(57)【要約】【課題】可撓性を有する基板を用い、なおかつ、バックプレーンが結晶性酸化物半導体膜で作製された高信頼性の液晶表示装置を提供する。【解決手段】トランジスタと、トランジスタ上の有機樹脂膜と、有機樹脂膜上において絶縁膜を挟んで重なる領域を有して形成された画素電極及び共通電極と、画素電極及び共通電極上の配向膜とを含む層が設けられた、可撓性を有する第１の基板と、第１の基板に対向し、可撓性を有する第２の基板と、封止部材によって、第１の基板及び第２の基板の間に封入された液晶層と、を有し、トランジスタは、チャネルが形成される半導体層が結晶部を有する酸化物半導体膜で形成されており、層には、第１及び第２の基板の間に液晶層を封入する前に乾燥処理がされており、乾燥処理から液晶層を封入するまでの工程は大気開放せずに行われたことを特徴とする液晶表示装置。【選択図】図１
2014095895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタと、前記トランジスタ上の有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜上において絶縁膜を挟んで重なる領域を有して形成された画素電極及び共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極上の配向膜とを含む層が設けられた、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、可撓性を有する第２の基板と、
封止部材によって、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に封入された液晶層と、
を有し、
前記トランジスタは、チャネルが形成される半導体層が結晶部を有する酸化物半導体膜で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
トランジスタと、前記トランジスタ上の有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜上において絶縁膜を挟んで重なる領域を有して形成された画素電極及び共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極上の配向膜とを含む層が設けられた、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、可撓性を有する第２の基板と、
封止部材によって、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に封入された液晶層と、
を有し、
前記トランジスタは、チャネルが形成される半導体層が結晶部を有する酸化物半導体膜で形成されており、
前記層には、前記第１及び前記第２の基板の間に前記液晶層を封入する前に乾燥処理がされており、乾燥処理から液晶層を封入するまでの工程は大気開放せずに行われたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
トランジスタと、前記トランジスタ上の有機樹脂膜と、前記有機樹脂膜上において絶縁膜を挟んで重なる領域を有して形成された画素電極及び共通電極と、前記画素電極及び前記共通電極上の配向膜とを含む層が設けられた、可撓性を有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向し、可撓性を有する第２の基板と、
封止部材によって、前記第１の基板及び前記第２の基板の間に封入された液晶層と、
を有し、
前記トランジスタは、チャネルが形成される半導体層が結晶部を有する酸化物半導体膜で形成されており、
前記層には、前記第１及び前記第２の基板の間に前記液晶層を封入する前に乾燥処理がされており、乾燥処理から液晶層を封入するまでの工程が、露点温度−６０℃以下の雰囲気下で行われたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の液晶表示装置と、
前記第２の基板の外側に形成されたストライプ状の複数の電極と、
を有し、
前記共通電極は、ストライプ状の領域を有し、かつ前記複数の電極と交差するように配置され、前記複数の電極と前記共通電極との間に静電容量が形成され、
前記複数の電極の電位の変化から接触を検出することを特徴とするタッチパネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物半導体膜を用いたトランジスタを有する液晶表示装置と、上記液晶表示装置を用いたタッチパネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置において、その多くに用いられているトランジスタは、アモルファスシリコンや多結晶シリコンなどのシリコン半導体膜によって作製されている。
【０００３】
そのシリコン半導体膜に代わって、酸化物半導体膜をトランジスタに用いる技術が注目されている。
【０００４】
例えば、酸化物半導体膜として、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜で作製されたトランジスタを画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている（特許文献１、２参照）。
【０００５】
また、我々は、ガラス基板上に新しい結晶構造を有する酸化物半導体膜を作製する技術を開発している（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１６５５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−０９６０５５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｙａｍａｚａｋｉら、「Ｒｅｓｅａｒｃｈ，  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」、ＳＩＤ  ２０１２  ＤＩＧＥＳＴ、ｐ．１８３−１８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
酸化物半導体はシリコンよりもバンドギャップが広く、かつ真性キャリア密度をシリコンよりも低くすることができる半導体材料である。そのため酸化物半導体膜を用いたトランジスタ（以下、酸化物半導体トランジスタと呼ぶ。）は、アモルファスシリコン膜および多結晶シリコン膜を用いたものよりも著しくオフ電流を低くすることが可能である。従って、酸化物半導体トランジスタで液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置のバックプレーン（回路基板）を作製することで、表示装置の低消費電力化が可能になる。
【０００９】
さらに、結晶性を有する酸化物半導体膜を用いたトランジスタにより、画素の密度を向上させることが可能であり、表示装置の高精細化が実現される（上記、非特許文献１参照）。
【００１０】
化石燃料の枯渇、環境問題等により、あらゆる電子機器の電力消費の削減が求められており、液晶表示装置もその例外ではない。液晶表示装置の消費電力は、液晶層に電界を印加する方法（表示モード）で異なることが知られている。ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードなどの縦電界モードよりも横電界方式の方が、液晶材料の配向を変化させる（画素を書換える）ための消費電力が低い。
【００１１】
また、横電界方式の液晶表示装置は、縦電界方式よりも広い視野角を得ることができるため、近年、テレビジョン装置、モバイル機器等の表示装置として、様々な画面サイズの液晶表示装置に採用されている。
【００１２】
横電界方式の液晶表示装置は、液晶層を挟んで配置される一対の基板のうちのトランジスタが作製される基板側に、画素電極と共通電極が共に設けられており、概ね横方向の電界が液晶分子に印加される。横電界方式としては、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが代表的である。
【００１３】
従って、横電界方式の表示モードと結晶性酸化物半導体膜でなるトランジスタの組み合わせにより、液晶表示装置の高精細化、低消費電力化の実現が可能であり、また高性能のタッチパネルの実現も可能になる。
【００１４】
一方で、バックプレーンに酸化物半導体トランジスタを使った液晶表示装置の量産化に向けての大きな課題として、信頼性の向上がある。
【００１５】
また、可撓性を有する基板は、ガラス基板と比較して振動、衝撃に対する機械的強度に優れ、厚さを抑えやすく、形状の自由度が高いというメリットを有している。そのため、該可撓性を有する基板を用いた半導体装置には、様々なアプリケーションが期待されている。
【００１６】
そこで、本発明の一態様では、可撓性を有する基板を用い、なおかつ、バックプレーンが結晶性酸化物半導体膜で作製された高信頼性の液晶表示装置を提供することを課題の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
我々の研究において、酸化物半導体トランジスタの電気的特性の変動の大きな原因の１つが、酸化物半導体膜への水の侵入であることが明らかになっている。酸化物半導体膜に水が侵入することでキャリア密度が増加し、トランジスタの電気的特性が変動するのである。
【００１８】
そのため、可能な限り水を含まない材料で、かつ可能な限り水を侵入させない構造及び作製方法で、液晶表示装置を作製することが信頼性の低下の解決につながる。
【００１９】
しかしながら、材料の制約は液晶表示装置の表示品位を低下させる、液晶表示装置の製造工場の既存の設備が使用できなくなるという新たな問題を生み、酸化物半導体を用いた液晶表示装置の早期実用化を阻むことになる。
【００２０】
例えば、液晶分子の配向不良を抑えるために画素電極の下地膜として、平坦化膜を形成することが望ましい。平坦化膜は、トランジスタの凹凸を無くすように厚く形成する必要があるため、有機樹脂膜が平坦化膜として一般的に用いられている。しかしながら、有機樹脂膜は無機絶縁膜と比較して吸湿性が高いため、酸化物半導体トランジスタとの組み合わせに問題がある。
【００２１】
そこで、本発明の一形態に係る液晶表示装置は、耐熱性を有する基板上に、酸化物半導体トランジスタと、酸化物半導体トランジスタ上の有機樹脂膜と、有機樹脂膜上の画素電極及び共通電極と、画素電極及び共通電極上の配向膜とを含む素子層が形成された後、可撓性を有する第１基板上に上記素子層を転置して、上記第１基板と可撓性を有する第２基板との間に液晶層を封入する前に、乾燥処理が行われており、乾燥処理から液晶層を封入するまでの工程は大気開放せずに行われているものとする。
【００２２】
また、本発明の他の形態は、上記形態に係る液晶表示装置を表示部に備えたタッチパネルにある。
【発明の効果】
【００２３】
本明細書に開示された技術により、可撓性を有する基板を用い、なおかつ、酸化物半導体トランジスタでバックプレーンを作製した実用化レベルを満たす程度に高い信頼性の液晶表示装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】液晶パネルの構成例を示す平面図。
【図２】液晶パネルの構成例を示す断面図であり、図１のＢ１−Ｂ２による断面図。
【図３】画素の構成例を示す平面図。
【図４】図３の切断線Ａ１−Ａ２による画素の断面図。
【図５】図３の切断線Ａ３−Ａ４による画素の断面図。
【図６】共通電極と端子部の接続構造の一例を示す断面図。
【図７】液晶パネルの配線（電極）の接続構造の一例を示す断面図。
【図８】Ａ−Ｄ：トランジスタの作製方法の一例を示す断面図。
【図９】Ａ−Ｃ：図８Ｄに続く工程の一例を示す断面図。
【図１０】図１の液晶パネルを備えたタッチパネルの構成例を示す断面図。
【図１１】図１０のタッチパネルのタッチセンサの構成例を示す平面図。
【図１２】図１１の切断線Ｃ１−Ｃ２によるタッチパネルの断面図と、図１１の領域２４０における平面図。
【図１３】図１の液晶パネルを備えた液晶表示装置の構成例を示すブロック図。
【図１４】画素の構成例を示す回路図。
【図１５】図１３の液晶表示装置の駆動方法の一例を説明するタイミングチャート。
【図１６】電子機器の図。
【図１７】ＴＤＳにより、液晶パネルの回路基板（有機樹脂膜を含む）から分離された質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。
【図１８】ＴＤＳにより、液晶パネルの回路基板（有機樹脂膜を含まない）から分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示すグラフ。
【図１９】走査線駆動回路（加熱処理あり）の動作時間に対する動作マージン幅の変化を示すグラフ。
【図２０】走査線駆動回路（加熱処理なし）の動作時間に対する動作マージン幅の変化を示すグラフ。
【図２１】液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図２２】液晶表示装置の作製工程を示す断面図。
【図２３】液晶パネルを備えた液晶表示装置の構成例を示すブロック図。
【図２４】タッチセンサの斜視図。
【図２５】タッチセンサの平面図。
【図２６】タッチセンサの断面図。
【図２７】タッチセンサの回路図。
【図２８】タッチセンサのマスク図面。
【図２９】液晶パネルの仕様の一例を示す図。
【図３０】電子機器の図。
【図３１】電子機器の図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨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。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００２６】
また、発明の実施の形態の説明に用いられる図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。
【００２７】
なお、本明細書において液晶表示装置とは、液晶素子が各画素に形成された液晶パネルと、駆動回路またはコントローラを含むＩＣ等、さらにはバックライトやフロントライトなどの光源を、当該液晶パネルに実装した状態にあるモジュールとを、その範疇に含む。
