(57)【要約】【課題】使用者の表示装置の長時間使用における眼精疲労を抑制すること。【解決手段】表示手段と、検出手段と、制御手段とを備え、検出手段は、使用者の目の状態を検出して検出情報を取得し、且つ、検出情報を制御手段に送信し、制御手段は、検出情報に基づいて使用者の疲労情報を抽出し、且つ、疲労情報に基づいて、表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段を駆動する。【選択図】図１
2014130325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示手段と、検出手段と、制御手段とを備え、
前記検出手段は、使用者の目の状態を検出して検出情報を取得し、且つ、前記検出情報を前記制御手段に送信し、
前記制御手段は、前記検出情報から前記使用者の疲労情報を抽出し、且つ、前記疲労情報に基づいて、前記表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、前記表示手段を駆動する、
表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表示装置において、
前記制御手段は、前記疲労情報に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、前記表示手段を駆動する、
表示装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の表示装置において、
前記制御手段は、設定情報を格納する格納手段をさらに有し、
前記制御手段は、前記疲労情報と前記設定情報の両方に基づいて、前記表示手段を駆動する、
表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の表示装置において、
前記特定の波長は４２０ｎｍであることを特徴とする、
表示装置。
【請求項５】
表示手段と、検出手段と、制御手段と、演算装置とを備える表示装置を駆動するためのプログラムであって、
前記検出手段に、使用者の目の状態を検出させて検出情報を取得させ、且つ、前記検出情報を前記制御手段に送信させるステップと、
前記制御手段に、前記検出情報から前記使用者の疲労情報を抽出させ、且つ、前記疲労情報に基づいて、前記表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、前記表示手段を駆動させるステップと、
を、前記演算装置に実行させるためのプログラム。
【請求項６】
請求項５に記載のプログラムにおいて、
前記制御手段に、前記疲労情報に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、前記表示手段を駆動させるステップを、さらに実行させるためのプログラム。
【請求項７】
表示手段と、検出手段と、制御手段と、演算装置と、格納手段とを備える表示装置を駆動するためのプログラムあって、
前記検出手段に、使用者の目の状態を検出させて検出情報を取得させ、且つ、前記検出情報を前記制御手段に送信させるステップと、
前記制御手段に、前記格納手段に予め格納された設定情報の読み出しを行わせるステップと、
前記制御手段に、前記検出情報から前記使用者の疲労情報を抽出させ、且つ、前記疲労情報と前記設定情報の両方に基づいて、前記表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、前記表示手段を駆動させるステップと、
を、前記演算装置に実行させるためのプログラム。
【請求項８】
請求項７に記載のプログラムにおいて、
前記制御手段に、前記疲労情報と前記設定情報の両方に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、前記表示手段を駆動させるステップを、さらに実行させるためのプログラム。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか一に記載のプログラムにおいて、
前記特定の波長は４２０ｎｍであることを特徴とする、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像を表示する表示装置に関する。また表示装置を駆動するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの表示装置は、テレビジョンの他、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）のモニタ、ノート型ＰＣのディスプレイ、携帯情報端末のディスプレイなどに適用されている。
【０００３】
一方、短波長の光は観察者の眼精疲労や網膜の損傷に関与するということが知られている。そのため、観察者の目に届く光のうち、短波長の光をカットする方法が検討されている。例えば特許文献１には、３００ｎｍから５４９ｎｍの間の波長の光を選択的にブロックするレンズが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４８７８７４８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
表示装置を備える電子機器の普及に伴い、使用者が表示装置を長時間継続して見続けることが頻繁になされるようになってきた。表示装置から発せられる光には、使用者の眼精疲労を助長する短波長の光が含まれる。さらにこのような光を目に長時間受け続けた場合には、網膜を損傷してしまう場合もある。そのため、短波長の光をカットするためのレンズを着用するなどの対策を施さない場合には、使用者の健康が害されてしまう恐れがあった。
【０００６】
したがって本発明の一態様は、使用者の表示装置の長時間使用における眼精疲労を抑制することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明の一態様は、表示手段と、検出手段と、制御手段とを備え、検出手段は、使用者の目の状態を検出して検出情報を取得し、且つ、検出情報を制御手段に送信し、制御手段は、検出情報から使用者の疲労情報を抽出し、且つ、疲労情報に基づいて、表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段を駆動する、表示装置である。
【０００８】
このような構成とすることで、使用者の目の状態から検出される使用者の疲労状態に応じて、短波長の光の輝度を低減することにより、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【０００９】
また、上記本発明の一態様の表示装置において、制御手段は、疲労情報に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、表示手段を駆動することが好ましい。
【００１０】
また、上記本発明の一態様の表示装置において、制御手段は、設定情報を格納する格納手段をさらに有し、制御手段は、疲労情報と設定情報の両方に基づいて、表示手段を駆動することが好ましい。
【００１１】
また、上記特定の波長は４２０ｎｍであることがより好ましい。
【００１２】
表示のリフレッシュレートを十分に低減することにより、表示部に表示される画像のちらつきが視認されてしまうことを抑制することができる。このような画像のちらつきは、使用者の眼精疲労を助長することとなる。特に、高い周波数で発せられる短波長の光を使用者が視認すると、使用者の目への刺激が相乗的に高まるため眼精疲労がより助長されてしまう。したがって、短波長の光の輝度が低減された表示に対し、さらに十分にリフレッシュレートを低減することにより、使用者の眼精疲労を効果的に抑制することができる。
【００１３】
本明細書等において、リフレッシュレート（走査周波数、垂直同期周波数ともいう）とは、表示手段に表示される表示を書き換える頻度（単位時間あたりの回数）のことをいう。
【００１４】
また、本発明の一態様は、表示手段と、検出手段と、制御手段と、演算装置とを備える表示装置を駆動するためのプログラムであって、検出手段に、使用者の目の状態を検出させて検出情報を取得させ、且つ、検出情報を制御手段に送信させるステップと、制御手段に、検出情報から使用者の疲労情報を抽出させ、且つ、疲労情報に基づいて、表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段を駆動させるステップと、を、演算装置に実行させるためのプログラムである。
【００１５】
また、上記本発明の一態様のプログラムにおいて、制御手段に、前記疲労情報に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、前記表示手段を駆動させるステップを、さらに有することが好ましい。
【００１６】
また、本発明の一態様は、表示手段と、検出手段と、制御手段と、演算装置と、格納手段とを備える表示装置を駆動するためのプログラムあって、検出手段に、使用者の目の状態を検出させて検出情報を取得させ、且つ、検出情報を制御手段に送信させるステップと、制御手段に、格納手段に予め格納された設定情報の読み出しを行わせるステップと、制御手段に、検出情報から使用者の疲労情報を抽出させ、且つ、疲労情報と設定情報の両方に基づいて、表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段を駆動させるステップとを、演算装置に実行させるためのプログラムである。
【００１７】
また、上記本発明の一態様のプログラムにおいて、制御手段に、疲労情報と設定情報の両方に基づき、表示のリフレッシュレートを変化させるように、表示手段を駆動させるステップを、さらに有することが好ましい。
【００１８】
また、上記特定の波長は４２０ｎｍであることがより好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、使用者の表示装置の長時間使用における眼精疲労を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図。
【図２】本発明の一態様の表示装置の動作例に係る輝度の入力−出力特性の例。
【図３】本発明の一態様の表示装置の動作例に係るフローチャート。
【図４】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図及び概略図。
【図５】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図。
【図６】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図。
【図７】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図及び回路図。
【図８】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明するブロック図。
【図９】本発明の一態様の表示装置の構成例を説明する図。
【図１０】本発明の一態様のプログラムを実行する演算装置の構成例を説明する図。
【図１１】本発明の一態様の表示装置を備える電子機器の構成例を説明する図。
【図１２】実施例に係る、表示部への表示例を説明する図。
【図１３】実施例に係る、表示部への表示例を説明する図。
【図１４】実施例に係る、臨界融合周波数の測定結果。
【図１５】実施例に係る、調節近点距離の測定結果。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の構成例と、表示装置の駆動方法の一例について、図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態で例示する表示装置１００の構成例を示すブロック図である。
【００２５】
なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【００２６】
表示装置１００は、制御手段１０１と、表示手段１０２と、検出手段１０３と、を備える。
【００２７】
制御手段１０１は、演算装置１１１と、コントローラ１１２と、記憶装置１１３を備える。表示手段１０２は、画素部１１６と、駆動回路１１７と、駆動回路１１８を備える。検出手段１０３は、検出器１１４と、コントローラ１１５を備える。
【００２８】
検出手段１０３が備える検出器１１４はコントローラ１１５によって駆動が制御される。検出器１１４は使用者の目の状態を検出し、その目の状態の情報（検出情報ともいう）をコントローラ１１５に出力することができる。
【００２９】
使用者の目の状態には、使用者の眼球の動き、眼球を構成する部分（白目、虹彩、瞳孔等）の色または形状、またはまぶたの動きなどが含まれる。
【００３０】
検出器１１４としては、代表的にはカメラを用いることができる。このとき、使用者の眼球の映像をカメラで撮影し、その映像を検出情報としてコントローラ１１５に出力する。
【００３１】
検出器１１４は、赤外線を放出する光源と、使用者の眼球から反射した赤外線を検出する受光部と、を備える構成としてもよい。赤外線を使用することで、使用者に負担をかけることなく、精度良く使用者の目の状態を検出することができる。
【００３２】
コントローラ１１５は、制御手段１０１内の演算装置１１１から入力される制御信号に応じて、検出器１１４を駆動する。さらにコントローラ１１５は、検出器１１４から入力される検出情報を制御手段１０１内の演算装置１１１に出力する。
【００３３】
制御手段１０１が備えるコントローラ１１２は、演算装置１１１によってその動作が制御され、駆動回路１１７及び駆動回路１１８に、映像信号、同期信号等を含む駆動信号を出力する。
【００３４】
なお、演算装置１１１とコントローラ１１２の間にＤＡコンバータを設けてもよい。または、コントローラ１１２と駆動回路１１７または駆動回路１１８の間にＤＡコンバータを設ける構成としてもよい。
【００３５】
駆動回路１１７及び駆動回路１１８は、画素部１１６内の画素を駆動することにより、画素部１１６に画像を表示させることができる。
【００３６】
