JP5775289B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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Description

液晶表示装置及びその作製方法に関する。
薄型、軽量化を図った表示装置（所謂フラットパネルディスプレイ）には液晶素子を有する液晶表示装置、自発光素子を有する発光装置、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）などが競合し、開発されている。
液晶表示装置においては、液晶分子の応答速度の高速化が求められている。液晶の表示モードは種々あるが、中でも高速応答可能な液晶モードとしてＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ブルー相を示す液晶を用いるモードがあげられる。
特にブルー相を示す液晶を使用するモードは配向膜が不要であり、かつ広視野角化が得られるので、実用化に向けてより研究が行われている（例えば特許文献１参照）。特許文献１は、ブルー相の出現する温度範囲を広げるために、液晶に高分子安定化処理を行う報告である。
国際公開第０５／０９０５２０号パンフレット
液晶表示装置における問題として高いコントラストを実現するためには、白透過率（白表示時の光の透過率）が大きいことが必要である。
従って、より高コントラスト化に向けて、ブルー相を示す液晶を用いた液晶表示モードに適した液晶表示装置を提供することを目的とする。
ブルー相を示す液晶層を含む液晶表示装置において、ブルー相を示す液晶層を開口パターンを有する画素電極層（第１の電極層）と開口パターン（スリット）を有する一対の共通電極層（第１の共通電極層（第２の電極層）及び第２の共通電極層（第３の電極層））とで挟持する。共通電極層は第１の基板上、及び第２の基板上にそれぞれ形成され、液晶層を介して対向するように配置される。
画素電極層は第１の基板の液晶層側の面（液晶層に面している方の面）から液晶層中に突出して設けられた構造体の上部に形成され、液晶層の膜厚方向において画素電極層は第１の共通電極層と第２の共通電極層との間に配置される。画素電極層が第１の共通電極層と第２の共通電極層との間に配置されるのであれば、第１の共通電極層及び第２の共通電極層も構造体の上部に形成してもよい。この場合、同じ第１の基板上に形成される画素電極層及び第２の共通電極層において、下に形成される構造体の高さ（厚さ）は、画素電極層下の構造体（第１の構造体）の方が、第２の共通電極層下の構造体（第３の構造体）より高い。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップは５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は第１の基板及び第２の基板間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。よって、セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
第１の基板（素子基板ともいう）に形成された画素電極層及び第２の共通電極層と、第２の基板（対向基板ともいう）に形成された第１の共通電極層は液晶層を間に挟んでシール材によって固持されている。画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は平板状でなく、様々な開口パターンを有し、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状である。また、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は少なくとも画素領域において同形状であり液晶層を介して重畳するように配置される。
開口パターンを有し、かつ液晶を挟持するように設けられた画素電極層と、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に電界を加えることで、液晶には斜め方向（基板に対して斜めの方向）の電界が加わるため、その電界を用いて液晶分子を制御できる。また画素電極層は液晶層の膜厚方向において、第１の共通電極層と第２の共通電極層との間に配置されているため、液晶には画素電極層と第１の共通電極層との電界、及び画素電極層と第２の共通電極層との電界を加えることができ、液晶層全体に電界を形成することができる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラスト比も高くすることができる。また、粘度の高いブルー相を示す液晶材料（液晶混合物）であっても、効果的に電界を印加することができるため、低消費電力化も達成できる。ブルー相を示す液晶層では、液晶分子にかかる電界の、液晶層の膜厚方向の成分に対する膜厚方向と垂直な方向の成分の割合が大きくなるほど、液晶分子一つあたりの白透過率が高くなる。したがって、セルギャップを５μｍ未満とすることで、画素電極層と第１の共通電極層及び第２の共通電極層にかかる電界の、液晶層の膜厚方向の成分に対する膜厚方向と垂直な方向の成分の割合を高くすることができ、たとえ駆動電圧が低くても液晶層の白透過率を大きくすることができる。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラスト比も高くすることができる。
構造体は絶縁性材料（有機材料及び無機材料）を用いた絶縁体、及び導電性材料（有機材料及び無機材料）を用いた導電体で形成することができる。代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、導電性樹脂や金属材料で形成してもよい。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であってもよい。構造体の形状は、柱状、錐形の先端が平面である断面が台形の形状、錐形の先端が丸いドーム状などを用いることができる。また、構造体は基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する部分であればよいので、層間膜を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、突出する構造体としてもよい。よって、構造体は複数の突出した凸部を有する連続膜であってもよい。
本明細書において、画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層が有する開口パターン（スリット）とは、閉空間に開口されたパターンの他、一部開かれた櫛歯状のようなパターンも含まれるものとする。
本明細書では、半導体素子（例えばトランジスタ）、画素電極層、第２の共通電極層及び層間膜が形成されている基板を素子基板（第１の基板）といい、該素子基板と液晶層を介して対向する第１の共通電極層が形成されている基板を対向基板（第２の基板）という。
液晶層には、ブルー相を示す液晶材料を用いる。なお、液晶材料とは、液晶層に用いる液晶を含む混合物をさす。ブルー相を示す液晶材料は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化が可能になる。
ブルー相を示す液晶材料として液晶及びカイラル剤を含む。カイラル剤は、液晶を螺旋構造に配向させ、ブルー相を発現させるために用いる。例えば、数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶材料を液晶層に用いればよい。
液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等を用いる。
カイラル剤は、液晶に対する相溶性が良く、かつ捩れ力の強い材料を用いる。また、Ｒ体、Ｓ体のどちらか片方の材料が良く、Ｒ体とＳ体の割合が５０：５０のラセミ体は使用しない。
上記液晶材料は、条件により、コレステリック相、コレステリックブルー相、スメクチック相、スメクチックブルー相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
ブルー相であるコレステリックブルー相及びスメクチックブルー相は、螺旋ピッチが５００ｎｍ以下とピッチの比較的短いコレステリック相またはスメクチック相を有する液晶材料にみられる。液晶材料の配向は二重ねじれ構造を有する。可視光の波長以下の秩序を有しているため、透明であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的変調作用が生じる。ブルー相は光学的に等方であるため視野角依存性がなく、配向膜を形成しなくとも良いため、表示画像の質の向上及びコスト削減が可能である。
また、ブルー相は狭い温度範囲でしか発現が難しく、温度範囲を広く改善するために液晶材料に、光硬化樹脂及び光重合開始剤を添加し、高分子安定化処理を行うことが好ましい。高分子安定化処理は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して行う。この高分子安定化処理は、温度制御を行い、等方相を示した状態で光照射して行っても良いし、ブルー相を示した状態で光照射して行ってもよい。
例えば、液晶層の温度を制御し、ブルー相を発現した状態で液晶層に光を照射することにより高分子安定化処理を行う。但し、これに限定されず、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の等方相を発現した状態で液晶層に光を照射することにより高分子安定化処理を行ってもよい。ブルー相と等方相間の相転移温度とは、昇温時にブルー相から等方相に転移する温度又は降温時に等方相からブルー相に相転移する温度をいう。高分子安定化処理の一例としては、液晶層を等方相まで加熱した後、徐々に降温させてブルー相にまで相転移させ、ブルー相が発現する温度を保持した状態で光を照射することができる。他にも、液晶層を徐々に加熱して等方相に相転移させた後、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内状態（等方相を発現した状態）で光を照射することができる。また、液晶材料に含まれる光硬化樹脂として、紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を用いる場合、液晶層に紫外線を照射すればよい。なお、ブルー相を発現させなくとも、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内状態（等方相を発現した状態）で光を照射して高分子安定化処理を行えば、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能である。
本明細書で開示する発明の構成の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を挟持する第１の基板及び第２の基板と、第２の基板と液晶層との間に設けられた開口パターンを有する第２の電極層と、第２の電極層と重畳し第１の基板と液晶層との間に設けられた開口パターンを有する第３の電極層と、第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する構造体と、構造体の上部に設けられ、液晶層中において第２の電極層と第３の電極層との間に配置される開口パターンを有する第１の電極層とを有し、セルギャップは５μｍ未満である液晶表示装置である。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を挟持する第１の基板及び第２の基板と、第２の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する第２の構造体と、第２の構造体の上部に設けられた開口パターンを有する第２の電極層と、第２の電極層と重畳し第１の基板と液晶層との間に設けられた開口パターンを有する第３の電極層と、第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する第１の構造体と、第１の構造体の上部に設けられ、液晶層中において第２の電極層と第３の電極層との間に配置される開口パターンを有する第１の電極層とを有し、セルギャップは５μｍ未満である液晶表示装置である。
本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を挟持する第１の基板及び第２の基板と、第２の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する第２の構造体と、第２の構造体の上部に設けられた開口パターンを有する第２の電極層と、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する第３の構造体と、第２の電極層と重畳し第３の構造体の上部に設けられた開口パターンを有する第３の電極層と、第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、第１の基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する第１の構造体と、第１の構造体の上部に設けられ、液晶層中において第２の電極層と第３の電極層との間に配置される開口パターンを有する第１の電極層とを有し、セルギャップは５μｍ未満である液晶表示装置である。
ブルー相を示す液晶層を用いるため、配向膜を形成する必要がないため、画素電極層（第１の電極層）と液晶層とは接し、かつ第２の電極層（第１の共通電極層）及び第３の電極層（第２の共通電極層）と液晶層とも接する構成となる。
なお、第１、第２として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。
なお、本明細書中において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指し、電気光学装置、半導体回路および電子機器は全て半導体装置である。
ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、粘度の高いブルー相を示す液晶層であっても、効果的に電界を印加することができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
液晶表示装置の電界モードを説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置の作製方法を説明する図。 液晶表示装置の電極層を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 テレビジョン装置およびデジタルフォトフレームの例を示す外観図。 遊技機の例を示す外観図。 携帯電話機の一例を示す外観図。 液晶表示モジュールを説明する図。 液晶表示装置の作製方法を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 液晶表示装置を説明する図。 印加電圧と透過光強度の関係を示す図。 実施例１の試料１乃至３の構造を示す図。 実施例１の比較試料の構造を示す図。 液晶表示装置を説明するブロック図。 液晶表示装置を説明するタイミングチャート。 液晶表示装置に適用できるトランジスタ及びトランジスタの作製方法を説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタ及びトランジスタの作製方法を説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタ及びトランジスタの作製方法を説明する図。
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明に限定されず、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。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する構成において、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異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、一つの層が断面図において複数の層として示される時、複数の層のそれぞれ、またはいくつかに異なった参照番号を付すことがある。
（実施の形態１）
液晶表示装置を、図１、図１９を用いて説明する。
図１、図１９は液晶表示装置の断面図である。
図１（Ａ）は、第１の基板２００と第２の基板２０１とが、ブルー相を示す液晶材料を用いた液晶層２０８を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。第１の基板２００と液晶層２０８との間には第１の構造体２３３ａ、２３３ｂ、画素電極層２３０ａ、２３０ｂ、及び第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃが設けられており、第２の基板２０１と液晶層２０８との間には第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃが形成されている。第１の構造体２３３ａ、２３３ｂは第１の基板２００の液晶層２０８側の面から液晶層２０８中に突出して設けられている。
第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃは第１の基板２００上、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃは第２の基板２０１上にそれぞれ形成され、液晶層２０８を介して対向するように配置される。第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ及び第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃは少なくとも画素領域において同形状であり液晶層を介して重畳するように配置されると、画素の開口率を低下させないために好ましい。
画素電極層２３０ａ、２３０ｂは第１の基板２００上に設けられた第１の構造体２３３ａ、２３３ｂ上に形成され、液晶層２０８の膜厚方向において画素電極層２３０ａ、２３０ｂは第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃとの間に配置される。また、図１の断面図において、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ及び第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃと、画素電極層２３０ａ、２３０ｂとは重畳せず互い違いに設けられている。
画素電極層（２３０ａ、２３０ｂを含む）、第１の共通電極層（２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃを含む）及び第２の共通電極層（２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃを含む）は平板状ではなく、開口パターンを有する形状であるために、断面図においては分断された複数の電極層として示される。
画素電極層が第１の共通電極層と第２の共通電極層との間に配置されるのであれば、第１の共通電極層及び第２の共通電極層も構造体上に形成してもよい。図１（Ｂ）は、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと第２の基板２０１との間に第２の構造体２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃが設けられる例である。第２の構造体２３４ａ、２３４ｂ、２３４ｃは第２の基板２０１の液晶層２０８側の面から液晶層２０８中に突出して設けられている。
また、図１（Ｃ）は、さらに第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ下に第３の構造体２３５ａ、２３５ｂ、２３５ｃが設けられる例である。第３の構造体２３５ａ、２３５ｂ、２３５ｃは第１の基板２００の液晶層２０８側の面から液晶層２０８中に突出して設けられている。この場合、同じ第１の基板２００上に形成される画素電極層２３０ａ、２３０ｂ及び第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃにおいて、下に形成される構造体の高さは、画素電極層２３０ａ、２３０ｂ下の第１の構造体２３３ａ、２３３ｂの方が、第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃ下の第３の構造体２３５ａ、２３５ｂ、２３５ｃより高い。このように構造体の厚さ（高さ）や、数を制御することによって、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び画素電極層の液晶層中における配置位置を設定することができる。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図１（Ａ）乃至（Ｃ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す第１の基板２００と第２の基板２０１との距離となる。
セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は第１の基板及び第２の基板間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の液晶表示装置において、開口パターンを有し、かつ液晶を挟持するように設けられた画素電極層２３０ａ、２３０ｂと、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃ及び第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃとの間に電界を加えることで、液晶層２０８には斜め方向（基板に対して斜めの方向）の電界が加わるため、その電界を用いて液晶分子を制御できる。また画素電極層２３０ａ、２３０ｂは液晶層２０８の膜厚方向において、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃと第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃとの間に配置されているため、液晶には画素電極層２３０ａ、２３０ｂと第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂ、２３１ｃとの電界、及び画素電極層２３０ａ、２３０ｂと第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃとの電界を加えることができ、液晶層全体に電界を形成することができる。
例えば、図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）においては画素電極層２３０ａと第１の共通電極層２３１ａとの間に矢印２０２ａに示す斜め方向の電界が、画素電極層２３０ａと第１の共通電極層２３１ｂとの間に矢印２０２ｂに示す斜め方向の電界が、画素電極層２３０ａと第２の共通電極層２３２ａとの間に矢印２０２ｃに示す斜め方向の電界が、画素電極層２３０ａと第２の共通電極層２３２ｂとの間に矢印２０２ｄに示す斜め方向の電界がそれぞれ加わる。また、第１の共通電極層２３１ａ、２３１ｂと第２の基板２０１との間に第２の構造体２３４ａ、２３４ｂ、第２の共通電極層２３２ａ、２３２ｂと第１の基板２００との間に第３の構造体２３５ａ、２３５ｂを設ける構成であっても、電位線は円状に回り込むため、液晶層全体に電界が形成される。
構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラスト比も高くすることができる。
また、比較的粘度の高いブルー相を示す液晶材料においても、より低電圧で効果的に電界を印加することができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
