(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上の集光手段と、
前記基板上の画素と、を有し、
前記集光手段は、集光方向Ｘと非集光方向Ｙとを有し、
前記画素は、画素電極を有し、
前記画素電極は、可視光を透過する第１領域と可視光を反射する第２領域を有し、
前記第１領域は、前記集光手段上において、前記集光手段と重なり、
前記集光手段は、前記基板と前記画素電極との間に位置し、
前記集光手段は、前記基板を透過した光を集光する機能を有し、
前記集光手段は、可視光を透過する構造体を有し、
前記構造体の対向する傾斜面にそれぞれ反射層を有し、
前記対向する傾斜面の一方の傾斜面と他方の傾斜面のなす角が９０度未満であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板上の集光手段と、
前記基板上の画素と、を有し、
前記画素は、複数のサブピクセルを有し、
前記集光手段は、集光方向Ｘと非集光方向Ｙとを有し、
前記サブピクセルは、画素電極を有し、
前記画素電極は、可視光を透過する第１領域と可視光を反射する第２領域を有し、
前記第１領域は、前記集光手段上において、前記集光手段と重なり、
前記集光手段は、前記基板と前記画素電極との間に位置し、
前記集光手段は、前記基板を透過した透過光を集光する機能を有し、
前記集光手段は、可視光を透過する構造体を有し、
前記構造体の対向する傾斜面にそれぞれ反射層を有し、
前記対向する傾斜面の一方の傾斜面と他方の傾斜面のなす角が９０度未満であることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第１領域の長軸方向は、前記集光手段の非集光方向Ｙと一致していることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素部に反射電極と透過電極を有する液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の発達に伴い、電話、コンピュータ、デジタルカメラなど携帯型情報機器が広く用いられるようになっている。これらの携帯型情報機器の重量、並びに大きさは、携帯が可能である範囲に収めなければならないという制約がある。特に、バッテリーは重量、大きさ共に情報機器に占める割合が大きいため、その容量には限りがある。
【０００３】
限られた容量のバッテリーを用いて、長時間の利用が可能な携帯型情報機器を提供するには、消費電力が少ない部品や装置をもって構成する必要がある。例えば、消費電力が少ない表示装置として、反射型の液晶表示装置をその例に挙げることができる。
【０００４】
反射型液晶表示装置は、可視光を透過する透過電極と可視光を反射する反射電極の間に液晶層を挟む構成を有する。また、反射型液晶表示装置は偏光機能を有するフィルム等を介して透過電極側から表示装置に入射し、反射電極が反射する光を液晶層が変調することにより、画像を表示する。
【０００５】
反射型液晶表示装置はバックライトを用いず、外光を利用して表示を観察するため消費電力が小さい。反射型の液晶表示装置の一例としては、例えば反射電極に低屈折率材料からなるテクスチャ構造体を設け、その上に高屈折率材料からなる光反射膜を形成する表示装置が考案されている（特許文献１）。
【０００６】
しかし外光が少ない環境においては、反射型液晶表示装置は表示を識別し難い場合がある。そこで、画素電極に透過電極と反射電極を設け、充分な外光が得られる環境下では反射型液晶表示装置として利用し、充分な外光が得られない環境下ではバックライトを用いて透過型液晶表示装置として利用する、所謂半透過型の液晶表示装置が考案されている。
【０００７】
しかし、反射電極と透過電極が設けられた半透過型の液晶表示装置は、反射電極のみが設けられた画素電極を有する反射型液晶表示装置に比べると外光を反射する面積が減少してしまい、透過電極のみが設けられた画素電極を有する透過型液晶表示装置に比べるとバックライトの光を透過する面積が減少してしまう。その結果、表示が暗くなってしまうという問題がある。
【０００８】
上記の問題を解決するために、光入射側の面にマイクロレンズを設けた液晶表示パネルが提案されている。特に、マイクロレンズと画素との間にアライメントズレが生じないように、液晶表示パネルを介して光入射側の面に形成した光硬化性材料層に光を照射して、マイクロレンズを設ける方法が特許文献２において考案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２８７５号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６１３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
液晶表示パネルのバックライトからの光が入射する側の面にマイクロレンズを設ける構成とする場合、マイクロレンズを設ける面と画素電極を形成する面とが一致することはない。従って、マイクロレンズと画素を、アライメントズレが生じないように設けるには、特別な工夫が必要となる。例えば、画素電極を設けた基板と基板に対向する対向基板の間に、液晶層、及びカラーフィルタを有する液晶表示パネルを用意し、次いで光入射側の面に形成した光硬化性材料層に、カラーフィルタを介して光を照射して、マイクロレンズを形成する方法をその例に挙げることができる。このような方法は工程が極めて煩雑なだけでなく、光硬化性材料層にカラーフィルタを介して光を照射することになるため、露光効率の低下やカラーフィルタの劣化が問題となる。
【００１１】
また、可視光を透過する領域が画素電極に占める割合が低いと、可視光を透過する領域とマイクロレンズの光軸を合わせることが困難になり、画素の輝度にバラツキが生じ易くなる。また、透過光の間隔がまばらになり、表示品位が低下する問題が発生する。
【００１２】
本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがってその目的は、表示パネルの背面からの光を集める集光手段の光軸上に画素電極の可視光を透過する領域を備える液晶表示装置を複雑な工程を必要としないで提供することを課題の一とする。
【００１３】
また、可視光を透過する領域が画素電極に占める割合が低くても、画素電極の可視光を透過する領域と光軸を合わせ易い集光手段を備える液晶表示装置を提供することを課題の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、基板の同一面側に集光手段と画素電極を設ける構成とし、集光手段の光軸上に画素電極の可視光を透過する領域を重ねて設ければよい。また、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段を用い、非集光方向Ｙを画素電極の可視光を透過する領域の長軸方向に一致して設ければよい。
【００１５】
すなわち、本発明の一態様は、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段と、液晶層の配向を制御する画素電極を基板の同一面側に備える画素を有し、異方性の集光手段が基板の可視光を透過する領域上に設けられ、画素電極が可視光を透過する領域と可視光を反射する領域を有し、画素電極の可視光を透過する領域を異方性の集光手段上に重ねて設ける液晶表示装置である。
【００１６】
また、本発明の一態様は、異方性の集光手段が集光方向Ｘに複数設けられた上記の液晶表示装置である。
【００１７】
また、本発明の一態様は、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段と、液晶層の配向を制御する画素電極を基板の同一面側に備えるサブピクセルを有し、異方性の集光手段が基板の可視光を透過する領域上に設けられ、画素電極は可視光を透過する領域と可視光を反射する領域を有し、画素電極の可視光を透過する領域を異方性の集光手段上に重ねて設け、サブピクセルを異方性の集光手段の集光方向Ｘに複数備える画素を有する液晶表示装置である。
【００１８】
また、本発明の一態様は、異方性の集光手段の非集光方向Ｙと画素電極の可視光を透過する領域の長軸方向を一致して設ける上記の液晶表示装置である。
【００１９】
また、本発明の一態様は、異方性の集光手段が可視光を透過する構造体の対向する傾斜面に反射層を備え、対向する傾斜面の一方の傾斜面と他方の傾斜面のなす角θＴが９０°未満である上記の液晶表示装置である。
【００２０】
また、本発明の一態様は、異方性の集光手段がレンチキュラレンズである上記液晶表示装置である。
【００２１】
なお、本明細書中において、発光装置とは画像表示デバイス、発光デバイス、もしくは光源（照明装置含む）を指す。また、発光装置にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＡＢ（Ｔａｐｅ  Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｂｏｎｄｉｎｇ）テープもしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＡＢテープやＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または発光素子が形成された基板にＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式によりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも全て発光装置に含むものとする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、表示パネルの背面からの光を集める手段の光軸上に、画素電極の可視光を透過する領域を備える液晶表示装置を、複雑な工程を必要としないで提供できる。また、可視光を透過する領域が画素電極に占める割合が低くても、画素電極の可視光を透過する領域と光軸を合わせ易い集光手段を備える液晶表示装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施の形態に係わる液晶表示装置の画素の構成を説明する図。
【図２】実施の形態に係わる液晶表示装置の画素の構成を説明する図。
【図３】実施の形態に係わる液晶表示装置の画素の構成を説明する図。
【図４】実施の形態に係わる液晶表示装置の画素の構成を説明する図。
【図５】実施の形態に係わる液晶表示装置の画素の構成を説明する図。
【図６】実施の形態に係わる液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図７】実施の形態に係わる液晶表示装置の作製工程を説明する図。
【図８】実施の形態に係わる液晶表示モジュールを説明する図。
【図９】実施の形態に係わる液晶表示装置の各構成を説明するブロック図。
【図１０】実施の形態に係わる液晶表示装置の各構成を説明するブロック図。
【図１１】実施の形態に係わる液晶表示装置の駆動回路と画素の構成を説明する図。
【図１２】実施の形態に係わる液晶表示装置の動作を説明するタイミングチャート。
【図１３】実施の形態に係わる液晶表示装置の表示制御回路の動作を説明するタイミングチャート。
【図１４】実施の形態に係わる動画を表示する期間と静止画を表示する期間におけるフレーム期間毎の画像信号の書き込み頻度を模式的に示す図。
【図１５】実施の形態に係わる酸化物半導体層を含むトランジスタ及びその作製方法の一例を説明する図。
【図１６】実施の形態に係わる酸化物半導体によって作製されたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性の一例を示すグラフ。
【図１７】実施の形態に係わる酸化物半導体によって作製されたトランジスタのＶｇ−Ｉｄ特性の内、オフ状態の特性を説明するためのグラフ。
【図１８】ソース−ドレイン電圧Ｖとオフ電流Ｉとの関係を表すグラフ。
【図１９】実施の形態に係わる表示装置を搭載した電子機器の一例を説明する図。
【図２０】実施の形態に係わる測定系を説明する回路図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
（実施の形態１）
本実施の形態では、可視光を透過する領域と可視光を反射する領域を有する画素電極を有し、画素電極の可視光を透過する領域に重ねて、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段を同一基板の同一面側に備える液晶表示装置について図１、及び図２を用いて説明する。
【００２６】
本実施の形態で例示する液晶表示装置の画素４５０の構成を、図１に示す上面図を用いて説明する。画素４５０は第１のサブピクセル４５０Ｒ、第２のサブピクセル４５０Ｇ、第３のサブピクセル４５０Ｂの三つのサブピクセルを有する。第１のサブピクセル４５０Ｒは、可視光を透過する第１の画素電極３１５Ｒ、可視光を反射する第２の画素電極３１６Ｒを有する（図２参照）。また、本実施の形態ではサブピクセルにはスイッチング素子としてトランジスタ（３５０Ｒ、３５０Ｇ、及び３５０Ｂ）が形成されている。
【００２７】
サブピクセルに設けられるトランジスタに接続する配線について、トランジスタ３５０Ｒを例に説明する。トランジスタ３５０Ｒのゲート電極は走査信号線３２０と接続し、ソース電極またはドレイン電極はデータ信号線３３０または容量線３３５と接続する。
【００２８】
画素４５０の積層構造を、図２を用いて説明する。図２は図１の切断線Ｐ１−Ｐ２における断面に対応する。画素４５０は、画素電極、異方性の集光手段、及びスイッチング素子が形成されたアクティブマトリクス基板３８０と対向基板４３０の間に液晶層４４０を挟んだ構成を有する。なお、図示されていないスペーサがアクティブマトリクス基板３８０と対向基板４３０の間隔（セルギャップ）を保持している。
