JP6126484B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の一態様は、表示装置及び表示装置の作製方法に関する。

液晶表示装置や、エレクトロルミネセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｓｅｎｃｅ：ＥＬともいう）を利用した発光表示装置に代表されるフラットパネルディスプレイ等の表示装置の多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成された非晶質シリコン、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどの半導体を含んで構成されている。

上記シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す酸化物（以下酸化物半導体と呼ぶことにする）をトランジスタに用いる技術が注目されている。

例えば、酸化物半導体として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いてトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開２００７−１２３８６１号公報

ところで、酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、酸化物半導体に水素、水分等の不純物が入ることによってキャリアが生成され、トランジスタの電気特性が変動する。

そのため、表示装置内のトランジスタは、トランジスタ上に形成された有機絶縁膜から、トランジスタの半導体層に水素、水分等の意図しない不純物が入り込んだ場合、半導体層内のキャリア密度が増加することによってトランジスタの特性が変動する。

また、トランジスタの特性が変動することによって、表示装置の表示品位が低下し、信頼性が低下するという問題がある。

そこで、本発明の一態様は、表示装置に用いられるトランジスタの電気特性の変動を抑制し、信頼性を向上させることを課題の一とする。また、トランジスタが用いられる表示装置の表示品位の低下を抑制し、信頼性を向上させることを課題の一とする。

トランジスタと、該トランジスタ起因の凹凸を低減するために、トランジスタ上に設けられる有機絶縁膜と、有機絶縁膜上の容量素子と、を有する。容量素子の構成要素（透明導電層及び無機絶縁膜）によって、有機絶縁膜全面が覆われない構成とすることで、有機絶縁膜から放出されるガス（放出ガスともいう）が上方から該有機絶縁膜の外部へと抜けることが可能である構成とする。

したがって、本発明の一態様の表示装置は、トランジスタと、トランジスタを覆う第１の無機絶縁膜と、第１の無機絶縁膜上の有機絶縁膜と、有機絶縁膜上の第１の透明導電層と、第１の透明導電層上の第２の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜を介して少なくとも第１の透明導電層上に設けられ、有機絶縁膜及び第１の無機絶縁膜に形成された開口において、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続する第２の透明導電層と、第２の透明導電層上の、液晶層とを含む画素部を有し、画素部において第２の無機絶縁膜は、有機絶縁膜と重畳する領域に端部を有する表示装置である。

第２の無機絶縁膜の端部が有機絶縁膜と重畳する領域にあることによって、有機絶縁膜は、第２の無機絶縁膜と重畳していない領域を有する。そのため、第２の無機絶縁膜と有機絶縁膜が重畳せず、有機絶縁膜が露出した領域から有機絶縁膜の放出ガスが上方へ抜ける構成とすることができる。

また、上記構成において、有機絶縁膜と第２の無機絶縁膜とが重畳しない領域はトランジスタと重畳して設けられていてもよい。

また、本発明の一態様の表示装置は、トランジスタと、トランジスタを覆う第１の無機絶縁膜と、第１の無機絶縁膜上の有機絶縁膜と、有機絶縁膜上の第１の透明導電層と、第１の透明導電層上の第２の無機絶縁膜と、第２の無機絶縁膜を介して少なくとも第１の透明導電層上に設けられ、有機絶縁膜及び第１の無機絶縁膜に形成された開口において、トランジスタのソース電極層またはドレイン電極層と電気的に接続する第２の透明導電層と、第２の透明導電層上の、液晶層と有し、液晶層と有機絶縁膜は少なくとも一部が接する表示装置である。

また、上記構成において、液晶層と有機絶縁膜はトランジスタと重畳する領域において接していてもよい。

また、トランジスタは酸化物半導体層にチャネルが形成されるトランジスタとしてもよい。

また、第１の無機絶縁膜及び第２の無機絶縁膜は窒化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜であるとよい。

また、有機絶縁膜はアクリルを含む膜であるとよい。アクリル等の有機樹脂を用いることによって、容易に平坦な面を得ることができる。

第２の無機絶縁膜と、第１の透明導電層または第２の透明導電層との屈折率の差は、第１の透明導電層または第２の透明導電層の屈折率の１０％以下、好ましくは５％以下であるとよい。また、有機絶縁膜と第１の透明導電層との間に、透明導電層の屈折率と有機絶縁膜の屈折率の間の屈折率を有する膜を形成するとよい。

また、液晶層は、第１の透明導電層及び第２の透明導電層間の電界に応じて配向が制御される表示装置である。

また、第１の無機絶縁膜と第２の無機絶縁膜は少なくとも一部が接するとよい。

本発明の一態様によって、表示装置に用いられるトランジスタの電気特性の変動を抑制し、信頼性を向上させることができる。また、トランジスタが用いられる表示装置の表示品位の低下を抑制し、信頼性を向上させることができる。

本発明の一態様の表示装置の上面図及び断面図。 本発明の一態様の表示装置の上面図。 各質量電荷比における放出ガスのイオン強度を示す図。 基板表面温度に対する各質量電荷比のイオン強度を示す図。 本発明の一態様の表示装置の上面図及び断面図。 本発明の一態様に係るイメージセンサの一例を示す回路図および断面図。 本発明の一態様に係るタブレット型端末の一例を示す図。 本発明の一態様に係る電子機器の例を示す図。

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更しうることは、当業者であれば容易に理解される。また、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。

以下に説明する実施の形態において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる場合がある。なお、図面において示す構成要素、すなわち層や領域等の厚さ、幅、相対的な位置関係等は、実施の形態において説明する上で明確性のため、誇張して示される場合がある。

なお、本明細書等において「上」という用語は、構成要素の位置関係が「直上」であることを限定するものではない。例えば、「絶縁膜上のゲート電極層」の表現であれば、絶縁膜とゲート電極層との間に他の構成要素を含むものを除外しない。「下」についても同様である。

また、本明細書等において「電極層」や「配線層」という用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極層」は「配線層」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極層」や「配線層」という用語は、複数の「電極層」や「配線層」が一体となって形成されている場合なども含む。

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」という用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

なお、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。

例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線などが含まれる。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図面を用いて説明する。図２に本実施の形態の表示装置の上面図を示す。

図２（Ａ）は本発明の一態様の表示装置の上面図である。図２（Ａ）において、第１の基板１０１上に設けられた画素部１０００を囲むようにして、シール材１００１が設けられ、第２の基板１０２によって封止されている。図２（Ａ）においては、第１の基板１０１上のシール材１００１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走査線駆動回路１００４、信号線駆動回路１００３が実装されている。また別途形成された信号線駆動回路１００３と、走査線駆動回路１００４または画素部１０００に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）１０１８ａ、１０１８ｂから供給されている。

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（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法、或いはＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方法などを用いることができる。図２（Ａ）は、ＣＯＧ方法により信号線駆動回路１００３、走査線駆動回路１００４を実装する例である。

また、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。

なお、本明細書中における表示装置とは、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もしくはＴＣＰが取り付けられたモジュール、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表示装置に含むものとする。

なお、本実施の形態に示す表示装置の構成は上記に限らず、図２（Ｂ）に示すように、第１の基板１０１上に設けられた画素部１０００と、走査線駆動回路１００４とを囲むようにして、シール材１００１が設けられていてもよい。また画素部１０００と、走査線駆動回路１００４の上に第２の基板１０２が設けられていてもよい。よって画素部１０００と、走査線駆動回路１００４とは、第１の基板１０１とシール材１００１と第２の基板１０２とによって、表示素子と共に封止されている。