【００２８】
（実施の形態１）
＜液晶パネルの構成＞
図２３及び図１４、並びに図１−図５を用いて、本実施の形態の液晶パネルを説明する。図１は、液晶パネル１０の構成の一例を示す平面図である。図２は、液晶パネル１０の構成例の一例を示す断面図であり、図１のＢ１−Ｂ２による断面図に対応する。
【００２９】
図２３は、液晶パネル１０の構成の一例を示すブロック図である。液晶パネル１０は、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３を有する。表示部３０は、走査線１１０及びデータ線１１１に接続された複数の画素３１を有する。図１４は、画素３１の構成例を示す回路図である。
【００３０】
画素３１は、トランジスタ３５、液晶素子３６を有する。トランジスタ３５は、液晶素子３６とデータ線１１１との電気的接続を制御するスイッチング素子であり、走査線１１０を介して、そのゲートから入力される走査信号によりオン、オフが制御される。
【００３１】
図３は、画素３１の構成例を示す平面図である。図４は、画素３１の構成の一例を示す断面図であり、図３の切断線Ａ１−Ａ２による断面図である。図５は、画素３１の構成の一例を示す断面図であり、図３の切断線Ａ３−Ａ４による断面図である。ここでは、液晶パネル１０にＦＦＳモードの画素３１を適用しているが、ＩＰＳモードの画素３１が適用されていても良い。
【００３２】
表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３は、それぞれ、酸化物半導体を用いたトランジスタが用いられている。図２には、データ線駆動回路４３のトランジスタ４５を示し、図４には、画素３１のトランジスタ３５を示している。表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３には、同じ構造のトランジスタが形成される。ここでは、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３のトランジスタとして、ボトムゲート型であり、かつ半導体層が酸化物半導体膜で構成されているトランジスタが用いられる。
【００３３】
走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２の一方には奇数行の走査線１１０が接続され、他方には偶数行の走査線１１０が接続されている。データ線駆動回路４３にはデータ線１１１が接続されている。画素３１のトランジスタ３５は、走査線１１０及びデータ線１１１に接続されている。
【００３４】
液晶パネル１０では、基板１００と基板２００の間に、封止部材２１５により封止された液晶層１４０が存在している。液晶パネル１０のセルギャップは、基板２００に形成されたスペーサ１４１により維持されている（図５参照）。図３及び図５に示すように、スペーサ１４１は、走査線１１０およびデータ線１１１が重なる領域に形成されている。このような領域は、液晶材料の配向が乱れる領域であり表示に寄与しない。このような領域にスペーサ１４１を形成することで、画素３１の開口率の高くすることができ、その開口率を５０％以上とすることが可能である。
【００３５】
基板１００には、封止部材２１５の外側に、ＦＰＣ６１に接続される端子部６０が形成されている。端子部６０の上層には共通電極１１５と同じ透明導電膜から形成された電極１６２が形成されており、異方性導電膜によりＦＰＣ６１と電極１６２が電気的に接続される。電極１６２は、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３に電気的に接続されており、データ線１１１を構成する導電膜から形成される。なお、電極１６２と、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３を接続する配線１６１は、走査線１１０と同じ導電膜で形成することができる。
【００３６】
基板１００及び基板２００は可撓性を有しており、プラスチック等の樹脂を有する基板を用いることができる。プラスチック基板として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表されるポリエステル、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
【００３７】
また、基板１００または基板２００は、一対の平面の一方または両方が、絶縁性を有し、なおかつ可視光に対する透光性を有するセラミック層で被覆されていても良い。樹脂を有する基板は、ガラス基板等に比べて、傷を生じさせるような物理的な衝撃に対する耐性が低い傾向にあるが、上記特性を有するセラミック層で被覆された基板１００または基板２００は、可視光に対する透光性を維持したまま、表面に傷がつきにくくすることができる。セラミック層は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属砒化物、金属硫化物、シリコン酸化物、またはシリコン炭化物であって、可視光に対して透光性を有し、絶縁性を有する材料を用いることが望ましい。具体的には、セラミック層に、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化クロム、酸化マグネシウム、酸化ニッケル、酸化ジルコニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化窒化チタン、炭化珪素、酸化窒化シリコンなどを用いることができる。
【００３８】
セラミック層は、ゾルゲル法、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などを用いて形成することができる。また、耐熱性の高い基板上に上記いずれかの方法を用いてセラミック層を形成した後、セラミック層を耐熱性の高い基板から剥離し、基板１００または基板２００に転置することで、セラミック層を基板上に形成しても良い。或いは、セラミックの粒子を気体と共に高速で基板に吹き付けることで、セラミック層を基板上に形成することもできる。
【００３９】
＜画素について＞
画素３１において、有機樹脂膜１３５上に、共通電極１１５および画素電極１１６が絶縁膜１３６を挟んで対向している。共通電極１１５は、表示部３０において１つの電極として構成されており、各画素３１において、画素電極１１６とトランジスタ３５との接続部に開口が形成されている。画素電極１１６は、画素３１毎に分割して形成されており、各画素３１が有する画素電極１１６は、ストライプ状の領域を有している。図３では、画素電極１１６にスリット状の開口部を設けている場合を例示している。画素３１の液晶素子３６（図１４参照）は、共通電極１１５、画素電極１１６及び液晶層１４０で構成される。共通電極１１５と画素電極１１６が形成する電界の作用により液晶層１４０の液晶材料の配向が変化される。
【００４０】
なお、共通電極１１５において、画素電極１１６と重なる部分にスリット状の開口を形成することもできる。
【００４１】
また、画素電極１１６と共通電極１１５が絶縁膜１３６を介して重なる領域は、容量Ｃ１を構成する（図１４参照）。そのため、画素３１に補助容量線と呼ばれる配線を別途作製することで形成される容量Ｃ２が、不要である。つまり、液晶素子３６の保持容量としては、画素電極１１６、共通電極１１５及び絶縁膜１３６でなる容量Ｃ１（＞０ｆＦ）が設けられ、補助容量線を電極とする容量Ｃ２が設けられていない。つまり、容量値は、容量Ｃ１は０［ｆＦ］を超え、数百［ｆＦ］程度とすることができ、他方、容量Ｃ２は０［ｆＦ］である。
【００４２】
よって、画素３１に開口率を低下させる補助容量線を形成することがなく、液晶素子３６に並列に容量Ｃ１が付加されているため、開口率を高くすることができる。そのため、開口率を５０％以上にすることが可能であり、さらに６０％以上にすることも可能である。
【００４３】
基板２００には、ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１、オーバーコート２１２、配向膜２１３が形成されている。カラーフィルタ２１１は画素電極１１６と重なる領域に形成され、ブラックマトリクス２１０は、走査線１１０及びデータ線１１１等が形成された、表示に寄与しない領域を隠すように設けられている。
【００４４】
図６に示すように、共通電極１１５は、絶縁膜１３１上の配線１１７に電気的に接続されている。配線１１７は、表示部３０の外側に形成されており、配線１１７は、図２の配線１６１と同様に、端子部６０の電極１６２に電気的に接続されている。このような構造により、共通電極１１５に液晶パネル１０の外部から電位を印加することができる。
【００４５】
ＦＦＳモードの液晶パネルは、ＩＰＳモードの液晶パネルよりも広い視野角、高いコントラストが得られ、また、ＩＰＳモードのものよりも低電圧駆動が可能であるため、酸化物半導体でなるトランジスタを適用することにより、モバイル型電子機器の高精細表示装置として非常に好適である。また、ＦＦＳモードの液晶パネルは、画素電極と共通電極が重なることにより、保持容量配線を設けることなく、画素に保持容量を付加することができるため、開口率の向上が図れる。
【００４６】
＜トランジスタの作製方法＞
以下、図１に示す液晶パネル１０の回路基板の作製方法を示す。
【００４７】
まず、図８Ａ乃至図９Ｃを用いて、表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３のトランジスタの作製方法を説明する。図８Ａ乃至図９Ｃは、表示部３０のトランジスタ３５の作製方法の一例を示す断面図であるが、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３のトランジスタも同様の構成で同時に基板１８０上に作製される。
【００４８】
図８Ａに示すように、基板１８０上に、剥離層１７４と、剥離層１７４上の絶縁膜１７５と、絶縁膜１７５上の第１層目の配線及び電極を構成する導電膜３０１を形成する。
【００４９】
基板１８０としては、後の作製工程において耐えうる程度の耐熱性を有する基板が望ましく、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板等が用いられる。
【００５０】
剥離層１７４は、金属膜、金属酸化膜、金属膜と金属酸化膜とを積層して形成される膜を用いることができる。金属膜と金属酸化膜は、単層であっても良いし、複数の層が積層された積層構造を有していても良い。また、金属膜や金属酸化膜の他に、金属窒化物や金属酸化窒化物を用いてもよい。剥離層１７４は、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法等の各種ＣＶＤ法等を用いて形成することができる。
【００５１】
剥離層１７４に用いられる金属としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）またはイリジウム（Ｉｒ）等が挙げられる。剥離層１７４は、上記金属で形成された膜の他に、上記金属を主成分とする合金で形成された膜、或いは上記金属を含む化合物を用いて形成された膜を用いても良い。
【００５２】
金属膜と金属酸化膜とが積層された剥離層１７４は、元となる金属膜を形成した後、該金属膜の表面を酸化または窒化させることで形成することができる。具体的には、酸素雰囲気中またはＮ２Ｏ雰囲気中で元となる金属膜にプラズマ処理を行う、或いは、酸素雰囲気中またはＮ２Ｏ雰囲気中で元となる金属膜に加熱処理を行えばよい。また元となる金属膜上に接するように、酸化珪素膜または酸化窒化珪素膜を形成することでも、金属膜の酸化を行うことができる。また元となる金属膜上に接するように、酸化窒化珪素膜、窒化珪素膜を形成することで、窒化を行うことができる。
【００５３】
金属膜の酸化または窒化を行うプラズマ処理として、プラズマ密度が１×１０１１ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１１ｃｍ−３から９×１０１５ｃｍ−３以下であり、マイクロ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）などの高周波を用いた高密度プラズマ処理を行っても良い。
【００５４】
なお元となる金属膜の表面を酸化することで、金属膜と金属酸化膜とが積層した剥離層１７４を形成するようにしても良いが、金属膜を形成した後に金属酸化膜を別途形成するようにしても良い。例えば金属としてタングステンを用いる場合、スパッタ法やＣＶＤ法等により元となる金属膜としてタングステン膜を形成した後、該タングステン膜にプラズマ処理を行う。これにより、金属膜に相当するタングステン膜と、該金属膜に接し、なおかつタングステンの酸化物で形成された金属酸化膜とを、形成することができる。
【００５５】
絶縁膜１７５は、ＣＶＤ法やスパッタリング法等を用いて、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等の絶縁性を有する材料を用いて形成する。
【００５６】
絶縁膜１７５は、基板１８０中に含まれるＮａなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属が、後に形成される半導体層１２０中に拡散し、トランジスタなどの半導体素子の特性に悪影響を及ぼすのを防ぐために設ける。また、絶縁膜１７５は、剥離層１７４に含まれる不純物元素が半導体層１２０中に拡散するのを防ぎ、なおかつ後の素子層１７０を剥離する工程において、素子層１７０を保護する役目も有している。さらに絶縁膜１７５により、剥離層１７４における剥離が容易となり、または後の剥離工程において半導体素子や配線に亀裂やダメージが入るのを防ぐことができる。
【００５７】
絶縁膜１７５は、単数の絶縁膜を用いたものであっても、複数の絶縁膜を積層して用いたものであっても良い。本実施の形態では、膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜、膜厚５０ｎｍの窒化酸化珪素膜、膜厚１００ｎｍの酸化窒化珪素膜を順に積層して絶縁膜１７５を形成するが、各膜の材質、膜厚、積層数は、これに限定されるものではない。
