(57)【要約】【課題】生産性の良好な表示装置の作製方法を提供する。【解決手段】支持基板上に剥離層を介して第１基板を設ける。第１基板上に、偏光板、光拡散層、および第１電極を設ける。第２基板上に、透過型の液晶素子、トランジスタ、および第２電極を設ける。第１基板と第２基板を、第１電極と第２電極が向かい合うように液晶層を介して重ね、反射型の液晶素子を設ける。支持基板を介して剥離層およびその近傍に光を照射して、支持基板を分離する。【選択図】図１８
2018066960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１工程乃至第７工程を有し、
前記第１工程は、
第１支持基板上に、第１剥離層と、第１樹脂層と、を設ける工程と、
前記樹脂層上に、第１電極を設ける工程と、
前記第１電極上に、光拡散層と、第１偏光板と、を設ける工程と、を有し、
前記第２工程は、
第２支持基板上に、第２剥離層と、第２樹脂層と、第１基板と、を設ける工程と、を有し、
前記第３工程は、
前記第１支持基板と第２支持基板を、前記偏光板と前記第１基板が向かい合うように第１接着層を介して重ねる工程と、
前記第１支持基板を介して前記第１剥離層に光を照射する工程と、
前記第１支持基板および前記第１剥離層を前記第１樹脂層から分離する工程と、
前記第１樹脂層を除去する工程と、を有し、
前記第４工程は、
第３支持基板上に、第３剥離層と、第３樹脂層と、第２電極と、トランジスタと、第３電極と、を設ける工程を有し、
前記第５工程は、
前記第４支持基板上に、第４剥離層と、第４樹脂層と、第２基板と、第４電極と、を設ける工程を有し、
前記第６工程は、
第３支持基板と第４支持基板を、前記第３電極と前記第４電極が向かい合うように第１液晶層を介して重ねる工程と、
前記第３支持基板を介して前記第３剥離層に光を照射する工程と、
前記第３支持基板および前記第３剥離層を前記第３樹脂層から分離する工程と、
前記第３樹脂層を除去する工程と、を有し、
前記第７工程は、
前記第１基板と前記第２基板を、前記第１電極と前記第２電極が向かい合うように第２液晶層を介して重ねる工程と、
前記第２支持基板を介して前記第２剥離層に光を照射する工程と、
前記第２支持基板および前記第２剥離層を前記第２樹脂層から分離する工程と、
前記第２樹脂層を除去する工程と、
前記第４支持基板を介して前記第４剥離層に光を照射する工程と、
前記第４支持基板および前記第４剥離層を前記第４樹脂層から分離する工程と、
前記第４樹脂層を除去する工程と、前記第２基板上に第２偏光板を設ける工程と、
を有する表示装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１基板の厚さが０．５ｍｍ未満である表示装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第２基板の厚さが０．５ｍｍ未満である表示装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項において、
前記第１乃至第４樹脂層がポリイミドを有する表示装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一項において、
前記光の波長が１８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下である表示装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一項において、
前記第１基板上に、反射防止層または防眩層の少なくとも一方が設けられている表示装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか一項において、
前記トランジスタが酸化物半導体を有する表示装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一項において、
前記第１電極と前記第２液晶層の間に配向膜を有し、
前記第２電極と前記第２液晶層の間に配向膜を有する表示装置の作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項において、
前記第３電極と前記第１液晶層の間に配向膜を有し、
前記第４電極と前記第１液晶層の間に配向膜を有する表示装置の作製方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
前記第１基板上にタッチセンサを有する表示装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本明細書等で開示する発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特に、表示装置または表示装置の作製方法に関する。
【０００２】
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置および電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。
【背景技術】
【０００３】
電子ブック、タブレット、スマートフォン等のモバイル機器に代表される電子機器が普及している。モバイル機器は、屋外環境や室内環境など利用する環境の明るさに適した表示をすることが求められている。
【０００４】
電子機器の表示部に用いられる表示装置の一つとして、液晶素子を備える液晶表示装置がある。例えば、画素電極をマトリクス状に配置し、画素電極の各々に接続するスイッチング素子としてトランジスタを用いたアクティブマトリクス型液晶表示装置が注目を集めている。
【０００５】
例えば、画素電極の各々に接続するスイッチング素子として、金属酸化物をチャネル形成領域とするトランジスタを用いるアクティブマトリクス型液晶表示装置が知られている。（特許文献１及び特許文献２）
【０００６】
アクティブマトリクス型液晶表示装置には大きく分けて透過型と反射型の二種類のタイプが知られている。
【０００７】
透過型の液晶表示装置は、冷陰極蛍光ランプやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）などのバックライトを用い、液晶の光学変調作用を利用して、バックライトからの光が液晶を透過して液晶表示装置外部に出力される状態と、出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行うものである。
【０００８】
また、反射型の液晶表示装置は、液晶の光学変調作用を利用して、外光、即ち入射光が画素電極で反射して装置外部に出力される状態と、入射光が装置外部に出力されない状態とを選択し、明と暗の表示を行わせ、さらにそれらを組み合わせることで、画像表示を行うものである。反射型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と比較して、バックライトを使用しないため、消費電力が少ないといった長所を有する。
【０００９】
また、特にモバイル機器は、薄型化および軽量化の要求も高まっている。このため、表示装置の薄型化および軽量化の要求も高まっている。表示装置の薄型化および軽量化を実現するために、機械研磨によって表示装置の基板を薄くする方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【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】
【００１１】
機械研磨により基板を薄くすると、それ以降の表示装置の作製工程において、試料の取り扱いが困難となる。よって、機械研磨による基板の薄型化は、表示装置作製の終盤工程で行われることが多い。一方で、機械研磨による基板の薄型化は、生産性の低下、歩留まりの低下を引き起こしやすい。このため、表示装置の作製工程の終盤において、機械研磨による基板の薄型化による破損が生じると、損害額が大きくなってしまう。
【００１２】
上記課題に鑑み、本発明の一態様は、生産性の良好な表示装置または電子機器などを提供することを課題の一とする。または、表示装置または電子機器を作製する際の歩留まりを高めることを課題の一とする。または、信頼性が良好な表示装置または電子機器などを提供することを課題の一つとする。または、視認性が良好な表示装置または電子機器などを提供することを課題の一とする。または、表示品位が良好な表示装置または電子機器などを提供することを課題の一つとする。または、新規な表示装置または電子機器などを提供することを課題の一つとする。
【００１３】
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。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、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】
【００１４】
本発明の一態様は、第１工程乃至第７工程を有し、第１工程は、第１支持基板上に、第１剥離層と、第１樹脂層と、を設ける工程と、樹脂層上に、第１電極を設ける工程と、第１電極上に、光拡散層と、第１偏光板と、を設ける工程と、を有し、第２工程は、第２支持基板上に、第２剥離層と、第２樹脂層と、第１基板と、を設ける工程と、を有し、第３工程は、第１支持基板と第２支持基板を、偏光板と第１基板が向かい合うように第１接着層を介して重ねる工程と、第１支持基板を介して第１剥離層に光を照射する工程と、第１支持基板および第１剥離層を第１樹脂層から分離する工程と、第１樹脂層を除去する工程と、を有し、第４工程は、第３支持基板上に、第３剥離層と、第３樹脂層と、第２電極と、トランジスタと、第３電極と、を設ける工程を有し、第５工程は、第４支持基板上に、第４剥離層と、第４樹脂層と、第２基板と、第４電極と、を設ける工程を有し、第６工程は、第３支持基板と第４支持基板を、第３電極と第４電極が向かい合うように第１液晶層を介して重ねる工程と、第３支持基板を介して第３剥離層に光を照射する工程と、第３支持基板および第３剥離層を第３樹脂層から分離する工程と、第３樹脂層を除去する工程と、を有し、第７工程は、第１基板と第２基板を、第１電極と第２電極が向かい合うように第２液晶層を介して重ねる工程と、第２支持基板を介して第２剥離層に光を照射する工程と、第２支持基板および第２剥離層を第２樹脂層から分離する工程と、第２樹脂層を除去する工程と、第４支持基板を介して第４剥離層に光を照射する工程と、第４支持基板および第４剥離層を第４樹脂層から分離する工程と、第４樹脂層を除去する工程と、第２基板上に第２偏光板を設ける工程と、を有する表示装置の作製方法である。
【００１５】
第１基板の厚さは０．５ｍｍ未満であることが好ましい。第２基板の厚さは０．５ｍｍ未満であることが好ましい。第１乃至第４樹脂層は、ポリイミドを有することが好ましい。剥離層に照射する光の波長は、１８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下が好ましい。第１基板上に、反射防止層または防眩層の少なくとも一方が設けられていることが好ましい。
