(57)【要約】【課題】開口率が高い液晶表示装置を提供する。【解決手段】第１の導電層と、第２の導電層と、第３の導電層と第４の導電層との間に液晶層が設けられた液晶素子を有し、第１乃至第４の導電層は可視光に対して透光性を有し、それぞれ互いに重なる領域を有する。また、第２の導電層は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられる。第１の導電層と第２の導電層との間、および第２の導電層と第３の導電層との間には、それぞれ絶縁層が設けられる。したがって、第２の導電層を電極とする二つの容量素子が積層された構成となる。当該二つの容量素子は透光性を有し、かつ液晶素子が重なる構成であるため、開口率を高めることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する表示装置であって、
前記第１の導電層は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極が延在した領域であり、
前記液晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、
前記液晶層は、前記第３の導電層と前記第４の導電層との間に設けられ、
前記第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透光性を有し、
前記第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第１の導電層と前記第３の導電層との間に設けられ、
前記第１の導電層と前記第２の導電層との間には、第１の絶縁層が設けられ、
前記第２の導電層と前記第３の導電層との間には、第２の絶縁層が設けられ、
前記第２の導電層は第１の開口部を有し、
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は第２の開口部を有し、
前記第２の開口部は前記第１の開口部の内側に設けられ、
前記第３の導電層は前記第２の開口部を通じて前記第１の導電層と電気的に接続される表示装置。
【請求項２】
第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する表示装置であって、
前記第１の導電層は、トランジスタの半導体層が延在した領域であり、
前記液晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、
前記液晶層は、前記第３の導電層と前記第４の導電層との間に設けられ、
前記第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透光性を有し、
前記第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、
前記第２の導電層は、前記第１の導電層と前記第３の導電層との間に設けられ、
前記第１の導電層と前記第２の導電層との間には、第１の絶縁層が設けられ、
前記第２の導電層と前記第３の導電層との間には、第２の絶縁層が設けられ、
前記第２の導電層は第１の開口部を有し、
前記第１の絶縁層および前記第２の絶縁層は第２の開口部を有し、
前記第２の開口部は前記第１の開口部の内側に設けられ、
前記第３の導電層は前記第２の開口部を通じて前記第１の導電層と電気的に接続される表示装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記第２の導電層は共通電極であり、
前記第１の導電層、前記第２の導電層および前記第１の絶縁層は、第１の容量素子として作用し、
前記第２の導電層、前記第３の導電層および前記第２の絶縁層は、第２の容量素子として作用する表示装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記第１乃至第４の導電層は金属酸化物である表示装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、
前記トランジスタは、ゲート電極として作用する第５の導電層を有し、
前記第５の導電層は、可視光に対して透光性を有する表示装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第５の導電層は、前記第１乃至第４の導電層と重なる領域を有する表示装置。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記第５の導電層は金属酸化物である表示装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、
前記トランジスタは、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を有する表示装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の表示装置を有し、
表示部と重なる位置に入力装置を備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、液晶表示装置、および電子機器に関する。
【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、またはそれらの製造方法を一例として挙げることができる。
【背景技術】
【０００３】
近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。例えば、特許文献１および特許文献２には、金属酸化物として、酸化亜鉛、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１２３８６１号公報
【特許文献２】特開２００７−９６０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液晶素子や発光素子を用いた表示装置は、単位面積あたりの画素数を多くすることによって高精細な画像を表示することができる。アクティブ型表示素子の場合、画素には表示素子の他、トランジスタ、容量素子および配線などを設ける必要がある。
【０００６】
単位面積あたりの画素数が多くなると、画素内において、光を透過しない構成要素の占有面積が相対的に大きくなる。すなわち、開口率が低下する。したがって、透過型の液晶素子などでは、鮮明な画像表示を行うためにバックライト光の強度を高めなければならず、消費電力が増加してしまう。
【０００７】
また、画素面積が非常に小さくなると、横方向に櫛歯状の電極を配置する横電界モードの液晶素子は設計が困難となり、製造歩留りも高めにくい。
【０００８】
したがって、本発明の一態様は、開口率が高い液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。または、消費電力の低い液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。または、高精細な液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。
【０００９】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、可視光に対して透光性を有する容量素子が設けられた液晶表示装置に関する。
【００１１】
本発明の一態様は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する表示装置であって、第１の導電層は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極が延在した領域であり、液晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、液晶層は、第３の導電層と第４の導電層との間に設けられ、第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透光性を有し、第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、第２の導電層は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられ、第１の導電層と第２の導電層との間には、第１の絶縁層が設けられ、第２の導電層と第３の導電層との間には、第２の絶縁層が設けられ、第２の導電層は第１の開口部を有し、第１の絶縁層および第２の絶縁層は第２の開口部を有し、第２の開口部は第１の開口部の内側に設けられ、第３の導電層は第２の開口部を通じて第１の導電層と電気的に接続される表示装置である。
【００１２】
また、本発明の他の一態様は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する表示装置であって、第１の導電層は、トランジスタの半導体層が延在した領域であり、液晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、液晶層は、第３の導電層と第４の導電層との間に設けられ、第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透光性を有し、第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、第２の導電層は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられ、第１の導電層と第２の導電層との間には、第１の絶縁層が設けられ、第２の導電層と第３の導電層との間には、第２の絶縁層が設けられ、第２の導電層は第１の開口部を有し、第１の絶縁層および第２の絶縁層は第２の開口部を有し、第２の開口部は第１の開口部の内側に設けられ、第３の導電層は第２の開口部を通じて第１の導電層と電気的に接続される表示装置である。
【００１３】
