路。Ｂ：画素回路。 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。 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。 ＬＣパネルの構成の一例を示す断面図。 Ａ、Ｂ：センサ回路のレイアウトの一例を示す模式図。 情報処理システムの構成の一例を示すブロック図。 Ａ－Ｆ：電子機器の一例を示す外観図。

以下に、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。

以下に、いくつかの実施の形態を示す。各実施の形態に記載された構成は他の実施の形態
と適宜組み合わせることが可能である。また、一の実施の形態に複数の構成例が示される
場合は、互いの構成例を適宜組み合わせることが可能である。

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、明細書においてその繰り返しの説明は省略する場合があ
る。また、本明細書において、例えば、クロック信号ＣＬＫを、単に信号ＣＬＫ、ＣＬＫ
等と省略して記載する場合がある。これは、他の構成要素（例えば、信号、電圧、電位、
回路、素子、電極、配線等）についても同様である。

（実施の形態１）
半導体装置の一例として、液晶表示装置（ＬＣＤ）について説明する。図１は、ＬＣＤの
模式的なブロック図である。

＜＜ＬＣＤの構成例＞＞
図１に示すように、ＬＣＤ１０は、画素部３１、ゲートドライバ回路３２、ソースドライ
バ回路３３、センサアレイ４１、スキャンドライバ回路４２、および出力回路４３を有す
る。画素部３１、ゲートドライバ回路３２およびソースドライバ回路３３を含む回路ブロ
ック３０は、表示部を構成する。センサアレイ４１、スキャンドライバ回路４２および出
力回路４３を含む回路ブロック４０は、タッチセンサを構成する。ゲートドライバ回路３
２およびソースドライバ回路３３を総称して周辺回路３４と呼び、スキャンドライバ回路
４２および出力回路４３を総称して周辺回路４４と呼ぶこととする。回路ブロック３０お
よび回路ブロック４０がモジュール化されて、ＬＣ（液晶）パネルが構成される。

＜表示部＞
画素部３１は複数の画素回路３５、複数の配線ＧＬおよび複数の配線ＳＬを有する。複数
の画素回路３５は、２次元のアレイ状に配置されている。複数の画素回路３５の配置に対
応して、配線ＧＬおよび配線ＳＬが設けられている。同じ行の画素回路３５は共通の配線
ＧＬに電気的に接続され、同じ列の画素回路３５は共通の配線ＳＬに電気的に接続されて
いる。複数の配線ＧＬはゲートドライバ回路３２に電気的に接続され、複数の配線ＳＬは
ソースドライバ回路３３に電気的に接続されている。回路ブロック３０の外部から入力さ
れる制御信号（例えば、ゲートスタートパルス信号、ゲートクロック信号）に従い、ゲー
トドライバ回路３２は信号を生成し、配線ＧＬに出力する。この信号は、データ信号が書
き込まれる画素回路３５を選択するための信号である。回路ブロック３０の外部から入力
される制御信号（例えば、ソーススタートパルス信号、ソースクロック信号）に従い、ソ
ースドライバ回路３３は画像信号を処理してデータ信号を生成し、配線ＳＬに出力する。

＜タッチセンサ＞
センサアレイ４１は複数のセンサ回路４５、複数の配線ＧＬＡおよび複数の配線ＭＬを有
する。センサ回路４５は静電容量方式のタッチセンサとして機能することができる。セン
サ回路４５は、容量素子、およびセンサ回路４５と配線ＭＬ間の導通状態を制御するスイ
ッチ素子を少なくとも有する。スイッチ素子はトランジスタで構成すればよい。複数のセ
ンサ回路４５は２次元のアレイ状に配置されている。センサ回路４５の配置に対応して配
線ＧＬＡおよび配線ＭＬが設けられている。同じ行のセンサ回路４５は共通の配線ＧＬＡ
に電気的に接続され、同じ列のセンサ回路４５は共通の配線ＭＬに電気的に接続されてい
る。スキャンドライバ回路４２は、センサ回路４５のスイッチ素子の導通状態を制御する
制御信号を生成する機能を有する。出力回路４３は、配線ＭＬの信号を増幅して、回路ブ
ロック４０の外部に出力する機能を有する。出力回路４３から出力される信号が、センサ
回路４５に指等が近接したか否かを検知した検知信号である。

図２はＬＣパネルのデバイス構造の一例を示す模式的な断面図である。図２に示すＬＣパ
ネル２０は、一対の基板６１、６２を有する。基板６１と基板６２は間隔を開けて互いに
対向されており、基板６１と基板６２の間には液晶層６３が設けられている。基板６１に
は画素部３１が形成されている。

図示されていないが、基板６１上には、画素部３１の作製工程と同一の工程で周辺回路３
４が形成されている。また、周辺回路３４の一部を画素部３１と同一の工程で基板６１形
成し、他の部分をＩＣチップに組み込み、これを基板６１に実装してもよい。また、ＩＣ
チップに周辺回路３４の全てを組み込んでもよい。基板６２には、センサアレイ４１が形
成されている。図示されていないが、周辺回路４４がセンサアレイ４１と同一の工程で基
板６２に形成されている。また、周辺回路４４の一部をセンサアレイ４１と同一の工程で
基板６２上に形成し、他の一部をＩＣチップに組み込み、これを基板６２に実装してもよ
い。また、ＩＣチップに周辺回路４４の全てを組みこんでもよい。ＩＣチップの実装方法
としては、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）法、ＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌ
ｍ）法、ワイヤボンディング法、およびＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎ
ｄｉｎｇ）法等がある。

画素部３１とセンサアレイ４１が重なるように基板６１と基板６２が対向される。図２の
例では、画素部３１は、基板６１上に形成される要素のみを画素部３１としているが、液
晶層６３と電極ＣＯＭも含めて画素部３１と呼ぶこともできる。

図２には、画素回路３５とセンサ回路４５の模式的な断面構造を示している。画素回路３
５は、トランジスタＭ６０および電極ＰＩＸを有する。トランジスタＭ６０のゲートは配
線ＧＬと電気的に接続され、第１端子は配線ＳＬと電気的に接続され、第２端子は電極Ｐ
ＩＸと電気的に接続されている。トランジスタＭ６０は絶縁層６４に覆われ、絶縁層６４
上に電極ＰＩＸが形成されている。センサ回路４５は、トランジスタＭ３と容量素子ＣＳ
１とを有する。電極ＥＣＳは電極ＣＯＭと重なる領域を有しており、容量素子ＣＳ１は、
電極ＥＣＳ、電極ＣＯＭおよび絶縁層６５とで構成される。電極ＥＣＳはセンサ回路４５
ごとに設けられている。他方、電極ＣＯＭは、センサアレイ４１のすべてのセンサ回路４
５に共通な１の導電膜で形成されている。電極ＰＩＸ、電極ＥＣＳおよび電極ＣＯＭは単
層構造または積層構造の導電体膜で形成される。絶縁層６４、６５は単層構造または積層
構造の絶縁膜で形成される。また、電極ＰＩＸは画素電極として機能し、電極ＰＩＸは電
極ＣＯＭと重なる領域を有しており、電極ＰＩＸ、電極ＣＯＭおよび液晶層６３により、
液晶素子６０が形成される。

１の電極ＥＣＳは、１または複数の電極ＰＩＸと重なる。例えば、画素部３１に、ｎ行×
ｍ列（ｎ、ｍは１以上の整数）の画素回路３５が設けられている場合、行方向にｋ個，列
方向にｊ個の画素回路３５に整合するように、１のセンサ回路４５が設けられる（ｋ、ｊ
は整数であり、１≦ｋ≦ｎ、１≦ｊ≦ｍ）。電極ＥＣＳのサイズは、容量素子ＣＳ１の静
電容量の大きさ等で決めることができる。