【００２９】
対向基板４３０は、基板４００上に対向電極４０１、対向電極４０１上にブラックマトリクス４０２、ブラックマトリクス４０２を覆う配向膜４０３を有する。
【００３０】
液晶層４４０は対向基板４３０の配向膜４０３とアクティブマトリクス基板３８０の配向膜３１９の間に接して設けられている。
【００３１】
アクティブマトリクス基板３８０は複数の画素を有する。また、それぞれの画素に複数のサブピクセルを設けることができる。本実施の形態では、各画素に３つのサブピクセルを設ける構成を例示する。
【００３２】
サブピクセル（４５０Ｒ、４５０Ｇ、及び４５０Ｂ）は、それぞれ異方性の集光手段、画素電極、並びに該画素電極と電気的に接続するトランジスタを有する。なお、異方性の集光手段、画素電極、並びにトランジスタは絶縁表面を有する基板３００の同一面上に設けられている。
【００３３】
サブピクセル４５０Ｒ近傍のアクティブマトリクス基板３８０の構成を説明する。アクティブマトリクス基板３８０は、絶縁表面を有する基板３００上にデータ信号線３３０、容量線３３５、及び図示されていない走査信号線を含む配線と、トランジスタ３５０Ｒ、並びに可視光を透過する領域３８４Ｒを有する。また、トランジスタ３５０Ｒと電気的に接続する画素電極（３１５Ｒ、及び３１６Ｒ）を有し、画素電極は可視光を透過する領域３８５Ｒ、及び可視光を反射する領域３８６Ｒを有する。
【００３４】
なお、可視光を透過する領域３８４Ｒ上に重ねて異方性の集光手段３４０Ｒと画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒを有し、異方性の集光手段３４０Ｒと画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒの間にカラーフィルタとして機能する着色層３０９Ｒを設けても良い。
【００３５】
次に、本実施の形態で例示する液晶表示装置の主要な構成について、サブピクセル４５０Ｒ近傍の構成を用いて詳細に説明する。
【００３６】
画素電極（３１５Ｒ、及び３１６Ｒ）は対向電極４０１との間に生じる電界を用いて液晶の配向状態を制御する。第１の画素電極３１５Ｒは可視光を透過する導電膜で形成し、第２の画素電極３１６Ｒは可視光を反射する導電膜で形成する。また、画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒは、第１の画素電極３１５Ｒを用いて形成し、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒは、第２の画素電極３１６Ｒを用いて形成する。
【００３７】
なお、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒは、表面に不規則な形態の凹凸構造、もしくはテクスチャ構造を有する絶縁層３１１上に設ける。絶縁層３１１のテクスチャ構造が第１の画素電極３１５Ｒ、及び第２の画素電極３１６Ｒの表面に現れ、当該画素電極表面に入射する光が乱反射され、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒが巨視的には概ね白色に見える。なお、白色に見える画素電極を用いて液晶の配向を制御することで、紙面上の文字のように見やすい表示を得ることができる。
【００３８】
絶縁層３１１は表面に凹凸構造が設けられている。また、絶縁層３１１の厚みは、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒでは厚く、画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒでは薄い。絶縁層３１１の厚みを変えることで画素電極と対向電極の間の距離、所謂セルギャップを調節し、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒでは反射型の液晶表示領域として最適化を行い、画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒでは透過型の液晶表示領域として最適化する。
【００３９】
対向基板４３０のブラックマトリクス４０２は、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒと可視光を透過する領域３８５Ｒの境目、並びに隣接する画素もしくはサブピクセル間の境目に重ねて配置する。ブラックマトリクス４０２を設けることにより、セルギャップが異なる境目、並びに電位が異なる隣接する画素電極の境目に生じる液晶の配向の乱れが、表示品位に与える影響を低減できる。
【００４０】
オーバーコート層３１０は着色層３０９Ｒを覆い、絶縁層３１１の下地となる。オーバーコート層を形成することでカラーフィルタに含まれる材料の一部が液晶材料中に侵入することを防ぐことができる。オーバーコート層には、アクリル樹脂をベースとした熱硬化性材料が用いられる。また、無機材料、及び無機材料と有機樹脂を積層して用いてもよい。
【００４１】
着色層３０９Ｒを画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒに重ねて設け、カラーフィルタを形成することができる。カラーフィルタを用いて液晶表示装置をフルカラー表示とする場合、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する材料を用いて着色層を形成すればよく、モノカラー表示とする場合、着色層を無くす、もしくは少なくとも一つの色を呈する材料を用いて着色層を形成すればよい。なお、バックライト装置にＲＧＢの発光ダイオード（ＬＥＤ）等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない場合もある。
【００４２】
絶縁層３０８は異方性の集光手段３４０Ｒを覆って、着色層３０９Ｒと基板３００の間に設けられている。絶縁層３０８は可視光を透過し、その屈折率は異方性の集光手段の屈折率よりも低く、その差が大きいほど好ましい。具体的には屈折率に０．１以上の差がある材料を選択して用いる。
【００４３】
異方性の集光手段３４０Ｒは集光方向に異方性を有する。例えば、図２に示す異方性の集光手段３４０Ｒは基板３００を介して入射する光を集光方向Ｘ（紙面の左右方向）に集光し、非集光方向Ｙ（紙面の奥行き方向）には集光しない。このような異方性の集光手段３４０Ｒとしては、例えばレンチキュラレンズをその例に挙げることができる。また、異方性の集光手段の非集光方向Ｙと画素電極の可視光を透過する領域の長軸方向を一致して設ける構成が特に好ましい。
【００４４】
異方性の集光手段３４０Ｒ、基板３００の可視光を透過する領域３８４Ｒ、並びに画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒの位置、及び大きさについて、図３を用いて説明する。異方性の集光手段３４０Ｒは少なくともその一部が基板３００の可視光を透過する領域３８４Ｒに重ねて設けられている。基板３００の可視光を透過する領域３８４Ｒと異方性の集光手段３４０Ｒが重なる領域を受光領域３８４Ｒ＿２とするとき、受光領域３８４Ｒ＿２と画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒが重なる領域、及び当該重なる領域を集光方向Ｘに延長して受光領域と重なる領域を合わせた領域が集光手段の有効領域３８４Ｒ＿３となる。有効領域３８４Ｒ＿３の面積は画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒより広く設けるものとする。また、受光領域３８４Ｒ＿２、並びに画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒは、画素またはサブピクセルの非集光方向Ｙについて大きいほど好ましい。画素またはサブピクセルの非集光方向Ｙに占める割合が大きいほど、集光方向Ｘに集光した光が点状ではなく線状に表示されるため、集光効率が高められ、表示品位が向上する。
【００４５】
なお、画素４５０が複数のサブピクセルを有する場合、異方性の集光手段の非集光方向Ｙは、サブピクセルを横断しない構成とすることが好ましい。言い換えると、異方性の集光手段の非集光方向Ｙは、画素４５０が備える複数のサブピクセルを横断する方向と一致しない。隣接するサブピクセルの境目には、対向基板のブラックマトリクス４０２が配置されているため、異方性の集光手段が集光した光の一部がブラックマトリクス４０２に阻害されてしまうからである。
【００４６】
異方性の集光手段の別の形態を図４に示す。異方性の集光手段は可視光を透過する構造体３４１と、その稜線部に可視光を反射する反射層３４２から構成される。バックライトの光がアクティブマトリクス基板３８０の可視光を透過する領域３８４Ｒから入射し、反射層３４２に反射して画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒを介して観察者側に透過する（図４（Ａ）参照）。
【００４７】
異方性の集光手段の構造体３４１の集光方向Ｘの断面を図４（Ｂ）に示す。左右に相対向する側面は傾斜面となって、それぞれの側面のなす角度θＴを、９０°未満、好ましくは１０°以上６０°以下とすることで、バックライトの光が入射する領域３８４Ｒから入射した透過光を効率よく画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒへ導くことができる。また、異方性の集光手段の非集光方向Ｙの形態を図４（Ｃ）に示す。
【００４８】
従来の半透過型液晶表示装置では、画素電極のうち、可視光を反射する領域３８６Ｒの面積をＳＲ、可視光を透過する領域３８５Ｒの面積をＳＴとした場合、両電極の合計面積が１００％（ＳＲ＋ＳＴ＝１００％）となる。本実施の形態で示した画素構成を有する半透過型液晶表示装置は、透過電極として機能する電極面積ＳＴが、バックライトの光が入射する領域３８４Ｒの面積に相当するため、画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒの面積を大きくする、或いは、バックライトの輝度を上げたりすることなく、透過光量を向上させることができる。つまり、見かけ上の両電極の合計面積を１００％以上（ＳＲ＋ＳＴ≧１００％）とすることができる。
【００４９】
スイッチング素子として、例えばトランジスタ３５０Ｒを用いることができる（図２参照）。トランジスタ３５０Ｒはゲート電極３０１、ソース電極及びドレイン電極（３０５ａ、３０５ｂ）を有し、基板３００上に形成されている。第１の画素電極３１５Ｒは絶縁層３０７、絶縁層３０８、オーバーコート層３１０、絶縁層３１１に形成された開口部を介してトランジスタ３５０Ｒのソース電極またはドレイン電極３０５ｂと電気的に接続されている。
【００５０】
図５に本実施の形態の液晶表示装置の概要を、斜視図を用いて示す。アクティブマトリクス基板３８０と対向基板４３０が重ね合わされている。アクティブマトリクス基板３８０にはサブピクセル４５０Ｒ、サブピクセル４５０Ｇ、サブピクセル４５０Ｂが設けられている。
【００５１】
サブピクセル４５０Ｒは、異方性の集光手段３４０Ｒ、着色層３０９Ｒ、及び画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒが重なる位置に設けられている。また、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒが設けられている。
【００５２】
以上のような構成とすることで、基板側の受光領域から異方性の集光手段に入射した光が、画素電極の可視光を透過する領域に集光される。その結果、画素電極の可視光を反射する領域の面積を大幅に減らすことなく透過光の強度を増すことができ、透過モードの液晶表示画像が明るくなり、コントラスト、及び画質を向上できる。また、消費電力を低減できる。
【００５３】
また、画素電極の可視光を反射する領域の面積を広くできるため、反射モードの液晶表示画像が明るくなり、コントラスト、及び画質が向上する。
【００５４】
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。
【００５５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した可視光を透過する領域と可視光を反射する領域を有する画素電極の画素電極の可視光を透過する領域に重ねて、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段を設ける液晶表示装置の作製方法について図６、及び図７を用いて説明する。
【００５６】
基板３００上に形成するスイッチング素子は特に限定されない。例えばトップゲート構造、又はボトムゲート構造のトランジスタなどを用いることができる。また、トランジスタはチャネル形成領域が一つ形成されるシングルゲート構造でも、二つ形成されるダブルゲート構造もしくは三つ形成されるトリプルゲート構造であっても良い。また、チャネル領域の上下にゲート絶縁層を介して配置された２つのゲート電極層を有する、デュアルゲート型でもよい。一例として、ボトムゲート型のトランジスタ３５０Ｒを適用する場合について、図６に示す。
【００５７】
なお、スイッチング素子としては、オフ電流が低減された酸化物半導体層を有するトランジスタが特に好適である。オフ電流が低減された酸化物半導体層を有するトランジスタを画素トランジスタに用いることにより、例えば静止画像を表示する期間に表示素子の書き換え頻度を低減することにより、電力の消費が抑制された表示装置を提供できる。