演算装置１１１には、映像信号Ｓが入力される。映像信号Ｓは圧縮や符号化がなされた信号であり、演算装置１１１はこの信号のデコードを行うことができる。演算装置１１１は、例えば解像度のアップコンバートに伴う画素間補完、フレーム周波数のアップコンバートに伴うフレーム間補完などの処理や、ノイズ除去処理、階調変換処理、色調補正処理などの画像処理を行う機能を有していてもよい。
【００３７】
また演算装置１１１は、表示手段１０２を駆動するコントローラ１１２の動作を制御することができる。例えば、演算装置１１１はコントローラ１１２に対してデコード後の映像信号や同期信号等を出力することにより、コントローラ１１２の動作を制御する。また演算装置１１１は記憶装置１１３内に格納された情報を読み出す、または記憶装置１１３に情報を書き込むことができる。
【００３８】
ここで、演算装置１１１は、検出手段１０３から入力された検出情報に基づいて使用者の疲労情報を抽出し、該疲労情報に基づいて、表示手段１０２から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段１０２を駆動するように、コントローラ１１２の動作を制御する。
【００３９】
表示手段１０２から発する光の輝度を変化させる方法としては、例えば、コントローラ１１２に出力する映像信号として、映像信号Ｓに含まれる特定の波長以下の色の出力レベルに対して補正をかけた信号を出力することにより実現できる。
【００４０】
例えば映像信号Ｓに、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色の輝度情報が含まれている場合には、Ｂの出力輝度を変化させる補正をかけることにより、短波長領域の光の輝度を変化させることができる。このとき、Ｂの輝度情報を一様に変化させるように補正を行ってもよいし、Ｂの輝度情報のうち所定の輝度以上の輝度を出力しないような補正を行ってもよいし、コントラスト値を変化させるように補正を行ってもよい。
【００４１】
図２に、映像信号Ｓに輝度を低下させるような補正をかけた場合の、輝度の入力−出力特性の例を示す。ここでは、輝度を２５６階調に分割した場合の特性を示している。
【００４２】
図２（Ａ）は、入力輝度に対する出力輝度の傾きを小さくするように補正をかけた場合の輝度の入力−出力特性である。このような補正をかけると、低輝度側から高輝度側まで一様に輝度を低下させることができる。図２（Ｂ）は、所定の輝度以上の輝度を出力しないように補正をかけた場合の入力−出力特性である。このような補正をかけると、所定の輝度よりも低輝度側では色調の変化を伴わないため、表示を自然なものとすることができる。図２（Ｃ）は、図２（Ａ）と同様に入力輝度に対する出力輝度の傾きを小さくする補正をかけた場合の輝度の入力−出力特性であるが、高輝度側の輝度を低下させると共に、低輝度側の輝度を上昇させるようにした点で図２（Ａ）とは異なる。このような補正は、表示のコントラストを低下させる補正に相当する。
【００４３】
このような補正は、少なくとも映像信号Ｓに含まれる最も短波長の色の信号（例えばＢ）に対して行う。また、映像信号Ｓに含まれる全ての色の信号（例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂ）に対して補正をかけることもでき、その場合には補正に伴う表示の色調の変化を自然なものとすることができる。
【００４４】
補正により、２８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは２８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長を含む光の輝度を変化させることが好ましい。
【００４５】
液晶表示装置などの表示装置では、表示面側にガラス基板が用いられる場合が多く、ガラス材料を透過した光を使用者が観察する。ガラス材料の多くは２８０ｎｍ以下の波長の光に対する透過率が極めて低いため、表示装置から２８０ｎｍ以下の波長の光が使用者の目に届くことはほとんどない。
【００４６】
また、５００ｎｍ以下の波長の光、特に４２０ｎｍ以下の波長の光はエネルギーが高く、目の角膜や水晶体で吸収されずにその一部が網膜まで到達するため、眼精疲労を誘発する。またこのような波長の光は、長期的な網膜への影響（例えば、加齢黄斑変性など）や、夜中までこのような波長の光に暴露された際の概日リズム（サーカディアン・リズム：Ｃｉｒｃａｄｉａｎ  ｒｈｙｔｈｍ）への悪影響を引き起こす場合もある。特に虹彩の色が薄い人の場合には、短波長の光を吸収するメラニン色素の虹彩に含まれる割合が少ないため、このような光の影響をより強く受けやすい。またこのような波長の光は散乱しやすいため、例えば画素部に表示された文字や画像がぼやけて視認されやすく、これにピントを合わせるために瞳孔を収縮させる毛様体筋を刺激して眼精疲労を誘発する。したがって、このような波長の光の輝度を低下させることにより、使用者の眼精疲労を効果的に抑制することができる。
【００４７】
続いて、演算装置１１１が抽出する疲労情報について説明する。使用者の疲労情報としては、例えば使用者の注視期間の長さ、所定時間あたりの瞬きの回数などを用いることができる。このほか、眼球の振動（眼振、眼球振とう、ともいう）の振幅や振動数、眼球の充血度、瞳孔の面積、まぶた等の痙攣の頻度などを疲労情報として用いることができる。また、使用者が長時間（例えば１秒以上）まぶたをとじる仕草や、指等で目を押さえる仕草など、疲労に伴って生理的に行われやすい仕草、またはその頻度を疲労情報として用いることもできる。演算装置１１１は、検出情報に含まれるこのような疲労情報をデータとして抽出する。
【００４８】
記憶装置１１３内にはＬＵＴ（ルックアップテーブル）１１９が予め格納されている。ＬＵＴ１１９は、表示手段１０２から発する特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるための補正データと、疲労情報のデータとを対応させたデータ構造を有する。このようなＬＵＴ１１９は、複数の被験者に対してテストを行うことで得たデータを基に統計的に算出したものを用いればよい。
【００４９】
ＬＵＴ１１９に含まれる補正データの一例としては、例えば、図２で示したような入力−出力特性を規定するパラメータなどがある。
【００５０】
演算装置１１１は、抽出した疲労情報のデータとＬＵＴ１１９とを照合し、対応する補正データを取得する。その後、取得した補正データに基づいて表示手段１０２から発する特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、コントローラ１１２を制御する。
【００５１】
ここで、演算装置１１１が抽出する疲労情報は、使用者の疲労状態に応じて段階的にレベル（疲労レベル）が設定されることが好ましい。このとき、各疲労レベルに対応した補正データに基づいて、輝度の補正を行う。例えば、使用者の疲労が軽微な場合と重篤な場合とで、低下させる輝度の割合を変化させる。
【００５２】
また、使用者の疲労状態が一定期間継続された場合に、段階的に補正データを更新する構成としてもよい。例えば、使用者の疲労が改善されない状態が一定期間継続した場合に、低下させる輝度の割合を段階的に大きくしていく。
【００５３】
このように、使用者の疲労レベルや疲労状態の継続期間に応じて、段階的に補正を強めるように動作することにより、長時間の使用であっても、使用者の疲労の蓄積を緩和させる、さらには疲労を改善させることができる。
【００５４】
なお、使用者の疲労が検出された場合に、輝度の補正を行うことと併せて表示手段に、使用者が疲労していることを知らせるための表示を行ってもよい。表示手段にこのような表示を行うことにより、使用者の表示装置の使用の休止などを促すことができ、眼精疲労の蓄積を防止することができる。
【００５５】
続いて、表示装置１００の動作の手順の例について説明する。図３は、表示装置１００の動作に係るフローチャートである。
【００５６】
ステップ１０において、表示装置１００の動作が開始される。
【００５７】
ステップ１１において、検出器１１４が検出情報を取得する。さらにコントローラ１１５を介して演算装置１１１に検出情報を出力する。
【００５８】
ステップ１２において、演算装置１１１は検出情報から疲労情報をデータとして抽出する。
【００５９】
ステップ１３において、演算装置１１１は記憶装置１１３内に格納されたＬＵＴ１１９と、疲労情報のデータとを照合し、ＬＵＴ１１９に疲労情報のデータに対応する補正データが存在した場合には、これを取得する。一方、疲労情報のデータに対応する補正データが存在しない（補正を必要としない）場合には、補正データの取得は行わず、ステップ１５に移行する。
【００６０】
ステップ１４において、演算装置１１１は、入力される映像信号Ｓに対して、補正データに基づく補正を行い、補正後の映像信号を生成する。このとき演算装置１１１は、映像信号Ｓに対して上述の画像処理を施してもよい。
【００６１】
ステップ１５において、演算装置１１１は、生成した映像信号を含む駆動信号をコントローラ１１２に出力する。コントローラ１１２は該駆動信号に基づいて駆動回路１１７及び駆動回路１１８を駆動し、画素部１１６に画像が表示される。
【００６２】
ステップ１５の後、ステップ１１から動作を繰り返す。
【００６３】
以上が表示装置１００の動作例についての説明である。
【００６４】
本実施の形態で例示した表示装置１００は、使用者の目の状態から検出される使用者の疲労状態に応じて、短波長の光の輝度を低減することにより、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【００６５】
［変形例１］
以下では、上記で例示した表示装置１００と構成の一部が異なる表示装置の構成例について説明する。なお、上記と重複する部分については説明を省略する場合がある。
【００６６】
図４（Ａ）に示す表示装置１５０は、液晶表示装置の一例である。表示装置１５０は表示手段１０２にバックライト１２１を備える点、及び制御手段１０１にコントローラ１２２を備える点で、表示装置１００と相違している。
【００６７】
バックライト１２１は、異なる２以上の色の光を発し、それぞれの色の輝度を独立して制御可能なものであることが好ましい。ここで、バックライト１２１はＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の３色、またはそれ以上の色の光を発することが好ましい。
【００６８】
また、輝度を変化させる色のみを独立して制御可能な構成としてもよい。例えば、Ｂ（青色）と、Ｂ（青色）の補色となる２色の光（例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色））を発する構成とし、Ｂ（青色）の光の輝度と、それ以外の２色の光の輝度とを、それぞれ個別に制御可能な構成としてもよい。
【００６９】
図４（Ｂ）はバックライト１２１の構成の一例を示す概略図である。バックライト１２１は、赤色の光を呈する光源１２３ｒ、緑色の光を呈する光源１２３ｇ、青色の光を呈する光源１２３ｂをそれぞれ複数有している。また、拡散板１２４が光源１２３ｒ、１２３ｇ、１２３ｂに重ねて設けられている。
【００７０】
光源１２３ｒ、１２３ｇ、１２３ｂがそれぞれ所定の輝度で発光することにより、バックライト１２１から白色の発光を得ることができる。また、光源１２３ｒ、１２３ｇ、１２３ｂのそれぞれの輝度を変化させることにより、様々な発光色を得ることができる。
【００７１】
光源１２３ｒ、１２３ｇ、１２３ｂとしては、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）や、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子等の発光素子を用いることができる。
【００７２】
拡散板１２４は、各光源からの発光を拡散する目的で設けられ、拡散板１２４を設けることによりバックライト１２１から輝度分布が改善された面発光を得ることができる。
【００７３】
制御手段１０１が備えるコントローラ１２２は、バックライト１２１の駆動を制御することができる。より具体的には、コントローラ１２２は、バックライト１２１が発する複数の色の輝度をそれぞれ独立に制御することができる。コントローラ１２２は、演算装置１１１によってその動作が制御される。
【００７４】
演算装置１１１は、検出情報から抽出した疲労情報に基づいて、バックライト１２１からの発光のうち、特定の波長以下の光の輝度を変化させるように、コントローラ１２２の動作を制御する。例えば、使用者の疲労を検出した場合に、バックライト１２１からの発光のうち、最も短波長側の発光色（例えばＢ）の輝度を低下させるように、コントローラ１２２の動作を制御する。
【００７５】
このような構成とすることにより、より容易に、表示手段１０２から発する特定の波長以下の波長の光の輝度を制御することができる。
【００７６】
なお、演算装置１１１は、上述した映像信号Ｓの補正の動作をバックライト１２１の駆動の制御と同時に行う構成としてもよい。
【００７７】
以上が本変形例の説明である。
【００７８】
［変形例２］
以下では、上記で例示した表示装置１００と構成の一部が異なる表示装置の別の構成例について説明する。なお、上記と重複する部分については説明を省略する場合がある。
【００７９】
図５に示す表示装置１６０は、記憶装置１１３内に設定情報１２５が格納されている点で、表示装置１００と相違している。
【００８０】
設定情報１２５は、演算装置１１１の処理を規定するための情報を含む。例えば、使用者の疲労状態に基づいて、表示手段１０２からの発光輝度を変化させる処理を行うか否かを規定する情報を含む。また設定情報１２５には、発光輝度を変化させる割合、輝度を変化させる色の指定、疲労状態の検出頻度や、疲労状態の判定のしきい値などを設定するパラメータを含んでいてもよい。
【００８１】
設定情報１２５に含まれる情報は、使用者が自由に変更可能であることが好ましい。例えば、表示手段１０２に表示される画像として、記憶装置１１３内に格納される設定情報１２５の内容を参照可能な構成とし、図示しない入力手段によって、使用者が設定情報の内容を変更可能な構成とすればよい。