【００１６】
上記の作製方法で作製された表示装置は、反射型の液晶素子と透過型の液晶素子を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、生産性の良好な表示装置または電子機器などを提供できる。または、表示装置または電子機器を作製する際の歩留まりを高めることができる。または、信頼性が良好な表示装置または電子機器などを提供できる。または、視認性が良好な表示装置または電子機器などを提供できる。または、表示品位が良好な表示装置または電子機器などを提供できる。または、新規な表示装置または電子機器などを提供できる。
【００１８】
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。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、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】
【００１９】
【図１】表示装置の一例を説明する図。
【図２】表示装置の一例を説明する図。
【図３】表示装置の一例を説明する図。
【図４】表示装置の一例を説明する図。
【図５】表示装置の一例を説明する図。
【図６】トランジスタの一例を示す断面図。
【図７】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図８】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図９】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１０】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１１】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１２】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１３】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１４】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１５】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１６】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１７】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１８】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図１９】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図２０】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図２１】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図２２】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図２３】表示装置の作製方法の一例を説明する図。
【図２４】表示装置の一例を説明する図。
【図２５】本発明の一態様を説明する図。
【図２６】表示装置の構成例を説明する図。
【図２７】画素の回路構成例を説明する図。
【図２８】画素の回路構成例および平面構成例を説明する図。
【図２９】表示モード毎の電子機器の使用例を説明する図。
【図３０】画素の構成例を説明する、模式図及び状態遷移図。
【図３１】動作モードを説明する、回路図及びタイミングチャート。
【図３２】タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。
【図３３】タッチセンサの回路図。
【図３４】表示装置のブロック図及びタイミングチャート図。
【図３５】表示装置およびタッチセンサの動作を説明する図。
【図３６】表示装置およびタッチセンサの動作を説明する図。
【図３７】トランジスタの一例を示す上面図及び断面図。
【図３８】トランジスタの一例を示す上面図及び断面図。
【図３９】トランジスタの一例を示す上面図及び断面図。
【図４０】試料のＸＲＤスペクトルの測定結果を説明する図。
【図４１】試料のＴＥＭ像、および電子線回折パターンを説明する図。
【図４２】試料のＥＤＸマッピングを説明する図。
【図４３】電子機器の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。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場合がある。
【００２１】
また、図面などにおいて示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、発明の理解を容易とするため、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、図面などに開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、発明の理解を容易とするため、省略して示すことがある。
【００２２】
また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
【００２３】
本明細書等において、「第１」、「第２」などの序数詞は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、工程順または積層順など、なんらかの順番や順位を示すものではない。また、本明細書等において序数詞が付されていない用語であっても、構成要素の混同を避けるため、特許請求の範囲において序数詞が付される場合がある。また、本明細書等において付された序数詞と、特許請求の範囲において付された序数詞が異なる場合がある。また、本明細書等において序数詞が付されている用語であっても、特許請求の範囲などにおいて序数詞を省略する場合がある。
【００２４】
また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって設けられている場合なども含む。
【００２５】
なお、チャネル長とは、例えば、トランジスタの上面図において、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソース（ソース領域またはソース電極）とドレイン（ドレイン領域またはドレイン電極）との間の距離をいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル長が全ての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル長は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル長は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００２６】
チャネル幅とは、例えば、半導体（またはトランジスタがオン状態のときに半導体の中で電流の流れる部分）とゲート電極とが互いに重なる領域、またはチャネルが形成される領域における、ソースとドレインとが向かい合っている部分の長さをいう。なお、一つのトランジスタにおいて、チャネル幅がすべての領域で同じ値をとるとは限らない。即ち、一つのトランジスタのチャネル幅は、一つの値に定まらない場合がある。そのため、本明細書では、チャネル幅は、チャネルの形成される領域における、いずれか一の値、最大値、最小値または平均値とする。
【００２７】
なお、トランジスタの構造によっては、実際にチャネルの形成される領域におけるチャネル幅（以下、「実効的なチャネル幅」ともいう。）と、トランジスタの上面図において示されるチャネル幅（以下、「見かけ上のチャネル幅」ともいう。）と、が異なる場合がある。例えば、ゲート電極が半導体層の側面を覆う場合、実効的なチャネル幅が、見かけ上のチャネル幅よりも大きくなり、その影響が無視できなくなる場合がある。例えば、微細かつゲート電極が半導体の側面を覆うトランジスタでは、半導体の側面に形成されるチャネル形成領域の割合が大きくなる場合がある。その場合は、見かけ上のチャネル幅よりも、実効的なチャネル幅の方が大きくなる。
【００２８】
このような場合、実効的なチャネル幅の、実測による見積もりが困難となる場合がある。例えば、設計値から実効的なチャネル幅を見積もるためには、半導体の形状が既知という仮定が必要である。したがって、半導体の形状が正確にわからない場合には、実効的なチャネル幅を正確に測定することは困難である。
【００２９】
そこで、本明細書では、見かけ上のチャネル幅を、「囲い込みチャネル幅（ＳＣＷ：Ｓｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｗｉｄｔｈ）」と呼ぶ場合がある。また、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、囲い込みチャネル幅または見かけ上のチャネル幅を指す場合がある。または、本明細書では、単にチャネル幅と記載した場合には、実効的なチャネル幅を指す場合がある。なお、チャネル長、チャネル幅、実効的なチャネル幅、見かけ上のチャネル幅、囲い込みチャネル幅などは、断面ＴＥＭ像などを解析することなどによって、値を決定することができる。
【００３０】
なお、トランジスタの電界効果移動度や、チャネル幅当たりの電流値などを計算して求める場合、囲い込みチャネル幅を用いて計算する場合がある。その場合には、実効的なチャネル幅を用いて計算する場合とは異なる値をとる場合がある。
【００３１】
また、本明細書等において、フォトリソグラフィ法によりレジストマスクを形成し、その後にエッチング工程（除去工程）を行う場合は、特段の説明がない限り、当該レジストマスクは、エッチング工程終了後に除去するものとする。
【００３２】
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な場合がある。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能な場合がある。
【００３３】
また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
【００３４】
また、本明細書等に示すトランジスタは、特に断りがない場合、エンハンスメント型（ノーマリーオフ型）の電界効果トランジスタとする。また、本明細書等に示すトランジスタは、特に断りがない場合、ｎチャネル型のトランジスタとする。よって、そのしきい値電圧（「Ｖｔｈ」ともいう。）は、特に断りがない場合、０Ｖよりも大きいものとする。
【００３５】
なお、本明細書等において、バックゲートを有するトランジスタのＶｔｈは、特に断りがない場合、バックゲートの電位をソースまたはゲートと同電位としたときのＶｔｈをいう。
