WO2017006203A1 - 液晶表示装置および電子機器 - Google Patents

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WO2017006203A1
WO2017006203A1 PCT/IB2016/053728 IB2016053728W WO2017006203A1 WO 2017006203 A1 WO2017006203 A1 WO 2017006203A1 IB 2016053728 W IB2016053728 W IB 2016053728W WO 2017006203 A1 WO2017006203 A1 WO 2017006203A1
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transistor
liquid crystal
film
display device
crystal display
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PCT/IB2016/053728
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French (fr)
Inventor
久保田大介
兼安誠
Original Assignee
株式会社半導体エネルギー研究所
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    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
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    • G09G3/36Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
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    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a liquid crystal display device and an electronic device.
  • one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
  • the technical field of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method.
  • one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). Therefore, the technical field of one embodiment of the present invention disclosed in this specification more specifically includes a semiconductor device, a display device, a light-emitting device, a power storage device, an imaging device, a memory device, a driving method thereof, or a driving method thereof.
  • a manufacturing method can be mentioned as an example.
  • Liquid crystal display devices are becoming increasingly commoditized. As one of the means for increasing added value, technological development of a liquid crystal display device that displays an ultra-high-definition image represented by a digital video format called “4K” or “8K” is active (for example, patents) References 1 and 2).
  • An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel liquid crystal display device or the like.
  • One embodiment of the present invention includes a first pixel, a second pixel, a first wiring, a second wiring, a third wiring, and a fourth wiring.
  • the pixel includes a first transistor and a first liquid crystal element.
  • the second pixel includes a second transistor and a second liquid crystal element.
  • the first transistor includes the first transistor. One of the source and the drain of the first transistor is electrically connected to the first wiring, and the other of the source and the drain of the first transistor is The first liquid crystal element is electrically connected, the first gate of the first transistor is electrically connected to the second wiring, and the second gate of the first transistor is connected to the third wiring.
  • the second transistor is electrically connected and has a first gate and a second gate, and the second transistor One of the source and the drain of the transistor is electrically connected to the first wiring, and the other of the source and the drain of the second transistor is electrically connected to the second liquid crystal element, and the second transistor
  • the first gate is electrically connected to the second wiring
  • the second gate of the second transistor is electrically connected to the fourth wiring
  • the first wiring transmits the video voltage to the first wiring.
  • the second wiring has a function of transmitting a scanning signal to the first pixel and the second pixel
  • the third wiring has a threshold value of the first transistor.
  • a liquid crystal display device having a function of transmitting a first control signal for controlling the voltage, and a fourth wiring having a function of transmitting a second control signal for controlling the threshold voltage of the second transistor; is there.
  • a liquid crystal display device in which the first transistor and the second transistor are transistors having polysilicon in a channel formation region is preferable.
  • the third wiring and the fourth wiring are preferably liquid crystal display devices having a function of transmitting light.
  • the first gate of the first transistor has a region overlapping with the second gate of the first transistor with the channel formation region interposed therebetween, and the first gate of the second transistor A liquid crystal display device having a region overlapping with the second gate of the second transistor through the channel formation region is preferable.
  • a liquid crystal display device in which the frequencies of the first control signal and the second control signal are smaller than the frequency of the scanning signal is preferable.
  • a liquid crystal display device in which the voltage amplitude of the video voltage is smaller than the voltage amplitude of the first control signal or the second control signal is preferable.
  • One embodiment of the present invention can provide a novel liquid crystal display device or the like.
  • a liquid crystal display device having a novel structure in which the number of data lines can be reduced and the aperture ratio can be improved can be provided.
  • Another embodiment of the present invention is a liquid crystal display device having a novel structure that can perform good display even when a wiring material that transmits a signal to a pixel is formed using a material having a large parasitic resistance, such as a transparent conductive film. Can be provided.
  • a liquid crystal display device having a novel structure that can perform favorable display even when the amplitude of a video voltage transmitted to a pixel is reduced can be provided.
  • the effects of one embodiment of the present invention are not limited to the effects listed above.
  • the effects listed above do not preclude the existence of other effects.
  • the other effects are effects not mentioned in this item described in the following description. Effects that are not mentioned in this item can be derived from descriptions of the specification or drawings by those skilled in the art, and can be appropriately extracted from these descriptions.
  • one embodiment of the present invention has at least one of the effects listed above and / or other effects. Accordingly, one embodiment of the present invention may not have the above-described effects depending on circumstances.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a top view illustrating one embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating one embodiment of the present invention.
  • 4A and 4B are a top view and a cross-sectional view illustrating an example of a liquid crystal display device. Sectional drawing which shows an example of a liquid crystal display device. Sectional drawing which shows an example of a liquid crystal display device.
  • Sectional drawing which shows an example of a liquid crystal display device The block diagram which shows an example of a touch panel module. The figure which shows an example of a touch panel module. Sectional drawing which shows an example of manufacturing methods, such as a transistor. Sectional drawing which shows an example of manufacturing methods, such as a transistor. Sectional drawing which shows an example of manufacturing methods, such as a transistor. Sectional drawing which shows an example of manufacturing methods, such as a transistor. The figure which shows an example of a touch panel module.
  • FIG. 14 illustrates an example of an electronic device.
  • FIG. 14 illustrates an example of an electronic device.
  • the ordinal numbers “first”, “second”, and “third” are attached to avoid confusion between the constituent elements. Therefore, the number of components is not limited. Further, the order of the components is not limited. Further, for example, a component referred to as “first” in one embodiment of the present specification or the like is a component referred to as “second” in another embodiment or in the claims. It is also possible. Further, for example, the constituent elements referred to as “first” in one embodiment of the present specification and the like are omitted in the other embodiments or the claims.
  • the liquid crystal display device has a plurality of pixels.
  • two pixels 10_1 and 10_2 are typically shown.
  • one pixel 10_1 may be an odd column pixel
  • the other pixel 10_2 may be an even column pixel.
  • the pixel 10_1 includes a transistor 11_1, a liquid crystal element CLC1, and a capacitor C S1 .
  • Pixel 10_2 includes a transistor 11_2, a liquid crystal element C LC2, and a capacitance element C S2. Note that in the following description, the transistors 11_1 and 11_2 are n-channel transistors. Not limited to this, a p-channel transistor may be used.
  • Transistors 11_1 and 11_2 have a back gate to which a signal for controlling a threshold voltage is applied in addition to a gate to which a signal for controlling a conduction state is applied.
  • One of the source and the drain of the transistor 11_1 and one of the source and the drain of the transistor 11_2 are connected to the data line DL.
  • the gate of the transistor 11_1 and the gate of the transistor 11_2 are connected to the gate line GL.
  • the back gate of the transistor 11_1 is connected to the control line BGL_A.
  • the back gate of the transistor 11_2 is connected to the control line BGL_B.
  • a node to which the transistor 11_1 is connected to the liquid crystal element C LC1 and the capacitor element C S1 is referred to as a node N LC1 .
  • a node to which the transistor 11_2 is connected to the liquid crystal element C LC2 and the capacitor element C S2 is referred to as a node N LC2 .
  • a transmissive liquid crystal display device using a horizontal electric field liquid crystal element is described as an example.
  • One electrode of the liquid crystal element C LC1 and the capacitor C S1 is connected to the transistor 11_1.
  • the other electrodes of the liquid crystal element C LC1 and the capacitor element C S1 are connected to a wiring to which a common potential V COM is applied.
  • one electrode of the liquid crystal element C LC2 and the capacitor element C S2 is connected to the transistor 11_2.
  • the other electrodes of the liquid crystal element C LC2 and the capacitor element C S2 are connected to a wiring to which a common potential V COM is applied.
  • a liquid crystal display device having a liquid crystal element as a display element will be described as an example, but the display element is not limited.
  • Various elements such as optical elements using MEMS (Micro Electro Mechanical System), organic EL (Electro Luminescence) elements, light emitting diodes (LED: Light Emitting Diode), and electrophoretic elements are applied as display elements. be able to.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • organic EL Electro Luminescence
  • LED Light Emitting Diode
  • electrophoretic elements are applied as display elements. be able to.
  • the data line DL has a function of transmitting a video voltage that is a voltage corresponding to data.
  • the gate line GL has a function of transmitting a scanning signal for controlling the conduction state (or non-conduction state) of the transistor.
  • the control lines BGL_A and BGL_B have a function of transmitting a control signal for controlling the threshold voltage of the transistor. Note that the data line DL, the gate line GL, and the control lines BGL_A and BGL_B may be simply referred to as wiring.
  • FIG. 1B is a timing chart for explaining the operation of the circuit configuration shown in FIG.
  • one frame (1F) is divided into two periods such as a first period and a second period, and a video voltage is written to the pixel 10_1 in the first period. In this period, a video voltage is written to the pixel 10_2.
  • the pixels 10_1 and 10_2 are connected to the same data line DL and gate line GL.
  • the threshold voltages of the transistors 11_1 and 11_2 are controlled so that the transistors 11_1 and 11_2 do not operate in the same manner by switching signals supplied to the control lines BGL_A and BGL_B. Then, the transistors 11_1 and 11_2 are controlled to be in a conductive state in different periods.
  • a first period P1 for writing data to the pixel 10_1 and a second period P2 for writing data D2 to the pixel 10_2 are illustrated. Note that the timing chart in FIG. 1B illustrates changes in the scanning signal transmitted to the gate line GL, the video voltage transmitted to the data line DL, the control signals on the control lines BGL_A and BGL_B, and the nodes NL LC1 and N LC2 .
  • the scanning signal is illustrated with the H level as the voltage V GL_H and the L level as the voltage V GL_L .
  • the video voltage is illustrated as being capable of taking a voltage according to the number of gradations between the voltage V D_H and the common potential V COM and between the voltage V D_L and the common potential V COM .
  • the control signal is illustrated as a voltage V BG1 at the H level and a voltage V BG0 at the L level.
  • FIG. 2A shows a circuit symbol of the transistor 11 having a back gate.
  • the gate of the transistor 11 is connected to the gate line GL.
  • One of the source and the drain of the transistor 11 is connected to the data line DL.
  • the other of the source and the drain of the transistor 11 is connected to the node NLC .
  • the back gate of the transistor 11 is connected to the control line BGL.
  • FIG. 2B is a graph showing the relationship between the voltage V BGL applied to the control line BGL of the transistor 11 shown in FIG. 2A and the threshold voltage V TH of the transistor 11.
  • V BG1 > V BG0 threshold voltage Vth1 corresponding to voltage V BG1 shifts negatively
  • FIG. 2C is a diagram for explaining the shift of the threshold voltage in FIG. 2B in relation to the voltage V GL of the gate line GL and the drain current ID of the transistor 11.
  • a curve 13_1 corresponds to a graph having a threshold voltage Vth1.
  • a curve 13_0 corresponds to a graph having a threshold voltage of Vth0.
  • the first period P1 illustrated in FIG. 1B includes a period in which the control signal of the control line BGL_A is set to the H level.
  • the first period P1 illustrated in FIG. 1B includes a period in which the control signal of the control line BGL_B is set to the L level. Therefore, the threshold voltage of the transistor 11_1 is shifted to the negative side, and the threshold voltage of the transistor 11_2 is shifted to the positive side. Then, by setting the scanning signal to the H level, the transistor 11_1 whose threshold voltage is shifted to the negative side is turned on, and the transistor 11_2 whose threshold voltage is shifted to the positive side is turned off. When the transistor 11_1 conductive, the node N LC1 pixel 10_1 data D1 is written. Also when the transistor 11_2 nonconductive, the same data line DL, is connected to the gate line GL, the data D1 is not written into the node N LC2 pixel 10_2.
  • the second period P2 illustrated in FIG. 1B there is a period in which the control signal of the control line BGL_B is at the H level.
  • the second period P2 illustrated in FIG. 1B includes a period in which the control signal of the control line BGL_A is set to the L level. Therefore, the threshold voltage of the transistor 11_2 is shifted to the negative side, and the threshold voltage of the transistor 11_1 is shifted to the positive side. Then, by setting the scanning signal to the H level, the transistor 11_2 whose threshold voltage is shifted to the negative side is turned on, and the transistor 11_1 whose threshold voltage is shifted to the positive side is turned off.
  • the node N LC2 pixel 10_2 data D2 is written. Also when the transistor 11_1 nonconductive, the same data line DL, is connected to the gate line GL, the data D2 is not written into the node N LC1 pixel 10_1. Therefore, the pixel 10_1 can continue to hold the data D1 written earlier.
  • the frequency of the control signal applied to the back gate can be made lower than the frequency of the signal applied to the data line DL and the frequency of the scanning signal applied to the gate line GL. Therefore, a desired operation can be realized even if the parasitic capacitance or parasitic resistance of the control lines BGL_A and BGL_B is large.
  • the wiring material forming the control lines BGL_A and BGL_B may have a large parasitic capacitance or resistance
  • the wiring can be operated without using a low resistance material such as Cu or Al. .
  • a wiring using a transparent conductive film such as an oxide conductive material can be used. Since a transparent wiring can be used for the pixel, it is possible to arrange the control lines BGL_A and BGL_B without impairing the aperture ratio even when the control lines BGL_A and BGL_B are added.
  • FIG. 3 shows a timing chart for explaining the magnitude relationship between the scanning signal applied to the gate line GL, the video voltage applied to the data line DL, and the control signal applied to the control line BGL_A.
  • the control signal applied to the control line BGL_A is described as an example, but the same applies to the control line BGL_B.
  • a period P11 and a period P13 are periods in which the control line BGL_A is set to H level and the voltage of the data line DL is not written to the pixels.
  • a period P12 is a period in which the control line BGL_A is set to L level and the data line DL This is the period during which the voltage is written to the pixel.
  • the voltage applied to the back gate of the transistor is controlled to change the threshold voltage, thereby controlling the conduction state of the transistor. Therefore, the voltage applied to the back gate is a voltage that makes the transistor non-conductive regardless of the voltage of the scanning signal applied to the gate when the threshold voltage is shifted to the non-conductive state. For example, a voltage V BG0 the L level of the control line BGL_A that the threshold voltage plus the shift as a period P11 or P13 shown in FIG. 3, the voltage to be applied to other data lines DL and gate lines, reduced.
  • the voltage applied to the back gate is a voltage that causes the transistor to become conductive in accordance with the voltage of the scanning signal applied to the gate when the threshold voltage is shifted by a minus shift.
  • the H level voltage V BG1 of the control line BGL_A in which the threshold voltage is negatively shifted is larger than the voltage V BG0 and smaller than the voltage applied to the other data lines DL and gate lines. To do.
  • a video voltage can be written by applying a scanning signal of the gate line GL with a voltage amplitude equivalent to the voltage amplitude of the back gate voltage. That is, a video voltage can be written into the pixel with a small amplitude of the scanning signal voltage.
  • the video voltage of the liquid crystal display device needs to be controlled by applying a sufficiently large voltage in order to perform inversion driving and to control conduction or non-conduction of the transistor.
  • a voltage according to a control signal from the back gate is applied together with a voltage applied by a scanning signal. Therefore, even when the voltage amplitude of the video voltage and the scanning signal is lowered, the conduction / non-conduction of the transistor can be controlled. Therefore, since a video voltage and a voltage necessary for a scanning signal can be generated using an IC included in a display device having an organic EL or the like, the liquid crystal display device and the IC can be shared.
  • the liquid crystal material constituting the liquid crystal element is preferably a material that can change the transmittance at a low voltage.
  • dielectric anisotropy
  • a liquid crystal material having a large ⁇ may be selected and used as appropriate.
  • the positive liquid crystal is more likely to have a difference in alignment state than the negative liquid crystal, and defects are likely to occur. This is because, when the interval between the slits provided in the electrodes of the liquid crystal element is small, the displacement of the alignment vector between adjacent liquid crystal molecules is large, and the increase in elastic energy due to bending strain is large.
  • the elastic state can be made smaller in the orientation state formed by the spreading strain than when the elastic energy is increased by the bending strain, the bending strain is transferred to the spreading strain. Since the spreading distortion in the horizontal electric field method is close to the vertical alignment, the transmittance changes from a desired state.
  • the orientation strain of the positive type liquid crystal can be divided into a spread strain term (K1), a deflection strain term (K2), and a bending strain term (K3).
  • K1 a spread strain term
  • K2 a deflection strain term
  • K3 a bending strain term
  • the spread distortion term (K1) is made larger than the bending distortion term (K3) by selecting a liquid crystal material.
  • FIG. 4 illustrates a circuit diagram of the pixels 10_1 to 10_12 in 2 rows and 6 columns in order to explain an example of the operation.
  • the pixels 10_1 to 10_12 are connected to the data lines DL_1 to DL_3, the gate lines GL_1 to GL_2, the control line BGL_A, and the control line BGL_B, and data writing and the like are controlled.
  • the transistors of the pixels in the odd columns are connected to the control line BGL_A.
  • the transistors of the pixels in the even columns are connected to the control line BGL_B.
  • FIGS. 5 to 8 show how data is written to the pixels when a signal is given to each wiring.
  • the thick line is illustrated as a wiring to which an H level signal is applied
  • the thin line is illustrated as a wiring to which an L level signal is applied.
  • FIG. 5 shows an operation of writing data to the pixels in the odd-numbered columns in the first row.
  • a video signal is applied to the data lines DL_1 to DL_3 by setting the gate line scanning signal applied to the gate line GL_1 to the H level and the control signal applied to the control line BGL_A to the H level.
  • Other wirings are at L level.
  • Transistors included in the pixels 10_1, 10_3, and 10_5 are turned on. Even in the even-numbered column in the first row, an H level is applied by the scanning signal. However, since the control signal of the control line BGL_B is at the L level, the threshold voltages of the transistors included in the pixels 10_2, 10_4, and 10_6 are positively shifted.
  • the transistors included in the pixels 10_2, 10_4, and 10_6 are turned off.
  • the transistors included in the pixels in the second row are in a non-conduction state because the scanning signal of the gate line GL_2 is at L level regardless of the threshold voltage control by the control line BGL_A and the control line BGL_B.
  • FIG. 6 shows an operation of writing data to the pixels in the odd-numbered columns in the second row.
  • a video signal is applied to the data lines DL_1 to DL_3 by setting the scanning signal of the gate line applied to the gate line GL_2 to the H level and the control signal applied to the control line BGL_A to the H level.
  • Other wirings are at L level.
  • Transistors included in the pixels 10_7, 10_9, and 10_11 are turned on. Even in the second column, the H level is applied by the scanning signal. However, since the control signal of the control line BGL_B is at the L level, the threshold voltages of the transistors included in the pixels 10_8, 10_10, and 10_12 are positively shifted.
  • the transistors included in the pixels 10_8, 10_10, and 10_12 are turned off.
  • the transistors included in the pixels in the first row are in a non-conductive state because the scanning signal of the gate line GL_1 is L level regardless of the threshold voltage control by the control line BGL_A and the control line BGL_B.
  • FIG. 7 shows an operation of writing data to the pixels in the even-numbered columns in the first row.
  • a video voltage is applied to the data lines DL_1 to DL_3 by setting the scanning signal of the gate line applied to the gate line GL_1 to the H level and the control signal applied to the control line BGL_B to the H level.
  • Other wirings are at L level.
  • Transistors included in the pixels 10_2, 10_4, and 10_6 are turned on.
  • the odd-numbered column in the first row is also applied with the H level by the scanning signal.
  • the control signal of the control line BGL_A is at the L level, the threshold voltages of the transistors included in the pixels 10_1, 10_3, and 10_5 are positively shifted.
  • the transistors included in the pixels 10_1, 10_3, and 10_5 are turned off.
  • the transistors included in the pixels in the second row are in a non-conduction state because the scanning signal of the gate line GL_2 is at L level regardless of the threshold voltage control by the control line BGL_A and the control line BGL_B.
  • the transistors included in the pixels 10_7, 10_9, and 10_11 are turned off.
  • the transistors included in the pixels in the first row are in a non-conductive state because the scanning signal of the gate line GL_1 is L level regardless of the threshold voltage control by the control line BGL_A and the control line BGL_B.
  • the pixels of the liquid crystal display device whose operation has been described with reference to FIGS. 5 to 8 can selectively control the writing of data to the pixels when connected to the same data line and gate line. Therefore, wiring for writing data to the pixel can be reduced.
  • the control signal for controlling the threshold voltage of the transistor can be a signal that is switched at a cycle of 1 ⁇ 2 frame. For this reason, a signal having a lower frequency than signals given to other wirings is handled. In the case of a signal having a low frequency, even if a signal is voltageed using a wiring material having a large parasitic resistance or parasitic capacitance, it is difficult to be affected by delay or signal rounding. As a result, a wiring material that can transmit light, such as a transparent conductive film, can be used as the wiring material, and a decrease in aperture ratio due to the addition of a control line that transmits a control signal can be suppressed.
  • control lines BGL_A and BGL_B are arranged so as to be parallel to the gate lines GL_1 and GL_2, but the present invention is not limited to this.
  • the control lines may be arranged in parallel with the data lines DL_1 to DL_3.
  • FIG. 4 a circuit diagram of pixels in 2 rows and 6 columns has been described as an example.
  • FIG. 4 The configuration shown in FIG.
  • 10B shows selection of the gate lines GL_1 to GL_m in one frame period, signal waveforms of control signals supplied to the control line BGL_A and the control line BGL_B, and data lines DL_1 to DL_n / 2 in the gate line selection period. It is a timing chart for demonstrating the video voltage to supply.
  • FIG. 10B shows a dummy row (in the figure, “dum”) that does not contribute to display in addition to selection of each row from the first row to the j-th row to the m-th row.
  • a period for selecting a dummy row is provided between a first period P1 for selecting pixels in odd columns and a second period P2 for selecting pixels in even columns. Just do it.
  • control signal of the control line BGL_A is set to H level in the first period P1
  • control signal of the control line BGL_B is set to H level in the second period P2.
  • FIG. 10B the operation when supplying the video voltage to the data line when the gate line of the (j-1) th row, the jth row, and the (j + 1) th row is set to the H level is selected. Is shown enlarged. Switching between the H level and the L level of the scanning signal on the gate line causes a rounded waveform (dotted line in FIG. 10B). Therefore, for example, after the j-th row is selected and the scanning signal in the (j ⁇ 1) -th row is changed to the L signal, the video voltage may be a period 16 in which data is written through the data transition period 15. In the case of FIG. 10B, the j-th row data is written to the (j + 1) -th row pixel together with the j-th row pixel. Since the data is rewritten to the data of the (j + 1) th row, there is no problem.
  • FIGS. 11A to 11D a display portion having pixels, a gate line driver circuit for driving a gate line, a data line driver circuit for applying a video voltage to a data line in each column, and a control line
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the arrangement of a control line driving circuit for supplying a control signal.
  • FIG. 11A shows the display portion 21, the gate line driving circuit 22, the data line driving circuit 23, and the control line driving circuit 24.
  • the control line driver circuit 24 may be arranged on the opposite side of the gate line driver circuit 22 with respect to the display portion 21.
