JP6503157B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。特に、本発明は、タッチパネルの機能を有する液晶表示装置に関する。

タッチパネルは、指またはスタイラスなどが指し示した位置を検出し、その位置情報を含む信号を生成することができる位置入力装置としての機能を有する。タッチパネルの中でも、静電容量方式は、赤外線方式などの光学式と違って外光に左右されずに位置情報の取得が可能である。さらに、静電容量方式は、抵抗膜方式に比べて位置情報の取得を高速で行うことができ、電極を物理的に摩耗させることもない。よって、近年では、静電容量方式のタッチパネルの市場における普及率が高まっている。

また、タッチパネルを有する液晶表示装置には、タッチパネルの機能の一部を液晶パネルの内部に組み込むインセルタイプと、偏光板と液晶パネルの間にタッチパネルを設けるオンセルタイプとがある。インセルタイプはオンセルタイプよりも、タッチパネルを有する液晶表示装置の薄型化、軽量化に有利である。

下記の特許文献１には、静電容量方式のタッチパネルを有するインセルタイプの液晶表示装置について記載されている。

特開２００９−２４４９５８号公報

ところで、液晶に横電界が掛かるＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードなどの液晶パネルは、液晶に縦電界が掛かるＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードなどの液晶パネルに比べて、押圧によりセルギャップが多少変化しても、液晶の配向が乱れにくい。よって、液晶に横電界が掛かる横電界モードの液晶パネルを、タッチパネルを有する液晶表示装置に用いることで、押圧が画像の表示に影響を及ぼすのを防ぐことができる。

しかし、横電界モードの液晶パネルでは、トランジスタが形成された素子基板に対向する対向基板に電極が存在しない。そのため、対向基板に蓄積される電荷の分布を制御することが難しく、静電気の影響などにより、対向基板の一部に多くの電荷が蓄積される場合がある。その場合、蓄積された電荷によって、液晶に余計な電界が局所的に加わってしまい、輝度にむらが生じやすい。

また、静電容量方式のタッチパネルでは、タッチパネルに含まれる電極どうし、または、これらの電極と指などの導電体との間に形成される、微小な容量の変化を検出することで、位置情報の取得を行う。そのため、液晶パネルの動作に必要な信号の電位の変化が、タッチパネルにおける位置情報の取得時にノイズとして悪影響を及ぼす恐れがある。特に、インセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置では、タッチパネルの配線または電極と、トランジスタが形成された素子基板との距離が、オンセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置に比べて短いため、タッチパネルの配線または電極と、液晶パネルに含まれる配線または電極との間に形成される寄生容量が大きくなりやすい。従って、インセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置の方が、オンセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置よりも、液晶パネルの動作に必要な信号の電位の変化がタッチパネルにおける位置情報の取得時にノイズとして悪影響を及ぼす恐れが大きい。

また、インセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置では、オンセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置に比べて、位置情報を取得するための電極と、指などの導電体との距離が長い。そのため、インセルタイプのタッチパネルを有する液晶表示装置では、位置情報の取得の感度が低く、信号対雑音比（ＳＮ比）が小さくなりやすかった。

上述したような技術的背景のもと、本発明の一態様は、輝度のむらが生じるのを防ぐことができる、タッチパネルを有する液晶表示装置の提供を課題の一つとする。或いは、本発明の一態様は、ノイズの影響を防ぎ、位置情報の取得を行うことができる液晶表示装置の提供を課題の一つとする。

本発明の一態様に掛かる液晶表示装置は、絶縁膜を間に挟んで部分的に重なる画素電極及び共通電極を第１基板に有する。また、絶縁膜を間に挟んで部分的に重なる一対の電極と、一対の電極を覆う樹脂膜と、樹脂膜上の導電膜とを第２基板に有する。そして、第１基板と第２基板とは、上記画素電極及び共通電極と、上記導電膜とが対向しており、なおかつ、第１基板と第２基板の間には液晶層が設けられている。

第２基板に位置する一対の電極及び導電膜は、可視光に対して透光性を有する導電材料が用いられている。第２基板を透過した可視光は、一対の電極及び導電膜を通って、液晶層に入射する。

また、第２基板に位置する導電膜には、所定の電位が与えられている。例えば、第２基板に位置する導電膜は、第１基板に位置する共通電極に電気的に接続されていても良く、この場合、導電膜には共通電極と同じ電位が与えられることとなる。

本発明の一態様では、一対の電極が第２基板に位置することで、第２基板に蓄積した電荷を、一対の電極のいずれか一方を介して放電させることができる。よって、第２基板の一部に電荷が蓄積するのを防ぎ、それにより、液晶層に局所的な電圧が加わるのを防ぎ、輝度にむらが生じるのを防ぐことができる。

また、本発明の一態様では、第１基板に位置する画素電極及び共通電極と第２基板に位置する一対の電極との間に導電膜が存在することにより、画素電極または共通電極と上記導電膜の間に新たな寄生容量が形成され、なおかつ、一対の電極と上記導電膜の間に新たな寄生容量が形成される。そして、上記新たな寄生容量が形成された状態で、上記導電膜に所定の電位が与えられることで、画素電極に与えられる電位が変化しても、一対の電極の電位が変化するのを防ぐことができ、位置情報の取得により一対の電極の電位が変化しても、画素電極または共通電極の電位が変化するのを防ぐことができる。よって、本発明の一態様では、インセルタイプの液晶表示装置であっても、液晶パネルの動作に必要な信号の電位の変化が、タッチパネルにおける位置情報の取得時にノイズとして悪影響を及ぼすのを防ぐことができる。

本発明の一態様により、輝度のむらが生じるのを防ぐことができる、タッチパネルを有する液晶表示装置を提供することができる。或いは、本発明の一態様により、ノイズの影響を防ぎ、位置情報の取得を行うことができる液晶表示装置を提供することができる。

液晶表示装置の構成を示す図。 液晶表示装置の構成を示す図。 電極の形状を示す図。 電極の断面構造を示す図。 画素部及び画素の構成を示す図。 液晶表示装置の構成を示す図。 画素の上面図。 パネルの断面図。 素子基板の作製方法を示す図。 素子基板の作製方法を示す図。 対向基板の作製方法を示す図。 液晶表示装置の上面図。 液晶表示装置の断面図。 電子機器の図。

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、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、本明細書において液晶表示装置とは、液晶素子が各画素に形成されたパネルと、駆動回路またはコントローラを含むＩＣ等を当該パネルに実装した状態にあるモジュールとを、その範疇に含む。

〈液晶表示装置の画素の積層構造例〉
図１に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の、画素の積層構造の一例を示す。

本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第１基板１０に位置する、トランジスタなどの半導体素子、配線などが含まれる素子層１１と、素子層１１上の電極１２と、電極１２上の絶縁膜１３と、絶縁膜１３上において電極１２と部分的に重なる電極１４とを有する。電極１２及び電極１４は、一方が、画像信号に従って電位が制御される画素電極に相当し、他方が、画像信号に関わらず所定の電位が与えられる共通電極に相当する。

さらに、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、第２基板２０に位置する、互いに部分的に重なり合う第１電極２１及び第２電極２３と、第１電極２１と第２電極２３の間に位置する絶縁膜２２と、第１電極２１及び第２電極２３を覆う樹脂膜２４と、樹脂膜２４上の導電膜２５とを有する。

また、第１基板１０と第２基板２０とは、電極１２及び電極１４と、導電膜２５とが対向しており、なおかつ、第１基板１０と第２基板２０の間において、電極１２及び電極１４と、導電膜２５の間には、液晶材料を含む液晶層２８が設けられている。電極１２及び電極１４と、上記電極１２及び電極１４から電界が加えられる液晶層２８とにより、液晶素子が構成される。液晶層２８に電界が加えられることで、液晶層２８に含まれる液晶材料の配向が制御され、液晶層２８の透過率が変化する。

樹脂膜２４は、第１電極２１及び第２電極２３の形状により導電膜２５の平坦性が損なわれるのを防ぐ機能を有する。すなわち、第１電極２１及び第２電極２３が凹凸を有していても、第１電極２１及び第２電極２３と導電膜２５の間に樹脂膜２４を設けることで、第１電極２１及び第２電極２３の表面よりも導電膜２５の表面の平坦性を高くすることができる。そして、図１では図示することを省略しているが、絶縁膜１３及び電極１４上と、導電膜２５上には、それぞれ配向膜が設けられている。よって、樹脂膜２４を設けることで、導電膜２５の表面の平坦性を高め、延いては導電膜２５上の配向膜の平坦性をも高めることができる。