【００５８】
トランジスタ３５０Ｒ上に絶縁層３０７を形成する。絶縁層３０７としては、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層３０７は複数の絶縁膜を積層して形成してもよい。例えば、前述の無機絶縁膜に重ねて窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、窒化酸化シリコン膜、窒化酸化アルミニウム膜などの無機絶縁膜を用いることができる。なお、上記無機絶縁膜はスパッタリング法などを用いて形成することができる。
【００５９】
次に樹脂層３４０ａを、基板３００の可視光を透過する領域に重ねて絶縁層３０７上に設ける。図６（Ａ）では、トランジスタ３５０Ｒのソース電極またはドレイン電極と、隣接する画素のデータ信号線３３０の間の可視光を透過する領域に樹脂層３４０ａが設けられている。樹脂層３４０ａは例えば熱可塑性の材料を用いる。熱可塑性を有する有機樹脂層と該有機樹脂層上にレジストマスクを形成し、当該レジストマスクを用いて不要な部分をエッチングして除去し、島状、または線状に形成することができる。この段階の断面図を図６（Ａ）に示す。なお、図示されていないが、樹脂層３４０ａは紙面の奥行き方向に同じ断面をもって伸びている。また、有機樹脂としては屈折率が１．７以上の材料が好ましい。
【００６０】
次いで基板３００を熱処理し、熱可塑性の樹脂層３４０ａを変形して異方性の集光手段３４０Ｒを形成する。なお、異方性の集光手段３４０Ｒの形成方法としてはこの方法に限られず、例えば電鋳法等により作成した微細な金型を加熱しながら熱可塑性の樹脂層３４０ａに押し当て、異方性の集光手段３４０Ｒに変形してもよい。
【００６１】
次に、異方性の集光手段３４０Ｒを覆う絶縁層３０８を、スピンコート法などを用いて形成する。絶縁層３０８は基板３００上に設けた構造物がもたらす凹凸を平坦化する働きを有する。また、絶縁層３０８に用いる材料の屈折率は、異方性の集光手段３４０Ｒに用いる材料の屈折率と、０．１以上の差がある材料を用いる。両者の屈折率の差が大きいほど、集光手段３４０Ｒは急な角度で集光することができる。
【００６２】
次いで、カラーフィルタとして機能する着色層３０９Ｒを絶縁層３０８上に形成する。着色層３０９Ｒは感光性を有する材料を用い、異方性の集光手段３４０Ｒ上を覆うようにフォトマスクを用いて形成する。なお、複数の色の着色層、例えば赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）を呈する着色層を設ける場合は、色の数だけ着色層を形成する工程を繰り返せばよい。この段階の断面図を図６（Ｂ）に示す。
【００６３】
次に、オーバーコート層３１０を着色層上にスピンコート法などを用いて形成する。オーバーコート層３１０は着色層がもたらす凹凸を覆って平坦にする。
【００６４】
次いで、絶縁層３１１をオーバーコート層３１０上に設ける。絶縁層３１１としては、例えば感光性有機樹脂を用いることができる。スピンコート法などを用いて感光性有機樹脂層を形成し、フォトマスクを用いて異方性の集光手段３４０Ｒ上に開口部３１３を設けるための露光をはじめにおこない、次いで、別のフォトマスクを用いて絶縁層３１１の表面に凹凸構造を形成するための露光を行う。その後、現像して絶縁層３１１を形成する。この段階の断面図を図６（Ｃ）に示す。なお、図示されていないが、絶縁層３１１の開口部３１３は異方性の集光手段３４０Ｒと重なり、紙面の奥行き方向に概略同じ断面をもって伸びている。
【００６５】
次に、開口部３１２をトランジスタ３５０Ｒのソース電極またはドレイン電極に達するように、絶縁層３０７、絶縁層３０８、オーバーコート層３１０、及び絶縁層３１１に形成する。
【００６６】
次いで、可視光を透過する導電膜を絶縁層３１１、オーバーコート層３１０、及び開口部３１２上に成膜する。導電膜は開口部３１２を介してトランジスタ３５０Ｒのソース電極またはドレイン電極と接続する。次に、レジストマスクを用いて不要な部分を除去して第１の画素電極３１５Ｒを形成する。第１の画素電極３１５Ｒの一部は画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒを形成する。
【００６７】
また、可視光を反射する導電膜を成膜し、レジストマスクを用いて不要な部分を除去して第２の画素電極３１６Ｒを形成する。第２の画素電極３１６Ｒは第１の画素電極３１５Ｒを介してトランジスタ３５０Ｒのソース電極またはドレイン電極と電気的に接続し、画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒを形成する。
【００６８】
次いで、配向膜３１９を第１の画素電極３１５Ｒ、第２の画素電極３１６Ｒを覆って形成しラビング処理を施す。ラビング処理は物理的な接触により行われるため、凹んだ領域を有する表面にラビング処理を施すと、処理にムラが生じ易い。具体的には、絶縁層３１１の上面に位置する画素電極の可視光を反射する領域３８６Ｒに比べて、絶縁層３１１の開口部３１３に位置する画素電極の可視光を透過する領域３８５Ｒは凹んでいるためラビング処理が困難になる。
【００６９】
しかし、本実施の形態で例示する絶縁層３１１の開口部３１３は、異方性の集光手段に沿って紙面の奥行き方向に連続して伸びている。従って、奥行き方向に向けてラビング処理を行うことでムラの発生を抑制できる。この段階の断面図を図７（Ａ）に示す。
【００７０】
対向基板４３０は、公知の方法を用いて基板４００上に対向電極４０１と、対向電極４０１上にブラックマトリクス４０２と、対向電極４０１とブラックマトリクス４０２を覆う配向膜４０３を形成することができる。ブラックマトリクス４０２は、画素電極の可視光を反射する領域と可視光を透過する領域の境目および隣接する画素もしくはサブピクセルとの境目に重なるように配置する。対向基板４３０とアクティブマトリクス基板３８０を貼り合わせ、液晶を注入して液晶層４４０を形成して液晶表示装置を作製する。この段階の断面図を図７（Ｂ）に示す。
【００７１】
異方性の集光手段、カラーフィルタ、並びに画素電極の可視光を透過する領域を同一基板上に形成するため、集光手段の光軸上に配置することが容易になり、歩留まりの向上を図ることができる。
【００７２】
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。
【００７３】
（実施の形態３）
本実施の形態では、半透過型の液晶表示モジュールの構成を示す。本実施の形態で例示する半透過型液晶表示モジュールは、反射モードで利用する場合はモノカラー表示で、透過モードで利用する場合はフルカラーモードで映像を表示する。
【００７４】
図８に液晶表示モジュール１９０の構成を示す。液晶表示モジュール１９０はバックライト部１３０と、液晶素子がマトリクス状に設けられた表示パネル１２０と、表示パネル１２０を挟む偏光板１２５ａ、及び偏光板１２５ｂを有する。バックライト部１３０は、面状に均一な白色光を発する。例えば導光板の端部に白色のＬＥＤ１３３を配置し、表示パネル１２０との間に拡散板１３４を設けたものをバックライト部１３０に用いることができる。また、外部入力端子となるＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）１４０は表示パネル１２０に設けた端子部と電気的に接続されている。
【００７５】
なお、表示パネル１２０に設ける液晶素子は、実施の形態１に例示する画素４５０と同様の構成を有する。
【００７６】
まず、反射モードによる映像の表示方法について説明する。外光１３９が表示パネル１２０に設けられた液晶素子の液晶層を透過して反射電極で反射されて観察者側に反射する様子を、矢印を用いて図８に模式的に示す。外光１３９は液晶層を通過し、反射電極で反射され再び液晶層を通過して取り出される。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号により変調されるため、観察者は外光１３９の反射光によって、映像を捉えることができる。
【００７７】
次に、透過モードによる映像の表示方法について説明する。バックライト部１３０からの光が表示パネル１２０の背面に入射し、表示パネルに設けた異方性の集光手段、着色層、透過電極、並びに液晶層を介して観察者側に透過する様子を、３色の光１３５の矢印（Ｒ、Ｇ、及びＢ）を用いて図８に模式的に示す。例えば、カラーフィルタとして機能する赤色の着色層と重なる画素においては、バックライトの光が表示パネルに設けた異方性の集光手段によって、赤色の着色層に集光され、着色層、透過電極、並びに液晶層を透過して赤色光として取り出される。液晶素子を透過する光の強度は、画像信号により変調されるため、観察者は３色の光１３５によって、映像を捉えることができる。なお、フルカラー表示とする場合であるため、赤色表示素子、緑色表示素子、青色表示素子の３つの表示素子には、それぞれに異なる映像信号を供給する回路構成とする。
【００７８】
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。
【００７９】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の液晶表示装置、及び低消費電力化を図れる液晶表示装置の駆動方法の一形態を、図９、乃至図１４を用いて説明する。
【００８０】
本実施の形態で例示する液晶表示装置１００の各構成を、図９のブロック図に示す。液晶表示装置１００は、画像処理回路１１０、電源１１６、表示制御回路１１３、表示パネル１２０を有する。透過型液晶表示装置、又は半透過型液晶表示装置の場合、さらに光源としてバックライト部１３０を設ける。
【００８１】
液晶表示装置１００は、接続された外部機器から画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が供給されている。なお、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）は液晶表示装置の電源１１６をオン状態として電力供給を開始することによって供給され、制御信号（スタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ）は表示制御回路１１３によって供給される。
【００８２】
なお高電源電位Ｖｄｄとは、基準電位より高い電位のことであり、低電源電位Ｖｓｓとは基準電位以下の電位のことをいう。なお高電源電位Ｖｄｄ及び低電源電位Ｖｓｓともに、トランジスタが動作できる程度の電位であることが望ましい。なお高電源電位Ｖｄｄ及び低電源電位Ｖｓｓを併せて、電源電圧と呼ぶこともある。
【００８３】
共通電位Ｖｃｏｍは、画素電極に供給される画像信号の電位に対して基準となる固定電位であればよく、一例としてはグラウンド電位であってもよい。
【００８４】
画像信号Ｄａｔａは、ドット反転駆動、ソースライン反転駆動、ゲートライン反転駆動、フレーム反転駆動等に応じて適宜反転させて液晶表示装置１００に入力される構成とすればよい。また、画像信号がアナログの信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ等を介してデジタルの信号に変換して、液晶表示装置１００に供給する構成とすればよい。
【００８５】
本実施の形態では、共通電極１２８及び容量素子２１０の一方の電極には、電源１１６より表示制御回路１１３を介して固定電位である共通電位Ｖｃｏｍが与えられている。
【００８６】
表示制御回路１１３は、表示パネル１２０に表示パネル画像信号（Ｄａｔａ）、並びに制御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給または停止の切り替えを制御するための信号）、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）を供給する回路である。
【００８７】
画像処理回路１１０は、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）を解析、演算、乃至加工し、処理した画像信号を制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。
【００８８】
具体的には画像処理回路１１０は、入力される画像信号Ｄａｔａを解析し動画であるか静止画であるかを判断し、判断結果を含む制御信号を表示制御回路１１３に出力する。また、画像処理回路１１０は、動画または静止画を含む画像信号Ｄａｔａから１フレームの静止画を切り出し、静止画であることを意味する制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。また、画像処理回路１１０は、入力される画像信号Ｄａｔａを上述の制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。なお、上述した機能は画像処理回路１１０が有する機能の一例であり、表示装置の用途に応じて種々の画像処理機能を選択して適用すればよい。
【００８９】
なお、デジタル信号に変換された画像信号は演算（例えば画像信号の差分を検出する等）が容易であるため、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）がアナログの信号の場合には、Ａ／Ｄコンバータ等を画像処理回路１１０に設ける。
【００９０】