  • the control line driver circuit 24 may be disposed on the opposite side of the data line driver circuit 23 with respect to the display portion 21.
  • control line driver circuit 24 may be arranged on the same side as the gate line driver circuit 22B.
  • control line driver circuit 24 may be disposed on the opposite side of the data line driver circuit 23 with respect to the display portion 21.
  • FIG. 12 shows a top view of the pixels 10_A and 10_B arranged in 2 rows and 2 columns.
  • the data line DL_k, the gate lines GL_j, GL_j + 1, and the control lines BGL_A, BGL_B are illustrated.
  • FIG. 13 is a top view showing an arrangement of a conductive film further provided on the structure shown in the top view shown in FIG.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view taken along one-dot chain line PQ in FIGS. 12 and 13.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line RS in FIGS. 12 and 13.
  • the conductive film 61 functions as a gate line and a gate electrode of a transistor.
  • the semiconductor film 62 has a region to be a channel formation region of the transistor.
  • the semiconductor films 62S, 62C, and 62D have regions that serve as a source region, a channel formation region, and a drain region of the transistor.
  • the conductive films 63A and 63B function as a source line and a source or drain electrode of the transistor.
  • the conductive film 64 functions as a back gate electrode of the transistor.
  • the openings 65A and 65B are provided to connect the conductive films 63A and 63B and the semiconductor film 62.
  • the opening 65C is provided to connect the conductive film 63B and the conductive film 66.
  • the conductive film 66 functions as a pixel electrode.
  • the conductive film 71 functions as a common electrode.
  • the slit 72 is provided in the conductive film 71 in order to generate a lateral electric field between the conductive film 66 and the conductive film 71.
  • the insulating films 82 and 84 to 86 function as interlayer insulating films.
  • the insulating film 83 functions as a gate insulating film.
  • the insulating film 87 is provided to prevent a short circuit between the conductive film 66 and the conductive film 71. Note that each structure of the conductive film, the substrate, the insulating film, and the like will be described in detail in Embodiment 2 and the like.
  • the conductive film 64 can be a transparent conductive film. Therefore, even when the conductive film 64 is provided so as to overlap with the conductive film 66, light transmission is not impaired.
  • a top view in this case is shown in FIGS. 15 and 16, and a cross-sectional view is shown in FIG. The description of each configuration is the same as the configuration of FIGS. 12 to 14, and the same reference numerals are given. 15A to 17B, the aperture ratio can be improved while reducing the number of wirings.
  • in-cell touch panels include hybrid in-cell and full-in-cell touch panels.
  • the hybrid in-cell type refers to a configuration in which an electrode or the like constituting a detection element is provided on both a substrate supporting a display element and a counter substrate or only on the counter substrate.
  • the full-in-cell type refers to a configuration in which an electrode or the like constituting a detection element is provided only on a substrate that supports a display element.
  • the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention is a full-in-cell touch panel.
  • a full-in-cell touch panel is preferable because the structure of the counter substrate can be simplified.
  • the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention is preferable because the electrode included in the display element also serves as the electrode included in the detection element, so that the manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.
  • both the FPC that supplies a signal for driving a pixel and the FPC that supplies a signal for driving a detection element are arranged on one substrate side.
  • a signal for driving a pixel and a signal for driving a detection element may be supplied by one FPC.
  • the liquid crystal display device 300 includes a display portion 301 and a gate line driver circuit 302.
  • the display portion 301 includes a plurality of pixels 303, a plurality of data lines, and a plurality of gate lines, and has a function of displaying an image.
  • the display unit 301 is also an input unit. That is, the display unit includes a plurality of detection elements that detect contact or proximity of the detection target to the liquid crystal display device 300, and functions as a touch sensor.
  • the gate line driver circuit 302 has a function of outputting a scanning signal to the gate line included in the display portion 301.
  • the pixel 303 has a plurality of subpixels.
  • FIG. 18A illustrates an example in which the pixel 303 includes three subpixels; however, one embodiment of the present invention is not limited to this.
  • FIG. 18A illustrates an example in which the liquid crystal display device 300 includes a gate line driver circuit; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto.
  • the liquid crystal display device 300 may not include all of the gate line driver circuit, the data line driver circuit, and the sensor driver circuit, or may include one or more of them.
  • the IC 268 is mounted on the substrate 211 by a mounting method such as a COG method.
  • the IC 268 may have at least one of a data line driver circuit, a gate line driver circuit, and a sensor driver circuit.
  • An IC may be mounted on the FPC 269.
  • the FPC 269 may be mounted with an IC including any one or more of a data line driver circuit, a gate line driver circuit, and a sensor driver circuit.
  • the IC can be mounted on the FPC 269 by a mounting method such as a COF method or a TAB (Tape Amount Bonding) method.
  • a liquid crystal display device 300 includes a transistor 280a, a transistor 270a, a connection portion 205a, a liquid crystal element 207a, and the like over a substrate 211.
  • FIG. 18B shows a cross section of one subpixel as an example of the display portion 301.
  • the display unit 301 can perform full-color display by including one pixel including a red sub-pixel, a green sub-pixel, and a blue sub-pixel.
  • the color which a subpixel exhibits is not restricted to red, green, and blue.
  • a sub-pixel exhibiting a color such as white, yellow, magenta, or cyan may be used.
  • the transistors 280a and 270a include a gate electrode 271, a gate electrode 273, an insulating film 212, an insulating film 215, an insulating film 213, a polysilicon film 272, a source electrode 274a, and a drain electrode 274b.
  • the gate electrode 271 and the gate electrode 273 can function as a gate or a back gate.
  • the polysilicon film 272 has an impurity region formed by adding an impurity element. Note that the polysilicon film 272 may have a low concentration impurity region (LDD: Light Doped Drain) formed by adding an impurity element at a low concentration.
  • LDD Light Doped Drain
  • the transistor 270a is configured to give different signals to the two gates as described above. In this manner, by supplying different signals to the two gates and controlling the transistor 270a to operate at different timings, the number of wirings for controlling the transistors can be reduced. As a result, the aperture ratio of the pixel can be improved.
  • the transistors 280a and 270a are covered with an insulating film 217 and an insulating film 219. Note that the insulating film 217 and further the insulating film 219 can be regarded as components of the transistors 280a and 270a.
  • the liquid crystal element 207a is a liquid crystal element to which an FFS (Fringe Field Switching) mode is applied.
  • the liquid crystal element 207 a includes a conductive film 251, a conductive film 252, and a liquid crystal 249.
  • the alignment of the liquid crystal 249 can be controlled by an electric field generated between the conductive films 251 and 252.
  • the conductive film 251 can function as a pixel electrode.
  • the conductive film 252 can function as a common electrode.
  • the liquid crystal display device 300 can function as a transmissive liquid crystal display device. Further, by using a conductive material that reflects visible light for the conductive film 251 and a conductive material that transmits visible light for the conductive film 252, the liquid crystal display device 300 functions as a reflective liquid crystal display device. be able to.
  • Examples of the conductive material that reflects visible light include aluminum, silver, and alloys containing these metal materials.
  • the conductive film 251 functioning as a pixel electrode is electrically connected to the source or drain of the transistor 270a.
  • the conductive film 251 is electrically connected to the drain electrode 274b.
  • connection unit 205a is electrically connected to an external input terminal that transmits an external signal (such as a video signal, a clock signal, a start signal, or a reset signal) or a potential to the gate line driver circuit 302.
  • an external signal such as a video signal, a clock signal, a start signal, or a reset signal
  • FPC 269 is provided as an external input terminal.
  • the connection portion 205 a includes a conductive film 231 over the insulating film 213, a conductive film 233 over the conductive film 231, and a conductive film 235 over the conductive film 233.
  • the conductive film 231 is electrically connected to the conductive film 235 through the conductive film 233.
  • the conductive film 235 is electrically connected to the FPC 269 through the connection body 267.
  • the conductive film 231 can be formed using the same material and the same process as the source electrode 274a and the drain electrode 274b included in the transistors 280a and 270a.
  • the conductive film 233 can be formed using the same material and the same step as the conductive film 251 included in the liquid crystal element 207a.
  • the conductive film 235 can be formed using the same material and the same step as the conductive film 252 included in the liquid crystal element 207a. In this manner, it is preferable that the conductive film included in the connection portion 205a be formed using the same material and the same process as the electrodes and wirings used for the display portion and the driver circuit portion because an increase in the number of steps can be prevented.
  • the substrate 261 is provided with a coloring film 241, a light shielding film 243, and an insulating film 245.
  • FIG. 18B illustrates an example in which the thickness of the substrate 261 is thinner than the thickness of the substrate 211; however, one embodiment of the present invention is not limited thereto.
  • One of the substrate 261 and the substrate 211 may be thinner than the other, or the same thickness. It is preferable to thin the substrate on the display surface side (side closer to the detection target) because the detection sensitivity of the detection element can be increased.
  • the colored film 241 has a portion overlapping with the liquid crystal element 207a.
  • the light-blocking film 243 has a portion overlapping with at least one of the transistors 280a and 270a.
  • an alignment film may be provided on surfaces of the substrate 211 and the substrate 261 in contact with the liquid crystal 249.
  • the alignment film can control the alignment of the liquid crystal 249.
  • an alignment film that covers the conductive film 252 may be formed in FIG.
  • an alignment film may be provided between the insulating film 245 and the liquid crystal 249.
  • the insulating film 245 may have both a function as an alignment film and a function as an overcoat.
  • the liquid crystal display device 300 includes a spacer 247.
  • the spacer 247 has a function of preventing the distance between the substrate 211 and the substrate 261 from approaching a certain distance.
  • FIG. 18B illustrates an example in which the spacer 247 is provided over the insulating film 253 and the conductive film 252, but one embodiment of the present invention is not limited thereto.
  • the spacer 247 may be provided on the substrate 211 side or may be provided on the substrate 261 side.
  • the spacer 247 may be formed over the insulating film 245.
  • 18B illustrates an example in which the spacer 247 is in contact with the insulating film 253 and the insulating film 245; however, the spacer 247 may not be in contact with a structure provided on either the substrate 211 side or the substrate 261 side. .
  • a granular spacer may be used as the spacer 247.
  • a material such as silica can be used, but an elastic material such as resin or rubber is preferably used. At this time, the granular spacer may be crushed in the vertical direction.
  • the substrate 211 and the substrate 261 are bonded together with an adhesive layer 265.
  • a liquid crystal 249 is sealed in a region surrounded by the substrate 211, the substrate 261, and the adhesive layer 265.
  • the liquid crystal display device 300 When the liquid crystal display device 300 functions as a transmissive liquid crystal display device, two polarizing plates are arranged so as to sandwich the display portion. Light from a backlight disposed outside the polarizing plate is incident through the polarizing plate. At this time, the alignment of the liquid crystal 249 can be controlled by the voltage applied between the conductive films 251 and 252, and the optical modulation of light can be controlled. That is, the intensity of light emitted through the polarizing plate can be controlled. In addition, since the incident light is absorbed by the colored film 241 in a region other than the specific wavelength region, the emitted light is, for example, light exhibiting red, blue, or green.
  • a circular polarizing plate can be used.
  • a circularly-polarizing plate what laminated
  • the circularly polarizing plate can reduce the viewing angle dependency of the display of the liquid crystal display device.
  • liquid crystal element 207a liquid crystal elements to which various modes are applied can be used without being limited thereto.
  • VA Vertical Alignment
  • TN Transmission Nematic
  • IPS In-Plane-Switching
  • ASM Analy Symmetrical Aligned Micro-cell
  • OCB Optical BLC
  • AFLC Antiferroelectric Liquid Crystal
  • a normally black liquid crystal display device such as a transmissive liquid crystal display device employing a vertical alignment (VA) mode may be applied to the liquid crystal display device 300.
  • VA vertical alignment
  • an MVA (Multi-Domain Vertical Alignment) mode, a PVA (Patterned Vertical Alignment) mode, an ASV mode, or the like can be used as the vertical alignment mode.
  • the liquid crystal element is an element that controls transmission or non-transmission of light by an optical modulation action of liquid crystal.
  • the optical modulation action of the liquid crystal is controlled by an electric field applied to the liquid crystal (including a horizontal electric field, a vertical electric field, or an oblique electric field).
  • a thermotropic liquid crystal a low molecular liquid crystal, a polymer liquid crystal, a polymer dispersed liquid crystal (PDLC), a ferroelectric liquid crystal, an antiferroelectric liquid crystal, or the like is used.
  • PDLC polymer dispersed liquid crystal
  • ferroelectric liquid crystal an antiferroelectric liquid crystal, or the like
  • These liquid crystal materials exhibit a cholesteric phase, a smectic phase, a cubic phase, a chiral nematic phase, an isotropic phase, and the like depending on conditions.
  • liquid crystal material either a positive type liquid crystal or a negative type liquid crystal may be used, and an optimal liquid crystal material may be used according to the mode and design to be applied.
  • a liquid crystal exhibiting a blue phase without using an alignment film may be used.
  • the blue phase is one of the liquid crystal phases.
  • the temperature of the cholesteric liquid crystal is increased, the blue phase appears immediately before the transition from the cholesteric phase to the isotropic phase. Since the blue phase appears only in a narrow temperature range, a liquid crystal composition mixed with 5% by weight or more of a chiral agent is used for the liquid crystal 249 in order to improve the temperature range.
  • a liquid crystal composition containing a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent has a short response speed and is optically isotropic.
  • a liquid crystal composition including a liquid crystal exhibiting a blue phase and a chiral agent does not require alignment treatment and has a small viewing angle dependency. Further, since it is not necessary to provide an alignment film, a rubbing process is not required, so that electrostatic breakdown caused by the rubbing process can be prevented, and defects or breakage of the liquid crystal display device during the manufacturing process can be reduced. .
  • a substrate that is directly touched by a detection object such as a finger or a stylus may be provided above the substrate 261.
  • a polarizing plate or a circular polarizing plate is preferably provided between the substrate 261 and the substrate.
  • a protective layer ceramic coating or the like
  • an inorganic insulating material such as silicon oxide, aluminum oxide, yttrium oxide, and yttria-stabilized zirconia (YSZ) can be used.
  • tempered glass may be used for the substrate. As the tempered glass, it is possible to use glass that has been subjected to physical or chemical treatment by an ion exchange method, an air-cooling tempering method, or the like and to which a compressive stress is applied to the surface.
  • the proximity or contact of the detection target is detected using a capacitance formed between the conductive film 252 included in the left subpixel and the conductive film 252 included in the right subpixel. can do. That is, in the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention, the conductive film 252 serves as both the common electrode of the liquid crystal element and the electrode of the detection element.
  • the capacitance between the sensing element electrode and the signal line is too large, the time constant of the sensing element electrode may increase. Therefore, it is preferable to provide an insulating film having a planarization function between the transistor and the electrode of the detection element to reduce the capacitance between the electrode of the detection element and the signal line.
  • the insulating film 219 is provided as the insulating film having a planarization function.
  • FIG. 19B is a cross-sectional view of two adjacent pixels, which is different from FIG. 19A. Two subpixels illustrated in FIG. 19B are subpixels included in different pixels.
  • FIG. 19B is different from Configuration Example 1 shown in FIGS. 18B and 19A in that a conductive film 255 is provided over the insulating film 253.
  • the conductive film 252 is electrically connected to the conductive film 255 functioning as an auxiliary wiring.
  • the resistance of the electrode of the detection element can be reduced.
  • the time constant of the electrode of the sensing element can be reduced. The smaller the time constant of the electrode of the sensing element, the higher the detection sensitivity, and the higher the detection accuracy.
  • the conductive film 255 may be a film having a lower resistance value than the conductive film 252.
  • the conductive film 255 is formed with a single layer or a stacked layer using a metal material such as molybdenum, titanium, chromium, tantalum, tungsten, aluminum, copper, silver, neodymium, or scandium, or an alloy material containing these elements, for example. can do.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line A-B and between the alternate long and short dash line CD in FIG. 18A, which is different from FIG.
  • the colored film 241 is not limited to the structure formed on the counter substrate (substrate 261) side. As shown in FIG. 20, it may be formed on a substrate 211 on which a transistor or the like is formed. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in yield and a decrease in display quality due to a decrease in alignment accuracy between the substrate 211 and the substrate 261 accompanying an increase in display definition of the liquid crystal display device.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device different from the above-described configuration examples.
  • the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention is not limited to a touch panel having a structure (full-in-cell type) in which an electrode or the like that forms a detection element is provided only on a substrate that supports a display element.
  • an electrode that forms a detection element may be provided on the counter substrate side.
  • ⁇ Board There is no particular limitation on the material of the substrate included in the liquid crystal display device 300, but it is necessary to have at least heat resistance to withstand heat treatment performed later.
  • a glass substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or the like may be used. It is also possible to apply a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, a compound semiconductor substrate such as silicon germanium, an SOI substrate, etc., and a semiconductor element provided on these substrates May be used as the substrate 102.
  • the sixth generation (1500 mm ⁇ 1850 mm), the seventh generation (1870 mm ⁇ 2200 mm), the eighth generation (2200 mm ⁇ 2400 mm), the ninth generation (2400 mm ⁇ 2800 mm), the tenth generation.
  • a large area substrate such as a generation (2950 mm ⁇ 3400 mm)
  • a large display device can be manufactured.
  • a flexible substrate may be used as the substrate 211, and a transistor, a capacitor, or the like may be formed directly over the flexible substrate.
  • the liquid crystal display device can be reduced in weight and thickness. Further, a flexible liquid crystal display device can be realized by using a flexible substrate.
  • a transistor can be formed using various substrates as the substrates 211 and 261.
  • substrate is not limited to a specific thing.
  • the substrate include a plastic substrate, a metal substrate, a stainless steel substrate, a substrate having a stainless steel foil, a tungsten substrate, a substrate having a tungsten foil, a flexible substrate, a bonded film, and a fibrous material. Or a base film.
  • the glass substrate include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass.
  • the flexible substrate there are plastics typified by polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone (PES), or a synthetic resin having flexibility such as acrylic.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PES polyethersulfone
  • the laminated film include polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, and polyvinyl chloride.
  • the base film include polyester, polyamide, polyimide, an inorganic vapor deposition film, and papers.
  • a transistor may be formed using a certain substrate, and then the transistor may be transferred to another substrate, and the transistor may be disposed on another substrate.
  • the substrate on which the transistor is transferred in addition to the substrate on which the transistor can be formed, a paper substrate, a cellophane substrate, a stone substrate, a wood substrate, a cloth substrate (natural fiber (silk, cotton, hemp), There are synthetic fibers (nylon, polyurethane, polyester) or recycled fibers (including acetate, cupra, rayon, recycled polyester), leather substrates, rubber substrates, and the like. By using these substrates, it is possible to form a transistor with good characteristics, a transistor with low power consumption, manufacture a device that is not easily broken, impart heat resistance, reduce weight, or reduce thickness.
  • a polysilicon film 272 which is a polycrystalline semiconductor is used. Since a transistor using the polysilicon film 272 has high field-effect mobility, various functional circuits such as a shift register circuit, a level shifter circuit, a buffer circuit, and a sampling circuit can be formed.
  • silicon is used as a semiconductor material for a transistor, germanium or the like can be used instead of silicon.
  • the crystallinity of the semiconductor material used for the transistor is described using a polycrystalline semiconductor.
  • any semiconductor having crystallinity may be used, and a microcrystalline semiconductor or a semiconductor having a crystal region in part is used. You can also. It is preferable to use a crystalline semiconductor because deterioration of transistor characteristics can be suppressed.
  • an organic insulating material or an inorganic insulating material can be used as an insulating material that can be used for each insulating film, overcoat, spacer, and the like included in the liquid crystal display device.
  • the resin include acrylic resin, epoxy resin, polyimide resin, polyamide resin, polyimide amide resin, siloxane resin, benzocyclobutene resin, and phenol resin.
  • inorganic insulating films include silicon oxide films, silicon oxynitride films, silicon nitride oxide films, silicon nitride films, aluminum oxide films, hafnium oxide films, yttrium oxide films, zirconium oxide films, gallium oxide films, tantalum oxide films, magnesium oxide Examples thereof include a film, a lanthanum oxide film, a cerium oxide film, and a neodymium oxide film.
  • a two-layer structure in which a titanium film is laminated on an aluminum film a two-layer structure in which a titanium film is laminated on a tungsten film, a two-layer structure in which a copper film is laminated on a molybdenum film, or an alloy film containing molybdenum and tungsten
  • Two-layer structure in which a copper film is laminated a two-layer structure in which a copper film is laminated on a copper-magnesium-aluminum alloy film, a titanium film or a titanium nitride film, and an aluminum film or copper layered on the titanium film or titanium nitride film Laminating a film, and further forming a three-layer structure for forming a titanium film or a titanium nitride film thereon, a molybdenum film or a molybdenum nitride film, and an aluminum film or a copper film stacked on the molybdenum film or the molybdenum nit
  • connection body for example, an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste (ACP), or the like can be used.
  • ACF anisotropic conductive film
  • ACP anisotropic conductive paste
  • the colored film is a colored layer that transmits light in a specific wavelength band.
  • materials that can be used for the colored film include metal materials, resin materials, resin materials containing pigments or dyes, and the like.
  • the display unit 6511 includes HD (pixel count 1280 ⁇ 720), FHD (pixel count 1920 ⁇ 1080), WQHD (pixel count 2560 ⁇ 1440), WQXGA (pixel count 2560 ⁇ 1600), 4K (pixel count 3840 ⁇ 2160), It is preferable to have an extremely high resolution of 8K (number of pixels: 7680 ⁇ 4320). In particular, a resolution of 4K, 8K, or higher is preferable.
  • the pixel density (definition) of the pixels provided in the display portion 6511 is preferably 300 ppi or more, preferably 500 ppi or more, more preferably 800 ppi or more, more preferably 1000 ppi or more, and more preferably 1200 ppi or more. With the display portion 6511 having high resolution and high definition in this way, it is possible to further enhance the sense of presence and depth in personal use such as portable and home use.
  • the data line driver circuit 6502 has a function of outputting a video signal (also referred to as a video signal) which is an analog signal to a data line included in the display portion 6511.
  • a video signal also referred to as a video signal
  • the data line driver circuit 6502 can have a structure in which a shift resist circuit and a buffer circuit are combined.
  • the touch panel 6510 may include a demultiplexer circuit connected to the data line.
  • the image processing circuit 6506 included in the circuit unit 6501 has a function of generating and outputting a signal for driving the display unit 6511 of the touch panel 6510, a function of generating and outputting a signal for driving the input unit 6512, and an input unit 6512. A function of analyzing the output signal and outputting it to the CPU 6540.
  • the timing controller 6505 also outputs signals (such as a clock signal and a start pulse signal) output to the gate line driver circuit 6513 and the sensor driver circuit 6503 based on the synchronization signal included in the video signal or the like processed by the image processing circuit 6506. Signal) is generated and output.
  • the timing controller 6505 may have a function of generating and outputting a signal that defines the timing at which the detection circuit 6504 outputs a signal.