【００５８】
なお、本実施の形態では、基板１８０上に剥離層１７４を直接形成する場合を例示しているが、基板１８０と剥離層１７４の密着性を高めるために、基板１８０と剥離層１７４の間に、酸化珪素、窒化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素等を含む絶縁膜を形成しても良い。
【００５９】
導電膜３０１としては、アルミニウム、チタン、クロム、コバルト、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ルテニウム、銀、タンタル及びタングステンを一種以上含む導電性材料でなる膜を１層または２層以上形成するとよい。例えば、導電膜３０１として、窒化タングステン膜上に銅膜を積層した膜や、タングステン単層膜を形成することができる。
【００６０】
次に、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、トランジスタのゲート電極としても機能する走査線１１０を形成する。第１のフォトマスクを用いて、レジストからなるマスク（以下、レジストマスクと呼ぶ。）を導電膜３０１上に形成する。導電膜３０１をエッチングして、走査線１１０を形成する。そして、レジストマスクを除去する（図８Ｂ）。
【００６１】
また、図７に示すように、電極１７１も走査線１１０と共に形成される。図７は、表示部３０の外部に形成される配線（電極）の接続構造の一例を示す断面図であり、第１層目の電極１７１と、第２層目の電極１７２とが、電極１７３を介して接続されている構造を示している。このような接続の構造は、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３や、引き回し配線などに適用される。
【００６２】
走査線１１０（第１層目の配線、電極）を覆って、絶縁膜１３１を形成し、絶縁膜１３１上に、３層構造の酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３を形成する（図８（Ｃ））。
【００６３】
絶縁膜１３１は、トランジスタ３５のゲート絶縁膜を構成する。絶縁膜１３１としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム及び酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を、単層で、または積層で用いればよい。
【００６４】
例えば、２層構造の絶縁膜１３１とする場合、１層目を窒化シリコン膜とし、２層目を酸化シリコン膜とした多層膜とすればよい。２層目の酸化シリコン膜は酸化窒化シリコン膜にすることができる。また、１層目の窒化シリコン膜を窒化酸化シリコン膜とすることができる。
【００６５】
酸化シリコン膜は、欠陥密度の小さい酸化シリコン膜を用いると好ましい。具体的には、電子スピン共鳴（ＥＳＲ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）にてｇ値が２．００１の信号に由来するスピンのスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下、好ましくは５×１０１６ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下である酸化シリコン膜を用いる。酸化シリコン膜は、過剰酸素を有する酸化シリコン膜を用いると好ましい。窒化シリコン膜は水素及びアンモニアの放出量が少ない窒化シリコン膜を用いる。水素、アンモニアの放出量は、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：昇温脱離ガス分光法）分析にて測定すればよい。
【００６６】
なお、窒化酸化シリコンとは、窒素の含有量が酸素より大きい絶縁材料であり、他方、酸化窒化シリコンとは、酸素の含有量が窒素より大きな絶縁材料のことをいう。
【００６７】
３層構造の酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３は、トランジスタの半導体層１２０を構成する膜である。ここでは、３層構造の酸化物半導体膜（３１１〜３１３）を形成したが、単層構造でもよく、またその他の積層構造でもよい（図８Ｃ）。
【００６８】
次に、フォトリソグラフィー工程とエッチング工程により、トランジスタの半導体層１２０を形成する。第２のフォトマスクを用いて、レジストマスクを酸化物半導体膜３１１上に形成し、酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３をエッチングして、半導体層１２０を形成する。そして、レジストマスクを除去する（図８Ｄ）。
【００６９】
トランジスタの半導体層１２０として用いられる酸化物半導体としては、例えば、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系酸化物等がある。
【００７０】
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。
【００７１】
半導体層１２０を構成する酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタの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。
【００７２】
なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素が減少してしまうことがある。よって、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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
なお、ＦＦＳモードの液晶表示装置の場合、図１４に示した容量Ｃ１は、画素電極１１６と共通電極１１５が絶縁膜１３６を介して重なる領域に形成される。そのため、絶縁膜１３６の膜厚や比誘電率が変わらないのであれば、容量Ｃ１は、上記領域の面積が大きくなるほど、その容量値が大きくなり、上記領域の面積が小さくなるほどその容量値が小さくなる。そして、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、トランジスタ３５のオフ電流を著しく小さくすることができるため、シリコンを用いたトランジスタを画素のスイッチング素子に適用した液晶表示装置に比べて、容量Ｃ１からリークする電荷量を少なく抑えることができる。そのため、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、シリコンを用いたトランジスタを画素のスイッチング素子に適用した液晶表示装置の場合に比べて、容量Ｃ１の容量値を小さく抑えることができ、画素電極１１６と共通電極１１５が絶縁膜１３６を介して重なる領域の面積も、小さく抑えることができる。よって、本発明の一態様に係る液晶表示装置では、画素３１の透過率を高めることができ、液晶パネルの内部における光の損失を抑えて、液晶表示装置の消費電力を低減させることができる。
【００７６】
ここでは、トランジスタのチャネルが、半導体層１２０のうち、主として酸化物半導体膜３１２に形成されるように、酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３を設けている。酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３の詳細な作製方法については、後述する。
【００７７】
図９Ａに示すように、基板１８０全体に、第２層目の配線及び電極を構成する導電膜３０２を形成する。導電膜３０２は、導電膜３０１と同様に形成することができる。ここでは、導電膜３０２を３層構造とする。１層目、３層目をチタン膜で形成し、２層目をアルミニウム膜で形成する。チタン膜、アルミニウム膜はスパッタリング法で形成する。
【００７８】
次に、第３のフォトマスクを用いてレジストマスクを導電膜３０２及び絶縁膜１３１上に形成する。このレジストマスクを用いて、導電膜３０２をエッチングして、半導体層１２０に接続されるデータ線１１１、及び電極１１２を形成する（図９Ｂ）。データ線１１１、電極１１２は、トランジスタのソース電極、ドレイン電極として機能する。
【００７９】
また、導電膜３０２からは２層目の図２に示す配線１６１、図６に示す配線１１７、及び図７に示す電極１７２等も形成される。図６の配線１１７は、共通電極１１５を端子部６０に接続するための引き回し配線である。
【００８０】
次に、基板１８０全体を覆って、無機絶縁膜を形成する。ここでは、３層の無機材料でなる絶縁膜１３２乃至絶縁膜１３４を形成する（図９Ｃ）。特に、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３は酸化物膜とし、絶縁膜１３４は窒化物絶縁膜とすることが好ましい。絶縁膜１３４を窒化物絶縁膜とすることで外部から水素や水等の不純物がトランジスタの半導体層に入ることを抑制できる。なお、絶縁膜１３２は設けない構造であってもよい。
【００８１】
また、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３の一方または双方を酸化物膜とした場合、化学量論的組成よりも多くの酸素を含むことが好ましい。このようにすることで、酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３からの酸素の脱離を防止するとともに、酸素過剰領域に含まれる該酸素を酸化物半導体膜に移動させ、酸素欠損を補填することが可能となる。
【００８２】
例えば、昇温脱離ガス分析（以下、ＴＤＳ（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による分析とする。）によって測定される酸素分子の放出量が、１．０×１０１８分子／ｃｍ３以上ある酸化絶縁膜を用いることで、該酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損を補填することができる。なお、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３の一方または双方において、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含む領域（酸素過剰領域）が部分的に存在していてもよく、少なくとも酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３でなる半導体層１２０と重畳する領域に酸素過剰領域が存在することで、酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３からの酸素の脱離を防止するとともに、酸素過剰領域に含まれる酸素を酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３に移動させ、酸素欠損を補填することが可能となる。
【００８３】
絶縁膜１３３が化学量論的組成よりも多くの酸素を含む酸化物膜である場合、絶縁膜１３２は、酸素を透過する酸化物膜であることが好ましい。なお、絶縁膜１３２において、外部から絶縁膜１３２に入った酸素の一部は膜中にとどまる。また、予め絶縁膜１３２に含まれている酸素が外部へ拡散する場合もある。そのため、絶縁膜１３２は酸素の拡散係数が大きい酸化絶縁膜であることが好ましい。
【００８４】
絶縁膜１３２の厚さは、５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下、好ましくは１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることができる。絶縁膜１３１の厚さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは１５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下とすることができる。
【００８５】
絶縁膜１３４を窒化物絶縁膜とする場合、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３の一方または双方が窒素に対するバリア性を有する絶縁膜であることが好ましい。例えば、緻密な酸化物絶縁膜とすることで窒素に対するバリア性を有することができ、具体的には、２５℃において０．５重量％のフッ酸を用いた場合のエッチング速度が１０ｎｍ／分以下である酸化絶縁膜とすることが好ましい。
【００８６】
なお、絶縁膜１３２及び絶縁膜１３３の一方または双方を、酸化窒化シリコンまたは窒化酸化シリコン等、窒素を含む酸化絶縁膜とする場合、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）より得られる窒素濃度は、ＳＩＭＳ検出下限以上３×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とすることが好ましい。このようにすることで、トランジスタ３５に含まれる酸化物半導体でなる半導体層１２０への窒素の移動量を少なくすることができる。また、このようにすることで、窒素を含む酸化絶縁膜自体の欠陥量を少なくすることができる。
【００８７】
絶縁膜１３２は次の条件にて形成することができる。ＰＥ−ＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスのシリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは４０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に高周波電力を供給する条件である。
【００８８】
シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【００８９】