第２の導電層は共通電極であり、第１の導電層、第２の導電層および第１の絶縁層は、第１の容量素子として作用させることができる。また、第２の導電層、第３の導電層および第２の絶縁層は、第２の容量素子として作用させることができる。
【００１４】
第１乃至第４の導電層には金属酸化物を用いることができる。
【００１５】
また、トランジスタは、ゲート電極として作用する第５の導電層を有する。第５の導電層には、可視光に対して透光性を有する金属酸化物を用いてもよい。
【００１６】
また、第５の導電層は、第１乃至第４の導電層と重なる領域を有してもよい。
【００１７】
また、トランジスタは、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を有することが好ましい。
【００１８】
なお、本明細書中において、表示部にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュール、または表示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表示装置に含む場合がある。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様により、開口率が高い液晶表示装置を提供することができる。または、消費電力の低い液晶表示装置を提供することができる。または、高精細な液晶表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。
【００２０】
なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】画素を説明する斜視図。
【図２】画素を説明する斜視図。
【図３】画素を説明する上面図および断面図。
【図４】画素を説明する斜視図。
【図５】画素を説明する上面図および断面図。
【図６】画素を説明する斜視図。
【図７】画素を説明する斜視図。
【図８】画素を説明する上面図および断面図。
【図９】画素を説明する斜視図。
【図１０】画素を説明する斜視図。
【図１１】画素を説明する上面図および断面図。
【図１２】画素を説明する上面図。
【図１３】表示装置を説明する斜視図。
【図１４】タッチパネルおよび入力装置を説明する斜視図。
【図１５】表示装置を説明する断面図。
【図１６】表示装置を説明する断面図。
【図１７】表示装置を説明する断面図。
【図１８】画素の配置を説明する図。
【図１９】動作モードの一例を示す図。
【図２０】電子機器の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
なお、以下に説明する発明の構成において、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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
【００２４】
また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。
【００２５】
なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、または、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。
【００２６】
本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳトランジスタと記載する場合においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができる。
【００２７】
また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ  ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。
【００２８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について説明する。
【００２９】
本発明の一態様の表示装置は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子を有する。また、液晶素子は、第３の導電層と第４の導電層との間に液晶層が設けられた構成を有する。
【００３０】
第１乃至第４の導電層は可視光に対して透光性を有し、それぞれ互いに重なる領域を有する。また、第２の導電層は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられる。
【００３１】
第１の導電層と第２の導電層との間、および第２の導電層と第３の導電層との間には、それぞれ絶縁層が設けられる。したがって、第２の導電層を電極とする二つの容量素子が積層された構成となる。
【００３２】
当該二つの容量素子は透光性を有し、かつ液晶素子が重なる構成であるため、開口率を高くすることができ、表示装置の消費電力を低減させることができる。また、表示装置の高精細化を実現できる。
【００３３】
図１は、本発明の一態様の液晶表示装置の画素に設けられる主な要素を図示した斜視図である。また、図２は、当該斜視図を上下方向に展開した図である。なお、図１および図２では、明瞭化のため絶縁層などを省き、簡略化している。
【００３４】
画素１０ａは、配線３１と、配線３２と、トランジスタ２１と、導電層４２と、導電層４３と、を有する。
【００３５】
ここで、配線３１は、走査線としての機能を有する。配線３２は、信号線としての機能を有する。配線３１および配線３２は信号の遅延を防止するため、抵抗の低い金属層を含んで形成することが好ましい。
【００３６】
また、配線３１の一部および配線３１が延在した領域は、トランジスタ２１のゲートとしての機能を有する。トランジスタ２１のチャネル領域に用いる材料によっては、光が照射されることでトランジスタ２１の特性が変動することがある。遮光性の高い金属層を配線３１に用いることで、外光またはバックライトの光などが、チャネル領域に照射されることを抑制できる。これにより、トランジスタ２１の信頼性を高めることができる。
【００３７】
トランジスタ２１はボトムゲート型トランジスタであり、半導体層２５と、導電層４１ａと、導電層４１ｂと、を有する。
【００３８】
導電層４１ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有する。導電層４１ａは、配線３２と電気的に接続される。
【００３９】
導電層４１ｂは、ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、導電層４１ｂは、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。
【００４０】
導電層４２は、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。また、導電層４２は共通電極であり、容量線としての機能も有する。
【００４１】
導電層４３は、液晶素子の画素電極としての機能を有する。また、導電層４３は、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。
【００４２】
導電層４２は開口部４２ｂを有する。また、開口部４２ｂにおいて、導電層４１ｂと導電層４３は電気的に接続される。
【００４３】
導電層４１ｂと導電層４２との間には、第１の絶縁層（図１、図２に図示なし）が設けられる。したがって、導電層４１ｂおよび導電層４２を電極とし、第１の絶縁層を誘電体とする容量素子２６を形成することができる。
【００４４】
また、導電層４２と導電層４３との間には、第２の絶縁層（図１、図２に図示なし）が設けられる。したがって、導電層４２および導電層４３を電極とし、第２の絶縁層を誘電体とする容量素子２７を形成することができる。
【００４５】
図３（Ａ）は、画素１０ａの上面図である。図３（Ａ）に示すように、配線３１および配線３２を除く領域において、導電層４１ｂ、導電層４２および導電層４３を互いに重なる領域を有するように配置する。
【００４６】
ここで、本発明の一態様では、導電層４１ｂ、導電層４２、導電層４３、第１の絶縁層および第２の絶縁層を可視光に対して透光性を有する材料で形成する。そのため、液晶素子の画素電極としても機能する導電層４３と、容量素子２６と、容量素子２７とが重なる領域は透光性を有することになる。したがって、画素１０ａの開口率を高めることができる。
【００４７】
図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す線分Ａ１−Ａ２の切断面に相当する断面図である。図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す線分Ａ３−Ａ４の切断面に相当する断面図である。なお、図３（Ｂ）、（Ｃ）では、図２において図示していない、基板７１、基板７２、液晶素子７５、着色層６５、遮光層６６等の断面も合わせて図示している。
【００４８】
液晶素子７５は透過型であり、縦電界モードで動作する。液晶素子７５は、導電層４３と、配向膜６１と、液晶層６３と、配向膜６２と、導電層６４を有する構成とすることができる。
【００４９】
また、各要素間には必要に応じて絶縁層が設けられる。配線３１と半導体層２５との間に設けられる絶縁層５１は、トランジスタ２１のゲート絶縁膜として機能する。導電層４１ｂ上に設けられる絶縁層５２および絶縁層５３は、それぞれ保護膜、平坦化膜として機能する。また、着色層６５および遮光層６６と共通電極との間に設けられる絶縁層５５は、保護膜および平坦化膜として機能する。なお、上述した絶縁層は一例であり、その他の絶縁層が設けられていてもよい。または、上述した絶縁層の一部が省かれた構成であってもよい。
【００５０】