構造体は絶縁性材料（有機材料及び無機材料）を用いた絶縁体、及び導電性材料（有機材料及び無機材料）を用いた導電体で形成することができる。代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、導電性樹脂や金属材料で形成してもよい。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であってもよい。構造体の形状は、柱状、錐形の先端が平面である断面が台形の形状、錐形の先端が丸いドーム状などを用いることができる。また、構造体は基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する部分であればよいので、層間膜を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、突出する構造体としてもよい。よって、構造体は複数の突出した凸部を有する連続膜であってもよい。
なお、構造体上に形成される画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の形状は、該構造体の形状が反映され、またエッチング加工方法にも影響をうける。構造体及び該構造体上に形成される画素電極層の形状例を図１９（Ａ）（Ｂ）に示す。なお、図１９では第１の構造体及び画素電極層を例として示すが、第２の構造体及び第１の共通電極層と、第３の構造体及び第２の共通電極層も同様に様々な形状を適用することができる。
図１９（Ａ）は、第１の構造体２４１ａ、２４１ｂ上に画素電極層２４０ａ、２４０ｂがそれぞれ形成される例であり、図１９（Ｂ）は、第１の構造体２４３ａ、２４３ｂ上に画素電極層２４２ａ、２４２ｂがそれぞれ形成される例である。第１の構造体２４１ａ、２４１ｂ、２４３ａ、２４３ｂは錐形の先端が丸いドーム形状の構造体である。第１の構造体２４１ａ、２４１ｂ上に設けられた画素電極層２４０ａ、２４０ｂは、第１の構造体２４１ａ、２４１ｂ側面を覆うように形成され、部分的に第１の基板２００に接している例である。一方、第１の構造体２４３ａ、２４３ｂ上に設けられた画素電極層２４２ａ、２４２ｂは第１の構造体２４３ａ、２４３ｂの側面上方部分にのみ形成されている例である。このように画素電極層が構造体側面（全部、又は部分的に）を覆う形状であってもよいし、画素電極層が不均一な膜厚分布を有していてもよい。この場合でも、液晶層において画素電極層は第１の共通電極層と第２の共通電極層の間に存在する領域を有するため、第１の共通電極層及び第２の共通電極層と斜め電界を液晶層全体にわたって形成する効果を奏する。よって、画素電極層は少なくとも液晶の厚さ方向の該画素電極層の最も高い位置（画素電極層の上面）において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置されるものとする。
液晶層２０８を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、第１の基板２００と第２の基板２０１とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
液晶層２０８には、ブルー相を示す液晶材料を用いる。ブルー相を示す液晶材料は、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能であるため、液晶表示装置の高性能化が可能になる。
ブルー相を示す液晶材料として液晶及びカイラル剤を含む。カイラル剤は、液晶を螺旋構造に配向させ、ブルー相を発現させるために用いる。例えば、数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶材料を液晶層に用いればよい。
液晶は、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶等を用いる。
カイラル剤は、液晶に対する相溶性が良く、かつ捩れ力の強い材料を用いる。また、Ｒ体、Ｓ体のどちらか片方の材料が良く、Ｒ体とＳ体の割合が５０：５０のラセミ体は使用しない。
上記液晶材料は、条件により、コレステリック相、コレステリックブルー相、スメクチック相、スメクチックブルー相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
ブルー相であるコレステリックブルー相及びスメクチックブルー相は、螺旋ピッチが５００ｎｍ以下とピッチの比較的短いコレステリック相またはスメクチック相を有する液晶材料にみられる。液晶材料の配向は二重ねじれ構造を有する。可視光の波長以下の秩序を有しているため、透明であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的変調作用が生じる。ブルー相は光学的に等方であるため視野角依存性がなく、配向膜を形成しなくとも良いため、表示画像の質の向上及びコスト削減が可能である。
また、ブルー相は狭い温度範囲でしか発現が難しく、温度範囲を広く改善するために液晶材料に、光硬化樹脂及び光重合開始剤を添加し、高分子安定化処理を行うことが好ましい。高分子安定化処理は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材料に、光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光を照射して行う。この高分子安定化処理は、温度制御を行い、等方相を示した状態で光照射して行っても良いし、ブルー相を示した状態で光照射して行ってもよい。
例えば、液晶層の温度を制御し、ブルー相を発現した状態で液晶層に光を照射することにより高分子安定化処理を行う。但し、これに限定されず、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の等方相を発現した状態で液晶層に光を照射することにより高分子安定化処理を行ってもよい。ブルー相と等方相間の相転移温度とは、昇温時にブルー相から等方相に転移する温度又は降温時に等方相からブルー相に相転移する温度をいう。高分子安定化処理の一例としては、液晶層を等方相まで加熱した後、徐々に降温させてブルー相にまで相転移させ、ブルー相が発現する温度を保持した状態で光を照射することができる。他にも、液晶層を徐々に加熱して等方相に相転移させた後、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相を発現した状態）で光を照射することができる。また、液晶材料に含まれる光硬化樹脂として、紫外線硬化樹脂（ＵＶ硬化樹脂）を用いる場合、液晶層に紫外線を照射すればよい。なお、ブルー相を発現させなくとも、ブルー相と等方相間の相転移温度から＋１０℃以内、好ましくは＋５℃以内の状態（等方相を発現した状態）で光を照射して高分子安定化処理を行えば、応答速度が１ｍｓｅｃ以下と短く高速応答が可能である。
光硬化樹脂は、アクリレート、メタクリレートなどの単官能モノマーでもよく、ジアクリレート、トリアクリレート、ジメタクリレート、トリメタクリレートなどの多官能モノマーでもよく、これらを混合させたものでもよい。また、液晶性のものでも非液晶性のものでもよく、両者を混合させてもよい。光硬化樹脂は、用いる光重合開始剤の反応する波長の光で硬化する樹脂を選択すれば良く、代表的には紫外線硬化樹脂を用いることができる。
光重合開始剤は、光照射によってラジカルを発生させるラジカル重合開始剤でもよく、酸を発生させる酸発生剤でもよく、塩基を発生させる塩基発生剤でもよい。
具体的には、液晶材料として、ＪＣ−１０４１ＸＸ（チッソ株式会社製）と４−シアノ−４’−ペンチルビフェニルの混合物を用いることができ、カイラル剤としては、ＺＬＩ−４５７２（メルク株式会社製）を用いることができ、光硬化樹脂は、２−エチルヘキシルアクリレート、ＲＭ２５７（メルク株式会社製）、トリメチロールプロパントリアクリレートを用いることができ、光重合開始剤としては２，２−ジメトキシ−２−フェニルアセトフェノンを用いることができる。
また、図１では図示しないが、偏光板、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどは適宜設ける。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。また、光源としてバックライトなどを用いることができる。
本明細書において、液晶表示装置は光源の光を透過することによって表示を行う透過型の液晶表示装置である（又は半透過型の液晶表示装置）場合、少なくとも画素領域において光を透過させる必要がある。よって光が透過する画素領域に存在する第１の基板、第２の基板、絶縁膜、導電膜などの薄膜はすべて可視光の波長領域の光に対して透光性とする。
画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層においては透光性が好ましいが、開口パターンを有するために金属膜などの非透光性材料を用いてもよい。
画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに酸化珪素（ＳｉＯ２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、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、またはタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
第１の基板２００、第２の基板２０１にはバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、プラスチック基板などを用いることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
（実施の形態２）
本明細書に開示する発明は、パッシブマトリクス型の液晶表示装置でもアクティブマトリクス型の液晶表示装置にも適用することができる。アクティブマトリクス型の液晶表示装置の例を、図２、図８及び図１８を用いて説明する。
図２（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の線Ｘ１−Ｘ２における断面図である。
図２（Ａ）において、複数のソース配線層（配線層４０５ａを含む）が互いに平行（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層（ゲート電極層４０１を含む）は、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。容量配線層４０８は、複数のゲート配線層それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸している。ソース配線層と、容量配線層４０８及びゲート配線層とによって、概略長方形の空間が囲まれているが、この空間に液晶表示装置の画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層が液晶層４４４を介して配置されている。画素電極層を駆動するトランジスタ４２０は、図中左上の角に配置されている。画素電極層及びトランジスタは、マトリクス状に複数配置されている。
図２の液晶表示装置において、トランジスタ４２０に電気的に接続する第１の電極層４４７が画素電極層として機能し、第２の電極層４４６が第１の共通電極層、第３の電極層４４８が第２の共通電極層として機能する。なお、第１の電極層４４７と容量配線層４０８によって容量が形成されている。第１の共通電極層及び第２の共通電極層とはフローティング状態（電気的に孤立した状態）として動作させることも可能だが、固定電位、好ましくはコモン電位（データとして送られる画像信号の中間電位）近傍でフリッカーの生じないレベルに設定してもよい。なお、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は等電位が好ましい。
画素電極層である第１の電極層４４７は第１の基板４４１（素子基板ともいう）上の層間膜４１３の液晶層４４４側の面から液晶層４４４に突出して設けられた第１の構造体４４９上に形成され、液晶層４４４の膜厚方向において画素電極層である第１の電極層４４７は第１の共通電極層である第２の電極層４４６と第２の共通電極層である第３の電極層４４８との間に配置される。また、図２（Ｂ）の断面図において、第１の電極層４４７と、第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８とは重畳せず互い違いに設けられている。第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８は少なくとも画素領域において同形状であり液晶層４４４を介して重畳するように配置されると、画素の開口率を低下させないために好ましい。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図２（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す層間膜４１３と第２の基板４４２との距離となる。
セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は層間膜４１３及び第２の基板４４２の間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
第１の電極層４４７、第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８は平板状ではなく、様々な開口パターンを有し、屈曲部や枝分かれした櫛歯状を含む形状である。
第１の電極層４４７が第２の電極層４４６と第３の電極層４４８との間に配置されるのであれば、実施の形態１で示したように第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８とも液晶層中に突出して設けられた構造体上に形成してもよい。
開口パターンを有し、かつ液晶を挟持するように設けられた第１の電極層４４７と、第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８との間に電界を加えることで、液晶層４４４には斜め方向（基板に対して斜めの方向）の電界が加わるため、その電界を用いて液晶分子を制御できる。また第１の電極層４４７は液晶層４４４の膜厚方向において、第２の電極層４４６と第３の電極層４４８との間に配置されているため、液晶には第１の電極層４４７と第２の電極層４４６との電界、及び第１の電極層４４７と第３の電極層４４８との電界を加えることができ、液晶層４４４全体に電界を形成することができる。
従って、液晶層４４４全体に形成された斜め電界によって、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラスト比も高くすることができる。
構造体は絶縁性材料（有機材料及び無機材料）を用いた絶縁体、及び導電性材料（有機材料及び無機材料）を用いた導電体で形成することができる。代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、導電性樹脂や金属材料で形成してもよい。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であってもよい。構造体の形状は、柱状、錐形の先端が平面である断面が台形の形状、錐形の先端が丸いドーム状などを用いることができる。また、構造体は基板の液晶層側の面から液晶層中に突出する部分であればよいので、層間膜を加工して液晶層側の表面を凹凸形状とし、突出する構造体としてもよい。よって、構造体は複数の突出した凸部を有する連続膜であってもよい。
構造体の形成方法は特に限定されず、材料に応じて、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの乾式法、又はスピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法）、ナノインプリント、各種印刷法（スクリーン印刷、オフセット印刷）等などの湿式法を用い、必要に応じてエッチング法（ドライエッチング又はウエットエッチング）により所望のパターンに加工すればよい。
図２（Ｂ）のように、第１の電極層４４７が形成される構造体４４９は、端部に曲率を有するテーパー形状であると第１の電極層４４７の被膜性が向上するために好ましい。本実施の形態では、第１の電極層４４７はトランジスタ４２０の配線層４０５ｂと接し、構造体４４９上にまで連続的に成膜される例であるが、配線層４０５ｂと接する電極層を形成し、その電極層を介して第１の電極層４４７を形成してもよい。
また、トランジスタを覆って層間膜を形成し、層間膜上に構造体を形成する場合、構造体をエッチング加工によって形成した後、層間膜にトランジスタと接続するためのコンタクトホールを開口してもよい。なお図２は、層間膜及び構造体となる絶縁膜にコンタクトホールを形成した後、絶縁膜をエッチング加工して構造体を形成する例である。
第１の電極層４４７、第２の電極層４４６、及び第３の電極層４４８の他の例を図８に示す。図中では省略しているが第１の電極層４４７と第２の電極層４４６とは液晶層４４４を間に挟持しており、第２の共通電極層である第３の電極層４４８は第１の共通電極層である第２の電極層４４６と対向して配置されている。図８（Ａ）乃至（Ｄ）の上面図に示すように、第１の電極層４４７ａ乃至４４７ｄ及び第２の電極層４４６ａ乃至４４６ｄが互い違いとなるように形成されており、図８（Ａ）では第１の電極層４４７ａ及び第２の電極層４４６ａはうねりを有する波状形状であり、図８（Ｂ）では第１の電極層４４７ｂ及び第２の電極層４４６ｂは同心円状の開口部を有する形状であり、図８（Ｃ）では第１の電極層４４７ｃ及び第２の電極層４４６ｃは櫛歯状であり一部重なっている形状であり、図８（Ｄ）では第１の電極層４４７ｄ及び第２の電極層４４６ｄは櫛歯状であり電極同士がかみ合うような形状である。
なお、図８（Ａ）乃至（Ｃ）のように、第１の電極層４４７ａ、４４７ｂ、４４７ｃ、と第３の電極層４４８ａ、４４８ｂ、４４８ｃとが重なる場合は、第１の電極層４４７と第３の電極層４４８との間には絶縁膜を形成し、異なる膜上に第１の電極層４４７と第３の電極層４４８とを形成する。
図１８の液晶表示装置は、図１８（Ｂ）の断面図に示すように、画素電極層である第１の電極層４４７と、第２の共通電極層である第３の電極層４４８とが別の膜上（別レイヤー上）にそれぞれ設けられている。
図１８においては、第２の共通電極層である第３の電極層４４８が層間膜４１３上に形成されており、第３の電極層４４８上には絶縁膜４１６が積層され、絶縁膜４１６上に画素電極層である第１の電極層４４７が形成されている。なお、図１８においては、第１の電極層と共通配線層とによって容量が形成されている。
トランジスタ４２０は逆スタガ型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板である第１の基板４４１上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層４０５ａ、４０５ｂを含む。
トランジスタ４２０を覆い、半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられている。絶縁膜４０７上に層間膜４１３が設けられ、層間膜４１３上に第１の電極層４４７が形成され、液晶層４４４を介して第２の電極層４４６が形成されている。
液晶表示装置にカラーフィルタ層として機能する着色層を設けることができる。カラーフィルタ層は、第１の基板４４１及び第２の基板４４２より外側（液晶層４４４と反対側）に設けてもよいし、第１の基板４４１及び第２の基板４４２より内側に設けてもよい。
カラーフィルタは、液晶表示装置をフルカラー表示とする場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料から形成すればよく、モノカラー表示とする場合、着色層を無くす、もしくは少なくとも一つの色を呈する材料から形成すればよい。なお、バックライト装置にＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない場合もある。
図２の液晶表示装置は、層間膜４１３に、カラーフィルタ層として機能する有彩色の透光性樹脂層４１７を用いる例である。
カラーフィルタ層を対向基板側に設ける場合、トランジスタが形成される素子基板との、正確な画素領域の位置合わせが難しく、画質を損なう恐れがあるが、層間膜をカラーフィルタ層として直接素子基板側に形成するのでより精密な形成領域の制御ができ、微細なパターンの画素にも対応することができる。また、層間膜とカラーフィルタ層を同一の絶縁層で兼ねるので、工程が簡略化し、より低コストで液晶表示装置を作製することができる。
有彩色の透光性樹脂としては、感光性、非感光性の有機樹脂を用いることができる。感光性の有機樹脂層を用いるとレジストマスク数を削減することができるため、工程が簡略化し好ましい。また、層間膜に形成するコンタクトホールも曲率を有する開口形状となるために、コンタクトホールに形成される電極層などの膜の被覆性も向上させることができる。
有彩色は、黒、灰、白などの無彩色を除く色であり、着色層はカラーフィルタとして機能させるため、その着色された有彩色の光のみを透過する材料で形成される。有彩色としては、赤色、緑色、青色などを用いることができる。また、シアン、マゼンダ、イエロー（黄）などを用いてもよい。着色された有彩色の光のみを透過するとは、着色層において透過する光は、その有彩色の光の波長にピークを有するということである。
有彩色の透光性樹脂層４１７は、着色層（カラーフィルタ）として機能させるため、含ませる着色材料の濃度と光の透過率の関係に考慮して、最適な膜厚を適宜制御するとよい。層間膜４１３を複数の薄膜で積層する場合、少なくとも一層が有彩色の透光性樹脂層であれば、カラーフィルタとして機能させることができる。
有彩色の色によって有彩色の透光性樹脂層の膜厚が異なる場合や、遮光層、トランジスタに起因する凹凸を有する場合は、可視光の波長領域の光を透過する（いわゆる無色透明）絶縁層を積層し、層間膜表面を平坦化してもよい。層間膜の平坦性を高めるとその上に形成される画素電極層や第２の共通電極層の被覆性もよく、かつ液晶層のギャップ（膜厚）を均一にすることができるため、より液晶表示装置の視認性を向上させ、高画質化が可能になる。
層間膜４１３（有彩色の透光性樹脂層４１７）の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）等の方法、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等のツール（設備）を用いることができる。
第１の電極層４４７及び第３の電極層４４８上には液晶層４４４が設けられ、第２の電極層４４６が形成された対向基板である第２の基板４４２で封止されている。
第１の基板４４１及び第２の基板４４２は透光性基板であり、それぞれ外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ａ、４４３ｂが設けられている。
図７（Ａ）乃至（Ｄ）を用いて図２に示す液晶表示装置の作製工程を説明する。図７（Ａ）乃至（Ｄ）は液晶表示装置の作製工程の断面図である。なお、図７（Ａ）乃至（Ｄ）では含まれる画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は省略している。画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は図２の構造を用いることができ、液晶層において構造体上の画素電極層が第１の共通電極層及び第２の共通電極層間に配置されて生じる斜め電界モードを適用することができる。
図７（Ａ）において、素子基板である第１の基板４４１上に素子層４５１が形成され、素子層４５１上に層間膜４１３が形成されている。
層間膜４１３は、有彩色の透光性樹脂層４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃ及び遮光層４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ、４５５ｄを含み、遮光層４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ、４５５ｄの間に有彩色の透光性樹脂層４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃがそれぞれ形成される構成である。なお、図７（Ａ）乃至（Ｄ）では含まれる画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は省略している。