トランジスタＭ６０およびトランジスタＭ３のデバイス構造は図２の例に限定されない。
トランジスタＭ６０、Ｍ３は、ボトムゲート型、トップゲート型、またはゲート（フロン
トゲート）およびボトムゲートの双方を備えたデュアルゲート型でもよい。また、トラン
ジスタＭ６０、Ｍ３の半導体領域は、シリコンやゲルマニウムに代表される第４族元素を
含む半導体層で形成してもよいし、金属酸化物を含む酸化物半導体層で形成してもよい。
例えば、トランジスタＭ６０、Ｍ３の半導体領域は、多結晶構造または微結晶構造の結晶
性シリコン層、非晶質シリコン層、およびＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物層等で形成することが
できる。基板６１に形成されるトランジスタの半導体領域と、基板６２に形成されるトラ
ンジスタの半導体領域の半導体材料および／または結晶構造は、同じでもよいし、異なっ
ていてもよい。

電極ＰＩＸ、ＣＯＭ、ＥＣＳは、それぞれ、透光性を有する導電膜から形成される。透光
性導電膜の材料は金属酸化物が代表的であり、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等がある。これらの
材料からなる透光性導電膜は、スパッタリング法等で形成することができる。また、透光
性導電膜は、トランジスタの半導体領域に用いることが可能な酸化物半導体膜から形成す
ることもできる。酸化物半導体膜に水素等の不純物を添加することで、酸化物半導体膜の
抵抗値が下がり、透光性導電膜として用いることができる。

電極ＰＩＸを透光性導電膜で形成することで、ＬＣＤ１０を透過型とすることができ、電
極ＰＩＸを反射性導電膜で形成することで、ＬＣＤ１０を反射型とすることができる。ま
た電極ＰＩＸの一部を透光性導電膜で、他の部分を反射性導電膜で形成することで、ＬＣ
Ｄ１０を半透過型とすることができる。反射性導電膜としては、たとえば、アルミニウム
や銀などの金属膜がある。

図２において、液晶層６３の代わりに、２色の泳動微粒子と液体とを内包した多数のマイ
クロカプセル、または２色に塗り分けた多数の固体粒子（例えば、シリコンビーズ）を設
けることで、電子ペーパ表示装置の表示パネルを提供することが可能である。

図２に示すＬＣパネル２０では、画素回路３５の容量素子ＣＳ１の一の電極と液晶素子６
０の一の電極とが共通の導電膜（電極ＣＯＭ）で形成されている。また、センサアレイ４
１を支持している基板６２はＬＣパネル２０のいわゆる対向基板であり、センサアレイ４
１を組み込むために、ＬＣパネル２０に追加される支持基板がない。このようなデバイス
構造とすることで、タッチセンサを付加しても、ＬＣパネル２０の厚み、および重量の増
加を抑えることができる。つまり、本実施の形態により、タッチセンサ付きの薄くて軽い
ＬＣＤを提供することが可能になる。このことから、本実施の形態に係るＬＣＤは携帯型
情報端末の表示部に非常に好適である。本実施の形態に係るＬＣＤを表示部に適用するこ
とで、薄くて軽い情報端末を提供することが可能である。本実施の形態に係るＬＣＤは、
例えば、ウエアラブル型（眼鏡型、ブレスレット型、ペンダント型、指輪型、腕時計型等
）の情報端末の表示部に非常に適している。

ＬＣパネル２０におけるタッチ位置の検出方法を説明する。例えば、指６がＬＣパネル２
０の画面に近接すると、電極ＥＣＳに静電容量Ｃｆが結合する。電極ＥＣＳが電気的に浮
遊状態であれば、静電容量Ｃｆにより、電極ＥＣＳの電位が変化する。この電位の変化を
検出することで、指６が近接しているセンサ回路４５のアドレス（座標）を得ることがで
きる。センサ回路４５は、指６等の物体が接触あるいは近接することで発生する静電容量
Ｃｆを検出する機能を有し、電極ＥＣＳの電位に応じた信号を生成し、配線ＭＬに出力す
る機能を有する。

＜ＬＣＤの分解図＞
ＬＣＤ１０は、ＬＣパネル２０の他、電源回路、電源管理装置、制御回路、偏光板、およ
びバックライトユニット等を有している。図３は、ＬＣＤ１０の構成の一例を示す分解図
である。

図３に示すように、ＬＣＤ１０は、上部カバー８０、下部カバー８１、ＬＣパネル２０、
バックライトユニット８４、フレーム８６、プリント基板８７、バッテリー８８を有する
。上部カバー８０および下部カバー８１とでなるカバー内に、ＬＣパネル２０等が組み込
まれている。上部カバー８０及び下部カバー８１はＬＣパネル２０のサイズに合わせて、
形状や寸法を適宜変更することができる。

バックライトユニット８４は光源８５を有する。端部に光源８５を設けた光拡散板をバッ
クライトユニット８４として用いてもよい。また、バックライトユニット８４とＬＣパネ
ル２０との間に、波長変換部材を設けてもよい。波長変換部材は、蛍光顔料、蛍光染料、
量子ドット等の波長変換物質を含む。波長変換物質は、バックライトユニット８４の光を
吸収し、該光の一部または全部を別の波長の光に変換することができる。また、波長変換
物質である量子ドットは、直径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子である。量子ドットを
有する波長変換部材を用いることで、表示装置の色再現性を高めることができる。さらに
、波長変換部材は、導光板として機能させてもよい。

バックライトユニット８４は、表示パネルの構成により必要のない部品である。表示パネ
ルが、反射型ＬＣパネル場合や、電子ペーパの表示パネルである場合、バックライトユニ
ット８４は必要がない。フレーム８６はＬＣパネル２０の保護機能の他、プリント基板８
７の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。ま
た、フレーム８６は放熱板としての機能を有していてもよい。

プリント基板８７は、電源回路、制御回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するため
の信号処理回路、回路ブロック４０（タッチセンサ）から出力される信号を処理する信号
処理回路などを有する。電源回路に電力を供給する電源は外部の商用電源でもよいし、内
蔵されたバッテリー８８でもよい。商用電源を用いる場合は、バッテリー８８は設けなく
てもよい。ＬＣパネル２０には、ＦＰＣ８２およびＦＰＣ８３が電気的に接続されている
。ＦＰＣ８２を介して、基板６１上に作製されている回路ブロック３０に電源や信号が入
力される。ＦＰＣ８３を介して、基板６２上に作製されている回路ブロック４０に電源や
信号が入力される。回路ブロック４０から出力される信号は、ＦＰＣ８３を介してプリン
ト基板８７の信号処理回路に入力される。

基板６１、６２に適用可能な基板には、例えば、無アルカリガラス基板、バリウムホウケ
イ酸ガラス基板、アルミノホウケイ酸ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイ
ア基板、金属基板、ステンレス基板、プラスチック基板、ポリエチレンテレフタレート基
板、ポリイミド基板等がある。

基板６１、基板６２は、それぞれ、回路ブロック３０、４０を作製するために使用される
支持基板（ガラス基板など）と異なっていてもよい。例えば、回路ブロック３０、４０を
形成した後、それぞれ、支持基板を剥離して、接着層により可撓性基板を取り付けてもよ
い。この場合、可撓性基板が基板６１、６２に該当する。基板６１、６２を可撓性基板と
することで、曲げたり、折りたたんだりなど変形が可能なＬＣパネル２０を提供すること
ができる。