また、指などの導電体２７が第２基板２０に接近または接触することで、第１電極２１及び第２電極２３に付加した容量の静電容量は変化する。上記静電容量の変化を読み取ることで、導電体２７の位置情報を取得することができる。例えば、位置情報の取得は、第１電極２１と第２電極２３の間に形成される容量２６が有する、静電容量の変化を読み取ることで行うことができる。或いは、位置情報の取得は、第１電極２１と第２電極２３のそれぞれと、導電体２７との間に形成される容量が有する、静電容量の変化を読み取ることで、行うことができる。

また、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、第２基板２０が可視光に対して透光性を有し、なおかつ、第２基板２０に位置する第１電極２１及び第２電極２３と、導電膜２５とには、可視光に対して透光性を有する導電材料が用いられているものとする。第２基板２０として、例えば、ガラス基板、樹脂を有するプラスチック等の基板などを用いることができる。また、透光性を有する導電材料として、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などを用いることができる。

第２基板２０を透過した可視光は、第１電極２１及び第２電極２３と、導電膜２５とを通って、液晶層２８に入射する。

本発明の一態様では、上述したように、位置情報の取得を行うのに用いる第１電極２１及び第２電極２３が第２基板２０に位置している。上記構成により、第２基板２０に蓄積した電荷を、第１電極２１及び第２電極２３のいずれか一方を介して放電させることができる。よって、第２基板２０の一部に電荷が蓄積するのを防ぎ、それにより、液晶層２８に局所的な電圧が加わるのを防ぎ、輝度にむらが生じるのを防ぐことができる。

また、本発明の一態様では、第１基板１０と第２基板２０の間に、位置情報の取得を行うための第１電極２１及び第２電極２３が位置する、インセルタイプの液晶表示装置である。ただし、インセルタイプの液晶表示装置であっても、第１基板１０に位置する電極１２及び電極１４と、第２基板２０に位置する第１電極２１及び第２電極２３との間に導電膜２５が存在することにより、電極１２または電極１４と導電膜２５の間に新たな寄生容量が形成され、なおかつ、第１電極２１または第２電極２３と導電膜２５の間に新たな寄生容量が形成される。そして、上記新たな寄生容量が形成された状態で、導電膜２５に所定の電位が与えられることで、電極１２または電極１４に与えられる電位が変化しても、第１電極２１及び第２電極２３の電位が変化するのを防ぐことができる。なおかつ、位置情報の取得により第１電極２１または第２電極２３の電位が変化しても、電極１２または電極１４の電位が変化するのを防ぐことができる。したがって、位置情報を取得する際に、電極１２または電極１４に与えられる電位の変化が、ノイズとして位置情報に含まれてしまうのを防ぐことができ、当該ノイズの影響を受けずに位置情報の取得を行うことができる。

また、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、電極１２または電極１４に、位置情報の取得を行う機能を持たせた液晶表示装置とは異なり、画像の表示と、位置情報の取得とを、互いに独立させて行うことができる。また、本発明の一態様では、導電膜２５の存在により、画像の表示と位置情報の取得とを並行して行ったとしても、位置情報の取得による第１電極２１及び第２電極２３の電位の変化が、画像の表示に影響を及ぼすのを防ぐことができ、なおかつ、画像の表示による電極１２または電極１４の電位の変化が、位置情報の取得に影響を及ぼすのを防ぐことができる。よって、画像の表示が行われない帰線期間などの短い期間内に高速で位置情報の取得を行う必要がなく、位置情報の取得を行うための制御を行う駆動回路の負担を小さく抑えることができる。

また、位置情報の取得を行うための一対の電極を、第２基板２０が有する第１の面と第２の面とに分けて形成する液晶表示装置の場合、電極の形成時において、第２基板２０の両面に物理的に接触することなく第２基板２０を支持することが難しいため、電極を形成するための装置、或いは作製工程が複雑になる。本発明の一態様に係る液晶表示装置では、第１電極２１及び第２電極２３と、導電膜２５とを、第２基板２０が有する一方の面にまとめて形成することができるので、第１電極２１及び第２電極２３を形成するための装置、或いは作製工程を簡素化することができる。

〈液晶表示装置の画素の積層構造例２〉
次いで、図１に示した液晶表示装置の、画素のより詳細な積層構造の一例を図２に示す。

図２に示す液晶表示装置では、図１に示した液晶表示装置と同様に、第１基板１０に位置する、素子層１１と、素子層１１上の電極１２と、電極１２上の絶縁膜１３と、絶縁膜１３上において電極１２と部分的に重なる電極１４とを有する。そして、図２では、素子層１１にトランジスタ１５が含まれており、トランジスタ１５のソース及びドレインの一方が、電極１４に電気的に接続されている。すなわち、図２では、電極１４が画素電極、電極１２が共通電極である場合を例示している。

画素電極である電極１４は、画素１６ごとに電気的に分離しており、共通電極である電極１２は、複数の画素１６間で電気的に接続されている。

なお、本明細書において接続とは電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して電気的に接続している状態も、その範疇に含む。

また、トランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に電気的に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に電気的に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。

また、トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタのチャネル型及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。

また、図２に示す液晶表示装置では、図１に示した液晶表示装置と同様に、第２基板２０に位置する、第１電極２１と、第１電極２１上の絶縁膜２２と、絶縁膜２２を間に挟んで、第１電極２１と部分的に重なる第２電極２３と、第１電極２１及び第２電極２３を覆う樹脂膜２４と、樹脂膜２４上の導電膜２５とを有する。

図３（Ａ）に、第１電極２１と第２電極２３のそれぞれの形状を平面図にて示す。また、図３（Ｂ）に、重なり合った第１電極２１及び第２電極２３を拡大した平面図を示す。

図３（Ａ）に示すように、液晶表示装置には、複数の第１電極２１と、複数の第２電極２３とが交差するように設けられている。図３（Ａ）では、複数の第１電極２１と、複数の第２電極２３とは、矩形状の導電膜が複数接続された形状を有している。そして、複数の第１電極２１と、第２複数の電極２３とは、図３（Ｂ）に示すように、導電膜の矩形状を有する部分の位置が互いにずれるように、配置されている。そして、第１電極２１と第２電極２３の交差する部分には、第１電極２１と第２電極２３が接触しないように、間に図１及び図２で示した絶縁膜２２が設けられている。第１電極２１と第２電極２３の交差する部分には、容量が形成される。

図４に、第１電極２１と第２電極２３とが交差する部分における、第２基板２０の断面図を一例として示す。図４では、第１電極２１が、電気的に接続された導電膜２１ａ乃至導電膜２１ｄを有する場合を例示している。導電膜２１ａ、導電膜２１ｂ、導電膜２１ｄ、及び第２電極２３は、同一の絶縁表面上（図４では第２基板２０上である場合を例示）に形成されている。そして、導電膜２１ａ、導電膜２１ｂ、導電膜２１ｄ、及び第２電極２３上には、絶縁膜２２が設けられている。導電膜２１ｃは、第２電極２３を跨ぐように絶縁膜２２上に設けられており、なおかつ、導電膜２１ｃは、絶縁膜２２に設けられた開口部において、導電膜２１ｂ及び導電膜２１ｄに接続されている。上記構成により、第２電極２３に接触することなく、導電膜２１ａ乃至導電膜２１ｄを含む第１電極２１と、第２電極２３とを交差させることができる。

第１電極２１と第２電極２３は、可視光に対して透光性を有する、上述した様な導電材料を用いて形成することができる。ただし、導電膜２１ａが引き回しのための配線である場合、導電膜２１ａは必ずしも可視光に対して透光性を有する導電材料で形成する必要はない。

〈画素部の回路構成例〉
次いで、液晶表示装置の画素部の回路構成例について説明する。

図５に示す画素部３０には、複数の画素３１と、画素３１を行毎に選択するための、配線ＧＬ１乃至配線ＧＬｙ（ｙは自然数）で示される配線ＧＬと、選択された画素３１に画像信号を供給するための、配線ＳＬ１乃至配線ＳＬｘ（ｘは自然数）で示される配線ＳＬとが、設けられている。配線ＧＬへの信号の入力は、駆動回路３２により制御されている。配線ＳＬへの画像信号の入力は、駆動回路３３により制御されている。複数の画素３１は、配線ＧＬの少なくとも一つと、配線ＳＬの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。