【００８２】
演算装置１１１は、記憶装置１１３内に格納された設定情報１２５を読み出すことができる。例えば、表示装置１６０の起動時や、設定情報１２５が更新された時に読み出しを行えばよい。
【００８３】
演算装置１１１は、設定情報１２５と、検出情報から抽出した疲労情報の両方に基づいて、処理を実行する。
【００８４】
このように、演算装置１１１の処理を行う条件などを使用者が予め設定できるようにすることで、表示手段１０２から発する光の輝度の変化を使用者の許容する範囲内に設定でき、使用者にストレスを感じさせずに効果的に眼精疲労を抑制することができる。
【００８５】
なお、表示装置１６０に変形例１で例示したバックライト１２１及びコントローラ１２２を備える構成とし、演算装置１１１が設定情報１２５に基づいてバックライト１２１の発光輝度を変化させる構成としてもよい。
【００８６】
以上が本変形例の説明である。
【００８７】
［変形例３］
本変形例では、上記とは異なる駆動が可能な表示装置について説明する。なお、上記と重複する部分については、説明を省略する場合がある。
【００８８】
本変形例で例示する表示装置は、検出情報から抽出した疲労情報に基づき、表示手段１０２からの表示のリフレッシュレート（走査周波数、垂直同期周波数ともいう）を変更することができる。より具体的には、所定のリフレッシュレートで動作する第１のモードと、これよりも低いリフレッシュレートで動作する第２のモードとを切り換えることができる。
【００８９】
表示の切り替えに伴うちらつきは、使用者の眼精疲労を誘発する場合がある。したがって使用者の疲労を検知した時に、リフレッシュレートが極めて低い表示を行うことで、表示の切り換えに伴うちらつきが抑制され、使用者の疲労の蓄積を緩和、さらには改善させることができる。
【００９０】
第１のモードにおけるリフレッシュレートは３０Ｈｚ以上、好ましくは６０Ｈｚ以上９６０Ｈｚ未満とすることができる。リフレッシュレートを使用者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度に設定することで、動画像をなめらかに表示することができる。
【００９１】
第２のモードにおけるリフレッシュレートは、１．１６×１０−５Ｈｚ（１日に約１回の頻度）以上１０Ｈｚ以下、好ましくは２．７８×１０−４Ｈｚ（１時間に約１回の頻度）以上１Ｈｚ以下とすることができる。このように極めて低いリフレッシュレートに設定することで、実質的にちらつきを生じない表示を実現できる。
【００９２】
なお、プログレッシブ方式を用いた表示方法の場合、リフレッシュレートはフレームレートと同じ値となるが、インターレース方式を用いた表示方法の場合では、リフレッシュレートとフレームレートとは異なる値をとる。
【００９３】
表示される画像が静止画の場合には、第２のモードを適用することによりちらつきの生じない表示を行うことができる。一方表示される画像が動画の場合には、第２のモードから第１のモードに移行することで、なめらかな動画表示を実現する。このように、使用者の疲労を検出した場合に、表示される画像に応じて第１のモードと第２のモードとを併用する駆動を行うことにより、使用者にストレスを感じさせることなく効果的に眼精疲労を抑制することができる。なお、使用者の疲労が検出されない、または疲労が軽微な場合であっても、このように２つのモードを併用する駆動を行うことにより、眼精疲労の発生または悪化を効果的に抑制できる。
【００９４】
ここで第２のモードにおいて、画像の書き換え動作を、使用者の瞬きの動作と同時に行うことが好ましい。使用者が瞬きをするのと同時に画像を書き換えることにより、画像の書き換えに伴うちらつきを、使用者が視認することがなくなるため、眼精疲労をより効果的に抑制できる。
【００９５】
例えば、図１で例示した表示装置１００の構成の場合には、演算装置１１１は、検出器１１４によって撮影された使用者の眼球を含む映像から、使用者の瞬きの動作が開始されたことを検出し、画素部１１６に表示する画像の書き換え動作を実行するようにコントローラ１１２を駆動させることにより、実現できる。使用者の瞬きの動作が開始されるタイミングは、使用者のまぶたの動きを検知することなどにより検出することができる。
【００９６】
このような極めて低いリフレッシュレートでの駆動が可能な表示装置の詳細な構成については、実施の形態２で説明する。
【００９７】
なお、第２のモードのリフレッシュレートとして、第１のモードのリフレッシュレートよりも高い値を用いることもできる。極めて高いリフレッシュレートで表示の書き換えを行うことにより、使用者が視認するちらつきを低減し、眼精疲労の蓄積を抑制できる。この場合、例えば第１のモードのリフレッシュレートを３０Ｈｚ以上７５Ｈｚ未満とし、第２のモードのリフレッシュレートを７５Ｈｚ以上９６０Ｈｚ未満とすればよい。
【００９８】
以上が本変形例についての説明である。
【００９９】
ここで、表示される映像について説明する。表示の素早い切り替えは、使用者が意識しないうちに眼精疲労を誘発する場合がある。表示の切り替えとしては、例えば、異なるシーンの切り換えや、異なる静止画を切り換える場合などが含まれる。
【０１００】
そのため、表示される映像として、不連続な画像が切り替わる際には、瞬間的に表示を切り換えるのではなく、緩やかに（静かに）、自然に画像が切り替わるように、表示することが好ましい。例えば、不連続な第１の画像から第２の画像に表示が切り替わる場合に、フェードイン、フェードアウトなどの手法を用いることが好ましい。特に、第１の画像がフェードアウトすると同時に、第２の画像がフェードインする（クロスフェードともいう）ように、両者の画像を一時的にオーバーラップさせるようにして、表示を切り換えることが好ましい。
【０１０１】
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１０２】
（実施の形態２）
本実施の形態では、リフレッシュレートを変更可能な、表示機能を有する半導体装置（表示装置ともよぶ）及びその駆動方法の一例について、図面を参照して説明する。
【０１０３】
図６は、本実施の形態で例示する表示装置の構成を説明するブロック図である。
【０１０４】
＜１．表示装置の構成＞
図６に例示する表示装置６００は、制御手段６１０と、表示手段６３０を少なくとも備える。表示手段６３０は、画素部６３１と、入力される第１の駆動信号（Ｓ信号ともいう）６３３＿Ｓを保持し、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じて画素部６３１に画像を表示する表示素子６３５を含む画素回路６３４と、Ｓ信号６３３＿Ｓを画素回路６３４に出力する第１の駆動回路（Ｓ駆動回路ともいう）６３３と、画素回路６３４を選択する第２の駆動信号（Ｇ信号ともいう）６３２＿Ｇを画素回路６３４に出力する第２の駆動回路（Ｇ駆動回路ともいう）６３２と、を有する。
【０１０５】
そして、Ｇ駆動回路６３２は、Ｇ信号６３２＿Ｇを画素に１秒間に３０回以上の頻度、好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する第１のモードと、１日に１回以上１秒間に０．１回未満の頻度、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する第２のモードを備える。
【０１０６】
なお、Ｇ駆動回路６３２は、入力されるモード切り替え信号に応じて第１のモードと第２のモードとを切り替える。
【０１０７】
また、画素回路６３４は画素６３１ｐに設けられ、画素６３１ｐは画素部６３１に複数設けられ、画素部６３１は表示手段６３０に設けられている。
【０１０８】
制御手段６１０は演算装置６２０を備える。演算装置６２０は制御信号６２５＿Ｃと画像信号６２５＿Ｖを出力する。
【０１０９】
制御手段６１０はコントローラ６３８を備え、コントローラ６３８はＳ駆動回路６３３とＧ駆動回路６３２を制御する。
【０１１０】
表示素子６３５に液晶素子を適用する場合、バックライト６５０を表示手段６３０に設ける。バックライト６５０は液晶素子が設けられた画素部６３１に光を供給する。
【０１１１】
表示装置６００は、画素部６３１に設けられた複数の画素回路６３４から一を選択する頻度を、Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇを用いて変えることができる。その結果、表示装置６００として使用する者へ与えうる目の疲労が低減された表示機能を有する表示装置を提供することができる。
【０１１２】
なお、本明細書に添付した図面では、構成要素を機能ごとに分類し、互いに独立したブロックとしてブロック図を示しているが、実際の構成要素は機能ごとに完全に切り分けることが難しく、一つの構成要素が複数の機能に係わることもあり得る。
【０１１３】
なお、本明細書においてトランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの極性及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、ｎチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、ｐチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。
【０１１４】
本明細書においてトランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。
【０１１５】
本明細書においてトランジスタが直列に接続されている状態とは、例えば、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみが、第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方のみに接続されている状態を意味する。また、トランジスタが並列に接続されている状態とは、第１のトランジスタのソースまたはドレインの一方が第２のトランジスタのソースまたはドレインの一方に接続され、第１のトランジスタのソースまたはドレインの他方が第２のトランジスタのソースまたはドレインの他方に接続されている状態を意味する。
【０１１６】
本明細書において接続とは、電気的な接続を意味しており、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能な状態に相当する。従って、接続している状態とは、直接接続している状態を必ずしも指すわけではなく、電流、電圧または電位が、供給可能、或いは伝送可能であるように、配線、抵抗、ダイオード、トランジスタなどの回路素子を介して間接的に接続している状態も、その範疇に含む。
【０１１７】
本明細書において回路図上は独立している構成要素どうしが接続されている場合であっても、実際には、例えば配線の一部が電極として機能する場合など、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。本明細書において接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。
【０１１８】
以下に、本発明の一態様の表示装置を構成する個々の要素について説明する。
【０１１９】
＜２−１．表示手段＞
表示手段６３０は、各画素に表示素子６３５を有する画素部６３１と、Ｓ駆動回路６３３、Ｇ駆動回路６３２などの駆動回路を有する。画素部６３１は、表示素子６３５が設けられた画素６３１ｐを、複数有する（図６参照）。
【０１２０】
表示手段６３０に入力される画像信号６２５＿Ｖは、Ｓ駆動回路６３３に与えられる。また、電源電位、制御信号６２５＿Ｃは、Ｓ駆動回路６３３及びＧ駆動回路６３２に与えられる。
【０１２１】
なお、制御信号６２５＿Ｃには、Ｓ駆動回路６３３の動作を制御するＳ駆動回路用のスタートパルス信号ＳＰ、Ｓ駆動回路用のクロック信号ＣＫ、ラッチ信号ＬＰ、Ｇ駆動回路６３２の動作を制御するＧ駆動回路用のスタートパルス信号ＳＰ、Ｇ駆動回路用のクロック信号ＣＫ、パルス幅制御信号ＰＷＣなどが含まれる。
【０１２２】
表示手段６３０の構成の一例を図７（Ａ）に示す。
【０１２３】
図７（Ａ）に示す表示手段６３０には、画素部６３１に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線Ｇと、選択された画素６３１ｐに画像信号６２５＿Ｖから生成されたＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線Ｓとが設けられている。
【０１２４】
走査線ＧへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、Ｇ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＳへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線Ｇの少なくとも一つと、信号線Ｓの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。
【０１２５】
なお、画素部６３１に設けられる配線の種類及びその数は、画素６３１ｐの構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図７（Ａ）に示す画素部６３１の場合、ｘ列×ｙ行の画素６３１ｐがマトリクス状に配置されており、信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘ、走査線Ｇ１乃至走査線Ｇｙが、画素部６３１内に配置されている場合を例示している。
【０１２６】
＜２−１−１．画素＞
各画素６３１ｐは、表示素子６３５と、当該表示素子６３５を含む画素回路６３４を有する。
【０１２７】
＜２−１−２．画素回路＞
本実施の形態では、画素回路６３４の一例として、液晶素子６３５ＬＣを表示素子６３５に適用する構成を図７（Ｂ）に示す。
【０１２８】