シール材１００１としては、代表的には可視光硬化性、紫外線硬化性又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２（Ｂ）及び（Ｃ）においては、第１の基板１０１上のシール材１００１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１００３が実装されている。また、別途形成された信号線駆動回路１００３と、走査線駆動回路１００４または画素部１０００に与えられる各種信号及び電位は、ＦＰＣ１０１８から供給されている。

また図２（Ｂ）においては、信号線駆動回路１００３を別途形成し、第１の基板１０１に実装している例を示しており、図２（Ｃ）においては、信号線駆動回路１００３は、ＦＰＣ１０１８上に実装されている例を示している。ただし、本実施の形態の一態様の表示装置は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よいし、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よい。

図１に本発明の一態様の表示装置の画素部１０００が有する一画素について示す。図１（Ａ）は、画素部１０００が有する画素の一部の上面図を示し、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す一点鎖線Ａ−Ｂにおける断面図を示す。

本発明の一態様の表示装置が有する画素部は、第１の基板１０１上に設けられたトランジスタ１５０とトランジスタ１５０上の第１の無機絶縁膜１１４（無機絶縁膜１１３及び無機絶縁膜１１５の積層）と、第１の無機絶縁膜１１４上の有機絶縁膜１１７と、有機絶縁膜１１７上の容量素子１７０と、有機絶縁膜１１７及び容量素子１７０上の液晶層１２５と、液晶層１２５上の第２の基板１０２と、第２の基板１０２に設けられた透明導電層１２７と、を有する。容量素子１７０は、透明導電層１２１と、透明導電層１２３と、これらに挟持された第２の無機絶縁膜１１９を有する。

なお、図１（Ｂ）から分かるように、第２の無機絶縁膜１１９は、有機絶縁膜１１７と重畳する領域に端部を有する。そのため、第２の無機絶縁膜１１９と有機絶縁膜１１７が重畳しない領域を有し、有機絶縁膜１１７が露出している領域から、有機絶縁膜１１７の放出ガスが上方へ抜けることができる。また、特に、第２の無機絶縁膜１１９はトランジスタ１５０と重畳する領域において設けられておらず、有機絶縁膜１１７と第２の無機絶縁膜１１９が重畳せず、有機絶縁膜１１７が露出している領域がトランジスタ１５０と重畳している。また、有機絶縁膜１１７は第２の無機絶縁膜１１９、透明導電層１２１及び透明導電層１２３と重畳せずに、露出している領域を有する。

本発明の一態様に示す表示装置は、有機絶縁膜１１７上に、第２の無機絶縁膜１１９が設けられておらず、有機絶縁膜１１７の上面の一部が露出され、有機絶縁膜１１７の放出ガスが当該上面の一部から外部へと放出されるような領域を有している。そのため、放出ガスがトランジスタ側へ入り込むことが防止され、トランジスタ１５０の特性が変動しにくく、表示品位の低下が抑制された、信頼性の高い表示装置とすることができる。

トランジスタ１５０は、第１の基板１０１上のゲート電極層１０５と、ゲート電極層１０５を覆うゲート絶縁層１０７と、ゲート絶縁層１０７上の半導体層１０９と、半導体層１０９と接するソース電極層１１１ａ及びドレイン電極層１１１ｂと、を有する。

トランジスタ１５０の半導体層には、シリコン系半導体（アモルファスシリコン、多結晶シリコン等）、酸化物半導体（酸化亜鉛、酸化インジウム等）等を用いることができる。本実施の形態では、半導体層１０９に用いる好適な半導体として酸化物半導体を用いた場合を説明する。

トランジスタ１５０上には第１の無機絶縁膜１１４として無機絶縁膜１１３及び無機絶縁膜１１５が形成されている。なお、第１の無機絶縁膜１１４の構成はこれに限らず、必要とされる機能に応じて適宜絶縁膜を単層で、又は積層して設ければよい。

トランジスタ１５０上に設けられた無機絶縁膜１１３には、酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ハフニウム、または酸化タンタルなどの酸化物絶縁層を用いることができる。また、これらの化合物を単層構造または２層以上の積層構造で形成して用いることができる。

なお、ここで酸化窒化シリコンとは、その組成において窒素よりも酸素の含有量が多いものを示し、例として、少なくとも酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、上記範囲は、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）や、水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｏｒｗａｒｄ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合のものである。また、構成元素の含有比率は、その合計が１００原子％を超えない値をとる。

無機絶縁膜１１３上に形成される無機絶縁膜１１５は、半導体層１０９へ水素等の不純物が入ることを防止する機能（以下、水素ブロッキング性ともいう）及び酸化物半導体層中の酸素等が脱離することを防止する機能を有する層である。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する無機絶縁膜１１５を設けることで、半導体層１０９からの酸素の外部への拡散と、有機絶縁膜１１７及び外部から半導体層１０９への水素等の不純物の入り込みを防ぐことができる。

酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。

無機絶縁膜１１５上には、トランジスタ１５０起因の凹凸を低減するための平坦化絶縁層として機能する有機絶縁膜１１７が設けられている。平坦化絶縁層は、平坦化絶縁層上に設けられる液晶層の配向不良等を防止し、表示品位を向上させるために設けられる。平坦化絶縁層として、有機絶縁膜を用いることによって、容易に平坦な面を得ることができる。

有機絶縁膜１１７としては、例えば、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料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形成してもよい。

有機絶縁膜１１７上には、容量素子１７０が形成されている。容量素子１７０は、有機絶縁膜１１７上の透明導電層１２１と、透明導電層１２１上の第２の無機絶縁膜１１９と、第２の無機絶縁膜１１９上の透明導電層１２３と、を有する。容量素子１７０の透明導電層１２３は、第１の無機絶縁膜１１４及び有機絶縁膜１１７に設けられた開口において、トランジスタ１５０のドレイン電極層１１１ｂと接する。

有機絶縁膜１１７上の容量素子１７０は、透明導電層１２１、第２の無機絶縁膜１１９及び透明導電層１２３によって形成される。つまり、透明導電層１２１は容量素子１７０の一方の電極として機能し、透明導電層１２３は容量素子１７０の他方の電極として機能し、第２の無機絶縁膜１１９は容量素子１７０の誘電体として機能する。

容量素子１７０の保持容量の大きさは、トランジスタ１５０のリーク電流等を考慮して、所定の期間の間電荷を保持できるように設定される。保持容量の大きさは、トランジスタのオフ電流等を考慮して設定すればよい。酸化物半導体膜を有するトランジスタを用いることにより、各画素における液晶容量に対して１／３以下、好ましくは１／５以下の容量の大きさを有する保持容量を設ければ充分である。

酸化物半導体層を用いたトランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低く制御することができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。また、酸化物半導体層を用いたトランジスタは、電界効果移動度を高く制御することができるため、高速駆動が可能である。

透明導電層１２１及び透明導電層１２３としては可視光に対する透光性を有する材料を用いる。透光性を有する材料としては、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、グラフェンなどを用いることができる。なお、ここで透明とは可視光に対する透光性を有することを指し、可視光が透過すれば透明と呼ぶことにする。また、光が散乱しても、一部の光が透過するようであれば透明と呼ぶ。また、少なくとも可視光の一部の波長域を透過させればよく、可視光域において一部の波長域が反射するようであっても透明導電層と呼ぶことにする。容量素子１７０を透明材料で形成することによって、開口率を上げることができる。