表示パネル１２０は液晶素子２１５を一対の基板（第１の基板と第２の基板）間に挟持する構成を有する。具体的には、実施の形態１で説明した可視光を透過する領域と可視光を反射する領域を有する画素電極、並びに画素電極の可視光を透過する領域に重ねて、集光方向Ｘと非集光方向Ｙを有する異方性の集光手段を、第１の基板の同一面側に備えている。また、第１の基板には駆動回路部１２１、画素部１２２が設けられている。また、第２の基板には共通接続部（コモンコンタクトともいう）、及び共通電極１２８（コモン電極、または対向電極ともいう）が設けられている。なお、共通接続部は第１の基板と第２の基板とを電気的に接続するものであって、共通接続部は第１の基板上に設けられていてもよい。
【００９１】
画素部１２２には、複数のゲート線１２４（走査線）、及びソース線１２５（信号線）が設けられており、複数の画素１２３がゲート線１２４及びソース線１２５に環囲されてマトリクス状に設けられている。なお、本実施の形態で例示する表示パネルにおいては、ゲート線１２４はゲート線側駆動回路１２１Ａから延在し、ソース線１２５はソース線側駆動回路１２１Ｂから延在している。
【００９２】
また、画素１２３はスイッチング素子としてトランジスタ２１４、該トランジスタ２１４に接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有する。
【００９３】
液晶素子２１５は、液晶の光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子である。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界によって制御される。液晶にかかる電界方向は液晶材料、駆動方法、及び電極構造によって異なり、適宜選択することができる。例えば、液晶の厚さ方向（いわゆる縦方向）に電界をかける駆動方法を用いる場合は液晶を挟持するように第１の基板に画素電極を、第２の基板に共通電極をそれぞれ設ける構造とすればよい。また、液晶に基板面内方向（いわゆる横電界）に電界をかける駆動方法を用いる場合は、液晶に対して同一面に、画素電極と共通電極を設ける構造とすればよい。また画素電極及び共通電極は、多様な開口パターンを有する形状としてもよい。本実施の形態においては光学的変調作用によって光の透過又は非透過を制御する素子であれば、液晶材料、駆動方法、及び電極構造は特に限定されない。
【００９４】
トランジスタ２１４は、画素部１２２に設けられた複数のゲート線１２４のうちの一つとゲート電極が接続され、ソース電極またはドレイン電極の一方が複数のソース線１２５のうちの一つと接続され、ソース電極またはドレイン電極の他方が容量素子２１０の一方の電極、及び液晶素子２１５の一方の電極（画素電極）と接続される。
【００９５】
このような構成とすることで、容量素子２１０は液晶素子２１５に加える電圧を保持することができる。また、容量素子２１０の電極は、別途設けた容量線に接続する構成としてもよい。
【００９６】
なお、トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いることが好ましい。オフ電流が低減されていると、オフ状態のトランジスタ２１４は液晶素子２１５、及び容量素子２１０に安定して電荷を保持できる。また、オフ電流が充分低減されたトランジスタ２１４を用いれば、容量素子２１０を設けることなく画素１２３を構成することもできる。
【００９７】
駆動回路部１２１は、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂを有する。ゲート線側駆動回路１２１Ａ、ソース線側駆動回路１２１Ｂは、複数の画素を有する画素部１２２を駆動するための駆動回路であり、シフトレジスタ回路（シフトレジスタともいう）を有する。
【００９８】
なお、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及びソース線側駆動回路１２１Ｂは、画素部１２２と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成されるものであってもよい。
【００９９】
なお駆動回路部１２１には、表示制御回路１１３によって制御された高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａが供給される。
【０１００】
端子部１２６は、表示制御回路１１３が出力する所定の信号（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、スタートパルスＳＰ、クロック信号ＣＫ、画像信号Ｄａｔａ、共通電位Ｖｃｏｍ等）等を駆動回路部１２１に供給する入力端子である。
【０１０１】
共通電極１２８は、表示制御回路１１３に制御された共通電位Ｖｃｏｍを与える共通電位線と、共通接続部において電気的に接続する。
【０１０２】
共通接続部の具体的な一例としては、絶縁性球体に金属薄膜が被覆された導電粒子を間に介することにより共通電極１２８と共通電位線との電気的な接続を図ることができる。なお、共通接続部は、表示パネル１２０内に複数箇所設けられる構成としてもよい。
【０１０３】
また、液晶表示装置は、測光回路を有していてもよい。測光回路を設けた液晶表示装置は当該液晶表示装置がおかれている環境の明るさを検知できる。その結果、測光回路が接続された表示制御回路１１３は、測光回路から入力される信号に応じて、バックライト、サイドライト等の光源の駆動方法を制御することができる。
【０１０４】
バックライト部１３０はバックライト制御回路１３１、及びバックライト１３２を有する。バックライト１３２は、液晶表示装置１００の用途に応じて選択して組み合わせればよく、冷陰極管や発光ダイオード（ＬＥＤ）などを用いることができる。バックライト１３２には例えば白色の発光素子（例えばＬＥＤ）を配置することができる。バックライト制御回路１３１には、表示制御回路１１３からバックライトを制御するバックライト信号、及び電源電位が供給される。
【０１０５】
なお、光学フィルム（偏光フィルム、位相差フィルム、反射防止フィルムなど）も組み合わせて用いることができる。また、バックライト１３２の光源は、複数のＬＥＤ光源、または複数のエレクトロルミネセンス（ＥＬ）光源などを用いて面光源を構成してもよい。面光源として、３種類以上のＬＥＤを用いてもよいし、白色発光のＬＥＤを用いてもよい。なお、バックライトにＲＧＢの発光ダイオード等を配置し、時分割によりカラー表示する継時加法混色法（フィールドシーケンシャル法）を採用するときには、カラーフィルタを設けない場合もある。
【０１０６】
次に、図９に例示した液晶表示装置の駆動方法について、図１０、乃至図１４を用いて説明する。本実施の形態で説明する液晶表示装置の駆動方法は、表示する画像の特性に応じて、表示パネルの書き換え頻度（または周波数）を変える表示方法である。具体的には、連続するフレームの画像信号が異なる画像（動画）を表示する場合は、フレーム毎に画像信号が書き込まれる表示モードを用いる。一方、連続するフレームの画像信号が同一な画像（静止画）を表示する場合は、同一な画像を表示し続ける期間に新たに画像信号は書き込まれないか、書き込む頻度を極めてすくなくし、さらに液晶素子に電圧を印加する画素電極及び共通電極の電位を浮遊状態（フローティング）にして液晶素子にかかる電圧を保持し、新たに電位を供給することなく静止画の表示を行う表示モードを用いる。
【０１０７】
なお、液晶表示装置は動画と静止画を組み合わせて画面に表示する。動画は、複数のフレームに時分割した複数の異なる画像を高速に切り替えることで人間の目に動く画像として認識される画像をいう。具体的には、１秒間に６０回（６０フレーム）以上画像を切り替えることで、人間の目にはちらつきが少なく動画と認識されるものとなる。一方、静止画は、動画及び部分動画と異なり、複数のフレーム期間に時分割した複数の画像を高速に切り替えて動作させていても、連続するフレーム期間、例えばｎフレーム目と、（ｎ＋１）フレーム目とで変化しない画像のことをいう。
【０１０８】
本発明に係る液晶表示装置は、画像が動く動画表示の時と画像が静止している静止画表示の時とにおいて、それぞれ動画表示モード、静止画表示モードという異なる表示モードを用いることができる。なお本明細書では、静止画表示の時に表示される画像を静止画像ともよぶ。
【０１０９】
次に、本実施の形態の液晶表示装置１００の各構成を、図１０のブロック図を用いて説明する。液晶表示装置１００は、偏光板との組み合わせにより画素において液晶層が光の偏光状態を制御して表示を行う半透過型液晶表示装置の例であり、画像処理回路１１０、電源１１６、表示パネル１２０、及びバックライト部１３０を有する。
【０１１０】
液晶表示装置１００は、接続された外部機器から画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が供給されている。なお、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）は液晶表示装置の電源１１６をオン状態として電力供給を開始することによって供給され、制御信号（スタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ）は表示制御回路１１３によって供給される。
【０１１１】
次に、画像処理回路１１０の構成、及び画像処理回路１１０が信号を処理する手順について、図１０に一例を示して説明する。なお、図１０に示す画像処理回路１１０は、本実施の形態の一態様であり、本実施の形態はこの構成に限定されない。
【０１１２】
図１０に例示する画像処理回路１１０は、連続して入力される画像信号を解析し、動画と静止画を判別する。また、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が動画から静止画に移行する際に、静止画を切り出し、静止画であることを意味する制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。また、入力される画像信号（画像信号Ｄａｔａ）が静止画から動画に移行する際に、動画を含む画像信号を、動画であることを意味する制御信号と共に表示制御回路１１３に出力する。
【０１１３】
画像処理回路１１０は、記憶回路１１１、比較回路１１２、及び選択回路１１５を有する。画像処理回路１１０は、入力されたデジタル画像信号Ｄａｔａから表示パネル画像信号とバックライト信号を生成する。表示パネル画像信号は、表示パネル１２０を制御する画像信号であり、バックライト信号はバックライト部１３０を制御する信号である。また、共通電極１２８を制御する信号をスイッチング素子１２７に出力する。
【０１１４】
記憶回路１１１は、複数のフレームに関する画像信号を記憶するための複数のフレームメモリを有する。記憶回路１１１が有するフレームメモリの数は特に限定されるものではなく、複数のフレームに関する画像信号を記憶できる素子であればよい。なおフレームメモリは、例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子を用いて構成すればよい。
【０１１５】
なおフレームメモリは、フレーム期間毎に画像信号を記憶する構成であればよく、フレームメモリの数について特に限定されるものではない。またフレームメモリの画像信号は、比較回路１１２及び表示制御回路１１３により選択的に読み出されるものである。なお図中のフレームメモリ１１１ｂは、１フレーム分のメモリ領域を概念的に図示するものである。
【０１１６】
比較回路１１２は、記憶回路１１１に記憶された連続するフレーム期間の画像信号を選択的に読み出して、当該画像信号の連続するフレーム間での比較を画素毎に行い、差分を検出するための回路である。
【０１１７】
なお、本実施の形態ではフレーム間の画像信号の差分の有無により、表示制御回路１１３及び選択回路１１５の動作を決定する。当該比較回路１１２がフレーム間のいずれかの画素で差分を検出した場合（差分「有」の場合）、比較回路１１２は画像信号が静止画ではないと判断し、差分を検出した連続するフレーム期間を動画であると判断する。
【０１１８】
一方、比較回路１１２での画像信号の比較により、全ての画素で差分が検出されない場合（差分「無」の場合）、当該差分を検出しなかった連続するフレーム期間は、静止画であると判断する。すなわち比較回路１１２は、連続するフレーム期間の画像信号の差分の有無を検出することによって、動画を表示するための画像信号であるか、または静止画を表示するための画像信号であるかの判断をするものである。
【０１１９】
なお、当該比較により「差分が有る」と検出される基準は、差分の大きさが一定のレベルを超えたときに、差分有りとして検出したと判断されるように設定してもよい。なお比較回路１１２の検出する差分は、差分の絶対値によって判断をする設定とすればよい。
【０１２０】
また、本実施の形態においては、液晶表示装置１００内部に設けられた比較回路１１２が連続するフレーム期間の画像信号の差分を検出することにより当該画像が動画か又は静止画かであることの判断を行う構成について示したが、外部から動画であるか静止画であるかの信号を供給する構成としてもよい。
【０１２１】
選択回路１１５は、例えばトランジスタで形成される複数のスイッチを設ける構成とする。比較回路１１２が連続するフレーム間に差分を検出した場合、すなわち画像が動画の際、記憶回路１１１内のフレームメモリから動画の画像信号を選択して表示制御回路１１３に出力する。
【０１２２】
なお選択回路１１５は、比較回路１１２が連続するフレーム間に差分を検出しない場合、すなわち画像が静止画の際、記憶回路１１１内のフレームメモリから表示制御回路１１３に画像信号を出力しない。画像信号をフレームメモリより表示制御回路１１３に出力しない構成とすることにより、液晶表示装置の消費電力を削減できる。
【０１２３】