ここで、導電層４１ｂ、絶縁層５２、絶縁層５３および導電層４２が重なる領域は、容量素子２６として機能する。また、導電層４２、絶縁層５４および導電層４３が重なる領域は、容量素子２７として機能する。すなわち、本発明の一態様の液晶表示装置は、一方の電極を共通とした積層型の容量素子を有する。
【００５１】
単位面積当たりの画素数が多くなると画素の面積が必然的に小さくなるため、画素内に形成される容量素子の容量値は小さくなる。そのため、画像信号を保持する機能が低下してしまう。本発明の一態様では、容量素子２６と容量素子２７とが重なる領域を有する積層型であるが、一方の電極が共通であるため、容量素子２６と容量素子２７は並列接続である。したがって、いずれか一方の容量素子を設ける構成よりも容量値を大きくすることができ、画像信号の保持する機能の低下を抑制することができる。
【００５２】
また、導電層４１ｂおよび導電層４２を有する容量素子２６と、導電層４２および導電層４３を有する容量素子２７は、可視光に対して透光性を有する。
【００５３】
したがって、バックライトの光を基板７１側から照射すると、光は破線の矢印に示す方向に射出される。また、バックライトの光は、開口部４２ｂも透過する。
【００５４】
図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、バックライトの光は、着色層６５を介して外部に取り出してもよい。着色層６５を介して取り出すことで、当該光を所望の色に着色することができる。着色層６５の色としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、黄色（Ｙ）等から選択することができる。なお、バックライトの光は、基板７２側から照射してもよい。
【００５５】
以上の説明の通り、本発明の一態様の構成を用いることで、開口率の高い液晶表示装置を形成することができる。したがって、バックライト光の強度を強めることなく鮮明な画像を表示することができ、液晶表示装置の消費電力を低減させることができる。
【００５６】
本発明の一態様の液晶表示装置は、図４（Ａ）に示す斜視図の画素１０ｂを有する構成であってもよい。
【００５７】
図４（Ｂ）は、画素１０ｂにおけるトランジスタ２１および配線３１の斜視図である。画素１０ｂは、トランジスタ２１のゲートとして機能する導電層の構成が画素１０ａと異なる。
【００５８】
画素１０ａは、配線３１が延在した領域をゲートとして用いる構成であるが、画素１０ｂでは、可視光に対して透光性を有する導電層３３をゲートとして用いる。したがって、遮光性のある配線３１の面積を削減することができる。
【００５９】
図５（Ａ）は、画素１０ｂの上面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す線分Ｂ１−Ｂ２の切断面に相当する断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す線分Ｂ３−Ｂ４の切断面に相当する断面図である。
【００６０】
画素１０ｂでは、配線３１および配線３２を除く領域において、導電層３３とその他の要素が重なる領域も透光性を有する。例えば、トランジスタ２１の半導体層２５と導電層４１ｂとのコンタクト部やトランジスタ２１のチャネル部に光を透過させることができる。したがって、画素１０ａよりも開口率を向上させることができる。なお、トランジスタ２１の半導体層２５は、画素の構成を問わず、可視光に対して透光性を有する材料で形成することができる。
【００６１】
なお、図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ）においては、導電層３３上に配線３１を形成して電気的な接続を得る構成を示しているが、配線３１上に導電層３３を形成してもよい。
【００６２】
また、本発明の一態様の液晶表示装置は、図６および図７の斜視図に示す画素１０ｃを有する構成であってもよい。画素１０ｃはトランジスタの構造を除き、画素１０ａ、１０ｂと同様の構成を有する。
【００６３】
画素１０ｃは、トランジスタにセルフアライン型のトップゲート構造を用いた構成である。トランジスタ２２は、半導体層２５と、導電層４１ａと、導電層４１ｂと、導電層３４を有する。
【００６４】
導電層４１ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有する。導電層４１ｂは、ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、導電層４１ｂは、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。導電層３４は、ゲートとしての機能を有する。
【００６５】
図８（Ａ）は、画素１０ｃの上面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す線分Ｃ１−Ｃ２の切断面に相当する断面図である。図８（Ｃ）は、図８（Ａ）に示す線分Ｃ３−Ｃ４の切断面に相当する断面図である。
【００６６】
画素１０ｃでは、配線３１、配線３２および導電層３４を除く領域において、半導体層２５とその他の要素が重なる領域も透光性を有する。したがって、開口率を向上させることができる。なお、導電層３４は金属などの低抵抗材料で形成することができるが、図１２（Ａ）に示すように、導電層３４を可視光に対して透光性を有する導電層３４ｂに置き換えてもよい。当該構成とすることで、さらに開口率を向上させることができる。
【００６７】
なお、図８（Ｂ）に示すように、トップゲート構造のトランジスタの場合は、基板７１と半導体層２５との間に絶縁層５６を設けることが好ましい。絶縁層５６の遮蔽効果により基板７１から半導体層２５に不純物が拡散することを防ぐことができる。また、半導体層２５に酸化物半導体を用いる場合は、絶縁層５６および保護膜５７中の過剰酸素により半導体層２５中の酸素欠損を補填することができ、トランジスタの信頼性を高めることができる。
【００６８】
また、本発明の一態様の液晶表示装置は、図９および図１０に示す画素１０ｄを有する構成であってもよい。画素１０ｄは半導体層２５の形状が異なる点、導電層４１ａおよび導電層４１ｂを有さない点を除き、画素１０ｃと同様の構成を有する。
【００６９】
トランジスタ２２において、半導体層２５は、ソースまたはドレインの一方として機能する領域２５ｂ、およびソースまたはドレインの他方として機能する領域２５ｃを有する。
【００７０】
画素１０ｃのトランジスタ２２では、領域２５ｂにソースまたはドレインの一方として機能する導電層４１ａを接続した構成であるが、画素１０ｄのトランジスタ２２では領域２５ｂと配線３２が直接接続される。
【００７１】
また、画素１０ｃのトランジスタ２２は、領域２５ｃにソースまたはドレインの他方として機能する導電層４１ｂを接続した構成であり、導電層４１ｂを容量素子２６の電極として用いている。一方で、画素１０ｄのトランジスタ２２では、領域２５ｃを延在させて容量素子２６の電極として用いる。
【００７２】
したがって、導電層４１ａ、導電層４１ｂを形成するための工程などを省くことができ、製造コストを低減することができる。
【００７３】
図１１（Ａ）は、画素１０ｄの上面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す線分Ｄ１−Ｄ２の切断面に相当する断面図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示す線分Ｄ３−Ｄ４の切断面に相当する断面図である。
【００７４】
画素１０ｄでは、画素１０ｃと同様に、配線３１、配線３２および導電層３４を除く領域において、半導体層２５とその他の要素が重なる領域も透光性を有する。したがって、開口率を向上させることができる。なお、図１２（Ｂ）に示すように、導電層３４を可視光に対して透光性を有する導電層３４ｂに置き換えてもよい。当該構成とすることで、さらに開口率を向上させることができる。
【００７５】
また、画素１０ｄは導電層４１ｂを有さないため、開口部における透過率も画素１０ｃよりも高くなる。
【００７６】
図１１（Ｂ）に示すように、半導体層２５は、チャネル形成領域として機能する領域２５ａ、ソースまたはドレインの一方として機能する領域２５ｂ、およびソースまたはドレインの他方として機能する領域２５ｃを有する。領域２５ｂおよび領域２５ｃは低抵抗領域であり、導電層３４をマスクとしてプラズマ処理やドーピング処理などを行うことにより不純物を半導体層２５に導入し、酸素欠損を発生させることにより形成することができる。
【００７７】
トランジスタ、配線、容量素子等には、以下に示す材料を用いることができる。なお、これらの材料は、本実施の形態で示すその他の構成例における可視光を透過する半導体層および導電層にも適用することができる。
【００７８】
トランジスタが有する半導体層は、透光性を有する半導体材料を用いて形成することができる。透光性を有する半導体材料としては、金属酸化物、または酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等が挙げられる。酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。
【００７９】
トランジスタが有する導電層は、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。透光性を有する導電性材料は、インジウム、亜鉛、錫の中から選ばれた一種、または複数種を含むことが好ましい。透光性を有する導電性材料の具体例には、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅともいう）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｗ酸化物、Ｉｎ−Ｗ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物などが挙げられる。
【００８０】