画素回路６３４は、液晶素子６３５ＬＣへのＳ信号６３３＿Ｓの供給を制御するトランジスタ６３４ｔを有する。トランジスタ６３４ｔと液晶素子６３５ＬＣの接続関係の一例について説明する。
【０１２９】
トランジスタ６３４ｔのゲートが、走査線Ｇ１から走査線Ｇｙのいずれか１つに接続されている。トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの一方は、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘのいずれか１つに接続され、トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの他方は、液晶素子６３５ＬＣの第１電極に接続されている。
【０１３０】
なお、画素６３１ｐは、必要に応じて液晶素子６３５ＬＣの第１電極と第２電極間の電圧を保持するための容量素子６３４ｃの他、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を有していてもよい。
【０１３１】
図７（Ｂ）に例示する画素６３１ｐは、Ｓ信号６３３＿Ｓの画素６３１ｐへの入力を制御するスイッチング素子として、一のトランジスタ６３４ｔを用いる。ただし、一のスイッチング素子として機能する、複数のトランジスタを画素６３１ｐに用いていてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよいし、直列と並列が組み合わされて接続されていてもよい。
【０１３２】
なお、容量素子６３４ｃの大きさは適宜調整すればよい。例えば、第２のモードにおいて、Ｓ信号６３３＿Ｓを比較的長い期間（具体的には、１／６０ｓｅｃ以上）保持する場合には、適切な大きさの容量素子６３４ｃを設ける。または、容量素子６３４ｃ以外の構成を用いて、画素回路６３４の容量を調節してもよい。例えば、液晶素子６３５ＬＣの第１の電極と第２の電極を重ねて設ける構成により、実質的に容量素子を形成してもよい。
【０１３３】
なお、画素回路６３４は、表示素子６３５の種類、または駆動方法に応じた構成を選択して用いることができる。
【０１３４】
＜２−１−２ａ．表示素子＞
液晶素子６３５ＬＣは、第１電極および第２電極並びに第１電極と第２電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層を有している。液晶素子６３５ＬＣは、第１電極と第２電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化して、透過率が変化する。よって、表示素子６３５は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。
【０１３５】
なお、表示素子６３５は液晶素子６３５ＬＣに限られず、例えば電場を加えることでルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が発生するＯＬＥＤ素子や、電気泳動を用いる電子インクなど、さまざまな表示素子を適用できる。
【０１３６】
＜２−１−２ｂ．トランジスタ＞
トランジスタ６３４ｔは、表示素子６３５の第１電極に、信号線Ｓの電位を与えるか否かを制御する。表示素子６３５の第２電極には、所定の基準電位Ｖｃｏｍが与えられている。
【０１３７】
なお、本発明の一態様の表示装置の駆動方法を適用することができる表示装置に好適なトランジスタとして酸化物半導体を用いたトランジスタを適用することができる。酸化物半導体を用いたトランジスタの詳細については、実施の形態３及び実施の形態４で説明する。
【０１３８】
＜２−２．コントローラ＞
コントローラ６３８は、演算装置６２０に生成された画像信号６２５＿Ｖを表示手段６３０に送る（図６参照）。
【０１３９】
コントローラ６３８は、垂直同期信号、水平同期信号などの同期信号を用いて、スタートパルス信号ＳＰ、ラッチ信号ＬＰ、パルス幅制御信号ＰＷＣなどの制御信号を生成し、表示手段６３０に供給する機能を有する。なお、表示手段６３０には、クロック信号ＣＫなどの制御信号も供給される。
【０１４０】
また、反転制御回路をコントローラ６３８に設け、コントローラ６３８が、反転制御回路が通知するタイミングに従って、画像信号６２５＿Ｖの極性を反転させる機能を備える構成とすることもできる。具体的に、画像信号６２５＿Ｖの極性の反転は、コントローラ６３８において行われてもよいし、コントローラ６３８からの命令に従って、表示手段６３０内で行われてもよい。
【０１４１】
反転制御回路は、画像信号６２５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、同期信号を用いて定める機能を有する。例示する反転制御回路は、カウンタと、信号生成回路とを有する。
【０１４２】
カウンタは、水平同期信号のパルスを用いてフレーム期間の数を数える機能を有する。
【０１４３】
信号生成回路は、カウンタにおいて得られたフレーム期間の数の情報を用いて、連続する複数フレーム期間ごとに画像信号６２５＿Ｖの極性を反転させるべく、画像信号６２５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、コントローラ６３８に通知する機能を有する。
【０１４４】
＜２−３．演算装置＞
演算装置６２０は、表示手段６３０に入力する画像信号６２５＿Ｖを生成する。なお、画像信号６２５＿Ｖをコントローラ６３８に直接入力する構成を有していても良い。
【０１４５】
また、演算装置６２０が、モード切り替え信号を含む制御信号６２５＿Ｃを出力し、当該制御信号６２５＿Ｃに含まれるモード切り替え信号が、Ｇ駆動回路６３２に入力される構成としてもよい。
【０１４６】
例えば入力手段５００から入力される画像切り替え信号５００＿Ｃに応じて、演算装置６２０がモード切り替え信号を含む制御信号６２５＿Ｃを出力してもよい。
【０１４７】
画像切り替え信号５００＿Ｃが、入力手段５００から入力されると、第２のモードのＧ駆動回路６３２に、コントローラ６３８を介して、モード切り替え信号が入力され、Ｇ駆動回路６３２は第２のモードから第１のモードに切り替わり、Ｇ信号６３２＿Ｇを１回以上出力し、その後前記第２のモードに切り替わる。
【０１４８】
また、演算装置６２０が表示手段６３０に出力する画像信号６２５＿Ｖが動画像か静止画像かを判別し、当該画像信号６２５＿Ｖが動画像である場合に、第１のモードを選択する切り替え信号を、静止画像である場合は第２のモードを選択する切り替え信号を、当該演算装置６２０が出力する構成としてもよい。
【０１４９】
なお、動画像が静止画像かを判別する方法としては、画像信号６２５＿Ｖに含まれる一のフレームとその前後のフレームの信号の差分が、あらかじめ定められた差分より大きいときに動画像と、それ以下のとき静止画像と、判別すればよい。
【０１５０】
また、第２のモードから第１のモードに切り替わったとき、Ｇ信号６３２＿Ｇを１回以上の所定の回数出力し、その後第２のモードに切り替わる構成としてもよい。
【０１５１】
＜２−４．バックライト＞
バックライト６５０には、複数の光源が設けられている。コントローラ６３８は、バックライト６５０が有する光源の駆動を制御する。コントローラ６３８とバックライト６５０の間に、光源の駆動を制御する制御回路を設けてもよい。
【０１５２】
バックライト６５０の光源としては、冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電場を加えることでルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が発生するＯＬＥＤ素子などを用いることができる。
【０１５３】
特に、光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成が好ましい。光源が発する光に含まれる青色を呈する光は、眼の角膜や水晶体で吸収されずに、網膜まで到達するため、光源が発する青色の光の強度を他の色の光の強度より弱めた構成とすることで、長期的な網膜への影響（例えば、加齢黄斑変性など）や、夜中まで青色の光に暴露された際の概日リズム（サーカディアン・リズム：Ｃｉｒｃａｄｉａｎ  ｒｈｙｔｈｍ）への悪影響などを低減できる。
【０１５４】
＜３−１．Ｓ信号の画素部への書き込み方法＞
図７（Ａ）に例示する画素部６３１に、Ｓ信号６３３＿Ｓを書き込む方法の一例を説明する。具体的には、Ｓ信号６３３＿Ｓを、画素部６３１の、図７（Ｂ）に例示する画素回路を備える画素６３１ｐのそれぞれに書き込む方法を説明する。
【０１５５】
＜画素部への信号の書き込み＞
第１フレーム期間において、走査線Ｇ１にパルスを有するＧ信号６３２＿Ｇが入力されることで、走査線Ｇ１が選択される。選択された走査線Ｇ１に接続された複数の各画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔが導通状態になる。
【０１５６】
トランジスタ６３４ｔが導通状態の時（１ライン期間）に、信号線Ｓ１から信号線Ｓｘに画像信号６２５＿Ｖから生成したＳ信号６３３＿Ｓの電位が与えられる。そして、導通状態のトランジスタ６３４ｔを介して、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位に応じた電荷が容量素子６３４ｃに蓄積され、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が液晶素子６３５ＬＣの第１電極に与えられる。
【０１５７】
第１フレーム期間の走査線Ｇ１が選択されている期間において、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが全ての信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘに、順に入力される。走査線Ｇ１と、信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘとにそれぞれ接続された画素６３１ｐ内の第１電極（Ｇ１Ｓ１）乃至第１電極（Ｇ１Ｓｘ）には、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが与えられる。これにより、液晶素子６３５ＬＣの透過率が、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によって制御され、各画素が階調を表示する。
【０１５８】
同様にして、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙが順に選択され、走査線Ｇ１が選択されていた期間と同様の動作が、走査線Ｇ２から走査線Ｇｙの各走査線に接続された画素６３１ｐにおいて順次繰り返される。上記動作により、画素部６３１において、第１フレームの画像を表示することができる。
【０１５９】
なお、本発明の一態様では、必ずしも走査線Ｇ１乃至走査線Ｇｙを順に選択する必要はない。
【０１６０】
なお、Ｓ駆動回路６３３から信号線Ｓ１乃至信号線Ｓｘに、Ｓ信号６３３＿Ｓを順に入力する点順次駆動を用いることも、一斉にＳ信号６３３＿Ｓを入力する線順次駆動を用いることもできる。或いは、複数の信号線Ｓごとに順に、Ｓ信号６３３＿Ｓを入力する駆動方法を用いていてもよい。
【０１６１】
また、プログレッシブ方式を用いた走査線Ｇの選択方法に限らず、インターレース方式を用いて走査線Ｇの選択を行うようにしてもよい。
【０１６２】
また、任意の一フレーム期間において、全ての信号線に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が同一であっても、任意の一フレーム期間において、一の信号線ごとに、画素に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が反転していてもよい。
【０１６３】
＜複数の領域に分割された画素部への信号の書き込み＞
また、表示手段６３０の構成の変形例を図８に示す。
【０１６４】
図８に示す表示手段６３０には、複数の領域に分割された画素部６３１（具体的には第１領域６３１ａ、第２領域６３１ｂ、第３領域６３１ｃ）に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線Ｇと、選択された画素６３１ｐにＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線Ｓとが設けられている。
【０１６５】
それぞれの領域に設けられた走査線ＧへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、それぞれのＧ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＳへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線Ｇの少なくとも一つと、信号線Ｓの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。
【０１６６】
このような構成とすることで、画素部６３１を分割して駆動することができる。
【０１６７】
例えば、入力手段５００としてタッチパネルを用い、タッチパネルから情報を入力する際に、当該情報が入力される領域を特定する座標を取得し、その座標に対応する領域を駆動するＧ駆動回路６３２のみを第１のモードとし、他の領域を第２のモードとしてもよい。この動作により、タッチパネルから情報が入力されなかった領域、すなわち表示画像を書き換える必要がない領域のＧ駆動回路の動作を停止することができる。
【０１６８】
＜３−２．第１のモードと第２のモードのＧ駆動回路＞
Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇが入力された画素回路６３４に、Ｓ信号６３３＿Ｓが入力される。Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位を保持する。言い換えると、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が書き込まれた状態を保持する。
