TW201426145A - 液晶顯示裝置 - Google Patents

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Daisuke Kubota
Yoshiharu Hirakata
Ryo Hatsumi
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Semiconductor Energy Lab
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Abstract

本發明的一個方式提供一種不損失顯示品質的新穎的液晶顯示裝置。該液晶顯示裝置包括以1Hz以下的框頻顯示靜態影像的像素，其中該像素包括介電常數的各向異性為2以上且5以下的液晶層。藉由採用該結構，可以將施加到像素中的電壓的變化控制在作為顯示同一個影像的灰階值的偏差可接受的範圍內。因此，可以抑制在減少更新速率時產生的閃爍並實現提高顯示品質。

Description

液晶顯示裝置
本發明係關於一種液晶顯示裝置。
注意，液晶顯示裝置是指包括液晶元件的裝置。另外，液晶顯示裝置還包括驅動多個像素的驅動電路等。另外，液晶顯示裝置還包括配置在另一個基板上的控制電路、電源電路、信號生成電路等。
近年來，技術革新給液晶顯示裝置的商品化帶來了很大進展。今後對具有更高附加價值的產品的需求增加，而對其研究開發依然火熱。
作為對液晶顯示裝置的附加價值的需求，以實現可攜式設備等的使用時間的延長為目的的耗電量降低引人注目。
例如，在專利文獻1中公開了一種顯示裝置的結構，其中藉由當連續顯示同一個影像(靜態影像)時減少寫入同一個影像的信號的次數(也稱為“更新”)，實現耗電量的減少。
此外，需要以使用者無法辨別在更新工作前後產生的影像變化的方式進行更新。注意，進行更新的頻率稱為更新速率。
[專利文獻1]日本專利申請公開第2011-237760號公報
在減少更新速率的顯示裝置的驅動中需要防止被使用者識別靜態影像的隨時間的變化。
然而，對應於寫入到像素中的信號的電壓隨時間產生變化。在施加到像素中的電壓的變化超過作為顯示同一個靜態影像的灰階值的偏差可接受的範圍時，觀看者將會看到影像的閃爍(flicker)，因而導致顯示品質的降低。
於是，本發明的一個方式的課題是提供一種不損失顯示品質的新穎的液晶顯示裝置。
本發明的一個方式是一種液晶顯示裝置，包括：以1Hz以下的框頻顯示靜態影像的像素，其中，像素包括介電常數的各向異性為2以上且5以下的液晶層。
本發明的一個方式是一種液晶顯示裝置，包括：以1Hz以下的框頻顯示靜態影像的像素，其中，像素包括電晶體及具有液晶層的液晶元件，並且，液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下。
在本發明的一個方式的液晶顯示裝置中，較 佳的是，電晶體包括半導體層，並且半導體層包括氧化物半導體。
在本發明的一個方式的液晶顯示裝置中，較佳為還包括介電常數的各向異性為2.6以上且4.4以下的液晶層。
在本發明的一個方式的液晶顯示裝置中，較佳為還包括所述介電常數的各向異性為3以上且3.8以下的液晶層。
在本發明的一個方式的液晶顯示裝置中，框頻較佳為0.2Hz以下。
根據本發明的一個方式，可以將施加到像素中的電壓的變化控制在作為顯示同一個影像的灰階值的偏差可接受的範圍內。因此，可以抑制減少更新速率時的閃爍並提高顯示品質。
G1‧‧‧掃描線
G2‧‧‧掃描線
S1‧‧‧信號線
S2‧‧‧信號線
S3‧‧‧信號線
10‧‧‧區域
11‧‧‧第一電極
12‧‧‧第二電極
13‧‧‧配向膜
14‧‧‧配向膜
15‧‧‧液晶分子
21‧‧‧偏光板
22‧‧‧偏光板
23‧‧‧光檢測器
24‧‧‧箭頭
25‧‧‧箭頭
100‧‧‧電晶體
101‧‧‧基板
102‧‧‧閘極電極
103‧‧‧絕緣層
104‧‧‧氧化物半導體層
105a‧‧‧電極
105b‧‧‧電極
106‧‧‧絕緣層
107‧‧‧絕緣層
110‧‧‧電晶體
114‧‧‧氧化物半導體層
114a‧‧‧氧化物半導體層
114b‧‧‧氧化物半導體層
120‧‧‧電晶體
124‧‧‧氧化物半導體層
124a‧‧‧氧化物半導體層
124b‧‧‧氧化物半導體層
124c‧‧‧氧化物半導體層
150‧‧‧電晶體
151‧‧‧絕緣層
152‧‧‧絕緣層
160‧‧‧電晶體
164‧‧‧氧化物半導體層
164a‧‧‧氧化物半導體層
164b‧‧‧氧化物半導體層
164c‧‧‧氧化物半導體層
164d‧‧‧側壁保護層
200‧‧‧面板模組
201‧‧‧第一基板
202‧‧‧第二基板
203‧‧‧密封材料
204‧‧‧FPC
205‧‧‧外部連接電極
206‧‧‧佈線
208‧‧‧連接層
211‧‧‧像素部
212‧‧‧IC
213‧‧‧閘極驅動電路
231‧‧‧電晶體
232‧‧‧電晶體
237‧‧‧絕緣層
238‧‧‧絕緣層
239‧‧‧絕緣層
242‧‧‧黑矩陣
243‧‧‧濾色片
250‧‧‧液晶元件
251‧‧‧第一電極
252‧‧‧液晶
253‧‧‧第二電極
254‧‧‧間隔物
255‧‧‧保護層
256‧‧‧電晶體
400‧‧‧觸控面板
401‧‧‧第一基板
402‧‧‧第二基板
403‧‧‧基板
404‧‧‧FPC
405‧‧‧外部連接電極
406‧‧‧佈線
411‧‧‧顯示部
412‧‧‧源極驅動電路
413‧‧‧閘極驅動電路
414‧‧‧像素部
415‧‧‧FPC
416‧‧‧外部連接電極
417‧‧‧佈線
420‧‧‧液晶顯示裝置
421‧‧‧電極
422‧‧‧電極
424‧‧‧絕緣層
423‧‧‧佈線
430‧‧‧觸摸感測器
431‧‧‧液晶
433‧‧‧絕緣層
434‧‧‧黏合層
435‧‧‧濾色片層
436‧‧‧密封材料
437‧‧‧切換元件層
438‧‧‧佈線
439‧‧‧連接層
440‧‧‧感測器層
441‧‧‧偏光板
500‧‧‧輸入單元
500_C‧‧‧信號
600‧‧‧液晶顯示裝置
610‧‧‧控制部
615_C‧‧‧二次控制信號
615_V‧‧‧二次影像信號
620‧‧‧算術裝置
625_C‧‧‧一次控制信號
625_V‧‧‧一次影像信號
630‧‧‧顯示部
631‧‧‧像素部
631a‧‧‧區域
631b‧‧‧區域
631c‧‧‧區域
631p‧‧‧像素
632‧‧‧G驅動電路
632_G‧‧‧G信號
633‧‧‧S驅動電路
633_S‧‧‧S信號
634‧‧‧像素電路
634c(i)‧‧‧寄生電容
634c‧‧‧電容元件
634t‧‧‧電晶體
635‧‧‧顯示元件
635_1‧‧‧像素電極
635LC‧‧‧液晶元件
650‧‧‧光供應部
701‧‧‧算術裝置
702‧‧‧記憶體裝置
703‧‧‧圖表單元
704‧‧‧顯示單元
1400‧‧‧可攜式資訊終端
1401‧‧‧外殼
1402‧‧‧顯示部
1403‧‧‧操作按鈕
1410‧‧‧行動電話機
1411‧‧‧外殼
1412‧‧‧顯示部
1413‧‧‧操作按鈕
1414‧‧‧揚聲器
1415‧‧‧麥克風
1420‧‧‧音樂再現裝置
1421‧‧‧外殼
1422‧‧‧顯示部
1423‧‧‧操作按鈕
1424‧‧‧天線
2601‧‧‧虛線
2602‧‧‧實線
2603‧‧‧虛線
2604‧‧‧實線
在圖式中：圖1是示出液晶層的電流-電壓特性的圖表；圖2A至2C是示出液晶層的穿透率-電壓特性的圖表以及示出液晶層的剖面模式圖；圖3是示出用來觀察液晶層的穿透率的液晶層的剖面模式圖；圖4A和4B是示出液晶層的穿透率的時間變化的圖表(1Hz)； 圖5A和5B是示出液晶層的穿透率的時間變化的圖表(0.2Hz)；圖6是示出液晶層的介電常數的具有不同的各向異性的灰階值的偏差量的圖表；圖7是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的結構的塊圖；圖8A和8B是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部的結構的圖；圖9是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部的結構的圖；圖10是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的電路圖；圖11A1、11A2、11B1、11B2和11C是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動及點反轉驅動的圖；圖12是說明具有根據本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動及點反轉驅動時序圖；圖13A和13B是說明根據本發明的一個方式的顯示裝置的結構的圖；圖14A和14B是說明觸控面板的圖；圖15是說明觸控面板的圖；圖16A和16B是說明根據本發明的一個方式的電晶體的結構例子的圖；圖17A至17D是說明根據本發明的一個方式的電晶 體的製造方法例子的圖；圖18A和18B是說明根據本發明的一個方式的電晶體的結構例子的圖；圖19A至19C是說明根據本發明的一個方式的電晶體的結構例子的圖；圖20A至20C是說明根據本發明的一個方式的電子裝置的圖；圖21A和21B是用來說明根據本發明的一個方式的顯示的圖；圖22A和22B是用來說明根據本發明的一個方式的顯示的圖；圖23A和23B是說明本發明的一個方式的顯示裝置的結構例子的圖；圖24是示出背光的發射光譜的圖；圖25是示出根據介電常數的各向異性的不同而產生的殘留DC的變化的圖；圖26A和26B是示出液晶顯示裝置的穿透率的時間變化的圖表；圖27是示出液晶顯示裝置的顯示的圖；圖28是示出根據介電常數的各向異性的不同而產生的電壓保持率的變化的圖表；圖29是示出根據配向膜材料而產生的殘留DC的變化的圖表；圖30是示出根據配向膜材料而產生的電壓保持率的 變化的圖表；圖31是示出根據更新速率的不同而產生的穿透率的變動的圖表。
以下，參照圖式對實施方式進行說明。但是，實施方式可以以多個不同方式來實施，所屬技術領域的普通技術人員可以很容易地理解一個事實，就是其方式和詳細內容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發明的精神及其範圍。因此，本發明不應該被解釋為僅限定在以下所示的實施方式所記載的內容中。
另外，在圖式中，為便於清楚地說明有時對大小、層的厚度和/或區域進行誇張的描述。因此，本發明並不一定限定於上述尺寸。此外，在圖式中，示意性地示出理想的例子，而不侷限於圖式所示的形狀或數值等。例如，可以包括因雜訊或定時偏差等所引起的信號、電壓或電流的不均勻等。
此外，在本說明書等中，電晶體是指至少包括閘極、汲極以及源極的三個端子的元件。在汲極(汲極端子、汲極區域或汲極電極)與源極(源極端子、源極區域或源極電極)之間具有通道區域，並能夠藉由汲極、通道區域以及源極使電流流過。
在此，因為源極和汲極根據電晶體的結構或工作條件等而更換，因此很難限定哪個是源極哪個是汲 極。因此，有時將用作源極的部分或用作汲極的部分不稱為源極或汲極，而將源極和汲極中的一方稱為第一電極並將源極和汲極中的另一方稱為第二電極。
注意，本說明書所使用的“第一”、“第二”、“第三”等序數詞是為了避免結構要素的混同而附上的，而不是為了在數目方面上進行限定而附上的。
注意，在本說明書中，“使A與B連接”的描述除了使A與B直接連接的情況以外，還包括使A與B電連接的情況。在此，“使A與B電連接”的描述是指當在A與B之間存在具有某種電作用的目標物時，能夠進行A和B的電信號的授受的情況。
注意，在本說明書中，為了方便起見，使用“上”、“下”等的表示配置的詞句以參照圖式說明結構的位置關係。另外，結構的位置關係根據描述各結構的方向適當地改變。因此，不侷限於說明書中所說明的詞句，根據情況可以適當地換詞句。
另外，圖式中的塊圖的各電路方塊的配置是為了說明而特定位置關係的，雖然其示出為使用不同的電路方塊實現不同的功能，但是有時在實際上的電路或區域中，將其設置為有可能在相同的電路或相同的區域中實現不同的功能。此外，圖式中的塊圖的各電路方塊的功能是為了說明而特定功能的，雖然其示出為一個電路方塊，但是有時在實際上的電路或區域中，將藉由一個電路方塊進行的處理設定為藉由多個電路方塊進行。
注意，像素相當於能夠控制一個色彩單元(例如，R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)中任一種)的亮度的顯示單位。因此，當採用彩色顯示裝置時，彩色影像的最小顯示單位由R的像素、G的像素和B的像素的三種像素構成。但是，用來顯示彩色影像的色彩單元不侷限於三種顏色，而也可以是三種以上的顏色或RGB以外的顏色。
注意，在下面參照圖式說明本發明的實施方式及實施例。另外，按以下順序進行各實施方式及實施例中的說明。
1.實施方式1(關於本發明的一個方式的基本結構)
2.實施方式2(液晶顯示裝置的結構)
3.實施方式3(驅動方法的一個例子)
4.實施方式4(其他的驅動方法的一個例子)
5.實施方式5(其他的驅動方法的一個例子)
6.實施方式6(面板模組的結構)
7.實施方式7(帶觸控面板功能的面板模組的結構)
8.實施方式8(電晶體的結構)
9.實施方式9(半導體膜的結構)
10.實施方式10(電子裝置)
11.實施方式11(關於減少更新速率的意義)
12.實施例(關於製造成面板時的穿透率的時間變化)
實施方式1
在本實施方式中說明根據本發明的一個方式的基本結構。可以參照圖1至圖6所示的圖表及模式圖說明根據本發明的一個方式的基本作用。
本發明的一個方式是一種液晶顯示裝置，包括以1Hz以下的框頻顯示靜態影像的像素，其中該像素所具有的液晶層的介電常數的各向異性(△ε)為2以上且5以下。
首先，說明因液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下而導致的作用。圖1所示的圖表示出介電常數的各向異性為3.8時的電壓-電流特性作為介電常數的各向異性為2以上且5以下的液晶層的一個例子。此外，為了與其進行比較，圖1所示的圖表還示出介電常數的各向異性為5.2及9.9時的電壓-電流特性作為介電常數的各向異性超過5的液晶層的一個例子。
注意，作為介電常數的各向異性為3.8的液晶層的液晶材料，使用TN模式的液晶(由默克公司(Merck Ltd.)製造的MLC7030)。此外，作為介電常數的各向異性為5.2的液晶層的液晶材料，使用TN模式的液晶(由默克公司製造的MLC4792)。此外，作為介電常數的各向異性為9.9的液晶層的液晶材料，使用TN模式的液晶(由默克公司製造的MLC3019)。
注意，介電常數的各向異性為3.8的液晶層的液晶材料的電阻率為4.9×1014(Ω．cm)。此外，介電常數 的各向異性為5.2的液晶層的液晶材料的電阻率為8.1×1013(Ω．cm)。此外，介電常數的各向異性為9.9的液晶層的液晶材料的電阻率為2.9×1013(Ω．cm)。
在圖1所示的介電常數的各向異性為3.8的圖表中，在隨著電壓的上升而電流產生急劇(圖1中的區域10)的變化之後成為穩定狀態。同樣地，在介電常數的各向異性分別為5.2、9.9的圖表中，在隨著電壓的上升而電流產生急劇(圖1中的區域10)的變化之後成為穩定狀態。
當對圖1所示的介電常數的各向異性不同的圖表進行比較時，可知在介電常數的各向異性大的液晶層中，電流產生較急劇的變化。該電流的急劇的變化起因於如下事實：因介電常數的各向異性大而液晶層所包括的雜質(例如，離子性雜質)的比例變大且電阻率變小。
在此說明介電常數的各向異性。介電常數的各向異性有時也稱為介電各向異性。為了顯示動態影像，較佳為較高的介電各向異性。
當液晶層的介電常數的各向異性高時，與電場的互相作用大且液晶層的舉動變快，因此可以使液晶顯示裝置進行高速工作。
然而，如上所述，當液晶層的介電常數的各向異性超過5時，液晶層所包括的雜質的影響變得明顯。當液晶層的介電常數的各向異性超過5時，使液晶層中的雜質純化是特別困難的。因該雜質殘留在液晶層中而導致 液晶層的導電率的增大，且難以在減少更新速率時保持施加到像素中的電壓。
或者，還有較佳為較低的介電常數的各向異性的看法。
因為當液晶層的介電常數的各向異性低時可以減少液晶層中的雜質量，所以可以減少液晶層的導電率。因此，當液晶層的介電常數的各向異性低時可以在減少更新速率時在更長的時間內保持施加到像素中的電壓，所以是較佳的。
然而，因為當液晶層的介電常數的各向異性低於2時，與電場之間的互相作用小且液晶層的舉動慢，所以需要將驅動電壓設定得高以促進高速工作。因此，作為為降低耗電量而減少更新速率的液晶層的結構，介電常數的各向異性低於2的液晶層是不適合的。特別是，當為了進行動態影像的顯示，將減少更新速率的驅動方式切換為增大更新速率的驅動方式時，大驅動電壓造成液晶顯示裝置整體的耗電量的顯著增加，所以不是較佳的。