【００３６】
また、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ソースを基準とした時のゲートとソースの間の電位差（以下、「Ｖｇ」ともいう。）がしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、Ｖｇがしきい値電圧（以下、「Ｖｔｈ」ともいう。）よりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。
【００３７】
トランジスタのオフ電流は、Ｖｇに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。
【００３８】
一例として、Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇが０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−９Ａであり、Ｖｇが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１３Ａであり、Ｖｇが−０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−１９Ａであり、Ｖｇが−０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０−２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇが−０．５Ｖにおいて、または、Ｖｇが−０．５Ｖ乃至−０．８Ｖの範囲において、１×１０−１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０−２２Ａ以下となるＶｇが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０−２２Ａ以下である、と言う場合がある。
【００３９】
トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温（ＲＴ：Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）、６０℃、８５℃、９５℃、または１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃以上３５℃以下の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、ＲＴ、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃以上３５℃以下の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇの値が存在することを指す場合がある。
【００４０】
トランジスタのオフ電流は、ソースを基準とした時のドレインとソースの間の電圧（以下、「Ｖｄ」ともいう。）に依存する場合がある。本明細書において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ、２．５Ｖ、３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるＶｄ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄ、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇの値が存在することを指す場合がある。
【００４１】
上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。
【００４２】
また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。
【００４３】
なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が直上または直下で、かつ、直接接していることを限定するものではない。例えば、「絶縁層Ａ上の電極Ｂ」の表現であれば、絶縁層Ａの上に電極Ｂが直接接して設けられている必要はなく、絶縁層Ａと電極Ｂとの間に他の構成要素を含むものを除外しない。
【００４４】
また、本明細書において、「平行」とは、明示されている場合を除き、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、「略平行」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」および「直交」とは、明示されている場合を除き、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。また、「略垂直」とは、明示されている場合を除き、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
【００４５】
なお、本明細書等において、計数値および計量値に関して「同一」、「同じ」、「等しい」または「均一」（これらの同意語を含む）などと言う場合は、明示されている場合を除き、プラスマイナス２０％の誤差を含むものとする。
【００４６】
（実施の形態１）
本発明の一態様の表示装置１００について、図面を用いて説明する。
【００４７】
＜断面構成例＞
〔構成例１〕
図１は、表示装置１００の斜視概略図である。表示装置１００は、基板３５１と基板３６１とが貼り合わされた構成を有する。図１では、基板３６１を破線で明示している。
【００４８】
表示装置１００は、表示部３６２、回路３６４、配線３６５等を有する。図１では表示装置１００にＩＣ（集積回路）３７３及びＦＰＣ３７２が実装されている例を示している。そのため、図１に示す構成は、表示装置１００、ＩＣ、及びＦＰＣを有する表示モジュールということもできる。
【００４９】
回路３６４としては、例えば走査線駆動回路を用いることができる。
【００５０】
配線３６５は、表示部３６２及び回路３６４に信号及び電力を供給する機能を有する。当該信号及び電力は、ＦＰＣ３７２を介して外部から、またはＩＣ３７３から配線３６５に入力される。
【００５１】
図１では、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ）方式等により、基板３５１にＩＣ３７３が設けられている例を示す。ＩＣ３７３は、例えば走査線駆動回路または信号線駆動回路などを有するＩＣを適用できる。なお、表示装置１００及び表示モジュールは、ＩＣを設けない構成としてもよい。また、ＩＣを、ＣＯＦ方式等により、ＦＰＣに実装してもよい。
【００５２】
また、基板３５１の外側にバックライト（図示せず。）が設けられている。
【００５３】
図１には、表示部３６２の一部の拡大図を示している。表示部３６２には、複数の表示素子が有する電極３１１ｂがマトリクス状に配置されている。電極３１１ｂは、可視光を反射する機能を有し、液晶素子１８０の反射電極として機能する。
【００５４】
また、図１に示すように、電極３１１ｂは開口部４５１を有する。さらに表示部３６２は、電極３１１ｂよりも基板３５１側に、液晶素子１７０を有する。バックライトが発する光は、液晶素子１７０、および、電極３１１ｂの開口部４５１を介して基板３６１側に射出される。
【００５５】
液晶素子１７０の電極として機能する電極１９１（図２参照。）の面積と、開口部４５１の面積とは等しくてもよい。ただし、電極１９１の面積の方が開口部４５１の面積よりも大きいと、位置ずれに対するマージンが大きくなるため好ましい。特に、開口部４５１が、電極１９１の内側に設けられていることが好ましい。また、開口部４５１が小さいと、バックライトからの光の一部が電極３１１ｂによって遮られ、外部に取り出せないことがある。開口部４５１を十分に大きくすることで、バックライトの光が無駄になることを抑制できる。よって、表示装置１００の消費電力を低減することができる。
【００５６】
図２に、図１で示した表示装置１００の、ＦＰＣ３７２を含む領域の一部、回路３６４を含む領域の一部、及び表示部３６２を含む領域の一部をそれぞれ切断したときの断面の一例を示す。
【００５７】
なお、図２では、表示装置１００の下方にバックライト１５０を併記している。バックライト１５は、表示装置１００に光を供給する機能を有する。バックライト１５０としては、例えば、発光ダイオード、ＥＬ素子、または冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ  Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ  Ｌａｍｐ）などを用いることができる。
【００５８】
図２に示す表示装置１００は、基板３５１と基板３６１の間に、トランジスタ２０１、容量素子２０３、トランジスタ２０５、トランジスタ２０６、液晶素子１８０、液晶素子１７０、絶縁層２２０、着色層１３１、タッチセンサ３７０、光拡散層１２２、偏光板１２３等を有する。基板３６１と絶縁層２２０は接着層１４１を介して接着されている。基板３５１と絶縁層２２０は接着層１４２を介して接着されている。また、基板３５１の外側に偏光板１２４を有する。
【００５９】
なお、本実施の形態に示す液晶素子１８０は反射型の液晶素子である。よって、偏光板１２３として円偏光板を用いる。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。また、偏光板の種類に応じて、液晶素子１８０に用いる液晶素子のセルギャップ、配向、駆動電圧等を調整することで、所望のコントラストが実現されるようにすればよい。また、目的、用途、素子構成などによっては、円偏光板に代えて直線偏光板を用いてもよい。偏光板１２３に円偏光板を用いる場合、偏光板１２４にも円偏光板を用いることが好ましい。
【００６０】
基板３６１には、着色層１３１、遮光層１３２、絶縁層１２１、及び液晶素子１８０の共通電極として機能する電極１１３、配向膜１３３ｂ、絶縁層１１７等が設けられている。絶縁層１２１は、平坦化層としての機能を有していてもよい。絶縁層１２１により、電極１１３の表面を概略平坦にできるため、液晶１１２の配向状態を均一にできる。絶縁層１１７は、液晶素子１８０のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。絶縁層１１７は可視光を透過する材料を用いて形成する。また、絶縁層１１７を液晶素子１８０の表示領域と重ねて配置する。よって、絶縁層１１７を開口部４５１と重ねて配置する。絶縁層１１７の面積は、開口部４５１の面積よりも大きいことが好ましい。特に、開口部４５１が、絶縁層１１７の内側に設けられていることが好ましい。
【００６１】
なお、基板３６１の外側の面には光学部材などの機能性部材を配置することができる。光学部材としては、偏光板、位相差板、光拡散層（拡散フィルムなど）、反射防止層、及び集光フィルム等が挙げられる。また、光学部材以外の機能性部材としては、ゴミの付着を抑制する帯電防止膜、汚れを付着しにくくする撥水性の膜、使用に伴う傷の発生を抑制するハードコート膜などが挙げられる。