【０１６９】
表示データが書き込まれた画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じた表示状態を維持する。なお、表示状態を維持するとは、表示状態の変化が一定の範囲より大きくならないように保持することをいう。上記一定の範囲は、適宜設定される範囲であり、例えば使用者が表示画像を閲覧する場合に、同じ表示画像であると認識できる表示状態の範囲に設定することが好ましい。
【０１７０】
Ｇ駆動回路６３２は第１のモードと第２のモードを備える。
【０１７１】
＜３−２−１．第１のモード＞
Ｇ駆動回路６３２の第１のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１秒間に３０回以上好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する。
【０１７２】
第１のモードのＧ駆動回路６３２は、使用者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別できない程度の速さで、信号を書き換える。その結果、動画像をなめらかに表示することができる。
【０１７３】
＜３−２−２．第２のモード＞
Ｇ駆動回路６３２の第２のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１日に１回以上１秒間に０．１回未満、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する。
【０１７４】
Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓを保持し、その電位に応じた表示状態を引き続き維持する。
【０１７５】
これにより、第２のモードでは、画素の表示の書き換えに伴うチラつき（フリッカーともいう）がない表示をすることができる。
【０１７６】
その結果、当該表示装置の使用者の目の疲労を低減できる。
【０１７７】
なお、Ｇ駆動回路６３２が消費する電力は、Ｇ駆動回路６３２が動作しない期間、低減される。
【０１７８】
なお、第２のモードを有するＧ駆動回路６３２を用いて駆動する画素回路は、Ｓ信号６３３＿Ｓを長い期間保持する構成が好ましい。例えば、トランジスタ６３４ｔのリーク電流は、オフ状態において小さいものほど好ましい。
【０１７９】
オフ状態においてリーク電流が小さいトランジスタ６３４ｔの構成の一例については、実施の形態３及び実施の形態４で説明する。
【０１８０】
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０１８１】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置の表示手段に適用可能な表示パネルの構成例について、図面を参照して説明する。
【０１８２】
図９（Ａ）は、本実施の形態で例示する表示パネル２００の上面概略図である。
【０１８３】
表示パネル２００は、第１の基板２０１、第２の基板２０２、及びシール材２０３に囲まれた封止領域内に、複数の画素を備える画素部２１１とゲート駆動回路２１３を備える。また、第１の基板２０１上の封止領域よりも外側の領域に外部接続電極２０５と、ソース駆動回路として機能するＩＣ２１２を備える。外部接続電極２０５に電気的に接続されたＦＰＣ２０４から、画素部２１１やゲート駆動回路２１３、ＩＣ２１２等を駆動するための電源や信号を入力することができる。
【０１８４】
図９（Ｂ）は、図９（Ａ）に示したＦＰＣ２０４及びシール材２０３を含む領域を切断する切断線Ａ−Ｂと、ゲート駆動回路２１３を含む領域を切断する切断線Ｃ−Ｄと、画素部２１１を含む領域を切断する切断線Ｅ−Ｆと、シール材２０３を含む領域を切断する切断線Ｇ−Ｈのそれぞれに沿って切断した際の、断面概略図である。
【０１８５】
第１の基板２０１と第２の基板２０２はその外周に近い領域においてシール材２０３によって接着されている。また、第１の基板２０１、第２の基板２０２、及びシール材２０３に囲まれた領域に、少なくとも画素部２１１が設けられている。
【０１８６】
図９（Ｂ）には、ゲート駆動回路２１３として、いずれもｎチャネル型のトランジスタ２３１とトランジスタ２３２を組み合わせた回路を有する例を示している。なお、ゲート駆動回路２１３の構成はこれに限られず、ｎチャネル型のトランジスタとｐチャネル型のトランジスタを組み合わせた種々のＣＭＯＳ回路や、ｐチャネル型のトランジスタを組み合わせた回路を有する構成としてもよい。本構成例では、第１の基板２０１上にゲート駆動回路２１３が形成されたドライバ一体型の表示パネルの構成を示すが、ゲート駆動回路とソース駆動回路の一方または両方を異なる基板に設ける構成としてもよい。例えば、ＣＯＧ方式により駆動回路用ＩＣを実装してもよいし、ＣＯＦ方式により駆動回路用ＩＣが実装されたフレキシブル基板（ＦＰＣ）を実装してもよい。本構成例では、ソース駆動回路として機能するＩＣ２１２をＣＯＧ方式により第１の基板２０１上に設ける構成を示している。
【０１８７】
なお、画素部２１１、ゲート駆動回路２１３が備えるトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、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、トップゲート型また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、トランジスタに用いる半導体材料としては、例えばシリコンやゲルマニウムなどの半導体材料を用いてもよいし、インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくともひとつを含む酸化物半導体を用いてもよい。
【０１８８】
また、トランジスタに用いる半導体の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。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が抑制されるため好ましい。
【０１８９】
インジウム、ガリウム、亜鉛のうち少なくともひとつを含む酸化物半導体としては、代表的にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系金属酸化物などが挙げられる。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい酸化物半導体を用いると、オフ時のリーク電流を抑制できるため好ましい。好ましい酸化物半導体の詳細については、後の実施の形態で説明する。
【０１９０】
図９（Ｂ）には、画素部２１１の一例として、一画素分の断面構造を示している。画素部２１１は、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが適用された液晶素子２５０を備える。
【０１９１】
１つの画素には少なくともスイッチング用のトランジスタ２５６を備える。また１つの画素に図示しない保持容量を有していてもよい。また、トランジスタ２５６のソース電極またはドレイン電極と電気的に接続する第１の電極２５１が絶縁層２３９上に設けられている。
【０１９２】
画素に設けられる液晶素子２５０は、絶縁層２３９上に設けられた第１の電極２５１と、第２の基板２０２上に設けられた第２の電極２５３と、第１の電極２５１と第２の電極２５３に挟持された液晶２５２を有する。
【０１９３】
第１の電極２５１及び第２の電極２５３には、透光性の導電性材料を用いる。透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物、又はグラフェンを用いることができる。
【０１９４】
また、少なくとも画素部２１１と重なる領域において、第２の基板２０２上にカラーフィルタ２４３と、ブラックマトリクス２４２が設けられている。
【０１９５】
カラーフィルタ２４３は、画素からの透過光を調色し、色純度を高める目的で設けられている。例えば、白色のバックライト用いてフルカラーの表示パネルとする場合には、異なる色のカラーフィルタを設けた複数の画素を用いる。その場合、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の３色のカラーフィルタを用いてもよいし、これに黄色（Ｙ）を加えた４色とすることもできる。また、Ｒ、Ｇ、Ｂ（及びＹ）に加えて白色（Ｗ）の画素を用い、４色（又は５色）としてもよい。
【０１９６】
また、隣接するカラーフィルタの２４３の間に、ブラックマトリクス２４２が設けられている。ブラックマトリクス２４２は隣接する画素から回り込む光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制する。ブラックマトリクス２４２は異なる発光色の隣接画素間にのみ配置し、同色画素間には設けない構成としてもよい。ここで、カラーフィルタ２４３の端部を、ブラックマトリクス２４２と重なるように設けることにより、光漏れを抑制することができる。ブラックマトリクス２４２は、画素の透過光を遮光する材料を用いることができ、金属材料や顔料を含む樹脂材料などを用いて形成することができる。なお、図９（Ｂ）に示すようにブラックマトリクス２４２はゲート駆動回路２１３などの画素部２１１以外の領域に設けると、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。
【０１９７】
また、カラーフィルタ２４３とブラックマトリクス２４２を覆うオーバーコート２５５が設けられている。オーバーコート２５５を設けることにより、カラーフィルタ２４３やブラックマトリクス２４２に含まれる顔料などの不純物が液晶２５２に拡散することを抑制できる。オーバーコートは透光性の材料を用い、無機絶縁材料や有機絶縁材料を用いることができる。
【０１９８】
なお、オーバーコート２５５上に、第２の電極２５３が設けられている。
【０１９９】
さらに、オーバーコート２５５のブラックマトリクス２４２と重なる領域に、スペーサ２５４が設けられている。スペーサ２５４には、樹脂材料を用いると厚く形成できるため好ましい。例えばポジ型またはネガ型の感光性樹脂を用いて形成することができる。また、スペーサ２５４として遮光性の材料を用いると、隣接する画素から回り込む光を遮光し、隣接画素間における混色を抑制することができる。なお、本構成例ではスペーサ２５４を第２の基板２０２側に設ける構成としたが、第１の基板２０１側に設ける構成としてもよい。また、スペーサ２５４として、球状の酸化シリコンなどの粒を用い、液晶２５２が設けられる領域に散布された構成としてもよい。
【０２００】
第１の電極２５１と第２の電極２５３の間に電圧を印加することにより、電極面に対して垂直方向に電界が生じ、該電界によって液晶２５２の配向が制御され、表示パネルの外部に配置されたバックライトからの光の偏光を画素単位で制御することにより、画像を表示することができる。
【０２０１】
液晶２５２と接する面には、液晶２５２の配向を制御するための配向膜を設けてもよい。配向膜には透光性の材料を用いる。
【０２０２】
本構成例では、液晶素子２５０と重なる領域にカラーフィルタが設けられているため、色純度が高められたフルカラーの画像表示を実現できる。また、バックライトとして異なる発光色の複数の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いて、時間分割表示方式（フィールドシーケンシャル駆動方式）を行うこともできる。時間分割表示方式を用いた場合、カラーフィルタを設ける必要が無く、また例えばＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のそれぞれの発光を呈する副画素を設ける必要がないため、画素の開口率を向上させることや、単位面積あたりの画素数を増加できるなどの利点がある。
【０２０３】
液晶２５２としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、強誘電液晶、反強誘電液晶などを用いることができる。また、ブルー相を示す液晶を使用すると、配向膜が不要であり、且つ広い視野角が得られるため好ましい。また、上記の液晶にモノマー、重合開始剤を添加して注入または滴下封止後にモノマーを重合させて高分子安定化する液晶材料でもよい。
【０２０４】
なお、本構成例ではＶＡモードが適用された液晶素子２５０について説明するが、液晶素子の構成はこれに限られず、異なるモードが適用された液晶素子２５０を用いることができる。例えば、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  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）モードなどを用いることができる。
【０２０５】
第１の基板２０１上には、第１の基板２０１の上面に接して絶縁層２３７と、トランジスタのゲート絶縁層として機能する絶縁層２３８と、トランジスタを覆う絶縁層２３９が設けられている。
【０２０６】
絶縁層２３７は、第１の基板２０１に含まれる不純物の拡散を抑制する目的で設けられる。また、トランジスタの半導体層に接する絶縁層２３８及び絶縁層２３９は、トランジスタの劣化を助長する不純物の拡散を抑制する材料を用いることが好ましい。これら絶縁層には、例えばシリコンなどの半導体や、アルミニウムなどの金属の、酸化物または窒化物、または酸窒化物を用いることができる。またこのような無機絶縁材料の積層膜、または無機絶縁材料と有機絶縁材料の積層膜を用いてもよい。なお、絶縁層２３７や絶縁層２３９は不要であれば設けなくてもよい。
【０２０７】
絶縁層２３９と第１の電極２５１の間に、下層に設けられるトランジスタや配線などによる段差を被覆する平坦化層としての絶縁層を設けてもよい。このような絶縁層としてはポリイミドやアクリルなどの樹脂材料を用いることが好ましい。また、平坦性を高められる場合には、無機絶縁材料を用いてもよい。