また、トランジスタが有する導電層に、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた酸化物半導体を用いてもよい。当該低抵抗化させた酸化物半導体は、酸化物導電体（ＯＣ：Ｏｘｉｄｅ  Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ということができる。
【００８１】
例えば、酸化物導電体は、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、当該酸素欠損に水素を添加することで、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。酸化物半導体にドナー準位が形成されることで、酸化物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。
【００８２】
なお、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きい（例えば、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上である）ため、可視光に対して透光性を有する。また、上述したように酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。
【００８３】
また、酸化物導電体は、トランジスタが有する半導体層に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、トランジスタを構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
【００８４】
本実施の形態に示す液晶表示装置が有する画素の構成とすることで、バックライトユニットから射出される光を効率よく使用することができる。したがって、消費電力が抑制された、優れた液晶表示装置を提供することができる。
【００８５】
次に、図１３を用いて、本実施の形態の液晶表示装置について説明する。図１３は、表示装置１００Ａの斜視図であり、一部を拡大して図示している。なお、図１３では、明瞭化のため、基板７２を破線で示し、偏光板６７などの構成要素を省略して図示している。
【００８６】
表示装置１００Ａは、表示部１６２および駆動回路部１６４を有する。表示装置１００Ａには、ＦＰＣ１７２およびＩＣ１７３が実装されている。
【００８７】
表示部１６２は、複数の画素を有し、画像を表示する機能を有する。また、画素は、複数の副画素を有する。なお、図１３では副画素として画素１０ａを例示しているが、画素１０ｂ、画素１０ｃまたは画素１０ｄであってもよい。
【００８８】
例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、および青色を呈する副画素によって１つの画素が構成されることで、表示部１６２ではフルカラーの表示を行うことができる。なお、副画素が呈する色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）に限られない。画素には、例えば、白（Ｗ）、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、またはシアン（Ｃ）等の色を呈する副画素を用いてもよい。なお、本明細書等において、副画素を単に画素と記す場合がある。
【００８９】
表示装置１００Ａは、走査線駆動回路および信号線駆動回路のうち、一方または双方を有していてもよい。または、走査線駆動回路および信号線駆動回路の双方を有していなくてもよい。表示装置１００Ａが、タッチセンサ等のセンサを有する場合、表示装置１００Ａは、センサ駆動回路を有していてもよい。本実施の形態では、駆動回路部１６４として、走査線駆動回路を有する例を示す。走査線駆動回路は、表示部１６２が有する走査線に走査信号を出力する機能を有する。
【００９０】
表示装置１００Ａでは、ＩＣ１７３が、ＣＯＧ方式などの実装方式により、基板７１に実装されている。ＩＣ１７３は、例えば、信号線駆動回路、走査線駆動回路、およびセンサ駆動回路のうち、一つまたは複数を有する。
【００９１】
表示装置１００Ａには、ＦＰＣ１７２が電気的に接続されている。ＦＰＣ１７２を介して、ＩＣ１７３および駆動回路部１６４には外部から信号および電力が供給される。また、ＦＰＣ１７２を介して、ＩＣ１７３から外部に信号を出力することができる。
【００９２】
ＦＰＣ１７２には、ＩＣが実装されていてもよい。例えば、ＦＰＣ１７２には、信号線駆動回路、走査線駆動回路、およびセンサ駆動回路のうち、一つまたは複数を有するＩＣが実装されていてもよい。
【００９３】
表示部１６２および駆動回路部１６４には、配線１６５を介して、信号および電力が供給される。当該信号および電力は、ＩＣ１７３から、またはＦＰＣ１７２を介して外部から、配線１６５に入力される。
【００９４】
また、基板７２上には入力装置１６７を設けることができる。表示装置１００Ａに入力装置１６７を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。
【００９５】
本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子（センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。
【００９６】
センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。
【００９７】
本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。
【００９８】
静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。
【００９９】
本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板および対向基板の一方または双方に検知素子を構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。
【０１００】
図１４（Ａ）、（Ｂ）に、タッチパネルの一例を示す。図１４（Ａ）は、タッチパネル３５０Ａの斜視図である。図１４（Ｂ）は、入力装置１６７の斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。
【０１０１】
タッチパネル３５０Ａは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。
【０１０２】
タッチパネル３５０Ａは、入力装置１６７と、表示装置１００Ａとを有し、これらが重ねて設けられている。
【０１０３】
入力装置１６７は、基板１６３、電極１２７、電極１２８、複数の配線１３７、複数の配線１３８および複数の配線１３９を有する。例えば、電極１２７は配線１３７または配線１３９と電気的に接続することができる。また、電極１２８は配線１３９と電気的に接続することができる。ＦＰＣ１７２ｂは、複数の配線１３７および複数の配線１３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ１７２ｂにはＩＣ１７３ｂを設けることができる。
【０１０４】
または、表示装置１００Ａの基板７１と基板７２との間にタッチセンサを設けてもよい。基板７１と基板７２との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサのほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。
【０１０５】
図１５（Ａ）は、表示部１６２、駆動回路部１６４、および配線１６５を含む断面図である。なお、図１５（Ａ）は、図１乃至図３に示した画素１０ａの構成を適用した例であるが、図４および図５に示す画素１０ｂを適用した場合も同様の構成となる。
【０１０６】
図１５（Ａ）に示すように、表示装置１００Ａは、基板７１、トランジスタ２１、トランジスタ２２、液晶素子７５、配向膜６１、配向膜６２、接続部６８、接着層７３、着色層６５、遮光層６６、絶縁層５５、基板７２、および偏光板１３０等を有する。
【０１０７】
表示部１６２には、縦電界モードで動作する透過型の液晶素子７５が設けられている。液晶素子７５は、画素電極として機能する導電層４３、共通電極として作用する導電層６４、および液晶層６３を有する。導電層４３と導電層６４との間に生じる電界により、液晶層６３の配向を制御することができる。液晶層６３は、配向膜６１と配向膜６２の間に位置する。
【０１０８】
液晶材料には、誘電率の異方性（Δε）が正であるポジ型の液晶材料と、負であるネガ型の液晶材料がある。本発明の一態様では、どちらの材料を用いることもでき、適用するモードおよび設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。
【０１０９】
液晶素子７５には様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＶＡ−ＩＰＳモード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いることができる。
【０１１０】
また、表示装置１００Ａにノーマリーブラック型の液晶素子、例えばＶＡモードを採用した透過型の液晶素子を適用してもよい。ＶＡモードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【０１１１】
なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過また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（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。