【００６２】
本実施の形態に示す表示装置１００は、基板３６１の外側の面に反射防止層１３５（「Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ層」または「ＡＲ層」ともいう。）を有する。ＡＲ層は、光の干渉作用を利用して、外光の正反射（鏡面反射）を低減する機能を有する。
【００６３】
ＡＲ層は、基板３６１の屈折率と異なる屈折率を有する材料で形成される。ＡＲ層は、例えば、酸化ジルコニウム、フッ化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化シリコンなどの材料を用いて形成することができる。
【００６４】
また、ＡＲ層に代えて防眩層（「Ａｎｔｉ  Ｇｌａｒｅ層」または「ＡＧ層」ともいう。）を設けてもよい。ＡＧ層は、入射した外光を拡散させることにより、正反射（鏡面反射）を低減する機能を有する。
【００６５】
ＡＧ層の形成方法としては、表面に微細な凹凸を設ける方法、屈折率の異なる材料を混合する方法、または、双方を組み合わせる方法などが知られている。例えば、透光性を有する樹脂に、セルロース繊維などのナノファイバ、酸化シリコンなどの無機ビーズ、または樹脂ビーズなどを混合して、ＡＧ層を形成することができる。
【００６６】
また、ＡＲ層に重ねてＡＧ層を設けてもよい。ＡＲ層とＡＧ層を積層して設けることで、外光の反射や映り込みを防ぐ機能をより高めることができる。ＡＲ層、および／またはＡＧ層などを用いることにより、表示装置の表面の外光反射率を１％未満、好ましくは０．３％未満とするとよい。
【００６７】
液晶素子１８０は反射型の液晶素子である。液晶素子１８０は、電極３１１ａ、液晶１１２、電極１１３が積層された積層構造を有する。電極３１１ａの基板３５１側に接して、可視光を反射する電極３１１ｂが設けられている。電極３１１ｂは開口部４５１を有する。電極３１１ａ及び電極１１３は可視光を透過する。液晶１１２と電極３１１ａの間に配向膜１３３ａが設けられている。液晶１１２と電極１１３の間に配向膜１３３ｂが設けられている。
【００６８】
液晶素子１８０において、電極３１１ｂは可視光を反射する機能を有し、電極１１３は可視光を透過する機能を有する。基板３６１側から入射した光は、偏光板１２３により偏光され、電極１１３、液晶１１２を透過し、電極３１１ｂで反射する。そして液晶１１２及び電極１１３を再度透過して、偏光板１２３に達する。このとき、電極３１１ｂと電極１１３の間に与える電圧によって液晶の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板１２３を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層１３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
【００６９】
接続部２０７において、電極３１１ｂは、導電層２２１ｂを介して、トランジスタ２０６が有する導電層２２２ａと電気的に接続されている。トランジスタ２０６は、液晶素子１８０の駆動を制御する機能を有する。
【００７０】
接着層１４１が設けられる一部の領域には、接続部２５２が設けられている。接続部２５２において、電極３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層と、電極１１３の一部が、接続体２４３により電気的に接続されている。したがって、基板３６１側に形成された電極１１３に、ＦＰＣ３７２から入力される信号または電位を、接続部２５２を介して供給することができる。
【００７１】
接着層１４２が設けられる一部の領域には、接続部２５３が設けられている。接続部２５３において、電極１９１と同一の導電膜を加工して得られた導電層２１６と、電極１９３の一部が、接続体２４４により電気的に接続されている。したがって、基板３５１側に形成された電極１９３に、ＦＰＣ３７２から入力される信号または電位を、接続部２５２を介して供給することができる。
【００７２】
接続体２４３および接続体２４４としては、例えば導電性の粒子を用いることができる。導電性の粒子としては、有機樹脂またはシリカなどの粒子の表面を金属材料で被覆したものを用いることができる。金属材料としてニッケルや金を用いると接触抵抗を低減できるため好ましい。またニッケルをさらに金で被覆するなど、２種類以上の金属材料を層状に被覆させた粒子を用いることが好ましい。また接続体２４３として、弾性変形、または塑性変形する材料を用いることが好ましい。このとき導電性の粒子である接続体２４３は、図２に示すように上下方向に潰れた形状となる場合がある。こうすることで、接続体２４３と、これと電気的に接続する導電層との接触面積が増大し、接触抵抗を低減できるほか、接続不良などの不具合の発生を抑制することができる。例えば、硬化前の接着層１４１に接続体２４３を分散させておけばよい。
【００７３】
接続体２４３は、接着層１４１に覆われるように配置することが好ましい。例えば、硬化前の接着層１４１に接続体２４３を分散させておけばよい。
【００７４】
液晶素子１７０は、透過型の液晶素子である。液晶素子１７０は、電極１９１、液晶１９２、電極１９３が積層された積層構造を有する。電極１９１は、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、トランジスタ２０５が有する導電層２２２ｂと接続されている。トランジスタ２０５は、液晶素子１７０の駆動を制御する機能を有する。電極１９１および電極１９３は可視光を透過する機能を有する。液晶１９２と電極１９１間に配向膜１９４ａが設けられている。液晶１９２と電極１９３間に配向膜１９４ｂが設けられている。
【００７５】
また、絶縁層２１４上に絶縁層１１８が設けられている。絶縁層１１８は、液晶素子１７０のセルギャップを保持するためのスペーサとして機能する。
【００７６】
基板３５１側から入射したバックライト（図示せず。）の光は、偏光板１２４により偏光され、電極１９３、液晶１９２、電極１９１、開口部４５１、絶縁層１１７を透過し、偏光板１２３に達する。このとき、電極１９１と電極１９３の間に与える電圧によって液晶１９２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１２３を介して射出される光の強度を制御することができる。また光は着色層１３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されることにより、取り出される光は、例えば赤色を呈する光となる。
【００７７】
トランジスタ２０１、容量素子２０３、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６は、いずれも絶縁層２２０の基板３５１側の面上に形成されている。これらのトランジスタは、同一の工程を用いて作製することができる。
【００７８】
絶縁層２２０の基板３５１側には、絶縁層２１１、絶縁層２１２、絶縁層２１３、絶縁層２１４等の絶縁層が設けられている。絶縁層２１１は、その一部が各トランジスタのゲート絶縁層として機能する。絶縁層２１２は、トランジスタ２０６等を覆って設けられる。絶縁層２１３は、トランジスタ２０５等を覆って設けられている。絶縁層２１４は、平坦化層としての機能を有する。なお、トランジスタを覆う絶縁層の数は限定されず、単層であっても２層以上であってもよい。
【００７９】
各トランジスタを覆う絶縁層の少なくとも一層に、水や水素などの不純物が拡散しにくい材料を用いることが好ましい。これにより、絶縁層をバリア膜として機能させることができる。このような構成とすることで、トランジスタに対して外部から不純物が拡散することを効果的に抑制することが可能となり、信頼性の高い表示装置を実現できる。
【００８０】
トランジスタ２０１、トランジスタ２０５、及びトランジスタ２０６は、ゲートとして機能する導電層２２１ａ、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１１、ソース及びドレインとして機能する導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂ、並びに、半導体層２３１を有する。ここでは、同一の導電膜を加工して得られる複数の層に、同じハッチングパターンを付している。
【００８１】
トランジスタ２０１及びトランジスタ２０５は、トランジスタ２０６の構成に加えて、ゲートとして機能する導電層２２３を有する。
【００８２】
トランジスタ２０１及びトランジスタ２０５には、チャネルが形成される半導体層を２つのゲートで挟持する構成が適用されている。このような構成とすることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。２つのゲートを接続し、これらに同一の信号を供給することによりトランジスタを駆動してもよい。このような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、高速駆動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、または高精細化したときに配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することができる。
【００８３】
または、２つのゲートのうち、一方に閾値電圧を制御するための電位を与え、他方に駆動のための電位を与えることで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。
【００８４】
表示装置が有するトランジスタの構造に限定はない。回路３６４が有するトランジスタと、表示部３６２が有するトランジスタは、同じ構造であってもよく、異なる構造であってもよい。回路３６４が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。同様に、表示部３６２が有する複数のトランジスタは、全て同じ構造であってもよく、２種類以上の構造が組み合わせて用いられていてもよい。
【００８５】
導電層２２３には、酸化物を含む導電性材料を用いてもよい。導電層２２３を構成する導電膜の成膜時に、酸素を含む雰囲気下で成膜することで、絶縁層２１２に酸素を供給することができる。成膜ガス中の酸素ガスの割合を９０％以上１００％以下の範囲とすることが好ましい。絶縁層２１２に供給された酸素は、後の熱処理により半導体層２３１に供給され、半導体層２３１中の酸素欠損の低減を図ることができる。
【００８６】
特に、導電層２２３には、低抵抗化された酸化物半導体を用いることが好ましい。このとき、絶縁層２１３に水素を放出する絶縁膜、例えば窒化シリコン膜等を用いることが好ましい。絶縁層２１３の成膜中、またはその後の熱処理によって導電層２２３中に水素が供給され、導電層２２３の電気抵抗を効果的に低減することができる。
【００８７】
なお、導電層２２３は必要に応じて設ければよい。例えば、トランジスタ２０６に導電層２２３を設けてもよい。また、トランジスタ２０１およびトランジスタ２０５の導電層２２３を設けなくてもよい。
