JP6227057B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）等のトランジスタを含む液晶表示装置および
その作製方法に関する。また、該液晶表示装置を部品として搭載した電子機器に関する。

液晶表示装置において、高品位な画像を得るために、画素電極をマトリクス状に配置し
、画素電極の各々に接続するスイッチング素子としてトランジスタを用いたアクティブマ
トリクス型液晶表示装置が注目を集めている。

画素電極の各々に接続するスイッチング素子として、金属酸化物をチャネル形成領域とす
るトランジスタを用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置は、既に知られている（特
許文献１及び特許文献２）。

また、アクティブマトリクス型液晶表示装置には大きく分けて透過型と反射型の二種類の
タイプが知られている。

透過型の液晶表示装置は、冷陰極蛍光ランプなどのバックライトを用い、液晶の光学変調
作用を利用して、バックライトからの光が液晶を透過して液晶表示装置外部に出力される
状態と、出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わ
せることで、画像表示を行うものである。

透過型の液晶表示装置は、バックライトを利用するため、屋外などの外光が強い環境では
表示を認識することが困難である。

また、反射型の液晶表示装置は、液晶の光学変調作用を利用して、外光、即ち入射光が画
素電極で反射して装置外部に出力される状態と、入射光が装置外部に出力されない状態と
を選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行う
ものである。

反射型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と比較して、バックライトを使用しない
ため、消費電力が少ないといった長所を有しており、携帯用の情報端末としての需要が高
まっている。

反射型の液晶表示装置は、外光を利用するため、屋外などの外光が強い環境での画像表示
に向いている。一方、液晶表示装置の周囲が薄暗い、即ち外光が弱い環境では表示を認識
することが困難である。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報

液晶表示装置の周囲が薄暗い環境でも画像表示が認識できる液晶表示装置を提供すること
を課題の一とする。

また、外光を照明光源とする反射モードと、バックライトを用いる透過モードの両モード
での画像表示を可能とした液晶表示装置を提供することを課題の一とする。

１つの画素において、液晶層を介して入射する光を反射する領域（反射領域とも記載する
）と、透光性を有する領域（透過領域とも記載する）とを両方有する画素電極を設け、外
光を照明光源とする反射モードと、バックライトを用いる透過モードの両モードでの画像
表示を可能とする。

この液晶表示装置は、外光があり、その明るさが十分である場合は、反射モードとし、さ
らに静止画像を表示することによって消費電力を低減できる。

また、外光はあるが、その明るさが不十分であり薄暗い場合は、バックライトを弱く点灯
し反射モードで表示を行うことによって、画像表示を可能とする。

また、外光が弱い、または全くない場合は、透過モードとしてバックライトを点灯し画像
表示を可能とする。

また、液晶表示装置の周囲の明るさを検知するセンサを設け、そのセンサで得られるデー
タに応じて、反射モード、透過モードの切り替え、またはバックライトのオンオフ及び光
量調節を行うことが好ましい。

バックライトの光源としては、冷陰極蛍光ランプよりも消費電力を低減でき、光の強弱を
調節できる発光ダイオード（ＬＥＤ）を複数用いることが好ましい。バックライトにＬＥ
Ｄを用いることによって部分的に光の強弱を調節し、コントラストが大きく、色の視認性
の高い画像表示を行うことができる。

本明細書で開示する本発明の一態様は、表示パネルと、バックライト部と、画像処理回路
と、を有し、表示パネルは、透過領域と反射領域の両方が設けられ液晶の配向状態を制御
する画素電極と、画素電極に接続されるトランジスタと、が設けられた複数の画素と、複
数の画素を時間的に制御する第１の駆動回路と、を有し、画像処理回路は、画像信号を記
憶する記憶回路と、記憶回路に記憶された画像信号と連続するフレーム期間の画像信号と
を比較して差分を演算する比較回路と、表示制御回路を有し、バックライト部は、複数の
発光素子と、複数の発光素子を時間的に制御する第２の駆動回路と、を有し、比較回路が
、差分を検出した連続するフレーム期間を動画表示期間であると判断し、画像処理回路が
表示パネルに第１の信号を出力して、第１の駆動回路により表示パネルを駆動し、画像処
理回路がバックライト部に第２の信号を出力して、第２の駆動回路によりバックライト部
を駆動する動画表示モードと、比較回路が、差分が検出されない連続するフレーム期間を
静止画表示期間であると判断し、画像処理回路がバックライト部に信号の出力を停止する
、静止画表示モードと、を有する液晶表示装置である。

また、上記液晶表示装置において、さらに測光回路を有し、外光の明るさに応じて、静止
画表示モードと動画表示モードを切り替えた明るさでバックライト部の点灯を制御しても
よい。

また、上記液晶表示装置において、画素電極は、反射電極と、反射電極に一部接して重な
る透明電極とを有する。

また、上記液晶表示装置において、トランジスタは、酸化物半導体層を活性層として含む
のが好ましい。

上記構成は、上記課題の少なくとも一つを解決する。

また、一つの画素に、構造物を複数設け、構造物の側面上に反射電極を設け、構造物上部
に透明電極（可視光に対する透光性を有する電極）を有する画素電極を用いることも本発
明の一つである。

また、本発明の一態様は、上述の液晶表示装置を適用した電子機器を範疇に含むものとす
る。

本発明の別の一態様は、上述の液晶表示装置と、太陽電池を有し、太陽電池と、表示パネ
ルとを開閉自在に装着し、太陽電池からの電力を表示パネル、バックライト部、画像処理
回路に供給する電子機器である。

外光の明るさが様々な環境に応じて画像表示が可能な液晶表示装置を提供することができ
る。また、静止画像の表示において低消費電力を実現することもできる。

液晶表示装置の一形態を説明する概念図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の駆動方法の一形態を説明する図。 液晶表示装置の駆動方法の一形態を説明する図。 液晶表示装置の駆動方法の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタの一形態を説明する図。 液晶表示装置に適用できるトランジスタの作製方法の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。 電子機器の一形態を示す図及びブロック図。 液晶表示装置の一形態を説明する図。

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、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。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。

（実施の形態１）
本実施の形態では、静止画表示モードと動画表示モードを有する液晶表示装置について図
１を用いて説明する。

なお、本明細書において、液晶表示装置が液晶表示装置に入力された画像信号を静止画と
判断して行う動作を静止画表示モード、動画と判断して行う動作を動画表示モードという
ものとする。

本実施の形態の液晶表示装置１００は、Ａ／Ｄ変換回路１０２、画像処理回路１１０、表
示パネル１２０、及びバックライト部１３０を有する。

画像処理回路１１０は、記憶回路１１１、比較回路１１２、表示制御回路１１３、及びフ
ィールドシーケンシャル信号生成回路１１４、及び選択回路１１５を有する。

表示パネル１２０は、駆動回路１２１、及び画素部１２２を有する。画素部１２２には、
走査線と信号線に接続された画素１２３がマトリクス状に複数配置されている。

また、画素１２３はトランジスタと、該トランジスタに接続された画素電極と、容量素子
を有する。該画素電極とそれに対向する対向電極との間に液晶層を挟持して液晶素子が形
成されており、該画素電極は液晶層を介して入射する光を反射する領域（反射領域）と、
透光性を有する領域（透過領域）を有している。

液晶素子の一例としては、液晶の光学変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素
子がある。その素子は一対の電極と液晶層により構成されることが可能である。なお、液
晶の光学変調作用は、液晶にかかる電界（即ち、縦方向の電界）によって制御される。な
お、具体的には、液晶素子の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメ
クチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分
子液晶、高分子結晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖
型液晶、側鎖型高分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。また液晶の駆動方
法としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔ
ｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓ
ａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ
Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌ
ｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏ
ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ
Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍ
ｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードな
どがある。

バックライト部１３０はバックライト制御回路１３１、及びバックライト１３２を有する
。バックライト１３２には発光素子１３３が配置されている。

本実施の形態では、バックライト１３２は、複数の異なる発光色の発光素子１３３を有す
る。異なる発光色の組み合わせとしては、例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）の
３種類の発光素子を用いることができる。Ｒ、Ｇ、及びＢの三原色を用いることで、フル
カラー画像を表示できる。

また、Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子から選んだ複数を同時に光らせて表現する色（例えば、
ＲとＧで表す黄（Ｙ）、ＧとＢで表すシアン（Ｃ）、青と赤で表すマゼンタ（Ｍ）など）
を発する別の発光素子を、Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子に加えて配置してもよい。