絶縁膜１３４として、水素含有量が少ない窒化物絶縁膜を設けてもよい。該窒化物絶縁膜としては、例えば、ＴＤＳ分析によって測定される水素分子の放出量が、５．０×１０２１ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３未満であり、好ましくは３．０×１０２１ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３未満であり、さらに好ましくは１．０×１０２１ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ／ｃｍ３未満である窒化物絶縁膜である。
【００９０】
絶縁膜１３４は、外部から水素や水等の不純物がトランジスタに侵入することを抑制する機能を奏する厚さとする。例えば、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすればよい。また、その厚さは、好ましくは５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【００９１】
絶縁膜１３２乃至絶縁膜１３４は、ＰＥ−ＣＶＤ法またはスパッタリング法等の各種成膜方法を用いて形成することができる。また絶縁膜１３２乃至絶縁膜１３４は真空中で連続して形成することが好ましい。このようにすることで、絶縁膜１３２、絶縁膜１３３、及び絶縁膜１３４のそれぞれの界面に不純物が混入することを抑制することができる。絶縁膜１３２と絶縁膜１３３に用いる材料が同種の組成である場合、絶縁膜１３２と絶縁膜１３３の界面が明確に分からない場合がある。
【００９２】
例えば、絶縁膜１３２として、ＰＥ−ＣＶＤ法で酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合は、以下の成膜条件で成膜することができる。基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスのシリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは４０Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に高周波電力を供給する条件である。
【００９３】
シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【００９４】
なお、シリコンを含む堆積性気体に対する酸化性気体量を１００倍以上とすることで、絶縁膜１３２に含まれる水素含有量を低減することが可能であると共に、絶縁膜１３２に含まれるダングリングボンドを低減することができる。絶縁膜１３３から移動する酸素は、絶縁膜１３２に含まれるダングリングボンドによって捕獲される場合があるため、絶縁膜１３２に含まれるダングリングボンドが低減されていると、絶縁膜１３３に含まれる酸素を効率よく半導体層１２０へ移動させ、半導体層１２０の酸素欠損を補填することが可能である。この結果、半導体層１２０に混入する水素量を低減できると共に酸化物半導体膜に含まれる酸素欠損を低減させることが可能である。
【００９５】
絶縁膜１３３として、ＰＥ−ＣＶＤ装置で酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合、以下の形成条件とすることで、絶縁膜１３３の酸素濃度を高くすることができる。絶縁膜１３３と絶縁膜１３１の原料ガスは、絶縁膜１３２と同様である。
【００９６】
基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは１８０℃以上２３０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する。
【００９７】
絶縁膜１３３の成膜時に、上記のようなパワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、絶縁膜１３３中における酸素含有量が化学量論的組成よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を形成することができる。また、半導体層１２０上に絶縁膜１３２が設けられている。このため、絶縁膜１３３の形成工程において、絶縁膜１３２が半導体層１２０の保護膜となる。この結果、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁膜１３３を形成しても、半導体層１２０へのダメージを抑制できる。
【００９８】
また、絶縁膜１３３は膜厚を厚くすることで加熱によって脱離する酸素の量を多くすることができることから、絶縁膜１３３は絶縁膜１３２より厚く設けることが好ましい。絶縁膜１３２を設けることで絶縁膜１３３を厚く設ける場合でも被覆性を良好にすることができる。
【００９９】
例えば、絶縁膜１３４として、水素含有量が少ない窒化シリコン膜をＰＥ−ＣＶＤ装置で形成する場合、次の条件で成膜することができる。基板を８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられた電極に高周波電力を供給する、ことである。
【０１００】
絶縁膜１３４の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体、窒素、及びアンモニアを用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。また、窒素の流量は、アンモニアの流量に対して５倍以上５０倍以下、好ましくは１０倍以上５０倍以下とすることが好ましい。なお、原料ガスとしてアンモニアを用いることで、シリコンを含む堆積性気体及び窒素の分解を促すことができる。これは、アンモニアがプラズマエネルギーや熱エネルギーによって解離し、解離することで生じるエネルギーが、シリコンを含む堆積性気体分子の結合及び窒素分子の結合の分解に寄与するためである。このようにすることで、水素含有量が少なく、外部から水素や水等の不純物が入ることを抑制することが可能な窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１０１】
少なくとも絶縁膜１３３を形成した後に加熱処理を行い、絶縁膜１３２または絶縁膜１３３に含まれる過剰酸素を半導体層１２０に移動させ、半導体層１２０の酸素欠損を補填することが好ましい。なお、該加熱処理は、半導体層１２０の脱水素化または脱水化を行う加熱処理として行えばよい。
【０１０２】
以上の工程で、液晶パネルの画素３１および走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３のトランジスタを作製することができる。
【０１０３】
＜画素電極、共通電極の作製＞
次に、図３乃至図６の素子層１７０を参照して、画素３１に、画素電極１１６及び共通電極１１５を作製する工程を説明する。
【０１０４】
トランジスタを覆って有機樹脂膜１３５を形成する。有機樹脂膜１３５は、共通電極１１５および画素電極１１６の下地膜であり、トランジスタ、配線等による凹凸を低減するための平坦化膜として形成される。有機樹脂膜１３５には、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等を用いることができる。
【０１０５】
第４のフォトマスクを用いて、有機樹脂膜１３５上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いたエッチング工程により、無機材料でなる絶縁膜１３１乃至１３４及び有機樹脂膜１３５を貫通するコンタクトホールを形成する。ここで形成されるコンタクトホールは、絶縁膜１３１上の第２層目の配線または電極と、有機樹脂膜１３５上に形成される電極とを接続するためのものである。例えば、共通電極１１５と絶縁膜１３１上の配線１１７とを接続するためのコンタクトホール等も形成される（図６参照）。
【０１０６】
なお、フォトマスクが１つ増えることになるが、有機樹脂膜１３５にコンタクトホールを形成するためのフォトマスクと、絶縁膜１３１乃至１３４にコンタクトホールを形成するためのフォトマスクを別にすることもできる。
【０１０７】
次に、有機樹脂膜１３５上に透明導電膜を形成する。第５のフォトマスクを用いて、この透明導電膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて、透明導電膜をエッチングして、共通電極１１５を形成する。更に、透明導電膜からは、図２に示す端子部６０の電極１６２、図７の電極１７３等も形成される。
【０１０８】
図７に示すように、第３層目の電極１７３により、第１層目の電極１７１と第２層目の電極１７２とが接続される。
【０１０９】
図７のように第３層目の電極１７３により、電極１７１と電極１７２とを接続するようにすることで、電極１７１と電極１７２とが直接接する接続部を作製する場合よりも、フォトマスクを１枚少なくすることができる。それは、電極１７１と電極１７２とが直接接するような接続部とするには、導電膜３０２を形成する前に、絶縁膜１３１にコンタクトホールを形成するためのフォトマスクが必要であるが、図７の接続部の作製には、そのフォトマスクが不要であるからである。
【０１１０】
共通電極１１５を覆って、基板１８０全体に絶縁膜１３６を形成する。この絶縁膜１３６は、外部から水等の不純物の侵入を防ぐためのパッシベーション膜として形成される。また、絶縁膜１３６は、共通電極１１５と画素電極１１６が重なった領域に形成される容量の誘電体を構成する。絶縁膜１３６は、絶縁膜１３４と同様に、窒化物または窒化酸化物でなる絶縁膜が好ましく、例えば、窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜を形成すればよい。
【０１１１】
第６のフォトマスクを用いて、絶縁膜１３６上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いたエッチングにより、絶縁膜１３６をエッチングして、電極１１２に達するコンタクトホールを少なくとも形成する。
【０１１２】
絶縁膜１３６上に透明導電膜を形成する。第７のフォトマスクを用いて、透明導電膜上にレジストマスクを形成する。このレジストマスクを用いて透明導電膜をエッチングして、画素電極１１６を形成する。画素電極１１６は電極１１２に接続されている。
【０１１３】
なお、共通電極１１５及び画素電極１１６を構成する透明導電膜としては、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物等でなる膜を用いることができる。
【０１１４】
＜カラーフィルタ、ブラックマトリクスの作製＞
ここでは、基板２００に、ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１、オーバーコート２１２、スペーサ１４１を作製する。ブラックマトリクス２１０、カラーフィルタ２１１を基板１８０に形成することもできる。スペーサ１４１は、例えば、オーバーコート２１２上に、感光性硬化樹脂剤を塗布し、第８のフォトマスクを介して樹脂剤を露光し、現像処理して形成すれば良い。なお、スペーサ１４１は、基板１８０側に設けても良い。
【０１１５】
＜セル工程＞
以下、セル工程について説明する。表示部３０、走査線駆動回路４１、走査線駆動回路４２、データ線駆動回路４３及び端子部６０が形成された素子層１７０を基板１００に転置し（以下、回路基板１００と呼ぶ。）、回路基板１００と、カラーフィルタ２１１等が形成された基板２００（以下、カラーフィルタ基板２００と呼ぶ。）とを液晶材料を封入した状態で、貼り合わせて、液晶パネル１０を作製する。
【０１１６】
水の侵入により、酸化物半導体を用いたトランジスタは、しきい値電圧が変動する等、信頼性が低下する。そこで、上述したように、回路基板１００の作製工程において、連続成膜や、脱水素化のための加熱処理等酸化物半導体の不純物の除去（高純度化処理）を行うことが好ましい。そこで、セル工程においても、液晶パネル内部に不純物、特に水分を取り込まないようにすることが好ましい。液晶パネルは液晶材料の存在により、有機ＥＬパネルのように、乾燥剤等を内部に配置することは困難であるため、セル工程で液晶パネル内部に水分を取り込ませないことが好ましい。また、有機樹脂膜は無機絶縁膜と比較して吸湿性が高いため、有機樹脂膜１３５の形成からセル工程までの間に、水の濃度が上昇しやすい。回路基板１００やカラーフィルタ基板２００が水分を多く含む状態で、セル工程を行うと、液晶パネルの信頼性を低下させる原因となる。
【０１１７】
そこで、セル工程において、素子層１７０が形成された基板１８０やカラーフィルタ基板２００から水分除去する乾燥処理を行い、水分が再付着しない環境下で液晶パネルを作製する。例えば、セル工程は、気密性のある処理室で行う。また、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００から水分を除去する１００℃以上の加熱処理を行うようにする。以下、セル工程の詳細を説明する。
【０１１８】
＜配向膜の形成＞
基板１８０及びカラーフィルタ基板２００に、それぞれ、配向膜１３７及び配向膜２１３を作製する。基板１８０を洗浄した後、配向膜１３７を形成するためにポリイミド樹脂を印刷法等により、基板１８０表面に塗布し、焼成して配向膜１３７を形成する。配向膜１３７にラビングや光照射により配向処理をする。カラーフィルタ基板２００にも同様に配向膜２１３を形成する。以上の工程は、大気雰囲気下で行うことができるが、これ以降の工程は、気密性を有する処理室内で大気開放せずに行われる。各処理室の露点温度を−６０℃以下、好ましくは−７５℃以下とする。例えば、−６０℃乃至−８０℃程度にする。
【０１１９】
つまり、基板１８０および基板２００の内側に全ての構造物を形成した後は、セル工程完了まで、基板１８０及びカラーフィルタ基板２００は、常に、露点温度が−６０℃という水分が極少ない雰囲気下に置かれる。なお、基板の搬送時など処理室内を減圧状態にしない場合などは、雰囲気を窒素やアルゴン等の不活性雰囲気とする。
【０１２０】
＜乾燥処理＞
基板１８０及びカラーフィルタ基板２００に乾燥処理を行う。乾燥処理として減圧下での熱処理を行う。加熱温度は１００℃以上とし、１５０℃以上が好ましい。また、減圧状態としては１Ｐａ以下が好ましく、１０−４Ｐａ以下がより好ましい。例えば、処理室の圧力を１×１０−５Ｐａとする。
【０１２１】