図７（Ｂ）に示すように、第１の基板４４１と対向基板である第２の基板４４２とを、液晶層４５８を間に挟持させてシール材４５６ａ、４５６ｂで固着する。液晶層４５８を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、第１の基板４４１と第２の基板４４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
液晶層４５８には、ブルー相を示す液晶材料を用いることができる。液晶層４５８は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材料を用いて形成する。
シール材４５６ａ、４５６ｂとしては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性または熱硬化性の樹脂を用いるのが好ましい。代表的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、アミン樹脂などを用いることができる。また、光（代表的には紫外線）重合開始剤、熱硬化剤、フィラー、カップリング剤を含んでもよい。
図７（Ｃ）に示すように、液晶層４５８に、光４５７を照射して高分子安定化処理を行い、液晶層４４４を形成する。光４５７は、液晶層４５８に含まれる光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光とする。この光照射による高分子安定化処理により、液晶層４４４がブルー相を示す温度範囲を広く改善することができる。
シール材に紫外線などの光硬化樹脂を用い、滴下法で液晶層を形成する場合など、高分子安定化処理の光照射工程によってシール材の硬化を行ってもよい。
図７のように、素子基板上にカラーフィルタ層及び遮光層を作り込む液晶表示装置の構成であると、カラーフィルタ層及び遮光層によって対向基板側から照射される光が吸収、遮断されることがないために、液晶層全体に均一に照射することができる。よって、光重合の不均一による液晶の配向乱れやそれに伴う表示ムラなどを防止することができる。また、遮光層によってトランジスタも遮光でき、光照射における電気特性の不良を防止することができる。
図７（Ｄ）に示すように、第１の基板４４１の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ａを、第２の基板４４２の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ｂを設ける。また、偏光板の他、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどを設けてもよい。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。以上の工程で、液晶表示装置を完成させることができる。
また、大型の基板を用いて複数の液晶表示装置を作製する場合（所謂多面取り）、その分断工程は、高分子安定化処理の前か、偏光板を設ける前に行うことができる。分断工程による液晶層への影響（分断工程時にかかる力などによる配向乱れなど）を考慮すると、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、高分子安定化処理の前が好ましい。
図示しないが、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いればよい。光源は素子基板である第１の基板４４１側から、視認側である第２の基板４４２へと透過するように照射される。
第１の電極層４４７、第２の電極層４４６、及び第３の電極層４４８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（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、第１の電極層４４７、第２の電極層４４６、及び第３の電極層４４８はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
また、第１の電極層４４７、第２の電極層４４６、及び第３の電極層４４８として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。導電性組成物を用いて形成した画素電極は、シート抵抗が１００００Ω／□以下、波長５５０ｎｍにおける透光率が７０％以上であることが好ましい。また、導電性組成物に含まれる導電性高分子の抵抗率が０．１Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。
導電性高分子としては、いわゆるπ電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリンまたはその誘導体、ポリピロールまたはその誘導体、ポリチオフェンまたはその誘導体、若しくはこれらの２種以上の共重合体などがあげられる。
下地膜となる絶縁膜を第１の基板４４１とゲート電極層４０１の間に設けてもよい。下地膜は、第１の基板４４１からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化珪素膜、酸化珪素膜、窒化酸化珪素膜、又は酸化窒化珪素膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。ゲート電極層４０１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。ゲート電極層４０１に遮光性を有する導電膜を用いることで、バックライトからの光（第１の基板４４１から入射する光）が、半導体層４０３へ入射することを防止することができる。
例えば、ゲート電極層４０１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、または銅層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、または銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層が積層された２層の積層構造、窒化チタン層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミニウムとチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層構造とすることが好ましい。
ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層を単層で又は積層して形成することができる。また、ゲート絶縁層４０２として、有機シランガスを用いたＣＶＤ法により酸化シリコン層を形成することも可能である。有機シランガスとしては、珪酸エチル（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
半導体層、配線層の作製工程において、薄膜を所望の形状に加工するためにエッチング工程を用いる。エッチング工程は、ドライエッチングやウェットエッチングを用いることができる。
ドライエッチングに用いるエッチング装置としては、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）を用いたエッチング装置や、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）などの高密度プラズマ源を用いたドライエッチング装置を用いることができる。また、ＩＣＰエッチング装置と比べて広い面積に渡って一様な放電が得られやすいドライエッチング装置としては、上部電極を接地させ、下部電極に１３．５６ＭＨｚの高周波電源を接続し、さらに下部電極に３．２ＭＨｚの低周波電源を接続したＥＣＣＰ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）モードのエッチング装置がある。このＥＣＣＰモードのエッチング装置であれば、例えば基板として、第１０世代の３ｍを超えるサイズの基板を用いる場合にも対応することができる。
所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
配線層４０５ａ、４０５ｂの材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、熱処理を行う場合には、この熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。例えば、Ａｌ単体では耐熱性が劣り、また腐蝕しやすい等の問題点があるので耐熱性導電性材料と組み合わせて形成する。Ａｌと組み合わせる耐熱性導電性材料としては、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、スカンジウム（Ｓｃ）から選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜、または上述した元素を成分とする窒化物で形成する。
ゲート絶縁層４０２、半導体層４０３、配線層４０５ａ、４０５ｂを大気に触れさせることなく連続的に形成してもよい。大気に触れさせることなく連続成膜することで、大気成分や大気中に浮遊する汚染不純物元素に汚染されることなく各積層界面を形成することができるので、トランジスタ特性のばらつきを低減することができる。
なお、半導体層４０３は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する半導体層である。
トランジスタ４２０を覆う絶縁膜４０７、絶縁層４０９は、乾式法や湿式法で形成される無機絶縁膜、有機絶縁膜を用いることができる。例えば、ＣＶＤ法やスパッタ法などを用いて得られる窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化タンタル膜などを用いることができる。また、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。
なおシロキサン系樹脂とは、シロキサン系材料を出発材料として形成されたＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合を含む樹脂に相当する。シロキサン系樹脂は置換基としては有機基（例えばアルキル基やアリール基）やフルオロ基を用いても良い。また、有機基はフルオロ基を有していても良い。シロキサン系樹脂は塗布法により成膜し、焼成することによって絶縁膜４０７として用いることができる。
なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁膜４０７、絶縁層４０９を形成してもよい。例えば、無機絶縁膜上に有機樹脂膜を積層する構造としてもよい。
また、多階調マスクにより形成した複数（代表的には二種類）の厚さの領域を有するレジストマスクを用いると、レジストマスクの数を減らすことができるため、工程簡略化、低コスト化が図れる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
（実施の形態３）
実施の形態２において、カラーフィルタを液晶層を挟持する基板の外側に設ける例を図４に示す。なお、実施の形態１及び実施の形態２と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。
図４（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）の線Ｘ１−Ｘ２における断面図である。
図４（Ａ）の平面図においては、実施の形態２と同様に、複数のソース配線層（配線層４０５ａを含む）が互いに平行（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層（ゲート電極層４０１を含む）は、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。容量配線層４０８は、複数のゲート配線層それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸している。ソース配線層と、容量配線層４０８及びゲート配線層とによって、概略長方形の空間が囲まれているが、この空間に液晶表示装置の画素電極層及び第２の共通電極層と、第１の共通電極層が液晶層４４４を介して配置されている。画素電極層を駆動するトランジスタ４２０は、図中左上の角に配置されている。画素電極層及びトランジスタは、マトリクス状に複数配置されている。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図４（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す層間膜４１３と第２の基板４４２との距離となる。
図４においては、トランジスタ４２０を覆って層間膜４１３を形成し、層間膜４１３上に構造体４４９を形成する際、構造体４４９をエッチング加工によって形成した後、層間膜４１３、絶縁膜４０７及び絶縁層４０９にトランジスタ４２０に接続するためのコンタクトホールを開口する例である。画素電極層である第１の電極層４４７は、層間膜４１３、絶縁膜４０７及び絶縁層４０９に形成したコンタクトホール及び構造体４４９を覆って連続的に形成されている。
図４の液晶表示装置は、カラーフィルタ４５０が第２の基板４４２と偏光板４４３ｂの間に設けられている。このように、液晶層４４４を挟持する第１の基板４４１及び第２の基板４４２の外側にカラーフィルタ４５０を設けてもよい。
図４の液晶表示装置の作製工程を図１７（Ａ）乃至（Ｄ）に示す。
なお、図１７（Ａ）乃至（Ｄ）では含まれる画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は省略している。例えば、画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層は実施の形態１及び実施の形態２の構造を用いることができ、液晶層において突出して設けられた構造体上の画素電極層が第１の共通電極層及び第２の共通電極層間に配置されて生じる斜め電界モードを適用することができる。
図１７（Ａ）に示すように、第１の基板４４１と対向基板である第２の基板４４２とを、液晶層４５８を間に挟持させてシール材４５６ａ、４５６ｂで固着する。液晶層４５８を形成する方法として、ディスペンサ法（滴下法）や、第１の基板４４１と第２の基板４４２とを貼り合わせてから毛細管現象を用いて液晶を注入する注入法を用いることができる。
液晶層４５８には、ブルー相を示す液晶材料を用いる。液晶層４５８は、液晶、カイラル剤、光硬化樹脂、及び光重合開始剤を含む液晶材料を用いて形成する。
図１７（Ｂ）に示すように、液晶層４５８に、光４５７を照射して高分子安定化処理を行い、液晶層４４４を形成する。光４５７は、液晶層４５８に含まれる光硬化樹脂、及び光重合開始剤が反応する波長の光とする。この光照射による高分子安定化処理により、液晶層４５８がブルー相を示す温度範囲を広く改善することができる。
シール材に紫外線などの光硬化樹脂を用い、滴下法で液晶層を形成する場合など、高分子安定化処理の光照射工程によってシール材の硬化も行ってもよい。
次に図１７（Ｃ）に示すように、視認側である第２の基板４４２側にカラーフィルタ４５０を設ける。カラーフィルタ４５０は、一対の基板４５９ａ及び基板４５９ｂの間に、カラーフィルタ層として機能する有彩色の透光性樹脂層４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃ及びブラックマトリクス層として機能する遮光層４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ、４５５ｄを含み、遮光層４５５ａ、４５５ｂ、４５５ｃ、４５５ｄの間に有彩色の透光性樹脂層４５４ａ、４５４ｂ、４５４ｃがそれぞれ形成される構成である。
図１７（Ｄ）に示すように、第１の基板４４１の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ａを、カラーフィルタ４５０の外側（液晶層４４４と反対側）に偏光板４４３ｂを設ける。また、偏光板の他、位相差板、反射防止膜などの光学フィルムなどを設けてもよい。例えば、偏光板及び位相差板による円偏光を用いてもよい。以上の工程で、液晶表示装置を完成させることができる。
また、大型の基板を用いて複数の液晶表示装置を作製する場合（所謂多面取り）、その分断工程は、高分子安定化処理の前か、偏光板を設ける前に行うことができる。分断工程による液晶層への影響（分断工程時にかかる力などによる配向乱れなど）を考慮すると、第１の基板と第２の基板とを貼り合わせた後、高分子安定化処理の前が好ましい。
図示しないが、光源としてバックライト、サイドライトなどを用いればよい。光源は素子基板である第１の基板４４１側から、視認側である第２の基板４４２へと透過するように照射される。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
（実施の形態４）
遮光層（ブラックマトリクス）を有する液晶表示装置を、図５を用いて説明する。
図５に示す液晶表示装置は、実施の形態２の図２（Ａ）（Ｂ）で示す液晶表示装置において、対向基板である第２の基板４４２側にさらに遮光層４１４を形成する例である。よって、実施の形態２と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。
図５（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の線Ｘ１−Ｘ２の断面図である。なお、図５（Ａ）の平面図では素子基板側のみ図示しており、対向基板側の記載は省略している。
第２の基板４４２の液晶層４４４側に、遮光層４１４が形成され、平坦化膜として絶縁層４１５が形成されている。遮光層４１４は、液晶層４４４を介してトランジスタ４２０と対応する領域（トランジスタの半導体層と重畳する領域）に形成することが好ましい。遮光層４１４がトランジスタ４２０の少なくとも半導体層４０３上方を覆うように配置されるように、第１の基板４４１及び第２の基板４４２は液晶層４４４を挟持して固着される。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図５（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す層間膜４１３と絶縁層４１５との距離となる。
セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は層間膜４１３及び絶縁層４１５の間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
遮光層４１４は、光を反射、又は吸収し、遮光性を有する材料を用いる。例えば、黒色の有機樹脂を用いることができ、感光性又は非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、顔料系の黒色樹脂やカーボンブラック、チタンブラック等を混合させて形成すればよい。また、遮光性の金属膜を用いることもでき、例えばクロム、モリブデン、ニッケル、チタン、コバルト、銅、タングステン、又はアルミニウムなどを用いればよい。
遮光層４１４の形成方法は特に限定されず、材料に応じて、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの乾式法、又はスピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）などの湿式法を用い、必要に応じてエッチング法（ドライエッチング又はウエットエッチング）により所望のパターンに加工すればよい。
絶縁層４１５もアクリルやポリイミドなどの有機樹脂などを用いて、スピンコートや各種印刷法などの塗布法で形成すればよい。
このようにさらに対向基板側に遮光層４１４を設けると、よりコントラスト向上やトランジスタの安定化の効果を高めることができる。遮光層４１４はトランジスタ４２０の半導体層４０３への光の入射を遮断することができるため、半導体の光感度によるトランジスタ４２０の電気特性の変動を防止し、より安定化させる。また、遮光層４１４は隣り合う画素への光漏れを防止することもできるため、より高コントラスト及び高精細な表示を行うことが可能になる。よって、液晶表示装置の高精細、高信頼性を達成することができる。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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５）
遮光層（ブラックマトリクス）を有する液晶表示装置を、図６を用いて説明する。
図６に示す液晶表示装置は、実施の形態２の図２（Ａ）（Ｂ）で示す液晶表示装置において、素子基板である第１の基板４４１側に層間膜４１３の一部として遮光層４１４を形成する例である。よって、実施の形態２と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。
図６（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり、図６（Ｂ）は図６（Ａ）の線Ｘ１−Ｘ２の断面図である。
層間膜４１３は遮光層４１４及び有彩色の透光性樹脂層４１７を含む。遮光層４１４は、素子基板である第１の基板４４１側に設けられており、トランジスタ４２０上（少なくともトランジスタの半導体層４０３を覆う領域）に絶縁膜４０７、絶縁層４０９を介して形成され、半導体層に対する遮光層として機能する。一方、有彩色の透光性樹脂層４１７は、第１の電極層４４７、第２の電極層４４６及び第３の電極層４４８に重なる領域に形成され、カラーフィルタ層として機能する。図６（Ｂ）の液晶表示装置において、第３の電極層４４８の一部は、遮光層４１４上に形成され、その上に液晶層４４４が設けられている。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図６（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す遮光層４１４と第２の基板４４２との距離となる。
セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は遮光層４１４及び第２の基板４４２の間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
遮光層４１４を層間膜として用いるため、黒色の有機樹脂を用いることが好ましい。例えば、感光性又は非感光性のポリイミドなどの樹脂材料に、顔料系の黒色樹脂やカーボンブラック、チタンブラック等を混合させて形成すればよい。遮光層４１４の形成方法は材料に応じて、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）などの湿式法を用い、必要に応じてエッチング法（ドライエッチング又はウエットエッチング）により所望のパターンに加工すればよい。
このように遮光層４１４を設けると、遮光層４１４は、画素の開口率を低下させることなくトランジスタ４２０の半導体層４０３への光の入射を遮断することができ、トランジスタ４２０の電気特性の変動を防止し安定化する効果を得られる。また、遮光層４１４は隣り合う画素への光漏れを防止することもできるため、より高コントラスト及び高精細な表示を行うことが可能になる。よって、液晶表示装置の高精細、高信頼性を達成することができる。
また、有彩色の透光性樹脂層４１７は、カラーフィルタ層として機能させることができる。カラーフィルタ層を対向基板側に設ける場合、トランジスタが形成される素子基板との、正確な画素領域の位置合わせが難しく画質を損なう恐れがあるが、層間膜に含まれる有彩色の透光性樹脂層４１７をカラーフィルタ層として直接素子基板側に設ける場合、より精密な形成領域の制御ができ、微細なパターンの画素にも対応することができる。また、層間膜とカラーフィルタ層を同一の絶縁層で兼ねるので、工程が簡略化しより低コストで液晶表示装置を作製可能となる。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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６）
実施の形態１乃至５において、液晶表示装置に適用できるトランジスタの他の例を示す。なお、実施の形態１乃至５と同様なものに関しては同様の材料及び作製方法を適用することができ、同一部分又は同様な機能を有する部分の詳細な説明は省略する。
図１０（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の線Ｖ１−Ｖ２における断面図である。