由此，作為本實施方式中的一個方式，較佳為將液晶層的介電常數的各向異性設定為2以上且5以下。藉由將液晶層的介電常數的各向異性設定為2以上且5以下，可以減少液晶層所包括的雜質的比例，且能夠以不導致進行動態影像顯示時的耗電量的增大的方式將液晶層的驅動電壓設定為較佳的範圍內。
另外，當液晶層的介電常數的各向異性為2 以上且5以下時，較佳為在不導致耗電量的增大的範圍內將液晶層的驅動電壓設定得高。當液晶層的驅動電壓高時，對灰階值的偏差的接受範圍擴大。換言之，驅動電壓越高，且相對於電壓變化的灰階值的偏差越少，則越可以減少閃爍。
另外，雖然在此對液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下的結構進行說明，但是液晶層的介電常數的各向異性較佳為2.2以上且4.8以下，更佳為2.4以上且4.6以下，2.6以上且4.4以下，2.8以上且4.2以下，3以上且4以下，3以上且3.8以下。
此外，在本實施方式所示的液晶層的說明中，以TN(Twisted Nematic：扭曲向列)模式的液晶層為一個例子而進行說明，但是也可以採用其他模式。
作為液晶層的TN模式以外的工作模式，可以採用IPS(In-Plane-Switching)模式、FFS(Fringe Field Switching)模式、MVA(Multi-domain Vertical Alignment)模式、PVA(Patterned Vertical Alignment)模式、ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell)模式、OCB(Optical Compensated Birefringence)模式、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)模式、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)模式等。另外，液晶顯示裝置的各像素中的像素電極可以根據各顯示模式適當地改變電極的結構等。
如上所述，藉由採用液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下的結構，可以將顯示同一個靜態 影像的灰階值的偏差控制為可接受的範圍內，從而可以抑制閃爍。其結果是，可以實現提高顯示品質。
另外，例如當控制256階段的穿透率來顯示影像時，作為顯示同一個靜態影像的灰階值的偏差可接受的範圍是指0灰階以上且3灰階以下的偏差。當顯示同一個靜態影像的灰階值的偏差為0灰階以上且3灰階以下時，觀看者不容易看到閃爍。此外，作為另一個例子，當控制1024階段的穿透率顯示影像時，作為顯示同一個靜態影像的灰階值的偏差可接受的範圍是指0灰階以上且12灰階以下的偏差。換言之，作為顯示同一個靜態影像的灰階值的偏差可接受的範圍較佳為所顯示的最大灰階級的1%至1.2%以內。
另外，特別佳為組合本發明的一個方式的液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下的結構和切換更新速率來切換動態影像顯示及靜態影像顯示的驅動。切換更新速率進行驅動的液晶顯示裝置在將動態影像顯示切換為靜態影像顯示時將框頻從60Hz切換為1Hz以下，較佳為切換為0.2Hz以下來減少耗電量。換言之，作為在靜態影像顯示時減少更新速率的結構，本實施方式的結構是特別佳的。
在切換更新速率進行顯示的液晶顯示裝置中，較佳為在動態影像顯示時或靜態影像顯示時減少耗電量並防止顯示品質的降低。如果在顯示靜態影像時減少更新速率，對像素施加電壓的間隔則變大。換言之，如果在 顯示靜態影像時減少更新速率，則存在一定的對像素不施加電壓的期間。
由此，在顯示靜態影像時減少更新速率的驅動方式中，是否能夠保持固定的施加到像素中的電壓是很重要的。再者，在顯示動態影像時增高更新速率的驅動方式中，考慮框頻增高而將驅動電壓設定得低來實現耗電量的降低。
如上所述，在本發明的一個方式中，與其介電常數的各向異性超過5的液晶層相比減少液晶層所包括的雜質。由此，起因於液晶層所包括的雜質的洩漏電流小，且可以保持在減少更新速率時施加到像素中的電壓。
此外，在本發明的一個方式中，與其介電常數的各向異性低於2的液晶層相比可以將驅動電壓設定得較低。藉由採用減少驅動電壓來工作的結構，可以抑制切換為動態影像顯示而框頻增高時的耗電量的增大。
此外，因為本發明的一個方式可以減小起因於液晶層所包括的雜質的洩漏電流，所以可以減少閃爍，而不使像素的儲存電容預先增大。因此，在進行設計時不需要為減少閃爍而增大儲存電容。由此，可以在進行設計時，減小儲存電容的同時實現像素的高精細化。藉由使像素高精細化並減少更新速率，可以減輕眼睛疲勞。
另外，如本實施方式的結構所示，當以1Hz以下的更新速率進行靜態影像顯示時，可以在具有如下條件的情況下實現對眼睛刺激少的液晶顯示裝置。具體條件 是如下：當看到靜態影像時，作為透過液晶層發射到觀看者一側的光採用包括長於420nm的波長的光，較佳為採用包括長於440nm的波長的光，並且使用像素的精細度為150ppi以上，較佳為200ppi以上的顯示部顯示影像。
此外，說明因將液晶層的介電常數的各向異性設定為2以上且5以下而產生的殘留DC的時間變化。圖25所示的圖表示出對夾住液晶層的電極施加5V的電壓1小時，然後使電極之間短路1秒鐘而開放電極之間的狀態下的電壓的時間變化。另外，圖25的圖表示出使電極之間處於開放狀態之後的殘留DC的時間變化。
注意，殘留DC是指一種電壓，其起因於在對液晶層施加電壓時留在電極之間的電荷。由於該電壓，而在對液晶層施加電壓的期間，除了原來施加的電壓之外還對電極之間施加多餘的電壓。此外，即使在不對液晶層施加電壓的期間，也因留在液晶層的電荷而在電極之間殘留有電壓。注意，當在由電極夾住液晶材料的結構中將配向膜形成在電極上時，電極之間是指配向膜之間。
在圖25所示的圖表中，作為介電常數的各向異性為2以上且5以下的液晶層的一個例子示出介電常數的各向異性為3.8的液晶層，而作為比較例子還示出各向異性為5.2及9.0的液晶層。各液晶層的液晶材料與在圖1中使用的液晶材料相同。
在圖25所示的介電常數的各向異性為3.8的液晶層的圖表中觀察到在使電極之間處於開放狀態之後立 即出現的電壓的上升，且起因於液晶層所包括的雜質殘留的電壓隨時間減少。另一方面，在介電常數的各向異性為5.2、9.9的液晶層的圖表中觀察到在使電極之間處於開放狀態之後立即出現的電壓的大幅度的上升，且雖然起因於液晶層所包括的雜質而殘留的電壓隨時間減少，但是即使經過時間，該電壓也殘留著。
當對圖25所示的介電常數的各向異性不同的液晶層的圖表進行比較時，介電常數的各向異性大的液晶層的電壓在電極之間剛變為開放狀態之後較大。這種根據液晶材料的電壓差異起因於因介電常數的各向異性大而液晶層所包括的雜質的比例變大的情況。由此，液晶層所包括的雜質的比例少的本發明的一個方式的介電常數的各向異性可取的範圍為2以上且5以下的結構進一步減少使電極之間處於開放狀態之後的殘留DC的影響。
接著，圖28示出一種圖表，其表示介電常數的各向異性不同的液晶層(△ε=3.8、5.2、9.9)的30℃下的電壓保持率(Voltage Holding Ratio：VHR)的時間變化。圖28所示的圖表示出對夾持液晶層的電極施加電壓並測量開放後的電壓變化而得到的結果。由此可知，隨著電阻率增加而電壓保持率也增加。即使在不對液晶層施加電壓的期間，也較佳為大的電壓保持率以抑制灰階值的偏差。
接著，參照圖2A至圖6說明一種結構，其中圖1所說明的藉由將液晶層的介電常數的各向異性設定為 2以上且5以下，能夠將對應於施加到像素中的電壓的變化的灰階級的偏差控制為可接受的範圍內。
首先，在圖2A至2C中說明液晶層的特性以在後面參照圖3至圖6說明液晶層的具體例子。
圖2A是示出用於液晶層的TN模式的電壓-穿透率的圖表。
圖2A是示出所謂的常白的液晶元件的曲線的圖表。在液晶層中，由於對應於施加到夾持液晶層的電極的電壓的電場而構成液晶層的液晶分子的配向產生變化而控制被偏轉的光的透過量。在圖2A中，電壓Vmax是用來將穿過液晶層的光的穿透率設定為0的電壓。電壓Vmin是用來使穿過液晶層的光的穿透率最大化的電壓。電壓Vmid是用來將穿過液晶層的光的穿透率設定為一半(50%)的電壓。
此外，圖2B是示出施加到液晶層的電壓和灰階的圖表。例如，當圖2B示出顯示黑色或白色的影像時，因為藉由施加電壓Vmax或Vmin，光的穿透率產生變化，所以作為灰階值切換Gmax和0V。
此外，在圖2B中，當為了表示顏色的深淺以多灰階顯示影像時，藉由施加電壓Vmax、Vmid、Vmin等多種電壓，光的穿透率產生變化且作為灰階值能夠切換Gmax、Gmid、0而進行顯示。為了增加灰階，在電壓Vmax和電壓Vmin之間設定多個電壓水準。藉由根據該電壓水準而穿透率產生變化，可以實現顯示多個灰階值的 液晶顯示裝置。
在此情況下，因為除非施加到液晶層的電壓值產生變化，否則光的穿透率不產生變化，所以可以得到所希望的灰階。另一方面，在主動矩陣型液晶顯示裝置的像素的液晶層中，由於流在該液晶層中的電流而施加到液晶層的電壓值隨時間產生變化。明確而言，當由於經過一定期間而電壓值改變△V時，灰階值也改變△G。當施加到像素中的電壓值的變化超過作為同一個靜態影像中的灰階值的偏差可接受的範圍時，觀看者看到閃爍，因此導致顯示品質的降低。
接著，圖2C是示出夾持液晶層的電極的剖面模式圖。圖2C示出圖2A所說明的設定為電壓Vmin時的液晶層的配向狀態(初始配向狀態)及設定為電壓Vmax時的液晶層的配向狀態(飽和配向狀態)。
此外，初始配向狀態表示沒有施加電壓的狀態下的液晶分子的狀態，並且對於TN液晶來說，是在電極之間液晶扭轉90°的狀態。此外，飽和配向狀態是指即使對藉由施加電壓而傾斜或豎立的液晶分子進一步施加電壓，該液晶分子也幾乎不再傾斜或豎立的界限狀態。
圖2C是示出第一電極11、第二電極12、配向膜13、配向膜14及液晶分子15的剖面模式圖。此外，第一電極11相當於像素電極，而第二電極12相當於反電極。
此外，將初始配向狀態的介電常數設定為 ε⊥，並將飽和配向狀態的介電常數設定為ε//。可以將初始配向狀態的介電常數ε⊥和飽和配向狀態的介電常數ε//之間的差異表示為上述介電常數的各向異性(△ε)。
此外，圖3是一種模式圖，其示出用來觀察對圖2C所示的夾持液晶層的電極施加電壓Vmid時的穿透率的變化的結構。
圖3示出圖2A所說明的施加電壓Vmid時的液晶層的配向的狀態(中間配向狀態)。此外，在圖3中，除了圖2C所說明的第一電極11、第二電極12、配向膜13、配向膜14及液晶分子15之外還示出偏光板21、偏光板22及光檢測器23。此外，在圖3中，箭頭表示光，箭頭24示出入射到液晶層的光，且箭頭25表示透過液晶層的光。另外，箭頭24所示的光相當於液晶顯示裝置中的背光的光。此外，有時將圖3所示的包括第一電極11、第二電極12、配向膜13、配向膜14、液晶分子15、偏光板21及偏光板22的結構稱為液晶元件。
此外，圖3所示的各種結構的詳細內容為如下：作為第一電極11及第二電極12設置有110nm厚的銦錫氧化物膜(ITO)。作為配向膜13及配向膜14設置有70nm厚的聚醯亞胺膜(由日產化學工業株式會社製造的SE-7492)。作為液晶分子15設置有使用介電常數不同的兩種TN模式的液晶材料(由默克公司製造的ZLI4792、由默克公司製造的MLC7030)。配向膜13和配向膜14之間的單元間隙為4μm。此外，在對液晶層施加電壓控制 光的穿透率來表示的灰階級是256灰階的條件下進行測量。
圖4A示出對圖1所說明的包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化。對第一電極11作為框頻使用1Hz的驅動電壓波形(在圖4A中，上側的矩形波)施加電壓。對第二電極12施加0V的電壓。圖4A還示出對液晶層交替施加成為電壓Vmid的電壓+2.5V或-2.5V時的穿透率的時間變化(在圖4A中，下側的鋸形波)。
圖4B示出與圖4A同樣得到的對包括介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化(在圖4B中，上側的鋸波形)。此外，圖4B還示出與圖4A同樣得到的對包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化(在圖4B中，下側的鋸波形)。
在包括介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶層的液晶元件中，灰階級的偏差的最大值為1.1灰階(穿透率：0.35%)。另一方面，在包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件中，灰階級的偏差的最大值被估計為1.7灰階(穿透率：0.43%)。
起因於上述液晶層所包括的雜質的殘留DC導致圖4B所示的鋸波形。因此，液晶層所包括的雜質比例少的本發明的一個方式中的介電常數的各向異性可取的範 圍為2以上且5以下的結構可以進一步減少殘留DC所導致的穿透率的波動。
也就是說，可知的是：本發明的一個方式的範圍所包括的介電常數的各向異性為3.8的結構可以進一步減少灰階級的偏差。
此外，作為另一個例子，圖5A示出對圖1所說明的包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化。對第一電極11以框頻為0.2Hz的驅動電壓波形(在圖5A中，上側的矩形波)施加電壓。對第二電極12施加0V的電壓。圖5A還示出對液晶層交替施加成為電壓Vmid的電壓+2.5V或-2.5V時的穿透率的時間變化(在圖5A中，下側的鋸形波)。
圖5B示出與圖5A同樣得到的對包括介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化(在圖5B中，上側的鋸波形)。此外，圖5B還示出與圖5A同樣得到的對包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件施加電壓時的穿透率的時間變化(在圖5B中，下側的鋸波形)。
在包括介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶層的液晶元件中，灰階級的偏差的最大值為2.2灰階(穿透率：0.7%)。另一方面，在包括介電常數的各向異性為5.2的TN模式的液晶層的液晶元件中，灰階級的 偏差的最大值被估計為3.4灰階(穿透率：0.89%)。
起因於上述液晶層所包括的雜質的殘留DC導致圖5B所示的鋸波形。因此，與圖4B同樣地，液晶層所包括的雜質比例少的本發明的一個方式中的介電常數的各向異性可取的範圍為2以上且5以下的結構可以進一步減少殘留DC所導致的穿透率的波動。
也就是說，可知的是：本發明的一個方式的範圍所包括的介電常數的各向異性為3.8的結構可以進一步減少灰階級的偏差。此外，還可知：如上所述，因為超過3灰階的偏差作為閃爍被看到，所以在介電常數的各向異性在本發明的一個方式中的介電常數的各向異性可取的範圍，即2以上且5以下以外的範圍的情況下不能得到所希望的效果。
另外，雖然在圖4A和4B以及圖5A和5B中，作為框頻的一個例子說明了1Hz或0.2Hz的情況，但是可以採用其他頻率。可以根據液晶模式及/或用於液晶層的材料適當地設定框頻。
此外，圖6總括示出圖4A和4B以及圖5A和5B所說明的框頻、介電常數的各向異性及灰階值的偏差量。由圖6可知：當介電常數的各向異性為3.8時，灰階值的偏差量被抑制為3灰階以下，而當介電常數的各向異性為5.2時，雖然在框頻為1Hz的情況下灰階值的偏差量被抑制為3灰階以下，但是在框頻為0.2Hz的情況下灰階值的偏差量超過3灰階。
如圖6所示，藉由將本發明的一個方式中的介電常數的各向異性可取的範圍設定為2以上且5以下，可以將起因於施加到像素中的電壓的變化的灰階值的偏差抑制為3以下。因此，可以抑制在減少更新速率時的閃爍，從而可以提高顯示品質。
或者，除了起因於施加到像素中的電壓的變化之外，灰階值的偏差還起因於配向膜和液晶層的電特性不同所導致的電荷的積累。洩漏電流經過配向膜和液晶層流過。因此，流在配向膜中的洩漏電流的電流密度和流在液晶層中的洩漏電流的電流密度具有相同的數值。但是，在配向膜和液晶層的與介電常數ε和電阻率ρ的乘積成正比的緩和時間τ互不相同。因此，當在液晶層中洩漏電流流過時，電荷積累在配向膜和液晶層之間的介面附近，且在該介面附近產生殘留DC。
藉由滿足從Maxwell-Wagner的多層介電質的理論獲得的公式1，可以抑制積累在配向膜和液晶層之間的介面附近的電荷來減少殘留DC。注意，在公式1中，εLC表示液晶層的介電常數，ρLC表示液晶層的電阻率，εAL表示配向膜的介電常數，ρAL表示配向膜的電阻率。
[公式1]εLC ‧ρLC=εAL ‧ρAL (1)
為了接近於公式1的條件，較佳為儘量使液晶層的電阻率和配向膜的電阻率接近。因為配向膜的電阻 率比液晶層的電阻率大，所以用來使液晶層的電阻率和配向膜的電阻率接近的方法是增高液晶層的電阻率或降低配向膜的電阻率。如上所述，較佳的方法是增高液晶層的電阻率。