ここで、有機絶縁膜１１７に用いる有機樹脂として代表的なアクリル樹脂の放出ガスについて調査した結果を示す。

試料は、ガラス基板上にアクリル樹脂を塗布し、窒素ガス雰囲気下、２５０℃にて１時間の加熱処理を行った。なお、アクリル樹脂は加熱処理後に厚さが１．５μｍとなるように形成した。

作製した試料に対し、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析による放出ガスの測定を行った。

図３に、基板表面温度２５０℃のときの、各質量電荷比（Ｍ／ｚともいう。）における放出ガスのイオン強度を示す。図３より、試料からは、水起因と見られる質量電荷比が１８（Ｈ_２Ｏ）のガスと、炭化水素起因と見られる質量電荷比が２８（Ｃ_２Ｈ_４）、４４（Ｃ_３Ｈ_８）および５６（Ｃ_４Ｈ_８）のガスが検出された。なお、各質量電荷比の近傍には、それぞれのフラグメントイオンが検出された。

図４に、基板表面温度に対する各質量電荷比（１８、２８、４４および５６）のイオン強度を示す。基板表面温度を５５℃から２７０℃の範囲とした場合、水起因と見られる質量電荷比が１８のイオン強度は、５５℃以上１００℃以下および１５０℃以上２７０℃以下の範囲にそれぞれピークを有することがわかった。一方、炭化水素起因と見られる質量電荷比が２８、４４および５６のイオン強度は、１５０℃以上２７０℃以下にピークを有することがわかった。

以上に示したように、有機樹脂から水、炭化水素などの酸化物半導体にとっての不純物が放出されることがわかった。特に、水は５５℃以上１００℃以下の比較的低温でも放出されることがわかった。即ち、比較的低温でも有機樹脂に起因する不純物が酸化物半導体膜に到達し、トランジスタの電気特性を劣化させることが示唆された。

また、有機樹脂を水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜（窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜など）で覆った場合、有機樹脂からガスが放出されることで水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜への圧力が高まり、最終的に水、炭化水素などの放出ガスを透過しない膜が破壊され、トランジスタの形状不良となる場合があることが示唆された。

透明導電層１２１及び透明導電層１２３に挟まれる第２の無機絶縁膜１１９は、第１の無機絶縁膜１１４と同様の材料を用いて形成することができる。第２の無機絶縁膜１１９は容量素子１７０の誘電体として機能するため、容量素子１７０として必要とされる誘電率を有する材料を用いればよい。例えば、酸化シリコン膜等と比較して比誘電率の高い窒化シリコン膜を用いることによって、電極面積当たりの静電容量を大きくすることができる。

また、透明導電層１２１または透明導電層１２３の屈折率と第２の無機絶縁膜１１９の屈折率との差が、透明導電層１２１及び透明導電層１２３の屈折率の１０％以下、より好ましくは５％以下である絶縁層を用いるとよい。第２の無機絶縁膜１１９と透明導電層１２１または透明導電層１２３との屈折率の差が小さいと、第２の無機絶縁膜と透明導電層１２１の界面及び第２の無機絶縁膜１１９と透明導電層１２３との界面において光の全反射が抑制され、光の損失を低減することができる。

また、同様にして、有機絶縁膜１１７と透明導電層１２１との界面での全反射を防止するために、有機絶縁膜１１７と透明導電層１２１の間に、屈折率が有機絶縁膜１１７と透明導電層１２１の間の値となる絶縁膜を形成してもよい。また、該絶縁膜を複数形成することで、有機絶縁膜１１７から透明導電層１２１に向かって段階的に屈折率が変化する構成としてもよい。

例えば、有機絶縁膜として一般的に用いられるアクリル樹脂の屈折率は約１．４９であり、透明導電層１２１として一般的に用いられるインジウムスズ酸化物の屈折率は２．０である。したがって、有機絶縁膜１１７と透明導電層１２１の間に設ける絶縁膜としては、屈折率が１．５以上１．９以下、好ましくは１．６以上１．７以下である絶縁膜を用いるとよい。またはこれらの積層構造としてもよい。

透明導電層１２１及び透明導電層１２３として用いられるインジウム亜鉛酸化物の屈折率は２．０である。インジウム亜鉛酸化物と同程度の屈折率を有する材料として、屈折率が約２．０３である窒化シリコン膜を第２の無機絶縁膜１１９に好適に用いることができる。

なお、第２の無機絶縁膜１１９は透明導電層１２１及び透明導電層１２３によって容量が形成され、容量素子１７０の誘電体として機能するように設けられていればよく、その形状は限定されない。第２の無機絶縁膜１１９として、有機絶縁膜１１７からの放出ガスを透過しない膜（例えば、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜等）を用いる場合、第２の無機絶縁膜１１９が有機絶縁膜１１７の全面を覆うように形成すると、有機絶縁膜１１７から放出されるガスが、トランジスタ１５０側へ拡散して、トランジスタ１５０の特性を変動させる場合がある。

または、有機絶縁膜１１７から放出ガスが抜けず、有機絶縁膜１１７から第１の無機絶縁膜１１４及び第２の無機絶縁膜１１９の圧力が高まり、第２の無機絶縁膜１１９が破壊されて、形状不良となる場合がある。形状不良が起こることによって、第２の無機絶縁膜１１９に、膜密度が低い領域や、膜そのものが消失してしまう領域等が形成される場合がある。このような領域が形成されることによって、半導体層１０９へ水素等の不純物が入り込みやすくなり、トランジスタ１５０の特性の変動を引き起こす場合がある。

したがって、第２の無機絶縁膜１１９は有機絶縁膜１１７から放出されるガスが上方（トランジスタ１５０と反対側）へ抜けるような構造とすることがよい。具体的には、第２の無機絶縁膜１１９の端部が有機絶縁膜１１７と重畳する領域にあるとよい。第２の無機絶縁膜１１９の端部が有機絶縁膜１１７と重畳する領域にあることによって、有機絶縁膜１１７は、無機絶縁膜１１３及び第２の無機絶縁膜１１９によって全面が覆われている構成ではなく、有機絶縁膜１１７の放出ガスが抜けるための露出部を有する。

ここで、有機絶縁膜１１７の露出部とは、有機絶縁膜１１７のうち、少なくとも第２の無機絶縁膜１１９と重畳していない領域のことを指す。有機絶縁膜１１７が露出部を有することによって、有機絶縁膜１１７からの放出ガスを上方へと放出することができ、トランジスタ１５０へ不純物が入り込むことを抑制することができる。

なお、有機絶縁膜１１７が露出される領域は画素部１０００内のどこに設けてもよいが、有機絶縁膜１１７から放出されるガスには水素等の不純物が含まれているため、なるべく有機絶縁膜１１７から放出されるガスがトランジスタ１５０側へ入り込まないように設けることが好ましい。

例えば、有機絶縁膜１１７のトランジスタ１５０と重畳する領域において、少なくとも一部に露出した領域を有していればよい。例えば、有機絶縁膜１１７がトランジスタ１５０のソース電極層１１１ａまたはドレイン電極層１１１ｂの一部と重畳する領域において露出されていればよい。または、有機絶縁膜１１７と半導体層１０９が重畳する領域において、有機絶縁膜１１７の少なくとも一部が露出される構成とすればよい。