例えば、可撓性基板は、プラスチックフィルム基板、樹脂フィルム基板等がある。これら
フィルム基板は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（
ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、アクリル、ポリプロピレン、ポリエステ
ル、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラ
ミド、エポキシなどがある。また、基板６１、基板６２に厚さが５０μｍ以上５００μｍ
以下の薄いガラス基板などを用いることもできる。例えば、基板６１、６２にガラス基板
を用いた場合、基板６１、基板６２にそれぞれ回路を形成した後、基板６１、６２を上掲
の厚さになるように、研磨等により薄型化してもよい。

ＬＣパネル２０を変形可能なものとする場合、バックライトユニット８４も同様に変形可
能なものとすることが好ましい。例えば、このようなバックライトとしては、有機ＥＬ（
エレクトロルミネッセンス）素子を光源とし、可撓性基板に設けた面発光が可能な照明装
置が挙げられる。以下、図４－８を参照して、ＬＣＤのより具体的な回路構成およびデバ
イス構造について説明する。

＜＜回路の構成例＞＞
図４にＬＣパネル２０の回路構成の一例を示す。図４Ａにセンサ回路４５および出力回路
４６を示し、図４Ｂに画素回路３５を示す。

＜センサ回路＞
図４Ａに示すセンサ回路４５は、配線ＧＬＡ、配線ＧＬＢ、配線ＲＳＬ、配線ＰＬＩおよ
び配線ＭＬと電気的に接続されている。センサ回路４５は、トランジスタＭ１－Ｍ３およ
び容量素子ＣＳ１を有する。容量素子ＣＳ１の一対の電極は、電極ＥＣＳおよび電極ＣＯ
Ｍである。電極ＥＣＳはトランジスタＭ１のゲートに接続されている。トランジスタＭ１
の第１端子は配線ＰＬＩと、同第２端子はトランジスタＭ２の第１端子と電気的に接続さ
れている。トランジスタＭ２は、トランジスタＭ１の第２端子と配線ＭＬ間の導通状態を
制御するスイッチとして機能する。トランジスタＭ３は、電極ＥＣＳ（トランジスタＭ１
のゲート）と配線ＲＳＬ間の導通状態を制御するスイッチとして機能する。トランジスタ
Ｍ２、トランジスタＭ３の導通状態はそれぞれ信号ＧＳ２、信号ＧＳ３で制御される。配
線ＧＬＡ、ＧＬＢはスキャンドライバ回路４２と電気的に接続され、スキャンドライバ回
路４２は信号ＧＳ２、ＧＳ３を生成する。

トランジスタＭ１は、電極ＥＣＳの電位を電流信号に変換する機能を有する。配線ＰＬＩ
には、トランジスタＭ１の高電源電位となる電位ＶＰＩが供給される。トランジスタＭ２
は、トランジスタＭ１が生成した電流信号を配線ＭＬに出力させる選択トランジスタとし
て機能する。トランジスタＭ３は、電極ＥＣＳを一定電位にリセットする（あるいは電極
ＥＣＳをプリチャージする）機能を有する。トランジスタＭ３が導通状態になることで、
信号ＰＲＳが電極ＥＣＳに入力される。配線ＰＲＳおよび配線ＰＬＩには、それぞれ、回
路ブロック４０の外部から信号ＰＲＳ、および電位ＶＰＩが入力するようにすればよい。
または、信号ＰＲＳをスキャンドライバ回路４２で生成してもよい。この場合、配線ＲＳ
Ｌはスキャンドライバ回路４２と電気的に接続される。

図４Ａには、センサ回路は３つのトランジスタと１つの容量素子で形成されている３Ｔ１
Ｃ型の回路の例を示したが、センサ回路４５はこれに限定されない。例えば、トランジス
タＭ３を除いた２Ｔ１Ｃ型の回路とすることができる、また、一般的なＤＲＡＭのメモリ
セルのような１つのトランジスタと１つの容量素子で形成されている１Ｔ１Ｃ型とするこ
ともできる。また、センサ回路４５に３よりも多くのトランジスタを設けてもよいし、１
よりも多くの容量素子を設けてもよい。

＜出力回路＞
出力回路４６は、出力回路４３（図１）に含まれる回路であり、配線ＭＬにそれぞれ電気
的に接続されている。出力回路４６はトランジスタＭ４およびトランジスタＭ５を有する
。電位ＲＶＤＤ、電位ＲＶＳＳは、それぞれ、出力回路４６の高電源電位、および低電源
電位である。トランジスタＭ４のゲートには信号ＧＳ４が入力される。なお、信号ＧＳ４
はトランジスタＭ４を導通状態にする固定電位とすることができる。トランジスタＭ５の
第１端子は電位ＲＶＳＳが入力され、同第２端子は出力回路４６の出力端子と接続されて
いる。出力回路４６は、配線ＭＬに流れる電流Ｉｓｆを電位に変換し、且つこの電位を増
幅する機能を有する。

＜駆動方法例＞
センサ回路４５および出力回路４６の駆動方法の一例を説明する。

電極ＣＯＭは一定電位（Ｖｃｏｍ）に固定される。Ｖｃｏｍは画素回路３５の駆動に適切
な電位とすればよく、例えば、接地電位とする。まず電極ＥＣＳの電位をリセットする。
そのため、信号ＰＲＳを高電位ＶＨとし、トランジスタＭ３のみ導通状態にする。これに
より、電極ＥＣＳを高電位ＶＨとする。ＶＨはトランジスタＭ１を導通状態とすることが
できる電位である。トランジスタＭ３を非導通にして、電極ＥＣＳを電気的に浮遊状態に
することでリセット動作が完了する。この動作は電極ＥＣＳの電位をＶＨとするプリチャ
ージ動作と呼ぶこともできる。

次に、電極ＥＣＳに結合する静電容量の変化を検出するため、トランジスタＭ２を導通状
態にする。使用者がタッチ操作を行っている場合、電極ＥＣＳに結合している静電容量が
増加するため、電極ＥＣＳの電位はＶＨよりも低くなる。そのためトランジスタＭ１を流
れるドレイン電流Ｉｄ２が小さくなり、配線ＭＬを流れる電流Ｉｓｆも小さくなり、信号
ＲＯＵＴの電位が低下する。よって、出力回路４６の出力信号ＲＯＵＴの電位の大きさ、
あるいはその電位の変化を検出することで、電極ＥＣＳに結合している静電容量が変動し
たか否かを検知できる。

＜画素回路＞
図４Ｂに画素回路３５の一例を示す。図４Ｂに示す画素回路３５は、トランジスタＭ６０
、液晶素子６０および容量素子Ｃ６０を有する。電極ＰＩＸ、電極ＣＯＭは液晶素子６０
の一対の電極である。容量素子Ｃ６０は適宜設ければよい。トランジスタＭ６０の導通状
態は信号ＧＳＥＬで制御される。信号ＧＳＥＬはゲートドライバ回路３２で生成される。
トランジスタＭ６０が導通状態となると、配線ＳＬに入力されているデータ信号ＤＡＴＡ
が電極ＰＩＸに書き込まれる。

＜ＬＣＤ（画素回路）の駆動方法例＞
一般的にＬＣＤでは、データを書き換えるごとに、画素に書き込む信号（データ信号）の
極性を反転する反転駆動により画像を表示する。また、液晶材料の性質上、データ信号の
極性により、画素の電圧－透過率（Ｖ－Ｔ）特性が異なる。そのため、データ信号の極性
反転に伴う画素の透過率の変動が、ＬＣＤによる目の疲れの原因となると考えられている
。