明確而言，作為將介電常數的各向異性可取的範圍設定為2以上且5以下的液晶層，使用介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶層，並使用物性值不同的配向膜測量殘留DC的差異。圖29示出其測量結果。圖29是一種圖表，其中具有4×1015(Ω．cm)的電阻率的配向膜是配向膜A，具有2×1014(Ω．cm)的電阻率的配向膜是配向膜B，橫軸表示時間，且縱軸表示殘留DC所帶來的電壓值。
此外，在圖30的圖表中示出介電常數的各向異性為3.8的TN模式的液晶顯示裝置的電壓保持率的變化，該液晶顯示裝置的一個包括配向膜A，而另一個包括配向膜B。
從圖29可以確認到藉由降低配向膜的電阻率可以抑制殘留DC。但是，如圖30所示，因液晶層及配向膜的電阻率都降低而增加洩漏電流並降低電壓保持率。
可以確認到當如本實施方式的結構那樣減少更新速率來驅動時，較佳為增高配向膜和液晶層兩者的電阻率並使它們接近。
根據上述結果，更佳的是，藉由使用介電常數的各向異性可取的範圍為2以上且5以下的液晶層，使 用液晶層的電壓保持率高的材料，且使配向膜和液晶層的電阻率增加並使它們接近，來抑制殘留DC。
實施方式2
在本實施方式中，參照圖7及圖8A和8B說明包括實施方式1所示的液晶層的液晶顯示裝置的一個例子。
明確而言，說明具有以60Hz以上的頻率輸出選擇像素的G信號的第一模式和以1Hz以下的頻率，較佳為以0.2Hz以下的頻率輸出選擇像素的G信號的第二模式的液晶顯示裝置。
圖7是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的結構的塊圖。
圖8A和8B是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部的結構的塊圖及電路圖。
〈1．液晶顯示裝置的結構〉
在本實施方式中，在圖7中例示而說明的具有顯示功能的液晶顯示裝置600包括：像素部631，該像素部631包括保持被輸入的第一驅動信號(也稱為S信號)633_S並包括根據S信號633_S在像素部631顯示影像的顯示元件635的像素電路634；對像素電路634輸出S信號633_S的第一驅動電路(也稱為S驅動電路)633；以及將選擇像素電路634的第二驅動信號(也稱為G信號) 632_G輸出到像素電路634中的第二驅動電路(也稱為G驅動電路)632。
而且，G驅動電路632具有第一模式和第二模式，在該第一模式中，對像素以每1秒鐘30次以上的頻率，較佳為以每1秒鐘60次以上且低於960次的頻率輸出G信號632_G，在該第二模式中，對像素以每1天1次以上且每1秒低於0.1次的頻率，較佳為以1小時1次以上且每1秒低於1次的頻率輸出G信號632_G。
另外，G驅動電路632根據被輸入的模式切換信號切換第一模式和第二模式。
此外，像素電路634設置在像素631p中，多個像素631p設置在像素部631中，且像素部631設置在顯示部630中。
具有顯示功能的液晶顯示裝置600具有算術裝置620。算術裝置620輸出一次控制信號625_C和一次影像信號625_V。
液晶顯示裝置600具備控制部610，並且控制部610控制S驅動電路633和G驅動電路632。
當對顯示元件635應用液晶元件時，將光供應部650設置在顯示部630。光供應部650對設置有液晶元件的像素部631供應光而用作背光。
具有顯示功能的液晶顯示裝置600可以使用G驅動電路632所輸出的G信號632_G改變從設置在像素部631中的多個像素電路634中選擇一個的頻率。其結 果是，可以提供具有減少可能給液晶顯示裝置600的使用者帶來的眼睛疲勞的顯示功能的液晶顯示裝置。
下面，說明構成具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的每一個要素。
〈2．算術裝置〉
算術裝置620生成一次影像信號625_V及一次控制信號625_C。
此外，算術裝置620生成包括模式切換信號的一次控制信號625_C。
例如，也可以根據從輸入單元500被輸入的影像切換信號500_C，算術裝置620輸出包括模式切換信號的一次控制信號625_C。
當藉由控制部610由輸入單元500對第二模式的G驅動電路632輸入影像切換信號500_C時，G驅動信號632從第二模式切換為第一模式，輸出G信號一次以上，然後切換為第二模式。
例如，當輸入單元500檢測出翻頁工作時，輸入單元500將影像切換信號500_C輸入到算術裝置620。
算術裝置620生成包括翻頁工作信號的一次影像信號625_V，與包括影像切換信號500_C的一次控制信號625_C一起輸出該一次影像信號625_V。
控制部610對G驅動電路632輸出影像切換 信號500_C，對S驅動電路633輸出包括翻頁工作信號的二次影像信號615_V。
G驅動電路632從第二模式切換為第一模式，以觀察者不能辨別每次改寫工作所改變的影像變化的程度的速度輸出G信號632_G。
另一方面，S驅動電路633對像素電路634輸出由包括翻頁工作信號的二次影像信號615_V生成的S信號633_S。
由此，因為藉由對像素631p供應包括翻頁工作信號的二次影像信號615_V，可以在短時間內顯示包括翻頁工作的多個圖框影像，所以可以顯示流暢的翻頁工作。
此外，還可以採用如下結構：算術裝置620辨別其對顯示部630輸出的一次影像信號625_V是動態影像還是靜態影像，並且當一次影像信號625_V是動態影像時，算術裝置620輸出選擇第一模式的切換信號，而當一次影像信號625_V是靜態影像時，算術裝置620輸出選擇第二模式的切換信號。
另外，作為算術裝置620辨別是動態影像還是靜態影像的方法有如下方法：一次影像信號625_V所包括的一個圖框的信號和該圖框前後的信號之間的差異大於預先設定的差異時，可以辨別為動態影像，而一次影像信號625_V所包括的一個圖框的信號和該圖框前後的信號之間的差異等於或小於預先設定的差異時，可以辨別為靜態 影像。
此外，也可以在從第二模式切換為第一模式時，將G信號632_G輸出一次以上的規定的次數，然後切換為第二模式。
〈3．控制部〉
控制部610輸出由一次影像信號625_V生成的二次影像信號615_V(參照圖7)。另外，也可以將一次影像信號625_V直接輸出到顯示部630。
控制部610具有使用包括垂直同步訊號、水準同步信號等同步信號的一次控制信號625_C生成初始脈衝信號SP、鎖存信號LP、脈衝寬度控制信號PWC等二次控制信號615_C，並對顯示部630供應的功能。另外，二次控制信號615_C包括時脈信號CK等。
此外，也可以採用如下結構：在控制部610設置反轉控制電路，且該控制部610具有根據反轉控制電路所通知的時序使二次影像信號615_V的極性反轉的功能。明確而言，既可以在控制部610中進行二次影像信號615_V的極性的反轉，又可以根據控制部610的指令在顯示部630中進行二次影像信號615_V的極性的反轉。
反轉控制電路具有使用同步信號設定使二次影像信號615_V的極性反轉的時序的功能。在此所例示的反轉控制電路包括計數器和信號生成電路。
計數器具有使用水準同步信號的脈衝來計數 圖框期間的數量的功能。
信號生成電路具有如下功能：使用由計數器得到的圖框期間的數量資訊對控制部610通知二次影像信號615_V的極性反轉的時序，以在連續的每多個圖框期間中使二次影像信號615_V的極性反轉。
〈4．顯示部〉
顯示部630在各像素中包括：具有顯示元件635的像素部631；S驅動電路633、G驅動電路632等驅動電路。像素部631包括設置有顯示元件635的多個像素631p(參照圖7)。
輸入到顯示部630的二次影像信號615_V被供應到S驅動電路633。此外，電源電位、二次控制信號615_C被供應到S驅動電路633及G驅動電路632。
此外，二次控制信號615_C包括控制S驅動電路633的工作的S驅動電路用初始脈衝信號SP、S驅動電路用時脈信號CK、鎖存信號LP、控制G驅動電路632的工作的G驅動電路用初始脈衝信號SP、G驅動電路用時脈信號CK、脈衝寬度控制信號PWC等。
圖8A示出顯示部630的結構的一個例子。
圖8A所示的顯示部630的像素部631中設置有多個像素631p、用來在每個行選擇像素631p的多個掃描線G以及用來對被選擇的像素631p供應由二次影像信號615_V生成的S信號633_S的多個信號線S。
對掃描線G的G信號632_G的輸入被G驅動電路632控制。對信號線S的S信號633_S的輸入被S驅動電路633控制。多個像素631p分別與掃描線G中的至少一個和信號線S中的至少一個連接。
另外，設置在像素部631的佈線的種類及數量可以取決於像素631p的結構、數量及佈局。具體地例示在圖8A所示的像素部631中，x列×y行的像素631p配置為矩陣狀，且信號線S1至信號線Sx、掃描線G1至掃描線Gy配置在像素部631中的情況。
〈4-1．像素〉
各像素631p具有顯示元件635以及包括該顯示元件635的像素電路634。
〈4-2．像素電路〉
在本實施方式中，圖8B作為像素電路634的一個例子示出將液晶元件635LC應用於顯示元件635的結構。
像素電路634包括電晶體634t，該電晶體634t控制對液晶元件635LC的S信號633_S的供應。說明電晶體634t和顯示元件635的連接關係的一個例子。
電晶體634t的閘極連接到掃描線G1至掃描線Gy中的任一個。電晶體634t的源極和汲極中的一個連接到信號線S1至信號線Sx中的任一個，而電晶體634t的源極和汲極中的另一個連接到顯示元件635的第一電 極。
另外，根據需要，像素631p除了用來保持液晶元件635LC的第一電極和第二電極之間的電壓的電容元件634c之外還包括電晶體、二極體、電阻元件、電容元件、電感器等其他電路元件。
圖8B所例示的像素631p使用一個電晶體634t作為控制對像素631p的S信號633_S的輸入的切換元件。但是，也可以將用作一個切換元件的多個電晶體用於像素631p。當多個電晶體用作一個切換元件時，上述多個電晶體可以並聯連接，串聯連接或組合串聯和並聯來連接。
另外，可以適當地調整像素電路634的電容。例如，在下述第二模式中，當在較長的期間(明確而言，1/60sec以上)中保持S信號633_S時設置電容元件634c。此外，也可以使用電容元件634c之外的結構調節像素電路634的電容。例如，也可以藉由重疊設置液晶元件635LC的第一電極和第二電極，實際上形成電容元件。
此外，像素電路634可以根據顯示元件635的種類或驅動方法選擇結構而使用。
〈4-2a.顯示元件〉
液晶元件635LC包括第一電極、第二電極以及第一電極和第二電極之間的包括被施加電壓的液晶材料的液晶 層。在液晶元件635LC中，根據施加到第一電極和第二電極之間的電壓的值，液晶分子的配向產生變化而穿透率也產生變化。因此，顯示元件635藉由其穿透率被S信號633_S的電位控制，來顯示灰階。
〈4-2b.電晶體〉
電晶體634t控制是否對顯示元件635的第一電極供應信號線S的電位。顯示元件635的第二電極施加有規定的標準電位Vcom。
另外，作為較佳為用於本發明的一個方式的液晶顯示裝置的電晶體可以採用使用氧化物半導體的電晶體。使用氧化物半導體的電晶體的詳細內容可以參照實施方式8、9。
〈5．光供應部〉
在光供應部650中可以設置有多個光源。控制部610控制光供應部650所具有的光源的驅動。
作為光供應部650的光源可以使用冷陰極螢光燈、發光二極體(LED)、施加電場產生電致發光(Electroluminescence)的OLED元件等。
特別佳為使光源所發射的藍色光的強度變弱於其他顏色的光的強度。包括在光源所發射的光中的呈現藍色的光達到視網膜而不被眼晴的角膜或晶狀體吸收。因此，藉由使光源所發射的藍色光的強度弱於其他顏色的 光，可以減少長期的對視網膜的影響(例如，老年性黃斑病變等)或直到深夜暴露於藍色光時的對生理節律(Circadian rhythm)的壞影響等。此外，光源所發射的光具有長於420nm的波長，較佳為具有長於440nm的波長。
圖24示出較佳的來自背光的發射光譜。在此，在圖24中示出作為背光的光源使用R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)的三種顏色的LED(Light Emitting Diode)時的來自各LED的發射光譜的例子。在圖24中，在420nm以下的範圍內幾乎都沒有觀察到放射照度。將使用這種光源用作背光的顯示部可以降低使用者的眼睛疲勞。
由此，藉由減少短波長的光的亮度，可以抑制使用者的眼睛疲勞或視網膜的損傷，並還可以抑制使用者的健康受到傷害。
〈6．輸入單元〉
作為輸入單元500可以使用觸控面板、觸控板、滑鼠、控制杆、軌跡球、資料手套、攝像裝置等。算術裝置620可以使從輸入單元500輸入的電信號和顯示部的座標彼此相關。由此，使用者可以輸入用來處理顯示在顯示部的資訊的指令。
作為使用者從輸入單元500輸入的資訊，例如可以舉出如下指令：改變顯示於顯示部的影像的顯示位 置的拖拉指令；將顯示影像翻到下一個影像的滑動指令；依次顯示卷軸狀的影像的滾動指令；選擇特定的影像的指令；改變影像的顯示尺寸的縮放指令；以及輸入手寫的文字的指令等。
另外，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式3
在本實施方式中，參照圖8A至圖10說明實施方式2所示的液晶顯示裝置(也稱為顯示裝置)的驅動方法的一個例子。
圖8A和8B是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部的結構的塊圖和電路圖。
圖9是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的顯示部的結構的變形例子的塊圖。
圖10是用來說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的電路圖。
〈1．對像素部的S信號的寫入方法〉
說明對圖8A或圖9所例示的像素部631寫入S信號633_S的方法的一個例子。明確而言，將S信號633_S分別寫入到像素部631中的具備圖8B所例示的像素電路的像素631p的各個的方法。
〈對像素部的信號寫入〉
在第一圖框期間中，藉由對掃描線G1輸入具有脈衝的G信號632_G，選擇掃描線G1。在連接到被選擇的掃描線G1的多個像素631p的每一個中，電晶體634t成為導通狀態。
當電晶體634t處於導通狀態時(一個行期間)從信號線S1對信號線Sx供應由二次影像信號615_V生成的S信號633_S的電位。而且，對應於S信號633_S的電位的電荷藉由導通狀態的電晶體634t積累到電容元件634c，而S信號633_S的電位供應到液晶元件635LC的第一電極。
在第一圖框期間的掃描線G1被選擇的期間中，正的極性的S信號633_S依次被輸入到所有的信號線S1至信號線Sx。對分別連接到掃描線G1及信號線S1至信號線Sx的像素631p中的第一電極(G1S1)至第一電極(G1Sx)供應正的極性的S信號633_S。由此，液晶元件635LC的穿透率被S信號633_S的電位控制，且各像素顯示灰階。
同樣地，依次選擇掃描線G2至掃描線Gy，且在與掃描線G2至掃描線Gy的各掃描線連接的像素631p中重複依次進行與掃描線G1被選擇的期間相同的工作。藉由上述工作，可以在像素部631中顯示第一圖框的影像。
另外，在本發明的一個方式中不一定需要依次選擇掃描線G1至掃描線Gy。
此外，可以採用從S驅動電路633對信號線S1至信號線Sx依次輸入S信號633_S的點順序驅動或從S驅動電路633對信號線S1至信號線Sx一齊輸入S信號633_S的線順序驅動。或者，還可以採用對多個信號線S的每一個依次輸入S信號633_S的驅動方法。
此外，不侷限於使用逐行掃描方式選擇掃描線G，而還可以使用隔行掃描方式選擇掃描線G。
此外，在任意的一個圖框期間中，輸入到所有信號線的S信號633_S的極性可以是相同的，或者，在任意的一個圖框期間中，在每一個信號線中輸入到像素的S信號633_S的極性也可以是反轉的。
〈對分割為多個區域的像素部的信號寫入〉
此外，圖9示出顯示部630的結構的變形例子。
圖9所示的顯示部630在分割為多個區域的像素部631(明確而言，第一區域631a、第二區域631b、第三區域631c)中設置有多個像素631p、用來選擇每行像素631p的多個掃描線G、用來對被選擇的像素631p供應S信號633_S的多個信號線S。
對設置在各個區域中的掃描線G的G信號632_G的輸入被各G驅動電路632控制。對信號線S的S信號633_S的輸入被S驅動電路633控制。多個像素 631p分別連接到掃描線G的至少一個及信號線S的至少一個。
藉由採用這種結構，可以分割地驅動像素部631。