なお、画素部３０に設けられる配線の種類及びその数は、画素３１の構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図５に示す画素部３０の場合、ｘ列×ｙ行の画素３１がマトリクス状に配置されており、配線ＳＬ１乃至配線ＳＬｘ、配線ＧＬ１乃至配線ＧＬｙが、画素部３０内に配置されている場合を例示している。

図５（Ｂ）に、画素の構成例を示す。図５（Ｂ）に示す画素３１は、液晶素子３４と、当該液晶素子３４への画像信号の供給を制御するトランジスタ３５とを有する。

液晶素子３４は、画素電極と、共通電極と、画素電極と共通電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層とを有している。そして、図５（Ｂ）では、液晶素子３４がＦＦＳモードである場合を例示しており、画素電極と共通電極とが絶縁膜を挟んで重なる領域を有している。当該領域は、画素電極と共通電極の間に印加される電圧Ｖ_ＬＣを保持するための容量としての機能を有する。図５（Ｂ）では、上記容量を容量素子３６として、図示する。

トランジスタ３５は、配線ＳＬに入力される画像信号の電位を、液晶素子３４の画素電極に与えるか否かを制御する。液晶素子３４の共通電極には、所定の基準電位Ｖ_ＣＯＭが与えられている。

以下、液晶素子３４と、トランジスタ３５の、具体的な接続関係について説明する。

図５（Ｂ）に示す画素３１では、トランジスタ３５のゲートが配線ＧＬに電気的に接続されている。トランジスタ３５のソース及びドレインの一方は、配線ＳＬに接続され、トランジスタ３５のソース及びドレインの他方は、液晶素子３４の画素電極に接続されている。

なお、画素３１は、必要に応じて、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を、さらに有していても良い。

図５（Ｂ）では、画素３１において、画像信号の画素３１への入力を制御するスイッチとして、一のトランジスタ３５を用いる場合を例示している。しかし、画素３１において、複数のトランジスタを一のスイッチとして機能させても良い。複数のトランジスタが一のスイッチとして機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていても良いし、直列に接続されていても良いし、直列と並列が組み合わされて接続されていても良い。

なお、本明細書において、トランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみが、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されている状態とは、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方が第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方が第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に接続されている状態を意味する。

トランジスタ３５のオフ電流が極めて小さい場合、液晶素子３４に与えられる電圧が保持される期間を長く確保することができる。そのため、静止画のように、連続する幾つかのフレーム期間に渡って、画素３１に同じ画像情報を有する画像信号が書き込まれる場合などは、駆動周波数を低くする、言い換えると一定期間内における画素３１への画像信号の書き込み回数を少なくしても、階調の表示を維持することができる。例えば、高純度化された酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタ３５を用いることで、画像信号の書き込みの間隔を１０秒以上、好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは１分以上にすることができる。そして、画像信号が書き込まれる間隔を長くすればするほど、消費電力をより低減することができる。

液晶素子３４では、画素電極と共通電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子３４は、配線ＳＬに与えられる画像信号の電位によって、その透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

なお、液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的に十数ｍｓｅｃ程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されやすい。そこで、本発明の一態様では、液晶素子３４に印加する電圧を一時的に大きくして液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしても良い。オーバードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画質を改善することができる。

また、トランジスタ３５が非導通状態になった後においても、液晶素子３４の透過率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子３４の保持する電圧が変化しやすい。特に、本発明の一態様のように、液晶素子３４に接続される容量素子３６の容量値が小さい場合、上述した液晶素子３４の保持する電圧の変化は顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短くすることができるので、トランジスタ３５が非導通状態になった後における液晶素子３４の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子３４に並列で接続される容量素子３６の容量値が小さい場合でも、トランジスタ３５が非導通状態になった後に、液晶素子３４の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。

〈液晶表示装置の構成例〉
次いで、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成例について説明する。

図６に、本発明の一態様に係る液晶表示装置の構成を、一例としてブロック図で示す。図６に示す液晶表示装置４０は、画素３１を画素部３０に複数有するパネル３８と、コントローラ４１とを有する。さらに、図６に示す液晶表示装置４０は、ＣＰＵ４３と、画像処理回路４４と、画像メモリ４５とを有する。また、図６に示す液晶表示装置４０は、パネル３８に、駆動回路３２と、駆動回路３３とを有する。

コントローラ４１は、駆動回路３２や駆動回路３３などの動作を制御する各種の駆動信号を、パネル３８に供給する機能を有する。駆動信号には、駆動回路３３の動作を制御する駆動回路３３用のスタートパルス信号、駆動回路３３用のクロック信号、駆動回路３２の動作を制御する駆動回路３２用のスタートパルス信号、駆動回路３２用のクロック信号などが含まれる。

画素部３０は、各画素３１において階調を表示することで画像を表示する機能を有するほか、位置情報を取得する入力装置としての機能をも有する。また、ＣＰＵ４３は、画素部３０において取得された位置情報に従って、入力された命令をデコードし、液晶表示装置４０が有する各種回路の動作を統括的に制御することで、当該命令を実行する機能を有する。

よって、画素部３０において取得された位置情報に従って、パネル３８を動作状態から停止状態に移行させるための命令、或いは、画素部３０を停止状態から動作状態に移行させるための命令を、ＣＰＵ４３が実行することができる。

例えば、画素部３０において取得された位置情報に従って、画素部３０を動作状態から停止状態に移行させる命令が送られてきた場合、ＣＰＵ４３は、画素部３０への電源電圧の供給を停止させ、なおかつ、パネル３８への駆動信号の供給を停止させるように、コントローラ４１に命令を出すことができる。

或いは、画素部３０において取得された位置情報に従って、画素部３０を停止状態から動作状態に移行させる命令が送られてきた場合、ＣＰＵ４３は、画素部３０への電源電圧の供給を再開させるように、なおかつ、パネル３８への駆動信号の供給を再開させるように、コントローラ４１に命令を出すことができる。

画像メモリ４５は、液晶表示装置４０に入力された画像情報を有する画像データ４６を、記憶する機能を有する。なお、図６では、画像メモリ４５を１つだけ液晶表示装置４０に設ける場合を例示しているが、複数の画像メモリ４５が液晶表示装置４０に設けられていても良い。例えば、赤、青、緑などの色相にそれぞれ対応する３つの画像データ４６により、画素部３０にフルカラーの画像が表示される場合、各色相の画像データ４６に対応した画像メモリ４５を、それぞれ設けるようにしても良い。

画像メモリ４５には、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶回路を用いることができる。或いは、画像メモリ４５に、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ ＲＡＭ）を用いても良い。

画像処理回路４４は、コントローラ４１からの命令に従い、画像データ４６の画像メモリ４５への書き込みと、画像データ４６の画像メモリ４５からの読み出しを行い、画像データ４６から画像信号を生成する機能を有する。

〈画素のレイアウト〉
次いで、図５（Ｂ）に示す画素３１の、レイアウトの一例を図７に示す。なお、図７では、画素３１のレイアウトを明確にするために、ゲート絶縁膜などの各種の絶縁膜や酸化物膜を省略している。また、図７に示す素子基板を用いて形成された液晶表示装置の断面図を、図８に示す。図８に示す液晶表示装置のうち、第１基板１０を含む素子基板は、図７の破線Ａ１−Ａ２における断面図に相当する。

図７及び図８に示す画素３１は、絶縁表面を有する第１基板１０上に、トランジスタ３５のゲートとしての機能と、配線ＧＬとしての機能を有する導電膜５１が、設けられている。

また、導電膜５１を覆うように、第１基板１０上には絶縁膜５３が設けられている。そして、絶縁膜５３を間に挟んで導電膜５１と重なる位置に、トランジスタ３５の半導体膜５４が設けられている。半導体膜５４上には、導電膜５５及び導電膜５６が設けられている。導電膜５５は、配線ＳＬとしての機能と、トランジスタ３５のソースまたはドレインとしての機能とを有する。導電膜５６は、トランジスタ３５のソースまたはドレインとしての機能を有する。