なお、上記乾燥処理における加熱処理では、加熱温度の上限は、基板１８０に使用される材料の耐熱性と、減圧状態における気圧とを考慮して、実施者が適宜定めることができる。例えば、基板１８０にアクリル系の有機樹脂を用いる場合、加熱温度の上限を１８０℃乃至２５０℃程度とするのが好ましい。また、例えば、基板１８０にポリイミド系の有機樹脂を用いる場合、加熱温度の上限を２５０℃乃至３００℃程度とするのが好ましい。
【０１２２】
＜素子層の転置＞
次いで、基板１８０上に形成された素子層１７０を、可撓性を有する基板１００上に転置する工程について、図２１及び図２２を用いて述べる。なお、本実施の形態では、素子層１７０の転置は、耐熱性を有する基板１８０と素子層１７０の間に、金属酸化膜を含む剥離層１７４を設け、当該金属酸化膜を結晶化により脆弱化して素子層１７０を剥離する方法を用いる場合について述べる。ただし、素子層１７０の転置は上記方法の他、基板１８０と素子層１７０の間に水素を含む非晶質珪素膜を設け、レーザ光の照射またはエッチングにより該非晶質珪素膜を除去することで素子層１７０を剥離する方法、基板１８０を機械的に削除することで素子層１７０を基板１８０から切り離す方法等、様々な方法を用いることができる。
【０１２３】
まず、図２１（Ａ）に示すように、素子層１７０の基板１８０とは反対の側に、接着剤１８５を用いて支持基板１８１を接着させる。支持基板１８１としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、金属基板などを用いることができる。また、接着剤１８５としては、後の工程において素子層１７０から剥離させることが可能な材料を用いる。例えば、接着剤１８５として、紫外線などの照射により剥離が可能な接着剤を用いればよい。
【０１２４】
次に、図２１（Ｂ）に示すように、素子層１７０及び支持基板１８１を、基板１８０から剥離する。本実施の形態では、物理的な力を用いて基板１８０から素子層１７０及び支持基板１８１を剥離する。剥離層１７４は、全て除去せず一部が素子層１７０側に残存した状態であっても良い。上記剥離は、例えば人間の手や把治具で引き剥がす処理や、ローラーを回転させながら分離する処理で行うことが可能である。
【０１２５】
次いで、図２１（Ｃ）に示すように、素子層１７０の上記剥離により露出した面側に、接着剤１８３を用いて基板１００を接着させる。
【０１２６】
基板１００は、上述したとおり可撓性を有しており、プラスチック等の樹脂を有する基板を、基板１００として用いることができる。
【０１２７】
接着剤１８３は、基板１００と素子層１７０とを貼り合わせることができる材料を用いる。接着剤１８３として、例えば、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、紫外線硬化型接着剤等の光硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。
【０１２８】
次いで、支持基板１８１及び接着剤１８５を除去する（図２２）。
【０１２９】
＜シール材塗布、液晶滴下＞
次に、液晶材料を封止するためカラーフィルタ基板２００に、シール材を塗布する。ここでは、液晶滴下法（ＯＤＦ）用の紫外線硬化シール材を塗布する。次に、カラーフィルタ基板２００のシール材で囲われた領域に液晶材料を滴下する。この工程は、窒素雰囲気で行われる。
【０１３０】
＜貼り合わせ工程＞
次に、貼り合わせ用の処理室に、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００を搬送する。処理室内の雰囲気を、０．１Ｐａ以上２０ｋＰａ以下、好ましくは１Ｐａ以上１００Ｐａ以下の減圧状態とし、回路基板１００とカラーフィルタ基板２００を貼り合わせる。そして、貼り合わされた回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００を別の処理室に移動し、そこで紫外線を照射してシール材を硬化させて、封止部材２１５を完成させる。この工程は、窒素雰囲気で行われる。
【０１３１】
以上のセル工程を経て、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００の間に液晶層１４０が封止された液晶パネルが作製できる。このようにセル工程において、回路基板１００及びカラーフィルタ基板２００の乾燥処理（加熱処理）の実施と、これら基板の乾燥状態を維持するための雰囲気制御を行うことにより、水分が原因とされる液晶パネルの劣化を抑制することができる。この点については、実施例１にて説明する。
【０１３２】
よって、本実施の形態により、バックプレーン（回路基板１００）に酸化物半導体が使用された液晶表示装置の水分による劣化を低減することができる。高信頼の酸化物半導体を用いた液晶表示装置を提供することが可能になる。
【０１３３】
また、ＦＦＳモードの画素構造と結晶性酸化物半導体膜でなるトランジスタの組み合わせにより、高信頼、高精細化、低消費電力の液晶表示装置の実現が可能である。
【０１３４】
よって、画素の開口率５０％以上（好ましくは６０％以上）、解像度３００ｄｐｉ以上のＦＦＳモードの液晶表示装置を提供することが可能である。例えば、図２９に酸化物半導体トランジスタで作製した液晶パネルの仕様の一例を示す。
【０１３５】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１３６】
（実施の形態２）
次いで、半導体層１２０を構成する酸化物半導体膜について、詳しく述べる。
【０１３７】
半導体層１２０を構成する酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜などをいう。
【０１３８】
非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。
【０１３９】
微結晶酸化物半導体膜は、例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ未満の大きさの微結晶（ナノ結晶ともいう。）を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。
【０１４０】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさである。従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に含まれる結晶部は、一辺が１０ｎｍ未満、５ｎｍ未満または３ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。以下、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜について詳細な説明を行う。
【０１４１】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の結晶部が、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。
【０１５１】
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。
【０１５２】
ＣＡＡＣ−ＯＳ膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気的特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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粒子のマイグレーションが起こり、スパッタ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、スパッタ粒子同士が反発しながら基板に付着するため、スパッタ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。
【０１５６】
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、二酸化炭素及び窒素等）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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
また、酸化物半導体膜３１１は、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から構成され、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体膜３１２よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近い酸化物膜である。なお、酸化物半導体膜３１２は少なくともインジウムを含むと、キャリア移動度が高くなるため好ましい。このとき、トランジスタのゲート電極（走査線１１０）に電界を印加すると、半導体層１２０のうち、伝導帯下端のエネルギーが小さい酸化物半導体膜３１２にチャネルが形成される。即ち、酸化物半導体膜３１２とゲート絶縁膜（絶縁膜１３１）との間に酸化物半導体膜３１１を有することによって、トランジスタのチャネルを絶縁膜１３１と接しない酸化物半導体膜３１２に形成することができる。また、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から酸化物半導体膜３１１が構成されるため、酸化物半導体膜３１２と酸化物半導体膜３１１との界面において、界面散乱が起こりにくい。従って、該界面においてはキャリアの動きが阻害されないため、トランジスタの電界効果移動度が高くなる。
【０１６０】
酸化物半導体膜３１１は、例えば、アルミニウム、シリコン、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウムまたはハフニウムを酸化物半導体膜３１２よりも高い原子数比で含む酸化物膜とすればよい。具体的には、酸化物半導体膜３１１として、酸化物半導体膜３１２よりも前述の元素を１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比で含む酸化物膜を用いる。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有する。即ち、酸化物半導体膜３１１は酸化物半導体膜３１２よりも酸素欠損が生じにくい酸化物膜である。
【０１６１】
または、酸化物半導体膜３１２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、酸化物半導体膜３１１もＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、酸化物半導体膜３１１をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ１：ｙ１：ｚ１［原子数比］、酸化物半導体膜３１２をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］とすると、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも大きくなる酸化物半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。なお、元素ＭはＩｎよりも酸素との結合力が強い金属元素であり、例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ等が挙げられる。好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。さらに好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。より好ましくは、ｙ１／ｘ１がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１１及び酸化物半導体膜３１２を選択する。
【０１６２】
酸化物半導体膜３１１の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。また、酸化物半導体膜３１２の厚さは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上１００ｎｍ以下であり、さらに好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【０１６３】
また、酸化物半導体膜３１３は、酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から構成され、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体膜３１２よりも０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上または０．１５ｅＶ以上、かつ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下または０．４ｅＶ以下真空準位に近い酸化物膜である。酸化物半導体膜３１２を構成する元素一種以上から酸化物半導体膜３１３が構成されるため、酸化物半導体膜３１２と酸化物半導体膜３１３との界面に界面準位を形成しにくい。該界面が界面準位を有すると、該界面をチャネルとしたしきい値電圧の異なる第２のトランジスタが形成され、トランジスタの見かけ上のしきい値電圧が変動することがある。従って、酸化物半導体膜３１３を設けることにより、トランジスタのしきい値電圧等の電気的特性のばらつきを低減することができる。
【０１６４】
例えば、酸化物半導体膜３１３は、アルミニウム、シリコン、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、スズ、ランタン、セリウムまたはハフニウムを酸化物半導体膜３１２よりも高い原子数比で含む酸化物膜とすればよい。具体的には、酸化物半導体膜３１３として、酸化物半導体膜３１２よりも前述の元素を１．５倍以上、好ましくは２倍以上、さらに好ましくは３倍以上高い原子数比で含む酸化物膜を用いる。前述の元素は酸素と強く結合するため、酸素欠損が酸化物膜に生じることを抑制する機能を有する。即ち、酸化物半導体膜３１３は酸化物半導体膜３１２よりも酸素欠損が生じにくい酸化物膜である。