【０２０８】
図９（Ｂ）で例示した構成では、第１の基板２０１上にトランジスタと、液晶素子２５０の第１の電極２５１を形成するために必要なフォトマスクの数を低減できる。より具体的には、ゲート電極の加工工程と、半導体層の加工工程と、ソース電極及びドレイン電極の加工工程と、絶縁層２３９の開口工程と、及び第１の電極２５１の加工工程のそれぞれに用いる、５種類のフォトマスクを用いればよい。
【０２０９】
第１の基板２０１に設けられる配線２０６は、シール材２０３によって封止された領域から外側に延在して設けられ、ゲート駆動回路２１３と電気的に接続している。また配線２０６の端部の一部が外部接続電極２０５を成している。本構成例では、外部接続電極２０５はトランジスタのソース電極又はドレイン電極と同一の導電膜と、トランジスタのゲート電極と同一の導電膜を積層して形成されている。このように、複数の導電膜を積層して外部接続電極２０５を構成することにより、ＦＰＣ２０４などの圧着工程に対する機械的強度を高めることができるため好ましい。
【０２１０】
また図示しないが、ＩＣ２１２と画素部２１１とを電気的に接続する配線や外部接続電極も、配線２０６や外部接続電極２０５と同様の構成とすればよい。
【０２１１】
また、外部接続電極２０５に接して接続層２０８が設けられ、接続層２０８を介してＦＰＣ２０４と外部接続電極２０５とが電気的に接続している。接続層２０８としては、公知の異方性導電フィルムや、異方性導電ペーストなどを用いることができる。
【０２１２】
配線２０６や、外部接続電極２０５の端部は、その表面が露出しないように絶縁層で覆われていると、表面の酸化や意図しないショートなどの不具合を抑制できるため好ましい。
【０２１３】
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２１４】
（実施の形態４）
上記実施の形態で例示したトランジスタのチャネルが形成される領域に好適に用いることができる半導体の一例について、以下に説明する。
【０２１５】
酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。
【０２１６】
酸化物半導体膜をトランジスタに適用する場合、酸化物半導体膜の膜厚は２ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２１７】
適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ））から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。
【０２１８】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０２１９】
ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【０２２０】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０２２１】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【０２２２】
酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。
【０２２３】
なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。
【０２２４】
このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、１×１０１６／ｃｍ３以下、１×１０１５／ｃｍ３以下、１×１０１４／ｃｍ３以下、１×１０１３／ｃｍ３以下であることをいう。
【０２２５】
またこのように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０−１８Ａ以下、好ましくは１×１０−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０−１５Ａ以下、好ましくは１×１０−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上または３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。
【０２２６】
以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。
【０２２７】
なお、本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。
【０２２８】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【０２２９】
酸化物半導体膜は、非単結晶酸化物半導体膜と単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜、多結晶酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、非晶質酸化物半導体膜などをいう。
【０２３０】
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について説明する。
【０２３１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、ｃ軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。
【０２３２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２３３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略平行な方向からＴＥＭによって観察（断面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映した形状であり、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面と平行に配列する。
【０２３４】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を、試料面と概略垂直な方向からＴＥＭによって観察（平面ＴＥＭ観察）すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０２３５】
断面ＴＥＭ観察および平面ＴＥＭ観察より、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。
【０２３６】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成する場合がある。例えば、平面ＴＥＭ像において、２５００ｎｍ２以上、５μｍ２以上または１０００μｍ２以上となる結晶領域が観察される場合がある。
【０２３７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用いて構造解析を行うと、例えばＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０２３８】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に対し、ｃ軸に概略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが５６°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体膜であれば、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行うと、（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。これに対し、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の場合は、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。
【０２３９】
以上のことから、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜では、異なる結晶部間ではａ軸およびｂ軸の配向は不規則であるが、ｃ軸配向性を有し、かつｃ軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面ＴＥＭ観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のａｂ面に平行な面である。
【０２４０】
なお、結晶部は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のｃ軸は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳ膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。
【０２４１】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中において、ｃ軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもｃ軸配向した結晶部の割合が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域が変質し、部分的にｃ軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。
【０２４２】
なお、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳ膜のｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さないことが好ましい。
【０２４３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップやキャリア発生源となる場合がある。
【０２４４】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。
【０２４５】
不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い（酸素欠損の少ない）ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。
【０２４６】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。
【０２４７】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、例えば、多結晶である酸化物半導体スパッタリング用ターゲットを用い、スパッタリング法によって成膜することができる。当該スパッタリング用ターゲットにイオンが衝突すると、スパッタリング用ターゲットに含まれる結晶領域がａ−ｂ面から劈開し、ａ−ｂ面に平行な面を有する平板状またはペレット状のスパッタリング粒子として剥離することがある。この場合、当該平板状またはペレット状のスパッタリング粒子が、結晶状態を維持したまま被成膜面に到達することで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。
【０２４８】
平板状のスパッタリング粒子は、例えばａ−ｂ面に平行な面の円相当径が３ｎｍ以上１０ｎｍ以下、厚さ（ａ−ｂ面に垂直な方向の長さ）が０．７ｎｍ以上１ｎｍ未満である。なお、平板状のスパッタリング粒子は、ａ−ｂ面に平行な面が正三角形又は正六角形であってもよい。ここで、面の円相当径とは、面の面積と等しい正円の直径をいう。
【０２４９】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。
【０２５０】
成膜時の基板温度を高めることで、基板に到達した平板状のスパッタリング粒子のマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。このとき、スパッタリング粒子が正に帯電することで、スパッタリング粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパッタリング粒子が偏って不均一に重なることがなく、厚さの均一なＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜することができる。具体的には、基板温度を１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下として成膜することが好ましい。
【０２５１】
また、成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、成膜室内に存在する不純物濃度（水素、水、二酸化炭素および窒素など）を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−８０℃以下、好ましくは−１００℃以下である成膜ガスを用いる。
【０２５２】
また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、３０体積％以上、好ましくは１００体積％とする。
【０２５３】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜した後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理の温度は、１００℃以上７４０℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気又は酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理によりＣＡＡＣ−ＯＳ膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。また、加熱処理を行うことで、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶性をさらに高めることができる。なお、加熱処理は、１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下又は１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