【０１１２】
表示装置１００Ａは、透過型の液晶表示装置であるため、導電層４３および導電層６４の双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、トランジスタ２１が有する導電層の一つまたは複数に、可視光を透過する導電性材料を用いることができる。これにより、トランジスタ２１が設けられている領域の少なくとも一部も表示に有効な領域として用いることができる。
【０１１３】
可視光を透過する導電性材料としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種以上を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛などが挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。
【０１１４】
表示部１６２に含まれる導電層３３、導電層３４、導電層４１ａ、導電層４１ｂ、導電層４２、導電層４３および導電層６４のうち、一つまたは複数に金属酸化物の一態様である酸化物導電層を用いることが好ましい。酸化物導電層は、トランジスタ２１の半導体層２５に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。例えば、当該酸化物導電層は、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）膜であることがさらに好ましい。
【０１１５】
また、導電層３３、導電層３４、導電層４１ａ、導電層４１ｂ、導電層４２、導電層４３および導電層６４のうち、一つまたは複数を、金属酸化物の一態様である酸化物半導体を用いて形成してもよい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、表示装置を構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。
【０１１６】
酸化物半導体は、膜中の酸素欠損および膜中の水素、水等の不純物濃度のうち少なくとも一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、酸化物半導体層へ酸素欠損および不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、または酸素欠損および不純物濃度の少なくとも一方が低減する処理を選択することによって、酸化物導電層の有する抵抗率を制御することができる。
【０１１７】
なお、このように、酸化物半導体層を用いて形成された酸化物導電層は、キャリア密度が高く低抵抗な酸化物半導体層、導電性を有する酸化物半導体層、または導電性の高い酸化物半導体層ということもできる。
【０１１８】
また、酸化物半導体層と、酸化物導電層を同一の金属元素で形成することで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで製造コストを低減させることができる。また、酸化物半導体層および酸化物導電層を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、酸化物半導体層と、酸化物導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、表示装置の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。
【０１１９】
表示装置１００Ａにおいて、液晶層６３上に、着色層６５および遮光層６６が設けられている。着色層６５および遮光層６６と、液晶層６３と、の間には、絶縁層５５を設けることが好ましい。絶縁層５５は、着色層６５および遮光層６６等に含まれる不純物が液晶層６３に拡散することを抑制できるほか、平坦化膜としての機能を有する。
【０１２０】
基板７１および基板７２は、接着層７３によって貼り合わされている。基板７１、基板７２、および接着層７３に囲まれた領域に、液晶層６３が封止されている。
【０１２１】
表示装置１００Ａを、透過型の液晶表示装置として機能させる場合、偏光板を表示部１６２を挟むように２つ配置する。図１５では、基板７２側の偏光板６７を図示している。基板７１側に設けられた偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光は偏光板を介して入射する。このとき、導電層４３と導電層６４の間に与える電圧によって液晶層６３の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板６７を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色層６５によって特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、または緑色（Ｇ）を呈する光となる。
【０１２２】
また、偏光板としては、例えば円偏光板を用いることができる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板により、表示装置の表示の視野角依存を低減することができる。
【０１２３】
また、液晶素子７５は、ゲスト・ホスト液晶モードを用いて駆動してもよい。ゲスト・ホスト液晶モードを用いる場合、両方または一方の偏光板を必ずしも用いなくてよい。偏光板による光の吸収を低減できるため、光取り出し効率を高め、表示装置の表示を明るくすることができる。
【０１２４】
駆動回路部１６４は、トランジスタ２３を有する。トランジスタ２３は、ゲートとして機能する導電層３７、ゲート絶縁膜、半導体層、導電層３５および導電層３６を有する。導電層３５および導電層３６の一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する。
【０１２５】
駆動回路部１６４に設けられるトランジスタは、可視光を透過する機能を必ずしも有していなくてよい。そのため、導電層３６および導電層３７には、低抵抗の金属層などを用いることができる。
【０１２６】
接続部６８では、配線１６５と導電層４４が接続し、導電層４４と接続体４５が接続している。つまり、接続部６８では、配線１６５が、導電層４４と接続体４５を介して、ＦＰＣ１７２と電気的に接続している。このような構成とすることで、ＦＰＣ１７２から、配線１６５に、信号および電力を供給することができる。
【０１２７】
トランジスタ２１およびトランジスタ２２は、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。つまり、駆動回路部１６４が有するトランジスタと、表示部１６２が有するトランジスタが、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。また、駆動回路部１６４が、複数の構造のトランジスタを有していてもよいし、表示部１６２が、複数の構造のトランジスタを有していてもよい。
【０１２８】
なお、図１５（Ａ）では、トランジスタチャネル形成領域に対して一つのゲートが設けられる構成を図示しているが、図１５（Ｂ）に示すトランジスタ２３のように、チャネル形成領域を挟むように導電層３５と導電層３８の二つのゲートを設けた構成としてもよい。
【０１２９】
導電層３５および導電層３８は、それぞれに異なる電位を供給できる構成とすることができる。または、両者を電気的に接続してもよい。前者の場合は、トランジスタのしきい値電圧の制御に有効である。
【０１３０】
また、２つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。
【０１３１】
なお、図４および図５に示す画素１０ｂに対して導電層３８を設ける場合は、導電層３８も可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。
【０１３２】
図１６（Ａ）は、図６乃至図８に示す画素１０ｃの構成を適用した場合の表示装置１００Ａの断面図である。また、図１７（Ａ）は、図９乃至図１１に示す画素１０ｄの構成を適用した場合の表示装置１００Ａの断面図である。駆動回路部１６４にはトランジスタ２４が設けられる。
【０１３３】
駆動回路部１６４に設けられるトランジスタは、可視光を透過する機能を必ずしも有していなくてよい。そのため、導電層３６および導電層３７には、低抵抗の金属層などを用いることができる。
【０１３４】
図１６（Ｂ）および図１７（Ｂ）は、トランジスタ２２およびトランジスタ２４に二つのゲート電極を設けた構成を適用した場合の断面図である。
【０１３５】
なお、図１２（Ａ）に示す画素１０ｃおよび図１２（Ｂ）に示す画素１０ｄに対して導電層３８を設ける場合は、導電層３８も可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。
【０１３６】
図１８は、画素１０ａを副画素とした場合の配列の一例を示す上面図である。図面に記したＲ、Ｇ、Ｂは、当該副画素上に設けられる着色層６５の色の一例を示している。画素配列は、視野角依存性を減らすために行毎に画素レイアウトを反転して配置とすることが好ましい。なお、画素１０ｂ、画素１０ｃおよび画素１０ｄの配列も同様とすることができる。
【０１３７】
次に、本実施の形態の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。なお、既に説明した構成要素については説明を省略する場合がある。また、以降に示す表示装置およびタッチパネル、並びにそれらの構成要素にも、以下の材料を適宜用いることができる。
【０１３８】
≪基板７１、７２≫
本発明の一態様の表示装置が有する基板の材質などに大きな制限はなく、様々な基板を用いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラミック基板、金属基板、またはプラスチック基板等を用いることができる。