図１０（Ａ）の平面図においては、実施の形態２と同様に、複数のソース配線層（配線層４０５ａを含む）が互いに平行（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層（ゲート電極層４０１を含む）は、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。容量配線層４０８は、複数のゲート配線層それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸している。ソース配線層と、容量配線層４０８及びゲート配線層とによって、概略長方形の空間が囲まれているが、この空間に液晶表示装置の画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層が配置されている。画素電極層を駆動するトランジスタ４２２は、図中左上の角に配置されている。画素電極層及びトランジスタは、マトリクス状に複数配置されている。
トランジスタ４２２、有彩色の透光性樹脂層である層間膜４１３、及び第１の電極層４４７が設けられた第１の基板４４１と、第２の電極層４４６が設けられた第２の基板４４２とは液晶層４４４を間に挟持して固着されている。
図１０における構造において、半導体層４０３とソース電極層の間にソース領域（一導電型を有する半導体層、バッファ層ともいう）を、半導体層４０３とドレイン電極層との間にドレイン領域（一導電型を有する半導体層、バッファ層ともいう）を有する例を示す。例えば、ソース領域及びドレイン領域に、ｎ型の導電型を示す半導体層を用いる。
また、トランジスタ４２２のソース領域またはドレイン領域４０４ａ、４０４ｂとして、半導体層を用いる場合は、チャネル形成領域として用いる半導体層４０３の膜厚よりも薄く、且つ、より高い導電率（電気伝導度）を有するのが好ましい。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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７）
実施の形態１乃至５において、液晶表示装置に適用できるトランジスタの他の例を、図９を用いて説明する。
図９（Ａ）は液晶表示装置の平面図であり１画素分の画素を示している。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の線Ｚ１−Ｚ２における断面図である。
図９（Ａ）の平面図においては、実施の形態２と同様に、複数のソース配線層（配線層４０５ａを含む）が互いに平行（図中上下方向に延伸）かつ互いに離間した状態で配置されている。複数のゲート配線層（ゲート電極層４０１を含む）は、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸し、かつ互いに離間するように配置されている。容量配線層４０８は、複数のゲート配線層それぞれに隣接する位置に配置されており、ゲート配線層に概略平行な方向、つまり、ソース配線層に概略直交する方向（図中左右方向）に延伸している。ソース配線層と、容量配線層４０８及びゲート配線層とによって、概略長方形の空間が囲まれているが、この空間に液晶表示装置の画素電極層、第１の共通電極層及び第２の共通電極層が配置されている。画素電極層を駆動するトランジスタ４２１は、図中左上の角に配置されている。画素電極層及びトランジスタは、マトリクス状に複数配置されている。
トランジスタ４２１、有彩色の透光性樹脂層である層間膜４１３、及び第１の電極層４４７が設けられた第１の基板４４１と、第２の電極層４４６が設けられた第２の基板４４２とは液晶層４４４を間に挟持して固着されている。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図９（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す層間膜４１３と第２の基板４４２との距離となる。
トランジスタ４２１はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を有する基板である第１の基板４４１上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、ソース電極層又はドレイン電極層として機能する配線層４０５ａ、４０５ｂ、及び半導体層４０３を含む。また、トランジスタ４２１を覆い、半導体層４０３に接する絶縁膜４０７が設けられ、絶縁膜４０７上にさらに絶縁層４０９が積層されている。
なお、実施の形態６で示したようにバッファ層を、半導体層４０３と配線層４０５ａ、４０５ｂの間に設ける構造としてもよい。また、バッファ層をゲート絶縁層４０２と配線層４０５ａ、４０５ｂの間及び、半導体層４０３と配線層４０５ａ、４０５ｂの間の両方に設ける構造としてもよい。
トランジスタ４２１は、トランジスタ４２１を含む領域全てにおいてゲート絶縁層４０２が存在し、ゲート絶縁層４０２と絶縁表面を有する基板である第１の基板４４１の間にゲート電極層４０１が設けられている。ゲート絶縁層４０２上には配線層４０５ａ、４０５ｂが設けられている。そして、ゲート絶縁層４０２、配線層４０５ａ、４０５ｂ上に半導体層４０３が設けられている。また、図示しないが、ゲート絶縁層４０２上の配線層４０５ａ、４０５ｂは半導体層４０３の外周部より外側に延在している。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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８）
上記実施の形態１乃至７において、トランジスタ４２０、４２１、４２２の半導体層に用いることのできる材料として酸化物半導体を説明する。具体的には、半導体層として酸化物半導体層を用いたトランジスタ１４２０、１４５０を説明する。
図１１（Ａ）に示すトランジスタ１４２０はボトムゲート型のトランジスタであり、絶縁表面を有する基板１４００上に、ゲート電極層１４０１、ゲート絶縁層１４０２、酸化物半導体層１４０３、ソース電極層１４０５ａ、及びドレイン電極層１４０５ｂを含む。また、トランジスタ１４２０を覆い、酸化物半導体層１４０３に積層する酸化物絶縁層１４０７が設けられている。酸化物絶縁層１４０７上にはさらに窒化物絶縁層を用いた保護絶縁層１４０９が形成されている。
酸化物半導体層を用いるトランジスタの電気的特性変動を抑止するため、変動要因となる水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。
よって酸化物半導体中の水素は少なければ少ないほどよく、酸化物半導体に含まれる水素が好ましくは１×１０１６／ｃｍ３未満として、酸化物半導体に含まれる水素を極力除去してゼロに近づける。
また、高純度化された酸化物半導体中にはキャリアが極めて少なく（ゼロに近い）、キャリア濃度は１×１０１４／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１２／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満である。酸化物半導体中にキャリアが極めて少ないため、トランジスタは、オフ電流を少なくすることができる。オフ電流は少なければ少ないほど好ましい。オフ電流（リーク電流ともいう）とは、−１Ｖ〜−１０Ｖの間のいずれかのゲート電圧を印加した場合のトランジスタのソース、ドレイン間を流れる電流のことであり、本明細書に開示する酸化物半導体を用いたトランジスタは、チャネル幅（ｗ）が１μｍあたりの電流値が１００ａＡ／μｍ以下、好ましくは１０ａＡ／μｍ以下、さらに好ましくは１ａＡ／μｍ以下である。さらに、ｐｎ接合がなく、ホットキャリア劣化がないため、これらにトランジスタの電気的特性が影響を受けない。
上記水素の濃度範囲は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で得られたもの、またはそのデータに基づいて得られる。また、キャリア濃度はホール効果測定により求めることができる。ホール効果測定器の例として、比抵抗／ホール測定システムＲｅｓｉＴｅｓｔ８３１０（東陽テクニカ製）を挙げることができる。比抵抗／ホール測定システムＲｅｓｉＴｅｓｔ８３１０は、磁場の向きと大きさを一定の周期で変化させ、それと同期してサンプルに現れるホール起電圧のみを検出するＡＣ（交流）ホール測定が可能であり、移動度が小さくて抵抗率の高い材料についても、ホール起電圧を検出できる。
また、酸化物半導体膜中だけでなく、ゲート絶縁層内に存在する水分などの不純物を低減し、上下に接して設けられる膜と酸化物半導体膜の界面に存在する水分などの不純物も低減する。
酸化物半導体の主成分以外の不純物が極力含まれないように高純度化することにより、トランジスタの動作を良好なものとすることができる。
酸化物半導体膜としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ２を含んでもよい。
また、酸化物半導体膜は、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される薄膜を用いることができる。ここで、Ｍは、Ｇａ、Ａｌ、ＭｎおよびＣｏから選ばれた一または複数の金属元素を示す。例えばＭとして、Ｇａ、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＭｎ、またはＧａ及びＣｏなどがある。ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記される構造の酸化物半導体膜のうち、ＭとしてＧａを含む構造の酸化物半導体を、上記したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ酸化物半導体とよび、その薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ非単結晶膜ともよぶこととする。
また、トランジスタ１４２０、１４５０はボトムゲート構造の逆スタガ型薄膜トランジスタの例を示すが、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できる酸化物半導体層を有するトランジスタは、酸化物半導体層上にチャネル保護層を設けたチャネル保護型のトランジスタでも、トップゲート構造のトランジスタであってもよい。
また、トランジスタ１４２０、１４５０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明するが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
図１１（Ｂ）では、断面から見て酸化物絶縁層を窒化物絶縁層で囲む例を示す。
図１１（Ｂ）に示すトランジスタ１４５０はボトムゲート型の薄膜トランジスタであり、絶縁表面を有する基板１４００上に、ゲート電極層１４０１、窒化物絶縁層を用いたゲート絶縁層１４３２ａ、酸化物絶縁層を用いたゲート絶縁層１４３２ｂ、酸化物半導体層１４０３、ソース電極層１４０５ａ、及びドレイン電極層１４０５ｂを含む。また、トランジスタ１４５０を覆い、酸化物半導体層１４０３に積層する酸化物絶縁層１４３７が設けられている。酸化物絶縁層１４３７上にはさらに窒化物絶縁層を用いた保護絶縁層１４３９が形成されている。保護絶縁層１４３９は窒化物絶縁層であるゲート絶縁層１４３２ａと接する構成とする。
本実施の形態では、トランジスタ１４５０においてゲート絶縁層をゲート電極層側から窒化物絶縁層と酸化物絶縁層との積層構造とする。また、窒化物絶縁層である保護絶縁層１４３９の形成前に、酸化物絶縁層１４３７と、ゲート絶縁層１４３２ｂを選択的に除去し、窒化物絶縁層であるゲート絶縁層１４３２ａが露出するように加工する。
少なくとも酸化物絶縁層１４３７、ゲート絶縁層１４３２ｂの上面形状は、酸化物半導体層１４０３の上面形状よりも広く、トランジスタ１４５０を覆う上面形状とすることが好ましい。
さらに酸化物絶縁層１４３７の上面と、酸化物絶縁層１４３７及びゲート絶縁層１４３２ｂの側面とを覆い、かつ窒化物絶縁層であるゲート絶縁層１４３２ａに接して、窒化物絶縁層である保護絶縁層１４３９を形成する。
窒化物絶縁層からなる保護絶縁層１４３９及びゲート絶縁層１４３２ａは、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法で得られる窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜などの水分、水素イオン、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用いる。
本実施の形態では、窒化物絶縁層からなる保護絶縁層１４３９として、酸化物半導体層１４０３の下面、上面、及び側面を囲むようにＲＦスパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍの窒化シリコン層を設ける。
図１１（Ｂ）に示す構造とすることで、酸化物半導体層１４０３は、接して囲う様に設けられるゲート絶縁層１４３２ｂ及び酸化物絶縁層１４３７によって、水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物は低減され、かつ窒化物絶縁層であるゲート絶縁層１４３２ａ及び保護絶縁層１４３９によってさらに外部を覆うように囲まれているので、保護絶縁層１４３９の形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分の侵入を防ぐことができる。また、液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に、外部からの水分の侵入を防ぐことができデバイスの長期信頼性を向上することができる。
また、本実施の形態では一つのトランジスタを窒化物絶縁層で囲む構成を示したが特に限定されず、複数のトランジスタを窒化物絶縁層で囲む構成としてもよいし、画素部の複数のトランジスタをまとめて窒化物絶縁層で囲む構成としてもよい。少なくともアクティブマトリクス基板の画素部の周縁を囲むように保護絶縁層１４３９とゲート絶縁層１４３２ａとが接する領域を設ける構成とすればよい。
液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
ブルー相を示す液晶材料を用いると、配向膜へのラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。よって液晶表示装置の生産性を向上させることが可能となる。特に、酸化物半導体層を用いるトランジスタは、静電気の影響によりトランジスタの電気的な特性が著しく変動して設計範囲を逸脱する恐れがある。
ブルー相を示す液晶材料の応答速度が従来液晶材料よりも一桁以上速いため、酸化物半導体層を用いるトランジスタの様な倍速（高速）駆動が可能なデバイスと組み合わせることによって、液晶表示装置の高機能化及び高速応答化が実現できる。
酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が非常に小さいため、保持容量は非常に小さくてもよい。また設けなくてもよいので、開口率を大きくすることができ、またブルー相を示す液晶材料を用いることによる容量増加が生じても、寄生容量を低減することができるため消費電力を低く抑えることができる。
以上のことから、本実施の形態のように酸化物半導体層を用いるトランジスタを有する液晶表示装置にブルー相を示す液晶材料を用いることはより効果的である。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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９）
本実施の形態は、実施の形態８で示した酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を図２６を用いて詳細に説明する。本実施の形態で示すトランジスタ３９０は、上記実施の形態における、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層を用いるトランジスタ１４２０、１４５０として適用することができる。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
図２６（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図２６（Ａ）乃至（Ｅ）に示すトランジスタ３９０は、ボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
また、トランジスタ３９０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明するが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
以下、図２６（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３９４上にトランジスタ３９０を作製する工程を説明する。
まず、絶縁表面を有する基板３９４上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３９１を形成する。形成されたゲート電極層の端部はテーパー形状であると、上に積層するゲート絶縁層の被覆性が向上するため好ましい。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
絶縁表面を有する基板３９４に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい。
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラス基板などを用いることができる。また、プラスチック基板等も適宜用いることができる。
下地膜となる絶縁膜を基板３９４とゲート電極層３９１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３９４からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
また、ゲート電極層３９１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
例えば、ゲート電極層３９１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層が積層された２層の積層構造、窒化チタン層とモリブデン層とを積層した２層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層とを積層した２層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミニウムとチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。なお、透光性を有する導電膜を用いてゲート電極層３９１を形成することもできる。透光性を有する導電膜としては、透光性導電性酸化物等をその例に挙げることができる。
次いで、ゲート電極層３９１上にゲート絶縁層３９７を形成する。
ゲート絶縁層３９７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。スパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する場合には、ターゲットとしてシリコンターゲット又は石英ターゲットを用い、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
ここで、不純物を除去することによりｉ型化又は実質的にｉ型化された酸化物半導体（高純度化された酸化物半導体）は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、ゲート絶縁層３９７との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層（ＧＩ）は、高品質化が要求される。
例えば、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
さらに、８５℃、２×１０６Ｖ／ｃｍ、１２時間のゲートバイアス・熱ストレス試験（ＢＴ試験）においては、不純物が酸化物半導体に添加されていると、不純物と酸化物半導体の主成分との結合手が、強電界（Ｂ：バイアス）と高温（Ｔ：温度）により切断され、生成された未結合手がしきい値電圧（Ｖｔｈ）のドリフトを誘発することとなる。
これに対して、本明細書に開示する発明は、酸化物半導体の不純物、特に水素や水等を極力除去し、上記のようにゲート絶縁層との界面特性を良好にすることにより、ＢＴ試験に対しても安定なトランジスタを得ることを可能としている。
ゲート絶縁層３９７は、ゲート電極層３９１側から窒化物絶縁層と、酸化物絶縁層との積層構造とすることもできる。例えば、第１のゲート絶縁層としてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層上に第２のゲート絶縁層として膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を積層して、膜厚１００ｎｍのゲート絶縁層とする。ゲート絶縁層の膜厚は、トランジスタに要求される特性によって適宜設定すればよく３５０ｎｍ乃至４００ｎｍ程度でもよい。
また、ゲート絶縁層３９７、後に形成される酸化物半導体膜３９３に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層３９１が形成された基板３９４、又はゲート絶縁層３９７までが形成された基板３９４を予備加熱し、基板３９４に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱の温度としては、１００℃以上４００℃以下好ましくは１５０℃以上３００℃以下である。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、酸化物絶縁層３９６の成膜前に、ソース電極層３９５ａ及びドレイン電極層３９５ｂまで形成した基板３９４にも同様に行ってもよい。
次いで、ゲート絶縁層３９７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜３９３を形成する（図２６（Ａ）参照）。
なお、酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層３９７の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。逆スパッタとは、ターゲット側に電圧を印加せずに、アルゴン雰囲気下で基板側にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
酸化物半導体膜３９３はスパッタリング法により成膜する。酸化物半導体膜３９３は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ２を含んでもよい。本実施の形態では、酸化物半導体膜３９３をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。また、酸化物半導体膜３９３は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタリング法により形成することができる。
酸化物半導体膜３９３をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲットとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットを用いることができる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲットとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットや、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットや、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０：１［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：２［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットを用いることもできる。酸化物半導体ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い酸化物半導体ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板を室温又は４００℃未満の温度に加熱する。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板３９４上に酸化物半導体膜３９３を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、クライオポンプにより処理室内に残留する水分を除去しながらスパッタ成膜を行うことで、酸化物半導体膜３９３を成膜する際の基板温度は室温から４００℃未満とすることができる。