また、有機絶縁膜１１７の放出ガスが、有機絶縁膜１１７のトランジスタ１５０が有する半導体層１０９と対向する表面とは反対の面から放出されるように、有機絶縁膜１１７の半導体層１０９と対向しない表面に、有機絶縁膜１１７が露出された領域を形成してもよい。また、有機絶縁膜１１７の半導体層１０９と対向している表面よりも、対向していない表面（例えば、図１（Ｂ）において、液晶層１２５と接する領域）において露出している領域が多い方がよい。

また、有機絶縁膜１１７とシール材１００１（図示しない）とが接しない構成とし、有機絶縁膜１１７の側面（シール材１００１と対向する表面）から放出ガスが放出されるよう、有機絶縁膜１１７の側面に、絶縁層、透明導電層等が形成されずに、有機絶縁膜１１７が露出している領域を有していてもよい。なお、有機絶縁膜１１７の端部が第２の無機絶縁膜１１９によって覆われている構成としてもよい。

本実施の形態に示す表示装置は、トランジスタ上に設けられた有機絶縁膜から放出されるガスがトランジスタ側へ入り込まないように、トランジスタ上に有機絶縁膜の露出部を設ける。露出部は、該有機絶縁膜上に形成される無機絶縁膜と重畳しない領域によって形成する。露出部には、無機絶縁膜が接して形成されていないため、有機絶縁膜から放出されるガスが、露出部から抜けることができる。そのため、有機絶縁膜から放出される、水素等の不純物を含むガスが、酸化物半導体層へ入り込んで、トランジスタの特性が変動することを防止することができ、表示品位が高く、信頼性の高い表示装置とすることができる。

トランジスタ１５０は、第１の基板１０１上にゲート電極層１０５を有する。

第１の基板１０１は、少なくとも、後の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。例えば、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、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などの基板を用いることができる。

なお、第１の基板１０１は予め第１の基板１０１の歪み点より低い温度で加熱処理を行い、第１の基板１０１をシュリンク（熱収縮とも言われる。）させておくことが望ましい。これにより、表示装置の作製工程において行われる加熱処理により、第１の基板１０１に生じるシュリンクの量を抑えることができる。そのため、例えば、露光工程などでのパターンずれ等を抑制することができる。また、当該加熱処理により、第１の基板１０１表面に付着した水分や有機物などを取り除くことができる。

また、シリコンや炭化シリコンなどの単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムなどの化合物半導体基板上に絶縁層を形成したものを適用することも可能である。

ゲート電極層１０５は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極層１０５は、単層構造でも、二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二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた元素の膜、または複数組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。

特に、ゲート電極層１０５の抵抗を下げ、かつ耐熱性を確保するためには、例えば、アルミニウム、銅などの抵抗率の低い金属膜の下側および上側の一方又は両方にチタン、モリブデン、タングステンなどの高融点金属膜又はそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成とすればよい。

また、ゲート電極層１０５は、インジウム錫酸化物、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の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。

また、ゲート電極層１０５とゲート絶縁層１０７との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ以上、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、酸化物半導体の電子親和力よりも大きい値であるため、酸化物半導体を用いたトランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体膜より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。

ゲート絶縁層１０７は、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ系金属酸化物などを用いればよく、積層または単層で設ける。

また、ゲート絶縁層１０７は酸化物半導体と接するため、水素濃度が低減されており、酸化物半導体に水素が入り込むことを抑制する他に、酸化物半導体の酸素欠損に酸素を供給することができる膜とすることが好ましい。例えば、酸素を供給する膜としては、膜中（バルク中）に少なくとも化学量論比における含有量を超える量の酸素が存在することが好ましく、例えば、ゲート絶縁層１０７として、酸化シリコン膜を用いる場合には、ＳｉＯ_２＋α（ただし、α＞０）とする。

化学量論的比における含有量を超える量の酸素を含む絶縁膜は、加熱により酸素の一部が脱離する。このため、加熱により酸素の一部が脱離する絶縁膜をゲート絶縁層１０７として設けることで、酸化物半導体に酸素を入れ、酸化物半導体に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。

ゲート絶縁層１０７に加熱により酸素が脱離する膜を用いることで、酸化物半導体膜及びゲート絶縁層１０７の界面における界面準位の密度を低減することが可能であり、電気特性の劣化の少ないトランジスタを得ることができる。また、ゲート絶縁層１０７に、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を設けることで、酸化物半導体膜からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体膜への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等があげられる。

また、ゲート絶縁層１０７として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。

ゲート絶縁層１０７の厚さは、５ｎｍ以上４００ｎｍ以下、より好ましくは１０ｎｍ以上３００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下とするとよい。

ゲート絶縁層１０７を積層構造とし、ゲート電極層側からそれぞれ、ＰＥＣＶＤ装置を用い、ゲート電極層１０５に含まれる金属成分の拡散防止効果のある第１のゲート絶縁層として５０ｎｍの窒化シリコン層と、絶縁破壊耐性に優れた第２のゲート絶縁層として３００ｎｍの窒化シリコン層と、水素ブロッキング性の高い第３のゲート絶縁層として５０ｎｍの窒化シリコン層と、界面準位の密度を低減する効果のある第４のゲート絶縁層として５０ｎｍの酸化窒化シリコン層とを積層する構造とする。

また、半導体層１０９に酸化物半導体を用いた場合、ゲート絶縁層１０７と同様に、無機絶縁膜１１３に加熱により酸素が脱離する酸化絶縁物を用いてもよい。また、酸化物半導体上に無機絶縁膜１１３を形成した後、加熱処理することより、酸素を酸化物半導体層に入れて、酸化物半導体層に含まれる酸素欠損を補填することが可能である。この結果、酸化物半導体層に含まれる酸素欠損量を低減することができる。

半導体層１０９に用いる酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）若しくは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。または、ＩｎとＺｎの双方を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを有すると好ましい。

スタビライザーとしては、ガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、またはジルコニウム（Ｚｒ）等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）等がある。上記のスタビライザーの一または複数を有するとよい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ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、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−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−Ｚｎ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−Ｇａ−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、ここで、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。

また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）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＝２：２：１、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２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ことができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

しかし、これらに限られず、必要とする半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧、ばらつき等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とする半導体特性を得るために、キャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離（結合距離）、密度等を適切なものとすることが好ましい。

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

また、半導体層１０９に用いる酸化物半導体膜としては、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である酸化物半導体を用いる。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

以下では、酸化物半導体膜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。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。

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。

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

また、半導体層１０９には、結晶部分を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜を好適に用いることができる。

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

なお、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。

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

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

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

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

次に、半導体層１０９に適用できる微結晶酸化物半導体膜について説明する。

微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。

ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ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膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ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膜に対し、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線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折像が観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、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膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、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。

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

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

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のように結晶部を有する酸化物半導体では、よりバルク内欠陥を低減することができ、表面の平坦性を高めればアモルファス状態の酸化物半導体以上の移動度を得ることができる。表面の平坦性を高めるためには、平坦な表面上に酸化物半導体を形成することが好ましい。

ただし、本実施の形態で説明するトランジスタ１５０は、ボトムゲート型であるため、酸化物半導体膜の下方には基板１０１、ゲート電極層１０５とゲート絶縁層１０７が存在している。従って、上記平坦な表面を得るためにゲート電極層１０５とゲート絶縁層１０７を形成した後、化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理などの平坦化処理を行ってもよい。

また、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。例えば、酸化物半導体膜を、第１の酸化物半導体膜と第２の酸化物半導体膜の積層として、第１の酸化物半導体膜と第２の酸化物半導体膜に、異なる組成の金属酸化物を用いてもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜に金属酸化物の一を用い、第２の酸化物半導体膜に第１の酸化物半導体膜と異なる金属酸化物を用いてもよい。