  • the timing controller 6505 preferably outputs a signal synchronized with a signal output to the gate line driver circuit 6513 and a signal output to the sensor driver circuit 6503. In particular, it is preferable to divide the period for rewriting pixel data of the display portion 6511 and the period for sensing by the input portion 6512.
  • channel formation is performed in the display portion 6511 included in the touch panel 6510, the gate line driver circuit 6513, the circuit unit 6501 included in the IC 6520, the data line driver circuit 6502, the sensor driver circuit 6503, the detection circuit 6504, or the CPU 6540 provided outside.
  • a transistor in which an oxide semiconductor is used for a region and an extremely low off-state current is realized can be used. Since the transistor has extremely low off-state current, the use of the transistor as a switch for holding charge (data) flowing into the capacitor functioning as a memory element can ensure a data holding period for a long time. it can.
  • the image processing circuit 6506 is operated only when necessary, and in other cases, the information of the immediately preceding process is saved in the storage element, Normally-off computing is possible, and the power consumption of the touch panel module 6500 and the electronic device in which the touch panel module 6500 is mounted can be reduced.
  • the circuit unit 6501 may be configured not to be included in the IC 6520.
  • the IC 6520 can include a data line driver circuit 6502, a sensor driver circuit 6503, and a detection circuit 6504.
  • a circuit unit 6501 can be provided separately and a plurality of ICs 6520 without the circuit unit 6501 can be provided, or an IC having only the IC 6520 and the data line driver circuit 6502. Can also be arranged in combination.
  • FIGS. 23A, 23B, and 23C are schematic views of a touch panel module 6500 mounted with an IC6520.
  • the IC 6530 is an IC having only the data line driver circuit 6502 or the data line driver circuit 6502 and the circuit unit 6501 in the above-described IC 6520. Signals are supplied to the IC 6520 and the IC 6530 from the outside via the FPC 6533. Further, a signal can be output from the IC 6520 or the IC 6530 to the outside through the FPC 6533.
  • FIG. 23B shows an example in which one IC 6520 and one FPC 6533 are mounted. Thus, it is preferable to consolidate functions into one IC 6520 because the number of parts can be reduced.
  • FIG. 23B illustrates an example in which the gate line driver circuit 6513 is arranged along the side closer to the FPC 6533 out of the two short sides of the display portion 6511.
  • FIG. 23C illustrates an example of a configuration including a PCB (Printed Circuit Board) 6534 on which an image processing circuit 6506 and the like are mounted.
  • the IC 6520 and the IC 6530 on the substrate 6531 are electrically connected to the PCB 6534 by the FPC 6533.
  • a configuration without the above-described image processing circuit 6506 can be applied to the IC 6520.
  • the IC 6520 and the IC 6530 may be mounted on the FPC 6533 instead of the substrate 6531.
  • the IC 6520 and the IC 6530 may be mounted on the FPC 6533 by a mounting method such as a COF method or a TAB method.
  • a glass substrate such as barium borosilicate glass or alumino borosilicate glass, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like can be used.
  • a metal substrate or a silicon substrate with an insulating film formed on the surface thereof may be used.
  • a substrate made of a synthetic resin having flexibility such as plastic generally tends to have a lower heat resistant temperature than the above substrate, but can be used as long as it can withstand the processing temperature in the manufacturing process. .
  • an insulating film 603 is provided so as to cover the conductive film 602.
  • the insulating film 603 is provided by stacking an insulating film 603a and an insulating film 603b.
  • a silicon oxynitride film is used as an example.
  • a silicon oxide film or a silicon oxynitride film is used as an example.
  • the insulating film 603 is not limited to this structure, and may be formed of a single-layer insulating film or may be formed of three or more insulating films. Further, the material is not limited to this.
  • the surface of the insulating film 603 (here, the surface of the insulating film 603b) may have unevenness due to the conductive film 602 formed in advance. In this case, it is desirable to provide a step of flattening the unevenness.
  • planarization is performed using CMP (Chemical-Mechanical Polishing).
  • both the insulating film 603 and the amorphous semiconductor film 604 are formed by a plasma CVD method, these two films may be continuously formed without being exposed to the atmosphere.
  • contamination of the surface by the atmosphere can be suppressed as much as possible, and thus variations in characteristics of the manufactured transistor can be reduced.
  • the addition of the catalyst to the amorphous semiconductor film is not limited to the above method, and the addition may be performed using a sputtering method, a vapor deposition method, a plasma treatment, or the like.
  • the lamp light source for heating is turned on for 1 second to 60 seconds, preferably 30 seconds to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times.
  • the light emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the amorphous semiconductor film 604 is instantaneously heated to 600 ° C. to 1000 ° C., preferably about 650 ° C. to 750 ° C. Even at such a high temperature, the semiconductor film is only heated instantaneously, and the substrate 601 itself is not distorted and deformed.
  • the thickness of the barrier layer 607 is about 1 nm to 10 nm.
  • chemical oxide can be formed by treatment with an aqueous solution in which sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or the like and hydrogen peroxide are mixed.
  • a plasma processing method in an oxidizing atmosphere, a method of generating ozone by ultraviolet irradiation in an oxygen-containing atmosphere, and a oxidizing method may be used.
  • a thin oxide film may be formed by heating to about 200 ° C. to 350 ° C. using a clean oven to form a barrier layer.
  • the rare gas element itself is inactive in the semiconductor film and thus does not adversely affect the crystalline semiconductor film 606.
  • the rare gas element one or more selected from helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), and xenon (Xe) are used.
  • gettering is performed by performing heat treatment (FIG. 24B).
  • the heat treatment is performed by a furnace annealing method or an RTA method.
  • heat treatment is performed at 450 ° C. to 600 ° C. for 0.5 hours to 12 hours in a nitrogen atmosphere.
  • the lamp light source for heating is turned on for 1 second to 60 seconds, preferably 30 seconds to 60 seconds, and this is repeated 1 to 10 times, preferably 2 to 6 times.
  • the emission intensity of the lamp light source is arbitrary, but the semiconductor film is instantaneously heated to about 600 ° C. to 1000 ° C., preferably about 700 ° C. to 750 ° C.
  • the catalytic element in the crystalline semiconductor film 606 is released by thermal energy, and moves to the gettering site 608 by diffusion as indicated by an arrow. Accordingly, the gettering depends on the processing temperature, and the gettering proceeds in a shorter time as the temperature is higher.
  • the gettering site 608 is selectively etched and removed.
  • etching method dry etching without using plasma with ClF 3 or wet etching with an alkaline solution such as an aqueous solution containing hydrazine or tetramethylammonium hydroxide (chemical formula (CH 3 ) 4 NOH) can be performed.
  • the barrier layer 607 functions as an etching stopper.
  • the barrier layer 607 is then removed with hydrofluoric acid (FIG. 24C).
  • the crystalline semiconductor film 606 after the removal of the barrier layer 607 is patterned to form island-shaped semiconductor films 609 and 610 (FIG. 24D).
  • the thickness of the semiconductor films 609 and 610 is 25 nm to 100 nm (preferably 30 nm to 60 nm).
  • an insulating film 611 is formed so as to cover the semiconductor films 609 and 610. Since the thickness of the insulating film 611 is reduced by about 10 nm to 40 nm in dry etching performed later to form an electrode functioning as a gate electrode, it is desirable to set the thickness in consideration of the reduction. . Specifically, the insulating film 611 is formed to a thickness of about 40 nm to 150 nm (more preferably 60 nm to 120 nm).
  • aluminum nitride can be used as the insulating film 611.
  • Aluminum nitride has a relatively high thermal conductivity and can efficiently dissipate heat generated in the transistor.
  • the insulating film 611 may be formed by stacking aluminum nitride after forming silicon oxide or silicon oxynitride which does not contain aluminum.
  • the conductive film 612a made of tantalum nitride is formed to a thickness of 20 nm to 100 nm
  • the conductive film 612b made of tungsten is formed to a thickness of 100 nm to 400 nm.
  • tantalum nitride used for the conductive film 612a uses Ta with a purity of 99.99%, the temperature in the chamber is room temperature, the flow rate of Ar is 50 ml / min, the flow rate of N 2 is 10 ml / min, and the chamber.
  • the film was formed at an inner pressure of 0.6 Pa, a film formation power of 1 kW, and a film formation rate of about 40 nm / min.
  • tungsten used for the second conductive film 612b tungsten having a purity of 99.99% is used, the temperature in the chamber is 230 ° C., the flow rate of Ar is 100 ml / min, the pressure in the chamber is 1.5 Pa, and the film is formed.
  • the film was formed at an electric power of 6 kW and a film formation rate of about 390 nm / min.
  • the conductive film may be a single layer or a plurality of layers of three or more layers. It may be formed by. Further, the material of each conductive layer is not limited to that shown in this embodiment mode.
  • each conductive film can be formed of an element selected from Ta, W, Ti, Mo, Al, and Cu, or an alloy or compound containing the element as a main component.
  • a light-shielding material as the material of the conductive film in order to block light from entering the semiconductor film.
  • the first layer is tantalum and the second layer is tungsten, or the first layer is tantalum nitride, the second layer is aluminum, the first layer is tantalum nitride, and the second layer is copper is also conceivable.
  • an alloy of silver, palladium, and copper may be used for either the first layer or the second layer.
  • a three-layer structure in which tungsten, an alloy of aluminum and silicon (Al—Si), and titanium nitride are sequentially stacked may be employed.
  • Tungsten nitride may be used instead of tungsten
  • an alloy film of aluminum and titanium (Al-Ti) may be used instead of an alloy of aluminum and silicon (Al-Si), or titanium instead of titanium nitride. May be used.
  • Al-Ti alloy film of aluminum and titanium
  • Ti aluminum and silicon
  • titanium titanium instead of titanium nitride. May be used.
  • a material having an etching selectivity can be used.
  • a mask 614 is formed, and the conductive films 612a and 612b are etched as shown in FIG. 25A (first etching process).
  • an ICP (Inductively Coupled Plasma) etching method is used. Using a mixture of Cl 2 and CF 4 and O 2 as an etching gas gas, and 1.0Pa pressure of the etching gas in the chamber. Then, 500 W, 13.56 MHz high frequency (RF) power is input to the coil-type electrode to generate plasma. Further, 150 W, 13.56 MHz high frequency (RF) power is applied to the stage (lower electrode) on which the substrate is placed, and thereby a self-bias voltage is applied to the substrate.
  • RF Inductively Coupled Plasma
  • the etching gas was changed to Cl 2 and CF 4 , and the total pressure was 1.0 Pa. Further, high frequency (13.56 MHz) power of 500 W was applied to the coil type electrode, and high frequency (1356 MHz) power of 20 W was applied to the substrate side (sample stage).
  • the etching rates of tantalum nitride, which is the conductive film 612a, and tungsten, which is the conductive film 612b, are substantially equal, and both are etched to the same extent.
  • a first shape conductive film 615 composed of a lower layer 615a and an upper layer 615b and a first shape conductive film 616 composed of a lower layer 616a and an upper layer 616b are formed.
  • the side surfaces of the lower layers 615a and 616a and the upper layers 615b and 616b are slightly tapered.
  • the surface of the insulating film 611 that is not covered with the first shape conductive films 615 and 616 may be etched by about 5 nm to 10 nm or more.
  • the first-shaped conductive films 615 and 616 are etched (second etching process) using the mask 614 whose surface is etched and reduced in width in the first etching process.
  • the ICP etching method is used as in the first etching process.
  • the etching gas a gas in which SF 6 , Cl 2 , and O 2 are mixed is used, and the pressure of the etching gas in the chamber is set to 1.3 Pa.
  • 700 W, 13.56 MHz high frequency power is input to the coil-type electrode to generate plasma. Further, 10 W, 13.56 MHz high-frequency power is applied to the stage (lower electrode) on which the substrate is placed, whereby a self-bias voltage is applied to the substrate.
  • the second shape conductive film 617 (lower layer 617a, upper layer 617b) and second shape conductive film 618 (lower layer 618a, upper layer 618b) are formed by the second etching process.
  • the widths of the upper layers 617b and 618b in the channel length direction are shorter than the widths of the lower layers 617a and 618a.
  • the surface of the insulating film 611 that is not covered with the second shape conductive films 617 and 618 is etched by about 5 nm to 10 nm or more by the second etching treatment.
  • an impurity imparting n-type conductivity is added to the semiconductor films 609 and 610 using the second shape conductive films 617 and 618 as a mask (first doping). processing). Doping is performed by ion implantation. Doping is performed at a dose of 1 ⁇ 10 13 atoms / cm 2 to 5 ⁇ 10 14 atoms / cm 2 and an acceleration voltage of 40 kV to 80 kV.
  • the impurity element imparting n-type conductivity a Group 5 atom such as P, As, or Sb that functions as a donor or a Group 6 element such as S, Te, or Se is used. In this embodiment mode, P is used.
  • impurity regions 620 and 621 are formed in a self-aligning manner.
  • An impurity element imparting n-type conductivity is added to the impurity regions 620 and 621 in a concentration range of 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 to 1 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 .
  • a second doping process is performed using the upper layers 617b and 618b of the second shape conductive films 617 and 618 as a mask.
  • the acceleration voltage is set higher than that in the first doping process so that impurities pass through the lower layers 617a and 617a of the second shape conductive films 617 and 618. Since the LDD region is formed by the second doping process, the dose amount of the n-type impurity is reduced as compared with the first doping process.
  • the acceleration voltage is set to 60 kV to 120 kV, and the dose is set to 1 ⁇ 10 13 atoms / cm 2 to 1 ⁇ 10 15 atoms / cm 2 .
  • the third doping process is performed by lowering the acceleration voltage than the second doping process to obtain the state of FIG.
  • the acceleration voltage is set to 50 kV to 100 kV
  • the dose is set to 1 ⁇ 10 15 atoms / cm 2 to 1 ⁇ 10 17 atoms / cm 2 .
  • Impurities are further added to the impurity regions 622 and 623 that overlap with the lower layers 617a and 617a of the second shape conductive films 617 and 618 and the impurity regions 620 and 621 by the second doping process and the third doping process. Impurity regions 624 and 625 are formed.
  • An impurity element imparting n-type conductivity is added to the impurity regions 622 and 623 in a concentration range of 1 ⁇ 10 18 atoms / cm 3 to 5 ⁇ 10 19 atoms / cm 3 , and 1 ⁇ 10 19 is added to the impurity regions 624 and 625.
  • An impurity element imparting n-type conductivity is added in a concentration range of atoms / cm 3 to 5 ⁇ 10 21 atoms / cm 3 .
  • the impurity regions 622 and 623 are formed inside the impurity regions 624 and 625, the impurity regions 622 and 623 function as LDD regions, and the impurity regions 624 and 625 function as source / drain regions.
  • the island-shaped semiconductor film 610 in which the p-channel transistor is formed is doped with n-type impurities by the second and third doping processes illustrated in FIGS. 25B and 25C. Since it is not necessary, it may be covered with a mask when doping with an n-type impurity.
  • the polarity of the island-shaped semiconductor film may be reversed to p-type by increasing the concentration of impurities imparting p-type conductivity without providing a mask. In this embodiment, the case where the polarity of an island-shaped semiconductor film is reversed to p-type is described.
  • an n-channel island-shaped semiconductor film 609 is covered with a resist mask 626, and the island-shaped semiconductor film 610 is doped with an impurity imparting p-type conductivity (first). 4).
  • the upper layers 617b and 618b of the second shape conductive films 617 and 618 function as a mask, and an impurity element imparting p-type to the island-shaped semiconductor film 610 used for the p-channel transistor is formed.
  • An added impurity region 627 is formed.
  • an ion doping method using diborane (B 2 H 6 ) is used.
  • the impurity region 627 is actually an impurity region imparting p-type and an impurity region imparting n-type in a region overlapping with the lower layers 617a and 618a of the second shape conductive films 617 and 618 and other regions.
  • the concentration of is different.
  • the p-type becomes dominant by performing the doping treatment so that the concentration of the impurity element imparting p-type is 2 ⁇ 10 20 atoms / cm 3 to 2 ⁇ 10 21 atoms / cm 3. Therefore, no problem occurs in functioning as the source region and drain region of the p-channel transistor.
  • Impurity regions are formed in each island-shaped semiconductor film through the above steps.
  • an interlayer insulating film 630 is formed so as to cover the island-shaped semiconductor films 609 and 610, the insulating film 611, and the second-shaped conductive films 617 and 618 (FIG. 26A).
  • the interlayer insulating film 630 can be formed using an insulating film such as silicon oxide containing silicon, silicon nitride, or silicon oxynitride, and has a thickness of about 100 nm to 200 nm.
  • heat treatment is performed to activate the impurity element added to the island-shaped semiconductor films 609 and 610.
  • a thermal annealing method using a furnace annealing furnace, a laser annealing method, or a rapid thermal annealing method (RTA method) can be used.
  • the activation is performed at 400 ° C. to 700 ° C. (preferably 500 ° C. to 600 ° C.) in a nitrogen atmosphere having an oxygen concentration of 1 ppm or less, preferably 0.1 ppm or less.
  • heat treatment is performed at 300 ° C. to 450 ° C.
  • a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor film is performed for 1 hour to 12 hours in an atmosphere containing 3% to 100% hydrogen to perform a step of hydrogenating the island-shaped semiconductor film. This step is performed for the purpose of terminating the dangling bonds with thermally excited hydrogen.
  • plasma hydrogenation (using hydrogen excited by plasma) may be performed.
  • the activation process may be performed before the interlayer insulating film 630 is formed.
  • the n-channel transistor 631 and the p-channel transistor 632 can be formed.
  • the entire impurity region 622 functioning as the LDD region overlaps the lower layers 617a and 618a of the second shape conductive films 617 and 618, but the present invention is not limited to this.
  • a source / drain region is formed by performing a doping process between the first etching process and the second etching process, and the lower layer is etched in the channel length direction by the second etching process. Both the regions overlapping the lower layers 617a and 618a of the second shape conductive films 617 and 618 and the other regions can be formed.
  • the plasma etching is not limited to the ICP etching method.
  • an ECR (Electron Cyclotron Resonance) etching method an RIE etching method, a helicon wave etching method, a helical resonance etching method, a pulse modulation etching method, or other plasma etching methods may be used.
  • the semiconductor film may be laser-crystallized to form a crystalline semiconductor film 606 shown in FIG.
  • a pulsed laser having an oscillation frequency of 10 MHz or more can be used.
  • an interlayer insulating film 633 and an interlayer insulating film 634 are formed so as to cover the interlayer insulating film 630.
  • the interlayer insulating film 633 is formed using an organic resin, for example, non-photosensitive acrylic.
  • the interlayer insulating film 634 for example, a DLC film, a carbon nitride film, a silicon nitride film formed by an RF sputtering method, or the like is typically used.
  • the insulating film 611, the interlayer insulating film 630, the interlayer insulating film 633, and the interlayer insulating film 634 are etched to form openings. Then, wirings 635 to 638 that form contacts with the island-shaped semiconductor films 609 and 610 are formed.
  • a transparent conductive film is formed so as to cover the interlayer insulating film 634 and the wirings 635 to 638, and is patterned to be connected to the wiring 638 connected to the island-shaped semiconductor film 610 of the n-channel transistor 631.
  • the pixel electrode 640 is formed (FIG. 26B).
  • the transparent conductive film used for the pixel electrode 640 may be not only ITO but also a transparent conductive film in which 2% to 20% zinc oxide (ZnO) is mixed with indium oxide.
  • a transistor having a back gate electrode and a pixel electrode provided over the transistor can be formed over the same substrate.
  • a transmissive liquid crystal display device using a transparent conductive film as the pixel electrode 640 is described; however, there is no particular limitation, and part or all of the pixel electrode 640 functions as a reflective electrode. It is good also as a reflection type liquid crystal display device which has.
  • a reflective liquid crystal display device power consumption can be reduced because a backlight is not necessarily provided.
  • a storage circuit such as an SRAM can be provided below the reflective electrode. Thereby, power consumption can be further reduced.
  • the material that reflects visible light used as the reflective electrode is, for example, a metal material such as aluminum, gold, platinum, silver, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, or palladium, or an alloy containing these metal materials. Can be used. In addition, lanthanum, neodymium, germanium, or the like may be added to the metal material or alloy. Also, alloys containing aluminum (aluminum alloys) such as aluminum and titanium alloys, aluminum and nickel alloys, aluminum and neodymium alloys, silver and copper alloys, silver and palladium and copper alloys, and silver and magnesium alloys It can form using the alloy containing silver, such as.
  • a metal material such as aluminum, gold, platinum, silver, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, or palladium
  • an alloy containing these metal materials can be used.
  • An alloy containing silver and copper is preferable because of its high heat resistance. Furthermore, the oxidation of the aluminum alloy film can be suppressed by stacking the metal film or the metal oxide film in contact with the aluminum alloy film. Examples of the material for the metal film and metal oxide film include titanium and titanium oxide. Alternatively, the conductive film that transmits visible light and a film made of a metal material may be stacked. For example, a laminated film of silver and ITO, a laminated film of an alloy of silver and magnesium and ITO, or the like can be used.
  • a touch panel module 8000 shown in FIG. 28 includes a touch panel 8004, a frame 8009, a printed board 8010, and a battery 8011 connected to the FPC 8003 between an upper cover 8001 and a lower cover 8002.
  • the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention can be used for the touch panel 8004, for example.
  • the shape and dimensions of the upper cover 8001 and the lower cover 8002 can be changed as appropriate in accordance with the size of the touch panel 8004.
  • a resistive film type or capacitive type touch panel can be used by being superimposed on the display panel.
  • a counter substrate (sealing substrate) of the touch panel 8004 can have a touch panel function.
  • an optical sensor can be provided in each pixel of the touch panel 8004 to provide an optical touch panel.
  • a backlight 8007 may be provided as shown in FIG.
  • the backlight 8007 has a light source 8008.
  • FIG. 28 illustrates the configuration in which the light source 8008 is provided over the backlight 8007, the present invention is not limited to this.
  • a light source 8008 may be provided at the end of the backlight 8007 and a light diffusing plate may be used. Note that in the case of using a self-luminous light emitting element such as an organic EL element, or in the case of a reflective panel or the like, the backlight 8007 may not be provided.
  • the frame 8009 has a function as an electromagnetic shield for blocking electromagnetic waves generated by the operation of the printed board 8010 in addition to the protective function of the touch panel 8004.
  • the frame 8009 may have a function as a heat sink.
  • the printed circuit board 8010 has a power supply circuit, a signal processing circuit for outputting a video signal and a clock signal.
  • a power supply for supplying power to the power supply circuit an external commercial power supply may be used, or a power supply using a battery 8011 provided separately may be used.
  • the battery 8011 can be omitted when a commercial power source is used.
  • the touch panel 8004 may be additionally provided with a member such as a polarizing plate, a retardation plate, and a prism sheet.
  • FIGS. 29A to 29H and FIG. 30 are diagrams illustrating electronic devices. These electronic devices include a housing 5000, a display portion 5001, a speaker 5003, an LED lamp 5004, operation keys 5005 (including a power switch or operation switch), a connection terminal 5006, a sensor 5007 (force, displacement, position, speed, Measure acceleration, angular velocity, number of rotations, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell or infrared A microphone 5008, and the like.