【００８８】
基板３５１の基板３６１と重ならない領域には、接続部２０４が設けられている。接続部２０４では、配線３６５が接続層２４２を介してＦＰＣ３７２と電気的に接続されている。接続部２０４は接続部２０７と同様の構成を有している。接続部２０４の上面は、電極３１１ａと同一の導電膜を加工して得られた導電層が露出している。これにより、接続部２０４とＦＰＣ３７２とを接続層２４２を介して電気的に接続することができる。
【００８９】
液晶素子１７０および液晶素子１８０としては、例えば垂直配向（ＶＡ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが適用された液晶素子を用いることができる。垂直配向モードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｓｕｐｅｒ  Ｖｉｅｗ）モードなどを用いることができる。
【００９０】
液晶素子１７０および液晶素子１８０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モードのほかに、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＶＡ−ＩＰＳモード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、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。
【００９１】
液晶素子は、液晶の光学的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。
【００９２】
液晶材料としては、ポジ型の液晶、またはネガ型の液晶のいずれを用いてもよく、適用するモードや設計に応じて最適な液晶材料を用いればよい。
【００９３】
液晶の配向を制御するため、配向膜を設けることができる。なお、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性である。また、ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、配向処理が不要であり、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。
【００９４】
偏光板１２３よりも外側に、フロントライトを設けてもよい。フロントライトとしては、エッジライト型のフロントライトを用いることが好ましい。ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を備えるフロントライトを用いると、消費電力を低減できるため好ましい。
【００９５】
接着層としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、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。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、ＰＶＣ（ポリビニルクロライド）樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラル）樹脂、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
【００９６】
接続層２４２としては、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）、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。
【００９７】
［基板］
基板３５１および基板３６１に用いる材料に大きな制限はない。目的に応じて、透光性の有無や加熱処理に耐えうる程度の耐熱性などを勘案して決定すればよい。例えばバリウムホウケイ酸ガラスやアルミノホウケイ酸ガラスなどのガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板などを用いることができる。また、半導体基板、可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。
【００９８】
半導体基板としては、例えば、シリコン、もしくはゲルマニウムなどを材料とした単体半導体基板、または炭化シリコン、シリコンゲルマニウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛、もしくは酸化ガリウムを材料とした化合物半導体基板などがある。また、半導体基板は、単結晶半導体であってもよいし、多結晶半導体であってもよい。
【００９９】
なお、表示装置１１０の可撓性を高めるため、基板３５１および基板３６１には可撓性基板（フレキシブル基板）、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどを用いてもよい。
【０１００】
可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリアミド樹脂（ナイロン、アラミド等）、ポリシロキサン樹脂、シクロオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂、ＡＢＳ樹脂、セルロースナノファイバーなどを用いることができる。
【０１０１】
基板として上記材料を用いることにより、軽量な表示装置を提供することができる。また、基板として上記材料を用いることにより、衝撃に強い表示装置を提供することができる。また、基板として上記材料を用いることにより、破損しにくい表示装置を提供することができる。
【０１０２】
基板３５１および基板３６１に用いる可撓性基板は、線膨張率が低いほど環境による変形が抑制されて好ましい。基板３５１および基板３６１に用いる可撓性基板は、例えば、線膨張率が１×１０−３／Ｋ以下、５×１０−５／Ｋ以下、または１×１０−５／Ｋ以下である材質を用いればよい。特に、アラミドは、線膨張率が低いため、可撓性基板として好適である。
【０１０３】
［導電層］
トランジスタのゲート、ソースおよびドレインのほか、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層に用いることのできる材料としては、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などが挙げられる。これらの材料を含む膜を単層で、または積層構造として用いることができる。
【０１０４】
また、透光性を有する導電性材料としては、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物またはグラフェンを用いることができる。または、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、またはチタンなどの金属材料や、該金属材料を含む合金材料を用いることができる。または、該金属材料の窒化物（例えば、窒化チタン）などを用いてもよい。なお、金属材料、合金材料（またはそれらの窒化物）を用いる場合には、透光性を有する程度に薄くすればよい。また、上記材料の積層膜を導電層として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウムスズ酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。これらは、表示装置を構成する各種配線および電極などの導電層や、表示素子が有する導電層（画素電極や共通電極として機能する導電層）にも用いることができる。
【０１０５】
［絶縁層］
各絶縁層に用いることのできる絶縁材料としては、例えば、アクリル、エポキシなどの樹脂材料、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、酸化アルミニウムなどの無機絶縁材料が挙げられる。
【０１０６】
［着色層］
着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。着色層の色を画素毎に異ならせ、複数の画素を組み合わせることで、カラー表示を実現できる。
【０１０７】
［遮光層］
遮光層として用いることのできる材料としては、カーボンブラック、チタンブラック、金属、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等が挙げられる。遮光層は、樹脂材料を含む膜であってもよいし、金属などの無機材料の薄膜であってもよい。また、遮光層に、着色層の材料を含む膜の積層膜を用いることもできる。例えば、ある色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜と、他の色の光を透過する着色層に用いる材料を含む膜との積層構造を用いることができる。着色層と遮光層の材料を共通化することで、装置を共通化できるほか工程を簡略化できるため好ましい。
【０１０８】
〔構成例２〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ａの断面を図３に示す。表示装置１００Ａは、液晶素子１７０および液晶素子１８０にゲスト−ホストモードで動作する液晶材料を用いる場合の断面構成例を示している。
【０１０９】
液晶素子１７０および液晶素子１８０にゲスト−ホストモードで動作する液晶材料を用いることにより、光拡散層１２２、偏光板１２３および偏光板１２４を省略することができる。よって、表示装置の生産性を高めることができる。また、光拡散層１２２、偏光板１２３および偏光板１２４を設けないことにより、液晶素子１７０の透過光量を増やし、液晶素子１８０の反射輝度を高めることができる。よって、表示装置の視認性を高めることができる。なお、その他の構成については、表示装置１００と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１１０】
〔構成例３〕
【０１１１】
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｂの断面を図４に示す。表示装置１００Ｂは、絶縁層２１３と絶縁層２１４の間に着色層１３４を有し、着色層１３１を有していない点で、表示装置１００と異なる。着色層１３４は、着色層１３１と同様の材料および方法で作製することができる。その他の構成については、表示装置１００と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１１２】
表示装置１００Ｂにおいて、液晶素子１８０は、白色を呈する。着色層１３１を有していないため、表示装置１００は、液晶素子１７０および着色層１３４を用いたカラー表示と、液晶素子１８０を用いた白黒またはグレイスケールでの表示を行うことができる。
【０１１３】
〔構成例４〕
表示装置１００の変形例である表示装置１００Ｃの断面を図５に示す。表示装置１００Ｃは、絶縁層２１３と絶縁層２１４の間に着色層１３４を有する。また、着色層１３１と着色層１３４が重ならないように設けられている。その他の構成については、表示装置１００１と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０１１４】