また、液晶表示装置の色再現特性をより豊かにするため、三原色以外の光を発する発光素
子を加えてもよい。Ｒ、Ｇ、及びＢの発光素子を用いて表現できる色は、色度図上のそれ
ぞれの発光色に対応する３点が描く三角形の内側に示される色に限られる。従って、色度
図上の該三角形の外側に配置される発光素子を別途加えることで、液晶表示装置の色再現
特性を豊かにすることができる。

例えば、色度図の中心から、色度図上の青色の発光素子Ｂに対応する点に向かって外側に
位置する点で表される深い青色（Ｄｅｅｐ Ｂｌｕｅ：ＤＢ）や、色度図の中心から、赤
色の発光素子Ｒに対応する色度図上の点に向かって外側に位置する点で表されるより深い
赤色（Ｄｅｅｐ Ｒｅｄ：ＤＲ）を発する発光素子を、バックライト１３２のＲ、Ｇ、及
びＢに加えて使用することができる。

次に、本実施の形態で例示する液晶表示装置における、信号の流れを説明する。

画像信号供給源１０４から、液晶表示装置１００にアナログ画像信号が入力される。アナ
ログ画像信号には画像信号、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、及び青（Ｂ）に対応する信号が
含まれている。

Ａ／Ｄ変換回路１０２は、アナログ画像信号をデジタル画像信号（デジタル画像信号Ｄａ
ｔａ）に変換し、画像処理回路１１０へ出力する。画像信号を予めデジタル画像信号に変
換しておくことで、後に画像信号の差分を検出する際、検出を容易に行うことができ好適
である。

画像処理回路１１０は、入力したデジタル画像信号ＤａｔａからＬＣ画像信号とバックラ
イト信号を生成する。ＬＣ画像信号は、表示パネル１２０を制御する画像信号であり、バ
ックライト信号はバックライト部１３０を制御する制御信号である。

画像処理回路１１０に設けた記憶回路１１１は、複数のフレームに関する画像信号を記憶
するための複数のフレームメモリを有する。記憶回路１１１が有するフレームメモリの数
は特に限定されるものではなく、複数のフレームに関する画像信号を記憶できる素子であ
ればよい。なおフレームメモリは、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａ
ｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ
Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子を用いて構成すればよい。

なおフレームメモリは、フレーム期間毎に画像信号を記憶する構成であればよく、フレー
ムメモリの数について特に限定されるものではない。またフレームメモリの画像信号は、
比較回路１１２及び表示制御回路１１３により選択的に読み出されるものである。

比較回路１１２は、記憶回路１１１に記憶された連続するフレーム期間の画像信号を選択
的に読み出して、連続するフレーム期間での当該画像信号の比較を画素毎に行い、差分を
検出するための回路である。

なお、差分の検出の有無により、表示制御回路１１３及び選択回路１１５での動作が決定
されることとなる。当該比較回路１１２での画像信号の比較により、いずれかの画素で差
分が検出された際に当該差分を検出した連続するフレーム期間は、動画表示期間であると
判断される。一方、当該比較回路１１２での画像信号の比較により、全ての画素で差分が
検出されない際に当該差分を検出しなかった連続するフレーム期間は、静止画表示期間で
あると判断される。すなわち比較回路１１２は、連続するフレーム期間の画像信号を、比
較回路１１２での差分の検出によって、動画を表示するための画像信号であるか、または
静止画を表示するための画像信号であるかの判断をするものである。

なお、当該比較により得られる差分は、一定のレベルを超えたときに、差分を検出したと
判断されるように設定してもよい。なお比較回路１１２は、差分の絶対値によって、差分
の検出の判断をする設定とすればよい。

なお、本実施の形態においては、比較回路１１２により連続するフレーム期間での画像信
号の差分を検出することにより動画または静止画の判断を行う構成について示したが、外
部から選択回路１１５に静止画または動画を切り替える信号を供給することにより、その
切り替える信号に応じて動画または静止画を表示する構成としてもよい。

なお動画とは、複数のフレーム期間に時分割した複数の画像を高速に切り替えることで人
間の目に動く画像として認識される画像をいう。具体的には、１秒間に６０回（６０フレ
ーム）以上画像を切り替えることで、人間の目にはちらつきが少なく動画と認識されるも
のとなる。一方、静止画とは、動画又は一画面の中に動画と静止画を含む部分動画と異な
り、複数のフレーム期間に時分割した複数の画像を高速に切り替えて動作させるものの、
連続するフレーム期間、例えばｎフレーム目と、（ｎ＋１）フレーム目とで変化しない画
像のことをいう。

選択回路１１５は、複数のスイッチ、例えばトランジスタで形成されるスイッチを設ける
構成とする。選択回路１１５は、比較回路１１２での差分の演算により画像信号の差分が
検出された際、すなわち連続するフレーム期間で表示される画像が動画の際、当該画像信
号が記憶された記憶回路１１１内のフレームメモリより画像信号を選択して表示制御回路
１１３に出力するための回路である。

なお選択回路１１５は、比較回路１１２での差分の演算により画像信号の差分が検出され
ない際、すなわち連続するフレーム期間で表示される画像が静止画の際、当該画像信号を
表示制御回路１１３に出力しない回路である。静止画の際、選択回路１１５では、画像信
号をフレームメモリより表示制御回路１１３に出力しない構成とすることにより、消費電
力を削減することができる。

なお、本実施の形態の液晶表示装置において、比較回路１１２が画像信号を静止画と判断
して行う動作を静止画表示モード、比較回路１１２が画像信号を動画と判断して行う動作
を動画表示モードという。

また、本実施の形態で例示される画像処理回路は、モード切り替え回路を有していてもよ
い。モード切り替え回路は、液晶表示装置の利用者が手動または外部接続機器を用いて当
該液晶表示装置の動作モードを選択することで、動画表示モード又は静止画表示モードを
切り替える機能を有する。

選択回路１１５はモード切り替え回路から入力される信号に応じて、画像信号を表示制御
回路１１３に出力することもできる。

例えば、静止画表示モードで動作している際に、モード切り替え回路から選択回路１１５
にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間での画
像信号の差分を検出していない場合であっても、選択回路１１５は入力される画像信号を
順次表示制御回路１１３に出力するモード、すなわち動画表示モードを実行できる。また
、動画表示モードで動作している際に、モード切り替え回路から選択回路１１５にモード
切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間での画像信号の
差分を検出している場合であっても、選択回路１１５は選択した１フレームの画像信号の
信号のみを出力するモード、すなわち静止画表示モードを実行できる。その結果、本実施
の形態の液晶表示装置には、動画中の１フレームが静止画として表示される。

表示制御回路１１３は、比較回路１１２での差分の検出に応じて選択回路１１５で選択さ
れた画像信号を表示パネル１２０及びバックライト部１３０に最適化するための回路であ
る。

例えば、デジタル画像信号がＲ，Ｇ、及びＢの信号からなる場合であっても、バックライ
ト１３２が有するＲ、Ｇ、及びＢの発光素子の発光特性に合わせて画像信号を最適化する
ことが好ましい。また、バックライト１３２に、Ｒ、Ｇ、及びＢ以外の発光素子を設けて
いる場合、表示制御回路１１３は、元の画像信号から該発光素子を駆動する信号を生成し
、液晶表示装置の色再現特性を最適化する。

例えば、Ｒ、Ｇ、及びＢからなるデジタル画像信号Ｄａｔａ（１）を、Ｒ、Ｇ、Ｂ、ＤＲ
、及びＤＢの５色の発光素子を設けたバックライト１３２に適したデジタル画像信号Ｄａ
ｔａ（４）に変換する場合、表示制御回路１１３は、元のデジタル画像信号Ｄａｔａ（１
）から、発光素子ＤＲ、及びＤＢを用いて表現するデジタル画像信号Ｄａｔａ（２）を生
成する。同時に、元のデジタル画像信号Ｄａｔａ（１）から発光素子ＤＲ、及びＤＢを用
いて表現するデジタル画像信号を差し引き、デジタル画像信号Ｄａｔａ（３）を生成する
。次いで、発光素子ＤＲ、及びＤＢを用いて表現するデジタル画像信号Ｄａｔａ（２）と
、発光素子Ｒ、Ｇ、及びＢを用いて表現するデジタル画像信号Ｄａｔａ（３）を含む、Ｒ
、Ｇ、Ｂ、ＤＲ、及びＤＢの５色の発光素子を設けたバックライト１３２に最適化された
デジタル画像信号Ｄａｔａ（４）を生成する。

フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４は、表示制御回路１１３で生成した画像信
号を元に、表示パネル１２０の駆動回路１２１、及びバックライト部１３０のバックライ
ト制御回路１３１を制御するための回路である。