  • a sensor 5007 force, displacement, position, speed, Measure acceleration, angular velocity, number of rotations, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical, sound, time, hardness, electric field, current, voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell or infrared
  • a microphone 5008 and the like.
  • FIG. 29A illustrates a mobile computer which can include a switch 5009, an infrared port 5010, and the like in addition to the above components.
  • FIG. 29B illustrates a portable image reproducing device (eg, a DVD reproducing device) including a recording medium, which includes a second display portion 5002, a recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above components. it can.
  • FIG. 29C illustrates a television device which can include a stand 5012 and the like in addition to the above components. The television device can be operated with an operation switch provided in the housing 5000 or a separate remote controller 5013. Channels and volume can be operated with operation keys provided on the remote controller 5013, and an image displayed on the display portion 5001 can be operated.
  • the remote controller 5013 may be provided with a display unit that displays information output from the remote controller 5013.
  • FIG. 29D illustrates a portable game machine that can include the memory medium reading portion 5011 and the like in addition to the above objects.
  • FIG. 29E illustrates a digital camera with a television receiving function, which can include an antenna 5014, a shutter button 5015, an image receiving portion 5016, and the like in addition to the above objects.
  • FIG. 29F illustrates a portable game machine that can include the second display portion 5002, the recording medium reading portion 5011, and the like in addition to the above objects.
  • FIG. 29G illustrates a portable television receiver that can include a charger 5017 and the like capable of transmitting and receiving signals in addition to the above components.
  • FIG. 29H illustrates a wristwatch-type information terminal which can include a band 5018, a clasp 5019, and the like in addition to the above objects.
  • a display portion 5001 mounted on a housing 5000 that also serves as a bezel portion has a non-rectangular display region.
  • the display portion 5001 can display an icon 5020 representing time, other icons 5021, and the like.
  • FIG. 30A is a digital signage (digital signage).
  • FIG. 30B illustrates a digital signage attached to a cylindrical column.
  • 29A to 29H and the electronic device illustrated in FIG. 30 can have various functions.
  • a function for displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit a touch panel function, a function for displaying a calendar, date or time, a function for controlling processing by various software (programs), Wireless communication function, function for connecting to various computer networks using the wireless communication function, function for transmitting or receiving various data using the wireless communication function, and reading and displaying programs or data recorded on the recording medium It can have a function of displaying on the section.
  • one display unit mainly displays image information and another one display unit mainly displays character information, or parallax is considered in the plurality of display units.
  • a function of displaying a three-dimensional image, etc. by displaying the obtained image. Furthermore, in an electronic device having an image receiving unit, a function for capturing a still image, a function for capturing a moving image, a function for correcting a captured image automatically or manually, and a captured image in a recording medium (externally or incorporated in a camera) A function of saving, a function of displaying a photographed image on a display portion, and the like can be provided. Note that functions that the electronic device illustrated in FIGS. 29A to 29H and FIG. 30 can have are not limited to these, and can have various functions.
  • the electronic device of this embodiment has a display unit for displaying some information.
  • the liquid crystal display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion.
  • the content (may be a part of content) described in one embodiment is different from the content (may be a part of content) described in the embodiment, and / or one or more Application, combination, replacement, or the like can be performed on the content described in another embodiment (or part of the content).
  • a drawing (or a part thereof) described in one embodiment may be another part of the drawing, another drawing (may be a part) described in the embodiment, and / or one or more. More diagrams can be formed by combining the diagrams (may be a part) described in another embodiment.
  • a channel formation region of the transistor such as the transistor 203a includes polysilicon
  • a source / drain region of the transistor may include various semiconductors.
  • at least one of silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, gallium arsenide, aluminum gallium arsenide, indium phosphide, gallium nitride, or an organic semiconductor may be included.
  • the terms “upper” and “lower” do not limit that the positional relationship of the constituent elements is directly above or directly below and in direct contact with each other.
  • the expression “electrode B on the insulating layer A” does not require the electrode B to be formed in direct contact with the insulating layer A, and another configuration between the insulating layer A and the electrode B. Do not exclude things that contain elements.
  • the constituent elements are classified by function and shown as independent blocks.
  • it is difficult to separate the components for each function and there may be a case where a plurality of functions are involved in one circuit or a case where one function is involved over a plurality of circuits. Therefore, the blocks in the block diagram are not limited to the components described in the specification, and can be appropriately rephrased depending on the situation.
  • the size, the layer thickness, or the region is shown in an arbitrary size for convenience of explanation. Therefore, it is not necessarily limited to the scale. Note that the drawings are schematically shown for the sake of clarity, and are not limited to the shapes or values shown in the drawings. For example, variation in signal, voltage, or current due to noise, variation in signal, voltage, or current due to timing shift can be included.
  • top view also referred to as a plan view or a layout view
  • perspective view in order to clarify the drawing.
  • one of a source and a drain is referred to as “one of a source and a drain” (or a first electrode or a first terminal), and the source and the drain The other is referred to as “the other of the source and the drain” (or the second electrode or the second terminal).
  • the source and drain of the transistor vary depending on the structure or operating conditions of the transistor.
  • the names of the source and the drain of the transistor can be appropriately rephrased depending on the situation, such as a source (drain) terminal or a source (drain) electrode.
  • Electrode and “wiring” do not functionally limit these components.
  • an “electrode” may be used as part of a “wiring” and vice versa.
  • the terms “electrode” and “wiring” include a case where a plurality of “electrodes” and “wirings” are integrally formed.
  • the voltage is a potential difference from a reference potential.
  • the reference potential is a ground voltage (ground voltage)
  • the voltage can be rephrased as a potential.
  • the ground potential does not necessarily mean 0V. Note that the potential is relative, and the potential applied to the wiring or the like may be changed depending on the reference potential.
  • conductive layer may be changed to the term “conductive film”.
  • insulating film may be changed to the term “insulating layer” in some cases.
  • circuit configuration of a 1T-1C structure in which one pixel includes one transistor and one capacitor is described; however, the present embodiment is not limited to this.
  • a circuit configuration in which one pixel includes two or more transistors and two or more capacitor elements may be used, and a separate wiring may be further formed to have various circuit configurations.
  • a switch refers to a switch that is in a conductive state (on state) or a non-conductive state (off state) and has a function of controlling whether or not to pass current.
  • the switch refers to a switch having a function of selecting and switching a current flow path.
  • an electrical switch or a mechanical switch can be used. That is, the switch is not limited to a specific one as long as it can control the current.
  • Examples of electrical switches include transistors (eg, bipolar transistors, MOS transistors, etc.), diodes (eg, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes. , A diode-connected transistor, or the like, or a logic circuit combining these.
  • transistors eg, bipolar transistors, MOS transistors, etc.
  • diodes eg, PN diodes, PIN diodes, Schottky diodes, MIM (Metal Insulator Metal) diodes, MIS (Metal Insulator Semiconductor) diodes.
  • MIM Metal Insulator Metal
  • MIS Metal Insulator Semiconductor
  • the “conducting state” of the transistor means a state in which the source and drain of the transistor can be regarded as being electrically short-circuited.
  • the “non-conducting state” of a transistor refers to a state where the source and drain of the transistor can be regarded as being electrically cut off.
  • the polarity (conductivity type) of the transistor is not particularly limited.
  • the channel length means, for example, in a top view of a transistor, a region where a semiconductor (or a portion where a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate overlap with each other, or a channel is formed. This is the distance between the source and drain in the region.
  • the channel length does not always take the same value in all regions. That is, the channel length of one transistor may not be fixed to one value. Therefore, in this specification, the channel length is any one of values, the maximum value, the minimum value, or the average value in a region where a channel is formed.
  • the channel width refers to, for example, a source in a region where a semiconductor (or a portion where a current flows in the semiconductor when the transistor is on) and a gate electrode overlap, or a region where a channel is formed And the length of the part where the drain faces.
  • the channel width in a region where a channel is actually formed (hereinafter referred to as an effective channel width) and the channel width shown in a top view of the transistor (hereinafter, apparent channel width). May be different).
  • the effective channel width is larger than the apparent channel width shown in the top view of the transistor, and the influence may not be negligible.
  • the ratio of the channel region formed on the side surface of the semiconductor may be large. In that case, the effective channel width in which the channel is actually formed is larger than the apparent channel width shown in the top view.
  • a pixel means, for example, one element whose brightness can be controlled. Therefore, as an example, one pixel represents one color element, and brightness is expressed by one color element. Therefore, at that time, in the case of a color display device composed of R (red), G (green), and B (blue) color elements, the minimum unit of an image is an R pixel, a G pixel, and a B pixel. It is assumed to be composed of three pixels.
  • color elements are not limited to three colors and may be more than that, for example, RGBW (W is white), or RGB with yellow, cyan, and magenta added.
  • An example of a display device using an EL element is an EL display.
  • a display device using an electron-emitting device there is a field emission display (FED), a SED type flat display (SED: Surface-Conduction Electron-Emitter Display), or the like.
  • FED field emission display
  • SED SED type flat display
  • a display device using a liquid crystal element there is a liquid crystal display (a transmissive liquid crystal display, a transflective liquid crystal display, a reflective liquid crystal display, a direct view liquid crystal display, a projection liquid crystal display) and the like.
  • An example of a display device using electronic ink, electronic powder fluid (registered trademark), or an electrophoretic element is electronic paper.
  • the source (or the first terminal) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Z2.
  • Y is electrically connected, or the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z1, and another part of Z1 Is directly connected to X, the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y.
  • a source (or a first terminal or the like of a transistor) is electrically connected to X through at least a first connection path, and the first connection path is The second connection path does not have a second connection path, and the second connection path includes a transistor source (or first terminal or the like) and a transistor drain (or second terminal or the like) through the transistor.
  • the first connection path is a path through Z1
  • the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor is electrically connected to Y through at least the third connection path.
  • the third connection path is connected and does not have the second connection path, and the third connection path is a path through Z2.
  • the source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X via Z1 by at least a first connection path, and the first connection path is a second connection path.
  • the second connection path has a connection path through a transistor, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is at least connected to Z2 by the third connection path.
  • Y, and the third connection path does not have the second connection path.
  • the source of the transistor (or the first terminal or the like) is electrically connected to X through Z1 by at least a first electrical path, and the first electrical path is a second electrical path Does not have an electrical path, and the second electrical path is an electrical path from the source (or first terminal or the like) of the transistor to the drain (or second terminal or the like) of the transistor;
  • the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y through Z2 by at least a third electrical path, and the third electrical path is a fourth electrical path.
  • the fourth electrical path is an electrical path from the drain (or second terminal or the like) of the transistor to the source (or first terminal or the like) of the transistor.