なお、本実施の形態の液晶表示装置において、比較回路１１２が画像を静止画と判断しておこなう動作が静止画表示モード、比較回路１１２が画像を動画と判断しておこなう動作が動画表示モードとなる。
【０１２４】
表示制御回路１１３は、表示パネル１２０に選択回路１１５で選択された画像信号、並びに制御信号（具体的にはスタートパルスＳＰ、及びクロック信号ＣＫ等の制御信号の供給または停止の切り替えを制御するための信号）、電源電位（高電源電位Ｖｄｄ、低電源電位Ｖｓｓ、及び共通電位Ｖｃｏｍ）を供給し、バックライト部１３０にバックライト制御信号（具体的にはバックライト制御回路１３１がバックライトの点灯、及び消灯を制御するための信号）を供給する回路である。
【０１２５】
なお、本実施の形態で例示される画像処理回路は、表示モード切り替え機能を有していてもよい。表示モード切り替え機能は、当該液晶表示装置の利用者が手動または外部接続機器を用いて当該液晶表示装置の動作モードを選択することで動画表示モードまたは静止画表示モードを切り替える機能である。
【０１２６】
選択回路１１５は表示モード切り替え回路から入力される信号に応じて、画像信号を表示制御回路１１３に出力することもできる。
【０１２７】
例えば、静止画表示モードで動作している際に、表示モード切り替え回路から選択回路１１５にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間での画像信号の差分を検出していない場合であっても、選択回路１１５は入力される画像信号を順次表示制御回路１１３に出力するモード、すなわち動画表示モードを実行できる。また、動画表示モードで動作している際に、表示モード切り替え回路から選択回路１１５にモード切り替え信号が入力された場合、比較回路１１２が連続するフレーム期間での画像信号の差分を検出している場合であっても、選択回路１１５は選択した１フレームの画像信号の信号のみを出力するモード、すなわち静止画表示モードを実行できる。その結果、本実施の形態の液晶表示装置には、動画中の１フレームが静止画として表示される。
【０１２８】
また、液晶表示装置が測光回路を有している場合、測光回路が検知する環境の明るさにより、液晶表示装置が薄暗い環境で使用されていることが判明すると表示制御回路１１３はバックライト１３２の光の強度を高めるように制御して表示画面の良好な視認性を確保し、反対に液晶表示装置が極めて明るい外光下（例えば屋外の直射日光下）で利用されていることが判明すると、表示制御回路１１３はバックライト１３２の光の強度を抑えるように制御しバックライト１３２が消費する電力を低下させる。
【０１２９】
本実施の形態では、表示パネル１２０は画素部１２２の他に、スイッチング素子１２７を有する。本実施の形態では、表示パネル１２０は第１の基板と、第２の基板を有し、第１の基板には駆動回路部１２１、画素部１２２、及びスイッチング素子１２７が設けられている。
【０１３０】
また、画素１２３はスイッチング素子としてトランジスタ２１４、該トランジスタ２１４に接続された容量素子２１０、及び液晶素子２１５を有する（図１１参照。）。
【０１３１】
トランジスタ２１４は、オフ電流が低減されたトランジスタを用いることが好ましい。トランジスタ２１４がオフ状態のとき、オフ電流が低減されたトランジスタ２１４に接続された液晶素子２１５、及び容量素子２１０に蓄えられた電荷は、トランジスタ２１４を介して漏れ難く、トランジスタ２１４がオフ状態になる前に書き込まれた状態を長時間に渡って保持できる。
【０１３２】
本実施の形態では、液晶は、第１の基板に設けられた画素電極と対向する第２の基板に設けられた共通電極によって形成された縦方向の電界によって制御される。
【０１３３】
液晶素子に適用する液晶の一例としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶、ディスコチック液晶、サーモトロピック液晶、リオトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、強誘電液晶、反強誘電液晶、主鎖型液晶、側鎖型高分子液晶、バナナ型液晶などを挙げることができる。
【０１３４】
また液晶の駆動方法の一例としては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ  Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＤＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＰＮＬＣ（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｎｅｔｗｏｒｋ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ゲストホストモードなどがある。
【０１３５】
スイッチング素子１２７は、表示制御回路１１３が出力する制御信号に応じて、共通電位Ｖｃｏｍを共通電極１２８に供給する。スイッチング素子１２７としては、トランジスタを用いることができる。トランジスタのゲート電極及びソース電極またはドレイン電極の一方を表示制御回路１１３に接続し、ソース電極またはドレイン電極の一方に、端子部１２６を介して表示制御回路１１３から共通電位Ｖｃｏｍが供給されるようにし、他方を共通電極１２８に接続すればよい。なお、スイッチング素子１２７は駆動回路部１２１、または画素部１２２と同じ基板に形成されるものでもよいし、別の基板に形成されるものであってもよい。
【０１３６】
スイッチング素子１２７としてオフ電流が低減されたトランジスタを用いることにより、液晶素子２１５の両端子に加わる電圧が経時的に低下する現象を抑制できる。
【０１３７】
スイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電極の一方は、共通接続部を介して共通電極１２８と電気的に接続する。なお、共通電極１２８は容量素子２１０の一方の電極、及び液晶素子２１５の一方の電極を構成する。
【０１３８】
スイッチング素子１２７のソース電極またはドレイン電極の他方は、端子１２６Ｂに接続される。また、スイッチング素子１２７のゲート電極は端子１２６Ａに接続される。
【０１３９】
次に、画素に供給する信号の様子を、図１１に示す液晶表示装置の等価回路図、及び図１２に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【０１４０】
図１２に、表示制御回路１１３がゲート線側駆動回路１２１Ａに供給するクロック信号ＧＣＫ、及びスタートパルスＧＳＰを示す。また、表示制御回路１１３がソース線側駆動回路１２１Ｂに供給するクロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰを示す。なお、クロック信号の出力のタイミングを説明するために、図１２ではクロック信号の波形を単純な矩形波で示す。
【０１４１】
また図１２に、ソース線１２５の電位、画素電極の電位、端子１２６Ａの電位、端子１２６Ｂの電位、並びに共通電極の電位を示す。
【０１４２】
図１２において期間１４０１は、動画を表示するための画像信号を書き込む期間に相当する。期間１４０１では画像信号、共通電位が画素部１２２の各画素、共通電極に供給されるように動作する。
【０１４３】
また、期間１４０２は、静止画を表示する期間に相当する。期間１４０２では、画素部１２２の各画素への画像信号、共通電極への共通電位を停止することとなる。なお図１２に示す期間１４０２では、駆動回路部の動作を停止するよう各信号を供給する構成について示したが、期間１４０２の長さ及びリフレッシュレートによって、定期的に画像信号を書き込むことで静止画の画像の劣化を防ぐ構成とすることが好ましい。
【０１４４】
まず、期間１４０１におけるタイミングチャートを説明する。期間１４０１では、クロック信号ＧＣＫとして、常時クロック信号が供給され、スタートパルスＧＳＰとして、垂直同期周波数に応じたパルスが供給される。また、期間１４０１では、クロック信号ＳＣＫとして、常時クロック信号が供給され、スタートパルスＳＳＰとして、１ゲート選択期間に応じたパルスが供給される。
【０１４５】
また、各行の画素に画像信号Ｄａｔａがソース線１２５を介して供給され、ゲート線１２４の電位に応じて画素電極にソース線１２５の電位が供給される。
【０１４６】
また、表示制御回路１１３がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッチング素子１２７を導通状態とする電位を供給し、端子１２６Ｂを介して共通電極に共通電位を供給する。
【０１４７】
一方、期間１４０２は、静止画を表示する期間である。次に、期間１４０２におけるタイミングチャートを説明する。期間１４０２では、クロック信号ＧＣＫ、スタートパルスＧＳＰ、クロック信号ＳＣＫ、及びスタートパルスＳＳＰは共に停止する。また、期間１４０２において、ソース線１２５に供給していた画像信号Ｄａｔａは停止する。クロック信号ＧＣＫ及びスタートパルスＧＳＰが共に停止する期間１４０２では、トランジスタ２１４が非導通状態となり画素電極の電位が浮遊状態となる。
【０１４８】
また、表示制御回路１１３がスイッチング素子１２７の端子１２６Ａにスイッチング素子１２７を非導通状態とする電位を供給し、共通電極の電位を浮遊状態にする。
【０１４９】
期間１４０２では、液晶素子２１５の両端の電極、即ち画素電極及び共通電極の電位を浮遊状態にして、新たに電位を供給することなく、静止画の表示を行うことができる。
【０１５０】
また、ゲート線側駆動回路１２１Ａ、及びソース線側駆動回路１２１Ｂに供給するクロック信号、及びスタートパルスを停止することにより低消費電力化を図ることができる。
【０１５１】
特に、トランジスタ２１４及びスイッチング素子１２７にオフ電流が低減されたトランジスタを用いることにより、液晶素子２１５の両端子に加わる電圧が経時的に低下する現象を抑制できる。
【０１５２】
次に、動画から静止画に切り替わる期間（図１２中の期間１４０３）、及び静止画から動画に切り替わる期間（図１２中の期間１４０４）における表示制御回路の動作を、図１３（Ａ）、（Ｂ）を用いて説明する。図１３（Ａ）、（Ｂ）は表示制御回路が出力する、高電源電位Ｖｄｄ、クロック信号（ここではＧＣＫ）、スタートパルス信号（ここではＧＳＰ）、及び端子１２６Ａの電位を示す。
【０１５３】
動画から静止画に切り替わる期間１４０３の表示制御回路の動作を図１３（Ａ）に示す。表示制御回路は、スタートパルスＧＳＰを停止する（図１３（Ａ）のＥ１、第１のステップ）。次いで、スタートパルス信号ＧＳＰの停止後、パルス出力がシフトレジスタの最終段まで達した後に、複数のクロック信号ＧＣＫを停止する（図１３（Ａ）のＥ２、第２のステップ）。次いで、電源電圧の高電源電位Ｖｄｄを低電源電位Ｖｓｓにする（図１３（Ａ）のＥ３、第３のステップ）。次いで、端子１２６Ａの電位を、スイッチング素子１２７が非導通状態となる電位にする（図１３（Ａ）のＥ４、第４のステップ）。
【０１５４】
以上の手順をもって、駆動回路部１２１の誤動作を引き起こすことなく、駆動回路部１２１に供給する信号を停止できる。動画から静止画に切り替わる際の誤動作はノイズを生じ、ノイズは静止画として保持されるため、誤動作が少ない表示制御回路を搭載した液晶表示装置は画像の劣化が少ない静止画を表示できる。
【０１５５】
次に静止画から動画に切り替わる期間１４０４の表示制御回路の動作を図１３（Ｂ）に示す。表示制御回路は、端子１２６Ａの電位をスイッチング素子１２７が導通状態となる電位にする（図１３（Ｂ）のＳ１、第１のステップ）。次いで、電源電圧を低電源電位Ｖｓｓから高電源電位Ｖｄｄにする（図１３（Ｂ）のＳ２、第２のステップ）。次いで、クロック信号ＧＣＫとして先に後に与える通常のクロック信号ＧＣＫより長いパルス信号でハイの電位を与えた後、複数のクロック信号ＧＣＫを供給する（図１３（Ｂ）のＳ３、第３のステップ）。次いでスタートパルス信号ＧＳＰを供給する（図１３（Ｂ）のＳ４、第４のステップ）。
【０１５６】
以上の手順をもって、駆動回路部１２１の誤動作を引き起こすことなく駆動回路部１２１に駆動信号の供給を再開できる。各配線の電位を適宜順番に動画表示時に戻すことで、誤動作なく駆動回路部の駆動を行うことができる。
【０１５７】
また、図１４に、動画を表示する期間６０１、または静止画を表示する期間６０２における、フレーム期間毎の画像信号の書き込み頻度を模式的に示す。図１４中、「Ｗ」は画像信号の書き込み期間であることをあらわし、「Ｈ」は画像信号を保持する期間であることを示している。また、図１４中、期間６０３は１フレーム期間を表したものであるが、別の期間であってもよい。
【０１５８】
このように、本実施の形態の液晶表示装置の構成において、期間６０２で表示される静止画の画像信号は期間６０４に書き込まれ、期間６０４で書き込まれた画像信号は、期間６０２の他の期間で保持される。
【０１５９】
本実施の形態に例示した液晶表示装置は、静止画を表示する期間において画像信号の書き込み頻度を低減できる。その結果、静止画を表示する際の低消費電力化を図ることができる。
【０１６０】
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こともあり得る。本実施の形態の液晶表示装置は、画像信号の書き込み頻度が削減されているため、目の疲労を減らすといった効果もある。
【０１６１】
特に、本実施の形態の液晶表示装置は、オフ電流が低減されたトランジスタを各画素、並びに共通電極のスイッチング素子に適用することにより、保持容量で電圧を保持できる期間（時間）を長く取ることができる。その結果、画像信号の書き込み頻度を画期的に低減することが可能になり、静止画を表示する際の低消費電力化、及び目の疲労の低減に、顕著な効果を有する。