【０１６５】
または、酸化物半導体膜３１２がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であり、酸化物半導体膜３１３もＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、酸化物半導体膜３１２をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ２：ｙ２：ｚ２［原子数比］、酸化物半導体膜３１３をＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝ｘ３：ｙ３：ｚ３［原子数比］とすると、ｙ３／ｘ３がｙ２／ｘ２よりも大きくなる酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。なお、元素ＭはＩｎよりも酸素との結合力が強い金属元素であり、例えば、Ａｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ等が挙げられる。好ましくは、ｙ３／ｘ３がｙ２／ｘ２よりも１．５倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。さらに好ましくは、ｙ３／ｘ３がｙ２／ｘ２よりも２倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。より好ましくは、ｙ３／ｘ３がｙ２／ｘ２よりも３倍以上大きくなる酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３を選択する。なお、酸化物半導体膜３１２において、ｙ２がｘ２以上であるとトランジスタに安定した電気的特性を付与できるため好ましい。ただし、ｙ２がｘ２の３倍以上になると、トランジスタの電界効果移動度が低下してしまうため、ｙ２はｘ２以上、ｘ２の３倍未満であると好ましい。
【０１６６】
酸化物半導体膜３１３の厚さは、３ｎｍ以上１００ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。
【０１６７】
３層構造の半導体層１２０において、酸化物半導体膜３１１、酸化物半導体膜３１２及び酸化物半導体膜３１３は、ＴＥＭによって明確な結晶部が確認できない構造、または結晶質とする。好ましくは、酸化物半導体膜３１１はＴＥＭによって明確な結晶部が確認できない構造とし、酸化物半導体膜３１２は結晶質とし、酸化物半導体膜３１３はＴＥＭによって明確な結晶部が確認できない構造、または結晶質とする。チャネルが形成される酸化物半導体膜３１２が結晶質であることにより、トランジスタに安定した電気的特性を付与することができる。
【０１６８】
なお、チャネル形成領域とは、トランジスタの半導体層において、ゲート電極と重なり、かつソース電極とドレイン電極とに挟まれる領域をいう。また、チャネルとは、チャネル形成領域において、電流が主として流れる領域をいう。
【０１６９】
ここでは、酸化物半導体膜３１１乃至酸化物半導体膜３１３として、スパッタリング法によりＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物膜を形成する。
【０１７０】
酸化物半導体膜３１１、及び酸化物半導体膜３１３の成膜には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２［原子数比］）であるスパッタリング用ターゲットを用いることができる。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１５ｓｃｃｍ用い、圧力０．４Ｐａとし、基板温度を２００℃とし、ＤＣ電力０．５ｋＷとすればよい。
【０１７１】
また、酸化物半導体膜３１２をＣＡＡＣ−ＯＳ膜として形成する。そのため、成膜には、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］）であり、多結晶Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を含むスパッタリング用ターゲットを用いることが好ましい。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを３０ｓｃｃｍ、酸素ガスを１５ｓｃｃｍ用い、圧力を０．４Ｐａとし、基板の温度３００℃とし、ＤＣ電力０．５ｋＷとすることができる。
【０１７２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１７３】
（実施の形態３）
図１の液晶パネル１０にタッチセンサ（接触検出装置）を設けることで、タッチパネルとして機能させることができる。
【０１７４】
本実施の形態では、図１０乃至図１２を用いて、タッチパネルについて説明する。
【０１７５】
図１０は、液晶パネル１０が用いられたタッチパネル４００の構成例を示す断面図である。タッチパネル４００は、タッチセンサとして静電容量式のセンサを備えている。基板１００の外側に偏光板４１１が取り付けられ、基板２００の内側に偏光板４１２が取り付けられている。なお、偏光板４１２は、基板２００の外側に設けられていても良い。
【０１７６】
基板１００の共通電極４２１は、画素の共通電極およびタッチセンサの容量素子の電極を構成する。電極４２２は、基板２００の外側に設けられている。偏光板４１２が基板２００の外側に設けられている場合、基板２００と、偏光板４１２の間に、電極４２２を設けるようにすれば良い。電極４２２はタッチセンサの容量素子の電極を構成する。また、液晶パネル１０はＦＦＳモードの画素構造のために、基板２００側に導電膜が形成されていないので、基板２００の帯電防止用の導電体として電極４２２が機能する。
【０１７７】
図１１及び図１２を用いて、タッチパネル４００のタッチセンサについて説明する。図１１は、タッチパネル４００の共通電極４２１、及び電極４２２の構成例を示す平面図であり、図１２（Ａ）は、図１１の切断線Ｃ１−Ｃ２による断面図であり、図１２（Ｂ）は、図１１の領域２４０における平面図である。
【０１７８】
共通電極４２１及び電極４２２はストライプ状の形状を有し、共通電極４２１と電極４２２は平面において直交するように配置されている。そして、共通電極４２１と電極４２２が交差している領域２４０には、複数の画素３１が設けられている。画素電極１１６は、共通電極４２１と電極４２２の間に設けられているが、画素電極１１６と電極４２２の間に共通電極４２１が設けられていても良い。各共通電極４２１は、引き回し配線４３１により、ＦＰＣ４６１に接続され、各電極４２２は、引き回し配線４３２により基板２００に取り付けられたＦＰＣ４６２に接続されている。
【０１７９】
共通電極４２１と電極４２２が交差している領域にタッチセンサの静電容量が形成される。共通電極４２１と電極４２２を一対の電極とする容量素子において、共通電極４２１はこの容量素子に電位を供給するための電極である。他方、電極４２２は、容量素子を流れる電流を取り出すための電極である。
【０１８０】
タッチパネル４００の動作は、画素３１に画像信号を入力する表示動作と、接触を検出するセンシング動作に大別できる。表示動作時は、共通電極４２１の電位はローレベルに固定されている。センシング期間には、各共通電極４２１にパルス信号が順次印加され、その電位がハイレベルとされる。このとき、指がタッチパネル４００に接触していると、指による容量がタッチセンサの容量素子に付加されるため、容量素子を流れる電流が変化し、電極４２２の電位が変化する。電極４２２を順次走査して、電極４２２の電位の変化を検出することで、指の接触位置が検出される。
【０１８１】
上述したように、液晶パネル１０を用いてタッチパネルを構成することで、タッチパネル４００の静電容量を構成する電極の一方に、ＦＦＳモードの液晶パネル１０に元々設けられていた画素の共通電極を用いることができるため、軽量、薄型で、かつ高表示品位のタッチパネルを提供することが可能である。
【０１８２】
なお、図１０乃至図１２では、液晶パネル１０の共通電極４２１が、タッチセンサの電極の１つとして機能する、所謂インセルタイプのタッチパネル４００について例示したが、タッチセンサの電極を共通電極４２１とは別に設けるオンセルタイプのタッチパネルも、本発明の一態様に含まれる。
【０１８３】
図２４及び図２５に、オンセルタイプのタッチパネルに含まれる、タッチセンサの構成を例示する。図２４は、複数の電極４５１と、複数の電極４５２の斜視図に相当し、図２５は、複数の電極４５１と、複数の電極４５２の平面図に相当する。図２４及び図２５に示すタッチセンサは、Ｘ軸方向に配列された複数の電極４５１と、Ｘ軸方向と交差するＹ軸方向に配列された複数の電極４５２とを有する。
【０１８４】
複数の電極４５１と、複数の電極４５２とは、矩形状の導電膜が複数接続された形状を有している。そして、タッチセンサ４５０では、複数の電極４５１と、複数の電極４５２とが、導電膜の矩形状を有する部分の位置が互いにずれるように、配置されている。そして、電極４５１と電極４５２の交差する部分には、電極４５１と電極４５２が接触しないように間に絶縁膜が設けられている。
【０１８５】
図２６に、電極４５１と電極４５２とが交差する部分における、タッチセンサ４５０の断面図を一例として示す。図２６では、電極４５１が導電膜４５１ａ乃至導電膜４５１ｄを含んでいる。また、導電膜４５１ａ、導電膜４５１ｃ、導電膜４５１ｄ、及び電極４５２は、同一の絶縁表面上に形成されており、導電膜４５１ａ、導電膜４５１ｃ、導電膜４５１ｄ、及び電極４５２上には絶縁膜４５３が設けられている。導電膜４５１ｂは、電極４５２を跨ぐように絶縁膜４５３上に設けられており、なおかつ、導電膜４５１ｂは絶縁膜４５３に設けられた開口部において、導電膜４５１ａ及び導電膜４５１ｃに接続されている。上記構成により、電極４５２に接触することなく、導電膜４５１ａ乃至導電膜４５１ｄを含む電極４５１と、電極４５２とを交差させることができる。
【０１８６】
電極４５１と電極４５２は、可視光に対して透光性を有する導電材料、例えば、酸化珪素を含む酸化インジウムスズ（ＩＴＳＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛（ＧＺＯ）などで、形成することができる。ただし、導電膜４５１ｄが引き回しのための配線である場合、導電膜４５１ｄは必ずしも可視光に対して透光性を有する導電材料で形成する必要はない。
【０１８７】
図２７に、電極４５１と電極４５２とが交差する部分の回路図を示す。図２７に示すように、電極４５１と電極４５２の交差する部分には、容量素子４５４が形成される。
【０１８８】
図２８に、実際に設計したタッチセンサのマスク図面を示す。
【０１８９】
上述したような構成を有するタッチセンサ４５０を液晶パネルに付加することで、タッチパネルを形成することができる。
【０１９０】
（実施の形態４）
本実施の形態では、液晶表示装置の消費電力低減のための駆動方法について説明する。本実施の形態の駆動方法により、画素に酸化物半導体トランジスタを適用した液晶表示装置の更なる低消費電力化を図ることができる。以下、図１３乃至図１５を用いて、液晶表示装置の低消費電力化について説明する。
【０１９１】
図１３は、本実施の形態の液晶表示装置の構成例を示すブロック図である。図１３に示すように、液晶表示装置５００は、液晶パネル５０１、および制御回路５１０を有する。液晶パネル５０１は、図１の液晶パネル１０に対応する。
【０１９２】
液晶表示装置５００には、デジタルデータである画像信号（Ｖｉｄｅｏ）、および液晶パネル５０１の画面の書き換えを制御するための同期信号（ＳＹＮＣ）が入力される。同期信号としては、例えば水平同期信号（Ｈｓｙｎｃ）、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、および基準クロック信号（ＣＬＫ）等がある。
【０１９３】
液晶パネル５０１は、表示部５３０、走査線駆動回路５４０、およびデータ線駆動回路５５０を有する。表示部５３０は、複数の画素５３１を有する。同じ行の画素５３１は、共通の走査線５４１により走査線駆動回路５４０に接続され、同じ列の画素５３１は共通のデータ線５５１によりデータ線駆動回路５５０に接続されている。
【０１９４】
液晶パネル５０１には、コモン電圧（Ｖｃｏｍ）、並びに電源電圧として高電源電圧（ＶＤＤ）および低電源電圧（ＶＳＳ）が供給される。コモン電圧（以下、Ｖｃｏｍと呼ぶ。）は、表示部５３０の各画素５３１に供給される。
【０１９５】
データ線駆動回路５５０は、入力された画像信号を処理し、データ信号を生成し、データ線５５１にデータ信号を出力する。走査線駆動回路５４０は、データ信号が書き込まれる画素５３１を選択する走査信号を走査線５４１に出力する。
【０１９６】
画素５３１は、走査信号により、データ線５５１との電気的接続が制御されるスイッチング素子を有する。スイッチング素子がオンとなると、データ線５５１から画素５３１にデータ信号が書き込まれる。
【０１９７】
制御回路５１０は、液晶表示装置５００全体を制御する回路であり、液晶表示装置５００を構成する回路の制御信号を生成する回路を備える。
【０１９８】
制御回路５１０は、同期信号（ＳＹＮＣ）から、走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０の制御信号を生成する制御信号生成回路を有する。走査線駆動回路５４０の制御信号として、スタートパルス（ＧＳＰ）、クロック信号（ＧＣＬＫ）等があり、データ線駆動回路５５０の制御信号として、スタートパルス（ＳＳＰ）、クロック信号（ＳＣＬＫ）等がある。例えば、制御回路５１０は、クロック信号（ＧＣＬＫ、ＳＣＬＫ）として、周期が同じで位相がシフトされた複数のクロック信号を生成する。
【０１９９】
また、制御回路５１０は、液晶表示装置５００外部から入力される画像信号（Ｖｉｄｅｏ）のデータ線駆動回路５５０への出力を制御する。
【０２００】
データ線駆動回路５５０は、デジタル／アナログ変換回路５５２（以下、Ｄ−Ａ変換回路５５２と呼ぶ。）を有する。Ｄ−Ａ変換回路５５２は、画像信号をアナログ変換し、データ信号を生成する。
【０２０１】