  • Can By defining the connection path in the circuit configuration using the same expression method as in these examples, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are distinguished from each other. The technical scope can be determined.
  • X, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).

Abstract

本発明の液晶表示装置は、第1の画素(10_1)及び第2の画素(10_2)を備え、両画素は、それぞれ、バックゲートを有するトランジスタ(11_1,11_2)を有する。両画素のトランジスタ(11_1,11_2)は、同じゲート線(GL)及び同じデータ線(DL)に接続される。それぞれのトランジスタ(11_1,11_2)のバックゲートに与える制御信号は、一方の画素にデータを書き込む間、他方の画素のトランジスタが導通状態とならないように閾値電圧を制御する。本発明の構成により、遮光性配線の数を削減して、開口率を向上させることができる。

Description

液晶表示装置および電子機器
 本発明の一態様は、液晶表示装置、および電子機器に関する。
 なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、撮像装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。
 液晶表示装置は、コモディティ化が進んでいる。付加価値を高めるための手段の一つとして、「4K」や「8K」といわれるデジタルビデオフォーマットに代表される、超高精細画像を表示する液晶表示装置の技術開発が活発である(例えば、特許文献1、2を参照)。
国際公開2012/157724号 国際公開2014/104193号
 液晶表示装置には、多数の構成が存在する。それぞれの構成には一長一短があり、状況に応じて適当な構成が選択される。従って、新規な構成の液晶表示装置等が提案できれば、選択の自由度を向上させることにつながる。
 本発明の一態様は、新規な液晶表示装置等を提供することを課題の一とする。
 また本発明の一態様は、データ線の数を削減し、開口率の向上を図ることのできる、新規な構成の液晶表示装置を提供することを課題の一とする。また本発明の一態様は、画素に信号を伝える配線の材料を透明導電膜のように、寄生抵抗の大きい材料で形成しても良好な表示を行うことができる、新規な構成の液晶表示装置を提供することを課題の一とする。また本発明の一態様は、画素に伝えるビデオ電圧の振幅を小さくしても良好な表示を行うことができる、新規な構成の液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
 なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書または図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した記載、および/または他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。
 本発明の一態様は、第1の画素と、第2の画素と、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第4の配線と、を有し、第1の画素は、第1のトランジスタと、第1の液晶素子を、を有し、第2の画素は、第2のトランジスタと、第2の液晶素子と、を有し、第1のトランジスタは、第1のゲートと、第2のゲートと、を有し、第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第1の配線と電気的に接続され、第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第1の液晶素子と電気的に接続され、第1のトランジスタの第1のゲートは、第2の配線と電気的に接続され、第1のトランジスタの第2のゲートは、第3の配線と電気的に接続され、第2のトランジスタは、第1のゲートと、第2のゲートと、を有し、第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、第1の配線と電気的に接続され、第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、第2の液晶素子と電気的に接続され、第2のトランジスタの第1のゲートは、第2の配線と電気的に接続され、第2のトランジスタの第2のゲートは、第4の配線と電気的に接続され、第1の配線は、ビデオ電圧を第1の画素および第2の画素に伝える機能を有し、第2の配線は、走査信号を第1の画素および第2の画素に伝える機能を有し、第3の配線は、第1のトランジスタの閾値電圧を制御するための第1の制御信号を伝える機能を有し、第4の配線は、第2のトランジスタの閾値電圧を制御するための第2の制御信号を伝える機能を有する液晶表示装置である。
 本発明の一態様において、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタは、チャネル形成領域にポリシリコンを有するトランジスタである液晶表示装置が好ましい。
 本発明の一態様において、第3の配線および第4の配線は、光を透過する機能を有する液晶表示装置が好ましい。
 本発明の一態様において、第1のトランジスタの第1のゲートは、チャネル形成領域を介して、第1のトランジスタの第2のゲートと重なる領域を有し、第2のトランジスタの第1のゲートは、チャネル形成領域を介して第2のトランジスタの第2のゲートと重なる領域を有する液晶表示装置が好ましい。
 本発明の一態様において、第1の制御信号および第2の制御信号の周波数は、走査信号の周波数よりも小さい液晶表示装置が好ましい。
 本発明の一態様において、ビデオ電圧の電圧振幅は、第1の制御信号または第2の制御信号の電圧振幅よりも小さい液晶表示装置が好ましい。
 なおその他の本発明の一態様については、以下で述べる実施の形態における説明、および図面に記載されている。
 本発明の一態様は、新規な液晶表示装置等を提供することができる。
 または、本発明の一態様は、データ線の数を削減し、開口率の向上を図ることのできる、新規な構成の液晶表示装置を提供することができる。また本発明の一態様は、画素に信号を伝える配線の材料を透明導電膜のように、寄生抵抗の大きい材料で形成しても良好な表示を行うことができる、新規な構成の液晶表示装置を提供することができる。また本発明の一態様は、画素に伝えるビデオ電圧の振幅を小さくしても良好な表示を行うことができる、新規な構成の液晶表示装置を提供することができる。
 なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書または図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、および/または他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。
本発明の一態様を説明するための回路図およびタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するための回路図およびグラフ。 本発明の一態様を説明するためのタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図。 本発明の一態様を説明するための回路図およびタイミングチャート。 本発明の一態様を説明するためのブロック図。 本発明の一態様を説明するための上面図。 本発明の一態様を説明するための上面図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 本発明の一態様を説明するための上面図。 本発明の一態様を説明するための上面図。 本発明の一態様を説明するための断面図。 液晶表示装置の一例を示す上面図及び断面図。 液晶表示装置の一例を示す断面図。 液晶表示装置の一例を示す断面図。 液晶表示装置の一例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの一例を示すブロック図。 タッチパネルモジュールの一例を示す図。 トランジスタ等の作製方法の一例を示す断面図。 トランジスタ等の作製方法の一例を示す断面図。 トランジスタ等の作製方法の一例を示す断面図。 トランジスタ等の作製方法の一例を示す断面図。 タッチパネルモジュールの一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。
 以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は、以下の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。
 なお本明細書等において、「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものである。従って、構成要素の数を限定するものではない。また、構成要素の順序を限定するものではない。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素が、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において「第2」に言及された構成要素とすることもありうる。また例えば、本明細書等の実施の形態の一において「第1」に言及された構成要素を、他の実施の形態、あるいは特許請求の範囲において省略する。
 なお図面において、同一の要素または同様な機能を有する要素、同一の材質の要素、あるいは同時に形成される要素等には同一の符号を付す場合があり、その繰り返しの説明は省略する場合がある。
(実施の形態1)
 本発明の一態様の液晶表示装置の構成について、図1乃至図17を用いて説明する。
<画素の構成およびタイミングチャート>
 まず液晶表示装置が有する画素について説明する。
 液晶表示装置は、複数の画素を有する。図1(A)では、代表的に2つの画素10_1、10_2を示している。例えば、一方の画素10_1は奇数列の画素であり、他方の画素10_2は偶数列の画素とすればよい。
 画素10_1は、トランジスタ11_1と、液晶素子CLC1と、容量素子CS1とを有する。画素10_2は、トランジスタ11_2と、液晶素子CLC2と、容量素子CS2とを有する。なお以下の説明において、トランジスタ11_1および11_2は、nチャネル型のトランジスタとする。これに限らず、pチャネル型のトランジスタとしてもよい。
 トランジスタ11_1および11_2は、導通状態を制御するための信号が与えられるゲートの他、閾値電圧を制御するための信号が与えられるバックゲートを有する。
 トランジスタ11_1のソースまたはドレインの一方、およびトランジスタ11_2のソースまたはドレインの一方は、データ線DLに接続される。トランジスタ11_1のゲート、およびトランジスタ11_2のゲートは、ゲート線GLに接続される。トランジスタ11_1のバックゲートは、制御線BGL_Aに接続される。トランジスタ11_2のバックゲートは、制御線BGL_Bに接続される。
 なお以下の説明において、トランジスタ11_1と、液晶素子CLC1および容量素子CS1とが接続されるノードをノードNLC1という。またトランジスタ11_2と、液晶素子CLC2および容量素子CS2とが接続されるノードをノードNLC2という。ノードNLC1、NLC2にデータに相当する電圧を保持することで、画素にデータを書き込むことができる。
 なお本実施の形態では、横電界方式の液晶素子を用いた透過型の液晶表示装置を例に挙げて説明する。液晶素子CLC1および容量素子CS1の一方の電極は、トランジスタ11_1に接続される。液晶素子CLC1および容量素子CS1の他方の電極は、コモン電位VCOMが与えられる配線に接続される。また液晶素子CLC2および容量素子CS2の一方の電極は、トランジスタ11_2に接続される。液晶素子CLC2および容量素子CS2の他方の電極は、コモン電位VCOMが与えられる配線に接続される。
 本発明の一態様では、表示素子として液晶素子を有する液晶表示装置を一例として挙げて説明するが、表示素子に限定は無い。MEMS(Micro Electro Mechanical System)を利用した光学素子、有機EL(Electro Luminescence)素子や発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の発光素子、電気泳動素子など、様々な素子を、表示素子として適用することができる。
 データ線DLには、データに相当する電圧であるビデオ電圧を伝える機能を有する。ゲート線GLは、トランジスタの導通状態(あるいは非導通状態)を制御するための走査信号を伝える機能を有する。制御線BGL_A、BGL_Bは、トランジスタの閾値電圧を制御するための制御信号を伝える機能を有する。なおデータ線DL、ゲート線GL、制御線BGL_A、BGL_Bは、単に配線ということもある。
 図1(B)は、図1(A)に示す回路構成の動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の一態様の液晶表示装置では、1フレーム(1F)を第1の期間と第2の期間のように2つの期間に分け、第1の期間で画素10_1にビデオ電圧を書き込み、第2の期間で画素10_2にビデオ電圧を書き込む構成とする。
 図1(A)に図示するように、画素10_1および10_2は、同じデータ線DL、ゲート線GLに接続される。本発明の一態様の液晶表示装置では、制御線BGL_A、BGL_Bに与える信号を切り替えることで、トランジスタ11_1とトランジスタ11_2とが同じ動作とならないようにトランジスタ11_1、11_2の閾値電圧を制御する。そして、トランジスタ11_1、11_2が異なる期間において導通状態となるように制御する。
 図1(B)のタイミングチャートでは、画素10_1にデータを書き込む第1の期間P1、画素10_2にデータD2を書き込む第2の期間P2を図示している。なお図1(B)のタイミングチャートでは、ゲート線GLに伝わる走査信号、データ線DLに伝わるビデオ電圧、制御線BGL_A、BGL_Bの制御信号、ノードNLLC1、NLC2の変化を図示している。
 走査信号は、Hレベルが電圧VGL_H、Lレベルが電圧VGL_Lとして図示している。ビデオ電圧は、電圧VD_Hとコモン電位VCOMとの間、電圧VD_Lとコモン電位VCOMとの間で階調数に応じた電圧を取り得るものとして図示している。制御信号は、Hレベルが電圧VBG1、Lレベルが電圧VBG0として図示している。
 ここでバックゲートに与える電圧を変化させて閾値電圧を制御するトランジスタについて、図2(A)乃至(C)を用いて説明する。
 図2(A)には、バックゲートを有するトランジスタ11の回路記号を示す。トランジスタ11のゲートは、ゲート線GLに接続される。トランジスタ11のソースまたはドレインの一方は、データ線DLに接続される。トランジスタ11のソースまたはドレインの他方は、ノードNLCに接続される。トランジスタ11のバックゲートは、制御線BGLに接続される。
 図2(B)は、図2(A)に示すトランジスタ11の制御線BGLに与える電圧VBGLと、トランジスタ11の閾値電圧VTHとの関係を示すグラフである。電圧VBG1>VBG0のとき、電圧VBG1に対応する閾値電圧Vth1はマイナスシフトし、電圧VBG0に対応する閾値電圧Vth0はプラスシフトする。つまり高い電圧をバックゲートに与えると、閾値電圧がマイナス側にシフトし、低い電圧をバックゲートに与えると、閾値電圧がプラス側にシフトする。
 図2(C)は、図2(B)の閾値電圧のシフトをゲート線GLの電圧VGLと、トランジスタ11のドレイン電流Iとの関係で説明する図である。曲線13_1は、閾値電圧がVth1のグラフに対応する。曲線13_0は、閾値電圧がVth0のグラフに対応する。図2(B)、(C)からわかるように、閾値電圧をプラス側にシフトさせることで、ゲートに加える電圧が大きくても流れる電流を小さくすることができる。また閾値電圧をマイナス側にシフトさせることで、ゲートに加える電圧の小さい変化によって流れる電流を大きくすることができる。
 図1(B)に示す第1の期間P1では、制御線BGL_Aの制御信号をHレベルとする期間を有する。また図1(B)に示す第1の期間P1では、制御線BGL_Bの制御信号をLレベルとする期間を有する。そのためトランジスタ11_1の閾値電圧は、マイナス側にシフトし、トランジスタ11_2の閾値電圧は、プラス側にシフトする。そして、走査信号をHレベルとすることで、閾値電圧がマイナス側にシフトされたトランジスタ11_1を導通状態とし、閾値電圧がプラス側にシフトされたトランジスタ11_2を非導通状態とする。トランジスタ11_1を導通状態とすることで、画素10_1のノードNLC1にはデータD1が書き込まれる。またトランジスタ11_2を非導通状態とすることで、同じデータ線DL、ゲート線GLに接続される、画素10_2のノードNLC2にはデータD1が書き込まれない。
 図1(B)に示す第2の期間P2では、制御線BGL_Bの制御信号をHレベルとする期間を有する。また図1(B)に示す第2の期間P2では、制御線BGL_Aの制御信号をLレベルとする期間を有する。そのためトランジスタ11_2の閾値電圧は、マイナス側にシフトし、トランジスタ11_1の閾値電圧は、プラス側にシフトする。そして、走査信号をHレベルとすることで、閾値電圧がマイナス側にシフトされたトランジスタ11_2を導通状態とし、閾値電圧がプラス側にシフトされたトランジスタ11_1を非導通状態とする。トランジスタ11_2を導通状態とすることで、画素10_2のノードNLC2にはデータD2が書き込まれる。またトランジスタ11_1を非導通状態とすることで、同じデータ線DL、ゲート線GLに接続される、画素10_1のノードNLC1にはデータD2が書き込まれない。そのため、画素10_1では、先に書き込まれたデータD1を保持し続けることができる。
 図1(B)に示すようにバックゲートに与える制御信号の周波数は、データ線DLに与える信号の周波数、およびゲート線GLに与える走査信号の周波数に比べて小さくすることができる。そのため、制御線BGL_A、BGL_Bの寄生容量または寄生抵抗が大きくても所望の動作を実現することができる。言い換えれば、制御線BGL_A、BGL_Bを構成する配線の材料は、寄生容量または寄生抵抗が大きくてもよいため、CuやAlといった低抵抗な材料を用いた配線とすることなく、動作させることができる。この場合、例えば、酸化物導電材料のように透明な導電膜を用いた配線とすることもできる。透明な配線を画素に用いることができるため、制御線BGL_A、BGL_Bを追加する構成としても開口率を損なうことなく、配置することが可能になる。
 また図3には、ゲート線GLに与える走査信号、データ線DLに与えるビデオ電圧、制御線BGL_Aに与える制御信号、の電圧の大小関係を説明するためのタイミングチャートを示す。なお図3では、制御線BGL_Aに与える制御信号を例にあげて説明するが、制御線BGL_Bについても同様である。なお図3において、期間P11および期間P13は、制御線BGL_AをHレベルとし、データ線DLの電圧を画素に書き込まない期間であり、期間P12は、制御線BGL_AをLレベルとし、データ線DLの電圧を画素に書き込む期間である。
 本実施の形態の液晶表示装置は、トランジスタのバックゲートに与える電圧を制御して閾値電圧を変化させ、トランジスタの導通状態を制御する。そのため、バックゲートに与える電圧は、閾値電圧をプラスシフトさせて非導通状態とする場合、ゲートに与える走査信号の電圧に関わらず、トランジスタを非導通状態とする電圧である。例えば図3に示す期間P11またはP13のように閾値電圧をプラスシフトとする制御線BGL_AのLレベルの電圧VBG0は、他のデータ線DLおよびゲート線に与える電圧より、小さくする。
 またバックゲートに与える電圧は、閾値電圧をマイナスシフトさせて導通状態とする場合、ゲートに与える走査信号の電圧に従って、トランジスタを導通状態とする電圧である。例えば図3に示す期間P12のように閾値電圧をマイナスシフトとする制御線BGL_AのHレベルの電圧VBG1は、電圧VBG0より大きく、且つ他のデータ線DLおよびゲート線に与える電圧より、小さくする。
 バックゲート電圧に与える電圧を上述した電圧とすることで、ゲート線GLに与える走査信号のHレベルの電圧VGL_H、およびLレベルの電圧VGL_Lは、電圧VBG1より大きくすることができる。またデータ線DLに与えるビデオ電圧VD_H、VD_Lおよびコモン電位VCOMは、電圧VBG1より大きく、且つ電圧VGL_Hと、電圧VGL_Lとの間になるようにすることができる。例えば画素に書き込まれるビデオ電圧VD_H、VD_Lは、バックゲートに与える電圧をHレベルとした状態で書き込むことができる。そのため、図3に示すように、バックゲート電圧の電圧振幅と、同等の電圧振幅でゲート線GLの走査信号を与えてビデオ電圧を書き込むことができる。つまり、小さい走査信号の電圧振幅でビデオ電圧を画素に書き込むことができる。
 液晶表示装置のビデオ電圧は、反転駆動を行うこと、トランジスタの導通または非導通を制御するために、十分大きな電圧を印加して制御する必要がある。本発明の一態様では、走査信号による電圧の印加ともに、バックゲートからの制御信号による電圧が加わる。したがって、ビデオ電圧および走査信号の電圧振幅を低電圧化しても、トランジスタの導通非導通を制御することができる。したがって、有機EL等を有する表示装置が有するICを用いてビデオ電圧、走査信号に必要な電圧を生成できるため、液晶表示装置とICの共通化を図ることができる。
 なお走査信号およびビデオ電圧の電圧振幅を低電圧化する場合、液晶素子を構成する液晶材料が低電圧で透過率を変化できる材料であることが好ましい。例えば、液晶材料の誘電異方性(Δε)を大きくし、印加する電圧の変化に対する透過率の変化を大きくすることが好ましい。
 Δεを大きくする場合、適宜Δεが大きい液晶材料を選択して用いればよい。しかしながら横電界方式で精細度を大きくした場合にポジ型液晶は、ネガ型液晶に比べて配向状態に差が生じやすく、欠陥が発生しやすい。これは、液晶素子の電極に設けられたスリットの間隔が小さい場合、隣接する液晶分子の配向ベクトルのずれが大きく、曲げ歪みによる弾性エネルギーの増加が大きくなるためである。曲げ歪みによる弾性エネルギーの増加よりも、広がり歪みで形成した配向状態の方が弾性エネルギーを小さくできる場合、曲げ歪みから広がり歪みへと転移する。横電界方式での広がり歪みは、垂直配向に近いため、透過率が所望の状態から変化する。
 ポジ型液晶の配向歪みは、広がり歪み項(K1)、振れ歪み項(K2)、曲げ歪み項(K3)に分けることができる。スリットの間隔が小さく曲げ歪みが生じやすい場合、液晶材料の選択等によって、広がり歪み項(K1)を曲げ歪み項(K3)より大きくする構成とすることが好ましい。当該構成とすることで、曲げ歪みから広がり歪みへの転移を抑制し、安定した配向状態が得ることができる。
<液晶表示装置の動作>
 次いで液晶表示装置の動作について説明する。図4には、動作の一例を説明するため、2行6列の画素10_1乃至10_12の回路図を図示している。画素10_1乃至10_12は、データ線DL_1乃至DL_3、ゲート線GL_1乃至GL_2、制御線BGL_Aおよび制御線BGL_Bに接続されて、データの書き込み等が制御される。また図4の回路図では、奇数列の画素のトランジスタには、制御線BGL_Aに接続される。また偶数列の画素のトランジスタには、制御線BGL_Bに接続される。
 図5乃至8の回路図では、各配線に信号を与えた際の画素へのデータの書き込みの様子を表したものである。図5乃至8中、太線はHレベルの信号が与えられる配線、細線はLレベルの信号が与えられる配線として図示している。
 図5は、1行目の奇数列の画素にデータを書き込む動作を表している。ゲート線GL_1に与えるゲート線の走査信号をHレベル、制御線BGL_Aに与える制御信号をHレベルとして、データ線DL_1乃至DL_3にビデオ電圧を与える。その他の配線は、Lレベルとする。画素10_1、10_3および10_5が有するトランジスタが導通状態となる。1行目の偶数列も走査信号によるHレベルが加わるが、制御線BGL_Bの制御信号がLレベルのため、画素10_2、10_4および10_6が有するトランジスタの閾値電圧がプラスシフトされている。そのため、画素10_2、10_4および10_6が有するトランジスタは、非導通状態となる。2行目の各画素が有するトランジスタは、制御線BGL_Aおよび制御線BGL_Bによる閾値電圧の制御に関わらず、ゲート線GL_2の走査信号がLレベルのため、非導通状態となる。
 図6は、2行目の奇数列の画素にデータを書き込む動作を表している。ゲート線GL_2に与えるゲート線の走査信号をHレベル、制御線BGL_Aに与える制御信号をHレベルとして、データ線DL_1乃至DL_3にビデオ電圧を与える。その他の配線は、Lレベルとする。画素10_7、10_9および10_11が有するトランジスタが導通状態となる。2行目の偶数列も走査信号によるHレベルが加わるが、制御線BGL_Bの制御信号がLレベルのため、画素10_8、10_10および10_12が有するトランジスタの閾値電圧がプラスシフトされている。そのため、画素10_8、10_10および10_12が有するトランジスタは、非導通状態となる。1行目の各画素が有するトランジスタは、制御線BGL_Aおよび制御線BGL_Bによる閾値電圧の制御に関わらず、ゲート線GL_1の走査信号がLレベルのため、非導通状態となる。
 図7は、1行目の偶数列の画素にデータを書き込む動作を表している。ゲート線GL_1に与えるゲート線の走査信号をHレベル、制御線BGL_Bに与える制御信号をHレベルとして、データ線DL_1乃至DL_3にビデオ電圧を与える。その他の配線は、Lレベルとする。画素10_2、10_4および10_6が有するトランジスタが導通状態となる。1行目の奇数列も走査信号によるHレベルが加わるが、制御線BGL_Aの制御信号がLレベルのため、画素10_1、10_3および10_5が有するトランジスタの閾値電圧がプラスシフトされている。そのため、画素10_1、10_3および10_5が有するトランジスタは、非導通状態となる。2行目の各画素が有するトランジスタは、制御線BGL_Aおよび制御線BGL_Bによる閾値電圧の制御に関わらず、ゲート線GL_2の走査信号がLレベルのため、非導通状態となる。
 図8は、2行目の偶数列の画素にデータを書き込む動作を表している。ゲート線GL_2に与えるゲート線の走査信号をHレベル、制御線BGL_Bに与える制御信号をHレベルとして、データ線DL_1乃至DL_3にビデオ電圧を与える。その他の配線は、Lレベルとする。画素10_8、10_10および10_12が有するトランジスタが導通状態となる。2行目の奇数列も走査信号によるHレベルが加わるが、制御線BGL_Aの制御信号がLレベルのため、画素10_7、10_9および10_11が有するトランジスタの閾値電圧がプラスシフトされている。そのため、画素10_7、10_9および10_11が有するトランジスタは、非導通状態となる。1行目の各画素が有するトランジスタは、制御線BGL_Aおよび制御線BGL_Bによる閾値電圧の制御に関わらず、ゲート線GL_1の走査信号がLレベルのため、非導通状態となる。
 図5乃至図8で動作を説明した液晶表示装置の画素は、同じデータ線、ゲート線に接続されたと画素へのデータの書き込みを選択的に制御することができる。そのため、画素にデータを書き込むための配線を削減することができる。またトランジスタの閾値電圧を制御するための制御信号は、1/2フレームの周期で切り替える信号とすることができる。そのため、他の配線に与える信号に比べて周波数の低い信号を扱うことになる。周波数の低い信号であれば、寄生抵抗や寄生容量の大きい配線材料を用いて信号を電圧しても遅延や信号のなまりの影響を受けにくくすることができる。その結果、配線材料として透明導電膜等の光を透過できる配線材料等を用いることができ、制御信号を伝える制御線の追加に伴う開口率の低下を抑制することができる。
 なお図4において、制御線BGL_A、BGL_Bは、ゲート線GL_1、GL_2と平行となるように配置する構成を示したが、これに限らない。例えば、図9に示すようにデータ線DL_1乃至DL_3と平行に制御線を配置する構成としてもよい。
 なお図4では、2行6列の画素の回路図を一例として挙げて説明したが、m行n列(m、nは2以上の自然数)の画素を有する液晶表示装置の場合には、図10(A)に示す構成とすればよい。
 図10(A)では、ゲート線GL_1乃至GL_m、データ線DL_1乃至DL_n/2、および制御線BGL_A、および制御線BGL_Bを有する。奇数列にある画素10_Aは、制御線BGL_Aに接続し、偶数列にある画素10_Bは、制御線BGL_Bに接続する構成とすればよい。なお図10(A)では、任意の行のゲート線をゲート線GL_j(jは1以上m以下の自然数)とし、任意の列のデータ線をデータ線DL_k(kは1以上n/2以下の自然数)として示している。
 また図10(B)には、1フレーム期間におけるゲート線GL_1乃至GL_mの選択、制御線BGL_A、および制御線BGL_Bに与える制御信号の信号波形、ゲート線選択期間におけるデータ線DL_1乃至DL_n/2に与えるビデオ電圧について説明するためのタイミングチャートである。
 図10(B)では、1行目からj行目を経て、m行目までの各行の選択の他、表示に寄与しないダミーの行(図中、dum)を示している。例えば図10(A)に示すように、奇数列の画素を選択する第1の期間P1と偶数列の画素を選択する第2の期間P2との間に、ダミーの行を選択する期間が設ければよい。
 また図10(B)では、図1(B)で説明したように第1の期間P1で制御線BGL_Aの制御信号をHレベルとし、第2の期間P2で制御線BGL_Bの制御信号をHレベルとする。制御信号を選択的に切り替えることで、同じゲート線およびデータ線に接続された画素へのデータの書き込みを制御することができる。
 また図10(B)では、(j−1)行目、j行目、(j+1)行目のゲート線がHレベルとして行を選択する際のデータ線へのビデオ電圧の供給する際の動作を拡大して図示している。ゲート線での走査信号のHレベルとLレベルの切り替えは、波形になまりが生じる(図10(B)中、点線)。そのためビデオ電圧は、例えば、j行目が選択され、(j−1)行目の走査信号がL信号に変化した後、データ遷移期間15を経て、データを書き込む期間16とすればよい。図10(B)の場合、j行目の画素と共に、(j+1)行目の画素にもj行目のデータが書き込まれるが、その後j行目の選択信号がLレベルとなった後、(j+1)行目のデータに書き換わるため、問題ない。
<液晶表示装置のブロック図>
 次いで図11(A)乃至(D)では、画素を有する表示部、ゲート線を駆動するためのゲート線駆動回路、各列のデータ線にビデオ電圧を与えるためのデータ線駆動回路、制御線に制御信号を与えるための制御線駆動回路の配置を説明するためのブロック図を示す。
 例えば、図11(A)では、表示部21、ゲート線駆動回路22、データ線駆動回路23、および制御線駆動回路24を示している。図11(A)に示すように制御線駆動回路24は、表示部21に対して、ゲート線駆動回路22の対辺に配置する構成としてもよい。または図11(B)に示すように制御線駆動回路24は、表示部21に対して、データ線駆動回路23の対辺に配置する構成としてもよい。
 またゲート線駆動回路が複数ある(22A、22B)ある場合、例えば、図11(C)に示すように制御線駆動回路24は、ゲート線駆動回路22Bと同じ辺に配置する構成としてもよい。または図11(D)に示すように制御線駆動回路24は、表示部21に対して、データ線駆動回路23の対辺に配置する構成としてもよい。
<画素の上面図および断面図>
 次いで上記説明した液晶表示装置の画素の上面図の一例、および断面図の一例について説明する。
 図12には、2行2列に配置した画素10_A、10_Bの上面図を図示している。図12では、データ線DL_k、ゲート線GL_j、GL_j+1、制御線BGL_A、BGL_Bを図示している。図13は、図12で示した上面図で示す構成の上にさらに設ける導電膜の配置を示す上面図を図示している。図14(A)は、図12および図13の一点鎖線P−Qにおける断面図である。図14(B)は、図12および図13の一点鎖線R−Sにおける断面図である。
 図12では、導電膜61、半導体膜62、導電膜63A、63B、導電膜64、開口部65A、65B、65C、および導電膜66を図示している。図13では、導電膜71およびスリット72を図示している。また図12および図13では、絶縁膜および基板等の構成については、図示を省略したが、図14(A)、(B)に示すように、画素10_A、10_Bは、基板81、絶縁膜82、絶縁膜83、絶縁膜84、絶縁膜85、絶縁膜86、および絶縁膜87を有する。またここでは基板81に対向して設けられる基板や、該基板に設けられる部材等について省略するが、後の実施の形態等を見て適宜適用すればよい。
 導電膜61は、ゲート線、およびトランジスタのゲート電極として機能する。半導体膜62は、トランジスタのチャネル形成領域となる領域を有する。半導体膜62S、62C、62Dは、トランジスタのソース領域、チャネル形成領域、ドレイン領域となる領域を有する。導電膜63A、63Bは、ソース線、およびトランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。導電膜64は、トランジスタのバックゲート電極として機能する。開口部65A、65Bは、導電膜63A、63Bと、半導体膜62と、を接続するために設けられる。開口部65Cは、導電膜63Bと、導電膜66とを接続するために設けられる。導電膜66は、画素電極として機能する。導電膜71は、コモン電極として機能する。スリット72は、導電膜66と導電膜71との間で横電界を生じさせるために導電膜71に設けられる。絶縁膜82、84乃至86は、層間絶縁膜として機能する。絶縁膜83は、ゲート絶縁膜として機能する。絶縁膜87は、導電膜66と導電膜71の短絡を防止するために設けられる。なお導電膜、基板、絶縁膜等の各構成については、実施の形態2等でより詳細に説明する。