また、フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４は、表示パネル１２０とバックライ
ト部１３０を同期するスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給ま
たは停止の切り替えを制御するための回路でもある。

次に、フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４が、表示パネル１２０の駆動回路１
２１、及びバックライト部１３０のバックライト制御回路１３１を制御する方法について
説明する。フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４は比較回路１１２が画像信号を
動画と判断した場合と、静止画と判断した場合とでは異なる動作をする。なお、ここでは
画像信号はＲ、Ｇ、及びＢからなり、バックライト１３２はＲ、Ｇ、及びＢの発光素子（
具体的にはＬＥＤ）を有するものとする。

はじめに、比較回路１１２が画像信号を動画と判断した場合のフィールドシーケンシャル
信号生成回路１１４の動作について説明する。フィールドシーケンシャル信号生成回路１
１４は、動画を含む画像信号は動画表示モードで処理をする。具体的には、フィールドシ
ーケンシャル信号生成回路１１４は、表示制御回路１１３が最適化した画像信号をそれぞ
れ、時間軸に対して１／（３ｎ）倍に圧縮する。なお、ｎは、１フレームをｎ個のサブフ
レームに分割する場合に用いているｎと同値である。そして、時間軸に対して１／（３ｎ
）倍に圧縮されたＲ、Ｇ、Ｂに対応するフィールドシーケンシャルカラー画像信号（Ｒ１
、Ｇ１、Ｂ１、Ｒ２、Ｇ２、Ｂ２）を、駆動回路１２１に供給する。

また、フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４は、バックライト信号をバックライ
ト制御回路１３１に供給する。バックライト信号は、バックライト１３２に設けたＲ、Ｇ
、及びＢの発光素子を点灯させる信号であり、Ｒ、Ｇ、Ｂに対応するフィールドシーケン
シャルカラー画像信号と対をなす信号である。

また、表示パネル１２０とバックライト部１３０は、フィールドシーケンシャル信号生成
回路１１４が発する同期信号に同期して動作し、動画が表示される。

一方、比較回路１１２が画像信号を静止画と判断した場合、フィールドシーケンシャル信
号生成回路１１４はフィールドシーケンシャルカラー画像信号を生成せず、１フレーム分
の静止画データを表示パネル１２０の駆動回路１２１に供給する。

その後、フィールドシーケンシャル信号生成回路１１４は、駆動回路１２１、及びバック
ライト制御回路１３１に画像信号、及び各制御信号の供給を停止する。

また、実施の形態で例示される液晶表示装置はバックライト点灯回路と測光回路を有し、
バックライト点灯回路と測光回路がバックライト制御回路１３１と接続されていてもよい
。バックライト点灯回路は、当該液晶表示装置の利用者が手動や外部接続機器を用いてバ
ックライトを点灯、及び消灯するための信号を入力する回路であり、また、測光回路は当
該液晶表示装置が使用されている環境の明るさを測定する回路である。

例えば、本実施の形態で例示される液晶表示装置を薄暗い環境で利用する場合、バックラ
イト点灯回路や、測光回路を介して信号をバックライト制御回路１３１に入力し、バック
ライトを点灯することができる。なお、測光回路にあらかじめ閾値を設定し、使用環境の
明るさが閾値を下回ると、バックライトが点灯するように設定してもよい。

本実施の形態の構成によれば、静止画を表示する期間では、頻繁に画像信号の書き込みを
行うといった動作を削減することができる。また、バックライトを使うことなく静止画を
表示できるため、消費電力が極めて小さい。

また、本実施の形態で例示される液晶表示装置は、消費電力を低減させて静止画を表示で
きるだけでなく、カラーフィルタを用いることなく、フルカラー画像の表示が可能である
。カラーフィルタがバックライトの光を吸収しないため光の利用効率が高く、フルカラー
画像の表示においても消費電力が抑制されている。

また、複数回の画像信号の書き込みによる画像を視認する際、複数回にわたって切り替わ
る画像を人間の目は視認することとなる。そのため、人間の目には疲労として現れること
もあり得る。本実施の形態で説明したように、画像信号の書き込み回数を削減する構成と
することで、目の疲労を減らすといった効果もある。

なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる
。

（実施の形態２）
本実施の形態では、画素接続図、タイミングチャート等を用いて、液晶表示装置の駆動
方法について説明する。まず図２には、液晶表示装置の表示パネルの概略図について示し
ている。図２には、画素部１０１、走査線１０５（ゲート線ともいう）、信号線１０３（
データ線ともいう）、画素１０８、共通電極１１８（コモン電極ともいう）、容量線１１
９、走査線駆動回路１０６、信号線駆動回路１０７を有する。

画素１０８は、画素トランジスタ１０９、液晶素子１１６、容量素子１１７を有する。画
素トランジスタ１０９はゲートが走査線１０５に接続され、ソース又はドレインの一方と
なる第１端子が信号線１０３に接続され、ソース又はドレインの他方となる第２端子が、
液晶素子１１６の一方の電極及び容量素子１１７の第１の電極に接続される。なお液晶素
子１１６の他方の電極は、共通電極１１８に接続されている。なお容量素子１１７の第２
の電極は、容量線１１９に接続されている。なお画素トランジスタ１０９は、薄膜の酸化
物半導体層を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）で構成することが好ましい。

なお、薄膜トランジスタは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端
子を有する素子であり、ドレイン領域とソース領域の間にチャネル領域を有しており、ド
レイン領域とチャネル領域とソース領域とを介して電流を流すことができる。ここで、ソ
ースとドレインとは、トランジスタの構造や動作条件等によって変わるため、いずれがソ
ースまたはドレインであるかを限定することが困難である。そこで、本書類（明細書、特
許請求の範囲又は図面など）においては、ソース及びドレインとして機能する領域を、ソ
ースもしくはドレインと呼ばない場合がある。その場合、一例としては、それぞれを第１
端子、第２端子と表記する場合がある。あるいは、それぞれを第１の電極、第２の電極と
表記する場合がある。あるいは、ソース領域、ドレイン領域と表記する場合がある。

なお走査線駆動回路１０６、信号線駆動回路１０７は、画素部１０１と同じ基板上に設け
る構成とすることが好ましいが、必ずしも同じ基板上に設ける必要はない。画素部１０１
と同じ基板上に走査線駆動回路１０６、信号線駆動回路１０７を設けることで、外部との
接続端子数を削減することができ、液晶表示装置の小型化を図ることができる。

なお、画素１０８は、マトリクス状に配置（配列）されている。ここで、画素１０８がマ
トリクス状に配置（配列）されているとは、縦方向もしくは横方向において、画素１０８
が直線上に並んで配置されている場合や、ギザギザな線上に配置されている場合を含む。

なお、ＡとＢとが接続されている、と明示的に記載する場合は、ＡとＢとが電気的に接続
されている場合と、ＡとＢとが機能的に接続されている場合と、ＡとＢとが直接接続され
ている場合とを含むものとする。

次いで、表示パネルの動作についてバックライトの動作と併せて、図３（Ａ）で説明する
。上記実施の形態でも説明したように、表示パネルの動作は大きくわけて、動画表示期間
３０１と静止画表示期間３０２に大別される。

なお、動画表示期間３０１において１フレーム期間の周期（またはフレーム周波数）は、
１／６０秒以下（６０Ｈｚ以上）であることが望ましい。フレーム周波数を高くすること
で、画像をみる人がちらつき（フリッカ）を感じないようにすることができる。また静止
画表示期間３０２において、１フレーム期間の周期を極端に長く、例えば１分以上（０．
０１７Ｈｚ以下）とすることで、短い周期で同じ画像を切り替える場合と比較して眼精疲
労を低減しうるといったことも可能である。

なお画素トランジスタ１０９の半導体層として酸化物半導体を用いると、トランジスタの
オフ電流を少なくすることができる。よって、画素においては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、書き込み間隔も長く設定できる。よって１フレーム期間の
周期を長くすることができ、静止画表示期間３０２での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、より消費電力を抑制する効果を高くできる。また、酸化物半導体
を用いたトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、書き込み時間を短
縮することができ、高速駆動が可能である。

図３（Ａ）に示す動画表示期間３０１では、上記実施の形態で説明したように、フィール
ドシーケンシャル駆動により動画を表示するための駆動回路制御信号が駆動回路に供給さ
れ、駆動回路が動作する。また図３（Ａ）に示す動画表示期間３０１では、フィールドシ
ーケンシャル駆動によりカラー表示を行うためのバックライト信号がバックライトに供給
され、バックライトが動作する。そして、表示パネルはカラー表示の動画表示を行うこと
ができる。