なお、液晶表示装置５００に入力される画像信号がアナログ信号である場合は、制御回路５１０でデジタル信号に変換し、液晶パネル５０１へ出力する。
【０２０２】
画像信号は、フレーム毎の画像データでなる。制御回路５１０は、画像信号を画像処理し、その処理で得られた情報を元に、データ線駆動回路５５０への画像信号の出力を制御する機能を有する。そのため、制御回路５１０は、画像信号を画像処理して、フレーム毎の画像データから動きを検出する動き検出部５１１を備える。動き検出部５１１おいて、動きが無いと判定されると、制御回路５１０はデータ線駆動回路５５０への画像信号の出力を停止し、また動きが有ると判定すると画像信号の出力を再開する。
【０２０３】
動き検出部５１１で行う動き検出のための画像処理としては、特段の制約は無い。例えば、動き検出方法としては、例えば、連続する２つのフレーム間の画像データから差分データを得る方法がある。得られた差分データから動きの有無を判断することができる。また、動きベクトルを検出する方法等もある。
【０２０４】
また、液晶表示装置５００は、入力された画像信号を補正する画像信号補正回路を設けることができる。例えば、画像信号の階調に対応する電圧よりも高い電圧が画素５３１に書き込まれるように、画像信号を補正する。このような補正を行うことで液晶素子５３６の応答時間を短くすることができる。このように画像信号を補正処理して制御回路５１０を駆動する方法は、オーバードライブ駆動と呼ばれている。また、画像信号のフレーム周波数の整数倍で液晶表示装置５００を駆動する倍速駆動を行う場合には、制御回路５１０で２つのフレーム間を補間する画像データを作成する、或いは２つのフレーム間で黒表示を行うための画像データを生成すればよい。
【０２０５】
以下、図１５に示すタイミングチャートを用いて、動画像のように動きのある画像と、静止画のように動きの無い画像を表示するための液晶表示装置５００の動作を説明する。図１５には、垂直同期信号（Ｖｓｙｎｃ）、およびデータ線駆動回路５５０からデータ線５５１に出力されるデータ信号（Ｖｄａｔａ）の信号波形を示す。
【０２０６】
図１５は、３ｍフレーム期間の液晶表示装置５００のタイミングチャートである。ここでは、始めのｋフレーム期間および終わりのｊフレーム期間の画像データには動きがあり、その他のフレーム期間の画像データには動きが無いとする。なお、ｋ、ｊはそれぞれ１以上ｍ−２以下の整数である。
【０２０７】
最初のｋフレーム期間は、動き検出部５１１において、各フレームの画像データに動きがあると判定される。制御回路５１０では、動き検出部５１１の判定結果に基づき、データ信号（Ｖｄａｔａ）をデータ線５５１に出力する。
【０２０８】
そして、動き検出部５１１では、動き検出のための画像処理を行い、第ｋ＋１フレームの画像データに動きが無いと判定すると、制御回路５１０では、動き検出部５１１の判定結果に基づき、第ｋ＋１フレーム期間に、データ線駆動回路５５０への画像信号（Ｖｉｄｅｏ）の出力を停止する。よって、データ線駆動回路５５０からデータ線５５１へのデータ信号（Ｖｄａｔａ）の出力が停止される。さらに、表示部５３０の書換えを停止するため、走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０への制御信号（スタートパルス信号、クロック信号等）の出力を停止する。そして、制御回路５１０では、動き検出部５１１で、画像データに動きがあるとの判定結果が得られるまで、データ線駆動回路５５０への画像信号の出力、走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０への制御信号の出力を停止し、表示部５３０の書換えを停止する。
【０２０９】
なお、本明細書において、「信号の出力を停止する」とは、当該信号を供給する配線へ回路を動作させるための所定の電圧とは異なる電圧を印加すること、又は当該配線を電気的に浮遊状態にすることを指すこととする。
【０２１０】
表示部５３０の書換えを停止すると、液晶素子５３６に同じ方向の電界が印加され続けることになり、液晶素子５３６の液晶が劣化するおそれがある。このような問題を避けるためには、動き検出部５１１の判定結果に関わらず、所定のタイミングで、制御回路５１０から走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０へ信号を供給し、極性を反転させたデータ信号をデータ線５５１に書き込み、液晶素子５３６に印加される電界の向きを反転させるとよい。
【０２１１】
なお、データ線５５１に入力されるデータ信号の極性はＶｃｏｍを基準に決定される。その極性は、データ信号の電圧がＶｃｏｍより高い場合は正の極性であり、低い場合は負の極性である。
【０２１２】
具体的には、図１５に示すように、第ｍ＋１フレーム期間になると、制御回路５１０は、走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０へ制御信号を出力し、データ線駆動回路５５０へ画像信号（Ｖｉｄｅｏ）を出力する。データ線駆動回路５５０は、第ｋフレーム期間においてデータ線５５１に出力されたデータ信号（Ｖｄａｔａ）に対して極性が反転したデータ信号（Ｖｄａｔａ）をデータ線５５１に出力する。よって、画像データに動きが検出されない期間である第ｍ＋１フレーム期間、および第２ｍ＋１フレーム期間に、極性が反転されたデータ信号（Ｖｄａｔａ）がデータ線５５１に書き込まれる。画像データに変化が無い期間は、表示部５３０の書換えが間欠的に行われるため、書換えによる電力消費を削減しつつ、液晶素子５３６の劣化を防止することができる。
【０２１３】
そして、動き検出部５１１において、第２ｍ＋１フレーム以降の画像データに動きがあると判定すると、制御回路５１０は、走査線駆動回路５４０およびデータ線駆動回路５５０を制御し、表示部５３０の書換えを行う。
【０２１４】
以上述べたように、図１５の駆動方法によると、画像データ（Ｖｉｄｅｏ）の動きの有無に関わらず、データ信号（Ｖｄａｔａ）は、ｍフレーム期間毎に極性が反転される。他方、表示部５３０の書換えについては、動きを含む画像の表示期間は、１フレーム毎に表示部５３０が書き換えられ、動きがない画像の表示期間は、ｍフレーム毎に表示部５３０が書き換えられることになる。その結果、表示部の書換えに伴う電力消費を削減することができる。よって、駆動周波数および画素数の増加による電力消費の増加の抑えることができる。
【０２１５】
上述したように、液晶表示装置５００では、動画を表示するモードと、静止画を表示するモードで、液晶表示装置の駆動方法を異ならせることで、液晶の劣化を抑制して表示品位を維持しつつ、省電力な液晶表示装置を提供することが可能になる。
【０２１６】
なお、液晶の劣化を防ぐため、データ信号の極性反転の間隔（ここでは、ｍフレーム期間）は２秒以下とし、好ましくは１秒以下とするとよい。
【０２１７】
また、画像データの動き検出を制御回路５１０の動き検出部５１１で行ったが、動き検出は動き検出部５１１のみで行う必要は無い。動きの有無のデータを液晶表示装置５００の外部から制御回路５１０へ入力するようにしてもよい。
【０２１８】
また、画像データに動きが無いと判定する条件は連続する２つのフレーム間の画像データによるものではなく、判定に必要なフレーム数は、液晶表示装置５００の使用形態により、適宜決定することができる。例えば、連続するｍフレームの画像データに動きが無い場合に、表示部５３０の書換えを停止させてもよい。
【０２１９】
また、同一の画像を複数回書き換えて静止画を表示する場合、画像の切り替わりが視認できると、人間は目に疲労を感じる。本実施の形態の液晶表示装置は、画像データの書き換え頻度が削減されるため、目の疲労を減らすといった効果もある。
【０２２０】
（実施の形態５）
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、消費電力を小さく抑えることができる。よって、携帯情報端末や携帯型ゲーム機などの、電力の供給を常時受けることが困難な携帯用電子機器の場合、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることで、連続使用時間を長く確保することができるので好ましい。
【０２２１】
本発明の一態様に係る液晶表示装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置（代表的にはＤＶＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置）に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図１６に示す。
【０２２２】
図１６（Ａ）は携帯型ゲーム機であり、筐体５００１、筐体５００２、表示部５００３、表示部５００４、マイクロホン５００５、スピーカー５００６、操作キー５００７、スタイラス５００８等を有する。表示部５００３または表示部５００４に、本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。なお、図１６（Ａ）に示した携帯型ゲーム機は、２つの表示部５００３と表示部５００４とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。
【０２２３】
図１６（Ｂ）は表示機器であり、筐体５２０１、表示部５２０２、支持台５２０３等を有する。表示部５２０２に本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。なお、表示機器には、パーソナルコンピュータ用、ＴＶ放送受信用、広告表示用などの全ての情報表示用表示機器が含まれる。
【０２２４】
図１６（Ｃ）はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体５４０１、表示部５４０２、キーボード５４０３、ポインティングデバイス５４０４等を有する。表示部５４０２に本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。
【０２２５】
図１６（Ｄ）は携帯情報端末であり、第１筐体５６０１、第２筐体５６０２、第１表示部５６０３、第２表示部５６０４、接続部５６０５、操作キー５６０６等を有する。第１表示部５６０３は第１筐体５６０１に設けられており、第２表示部５６０４は第２筐体５６０２に設けられている。そして、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２とは、接続部５６０５により接続されており、第１筐体５６０１と第２筐体５６０２の間の角度は、接続部５６０５により変更が可能となっている。第１表示部５６０３における映像を、接続部５６０５における第１筐体５６０１と第２筐体５６０２との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。また、第１表示部５６０３及び第２表示部５６０４の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された液晶表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、液晶表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を液晶表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。第１表示部５６０３または第２表示部５６０４に本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることができる。
【０２２６】
図１６（Ｅ）はビデオカメラであり、第１筐体５８０１、第２筐体５８０２、表示部５８０３、操作キー５８０４、レンズ５８０５、接続部５８０６等を有する。操作キー５８０４及びレンズ５８０５は第１筐体５８０１に設けられており、表示部５８０３は第２筐体５８０２に設けられている。そして、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２とは、接続部５８０６により接続されており、第１筐体５８０１と第２筐体５８０２の間の角度は、接続部５８０６により変更が可能となっている。表示部５８０３における映像の切り替えを、接続部５８０６における第１筐体５８０１と第２筐体５８０２との間の角度に従って行う構成としても良い。表示部５８０３に本発明の一態様に係る液晶表示装置を用いることできる。
【０２２７】
図３０は携帯電話であり、筐体６５０１に、表示部６５０２、マイク６５０３、スピーカー６５０６、カメラ６５０７、外部接続部６５０４、操作用のボタン６５０５ａ及びボタン６５０５ｂが設けられている。本発明の一態様に係る液晶表示装置またはタッチパネルは、表示部６５０２に用いることができる。本発明の一態様に係る液晶表示装置またはタッチパネルは、可撓性を有する基板に設けられているため、図３０に示すような曲面を有する表示部６５０２にも適用することが可能である。
【０２２８】
また、図３１は携帯電話であり、筐体６００１に、表示部６００２、マイク６００７、スピーカー６００４、カメラ６００３、外部接続部６００６、操作用のボタン６００５が設けられている。本発明の一態様に係る液晶表示装置またはタッチパネルは、表示部６００２に用いることができる。本発明の一態様に係る液晶表示装置またはタッチパネルは、可撓性を有する基板に設けられているため、図３１に示すような曲面を有する表示部６００２にも適用することが可能である。
【０２２９】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【実施例１】
【０２３０】
実施の形態１で述べたように、セル工程における乾燥処理と雰囲気制御の効果について説明する。この効果を確かめるため、液晶パネルに用いられる回路基板からの水分の放出量を、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて調べたので、その結果について述べる。
【０２３１】
まず、ＴＤＳに用いた７つの回路基板Ａ乃至Ｇについて説明する。
【０２３２】