 導電膜64は、上述したように透明導電膜を用いることができる。そのため、導電膜64は、導電膜66と重ねて設けても光の透過を損なうことがない。この場合の上面図を図15および図16に示し、断面図を図17に示す。各構成の説明は、図12乃至14の構成と同様であり、同じ符号を付している。図15乃至17の上面図および断面図の構成とすることで、配線の数を減らしつつ、開口率の向上を図ることができる。
(実施の形態2)
 本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置にタッチセンサの機能を追加し、インセル型のタッチパネルとする構成例について説明する。
 インセル型のタッチパネルとしては、代表的にはハイブリッドインセル型と、フルインセル型とがある。ハイブリッドインセル型は、表示素子を支持する基板と対向基板の両方又は対向基板のみに、検知素子を構成する電極等が設けられた構成をいう。一方、フルインセル型は、表示素子を支持する基板のみに、検知素子を構成する電極等を設けた構成をいう。本発明の一態様の液晶表示装置は、フルインセル型のタッチパネルである。フルインセル型のタッチパネルは、対向基板の構成を簡略化できるため、好ましい。
 また、本発明の一態様の液晶表示装置は、表示素子を構成する電極が、検知素子を構成する電極を兼ねるため、作製工程を簡略化でき、かつ、作製コストを低減でき、好ましい。
 また、本発明の一態様を適用することで、別々に作製された表示パネルと検知素子とを貼り合わせる構成や、対向基板側に検知素子を作製する構成に比べて、液晶表示装置を薄型化もしくは軽量化することができる、又は、液晶表示装置の部品点数を少なくすることができる。
 また、本発明の一態様の液晶表示装置は、画素を駆動する信号を供給するFPCと、検知素子を駆動する信号を供給するFPCの両方を、一方の基板側に配置する。これにより、電子機器に組み込みやすく、また、部品点数を削減することが可能となる。なお、一つのFPCにより、画素を駆動する信号と検知素子を駆動する信号が供給されてもよい。
 以下では、タッチパネルの構成について説明する。
[液晶表示装置の断面構成例1]
 図18(A)に、タッチパネルとして機能しうる液晶表示装置300の上面図を示し、図18(B)に、図18(A)における一点鎖線A−B間及び一点鎖線C−D間の断面図を示す。
 図18(A)に示すように、液晶表示装置300は、表示部301及びゲート線駆動回路302を有する。表示部301は、複数の画素303、複数のデータ線、及び複数のゲート線を有し、画像を表示する機能を有する。また、表示部301は、入力部でもある。つまり、表示部は、被検知体の液晶表示装置300への接触又は近接を検知する複数の検知素子を有し、タッチセンサとしての機能を有する。ゲート線駆動回路302は、表示部301が有するゲート線に、走査信号を出力する機能を有する。画素303は複数の副画素を有する。図18(A)では、画素303が3つの副画素を有する例を示すが、本発明の一態様はこれに限られない。
 図18(A)では、液晶表示装置300が、ゲート線駆動回路を有する例を示すが、本発明の一態様はこれに限られない。液晶表示装置300は、ゲート線駆動回路、データ線駆動回路、及びセンサ駆動回路の全てを有していなくてもよいし、いずれか一以上を有していてもよい。
 液晶表示装置300では、IC268がCOG方式などの実装方式により、基板211に実装されている。IC268は、例えば、データ線駆動回路、ゲート線駆動回路、及びセンサ駆動回路のうち、いずれか一以上を有していればよい。
 また、液晶表示装置300には、FPC269が電気的に接続されている。FPC269を介して、IC268及びゲート線駆動回路には外部から信号が供給される。また、FPC269を介して、IC268から外部に信号を出力することができる。
 FPC269には、ICが実装されていてもよい。例えば、FPC269には、データ線駆動回路、ゲート線駆動回路、及びセンサ駆動回路のうち、いずれか一以上を有するICが実装されていてもよい。例えば、COF方式やTAB(Tape Ammounted Bonding)方式などの実装方式により、FPC269にICを実装することができる。
 例えば、IC268が、データ線駆動回路及びセンサ駆動回路を有していてもよい。または、例えば、IC268が、データ線駆動回路を有し、FPC269に実装されたICが、センサ駆動回路を有していてもよい。
 図18(B)に示すように、液晶表示装置300は、基板211上に、トランジスタ280a、トランジスタ270a、接続部205a、及び液晶素子207a等を有する。
 図18(B)では、表示部301の例として、1つの副画素の断面を示している。例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、及び青色を呈する副画素によって1つの画素が構成されることで、表示部301ではフルカラーの表示を行うことができる。なお、副画素が呈する色は、赤、緑、及び青に限られない。画素には、例えば、白、黄、マゼンタ、又はシアン等の色を呈する副画素を用いてもよい。
 トランジスタ280a、270aは、ゲート電極271、ゲート電極273、絶縁膜212、絶縁膜215、絶縁膜213、ポリシリコン膜272、ソース電極274a、及びドレイン電極274bを有する。
 ゲート電極271及びゲート電極273は、ゲート、またはバックゲートとして機能することができる。
 ポリシリコン膜272は、不純物元素を添加することで形成される不純物領域を有する。なおポリシリコン膜272は、不純物元素を低濃度に添加することで形成される低濃度不純物領域(LDD:Light Doped Drain)を有していてもよい。
 トランジスタ280aは、チャネルが形成されるポリシリコン膜を2つのゲートで挟持する構成である。ゲート電極271とゲート電極273は電気的に接続されている(図示せず)。2つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、液晶表示装置を大型化、又は高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
 トランジスタ270aは、上記説明したように、2つのゲートに異なる信号を与える構成とする。このように2つのゲートに異なる信号を与えて、トランジスタ270aが異なるタイミングで動作するよう制御することで、トランジスタを制御する配線の数を削減することができる。その結果、画素の開口率の向上等を図ることができる。
 トランジスタ280a、270aは、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。つまり、駆動回路部が有するトランジスタと、表示部が有するトランジスタが、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。
 トランジスタ280a、270aは、絶縁膜217及び絶縁膜219に覆われている。なお、絶縁膜217、さらには絶縁膜219を、トランジスタ280a、270aの構成要素とみなすこともできる。
 液晶素子207aは、FFS(Fringe Field Switching)モードが適用された液晶素子である。液晶素子207aは、導電膜251、導電膜252、及び液晶249を有する。導電膜251と導電膜252との間に生じる電界により、液晶249の配向を制御することができる。導電膜251は、画素電極として機能することができる。導電膜252は、共通電極として機能することができる。
 導電膜251及び導電膜252に、可視光を透過する導電性材料を用いることで、液晶表示装置300を、透過型の液晶表示装置として機能させることができる。また、導電膜251に、可視光を反射する導電性材料を用い、導電膜252に可視光を透過する導電性材料を用いることで、液晶表示装置300を、反射型の液晶表示装置として機能させることができる。
 可視光を透過する導電性材料としては、例えば、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などが挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。
 可視光を反射する導電性材料としては、例えば、アルミニウム、銀、又はこれらの金属材料を含む合金等が挙げられる。
 画素電極として機能する導電膜251は、トランジスタ270aのソース又はドレインと電気的に接続される。ここでは、導電膜251がドレイン電極274bと電気的に接続されている例を示す。
 導電膜252は、櫛歯状の上面形状(平面形状ともいう)、又はスリットが設けられた上面形状を有する。導電膜251と導電膜252の間には、絶縁膜253が設けられている。導電膜251は、絶縁膜253を介して導電膜252と重なる部分を有する。また、導電膜251と着色膜241とが重なる領域において、導電膜251上に導電膜252が配置されていない部分を有する。
 接続部205aは、ゲート線駆動回路302に外部からの信号(ビデオ信号、クロック信号、スタート信号、又はリセット信号等)や電位を伝達する外部入力端子と電気的に接続する。ここでは、外部入力端子としてFPC269を設ける例を示している。
 接続部205aは、絶縁膜213上に導電膜231を有し、導電膜231上に導電膜233を有し、導電膜233上に導電膜235を有する。導電膜231は導電膜233を介して導電膜235と電気的に接続されている。そして、導電膜235は、接続体267を介してFPC269と電気的に接続されている。
 導電膜231は、トランジスタ280a、270aが有するソース電極274a及びドレイン電極274bと同一の材料、同一の工程で形成することができる。導電膜233は、液晶素子207aが有する導電膜251と同一の材料、同一の工程で形成することができる。導電膜235は、液晶素子207aが有する導電膜252と同一の材料、同一の工程で形成することができる。このように、接続部205aを構成する導電膜を、表示部や駆動回路部に用いる電極や配線と同一の材料、同一の工程で作製すると、工程数の増加を防ぐことができ好ましい。
 基板261には、着色膜241、遮光膜243、及び絶縁膜245が設けられている。図18(B)では、基板261の厚さが基板211の厚さよりも薄い例を示すが、本発明の一態様はこれに限られない。基板261と基板211は、一方が他方よりも薄くてもよいし、同一の厚さであってもよい。表示面側(被検知体に近い側)の基板を薄くすると、検知素子の検出感度を上げることができ、好ましい。
 着色膜241は、液晶素子207aと重なる部分を有する。遮光膜243は、トランジスタ280a、270aのうち、少なくとも一方と重なる部分を有する。
 絶縁膜245は、着色膜241や遮光膜243等に含まれる不純物が液晶249に拡散することを防ぐオーバーコートとしての機能を有することが好ましい。絶縁膜245は、不要であれば設けなくてもよい。
 なお、基板211及び基板261の液晶249と接する表面には、配向膜が設けられていてもよい。配向膜は、液晶249の配向を制御することができる。例えば、図18(B)において、導電膜252を覆う配向膜を形成してもよい。また、図18(B)において、絶縁膜245と液晶249の間に、配向膜を有していてもよい。また、絶縁膜245が、配向膜としての機能と、オーバーコートとしての機能の双方を有していてもよい。
 また、液晶表示装置300は、スペーサ247を有する。スペーサ247は、基板211と基板261との距離が一定以上近づくことを防ぐ機能を有する。
 図18(B)では、スペーサ247は、絶縁膜253上及び導電膜252上に設けられている例を示すが、本発明の一態様はこれに限られない。スペーサ247は、基板211側に設けられていてもよいし、基板261側に設けられていてもよい。例えば、絶縁膜245上にスペーサ247を形成してもよい。また、図18(B)では、スペーサ247が、絶縁膜253及び絶縁膜245と接する例を示すが、基板211側又は基板261側のいずれかに設けられた構造物と接していなくてもよい。
 スペーサ247として粒状のスペーサを用いてもよい。粒状のスペーサとしては、シリカなどの材料を用いることもできるが、樹脂やゴムなどの弾性を有する材料を用いることが好ましい。このとき、粒状のスペーサは上下方向に潰れた形状となる場合がある。
 基板211及び基板261は、接着層265によって貼り合わされている。基板211、基板261、及び接着層265に囲まれた領域に、液晶249が封止されている。
 なお、液晶表示装置300を、透過型の液晶表示装置として機能させる場合、偏光板を、表示部を挟むように2つ配置する。偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光は偏光板を介して入射される。このとき、導電膜251と導電膜252の間に与える電圧によって液晶249の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色膜241によって特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色、青色、又は緑色を呈する光となる。
 また、偏光板に加えて、例えば円偏光板を用いることができる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と1/4波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板により、液晶表示装置の表示の視野角依存を低減することができる。
 なお、ここでは液晶素子207aとしてFFSモードが適用された素子を用いたが、これに限られず様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、VA(Vertical Alignment)モード、TN(Twisted Nematic)モード、IPS(In−Plane−Switching)モード、ASM(Axially Symmetric aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、FLC(Ferroelectric Liquid Crystal)モード、AFLC(AntiFerroelectric Liquid Crystal)モード等が適用された液晶素子を用いることができる。
 また、液晶表示装置300にノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向(VA)モードを採用した透過型の液晶表示装置を適用してもよい。垂直配向モードとしては、MVA(Multi−Domain Vertical Alignment)モード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、ASVモードなどを用いることができる。
 なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。なお、液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界(横方向の電界、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
 また、液晶材料としては、ポジ型の液晶又はネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
 また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために5重量%以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶249に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
 ここで、基板261よりも上部に、指又はスタイラスなどの被検知体が直接触れる基板を設けてもよい。またこのとき、基板261と当該基板との間に偏光板又は円偏光板を設けることが好ましい。その場合、当該基板上に保護層(セラミックコート等)を設けることが好ましい。保護層は、例えば酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)などの無機絶縁材料を用いることができる。また、当該基板に強化ガラスを用いてもよい。強化ガラスは、イオン交換法や風冷強化法等により物理的、又は化学的な処理が施され、その表面に圧縮応力を加えたものを用いることができる。
 また、図19(A)に、隣り合う2つの画素の断面図を示す。図19(A)に示す2つの副画素はそれぞれ異なる画素が有する副画素である。
 図19(A)では、左の副画素が有する導電膜252と、右の副画素が有する導電膜252との間に形成される容量を利用して、被検知体の近接又は接触等を検知することができる。すなわち本発明の一態様の液晶表示装置において、導電膜252は、液晶素子の共通電極と、検知素子の電極と、の両方を兼ねる。
 このように、本発明の一態様の液晶表示装置では、液晶素子を構成する電極が、検知素子を構成する電極を兼ねるため、作製工程を簡略化でき、かつ作製コストを低減できる。また、液晶表示装置の薄型化、軽量化を図ることができる。
 また、検知素子の電極と信号線との間の容量が大きすぎると、検知素子の電極の時定数が大きくなる場合がある。そのため、トランジスタと検知素子の電極との間に、平坦化機能を有する絶縁膜を設け、検知素子の電極と信号線との間の容量を削減することが好ましい。例えば、図19(A)では、平坦化機能を有する絶縁膜として絶縁膜219を有する。絶縁膜219を設けることで、導電膜252と信号線との容量を小さくすることができる。これにより、検知素子の電極の時定数を小さくすることができる。前述の通り、検知素子の電極の時定数が小さいほど、検出感度を高めることができ、さらには、検出の精度を高めることができる。
 例えば、検知素子の電極の時定数は、0秒より大きく1×10−4秒以下、好ましくは0秒より大きく5×10−5秒以下、より好ましくは0秒より大きく5×10−6秒以下、より好ましくは0秒より大きく5×10−7秒以下、より好ましくは0秒より大きく2×10−7秒以下であるとよい。特に、時定数を1×10−6秒以下とすることで、ノイズの影響を抑制しつつ高い検出感度を実現することができる。
[液晶表示装置の断面構成例2]
 図19(B)に、図19(A)とは異なる、隣り合う2つの画素の断面図を示す。図19(B)に示す2つの副画素はそれぞれ異なる画素が有する副画素である。
 図19(B)に示す構成例2は、絶縁膜253上には、導電膜255が設けられている点で図18(B)及び図19(A)に示す構成例1と異なる。
 導電膜252は、補助配線として機能する導電膜255と電気的に接続されている。導電膜255を設けることで、検知素子の電極の抵抗を低減させることができる。検知素子の電極の抵抗の抵抗が低下することで、検知素子の電極の時定数を小さくすることができる。検知素子の電極の時定数が小さいほど、検出感度を高めることができ、さらには、検出の精度を高めることができる。
 導電膜255は、導電膜252よりも抵抗値の低い膜とすればよい。導電膜255は、例えば、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、銀、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらの元素を含む合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。
[液晶表示装置の断面構成例3]
 図20に、図18(B)とは異なる、図18(A)における一点鎖線A−B間及び一点鎖線C−D間の断面図を示す。
 図20に示す構成例3は、着色膜241の形成位置が、図18(B)に示す構成例1と異なる。なお、構成例3において、構成例1と同様の部分に関しては、上記を参照することができる。
 着色膜241は対向基板(基板261)側に形成される構成に限られない。図20に示すように、トランジスタ等が形成される基板211上に形成されてもよい。これにより、液晶表示装置の表示の高精細化に伴う、基板211と基板261のアライメント精度の低下による、歩留まりの低下及び表示品位の低下を抑制することができる。
[液晶表示装置の断面構成例4]
 図21に、上記各構成例とは異なる液晶表示装置の断面図を示す。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示素子を支持する基板のみに、検知素子を構成する電極等を設けた構成(フルインセル型)のタッチパネルに限られない。図21に示す液晶表示装置のように、対向基板側に検知素子を構成する電極が設けられていてもよい。
 図21では、基板261の、着色膜241等が形成されている面と対向する面上に、導電膜254が形成されている例を示す。導電膜254には、接続体257を介してFPC259が電気的に接続されている。図21に示す液晶表示装置300では、導電膜252と、導電膜254との間に形成される容量を利用して、被検知体の近接又は接触等を検知することができる。すなわち本発明の一態様の液晶表示装置において、導電膜252は、液晶素子の共通電極と、検知素子の一方の電極と、の両方を兼ねる。このように、液晶素子の共通電極は、検視素子の一方の電極を兼ねていてもよいし、検知素子の一対の電極を兼ねていてもよい。
 次に、本実施の形態の液晶表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。なお、既に説明した構成要素については説明を省略する場合がある。また、後の実施の形態で示す液晶表示装置及びその構成要素にも、以下の材料を適宜用いることができる。
≪基板≫
 液晶表示装置300が有する基板の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有している必要がある。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等を用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウム等の化合物半導体基板、SOI基板等を適用することも可能であり、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板102として用いてもよい。なお、基板102として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の表示装置を作製することができる。また、基板211として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタ、容量素子等を形成してもよい。
 厚さの薄い基板を用いることで、液晶表示装置の軽量化、薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する液晶表示装置を実現できる。
 これらの他にも、基板211、261として、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することができる。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、プラスチック基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はSOI基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
 なお、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板(天然繊維(絹、綿、麻)、合成繊維(ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル)もしくは再生繊維(アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル)などを含む)、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
≪トランジスタ≫
 本発明の一態様の液晶表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート型又はボトムゲート型のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
≪ポリシリコン膜≫
 本発明の一態様では、多結晶半導体であるポリシリコン膜272を用いる。ポリシリコン膜272を用いたトランジスタは、電界効果移動度が高いことから、いろいろな機能回路、例えばシフトレジスタ回路、レベルシフタ回路、バッファ回路、サンプリング回路を形成することが可能である。
なおトランジスタに用いる半導体材料としてシリコンを挙げたが、シリコンに限らずゲルマニウム等を用いることもできる。
なおトランジスタに用いる半導体材料の結晶性について多結晶半導体を挙げて説明したが、結晶性を有する半導体であればよく、他にも微結晶半導体、又は一部に結晶領域を有する半導体等を用いることもできる。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
≪絶縁膜≫
 液晶表示装置が有する各絶縁膜、オーバーコート、スペーサ等に用いることのできる絶縁材料としては、有機絶縁材料又は無機絶縁材料を用いることができる。樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂等が挙げられる。無機絶縁膜としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等が挙げられる。
≪導電膜≫
 トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、液晶表示装置が有する各種配線及び電極等の導電膜には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、又はタングステンなどの金属、又はこれを主成分とする合金を単層構造又は積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜又は窒化チタン膜と、そのチタン膜又は窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜又は窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜又は窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜又は窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜又は銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜又は窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、ソース電極274a及びドレイン電極274bを三層構造とする場合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、又は窒化モリブデンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金又は銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。
≪接着層≫
 接着層265としては、熱硬化樹脂や光硬化樹脂、2液混合型の硬化性樹脂などの硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ポリウレタン、エポキシ樹脂、またはシロキサン結合を有する樹脂などを用いることができる。
≪接続体≫
 接続体としては、例えば、異方性導電フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)や、異方性導電ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)などを用いることができる。
≪着色膜≫
 着色膜は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。着色膜に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料又は染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
≪遮光膜≫
 遮光膜は、隣接する着色膜の間に設けられている。遮光膜としては、例えば、金属材料、顔料又は染料を含む樹脂材料を用いてブラックマトリクスを形成すればよい。なお、遮光膜は、駆動回路部など、表示部以外の領域にも設けると、導波光などによる意図しない光漏れを抑制できるため好ましい。
[タッチパネルモジュール]
 次に、本発明の一態様の液晶表示装置と、ICと、を有するタッチパネルモジュールについて、図22及び図23を用いて説明する。
 図22に、タッチパネルモジュール6500のブロック図を示す。タッチパネルモジュール6500は、タッチパネル6510と、IC6520を有する。タッチパネル6510には、本発明の一態様の液晶表示装置を適用することができる。
 タッチパネル6510は、表示部6511と、入力部6512と、ゲート線駆動回路6513を有する。表示部6511は、複数の画素、複数のデータ線、及び複数のゲート線を有し、画像を表示する機能を有する。入力部6512は、被検知体のタッチパネル6510への接触又は近接を検知する複数の検知素子を有し、タッチセンサとしての機能を有する。ゲート線駆動回路6513は、表示部6511が有するゲート線に、走査信号を出力する機能を有する。
 ここでは説明を容易にするため、タッチパネル6510の構成として、表示部6511と入力部6512を分けて明示しているが、画像を表示する機能と、タッチセンサとしての機能の両方の機能を有する、いわゆるインセル型のタッチパネルとすることが好ましい。本発明の一態様の液晶表示装置は、インセル型のタッチパネルであるため、好適である。
 表示部6511は、HD(画素数1280×720)、FHD(画素数1920×1080)、WQHD(画素数2560×1440)、WQXGA(画素数2560×1600)、4K(画素数3840×2160)、8K(画素数7680×4320)といった極めて高い解像度を有していることが好ましい。特に4K、8K、又はそれ以上の解像度とすることが好ましい。また、表示部6511に設けられる画素の画素密度(精細度)が、300ppi以上、好ましくは500ppi以上、より好ましくは800ppi以上、より好ましくは1000ppi以上、より好ましくは1200ppi以上であることが好ましい。このように高い解像度で且つ高い精細度を有する表示部6511により、携帯型や家庭用途などのパーソナルユースにおいては、より臨場感や奥行き感などを高めることが可能となる。
 IC6520は、回路ユニット6501、データ線駆動回路6502、センサ駆動回路6503、及び検出回路6504を有する。回路ユニット6501は、タイミングコントローラ6505と、画像処理回路6506等を有する。
 データ線駆動回路6502は、表示部6511が有するデータ線に、アナログ信号である映像信号(ビデオ信号ともいう)を出力する機能を有する。例えばデータ線駆動回路6502として、シフトレジスト回路とバッファ回路を組み合わせた構成を有することができる。また、タッチパネル6510は、データ線に接続するデマルチプレクサ回路を有していてもよい。
 センサ駆動回路6503は、入力部6512が有する検知素子を駆動する信号を出力する機能を有する。センサ駆動回路6503としては、例えばシフトレジスタ回路とバッファ回路を組み合わせた構成を用いることができる。
 検出回路6504は、入力部6512が有する検知素子からの出力信号を回路ユニット6501に出力する機能を有する。例えば検出回路6504として、増幅回路と、アナログデジタル変換回路(ADC:Analog−Digital Convertor)を有する構成を用いることができる。このとき検出回路6504は、入力部6512から出力されるアナログ信号を、デジタル信号に変換して回路ユニット6501に出力される。
 回路ユニット6501が有する画像処理回路6506は、タッチパネル6510の表示部6511を駆動する信号を生成して出力する機能と、入力部6512を駆動する信号を生成して出力する機能と、入力部6512から出力された信号を解析して、CPU6540に出力する機能と、を有する。
 より具体的な例としては、画像処理回路6506は、CPU6540からの命令に従い、映像信号を生成する機能を有する。また画像処理回路6506は、表示部6511の仕様に合わせて映像信号に信号処理を施し、アナログ映像信号に変換し、データ線駆動回路6502に供給する機能を有する。また画像処理回路6506は、CPU6540からの命令に従い、センサ駆動回路6503に出力する駆動信号を生成する機能を有する。また、画像処理回路6506は、検出回路6504から入力された信号を解析し、位置情報としてCPU6540に出力する機能を有する。
 またタイミングコントローラ6505は、画像処理回路6506が処理を施した映像信号等に含まれる同期信号を基に、ゲート線駆動回路6513及びセンサ駆動回路6503に出力する信号(クロック信号、スタートパルス信号などの信号)を生成し、出力する機能を有する。またタイミングコントローラ6505は、検出回路6504が信号を出力するタイミングを規定する信号を生成し、出力する機能を有していてもよい。ここで、タイミングコントローラ6505は、ゲート線駆動回路6513に出力する信号と、センサ駆動回路6503に出力する信号とに、それぞれ同期させた信号を出力することが好ましい。特に、表示部6511の画素のデータを書き換える期間と、入力部6512でセンシングする期間を、それぞれ分けることが好ましい。例えば、1フレーム期間を、画素のデータを書き換える期間と、センシングする期間とに分けてタッチパネル6510を駆動することができる。また、例えば1フレーム期間中に2以上のセンシングの期間を設けることで、検出感度及び検出精度を高めることができる。