そこで、本実施の形態では、データの書き換え回数（データの極性反転の回数）を減らす
ことで、使用者の目の負担を軽減する。そのため、図１示すＬＣＤ１０は、少なくとも２
つの駆動方法（表示モード）を有する。１つは、動画を表示するための一般的な駆動方法
であり、１フレーム毎にデータを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。ＩＤＳ駆動とは、
通常駆動よりも低い頻度でデータを書き換える駆動方法である。よって、ＩＤＳ駆動のリ
フレッシュレート（単位Ｈｚ）は通常駆動よりも小さく、例えば、通常駆動の１／１０乃
至１／１００程度にすることも可能である。

ここでは、通常駆動、ＩＤＳ駆動によりＬＣＤが画像を表示しているモードを、それぞれ
、”通常モード”、”ＩＤＳモード”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。表示モードを決定する信号
が、ＬＣＤ１０の制御回路（図示せず）に入力されると、その表示モードで表示が行われ
るように、周辺回路３４を制御する。

静止画は１フレームごとの画像データに変化がないため、静止画を表示する場合は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、ＬＣＤ
１０をＩＤＳモードで動作させることで、画面のちらつきを低減すると共に、消費電力を
削減することができる。以下、図５および図６を用いて、通常駆動およびＩＤＳ駆動を説
明する。

図５Ａ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５Ｂ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６Ａは通常駆動、図６ＢはＩＤＳ駆動
の一例を示すタイミングチャートである。図６において、Ｖｉｄｅｏは、ＬＣパネル２０
へ入力される画像信号であり、ＧＶＤＤは、ゲートドライバ回路３２の高電源電位であり
、ＧＣＬＫ、ＧＳＰは、ゲートドライバ回路３２に入力されるゲートクロック信号、ゲー
トスタートパルス信号であり、ＤＡＴＡはソースドライバ回路３３から配線ＳＬに出力さ
れるデータ信号である。

＜通常駆動＞
通常駆動は、１フレーム期間（Ｔｐｄ）ごとに反転駆動を行って画素のデータを周期的に
書き換える駆動方法である。ＧＳＰの入力をトリガーにして、ゲートドライバ回路３２は
、信号ＧＯＵＴを生成し、配線ＧＬに出力する。ソースドライバ回路３３は、データ信号
ＤＡＴＡを生成し、配線ＳＬに出力する。また、図６Ａに示すように、各画素回路３５に
入力されるＤＡＴＡ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。ＤＡＴＡの極性は電
極ＣＯＭの電位Ｖｃｏｍを基準に決定される。ＤＡＴＡの電位が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。

＜ＩＤＳ駆動＞
ＩＤＳ駆動では、通常駆動よりも低いリフレッシュレートでデータが周期的に書き換えら
れる。そのため、データ保持期間は、１フレームよりも長くなる。図５Ｂには、１０フレ
ームごとにデータを書き換える例を示している。これにより、ＩＤＳ駆動のリフレッシュ
レートは、通常駆動の１／１０になる。例えば、通常駆動のリフレッシュレートが６０Ｈ
ｚであれば、図５ＢのＩＤＳ駆動のリフレッシュレートは、６Ｈｚである。図５Ｂおよび
図６Ｂに示すように、ＩＤＳ駆動でのデータの書き換え処理は、データ書き換え（または
、書き込み処理とも呼ぶこともできる。）と、データ保持とに分けることができる。

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１回ま
たは複数回実行され、画素回路３５にデータが書き込まれる。データ書き込みの後、ゲー
トドライバ回路３２でのゲート信号の生成を停止して、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３５は、トランジスタＭ６０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。ＩＤＳ駆動でも、通常駆動と
同じリフレッシュレートで、データを書き換えればよい。データ書き換え回数は、通常駆
動、ＩＤＳ駆動のリフレッシュレート等を考慮して設定すればよい。図５Ｂおよび図６Ｂ
はデータ書き換え回数が３回の例である。

また、最後に画素回路３５に書き込むＤＡＴＡの極性が、直前のＩＤＳモードのデータ保
持期間で、画素回路３５が保持していたＤＡＴＡの極性とは逆の極性なるように、データ
書き換え回数を調節する。これにより、ＩＤＳ駆動による液晶素子６０の劣化を抑制する
ことができる。例えば、データ書き換え回数を奇数回とする場合、１回目の書き換えでは
、直前のＩＤＳモードのデータ保持期間で画素回路３５が保持していたＤＡＴＡの極性と
は逆の極性のＤＡＴＡを画素回路３５に書き込めばよい。

図５、図６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少なくすることができるので、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６Ｂに示すように、ＩＤＳモードでは、データ保持期間は、ゲートドライバ回路
３２への制御信号（ＧＳＰ、ＧＣＬＫ）の供給が停止される。そのため、ＬＣＤ１０にお
いて、ゲートドライバ回路３２に対して、制御信号（ＧＳＰ、ＧＣＬＫ）の供給を停止し
た後に、電源電位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回路３３への制御信号の供給も停止されるため、同様に、ソー
スドライバ回路３３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、Ｉ
ＤＳ駆動により、目に優しい表示を行うことができ、かつ低消費電力なＬＣＤ１０を提供
することができる。

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。

通常駆動でもＩＤＳ駆動でも、画素回路３５の電極ＰＩＸに供給された電位は、次のデー
タの書き換えまで保持する必要がある。電極ＰＩＸの電位の変動は、ＬＣＤ１０の表示品
位の低下やちらつきの要因となる。よって、液晶素子６０で保持している電圧の変動量を
抑えるために、トランジスタＭ６０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。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Ｍ６０のオフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタＭ６０は、チャネル
幅１μｍあたりのオフ電流が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／μｍ以下、あるいは１ｚＡ／μｍ以下と
することが好ましく、１０ｙＡ／μｍ以下であることがさらに好ましい。このようオフ電
流をきわめて小さいトランジスタには、Ｓｉ、Ｇｅよりもバンドギャップが広い（３．０
ｅＶ以上）の酸化物半導体層で半導体領域が形成されているトランジスタ（以下、ＯＳト
ランジスタ）がある。よって、トランジスタＭ６０は、ＯＳトランジスタとすることが好
ましい。この場合、画素回路３５と共に、基板６１上に形成される周辺回路３４のトラン
ジスタもＯＳトランジスタとすればよい。

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、チャネル幅で規格化されたオ
フ電流を数ｙＡ／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酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｚｎ酸化物が体表的である。実施の形態２で酸化物半導体を
より詳細に説明する。

＜＜ＬＣパネルの構成例＞＞
図７は、ＬＣパネルのデバイス構造の一例を示す断面図である。図７に示すＬＣパネル２
１は、基板２０１、基板２０２および液晶層２０３を有する。液晶層２０３は基板２０１
と基板２０２の間に設けられている。基板２０１および基板２０２に形成されるトランジ
スタはＯＳトランジスタである。ＯＳトランジスタは、ボトムゲート型であり、その半導
体領域はＣ軸に配向する結晶部を有するＣＡＡＣ－ＯＳ層で形成されている。本明細書に
おいて、ＣＡＡＣ－ＯＳとはｃ軸に配向している結晶部を有する酸化物半導体のことであ
り、これについては実施の形態２で説明する。

基板２０１には、画素部３１と共にゲートドライバ回路３２が同一工程で作製されている
。ソースドライバ回路３３はＣＯＦ型チップ（図示せず）に組み込まれ、基板２０１に実
装されている。図７に示すトランジスタＭ７０は、ゲートドライバ回路３２が含むトラン
ジスタである。基板２０２には、センサアレイ４１と共に周辺回路４４（スキャンドライ
バ回路４２、出力回路４３）が同一工程で作製されている。図７には、センサ回路４５の
トランジスタＭ３、および出力回路４３（出力回路４６）のトランジスタＭ４を示す。図
７の例では、基板２０１上に形成されるトランジスタおよび基板２０２に形成されるトラ
ンジスタは、同様のデバイス構造を有し、同様の製造工程で作製されている。その結果、
ＬＣパネル（表示部）のバックプレーンを製造する設備でタッチセンサのバックプレーン
を製造することができるため、タッチパネル付きのＬＣパネルの設備投資を抑えることが
でき、ＬＣパネルの生産コストを抑えることができる。