【０１３９】
厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化および薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。
【０１４０】
本発明の一態様の表示装置は、作製基板上にトランジスタ等を形成し、その後、別の基板にトランジスタ等を転置することで、作製される。作製基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい表示装置の製造、表示装置への耐熱性の付与、表示装置の軽量化、または表示装置の薄型化を図ることができる。トランジスタが転置される基板には、トランジスタを形成することが可能な基板に限られず、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）もしくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、またはゴム基板などを用いることができる。
【０１４１】
≪トランジスタ２１、２２、２３、２４≫
本発明の一態様の表示装置が有する各トランジスタは、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれの構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。
【０１４２】
トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。
【０１４３】
例えば、第１４族の元素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体などを半導体層に適用できる。
【０１４４】
トランジスタのチャネルが形成される半導体に、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流を低減できるため好ましい。
【０１４５】
酸化物半導体を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。
【０１４６】
また、その低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。
【０１４７】
トランジスタ２１、２２、２３、２４は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有することが好ましい。これにより、トランジスタのオフ電流を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、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を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奏する。
【０１４８】
また、トランジスタ２１、２２、２３、２４は、比較的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。このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、表示部のトランジスタと、駆動回路部のトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、駆動回路として、別途、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、表示部においても、高速駆動が可能な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。
【０１４９】
≪絶縁層≫
表示装置が有する各絶縁層、スペーサ等に用いることのできる絶縁材料としては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。有機絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、およびフェノール樹脂等が挙げられる。無機絶縁層としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、および酸化ネオジム膜等が挙げられる。
【０１５０】
≪導電層≫
トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、表示装置が有する各種配線および電極等の導電層には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、導電層を三層構造とする場合、一層目および三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、または窒化モリブデンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金または銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、ＩＴＯ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、ＩＴＳＯ等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。
【０１５１】
なお、酸化物半導体の抵抗率を制御することで、酸化物導電層を形成してもよい。
【０１５２】
≪接着層７３≫
接着層７３としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、または２液混合型の硬化性樹脂などの硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、またはシロキサン樹脂などを用いることができる。
【０１５３】
≪接続体４５≫
接続体４５としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。
【０１５４】
≪着色層６５≫
着色層６５は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。着色層６５に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、および顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。
【０１５５】
≪遮光層６６≫
遮光層６６は、例えば、隣接する異なる色の着色層６５の間に設けられる。例えば、金属材料、または、顔料もしくは染料を含む樹脂材料を用いて形成されたブラックマトリクスを遮光層６６として用いることができる。なお、遮光層６６は、駆動回路部１６４など、表示部１６２以外の領域にも設けると、導波光などによる光漏れを抑制できるため好ましい。
【０１５６】
表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層成膜（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。ＣＶＤ法の例として、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法および熱ＣＶＤ法等が挙げられる。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）法が挙げられる。
【０１５７】
表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット印刷、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。
【０１５８】
表示装置を構成する薄膜は、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、もしくはリフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。
【０１５９】
フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光としては、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、および、これらを混合させた光が挙げられる。そのほか、紫外線、ＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）およびＸ線等が挙げられる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。ＥＵＶ、Ｘ線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要である。
【０１６０】
薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。
【０１６１】
以上により、開口率の高く、消費電力の低い液晶表示装置を作製することができる。
【０１６２】
本実施の形態は、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２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図１９を用いて説明する。
【０１６４】
なお、以下では、通常のフレーム周波数（代表的には６０Ｈｚ以上２４０Ｈｚ以下）で動作する通常駆動モードと、低速のフレーム周波数で動作するアイドリング・ストップ（ＩＤＳ）駆動モードと、を例示して説明する。
【０１６５】