半導体膜５４、導電膜５５、及び導電膜５６上には、酸化物膜５７、絶縁膜５８、及び絶縁膜５９が順に積層されている。そして、絶縁膜５９上には、有機樹脂膜６０が設けられている。酸化物膜５７、絶縁膜５８、及び絶縁膜５９と、有機樹脂膜６０とには開口部６２が設けられている。

有機樹脂膜６０上の開口部６２以外の領域には、共通電極としての機能を有する導電膜６１が設けられている。そして、導電膜６１上には、絶縁膜６３が設けられており、絶縁膜６３上において導電膜６１と部分的に重なる位置には画素電極としての機能を有する導電膜６４が設けられている。絶縁膜６３には、開口部６２と重なる位置に開口部を有しており、絶縁膜６３の当該開口部において、導電膜６４が導電膜５６に接続されている。また、導電膜６４上には配向膜６５が設けられている。

また、第１基板１０と対向するように、第２基板２０が設けられている。第２基板２０上には、部分的に重なり合う第１電極２１及び第２電極２３と、第１電極２１と第２電極２３の間に位置する絶縁膜２２とが設けられている。第１電極２１及び第２電極２３上には、絶縁膜６６が設けられている。

絶縁膜６６上には、可視光を遮る機能を有する遮蔽膜６７と、特定の波長範囲の可視光を透過する着色層６８とが、設けられている。遮蔽膜６７及び着色層６８上には、樹脂膜２４が設けられており、樹脂膜２４上には導電膜２５が設けられている。また、導電膜２５上には配向膜６９が設けられている。

そして、第１基板１０と第２基板２０の間には、配向膜６５と配向膜６９に挟まれるように、液晶材料を含む液晶層２８が設けられている。液晶素子３４は、導電膜６１、導電膜６４、及び液晶層２８を有する。

なお、半導体膜５４に酸化物半導体が用いられている場合、導電膜５５及び導電膜５６に用いられる導電性材料によっては、導電膜５５及び導電膜５６中の金属が、酸化物半導体から酸素を引き抜くことがある。この場合、半導体膜５４のうち、導電膜５５及び導電膜５６に接する領域が、酸素欠損の形成によりｎ型化されうる。

ｎ型化された領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能するため、半導体膜５４と導電膜５５及び導電膜５６との間におけるコンタクト抵抗を下げることができる。よって、ｎ型化された領域が形成されることで、トランジスタ３５の移動度及びオン電流を高めることができ、それにより、トランジスタ３５を用いた半導体装置の高速動作を実現することができる。

なお、導電膜５５及び導電膜５６中の金属による酸素の引き抜きは、導電膜５５及び導電膜５６をスパッタリング法などにより形成する際に起こりうるし、導電膜５５及び導電膜５６を形成した後に行われる加熱処理によっても起こりうる。

また、ｎ型化される領域は、酸素と結合し易い導電性材料を導電膜５５及び導電膜５６に用いることで、より形成されやすくなる。上記導電性材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。

〈作製方法〉
次いで、図７に示した素子基板の作製方法について、一例を挙げて説明する。なお、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ３５を例に挙げて素子基板の作製方法について説明するが、トランジスタ３５は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体膜を活性層に用いることもできる。

図９（Ａ）に示すように、第１基板１０上に導電膜を形成した後、上記導電膜をエッチング等により形状を加工（パターニング）することで、導電膜５１を形成する。

第１基板１０としては、後の作製工程において耐えうる程度の耐熱性を有する基板が望ましく、例えば、ガラス基板、石英基板、セラミック基板、サファイア基板等が用いられる。

導電膜５１としては、アルミニウム、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電性材料でなる膜を１層または２層以上積層させて用いるとよい。例えば、導電膜５１として、窒化タングステン膜上に銅膜を積層した導電膜や、単層のタングステン膜を用いることができる。

次いで、導電膜５１を覆うように、絶縁膜５３を形成した後、絶縁膜５３上において導電膜５１と重なる位置に、半導体膜５４を形成する（図９（Ｂ）参照）。

絶縁膜５３としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、窒化珪素、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム及び酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層させて用いればよい。

例えば、２層構造の絶縁膜５３とする場合、１層目を窒化珪素膜とし、２層目を酸化珪素膜とした多層膜とすればよい。２層目の酸化珪素膜は酸化窒化珪素膜にすることができる。また、１層目の窒化珪素膜を窒化酸化珪素膜とすることができる。

酸化珪素膜は、欠陥密度の小さい酸化珪素膜を用いると好ましい。具体的には、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にてｇ値が２．００１の信号に由来するスピンのスピン密度が３×１０^１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下、好ましくは５×１０^１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ^３以下である酸化珪素膜を用いる。酸化珪素膜は、過剰に酸素を有する酸化珪素膜を用いると好ましい。窒化珪素膜は水素及びアンモニアの放出量が少ない窒化珪素膜を用いる。水素、アンモニアの放出量は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて測定すればよい。

半導体膜５４として、酸化物半導体膜を用いることができる。半導体膜５４として用いる酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの閾値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないようにすることが好ましい。

なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。

このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。

次いで、半導体膜５４及び絶縁膜５３上に導電膜を形成した後、当該導電膜の形状をエッチング等により加工することにより、半導体膜５４に接する導電膜５５及び導電膜５６を形成する（図９（Ｃ）参照）。導電膜５５及び導電膜５６は、導電膜５１と同じ導電性材料を用いることができる。

次いで、第１基板１０を覆うように、酸化物膜または絶縁膜を形成する。図９（Ｄ）では、酸化物膜５７、絶縁膜５８及び絶縁膜５９を順に積層するように形成する場合を例示する。

酸化物膜５７には、金属酸化物を用いることが望ましい。酸化物膜５７を用いることで、シリコンが含まれた絶縁膜５８と、半導体膜５４とを、離隔することができる。よって、半導体膜５４に、インジウムを含む金属酸化物が用いられている場合に、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも大きいシリコンが、半導体膜５４の端部において、インジウムと酸素の結合を切断し、酸素欠損を形成するのを防ぐことができる。それにより、本発明の一態様では、トランジスタの信頼性をさらに高めることができる。

具体的に、酸化物膜５７は、スパッタリング法により、金属の原子数比が１：６：４、１：３：４、若しくは１：３：２である、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物ターゲットを用いて、形成することができる。

絶縁膜５９は、絶縁膜５８を形成した後、大気に曝すことなく連続的に形成することが好ましい。絶縁膜５８を形成した後、大気開放せず、原料ガスの流量、圧力、高周波電力及び基板温度の一以上を調整して、絶縁膜５９を連続的に形成することで、絶縁膜５８、及び絶縁膜５９における界面の不純物濃度を低減することができると共に、絶縁膜５９に含まれる酸素を半導体膜５４に移動させることが可能であり、半導体膜５４の酸素欠損量を低減することができる。

プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を３０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは４０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、絶縁膜５８として酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成する。

絶縁膜５８の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

上記条件を用いることで、絶縁膜５８として酸素を透過する酸化絶縁膜を形成することができる。また、絶縁膜５８を設けることで、後に形成する絶縁膜５９の形成工程において、酸化物膜５７へのダメージ低減が可能である。

なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体の流量を１００倍以上とすることで、絶縁膜５８における水素の含有量を低減することが可能であると共に、絶縁膜５８に含まれるダングリングボンドを低減することができる。絶縁膜５９から移動する酸素は、絶縁膜５８に含まれるダングリングボンドによって捕獲される場合があるため、絶縁膜５９に含まれる酸素を効率よく半導体膜５４へ移動させ、半導体膜５４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、半導体膜５４に混入する水素量を低減できると共に半導体膜５４に含まれる酸素欠損を低減させることが可能であるため、トランジスタの閾値電圧のマイナスシフトを抑制することができると共に、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を低減することが可能であり、トランジスタの電気的特性を向上させることができる。

本実施の形態では、絶縁膜５８として、流量２０ｓｃｃｍのシラン及び流量３０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を４０Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ５０ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると１．６×１０^−２Ｗ／ｃｍ^２である。当該条件により、酸素を透過する酸化窒化珪素膜を形成することができる。

絶縁膜５９は、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以上２３０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成する。