【０２５４】
スパッタリング用ターゲットの一例として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットについて以下に示す。
【０２５５】
ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末を所定のｍｏｌ数で混合し、加圧処理後、１０００℃以上１５００℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物ターゲットとする。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数である。ここで、所定のｍｏｌ数比は、例えば、ＩｎＯＸ粉末、ＧａＯＹ粉末およびＺｎＯＺ粉末が、１：１：１、１：１：２、１：３：２、２：１：３、２：２：１、３：１：１、３：１：２、３：１：４、４：２：３、８：４：３、またはこれらの近傍の値とすることができる。なお、粉末の種類、およびその混合するｍｏｌ数比は、作製するスパッタリング用ターゲットによって適宜変更すればよい。
【０２５６】
または、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、以下の方法により形成してもよい。
【０２５７】
まず、第１の酸化物半導体膜を１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の厚さで成膜する。第１の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。
【０２５８】
次に、加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶性の高い第１のＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第１の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第１の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
【０２５９】
第１の酸化物半導体膜は、厚さが１ｎｍ以上１０ｎｍ未満であることにより、厚さが１０ｎｍ以上である場合と比べ、加熱処理によって容易に結晶化させることができる。
【０２６０】
次に、第１の酸化物半導体膜と同じ組成である第２の酸化物半導体膜を１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さで成膜する。第２の酸化物半導体膜はスパッタリング法を用いて成膜する。具体的には、基板温度を１００℃以上５００℃以下、好ましくは１５０℃以上４５０℃以下とし、成膜ガス中の酸素割合を３０体積％以上、好ましくは１００体積％として成膜する。
【０２６１】
次に、加熱処理を行い、第２の酸化物半導体膜を第１のＣＡＡＣ−ＯＳ膜から固相成長させることで、結晶性の高い第２のＣＡＡＣ−ＯＳ膜とする。加熱処理の温度は、３５０℃以上７４０℃以下、好ましくは４５０℃以上６５０℃以下とする。また、加熱処理の時間は１分以上２４時間以下、好ましくは６分以上４時間以下とする。また、加熱処理は、不活性雰囲気または酸化性雰囲気で行えばよい。好ましくは、不活性雰囲気で加熱処理を行った後、酸化性雰囲気で加熱処理を行う。不活性雰囲気での加熱処理により、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度を短時間で低減することができる。一方、不活性雰囲気での加熱処理により第２の酸化物半導体膜に酸素欠損が生成されることがある。その場合、酸化性雰囲気での加熱処理によって該酸素欠損を低減することができる。なお、加熱処理は１０００Ｐａ以下、１００Ｐａ以下、１０Ｐａ以下または１Ｐａ以下の減圧下で行ってもよい。減圧下では、第２の酸化物半導体膜の不純物濃度をさらに短時間で低減することができる。
【０２６２】
以上のようにして、合計の厚さが１０ｎｍ以上であるＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することができる。
【０２６３】
また、酸化物半導体膜は、複数の酸化物半導体膜が積層された構造でもよい。
【０２６４】
例えば、酸化物半導体膜を、酸化物半導体膜（便宜上、第１層と呼ぶ）とゲート絶縁膜との間に、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第２層を設けてもよい。このとき、ゲート電極から電界が印加されると、第１層にチャネルが形成され、第２層にはチャネルが形成されない。第１層は、第２層と構成する元素が同じであるため、第１層と第２層との界面において、界面散乱がほとんど起こらない。従って、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることによって、トランジスタの電界効果移動度を高くすることができる。
【０２６５】
さらに、ゲート絶縁膜に酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜または窒化シリコン膜を用いる場合、ゲート絶縁膜に含まれるシリコンが、酸化物半導体膜に混入することがある。酸化物半導体膜にシリコンが含まれると、酸化物半導体膜の結晶性の低下、キャリア移動度の低下などが起こる。従って、チャネルの形成される第１層のシリコン濃度を低減するために、第１層とゲート絶縁膜との間に第２層を設けることが好ましい。同様の理由により、第１層を構成する元素からなり、第１層よりも電子親和力が０．２ｅＶ以上小さい第３層を設け、第１層を第２層および第３層で挟むことが好ましい。
【０２６６】
このような構成とすることで、チャネルの形成される領域へのシリコンなどの不純物の拡散を低減さらには防止することができるため、信頼性の高いトランジスタを得ることができる。
【０２６７】
なお、酸化物半導体膜をＣＡＡＣ−ＯＳ膜とするためには、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を２．５×１０２１／ｃｍ３以下とする。好ましくは、酸化物半導体膜中に含まれるシリコン濃度を、１．４×１０２１／ｃｍ３未満、より好ましくは４×１０１９／ｃｍ３未満、さらに好ましくは２．０×１０１８／ｃｍ３未満とする。酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度が、１．４×１０２１／ｃｍ３以上であると、トランジスタの電界効果移動度の低下の恐れがあり、４．０×１０１９／ｃｍ３以上であると、酸化物半導体膜と接する膜との界面で酸化物半導体膜がアモルファス化する恐れがあるためである。また、酸化物半導体膜に含まれるシリコン濃度を２．０×１０１８／ｃｍ３未満とすることで、トランジスタの信頼性のさらなる向上並びに酸化物半導体膜におけるＤＯＳ（ｄｅｎｓｉｔｙ  ｏｆ  ｓｔａｔｅ）の低減が期待できる。なお、酸化物半導体膜中のシリコン濃度は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）で測定することができる。
【０２６８】
次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。
【０２６９】
微結晶酸化物半導体膜は、ＴＥＭによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下、または１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の大きさであることが多い。特に、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の微結晶であるナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）を有する酸化物半導体膜を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、例えば、ＴＥＭによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。
【０２７０】
ｎｃ−ＯＳ膜は、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。従って、ｎｃ−ＯＳ膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きい径のＸ線を用いるＸＲＤ装置を用いて構造解析を行うと、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部よりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折（制限視野電子線回折ともいう。）を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳ膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部より小さいプローブ径（例えば１ｎｍ以上３０ｎｍ以下）の電子線を用いる電子線回折（ナノビーム電子線回折ともいう。）を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。また、ｎｃ−ＯＳ膜に対しナノビーム電子線回折を行うと、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
【０２７１】
ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳ膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳ膜は、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０２７２】
なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２７３】
実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２７４】
（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様のプログラムを実行するためのハードウェアの構成について、図１０を参照しながら説明する。
【０２７５】
本実施の形態で例示して説明するプログラムは、表示手段と、検出手段と、制御手段とを備える表示装置を駆動するためのプログラムであって、検出手段に、使用者の目の状態を検出させて検出情報を取得させ、且つ、検出情報を制御手段に送信させるステップと、制御手段に、検出情報に基づいて使用者の疲労情報を抽出させ、且つ、疲労情報に基づいて、表示手段から発する光のうち特定の波長以下の波長の光の輝度を変化させるように、表示手段を駆動させるステップと、を、演算装置に実行させるためのプログラムである。
【０２７６】
これにより、使用者の目の状態から検出される使用者の疲労状態に応じて、短波長の光の輝度を低減することにより、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【０２７７】
図１０は本発明の一態様のプログラムを実行する演算装置２０００の構成例を説明するブロック図である。
【０２７８】
演算装置２０００は、中央演算器２１１１、記憶装置２１１２および伝送路２１１４を有する。伝送路２１１４は、中央演算器２１１１、記憶装置２１１２および入出力インターフェース２１１５を互いに接続し、情報の伝送を行う。
【０２７９】
入出力装置２２００は、入出力インターフェース２１１５を介して伝送路２１１４に接続される。入出力装置２２００は情報を、演算装置２０００の外部から入力、または演算装置２０００の外部に出力するための装置である。
【０２８０】
入出力装置２２００としては、通信機器、ネットワーク接続機器または、ハードディスク、リムーバブルメモリなどの書き込み可能な外部記憶装置をその一例として挙げることができる。
【０２８１】
入力装置２２０１としては、キーボード、ポインティングデバイス（マウス等）またはタッチパネルなどのヒューマンインターフェース機器、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等のカメラ、スキャナー、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤＲＯＭなど読み取り専用の外部記憶装置をその一例としてあげることができる。
【０２８２】
出力装置２２０２としては、表示パネル、スピーカ、プリンタなどを一例として挙げることができる。
【０２８３】
本発明の一態様のプログラムは、あらかじめ書き込まれた読み取り専用の記憶媒体または、ネットワークを介してダウンロードにより、頒布されうる。
【０２８４】
演算装置２０００の中央演算器２１１１は、本発明の一態様のプログラムを入出力装置２２００の外部記憶装置から記憶装置２１１２に読み込む。次いで、上述のプログラムの手順に従って演算処理を実行する。
【０２８５】
演算装置２０００は、プログラムの実行結果を、入出力インターフェース２１１５を介して出力装置２２０２に出力する。
【０２８６】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０２８７】
（実施の形態６）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を備える電子機器の例について、図面を参照して説明する。