例如，當作為輸入單元500從觸控面板輸入資訊時，也可以取得特定輸入該資訊的區域的座標，只將驅動對應於該座標的區域的G驅動電路632設定為第一模式，而將其他區域設定為第二模式。藉由進行該工作，可以停止從觸控面板沒輸入資訊的區域，即不需要改寫顯示影像的區域的G驅動電路的工作。
〈2．第一模式及第二模式的G驅動電路〉
對G驅動電路632所輸出的G信號632_G被輸入的像素電路634輸入S信號633_S。在不輸入G信號632_G的期間中，像素電路634保持S信號633_S的電位。換言之，像素電路634保持被寫入S信號633_S的電位的狀態。
寫入有顯示資料的像素電路634保持對應於S信號633_S的顯示狀態。注意，“保持顯示狀態”是指保持顯示狀態的變化不超過一定的範圍。上述一定的範圍是適當地設定的範圍，例如較佳為將上述一定的範圍設定為當使用者閱覽顯示影像時識別為相同的顯示影像的顯示狀態的範圍。
G驅動電路632具備第一模式和第二模式。
〈2-1．第一模式〉
G驅動電路632的第一模式對像素以每1秒鐘30次以上的頻率，較佳為以每1秒鐘60次以上且低於960次的頻率輸出G信號632_G。
第一模式的G驅動電路632以觀察者不識別在每次改寫工作產生的影像變化的程度的速度改寫信號。其結果是，可以顯示流暢的動態影像。
〈2-2．第二模式〉
G驅動電路632的第二模式對像素以每1天1次以上且每1秒鐘低於0.1次的頻率，較佳為以每1小時1次以上且每1秒鐘低於1次的頻率輸出G信號632_G。
在沒有輸入632_G信號的期間中，像素電路634保持S信號633_S，且繼續保持對應於該電位的顯示狀態。
由此，第二模式可以進行不產生像素的顯示的改寫所導致的閃爍的顯示。
其結果是，可以減少具有該顯示功能的液晶顯示裝置給使用者帶來的眼睛疲勞。
另外，G驅動電路632所消耗的電力在G驅動電路632不工作的期間減少。
此外，使用具有第二模式的G驅動電路632驅動的像素電路較佳為採用長期間保持S信號633_S的結 構。例如，電晶體634t的洩漏電流在關閉狀態下越小越佳。
在關閉狀態下，洩漏電流小的電晶體634t的結構的一個例子可以參照實施方式8、9。
另外，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式4
在本實施方式中，參照圖10至圖12說明實施方式2所示的液晶顯示裝置的驅動方法的一個例子。
圖10是用來說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的電路圖。
圖11A1、11A2、11B1、11B2和11C是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動及點反轉驅動的圖。
圖12是說明具有本發明的一個方式的顯示功能的液晶顯示裝置的源極線反轉驅動及點反轉驅動的時序圖。
〈1．過驅動〉
一般而言，液晶的從被施加電壓到其透射率收斂的回應時間為幾十msec左右。由此，液晶的緩慢的回應容易作為動態影像的模糊被人眼察覺。
於是，本發明的一個方式也可以採用過驅 動，其中暫時增大施加到使用液晶元件的顯示元件635的電壓來快速地使液晶配向產生變化。藉由採用過驅動，提高液晶的回應速度並防止動態影像的模糊，從而可以改善動態影像的影像品質。
此外，由於當在電晶體634t成為非導通狀態之後使用液晶元件的顯示元件635的穿透率也不收斂而繼續改變時，液晶的相對介電常數也產生變化，因此使用液晶元件的顯示元件635所保持的電壓容易發生變化。
例如，當不使使用液晶元件的顯示元件635與電容元件634c並聯連接時或與顯示元件635連接的電容元件634c的電容值小時，容易明顯地產生上述使用液晶元件的顯示元件635所保持的電壓的變化。但是，藉由採用上述過驅動可以縮短回應時間，所以還可以減小電晶體634t成為非導通狀態之後的使用液晶元件的顯示元件635的穿透率的變化。因此，即使與使用液晶元件的顯示元件635並聯連接的電容元件634c的電容值小，也可以防止在電晶體634t成為非導通狀態之後使用液晶元件的顯示元件635所保持的電壓產生變化。
〈2．源極線反轉驅動及點反轉驅動〉
在連接到圖10所例示的像素電路的信號線Si的像素631p中，以夾在信號線Si和與信號線Si相鄰的信號線Si+1之間的方式配置有像素電極635_1。在電晶體634t處於關閉狀態下，理想是像素電極635_1和信號線Si電 分離。此外，像素電極635_1和信號線Si+1也在理想上電分離也是理想的。但是，在實際上，在像素電極635_1和信號線Si之間存在寄生電容634c(i)，並且在像素電極635_1和信號線Si+1之間存在寄生電容634c(i+1)(參照圖11C)。另外，圖11C示出用作液晶元件635LC的第一電極或第二電極的像素電極635_1代替圖10所示的液晶元件635LC。
當重疊設置液晶元件635LC的第一電極和第二電極且將重疊的兩個電極用作實質上的電容元件時有如下情況：不將使用電容佈線形成的電容元件634c連接到對液晶元件635LC或連接到液晶元件635LC的電容元件634c的電容值小。在這種情況下，用作液晶元件的第一電極或第二電極的像素電極635_1的電位容易受到寄生電容634c(i)和寄生電容634c(i+1)的影響。
由此，即使在保持影像信號的電位的期間中，電晶體634t處於關閉狀態，也容易發生像素電極635_1的電位與信號線Si或信號線Si+1的電位的變化連動地變動的現象。
將在保持影像信號的電位的期間，像素電極的電位與信號線的電位變化連動地變動的現象稱為串擾現象。當發生串擾現象時，顯示對比度會降低。例如，當作為液晶元件635LC使用常白的液晶時，影像會泛白。
於是，在本發明的一個方式中，也可以在任意圖框期間中採用如下驅動方法：對以在其間夾有像素電 極635_1的方式配置的信號線Si和信號線Si+1輸入具有彼此相反的極性的影像信號。
另外，具有相反的極性的影像信號是指在以液晶元件的共用電極的電位為參考電位時，具有比參考電位高的電位的影像信號和比參考電位低的電位的影像信號。
作為將交替具有相反的極性的影像信號依次寫入到多個像素中的方法，可以例示兩種方法(源極線反轉及點反轉)。
無論在任何方法中，在第一圖框期間中都對信號線Si輸入具有正(+)的極性的影像信號，對信號線Si+1輸入具有負(-)的極性的影像信號。接著，在第二圖框期間中對信號線Si輸入具有負(-)的極性的影像信號，對信號線Si+1輸入具有正(+)的極性的影像信號。接著，在第三圖框期間中對信號線Si輸入具有正(+)的極性的影像信號，對信號線Si+1輸入具有負(-)的極性的影像信號(參照圖11C)。
因為當採用這種驅動方法時，一對信號線的電位變動到相反方向，所以任意像素電極所受到的電位的變動被彼此消除。因此，可以抑制串擾的發生。
〈2-1．源極線反轉驅動〉
源極線反轉是指在任意一個圖框期間中對連接到一個信號線的多個像素及連接到與該信號線相鄰的另一個信號 線的多個像素輸入具有相反極性的影像信號的方法。
在圖11A1及11A2中，示意性地示出當利用源極線反轉時供應到像素的影像信號的極性。由符號+表示在任意一個圖框期間被供應的影像信號的極性為正的像素，由符號-表示在任意一個圖框期間被供應的影像信號的極性為負的像素。圖11A2所示的圖框示出圖11A1所示的圖框後面的圖框。
〈2-2．點反轉驅動〉
點反轉是指在任意一個圖框期間中對連接到一個信號線的多個像素及連接到與該信號線相鄰的另一個信號線的多個像素輸入具有相反極性的影像信號，且在連接到同一信號線的多個像素中對相鄰的像素輸入具有相反極性的影像信號的方法。
在圖11B1及圖11B2中，示意性地示出當利用點反轉時供應到像素的影像信號的極性。由符號+表示在任意一個圖框期間被供應的影像信號的極性為正的像素，由符號-表示在任意一個圖框期間被供應的影像信號的極性為負的像素。圖11B2所示的圖框示出圖11B1所示的圖框後面的圖框。
〈2-3．時序圖〉
接著，圖12示出藉由源極線反轉使圖10所示的像素部631工作時的時序圖。明確而言，在圖12中示出供應 到掃描線G1的信號的電位的時間變化、供應到信號線S1至信號線Sx的影像信號的電位的時間變化以及連接到掃描線G1的各像素所具有的像素電極的電位的時間變化。
首先，藉由對掃描線G1輸入具有脈衝的信號，掃描線G1被選擇。在連接到被選擇的掃描線G1的多個像素631p的每一個中，電晶體634t導通。然後，當在電晶體634t處於導通狀態下對信號線S1至信號線Sx供應影像信號的電位時，藉由導通狀態的電晶體634t將影像信號的電位供應到液晶元件635LC的像素電極。
圖12所示的時序圖示出在第一圖框期間的掃描線G1被選擇的期間中，第奇數個信號線S1、信號線S3...依次輸入有具有正的極性的影像信號，第偶數個信號線S2、信號線S4...信號線Sx輸入有具有負的極性的影像信號的例子。因此，連接到第奇數個信號線S1、信號線S3...的像素631p中的像素電極(S1)、像素電極(S3)...供應有具有正的極性的影像信號。此外，連接到第偶數個信號線S2、信號線S4...信號線Sx的像素631p中的像素電極(S2)、像素電極(S4)...像素電極(Sx)供應有具有負的極性的影像信號。
在液晶元件635LC中，根據供應到像素電極和共同電極之間的電壓值而液晶分子的配向變化，且穿透率變化。因此藉由根據影像信號的電位控制液晶元件635LC的穿透率，該液晶元件635LC可以顯示灰階。
當對信號線S1至信號線Sx的影像信號的輸 入結束時，掃描線G1的選擇也結束。當掃描線的選擇結束時，在具有該掃描線的像素631p中，電晶體634t關閉。於是，液晶元件635LC保持供應到像素電極和共同電極之間的電壓來維持灰階的顯示。然後，掃描線G2至掃描線Gy依次被選擇，且在連接到上述各掃描線的像素中，進行與掃描線G1被選擇的期間同樣的工作。
接著，在第二圖框期間中，掃描線G1再次被選擇。而且在第二圖框期間的掃描線G1被選擇的期間中，與第一圖框期間的掃描線G1被選擇的期間不同地，第奇數個信號線S1、信號線S3...依次輸入有具有負的極性的影像信號，第偶數個信號線S2、信號線S4...信號線Sx輸入有具有正的極性的影像信號。因此，連接到第奇數個信號線S1、信號線S3...的像素631p中的像素電極(S1)、像素電極(S3)...供應有具有負的極性的影像信號。此外，連接到第偶數個信號線S2、信號線S4...信號線Sx的像素631p中的像素電極(S2)、像素電極(S4)...像素電極(Sx)供應有具有正的極性的影像信號。
在第二圖框期間中，當對信號線S1至信號線Sx的影像信號的輸入結束時，掃描線G1的選擇也結束。然後，從掃描線G2至掃描線Gy依次被選擇，且在連接到上述各掃描線的像素中，進行與掃描線G1被選擇的期間同樣的工作。
然後，在第三圖框期間和第四圖框期間中也同樣地反復上述工作。
注意，雖然圖12所示的時序圖例示出信號線S1至信號線Sx依次輸入有影像信號的情況，但是本發明不侷限於該結構。既可以對信號線S1至信號線Sx一齊輸入影像信號，也可以分為多個信號線依次輸入有影像信號。
此外，雖然在本實施方式中說明了採用逐行掃描方式選擇掃描線的情況，但是也可以採用隔行掃描方式選擇掃描線。
另外，藉由進行以共同電極的標準電位為標準使影像信號的電位的極性反轉的反轉驅動，可以防止被稱為殘影的液晶的劣化。
但是，由於在進行反轉驅動的情況下，當影像信號的極性產生變化時供應到信號線的電位的變化變大，因此用作切換元件的電晶體634t的源極電極和汲極電極之間的電位差也變大。因此，在電晶體634t中容易發生特性劣化諸如臨界電壓的遷移等。
此外，為了維持液晶元件635LC所保持的電壓，需要即使源極電極和汲極電極之間的電位差大，關態電流(off-state current)也低。
注意，本實施方式可以與本說明書所示的其他實施方式適當地組合。
實施方式5
在本實施方式中說明可以由本發明的一個方式的液晶 顯示裝置顯示的影像的生成方法。在本實施方式中特別說明在切換影像時對使用者的眼睛刺激少的影像的切換方法，該方法包括減輕使用者的眼睛疲勞的影像的切換方法以及不給使用者的眼睛帶來負擔的影像的切換方法。
當快速地切換影像而進行顯示時，可能給使用者帶來眼睛疲勞。例如，包括不斷地切換不同的情景的動態影像以及切換不同的靜態影像的情況等。
當切換不同的影像而進行顯示時，較佳為緩慢(平靜)且自然地切換影像而進行顯示，而不瞬間地切換顯示。
例如，當將顯示從第一影像切換到與其不同的第二影像時，較佳的是，在第一影像和第二影像之間插入第一影像淡出的影像或/及第二影像淡入的影像。此外，也可以插入以在第一影像淡出的同時，第二影像淡入(也稱為交替淡變)的方式插入重疊兩個影像的影像，還可以插入顯示第一影像逐漸變成第二影像的情形的動態影像(也稱為影像變形)。
明確而言，在以低更新速率顯示第一靜態影像，接著以高更新速率顯示用來切換影像的影像之後，以低更新速率顯示第二靜態。
〈淡入、淡出〉
下面說明切換互不相同的影像A和影像B的方法的一個例子。
圖13A是示出能夠進行影像切換工作的顯示裝置的結構的塊圖。圖13A所示的顯示裝置包括算術裝置701、記憶體裝置702、圖表單元703以及顯示單元704。
在第一步驟中，算術裝置701將來自外部記憶體裝置等的影像A及影像B的各資料儲存在記憶體裝置702中。
在第二步驟中，算術裝置701根據預先設定的分割數的值使用影像A和影像B的各影像資料依次生成新的影像資料。
在第三步驟中，將所生成的影像資料輸出到圖表單元703中。圖表單元703將被輸入的影像資料顯示於顯示單元704。
圖13B是用來說明在將影像從影像A逐漸切換為影像B時生成的影像資料的模式圖。
圖13B示出從影像A到影像B生成N(N是自然數)個影像資料，分別將每一個影像資料顯示f(f是自然數)個圖框期間的情況。因此，從影像A切換為影像B的期間是f×N個圖框。
在此，較佳的是，使用者可以自由地設定上述N及f等的參數。算術裝置701預先取得這些參數，且根據該參數生成影像資料。
第i生成的影像資料(i是1以上且N以下的整數)是可以對影像A的影像資料和影像B的影像資料進行加權並將該影像資料加在一起來生成的。例如，在某 個像素中，當以顯示影像A時的亮度(灰階)為a，而以顯示影像B時的亮度(灰階)為b時，顯示第i生成的影像資料的該像素的亮度(灰階)c是公式2所示的值。
使用藉由這種方法生成的影像資料來將影像A切換為影像B，從而可以緩慢(平靜)且自然地切換不連續的影像。
注意，至於公式2，在所有的像素中，當a=0時相當於從黑影像逐漸切換為影像B的淡入。此外，在所有的像素中，當b=0時相當於從影像A逐漸切換為黑影像的淡出。
雖然在上述說明中描述了使兩個影像暫時重疊並切換影像的方法，但是也可以採用不使影像重複的方法。
在不使兩個影像重疊的情況下，也可以當將影像A切換為影像B時在其間插入黑色影像。此時，當從影像A遷移到黑色影像時、從黑色影像遷移到影像B時或在這兩種情況下也可以採用上述影像切換方法。此外，作為插入影像A和影像B之間的影像不僅使用黑色影像，而且還可以使用白色影像等單色影像或與影像A及影像B不同的多色影像。
藉由在影像A和影像B之間插入其他影像， 特別是黑色影像等單色影像，可以使使用者更自然地感覺到影像的切換，從而可以以使用者不感到不快的方式切換影像。
實施方式6
在本實施方式中，參照圖式說明可以應用於本發明的一個方式的液晶顯示裝置的顯示單元的面板模組的結構例子。
圖23A是本實施方式所例示的面板模組200的俯視示意圖。
面板模組200在由第一基板201、第二基板202和密封材料203圍繞的密封區域中包括具備多個像素的像素部211及閘極驅動電路213。此外，在第一基板201上的密封區域的外部區域包括外部連接電極205及用作源極驅動電路的IC212。可以從電連接到外部連接電極205的FPC204輸入用來驅動像素部211、閘極驅動電路213、IC212等的電源或信號。
圖23B是分別沿著圖23A所示的包括FPC204及密封材料203的區域的截斷線A-B、包括閘極驅動電路213的區域的截斷線C-D、包括像素部211的區域的截斷線E-F以及包括密封材料203的區域的截斷線G-H截斷時的剖面示意圖。
第一基板201與第二基板202在其週邊附近的區域中由密封材料203黏合。此外，在由第一基板 201、第二基板202及密封材料203圍繞的區域至少設置有像素部211。
圖23A和23B示出作為閘極驅動電路213使用組合n通道型電晶體231與電晶體232的電路的例子。注意，閘極驅動電路213的結構不侷限於此，也可以使用組合n通道型電晶體與p通道型電晶體的多種CMOS電路或組合p通道型電晶體的電路。在本結構例子中，示出在形成有第一基板201上形成有閘極驅動電路213的驅動器一體型面板模組的結構，但是也可以採用在不同的基板上形成閘極驅動電路及源極驅動電路中的一者或兩者的結構。例如，既可以藉由COG方式安裝驅動電路IC，又可以藉由COF方式安裝安裝有驅動電路IC的撓性基板(FPC)。在結構例子中示出藉由COG方式在第一基板201上設置用作源極驅動電路的IC212的結構。