また、第１の酸化物半導体膜と第２の酸化物半導体膜の構成元素を同一とし、両者の組成を異ならせてもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１とし、第２の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２としてもよい。また、第１の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第２の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３としてもよい。

この時、第１の酸化物半導体膜と第２の酸化物半導体膜のうち、ゲート電極層１０５に近い側（チャネル側）の酸化物半導体膜のＩｎとＧａの含有率をＩｎ＞Ｇａとするとよい。またゲート電極層１０５から遠い側（バックチャネル側）の酸化物半導体膜のＩｎとＧａの含有率をＩｎ≦Ｇａとするとよい。

また、酸化物半導体膜を３層構造とし、第１の酸化物半導体膜〜第３の酸化物半導体膜の構成元素を同一とし、且つそれぞれの組成を異ならせてもよい。例えば、第１の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２とし、第２の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２とし、第３の酸化物半導体膜の原子数比をＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１としてもよい。

Ｇａ及びＺｎよりＩｎの原子数比が小さい酸化物半導体膜、代表的には原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２である第１の酸化物半導体膜は、Ｇａ及びＺｎよりＩｎの原子数比が大きい酸化物半導体膜、代表的には第２の酸化物半導体膜、並びにＧａ、Ｚｎ、及びＩｎの原子数比が同じ酸化物半導体膜、代表的には第３の酸化物半導体膜と比較して、絶縁性が高い。

また、第１の酸化物半導体膜〜第３の酸化物半導体膜の構成元素は同一であるため、第１の酸化物半導体膜は、第２の酸化物半導体膜との界面におけるトラップ準位が少ない。このため、酸化物半導体膜を上記構造とすることで、トランジスタの経時変化やストレス試験によるしきい値電圧の変動量を低減することができる。

酸化物半導体では主として重金属のｓ軌道がキャリア伝導に寄与しており、Ｉｎの含有率を多くすることにより、より多くのｓ軌道が重なるため、Ｉｎ＞Ｇａの組成となる酸化物はＩｎ≦Ｇａの組成となる酸化物と比較して高い移動度を備える。また、ＧａはＩｎと比較して酸素欠損の形成エネルギーが大きく酸素欠損が生じにくいため、Ｉｎ≦Ｇａの組成となる酸化物はＩｎ＞Ｇａの組成となる酸化物と比較して安定した特性を備える。

チャネル側にＩｎ＞Ｇａの組成となる酸化物半導体を適用し、バックチャネル側にＩｎ≦Ｇａの組成となる酸化物半導体を適用することで、トランジスタの電界効果移動度及び信頼性をさらに高めることが可能となる。

また、半導体層１０９を積層構造とする場合、第１の酸化物半導体膜乃至第３の酸化物半導体膜に、結晶性の異なる酸化物半導体膜を適用してもよい。すなわち、単結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜、またはＣＡＡＣ−ＯＳ膜を適宜組み合わせた構成としてもよい。また、第１の酸化物半導体膜乃至第３の酸化物半導体膜のいずれか一に非晶質酸化物半導体膜を適用すると、酸化物半導体膜の内部応力や外部からの応力を緩和し、トランジスタの特性ばらつきが低減され、また、トランジスタの信頼性をさらに高めることが可能となる。

酸化物半導体膜の厚さは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下、更に好ましくは１ｎｍ以上３０ｎｍ以下、更に好ましくは３ｎｍ以上２０ｎｍ以下とすることが好ましい。

酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により得られるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度を、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが望ましい。アルカリ金属及びアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流の上昇の原因となるためである。

酸化物半導体膜において、二次イオン質量分析法により得られる水素濃度を、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることが好ましい。

酸化物半導体膜に含まれる水素は、金属原子と結合する酸素と反応して水となると共に、酸素が脱離した格子（あるいは酸素が脱理した部分）には欠損が形成されてしまう。また、水素の一部が酸素と結合することで、キャリアである電子が生じてしまう。これらのため、酸化物半導体膜の成膜工程において、水素を含む不純物を極めて減らすことにより、酸化物半導体膜の水素濃度を低減することが可能である。このため、水素をできるだけ除去し、高純度化させた酸化物半導体膜をチャネル形成領域とすることにより、しきい値電圧のマイナスシフトを低減することができ、またトランジスタのソース及びドレインにおけるリーク電流（代表的には、オフ電流等）を数ｙＡ／μｍ〜数ｚＡ／μｍにまで低減することが可能であり、トランジスタの電気特性を向上させることができる。

酸化物半導体膜はスパッタリング法、塗布法、パルスレーザー蒸着法、レーザーアブレーション法等により形成する。

スパッタリング法で酸化物半導体膜を形成する場合、プラズマを発生させるための電源装置は、ＲＦ電源装置、ＡＣ電源装置、ＤＣ電源装置等を適宜用いることができる。

スパッタリングガスは、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、または希ガス及び酸素の混合ガスを適宜用いる。なお、希ガス及び酸素の混合ガスの場合、希ガスに対して酸素のガス比を高めることが好ましい。

また、ターゲットは、形成する酸化物半導体膜の組成にあわせて、適宜選択すればよい。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成する際は、例えば、多結晶である酸化物半導体ターゲットを用い、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、成膜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など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。

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

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

ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットについて以下に示す。

ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３または３：１：２である。なお、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ数比は、作製するターゲットによって適宜変更すればよい。

また、酸化物半導体膜を形成した後、加熱処理を行い、酸化物半導体膜の脱水素化または脱水化をしてもよい。加熱処理の温度は、代表的には、１５０℃以上基板歪み点未満、好ましくは２５０℃以上４５０℃以下、更に好ましくは３００℃以上４５０℃以下とする。

加熱処理は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン等の希ガス、または窒素を含む不活性ガス雰囲気で行う。または、不活性ガス雰囲気で加熱した後、酸素雰囲気で加熱してもよい。なお、上記不活性雰囲気及び酸素雰囲気に水素、水などが含まれないことが好ましい。処理時間は３分〜２４時間とする。

酸化物半導体膜を形成した後、加熱処理を行うことで、酸化物半導体膜において、水素濃度を５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、より好ましくは５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、さらに好ましくは１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とすることができる。

なお、ゲート絶縁層１０７として酸化物絶縁層を用いた場合、酸化物絶縁層上に酸化物半導体膜が設けられた状態で加熱することによって、酸化物半導体膜に酸素を供給することができ、酸化物半導体膜の酸素欠陥を低減し、半導体特性を良好にすることができる。酸化物半導体膜及び酸化物絶縁層を少なくとも一部が接した状態で加熱工程を行うことによって、酸化物半導体膜への酸素の供給を行ってもよい。

半導体層１０９上のソース電極層及びドレイン電極層としては、上述したゲート電極層１０５に用いた材料及び方法と同様の材料、方法を用いて作製することができる。

本実施の形態では、ソース電極層１１１ａ及びドレイン電極層１１１ｂとして、スパッタリング装置を用いて５０ｎｍのチタン膜、４００ｎｍのアルミニウム膜および１００ｎｍのチタン膜を順に積層させた後、フォトリソグラフィ法を用いてチタン膜上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて上述のチタン膜、アルミニウム膜およびチタン膜を備える積層膜の一部を選択的に除去する。