図３（Ａ）に示す静止画表示期間３０２では、上記実施の形態で説明したように、反射光
の透過または非透過により白黒の階調（図中、ＢＫ／Ｗと表記）により静止画の画像信号
を書き込むための駆動回路制御信号が駆動回路に供給され、駆動回路が動作する。なお画
像信号を書き込む以外の期間では、駆動回路制御信号の供給を停止することで低消費電力
化を図ることができる。また図３（Ａ）に示す静止画表示期間３０２では、外光の反射光
を利用して表示を視認する構成とするため、バックライト信号によりバックライトが非動
作となる。そして、表示パネルは白黒の階調の静止画表示を行うことができる。

次いで、図３（Ａ）の動画表示期間３０１について図３（Ｂ）に、静止画表示期間３０２
について図３（Ｃ）に、その詳細をタイミングチャートにて説明する。なお図３（Ｂ）及
び図３（Ｃ）に示すタイミングチャートは、説明のために誇張して表記したものであり、
特に明記する場合を除き、各信号が同期して動作するものではないことを付記する。

まず図３（Ｂ）について説明する。図３（Ｂ）では、一例として動画表示期間３０１にお
ける走査線駆動回路１０６に供給するクロック信号ＧＣＫ、及びスタートパルスＧＳＰ、
信号線駆動回路１０７に供給するクロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰ、画像
信号ｄａｔａ、バックライトの点灯状態について示したものである。なおバックライトと
しては、複数の発光素子の一例として、ＲＧＢの３色を順次点灯する構成について説明す
ることにする。なおバックライトとしては、ＬＥＤを用いることで低消費電力化及び長寿
命化を図ることができる。

動画表示期間３０１において、クロック信号ＧＣＫは常時供給されるクロック信号となる
。またスタートパルスＧＳＰは、垂直同期周波数に応じたパルスとなる。またクロック信
号ＳＣＫは常時供給されるクロック信号となる。またスタートパルスＳＳＰは、１ゲート
選択期間に応じたパルスとなる。なお動画表示期間３０１では、フィールドシーケンシャ
ル駆動で動画を表示するため、画像信号はまずＲ（赤）の表示について各画素への書き込
み、次いでＲのバックライトの点灯、次いでＧ（緑）の表示について各画素への書き込み
、次いでＧのバックライトの点灯、次いでＢ（青）の表示について各画素への書き込み、
次いでＢのバックライトの点灯、を繰り返して画像信号を可変させることで、視認者は動
画でのカラー表示を視認することができる。

次いで図３（Ｃ）について説明する。図３（Ｃ）では、静止画表示期間３０２について、
静止画書き込み期間３０３、静止画保持期間３０４に分けて説明を行う。

静止画書き込み期間３０３において、クロック信号ＧＣＫは一画面書き込むためのクロッ
ク信号となる。またスタートパルスＧＳＰは、一画面書き込むためのパルスとなる。また
クロック信号ＳＣＫは一画面書き込むためのクロック信号となる。またスタートパルスＳ
ＳＰは、一画面書き込むためのパルスとなる。なお静止画書き込み期間３０３では、反射
光を利用して白黒の階調を表示するための画像信号ＢＫ／Ｗにより静止画を表示するため
、カラー表示とするためのバックライトが非点灯となる。

静止画保持期間３０４において、クロック信号ＧＣＫ、スタートパルスＧＳＰ、クロック
信号ＳＣＫ、スタートパルスＳＳＰは、信号線駆動回路１０７及び走査線駆動回路１０６
の動作を停止するために、供給が停止されることとなる。そのため静止画保持期間３０４
では電力消費を低減することができ、低消費電力化を図ることができる。なお静止画保持
期間３０４では、静止画書き込み期間３０３に画素に書き込んだ画像信号が、オフ電流が
極端に小さい画素トランジスタ１０９により保持されるため、白黒の階調の静止画を１分
以上の期間保持することができる。なおこの間、カラー表示とするためのバックライトが
非点灯となる。また、静止画保持期間３０４は容量素子に保持される画像信号が一定の期
間の経過により変化する前に、新たに静止画書き込み期間３０３を設けて先の期間の画像
信号と同じ画像信号を書き込み（リフレッシュ動作）、再度静止画保持期間３０４とすれ
ばよい。

本実施の形態において述べた液晶表示装置は、静止画表示を行う際、低消費電力化を図る
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３）
本実施の形態では、上記実施の形態２で説明した液晶表示装置の駆動方法とは異なる構
成について、タイミングチャート等を用いて説明する。まず図４（Ａ）に、上記実施の形
態２で説明した動画表示期間３０１でのバックライトの駆動方法についてタイミングチャ
ートを示し説明する。

図４（Ａ）のタイミングチャートが図３（Ｂ）と異なる点は、画像信号の書き込みに続い
た、バックライトの点灯の後に、バックライトの消灯期間（図４（Ａ）のＢＬ）を設けた
点にある。次の画像信号の書き込みを行う前にバックライトを消灯する期間を設けること
で、色のちらつき等を低減し、視認性の向上を図ることができる。

また図４（Ａ）と異なる構成について図４（Ｂ）に示す。図４（Ｂ）のタイミングチャー
トが図４（Ａ）と異なる点は、バックライトの消灯期間ＢＬの代わりにＢ（青）の発光期
間を設けた点にある。次の画像信号の書き込みを行う前に青色の発光期間を設けることで
消灯期間を設けた場合と同様に、色のちらつき等を低減し、視認性の向上を図ることがで
きる。

また上記実施の形態２では、バックライトに用いる複数の発光素子の一例として、ＲＧＢ
の３色を用いる例について説明したが、他の構成としてもよい。一例として、図５（Ａ）
に示すように５色の発光素子３１１を用いてバックライトの制御を行う構成としてもよい
。

図５（Ａ）に示す発光素子３１１には、一例として第１の赤色発光素子Ｒ１、第２の赤色
発光素子Ｒ２、緑色発光素子Ｇ、第１の青色発光素子Ｂ１、第２の青色発光素子Ｂ２につ
いて示している。次いで図５（Ｂ）において、図４（Ａ）、（Ｂ）と同様にして、上記実
施の形態２で説明した動画表示期間３０１での図５（Ａ）に示すバックライトの点灯時の
制御について説明する。

図５（Ｂ）では、Ｒの画像信号の書き込みに続いた、バックライトの点灯として第１の赤
色発光素子Ｒ１及び第１の青色発光素子Ｂ１の点灯を行う。また、Ｇの画像信号の書き込
みに続いた、バックライトの点灯として緑色発光素子Ｇ及び第２の青色発光素子Ｂ２の点
灯を行う。またＢの画像信号の書き込みに続いた、バックライトの点灯として第１の青色
発光素子Ｂ１及び第２の青色発光素子Ｂ２の点灯を行う。次いで、Ｒの画像信号の書き込
みに続いた、バックライトの点灯として第２の赤色発光素子Ｒ２及び第２の青色発光素子
Ｂ２の点灯を行う。また、Ｇの画像信号の書き込みに続いた、バックライトの点灯として
緑色発光素子Ｇ及び第１の青色発光素子Ｂ１の点灯を行う。またＢの画像信号の書き込み
に続いた、バックライトの点灯として第２の青色発光素子Ｂ２及び第１の青色発光素子Ｂ
１の点灯を行う。

図５（Ｂ）の構成とすることにより、ＲＧＢの色要素が切り替わる期間に青色の発光期間
を設けることができるため、図４（Ｂ）と同様の効果が得られる。また、第１の赤色発光
素子Ｒ１と第２の赤色発光素子Ｒ２、第１の青色発光素子Ｂ１と第２の青色発光素子Ｂ２
、で異なる色座標の材料による発光素子を用いることも可能となり、カラー表示における
色表現範囲を広げることができる。

本実施の形態において述べた液晶表示装置は、静止画表示を行う際、低消費電力化を図る
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）
図６に液晶表示モジュール１９０の構成を示す。液晶表示モジュール１９０はバックライ
ト部１３０と、液晶素子がマトリクス状に設けられた表示パネル１２０と、表示パネル１
２０を挟む偏光板１２５ａ、及び偏光板１２５ｂを有する。バックライト部１３０には発
光素子、例えば三原色のＬＥＤ（１３３Ｒ、１３３Ｇ、及び１３３Ｂ）をマトリクス状に
配置し、また表示パネル１２０と発光素子の間に拡散板１３４を配置したものをバックラ
イト部１３０として用いることができる。また、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブ
ルプリントサーキット）１２６は表示パネル１２０に設けた端子部と電気的に接続されて
いる。