注意，對像素部211、閘極驅動電路213所具備的電晶體的結構沒有特別的限制。例如，可以採用交錯型電晶體或反交錯型電晶體。另外，也可以採用頂閘極型和底閘極型中的任一個的電晶體結構。此外，作為用於電晶體的半導體材料，例如既可以使用矽或鍺等的半導體材料，又可以使用包含銦、鎵和鋅中的至少一個的氧化物半導體。
此外，對用於電晶體的半導體的結晶性也沒有特別的限制而可以使用非晶半導體或結晶半導體(微晶半導體、多晶半導體、單晶半導體或其一部分具有結晶區 域的半導體)。使用結晶半導體可以抑制電晶體的特性劣化，所以是較佳的。
作為包含銦、鎵和鋅中的至少一個的氧化物半導體典型地可以舉出In-Ga-Zn類金屬氧化物等。藉由使用其帶隙比矽寬且載子密度小的氧化物半導體，可以抑制關閉時的洩漏電流，所以是較佳的。關於較佳的氧化物半導體的詳細內容在後面的實施方式8、9中進行說明。
在圖23B中，作為像素部211的一個例子示出一個像素的剖面結構。像素部211具備應用VA(Vertical Alignment：垂直配向)模式的液晶元件250。
一個像素至少包括開關用電晶體256。此外，一個像素還可以包括未圖示的儲存電容。此外，與電晶體256的源極電極或汲極電極電連接的第一電極251設置在絕緣層239上。
設置在像素的液晶元件250包括設置在絕緣層239上的第一電極251、設置在第二基板202上的第二電極253、夾在第一電極251和第二電極253之間的液晶252。
作為第一電極251及第二電極253使用透光導電材料。作為透光導電材料，可以使用氧化銦、銦錫氧化物、銦鋅氧化物、氧化鋅、添加有鎵的氧化鋅等的導電氧化物或石墨烯。
此外，在至少與像素部211重疊的區域中，在第二基板202上設置有濾色片243及黑矩陣242。
濾色片243是以對來自像素的透過光進行調色並提高色純度為目的而設置的。例如，當使用白色的背光製造全彩色面板模組時，使用設置有不同顏色的濾色片的多個像素。此時，既可以使用紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)的三種顏色的濾色片，又可以使用上述三種顏色和黃色(Y)的四種顏色。此外，除了R、G、B(及Y)以外還使用白色(W)的像素，而可以使用四種顏色(或五種顏色)。
另外，在相鄰的濾色片243之間設置有黑矩陣242。黑矩陣242遮擋從相鄰的像素發射的光，來抑制產生在相鄰的像素之間的混色。黑矩陣242也可以採用只配置在發射光的顏色不同的相鄰像素之間，而不設置在發射光的顏色相同的像素之間的結構。在此，藉由將濾色片243設置為使其端部與黑矩陣242重疊的結構，可以抑制光洩漏。作為黑矩陣242可以使用遮擋來自像素的透過光的材料，而可以使用金屬材料或包含顏料的有機樹脂材料等。此外，如圖23A和23B所示，藉由將黑矩陣242設置在閘極驅動電路213等的像素部211以外的區域，可以抑制因波導光等引起的非意圖的漏光，所以是較佳的。
另外，還設置有覆蓋濾色片243和黑矩陣242的保護層255。藉由設置保護層255可以抑制濾色片243及黑矩陣242所包括的顏料等雜質擴散到液晶252中。作為保護層使用透光材料，並可以使用無機絕緣材料或有機絕緣材料。
此外，在保護層255上設置有第二電極253。
再者，在保護層255中的重疊於黑矩陣242的區域設置有間隔物254。作為間隔物254較佳為使用樹脂材料，因為可以將其形成得厚。例如，可以使用正型或負型感光樹脂形成。此外，藉由作為間隔物254使用遮光材料，可以遮擋從相鄰的像素發射的光，來抑制產生在相鄰的像素之間的混色。另外，在本結構例子中將間隔物254設置在第二基板202一側，但是也可以設置在第一基板201一側。此外，也可以採用作為間隔物254使用球狀氧化矽等顆粒，並將其散佈在設置有液晶252的區域的結構。
藉由在第一電極251與第二電極253之間施加電壓，在垂直於電極面的方向上產生電場，由該電場控制液晶252的配向，藉由在每個像素中控制來自配置在面板模組的外部的背光的光的偏振，可以顯示影像。
也可以在接觸於液晶252的面設置用來控制液晶252的配向的配向膜。作為配向膜使用透光材料。
在本結構例子中，由於在重疊於液晶元件250的區域設置有濾色片，所以可以實現提高了顏色純度的全彩色的影像顯示。此外，也可以作為背光利用發光顏色不同的多種發光二極體(LED：Light Emitting Diode)來進行分時顯示方式(場序驅動方式)。當採用分時顯示方式時，不需要設置濾色片，例如不需要設置呈現R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)的每個發光顏色的子像 素，所以有提高像素的孔徑比或增加每單位面積的像素數量等的優點。
作為液晶252可以使用熱致液晶、低分子液晶、高分子液晶、鐵電液晶、反鐵電液晶等。此外，當使用呈現藍相的液晶時，由於不需要使用配向膜，並且可以實現廣視角化，所以是較佳的。此外，也可以採用對上述液晶添加聚合引發劑，並在注入或滴下密封之後聚合單體而實現高分子穩定化的液晶材料。
另外，雖然在本結構例子中說明應用VA模式的液晶元件250，但是液晶元件的結構不侷限於此，而也可以使用應用不同的模式的液晶元件250。
在第一基板201上設置有接觸於第一基板201的頂面的絕緣層237、用作電晶體的閘極絕緣層的絕緣層238及覆蓋電晶體的絕緣層239。
絕緣層237是以抑制包含在第一基板201中的雜質的擴散為目的而設置的。此外，與電晶體的半導體層接觸的絕緣層238及絕緣層239較佳為使用抑制促進電晶體的劣化的雜質擴散的材料。作為這些絕緣層可以使用矽等的半導體的氧化物、氮化物或氧氮化物或者鋁等的金屬的氧化物、氮化物或氧氮化物。此外，也可以使用這種無機絕緣材料的疊層膜或無機絕緣材料和有機絕緣材料的疊層膜。另外，如果不需要，則可以不設置絕緣層237及絕緣層239。
也可以在絕緣層239和第一電極251之間設 置絕緣層，該絕緣層用作覆蓋形成在下層的電晶體或佈線等所產生的步階的平坦化層。作為這種絕緣層，較佳為使用聚醯亞胺或丙烯酸等樹脂材料。此外，若可以提高平坦性，則也可以使用無機絕緣材料。
藉由採用圖23B所例示的結構，可以減少為在第一基板201上形成電晶體及液晶元件250的第一電極251而需要的光遮罩的數量。更明確而言，使用五種光遮罩即可，它們分別用於閘極電極的加工製程、半導體層的加工製程、源極電極及汲極電極的加工製程、絕緣層239的開口製程及第一電極251的加工製程。
將設置在第一基板201的佈線206從由密封材料203密封的區域的外部延伸地設置，且該佈線206與閘極驅動電路213電連接。此外，佈線206的端部的一部分構成外部連接電極205。在本結構例子中，外部連接電極205藉由層疊與電晶體的源極電極或汲極電極同一的導電膜及與電晶體的閘極電極同一的導電膜而形成。如此，藉由層疊多個導電膜構成外部連接電極205，可以提高FPC204等的承受壓接製程的機械強度，所以是較佳的。
此外，雖然未圖示，但是使IC212和像素部211電連接的佈線及外部連接電極也可以採用與佈線206和外部連接電極205相同的結構。
此外，以連接於外部連接電極205的方式設置連接層208，藉由連接層208電連接FPC204與外部連接電極205。作為連接層208可以使用已知的各向異性導 電薄膜或各向異性導電膏等。
藉由用絕緣層以不露出其表面的方式覆蓋佈線206、外部連接電極205的端部，可以抑制表面的氧化或非意圖的短路等的不良現象，所以是較佳的。
本實施方式可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式7
藉由在實施方式6所說明的面板模組設置觸摸感測器(接觸檢測裝置)，可以使該面板模組用作觸控面板。在本實施方式中，參照圖14A至圖15說明觸控面板。下面，有時省略與上述實施方式重複的部分的說明。
圖14A是本實施方式所例示的觸控面板400的透視示意圖，而圖14B是展開觸控面板400的透視示意圖。注意，為了明確起見，圖14A和14B只示出典型結構要素。
觸控面板400包括夾在第一基板401和第二基板402之間的顯示部411以及夾在第二基板402和第三基板403之間的觸摸感測器430。
在第一基板401上包括顯示部411和與顯示部411電連接的多個佈線406。此外，多個佈線406被引至第一基板401的週邊部，且其一部分構成用來與FPC404電連接的外部連接電極405。
顯示部411包括具有多個像素的像素部414、 源極驅動電路412及閘極驅動電路413，並被第一基板401和第二基板402密封。雖然在圖14B中，夾著像素部414配置有兩個源極驅動電路412，但是也可以沿著像素部414的一個邊配置一個源極驅動電路412。
作為可以應用於顯示部411的像素部414的顯示元件，使用液晶元件。
在第三基板403上包括觸摸感測器430、與觸摸感測器430電連接的多個佈線417。觸摸感測器430設置在第三基板403與第二基板402對置的表面一側。此外，多個佈線417被引至第三基板403的週邊部，且其一部分構成用來與FPC415電連接的外部連接電極416。另外，為了明確起見，在圖14B中由實線示出設置在第三基板403的背面一側(圖式紙面中的裡面一側)的觸摸感測器430的電極或佈線等。
圖14B所示的感測器430是投影型靜電容量方式觸摸感測器的一個例子。觸摸感測器430包括電極421及電極422。電極421及電極422分別與多個佈線417中任一個電連接。
在此，如圖14A、14B所示，電極422的形狀是多個四邊形在一個方向上連續的形狀。此外，電極421的形狀是四邊形，在與電極422延伸的方向交叉的方向排成一列的多個電極421分別藉由佈線423電連接。此時，較佳為以電極422和佈線423的交叉部的面積儘量小的方式進行配置。藉由配置為這種形狀，可以減少沒有設置電 極的區域的面積，且還可以減少根據該電極的有無產生的穿透率差異所導致的穿過觸摸感測器430的光的亮度不均勻。
另外，電極421、電極422的形狀不侷限於此而可以採用各種形狀。例如，也可以以儘量不產生空隙的方式多個電極421，並由絕緣層以形成不重疊於電極421的區域的方式相離設置多個電極422。此時，藉由在相鄰的兩個電極422之間設置與它們電絕緣的偽電極，可以減少穿透率不同的區域的面積，所以是較佳的。
圖15示出沿著圖14A所示的觸控面板400的X1-X2的剖面圖。
在第一基板401上設置有切換元件層437。切換元件層437至少包括電晶體。切換元件層437除了電晶體之外還可以包括電容元件等。此外，切換元件層437也可以包括驅動電路(閘極驅動電路、源極驅動電路)等。再者，切換元件層437也可以包括佈線或電極等。
在第二基板402的一個表面上設置有濾色片層435。濾色片層435包括與液晶元件重疊的濾色片。藉由在濾色片層435中設置R(紅色)、G(綠色)、B(藍色)的三種濾色片，可以製造全彩色的液晶顯示裝置。
例如，濾色片層435使用包含顏料的感光材料並藉由光微影製程形成。此外，作為濾色片層435也可以在不同顏色的濾色片之間設置黑矩陣。此外，也可以設置覆蓋濾色片及黑矩陣的保護層。
此外，根據所使用的液晶元件的結構，也可以在濾色片層435上形成液晶元件的一個電極。此外，該電極成為在後面形成的液晶元件的一部分。另外，也可以在該電極上設置有配向膜。
液晶431在被夾在第一基板401和第二基板402之間的狀態下由密封材料436密封。此外，以圍繞切換元件層437及濾色片層435的方式設置有密封材料436。
作為密封材料436，可以使用熱固性樹脂、紫外線硬化性樹脂或者有機樹脂諸如丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂或具有矽氧烷鍵的樹脂等。此外，密封材料436可以由包含低熔點玻璃的玻璃粉形成。另外，密封材料436可以組合上述有機樹脂和玻璃粉而形成。例如，藉由與液晶431接觸地設置上述有機樹脂，並在其外部設置玻璃粉，可以抑制水等從外部混入到液晶中。
此外，在第二基板402上設置有觸摸感測器。在第三基板403的一個表面上隔著絕緣層424設置感測器層440，且感測器層440隔著黏合層434與第二基板402貼合。另外，在第三基板403的另一個表面上設置有偏光板441。
在第三基板403上形成感測器層440，然後隔著設置在感測器層440上的黏合層434使感測器層440與第二基板402貼合，從而可以設置觸摸感測器。
絕緣層424例如可以使用氧化矽等氧化物。 與絕緣層424接觸設置有具有透光性的電極421及電極422。在形成在第三基板403上的絕緣層424上藉由濺射法形成導電膜，然後藉由光微影法等公知的構圖技術去除不需要的部分來形成電極421及電極422。作為透光導電材料，可以使用氧化銦、銦錫氧化鎢、銦鋅氧化物、氧化鋅、添加有鎵的氧化鋅等導電氧化物。
佈線438電連接到電極421或電極422。佈線438的一部分用作與FPC415電連接的外部連接電極。作為佈線438例如使用金屬材料諸如鋁、金、鉑、銀、鎳、鈦、鎢、鉻、鉬、鐵、鈷、銅或鈀等或者包含該金屬材料的合金材料。
將多個電極422設置為在一個方向上延伸的條狀。此外，以夾住一條電極422的方式設置一對電極421，並且使它們電連接的佈線423與電極422交叉地設置。在此，藉由佈線423與一條電極422電連接的一對電極421不一定需要與該電極422正交地設置，且它們的設置角度也可以小於90°。
此外，也可以以覆蓋電極421及電極422的方式設置絕緣層433。作為用於絕緣層433的材料，除了丙烯酸樹脂、環氧樹脂等樹脂、具有矽氧烷鍵的樹脂之外，例如還可以使用氧化矽、氧氮化矽、氧化鋁等無機絕緣材料。另外，在絕緣層433中設置有到達電極421的開口部，並且在絕緣層433上及開口部中設置與電極421電連接的佈線423。較佳為作為佈線423使用與電極421及 電極422同樣的透光導電材料，因為可以提高觸控面板的孔徑比提高。此外，作為佈線423也可以使用與電極421及電極422相同的材料，而且較佳為使用導電性更高的材料。
此外，也可以設置有覆蓋絕緣層433及佈線423的絕緣層。該絕緣層可以用作保護層。
此外，在絕緣層433(及用作保護層的絕緣層)中設置有到達佈線438的開口，且由設置在開口中的連接層439使FPC415和佈線438電連接。作為連接層439可以使用公知的各向異性導電薄膜(ACF：Anisotropic Conductive Film)或各向異性導電膏(ACF：Anisotropic Conductive Paste)等。
黏合感測器層440和第二基板402的黏合層434較佳為具有透光性。例如，可以使用熱固性樹脂或紫外線樹脂，明確而言，可以使用丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、環氧樹脂或具有矽氧烷鍵的樹脂等的樹脂。
作為偏光板441使用公知的偏光板即可，並使用能夠由自然光或圓偏振形成線性偏振的材料。例如，可以使用在一定方向上一致地配置雙色物質(dichroic substance)來得到光學各向異性的材料。藉由使聚乙烯醇等薄膜吸附碘類化合物等並使該薄膜在一個方向上延伸來製造這種偏光板。注意，作為雙色物質，除了碘類化合物之外還可以使用染料類化合物等。作為偏光板441可以使用薄膜狀、薄片狀或板狀材料。
另外，雖然在本實施方式中，作為感測器層440應用投影型靜電容量方式觸摸感測器的例子，但是感測器層440不侷限於此而可以應用用作檢測手指等導電檢測目標從偏光板的外部接近或用手指觸摸的觸摸感測器的感測器。作為設置在感測器層440中的觸摸感測器較佳為使用靜電容量方式觸摸感測器。作為靜電容量方式觸摸感測器，有表面型靜電容量方式、投影型靜電容量方式等，並且作為投影型靜電容量方式，主要有自己容量方式、互相容量方式等，它們根據驅動方式的差異區分。較佳為使用互相容量方式，因為可以進行同時多點檢測。
由於本實施方式所說明的觸控面板可以減少所顯示的靜態影像的更新速率，因此使用者能夠盡可能地在長時間看到相同的影像，且還可以減少被使用者看到的螢幕上的閃爍。此外，由於縮小一個像素的尺寸而能夠進行高精細的顯示，因此可以實現細緻且流暢的顯示。此外，當進行靜態影像顯示時，可以減少灰階變化所導致的影像品質的劣化且還可以減少觸控面板所消耗的電力。
實施方式8
在本實施方式中，參照圖式說明可以應用於液晶顯示裝置的像素的電晶體的結構例子。
〈電晶體的結構例子〉
圖16A是下面所例示的電晶體100的俯視示意圖。此 外，圖16B是沿著圖16A中的截斷線A-B的電晶體100的剖面示意圖。本結構例子所例示的電晶體100是底閘極型電晶體。
電晶體100包括：設置在基板101上的閘極電極102；設置在基板101及閘極電極102上的絕緣層103；與閘極電極102重疊地設置在絕緣層103上的氧化物半導體層104；以及與氧化物半導體層104的頂面接觸的一對電極105a、105b。此外，還包括覆蓋絕緣層103、氧化物半導體層104、一對電極105a、105b的絕緣層106以及絕緣層106上的絕緣層107。
《基板101》