成膜条件の一例としては、基板とターゲット間の距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
スパッタリング法にはスパッタ用電源に高周波電源を用いるＲＦスパッタリング法と、ＤＣスパッタリング法があり、さらにパルス的にバイアスを与えるパルスＤＣスパッタリング法もある。ＲＦスパッタリング法は主に絶縁膜を成膜する場合に用いられ、ＤＣスパッタリング法は主に金属膜を成膜する場合に用いられる。
また、材料の異なるターゲットを複数設置できる多元スパッタ装置もある。多元スパッタ装置は、同一チャンバーで異なる材料膜を積層成膜することも、同一チャンバーで複数種類の材料を同時に放電させて成膜することもできる。
また、チャンバー内部に磁石機構を備えたマグネトロンスパッタリング法を用いるスパッタ装置や、グロー放電を使わずマイクロ波を用いて発生させたプラズマを用いるＥＣＲスパッタリング法を用いるスパッタ装置がある。
また、スパッタリング法を用いる成膜方法として、成膜中にターゲット物質とスパッタガス成分とを化学反応させてそれらの化合物薄膜を形成するリアクティブスパッタリング法や、成膜中に基板にも電圧をかけるバイアススパッタリング法もある。
次いで、酸化物半導体膜を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層３９９に加工する（図２６（Ｂ）参照）。また、島状の酸化物半導体層３９９を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
また、ゲート絶縁層３９７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体層３９９の形成時に行うことができる。
なお、ここでの酸化物半導体膜３９３のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。
ドライエッチングに用いるエッチングガスとしては、塩素を含むガス（塩素系ガス、例えば塩素（Ｃｌ２）、塩化硼素（ＢＣｌ３）、塩化珪素（ＳｉＣｌ４）、四塩化炭素（ＣＣｌ４）など）が好ましい。
また、フッ素を含むガス（フッ素系ガス、例えば四弗化炭素（ＣＦ４）、六弗化硫黄（ＳＦ６）、三弗化窒素（ＮＦ３）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ３）など）、臭化水素（ＨＢｒ）、酸素（Ｏ２）、これらのガスにヘリウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガスを添加したガス、などを用いることができる。
ドライエッチング法としては、平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ：誘導結合型プラズマ）エッチング法を用いることができる。所望の加工形状にエッチングできるように、エッチング条件（コイル型の電極に印加される電力量、基板側の電極に印加される電力量、基板側の電極温度等）を適宜調節する。
ウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、例えばＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）などを用いることができる。
また、ウェットエッチング後のエッチング液はエッチングされた材料とともに洗浄によって除去される。その除去された材料を含むエッチング液の廃液を精製し、含まれる材料を再利用してもよい。当該エッチング後の廃液から酸化物半導体層に含まれるインジウム等の材料を回収して再利用することにより、資源を有効活用し低コスト化することができる。
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
なお、次工程の導電膜を形成する前に逆スパッタを行い、酸化物半導体層３９９及びゲート絶縁層３９７の表面に付着しているレジスト残渣などを除去することが好ましい。
次いで、ゲート絶縁層３９７、及び酸化物半導体層３９９上に、導電膜を形成する。導電膜をスパッタリング法や真空蒸着法で形成すればよい。ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の一方または双方にＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層を積層させた構成としても良い。また、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＹなどＡｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。
また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。
また、ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図２６（Ｃ）参照）。
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いる。酸化物半導体層３９９上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３９９は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層３９９にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、導電膜のエッチャントとして燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いる。
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３９９は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理によって露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層として酸化物絶縁層３９６を形成する（図２６（Ｄ）参照）。本実施の形態では、酸化物半導体層３９９がソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂと重ならない領域において、酸化物半導体層３９９と酸化物絶縁層３９６とが接するように形成する。
本実施の形態では、酸化物絶縁層３９６として、島状の酸化物半導体層３９９、ソース電極層３９５ａ、ドレイン電極層３９５ｂまで形成された基板３９４を室温又は１００℃未満の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度酸素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて、欠陥を含む酸化シリコン層を成膜する。
例えば、純度が６Ｎであり、ボロンがドープされたシリコンターゲット（抵抗値０．０１Ωｃｍ）を用い、基板とターゲット間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を８９ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、直流（ＤＣ）電源６ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下でパルスＤＣスパッタリング法により酸化シリコン膜を成膜する。膜厚は３００ｎｍとする。なお、シリコンターゲットに代えて石英（好ましくは合成石英）を酸化シリコン膜を成膜するためのターゲットとして用いることができる。なお、スパッタガスとして酸素又は、酸素及びアルゴンの混合ガスを用いて行う。
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３９６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３９９及び酸化物絶縁層３９６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３９６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
なお、酸化物絶縁層３９６として、酸化シリコン層に代えて、酸化窒化シリコン層、酸化アルミニウム層、または酸化窒化アルミニウム層などを用いることもできる。
さらに、酸化物絶縁層３９６と酸化物半導体層３９９とを接した状態で１００℃乃至４００℃で加熱処理を行ってもよい。本実施の形態における酸化物絶縁層３９６は欠陥を多く含むため、この加熱処理によって酸化物半導体層３９９中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁層３９６に拡散させ、酸化物半導体層３９９中に含まれる該不純物をより低減させることができる。
以上の工程で、水素、水分、水酸基又は水素化物の濃度が低減された酸化物半導体層３９２を有するトランジスタ３９０を形成することができる（図２６（Ｅ）参照）。
上記のように酸化物半導体膜を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体膜中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。それにより酸化物半導体膜の安定化を図ることができる。
酸化物絶縁層上に保護絶縁層を設けてもよい。本実施の形態では、保護絶縁層３９８を酸化物絶縁層３９６上に形成する。保護絶縁層３９８としては、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。
保護絶縁層３９８として、酸化物絶縁層３９６まで形成された基板３９４を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３９６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３９８を成膜することが好ましい。
保護絶縁層３９８を形成する場合、保護絶縁層３９８の成膜時に１００℃〜４００℃に基板３９４を加熱することで、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させることができる。この場合上記酸化物絶縁層３９６の形成後に加熱処理を行わなくてもよい。
酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層する場合、酸化シリコン層と窒化シリコン層を同じ処理室において、共通のシリコンターゲットを用いて成膜することができる。先に酸素を含むスパッタガスを導入して、処理室内に装着されたシリコンターゲットを用いて酸化シリコン層を形成し、次にスパッタガスを窒素を含むスパッタガスに切り替えて同じシリコンターゲットを用いて窒化シリコン層を成膜する。酸化シリコン層と窒化シリコン層とを大気に曝露せずに連続して形成することができるため、酸化シリコン層表面に水素や水分などの不純物が吸着することを防止することができる。この場合、酸化物絶縁層３９６として酸化シリコン層を形成し、保護絶縁層３９８として窒化シリコン層を積層した後、酸化物半導体層中に含まれる水素若しくは水分を酸化物絶縁層に拡散させるための加熱処理（温度１００℃乃至４００℃）を行うとよい。
保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。この加熱処理によって、ノーマリーオフとなるトランジスタを得ることができる。よって表示パネルの信頼性を向上できる。
また、ゲート絶縁層上にチャネル形成領域とする酸化物半導体層を成膜するに際し、反応雰囲気中の残留水分を除去することで、該酸化物半導体層中の水素及び水素化物の濃度を低減することができる。
上記の工程は、液晶表示パネル、エレクトロルミネセンス表示パネル、電子インクを用いた表示装置などのバックプレーン（トランジスタが形成された基板）の製造に用いることができる。上記の工程は、４００℃以下の温度で行われるため、厚さが１ｍｍ以下で、１辺が１ｍを超えるガラス基板を用いる製造工程にも適用することができる。また、４００℃以下の処理温度で全ての工程を行うことができるので、表示パネルを製造するために多大なエネルギーを消費しないで済む。
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。
以上のように、酸化物半導体層を用いるトランジスタを有することで、安定な電気特性を有し信頼性の高い大型の液晶表示装置を提供することができる。
（実施の形態１０）
本実施の形態は、実施の形態８で示した酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を図２７を用いて詳細に説明する。本実施の形態で示すトランジスタ３１０は、上記実施の形態における、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層を用いるトランジスタ１４２０、１４５０として適用することができる。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
図２７（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図２７（Ａ）乃至（Ｅ）に示すトランジスタ３１０は、ボトムゲート構造の一つであり逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。
また、トランジスタ３１０はシングルゲート構造のトランジスタを用いて説明するが、必要に応じて、チャネル形成領域を複数有するマルチゲート構造のトランジスタも形成することができる。
以下、図２７（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板３０５上にトランジスタ３１０を作製する工程を説明する。
まず、絶縁表面を有する基板３０５上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層３１１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
絶縁表面を有する基板３０５に使用することができる基板に大きな制限はないが、少なくとも、後の加熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有していることが必要となる。バリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板を用いることができる。
また、ガラス基板としては、後の加熱処理の温度が高い場合には、歪み点が７３０℃以上のものを用いると良い。また、ガラス基板には、例えば、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどのガラス材料が用いられている。酸化ホウ素と比較して酸化バリウム（ＢａＯ）を多く含ませることで、より実用的な耐熱ガラスが得られる。このため、Ｂ２Ｏ３よりＢａＯを多く含むガラス基板を用いることが好ましい
なお、上記のガラス基板に代えて、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの絶縁体でなる基板を用いても良い。他にも、結晶化ガラスなどを用いることができる。
下地膜となる絶縁膜を基板３０５とゲート電極層３１１との間に設けてもよい。下地膜は、基板３０５からの不純物元素の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
また、ゲート電極層３１１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
例えば、ゲート電極層３１１の２層の積層構造としては、アルミニウム層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上にモリブデン層が積層された２層の積層構造、銅層上に窒化チタン層若しくは窒化タンタル層が積層された２層の積層構造、窒化チタン層とモリブデン層とが積層された２層の積層構造、又は窒化タングステン層とタングステン層とが積層された２層の積層構造とすることが好ましい。３層の積層構造としては、タングステン層または窒化タングステン層と、アルミニウムとシリコンの合金層またはアルミニウムとチタンの合金層と、窒化チタン層またはチタン層とを積層した積層とすることが好ましい。
次いで、ゲート電極層３１１上にゲート絶縁層３０７を形成する。
ゲート絶縁層３０７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、酸化アルミニウム層、窒化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、窒化酸化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層を単層で又は積層して形成することができる。また、μ波（２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤ法を用いてもよい。
本実施の形態では、ゲート絶縁層３０７としてプラズマＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍの酸化窒化シリコン層を形成する。
次いで、ゲート絶縁層３０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下の酸化物半導体膜３３０を形成する。
なお、酸化物半導体膜３３０をスパッタ法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層３０７の表面に付着しているゴミを除去することが好ましい。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
酸化物半導体膜３３０は、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ膜、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ膜や、Ｉｎ−Ｏ膜、Ｓｎ−Ｏ膜、Ｚｎ−Ｏ膜などの酸化物半導体膜を用いることができる。また、上記酸化物半導体膜にＳｉＯ２を含んでもよい。本実施の形態では、酸化物半導体膜３３０としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。この段階での断面図が図２７（Ａ）に相当する。また、酸化物半導体膜３３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、又は希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下においてスパッタ法により形成することができる。
酸化物半導体膜３３０をスパッタリング法で作製するためのターゲットとして、酸化亜鉛を主成分とする金属酸化物のターゲットを用いることができる。また、金属酸化物のターゲットの他の例としては、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲットとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：０．５［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットを用いることができる。また、Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物半導体ターゲットとして、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットや、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：２［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットや、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：０：１［ａｔｏｍ比］、（すなわち、Ｉｎ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：２［ｍｏｌ数比］）の組成比を有するターゲットを用いることもできる。酸化物半導体ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い酸化物半導体ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜となる。
酸化物半導体膜３３０を、成膜する際のスパッタガスとしては水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度ｐｐｍ程度、濃度ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
減圧状態に保持された処理室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、処理室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、金属酸化物をターゲットとして基板３０５上に酸化物半導体膜３３０を成膜する。処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。酸化物半導体膜は好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とする。なお、適用する酸化物半導体材料により適切な厚みは異なり、材料に応じて適宜厚みを選択すればよい。
次いで、酸化物半導体膜３３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層３３１を得る（図２７（Ｂ）参照）。
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。気体には、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。ＧＲＴＡを用いると短時間での高温加熱処理が可能となる。
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜３３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
酸化物半導体層に対する脱水化、脱水素化の効果を奏する加熱処理は、酸化物半導体層成膜後、酸化物半導体層上にソース電極及びドレイン電極を積層させた後、ソース電極及びドレイン電極上に保護絶縁膜を形成した後、のいずれで行っても良い。
また、ゲート絶縁層３０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜３３０に脱水化または脱水素化処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
なお、ここでの酸化物半導体膜のエッチングは、ウェットエッチングに限定されずドライエッチングを用いてもよい。
所望の加工形状にエッチングできるように、材料に合わせてエッチング条件（エッチング液、エッチング時間、温度等）を適宜調節する。