なお、ＩＤＳ駆動モードとは、画像データの書き込み処理を実行した後、画像データの書き換えを停止する駆動方法のことをいう。一旦画像データの書き込みをして、その後、次の画像データの書き込みまでの間隔を延ばすことで、その間の画像データの書き込みに要する分の消費電力を削減することができる。ＩＤＳ駆動モードは、例えば、通常駆動モードの１／１００乃至１／１０程度のフレーム周波数とすることができる。静止画は、連続するフレーム間でビデオ信号が同じである。よって、ＩＤＳ駆動モードは、静止画を表示する場合に特に有効である。ＩＤＳ駆動を用いて画像を表示させることで、消費電力が低減されるとともに、画面のちらつき（フリッカー）が抑制され、眼精疲労も低減できる。
【０１６６】
図１９（Ａ）乃至図１９（Ｃ）は、画素回路の回路図、および通常駆動モードとＩＤＳ駆動モードを説明するタイミングチャートである。なお、図１９（Ａ）では、液晶素子５０１と、液晶素子５０１に電気的に接続される画素回路５０６と、を示している。また、図１９（Ａ）に示す画素回路５０６では、信号線ＳＬと、ゲート線ＧＬと、信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに接続されたトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に接続される容量素子ＣｓＬＣとを示している。
【０１６７】
トランジスタＭ１は、データＤ１のリークパスと成り得る。よって、トランジスタＭ１のオフ電流は小さいほど好ましい。トランジスタＭ１としては、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を有するトランジスタを用いることが好ましい。金属酸化物が増幅作用、整流作用、およびスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）または酸化物半導体（ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができる。以下、トランジスタの代表例として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう）を用いて説明する。ＯＳトランジスタは、多結晶シリコンなどを用いたトランジスタよりも非導通状態時のリーク電流（オフ電流）が極めて低い特徴を有する。なお、液晶素子５０１の画素電極、トランジスタＭ１のソースまたはドレインの一方、および容量素子ＣｓＬＣが接続されたノードをノードＮＤ１とする。トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることでノードＮＤ１に供給された電荷を長期間保持することができる。
【０１６８】
なお、図１９（Ａ）に示す回路図において、液晶素子５０１もデータＤ１のリークパスとなる。したがって、適切にＩＤＳ駆動を行うには、液晶素子５０１の抵抗率を１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。
【０１６９】
なお、上記ＯＳトランジスタのチャネル領域には、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物などを好適に用いることができる。また、上記Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物としては、代表的には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］近傍の組成を用いることができる。
【０１７０】
図１９（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬにそれぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（例えば６０Ｈｚ）で動作する。図１９（Ｂ）に期間Ｔ１からＴ３までを表す。各フレーム期間でゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬからデータＤ１を液晶素子５０１および容量素子ＣｓＬＣに書き込む動作を行う。この動作は、期間Ｔ１からＴ３までで同じデータＤ１を書き込む場合、または異なるデータを書き込む場合でも同じである。
【０１７１】
一方、図１９（Ｃ）は、ＩＤＳ駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに、それぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。ＩＤＳ駆動では低速のフレーム周波数（例えば１Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間Ｔ１で表し、その中でデータの書き込み期間を期間ＴＷ、データの保持期間を期間ＴＲＥＴで表す。ＩＤＳ駆動モードは、期間ＴＷでゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬのデータＤ１を書き込み、期間ＴＲＥＴでゲート線ＧＬをローレベルの電圧に固定し、トランジスタＭ１を非導通状態として一旦書き込んだデータＤ１を保持させる動作を行う。なお、低速のフレーム周波数としては、例えば、０．１Ｈｚ以上６０Ｈｚ未満とすればよい。
【０１７２】
したがって、ＩＤＳ駆動モードを用いることで、低消費電力化を図ることができる。
【０１７３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１７４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることができる金属酸化物について説明する。なお、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いる場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と読み替えてもよい。
【０１７５】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、および非晶質酸化物半導体などがある。
【０１７６】
また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、ＣＡＣ−ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。
【０１７７】
なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体またはＣＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、ｎｃ−ＯＳまたはＣＡＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。
【０１７８】
なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、ＣＡＣ−ＯＳを用いると好ましい。ＣＡＣ−ＯＳを用いることで、トランジスタに高い電気特性または高い信頼性を付与することができる。
【０１７９】
以下では、ＣＡＣ−ＯＳの詳細について説明する。
【０１８０】
ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅを、トランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。
【０１８１】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、導電性領域、および絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。
【０１８２】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。
【０１８３】
また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、および高い電界効果移動度を得ることができる。
【０１８４】
すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ  ｍａｔｒｉｘ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。
【０１８５】
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状またはパッチ状ともいう。
【０１８６】
なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種または複数種が含まれていてもよい。
【０１８７】
例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳ（ＣＡＣ−ＯＳの中でもＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、特にＣＡＣ−ＩＧＺＯと呼称してもよい）とは、インジウム酸化物（以下、ＩｎＯＸ１（Ｘ１は０よりも大きい実数）とする）、またはインジウム亜鉛酸化物（以下、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２（Ｘ２、Ｙ２、およびＺ２は０よりも大きい実数）とする）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯＸ３（Ｘ３は０よりも大きい実数）とする）、またはガリウム亜鉛酸化物（以下、ＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４（Ｘ４、Ｙ４、およびＺ４は０よりも大きい実数）とする）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のＩｎＯＸ１、またはＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が、膜中に均一に分布した構成（以下、クラウド状ともいう）である。