雖然對基板101的材料等沒有特別的限制，但是至少使用具有能夠承受後面的加熱處理的耐熱性的材料。例如，作為基板101，可以使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板、YSZ(氧化釔穩定氧化鋯)基板等。此外，也可以利用使用矽或碳化矽等的單晶半導體基板、多晶半導體基板、使用矽鍺等的化合物半導體基板、SOI基板等。此外，還可以將在這些基板上設置有半導體元件的基板用作基板101。
另外，也可以作為基板101使用塑膠等撓性基板，並且在該撓性基板上直接形成電晶體100。或者，也可以在基板101和電晶體100之間設置剝離層。剝離層可以用於如下情況，即在其上層形成電晶體的一部分或全 部，然後將其從基板101分離並轉置到其他基板上。其結果是，也可以將電晶體100轉置到耐熱性低的基板或撓性基板上。
《閘極電極102》
閘極電極102可以使用選自鋁、鉻、銅、鉭、鈦、鉬、鎢中的金屬、以上述金屬為成分的合金或組合上述金屬元素的合金等而形成。另外，也可以使用選自錳、鋯中的一個或多個的金屬。此外，閘極電極102可以具有單層結構或雙層以上的疊層結構。例如，可以舉出包含矽的鋁膜的單層結構、在鋁膜上層疊鈦膜的雙層結構、在氮化鈦膜上層疊鈦膜的雙層結構、在氮化鈦膜上層疊鎢膜的雙層結構、在氮化鉭膜或氮化鎢膜上層疊鎢膜的雙層結構以及依次層疊鈦膜、該鈦膜上的鋁膜和其上的鈦膜的三層結構等。此外，也可以使用組合鋁與選自鈦、鉭、鎢、鉬、鉻、釹、鈧中的一種的膜、組合鋁與上述金屬中的多種的合金膜或上述金屬的氮化膜。
另外，閘極電極102也可以使用銦錫氧化物、包含氧化鎢的銦氧化物、包含氧化鎢的銦鋅氧化物、包含氧化鈦的銦氧化物、包含氧化鈦的銦錫氧化物、銦鋅氧化物、添加氧化矽的銦錫氧化物等透光導電材料。此外，也可以採用上述透光導電材料與上述金屬的疊層結構。
另外，可以在閘極電極102和絕緣層103之 間設置In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜、In-Sn類氧氮化物半導體膜、In-Ga類氧氮化物半導體膜、In-Zn類氧氮化物半導體膜、Sn類氧氮化物半導體膜、In類氧氮化物半導體膜、金屬氮化膜(InN、ZnN等)等。由於上述膜具有5eV，較佳為5.5eV以上的功函數，且該值比氧化物半導體的電子親和力大，所以可以使使用氧化物半導體的電晶體的臨界電壓向正方向漂移，從而可以實現所謂常閉特性的切換元件。例如，在使用In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜的情況下，使用氮濃度至少高於氧化物半導體層104，具體為7at.%以上的In-Ga-Zn類氧氮化物半導體膜。
《絕緣層103》
絕緣層103用作閘極絕緣膜。與氧化物半導體層104的下面接觸的絕緣層103較佳是非晶膜。
絕緣層103例如可以使用氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽、氧化鋁、氧化鉿、氧化鎵或Ga-Zn類金屬氧化物、氮化矽等以單層或疊層結構形成。
此外，藉由作為絕緣層103使用矽酸鉿(HfSiOx)、添加有氮的矽酸鉿(HfSixOyNz)、添加有氮的鋁酸鉿(HfAlxOyNz)、氧化鉿、氧化釔等high-k材料，可以降低電晶體的閘極漏電流。
《一對電極105a、105b》
一對電極105a及105b用作電晶體的源極電極或汲極 電極。
作為導電材料，一對電極105a、105b可以使用如下材料以單層或疊層形成：由鋁、鈦、鉻、鎳、銅、釔、鋯、鉬、銀、鉭或鎢構成的金屬或以這些元素為主要成分的合金。例如，可以舉出如下結構：包含矽的鋁膜的單層結構；在鋁膜上層疊鈦膜的雙層結構；在鎢膜上層疊鈦膜的雙層結構；在銅-鎂-鋁合金膜上層疊銅膜的雙層結構；在鈦膜或氮化鈦膜上層疊鋁膜或銅膜，在其上還形成鈦膜或氮化鈦膜的三層結構；以及在鉬膜或氮化鉬膜上層疊鋁膜或銅膜，在其上還形成鉬膜或氮化鉬膜的三層結構等。另外，可以使用包含氧化銦、氧化錫或氧化鋅的透明導電材料。
《絕緣層106、107》
絕緣層106較佳為使用包含多於滿足化學計量組成的氧的氧的氧化物絕緣膜。包含多於滿足化學計量組成的氧的氧的氧化物絕緣膜中的氧的一部分因加熱而脫嵌。包含多於滿足化學計量組成的氧的氧的氧化物絕緣膜是指一種氧化物絕緣膜，其中當利用熱脫附譜分析法(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)進行分析時，換算為氧原子的氧的脫嵌量為1.0×1018atoms/cm3以上，較佳為3.0×1020atoms/cm3以上。
作為絕緣層106可以使用氧化矽、氧氮化矽等。
另外，絕緣層106當在後面形成絕緣層107時還用作氧化物半導體層104的損傷緩和膜。
此外，也可以在絕緣層106和氧化物半導體層104之間設置使氧透過的氧化物膜。
作為使氧透過的氧化物膜，可以使用氧化矽、氧氮化矽等。注意，在本說明書中，“氧氮化矽膜”是指在其組成中氧含量多於氮含量的膜，而“氮氧化矽膜”是指在其組成中氮含量多於氧含量的膜。
作為絕緣層107可以使用具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜。藉由在絕緣層106上設置絕緣層107，可以防止氧從氧化物半導體層104擴散到外部以及氫、水等從外部侵入到氧化物半導體層104中。作為具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜，有氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧氮化鋁、氧化鎵、氧氮化鎵、氧化釔、氧氮化釔、氧化鉿、氧氮化鉿等。
〈電晶體的製造方法例子〉
接著，說明圖16A和16B所例示的電晶體100的製造方法的一個例子。
首先，如圖17A所示，在基板101上形成閘極電極102，且在閘極電極102上形成絕緣層103。
在此，作為基板101使用玻璃基板。
《閘極電極的形成》
下面示出閘極電極102的形成方法。首先，藉由濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成導電膜，且在導電膜上使用第一光遮罩並採用光微影製程形成光阻遮罩。接著，使用該光阻遮罩對導電膜的一部分進行蝕刻來形成閘極電極102。然後，去除光阻遮罩。
另外，可以採用電鍍法、印刷法、噴墨法等形成閘極電極102代替上述形成方法。
《閘極絕緣層的形成》
可以藉由濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成絕緣層103。
當作為絕緣層103形成氧化矽膜、氧氮化矽膜或氮氧化矽膜時，作為原料氣體，較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，可以舉出矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
此外，當作為絕緣層103形成氮化矽膜時，較佳為使用兩個階段的形成方法。首先，藉由將矽烷、氮和氨的混合氣體用作原料氣體的電漿CVD法形成缺陷少的第一氮化矽膜。接著，將原料氣體切換為矽烷及氮的混合氣體而形成氫濃度低且能夠阻擋氫的第二氮化矽膜。藉由採用這種形成方法，可以形成缺陷少且具有氫阻擋性的氮化矽膜作為絕緣層103。
此外，當作為絕緣層103形成氧化鎵膜時，可以藉由MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法形成。
《氧化物半導體層的形成》
接著，如圖17B所示，在絕緣層103上形成氧化物半導體層104。
下面示出氧化物半導體層104的形成方法。首先，形成氧化物半導體膜。接著，在氧化物半導體膜上使用第二光遮罩並採用光微影製程來形成光阻遮罩。接著，使用該光阻遮罩對氧化物半導體膜的一部分進行蝕刻來形成氧化物半導體層104。然後，去除光阻遮罩。
然後，也可以進行加熱處理。較佳為在包含氧的氛圍下進行加熱處理。
《一對電極的形成》
接著，如圖17C所示，形成一對電極105a、105b。
下面示出一對電極105a、105b的形成方法。首先，藉由濺射法、CVD法、蒸鍍法等形成導電膜。接著，在該導電膜上使用第三光遮罩並採用光微影製程來形成光阻遮罩。接著，使用該光阻遮罩對導電膜的一部分進行蝕刻來形成一對電極105a、105b。然後，去除光阻遮罩。
另外，如圖17B所示，當對導電膜進行蝕刻 時，氧化物半導體層104的上面的一部分可能被蝕刻而薄膜化。由此，當形成氧化物半導體層104時，較佳為預先將氧化物半導體膜的厚度設定得厚。
《絕緣層的形成》
接著，如圖17D所示，在氧化物半導體層104及一對電極105a、105b上形成絕緣層106，然後在絕緣層106上形成絕緣層107。
當作為絕緣層106形成氧化矽膜或氧氮化矽膜時，作為原料氣體，較佳為使用包含矽的沉積氣體及氧化氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，可以舉出矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
例如，將安裝在電漿CVD設備中的進行了真空排氣的處理室內的基板的溫度保持為180℃以上且260℃以下，較佳為200℃以上且240℃以下，將原料氣體導入處理室中並將處理室內的壓力設定為100Pa以上且250Pa以下，較佳為設定為100Pa以上且200Pa以下，並對設置在處理室內的電極供應高頻功率，即0.17W/cm2以上且0.5W/cm2以下、更佳為0.25W/cm2以上且0.35W/cm2以下，以上述條件形成氧化矽膜或氧氮化矽膜。
由於作為成膜條件，在施加有上述壓力的反應室中供應具有上述功率密度的高頻電力，因此電漿中的原料氣體的分解效率提高，氧自由基增加，且原料氣體進 一步氧化，所以氧化物絕緣膜中的氧含量多於化學計量比。然而，在基板溫度是上述溫度的情況下，由於矽和氧的結合力低，因此因加熱而氧的一部分脫嵌。其結果是，可以形成一種氧化物絕緣膜，其中包含多於滿足化學計量組成的氧的氧且因加熱而氧的一部分脫嵌。
此外，當在氧化物半導體層104和絕緣層106之間設置氧化物絕緣膜時，在絕緣層106的形成製程中，該氧化物絕緣膜成為氧化物半導體層104的保護膜。其結果是，可以在減少對氧化物半導體層104的損傷的同時使用功率密度高的高頻電力形成絕緣層106。
例如，將安裝在電漿CVD設備中的進行了真空排氣的處理室內的基板的溫度保持為180℃以上且400℃以下，較佳為200℃以上且370℃以下，將原料氣體導入處理室中並將處理室內的壓力設定為20Pa以上且250Pa以下，較佳為設定為100Pa以上且250Pa以下，並對設置在處理室內的電極供應高頻功率，以上述條件可以形成氧化矽膜或氧氮化矽膜作為氧化物絕緣膜。此外，藉由將處理室的壓力為100Pa以上且250Pa以下，可以當形成該氧化物絕緣層時減少對氧化物半導體層104的損傷。
作為氧化物絕緣膜的原料氣體，較佳為使用含有矽的沉積氣體及氧化氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，可以舉出矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。
絕緣層107可以藉由濺射法或CVD法等形成。
當作為絕緣層107形成氮化矽膜或氮氧化矽膜時，作為原料氣體，較佳為使用包含矽的沉積氣體、氧化氣體及包含氮的氣體。作為包含矽的沉積氣體的典型例子，可以舉出矽烷、乙矽烷、丙矽烷、氟化矽烷等。作為氧化氣體，可以舉出氧、臭氧、一氧化二氮、二氧化氮等。作為包含氮的氣體有氮、氨等。
藉由上述製程，可以形成電晶體100。
〈電晶體100的變形例子〉
下面說明其一部分與電晶體100不同的電晶體的結構例子。
《變形例子1》
圖18A示出下面所例示的電晶體110的剖面示意圖。電晶體110與電晶體100的不同之處是氧化物半導體層的結構。
電晶體110所包括的氧化物半導體層114是層疊氧化物半導體層114a和氧化物半導體層114b而構成的。
另外，因為有時氧化物半導體層114a和氧化物半導體層114b的境界不清楚，所以在圖18A等的圖式中，由虛線表示該境界。
可以對氧化物半導體層114a和氧化物半導體層114b中的一者或兩者應用本發明的一個方式的氧化物半導體膜。
例如，作為氧化物半導體層114a，典型地使用In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M是Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)。此外，當氧化物半導體層114a是In-M-Zn氧化物時，In和M的原子數比率較佳為：In低於50at．%，M為50at．%以上，更佳為：In低於25at．%，M為75at．%以上。此外，作為氧化物半導體層114a例如使用其能隙為2eV以上，較佳為2.5eV以上，更佳為3eV以上的材料。
例如，氧化物半導體層114b包含In或Ga，典型的是In-Ga氧化物、In-Zn氧化物、In-M-Zn氧化物(M是Al、Ti、Ga、Y、Zr、La、Ce、Nd或Hf)，並且與氧化物半導體層114a相比，氧化物半導體層114b的導帶底端的能量較接近於真空能階，典型的是，氧化物半導體層114b的導帶底端的能量和氧化物半導體層114a的導帶底端的能量之間的差異較佳為0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上或0.15eV以上，且2eV以下、1eV以下、0.5eV以下或0.4eV以下。
例如，當氧化物半導體層114b是In-M-Zn氧化物時，In和M的原子數比率較佳為：In為25at.%以上，M低於75at.%，更佳為：In為34at.%以上，M低於66at.%。
例如，作為氧化物半導體層114a可以使用原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1或3：1：2的In-Ga-Zn氧化物。此外，作為氧化物半導體層114b可以使用原子數比為In：Ga：Zn=1：3：2、1：6：4或1：9：6的In-Ga-Zn氧化物。此外，氧化物半導體層114a及氧化物半導體層114b的原子數比分別包括上述原子數比的±20%的變動的誤差。
藉由作為設置在上層的氧化物半導體層114b使用用作穩定劑的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧從氧化物半導體層114a及氧化物半導體層114b被釋放。
另外，本發明不侷限於此，可以根據所需要的電晶體的半導體特性及電特性(場效移動率、臨界電壓等)而使用具有適當的組成的氧化物。此外，氧化物半導體層114a、氧化物半導體層114b較佳為採用適當的載子密度、雜質濃度、缺陷密度、金屬元素和氧之間的原子數比、原子間距離、密度等，以得到所需要的電晶體的半導體特性。
另外，雖然在上述記載中，作為氧化物半導體層114例示了層疊兩個氧化物半導體層的結構，但是也可以採用層疊三個以上的氧化物半導體層的結構。
《變形例子2》
圖18B示出下面所例示的電晶體120的剖面示意圖。電晶體120與電晶體100及電晶體110不同之處是氧化物 半導體層的結構。
按順序層疊氧化物半導體層124a、氧化物半導體層124b和氧化物半導體層124c來構成電晶體120所具備的氧化物半導體層124。
氧化物半導體層124a及氧化物半導體層124b層疊設置在絕緣層103上。此外，以與氧化物半導體層124b的頂面以及一對電極105a、105b的頂面及側面接觸的方式設置氧化物半導體層124c。
例如，作為氧化物半導體層124b可以使用與上述變形例子1所例示的氧化物半導體層114a相同的結構。此外，例如作為氧化物半導體層124a、124c，可以使用與上述變形例子1所例示的氧化物半導體層114b相同的結構。
例如，藉由作為設置在氧化物半導體層124b的下層的氧化物半導體層124a及設置在氧化物半導體層124b的上層的氧化物半導體層124c，使用用作穩定劑的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧從氧化物半導體層124a、氧化物半導體層124b及氧化物半導體層124c被釋放。
此外，藉由當主要在氧化物半導體層124b形成通道時，作為氧化物半導體層124b使用In的含量多的氧化物，並以與氧化物半導體層124b接觸的方式設置一對電極105a、105b，可以增大電晶體120的通態電流(on-state currrent)。
〈電晶體的其他結構例子〉
下面說明能夠應用本發明的一個方式的氧化物半導體膜的頂閘極型電晶體的結構例子。
注意，在下面的與上述結構相同的結構或具有與上述結構相同的功能的構成要素中使用同一符號而省略重複的說明。
《結構例子》
圖19A示出下面所例示的頂閘極型電晶體150的剖面示意圖。