絶縁膜５９の成膜条件として、上記圧力の処理室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜５９中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することができる。また、酸化物膜５７上に絶縁膜５８が設けられている。このため、絶縁膜５９の形成工程において、絶縁膜５８が酸化物膜５７の保護をする機能を有する。この結果、半導体膜５４へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜５９を形成することができる。

本実施の形態では、絶縁膜５９として、流量１６０ｓｃｃｍのシラン及び流量４０００ｓｃｃｍの一酸化二窒素を原料ガスとし、処理室の圧力を２００Ｐａ、基板温度を２２０℃とし、２７．１２ＭＨｚの高周波電源を用いて１５００Ｗの高周波電力を平行平板電極に供給したプラズマＣＶＤ法により、厚さ４００ｎｍの酸化窒化珪素膜を形成する。なお、プラズマＣＶＤ装置は電極面積が６０００ｃｍ^２である平行平板型のプラズマＣＶＤ装置であり、供給した電力を単位面積あたりの電力（電力密度）に換算すると２．５×１０^−１Ｗ／ｃｍ^２である。

次いで、少なくとも絶縁膜５９を形成した後に加熱処理を行い、絶縁膜５８または絶縁膜５９に含まれる酸素を酸化物膜５７及び半導体膜５４に移動させ、酸化物膜５７及び半導体膜５４の酸素欠損を補填することが好ましい。なお、該加熱処理は、半導体膜５４の脱水素化または脱水化を行う加熱処理として行えばよい。

次いで、第１基板１０を覆うように有機樹脂膜６０を形成する。有機樹脂膜６０は、後に形成される導電膜６１及び導電膜６４の下地となる膜であり、トランジスタや導電膜等により、共通電極として機能する導電膜６１と、画素電極として機能する導電膜６４とに、凹凸が形成されるのを防ぐ機能を有する。有機樹脂膜６０には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。

そして、有機樹脂膜６０、酸化物膜５７、絶縁膜５８、絶縁膜５９に開口部６２を形成する（図１０（Ａ）参照）。開口部６２において、導電膜５６が部分的に露出される。

なお、開口部６２は、一のフォトマスクを用いて形成しても良いし、有機樹脂膜６０に開口部を形成するためのフォトマスクと、酸化物膜５７、絶縁膜５８、絶縁膜５９に開口部を形成するためのフォトマスクとを、それぞれ用いて形成することもできる。

次いで、有機樹脂膜６０上に透明導電膜を形成し、当該透明導電膜をエッチング等により所望の形状に加工して導電膜６１を形成した後、導電膜６１及び有機樹脂膜６０上に絶縁膜６３を形成する。そして、開口部６２において、導電膜５６が部分的に露出されるような開口部を絶縁膜６３に形成する（図１０（Ｂ）参照）。

絶縁膜６３は、外部から水や不純物の侵入を防ぐ機能を有する。また、絶縁膜６３は、導電膜６１と導電膜６４が重なった領域に形成される容量素子３６の誘電体としての機能を有する。絶縁膜６３は、窒化物または窒化酸化物でなる絶縁膜が好ましく、例えば、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜を形成すればよい。

次いで、絶縁膜６３上に透明導電膜を形成し、エッチング等により当該透明導電膜の形状を加工することで、導電膜６４を形成する。導電膜６４は導電膜５６に接続されている。その後、導電膜６４上に配向膜６５を形成する（図１０（Ｃ）参照）。

なお、導電膜６１及び導電膜６４を形成するのに用いられる透明導電膜としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等を含む導電膜を用いることができる。

また、配向膜６５は、ポリイミド、ポリビニルアルコールなどの有機樹脂を用いて形成することができ、その表面には、ラビングなどの、液晶分子を一定方向に配列させるための配向処理が施されている。ラビングは、配向膜６５に接するように、ナイロンなどの布を巻いたローラーを回転させて、上記配向膜６５の表面を一定方向に擦ることで、行うことができる。なお、酸化珪素などの無機材料を用い、配向処理を施すことなく、蒸着法で配向特性を有する配向膜６５を直接形成することも可能である。

以上までの作製工程により、図７に示す素子基板を形成することができる。

また、図１１（Ａ）に示すように、第２基板２０上に第１電極２１と、第１電極２１上の絶縁膜２２と、絶縁膜２２上の第２電極２３とを形成する。第２基板２０は可視光に対して透光性を有しており、ガラス基板、石英基板などを用いることができる。或いは、後に行われる作製工程に耐えうる程度の耐熱性を有するのであれば、プラスチック基板なども用いることができる。

第１電極２１及び第２電極２３は、透光性を有する導電材料を用いることができる。例えば、透光性を有する導電材料として、例えば、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛、酸化ケイ素を含むインジウム錫酸化物などを用いることができる。本実施の形態では、酸化珪素を含む酸化インジウムスズを用いて、膜厚２２０ｎｍの第１電極２１及び第２電極２３を形成する。

次いで、図１１（Ｂ）に示すように、第１電極２１及び第２電極２３上に絶縁膜６６を形成した後、絶縁膜６６上に、可視光を遮る機能を有する遮蔽膜６７と、特定の波長範囲の可視光を透過する着色層６８とを形成する。図１１（Ｂ）では、遮蔽膜６７を形成した後に着色層６８を形成する場合を例示しており、遮蔽膜６７と着色層６８とが、部分的に重なり合っている。遮蔽膜６７には、カーボンブラック、二酸化チタンよりも酸化数が小さい酸化チタンなどの黒色顔料を含む有機樹脂を用いることができる。または、遮蔽膜６７には、クロム膜を用いる事も可能である。

次いで、図１１（Ｃ）に示すように、遮蔽膜６７及び着色層６８上に、アクリルなどの有機樹脂を用いて樹脂膜２４を形成した後、樹脂膜２４上に導電膜２５及び配向膜６９を順に形成する。

樹脂膜２４は、後に形成される導電膜２５の平坦性を高めるために、１μｍ乃至３μｍ程度の膜厚を有することが望ましい。本実施の形態では、アクリルを用いて膜厚１μｍ程度の樹脂膜２４を形成する。

導電膜２５は、第１電極２１及び第２電極２３と同様に、透光性を有する導電材料を用いることができる。本実施の形態では、酸化珪素を含む酸化インジウムスズを用いて、膜厚２２０ｎｍの導電膜２５を形成する。

また、配向膜６９は、配向膜６５と同様の材料を用い、同様の作製方法で形成することができる。

上記作製工程により、対向基板を形成することができる。

素子基板と対向基板を形成した後は、図８に示すように第１基板１０と第２基板２０との間に液晶層２８を封入すれば、液晶表示装置のパネルを形成することができる。液晶層２８を形成するために行われる液晶の注入は、ディスペンサ式（滴下式）を用いても良いし、ディップ式（汲み上げ式）を用いていても良い。

〈半導体膜について〉
なお、電子供与体（ドナー）となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体（ｐｕｒｉｆｉｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）は、ｉ型（真性半導体）又はｉ型に限りなく近い。そのため、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、信頼性が高い。

具体的に、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタのオフ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が１×１０^６μｍでチャネル長が１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０^−１３Ａ以下という特性を得ることができる。この場合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、１００ｚＡ／μｍ以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が３Ｖの場合に、数十ｙＡ／μｍという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従って、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。

なお、特に断りがない限り、本明細書でオフ電流とは、遮断領域においてトランジスタのソースとドレイン間に流れる電流を意味する。

なお、半導体膜として酸化物半導体膜を用いる場合、酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）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的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ（Ｓｎ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム（Ｈｆ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム（Ａｌ）を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム（Ｚｒ）を含むことが好ましい。

酸化物半導体の中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物などは、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れるといった利点がある。また、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、ガラス基板上に、電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。

また、他のスタビライザーとして、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）のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

なお、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを含む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以外の金属元素を含んでいてもよい。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。あるいは、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：３（＝１／３：１／６：１／２）あるいはＩｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝２：１：５（＝１／４：１／８：５／８）の原子数比のＩｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

例えば、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系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系酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上げることができる。

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非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、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。

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

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−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膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。

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、結晶部同士の明確な境界、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。

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。

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的特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。

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。

ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である金属酸化物ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜する。当該ターゲットにイオンが衝突すると、ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま基板に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、処理室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素、及び窒素など）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、平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、平板状またはペレット状の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系酸化物ターゲットについて以下に示す。

ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末及びＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合し、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系酸化物ターゲットとする。なお、Ｘ、Ｙ及び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粉末及び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、及びその混合する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。