【０１６２】
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。
【０１６３】
（実施の形態５）
本実施の形態は、実施の形態１乃至２で説明した液晶表示装置に用いる酸化物半導体層を含むトランジスタ、及び作製方法の一例を、図１５を用いて詳細に説明する。上記実施の形態と同一部分又は同様な機能を有する部分、及び工程は、上記実施の形態と同様に行うことができ、繰り返しの説明は省略する。また同じ箇所の詳細な説明は省略する。
【０１６４】
図１５（Ａ）乃至（Ｅ）にトランジスタの断面構造の一例を示す。図１５（Ａ）乃至（Ｅ）に示すトランジスタ５１０は、図２に示すトランジスタ３５０Ｒと同様なボトムゲート構造の逆スタガ型トランジスタである。
【０１６５】
以下、図１５（Ａ）乃至（Ｅ）を用い、基板５０５上に酸化物半導体をチャネル形成領域に用いたトランジスタ５１０を作製する工程を説明する。
【０１６６】
まず、絶縁表面を有する基板５０５上に導電膜を形成した後、第１のフォトリソグラフィ工程によりゲート電極層５１１を形成する。なお、レジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１６７】
本実施の形態では絶縁表面を有する基板５０５としてガラス基板を用いる。
【０１６８】
下地膜となる絶縁膜を基板５０５とゲート電極層５１１との間に設けてもよい。下地膜は、基板５０５からの不純物元素（例えば、Ｌｉ、Ｎａなどのアルカリ金属、及びＣａなどのアルカリ土類金属など）の拡散を防止する機能があり、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、又は酸化窒化シリコン膜から選ばれた一又は複数の膜による積層構造により形成することができる。
【０１６９】
また、ゲート電極層５１１の材料は、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、アルミニウム、銅、ネオジム、スカンジウム等の金属材料又はこれらを主成分とする合金材料を用いて、単層で又は積層して形成することができる。なお、後の工程において行われる加熱処理の温度に耐えうるのであれば、上記金属材料としてアルミニウム、銅を用いることもできる。アルミニウムまたは銅は、耐熱性や腐食性の問題を回避するために、高融点金属材料と組み合わせて用いると良い。高融点金属材料としては、モリブデン、チタン、クロム、タンタル、タングステン、ネオジム、スカンジウム等を用いることができる。
【０１７０】
次いで、ゲート電極層５１１上にゲート絶縁層５０７を形成する。ゲート絶縁層５０７は、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等を用いて形成することができる。またゲート絶縁層５０７は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル膜、または酸化ガリウム膜などから選ばれた一または複数の膜により単層、または積層して形成することができる。
【０１７１】
本実施の形態の酸化物半導体は、不純物を除去され、Ｉ型化又は実質的にＩ型化された酸化物半導体（高純度化された酸化物半導体）を用いる。このような高純度化された酸化物半導体は界面準位、界面電荷に対して極めて敏感であるため、酸化物半導体層とゲート絶縁層との界面は重要である。そのため高純度化された酸化物半導体に接するゲート絶縁層は、高品質化が要求される。
【０１７２】
例えば、μ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）を用いた高密度プラズマＣＶＤは、緻密で絶縁耐圧の高い高品質な絶縁層を形成できるので好ましい。高純度化された酸化物半導体と高品質ゲート絶縁層とが密接することにより、界面準位を低減して界面特性を良好なものとすることができるからである。
【０１７３】
もちろん、ゲート絶縁層として良質な絶縁層を形成できるものであれば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法など他の成膜方法を適用することができる。また、成膜後の熱処理によってゲート絶縁層の膜質、酸化物半導体との界面特性が改質される絶縁層であっても良い。いずれにしても、ゲート絶縁層としての膜質が良好であることは勿論のこと、酸化物半導体との界面準位密度を低減し、良好な界面を形成できるものであれば良い。
【０１７４】
なお、ゲート絶縁層５０７は後に形成される酸化物半導体層と接する。酸化物半導体層に、水素が拡散すると半導体特性が損なわれるので、ゲート絶縁層５０７は水素、水酸基および水分が含まれないことが望ましい。ゲート絶縁層５０７、酸化物半導体膜５３０に水素、水酸基及び水分がなるべく含まれないようにするために、酸化物半導体膜５３０の成膜の前処理として、スパッタリング装置の予備加熱室でゲート電極層５１１が形成された基板５０５、又はゲート絶縁層５０７までが形成された基板５０５を予備加熱し、基板５０５に吸着した水素、水分などの不純物を脱離し排気することが好ましい。なお、予備加熱室に設ける排気手段はクライオポンプが好ましい。なお、この予備加熱の処理は省略することもできる。またこの予備加熱は、絶縁層５１６の成膜前に、ソース電極層５１５ａ及びドレイン電極層５１５ｂまで形成した基板５０５にも同様に行ってもよい。
【０１７５】
次いで、ゲート絶縁層５０７上に、膜厚２ｎｍ以上２００ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下の酸化物半導体膜５３０を形成する（図１５（Ａ）参照。）。酸化物半導体膜は、酸化物半導体をターゲットとして用い、スパッタ法により成膜する。スパッタリング法により成膜する場合は、ＡＣスパッタ装置、ＤＣスパッタ装置、またはＲＦスパッタ装置のいずれか一のスパッタ装置を用いる。
【０１７６】
なお、酸化物半導体膜５３０をスパッタリング法により成膜する前に、アルゴンガスを導入してプラズマを発生させる逆スパッタを行い、ゲート絶縁層５０７の表面に付着している粉状物質（パーティクル、ごみともいう）を除去することが好ましい。逆スパッタとは、アルゴン雰囲気下で基板にＲＦ電源を用いて電圧を印加して基板近傍にプラズマを形成して表面を改質する方法である。なお、アルゴン雰囲気に代えて窒素、ヘリウム、酸素などを用いてもよい。
【０１７７】
酸化物半導体膜５３０に用いる酸化物半導体としては、四元系金属酸化物であるＩｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、三元系金属酸化物であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体や、二元系金属酸化物であるＩｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ａｌ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｍｇ−Ｏ系酸化物半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系酸化物半導体や、Ｉｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｓｎ−Ｏ系酸化物半導体、Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体などを用いることができる。また、上記酸化物半導体にＳｉＯ２を含んでもよい。ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体とは、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、亜鉛（Ｚｎ）を有する酸化物膜、という意味であり、その化学量論比はとくに問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の元素を含んでもよい。本実施の形態では、酸化物半導体膜５３０としてＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物ターゲットを用いてスパッタリング法により成膜する。この段階での断面図が図１５（Ａ）に相当する。
【０１７８】
酸化物半導体膜５３０をスパッタリング法で作製するためのターゲットとしては、例えば、組成比として、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：１［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用い、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ膜を成膜する。また、このターゲットの材料及び組成に限定されず、例えば、Ｉｎ２Ｏ３：Ｇａ２Ｏ３：ＺｎＯ＝１：１：２［ｍｏｌ数比］の酸化物ターゲットを用いてもよい。
【０１７９】
また、酸化物ターゲットの充填率は９０％以上１００％以下、好ましくは９５％以上９９．９％以下である。充填率の高い金属酸化物ターゲットを用いることにより、成膜した酸化物半導体膜は緻密な膜とすることができる。
【０１８０】
酸化物半導体膜５３０を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。具体的には、露点−６０℃以下の高純度ガスが好ましい。
【０１８１】
減圧状態に保持された成膜室内に基板を保持し、基板温度を１００℃以上６００℃以下好ましくは２００℃以上４００℃以下とする。基板を加熱しながら成膜することにより、成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物濃度を低減することができる。また、スパッタリングによる損傷が軽減される。そして、成膜室内の残留水分を除去しつつ水素及び水分が除去されたスパッタガスを導入し、上記ターゲットを用いて基板５０５上に酸化物半導体膜５３０を成膜する。成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ、例えば、クライオポンプ、イオンポンプ、チタンサブリメーションポンプを用いることが好ましい。また、排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。クライオポンプを用いて排気した成膜室は、例えば、水素原子、水（Ｈ２Ｏ）など水素原子を含む化合物（より好ましくは炭素原子を含む化合物も）等が排気されるため、当該成膜室で成膜した酸化物半導体膜に含まれる不純物の濃度を低減できる。
【０１８２】
スパッタリングを行う雰囲気は、希ガス（代表的にはアルゴン）、酸素、または希ガスと酸素の混合雰囲気とすればよい。
【０１８３】
成膜条件の一例としては、基板とターゲットの間との距離を１００ｍｍ、圧力０．６Ｐａ、直流（ＤＣ）電源０．５ｋＷ、酸素（酸素流量比率１００％）雰囲気下の条件が適用される。なお、パルス直流電源を用いると、成膜時に発生する粉状物質（パーティクル、ごみともいう）が軽減でき、膜厚分布も均一となるために好ましい。
【０１８４】
次いで、酸化物半導体膜５３０を第２のフォトリソグラフィ工程により島状の酸化物半導体層に加工する。また、島状の酸化物半導体層を形成するためのレジストマスクをインクジェット法で形成してもよい。レジストマスクをインクジェット法で形成するとフォトマスクを使用しないため、製造コストを低減できる。
【０１８５】
また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜５３０の加工時に同時に行うことができる。
【０１８６】
なお、ここでの酸化物半導体膜５３０のエッチングは、ドライエッチングでもウェットエッチングでもよく、両方を用いてもよい。例えば、酸化物半導体膜５３０のウェットエッチングに用いるエッチング液としては、燐酸と酢酸と硝酸を混ぜた溶液、ＩＴＯ０７Ｎ（関東化学社製）などを用いてもよい。
【０１８７】
次いで、酸化物半導体層に第１の加熱処理を行う。この第１の加熱処理によって酸化物半導体層の脱水化または脱水素化を行うことができる。第１の加熱処理の温度は、４００℃以上７５０℃以下、または４００℃以上基板の歪み点未満とする。ここでは、加熱処理装置の一つである電気炉に基板を導入し、酸化物半導体層に対して窒素雰囲気下４５０℃において１時間の加熱処理を行った後、大気に触れることなく、酸化物半導体層への水や水素の再混入を防ぎ、酸化物半導体層５３１を得る（図１５（Ｂ）参照。）。
【０１８８】
なお、加熱処理装置は電気炉に限られず、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いてもよい。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。
【０１８９】
例えば、第１の加熱処理として、６５０℃〜７００℃の高温に加熱した不活性ガス中に基板を移動させて入れ、数分間加熱した後、基板を移動させて高温に加熱した不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。
【０１９０】
なお、第１の加熱処理においては、窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する窒素、またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の希ガスの純度を、６Ｎ（９９．９９９９％）以上好ましくは７Ｎ（９９．９９９９９％）以上（即ち不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。