＜表示部のバックプレーン＞
基板２０１上に第１層目の導電層が形成されている。基板２０１上に下地絶縁膜を形成し
、下地絶縁膜上に第１層目の導電層を形成してもよい。第１層目の導電層は、配線ＧＬ、
容量素子Ｃ６０の第１電極２１１、およびトランジスタＭ７０のゲート電極（フロントゲ
ート電極）２１２を含む。これらは同じ導電膜から同じ工程で形成される。配線ＧＬはト
ランジスタＭ６０のゲート電極として機能する領域を含む。第１層目の導電層を覆って絶
縁層２４１が形成されている。絶縁層２４１は、トランジスタＭ６０およびトランジスタ
Ｍ７０のゲート絶縁層、ならびに容量素子Ｃ６０の誘電体として機能する領域を含む。絶
縁層２４１上に、酸化物半導体（ＯＳ）層２５１、２５２が形成されている。ＯＳ層２５
１はトランジスタＭ６０の半導体領域であり、ＯＳ層２５２はトランジスタＭ７０の半導
体領域である。絶縁層２４１およびトランジスタＭ６０、Ｍ７０の半導体領域上に第２層
目の導電層が形成される。第２層目の導電層は、配線ＳＬ、電極２２１、電極２２２、電
極２２３、および端子２２４を有する。これらは同じ導電膜から同じ工程で形成される。
配線ＳＬおよび電極２２１は、それぞれ、トランジスタＭ６０のソース電極またはドレイ
ン電極として機能する領域を含む。電極２２１は容量素子Ｃ６０の第２電極として機能す
る領域を含む。電極２２２、２２３は、それぞれ、トランジスタＭ７０のソース電極また
はドレイン電極として機能する領域を含む。回路構成によって、電極２２２、２２３は配
線として設けられている場合がある。第２層目の導電層を覆って絶縁層２４２および絶縁
層２４３が形成されている。絶縁層２４２はトランジスタＭ６０、Ｍ７０のパッシベーシ
ョン膜として形成される。絶縁層２４３は電極ＰＩＸの下地膜となるため、平坦化膜とし
て形成される。

絶縁層２４３上に第３層目の導電層が形成される。第３層目の導電層は電極ＰＩＸおよび
電極２３２を有する。これらは同じ導電膜から同じ工程で形成される。電極ＰＩＸは電極
２２１と電気的に接続されている。電極２３２は、トランジスタＭ７０のバックゲート電
極を構成する。電極２３２を電極２１２と電気的に接続してもよいし、電極２１２と電気
的に接続せずに、電極２１２とは独立して信号や電位を電極２３２に入力できるようにし
てもよい。第３層目の導電層上に配向膜２６１が形成されている。配向膜２６１は必要に
応じて形成すればよい。

＜タッチセンサのバックプレーン＞
基板２０２上に第１層目の導電層が形成される。基板２０２上に下地絶縁膜を形成し、下
地絶縁膜上に第１層目の導電層を形成してもよい。第１層目の導電層は、配線ＧＬＢ、ト
ランジスタＭ４のゲート電極（フロントゲート電極）２７２を含む。これらは同じ導電膜
から同じ工程で形成される。配線ＧＬＢはトランジスタＭ３のゲート電極として機能する
領域を含む。第１層目の導電層を覆って、絶縁層２４４が形成されている。絶縁層２４４
は、トランジスタＭ３、Ｍ４のゲート絶縁層として機能する領域を含む。絶縁層２４４上
に、ＯＳ層２５３、ＯＳ層２５４および電極ＥＣＳが形成されている。ＯＳ層２５３はト
ランジスタＭ３の半導体領域であり、ＯＳ層２５４はトランジスタＭ４の半導体領域であ
る。

絶縁層２４４、ＯＳ層２５３、ＯＳ層２５４および電極ＥＣＳ上に第２層目の導電層が形
成される。第２層目の導電層は、電極２８１－２８４および端子２８５を有する。これら
は同じ導電膜から同じ工程で形成される。電極２８１、２８２は、それぞれ、トランジス
タＭ３のソース電極またはドレイン電極として機能する。電極２８３、２８４は、それぞ
れ、トランジスタＭ４のソース電極またはドレイン電極として機能する。回路構成によっ
て、電極２８１－２８４は、配線として設けられている場合がある。また、図７に示され
ていないが、センサアレイ４１の配線ＭＬは第２層目の導電層から形成される。

第２層目の導電層を覆って、絶縁層２４５および絶縁層２４６が形成されている。絶縁層
２４５、２４６はトランジスタＭ３、Ｍ４のパッシベーション膜として機能する。電極Ｅ
ＣＳおよびＯＳ層２５３、２５４を同じ酸化物半導体膜から作製する場合、絶縁層２４６
は水素を含む絶縁膜で形成するとよい。これにより、絶縁層２４６から酸化物半導体膜に
水素を拡散させることで、酸化物半導体膜の抵抗を下げることができ、電極として用いる
ことが可能になる。絶縁層２４６は、ＣＶＤ法で窒化シリコン膜や、窒化酸化シリコン膜
を形成すればよい。電極ＥＣＳを、ＯＳ層２５３、２５４を構成する酸化物半導体膜と同
じ膜から形成することで、成膜工程およびレジストマスクを形成するための露光工程など
の工程を削減できる。もちろん電極ＥＣＳは、ＯＳ層２５３、２５４を構成する酸化物半
導体膜とは、異なる導電膜から形成することもできる。

絶縁層２４６上に、遮光層２９１およびカラーフィルタ（ＣＦ）層２９２Ｒ、ＣＦ層２９
２Ｇが形成されている。遮光層２９１およびＣＦ層２９２Ｒ、ＣＦ層２９２Ｇは、例えば
樹脂で形成される。遮光層２９１は、周辺回路４４およびセンサ回路４５のトランジスタ
Ｍ１－Ｍ３と重なるように設けられる。さらに、遮光層２９１は、基板２０１の画素部３
１の表示に寄与しない領域（例えば、配線ＳＬ）、およびゲートドライバ回路３２と重な
るように設けられる。画素部３１に重なるようにＣＦ層が形成される。ＣＦ層は画素回路
３５の表示色に対応する色の層であり、図７の例では、代表的に赤色のＣＦ層２９２Ｒと
、緑色のＣＦ層２９２Ｇを示している。また、基板２０１側に遮光層２９１、ＣＦ層２９
２ＲおよびＣＦ層２９２Ｇを形成してもよい。この場合、絶縁層２４２上に遮光層２９１
、ＣＦ層２９２ＲおよびＣＦ層２９２Ｇを形成し、遮光層２９１、ＣＦ層２９２Ｒおよび
ＣＦ層２９２Ｇを覆って絶縁層２４３を形成すればよい。

遮光層２９１、ＣＦ層２９２Ｒ、ＣＦ層２９２Ｇを覆って絶縁層２４７が形成される。絶
縁層２４７は平坦化膜として形成される。絶縁層２４７上に電極ＣＯＭが形成される。電
極ＣＯＭは、センサアレイ４１に１の導電膜で形成することができる。また、電極ＣＯＭ
を複数のサブ電極に分割して形成してもよい。この場合、それぞれのサブ電極に電位Ｖｃ
ｏｍが供給されるようにすればよい。電極ＣＯＭを覆って配向膜２６２が形成される。配
向膜２６２は必要に応じて形成すればよい。