回路基板Ａ乃至Ｄは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された回路基板である。そして、回路基板Ａ乃至Ｄには、トランジスタと画素電極の間に、アクリル樹脂を含む厚さ３μｍの有機樹脂膜が形成されている。そして、回路基板Ａには、配向膜が形成された後、加熱処理が行われなかった。回路基板Ｂは、配向膜が形成された後、約１０−４Ｐａの真空雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理が行われた。回路基板Ｃには、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理が行われた。回路基板Ｄには、配向膜が形成された後、約１０−４Ｐａの真空雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理を行い、次いで大気雰囲気下に１０分間さらす処理が行われた。
【０２３３】
また、回路基板Ｅ乃至Ｇは、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された回路基板である。そして、回路基板Ｅ乃至Ｇには、トランジスタと画素電極の間にはアクリル樹脂を含む有機樹脂膜を設けておらず、トランジスタを覆う無機絶縁膜上に、画素電極が設けられた構成を有している。そして、回路基板Ｅには、配向膜が形成された後、加熱処理が行われなかった。回路基板Ｆには、配向膜が形成された後、約１０−４Ｐａの真空雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理が行われた。回路基板Ｇには、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理が行われた。
【０２３４】
ＴＤＳでは、６０℃から２３０℃まで、一分間に２０℃の速さで基板の温度を上昇させて、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の脱離量の測定を行った。なお、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子は、大部分が水で構成されていると予想される。また、回路基板が載置された測定室における、測定開始時の気圧は、１．２×１０−７Ｐａとした。
【０２３５】
図１７に、ＴＤＳにより得られた、回路基板Ａ乃至Ｄから分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示す。
【０２３６】
加熱処理を行わなかった回路基板Ａでは、基板温度が９０℃の付近で、水の分離を示す大きなピークが見られた。一方、真空雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂでは、回路基板Ａと異なり、基板温度が９０℃の付近に、水の分離を示すピークは見られなかった。
【０２３７】
また、真空雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂと、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃとを比較すると、基板温度が１６０℃以下の範囲では、回路基板Ｂの方が、水の分離を示す強度が高かった。よって、真空雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂの方が、大気雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｃよりも、回路基板が有する各膜に含まれる水の量が、少ないことが推察された。
【０２３８】
また、真空雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらした回路基板Ｄは、基板温度が８０℃の付近に水の分離を示すピークが見られた。よって、真空雰囲気下で加熱処理を行った回路基板Ｂと、真空雰囲気下で加熱処理を行った後に大気雰囲気下にさらした回路基板Ｄとを比較すると、回路基板Ｄの方が、回路基板が有する各膜に含まれる水の量が多いことが推察された。
【０２３９】
また、図１８に、ＴＤＳにより得られた、回路基板Ｅ乃至Ｇから分離された、質量電荷比（ｍ／ｚ）が１８である気体分子の強度を示す。
【０２４０】
図１７に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ａの強度と、図１８に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｅの強度とを比較すると、全ての温度範囲において回路基板Ａの強度が高いことが分かった。よって、配向膜が形成された後、加熱処理が行われなかった回路基板Ａ及び回路基板Ｅでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ａの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。
【０２４１】
また、図１７に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ｃの強度と、図１８に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｇの強度とを比較すると、全ての温度範囲において回路基板Ｃの強度が高いことが分かった。よって、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で加熱処理が行われた回路基板Ｃ及び回路基板Ｇでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ｃの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。
【０２４２】
また、図１７に示した、有機樹脂膜を有する回路基板Ｂの強度と、図１８に示した、有機樹脂膜を有さない回路基板Ｆの強度とを比較すると、１００℃以下の温度範囲においては強度に有意な差が見られず、１００℃を超えると回路基板Ｂの強度が高くなったことが分かった。よって、配向膜が形成された後、真空雰囲気下で加熱処理が行われた回路基板Ｂ及び回路基板Ｆでは、有機樹脂膜を有する回路基板Ｂの方が水の脱離量が多く、その水の脱離量の差分は、有機樹脂膜に含まれていた水によってもたらされたと考えられる。ただし、真空雰囲気下で加熱処理が行われた回路基板Ｂ及び回路基板Ｆでは、その水の脱離量の差が、回路基板Ａ及び回路基板Ｅの場合や、回路基板Ｃ及び回路基板Ｇの場合に比べて小さかった。よって、有機樹脂膜に含まれていた水は、加熱処理を行わなかった場合や、大気雰囲気下で加熱処理が行われた場合に比べて、真空雰囲気下での加熱処理により、より効率的に脱離されたと考えられる。
【０２４３】
上述したＴＤＳの結果から、真空雰囲気下にて１６０℃で加熱処理した後、大気開放せずに（例えば、雰囲気を窒素雰囲気にして）液晶層を基板間に封止することで得られる、本発明の一態様に係る液晶パネルは、有機樹脂膜中に含まれる水の量が少ないことが分かった。
【０２４４】
次いで、液晶パネルが有する走査線駆動回路の、動作マージン幅の時間変化について述べる。動作マージン幅の時間変化について調べた液晶パネルＨ及びＩは、ＴＤＳに用いた回路基板Ａ乃至Ｄと同様に、配向膜を形成するまで、全て同じ工程で作製された液晶パネルである。そして、液晶パネルＨ及びＩは、走査線駆動回路が画素と同じ基板に形成されており、走査線駆動回路が有するトランジスタ上には、アクリル樹脂を含む厚さ３μｍの有機樹脂膜が形成されている。
【０２４５】
そして、液晶パネルＨでは、配向膜が形成された後、約１０−４Ｐａの真空雰囲気下で１６０℃、１時間の加熱処理が行われた。その後、窒素雰囲気下でシール材を基板上に描画し、液晶材料をシール材に囲まれた領域に滴下し、次いで、真空雰囲気下で基板どうしを貼り合わせることで、液晶層が基板間に封止された液晶パネルＨが作製された。
【０２４６】
また、液晶パネルＩでは、配向膜が形成された後、大気雰囲気下で１５０℃、６時間の加熱処理が行われた。その後、大気雰囲気下でシール材を基板上に描画し、液晶材料をシール材に囲まれた領域に滴下し、次いで、真空雰囲気下で基板どうしを貼り合わせることで、液晶層が基板間に封止された液晶パネルＩが作製された。
【０２４７】
上記液晶パネルＨ及びＩがそれぞれ有する走査線駆動回路の動作マージン幅（Ｖ）は、走査線駆動回路のシフトレジスタが有する９５９段の順序回路に、スタートパルス信号及びクロック信号を入力し、それにより最終段の順序回路から出力された信号の波形を、オシロスコープで観察することで調べた。
【０２４８】
スタートパルス信号は、６０Ｈｚの周波数にて、６８．３μｓｅｃ幅のパルスが連続して出現する信号を用いた。また、クロック信号とスタートパルス信号は、その低電圧ＧＶＳＳを−１４Ｖとした。そして、クロック信号とスタートパルス信号の高電圧ＧＶＤＤを＋１４Ｖから徐々に低くしていったときに、最終段の順序回路から出力される信号の波形に乱れが生じた高電圧ＧＶＤＤの値を動作不良電圧とし、最も高い高電圧ＧＶＤＤである＋１４Ｖと、動作不良電圧との差を、動作マージン幅と定義した。
【０２４９】
液晶パネルＨが有する走査線駆動回路の、動作時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン幅（Ｖ）の変化を、図１９に示す。また、液晶パネルＩが有する走査線駆動回路の、動作時間（ｈｏｕｒ）に対する動作マージン幅（Ｖ）の変化を、図２０に示す。
【０２５０】
図１９と図２０から、動作開始時には液晶パネルＨ及びＩは動作マージン幅が約２２Ｖで同じであったが、２２０時間後では液晶パネルＨの動作マージン幅が約１７Ｖ、液晶パネルＩの動作マージン幅が約７Ｖとなったことが分かった。よって、液晶パネルＩの方が液晶パネルＨよりも動作マージン幅が短時間で小さくなっており、このことから、液晶パネルＨの方が、走査線駆動回路が有するトランジスタの閾値電圧のシフト量が小さい事が推察された。
【符号の説明】
【０２５１】
１０    液晶パネル
３０    表示部
３１    画素
３５    トランジスタ
３６    液晶素子
４１    走査線駆動回路
４２    走査線駆動回路
４３    データ線駆動回路
４５    トランジスタ
６０    端子部
６１    ＦＰＣ
１００    基板
１１０    走査線
１１１    データ線
１１２    電極
１１５    共通電極
１１６    画素電極
１１７    配線
１２０    半導体層
１３１    絶縁膜
１３２    絶縁膜
１３３    絶縁膜
１３４    絶縁膜
１３５    有機樹脂膜
１３６    絶縁膜
１３７    配向膜
１４０    液晶層
１４１    スペーサ
１６１    配線
１６２    電極
１７０    素子層
１７１    電極
１７２    電極
１７３    電極
１７４    剥離層
１７５    絶縁膜
１８０    基板
１８１    支持基板
１８３    接着剤
１８５    接着剤
２００    基板
２１０    ブラックマトリクス
２１１    カラーフィルタ
２１２    オーバーコート
２１３    配向膜
２１５    封止部材
３０１    導電膜
３０２    導電膜
３１１    酸化物半導体膜
３１２    酸化物半導体膜
３１３    酸化物半導体膜
４００    タッチパネル
４１１    偏光板
４１２    偏光板
４２１    共通電極
４２２    電極
４３１    配線
４３２    配線
４５０    タッチセンサ
４５１    電極
４５１ａ    導電膜
４５１ｂ    導電膜
４５１ｃ    導電膜
４５１ｄ    導電膜
４５２    電極
４５３    絶縁膜
４５４    容量素子
４６１    ＦＰＣ
４６２    ＦＰＣ
５００    液晶表示装置
５０１    液晶パネル
５１０    制御回路
５１１    検出部
５３０    表示部
５３１    画素
５４０    走査線駆動回路
５４１    走査線
５５０    データ線駆動回路
５５１    データ線
５５２    Ｄ−Ａ変換回路
５００１    筐体
５００２    筐体
５００３    表示部
５００４    表示部
５００５    マイクロホン
５００６    スピーカー
５００７    操作キー
５００８    スタイラス
５２０１    筐体
５２０２    表示部
５２０３    支持台
５４０１    筐体
５４０２    表示部
５４０３    キーボード
５４０４    ポインティングデバイス
５６０１    筐体
５６０２    筐体
５６０３    表示部
５６０４    表示部
５６０５    接続部
５６０６    操作キー
５８０１    筐体
５８０２    筐体
５８０３    表示部
５８０４    操作キー
５８０５    レンズ
５８０６    接続部
６００１    筐体
６００２    表示部
６００３    カメラ
６００４    スピーカー
６００５    ボタン
６００６    外部接続部
６００７  マイク
６５０１    筐体
６５０２    表示部
６５０３    マイク
６５０４    外部接続部
６５０５ａ    ボタン
６５０５ｂ    ボタン
６５０６    スピーカー
６５０７    カメラ
【図１】
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【図２】
2014095895.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014095895.tif 000007
【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】
2014095895.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３１】
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【図２８】
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【図３０】
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