なお、アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちＮａは、酸化物半導体膜に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してＮａ^＋となる。また、Ｎａは、酸化物半導体膜内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの電気的特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。具体的に、二次イオン質量分析法によるナトリウム（Ｎａ）濃度の測定値は、５×１０^１６／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１６／ｃｍ^３以下、更に好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下とするとよい。同様に、リチウム（Ｌｉ）濃度の測定値は、５×１０^１５／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下とするとよい。同様に、カリウム（Ｋ）濃度の測定値は、５×１０^１５／ｃｍ^３以下、好ましくは１×１０^１５／ｃｍ^３以下とするとよい。

また、インジウムを含む金属酸化物が用いられている場合に、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも大きいシリコンや炭素が、インジウムと酸素の結合を切断し、酸素欠損を形成することがある。そのため、シリコンや炭素が酸化物半導体膜に混入していると、アルカリ金属やアルカリ土類金属の場合と同様に、トランジスタの電気的特性の劣化が起こりやすい。よって、酸化物半導体膜中におけるシリコンや炭素の濃度は低いことが望ましい。具体的に、二次イオン質量分析法による炭素（Ｃ）濃度の測定値、またはシリコン（Ｓｉ）濃度の測定値は、１×１０^１８／ｃｍ^３以下とするとよい。上記構成により、トランジスタの電気的特性の劣化を防ぐことができ、液晶表示装置の信頼性を高めることができる。

また、ソース電極及びドレイン電極に用いられる導電性材料によっては、ソース電極及びドレイン電極中の金属が、酸化物半導体膜から酸素を引き抜くことがある。この場合、酸化物半導体膜のうち、ソース電極及びドレイン電極に接する領域が、酸素欠損の形成によりｎ型化される。

ｎ型化された領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能するため、酸化物半導体膜とソース電極及びドレイン電極との間におけるコンタクト抵抗を下げることができる。よって、ｎ型化された領域が形成されることで、トランジスタの移動度及びオン電流を高めることができ、それにより、トランジスタを用いたスイッチ回路の高速動作を実現することができる。

なお、ソース電極及びドレイン電極中の金属による酸素の引き抜きは、ソース電極及びドレイン電極をスパッタリング法などにより形成する際に起こりうるし、ソース電極及びドレイン電極を形成した後に行われる加熱処理によっても起こりうる。

また、ｎ型化される領域は、酸素と結合し易い導電性材料をソース電極及びドレイン電極に用いることで、より形成されやすくなる。上記導電性材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗなどが挙げられる。

また、酸化物半導体膜は、単数の金属酸化物膜で構成されているとは限らず、積層された複数の金属酸化物膜で構成されていても良い。例えば、第１乃至第３の金属酸化物膜が順に積層されている半導体膜の場合、第１の金属酸化物膜及び第３の金属酸化物膜は、第２の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なくとも１つを、その構成要素に含み、伝導帯下端のエネルギーが第２の金属酸化物膜よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下、真空準位に近い酸化物膜である。さらに、第２の金属酸化物膜は、少なくともインジウムを含むと、キャリア移動度が高くなるため好ましい。

上記構成の半導体膜をトランジスタが有する場合、ゲート電極に電圧を印加することで、半導体膜に電界が加わると、半導体膜のうち、伝導帯下端のエネルギーが小さい第２の金属酸化物膜にチャネル領域が形成される。即ち、第２の金属酸化物膜とゲート絶縁膜との間に第３の金属酸化物膜が設けられていることによって、ゲート絶縁膜と離隔している第２の金属酸化物膜に、チャネル領域を形成することができる。

また、第３の金属酸化物膜は、第２の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なくとも１つをその構成要素に含むため、第２の金属酸化物膜と第３の金属酸化物膜の界面では、界面散乱が起こりにくい。従って、当該界面においてキャリアの動きが阻害されにくいため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。

また、第２の金属酸化物膜と第１の金属酸化物膜の界面に界面準位が形成されると、界面近傍の領域にもチャネル領域が形成されるために、トランジスタの閾値電圧が変動してしまう。しかし、第１の金属酸化物膜は、第２の金属酸化物膜を構成する金属元素の少なくとも１つをその構成要素に含むため、第２の金属酸化物膜と第１の金属酸化物膜の界面には、界面準位が形成されにくい。よって、上記構成により、トランジスタの閾値電圧等の電気的特性のばらつきを、低減することができる。

また、金属酸化物膜間に不純物が存在することによって、各膜の界面にキャリアの流れを阻害する界面準位が形成されることがないよう、複数の金属酸化物膜を積層させることが望ましい。積層された金属酸化物膜の膜間に不純物が存在していると、金属酸化物膜間における伝導帯下端のエネルギーの連続性が失われ、界面近傍において、キャリアがトラップされるか、あるいは再結合により消滅してしまうからである。膜間における不純物を低減させることで、主成分である一の金属を少なくとも共に有する複数の金属酸化物膜を、単に積層させるよりも、連続接合（ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化するＵ字型の井戸構造を有している状態）が形成されやすくなる。

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置（スパッタリング装置）を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空排気（５×１０^−７Ｐａ乃至１×１０^−４Ｐａ程度まで）することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。

高純度の真性な酸化物半導体を得るためには、各チャンバー内を高真空排気するのみならず、スパッタリングに用いるガスの高純度化も重要である。上記ガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスの露点を、−４０℃以下、好ましくは−８０℃以下、より好ましくは−１００℃以下とし、使用するガスの高純度化を図ることで、酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。

例えば、第１の金属酸化物膜または第３の金属酸化物膜は、アルミニウム、シリコン、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウムまたはハフニウムを、第２の金属酸化物膜よりも高い原子数比で含む酸化物膜であればよい。具体的に、第１の金属酸化物膜または第３の金属酸化物膜として、第２の金属酸化物膜よりも上述の元素を１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比で含む酸化物膜を用いると良い。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有する。よって、上記構成により、第１の金属酸化物膜または第３の金属酸化物膜を、第２の金属酸化物膜よりも酸素欠損が生じにくい酸化物膜にすることができる。

具体的に、第２の金属酸化物膜と、第１の金属酸化物膜または第３の金属酸化物膜とが、共にＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物膜である場合、第１の金属酸化物膜または第３の金属酸化物膜の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_１：ｙ_１：ｚ_１、第２の金属酸化物膜の原子数比をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ_２：ｙ_２：ｚ_２とすると、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。なお、元素ＭはＩｎよりも酸素との結合力が強い金属元素であり、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ等が挙げられる。好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも１．５倍以上大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。さらに好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも２倍以上大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。より好ましくは、ｙ_１／ｘ_１がｙ_２／ｘ_２よりも３倍以上大きくなるように、その原子数比を設定すれば良い。さらに、第２の金属酸化物膜において、ｙ_２がｘ_２以上であると、トランジスタに安定した電気的特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ_２がｘ_２の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ_２は、ｘ_２の３倍未満であると好ましい。

なお、第１の金属酸化物膜及び第３の金属酸化物膜の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、第２の金属酸化物膜の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。

３層構造の半導体膜において、第１の金属酸化物膜乃至第３の金属酸化物膜は、非晶質または結晶質の両方の形態を取りうる。ただし、チャネル領域が形成される第２の金属酸化物膜が結晶質であることにより、トランジスタに安定した電気的特性を付与することができるため、第２の金属酸化物膜は結晶質であることが好ましい。

なお、チャネル形成領域とは、トランジスタの半導体膜のうち、ゲート電極と重なり、かつソース電極とドレイン電極に挟まれる領域を意味する。また、チャネル領域とは、チャネル形成領域において、電流が主として流れる領域をいう。

例えば、第１の金属酸化物膜及び第３の金属酸化物膜として、スパッタリング法により形成したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物膜を用いる場合、第１の金属酸化物膜及び第３の金属酸化物膜の成膜には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］）であるターゲットを用いることができる。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１５ｓｃｃｍ用い、圧力０．４Ｐａとし、基板温度を２００℃とし、ＤＣ電力０．５ｋＷとすればよい。

また、第２の金属酸化物膜をＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする場合、第２の金属酸化物膜の成膜には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］）であり、多結晶のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を含むターゲットを用いることが好ましい。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１５ｓｃｃｍ用い、圧力を０．４Ｐａとし、基板の温度３００℃とし、ＤＣ電力０．５ｋＷとすることができる。