 画像処理回路6506としては、例えばプロセッサを有する構成とすることができる、例えばDSP(Digital Signal Processor)、GPU(Graphics Processing Unit)等の他のマイクロプロセッサを用いることができる。またこれらマイクロプロセッサをFPGA(Field Programmable Gate Array)やFPAA(Field Programmable Analog Array)といったPLD(Programmable Logic Device)によって実現した構成としてもよい。プロセッサにより種々のプログラムからの命令を解釈し実行することで、各種のデータ処理やプログラム制御を行う。プロセッサにより実行しうるプログラムは、プロセッサが有するメモリ領域に格納されていてもよいし、別途設けられる記憶装置に格納されていてもよい。
 なお、タッチパネル6510が有する表示部6511、ゲート線駆動回路6513や、IC6520が有する回路ユニット6501、データ線駆動回路6502、センサ駆動回路6503、検出回路6504、又は外部に設けられるCPU6540等に、チャネル形成領域に酸化物半導体を用い、極めて低いオフ電流が実現されたトランジスタを利用することもできる。当該トランジスタは、オフ電流が極めて低いため、当該トランジスタを記憶素子として機能する容量素子に流入した電荷(データ)を保持するためのスイッチとして用いることで、データの保持期間を長期にわたり確保することができる。例えばこの特性を画像処理回路6506のレジスタやキャッシュメモリに用いることで、必要なときだけ画像処理回路6506を動作させ、他の場合には直前の処理の情報を当該記憶素子に待避させることにより、ノーマリーオフコンピューティングが可能となり、タッチパネルモジュール6500、及びこれが実装される電子機器の低消費電力化を図ることができる。
 なお、ここでは回路ユニット6501がタイミングコントローラ6505と画像処理回路6506を有する構成としたが、画像処理回路6506自体、又は画像処理回路6506の一部の機能を有する回路を、外部に設けてもよい。または、画像処理回路6506の機能、又は一部の機能をCPU6540が担ってもよい。例えば回路ユニット6501がデータ線駆動回路6502、センサ駆動回路6503、検出回路6504、及びタイミングコントローラ6505を有する構成とすることもできる。
 なお、ここではIC6520が回路ユニット6501を含む例を示したが、回路ユニット6501はIC6520に含まれない構成とすることもできる。この時、IC6520はデータ線駆動回路6502、センサ駆動回路6503、及び検出回路6504を有する構成とすることができる。例えばタッチパネルモジュール6500にICを複数実装する場合には、回路ユニット6501を別途設け、回路ユニット6501を有さないIC6520を複数配置することもできるし、IC6520と、データ線駆動回路6502のみを有するICを組み合わせて配置することもできる。
 このように、タッチパネル6510の表示部6511を駆動する機能と、入力部6512を駆動する機能と、を1つのICに組み込んだ構成とすることで、タッチパネルモジュール6500に実装するICの数を減らすことができるため、コストを低減することができる。
 図23(A)、(B)、(C)は、IC6520を実装したタッチパネルモジュール6500の概略図である。
 図23(A)では、タッチパネルモジュール6500は、基板6531、対向基板6532、複数のFPC6533、IC6520、IC6530等を有する。また基板6531と対向基板6532との間に表示部6511、入力部6512、及びゲート線駆動回路6513を有している。IC6520及びIC6530は、COG方式などの実装方式により基板6531に実装されている。
 IC6530は、上述したIC6520において、データ線駆動回路6502のみ、又はデータ線駆動回路6502及び回路ユニット6501を有するICである。IC6520やIC6530には、FPC6533を介して外部から信号が供給される。またFPC6533を介してIC6520やIC6530から外部に信号を出力することができる。
 図23(A)では表示部6511を挟むようにゲート線駆動回路6513を2つ設ける構成の例を示している。またIC6520に加えてIC6530を有する構成を示している。このような構成は、表示部6511として極めて高解像度の場合に、好適に用いることができる。
 図23(B)は、1つのIC6520と1つのFPC6533を実装した例を示している。このように、機能を1つのIC6520に集約させることで、部品点数を減らすことができるため好ましい。また図23(B)では、ゲート線駆動回路6513を表示部6511の2つの短辺のうち、FPC6533に近い側の辺に沿って配置した例を示している。
 図23(C)は、画像処理回路6506等が実装されたPCB(Printed Circuit Board)6534を有する構成の例を示している。基板6531上のIC6520及びIC6530と、PCB6534とは、FPC6533によって電気的に接続されている。ここで、IC6520には、上述の画像処理回路6506を有さない構成を適用することができる。
 なお図23の各図において、IC6520やIC6530は、基板6531でなはくFPC6533に実装されていてもよい。例えばIC6520やIC6530をCOF方式やTAB方式などの実装方式によりFPC6533に実装すればよい。
 図23(A)、(B)に示すように、表示部6511の短辺側にFPC6533やIC6520(及びIC6530)等を配置する構成は狭額縁化が可能であるため、例えばスマートフォン、携帯電話、又はタブレット端末などの電子機器に好適に用いることができる。また、図23(C)に示すようなPCB6534を用いる構成は、例えばテレビジョン装置やモニタ装置、タブレット端末、又はノート型のパーソナルコンピュータなどに好適に用いることができる。
(実施の形態3)
 本実施の形態では、上記実施の形態で説明したバックゲート電極を有するトランジスタ、及び該トランジスタ上に設けた画素電極の断面図を示して、その作製工程の一例を説明する。なお図24乃至26では、一例として、基板上にpチャネル型とnチャネル型のトランジスタを形成する工程を説明しているが、単極性で回路を構成する場合には、一方の極性のトランジスタを作製する工程を採用して行えばよい。
 まず図24(A)に示すように、基板601の絶縁表面上に、バックゲート電極として機能する導電膜602を設ける。導電膜602は、Al、W、Mo、Ti、Taから選ばれた一種又は複数種からなる導電性の材料で形成することができる。本実施の形態ではタングステンを用いたが、窒化タンタルの上にタングステンを積層したものを導電膜602として用いても良い。また、単層ではなく複数の層で構成されていても良い。
 基板601には、例えばバリウムホウケイ酸ガラスや、アルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、石英基板、セラミック基板等を用いることができる。また、金属基板またはシリコン基板の表面に絶縁膜を形成したものを用いても良い。プラスチック等の可撓性を有する合成樹脂からなる基板は、一般的に上記基板と比較して耐熱温度が低い傾向にあるが、作製工程における処理温度に耐え得るのであれば用いることが可能である。
 次に、導電膜602を覆うように絶縁膜603を設ける。絶縁膜603は、絶縁膜603a、絶縁膜603bを積層して設ける。絶縁膜603aは、一例として酸化窒化珪素膜を用いる。絶縁膜603bは、一例として酸化珪素膜又は酸化窒化珪素膜を用いる。なお絶縁膜603はこの構成に限定されず、単層の絶縁膜で形成されていても良いし、3層以上の絶縁膜で形成されていても良い。また材料もこれに限定されない。
 絶縁膜603の表面(ここでは絶縁膜603bの表面)は、先に形成した導電膜602に起因する凹凸を有している場合がある。この場合、凹凸を平坦化する工程を設けることが望ましい。本実施の形態ではCMP(Chemical−Mechanical Polishing)を用いて平坦化を行なう。
 次に、絶縁膜603の上に、非晶質半導体膜604をプラズマCVD法で形成する。非晶質半導体膜604は含有水素量にもよるが、好ましくは400℃乃至550℃で数時間加熱して脱水素処理を行い、含有水素量を5atom%以下として、結晶化の工程を行なうことが望ましい。また、非晶質半導体膜をスパッタ法や蒸着法などの他の作製方法で形成しても良いが、膜中に含まれる酸素、窒素などの不純物元素を十分低減させておくことが望ましい。
 用いる半導体は珪素のみに限定されず、例えばシリコンゲルマニウムを用いることができる。シリコンゲルマニウムを用いる場合、ゲルマニウムの濃度は0.01atomic%乃至4.5atomic%程度であることが好ましい。
 なお、絶縁膜603と非晶質半導体膜604をいずれもプラズマCVD法で作製する場合、これらの2つの膜を大気に曝すことなく連続して形成しても良い。連続成膜することによって、大気による表面の汚染を極力抑え、よって作製されるトランジスタの特性バラツキを低減させることができる。
 次に、非晶質半導体膜604への触媒の添加を行なう。本実施の形態では、重量換算で1ppm乃至100ppmのニッケルを含む酢酸ニッケル溶液をスピナーで塗布した。なお、酢酸ニッケル溶液の馴染みをよくするために、非晶質半導体膜604の表面をオゾン含有水溶液で処理することで極薄い酸化膜を形成し、その酸化膜をフッ酸と過酸化水素水の混合液でエッチングして清浄な表面を形成した後、再度オゾン含有水溶液で処理して極薄い酸化膜を形成しておいても良い。半導体膜の表面は本来疎水性なので、このように酸化膜を形成しておくことにより酢酸ニッケル溶液を均一に塗布することができる。以上が、図24(A)の説明である。
 勿論、非晶質半導体膜への触媒の添加は上記方法に限定されず、スパッタ法、蒸着法、プラズマ処理などを用いて添加するようにしても良い。
 次に、500℃乃至650℃で4時間乃至24時間、例えば570℃、14時間の加熱処理を行った。加熱処理を施すことで、ニッケル含有層605により結晶化が進行し、結晶性の高められた結晶性半導体膜が形成される。
 加熱処理の方法としては、電熱炉を用いるファーネスアニール法や、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどを用いたRTA法を用いることができる。または、加熱した不活性気体を用いるガス加熱方式のRTAを用いることも可能である。
 RTA法で行なう場合には、加熱用のランプ光源を1秒乃至60秒、好ましくは30秒乃至60秒点灯させ、それを1回乃至10回、好ましくは2回乃至6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、非晶質半導体膜604が瞬間的には600℃乃至1000℃、好ましくは650℃乃至750℃程度にまで加熱されるようにする。このような高温になったとしても、半導体膜が瞬間的に加熱されるのみであり、基板601はそれ自身が歪んで変形することはない。
 その他の方法としてファーネスアニール法を用いる場合には、加熱処理に先立ち、500℃にて1時間程度の加熱処理を行い、非晶質半導体膜604が含有する水素を放出させておく。そして、電熱炉を用いて窒素雰囲気中にて550℃乃至600℃、好ましくは580℃で4時間の加熱処理を行い、非晶質半導体膜604を結晶化させる。
 なお、本実施の形態では触媒元素としてニッケル(Ni)を用いているが、その以外にも、ゲルマニウム(Ge)、鉄(Fe)、パラジウム(Pd)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、コバルト(Co)、白金(Pt)、銅(Cu)、金(Au)といった元素を用いても良い。
 次に、結晶性半導体膜606内に存在する触媒元素のゲッタリングについて説明する。触媒元素を用いる結晶化により、結晶性半導体膜606内には、触媒元素(ここではニッケル)が平均的な濃度として1×1019/cmを越える程度に残存しているものと考えられる。触媒元素が残留しているとトランジスタの特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、触媒元素濃度を低減させる工程を設ける必要がある。
 ゲッタリングの方法は様々であるが、本実施の形態では結晶性半導体膜606をパターニングする前に行なうゲッタリングの一例について説明する。まず、図24(B)に示すように結晶性半導体膜606の表面にバリア層607を形成する。バリア層607は、後にゲッタリングサイトを除去する際に、結晶性半導体膜606がエッチングされるのを防ぐために設ける。
 バリア層607の厚さは1nm乃至10nm程度とする。オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイドをバリア層として用いても良い。また、硫酸、塩酸、硝酸などと過酸化水素水を混合させた水溶液で処理しても同様にケミカルオキサイドを形成することができる。他には、酸化雰囲気中でのプラズマ処理する方法や、酸素含有雰囲気中での紫外線照射によりオゾンを発生させて酸化処理を行なう方法等を用いても良い。また、クリーンオーブンを用い、200℃乃至350℃程度に加熱して薄い酸化膜を形成しバリア層としても良い。或いは、プラズマCVD法やスパッタ法、蒸着法などで1nm乃至5nm程度の酸化膜を堆積してバリア層としても良い。いずれにしても、ゲッタリング工程時に、触媒元素がゲッタリングサイト側に移動できて、ゲッタリングサイトの除去工程時には、エッチング液がしみこまない(結晶性半導体膜606をエッチング液から保護する)膜、例えば、オゾン水で処理することにより形成されるケミカルオキサイド膜、酸化シリコン膜(SiOx)、または多孔質膜を用いればよい。
 次いで、バリア層607上にスパッタ法でゲッタリングサイト608として、膜中に希ガス元素を1×1020/cm以上の濃度で含むゲッタリング用の半導体膜(代表的には、非晶質シリコン膜)を25nm乃至250nmの厚さで形成する。後に除去されるゲッタリングサイト608は結晶性半導体膜606とエッチングの選択比を大きくするため、密度の低い膜を形成することが好ましい。
 なお、希ガス元素は半導体膜中でそれ自体は不活性であるため、結晶性半導体膜606に悪影響を及ぼすことはない。また、希ガス元素としてはヘリウム(He)、ネオン(Ne)、アルゴン(Ar)、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)から選ばれた一種または複数種を用いる。
 次に、加熱処理を施すことでゲッタリングを行なう(図24(B))。加熱処理はファーネスアニール法やRTA法で行なう。ファーネスアニール法で行なう場合には、窒素雰囲気中にて450℃乃至600℃で0.5時間乃至12時間の加熱処理を行なう。また、RTA法を用いる場合には、加熱用のランプ光源を1秒乃至60秒、好ましくは30秒乃至60秒点灯させ、それを1回乃至10回、好ましくは2回乃至6回繰り返す。ランプ光源の発光強度は任意なものとするが、半導体膜が瞬間的には600℃乃至1000℃、好ましくは700℃乃至750℃程度にまで加熱されるようにする。
 加熱処理により、結晶性半導体膜606にある触媒元素が熱エネルギーにより放出され、拡散により矢印に示すようにゲッタリングサイト608に移動する。従って、ゲッタリングは処理温度に依存し、より高温であるほど短時間でゲッタリングが進むことになる。
 ゲッタリング工程終了後、ゲッタリングサイト608を選択的にエッチングして除去する。エッチングの方法としては、ClFによるプラズマを用いないドライエッチング、或いはヒドラジンや、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド(化学式(CHNOH)を含む水溶液などアルカリ溶液によるウエットエッチングで行なうことができる。この時、バリア層607はエッチングストッパーとして機能する。また、バリア層607はその後フッ酸により除去する(図24(C))。
 次に、バリア層607除去後の結晶性半導体膜606をパターニングし、島状の半導体膜609、610を形成する(図24(D))。半導体膜609、610の膜厚は25nm乃至100nm(好ましくは30nm乃至60nm)とする。次に、半導体膜609、610を覆うように絶縁膜611を成膜する。絶縁膜611は、後にゲート電極として機能する電極を形成するために行なうドライエッチングにおいて、その膜厚が10nm乃至40nm程度減少するので、その減少分を考慮に入れて膜厚を設定するのが望ましい。具体的には40nm乃至150nm(より好ましくは60nm乃至120nm)程度の厚さに絶縁膜611を成膜する。
 絶縁膜611には、例えば酸化珪素、窒化珪素または窒化酸化珪素等を用いることができる。本実施の形態では、絶縁膜611を単層の絶縁膜で構成しているが、2層以上の複数の絶縁膜で構成されていても良い。また成膜方法は、プラズマCVD法、スパッタ法などを用いることができる。例えば、プラズマCVD法を用い、酸化珪素で第2の絶縁膜611を成膜する場合、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)とOを混合したガスを用い、反応圧力40Pa、基板温度300℃乃至400℃、高周波(13.56MHz)電力密度0.5W/cm乃至0.8W/cmとし、成膜する。
 また窒化アルミニウムを絶縁膜611として用いることができる。窒化アルミニウムは熱伝導率が比較的高く、トランジスタで発生した熱を効率的に発散させることができる。またアルミニウムの含まれない酸化珪素や酸化窒化珪素等を形成した後、窒化アルミニウムを積層したものを絶縁膜611として用いても良い。
 次に、絶縁膜611上に導電膜を成膜する(図24(E))。本実施の形態では窒化タンタルからなる導電膜612aを20nm乃至100nmの厚さで、タングステンからなる導電膜612bを100nm乃至400nmの厚さで成膜する。具体的に、導電膜612aに用いる窒化タンタルは、ターゲットに純度99.99%のTaを用い、チャンバー内の温度を室温、Arの流量を50ml/min、Nの流量を10ml/min、チャンバー内の圧力0.6Pa、成膜電力1kWとし、成膜速度約40nm/minで成膜した。また第2の導電膜612bに用いるタングステンは、ターゲットに純度99.99%のタングステンを用い、チャンバー内の温度を230℃、Arの流量を100ml/min、チャンバー内の圧力1.5Pa、成膜電力6kWとし、成膜速度約390nm/minで成膜した。
 なお本実施の形態では、2層の導電膜を用いてゲート電極として機能する電極を形成する例について説明するが、導電膜は単層であっても良いし、また3層以上の複数の層で形成されていても良い。また各導電層の材料は本実施の形態に示したものに限定されない。
 具体的に各導電膜には、Ta、W、Ti、Mo、Al、Cuから選ばれた元素、または前記元素を主成分とする合金もしくは化合物で形成することができる。各導電膜のうち、半導体膜と重なる場合は、その導電膜の材料は、半導体膜への光の進入を遮断するために遮光性を有する材料を用いることが好ましい。例えば1層目がタンタルで2層目がタングステン、または1層目が窒化タンタルで2層目がアルミニウム、1層目が窒化タンタルで2層目が銅といった組み合わせも考えられる。また1層目と2層目のいずれか一方に銀とパラジウムと銅の合金を用いても良い。タングステン、アルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)、窒化チタンを順次積層した3層構造としてもよい。タングステンの代わりに窒化タングステンを用いてもよいし、アルミニウムとシリコンの合金(Al−Si)に代えてアルミニウムとチタンの合金膜(Al−Ti)を用いてもよいし、窒化チタンに代えてチタンを用いてもよい。ただし、複数の導電膜を成膜する場合、エッチング後に各層の導電膜の、チャネル長方向における幅に差を持たせたいならば、互いにエッチングの選択比のとれる材料を用いる。
 なお、導電膜の材料によって、適宜最適なエッチングガスを選択することが重要である。
 次にマスク614を形成し、図25(A)に示すように導電膜612a及び導電膜612bをエッチングする(第1のエッチング処理)。本実施の形態ではICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合型プラズマ)エッチング法を用いて行なった。エッチングガスとしてClとCFとOを混合したガスを用い、チャンバー内のエッチングガスの圧力を1.0Paとする。そして、コイル型の電極に500W、13.56MHzの高周波(RF)電力を投入し、プラズマを生成する。また基板が載置されたステージ(下部電極)に150W、13.56MHzの高周波(RF)電力を投入し、これにより基板に自己バイアス電圧が印加される。その後、エッチングガスをClとCFに変更し、トータルの圧力を1.0Paとした。またコイル型の電極に500Wの高周波(13.56MHz)電力を投入し、基板側(試料ステージ)には20Wの高周波(1356MHz)電力を投入した。
 CFとClをエッチングガスとして用いると、導電膜612aである窒化タンタルと、導電膜612bであるタングステンのエッチングレートがほぼ等しくなり、共に同じ程度エッチングされる。
 この第1のエッチング処理により、下層615aと上層615bとで構成された第1の形状の導電膜615と、下層616aと上層616bとで構成された第1の形状の導電膜616とが形成される。なおこの第1のエッチング処理において、下層615a、616aと上層615b、616bの側面がややテーパー状になる。また導電膜の残渣を残さないようにエッチングすると、第1の形状の導電膜615、616で覆われていない絶縁膜611の表面が、5nm乃至10nm程度またはそれ以上エッチングされることがある。
 次に、第1のエッチング処理で表面がエッチングされて幅が小さくなったマスク614を用い、第1の形状の導電膜615、616をエッチング(第2のエッチング処理)する。第2のエッチング処理でも第1のエッチング処理と同じくICPエッチング法を用いる。エッチングガスはSF、Cl、Oを混合したガスを用い、チャンバー内のエッチングガスの圧力を1.3Paとする。そして、コイル型の電極に700W、13.56MHzの高周波電力を投入し、プラズマを生成する。また基板が載置されたステージ(下部電極)に10W、13.56MHzの高周波電力を投入し、これにより基板に自己バイアス電圧が印加される。
 SFとClを混合したガスにOを加えることで、タングステンのエッチングレートが増加し、また第1の形状の導電膜615、616の下層615a、616aを形成している窒化タンタルのエッチングレートが極端に低下するため、選択比をとることができる。
 第2のエッチング処理によって、第2の形状の導電膜617(下層617a、上層617b)と、第2の形状の導電膜618(下層618a、上層618b)が形成される。上層617b、618bのチャネル長方向における幅は、下層617a、618aの幅よりも短くなっている。なお第2のエッチング処理によって、第2の形状の導電膜617、618で覆われていない絶縁膜611の表面が、5nm乃至10nm程度またはそれ以上エッチングされる。
 次に図25(B)に示すように、第2の形状の導電膜617、618をマスクとして用い、半導体膜609、610にn型の導電性を付与する不純物を添加する(第1のドーピング処理)。ドーピングはイオン注入法で行なう。ドーピングは、ドーズ量を1×1013atoms/cm乃至5×1014atoms/cm、加速電圧を40kV乃至80kVとして行なう。n型を付与する不純物元素は、ドナーとして機能するP、As、Sb等の5族原子やS、Te、Se等の6族元素を用いるが、本実施の形態ではPを用いる。第1のドーピング処理により、自己整合的に不純物領域620、621が形成される。不純物領域620、621には1×1018atoms/cm乃至1×1020atoms/cmの濃度範囲でn型を付与する不純物元素が添加されている。
 次に図25(C)に示すように、第2の形状の導電膜617、618の上層617b、618bをマスクとして、第2のドーピング処理を行なう。第2のドーピング処理では、第2の形状の導電膜617、618の下層617a、617aを不純物が通過するように、第1のドーピング処理よりも加速電圧を高くする。そして第2のドーピング処理によりLDD領域を形成するので、第1のドーピング処理よりもn型の不純物のドーズ量を下げる。具体的には、加速電圧を60kV乃至120kVとし、ドーズ量を1×1013atoms/cm乃至1×1015atoms/cmとする。
 続いて、第2のドーピング処理より加速電圧を下げて第3のドーピング処理を行って、図25(C)の状態を得る。第3のドーピング処理は、加速電圧を50kV乃至100kVとし、ドーズ量を1×1015atoms/cm乃至1×1017atoms/cmとする。第2のドーピング処理および第3のドーピング処理により、第2の形状の導電膜617、618の下層617a、617aと重なる不純物領域622、623と、不純物領域620、621に不純物がさらに添加されることで形成される不純物領域624、625とが形成される。不純物領域622、623には1×1018atoms/cm乃至5×1019atoms/cmの濃度範囲でn型を付与する不純物元素を添加され、不純物領域624、625には1×1019atoms/cm乃至5×1021atoms/cmの濃度範囲でn型を付与する不純物元素が添加される。
 不純物領域622、623は不純物領域624、625の内側に形成されており、不純物領域622、623はLDD領域、不純物領域624、625はソース/ドレイン領域として機能する。
 もちろん、適当な加速電圧にすることで、第2のドーピング処理および第3のドーピング処理を1回のドーピング処理で済まし、低濃度不純物領域および高濃度不純物領域を形成することも可能である。
 なお、pチャネル型のトランジスタが形成される島状の半導体膜610には、図25(B)、図25(C)に示した第2、第3のドーピング処理によりn型の不純物をドーピングする必要はないため、n型の不純物のドーピングの際に、マスクで覆っておいても良い。また、マスク数削減のために敢えてマスクを設けず、p型の導電型を付与する不純物の濃度を高くして、島状の半導体膜の極性をp型に反転させても良い。本実施の形態では、島状の半導体膜の極性をp型に反転させる場合について説明する。
 図25(D)に示すように、レジストからなるマスク626でnチャネル型の島状の半導体膜609を覆い、島状の半導体膜610にp型の導電型を付与する不純物をドーピングする(第4のドーピング処理)。この第4のドーピング処理において、第2の形状の導電膜617、618の上層617b、618bがマスクとして機能し、pチャネル型トランジスタに用いる島状の半導体膜610にp型を付与する不純物元素が添加された不純物領域627が形成される。本実施の形態ではジボラン(B)を用いたイオンドープ法で形成する。不純物領域627は、実際には第2の形状の導電膜617、618の下層617a、618aと重なる領域と、それ以外の領域とで、p型を付与する不純物元素及びn型を付与する不純物領域の濃度が異なっている。しかしいずれの領域においても、p型を付与する不純物元素の濃度が2×1020atoms/cm乃至2×1021atoms/cmとなるようにドーピング処理することで、p型が優勢となるため、pチャネル型トランジスタのソース領域およびドレイン領域として機能するのに何ら問題は生じない。
 以上までの工程でそれぞれの島状の半導体膜に不純物領域が形成される。
 次に、島状の半導体膜609、610と、絶縁膜611と、第2の形状の導電膜617、618と覆って、層間絶縁膜630を成膜する(図26(A))。層間絶縁膜630は、珪素を含む酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素などの絶縁膜を用いることができ、その厚さは100nm乃至200nm程度とする。
 次に、島状の半導体膜609、610に添加された不純物元素を活性化するために、熱処理を行なう。この工程はファーネスアニール炉を用いる熱アニール法、レーザーアニール法、またはラピッドサーマルアニール法(RTA法)を用いることができる。例えば熱アニール法で活性化を行なう場合、酸素濃度が1ppm以下、好ましくは0.1ppm以下の窒素雰囲気中で、400℃乃至700℃(好ましくは500℃乃至600℃)で行なう。さらに、3%乃至100%の水素を含む雰囲気中で、300乃℃至450℃で1時間乃至12時間の熱処理を行い、島状の半導体膜を水素化する工程を行なう。この工程は、熱的に励起こされた水素によりダングリングボンドを終端する目的で行なわれる。水素化の他の手段として、プラズマ水素化(プラズマにより励起こされた水素を用いる)を行っても良い。また活性化処理は層間絶縁膜630を成膜する前に行っても良い。
 上記一連の工程によって、nチャネル型トランジスタ631と、pチャネル型トランジスタ632を形成することができる。
 また本実施の形態では、LDD領域として機能する不純物領域622全体が、第2の形状の導電膜617、618の下層617a、618aと重なっているが、これに限定されない。例えば、第1のエッチング処理と第2のエッチング処理の間にドーピング処理を行なってソース/ドレイン領域を形成し、なおかつ第2のエッチング処理で下層をチャネル長方向において短くなるようにエッチングすることで、第2の形状の導電膜617、618の下層617a、618aと重なる領域と、それ以外の領域を、両方形成することができる。
 なお上記プラズマエッチングはICPエッチング法に限定されない。例えば、ECR(Electron Cyclotron Resonance:電子サイクロトロン共鳴)エッチング法、RIEエッチング法、ヘリコン波エッチング法、ヘリカル共鳴エッチング法、パルス変調エッチング法やその他のプラズマエッチング法を用いていても良い。
 本実施の形態では、触媒元素による結晶化方法のみを用いた例を示したが、これに限定されない。触媒元素を用いて結晶化を行なった後に、より結晶性を高めるために、パルス発振のレーザ光照射を行なうようにしても良い。また上述したゲッタリング工程は、本実施の形態に示した方法に限定されない。その他の方法を用いて半導体膜中の触媒元素を低減するようにしても良い。
 例えば図27に示すように、半導体膜をレーザ結晶化して、図24(D)に示す結晶性半導体膜606を形成してもよい。レーザ結晶化には、連続発振のレーザの他、発振周波数が10MHz以上の、パルス発振のレーザを用いることもできる。
 次に、層間絶縁膜630を覆うように、層間絶縁膜633と層間絶縁膜634を成膜する。本実施の形態では、層間絶縁膜633を有機樹脂、例えば非感光性のアクリルを用いて形成する。層間絶縁膜634は、代表的には、例えばDLC膜、窒化炭素膜、RFスパッタ法で形成された窒化珪素膜等を用いるのが望ましい。
 次いで、絶縁膜611、層間絶縁膜630、層間絶縁膜633及び層間絶縁膜634をエッチングし、開口を形成する。そして、島状の半導体膜609、610とコンタクトを形成する配線635乃至638を形成する。
 次に、層間絶縁膜634及び配線635乃至638を覆って透明導電膜を成膜し、パターニングすることで、nチャネル型トランジスタ631の島状の半導体膜610に接続されている配線638に接続した、画素電極640を形成する(図26(B))。画素電極640に用いる透明導電膜は、ITOのみならず、酸化インジウムに2%乃至20%の酸化亜鉛(ZnO)を混合した透明導電膜を用いても良い。
 上述した作製方法を用いることで、バックゲート電極を有するトランジスタ、及び該トランジスタ上に設けた画素電極を同一基板上に形成することができる。
 本実施の形態では、画素電極640として透明導電膜を用い、透過型液晶表示装置の例を示したが、特に限定されず、画素電極640の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有する反射型液晶表示装置としてもよい。反射型液晶表示装置とする場合、バックライトを設けなくともよいため、消費電力を低減することができる。反射型液晶表示装置とする場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。反射電極として用いる可視光を反射する材料は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、又はこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、又はゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、アルミニウムとチタンの合金、アルミニウムとニッケルの合金、アルミニウムとネオジムの合金等のアルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)や、銀と銅の合金、銀とパラジウムと銅の合金、銀とマグネシウムの合金等の銀を含む合金を用いて形成することができる。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム合金膜に接する金属膜又は金属酸化物膜を積層することで、アルミニウム合金膜の酸化を抑制することができる。該金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタン、酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とITOの積層膜、銀とマグネシウムの合金とITOの積層膜などを用いることができる。
(実施の形態4)
 本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置を有するタッチパネルモジュール及び電子機器について、図28乃至図30を用いて説明する。
 図28に示すタッチパネルモジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、フレーム8009、プリント基板8010、及びバッテリ8011を有する。
 本発明の一態様の液晶表示装置は、例えば、タッチパネル8004に用いることができる。