容量素子１７０上の液晶層１２５に用いる液晶材料としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料（液晶組成物）は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。また、図１には図示していないが、液晶層１２５にはこれらの材料層を挟持する配向膜として機能する絶縁膜や、透明導電層１２３と透明導電層１２７との間の距離（セルギャップ）を制御するためのスペーサー等を設けてもよい。配向膜としては、アクリル系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド系樹脂、エポキシ系樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。

また、配向膜を用いないブルー相を発現する液晶組成物を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は、液晶及びカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて発現させることができる。また、ブルー相が発現する温度範囲を広げるために、ブルー相を発現する液晶組成物に重合性モノマー及び重合開始剤などを添加し、高分子安定化させる処理を行って液晶層を形成することもできる。ブルー相を発現する液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいので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。酸化物半導体膜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。よって酸化物半導体膜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発現する液晶組成物を用いることはより効果的である。

また、液晶材料の固有抵抗は、１×１０^９Ω・ｃｍ以上であり、好ましくは１×１０^１１Ω・ｃｍ以上であり、さらに好ましくは１×１０^１２Ω・ｃｍ以上である。なお、本明細書における固有抵抗の値は、２０℃で測定した値とする。

液晶層１２５の駆動方法としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｓｕｐｅｒ Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。また、ＶＡ型の液晶表示装置にも適用することができる。ＶＡ型の液晶表示装置とは、液晶表示パネルの液晶分子の配列を制御する方式の一種である。ＶＡ型の液晶表示装置は、電圧が印加されていないときにパネル面に対して液晶分子が垂直方向を向く方式である。また、画素（ピクセル）をいくつかの領域（サブピクセル）に分け、それぞれ別の方向に分子を倒すよう工夫されているマルチドメイン化あるいはマルチドメイン設計といわれる方法を用いることができる。

また、表示装置において、ブラックマトリクス（遮光層）、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設ける。例えば、偏光基板及び位相差基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、サイドライトなどを用いてもよい。

また、画素部における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、ＲＧＢＷ（Ｗは白を表す）、又はＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加したものがある。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

図１には、液晶層１２５の配向が、透明導電層１２３及び透明導電層１２７によって制御される構成を示す。したがって、図１においては、透明導電層１２３が画素電極として機能し、透明導電層１２７がコモン電極として機能する。図５には、容量素子１８０が有する透明導電層１２１及び透明導電層１２３間の電界に応じて液晶層１２５の配向を制御する構成を示す。よって、図５においては、透明導電層１２１がコモン電極として機能し、透明導電層１２３が画素電極として機能する。

なお、本実施の形態に示す表示装置は図１の構成に限らず、例えば、図５に示す構成としてもよい。

図５には、本発明の別の一態様の表示装置が有する画素の一部について示す。図５（Ａ）は本発明の別の一態様の表示装置が有する画素の一部の上面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の一点鎖線Ｃ−Ｄにおける断面図を示す。なお、図５において、図１と同様の箇所については、同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示す構成は、図２と比較して、一部が容量素子１８０の誘電体として用いられている第２の無機絶縁膜１２９がトランジスタ１５０のドレイン電極層１１１ｂと重畳する点が異なる。このような構成とすることによって、第２の無機絶縁膜１２９及び無機絶縁膜１１５が接し、第２の無機絶縁膜１２９及び無機絶縁膜１１５によって、有機絶縁膜１１７を囲むことができ、有機絶縁膜１１７からの放出ガスのトランジスタ１５０側への拡散を抑制することができる。

本実施の形態に示す表示装置は、トランジスタ上に設けられた有機絶縁膜から放出されるガスがトランジスタ側へ入り込まないように、トランジスタと反対側の有機絶縁膜に露出部を設ける。露出部は、該有機絶縁膜上に形成される無機絶縁膜と重畳しない領域によって形成する。露出部には、無機絶縁膜が接して形成されていないため、有機絶縁膜から放出されるガスが、露出部から抜けることができる。そのため、有機絶縁膜から放出される、水素等の不純物を含むガスが、酸化物半導体層へ入り込んで、トランジスタの特性が変動することを防止することができ、表示品位が高く、信頼性の高い表示装置とすることができる。

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２）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した表示装置と組み合わせが可能な、イメージセンサについて説明する。

図６（Ａ）に、イメージセンサ付の表示装置の一例を示す。図６（Ａ）はイメージセンサ付の表示装置の一画素を示す等価回路である。

フォトダイオード素子４００２は、一方の電極がリセット信号線４０５８に、他方の電極がトランジスタ４０４０のゲート電極に電気的に接続されている。トランジスタ４０４０は、ソース電極またはドレイン電極の一方が電源電位（ＶＤＤ）に、ソース電極またはドレイン電極の他方がトランジスタ４０５６のソース電極またはドレイン電極の一方に電気的に接続されている。トランジスタ４０５６は、ゲート電極がゲート選択線４０５７に、ソース電極またはドレイン電極の他方が出力信号線４０７１に電気的に接続されている。

また、トランジスタ４０３０は、画素スイッチング用のトランジスタであり、ソース電極またはドレイン電極の一方が映像信号線４０５９に、ソース電極またはドレイン電極の他方が容量素子４０３２及び液晶素子４０３４に電気的に接続されている。また、トランジスタ４０３０のゲート電極は、ゲート線４０３６に電気的に接続されている。

なお、トランジスタ４０３０、容量素子４０３２は実施の形態１で示した表示装置と同様の構造を適用すればよい。

図６（Ｂ）は、イメージセンサ付表示装置の一画素の一部を示す断面図であり、画素部においては、基板４００１上に、フォトダイオード素子４００２およびトランジスタ４０３０が設けられている。また、画素部５０４２上においては、有機絶縁膜４０１６上に容量素子４０３２の誘電体として用いる無機絶縁膜４０２０が形成されている。無機絶縁膜４０２０は、トランジスタ４０３０と重畳する領域の一部に開口を有しており、有機絶縁膜４０１６はその上層に無機絶縁膜が形成されない露出部を有している。

このような構成とすることで、有機絶縁膜４０１６から放出されたガスがトランジスタ４０３０側へ入り込むことを抑制し、信頼性の高い表示装置とすることができる。

なお、フォトダイオード素子４００２、トランジスタ４０３０上には、有機絶縁膜４０１６が設けられている。また、有機絶縁膜４０１６上に容量素子４０３２の誘電体として用いる無機絶縁膜４０２０が形成されているが、無機絶縁膜４０２０はトランジスタ４０３０と重畳する領域の一部の上には設けられていない構成である。

このような構成とすることで、有機絶縁膜からの放出ガスのトランジスタ側への拡散を抑制し、信頼性の高い表示装置とすることができる。

なお、フォトダイオード素子４００２は、トランジスタ４０３０ソース電極及びドレイン電極と同一の工程で形成される下側電極と、液晶素子４０３４の画素電極と同一工程で形成される上部電極と、を一対の電極とし、該一対の電極間にダイオードを有する構成である。

フォトダイオード素子４００２に用いることのできるダイオードとしては、ｐ型半導体膜、ｎ型半導体膜の積層を含むｐｎ型ダイオード、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜の積層を含むｐｉｎ型ダイオード、ショットキー型ダイオードなどを用いればよい。

また、フォトダイオード素子４００２上には、第１の配向膜４０２４、液晶層４０９６、第２の配向膜４０８４、対向電極４０８８、有機絶縁膜４０８６、有色膜４０８５、対向基板４０５２等が設けられている。