【０１９１】
また、第１の加熱処理で酸化物半導体層を加熱した後、同じ炉に高純度の酸素ガス、高純度のＮ２Ｏガス、又は超乾燥エア（ＣＲＤＳ（キャビティリングダウンレーザー分光法）方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が露点換算で−４０℃以下、好ましくは−６０℃以下）を導入してもよい。酸素ガスまたはＮ２Ｏガスに、水、水素などが含まれないことが好ましい。または、加熱処理装置に導入する酸素ガスまたはＮ２Ｏガスの純度を、６Ｎ以上好ましくは７Ｎ以上（即ち、酸素ガスまたはＮ２Ｏガス中の不純物濃度を１ｐｐｍ以下、好ましくは０．１ｐｐｍ以下）とすることが好ましい。酸素ガス又はＮ２Ｏガスの作用により、脱水化または脱水素化処理による不純物の排除工程によって同時に減少してしまった酸化物半導体を構成する主成分材料である酸素を供給することによって、酸化物半導体層を高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。
【０１９２】
また、酸化物半導体層の第１の加熱処理は、島状の酸化物半導体層に加工する前の酸化物半導体膜５３０に行うこともできる。その場合には、第１の加熱処理後に、加熱装置から基板を取り出し、フォトリソグラフィ工程を行う。
【０１９３】
なお、第１の加熱処理は、上記以外にも、酸化物半導体層成膜後であれば、酸化物半導体層上にソース電極層及びドレイン電極層を積層させた後、あるいは、ソース電極層及びドレイン電極層上に絶縁層を形成した後、のいずれで行っても良い。
【０１９４】
また、ゲート絶縁層５０７にコンタクトホールを形成する場合、その工程は酸化物半導体膜５３０に第１の加熱処理を行う前でも行った後に行ってもよい。
【０１９５】
また、酸化物半導体層を２回に分けて成膜し、２回に分けて加熱処理を行うことで、下地部材の材料が、酸化物、窒化物、金属など材料を問わず、膜厚の厚い結晶領域（単結晶領域）、即ち、膜表面に垂直にｃ軸配向した結晶領域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。例えば、３ｎｍ以上１５ｎｍ以下の第１の酸化物半導体膜を成膜し、窒素、酸素、希ガス、または乾燥空気の雰囲気下で４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは５５０℃以上７５０℃以下の第１の加熱処理を行い、表面を含む領域に結晶領域（板状結晶を含む）を有する第１の酸化物半導体膜を形成する。そして、第１の酸化物半導体膜よりも厚い第２の酸化物半導体膜を形成し、４５０℃以上８５０℃以下、好ましくは６００℃以上７００℃以下の第２の加熱処理を行い、第１の酸化物半導体膜を結晶成長の種として、上方に結晶成長させ、第２の酸化物半導体膜の全体を結晶化させ、結果として膜厚の厚い結晶領域を有する酸化物半導体層を形成してもよい。
【０１９６】
次いで、ゲート絶縁層５０７、及び酸化物半導体層５３１上に、ソース電極層及びドレイン電極層（これと同じ層で形成される配線を含む）となる導電膜を形成する。ソース電極層、及びドレイン電極層に用いる導電膜としては、例えば、Ａｌ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗからから選ばれた元素を含む金属膜、または上述した元素を成分とする金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）等を用いることができる。また、Ａｌ、Ｃｕなどの金属膜の下側又は上側の一方または双方にＴｉ、Ｍｏ、Ｗなどの高融点金属膜またはそれらの金属窒化物膜（窒化チタン膜、窒化モリブデン膜、窒化タングステン膜）を積層させた構成としても良い。
【０１９７】
第３のフォトリソグラフィ工程により導電膜上にレジストマスクを形成し、選択的にエッチングを行ってソース電極層５１５ａ、ドレイン電極層５１５ｂを形成した後、レジストマスクを除去する（図１５（Ｃ）参照。）。
【０１９８】
第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光には、紫外線やＫｒＦレーザ光やＡｒＦレーザ光を用いるとよい。酸化物半導体層５３１上で隣り合うソース電極層の下端部とドレイン電極層の下端部との間隔幅によって後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌが決定される。なお、チャネル長Ｌ＝２５ｎｍ未満の露光を行う場合には、数ｎｍ〜数１０ｎｍと極めて波長が短い超紫外線（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）を用いて第３のフォトリソグラフィ工程でのレジストマスク形成時の露光を行うとよい。超紫外線による露光は、解像度が高く焦点深度も大きい。従って、後に形成されるトランジスタのチャネル長Ｌを１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることも可能であり、回路の動作速度を高速化できる。
【０１９９】
また、フォトリソグラフィ工程で用いるフォトマスク数及び工程数を削減するため、透過した光が複数の強度となる露光マスクである多階調マスクによって形成されたレジストマスクを用いてエッチング工程を行ってもよい。多階調マスクを用いて形成したレジストマスクは複数の膜厚を有する形状となり、エッチングを行うことでさらに形状を変形することができるため、異なるパターンに加工する複数のエッチング工程に用いることができる。よって、一枚の多階調マスクによって、少なくとも二種類以上の異なるパターンに対応するレジストマスクを形成することができる。よって露光マスク数を削減することができ、対応するフォトリソグラフィ工程も削減できるため、工程の簡略化が可能となる。
【０２００】
なお、導電膜のエッチングの際に、酸化物半導体層５３１がエッチングされ、分断することのないようエッチング条件を最適化することが望まれる。しかしながら、導電膜のみをエッチングし、酸化物半導体層５３１を全くエッチングしないという条件を得ることは難しく、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層５３１は一部のみがエッチングされ、溝部（凹部）を有する酸化物半導体層となることもある。
【０２０１】
本実施の形態では、導電膜としてＴｉ膜を用い、酸化物半導体層５３１にはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体を用いたので、エッチャントとしてアンモニア過水（アンモニア、水、過酸化水素水の混合液）を用いる。エッチャントとしてアンモニア過水を用いることにより選択的に導電膜をエッチングすることができる。
【０２０２】
次いで、Ｎ２Ｏ、Ｎ２、またはＡｒなどのガスを用いたプラズマ処理を行い、露出している酸化物半導体層の表面に付着した吸着水などを除去してもよい。プラズマ処理を行った場合、大気に触れることなく、酸化物半導体層の一部に接する保護絶縁膜となる絶縁層５１６を形成する。また、酸素とアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理を行ってもよい。
【０２０３】
絶縁層５１６は、少なくとも１ｎｍ以上の膜厚とし、スパッタ法など、絶縁層５１６に水、水素等の不純物を混入させない方法を適宜用いて形成することができる。絶縁層５１６に水素が含まれると、その水素の酸化物半導体層への侵入、又は水素による酸化物半導体層中の酸素の引き抜き、が生じ酸化物半導体層のバックチャネルが低抵抗化（Ｎ型化）してしまい、寄生チャネルが形成されるおそれがある。よって、絶縁層５１６はできるだけ水素を含まない膜になるように、成膜方法に水素を用いないことが重要である。
【０２０４】
本実施の形態では、絶縁層５１６として膜厚２００ｎｍの酸化シリコン膜をスパッタリング法を用いて成膜する。成膜時の基板温度は、室温以上３００℃以下とすればよく、本実施の形態では１００℃とする。酸化シリコン膜のスパッタ法による成膜は、希ガス（代表的にはアルゴン）雰囲気下、酸素雰囲気下、または希ガスと酸素の混合雰囲気下において行うことができる。また、ターゲットとして酸化シリコンターゲットまたはシリコンターゲットを用いることができる。例えば、シリコンターゲットを用いて、酸素を含む雰囲気下でスパッタ法により酸化シリコンを形成することができる。酸化物半導体層に接して形成する絶縁層５１６は、水分や、水素イオンや、ＯＨ−などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、代表的には酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、または酸化窒化アルミニウム膜などを用いる。
【０２０５】
酸化物半導体膜５３０の成膜時と同様に、絶縁層５１６の成膜室内の残留水分を除去するためには、吸着型の真空ポンプ（クライオポンプなど）を用いることが好ましい。クライオポンプを用いて排気した成膜室で成膜した絶縁層５１６に含まれる不純物の濃度を低減できる。また、絶縁層５１６の成膜室内の残留水分を除去するための排気手段としては、ターボポンプにコールドトラップを加えたものであってもよい。
【０２０６】
絶縁層５１６を、成膜する際に用いるスパッタガスは水素、水、水酸基又は水素化物などの不純物が除去された高純度ガスを用いることが好ましい。
【０２０７】
次いで、不活性ガス雰囲気下、または酸素ガス雰囲気下で第２の加熱処理（好ましくは２００℃以上４００℃以下、例えば２５０℃以上３５０℃以下）を行う。例えば、窒素雰囲気下で２５０℃、１時間の第２の加熱処理を行う。第２の加熱処理を行うと、酸化物半導体層の一部（チャネル形成領域）が絶縁層５１６と接した状態で加熱される。
【０２０８】
以上の工程を経ることによって、酸化物半導体膜に対して第１の加熱処理を行って水素、水分、水酸基又は水素化物（水素化合物ともいう）などの不純物を酸化物半導体層より意図的に排除し、かつ不純物の排除工程によって同時に減少してしまう酸化物半導体を構成する主成分材料の一つである酸素を供給することができる。よって、酸化物半導体層は高純度化及び電気的にＩ型（真性）化する。
【０２０９】
以上の工程でトランジスタ５１０が形成される（図１５（Ｄ）参照。）。
【０２１０】
また、絶縁層５１６に欠陥を多く含む酸化シリコン層を用いると、酸化シリコン層形成後の加熱処理によって酸化物半導体層中に含まれる水素、水分、水酸基又は水素化物などの不純物を絶縁層に拡散させ、酸化物半導体層中に含まれる該不純物をより低減させる効果を奏する。
【０２１１】
絶縁層５１６上にさらに保護絶縁層５０６を形成してもよい。例えば、ＲＦスパッタ法を用いて窒化シリコン膜を形成する。ＲＦスパッタ法は、量産性がよいため、保護絶縁層の成膜方法として好ましい。保護絶縁層は、水分などの不純物を含まず、これらが外部から侵入することをブロックする無機絶縁膜を用い、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜などを用いる。また、窒化シリコン膜、及び窒化アルミニウム膜は、水素イオン、又は水素分子のバリア膜として特に有効であり、絶縁層５１６上に設けることが好ましい。本実施の形態では、窒化シリコン膜を用いて保護絶縁層５０６を形成する（図１５（Ｅ）参照。）。
【０２１２】
本実施の形態では、保護絶縁層５０６として、絶縁層５１６まで形成された基板５０５を１００℃〜４００℃の温度に加熱し、水素及び水分が除去された高純度窒素を含むスパッタガスを導入しシリコン半導体のターゲットを用いて窒化シリコン膜を成膜する。この場合においても、絶縁層５１６と同様に、処理室内の残留水分を除去しつつ保護絶縁層５０６を成膜することが好ましい。
【０２１３】
保護絶縁層の形成後、さらに大気中、１００℃以上２００℃以下、１時間以上３０時間以下での加熱処理を行ってもよい。この加熱処理は一定の加熱温度を保持して加熱してもよいし、室温から、１００℃以上２００℃以下の加熱温度への昇温と、加熱温度から室温までの降温を複数回くりかえして行ってもよい。
【０２１４】
このように、本実施の形態を用いて作製した、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタは、高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。よって、液晶表示装置の画素部に高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。また、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタによって、同一基板上に駆動回路部または画素部を作り分けて作製することができるため、液晶表示装置の部品点数を削減することができる。
【０２１５】
高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタの電界効果移動度を求めた結果について説明する。
【０２１６】
上述した本実施の形態の作製方法に従って、高純度化された酸化物半導体（膜厚５０ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体膜）を用いてトランジスタ（Ｌ／Ｗ＝１０μｍ／５０μｍ）を作製し、基板温度を室温とし、ソース−ドレイン間電圧（以下、ドレイン電圧またはＶｄという）を１０Ｖとし、ソース−ゲート間電圧（以下、ゲート電圧またはＶｇという）を−３０Ｖ〜＋３０Ｖまで変化させたときのソース−ドレイン電流（以下、ドレイン電流またはＩｄという）の変化特性、すなわちＶｇ−Ｉｄ特性を測定した。なお、図１６では、Ｖｇを−５Ｖ〜＋３０Ｖまでの範囲で示している。図１６では高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタの電界移動度の最大値は、１０．７ｃｍ２／Ｖｓｅｃであることが確認できる。