図６には、３色の光１３５が矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）で模式的に示してある。バックライ
ト部１３０から逐次発せられるパルス状の異なる色の光が、バックライト部１３０と同期
して動作する表示パネル１２０の液晶素子により変調され、液晶表示モジュール１９０か
ら観察者に達する。観察者は逐次的に発せられる光を映像として捉える。

また、図６には、外光１３９が表示パネル１２０上の液晶素子を透過してその下部電極で
反射される様子も、模式的に示してある。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号によ
り変調されるため、観察者は外光１３９の反射光によっても、映像を捉えることができる
。

図７（Ａ）は表示パネル１２０における表示領域の平面図であり１画素分の画素を示して
いる。図７（Ｂ）は図７（Ａ）の線Ｙ１−Ｙ２、及び線Ｚ１−Ｚ２における断面図である
。

図７（Ａ）において、複数のソース配線層（ソース電極層又はドレイン電極層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、ソース配線層に略直交する方向（
図中左右方向）に延伸し、かつ互いに離間した状態で配置されている。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
。

図７（Ａ）（Ｂ）の液晶表示装置は、半透過型液晶表示装置であり、画素領域は反射領域
４９８及び透過領域４９９で構成されている。反射領域４９８では透明電極層４４７上に
画素電極層として反射電極層４４６が積層され、透過領域４９９では画素電極層として透
明電極層４４７のみが形成されている。なお、図７（Ａ）（Ｂ）では、層間膜４１３上に
、透明電極層４４７、反射電極層４４６の順に積層する例を示したが、層間膜４１３上に
、反射電極層４４６、透明電極層４４７の順に積層する構造であってもよい。トランジス
タ４５０上には絶縁膜４０７、４０９、及び層間膜４１３が設けられ、絶縁膜４０７、４
０９、及び層間膜４１３に形成された開口（コンタクトホール）において、透明電極層４
４７及び反射電極層４４６はトランジスタ４５０と電気的に接続されている。

図７（Ｂ）に示すように、第２の基板４４２には共通電極層（対向電極層ともいう）４４
８が形成され、第１の基板４４１上の透明電極層４４７及び反射電極層４４６と、液晶層
４４４を介して対向している。なお、図７（Ａ）（Ｂ）の液晶表示装置では、透明電極層
４４７及び反射電極層４４６と液晶層４４４との間に配向膜４６０ａが設けられ、共通電
極層４４８と液晶層４４４との間には配向膜４６０ｂが設けられている。配向膜４６０ａ
、４６０ｂは、液晶の配向を制御する機能を有する絶縁層であり、液晶材料によっては設
けなくてもよい。

トランジスタ４５０は、ボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタの例であり、ゲート
電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、半導体層４０４、ソース電極層又はドレイン電極層
４０５ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４０５ｂを含む。また、ゲート電極層４
０１と同工程で形成された容量配線層４０８、ゲート絶縁層４０２、ソース電極層又はド
レイン電極層４０５ａ、及びソース電極層又はドレイン電極層４０５ｂと同工程で形成さ
れた導電層４４９が積層し、容量を形成している。なお、容量配線層４０８を覆うように
、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの反射導電膜で形成される反射電極層４４６を
形成することが好ましい。

本実施の形態における半透過型液晶表示装置は、トランジスタ４５０のオンオフ制御によ
って、透過領域４９９における動画のカラー表示と、反射領域４９８における静止画のモ
ノクロ（白黒）表示を行う。

透過領域４９９においては、第１の基板４４１側に設けられたバックライトからの入射光
によって表示を行う。バックライトにＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることで
カラー表示を行うことができる。さらに、本実施の形態では、発光ダイオード（ＬＥＤ）
を用いて、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。

一方、反射領域４９８においては、第２の基板４４２側から入射した外光を反射電極層４
４６によって反射することで表示を行う。

液晶表示装置において、反射電極層４４６に凹凸形状を形成する例を図８及び図９に示す
。図８及び図９は図７（Ａ）において反射電極層４４６に凹凸形状を形成した場合の線Ｙ
１−Ｙ２、及び線Ｚ１−Ｚ２における断面図である。図８は、反射領域４９８において、
層間膜４１３表面を凹凸形状とすることで反射電極層４４６に凹凸形状を形成する例であ
る。層間膜４１３表面の凹凸形状は、選択的にエッチング加工を行うことで形成すればよ
い。例えば感光性の有機樹脂にフォトリソグラフィ工程を行って凹凸形状を有する層間膜
４１３を形成することができる。また、図９は、反射領域４９８において、層間膜４１３
上に凸形状の構造体を設けて、反射電極層４４６に凹凸形状を形成する例である。なお、
図９は、絶縁層４８０及び絶縁層４８２の積層によって凸形状の構造体を形成している。
例えば絶縁層４８０として酸化シリコン、窒化シリコン等の無機絶縁層、絶縁層４８２と
してポリイミド樹脂、アクリル樹脂などの有機樹脂を用いることができる。まず、スパッ
タ法により酸化シリコン膜を層間膜４１３上に形成し、酸化シリコン膜上に塗布法により
ポリイミド樹脂膜を形成する。酸化シリコン膜をエッチングストッパーとして用いて、ポ
リイミド樹脂膜をエッチング加工する。加工されたポリイミド樹脂層をマスクとして酸化
シリコン膜をエッチング加工することで、図９に示すような絶縁層４８０及び絶縁層４８
２の積層からなる凸形状の構造体を形成することができる。

図８及び図９に示すように、反射電極層４４６表面に凹凸形状を有すると、入射した外光
を乱反射させ、より良好な表示を行うことができる。よって、表示における視認性が向上
する。

また、液晶表示装置において、液晶層を介して入射する光を反射する領域と、透光性を有
する領域とを両方有する画素電極の一例について以下に示す。図１０（Ａ）は、画素の上
面図の一例であり、図１０（Ａ）中の線Ｓ−Ｒで切断した断面が図１０（Ｂ）に相当する
。

図１０（Ｂ）は、基板６０１上にゲート配線層６０２、ゲート絶縁層６０３、酸化物半導
体層６０４、ソース配線層６０６、ドレイン配線層６０５を少なくとも有するトランジス
タ６１０を図示している。トランジスタ６１０は、トランジスタ４５０と同じ工程で形成
することができる。なお、酸化物半導体層６０４は、第１の層間絶縁層６０７ａと、第２
の層間絶縁層６０７ｂの積層で覆われている。第１の層間絶縁層６０７ａは酸化物絶縁層
（代表的にはスパッタ法で得られる酸化シリコン膜）であり、第２の層間絶縁層６０７ｂ
は窒化物絶縁層（代表的にはスパッタ法で得られる窒化シリコン膜）である。

図１０（Ａ）に示す画素構造を有する液晶表示装置は、バックライトである複数種類のＬ
ＥＤを順次点灯させてフルカラーの動画表示及び静止画表示が可能である。また、バック
ライトをオフ状態として反射電極層６０９に電圧を印加し、その上の液晶層を通過する光
量を調節してモノクロの静止画表示が可能である。

図１０（Ａ）に示す画素においては、透明電極層６０８と一部重なる反射電極層６０９を
組み合わせて一つの画素電極層として機能させている。フルカラー表示での表示領域は、
透明電極層６０８が反射電極層６０９と重ならない領域である。また、白黒表示での表示
領域は、反射電極層６０９の面積と同一である。

また、画素電極層は、図１０（Ｂ）に示すように、凹凸形状を有する第３の層間絶縁層６
０７ｃ上に形成されており、表面に凹凸形状を有している。反射電極層６０９の表面に凹
凸形状を設けることによって、鏡面反射を防止し、表面で光を散乱させることで表示を行
う。

本実施の形態は、他の実施の形態と自由に組み合わせができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの例を示
す。本明細書に開示する液晶表示装置に適用できるトランジスタの構造は特に限定されず
、例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のスタガ型及びプレーナ型などを用い
ることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲー
ト構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構
造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つの
ゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。なお、図１１（Ａ）乃至（Ｄ）にト
ランジスタの断面構造の一例を示す。図１１（Ａ）乃至（Ｄ）に示すトランジスタは、半
導体として酸化物半導体を用いるものである。酸化物半導体を用いることのメリットは、
比較的簡単かつ低温のプロセスで高い移動度と低いオフ電流が得られることであるが、も
ちろん、他の半導体を用いてもよい。

図１１（Ａ）に示すトランジスタ４１０は、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタの一つ
であり、逆スタガ型薄膜トランジスタともいう。