次いで、ゲート絶縁層３０７、及び酸化物半導体層３３１上に、ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。導電膜をスパッタ法や真空蒸着法で形成すればよい。ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜の材料としては、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素、または上述した元素を成分とする合金か、上述した元素を組み合わせた合金膜等が挙げられる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属層の一方または双方にＣｒ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属層を積層させた構成としても良い。また、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｓｃ、ＹなどＡｌ膜に生ずるヒロックやウィスカーの発生を防止する元素が添加されているＡｌ材料を用いることで耐熱性を向上させることが可能となる。
また、導電膜は、単層構造でも、２層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する２層構造、Ｔｉ膜と、そのＴｉ膜上に重ねてアルミニウム膜を積層し、さらにその上にＴｉ膜を成膜する３層構造などが挙げられる。
また、ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜としては導電性の金属酸化物で形成しても良い。導電性の金属酸化物としては酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＳｎＯ２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウム酸化亜鉛合金（Ｉｎ２Ｏ３―ＺｎＯ）または前記金属酸化物材料にシリコン若しくは酸化シリコンを含ませたものを用いることができる。
導電膜成膜後に加熱処理を行う場合には、この加熱処理に耐える耐熱性を導電膜に持たせることが好ましい。
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図２７（Ｃ）参照）。
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いる。酸化物半導体層３３１上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行う。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化でき、さらにオフ電流値が極めて小さいため、低消費電力化も図ることができる。
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層３３１は除去されないようにそれぞれの材料及びエッチング条件を適宜調節する。
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用いて、酸化物半導体層３３１にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、導電膜のエッチャントとして燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液を用いる。
なお、第３のフォトリソグラフィ工程では、酸化物半導体層３３１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。また、ソース電極層３１５ａ、ドレイン電極層３１５ｂを形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
また、酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層の間に、酸化物導電層を形成してもよい。酸化物導電層とソース電極層及びドレイン電極層を形成するための金属層は、連続成膜が可能である。酸化物導電層はソース領域及びドレイン領域として機能しうる。
ソース領域及びドレイン領域として、酸化物導電層を酸化物半導体層とソース電極層及びドレイン電極層との間に設けることで、ソース領域及びドレイン領域の低抵抗化を図ることができ、トランジスタの高速動作をすることができる。
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
次いで、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。
プラズマ処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる酸化物絶縁層３１６を形成する。
酸化物絶縁層３１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、酸化物絶縁層３１６に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。酸化物絶縁層３１６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素が酸化物半導体層中の酸素を引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、酸化物絶縁層３１６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
本実施の形態では、酸化物絶縁層３１６として膜厚２００ｎｍの酸化シリコン膜をスパッタ法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化シリコン膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガス（代表的にはアルゴン）及び酸素雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素、及び窒素雰囲気下でスパッタ法により酸化シリコン膜を形成することができる。低抵抗化した酸化物半導体層に接して形成する酸化物絶縁層３１６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３１６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３３１及び酸化物絶縁層３１６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３１６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
酸化物絶縁層３１６を、成膜する際のスパッタガスとしては水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度ｐｐｍ程度、濃度ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が酸化物絶縁層３１６と接した状態で加熱される。
以上の工程を経ることによって、成膜後の酸化物半導体膜に対して脱水化または脱水素化のための加熱処理を行って水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。
特に、窒素、または希ガス等の不活性ガス雰囲気下で脱水化または脱水素化のための加熱処理を行った場合、加熱処理後の酸化物半導体層は低抵抗化するので本実施の形態のように、酸化物半導体層への酸素の供給を酸化物絶縁層３１６と接することによって行う場合は、酸化物絶縁層３１６と接している酸化物半導体層の一部をより選択的に酸素過剰な状態とし、Ｉ型のチャネル形成領域として用いることができる。この場合、直接酸化物絶縁層３１６と接しないソース電極層３１５ａ又はドレイン電極層３１５ｂと重なる酸化物半導体層３１２の領域は、自己整合的に高抵抗ソース領域又は高抵抗ドレイン領域となり機能しうる。このような構成であるとゲート電極層３１１とドレイン電極層３１５ｂとの間に高電界が印加されても高抵抗ドレイン領域がバッファとなり局所的な高電界が印加されず、トランジスタの耐圧を向上させることができる。
以上の工程でトランジスタ３１０が形成される（図２７（Ｄ）参照）。
また、酸化物絶縁層に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を酸化物絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効果を奏する。
酸化物絶縁層３１６上にさらに保護絶縁層を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層として保護絶縁層３０６を、窒化シリコン膜を用いて形成する（図２７（Ｅ）参照）。
本実施の形態では、保護絶縁層３０６として、酸化物絶縁層３１６まで形成された基板３０５を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、酸化物絶縁層３１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層３０６を成膜することが好ましい。
保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。また、この加熱処理を、酸化物絶縁層の形成前に、減圧下で行ってもよい。減圧下で加熱処理を行うと、加熱時間を短縮することができる。
保護絶縁層３０６上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
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可能である。
（実施の形態１１）
本実施の形態は、実施の形態８で示した酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を図２５を用いて詳細に説明する。本実施の形態で示すトランジスタ３８０は、上記実施の形態における、チャネル形成領域を含む酸化物半導体層を用いるトランジスタ１４２０、１４５０として適用することができる。
本実施の形態では、トランジスタの作製工程の一部が実施の形態１０と異なる例を図２５に示す。図２５は、図２７で説明したトランジスタの作成工程と、一部異なる点以外は同じであるため、同じ箇所の詳細な説明は省略することがある。
実施の形態１０に従って、基板３７０上にゲート電極層３８１を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ、第２のゲート絶縁層３７２ｂを積層する。本実施の形態では、ゲート絶縁層を２層構造とし、第１のゲート絶縁層３７２ａに窒化物絶縁層を、第２のゲート絶縁層３７２ｂに酸化物絶縁層を用いる。
酸化絶縁層としては、酸化シリコン層、酸化窒化シリコン層、または酸化アルミニウム層、酸化窒化アルミニウム層、又は酸化ハフニウム層などを用いることができる。また、窒化絶縁層としては、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、窒化アルミニウム層、又は窒化酸化アルミニウム層などを用いることができる。
本実施の形態では、ゲート電極層３８１側から窒化シリコン層と酸化シリコン層とを積層した構造とする。第１のゲート絶縁層３７２ａとしてスパッタリング法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下（本実施の形態では５０ｎｍ）の窒化シリコン層（ＳｉＮｙ（ｙ＞０））を形成し、第１のゲート絶縁層３７２ａ上に第２のゲート絶縁層３７２ｂとして膜厚５ｎｍ以上３００ｎｍ以下（本実施の形態では１００ｎｍ）の酸化シリコン層（ＳｉＯｘ（ｘ＞０））を積層して、膜厚１５０ｎｍのゲート絶縁層とする。
次に酸化物半導体膜の形成を行い、酸化物半導体膜をフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。本実施の形態では、酸化物半導体膜としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体ターゲットを用いてスパッタ法により成膜する。
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物半導体膜を成膜することが好ましい。酸化物半導体膜に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
酸化物半導体膜を、成膜する際のスパッタガスとしては水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度ｐｐｍ程度、濃度ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
次いで、酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行う。脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、好ましくは４２５℃以上とする。なお、４２５℃以上であれば加熱処理時間は１時間以下でよいが、４２５℃未満であれば加熱処理時間は、１時間よりも長時間行うこととする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下において加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層を得る。その後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（露点が−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導入して冷却を行う。酸素ガスまたはＮ２Ｏガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上、好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上、（即ち酸素ガスまたはＮ２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
脱水化または脱水素化処理により水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。また、ＬＲＴＡ装置は、ランプだけでなく、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を備えていてもよい。ＧＲＴＡとは高温のガスを用いて加熱処理を行う方法である。ガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。ＲＴＡ法を用いて、６００℃〜７５０℃で数分間加熱処理を行ってもよい。
また、脱水化または脱水素化を行う第１の加熱処理後に２００℃以上４００℃以下、好ましくは２００℃以上３００℃以下の温度で酸素ガスまたはＮ２Ｏガス雰囲気下での加熱処理を行ってもよい。
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
以上の工程を経ることによって酸化物半導体膜全体を酸素過剰な状態とすることで、高抵抗化、即ちＩ型化させる。よって、高純度化及び電気的にＩ型（真性）化した酸化物半導体層３８２を得る。
次いで、酸化物半導体層３８２上に導電膜を形成し、フォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層３８５ａ、ドレイン電極層３８５ｂを形成し、スパッタ法で酸化物絶縁層３８６を形成する。
この場合において、処理室内の残留水分を除去しつつ酸化物絶縁層３８６を成膜することが好ましい。酸化物半導体層３８２及び酸化物絶縁層３８６に水素、水酸基又は水分が含まれないようにするためである。
処理室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプを用いることが好ましい。例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子や、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物絶縁層３８６に含まれる不純物の濃度を低減できる。
酸化物絶縁層３８６を、成膜する際のスパッタガスとしては水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が、濃度ｐｐｍ程度、濃度ｐｐｂ程度まで除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
以上の工程で、トランジスタ３８０を形成することができる。
次いで、トランジスタの電気的特性のばらつきを軽減するため、不活性ガス雰囲気下で加熱処理（好ましくは１５０℃以上３５０℃未満）を行ってもよい。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の加熱処理を行う。
酸化物絶縁層３８６上に保護絶縁層３７３を形成する。本実施の形態では、保護絶縁層３７３として、スパッタリング法を用いて膜厚１００ｎｍの窒化シリコン膜を形成する。
窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３及び第１のゲート絶縁層３７２ａは、水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする効果がある。
従って、保護絶縁層３７３形成後の製造プロセスにおいて、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができる。また、表示パネルを含む半導体装置、例えば液晶表示装置としてデバイスが完成した後にも長期的に、外部からの水分などの不純物の侵入を防ぐことができデバイスの長期信頼性を向上させることができる。
また、窒化物絶縁層からなる保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとの間に設けられる絶縁層を除去し、保護絶縁層３７３と、第１のゲート絶縁層３７２ａとが接する構造としてもよい。
従って、酸化物半導体層中の水分や、水素や、水素化物、水酸化物などの不純物を究極にまで低減し、かつ該不純物の再混入を防止し、酸化物半導体層中の不純物濃度を低く維持することができる。
保護絶縁層３７３上に平坦化のための平坦化絶縁層を設けてもよい。
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可能である。
（実施の形態１２）
上記実施の形態２乃至１１において、トランジスタの半導体層に用いることのできる他の材料の例を説明する。
半導体素子が有する半導体層を形成する材料は、シランやゲルマンに代表される半導体材料ガスを用いて気相成長法やスパッタリング法で作製される非晶質（アモルファス、以下「ＡＳ」ともいう。）半導体、該非晶質半導体を光エネルギーや熱エネルギーを利用して結晶化させた多結晶半導体、或いは微結晶（セミアモルファス若しくはマイクロクリスタルとも呼ばれる。以下「ＳＡＳ」ともいう。）半導体などを用いることができる。半導体層はスパッタ法、ＬＰＣＶＤ法、またはプラズマＣＶＤ法等により成膜することができる。
微結晶半導体膜は、ギブスの自由エネルギーを考慮すれば非晶質と単結晶の中間的な準安定状態に属するものである。すなわち、自由エネルギー的に安定な第３の状態を有する半導体であって、短距離秩序を持ち格子歪みを有する。柱状または針状結晶が基板表面に対して法線方向に成長している。微結晶半導体の代表例である微結晶シリコンは、そのラマンスペクトルが単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１よりも低波数側に、シフトしている。即ち、単結晶シリコンを示す５２０ｃｍ−１とアモルファスシリコンを示す４８０ｃｍ−１の間に微結晶シリコンのラマンスペクトルのピークがある。また、未結合手（ダングリングボンド）を終端するため水素またはハロゲンを少なくとも１原子％またはそれ以上含ませている。さらに、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンなどの希ガス元素を含ませて格子歪みをさらに助長させることで、安定性が増し良好な微結晶半導体膜が得られる。
この微結晶半導体膜は、周波数が数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚの高周波プラズマＣＶＤ法、または周波数が１ＧＨｚ以上のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置により形成することができる。代表的には、ＳｉＨ４、Ｓｉ２Ｈ６、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４、ＳｉＦ４などの水素化珪素を水素で希釈して形成することができる。また、水素化珪素及び水素に加え、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、ネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素で希釈して微結晶半導体膜を形成することができる。これらのときの水素化珪素に対して水素の流量比を５倍以上２００倍以下、好ましくは５０倍以上１５０倍以下、更に好ましくは１００倍とする。
アモルファス半導体としては、代表的には水素化アモルファスシリコン、結晶性半導体としては代表的にはポリシリコンなどがあげられる。ポリシリコン（多結晶シリコン）には、８００℃以上のプロセス温度を経て形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂高温ポリシリコンや、６００℃以下のプロセス温度で形成されるポリシリコンを主材料として用いた所謂低温ポリシリコン、また結晶化を促進する元素などを用いて、非晶質シリコンを結晶化させたポリシリコンなどを含んでいる。もちろん、前述したように、微結晶半導体又は半導体層の一部に結晶相を含む半導体を用いることもできる。
また、半導体の材料としてはシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの単体のほかＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＳｅ、ＧａＮ、ＳｉＧｅなどのような化合物半導体も用いることができる。
半導体層に、結晶性半導体膜を用いる場合、その結晶性半導体膜の作製方法は、種々の方法（レーザ結晶化法、熱結晶化法、またはニッケルなどの結晶化を助長する元素を用いた熱結晶化法等）を用いれば良い。また、ＳＡＳである微結晶半導体をレーザ照射して結晶化し、結晶性を高めることもできる。結晶化を助長する元素を導入しない場合は、非晶質珪素膜にレーザ光を照射する前に、窒素雰囲気下５００℃で１時間加熱することによって非晶質珪素膜の含有水素濃度を１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下にまで放出させる。これは水素を多く含んだ非晶質珪素膜にレーザ光を照射すると非晶質珪素膜が破壊されてしまうからである。
非晶質半導体層への金属元素の導入の仕方としては、当該金属元素を非晶質半導体膜の表面又はその内部に存在させ得る手法であれば特に限定はなく、例えばスパッタ法、ＣＶＤ法、プラズマ処理法（プラズマＣＶＤ法も含む）、吸着法、金属塩の溶液を塗布する方法を使用することができる。このうち溶液を用いる方法は簡便であり、金属元素の濃度調整が容易であるという点で有用である。また、このとき非晶質半導体膜の表面の濡れ性を改善し、非晶質半導体膜の表面全体に水溶液を行き渡らせるため、酸素雰囲気中でのＵＶ光の照射、熱酸化法、ヒドロキシラジカルを含むオゾン水又は過酸化水素による処理等により、酸化膜を成膜することが望ましい。
また、非晶質半導体膜を結晶化し、結晶性半導体膜を形成する結晶化工程で、非晶質半導体膜に結晶化を促進する元素（触媒元素、金属元素とも示す）を添加し、熱処理（５５０℃〜７５０℃で３分〜２４時間）により結晶化を行ってもよい。結晶化を助長（促進）する元素としては、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）及び金（Ａｕ）から選ばれた一種又は複数種類を用いることができる。
結晶化を助長する元素を結晶性半導体膜から除去、又は軽減するため、結晶性半導体膜に接して、不純物元素を含む半導体膜を形成し、ゲッタリングシンクとして機能させる。不純物元素としては、ｎ型を付与する不純物元素、ｐ型を付与する不純物元素や希ガス元素などを用いることができ、例えばリン（Ｐ）、窒素（Ｎ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、ボロン（Ｂ）、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）から選ばれた一種または複数種を用いることができる。結晶化を促進する元素を含む結晶性半導体膜に、希ガス元素を含む半導体膜を形成し、熱処理（５５０℃〜７５０℃で３分〜２４時間）を行う。結晶性半導体膜中に含まれる結晶化を促進する元素は、希ガス元素を含む半導体膜中に移動し、結晶性半導体膜中の結晶化を促進する元素は除去、又は軽減される。その後、ゲッタリングシンクとなった希ガス元素を含む半導体膜を除去する。