【０２８８】
本発明の一態様の表示装置を適用した電子機器として、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。これらの電子機器の具体例を図１１に示す。
【０２８９】
図１１（Ａ）に示す電子機器は、モニタの一例である。
【０２９０】
図１１（Ａ）に示す電子機器は、筐体９０１ａ、表示部９０２ａ、カメラ９０３ａ、及び入力手段９０４ａを備える。
【０２９１】
表示部９０２ａは筐体９０１ａに組み込まれている。表示部９０２ａにより、映像を表示することが可能である。また筐体９０１ａは、下部に設けられたスタンドにより支持された構成を示している。
【０２９２】
筐体９０１ａには、検出手段としてカメラ９０３ａが組み込まれている。カメラ９０３ａにより、使用者の眼球を含む画像を撮像することができる。
【０２９３】
また筐体９０１ａには、入力手段９０４ａが組み込まれている。入力手段９０４ａにより、使用者が様々な設定情報を入力することができる。
【０２９４】
また筐体９０１ａの内部には、制御手段が設けられている。
【０２９５】
図１１（Ａ）に示す電子機器は、カメラ９０３ａにより検出情報を取得し、筐体９０１ａ内部の制御手段により、表示手段である表示部９０２ａから発する輝度を制御することが可能であり、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【０２９６】
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、パーソナルコンピュータの一例である。
【０２９７】
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、表示部９０２ｂを備える筐体９０１ｂと、脱着可能なカメラ９０３ｂと、筐体９０１ｂに組み込まれた入力手段９０４ｂと、キーボード９０５ｂと、マウス９０６ｂと、本体９０７ｂと、を備える。
【０２９８】
本体９０７ｂ内には少なくとも制御手段を備える。
【０２９９】
キーボード９０５ｂ、マウス９０６ｂは、他の入力手段として用いることができる。
【０３００】
図１１（Ｂ）に示す電子機器は、カメラ９０３ｂにより検出情報を取得し、本体９０７ｂ内部の制御手段により、表示手段である表示部９０２ｂから発する輝度を制御することが可能であり、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【０３０１】
図１１（Ｃ）に示す電子機器は、ノート型のパーソナルコンピュータの一例である。
【０３０２】
図１１（Ｃ）に示す電子機器は、筐体９０１ｃを備え、筐体９０１ｃには表示部９０２ｃ、カメラ９０３ｃ、キーボード９０５ｃ、及びポインティングデバイス９０６ｃが組み込まれている。
【０３０３】
また、筐体９０１ｃの内部には、制御手段が設けられている。
【０３０４】
図１１（Ｃ）に示す電子機器は、カメラ９０３ｃにより検出情報を取得し、筐体９０１ｃ内部の制御手段により、表示手段である表示部９０２ｃから発する輝度を制御することが可能であり、使用者の眼精疲労や網膜の損傷を抑制することができ、使用者の健康が害されることを抑制することができる。
【０３０５】
本発明の一態様の電子機器は、上記構成に限られず、制御手段と、検出手段と、表示手段、を備えていれば、どのような形態であってもよい。またそれぞれが個別に異なる筐体に組み込まれていてもよい。
【０３０６】
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例】
【０３０７】
本実施例では、表示装置の駆動方法の違いに対する眼精疲労の度合いを調査した結果について説明する。
【０３０８】
［目にやさしい表示について］
神経系の疲労は、長期間にわたって発光や点滅を見続けることで、その光が眼の網膜や神経、脳を刺激することにより生じる。神経や脳が刺激されることで、概日リズム（サーカディアン・リズム：Ｃｉｒｃａｄｉａｎ  ｒｈｙｔｈｍ）への悪影響が生じる場合がある。
【０３０９】
筋肉系の疲労は、ピントを合わせる（調節する、ともいう）のに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより生じる。筋肉系の疲労により、ピントが合う最も近い距離が遠くなることが知られている。
【０３１０】
図１２（Ａ）に、従来の表示部の表示を表す模式図を示す。図１２（Ａ）に示すように、従来の表示部の表示では、１秒間に６０回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがある。
【０３１１】
本発明の一態様では、表示部の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタを適用することができる。酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流は、極めて小さいため、フレーム周波数を下げても、表示部の輝度の維持が可能となる。
【０３１２】
つまり、図１２（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。
【０３１３】
また、図１３（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、表示部に表示された文字はぼやけてしまう。表示部に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態がつづくことになり、目に負担をかけてしまうおそれがある。
【０３１４】
これに対し、図１３（Ｂ）に示すように、本発明の一態様にかかる表示部では、１画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。表示部の解像度を１５０ｐｐｉ以上、好ましくは２００ｐｐｉ以上とすることにより、使用者の筋肉系の疲労を効果的に低減することができる。
【０３１５】
また、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ）  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。
【０３１６】
そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。
【０３１７】
また、５００ｎｍ以下の波長の光、４２０ｎｍ以下の波長の光はエネルギーが高く、目の角膜や水晶体で吸収されずにその一部が網膜まで到達するため、眼精疲労を誘発する。またこのような波長の光は、長期的な網膜への影響（例えば、加齢黄斑変性など）や、夜中までこのような波長の光に暴露された際の概日リズム（サーカディアン・リズム：Ｃｉｒｃａｄｉａｎ  ｒｈｙｔｈｍ）への悪影響を引き起こす場合もある。特に虹彩の色が薄い人の場合には、短波長の光を吸収するメラニン色素の虹彩に含まれる割合が少ないため、このような光の影響をより強く受けやすい。
【０３１８】
またこのような波長の光は散乱しやすいため、例えば画素部に表示された文字や画像がぼやけて視認されやすく、これにピントを合わせるために瞳孔を収縮させる毛様体筋を刺激して眼精疲労を誘発する。したがって、このような波長の光の輝度を低下させることにより、使用者の眼精疲労を効果的に抑制することができる。
【０３１９】
したがって、眼精疲労が抑制され、目にやさしい表示を行うためには、表示部に設けられる画素が１５０ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）以上、好ましくは２００ｐｐｉ以上の精細度で配置されていることが好ましい。また、表示部から発せられる光として、４４０ｎｍ以下の波長を有する光、より好ましくは４２０ｎｍ以下の波長を有する光を含まないことが好ましい。このように、少なくとも１５０ｐｐｉ以上の精細度を有し、且つ、４２０ｎｍ以下の波長の光がカットされた表示部を備える表示手段は、使用者の目の疲労を低減（眼精疲労を抑制）することができる。したがって、このような表示手段を、「目にやさしい」表示が可能な表示手段とも呼ぶことができる。
【０３２０】
［疲労度の測定］
目の疲労度を客観的に評価する指標として、臨界融合周波数と調節近点距離を用いて、表示装置の駆動方法の違いに対する眼精疲労の度合いを評価した。
【０３２１】
人は、光の点滅する周波数を高くすると、あたかも連続光のように見える。これを融合といい、ちらつきを感じずに連続光に見え始める周波数を臨界融合周波数（ＣＦＦ）という。ＣＦＦは、神経系の眼精疲労が進むことによって低下する。
【０３２２】
ＣＦＦの測定は、デジタルフリッカー値測定器ＲＤＦ−１（柴田科学株式会社製）により行った。
【０３２３】
一方、人は、目の水晶体を取り囲む毛様体の筋肉の伸縮によりピントの調整を行う。これを調節といい、筋肉系の眼精疲労が進むとピントの合う最も近い距離（調節近点）が遠くなる。
【０３２４】
調節近点距離の測定はＮＰアコモドメーター（興和株式会社製）により行った。
【０３２５】
［測定条件］
測定に用いた表示装置の仕様を表１に示す。
【０３２６】
【表１】
2014130325.tif 000003
【０３２７】
視覚負荷としては、上述の表示装置に７７×５０文字のランダムなアルファベットを表示し、その中から所定の文字列の数を数える、という動作を１５分間連続して行い、これを１０分間隔で４回行った。測定は、表示装置のリフレッシュレートを０．２Ｈｚとした場合と、６０Ｈｚとした場合とでそれぞれ行った。また、視覚負荷を与えている時の室内照度は２００ｌｕｘであった。
【０３２８】
被験者は、２０代から４０代の男女６人（男４人、女２人）とした。
【０３２９】
［評価結果］
測定したＣＦＦの結果を図１４に示す。図１４は、各被験者における視覚負荷前後のＣＦＦの減少率を示し、これが大きいほど疲労が大きいことを示す。この結果から、被験者Ａ、Ｅ、Ｆでは６０Ｈｚ駆動よりも０．２Ｈｚ駆動の方が、疲労が低減されていることが確認された。また、被験者Ｂ、Ｃ、Ｄについてはあまり差がみられない結果となった。すなわち、低周波数駆動による眼精疲労の抑制効果には個人差はあるものの、比較的疲労しにくい人（視覚負荷に対して鈍感な人）よりも疲労しやすい人（視覚負荷に対して敏感な人）では、より眼精疲労の抑制効果がみられることが分かった。
【０３３０】
測定した調節近点距離の結果を図１５に示す。図１５は、各被験者における６０Ｈｚ駆動での視覚負荷前後での調節近点距離を示している。いずれの被験者においても視覚負荷前後での調節近点距離の変化は僅かであり、今回用いた視覚負荷の条件では、調節近点距離に変化が見られる程度に疲労が進行していないことが分かった。
【０３３１】
以上のように、１５０ｐｐｉ以上の精細度を有し、且つ、４２０ｎｍ以下の波長の光がカットされた表示部を備える表示手段を用い、さらにリフレッシュレートを低減した駆動を行うことにより、眼精疲労が抑制され、目にやさしい表示を行うことができることが確認できた。
【０３３２】
本実施例は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【０３３３】
１００    表示装置
１０１    制御手段
１０２    表示手段
１０３    検出手段
１１１    演算装置
１１２    コントローラ
１１３    記憶装置
１１４    検出器
１１５    コントローラ
１１６    画素部
１１７    駆動回路
１１８    駆動回路
１１９    ＬＵＴ
１２１    バックライト
１２２    コントローラ
１２３ｂ    光源
１２３ｇ    光源
１２３ｒ    光源
１２４    拡散板
１２５    設定情報
１５０    表示装置
１６０    表示装置
２００    表示パネル
２０１    第１の基板
２０２    第２の基板
２０３    シール材
２０４    ＦＰＣ
２０５    外部接続電極
２０６    配線
２０８    接続層
２１１    画素部
２１２    ＩＣ
２１３    ゲート駆動回路
２３１    トランジスタ
２３２    トランジスタ
２３７    絶縁層
２３８    絶縁層
２３９    絶縁層
２４２    ブラックマトリクス
２４３    カラーフィルタ
２５０    液晶素子
２５１    第１の電極
２５２    液晶
２５３    第２の電極
２５４    スペーサ
２５５    オーバーコート
２５６    トランジスタ
５００    入力手段
５００＿Ｃ    信号
６００    表示装置
６１０    制御手段
６２０    演算装置
６２５＿Ｃ    制御信号
６２５＿Ｖ    画像信号
６３０    表示手段
６３１    画素部
６３１ａ    領域
６３１ｂ    領域
６３１ｃ    領域
６３１ｐ    画素
６３２    Ｇ駆動回路
６３２＿Ｇ    Ｇ信号
６３３    Ｓ駆動回路
６３３＿Ｓ    Ｓ信号
６３４    画素回路
６３４ｃ    容量素子
６３４ｔ    トランジスタ
６３５    表示素子
６３５ＬＣ    液晶素子
６３８    コントローラ
６５０    バックライト
９０１ａ    筐体
９０１ｂ    筐体
９０１ｃ    筐体
９０２ａ    表示部
９０２ｂ    表示部
９０２ｃ    表示部
９０３ａ    カメラ
９０３ｂ    カメラ
９０３ｃ    カメラ
９０４ａ    入力手段
９０４ｂ    入力手段
９０５ｂ    キーボード
９０５ｃ    キーボード
９０６ｂ    マウス
９０６ｃ    ポインティングデバイス
９０７ｂ    本体
２０００    演算装置
２１１１    中央演算器
２１１２    記憶装置
２１１４    伝送路
２１１５    入出力インターフェース
２２００    入出力装置
２２０１    入力装置
２２０２    出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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