電晶體150包括：設置有絕緣層151的基板101上的氧化物半導體層104；與氧化物半導體層104的頂面接觸的一對電極105a、105b；氧化物半導體層104、一對電極105a、105b上的絕緣層103；以及在絕緣層103上與氧化物半導體層104重疊的閘極電極102。此外，以覆蓋絕緣層103及閘極電極102的方式設置有絕緣層152。
絕緣層151具有抑制雜質從基板101擴散到氧化物半導體層104的功能。例如，可以採用與上述絕緣層107相同的結構。另外，如果不需要則可以不設置絕緣層151。
與上述絕緣層107同樣，作為絕緣層152可以應用具有對氧、氫、水等的阻擋效果的絕緣膜。另外， 如果不需要則可以不設置絕緣層107。
《變形例子》
下面說明其一部分與電晶體150不同的電晶體的結構例子。
圖19B示出下面所例示的電晶體160的剖面示意圖。電晶體160與電晶體150不同之處是氧化物半導體層的結構。
按順序層疊氧化物半導體層164a、氧化物半導體層164b和氧化物半導體層164c來構成電晶體160所具備的氧化物半導體層164。
可以對氧化物半導體層164a、氧化物半導體層164b、氧化物半導體層164c中的任一個、任兩個或全部應用本發明的一個方式的半導體膜。
例如，作為氧化物半導體層164b可以使用與上述變形例子1所例示的氧化物半導體層114a相同的結構。此外，例如作為氧化物半導體層164a、164c，可以使用與上述變形例子1所例示的氧化物半導體層114b相同的結構。
例如，藉由作為設置在氧化物半導體層164b的下層的氧化物半導體層164a及設置在氧化物半導體層164b的上層的氧化物半導體層164c，使用用作穩定劑的Ga的含量多的氧化物，可以抑制氧從氧化物半導體層164a、氧化物半導體層164b及氧化物半導體層164c被釋 放。
在此，在氧化物半導體層164的形成製程中，當藉由蝕刻加工氧化物半導體層164c和氧化物半導體層164b來使成為氧化物半導體層164a的氧化物半導體膜露出，然後藉由乾蝕刻法加工該氧化物半導體膜來形成氧化物半導體層164a時，該氧化物半導體膜的反應生成物再次附著到氧化物半導體層164b及氧化物半導體層164c的側面而有時形成側壁保護層(也可以稱為兔耳(rabbit ear))。另外，該反應生成物也因濺射現象而再次附著或可能藉由乾蝕刻時的電漿再次附著。
圖19C示出如上所述那樣在氧化物半導體層164的側面形成側壁保護層164d時的電晶體160的剖面示意圖。
側壁保護層164d主要包括與氧化物半導體層164a同一材料。此外，側壁保護層164d有時包含設置在氧化物半導體層164a的下層的層(在此，絕緣層151)的成分(例如，矽)。
此外，如圖19C所示，藉由由側壁保護層164d覆蓋氧化物半導體層164b的側面防止氧化物半導體層164b與一對電極105a、105b接觸，尤其主要在氧化物半導體層164b中形成通道時，可以抑制電晶體關閉時的非意圖的洩漏電流來實現具有優良的關閉特性的電晶體。此外，藉由作為側壁保護層164d使用用作穩定劑的Ga含量多的材料，可以有效地抑制氧從氧化物半導體層164b 的側面脫嵌來實現電特性的穩定性高的電晶體。
本實施方式可以與本說明書中所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式9
下面說明較佳為用於上述實施方式所例示的電晶體的形成通道的區域的半導體及半導體膜的一個例子。
氧化物半導體具有3.0eV以上的高能隙。在包括以適當的條件對氧化物半導體進行加工並充分降低其載子密度來獲得的氧化物半導體膜的電晶體中，可以使關閉狀態下的源極與汲極之間的洩漏電流(關態電流)為極低於習知的使用矽的電晶體。
在將氧化物半導體膜應用於電晶體的情況下，較佳為將氧化物半導體膜的厚度設定為2nm以上且40nm以下。
能夠應用的氧化物半導體較佳為至少含有銦(In)或鋅(Zn)。尤其是較佳為包含In及Zn。另外，作為用來減少使用該氧化物半導體的電晶體的電特性不均勻的穩定劑，較佳為除了包含上述元素以外，還包含選自鎵(Ga)、錫(Sn)、鉿(Hf)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈧(Sc)、釔(Y)、鑭系元素(例如，鈰(Ce)、釹(Nd)、釓(Gd))中的一種或多種。
例如，作為氧化物半導體可以使用氧化銦、氧化錫、氧化鋅、In-Zn類氧化物、Sn-Zn類氧化物、Al- Zn類氧化物、Zn-Mg類氧化物、Sn-Mg類氧化物、In-Mg類氧化物、In-Ga類氧化物、In-Ga-Zn類氧化物(也稱為IGZO)、In-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Zn類氧化物、Sn-Ga-Zn類氧化物、Al-Ga-Zn類氧化物、Sn-Al-Zn類氧化物、In-Hf-Zn類氧化物、In-Zr-Zn類氧化物、In-Ti-Zn類氧化物、In-Sc-Zn類氧化物、In-Y-Zn類氧化物、In-La-Zn類氧化物、In-Ce-Zn類氧化物、In-Pr-Zn類氧化物、In-Nd-Zn類氧化物、In-Sm-Zn類氧化物、In-Eu-Zn類氧化物、In-Gd-Zn類氧化物、In-Tb-Zn類氧化物、In-Dy-Zn類氧化物、In-Ho-Zn類氧化物、In-Er-Zn類氧化物、In-Tm-Zn類氧化物、In-Yb-Zn類氧化物、In-Lu-Zn類氧化物、In-Sn-Ga-Zn類氧化物、In-Hf-Ga-Zn類氧化物、In-Al-Ga-Zn類氧化物、In-Sn-Al-Zn類氧化物、In-Sn-Hf-Zn類氧化物、In-Hf-Al-Zn類氧化物。
在此，“In-Ga-Zn類氧化物”是指以In、Ga以及Zn為主要成分的氧化物，對In、Ga以及Zn的比率沒有限制。此外，也可以包含In、Ga、Zn以外的金屬元素。
另外，作為氧化物半導體，也可以使用表示為InMO3(ZnO)m(m>0且m不是整數)的材料。另外，M表示選自Ga、Fe、Mn及Co中的一種或多種金屬元素或者用作上述穩定劑的元素。另外，作為氧化物半導體，也可以使用表示為In2SnO5(ZnO)n(n>0且n是整數)的材料。
例如，可以使用其原子數比為In：Ga：Zn=1：1：1、In：Ga：Zn=1：3：2、In：Ga：Zn=3：1：2或In：Ga：Zn=2：1：3的In-Ga-Zn類氧化物或其組成附近的氧化物。
當氧化物半導體膜含有大量的氫時，該氫與氧化物半導體接合而使該氫的一部分成為施體，因此產生作為載子的電子。其結果是，電晶體的臨界電壓向負漂移。由此，較佳為藉由在形成氧化物半導體膜之後進行脫水化處理(脫氫化處理)，從氧化物半導體膜去除氫或水分來以儘量不包含雜質的方式實現高度純化。
此外，有時因對氧化物半導體膜進行脫水化處理(脫氫化處理)而使氧化物半導體膜的氧同時減少。因此，較佳的是，為了填補因對氧化物半導體膜進行脫水化處理(脫氫化處理)而增加的氧缺陷，進行對氧化物半導體膜添加氧的處理。在本說明書等中，有時將對氧化物半導體膜供應氧的處理稱為加氧化處理，或者，有時將使氧化物半導體膜所包含的氧多於化學計量組成的處理稱為過氧化處理。
如上所述，藉由進行脫水化處理(脫氫化處理)以從氧化物半導體膜去除氫或水分，並進行加氧化處理以填補氧缺陷，可以得到被i型(本質)化的氧化物半導體膜或無限趨近於i型而實質上呈i型(本質)的氧化物半導體膜。注意，“實質上呈i型”是指：在氧化物半導體膜中，來自於施體的載子極少(近零)，載子密度為 1×1017/cm3以下、1×1016/cm3以下、1×1015/cm3以下、1×1014/cm3以下、1×1013/cm3以下。
如此，具備i型或實質上呈i型的氧化物半導體膜的電晶體可以得到極為優良的關態電流特性。例如，關於使用氧化物半導體膜的電晶體處於關閉狀態時的汲極電流，室溫(25℃左右)下的汲極電流可以為1×10-18A以下，較佳為1×10-21A以下，更佳為1×10-24A以下，或者，85℃下的汲極電流可以為1×10-15A以下，較佳為1×10-18A以下，更佳為1×10-21A以下。注意，“電晶體處於關閉狀態”是指：在採用n通道型電晶體的情況下，閘極電壓充分小於臨界電壓的狀態。明確而言，在閘極電壓比臨界電壓小1V以上、2V以上或3V以上時，電晶體成為關閉狀態。
氧化物半導體膜例如可以處於非單晶狀態。非單晶狀態例如由CAAC(C-Axis Aligned Crystal：c軸配向結晶)、多晶、微晶和非晶部中的至少一個構成。非晶部的缺陷態密度高於微晶和CAAC的缺陷態密度。微晶的缺陷態密度高於CAAC的缺陷態密度。注意，將包括CAAC的氧化物半導體稱為CAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor：c軸配向結晶氧化物半導體)。
例如，氧化物半導體膜可以包括CAAC-OS。在CAAC-OS中，例如c軸配向且a軸及/或b軸不宏觀地一致。
例如，氧化物半導體膜可以包括微晶。注意，將包括微晶的氧化物半導體稱為微晶氧化物半導體。微晶氧化物半導體膜例如包括大於或等於1nm且小於10nm的尺寸的微晶(也稱為奈米晶)。
例如，氧化物半導體膜可以包括非晶部。注意，將包括非晶部的氧化物半導體稱為非晶氧化物半導體。非晶氧化物半導體膜例如具有無秩序的原子排列且不具有結晶成分。或者，非晶氧化物半導體膜例如是完全的非晶，並且不具有結晶部。
另外，氧化物半導體膜可以是包括CAAC-OS、微晶氧化物半導體和非晶氧化物半導體中的任一個的混合膜。混合膜例如包括非晶氧化物半導體的區域、微晶氧化物半導體的區域和CAAC-OS的區域。並且，混合膜例如可以具有包括非晶氧化物半導體的區域、微晶氧化物半導體的區域和CAAC-OS的區域的疊層結構。
另外，氧化物半導體膜例如可以處於單晶狀態。
氧化物半導體膜較佳為包括多個結晶部。在結晶部的每一個中，c軸較佳為在平行於形成有氧化物半導體膜的表面的法線向量或氧化物半導體膜的表面的法線向量的方向上一致。另外，在不同結晶之間可以a軸及b軸的方向不同。這種氧化物半導體膜的一個例子是CAAC-OS膜。
另外，在大多情況下，包含在CAAC-OS膜中 的結晶部被容納在一個邊長小於100nm的立方體內。在利用穿透式電子顯微鏡(TEM：Transmission Electron Microscope)所得到的影像中，不能明確地觀察到CAAC-OS膜中的結晶部與結晶部之間的邊界。另外，利用TEM，不能明確地觀察到CAAC-OS膜中的晶界(grain boundary)。因此，在CAAC-OS膜中，起因於晶界的電子遷移率的降低得到抑制。
在包括在CAAC-OS膜中的結晶部的每一個中，例如c軸在平行於形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向上一致。並且，在結晶部的每一個中，當從垂直於ab面的方向看時金屬原子排列為三角形或六角形的結構，且當從垂直於c軸的方向看時，金屬原子排列為層狀或者金屬原子和氧原子排列為層狀。另外，在不同結晶之間可以a軸及b軸的方向不同。在本說明書中，“垂直”的用語包括80°以上且100°以下的範圍，較佳為包括85°以上且95°以下的範圍。並且，“平行”的用語包括-10°以上且10°以下的範圍，較佳為包括-5°以上且5°以下的範圍。
例如當使用X線繞射(XRD：X-Ray Diffraction)裝置並採用平面外(out-of-plane)法進行分析時，可能在CAAC-OS膜中出現2θ為31°附近的峰值。在InGaZnO4的結晶中，出現2θ為31°附近的峰值表示與(009)面配向。此外，可能在CAAC-OS膜中出現2θ為36°附近的峰值。在Ga2ZnO4的結晶中，出現2θ為36°附近 的峰值表示與(222)面配向。在CAAC-OS膜中，較佳為出現2θ為31°附近的峰值，而不出現2θ為36°附近的峰值。
此外，例如在具有InGaZnO4的結晶的CAAC-OS膜中使用XRD裝置並採用使X線從垂直於c軸的方向入射的in-plane法進行分析，可能出現2θ為56°附近的峰值。2θ為56°附近的峰值是InGaZnO4的結晶的(110)面的繞射峰值。在此，當以將2θ固定在56°附近並以法線向量為軸(Φ軸)的條件下一邊使旋轉樣本一邊進行分析(Φ掃描)時，在a軸及b軸的方向一致的單結晶氧化物半導體中出現六個對稱性峰值，而在CAAC-OS膜中不出現明顯的峰值。
另外，在CAAC-OS膜中，結晶部的分佈也可以不均勻。例如，在CAAC-OS膜的形成過程中，在從氧化物半導體膜的表面一側進行結晶生長時，有時與被形成面近旁相比在表面近旁結晶部所占的比例高。另外，當對CAAC-OS膜添加雜質時，添加有雜質的區域中的結晶部的結晶性可能降低。
因為包括在CAAC-OS膜中的結晶部的c軸在平行於形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向上一致，所以有時根據CAAC-OS膜的形狀(形成有CAAC-OS膜的表面的剖面形狀或CAAC-OS膜的表面的剖面形狀)c軸的方向可以彼此不同。另外，伴隨結晶部的形成或在藉由諸如加熱處理 等晶化處理的結晶部的形成之後實現成膜。因此，結晶部的c軸在平行於形成有CAAC-OS膜的表面的法線向量或CAAC-OS膜的表面的法線向量的方向上一致。
在使用CAAC-OS膜的電晶體中，因照射可見光或紫外光而產生的電特性變動小。因此，這種電晶體的可靠性高。
此外，CAAC-OS例如可以使用多晶的氧化物半導體濺射靶材，且利用濺射法形成。當離子碰撞到該濺射靶材時，有時包含在濺射靶材中的結晶區域從a-b面劈開，即具有平行於a-b面的面的平板狀或顆粒狀的濺射粒子剝離。此時，藉由使該平板狀或顆粒狀的濺射粒子在保持結晶狀態的情況下到達形成CAAC-OS膜的面，可以形成CAAC-OS膜。
在平板狀的濺射粒子中，例如平行於a-b面的圓當量直徑為3nm以上且10nm以下，厚度(垂直於a-b面的方向的長度)為0.7nm以上且小於1nm。另外，平板狀的濺射粒子的平行於a-b面的面也可以是正三角形或正六角形。在此，圓當量直徑是指等於面的面積的正圓形的直徑。
另外，為了形成CAAC-OS，較佳為採用如下條件。
藉由提高成膜時的基板溫度，使到達基板的平板狀濺射粒子發生遷移，以使濺射粒子的平坦的面附著到基板。此時，在濺射粒子帶正電時濺射粒子互相排斥而 附著到基板上，由此濺射粒子不會不均勻地重疊，從而可以形成厚度均勻的CAAC-OS。明確而言，較佳為將基板溫度設定為100℃以上且740℃以下，較佳為200℃以上且500℃以下的狀態下進行成膜。
另外，藉由減少成膜時的雜質混入，可以抑制雜質所導致的結晶態的損壞。例如，可以降低存在於成膜室內的雜質(氫、水、二氧化碳及氮等)的濃度。另外，可以降低成膜氣體中的雜質濃度。明確而言，使用露點為-80℃以下，較佳為-100℃以下的成膜氣體。
另外，較佳的是，藉由增高成膜氣體中的氧比例並對電力進行最優化，減輕成膜時的電漿損傷。將成膜氣體中的氧比例設定為30vol%以上，較佳為100vol%。
也可以在形成CAAC-OS之後進行加熱處理。將加熱處理的溫度設定為100℃以上且740℃以下，較佳為200℃以上且500℃以下。另外，將加熱處理的時間設定為1分鐘以上且24小時以下，較佳為6分鐘以上且4小時以下。加熱處理在惰性氛圍或氧化性氛圍中進行即可。較佳的是，先在惰性氛圍中進行加熱處理，然後在氧化性氛圍中進行加熱處理。藉由在惰性氛圍中進行加熱處理，可以在短時間內降低CAAC-OS的雜質濃度。另一方面，在惰性氛圍中進行的加熱處理有可能導致CAAC-OS中的氧缺陷。在此情況下，藉由在氧化性氛圍中進行加熱處理，可以減少該氧缺陷。此外，藉由進行加熱處理，可以進一步提高CAAC-OS的結晶性。另外，也可以在 1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的減壓下進行加熱處理。在減壓下，可以在更短時間內降低CAAC-OS的雜質濃度。
以下，作為濺射靶材的一個例子示出In-Ga-Zn-O化合物靶材。
將InOX粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末以規定的莫耳數比混合，進行加壓處理，然後在1000℃以上且1500℃以下的溫度下進行加熱處理，由此得到多晶的In-Ga-Zn-O化合物靶材。注意，X、Y及Z為任意正數。在此，InOX粉末、GaOY粉末及ZnOZ粉末的規定的莫耳數比例如為1：1：1、1：1：2、1：3：2、1：9：6、2：1：3、2：2：1、3：1：1、3：1：2、3：1：4、4：2：3、8：4：3或與這些值類似的值。另外，粉末的種類及其混合莫耳數比可以根據所製造的濺射靶材適當地改變。
或者，CAAC-OS也可以使用以下方法而形成。
首先，形成其厚度為1nm以上且小於10nm的第一氧化物半導體膜。使用濺射法形成第一氧化物半導體膜。明確而言，第一氧化物半導體膜的形成條件如下：基板溫度為100℃以上且500℃以下，較佳為150℃以上且450℃以下；以及成膜氣體中的氧比例為30vol%以上，較佳為100vol%。