トランジスタ４１０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、ソース電極層４０６ａ、及びドレイン電極層４０
６ｂを含む。また、トランジスタ４１０を覆い、酸化物半導体層４０３に積層する絶縁層
４１１が設けられている。絶縁層４１１上にはさらに保護絶縁層４１２が形成されている
。

図１１（Ｂ）に示すトランジスタ４２０は、チャネル保護型（チャネルストップ型ともい
う）と呼ばれる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。

トランジスタ４２０は、絶縁表面を有する基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート
絶縁層４０２、酸化物半導体層４０３、酸化物半導体層４０３のチャネル形成領域を覆う
チャネル保護層として機能する絶縁層４２７、ソース電極層４０６ａ、及びドレイン電極
層４０６ｂを含む。また、トランジスタ４２０を覆い、保護絶縁層４１２が形成されてい
る。

図１１（Ｃ）に示すトランジスタ４３０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である基板４００上に、ゲート電極層４０１、ゲート絶縁層４０２、
ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂ、及び酸化物半導体層４０３を含む。ま
た、トランジスタ４３０を覆い、酸化物半導体層４０３に接する絶縁層４１１が設けられ
ている。絶縁層４１１上にはさらに保護絶縁層４１２が形成されている。

トランジスタ４３０においては、ゲート絶縁層４０２は基板４００及びゲート電極層４０
１上に接して設けられ、ゲート絶縁層４０２上にソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層
４０６ｂが接して設けられている。そして、ゲート絶縁層４０２、及びソース電極層４０
６ａ、ドレイン電極層４０６ｂ上に酸化物半導体層４０３が設けられている。

図１１（Ｄ）に示すトランジスタ４４０は、トップゲート構造の薄膜トランジスタの一つ
である。トランジスタ４４０は、絶縁表面を有する基板４００上に、絶縁層４３７、酸化
物半導体層４０３、ソース電極層４０６ａ、及びドレイン電極層４０６ｂ、ゲート絶縁層
４０２、ゲート電極層４０１を含み、ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂに
それぞれ配線層４３６ａ、配線層４３６ｂが接して設けられ電気的に接続している。

本実施の形態では、上述のとおり、半導体層として酸化物半導体層４０３を用いる。酸化
物半導体層４０３に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−
Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚ
ｎ−Ｏ系、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系
、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｚｎ−
Ｏ系、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系や、
単元系金属酸化物であるＩｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系などを用いることができる
。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚ
ｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、少なくともＩｎとＧａとＺｎを含む酸化物半導体であり、そ
の組成比に特に制限はない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。

また、酸化物半導体層４０３は、化学式ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０）で表記される
酸化物半導体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。

酸化物半導体層４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、オフ状
態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像イメージデータ
等の電気信号の保持時間を長くすることができ、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４０３を用いたトランジスタ４１０、４２０、４３０、４４０は、
比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装
置の画素部に該トランジスタを用いることで、色分離を抑制することができ、高画質な画
像を提供することができる。また、該トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画
素部に作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することが
できる。

絶縁表面を有する基板４００に使用することができる基板に大きな制限はないが、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
。

ボトムゲート構造のトランジスタ４１０、４２０、４３０において、下地膜となる絶縁膜
を基板とゲート電極層の間に設けてもよい。下地膜は、基板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。

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またはこれらを主成分とする合
金材料を用いて、単層でまたは積層して形成することができる。

ゲート絶縁層４０２は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等を用いて、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。例えば、第１のゲート絶縁層としてプ
ラズマＣＶＤ法により膜厚５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の窒化シリコン層（ＳｉＮ_ｙ（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３
００ｎｍ以下の酸化シリコン層（ＳｉＯ_ｘ（ｘ＞０））を積層して、合計膜厚２００ｎｍ
のゲート絶縁層とする。

ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂに用いる導電膜としては、例えば、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を用いることができる。また、Ａｌ
、Ｃｕなどの金属層の下側又は上側の一方または双方に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、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（Ｓｉ、Ｎｄ、Ｓｃなど）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。

ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂに接続する配線層４３６ａ、配線層４３
６ｂのような導電膜も、ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂと同様な材料を
用いることができる。

また、ソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂ（これと同じ層で形成される配線
層を含む）となる導電膜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（Ｉｎ_２Ｏ_３）、酸化スズ（ＳｎＯ_２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸
化インジウム酸化スズ合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＳｎＯ_２、ＩＴＯと略記する）、酸化インジウ
ム酸化亜鉛合金（Ｉｎ_２Ｏ_３―ＺｎＯ）またはこれらの金属酸化物材料に酸化シリコンを
含ませたものを用いることができる。

絶縁層４１１、４２７、４３７は、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の無機絶縁膜を用いることができ
る。

保護絶縁層４１２は、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の無機絶縁膜を用いることができる。

また、保護絶縁層４１２上にトランジスタ起因の表面凹凸を低減するために平坦化絶縁膜
を形成してもよい。平坦化絶縁膜としては、ポリイミド、アクリル、ベンゾシクロブテン
、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）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、平坦化絶縁膜を形成してもよい。

このように、本実施の形態において、酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることに
より、高機能な液晶表示装置を提供することができる。

（実施の形態６）
本実施の形態は、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１２を用
いて詳細に説明する。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１２（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図１２（Ａ）乃至（Ｅ
）に作製工程を示すトランジスタ５１０は、図１１（Ａ）に示すトランジスタ４１０と同
様なボトムゲート構造の逆スタガ型薄膜トランジスタである。

本実施の形態の半導体層に用いる酸化物半導体は、ｎ型不純物である水素を酸化物半導体
から除去し、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Ｉ型（真性）の酸化物半導体、又はＩ型（真性）に限りなく近い酸化物半導体と
したものである。すなわち、不純物を添加してＩ型化するのでなく、水素や水等の不純物
を極力除去したことにより、高純度化されたＩ型（真性半導体）又はそれに近づけること
を特徴としている。従って、トランジスタ５１０が有する酸化物半導体層は、高純度化及
び電気的にＩ型（真性）化された酸化物半導体層である。

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１×１０^１４／ｃｍ^３未満、好ましくは１×１０^１２／ｃｍ^３未満、さらに好
ましくは１×１０^１１／ｃｍ^３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、酸化物半導体層を具備するトランジスタ
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。

具体的には、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタは、チャネル幅１μｍあたり
のオフ電流密度を室温下において、１０ａＡ／μｍ（１×１０^−１７Ａ／μｍ）以下にす
ること、さらには１ａＡ／μｍ（１×１０^−１８Ａ／μｍ）以下、さらには１０ａＡ／μ
ｍ（１×１０^−２０Ａ／μｍ）以下にすることが可能である。

オフ状態における電流値（オフ電流値）が極めて小さいトランジスタを実施の形態１の画
素部におけるトランジスタとして用いることにより、静止画領域におけるリフレッシュ動
作の頻度を小さくすることができる。

また、上述の酸化物半導体層を具備するトランジスタ５１０はオン電流の温度依存性がほ
とんど見られず、オフ電流も非常に小さいままである。

以下、図１２（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板５０５上にトランジスタ５１０を作製する工
程を説明する。

まず、絶縁表面を有する基板５０５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５１１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５０５は、実施の形態５に示した基板４００と同様な基板を用いる
ことができる。本実施の形態では基板５０５としてガラス基板を用いる。

下地膜となる絶縁膜を基板５０５とゲート電極層５１１との間に設けてもよい。下地膜は
、基板５０５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５１１の材料は、モリブデン、チタン、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。

次いで、ゲート電極層５１１上にゲート絶縁層５０７を形成する。ゲート絶縁層５０７は
、プラズマＣＶＤ法又はスパッタ法等を用いて、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。

本実施の形態の酸化物半導体は、不純物が除去され、Ｉ型化又は実質的にＩ型化された酸
化物半導体を用いる。このような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、酸化物半導体層とゲート絶縁層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は、高品質化が要求される。

例えば、μ波（例えば、周波数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、界面準位を低減させて界面特性を良好
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させ、良好な界面を形成できるものであれば良い。

また、ゲート絶縁層５０７、酸化物半導体膜５３０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、酸化物半導体膜５３０の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５１１が形成された基板５０５、又はゲート絶縁層５
０７までが形成された基板５０５を予備加熱し、基板５０５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、絶縁層５１６の成膜前に、ソース電極層５１５ａ及びドレイン電極層５１５ｂまで
形成した基板５０５にも同様に行ってもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以
上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜５３０を形成する（図１２（Ａ）参照）。