表示装置１００Ｃは、液晶素子１７０および着色層１３４を用いてカラー表示を実現できる。また、液晶素子１８０および着色層１３１を用いてカラー表示を実現できる。カラー表示を実現するために、液晶素子１７０と組み合わせる着色層の色、および液晶素子１８０と組み合わせる着色層の色は、赤、緑、青の組み合わせだけでなく、黄、シアン、マゼンダの組み合わせであってもよい。例えば、液晶素子１７０と組み合わせる着色層の色を赤、緑、青とし、液晶素子１８０と組み合わせる着色層の色をシアン、マゼンダ、黄としてもよい。組み合わせる着色層の色は、目的または用途などに応じて適宜設定すればよい。
【０１１５】
〔トランジスタ〕
本発明の一態様において、表示装置が有するトランジスタの構造は特に限定されない。例えば、プレーナ型のトランジスタとしてもよいし、スタガ型のトランジスタとしてもよいし、逆スタガ型のトランジスタとしてもよい。また、トップゲート構造またはボトムゲート構造のいずれのトランジスタ構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。
【０１１６】
なお、チャネルの上下に設けられたゲート電極の一方を、「ゲート電極」という場合、他方を「バックゲート電極」という。また、チャネルの上下に設けられたゲート電極の一方を、「ゲート」という場合、他方を「バックゲート」という。なお、ゲート電極のことを「フロントゲート電極」という場合がある。同様に、ゲートのことを「フロントゲート」という場合がある。
【０１１７】
ゲート電極とバックゲート電極を設けることで、トランジスタの半導体層を、ゲート電極から生じる電界とバックゲート電極から生じる電界によって電気的に取り囲むことができる。ゲート電極およびバックゲート電極から生じる電界によって、チャネルが形成される半導体層を電気的に取り囲むトランジスタの構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【０１１８】
バックゲート電極はゲート電極と同様に機能させることができる。バックゲート電極の電位は、ゲート電極と同電位としてもよいし、接地電位や、任意の電位としてもよい。また、バックゲート電極の電位をゲート電極と連動させず独立して変化させることで、トランジスタのしきい値電圧を変化させることができる。
【０１１９】
ゲート電極とバックゲート電極を設けることで、更には、両者を同電位とすることで、半導体層においてキャリアの流れる領域が膜厚方向においてより大きくなるため、キャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタのオン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高くなる。
【０１２０】
したがって、トランジスタを占有面積に対して大きいオン電流を有するトランジスタとすることができる。すなわち、求められるオン電流に対して、トランジスタの占有面積を小さくすることができる。よって、集積度の高い半導体装置を実現することができる。
【０１２１】
また、ゲート電極とバックゲート電極は導電層で形成されるため、トランジスタの外部で生じる電界が、チャネルが形成される半導体層に作用しないようにする機能（特に静電気などに対する電界遮蔽機能）を有する。なお、平面視において、バックゲート電極を半導体層よりも大きく形成し、バックゲート電極で半導体層を覆うことで、電界遮蔽機能を高めることができる。
【０１２２】
ゲート電極とバックゲート電極は、それぞれが外部からの電界を遮蔽する機能を有するため、トランジスタの上方および下方に生じる荷電粒子等の電荷が半導体層のチャネル形成領域に影響しない。この結果、ストレス試験（例えば、ゲートに負の電荷を印加するＮＧＢＴ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験（「ＮＢＴ」または「ＮＢＴＳ」ともいう。）の劣化が抑制される。また、ゲート電極とバックゲート電極は、ドレイン電極から生じる電界が半導体層に作用しないように遮断することができる。よって、ドレイン電圧の変動に起因する、オン電流の立ち上がり電圧の変動を抑制することができる。なお、この効果は、ゲート電極およびバックゲート電極に電位が供給されている場合において顕著に生じる。
【０１２３】
また、バックゲート電極を有するトランジスタは、ゲートに正の電荷を印加するＰＧＢＴ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｇａｔｅ  Ｂｉａｓ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）ストレス試験（「ＰＢＴ」または「ＰＢＴＳ」ともいう。）前後におけるしきい値電圧の変動も、バックゲート電極を有さないトランジスタより小さい。
【０１２４】
なお、ＮＧＢＴおよびＰＧＢＴなどのＢＴストレス試験は加速試験の一種であり、長期間の使用によって起こるトランジスタの特性変化（経年変化）を短時間で評価することができる。特に、ＢＴストレス試験前後におけるトランジスタのしきい値電圧の変動量は、信頼性を調べるための重要な指標となる。ＢＴストレス試験前後において、しきい値電圧の変動量が少ないほど、信頼性が高いトランジスタであるといえる。
【０１２５】
また、ゲート電極およびバックゲート電極を有し、且つ両者を同電位とすることで、しきい値電圧の変動量が低減される。このため、複数のトランジスタ間における電気特性のばらつきも同時に低減される。
【０１２６】
また、バックゲート電極側から光が入射する場合に、バックゲート電極を、遮光性を有する導電膜で形成することで、バックゲート電極側から半導体層に光が入射することを防ぐことができる。よって、半導体層の光劣化を防ぎ、トランジスタのしきい値電圧がシフトするなどの電気特性の劣化を防ぐことができる。
【０１２７】
［半導体材料］
トランジスタの半導体層に用いる半導体材料の結晶性について大きな制限はない。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。なお、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。
【０１２８】
また、例えば、トランジスタの半導体層に用いる半導体材料として、シリコンや、ゲルマニウム等を用いることができる。また、炭化シリコン、ガリウム砒素、金属酸化物、窒化物半導体などの化合物半導体や、有機半導体などを用いることができる。
【０１２９】
また、トランジスタに用いる半導体材料として、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などを適用できる。
【０１３０】
特に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ソースとドレインの間に流れる電流を低減できるため好ましい。
【０１３１】
半導体層は、例えば少なくともインジウム、亜鉛およびＭ（アルミニウム、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、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属）を含むＩｎ−Ｍ−Ｚｎ系酸化物で表記される材料を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすため、それらと共に、スタビライザーを含むことが好ましい。
【０１３２】
スタビライザーとしては、上記Ｍで記載の金属を含め、例えば、ガリウム、スズ、ハフニウム、アルミニウム、またはジルコニウム等がある。また、他のスタビライザーとしては、ランタノイドである、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム等がある。
【０１３３】
半導体層を構成する酸化物半導体として、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０１３４】
なお、ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。
【０１３５】
図６（Ａ）乃至（Ｅ）に、トランジスタの構成例を示す。
【０１３６】
図６（Ａ）に示すトランジスタ１１０ａは、トップゲート構造のトランジスタである。
【０１３７】
トランジスタ１１０ａは、導電層２２１、絶縁層２１１、半導体層２３１、絶縁層２１２、導電層２２２ａ、及び導電層２２２ｂを有する。半導体層２３１は、絶縁層１５１上に設けられている。導電層２２１は絶縁層２１１を介して半導体層２３１と重なる。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、絶縁層２１１及び絶縁層２１２に設けられた開口を介して、半導体層２３１と電気的に接続される。
【０１３８】
導電層２２１は、ゲートとして機能する。絶縁層２１１は、ゲート絶縁層として機能する。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂのうち、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。
【０１３９】
トランジスタ１１０ａは、導電層２２１と導電層２２２ａまたは導電層２２２ｂとの物理的な距離を離すことが容易なため、これらの間の寄生容量を低減することが可能である。
【０１４０】
図６（Ｂ）に示すトランジスタ１１０ｂは、トランジスタ１１０ａの構成に加えて、導電層２２３及び絶縁層２１８を有する。導電層２２３は絶縁層１５１上に設けられ、半導体層２３１と重なる。絶縁層２１８は、導電層２２３及び絶縁層１５１を覆って設けられている。
【０１４１】
導電層２２３は、バックゲートとして機能できる。そのため、トランジスタのオン電流を高めることや、閾値電圧を制御することなどが可能である。
【０１４２】
図６（Ｃ）乃至（Ｅ）には、２つのトランジスタを積層した構造の例を示す。積層される２つのトランジスタの構造は、それぞれ独立に決定することができ、図６（Ｃ）乃至（Ｅ）の組み合わせに限られない。
【０１４３】
図６（Ｃ）に、トランジスタ１１０ｃとトランジスタ１１０ｄとを積層した構成を示す。トランジスタ１１０ｃは、２つのゲートを有する。トランジスタ１１０ｄは、ボトムゲート構造である。なお、トランジスタ１１０ｃは、ゲートを１つ有していてもよい（トップゲート構造）。また、トランジスタ１１０ｄはゲートを２つ有していてもよい。
【０１４４】
トランジスタ１１０ｃは、導電層２２３、絶縁層２１８、半導体層２３１、導電層２２１、絶縁層２１１、導電層２２２ａ、及び導電層２２２ｂを有する。導電層２２３は絶縁層１５１上に設けられている。導電層２２３は、絶縁層２１８を介して半導体層２３１と重なる。絶縁層２１８は、導電層２２３及び絶縁層１５１を覆って設けられている。導電層２２１は絶縁層２１１を介して半導体層２３１と重なる。図６（Ｃ）では絶縁層２１１が導電層２２１と重なる部分にのみ設けられている例を示すが、図６（Ｂ）等に示すように、絶縁層２１１が半導体層２３１の端部を覆うように設けられていてもよい。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、絶縁層２１２に設けられた開口を介して、半導体層２３１と電気的に接続される。