本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、液晶層４０９６を挟む第１の配向膜４０２４及び第２の配向膜４０８４を有する構成である。第１の配向膜４０２４及び第２の配向膜４０８４としては、アクリル樹脂、ポリイミド、ベンゾシクロブテン系樹脂、ポリアミド、エポキシ樹脂等の、耐熱性を有する有機材料を用いることができる。
第１の配向膜４０２４は、有機絶縁膜４０１６と接して形成されるため、有機絶縁膜４０１６から放出されるガスを通す膜とすることが好ましい。

また、本実施の形態では、液晶層４０９６を、容量素子４０３２が有する透明導電層及び対向電極４０８８に印加する電圧によって、液晶層４０９６の配向を制御する構成としている。

なお、ｐｉｎ型ダイオードはｐ型の半導体膜側を受光面とする方が高い光電変換特性を示す。これは、正孔移動度は電子移動度に比べて小さいためである。本実施の形態においては、対向基板４０５２の面から液晶層４０９６等を介して、フォトダイオード素子４００２に入射する光を電気信号に変換する構成について例示しているが、これに限定されない。また、対向基板側に有色膜等を設ける構成としてもよい。

本実施の形態で示したフォトダイオード素子４００２は、フォトダイオード素子４００２に光が入射することで、一対の電極間に電流が流れることを利用する。フォトダイオード素子４００２が光を検出することによって、被検出物の情報を読み取ることができる。

本実施の形態で示したイメージセンサ付表示装置は、トランジスタの作製など、表示装置およびイメージセンサの工程を共通化させることで、生産性を高めることができる。ただし、先の実施の形態で示した表示装置と、本実施の形態で示したイメージセンサを異なる基板上に作製しても構わない。具体的には、先の実施の形態で示した表示装置において、第２の基板上にイメージセンサを作製しても構わない。

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３）
本実施の形態では、本発明の一態様に係るタブレット型端末の一例を説明する。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は２つ折り可能なタブレット型端末である。図７（Ａ）は、タブレット型端末を開いた状態である。タブレット型端末は、筐体８６３０と、筐体８６３０に設けられた、表示部８６３１ａ、表示部８６３１ｂ、表示モード切り替えスイッチ８０３４、電源スイッチ８０３５、省電力モード切り替えスイッチ８０３６、留め具８０３３および操作スイッチ８０３８と、を有する。

表示部８６３１ａは、一部または全部をタッチパネルとして機能させることができ、表示された操作キーに触れることで入力することができる。例えば、表示部８６３１ａの全面にキーボードボタンを表示し、タッチパネルとして機能させ、表示部８６３１ｂを表示画面として用いても構わない。

また、表示部８６３１ａと同様に、表示部８６３１ｂの一部または全部をタッチパネルとして機能させることができる。

また、表示部８６３１ａのタッチパネルの領域と表示部８６３１ｂのタッチパネルの領域を同時にタッチ入力することもできる。

また、表示モード切り替えスイッチ８０３４は、縦表示または横表示などの表示の向きの切り替え、白黒表示やカラー表示の切り替えなどを選択できる。省電力モード切り替えスイッチ８０３６は、タブレット型端末に内蔵している光センサで検出される外光に応じて表示の輝度を最適なものとすることができる。なお、タブレット型端末は、光センサだけでなく、傾きを検出可能なジャイロ、加速度センサなど、他の検出装置を有してもよい。

また、図７（Ａ）では、表示部８６３１ｂと表示部８６３１ａの面積が同じ例を示しているが特に限定されない。表示部８６３１ｂと表示部８６３１ａの面積が異なっていてもよく、表示の品質が異なっていてもよい。例えば、一方が他方よりも高精細な表示を行える表示パネルとしてもよい。

図７（Ｂ）は、タブレット型端末を閉じた状態である。タブレット型端末は、筐体８６３０と、筐体８６３０に設けられた、太陽電池８６３３および充放電制御回路８６３４と、を有する。なお、図７（Ｂ）では充放電制御回路８６３４の一例としてバッテリー８６３５、ＤＣＤＣコンバータ８６３６を有する構成について示している。

なお、タブレット型端末は２つ折り可能なため、未使用時に筐体８６３０を閉じた状態にすることができる。従って、表示部８６３１ａ、表示部８６３１ｂを保護できるため、耐久性に優れ、長期使用の観点からも信頼性に優れる。

また、この他にも図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示したタブレット型端末は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作または編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、などを有することができる。

タブレット型端末は、太陽電池８６３３によって得られた電力を、タブレット型端末の動作に用いることができる。または、当該電力をバッテリー８６３５に蓄積することができる。なお、太陽電池８６３３は、筐体８６３０の二面に設ける構成とすることもできる。なおバッテリー８６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れるなどの利点がある。

また、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路８６３４の構成、及び動作について図７（Ｃ）にブロック図を示し説明する。図７（Ｃ）には、太陽電池８６３３と、バッテリー８６３５と、ＤＣＤＣコンバータ８６３６と、コンバータ８６３７と、スイッチＳＷ１と、スイッチＳＷ２と、スイッチＳＷ３と、表示部８６３１と、を示している。図７（Ｃ）において、バッテリー８６３５、ＤＣＤＣコンバータ８６３６、コンバータ８６３７、スイッチＳＷ１、スイッチＳＷ２およびスイッチＳＷ３が、図７（Ｂ）に示す充放電制御回路８６３４に対応する。

太陽電池８６３３により発電がされる場合、太陽電池で発電した電力は、バッテリー８６３５を充電するための電圧となるようＤＣＤＣコンバータ８６３６で昇圧または降圧される。次に、スイッチＳＷ１をオンし、コンバータ８６３７で表示部８６３１に最適な電圧に昇圧または降圧をする。また、表示部８６３１での表示を行わない際は、スイッチＳＷ１をオフし、スイッチＳＷ２をオンしてバッテリー８６３５の充電を行う。

なお、発電手段の一例として太陽電池８６３３について示したが、特に限定されず、圧電素子（ピエゾ素子）や熱電変換素子（ペルティエ素子）などの他の発電手段で代替しても構わない。例えば、無線（非接触）で電力を送受信して充電する無接点電力伝送モジュールなど、他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。

本実施の形態に示すタブレット端末が有する表示部８６３１ａ及び表示部８６３１ｂに、先の実施の形態で示した表示装置を適用することによって、信頼性を高めることができる。

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４）
本実施の形態では、先の実施の形態で示した表示装置などを搭載した電子機器の例について説明する。

図８（Ａ）は携帯型情報端末である。図８（Ａ）に示す携帯型情報端末は、筐体９３００と、ボタン９３０１と、マイクロフォン９３０２と、表示部９３０３と、スピーカ９３０４と、カメラ９３０５と、を具備し、携帯型電話機としての機能を有する。表示部９３０３に先の実施の形態で示した表示装置または／およびイメージセンサを適用することができる。

図８（Ｂ）は、ディスプレイである。図８（Ｂ）に示すディスプレイは、筐体９３１０と、表示部９３１１と、を具備する。表示部９３１１に先の実施の形態で示した表示装置または／およびイメージセンサを適用することができる。

図８（Ｃ）は、デジタルスチルカメラである。図８（Ｃ）に示すデジタルスチルカメラは、筐体９３２０と、ボタン９３２１と、マイクロフォン９３２２と、表示部９３２３と、を具備する。表示部９３２３に先の実施の形態で示した表示装置または／およびイメージセンサを適用することができる。