なお、トランジスタは、半導体膜の端部が傾斜している構造を有していても良いし、半導体膜の端部が丸みを帯びる構造を有していても良い。

また、複数の積層された金属酸化物膜を有する半導体膜をトランジスタに用いる場合においても、ソース電極及びドレイン電極に接する領域が、ｎ型化されていても良い。上記構成により、トランジスタの移動度及びオン電流を高め、トランジスタを用いた液晶表示装置の高速動作を実現することができる。さらに、複数の積層された金属酸化物膜を有する半導体膜をトランジスタに用いる場合、ｎ型化される領域は、チャネル領域となる第２の金属酸化物膜にまで達していることが、トランジスタの移動度及びオン電流を高め、液晶表示装置のさらなる高速動作を実現する上で、より好ましい。

〈液晶表示装置の上面図と断面図〉
本発明の一態様に係る液晶表示装置の外観について、図１２を用いて説明する。図１２は、第１基板４００１と第２基板４００６とを封止材４００５によって接着させた液晶表示装置の上面図である。また、図１３は、図１２の破線Ｂ１−Ｂ２における断面図に相当する。なお、図１２では、ＦＦＳモードの液晶表示装置を例示している。

第１基板４００１上に設けられた画素部４００２と、一対の駆動回路４００４とを囲むように、封止材４００５が設けられている。また、画素部４００２、駆動回路４００４の上に第２基板４００６が設けられている。よって、画素部４００２と、駆動回路４００４とは、第１基板４００１と封止材４００５と第２基板４００６とによって封止されている。

また、第１基板４００１上の封止材４００５によって囲まれている領域とは異なる領域に、駆動回路４００３が実装されている。

また、第１基板４００１上に設けられた画素部４００２、駆動回路４００４は、トランジスタを複数有している。図１３では、画素部４００２に含まれるトランジスタ４０１０を例示している。

画素部４００２及び駆動回路４００４において、トランジスタ４０１０上には、樹脂を用いた絶縁膜４０２０が設けられている。そして、絶縁膜４０２０上には、液晶素子４０２３の画素電極４０２１と、共通電極４０２４とが、間に絶縁膜４０２２を挟んで設けられている。

なお、図１３では、共通電極４０２４上に画素電極４０２１が設けられている場合を例示しているが、画素電極４０２１上に共通電極４０２４が設けられていても良い。

また、図１３に示すように、本発明の一態様では、絶縁膜４０２０は、パネルの端部において除去されている。そして、絶縁膜４０２０の除去されている領域において、導電膜４０５０が形成されており、共通電極４０２４が導電膜４０５０と接している。また、絶縁膜４０２２に設けられた開口部において共通電極４０２４と接するように、導電膜４０５１が設けられている。

導電膜４０５０と、トランジスタ４０１０のソースまたはドレインとして機能する導電膜４０５２及び導電膜４０５３とは、一の導電膜をエッチングすることで形成することができる。また、画素電極４０２１と、導電膜４０５１とは、一の導電膜をエッチングすることで形成することができる。

また、第２基板４００６には、位置情報の取得を行うための第１電極４０５６及び第２電極４０５７が、絶縁膜４０５８を間に挟んで重なり合っている。第１電極４０５６及び第２電極４０５７上には樹脂膜４０５９が設けられており、樹脂膜４０５９上には、導電膜４０６０が設けられている。

そして、導電膜４０６０は、導電膜４０５１と、樹脂膜４０６２中に分散された導電性を有する導電性粒子４０６１を介して電気的に接続されている。すなわち、共通電極４０２４と導電膜４０６０とは、パネルの端部において、導電性粒子４０６１を介して電気的に接続されていることなる。樹脂膜４０６２には、熱硬化性樹脂、または紫外線硬化樹脂を用いることができる。また、導電性粒子４０６１には、例えば球状の有機樹脂をＡｕやＮｉ、Ｃｏ等の薄膜状の金属で被覆した粒子を用いることができる。

なお、図１３では配向膜を図示しなかったが、配向膜を絶縁膜４０２２及び共通電極４０２４上と、導電膜４０６０上とに設ける場合、導電膜４０６０と、導電性粒子４０６１と、導電膜４０５１とを電気的に接続するために、導電膜４０６０と重なる部分において配向膜を一部除去し、導電膜４０５１と重なる部分において配向膜を一部除去すれば良い。

また、絶縁膜４０２２は、パネルの端部において、ゲート絶縁膜４０５４と接している。絶縁膜４０２２及びゲート絶縁膜４０５４の、水、水素などのブロッキング効果が高い場合、パネルの端部において絶縁膜４０２２及びゲート絶縁膜４０５４が接することで、パネルの端部から、または封止材４００５から、水、水素などがトランジスタ４０１０の有する半導体膜に侵入するのを、防ぐことができる。

また、第１基板４００１と、第２基板４００６との間には、液晶層４０２８が設けられている。液晶素子４０２３は、画素電極４０２１、共通電極４０２４、及び液晶層４０２８を有する。

液晶素子４０２３では、画素電極４０２１と共通電極４０２４の間に与えられる電圧の値に従って、液晶層４０２８に含まれる液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子４０２３は、画素電極４０２１に与えられる画像信号の電位によって、その透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

なお、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、カラーフィルタを用いることでカラーの画像を表示しても良いし、異なる色相の光を発する複数の光源を順次点灯させることで、カラーの画像を表示しても良い。

また、駆動回路４００３からの画像信号や、ＦＰＣ４０１８からの各種制御信号及び電位は、引き回し配線４０３０及び４０３１を介して、駆動回路４００４または画素部４００２に与えられる。

〈液晶表示装置を用いた電子機器の構成例〉
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１４に示す。

図１４（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５００１、筐体５００２、表示部５００３、表示部５００４、マイクロホン５００５、スピーカー５００６、操作キー５００７、スタイラス５００８等を有する。表示部５００３または表示部５００４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。なお、図１４（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部５００３と表示部５００４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。

図１４（Ｂ）は表示機器であり、筐体５２０１、表示部５２０２、支持台５２０３等を有する。表示部５２０２に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。なお、表示機器には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示機器が含まれる。

図１４（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体５４０１、表示部５４０２、キーボード５４０３、ポインティングデバイス５４０４等を有する。表示部５４０２に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。

図１４（Ｄ）は携帯情報端末であり、第１筐体５６０１、第２筐体５６０２、第１表示部５６０３、第２表示部５６０４、接続部５６０５、操作キー５６０６等を有する。第１表示部５６０３は第１筐体５６０１に設けられており、第２表示部５６０４は第２筐体５６０２に設けられている。そして、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２とは、接続部５６０５により接続されており、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度は、接続部５６０５により変更が可能となっている。第１表示部５６０３における映像を、接続部５６０５における第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度に従って、切り替える構成としても良い。第１表示部５６０３または第２表示部５６０４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。

図１４（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体５８０１、第２筐体５８０２、表示部５８０３、操作キー５８０４、レンズ５８０５、接続部５８０６等を有する。操作キー５８０４及びレンズ５８０５は第１筐体５８０１に設けられており、表示部５８０３は第２筐体５８０２に設けられている。そして、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２とは、接続部５８０６により接続されており、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度は、接続部５８０６により変更が可能となっている。表示部５８０３における映像の切り替えを、接続部５８０６における第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度に従って行う構成としても良い。表示部５８０３に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることできる。

図１４（Ｆ）は携帯電話であり、筐体５９０１に、表示部５９０２、マイク５９０７、スピーカー５９０４、カメラ５９０３、外部接続部５９０６、操作用のボタン５９０５が設けられている。携帯電話が有する回路に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることできる。また、本発明の一態様に係る液晶表示装置を、可撓性を有する基板に形成した場合、図１４（Ｆ）に示すような曲面を有する表示部５９０２に当該液晶表示装置を適用することが可能である。