なお、酸化物半導体膜５３０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５０７の表面に付着している粉状
物質（パーティクル、ごみともいう）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５３０に用いる酸化物半導体は、実施の形態５に示した四元系金属酸化物
や、三元系金属酸化物や、二元系金属酸化物や、Ｉｎ−Ｏ系、Ｓｎ−Ｏ系、Ｚｎ−Ｏ系な
どの酸化物半導体を用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ_２を含んでも
よい。本実施の形態では、酸化物半導体膜５３０としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物タ
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１２（Ａ）に相当
する。また、酸化物半導体膜５３０は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰
囲気下、又は希ガスと酸素の混合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５３０をスパッタ法で作製するためのターゲットとしては、例えば、Ｉｎ
_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］（すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ
＝１：１：０．５［ａｔｏｍ比］）の組成比を有するターゲットなどを用いることができ
る。また、Ｉｎ_２Ｏ_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］（すなわち、Ｉ
ｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［ａｔｏｍ比］）の組成比を有するターゲットや、Ｉｎ_２Ｏ
_３：Ｇａ_２Ｏ_３：ＺｎＯ＝１：１：４［ｍｏｌ数比］（すなわち、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１
：１：２［ａｔｏｍ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。充填率の高い金属酸化物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５３０を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素
化物などの不純物が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成膜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、成膜室内の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、上記ターゲットを用いて基板５０５上に酸化物半導体膜５３０を成膜
する。成膜室内の水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、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（Ｈ_２Ｏ）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、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ご
みともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。

次いで、酸化物半導体膜５３０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。

また、ゲート絶縁層５０７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５３０の加工時に同時に行うことができる。

なお、ここでの酸化物半導体膜５３０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。例えば、酸化物半導体膜５３０のウェットエッ
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ＩＴＯ０
７Ｎ（関東化学社製）などを用いることができる。

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、または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５３１を得る（図１２（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 Ａｎ
ｎｅａｌ）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。高温のガスに
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。

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。

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、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純
度のＮ_２Ｏ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
入してもよい。酸素ガスまたはＮ_２Ｏガスには、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Ｎ_２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上、好
ましくは７Ｎ以上、（即ち、酸素ガスまたはＮ_２Ｏ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。酸素ガス又はＮ_２Ｏガスの作用に
より、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまっ
た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。

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５３０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。

なお、第１の加熱処理は、上記以外にも、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体
層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びド
レイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。

また、ゲート絶縁層５０７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５３０に第１の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。

また、酸化物半導体層を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行うことで、下地
部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域（単結晶領
域）、即ち、膜表面に垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成しても
よい。例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素、
希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃以
上７５０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）
を有する第１の酸化物半導体膜を形成する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第
２の酸化物半導体膜を形成し、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７０
０℃以下の第２の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に
結晶成長させ、第２の酸化物半導体膜の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領
域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。

次いで、ゲート絶縁層５０７、及び酸化物半導体層５３１上に、ソース電極層５１５ａ及
びドレイン電極層５１５ｂ（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。ソース電極層５１５ａ、及びドレイン電極層５１５ｂに用いる導電膜としては、実
施の形態５に示したソース電極層４０６ａ、ドレイン電極層４０６ｂに用いる材料を用い
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５１５ａ、ドレイン電極層５１５ｂを形成した後、レジスト
マスクを除去する（図１２（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レーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層５３１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 Ｕｌｔｒａｖｉｏｌ
ｅｔ）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と
よい。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。

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。

なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層５３１がエッチングされ、分断するこ
とのないようにエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみ
をエッチングし、酸化物半導体層５３１を全くエッチングしないという条件を得ることは
難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層５３１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５３１となることもある。

本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体層５３１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。

次いで、Ｎ_２Ｏ、Ｎ_２、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
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絶縁層５
１６を形成する。

絶縁層５１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層５１６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。絶縁層５１６
に水素が含まれると、その水素が酸化物半導体層へ侵入する、又はその水素が酸化物半導
体層中の酸素を引き抜くことで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、絶縁層５１６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、絶縁層５１６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、または希ガスと酸素の混合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、酸素を含む雰囲気下でス
パッタ法により酸化シリコンを形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する
絶縁層５１６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。

酸化物半導体膜５３０の成膜時と同様に、絶縁層５１６の成膜室内の水分を除去するため
には、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。クライオポ
ンプを用いて排気した成膜室で成膜することで絶縁層５１６に含まれる不純物の濃度を低
減できる。また、絶縁層５１６の成膜室内の水分を除去するための排気手段としては、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。

絶縁層５１６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物など
の不純物が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２
００℃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）が絶縁層５１６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、酸化物半導体膜に対して第１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
する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体層は高
純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。

以上の工程でトランジスタ５１０が形成される（図１２（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。

絶縁層５１６上にさらに保護絶縁層５０６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な
どを用いる。本実施の形態では、保護絶縁層５０６を、窒化シリコン膜を用いて形成する
（図１２（Ｅ）参照）。

本実施の形態では、保護絶縁層５０６として、絶縁層５１６まで形成された基板５０５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、絶縁層５１６と同様に、処理室内の水分を除去しつつ保護絶縁層５０６を
成膜することが好ましい。

保護絶縁層５０６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。

このように、本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体層を含むトラ
ンジスタを用いることにより、オフ状態における電流値（オフ電流値）をより低くするこ
とができる。よって、画像イメージデータ等の電気信号の保持時間を長くすることができ
、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より少なくするこ
とができるため、消費電力を抑制する効果を高くできる。

また、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、高い電界効果移動度が得ら
れるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に該トランジスタを用
いることで、色分離を抑制することができ、高画質な画像を提供することができる。また
、該トランジスタは、同一基板上に駆動回路部または画素部に作り分けて作製することが
できるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態７）
本実施の形態では、半透過型液晶表示装置の１画素当たりの反射光量と透過光量を向上せ
しめる画素構成について、図１３、図１４、及び図１６を用いて説明する。

図１３は、本実施の形態で示す画素の平面構成を説明するための図である。図１４（Ａ）
、は、図１４（Ｂ）における一点破線で示したＳ１−Ｓ２部、及びＴ１−Ｔ２部の断面構
成を示している。本実施の形態で説明する画素は、基板８００上に、画素電極として透明
電極８２３と反射電極８２５が積層されており、画素電極は、絶縁膜８２７、絶縁膜８２
８、及び有機樹脂膜８２２に設けられたコンタクトホール８５５を介して、トランジスタ
８５１のドレイン電極８５７に接続されている。ドレイン電極８５７は、絶縁膜を介して
容量配線８５３と重畳し、保持容量８７１を構成している（図１４（Ａ）参照）。

トランジスタ８５１のゲート電極８５８は、配線８５２に接続されており、ソース電極８
５６は、配線８５４に接続されている。トランジスタ８５１は、他の実施の形態で説明し
たトランジスタを用いることができる。

反射電極８２５により外光を反射することで、画素電極を反射型液晶表示装置の画素電極
として機能させることができる。反射電極８２５には複数の開口部８２６が設けられてい
る。開口部８２６には反射電極８２５が存在せず、構造体８２０及び透明電極８２３が突
出している。開口部８２６から、バックライトの光を透過させることで、画素電極を透過
型液晶表示装置の画素電極として機能させることができる。

また、図１６は、図１４（Ｂ）とは異なる例を示す断面図であり、開口部８２６において
、構造体８２０及び透明電極８２３が突出していない構造を有する本発明の一実施形態で
ある。図１４（Ｂ）では、バックライト射出光口８４１と開口部８２６はほぼ同一サイズ
であるのに対して、図１６では、バックライト射出光口８４１のサイズと開口部８２６の
サイズが異なり、バックライト入射光口８４２からの距離も異なる。従って、図１６と比
較して図１４（Ｂ）のほうが透過光量を大きくすることができ、好ましい断面形状と言え
る。

開口部８２６と重畳して構造体８２０が形成されている。図１４（Ｂ）は、図１３におけ
るＴ１−Ｔ２部の断面図であり、画素電極と構造体８２０の構成を示している。図１４（
Ｃ）は、部位８８０の拡大図であり、図１４（Ｄ）は、部位８８１の拡大図である。

反射光８３２は、反射電極８２５で反射された外光を示している。有機樹脂膜８２２は、
上面に凹凸形状の湾曲面を有している。反射電極８２５に当該凹凸形状の湾曲面を反映さ
せることで、反射領域の面積を増やし、また、表示映像以外の写り込みが軽減されるため
、表示映像の視認性を高めることができる。断面形状において湾曲面を有する反射電極８
２５の最も屈曲している点から、相対向する２つの傾斜面がなす角度θＲは、９０°以上
、好ましくは１００°以上１２０°以下とするとよい（図１４（Ｄ）参照）。