【０１８８】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。
【０１８９】
なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ（１＋ｘ０）Ｇａ（１−ｘ０）Ｏ３（ＺｎＯ）ｍ０（−１≦ｘ０≦１、ｍ０は任意数）で表される結晶性の化合物が挙げられる。
【０１９０】
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ構造を有する。なお、ＣＡＡＣ構造とは、複数のＩＧＺＯのナノ結晶がｃ軸配向を有し、かつａ−ｂ面においては配向せずに連結した結晶構造である。
【０１９１】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０１９２】
なお、ＣＡＣ−ＯＳは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Ｉｎを主成分とする膜と、Ｇａを主成分とする膜との２層からなる構造は、含まない。
【０１９３】
なお、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。
【０１９４】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種の金属元素が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。
【０１９５】
ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。
【０１９６】
ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、およびｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。
【０１９７】
またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。
【０１９８】
また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯＸ３が主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。
【０１９９】
ＣＡＣ−ＯＳは、金属元素が均一に分布したＩＧＺＯ化合物とは異なる構造であり、ＩＧＺＯ化合物と異なる性質を有する。つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。
【０２００】
ここで、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＧａＯＸ３などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度（μ）が実現できる。
【０２０１】
一方、ＧａＯＸ３などが主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、ＧａＯＸ３などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。
【０２０２】
したがって、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯＸ３などに起因する絶縁性と、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０２０３】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、ＣＡＣ−ＯＳは、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。
【０２０４】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０２０５】
（実施の形態４）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、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記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、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、プリンタ複合機、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２０に示す。
【０２０６】
図２０（Ａ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９６９等を有する。表示部９６５には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２０７】
図２０（Ｂ）は腕時計型の情報端末であり、筐体９３１、表示部９３２、リストバンド９３３、操作用のボタン９３５、竜頭９３６、カメラ９３９等を有する。表示部９３２はタッチパネルとなっていてもよい。表示部９３２には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２０８】
図２０（Ｃ）は携帯電話機の一例であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うことができる。表示部９５２には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２０９】
図２０（Ｄ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、カメラ９１９等を有する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。表示部９１２は、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２１０】
図２０（Ｅ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセンサが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２１１】
図２０（Ｆ）は情報処理端末であり、筐体９０１、表示部９０２、表示部９０３、センサ９０４等を有する。表示部９０２および表示部９０３は一つの表示パネルから成り、可撓性を有する。また、筐体９０１も可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用することができるほか、タブレット端末のように平板状にして使用することもできる。センサ９０４は筐体９０１の形状を感知することができ、例えば、筐体９０１が曲げられたときに表示部９０２および表示部９０３の表示を切り替えることができる。表示部９０２および表示部９０３には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。
【０２１２】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０２１３】
１０ａ    画素
１０ｂ    画素
１０ｃ    画素
１０ｄ    画素
２１    トランジスタ
２２    トランジスタ
２３    トランジスタ
２４    トランジスタ
２５    半導体層
２５ａ    領域
２５ｂ    領域
２５ｃ    領域
２６    容量素子
２７    容量素子
３１    配線
３２    配線
３３    導電層
３４    導電層
３４ｂ    導電層
３５    導電層
３６    導電層
３７    導電層
３８    導電層
４１ａ    導電層
４１ｂ    導電層
４２    導電層
４２ｂ    開口部
４３    導電層
４４    導電層
４５    接続体
５１    絶縁層
５２    絶縁層
５３    絶縁層
５４    絶縁層
５５    絶縁層
５６    絶縁層
５７    保護膜
６１    配向膜
６２    配向膜
６３    液晶層
６４    導電層
６５    着色層
６６    遮光層
６７    偏光板
６８    接続部
７１    基板
７２    基板
７３    接着層
７５    液晶素子
１００Ａ    表示装置
１２７    電極
１２８    電極
１３０    偏光板
１３７    配線
１３８    配線
１３９    配線
１６２    表示部
１６３    基板
１６４    駆動回路部
１６５    配線
１６７    入力装置
１７２    ＦＰＣ
１７２ｂ    ＦＰＣ
１７３    ＩＣ
１７３ｂ    ＩＣ
３５０Ａ    タッチパネル
５０６    画素回路
９０１    筐体
９０２    表示部
９０３    表示部
９０４    センサ
９１１    筐体
９１２    表示部
９１９    カメラ
９３１    筐体
９３２    表示部
９３３    リストバンド
９３５    ボタン
９３６    竜頭
９３９    カメラ
９５１    筐体
９５２    表示部
９５３    操作ボタン
９５４    外部接続ポート
９５５    スピーカ
９５６    マイク
９５７    カメラ
９６１    筐体
９６２    シャッターボタン
９６３    マイク
９６５    表示部
９６６    操作キー
９６７    スピーカ
９６８    ズームレバー
９６９    レンズ
９７１    筐体
９７３    表示部
９７４    操作キー
９７５    スピーカ
９７６    通信用接続端子
９７７    光センサ
【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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