図８Ａは、センサ回路４５のレイアウト一例を示す模式図である。電極ＥＣＳと配線ＭＬ
を異なる層に形成し、配線ＭＬを細い幅で形成することで、電極ＥＣＳの寄生容量を小さ
くできるため、ノイズの影響を抑制することができ、センサ回路４５の検出感度の低下を
抑制できる。配線ＧＬＡ、配線ＰＬＩ、配線ＲＳＬは、配線ＧＬＢと共に第１層目の導電
層から形成されている。

電極ＣＯＭは複数の電極と重なる。電極ＣＯＭは、画素部３１の全ての電極ＰＩＸ、およ
びセンサアレイ４１の全ての電極ＥＣＳと対向している。なお、図８には、電極ＣＯＭを
示していない。また、電極ＣＯＭの寄生容量を小さくするため、例えば、第２層目の導電
層に形成されている配線ＭＬと重なる領域に、複数の開口を形成してもよい。

絶縁層２４１－２４７は、単層構造でも積層構造でもよい。これらを構成する膜としては
、酸化シリコン、酸化アルミニウム、および酸化ハフニウム等の酸化物でなる膜、窒化シ
リコン、窒化アルミニウム等の窒化物でなる膜、酸化窒化シリコン、酸化窒化アルミニウ
ムなどの酸化窒化物でなる膜、窒化酸化シリコン、窒化酸化アルミニウムなどの窒化酸化
物でなる膜が挙げられる。絶縁層２４３および絶縁層２４７は平坦化膜として機能させる
ため、少なくとも１層有機樹脂膜を含むとよい。有機樹脂膜は、加工が容易な感光性樹脂
材料（フォトポリマー、感光性アクリル、感光性ポリイミドなど）で形成するとよい。本
明細書において、酸化窒化物とは、酸素の含有量が窒素よりも高い物質のことをいい、窒
化酸化物とは、窒素の含有量が酸素より高い物質のことをいう。

基板２０１、２０２の第１層目、第２層目の導電層を構成する電極および配線は、それぞ
れ、単層構造および積層構造の導電体膜で形成される。この導電膜としては、アルミニウ
ム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、およびタングステン等の金属膜、これ
ら金属膜に他の金属元素を添加した膜、これら金属元素を１種または複数含む合金、また
は化合物でなる膜等を用いることができる。

ＯＳ層２５１、２５２及びＯＳ層２５３、２５４は、単層構造または積層構造の酸化物半
導体膜で形成することができる。酸化物半導体膜については後述する。例えば、ＯＳ層２
５１－２５４の半導体材料は、代表的に、Ｉｎ－Ｇａ酸化物、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－
Ｍ－Ｚｎ酸化物（Ｍは、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）等
である。例えば、ＯＳ層２５１、２５２及びＯＳ層２５３、２５４を３層構造のＩｎ－Ｇ
ａ－Ｚｎ酸化物膜とすることができる。この場合、第１層、第３層のＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸
化物膜をスパッタリング法で形成する場合、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：３：２［原子数比］）のターゲットを用いればよい。第２層のＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸
化物膜をスパッタリング法で形成する場合、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：１：１［原子数比］）の多結晶ターゲットを用いればよい。このようなターゲット
を用いることで、ＣＡＡＣ－ＯＳ膜を形成することができる。

＜成膜方法＞
半導体装置を構成する絶縁膜、導電膜、半導体膜等の成膜方法としては、スパッタ法や、
プラズマＣＶＤ法が代表的である。その他の方法、例えば、熱ＣＶＤ法により形成するこ
と可能である。熱ＣＶＤ法として、例えば、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌ
ａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を使用することができる。

熱ＣＶＤ法は、プラズマを使わない成膜方法のため、プラズマダメージにより欠陥が生成
されることが無いという利点を有する。熱ＣＶＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧
下とし、原料ガスと酸化剤を同時にチャンバー内に送り、基板近傍または基板上で反応さ
せて基板上に堆積させることで成膜を行ってもよい。

また、ＡＬＤ法は、チャンバー内を大気圧または減圧下とし、反応のための原料ガスが順
次にチャンバーに導入され、そのガス導入の順序を繰り返すことで成膜を行ってもよい。
例えば、それぞれのスイッチングバルブ（高速バルブとも呼ぶ）を切り換えて２種類以上
の原料ガスを順番にチャンバーに供給し、複数種の原料ガスが混ざらないように第１の原
料ガスと同時またはその後に不活性ガス（アルゴン、或いは窒素など）などを導入し、第
２の原料ガスを導入する。なお、同時に不活性ガスを導入する場合には、不活性ガスはキ
ャリアガスとなり、また、第２の原料ガスの導入時にも同時に不活性ガスを導入してもよ
い。また、不活性ガスを導入する代わりに真空排気によって第１の原料ガスを排出した後
、第２の原料ガスを導入してもよい。第１の原料ガスが基板の表面に吸着して第１の単原
子層を成膜し、後から導入される第２の原料ガスと反応して、第２の単原子層が第１の単
原子層上に積層されて薄膜が形成される。このガス導入順序を制御しつつ所望の厚さにな
るまで複数回繰り返すことで、段差被覆性に優れた薄膜を形成することができる。薄膜の
厚さは、ガス導入順序を繰り返す回数によって調節することができるため、精密な膜厚調
節が可能であり、微細なＦＥＴを作製する場合に適している。

ＭＯＣＶＤ法やＡＬＤ法などの熱ＣＶＤ法は、これまでに記載した実施形態に開示された
導電膜や半導体膜を形成することができ、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ＞０）膜を成膜
する場合には、トリメチルインジウム、トリメチルガリウム、及びジエチル亜鉛を用いる
。なお、トリメチルインジウムの化学式は、（ＣＨ_３）_３Ｉｎである。また、ジエチル亜
鉛の化学式は、（Ｃ_２Ｈ_５）_２Ｚｎである。また、これらの組み合わせに限定されず、ト
リメチルガリウムに代えてトリエチルガリウム（化学式（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｇａ）を用いるこ
ともでき、ジエチル亜鉛に代えてジメチル亜鉛（化学式（ＣＨ_３）_２Ｚｎ）を用いること
もできる。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置によりタングステン膜を成膜する場合には、ＷＦ_６ガ
スとＢ_２Ｈ_６ガスを順次繰り返し導入して初期タングステン膜を形成し、その後、ＷＦ_６
ガスとＨ_２ガスを同時に導入してタングステン膜を形成する。なお、Ｂ_２Ｈ_６ガスに代え
てＳｉＨ_４ガスを用いてもよい。

例えば、ＡＬＤを利用する成膜装置により酸化物半導体膜、例えばＩｎＧａＺｎＯ_Ｘ（Ｘ
＞０）膜を成膜する場合には、（ＣＨ_３）_３ＩｎガスとＯ_３ガスを順次繰り返し導入して
ＩｎＯ_２層を形成し、その後、Ｇａ（ＣＨ_３）_３ガスとＯ_３ガスを同時に導入してＧａＯ
層を形成し、更にその後Ｚｎ（ＣＨ_３）_２とＯ_３ガスを同時に導入してＺｎＯ層を形成す
る。なお、これらの層の順番はこの例に限らない。また、これらのガスを混ぜてＩｎＧａ
Ｏ_２層やＩｎＺｎＯ_２層、ＧａＩｎＯ層、ＺｎＩｎＯ層、ＧａＺｎＯ層などの混合化合物
層を形成してもよい。なお、Ｏ_３ガスに変えてＡｒ等の不活性ガスでバブリングして得ら
れたＨ_２Ｏガスを用いてもよいが、Ｈを含まないＯ_３ガスを用いる方が好ましい。また、
（ＣＨ_３）_３Ｉｎガスにかえて、Ｉｎ（Ｃ_２Ｈ_５）_３ガスを用いてもよい。また、Ｇａ（
ＣＨ_３）_３ガスにかえて、（Ｃ_２Ｈ_５）_３Ｇａガスを用いてもよい。また、（ＣＨ_３）_２
Ｚｎガスを用いてもよい。