非晶質半導体膜の結晶化は、熱処理とレーザ光照射による結晶化を組み合わせてもよく、熱処理やレーザ光照射を単独で、複数回行っても良い。
また、結晶性半導体膜を、直接基板にプラズマ法により形成しても良い。また、プラズマ法を用いて、結晶性半導体膜を選択的に基板に形成してもよい。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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１３）
本明細書に開示する発明は、パッシブマトリクス型の液晶表示装置でもアクティブマトリクス型の液晶表示装置にも適用することができる。パッシブマトリクス型の液晶表示装置の例を、図３を用いて説明する。液晶表示装置の上面図を図３（Ａ）に、図３（Ａ）における線Ｇ−Ｈの断面図を図３（Ｂ）に示す。また、図３（Ａ）には、液晶層１７０３、対向基板である基板１７１０、偏光板１７１４ａ、１７１４ｂなどは省略され図示されていないが、図３（Ｂ）で示すようにそれぞれ設けられている。
図３（Ａ）（Ｂ）は、偏光板１７１４ａが設けられた基板１７００と偏光板１７１４ｂが設けられた基板１７１０とが、ブルー相を示す液晶材料を用いた液晶層１７０３を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。基板１７００と液晶層１７０３との間には構造体１７０７ａ、１７０７ｂ、１７０７ｃ、画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃ、及び第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃが設けられており、基板１７１０と液晶層１７０３との間には第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃが形成されている。構造体１７０７ａ、１７０７ｂ、１７０７ｃは基板１７００の液晶層１７０３側の面から液晶層１７０３中に突出して設けられている。
液晶表示装置において液晶層の厚さであるセルギャップ（Ｄｃｇ）は５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。なお、本明細書においてセルギャップの厚さとは、液晶層の厚さ（膜厚）の最大値とする。よって、図３（Ｂ）においてセルギャップ（Ｄｃｇ）は矢印で示す基板１７００と基板１７１０との距離となる。
セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）は基板１７００及び基板１７１０の間隔を保持するスペーサやシール材によって制御することができる。セルギャップの厚さ（液晶層の厚さ）を５μｍ未満とするため、液晶層中に設けられる画素電極層、第１の共通電極層、第２の共通電極層、及び構造体の膜厚も５μｍ未満となる。
画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃ、第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ、及び第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは開口パターンを有する形状であり、液晶素子１７１３の画素領域において長方形の開口（スリット）を有している。
第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは基板１７００上、第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃは基板１７１０上にそれぞれ形成され、液晶層１７０３を介して対向するように配置される。第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ及び第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは少なくとも画素領域において同形状であり液晶層１７０３を介して重畳するように配置されると、画素の開口率を低下させないために好ましい。
画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃは基板１７００の液晶層１７０３側の面から液晶層１７０３中に突出して設けられた構造体１７０７ａ、１７０７ｂ、１７０７ｃ上に形成され、液晶層１７０３の膜厚方向において画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃは第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃと第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃとの間に配置される。
画素電極層が第１の共通電極層と第２の共通電極層との間に配置されるのであれば、実施の形態１で示したように第１の共通電極層及び第２の共通電極層も液晶層中に突出して設けられた構造体上に形成してもよい。
画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃは、液晶層１７０３中に突出して形成された構造体１７０７ａ、１７０７ｂ、１７０７ｃ上に設けられ、液晶層１７０３中において、第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ及び第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃの間に配置される。このため、画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃと基板１７１０に設けられた第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ、及び画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃと基板１７００に設けられた第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃそれぞれの間で斜め電界を形成することによって、液晶層１７０３全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
また、カラーフィルタとして機能する着色層を設けてもよく、カラーフィルタは基板１７００及び基板１７１０の液晶層１７０３に対して内側に設けてもよいし、基板１７１０と偏光板１７１４ｂの間、又は基板１７００と偏光板１７１４ａの間に設けてもよい。
カラーフィルタは、液晶表示装置をフルカラー表示とする場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料から形成すればよく、モノカラー表示とする場合、着色層を無くす、もしくは少なくとも一つの色を呈する材料から形成すればよい。なお、バックライト装置にＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない場合もある。
画素電極層１７０１ａ、１７０１ｂ、１７０１ｃ、第１の共通電極層１７０５ａ、１７０５ｂ、１７０５ｃ及び第２の共通電極層１７０６ａ、１７０６ｂ、１７０６ｃは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウムに酸化亜鉛（ＺｎＯ）を混合したＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｚｉｎｃ ｏｘｉｄｅ）、酸化インジウムに酸化珪素（ＳｉＯ２）を混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、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、またはタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いたパッシブマトリクス型の液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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１４）
本実施の形態では、液晶表示装置の一形態を図２３のブロック図及び図２４のタイミングチャートを用いて説明する。
液晶表示装置のブロック図の構成について、図２３に示す。図２３（Ａ）には、表示部１３０１、及び駆動部１３０２の構成について示している。駆動部１３０２は、信号線駆動回路１３０３、走査線駆動回路１３０４などから構成されている。表示部１３０１には、複数の画素１３０５がマトリクス状に配置されている。
図２３（Ａ）において、走査線駆動回路１３０４は、走査線１３０６に走査信号を供給する。また信号線駆動回路１３０３は、信号線１３０８にデータを供給する。この走査線１３０６からの走査信号によって、画素１３０５が走査線１３０６の一行目から順に選択状態となるように走査信号を供給する。
なお図２３（Ａ）において、走査線駆動回路１３０４には、Ｇ１乃至Ｇｎのｎ本の走査線１３０６が接続される。また信号線駆動回路１３０３には、画像の最小単位をＲＧＢ（Ｒ：赤、Ｇ：緑、Ｂ：青）の３つの画素で構成する場合を考えたとき、Ｒに対応する信号線ＳＲ１乃至ＳＲｍのｍ本と、Ｇに対応する信号線ＳＧ１乃至信号線ＳＧｍのｍ本と、Ｂに対応するＳＢ１乃至ＳＢｍのｍ本の、計３ｍ本の信号線が接続される。すなわち、図２３（Ｂ）に示すように画素１３０５は、色要素毎に信号線を配設し、各色要素を対応した画素に信号線よりデータを供給することで所望の色を再現することが可能になる。
また、図２４に示すタイミングチャートは、１フレーム期間、行選択期間（液晶表示装置の画素１行のスキャン時間）に応じた期間に走査線１３０６（代表して、Ｇ１、Ｇｎ）を選択するための走査信号、及び信号線１３０８（代表して、ＳＲ１）のデータ信号、について示している。
なお、図２３に示す回路図において、各画素が具備するトランジスタとして、ｎチャネル型トランジスタである場合について想定している。そして、図２４における説明においてもｎチャネル型トランジスタのオンまたはオフを制御する場合の画素の駆動について説明するものである。なお、図２３における回路図においてｐチャネル型トランジスタを用いて作製した場合には、トランジスタのオンまたはオフが同じ動作となるように走査信号の電位を適宜変更すればよい。
図２４のタイミングチャートにおいて、１画面分の画像を表示する期間に相当する１フレーム期間を、画像を見る人が動画表示時の残像感を感じないように少なくとも１／１２０秒（≒８．３ｍｓ）とし（より好ましくは１／２４０秒）、走査線の本数をｎ本として考えると、１／（１２０×ｎ）秒が行選択期間に相当するものとなる。ここで、走査線の本数を２０００本（４０９６×２１６０画素、３８４０×２１６０画素等のいわゆる４ｋ２ｋ映像を想定）を有する液晶表示装置を考えると、配線に起因する信号の遅延等を考慮しない場合には、１／２４００００秒（≒４．２μｓ）が行選択期間に相当する。
ブルー相の液晶素子の電圧印加に対する応答時間（液晶分子の配向を変えるのにかかる時間）は、１ｍｓｅｃ以下である。これに対し、ＶＡ方式の液晶素子の電圧印加に対する応答時間は、オーバードライブ駆動を用いても数ｍｓｅｃ程度である。そのため、ＶＡ方式の液晶素子の動作では、良好な表示の維持を図る上で、応答時間より１フレーム期間の長さが短くならないようにする制約がある。一方、ブルー相の液晶素子を用い、且つＣｕ配線等の低抵抗材料で配線を形成して配線に起因する信号の遅延等を軽減できる本実施の形態の液晶表示装置では、液晶素子の応答時間に十分なマージンが得られると共に、行選択期間で液晶素子に印加した電圧に応じた所望の液晶素子の配向を効率的に得ることができる。
図２３及び図２４に示す液晶表示装置においても、液晶層中に突出して形成された構造体上に設けられ、液晶層中において、第１の共通電極層及び第２の共通電極層の間に配置された画素電極層と、第２の基板に設けられた第１の共通電極層及び第１の基板に設けられた第２の共通電極層それぞれと斜め電界を形成することによって、液晶層全体に斜め電界を形成することが可能となる。
従って、膜厚方向も含め液晶層全体における液晶分子を応答させることができ、白透過率が向上する。よって白透過率と黒透過率との比であるコントラスト比も高くすることができる。
以上のように、ブルー相を示す液晶層を用いた液晶表示装置において、コントラスト比を高めることができる。
また、より低電圧で高い白透過率を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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１５）
トランジスタを作製し、該トランジスタを画素部、さらには駆動回路に用いて表示機能を有する液晶表示装置を作製することができる。また、トランジスタを駆動回路の一部または全体を、画素部と同じ基板上に一体形成し、システムオンパネルを形成することができる。
液晶表示装置は表示素子として液晶素子（液晶表示素子ともいう）を含む。
また、液晶表示装置は、表示素子が封止された状態にあるパネルと、該パネルにコントローラを含むＩＣ等を実装した状態にあるモジュールとを含む。さらに、該液晶表示装置を作製する過程における、表示素子が完成する前の一形態に相当する素子基板に関し、該素子基板は、電流を表示素子に供給するための手段を複数の各画素に備える。素子基板は、具体的には、表示素子の画素電極が形成された状態であっても良いし、画素電極となる導電膜を成膜した後であって、エッチングして画素電極を形成する前の状態であっても良いし、あらゆる形態があてはまる。
なお、本明細書中における液晶表示装置とは、画像表示デバイス、表示デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、コネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示素子にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て液晶表示装置に含むものとする。
液晶表示装置の一形態に相当する液晶表示パネルの外観及び断面について、図１２を用いて説明する。図１２（Ａ１）（Ａ２）は、第１の基板４００１上に形成されたトランジスタ４０１０、４０１１、及び液晶素子４０１３を、第２の基板４００６との間にシール材４００５によって封止した、パネルの上面図であり、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ１）（Ａ２）のＭ−Ｎにおける断面図に相当する。
第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とを囲むようにして、シール材４００５が設けられている。また画素部４００２と、走査線駆動回路４００４の上に第２の基板４００６が設けられている。よって画素部４００２と、走査線駆動回路４００４とは、第１の基板４００１とシール材４００５と第２の基板４００６とによって、液晶層４００８と共に封止されている。
また、図１２（Ａ１）は第１の基板４００１上のシール材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３が実装されている。なお、図１２（Ａ２）は信号線駆動回路の一部を第１の基板４００１上に設けられたトランジスタで形成する例であり、第１の基板４００１上に信号線駆動回路４００３ｂが形成され、かつ別途用意された基板上に単結晶半導体膜又は多結晶半導体膜で形成された信号線駆動回路４００３ａが実装されている。
なお、別途形成した駆動回路の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ方法などを用いることができる。図１２（Ａ１）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路４００３を実装する例であり、図１２（Ａ２）は、ＴＡＢ方法により信号線駆動回路４００３ａを実装する例である。
また第１の基板４００１上に設けられた画素部４００２と、走査線駆動回路４００４は、トランジスタを複数有しており、図１２（Ｂ）では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０と、走査線駆動回路４００４に含まれるトランジスタ４０１１とを例示している。トランジスタ４０１０、４０１１上には絶縁層４０２０、層間膜４０２１が設けられている。
トランジスタ４０１０、４０１１は、実施の形態２乃至１２に示すトランジスタを適用することができる。トランジスタ４０１０、４０１１はｎチャネル型薄膜トランジスタである。
また、層間膜４０２１、又は絶縁層４０２０上において、駆動回路用のトランジスタ４０１１の半導体層のチャネル形成領域と重なる位置に導電層を設けてもよい。導電層は、電位がトランジスタ４０１１のゲート電極層と同じでもよいし、異なっていても良く、第２のゲート電極層として機能させることもできる。また、導電層の電位がＧＮＤ、０Ｖ、或いはフローティング状態であってもよい。
また、第１の基板４００１上、層間膜４０２１上に液晶層４００８中に突出して設けられた第１の構造体４０３７上に画素電極層４０３０が形成され、画素電極層４０３０は、トランジスタ４０１０と電気的に接続されている。層間膜４０２１上には第２の共通電極層４０３６も形成されている。液晶素子４０１３は、画素電極層４０３０、第１の共通電極層４０３１、第２の共通電極層４０３６及び液晶層４００８を含む。なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６の外側にはそれぞれ偏光板４０３２、４０３３が設けられている。第１の共通電極層４０３１は第２の基板４００６側、液晶層４００８中に突出して設けられた第２の構造体４０３８上に設けられ、画素電極層４０３０及び第２の共通電極層４０３６と第１の共通電極層４０３１とは液晶層４００８を介して積層する構成となっている。
なお、第１の基板４００１、第２の基板４００６としては、透光性を有するガラス、プラスチックなどを用いることができる。プラスチックとしては、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）板、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）フィルム、ポリエステルフィルムまたはアクリル樹脂フィルムを用いることができる。また、アルミニウムホイルをＰＶＦフィルムやポリエステルフィルムで挟んだ構造のシートを用いることもできる。
また４０３５は絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を制御するために設けられている。なお球状のスペーサを用いていても良い。なお、液晶層４００８を用いる液晶表示装置は、液晶層４００８の膜厚（セルギャップ）を５μｍ未満（好ましくは１μｍ以上）とする。
なお図１２は透過型液晶表示装置の例であるが、半透過型液晶表示装置でも適用できる。
また、図１２の液晶表示装置では、基板の外側（視認側）に偏光板を設ける例を示すが、偏光板は基板の内側に設けてもよい。偏光板の材料や作製工程条件によって適宜設定すればよい。また、ブラックマトリクスとして機能する遮光層を設けてもよい。
層間膜４０２１は、有彩色の透光性樹脂層であり、カラーフィルタ層として機能する。また、層間膜４０２１の一部を遮光層としてもよい。図１２においては、トランジスタ４０１０、４０１１上方を覆うように遮光層４０３４が第２の基板４００６側に設けられている。遮光層４０３４を設けることにより、さらにコントラスト向上やトランジスタの安定化の効果を高めることができる。
トランジスタの保護膜として機能する絶縁層４０２０で覆う構成としてもよいが、特に限定されない。
なお、保護膜は、大気中に浮遊する有機物や金属物、水蒸気などの汚染不純物の侵入を防ぐためのものであり、緻密な膜が好ましい。保護膜は、スパッタ法を用いて、酸化珪素膜、窒化珪素膜、酸化窒化珪素膜、窒化酸化珪素膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、又は窒化酸化アルミニウム膜の単層、又は積層で形成すればよい。
また、保護膜を形成した後に、半導体層のアニール（３００℃〜４００℃）を行ってもよい。
また、平坦化絶縁膜として透光性の絶縁層をさらに形成する場合、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン、ポリアミド、エポキシ等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。また上記有機材料の他に、低誘電率材料（ｌｏｗ−ｋ材料）、シロキサン系樹脂、ＰＳＧ（リンガラス）、ＢＰＳＧ（リンボロンガラス）等を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、絶縁層を形成してもよい。
積層する絶縁層の形成法は、特に限定されず、その材料に応じて、スパッタ法、ＳＯＧ法、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、液滴吐出法（インクジェット法、スクリーン印刷、オフセット印刷等）等の方法、ドクターナイフ、ロールコーター、カーテンコーター、ナイフコーター等のツール（設備）を用いることができる。材料液を用いて絶縁層を形成する場合、ベークする工程で同時に、半導体層のアニール（２００℃〜４００℃）を行ってもよい。絶縁層の焼成工程と半導体層のアニールを兼ねることで効率よく液晶表示装置を作製することが可能となる。
画素電極層４０３０、第１の共通電極層４０３１及び第２の共通電極層４０３６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（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を用いることができる。
また、画素電極層４０３０、第１の共通電極層４０３１及び第２の共通電極層４０３６はタングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。
また、画素電極層４０３０、第１の共通電極層４０３１及び第２の共通電極層４０３６として、導電性高分子（導電性ポリマーともいう）を含む導電性組成物を用いて形成することができる。
また別途形成された信号線駆動回路４００３と、走査線駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ４０１８から供給されている。
また、トランジスタは静電気などにより破壊されやすいため、ゲート線またはソース線に対して、駆動回路保護用の保護回路を同一基板上に設けることが好ましい。保護回路は、非線形素子を用いて構成することが好ましい。
図１２では、接続端子電極４０１５が、画素電極層４０３０と同じ導電膜から形成され、端子電極４０１６は、トランジスタ４０１０、４０１１のソース電極層及びドレイン電極層と同じ導電膜で形成されている。
接続端子電極４０１５は、ＦＰＣ４０１８が有する端子と、異方性導電膜４０１９を介して電気的に接続されている。
また図１２においては、信号線駆動回路４００３を別途形成し、第１の基板４００１に実装している例を示しているが、この構成に限定されない。走査線駆動回路を別途形成して実装しても良いし、信号線駆動回路の一部または走査線駆動回路の一部のみを別途形成して実装しても良い。
図１６は、本明細書に開示する液晶表示装置として液晶表示モジュールを構成する一例を示している。
図１６は液晶表示モジュールの一例であり、素子基板２６００と対向基板２６０１がシール材２６０２により固着され、その間にＴＦＴ等を含む素子層２６０３、液晶層を含む表示素子２６０４、カラーフィルタとして機能する有彩色の透光性樹脂層を含む層間膜２６０５が設けられ表示領域を形成している。有彩色の透光性樹脂層を含む層間膜２６０５はカラー表示を行う場合に必要であり、ＲＧＢ方式の場合は、赤、緑、青の各色に対応した有彩色の透光性樹脂層が各画素に対応して設けられている。素子基板２６００と対向基板２６０１の外側には偏光板２６０６、偏光板２６０７、拡散板２６１３が配設されている。光源は冷陰極管２６１０と反射板２６１１により構成され、回路基板２６１２は、フレキシブル配線基板２６０９により素子基板２６００の配線回路部２６０８と接続され、コントロール回路や電源回路などの外部回路が組みこまれている。また、光源として、白色のダイオードを用いてもよい。また偏光板と、液晶層との間に位相差板を有した状態で積層してもよい。