【０１４５】
トランジスタ１１０ｄは、導電層２２２ｂ、絶縁層２１３、半導体層２６１、導電層２６３ａ、及び導電層２６３ｂを有する。導電層２２２ｂは、絶縁層２１３を介して半導体層２６１と重なる領域を有する。絶縁層２１３は、導電層２２２ｂを覆って設けられている。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂは、半導体層２６１と電気的に接続される。
【０１４６】
導電層２２１及び導電層２２３は、それぞれ、トランジスタ１１０ｃのゲートとして機能する。絶縁層２１８及び絶縁層２１１は、トランジスタ１１０ｃのゲート絶縁層として機能する。導電層２２２ａはトランジスタ１１０ｃのソースまたはドレインの一方として機能する。
【０１４７】
導電層２２２ｂは、トランジスタ１１０ｃのソースまたはドレインの他方として機能する部分と、トランジスタ１１０ｄのゲートとして機能する部分と、を有する。絶縁層２１３は、トランジスタ１１０ｄのゲート絶縁層として機能する。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂのうち、一方はトランジスタ１１０ｄのソースとして機能し、他方はトランジスタ１１０ｄのドレインとして機能する。
【０１４８】
導電層２６３ｂと導電層２２２ｂが、絶縁層２１３を介して重なる領域は、容量素子１３０として機能できる。
【０１４９】
導電層２６３ｂは、絶縁層２１７及び絶縁層２１４に設けられた開口を介して、液晶素子１７０の画素電極として機能する電極１９１と電気的に接続されている。
【０１５０】
図６（Ｄ）に、トランジスタ１１０ｅとトランジスタ１１０ｆとを積層した構成を示す。トランジスタ１１０ｅは、ボトムゲート構造である。トランジスタ１１０ｆは、２つのゲートを有する。トランジスタ１１０ｅは、ゲートを２つ有していてもよい。
【０１５１】
トランジスタ１１０ｅは、導電層２２１、絶縁層２１１、半導体層２３１、導電層２２２ａ、及び導電層２２２ｂを有する。導電層２２１は絶縁層１５１上に設けられている。導電層２２１は、絶縁層２１１を介して半導体層２３１と重なる。絶縁層２１１は、導電層２２１及び絶縁層１５１を覆って設けられている。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、半導体層２３１と電気的に接続される。
【０１５２】
トランジスタ１１０ｆは、導電層２２２ｂ、絶縁層２１２、半導体層２６１、導電層２２３、絶縁層２１８、絶縁層２１３、導電層２６３ａ、及び導電層２６３ｂを有する。導電層２２２ｂは、絶縁層２１２を介して半導体層２６１と重なる領域を有する。絶縁層２１２は、導電層２２２ｂを覆って設けられている。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂは、絶縁層２１３に設けられた開口を介して、半導体層２６１と電気的に接続される。導電層２２３は、絶縁層２１８を介して半導体層２６１と重なる。絶縁層２１８は、導電層２２３と重なる部分に設けられている。
【０１５３】
導電層２２１は、トランジスタ１１０ｅのゲートとして機能する。絶縁層２１１は、トランジスタ１１０ｅのゲート絶縁層として機能する。導電層２２２ａはトランジスタ１１０ｅのソースまたはドレインの一方として機能する。
【０１５４】
導電層２２２ｂは、トランジスタ１１０ｅのソースまたはドレインの他方として機能する部分と、トランジスタ１１０ｆのバックゲートとして機能する部分と、を有する。導電層２２３は、トランジスタ１１０ｆのゲートとして機能する。絶縁層２１２及び絶縁層２１８は、それぞれ、トランジスタ１１０ｆのゲート絶縁層として機能する。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂのうち、一方はトランジスタ１１０ｆのソースとして機能し、他方はトランジスタ１１０ｆのドレインとして機能する。
【０１５５】
導電層２６３ｂは、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、液晶素子１７０の画素電極として機能する電極１９１と電気的に接続されている。
【０１５６】
図６（Ｅ）に、トランジスタ１１０ｇとトランジスタ１１０ｈとを積層した構成を示す。トランジスタ１１０ｇは、トップゲート構造である。トランジスタ１１０ｈは、２つのゲートを有する。なお、トランジスタ１１０ｇはゲートを２つ有していてもよい。
【０１５７】
トランジスタ１１０ｇは、半導体層２３１、導電層２２１、絶縁層２１１、導電層２２２ａ、及び導電層２２２ｂを有する。半導体層２３１は絶縁層１５１上に設けられている。導電層２２１は、絶縁層２１１を介して半導体層２３１と重なる。絶縁層２１１は、導電層２２１と重ねて設けられている。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、絶縁層２１２に設けられた開口を介して、半導体層２３１と電気的に接続される。
【０１５８】
トランジスタ１１０ｈは、導電層２２２ｂ、絶縁層２１３、半導体層２６１、導電層２２３、絶縁層２１８、絶縁層２１７、導電層２６３ａ、及び導電層２６３ｂを有する。導電層２２２ｂは、絶縁層２１３を介して半導体層２６１と重なる領域を有する。絶縁層２１３は、導電層２２２ｂを覆って設けられている。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂは、絶縁層２１３に設けられた開口を介して半導体層２６１と電気的に接続される。導電層２２３は、絶縁層２１８を介して半導体層２６１と重なる。絶縁層２１８は、導電層２２３と重なる部分に設けられている。
【０１５９】
導電層２２１は、トランジスタ１１０ｇのゲートとして機能する。絶縁層２１１は、トランジスタ１１０ｇのゲート絶縁層として機能する。導電層２２２ａはトランジスタ１１０ｇのソースまたはドレインの一方として機能する。
【０１６０】
導電層２２２ｂは、トランジスタ１１０ｇのソースまたはドレインの他方として機能する部分と、トランジスタ１１０ｈのバックゲートとして機能する部分と、を有する。導電層２２３は、トランジスタ１１０ｈのゲートとして機能する。絶縁層２１２及び絶縁層２１８は、それぞれ、トランジスタ１１０ｈのゲート絶縁層として機能する。導電層２６３ａ及び導電層２６３ｂのうち、一方はトランジスタ１１０ｈのソースとして機能し、他方はトランジスタ１１０ｈのドレインとして機能する。
【０１６１】
導電層２６３ｂは、絶縁層２１４に設けられた開口を介して、液晶素子１７０の画素電極として機能する電極１９１と電気的に接続されている。
【０１６２】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０１６３】
（実施の形態２）
表示装置１００の作製方法の一例について、図面を用いて説明する。特に、表示装置１００の表示部３６２に着目して、作製方法を説明する。
【０１６４】
なお、表示装置を構成する絶縁層、半導体層、導電層などは、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：Ｐｕｌｓｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層成膜（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを用いて形成することができる。ＣＶＤ法としては、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法や、熱ＣＶＤ法でもよい。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  ＣＶＤ）法を用いてもよい。
【０１６５】
また、表示装置を構成する絶縁層、半導体層、導電層などは、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、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。
【０１６６】
表示装置を構成する層（薄膜）を加工する際には、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、島状の層を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、リフトオフ法などにより層を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい層（薄膜）上にレジストマスクを形成して、レジストマスクをマスクとして用いて、当該層（薄膜）の一部を選択的に除去し、その後レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する層を成膜した後に、露光、現像を行って、当該層を所望の形状に加工する方法と、がある。
【０１６７】
フォトリソグラフィ法において光を用いる場合、露光に用いる光は、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、またはこれらを混合させた光を用いることができる。そのほか、紫外光や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。また、露光に用いる光として、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）やＸ線を用いてもよい。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。極端紫外光、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。
【０１６８】
層（薄膜）の除去（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。また、これらのエッチング方法を組み合わせて用いてもよい。
【０１６９】
＜作製方法例＞
本実施の形態に示す表示装置１００は、対向基板１７１（図８（Ｃ）参照。）とトランジスタ基板１８１（図１４）参照。）を組み合わせて作製する。
【０１７０】
〔対向基板１７１〕
まず、対向基板１７１の作製方法について説明する。
【０１７１】
［工程Ａ１］
支持基板３３１上に剥離層３３２を形成し、剥離層３３２上に層３３３を形成する（図７（Ａ）参照。）。支持基板３３１としては、基板３５１および基板３６１と同様の材料を用いることができる。また、支持基板３３１は、光を透過する機能を有することが好ましい。特に、紫外光を透過する機能を有することが好ましい。
【０１７２】