接著，進行加熱處理，以使第一氧化物半導體膜形成為高結晶性第一CAAC-OS。將加熱處理的溫度 設定為350℃以上且740℃以下，較佳為450℃以上且650℃以下。另外，將加熱處理的時間設定為1分鐘以上且24小時以下，較佳為6分鐘以上且4小時以下。加熱處理可以在惰性氛圍或氧化性氛圍中進行。較佳的是，先在惰性氛圍中進行加熱處理，然後在氧化性氛圍中進行加熱處理。藉由在惰性氛圍中進行加熱處理，可以在短時間內降低第一氧化物半導體膜的雜質濃度。另一方面，藉由在惰性氛圍中進行加熱處理，有可能在第一氧化物半導體膜中形成氧缺陷。在此情況下，藉由在氧化性氛圍中進行加熱處理，可以減少該氧缺陷。另外，也可以在1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的減壓下進行加熱處理。在減壓下，可以在更短時間內降低第一氧化物半導體膜的雜質濃度。
藉由將第一氧化物半導體膜的厚度設定為1nm以上低於10nm，與厚度為10nm以上的情況相比可以容易進行加熱處理以使其結晶化。
雖然上述實施方式所公開的氧化物半導體膜可以利用濺射法形成，但是該氧化物半導體膜也可以利用熱CVD法等其他方法形成。熱CVD法的例子包括MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金屬化學氣相沉積)法或ALD(Atomic Layer Deposition：原子層沉積)法。
由於熱CVD法是不使用電漿的成膜方法，因此具有不產生因電漿損傷所引起的缺陷的優點。
可以以如下方法進行利用熱CVD法的成膜：將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將原料氣體及氧化劑同時供應到處理室內，使其在基板附近或在基板上發生反應。
另外，可以以如下方法進行利用ALD法的成膜：將處理室內的壓力設定為大氣壓或減壓，將用於反應的原料氣體依次引入處理室，並且按該順序反復地引入氣體。例如，藉由切換各開關閥(也稱為高速閥)來將兩種以上的原料氣體依次供應到處理室內。為了防止多種原料氣體混合，例如，在引入第一原料氣體的同時或之後引入惰性氣體(氬或氮等)等，然後引入第二原料氣體。注意，當同時引入第一原料氣體及惰性氣體時，惰性氣體用作載子氣體，另外，可以在引入第二原料氣體的同時引入惰性氣體。另外，也可以利用真空抽氣將第一原料氣體排出來代替引入惰性氣體，然後引入第二原料氣體。第一原料氣體附著到基板表面形成第一單原子層，之後引入的第二原料氣體與該第一單原子層起反應，由此第二單原子層層疊在第一單原子層上而形成薄膜。藉由按該順序反復多次地引入氣體直到獲得所希望的厚度為止，可以形成步階覆蓋性良好的薄膜。由於薄膜的厚度可以根據按順序反復引入氣體的次數來進行調節，因此，ALD法可以準確地調節厚度而適用於形成微型FET。
例如，當形成InGaZnOX(X>0)膜時，使用三甲基銦、三甲基鎵及二乙基鋅。另外，三甲基銦的化學 式為(CH3)3In。另外，三甲基鎵的化學式為(CH3)3Ga。另外，二乙基鋅的化學式為(CH3)2Zn。另外，不侷限於上述組合，也可以使用三乙基鎵(化學式為(C2H5)3Ga)代替三甲基鎵，並使用二甲基鋅(化學式為(C2H5)2Zn)代替二乙基鋅。
例如，在形成氧化物半導體膜時，使用利用ALD的成膜裝置形成InGaZnOX(X>0)膜，依次反復引入In(CH3)3氣體和O3氣體形成InO2層，然後同時引入Ga(CH3)3氣體和O3氣體形成GaO層，之後同時引入Zn(CH3)2氣體和O3氣體形成ZnO層。注意，這些層的順序不侷限於上述例子。此外，也可以混合這些氣體來形成混合化合物層如InGaO2層、InZnO2層、GaInO層、ZnInO層、GaZnO層等。注意，雖然也可以使用利用Ar等惰性氣體進行鼓泡而得到的H2O氣體代替O3氣體，但是較佳為使用不包含H的O3氣體。另外，也可以使用In(C2H5)3氣體代替In(CH3)3氣體。此外，也可以使用Ga(C2H5)3氣體代替Ga(CH3)3氣體。還可以使用In(C2H5)3氣體代替In(CH3)3氣體。另外，也可以使用Zn(CH3)2氣體。
接著，以10nm以上且50nm以下的厚度形成其組成與第一氧化物半導體膜相同的第二氧化物半導體膜。使用濺射法形成第二氧化物半導體膜。明確而言，第二氧化物半導體膜的形成條件如下：基板溫度為100℃以上且500℃以下，較佳為150℃以上且450℃以下；以及成膜氣體中的氧比例為30vol%以上，較佳為100vol%。
接著，進行加熱處理，以使第二氧化物半導體膜從第一CAAC-OS進行固相成長，來形成高結晶性第二CAAC-OS。將加熱處理的溫度設定為350℃以上且740℃以下，較佳為450℃以上且650℃以下。另外，將加熱處理的時間設定為1分鐘以上24小時以下，較佳為6分鐘以上4小時以下。加熱處理可以在惰性氛圍或氧化性氛圍中進行。較佳的是，先在惰性氛圍中進行加熱處理，然後在氧化性氛圍中進行加熱處理。藉由在惰性氛圍中進行加熱處理，可以在短時間內降低第二氧化物半導體膜的雜質濃度。另一方面，在惰性氛圍中進行的加熱處理有可能導致第二氧化物半導體膜中的氧缺陷。在此情況下，藉由在氧化性氛圍中進行加熱處理，可以減少該氧缺陷。另外，也可以在1000Pa以下、100Pa以下、10Pa以下或1Pa以下的減壓下進行加熱處理。在減壓下，可以在更短時間內降低第二氧化物半導體膜的雜質濃度。
經上述步驟，可以形成總厚度為10nm以上的CAAC-OS。
另外，氧化物半導體膜也可以採用層疊有多個氧化物半導體膜的結構。
例如，可以在氧化物半導體膜(為方便起見，稱為第一層)與閘極絕緣膜之間設置由構成第一層的元素而形成且其電子親和力比第一層小0.2eV以上的第二層。此時，當被閘極電極施加電場時，通道形成在第一層中而不形成在第二層中。因為第一層的構成元素與第二層 的構成元素相同，所以在第一層與第二層之間的介面幾乎不發生介面散射。因此，藉由在第一層與閘極絕緣膜之間設置第二層，可以提高電晶體的場效移動率。
再者，在使用氧化矽膜、氧氮化矽膜、氮氧化矽膜或氮化矽膜作為閘極絕緣膜的情況下，包含在閘極絕緣膜中的矽有可能混入氧化物半導體膜中。如果矽混入氧化物半導體膜中，則導致氧化物半導體膜的結晶性下降、載子遷移率下降等。因此，為了降低形成有通道的第一層的矽濃度，較佳為在第一層與閘極絕緣膜之間設置第二層。由於與上述同樣的理由，較佳為設置由構成第一層的元素構成且其電子親和力比第一層小0.2eV以上的第三層，以使第二層和第三層夾有第一層。
藉由採用這種結構，可以減少甚至防止矽等雜質擴散到通道形成區域，從而可以得到可靠性高的電晶體。
為了使氧化物半導體膜成為CAAC-OS，將包含在氧化物半導體膜中的矽濃度設定為2.5×1021/cm3以下，較佳為設定為低於1.4×1021/cm3，更佳地設定為低於4×1019/cm3，進一步較佳為設定為低於2.0×1018/cm3。這是因為如下緣故：在包含在氧化物半導體膜中的矽濃度為1.4×1021/cm3以上時，有電晶體的場效移動率下降的憂慮；在包含在氧化物半導體膜中的矽的濃度為4.0×1019/cm3以上時，有在與接觸於氧化物半導體膜的膜之間的介面氧化物半導體膜被非晶化的憂慮。另外，藉由將包 含在氧化物半導體膜中的矽的濃度設定為低於2.0×1018/cm3，可以期待電晶體的可靠性進一步提高及氧化物半導體膜中的DOS(density of state：態密度)的下降。注意，氧化物半導體膜中的矽濃度可以藉由利用二次離子質譜分析法(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)而測定。
本實施方式可以與本說明書所記載的其他實施方式適當地組合而實施。
實施方式10
在本實施方式中，參照圖20A至20C說明使用在上述實施方式中說明的液晶顯示裝置而製造的電子裝置的具體例子。
作為可以應用本發明的電子裝置的例子，可以舉出電視機(也稱為電視或電視接收機)、用於電腦等的監視器、數位相機、數位攝影機、數位相框、行動電話機、可攜式遊戲機、可攜式資訊終端、音樂再現裝置、遊戲機(彈珠機(pachinko machine)或老虎機(slot machine)等)、外殼遊戲機。圖20A至20C示出上述電子裝置的具體例子。
圖20A示出具有顯示部的可攜式資訊終端1400。在可攜式資訊終端1400中，顯示部1402及操作按鈕1403被組裝在外殼1401中。本發明的一個方式的液晶顯示裝置可以應用於顯示部1402。
圖20B示出行動電話1410。在行動電話1410中，顯示部1412、操作按鈕1413、揚聲器1414以及麥克風1415被組裝在外殼1411中。本發明的一個方式的液晶顯示裝置可以應用於顯示部1412。
圖20C示出音樂再現裝置1420。在音樂再現裝置1420中，顯示部1422、操作按鈕1423以及天線1424被組裝在外殼1421中。經由天線1424，可以以無線信號收發資訊。本發明的一個方式的液晶顯示裝置可以應用於顯示部1422。
顯示部1402、顯示部1412以及顯示部1422具有觸控輸入功能，從而藉由使用手指等觸摸顯示在顯示部1402、顯示部1412以及顯示部1422上的顯示按鈕(未圖示)，可以進行螢幕操作、資訊輸入。
藉由將上述實施方式所示的液晶顯示裝置用於顯示部1402、顯示部1412以及顯示部1422，可以實現顯示品質得到提高的顯示部1402、顯示部1412以及顯示部1422。
本實施方式可以與其他實施方式所記載的結構適當地組合而實施。
實施方式11
在本實施方式中，說明在上述實施方式中說明的“降低更新頻率”的意義。
眼睛疲勞被大致分為兩種，即神經疲勞和肌 肉疲勞。神經疲勞是：由於長時間一直觀看液晶顯示裝置的發光、閃爍螢幕，使得該亮度刺激視網膜、視神經、腦子而引起的。肌肉疲勞是：由於過度使用在調節焦點時使用的睫狀肌而引起的。
圖21A是示出習知的液晶顯示裝置的顯示的示意圖。如圖21A所示，在習知的液晶顯示裝置的顯示中，進行1秒鐘60次的影像改寫。長時間一直觀看這種螢幕，恐怕會刺激使用者的視網膜、視神經、腦子而引起眼睛疲勞。
在本發明的一個方式中，將使用氧化物半導體的電晶體，例如，使用CAAC-OS的電晶體應用於液晶顯示裝置的像素部。該電晶體的關態電流極小，從而即使降低框頻也可以保持液晶顯示裝置的亮度。
也就是說，如圖21B所示，可以進行例如5秒鐘1次的影像改寫，由此可以盡可能地在長時間看到相同影像，這使得使用者所感到的影像閃爍下降。由此，可以減少對使用者的視網膜、視神經、腦子的刺激而減輕神經疲勞。
另外，如圖22A所示，在一個像素的尺寸大的情況下(例如，在清晰度低於150ppi的情況下)，液晶顯示裝置所顯示的文字變得模糊。長時間一直觀看顯示在液晶顯示裝置上的模糊的文字，即連續處於即使睫狀肌不斷運動以調節焦點也不容易調節焦點的狀態，這恐怕會對眼睛造成負擔。
與此相反，如圖22B所示，在根據本發明的一個方式的液晶顯示裝置中，因為一個像素的尺寸小而能夠進行高清晰顯示，所以可以實現細緻且流暢的顯示。由此，睫狀肌的焦點調節變得容易，而可以減輕使用者的肌肉疲勞。
注意，已在研討定量地測定眼睛疲勞的方法。例如，作為神經疲勞的評價指標，已知有臨界閃爍(融合)頻率(CFF：Critical Flicker(Fusion)Frequency)等。作為肌肉疲勞的評價指標，已知有調節時間、調節近點距離等。
除了上述以外，作為評價眼睛疲勞的方法，已知有腦波測定、溫度圖法、眨眼次數的測定、淚液量的評價、瞳孔的收縮反應速度的評價、用來調查自覺症狀的問卷調查等。
根據本發明的一個方式，可以提供對眼睛刺激少的液晶顯示裝置。
實施例
在本實施例中，使用上述實施方式1所說明的根據本發明的一個方式的液晶層實際上製造面板，並說明測量其穿透率而得到的結果。在本實施例中用於測量的面板是一種FFS模式的液晶顯示裝置，其中液晶元件包括具有由橫向電場配向的液晶層。
在圖26A中，由實線2602表示的波形示出對 包括液晶層的液晶顯示裝置以1Hz的框頻施加用於中間灰階的鋸波形的電壓時的包括介電常數的各向異性為3.8的液晶層的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化。此外，為了與其比較，在圖26A中由虛線2601表示的波形示出對包括液晶層的液晶顯示裝置以1Hz的框頻施加用於中間灰階的鋸波形的電壓時的具有介電常數的各向異性為5.2的液晶層的穿透率的時間變化。
在圖26B中由實線2604及虛線2603表示的波形示出將圖26A所說明的條件中的框頻改變為0.2Hz時的穿透率的時間變化。
注意，圖26A、26B所示的圖表中的縱軸為被規格化的穿透率。明確而言，在圖26A、26B所示的圖表中以穿透率100%為1的條件示出在中間灰階的穿透率變化。
由圖26A的虛線2601表示的介電常數的各向異性為5.2的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化大於由圖26A的實線2602表示的介電常數的各向異性為3.8的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化。其結果與上述實施方式1所說明的圖4A和4B的結果一致。
此外，由圖26B的虛線2603表示的介電常數的各向異性為5.2的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化大於由圖26B的實線2604表示的介電常數的各向異性為3.8的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化。其結果與上述實施方式1所說明的圖5A和5B的結果一致。
圖26A、26B中的虛線2601及虛線2603所示的鋸波形是因為起因於液晶層所包括的雜質中的殘留DC而導致的。另一方面，可知：由液晶層所包括的雜質比例少的圖26A、26B中的實線2602及實線2604所表示的鋸波形是減少殘留DC所導致的穿透率的波動。
此外，根據圖26A、26B所示的在中間灰階的穿透率的時間變化，可以確認到能夠將穿透率的變動寬度抑制為40%左右。
圖31所示的多種波形示出對包括液晶層的液晶顯示裝置以1Hz、0.2Hz、0.017Hz的框頻施加用於中間灰階的鋸波形的電壓時的包括介電常數的各向異性為3.8的液晶層的液晶顯示裝置的穿透率的時間變化。
根據圖31所示的多個波形可以確認到：即使將框頻改變為1Hz、0.2Hz、0.017Hz，它們的穿透率的變化情況也幾乎相同。
此外，圖27示出具有介電常數的各向異性為3.8的液晶層的液晶顯示裝置的表示例子。
如圖27所示，在實用上沒有問題而可以得到優良的顯示。

Claims (12)

  1. 一種液晶顯示裝置，包括：用來以1Hz以下的框頻顯示靜態影像的像素，其中，該像素包括液晶層，該液晶層的介電常數的各向異性為2以上且5以下。
  2. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該像素包括：電晶體；以及電連接到該電晶體的液晶元件，並且該液晶元件包括該液晶層。
  3. 根據申請專利範圍第2項之液晶顯示裝置，其中該電晶體包括半導體層，並且該半導體層包括氧化物半導體。
  4. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該液晶層的介電常數的各向異性為2.6以上且4.4以下。
  5. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該液晶層的介電常數的各向異性為3以上且3.8以下。
  6. 根據申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該框頻為0.2Hz以下。
  7. 一種液晶顯示裝置，包括：像素，包括：像素電極；以及液晶層，該液晶層包括該像素電極上的液晶；以及 能夠以1Hz以下的框頻對該像素輸出信號的驅動電路，其中該液晶的介電常數的各向異性為2以上且5以下。
  8. 根據申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該像素包括電連接到該像素電極的電晶體。
  9. 根據申請專利範圍第8項之液晶顯示裝置，其中該電晶體包括半導體層，並且該半導體層包括氧化物半導體。
  10. 根據申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該液晶層的介電常數的各向異性為2.6以上且4.4以下。
  11. 根據申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該液晶層的介電常數的各向異性為3以上且3.8以下。
  12. 根據申請專利範圍第7項之液晶顯示裝置，其中該框頻為0.2Hz以下。
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