＜液晶層、端子部＞
ＬＣパネル２１のセルギャップを維持するための部材として、基板２０２にスペーサ（図
示せず）が形成されている。加工が容易な点から、スペーサは感光性樹脂材料で形成する
とよい。電極ＣＯＭを作製した後、電極ＣＯＭ上にスペーサを形成するとよい。スペーサ
を覆って配向膜２６２が形成される。スペーサは基板２０１側に形成することができる。
この場合、電極ＰＩＸを形成した後、スペーサを絶縁層２４３上に形成すればよい。この
場合、電極ＰＩＸはスペーサと接している領域を含む場合もある。

液晶層２０３を封止するため、画素部３１を取り囲むように、基板２０１と基板２０２の
間に封止部材（図示せず）が形成されている。封止部材により、表示部のバックプレーン
（基板２０１）とタッチセンサのバックプレーン（基板２０１）が貼り合わされ、且つ、
基板２０２と基板２０１との間に液晶層２０３が封止される。画素回路３５には、電極Ｐ
ＩＸ、電極ＣＯＭおよび液晶層２０３により液晶素子６０が形成される。なお、図７には
、ゲートドライバ回路３２（周辺回路３４）および出力回路４３が液晶層２０３と重なる
例を示しているが、封止部材を、周辺回路３４と周辺回路４４の一部あるいは全てと重な
るように形成して、ゲートドライバ回路３２等が液晶層２０３と重ならないようにしても
よい。

封止部材の外側に端子部３７、端子部４７が形成されている。端子部３７には複数の端子
２２４が形成される。複数の端子２２４は異方性導電層２０４によりＦＰＣ２０６と電気
的に接続されている。端子部４７には複数の端子２８５が形成される。複数の端子２８５
は異方性導電層２０５によりＦＰＣ２０７と電気的に接続されている。

図７に示すＬＣパネル２１はタッチセンサを有する。容量素子ＣＳ１の一の電極と液晶素
子６０の一の電極とが共通の導電膜（電極ＣＯＭ）で形成されている。このようなデバイ
ス構造とすることで、ＬＣパネル２１にタッチセンサを付加しても、ＬＣパネル２１の厚
さの増加を抑えることができる。また、タッチセンサのバックプレーンを支持している基
板２０２は、ＬＣパネル２１のいわゆる対向基板である。つまり、ＬＣパネル２１はタッ
チセンサを設けたことによって追加される支持基板がないため、重さが増えることも抑え
ることができる。つまり、本実施の形態により、タッチセンサ付きのＬＣＤの薄型化、お
よび軽量化を行うことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、ＯＳトランジスタについて説明する。

ＯＳトランジスタの半導体領域は酸化物半導体で形成される。この酸化物半導体には、て
、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ－Ｚｎ酸化物、Ｓｎ－Ｚｎ酸化物、Ａｌ－
Ｚｎ酸化物、Ｚｎ－Ｍｇ酸化物、Ｓｎ－Ｍｇ酸化物、Ｉｎ－Ｍｇ酸化物、Ｉｎ－Ｇａ酸化
物、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ－Ａｌ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ
－Ｓｎ－Ｚｎ酸化物、Ｓｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ａｌ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｓｎ－Ａｌ－
Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｈｆ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｚｒ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｔｉ－Ｚｎ酸化
物、Ｉｎ－Ｓｃ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｙ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｌａ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－
Ｃｅ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｐｒ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｎｄ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｍ－Ｚ
ｎ酸化物、Ｉｎ－Ｅｕ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｇｄ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｔｂ－Ｚｎ酸化物
、Ｉｎ－Ｄｙ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｈｏ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｅｒ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－
Ｔｍ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｙｂ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｌｕ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｇ
ａ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｈｆ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ａｌ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ
－Ｓｎ－Ａｌ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｈｆ－Ｚｎ酸化物、Ｉｎ－Ｈｆ－Ａｌ－Ｚｎ酸
化物を用いることができる。なお、例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ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。

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酸化物、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｚｎ酸化物が体表的である。また、酸化物半導体として、Ｉ
ｎＭＯ_３（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、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（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：Ｇ
ａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ－Ｇａ－Ｚｎ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＞＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。

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。したがって、－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。した
がって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、本明細書において、結晶が三方
晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

酸化物半導体は、非単結晶酸化物半導体と単結晶酸化物半導体とに大別される。非単結晶
酸化物半導体とは、ＣＡＡＣ－ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌ
ｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化
物半導体、ｎｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
ｌｉｋｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などをいう
。

また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半
導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ－Ｏ
Ｓ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳなどがある。

非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であっ
て不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離
秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。

逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔ
ｅｌｙ ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない
（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物
半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、微小な領域において周期
構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、
物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。

＜ＣＡＡＣ－ＯＳ＞
ＣＡＡＣ－ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半
導体の一つである。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ－ＯＳの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の断面の高分解能ＴＥＭ像からは、結晶部一つの大きさは１ｎｍ以上のも
のや、３ｎｍ以上のものがあり、結晶部と結晶部との傾きにより生じる隙間の大きさは０
．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ＣＡＡＣ－ＯＳの結晶部を、ナノ結晶（
ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ－ＯＳを、ＣＡＮ
Ｃ（Ｃ－Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体
と呼ぶこともできる。

試料面と概略平行な方向から、ＣＡＡＣ－ＯＳ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の被形成面または上面と平行に配列する。一方、試料面と概略
垂直な方向から、ＣＡＡＣ－ＯＳ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。

ＣＡＡＣ－ＯＳ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のｏ
ｕｔ－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。

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ－ＯＳ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。

上述したように、ＣＡＡＣ－ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結
晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をする
とＣＡＡＣ－ＯＳは、不純物濃度の低い酸化物半導体ともいえる。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
半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、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、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因と
なる。

酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合があ
る。例えば、酸化物半導体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、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水
素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。

また、ＣＡＡＣ－ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。例えば、酸化物半導
体中の酸素欠損は、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
）酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ
－ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半
導体であるといえる。

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。したがって、当該酸化物半導体を用いたトラ
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
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。

＜微結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ＞
微結晶酸化物半導体、ｎｃ－ＯＳ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。ｎｃ－ＯＳ
に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさで
あることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化
物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ－ＯＳに
おけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ－ＯＳの結晶
部をペレットと呼ぶ場合がある。

ｎｃ－ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３
ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ－ＯＳ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－ＯＳ膜全体で配向性が見られな
い。したがって、ｎｃ－ＯＳは、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付か
ない場合がある。例えば、ｎｃ－ＯＳに対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲ
Ｄ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ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、ｎｃ－ＯＳに対し、結晶部よりも大きいプローブ径
（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（制限視野電子回折ともいう。）を行
うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ－ＯＳに対し、結
晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折
を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ－ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと
、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ－
ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測され
る場合がある。

このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ－
ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有す
る酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ－Ａｌｉｇｎｅｄ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ
）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。

ｎｃ－ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、
ｎｃ－ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ－ＯＳ
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－ＯＳは、ＣＡＡ
Ｃ－ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。