 上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。
 タッチパネル8004は、抵抗膜方式又は静電容量方式のタッチパネルを表示パネルに重畳して用いることができる。また、タッチパネル8004の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。また、タッチパネル8004の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。
 また、透過型の液晶素子を用いた場合には、図28に示すようにバックライト8007を設けてもよい。バックライト8007は、光源8008を有する。なお、図28において、バックライト8007上に光源8008を配置する構成について例示したが、これに限定さない。例えば、バックライト8007の端部に光源8008を配置し、さらに光拡散板を用いる構成としてもよい。なお、有機EL素子等の自発光型の発光素子を用いる場合、又は反射型パネル等の場合においては、バックライト8007を設けない構成としてもよい。
 フレーム8009は、タッチパネル8004の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。
 プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリ8011による電源であってもよい。バッテリ8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。
 また、タッチパネル8004は、偏光板、位相差板、プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。
 図29(A)乃至(H)及び図30は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカ5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することができる。
 図29(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図29(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図29(C)はテレビジョン装置であり、上述したものの他に、スタンド5012等を有することができる。また、テレビジョン装置の操作は、筐体5000が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機5013により行うことができる。リモコン操作機5013が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部5001に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機5013に、当該リモコン操作機5013から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。図29(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図29(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図29(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図29(G)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。図29(H)は腕時計型情報端末であり、上述したもののほかに、バンド5018、留め金5019、等を有することができる。ベゼル部分を兼ねる筐体5000に搭載された表示部5001は、非矩形状の表示領域を有している。表示部5001は、時刻を表すアイコン5020、その他のアイコン5021等を表示することができる。図30(A)はデジタルサイネージ(Digital Signage:電子看板)である。図30(B)は円柱状の柱に取り付けられたデジタルサイネージである。
 図29(A)乃至(H)及び図30に示す電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報(静止画、動画、テキスト画像など)を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア(プログラム)によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又はデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、又は、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動又は手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図29(A)乃至(H)及び図30に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。
 本実施の形態の電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。該表示部に、本発明の一態様の液晶表示装置を適用することができる。
(本明細書等の記載に関する付記)
 以上の実施の形態、および実施の形態における各構成の説明について、以下に付記する。
<実施の形態で述べた本発明の一態様に関する付記>
 各実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて、本発明の一態様とすることができる。また、1つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、互い構成例を適宜組み合わせることが可能である。
 なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)、および/または、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)に対して、適用、組み合わせ、または置き換えなどを行うことが出来る。
 なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、または明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
 なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、および/または、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
 また、各実施の形態において本発明の一態様を説明したが、本発明の一態様はこれらに限定されない。例えば、本発明の一態様として実施の形態2では、トランジスタ203aなどのトランジスタのチャネル形成領域が、ポリシリコンを有する場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、様々な半導体を有していてもよい。例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。
<図面を説明する記載に関する付記>
 本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化する。そのため、配置を示す語句は、明細書で説明した記載に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
 また、「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層A上の電極B」の表現であれば、絶縁層Aの上に電極Bが直接接して形成されている必要はなく、絶縁層Aと電極Bとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
 また本明細書等において、ブロック図では、構成要素を機能毎に分類し、互いに独立したブロックとして示している。しかしながら実際の回路等においては、構成要素を機能毎に切り分けることが難しく、一つの回路に複数の機能が係わる場合や、複数の回路にわたって一つの機能が関わる場合があり得る。そのため、ブロック図のブロックは、明細書で説明した構成要素に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
 また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、説明の便宜上任意の大きさに示したものである。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は明確性を期すために模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、または、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。
 また、図面において、上面図(平面図、レイアウト図ともいう)や斜視図などにおいて、図面の明確性を期すために、一部の構成要素の記載を省略している場合がある。
<言い換え可能な記載に関する付記>
 本明細書等において、トランジスタの接続関係を説明する際、ソースとドレインとの一方を、「ソースまたはドレインの一方」(または第1電極、または第1端子)と表記し、ソースとドレインとの他方を「ソースまたはドレインの他方」(または第2電極、または第2端子)と表記している。これは、トランジスタのソースとドレインは、トランジスタの構造または動作条件等によって変わるためである。なおトランジスタのソースとドレインの呼称については、ソース(ドレイン)端子や、ソース(ドレイン)電極等、状況に応じて適切に言い換えることができる。
 また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。
 また、本明細書等において、電圧と電位は、適宜言い換えることができる。電圧は、基準となる電位からの電位差のことであり、例えば基準となる電位をグラウンド電圧(接地電圧)とすると、電圧を電位に言い換えることができる。グラウンド電位は必ずしも0Vを意味するとは限らない。なお電位は相対的なものであり、基準となる電位によっては、配線等に与える電位を変化させる場合がある。
 なお本明細書等において、「膜」、「層」などの語句は、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
 なお本明細書等において、1つの画素に1つのトランジスタおよび一つの容量素子を備えた1T−1C構造の回路構成を示しているが、本実施の形態はこれに限定されない。1つの画素に2つ以上のトランジスタおよび2つ以上の容量素子を有する回路構成とすることもでき、別途の配線がさらに形成されて、多様な回路構成としてもよい。
<語句の定義に関する付記>
 以下では、上記実施の形態中で言及しなかった語句の定義について説明する。
[スイッチについて]
 本明細書等において、スイッチとは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有するものをいう。または、スイッチとは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有するものをいう。
 一例としては、電気的スイッチまたは機械的なスイッチなどを用いることができる。つまり、スイッチは、電流を制御できるものであればよく、特定のものに限定されない。
 電気的なスイッチの一例としては、トランジスタ(例えば、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタなど)、ダイオード(例えば、PNダイオード、PINダイオード、ショットキーダイオード、MIM(Metal Insulator Metal)ダイオード、MIS(Metal Insulator Semiconductor)ダイオード、ダイオード接続のトランジスタなど)、またはこれらを組み合わせた論理回路などがある。
 なお、スイッチとしてトランジスタを用いる場合、トランジスタの「導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に短絡されているとみなせる状態をいう。また、トランジスタの「非導通状態」とは、トランジスタのソースとドレインが電気的に遮断されているとみなせる状態をいう。なおトランジスタを単なるスイッチとして動作させる場合には、トランジスタの極性(導電型)は特に限定されない。
 機械的なスイッチの一例としては、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)のように、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)技術を用いたスイッチがある。そのスイッチは、機械的に動かすことが可能な電極を有し、その電極が動くことによって、導通と非導通とを制御して動作する。
[チャネル長について]
 本明細書等において、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲートとが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとの間の距離をいう。
 なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
[チャネル幅について]
 本明細書等において、チャネル幅とは、例えば、半導体(またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分)とゲート電極とが重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。
 なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
 なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅(以下、実効的なチャネル幅と呼ぶ。)と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅(以下、見かけ上のチャネル幅と呼ぶ。)と、が異なる場合がある。例えば、立体的な構造を有するトランジスタでは、実効的なチャネル幅が、トランジスタの上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつ立体的な構造を有するトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、上面図において示される見かけ上のチャネル幅よりも、実際にチャネルの形成される実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
 ところで、立体的な構造を有するトランジスタにおいては、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
 そこで、本明細書では、トランジスタの上面図において、半導体とゲート電極とが重なる領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さである見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅(SCW:Surrounded Channel Width)」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面TEM像などを取得して、その画像を解析することなどによって、値を決定することができる。
 なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
[画素について]
 本明細書等において、画素とは、例えば、明るさを制御できる要素一つ分を示すものとする。よって、一例としては、一画素とは、一つの色要素を示すものとし、その色要素一つで明るさを表現する。従って、そのときは、R(赤)G(緑)B(青)の色要素からなるカラー表示装置の場合には、画像の最小単位は、Rの画素とGの画素とBの画素との三画素から構成されるものとする。
 なお、色要素は、三色に限定されず、それ以上でもよく、例えば、RGBW(Wは白)や、RGBに、イエロー、シアン、マゼンタを追加したものなどがある。
[表示素子について]
 本明細書等において、発光素子104などの表示素子とは、電気的作用または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものである。表示素子の一例としては、EL(エレクトロルミネッセンス)素子、LEDチップ(白色LEDチップ、赤色LEDチップ、緑色LEDチップ、青色LEDチップなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、カーボンナノチューブを用いた表示素子、液晶素子、電子インク、エレクトロウェッティング素子、電気泳動素子、プラズマディスプレイ(PDP)、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子(例えば、グレーティングライトバルブ(GLV)、デジタルマイクロミラーデバイス(DMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、MIRASOL(登録商標)、IMOD(インターフェロメトリック・モジュレーション)素子、シャッター方式のMEMS表示素子、光干渉方式のMEMS表示素子、圧電セラミックディスプレイなど)、カーボンナノチューブ、または、量子ドットなど、がある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ(透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ)などがある。電子インク、電子粉流体(登録商標)、又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。量子ドットを各画素に用いた表示装置の一例としては、量子ドットディスプレイなどがある。なお、量子ドットは、表示素子としてではなく、バックライトの一部に設けてもよい。量子ドットを用いることにより、色純度の高い表示を行うことができる。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、SRAMなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。なお、LEDチップを用いる場合、LEDチップの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するn型GaN半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するp型GaN半導体層などを設けて、LEDチップを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するn型GaN半導体層との間に、AlN層を設けてもよい。なお、LEDチップが有するGaN半導体層は、MOCVDで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、LEDチップが有するGaN半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。また、MEMS(マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム)を用いた表示素子においては、表示素子が封止されている空間(例えば、表示素子が配置されている素子基板と、素子基板に対向して配置されている対向基板との間)に、乾燥剤を配置してもよい。乾燥剤を配置することにより、MEMSなどが水分によって動きにくくなることや、劣化しやすくなることを防止することができる。
[接続について]
 本明細書等において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。
 なお、例えば、トランジスタのソース(または第1の端子など)が、Z1を介して(または介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)が、Z2を介して(または介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(または第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。
 例えば、「XとYとトランジスタのソース(または第1の端子など)とドレイン(または第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(または第1の端子など)、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(または第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(または第1の端子など)、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(または第1の端子など)とドレイン(または第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(または第1の端子など)、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(または第1の端子など)と、ドレイン(または第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
 または、別の表現方法として、例えば、「トランジスタのソース(または第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した、トランジスタのソース(または第1の端子など)とトランジスタのドレイン(または第2の端子など)との間の経路であり、前記第1の接続経路は、Z1を介した経路であり、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有しておらず、前記第3の接続経路は、Z2を介した経路である。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(または第1の端子など)は、少なくとも第1の接続経路によって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の接続経路は、第2の接続経路を有しておらず、前記第2の接続経路は、トランジスタを介した接続経路を有し、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)は、少なくとも第3の接続経路によって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の接続経路は、前記第2の接続経路を有していない。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(または第1の端子など)は、少なくとも第1の電気的パスによって、Z1を介して、Xと電気的に接続され、前記第1の電気的パスは、第2の電気的パスを有しておらず、前記第2の電気的パスは、トランジスタのソース(または第1の端子など)からトランジスタのドレイン(または第2の端子など)への電気的パスであり、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)は、少なくとも第3の電気的パスによって、Z2を介して、Yと電気的に接続され、前記第3の電気的パスは、第4の電気的パスを有しておらず、前記第4の電気的パスは、トランジスタのドレイン(または第2の端子など)からトランジスタのソース(または第1の端子など)への電気的パスである。」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続経路について規定することにより、トランジスタのソース(または第1の端子など)と、ドレイン(または第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。
 なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。
D1  データ
D2  データ
DL_n  データ線
DL_1  データ線
DL_2  データ線
DL_3  データ線
GL_m  ゲート線
GL_1  ゲート線
GL_2  ゲート線
LC1  ノード
LC2  ノード
P1  期間
P2  期間
P11  期間
P12  期間
P13  期間
10_A  画素
10_B  画素
10_1  画素
10_2  画素
10_3  画素
10_4  画素
10_5  画素
10_6  画素
10_7  画素
10_8  画素
10_9  画素
10_10  画素
10_11  画素
10_12  画素
11  トランジスタ
11_1  トランジスタ
11_2  トランジスタ
13_0  曲線
13_1  曲線
15  データ遷移期間
16  期間
21  表示部
22  ゲート線駆動回路
22B  ゲート線駆動回路
23  データ線駆動回路
24  制御線駆動回路
61  導電膜
62  半導体膜
62C  半導体膜
62D  半導体膜
62S  半導体膜
63A  導電膜
63B  導電膜
64  導電膜
65A  開口部
65B  開口部
65C  開口部
66  導電膜
71  導電膜
72  スリット
81  基板
82  絶縁膜
83  絶縁膜
84  絶縁膜
85  絶縁膜
86  絶縁膜
87  絶縁膜
102  基板
104  発光素子
203a  トランジスタ
205a  接続部
207a  液晶素子
211  基板
212  絶縁膜
213  絶縁膜
215  絶縁膜
217  絶縁膜
219  絶縁膜
231  導電膜
233  導電膜
235  導電膜
241  着色膜
243  遮光膜
245  絶縁膜
247  スペーサ
249  液晶
251  導電膜
252  導電膜
253  絶縁膜
254  導電膜
255  導電膜
257  接続体
259  FPC
261  基板
265  接着層
267  接続体
268  IC
269  FPC
270a  トランジスタ
271  ゲート電極
272  ポリシリコン膜
273  ゲート電極
274a  ソース電極
274b  ドレイン電極
280a  トランジスタ
300  液晶表示装置
301  表示部
302  ゲート線駆動回路
303  画素
601  基板
602  導電膜
603  絶縁膜
603a  絶縁膜
603b  絶縁膜
604  非晶質半導体膜
605  ニッケル含有層
606  結晶性半導体膜
607  バリア層
608  ゲッタリングサイト
609  半導体膜
610  半導体膜
611  絶縁膜
612a  導電膜
612b  導電膜
614  マスク
615  導電膜
615a  下層
615b  上層
616  導電膜
616a  下層
616b  上層
617  導電膜
617a  下層
617b  上層
618  導電膜
618a  下層
618b  上層
620  不純物領域
621  不純物領域
622  不純物領域
623  不純物領域
624  不純物領域
625  不純物領域
626  マスク
627  不純物領域
630  層間絶縁膜
631  nチャネル型トランジスタ
632  pチャネル型トランジスタ
633  層間絶縁膜
634  層間絶縁膜
635  配線
636  配線
637  配線
638  配線
640  画素電極
5000  筐体
5001  表示部
5002  表示部
5003  スピーカ
5004  LEDランプ
5005  操作キー
5006  接続端子
5007  センサ
5008  マイクロフォン
5009  スイッチ
5010  赤外線ポート
5011  記録媒体読込部
5012  スタンド
5013  リモコン操作機
5014  アンテナ
5015  シャッターボタン
5016  受像部
5017  充電器
5018  バンド
5019  留め金
5020  アイコン
5021  アイコン
6500  タッチパネルモジュール
6501  回路ユニット
6502  データ線駆動回路
6503  センサ駆動回路
6504  検出回路
6505  タイミングコントローラ
6506  画像処理回路
6510  タッチパネル
6511  表示部
6512  入力部
6513  ゲート線駆動回路
6520  IC
6530  IC
6531  基板
6532  対向基板
6533  FPC
6534  PCB
6540  CPU
8000  タッチパネルモジュール
8001  上部カバー
8002  下部カバー
8003  FPC
8004  タッチパネル
8007  バックライト
8008  光源
8009  フレーム
8010  プリント基板
8011  バッテリ

Claims (7)

  1.  第1の画素と、第2の画素と、第1の配線と、第2の配線と、第3の配線と、第4の配線と、を有し、
     前記第1の画素は、第1のトランジスタと、第1の液晶素子と、を有し、
     前記第2の画素は、第2のトランジスタと、第2の液晶素子と、を有し、
     前記第1のトランジスタは、第1のゲートと、第2のゲートと、を有し、
     前記第1のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の配線と電気的に接続され、
     前記第1のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第1の液晶素子と電気的に接続され、
     前記第1のトランジスタの第1のゲートは、前記第2の配線と電気的に接続され、
     前記第1のトランジスタの第2のゲートは、前記第3の配線と電気的に接続され、
     前記第2のトランジスタは、第1のゲートと、第2のゲートと、を有し、
     前記第2のトランジスタのソース又はドレインの一方は、前記第1の配線と電気的に接続され、
     前記第2のトランジスタのソース又はドレインの他方は、前記第2の液晶素子と電気的に接続され、
     前記第2のトランジスタの第1のゲートは、前記第2の配線と電気的に接続され、
     前記第2のトランジスタの第2のゲートは、前記第4の配線と電気的に接続され、
     前記第1の配線は、ビデオ電圧を前記第1の画素および前記第2の画素に伝える機能を有し、
     前記第2の配線は、走査信号を前記第1の画素および前記第2の画素に伝える機能を有し、
     前記第3の配線は、前記第1のトランジスタの閾値電圧を制御するための第1の制御信号を伝える機能を有し、
     前記第4の配線は、前記第2のトランジスタの閾値電圧を制御するための第2の制御信号を伝える機能を有することを特徴とする液晶表示装置。
  2.  請求項1において、
     前記第1のトランジスタおよび前記第2のトランジスタは、チャネル形成領域にポリシリコンを有するトランジスタであることを特徴とする液晶表示装置。
  3.  請求項1または2において、
     前記第3の配線および前記第4の配線は、光を透過する機能を有することを特徴とする液晶表示装置。
  4.  請求項1乃至3のいずれか一において、
     前記第1のトランジスタの第1のゲートは、チャネル形成領域を介して、前記第1のトランジスタの第2のゲートと重なる領域を有し、
     前記第2のトランジスタの第1のゲートは、チャネル形成領域を介して前記第2のトランジスタの第2のゲートと重なる領域を有することを特徴とする液晶表示装置。
  5.  請求項1乃至3のいずれか一において、
     前記第1の制御信号および前記第2の制御信号の周波数は、前記走査信号の周波数よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
  6.  請求項1乃至3のいずれか一において、
     前記ビデオ電圧の電圧振幅は、前記第1の制御信号または前記第2の制御信号の電圧振幅よりも小さいことを特徴とする液晶表示装置。
  7.  請求項1乃至3のいずれか一の液晶表示装置を有する電子機器。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010283338A (ja) * 2009-05-01 2010-12-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JP2011029635A (ja) * 2009-07-03 2011-02-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd トランジスタを有する表示装置の作製方法
US20150153599A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010283338A (ja) * 2009-05-01 2010-12-16 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置の作製方法
JP2011029635A (ja) * 2009-07-03 2011-02-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd トランジスタを有する表示装置の作製方法
US20150153599A1 (en) * 2013-12-02 2015-06-04 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Display device

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