【０２１７】
また、高純度化された酸化物半導体層を含むトランジスタを用いることにより、オフ状態における電流値（オフ電流値）をより低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。実施の形態４の方法により、リフレッシュ動作の頻度をより少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を高くできる。
【０２１８】
また、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流を求めた結果について説明する。図１６では、通常の電流測定装置によって、電流を測定したが、Ｖｇがマイナスの領域では多くが測定下限以下であり、厳密なオフ電流の測定が困難であった。そのため、より正確にオフ電流を測定することを試みた。
【０２１９】
上述した本実施の形態の作製方法に従って、高純度化された酸化物半導体を用いてトランジスタを作製した。まず、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流が十分に小さいことを考慮して、チャネル幅Ｗが１ｃｍと十分に大きいトランジスタを用意してオフ電流の測定を行った。チャネル幅Ｗが１ｃｍのトランジスタのオフ電流を測定した結果を図１７に示す。図１７において、横軸はゲート電圧Ｖｇ、縦軸はドレイン電流Ｉｄである。ドレイン電圧ＶＤが＋１Ｖまたは＋１０Ｖの場合、ゲート電圧Ｖｇが−５Ｖから−２０Ｖの範囲では、トランジスタのオフ電流は、検出限界である１×１０−１３Ａ以下であることがわかった。また、トランジスタのオフ電流（ここでは、単位チャネル幅（１μｍ）あたりの値）は１０ａＡ／μｍ（１×１０−１７Ａ／μｍ）以下となることがわかった。
【０２２０】
次に、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流をさらに正確に求めた結果について説明する。上述したように、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタのオフ電流は、測定器の検出限界である１×１０−１３Ａ以下であることがわかった。そこで、特性評価用素子を作製し、より正確なオフ電流の値（上記測定における測定器の検出限界以下の値）を求めた結果について説明する。
【０２２１】
電流測定方法に用いた特性評価用素子について、以下に説明する。
【０２２２】
特性評価用素子は、３つ並列に接続された測定系を用いる。それぞれの測定系は、容量素子７００、第１のトランジスタ７０１、第２のトランジスタ７０２、第３のトランジスタ７０３、及び第４のトランジスタ７０４を有する。第１のトランジスタ７０１、第２のトランジスタ７０２、第３のトランジスタ７０３、及び第４のトランジスタ７０４は、本実施の形態に従って作製し、図１５（Ｄ）に示したトランジスタ５１０と同じ構造のものを使用した。
【０２２３】
一つの測定系の回路図を図２０に示す。一つの測定系は、第１のトランジスタ７０１のソース端子およびドレイン端子の一方と、容量素子７００の端子の一方と、第２のトランジスタ７０２のソース端子およびドレイン端子の一方は、電源（Ｖ２を与える電源）に接続する。また、第１のトランジスタ７０１のソース端子およびドレイン端子の他方と、第３のトランジスタ７０３のソース端子およびドレイン端子の一方と、容量素子７００の端子の他方と、第２のトランジスタ７０２のゲート端子とは、接続する。また、第３のトランジスタ７０３のソース端子およびドレイン端子の他方と、第４のトランジスタ７０４のソース端子およびドレイン端子の一方と、第４のトランジスタ７０４のゲート端子は、電源（Ｖ１を与える電源）に接続する。また、第２のトランジスタ７０２のソース端子およびドレイン端子の他方と、第４のトランジスタ７０４のソース端子およびドレイン端子の他方とを接続し、出力端子Ｖｏｕｔとする。
【０２２４】
なお、第１のトランジスタ７０１のゲート端子には、第１のトランジスタ７０１のオン状態と、オフ状態を制御する電位Ｖｅｘｔ＿ｂ２が供給され、第３のトランジスタ７０３のゲート端子には、第３のトランジスタ７０３のオン状態と、オフ状態を制御する電位Ｖｅｘｔ＿ｂ１が供給される。また、出力端子からは電位Ｖｏｕｔが出力される。
【０２２５】
次に、上記の測定系を用いてオフ電流の測定を行う。
【０２２６】
オフ電流を測定するために初期化期間において電位差を付与し、測定期間が開始されると、時間の経過と共に第２のトランジスタ７０２のゲート端子の電位が変動する。従って、時間の経過と共に、出力端子の出力電位Ｖｏｕｔの電位も変化することとなる。こうして得られた出力電位Ｖｏｕｔから、オフ電流を算出することができる。
【０２２７】
第１のトランジスタ７０１、第２のトランジスタ７０２、第３のトランジスタ７０３、及び第４のトランジスタ７０４は、それぞれチャネル長Ｌ＝１０μｍ、チャネル幅Ｗ＝５０μｍの、高純度化した酸化物半導体を用いたトランジスタである。また、並列された３つ測定系において、第１の測定系の容量素子の容量値を１００ｆＦとし、第２の測定系の容量素子の容量値を１ｐＦとし、第３の測定系の容量素子の容量値を３ｐＦとした。
【０２２８】
なお、オフ電流の測定では、ＶＤＤ＝５Ｖ、ＶＳＳ＝０Ｖとした。また、測定期間においては、電位Ｖ１を原則としてＶＳＳとし、１０〜３００ｓｅｃごとに、１００ｍｓｅｃの期間だけＶＤＤとしてＶｏｕｔを測定した。
【０２２９】
図１８には、上記電流測定によって算出されたオフ電流を示す。なお、図１８は、ソース−ドレイン電圧Ｖと、オフ電流Ｉとの関係を表すものである。図１８から、ソース−ドレイン電圧が４Ｖの条件において、オフ電流は約４０ｚＡ／μｍであることが分かった。また、ソース−ドレイン電圧が３．１Ｖの条件において、オフ電流は１０ｚＡ／μｍ以下であることが分かった。なお、１ｚＡは１０−２１Ａを表す。
【０２３０】
以上、本実施の形態により、高純度化された酸化物半導体を用いたトランジスタでは、オフ電流が十分に小さくなることが確認された。
【０２３１】
（実施の形態６）
本実施の形態においては、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を具備する電子機器の例について説明する。
【０２３２】
図１９（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１、操作キー９６３２、太陽電池９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができる。太陽電池９６３３と、表示パネルとを開閉自在に装着しており、太陽電池からの電力を表示パネル、または映像信号処理部に供給する電子書籍である。図１９（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付又は時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報をタッチ入力操作又は編集するタッチ入力機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、等を有することができる。なお、図１９（Ａ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ（以下、コンバータ９６３６と略記）を有する構成について示している。
【０２３３】
表示部９６３１はフォトセンサを利用したタッチ入力機能を備えた反射型の液晶表示装置であり、比較的明るい状況下で使用するため、太陽電池９６３３による発電、及びバッテリー９６３５での充電を効率よく行うことができ、好適である。なお太陽電池９６３３は、筐体９６３０の表面及び裏面に効率的なバッテリー９６３５の充電を行う構成とすることができるため好適である。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
【０２３４】
また図１９（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成、及び動作について図１９（Ｂ）にブロック図を示し説明する。図１９（Ｂ）には、太陽電池９６３３、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３、表示部９６３１について示しており、バッテリー９６３５、コンバータ９６３６、コンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３が充放電制御回路９６３４に対応する箇所となる。
【０２３５】
まず外光により太陽電池９６３３により発電がされる場合の動作の例について説明する。太陽電池で発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための電圧となるようコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１の動作に太陽電池９６３３からの電力が用いられる際にはスイッチＳＷ１をオンにし、コンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧をすることとなる。また、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフにし、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
【０２３６】
なお太陽電池９６３３については、充電手段の一例として示したが、他の手段によるバッテリー９６３５の充電を行う構成であってもよい。また他の充電手段を組み合わせて行う構成としてもよい。
【０２３７】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０２３８】
１００    液晶表示装置
１１０    画像処理回路
１１１    記憶回路
１１１ｂ    フレームメモリ
１１２    比較回路
１１３    表示制御回路
１１５    選択回路
１１６    電源
１２０    表示パネル
１２１    駆動回路部
１２１Ａ    ゲート線側駆動回路
１２１Ｂ    ソース線側駆動回路
１２２    画素部
１２３    画素
１２４    ゲート線
１２５    ソース線
１２５ａ    偏光板
１２５ｂ    偏光板
１２６    端子部
１２６Ａ    端子
１２６Ｂ    端子
１２７    スイッチング素子
１２８    共通電極
１３０    バックライト部
１３１    バックライト制御回路
１３２    バックライト
１３３    ＬＥＤ
１３４    拡散板
１３５    光
１３９    外光
１４０    ＦＰＣ（フレキシブルプリントサーキット）
１９０    液晶表示モジュール
２１０    容量素子
２１３    画素
２１４    トランジスタ
２１５    液晶素子
３００    基板
３０１    ゲート電極
３０５ｂ    ドレイン電極
３０７    絶縁層
３０８    絶縁層
３０９Ｒ    着色層
３１０    オーバーコート層
３１１    絶縁層
３１２    開口部
３１３    開口部
３１５Ｒ    画素電極
３１６Ｒ    画素電極
３１９    配向膜
３２０    走査信号線
３３０    データ信号線
３３５    容量線
３４０ａ    樹脂層
３４０Ｒ    集光手段
３５０    トランジスタ
３５０Ｒ    トランジスタ
３７０    絶縁層
３８０    アクティブマトリクス基板
３８４Ｒ    領域
３８４Ｒ＿２    受光領域
３８４Ｒ＿３    有効領域
３８５Ｒ    領域
３８６Ｒ    領域
４００    基板
４０１    対向電極
４０２    ブラックマトリクス
４０３    配向膜
４３０    対向基板
４４０    液晶層
４５０    画素
４５０Ｂ    サブピクセル
４５０Ｇ    サブピクセル
４５０Ｒ    サブピクセル
５０５    基板
５０６    保護絶縁層
５０７    ゲート絶縁層
５１０    トランジスタ
５１１    ゲート電極層
５１５ａ    ソース電極層
５１５ｂ    ドレイン電極層
５１５Ｒ    画素電極
５１６    絶縁層
５３０    酸化物半導体膜
５３１    酸化物半導体層
６０１    期間
６０２    期間
６０３    期間
６０４    期間
７００    容量素子
７０１    第１のトランジスタ
７０２    第２のトランジスタ
７０３    第３のトランジスタ
７０４    第４のトランジスタ
１４０１    期間
１４０２    期間
１４０３    期間
１４０４    期間
９６３０    筐体
９６３１    表示部
９６３２    操作キー
９６３３    太陽電池
９６３４    充放電制御回路
９６３５    バッテリー
９６３６    コンバータ
９６３７    コンバータ
【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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【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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