本発明の一態様を用いることで、電子機器の信頼性を高めることができる。

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。

１０１ 基板
１０２ 基板
１０５ ゲート電極層
１０７ ゲート絶縁層
１０９ 半導体層
１１１ａ ソース電極層
１１１ｂ ドレイン電極層
１１４ 第１の無機絶縁膜
１１３ 無機絶縁膜
１１５ 無機絶縁膜
１１７ 有機絶縁膜
１１９ 第２の無機絶縁膜
１２１ 透明導電層
１２３ 透明導電層
１２５ 液晶層
１２７ 透明導電層
１２９ 第２の無機絶縁膜
１５０ トランジスタ
１７０ 容量素子
１８０ 容量素子
１０００ 画素部
１００１ シール材
１００３ 信号線駆動回路
１００４ 走査線駆動回路
１０１８ ＦＰＣ
４００１ 基板
４００２ フォトダイオード素子
４０１６ 有機絶縁膜
４０２０ 無機絶縁膜
４０２４ 配向膜
４０３０ トランジスタ
４０３２ 容量素子
４０３４ 液晶素子
４０３６ ゲート線
４０４０ トランジスタ
４０５２ 対向基板
４０５６ トランジスタ
４０５７ ゲート選択線
４０５８ リセット信号線
４０５９ 映像信号線
４０７１ 出力信号線
４０８４ 配向膜
４０８６ 有機絶縁膜
４０８８ 対向電極
４０９６ 液晶層
５０４２ 画素部
８０３３ 留め具
８０３４ スイッチ
８０３５ 電源スイッチ
８０３６ スイッチ
８０３８ 操作スイッチ
８６３０ 筐体
８６３１ 表示部
８６３１ａ 表示部
８６３１ｂ 表示部
８６３３ 太陽電池
８６３４ 充放電制御回路
８６３５ バッテリー
８６３６ ＤＣＤＣコンバータ
８６３７ コンバータ
９３００ 筐体
９３０１ ボタン
９３０２ マイクロフォン
９３０３ 表示部
９３０４ スピーカ
９３０５ カメラ
９３１０ 筐体
９３１１ 表示部
９３２０ 筐体
９３２１ ボタン
９３２２ マイクロフォン
９３２３ 表示部

Claims (7)

1. トランジスタと、
   前記トランジスタ上の、第１の無機絶縁膜と、
   前記第１の無機絶縁膜上の、有機絶縁膜と、
   前記有機絶縁膜上の、第１の透明導電層と、
   前記第１の透明導電層上の、第２の無機絶縁膜と、
   前記第２の無機絶縁膜上の、第２の透明導電層と、
   前記第２の透明導電層上の、液晶層と、を画素部に有し、
   前記トランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の無機絶縁膜の第１の開口部及び前記有機絶縁膜の第２の開口部を介して、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極と電気的に接続され、
   前記第１の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上方からみたとき、前記第２の開口部より露出した第１の領域を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の領域において、前記第１の無機絶縁膜の表面と接する領域を有し、
   前記画素部において、前記第２の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜と重なる領域に端部を有し、
   前記有機絶縁膜は、前記第２の無機絶縁膜と重ならない第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記酸化物半導体膜と重なり、
   前記第２の領域は、前記第２の透明導電層と重ならないことを特徴とする表示装置。
2. トランジスタと、
   前記トランジスタ上の、第１の無機絶縁膜と、
   前記第１の無機絶縁膜上の、有機絶縁膜と、
   前記有機絶縁膜上の、第１の透明導電層と、
   前記第１の透明導電層上の、第２の無機絶縁膜と、
   前記第２の無機絶縁膜上の、第２の透明導電層と、
   前記第２の透明導電層上の、液晶層と、を画素部に有し、
   前記トランジスタは、酸化物半導体膜を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の無機絶縁膜の第１の開口部及び前記有機絶縁膜の第２の開口部を介して、前記トランジスタのソース電極又はドレイン電極と電気的に接続され、
   前記第１の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上方からみたとき、前記第２の開口部より露出した第１の領域を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の領域において、前記第１の無機絶縁膜の表面と接する領域を有し、
   前記画素部において、前記第２の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜と重なる領域に端部を有し、
   前記有機絶縁膜は、前記第２の無機絶縁膜と重ならない第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記酸化物半導体膜と重なり、
   前記第２の領域は、前記第２の透明導電層と重ならず、
   前記有機絶縁膜上で、前記第１の透明導電層は、前記第２の無機絶縁膜を介して、前記第２の透明導電層と重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
3. ゲート電極と、
   前記ゲート電極上の、ゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
   前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
   前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
   前記ソース電極上、及び前記ドレイン電極上の、第１の無機絶縁膜と、
   前記第１の無機絶縁膜上の、有機絶縁膜と、
   前記有機絶縁膜上の、第１の透明導電層と、
   前記第１の透明導電層上の、第２の無機絶縁膜と、
   前記第２の無機絶縁膜上の、第２の透明導電層と、
   前記第２の透明導電層上の、液晶層と、を画素部に有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の無機絶縁膜の第１の開口部及び前記有機絶縁膜の第２の開口部を介して、前記ソース電極又は前記ドレイン電極と電気的に接続され、
   前記第１の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上方からみたとき、前記第２の開口部より露出した第１の領域を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の領域において、前記第１の無機絶縁膜の表面と接する領域を有し、
   前記画素部において、前記第２の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜と重なる領域に端部を有し、
   前記有機絶縁膜は、前記第２の無機絶縁膜と重ならない第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記酸化物半導体膜と重なり、
   前記第２の領域は、前記第２の透明導電層と重ならないことを特徴とする表示装置。
4. ゲート電極と、
   前記ゲート電極上の、ゲート絶縁膜と、
   前記ゲート絶縁膜を介して、前記ゲート電極と重なる領域を有する酸化物半導体膜と、
   前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ソース電極と、
   前記酸化物半導体膜と電気的に接続された、ドレイン電極と、
   前記ソース電極上、及び前記ドレイン電極上の、第１の無機絶縁膜と、
   前記第１の無機絶縁膜上の、有機絶縁膜と、
   前記有機絶縁膜上の、第１の透明導電層と、
   前記第１の透明導電層上の、第２の無機絶縁膜と、
   前記第２の無機絶縁膜上の、第２の透明導電層と、
   前記第２の透明導電層上の、液晶層と、を画素部に有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の無機絶縁膜の第１の開口部及び前記有機絶縁膜の第２の開口部を介して、前記ソース電極又は前記ドレイン電極と電気的に接続され、
   前記第１の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜の上方からみたとき、前記第２の開口部より露出した第１の領域を有し、
   前記第２の透明導電層は、前記第１の領域において、前記第１の無機絶縁膜の表面と接する領域を有し、
   前記画素部において、前記第２の無機絶縁膜は、前記有機絶縁膜と重なる領域に端部を有し、
   前記有機絶縁膜は、前記第２の無機絶縁膜と重ならない第２の領域を有し、
   前記第２の領域は、前記酸化物半導体膜と重なり、
   前記第２の領域は、前記第２の透明導電層と重ならず、
   前記有機絶縁膜上で、前記第１の透明導電層は、前記第２の無機絶縁膜を介して、前記第２の透明導電層と重なる領域を有することを特徴とする表示装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記酸化物半導体膜は、ナノ結晶を有することを特徴とする表示装置。
6. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記酸化物半導体膜は、粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の結晶部を有することを特徴とする表示装置。
7. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
   前記酸化物半導体膜は、粒径が１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の結晶部を有し、
   前記酸化物半導体膜は、前記結晶部よりも大きい径のＸ線を用いたＸＲＤ測定での、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ことを特徴とする表示装置。

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