構造体８２０は、開口部８２６側にバックライト射出光口８４１を有し、バックライト（
図示せず）側にバックライト入射光口８４２を有している。また、構造体８２０の上部は
、反射電極８２５の表面よりも上方に位置し、反射電極の上端部よりも突出した形状、即
ち、構造体８２０の上端部と反射電極の上端部との距離Ｈが０．１μｍ以上３μｍ以下、
好ましくは０．３μｍ以上２μｍ以下である。また、バックライト射出光口８４１の面積
よりも、バックライト入射光口８４２の面積が大きく形成されている。構造体８２０の側
面（バックライト射出光口８４１とバックライト入射光口８４２以外の面）には、反射層
８２１が形成されている。構造体８２０は、酸化シリコン（ＳｉＯｘ）、窒化シリコン（
ＳｉＮｘ）、酸化窒化シリコン（ＳｉＮＯ）などの、透光性を有する材料を用いることが
できる。反射層８２１は、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの、光の反射率が高い
材料を用いることができる。

バックライトから発せられた透過光８３１は、バックライト入射光口８４２を通って構造
体８２０に入射する。入射した透過光８３１の一部はそのままバックライト射出光口８４
１から射出されるが、一部は反射層８２１によりバックライト射出光口８４１に向かって
反射され、一部はさらに反射して、バックライト入射光口８４２へ戻ってしまう。

この時、構造体８２０のバックライト射出光口８４１とバックライト入射光口８４２を通
る構造体８２０の断面形状を見ると、左右に相対向する側面は傾斜面となっている。それ
ぞれの側面のなす角度θＴを、９０°未満、好ましくは１０°以上６０°以下とすること
で、バックライト入射光口８４２から入射した透過光８３１を効率よくバックライト射出
光口８４１へ導くことができる（図１４（Ｃ）参照）。

従来の半透過型液晶表示装置では、画素電極のうち、反射電極として機能する電極面積を
ＳＲ、透過電極として機能する電極面積（開口部８２６の面積）をＳＴとした場合、両電
極の合計面積が１００％（ＳＲ＋ＳＴ＝１００％）となる。本実施の形態で示した画素構
成を有する半透過型液晶表示装置は、透過電極として機能する電極面積ＳＴが、バックラ
イト入射光口８４２の面積に相当するため、開口部８２６の面積を大きくすることなく、
または、バックライトの輝度を上げることなく、透過光量を向上させることができる。つ
まり、見かけ上の両電極の合計面積を１００％以上（ＳＲ＋ＳＴが１００％以上）とする
ことができる。

本実施の形態を用いることで、消費電力を増やさずにより明るく表示品位の良い半透過型
液晶表示装置を得ることができる。

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８）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の
例について説明する。

図１５（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３
１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができ
る。図１５（Ａ）に示した電子書籍は、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、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示
した情報を操作又は編集する機能、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、等を有することができる。なお。図１５（Ａ）では充放電制御回路９６３４
の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略
記）を有する構成について示している。

図１５（Ａ）に示す構成とすることにより、表示部９６３１として半透過型の液晶表示装
置を用いる場合、比較的明るい状況下での使用も予想され、太陽電池９６３３による発電
、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電
池９６３３は、筐体９６３０の表面及び裏面に設けて効率的なバッテリー９６３５の充電
を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチ
ウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。

また図１５（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１５（Ｂ）
にブロック図を示し説明する。図１５（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３
５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６
３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３
７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。

まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。
太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバ
ータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９
６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で
表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１
での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５
の充電を行う構成とすればよい。

次いで外光により太陽電池９６３３により発電がされない場合の動作の例について説明す
る。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでコンバ
ータ９６３７により昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作にバッテ
リー９６３５からの電力が用いられることとなる。

なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッ
テリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また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。

１００ 液晶表示装置
１０１ 画素部
１０２ Ａ／Ｄ変換回路
１０３ 信号線
１０４ 画像信号供給源
１０５ 走査線
１０６ 走査線駆動回路
１０７ 信号線駆動回路
１０８ 画素
１０９ 画素トランジスタ
１１０ 画像処理回路
１１１ 記憶回路
１１２ 比較回路
１１３ 表示制御回路
１１４ フィールドシーケンシャル信号生成回路
１１５ 選択回路
１１６ 液晶素子
１１７ 容量素子
１２０ 表示パネル
１２１ 駆動回路
１２２ 画素部
１２３ 画素
１２５ａ 偏光板
１２５ｂ 偏光板
１２６ ＦＰＣ
１３０ バックライト部
１３１ バックライト制御回路
１３２ バックライト
１３３ 発光素子
１３４ 拡散板
１３５ 光
１３９ 外光
１９０ 液晶表示モジュール
３０１ 動画表示期間
３０２ 静止画表示期間
３０３ 静止画書き込み期間
３０４ 静止画保持期間
３１１ 発光素子
４００ 基板
４０１ ゲート電極層
４０２ ゲート絶縁層
４０３ 酸化物半導体層
４０４ 半導体層
４０５ａ ソース電極層又はドレイン電極層
４０５ｂ ソース電極層又はドレイン電極層
４０６ａ ソース電極層
４０６ｂ ドレイン電極層
４０７ 絶縁膜
４０８ 容量配線層
４０９ 絶縁膜
４１０ トランジスタ
４１１ 絶縁層
４１２ 保護絶縁層
４１３ 層間膜
４２０ トランジスタ
４２７ 絶縁層
４３０ トランジスタ
４３６ａ 配線層
４３６ｂ 配線層
４３７ 絶縁層
４４０ トランジスタ
４４１ 基板
４４２ 基板
４４４ 液晶層
４４６ 反射電極層
４４７ 透明電極層
４４８ 共通電極層
４４９ 導電層
４５０ トランジスタ
４６０ａ 配向膜
４６０ｂ 配向膜
４８０ 絶縁層
４８２ 絶縁層
４９８ 反射領域
４９９ 透過領域
５０５ 基板
５０６ 保護絶縁層
５０７ ゲート絶縁層
５１０ トランジスタ
５１１ ゲート電極層
５１５ａ ソース電極層
５１５ｂ ドレイン電極層
５１６ 絶縁層
５３０ 酸化物半導体膜
５３１ 酸化物半導体層
６０１ 基板
６０２ ゲート配線層
６０３ ゲート絶縁層
６０４ 酸化物半導体層
６０５ ドレイン配線層
６０６ ソース配線層
６０７ａ 層間絶縁層
６０７ｂ 層間絶縁層
６０７ｃ 層間絶縁層
６０８ 透明電極層
６０９ 反射電極層
６１０ トランジスタ
８００ 基板
８２０ 構造体
８２１ 反射層
８２２ 有機樹脂膜
８２３ 透明電極
８２５ 反射電極
８２６ 開口部
８２７ 絶縁膜
８２８ 絶縁膜
８３１ 透過光
８３２ 反射光
８４１ バックライト射出光口
８４２ バックライト入射光口
８５１ トランジスタ
８５２ 配線
８５３ 容量配線
８５４ 配線
８５５ コンタクトホール
８５６ ソース電極
８５７ ドレイン電極
８５８ ゲート電極
８７１ 保持容量
８８０ 部位
８８１ 部位
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 太陽電池
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ コンバータ
９６３７ コンバータ

Claims (2)

1. 表示パネルと、バックライトと、画像処理回路と、を有し、
   前記表示パネルは画素部を有し、
   前記画素部は、画素電極と、トランジスタと、容量と、を有し、
   前記トランジスタは、ゲート電極層と、前記ゲート電極層上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上の酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層上のソース電極層及びドレイン電極層と、を有し、
   前記ソース電極層及び前記ドレイン電極層の一方は、前記画素電極及び前記容量の一方の電極のみと直接接続され、
   前記画素電極は、透過領域と、反射領域と、を有し、
   前記画素電極は、透明電極と、前記透明電極上に重なる領域を有する反射電極と、を有し、
   前記反射電極は、複数の開口部を有し、
   前記開口部において、前記透明電極は、前記反射電極の上面よりも突出した領域を有し、
   前記バックライトは、互いに発光色の異なる第１の発光素子と、第２の発光素子と、第３の発光素子と、を有し、
   前記表示パネルに静止画を表示させるときは、前記バックライトを消灯させ、
   前記表示パネルに動画を表示させるときは、前記バックライトを点灯させ、
   前記静止画を表示させるときのフレーム周波数は、前記動画を表示させるときのフレーム周波数よりも小さいことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１において、
   前記静止画を表示させるときのフレーム周波数は、０．０１７Ｈｚ以下であることを特徴とする電子機器。

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