１０ 第１基板
１１ 素子層
１２ 電極
１３ 絶縁膜
１４ 電極
１５ トランジスタ
１６ 画素
２０ 第２基板
２１ 電極
２１ａ 導電膜
２１ｂ 導電膜
２１ｃ 導電膜
２１ｄ 導電膜
２２ 絶縁膜
２３ 電極
２４ 樹脂膜
２５ 導電膜
２６ 容量
２７ 導電体
２８ 液晶層
３０ 画素部
３１ 画素
３２ 駆動回路
３３ 駆動回路
３４ 液晶素子
３５ トランジスタ
３６ 容量素子
３８ パネル
４０ 液晶表示装置
４１ コントローラ
４３ ＣＰＵ
４４ 画像処理回路
４５ 画像メモリ
４６ 画像データ
５１ 導電膜
５３ 絶縁膜
５４ 半導体膜
５５ 導電膜
５６ 導電膜
５７ 酸化物膜
５８ 絶縁膜
５９ 絶縁膜
６０ 有機樹脂膜
６１ 導電膜
６２ 開口部
６３ 絶縁膜
６４ 導電膜
６５ 配向膜
６６ 絶縁膜
６７ 遮蔽膜
６８ 着色層
６９ 配向膜
４００１ 第１基板
４００２ 画素部
４００３ 駆動回路
４００４ 駆動回路
４００５ 封止材
４００６ 第２基板
４０１０ トランジスタ
４０１８ ＦＰＣ
４０２０ 絶縁膜
４０２１ 画素電極
４０２２ 絶縁膜
４０２３ 液晶素子
４０２４ 共通電極
４０２８ 液晶層
４０３０ 配線
４０５０ 導電膜
４０５１ 導電膜
４０５２ 導電膜
４０５３ 導電膜
４０５４ ゲート絶縁膜
４０５６ 電極
４０５７ 電極
４０５８ 絶縁膜
４０５９ 樹脂膜
４０６０ 導電膜
４０６１ 導電性粒子
４０６２ 樹脂膜
５００１ 筐体
５００２ 筐体
５００３ 表示部
５００４ 表示部
５００５ マイクロホン
５００６ スピーカー
５００７ 操作キー
５００８ スタイラス
５２０１ 筐体
５２０２ 表示部
５２０３ 支持台
５４０１ 筐体
５４０２ 表示部
５４０３ キーボード
５４０４ ポインティングデバイス
５６０１ 筐体
５６０２ 筐体
５６０３ 表示部
５６０４ 表示部
５６０５ 接続部
５６０６ 操作キー
５８０１ 筐体
５８０２ 筐体
５８０３ 表示部
５８０４ 操作キー
５８０５ レンズ
５８０６ 接続部
５９０１ 筐体
５９０２ 表示部
５９０３ カメラ
５９０４ スピーカー
５９０５ ボタン
５９０６ 外部接続部
５９０７ マイク

Claims (4)

1. 第１の基板と、
   前記第１の基板上の素子層と、
   前記素子層上の液晶素子と、
   前記液晶素子上の導電膜と、
   前記導電膜上の樹脂膜と、
   前記樹脂膜上の第１の電極と
   前記第１の電極と第１の絶縁膜を介して重なる領域を有する第２の電極と、
   前記第２の電極上の第２の基板と、を有し、
   前記素子層は、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを有し、
   前記トランジスタは、前記液晶素子への画像信号の供給を制御する機能を有し、
   前記液晶素子は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極から電界が加えられる液晶層と、を有し、
   前記画素電極は、第２の絶縁膜を介して前記共通電極と重なる領域を有し、
   前記画素電極は、前記共通電極上に位置し、
   前記画素電極は、前記共通電極の開口部を介して前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されており、
   前記共通電極の開口部は、前記トランジスタのチャネル形成領域と重なっており、
   前記トランジスタのチャネル形成領域は、前記共通電極と重なっておらず、
   前記第１の電極は、前記第２の電極と交差しており、
   前記導電膜には第１の電位が供給される液晶表示装置であって、
   前記液晶表示装置は、前記第１の電極と前記第２の電極とを用いて位置情報の取得を行う機能を有する液晶表示装置。
2. 第１の基板と、
   前記第１の基板上の素子層と、
   前記素子層上の液晶素子と、
   前記液晶素子上の導電膜と、
   前記導電膜上の樹脂膜と、
   前記樹脂膜上の第１の電極と
   前記第１の電極と第１の絶縁膜を介して重なる領域を有する第２の電極と、
   前記第２の電極上の第２の基板と、を有し、
   前記素子層は、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを有し、
   前記トランジスタは、前記液晶素子への画像信号の供給を制御する機能を有し、
   前記液晶素子は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極から電界が加えられる液晶層と、を有し、
   前記画素電極は、第２の絶縁膜を介して前記共通電極と重なる領域を有し、
   前記画素電極は、前記共通電極上に位置し、
   前記画素電極は、前記共通電極の開口部を介して前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されており、
   前記共通電極の開口部は、前記トランジスタのチャネル形成領域と重なっており、
   前記トランジスタのチャネル形成領域は、前記共通電極と重なっておらず、
   前記第１の電極は、前記第２の電極と交差しており、
   前記導電膜は、前記共通電極と電気的に接続される液晶表示装置であって、
   前記液晶表示装置は、前記第１の電極と前記第２の電極とを用いて位置情報の取得を行う機能を有する液晶表示装置。
3. 第１の基板と、
   前記第１の基板上の素子層と、
   前記素子層上の液晶素子と、
   前記液晶素子上の導電膜と、
   前記導電膜上の樹脂膜と、
   前記樹脂膜上の第１の電極と
   前記第１の電極と第１の絶縁膜を介して重なる領域を有する第２の電極と、
   前記第２の電極上の第２の基板と、を有し、
   前記素子層は、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを有し、
   前記トランジスタは、前記液晶素子への画像信号の書き込みを制御する機能を有し、
   前記液晶素子は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極から電界が加えられる液晶層と、を有し、
   前記画素電極は、第２の絶縁膜を介して前記共通電極と重なる領域を有し、
   前記画素電極は、前記共通電極上に位置し、
   前記画素電極は、前記共通電極の開口部を介して前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されており、
   前記共通電極の開口部は、前記トランジスタのチャネル形成領域と重なっており、
   前記トランジスタのチャネル形成領域は、前記共通電極と重なっておらず、
   前記第１の電極は、前記第２の電極と交差しており、
   前記導電膜には第１の電位が供給される液晶表示装置であって、
   第１の期間と、第２の期間と、を有し、
   前記第１の期間では静止画の表示を行い、
   前記第２の期間では動画の表示を行い、
   前記第１の期間における一定期間内の前記液晶素子への前記画像信号の書き込みの回数は、前記第２の期間における一定期間内の前記液晶素子への前記画像信号の書き込みの回数よりも少なく、
   前記液晶表示装置は、前記第１の電極と前記第２の電極とを用いて位置情報の取得を行う機能を有する液晶表示装置。
4. 第１の基板と、
   前記第１の基板上の素子層と、
   前記素子層上の液晶素子と、
   前記液晶素子上の導電膜と、
   前記導電膜上の樹脂膜と、
   前記樹脂膜上の第１の電極と
   前記第１の電極と第１の絶縁膜を介して重なる領域を有する第２の電極と、
   前記第２の電極上の第２の基板と、を有し、
   前記素子層は、酸化物半導体をチャネル形成領域に含むトランジスタを有し、
   前記トランジスタは、前記液晶素子への画像信号の供給を制御する機能を有し、
   前記液晶素子は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極から電界が加えられる液晶層と、を有し、
   前記画素電極は、第２の絶縁膜を介して前記共通電極と重なる領域を有し、
   前記画素電極は、前記共通電極上に位置し、
   前記画素電極は、前記共通電極の開口部を介して前記トランジスタのソース又はドレインの一方と電気的に接続されており、
   前記共通電極の開口部は、前記トランジスタのチャネル形成領域と重なっており、
   前記トランジスタのチャネル形成領域は、前記共通電極と重なっておらず、
   前記第１の電極は、前記第２の電極と交差しており、
   前記導電膜は、前記共通電極と電気的に接続される液晶表示装置であって、
   第１の期間と、第２の期間と、を有し、
   前記第１の期間では静止画の表示を行い、
   前記第２の期間では動画の表示を行い、
   前記第１の期間における一定期間内の前記液晶素子への前記画像信号の書き込みの回数は、前記第２の期間における一定期間内の前記液晶素子への前記画像信号の書き込みの回数よりも少なく、
   前記液晶表示装置は、前記第１の電極と前記第２の電極とを用いて位置情報の取得を行う機能を有する液晶表示装置。

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