以上の工程により、液晶表示装置として信頼性の高い液晶表示パネルを作製することができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成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１６）
本明細書に開示する液晶表示装置は、さまざまな電子機器（遊技機も含む）に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。
図１３（Ａ）は、テレビジョン装置の一例を示している。テレビジョン装置９６００は、筐体９６０１に表示部９６０３が組み込まれている。表示部９６０３により、映像を表示することが可能である。また、ここでは、スタンド９６０５により筐体９６０１を支持した構成を示している。
テレビジョン装置９６００の操作は、筐体９６０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機９６１０により行うことができる。リモコン操作機９６１０が備える操作キー９６０９により、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部９６０３に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機９６１０に、当該リモコン操作機９６１０から出力する情報を表示する表示部９６０７を設ける構成としてもよい。
なお、テレビジョン装置９６００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
図１３（Ｂ）は、デジタルフォトフレームの一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム９７００は、筐体９７０１に表示部９７０３が組み込まれている。表示部９７０３は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
なお、デジタルフォトフレーム９７００は、操作部、外部接続用端子（ＵＳＢ端子、ＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成とする。これらの構成は、表示部と同一面に組み込まれていてもよいが、側面や裏面に備えるとデザイン性が向上するため好ましい。例えば、デジタルフォトフレームの記録媒体挿入部に、デジタルカメラで撮影した画像データを記憶したメモリを挿入して画像データを取り込み、取り込んだ画像データを表示部９７０３に表示させることができる。
また、デジタルフォトフレーム９７００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、所望の画像データを取り込み、表示させる構成とすることもできる。
図１４（Ａ）は携帯型遊技機であり、筐体９８８１と筐体９８９１の２つの筐体で構成されており、連結部９８９３により、開閉可能に連結されている。筐体９８８１には表示部９８８２が組み込まれ、筐体９８９１には表示部９８８３が組み込まれている。また、図１４（Ａ）に示す携帯型遊技機は、その他、スピーカ部９８８４、記録媒体挿入部９８８６、ＬＥＤランプ９８９０、入力手段（操作キー９８８５、接続端子９８８７、センサ９８８８（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの）、マイクロフォン９８８９）等を備えている。もちろん、携帯型遊技機の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書に開示する液晶表示装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。図１４（Ａ）に示す携帯型遊技機は、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能や、他の携帯型遊技機と無線通信を行って情報を共有する機能を有する。なお、図１４（Ａ）に示す携帯型遊技機が有する機能はこれに限定されず、様々な機能を有することができる。
図１４（Ｂ）は大型遊技機であるスロットマシンの一例を示している。スロットマシン９９００は、筐体９９０１に表示部９９０３が組み込まれている。また、スロットマシン９９００は、その他、スタートレバーやストップスイッチなどの操作手段、コイン投入口、スピーカなどを備えている。もちろん、スロットマシン９９００の構成は上述のものに限定されず、少なくとも本明細書に開示する液晶表示装置を備えた構成であればよく、その他付属設備が適宜設けられた構成とすることができる。
図１５（Ａ）は、携帯電話機の一例を示している。携帯電話機１０００は、筐体１００１に組み込まれた表示部１００２の他、操作ボタン１００３ａ、１００３ｂ、外部接続ポート１００４、スピーカ１００５、マイク１００６などを備えている。
図１５（Ａ）に示す携帯電話機１０００は、表示部１００２を指などで触れることで、情報を入力することができる。また、電話を掛ける、或いはメールを打つなどの操作は、表示部１００２を指などで触れることにより行うことができる。
表示部１００２の画面は主として３つのモードがある。第１は、画像の表示を主とする表示モードであり、第２は、文字等の情報の入力を主とする入力モードである。第３は表示モードと入力モードの２つのモードが混合した表示＋入力モードである。
例えば、電話を掛ける、或いはメールを作成する場合は、表示部１００２を文字の入力を主とする文字入力モードとし、画面に表示させた文字の入力操作を行えばよい。この場合、表示部１００２の画面のほとんどにキーボードまたは番号ボタンを表示させることが好ましい。
また、携帯電話機１０００内部に、ジャイロ、加速度センサ等の傾きを検出するセンサを有する検出装置を設けることで、携帯電話機１０００の向き（縦か横か）を判断して、表示部１００２の画面表示を自動的に切り替えるようにすることができる。
また、画面モードの切り替えは、表示部１００２を触れること、又は筐体１００１の操作ボタン１００３ａ、１００３ｂの操作により行われる。また、表示部１００２に表示される画像の種類によって切り替えるようにすることもできる。例えば、表示部に表示する画像信号が動画のデータであれば表示モード、テキストデータであれば入力モードに切り替える。
また、入力モードにおいて、表示部１００２の光センサで検出される信号を検知し、表示部１００２のタッチ操作による入力が一定期間ない場合には、画面のモードを入力モードから表示モードに切り替えるように制御してもよい。
表示部１００２は、イメージセンサとして機能させることもできる。例えば、表示部１００２に掌や指を触れることで、掌紋、指紋等を撮像することで、本人認証を行うことができる。また、表示部に近赤外光を発光するバックライトまたは近赤外光を発光するセンシング用光源を用いれば、指静脈、掌静脈などを撮像することもできる。
図１５（Ｂ）も携帯電話機の一例である。図１５（Ｂ）の携帯電話機は、筐体９４１１に、表示部９４１２、及び操作ボタン９４１３を含む表示装置９４１０と、筐体９４０１に操作ボタン９４０２、外部入力端子９４０３、マイク９４０４、スピーカ９４０５、及び着信時に発光する発光部９４０６を含む通信装置９４００とを有しており、表示機能を有する表示装置９４１０は電話機能を有する通信装置９４００と矢印の２方向に脱着可能である。よって、表示装置９４１０と通信装置９４００の短軸同士を取り付けることも、表示装置９４１０と通信装置９４００の長軸同士を取り付けることもできる。また、表示機能のみを必要とする場合、通信装置９４００より表示装置９４１０を取り外し、表示装置９４１０を単独で用いることもできる。通信装置９４００と表示装置９４１０とは無線通信又は有線通信により画像又は入力情報を授受することができ、それぞれ充電可能なバッテリーを有する。
本実施例では、本明細書に開示する図２１に示す構成における試料１乃至３を作製し、印加電圧と透過光強度との関係を評価した結果を示す。
図２１に試料１乃至３の模式図を示す。第１の基板１０と第２の基板１１とが、ブルー相を示す液晶材料を用いた液晶層２４を間に挟持して対向するように配置された液晶表示装置である。第１の基板１０と液晶層２４との間には構造体２３、画素電極層２０、及び第２の共通電極層２２ａ、２２ｂが設けられており、第２の基板１１と液晶層２４との間には第１の共通電極層２１ａ、２１ｂが形成されている。構造体２３は第１の基板１０の液晶層２４側の面から液晶層２４中に突出して設けられている。
画素電極層２０、第１の共通電極層２１ａ、２１ｂ、第２の共通電極層２２ａ、２２ｂの基板面方向の幅（ＷＬ）は２μｍ、画素電極層２０と第２の共通電極層２２ａとの基板面方向の幅（Ｗｓ）は２μｍ、第１の共通電極層２１ａと第１の共通電極層２１ｂとの基板面方向の幅は６μｍとした。
なお、試料１においては構造体２３の膜厚（Ｔｒ）を１．０μｍ、セルギャップ（Ｄｃｇ）を２．０μｍ、試料２においては構造体２３の膜厚（Ｔｒ）を１．５μｍ、セルギャップ（Ｄｃｇ）を３．０μｍ、試料３においては構造体２３の膜厚（Ｔｒ）を２．０μｍ、セルギャップ（Ｄｃｇ）を４．０μｍとした。
また、比較として図２２に示すように構造体２３、第１の共通電極層２１ａ、２１ｂを設けず、第１の基板１０に接して画素電極層２０、第２の共通電極層２２ａ、２２ｂを設け、セルギャップ（Ｄｃｇ）を４．０μｍとした比較試料も作製した。
セルギャップ（Ｄｃｇ）は図２１に示すように、液晶層２４の最大厚さ（膜厚）であり、図２１においては第１の基板１０から第２の基板１１までの距離となる。このようなセルギャップの間隔は、スペーサやシール材によって制御することができる。本実施例ではシール材によってセルギャップの値を制御した。
第１の基板１０及び第２の基板１１としてガラス基板を用い、構造体２３として感光性アクリル樹脂をフォトリソグラフィ工程により加工した樹脂層を用い、画素電極層２０、第１の共通電極層２１ａ、２１ｂ、第２の共通電極層２２ａ、２２ｂとして酸化珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）をスパッタリング法にて成膜し、フォトリソグラフィ工程により加工した膜厚１１０ｎｍの導電層を用いた。
比較試料、及び試料１乃至３における印加電圧（Ｖ）と透過光強度の関係を図２０に示す。なお、印加電圧とは、画素電極層２０と第１の共通電極層２１ａ、２１ｂ及び第２の共通電極層２２ａ、２２ｂとの電位差であり、本実施例では第１の共通電極層２１ａ、２１ｂ及び第２の共通電極層２２ａ、２２ｂをＧＮＤ線（接地線）に接続し、画素電極層２０に電圧を印加した。また、透過光強度とは光源の光が各試料を透過した後の光の強度を測定したものである。図２０において、各試料の結果は、比較試料が黒丸のドット、試料１（セルギャップ２μｍ）が白抜きの四角形のドット、試料２（セルギャップ３μｍ）が白抜きの菱形のドット、試料３（セルギャップ４μｍ）が白抜きの丸印のドットで示されている。
図２０に示すように、比較試料よりも構造体２３上に画素電極層２０を設けた試料１乃至３の方が、低電圧でも高い透過光強度を示し、よって高い白透過率が得られることが確認できた。
また、電圧０Ｖと電圧２０Ｖにおける透過光強度比であるコントラストは、比較試料が３７．８であるのに対し、試料１では６０．６、試料２では７６．２、試料３では９８．９といずれも高い値を示した。
従って、画素電極層２０は液晶層２４の膜厚方向において、第１の共通電極層２１ａ、２１ｂと第２の共通電極層２２ａ、２２ｂとの間に配置することにより、液晶層２４には画素電極層２０と第１の共通電極層２１ａ、２１ｂとの電界、及び画素電極層２０と第２の共通電極層２２ａ、２２ｂとの電界を加えることができ、液晶層２４全体に電界を形成することができた。
以上のことより、膜厚方向も含め液晶層２４全体における液晶分子を効果的に応答させることができ、白透過率が向上した。よって白透過率と黒透過率（黒表示時の光の透過率）との比であるコントラスト比も高くすることができた。また、より低電圧で高い白透過率（透過光強度）を得ることができるため、液晶表示装置の低消費電力化も達成できることが確認できた。
１０ 基板
１１ 基板
２０ 画素電極層
２１ａ 共通電極層
２１ｂ 共通電極層
２２ａ 共通電極層
２２ｂ 共通電極層
２３ 構造体
２４ 液晶層
２００ 基板
２０１ 基板
２０２ａ 矢印
２０２ｂ 矢印
２０２ｃ 矢印
２０２ｄ 矢印
２０８ 液晶層
２３０ａ 画素電極層
２３０ｂ 画素電極層
２３１ａ 共通電極層
２３１ｂ 共通電極層
２３１ｃ 共通電極層
２３２ａ 共通電極層
２３２ｂ 共通電極層
２３２ｃ 共通電極層
２３３ａ 構造体
２３３ｂ 構造体
２３４ａ 構造体
２３４ｂ 構造体
２３４ｃ 構造体
２３５ａ 構造体
２３５ｂ 構造体
２３５ｃ 構造体
２４０ａ 画素電極層
２４０ｂ 画素電極層
２４１ａ 構造体
２４１ｂ 構造体
２４２ａ 画素電極層
２４２ｂ 画素電極層
２４３ａ 構造体
２４３ｂ 構造体
３０５ 基板
３０６ 保護絶縁層
３０７ ゲート絶縁層
３１０ トランジスタ
３１１ ゲート電極層
３１２ 酸化物半導体層
３１５ａ ソース電極層
３１５ｂ ドレイン電極層
３１６ 酸化物絶縁層
３３０ 酸化物半導体膜
３３１ 酸化物半導体層
３７０ 基板
３７２ａ ゲート絶縁層
３７２ｂ ゲート絶縁層
３７３ 保護絶縁層
３８０ トランジスタ
３８１ ゲート電極層
３８２ 酸化物半導体層
３８５ａ ソース電極層
３８５ｂ ドレイン電極層
３８６ 酸化物絶縁層
３９０ トランジスタ
３９１ ゲート電極層
３９２ 酸化物半導体層
３９３ 酸化物半導体膜
３９４ 基板
３９５ａ ソース電極層
３９５ｂ ドレイン電極層
３９６ 酸化物絶縁層
３９７ ゲート絶縁層
３９８ 保護絶縁層
３９９ 酸化物半導体層
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 半導体層
４０４ａ ドレイン領域
４０５ａ 配線層
４０５ｂ 配線層
４０７ 絶縁膜
４０８ 容量配線層
４０９ 絶縁層
４１３ 層間膜
４１４ 遮光層
４１５ 絶縁層
４１６ 絶縁膜
４１７ 透光性樹脂層
４２０ トランジスタ
４２１ トランジスタ
４２２ トランジスタ
４４１ 基板
４４２ 基板
４４３ａ 偏光板
４４３ｂ 偏光板
４４４ 液晶層
４４６ 電極層
４４６ａ 電極層
４４６ｂ 電極層
４４６ｃ 電極層
４４６ｄ 電極層
４４７ 電極層
４４７ａ 電極層
４４７ｂ 電極層
４４７ｃ 電極層
４４７ｄ 電極層
４４８ 電極層
４４８ａ 電極層
４４８ｂ 電極層
４４８ｃ 電極層
４４９ 構造体
４５０ カラーフィルタ
４５１ 素子層
４５４ａ 透光性樹脂層
４５５ａ 遮光層
４５６ａ シール材
４５７ 光
４５８ 液晶層
４５９ａ 基板
４５９ｂ 基板
１０００ 携帯電話機
１００１ 筐体
１００２ 表示部
１００３ａ 操作ボタン
１００４ 外部接続ポート
１００５ スピーカ
１００６ マイク
１３０１ 表示部
１３０２ 駆動部
１３０３ 信号線駆動回路
１３０４ 走査線駆動回路
１３０５ 画素
１３０６ 走査線
１３０８ 信号線
１４００ 基板
１４０１ ゲート電極層
１４０２ ゲート絶縁層
１４０３ 酸化物半導体層
１４０５ａ ソース電極層
１４０５ｂ ドレイン電極層
１４０７ 酸化物絶縁層
１４０９ 保護絶縁層
１４２０ トランジスタ
１４３２ａ ゲート絶縁層
１４３２ｂ ゲート絶縁層
１４３７ 酸化物絶縁層
１４３９ 保護絶縁層
１４５０ トランジスタ
１７００ 基板
１７０１ａ 画素電極層
１７０１ｂ 画素電極層
１７０１ｃ 画素電極層
１７０３ 液晶層
１７０５ａ 共通電極層
１７０６ａ 共通電極層
１７０７ａ 構造体
１７０７ｂ 構造体
１７０７ｃ 構造体
１７１４ａ 偏光板
１７１４ｂ 偏光板
１７１０ 基板
１７１３ 液晶素子
１７１４ 偏光板
２６００ 素子基板
２６０１ 対向基板
２６０２ シール材
２６０３ 素子層
２６０４ 表示素子
２６０５ 層間膜
２６０６ 偏光板
２６０７ 偏光板
２６０８ 配線回路部
２６０９ フレキシブル配線基板
２６１０ 冷陰極管
２６１１ 反射板
２６１２ 回路基板
２６１３ 拡散板
４００１ 基板
４００２ 画素部
４００３ 信号線駆動回路
４００３ａ 信号線駆動回路
４００３ｂ 信号線駆動回路
４００４ 走査線駆動回路
４００５ シール材
４００６ 基板
４００８ 液晶層
４０１０ トランジスタ
４０１１ トランジスタ
４０１３ 液晶素子
４０１５ 接続端子電極
４０１６ 端子電極
４０１８ ＦＰＣ
４０１９ 異方性導電膜
４０２０ 絶縁層
４０２１ 層間膜
４０３０ 画素電極層
４０３１ 共通電極層
４０３２ 偏光板
４０３４ 遮光層
４０３６ 共通電極層
４０３７ 構造体
４０３８ 構造体
８３１０ 比抵抗／ホール測定システムＲｅｓｉＴｅｓｔ
９４００ 通信装置
９４０１ 筐体
９４０２ 操作ボタン
９４０３ 外部入力端子
９４０４ マイク
９４０５ スピーカ
９４０６ 発光部
９４１０ 表示装置
９４１１ 筐体
９４１２ 表示部
９４１３ 操作ボタン
９６００ テレビジョン装置
９６０１ 筐体
９６０３ 表示部
９６０５ スタンド
９６０７ 表示部
９６０９ 操作キー
９６１０ リモコン操作機
９７００ デジタルフォトフレーム
９７０１ 筐体
９７０３ 表示部
９８８１ 筐体
９８８２ 表示部
９８８３ 表示部
９８８４ スピーカ部
９８８５ 入力手段（操作キー
９８８６ 記録媒体挿入部
９８８７ 接続端子
９８８８ センサ
９８８９ マイクロフォン
９８９０ ＬＥＤランプ
９８９１ 筐体
９８９３ 連結部
９９００ スロットマシン
９９０１ 筐体
９９０３ 表示部

Claims (9)

  1. 第１の基板と第２の基板との間に、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を有し、
    前記第２の基板と前記液晶層との間に設けられた第２の電極層と、
    前記第２の電極層と重畳し、前記第１の基板と前記液晶層との間に設けられた第３の電極層と、
    前記第１の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する構造体と、
    前記構造体の上部に設けられた第１の電極層と、
    を有し、
    前記第２の電極層は、開口パターンを有し、
    前記第３の電極層は、開口パターンを有し、
    前記構造体は、前記第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、
    前記第１の電極層は、開口パターンを有し、
    前記第１の電極層は、前記液晶層中において、前記第２の電極層と前記第３の電極層との間に配置され、
    前記構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    セルギャップは５μｍ未満であることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 第１の基板と第２の基板との間に、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を有し、
    前記第２の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する第２の構造体と、
    前記第２の構造体の上部に設けられた第２の電極層と、
    前記第２の電極層と重畳し、前記第１の基板と前記液晶層との間に設けられた第３の電極層と、
    前記第１の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する第１の構造体と、
    前記第１の構造体の上部に設けられた第１の電極層と、
    を有し、
    前記第２の電極層は、開口パターンを有し、
    前記第３の電極層は、開口パターンを有し、
    前記構造体は、前記第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、
    前記第１の電極層は、前記液晶層中において、前記第２の電極層と前記第３の電極層との間に配置され、
    前記第１の構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記第１の構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    前記第２の構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記第２の構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    セルギャップは５μｍ未満であることを特徴とする液晶表示装置。
  3. 第１の基板と第２の基板との間に、ブルー相を示す液晶材料を含む液晶層を有し、
    前記第２の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する第２の構造体と、
    前記第２の構造体の上部に設けられた第２の電極層と、
    前記第１の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する第３の構造体と、
    前記第２の電極層と重畳し、前記第３の構造体の上部に設けられた第３の電極層と、
    前記第１の基板の前記液晶層側の面から前記液晶層中に突出する第１の構造体と、
    前記第１の構造体の上部に設けられた第１の電極層と、
    を有し、
    前記第２の電極層は、開口パターンを有し、
    前記第３の電極層は、開口パターンを有し、
    前記構造体は、前記第３の電極層の開口パターンの間に設けられ、
    前記第１の電極層は、前記液晶層中において、前記第２の電極層と前記第３の電極層との間に配置され、
    前記第１の構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記第１の構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    前記第２の構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記第２の構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    前記第３の構造体は、錐形の先端が丸いドーム状であり、
    前記第３の構造体の側面は、前記液晶層と接し、
    セルギャップは５μｍ未満であることを特徴とする液晶表示装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
    前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の距離と、前記第１の電極層と前記第３の電極層との間の距離は等しいことを特徴とする液晶表示装置。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、
    前記第１の電極層、前記第２の電極層、及び前記第３の電極層は、それぞれ前記液晶層に接していることを特徴とする液晶表示装置。
  6. 請求項１乃至５のいずれか一項において、
    前記第１の電極層、前記第２の電極層、及び前記第３の電極層は櫛歯状であることを特徴とする液晶表示装置。
  7. 請求項１乃至６のいずれか一項において、
    前記液晶層は、カイラル剤を含むことを特徴とする液晶表示装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれか一項において、
    前記液晶層は、光硬化樹脂及び光重合開始剤を有することを特徴とする液晶表示装置。
  9. 請求項１乃至８のいずれか一項において、
    前記第１の基板と、前記第１の電極層及び前記第３の電極層との間にトランジスタを有し、
    前記第１の電極層は前記トランジスタと電気的に接続されており、
    前記トランジスタは酸化物半導体層を含むことを特徴とする液晶表示装置。
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