＜非晶質酸化物半導体、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ＞
非晶質酸化物半導体は、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
半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。非晶質酸化
物半導体は、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に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌ
ａｎｅ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
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。

ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、ｎｃ－ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半
導体である。ａ－ｌｉｋｅ ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）
が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認するこ
とのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ａ－ｌｉｋｅ
ＯＳは、ＴＥＭによる観察程度の微量な電子照射によって、結晶化が起こり、結晶部の成
長が見られる場合がある。一方、良質なｎｃ－ＯＳであれば、ＴＥＭによる観察程度の微
量な電子照射による結晶化はほとんど見られない。

なお、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳおよびｎｃ－ＯＳの結晶部の大きさの計測は、高分解能ＴＥＭ
像を用いて行うことができる。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶は層状構造を有し、Ｉｎ
－Ｏ層の間に、Ｇａ－Ｚｎ－Ｏ層を２層有する。ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の単位格子は、
Ｉｎ－Ｏ層を３層有し、またＧａ－Ｚｎ－Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に
重なった構造を有する。よって、これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子
面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求
められている。そのため、高分解能ＴＥＭ像における格子縞に着目し、格子縞の間隔が０
．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所においては、それぞれの格子縞がＩｎＧａＺ
ｎＯ_４の結晶のａ－ｂ面に対応する。

ＯＳトランジスタの半導体領域は、単結晶酸化物半導体または非単結晶酸化物半導体で形
成すればよい。ＯＳトランジスタの半導体領域は、単層の酸化物半導体膜でもよいし、例
えば、非晶質酸化物半導体膜、ａ－ｌｉｋｅ ＯＳ膜、ｎｃ－ＯＳ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を用いたＯＳ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ＯＳトランジスタは、信頼性が高い。

ＣＡＡＣ－ＯＳ膜は、例えば、金属酸化物の多結晶ターゲットを用い、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。

（実施の形態３）
本実施の形態では、ＬＣＤが表示部に用いられている電子機器について説明する。実施の
形態１に係るＬＣＤを適用することで、画面に触れることで操作および入力が可能な電子
機器を提供することが可能になる。

＜＜情報処理システムの構成例＞＞
図９は、ＬＣＤを表示部に備えた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５００は、演算部５１０、ＬＣＤ５２０、入力装置５３０、および記
憶装置５４０を備える。

演算部５１０は、情報処理システム５００全体を制御する機能を有する。演算部５１０は
、プロセッサ５１１、記憶装置５１２、入出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース５１３、およ
びバス５１４を有する。バス５１４により、プロセッサ５１１、記憶装置５１２およびＩ
／Ｏインターフェース５１３が互いに接続されている。演算部５１０は、Ｉ／Ｏインター
フェース５１３を介して、ＬＣＤ５２０、入力装置５３０および記憶装置５４０との通信
を行う。例えば、入力装置５３０からの入力信号は、Ｉ／Ｏインターフェース５１３およ
びバス５１４を経てプロセッサ５１１や記憶装置５１２に伝送される。

記憶装置５１２には、プロセッサ５１１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５１３を経て入力されたデータが保存される。プロセッサ５１１
は、プログラムを実行して、情報処理システム５００を動作させる。プロセッサ５１１は
、例えば、入力装置５３０からの入力信号を解析する、記憶装置５４０から情報を読み出
す、記憶装置５１２および記憶装置５４０にデータを書き込む、ＬＣＤ５２０に出力する
信号を生成する、等の処理を行う。

ＬＣＤ５２０は出力装置として設けられており、情報処理システム５００の表示部を構成
する。また、情報処理システム５００には、出力装置として、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５３０は、演算部５１０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５３０を操作することにより、情報処理システム５００を操作することができる。入力
装置５３０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５００に設けることができる。入力装置５３０はタッチセンサを少
なくとも含む。このタッチセンサはＬＣＤ５２０のＬＣパネルに組み込まれている。入力
装置５３０としては、タッチセンサの他に、キーボード、マウス、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５００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
、これらにより情報処理システム５００を操作するようにしてもよい。例えば、入力装置
５３０として、マイクロフォン（音声入出力装置）、カメラ（撮像システム）等を設けて
もよい。

記憶装置５４０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５
４０の記憶容量は記憶装置５１２よりも大きい。記憶装置５４０としては、フラッシュメ
モリ、ＤＲＡＭ、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等がある。また、記憶装置５４０は
必要に応じて設ければよい。

情報処理システム５００は、演算部５１０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５１０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）、タブレット型ＰＣ、電子書籍端末、およびスマートフォン等が
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５００は、ＬＣＤ５２０を通常モードとＩＤＳモードで動作できるよう
にしてもよい。ＩＤＳ駆動で静止画表示を行う情報処理システム５００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
じ画像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５００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。またＩＤＳ駆動で表示を行っている場合、例えば、ＬＣＤ５２０に設けられた
タッチセンサの検出結果をもとに、画面を切り替える制御を行えばよい。

図１０に、情報処理システム５００のいくつかの具体例を示す。図１０は、表示部として
タッチセンサが組み込まれたＬＣＤを備えた電子機器の一例を示す外観図である。

図１０Ａ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、および操作ボタン７０７等を有する
。表示部７０３及び表示部７０４一方または双方に実施の形態１に係るタッチセンサ付き
のＬＣＤが適用されている。スタイラス７０８、指等を用いて表示部７０３または７０４
のタッチ操作を行うことが可能となっている。

図１０Ｂ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７１
１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には実施の形態１に係るタッチセンサ付きのＬＣＤが
適用されている。

図１０Ｃに示す情報端末７２０は、タブレット型であり、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ロフォン、
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には実施の形態１に係るタッチセンサ付きのＬ
ＣＤが適用されている。

図１０Ｄに示す情報端末７３０は、２つ折りが可能なタブレット型であり、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、７３４には実施の形態１に係るタッチセンサ付きのＬＣＤが適用
されている。

図１０Ｅ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。筐
体７４１には、カメラが組み込まれている。表示部７４４と同一面上にカメラ用レンズ７
４６を備えているため、テレビ電話が可能である。表示部７４４には実施の形態１に係る
タッチセンサ付きのＬＣＤが適用されている。

図１０Ｆ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には実施の形態１に係る
タッチセンサ付きのＬＣＤが適用されている。

１０ 液晶表示装置（ＬＣＤ）
２０、２１ 液晶（ＬＣ）パネル
３０ 回路ブロック
３１ 画素部
３２ ゲートドライバ回路
３３ ソースドライバ回路
３４ 周辺回路
３５ 画素回路
４０ 回路ブロック
４１ センサアレイ
４２ スキャンドライバ回路
４３ 出力回路
４４ 周辺回路
４５ センサ回路
６０ 液晶素子
６１、６２ 基板
６３ 液晶層
６４、６５ 絶縁層
ＰＩＸ、ＣＯＭ、ＥＣＳ 電極

Claims (3)

1. 表示部と、センサと、マイクロフォンと、スピーカと、カメラと、を有する電子機器であって、
   前記表示部は、第１の基板上に設けられた第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタと電気的に接続された画素電極と、を複数有し、
   前記センサは、前記表示部に重なるように設けられ、
   前記センサは、第２の基板上に設けられた第２のトランジスタと、前記第２のトランジスタと電気的に接続された電極と、を複数有し、
   前記電極の一は、前記画素電極の２以上と重なる領域を有し、
   前記第２の基板はガラス基板である電子機器。
2. 請求項１において、
   前記第１の基板と、前記第２の基板は、互いに重なる領域を有する電子機器。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記第１の基板は、可撓性を有する電子機器。

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