本実施の形態では支持基板３３１としてガラス基板を用いる。また、支持基板３３１は表示装置１００の作製工程に耐えうる機械的強度を有することが好ましい。言い換えると、支持基板３３１は、搬送が容易となる程度に剛性を有し、かつ作製工程にかかる温度に対して耐熱性を有することが好ましい。支持基板３３１の厚さは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、０．７ｍｍ以上５ｍｍ以下がより好ましい。
【０１７３】
剥離層３３２は、後に照射する光を吸収する機能を有することが好ましい。剥離層３３２としては、金属層または金属酸化物層などを用いることができる。例えば、剥離層３３２として、酸化チタン（ＴｉＯｘ）、酸化モリブデン、酸化アルミニウム、酸化タングステン、シリコンを含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、インジウム亜鉛酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物などを用いることができる。
【０１７４】
剥離層３３２の形成方法に特に限定は無い。例えば、スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法、ゾルゲル法、電気泳動法、スプレー法等を用いて形成することができる。
【０１７５】
剥離層３３２に金属酸化物を用いる場合は、金属層を成膜した後に、当該金属層に酸素を導入することで、剥離層３３２を形成することができる。このとき、金属層の表面のみ、または金属層全体を酸化させる。前者の場合、金属層に酸素を導入することで、金属層と金属酸化物層との積層構造が形成される。
【０１７６】
また、金属層を、酸素を含む雰囲気下で金属層を加熱することで酸化させてもよい。この場合、酸素を含むガスを流しながら金属層を加熱することが好ましい。金属層を加熱する温度は、１００℃以上５００℃以下が好ましく、１００℃以上４５０℃以下がより好ましく、１００℃以上４００℃以下がより好ましく、１００℃以上３５０℃以下がさらに好ましい。
【０１７７】
金属層を加熱する温度は、トランジスタの作製における最高温度以下が好ましい。これにより、表示装置の作製における最高温度が高くなることを防止できる。トランジスタの作製における最高温度以下とすることで、トランジスタの作製工程における製造装置などを流用することが可能となるため、追加の設備投資などを抑制することができる。したがって、生産コストが抑制された表示装置とすることができる。例えば、トランジスタの作製温度が３５０℃までである場合、加熱処理の温度は３５０℃以下とすることが好ましい。
【０１７８】
金属層を形成し、金属層の表面にラジカル処理を行って剥離層３３２としてもよい。ラジカル処理では、酸素ラジカル及びヒドロキシラジカルのうち少なくとも一方を含む雰囲気に、金属層の表面を曝すことが好ましい。例えば、酸素または水蒸気（Ｈ２Ｏ）のうち一方または双方を含む雰囲気でプラズマ処理を行うことが好ましい。
【０１７９】
ラジカル処理は、プラズマ発生装置またはオゾン発生装置を用いて行うことができる。例えば、酸素プラズマ処理、水素プラズマ処理、水プラズマ処理、オゾン処理等で行うことができる。酸素プラズマ処理は、酸素を含む雰囲気下でプラズマを生成して行うことができる。水素プラズマ処理は、水素を含む雰囲気下でプラズマを生成して行うことができる。水プラズマ処理は、水蒸気（Ｈ２Ｏ）を含む雰囲気下でプラズマを生成して行うことができる。特に水プラズマ処理を行うことで、剥離層３３２の表面または内部に水分を多く含ませることができ好ましい。
【０１８０】
また、酸素、水素、水（水蒸気）、及び不活性ガス（代表的にはアルゴン）のうち、２種以上を含む雰囲気下でのプラズマ処理を行ってもよい。当該プラズマ処理としては、例えば、酸素と水素とを含む雰囲気下でのプラズマ処理、酸素と水とを含む雰囲気下でのプラズマ処理、水とアルゴンとを含む雰囲気下でのプラズマ処理、酸素とアルゴンとを含む雰囲気下でのプラズマ処理、または酸素と水とアルゴンとを含む雰囲気下でのプラズマ処理などが挙げられる。プラズマ処理のガスの一つとして、アルゴンガスを用いることで剥離層３３２にダメージを与えながら、プラズマ処理を行うことが可能となるため好適である。
【０１８１】
２種以上のプラズマ処理を大気に暴露することなく連続で行ってもよい。例えば、アルゴンプラズマ処理を行った後に、水プラズマ処理を行ってもよい。
【０１８２】
これにより、剥離層３３２の表面または内部に、水素、酸素、水素ラジカル（Ｈ＊）、酸素ラジカル（Ｏ＊）、ヒドロキシラジカル（ＯＨ＊）等を含ませることができる。また、これらが、加熱処理や光照射により加熱され、Ｈ２Ｏとなる。
【０１８３】
剥離層３３２の厚さは、１ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下がより好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下がより好ましい。なお、金属層を酸化して剥離層３３２を形成する場合、最終的に形成される剥離層３３２の厚さは、成膜した金属層の厚さよりも厚くなることがある。
【０１８４】
後に行う、剥離層３３２と層３３３の分離前または分離中に、剥離層３３２と層３３３との界面に水を含む液体を供給することで、分離に要する力を低減させることができる。剥離層３３２と当該液体との接触角が小さいほど、分離に要する力を低減させることができる。具体的には、剥離層３３２の水を含む液体との接触角は、０°より大きく６０°以下が好ましく、０°より大きく５０°以下がより好ましい。なお、水を含む液体に対する濡れ性が極めて高い場合（例えば接触角が約２０°以下の場合）には、接触角の正確な値の取得が困難なことがある。剥離層３３２は、水を含む液体に対する濡れ性が高いほど好適であるため、上記接触角の正確な値が取得できないほど、水を含む液体に対する濡れ性が高くてもよい。
【０１８５】
剥離層３３２には、酸化チタン、酸化タングステン等が好適である。酸化チタンを用いると、酸化タングステンよりもコストを低減でき、好ましい。
【０１８６】
剥離層３３２は光触媒機能を有してもよい。光触媒機能を有する金属酸化物層に光を照射することで、光触媒反応を生じさせることができる。これにより、金属酸化物層と樹脂層との結合力を弱め、容易に分離できる場合がある。剥離層３３２には、剥離層３３２を活性化させる波長の光を適宜照射することができる。例えば、剥離層３３２に紫外光を照射する。例えば、剥離層３３２の成膜後、他の層を介することなく、剥離層３３２に直接、紫外光を照射してもよい。紫外光の照射には、紫外光ランプを好適に用いることができる。紫外光ランプとしては、水銀ランプ、水銀キセノンランプ、メタルハライドランプ等が挙げられる。または、分離前に行うレーザ照射工程によって、剥離層３３２を活性化させてもよい。
【０１８７】
剥離層３３２として、金属元素もしくは窒素を添加した酸化チタンを用いてもよい。これらの元素を添加した酸化チタンを用いて剥離層３３２を形成すると、紫外光でなく、可視光によって剥離層３３２と層３３３を分離することができる。
【０１８８】
層３３３は、各種樹脂材料（樹脂前駆体を含む）を用いて形成することができる。層３３３は、熱硬化性を有する材料を用いて形成することが好ましい。層３３３は、感光性を有する材料を用いて形成してもよく、感光性を有さない材料（非感光性の材料ともいう）を用いて形成してもよい。
【０１８９】
感光性を有する材料を用いると、光を用いたフォトリソグラフィ法により、層３３３の一部を除去し、所望の形状の層３３３を形成することができる。
【０１９０】
層３３３は、ポリイミド樹脂またはポリイミド樹脂前駆体を含む材料を用いて形成されることが好ましい。層３３３は、例えば、ポリイミド樹脂と溶媒を含む材料、またはポリアミック酸と溶媒を含む材料等を用いて形成できる。ポリイミドは、表示装置の平坦化膜等に好適に用いられる材料であるため、成膜装置や材料を共有することができる。そのため本発明の一態様の構成を実現するために新たな装置や材料を必要としない。
【０１９１】
そのほか、層３３３の形成に用いることができる樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミドアミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、フェノール樹脂、及びこれら樹脂の前駆体等が挙げられる。
【０１９２】
層３３３は、スリットコータまたはスピンコータなどを用いて形成することが好ましい。スピンコート法を用いることで、大判基板に薄い膜を均一に形成することができる。
【０１９３】
層３３３は、粘度が５ｃＰ以上５００ｃＰ未満、好ましくは５ｃＰ以上１００ｃＰ未満、より好ましくは１０ｃＰ以上５０ｃＰ以下の溶液を用いて形成することが好ましい。溶液の粘度が低いほど、塗布が容易となる。また、溶液の粘度が低いほど、気泡の混入を抑制でき、良質な層を形成できる。
【０１９４】
次に、層３３３に対して加熱処理を行い、層３３３を硬化させる。加熱処理は、例えば、加熱装置のチャンバーの内部に、酸素、窒素、及び希ガス（アルゴンなど）のうち一つまたは複数を含むガスを流しながら行うことができる。または、加熱処理は、大気雰囲気下で加熱装置のチャンバー、ホットプレート等を用いて行うことができる。
【０１９５】
大気雰囲気下や酸素を含むガスを流しながら加熱処理を行うと、層３３３が酸化により着色し、可視光に対する透過性が低下することがある。そのため、窒素ガスを流しながら、加熱を行うことが好ましい。これにより、層３３３の可視光に対する透過性を高めることができる。
【０１９６】
加熱処理の温度は、トランジスタの作製における最高温度以下とすることが好ましい。例えば、トランジスタの作製温度が３５０℃までである場合、加熱処理の温度は３５０℃以下とすることが好ましい。
【０１９７】
加熱処理の時間は、例えば、５分以上２４時間以下が好ましく、３０分以上１２時間以下がより好ましく、１時間以上６時間以下がさらに好ましい。なお、加熱処理の時間はこれに限定されない。例えば、加熱処理を、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）法を用いて行う場合などは、５分未満としてもよい。
【０１９８】
加熱装置としては、電気炉や、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等、様々な装置を用いることができる。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ  Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ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。ＲＴＡ装置を用いることによって、処理時間が短縮することができるので、量産する上で好ましい。また、加熱処理はインライン型の加熱装置を用いて行ってもよい。
【０１９９】
加熱処理を行う前に、層３３３に含まれる溶媒を除去するための熱処理（プリベーク処理ともいう）を行ってもよい。プリベーク処理の温度は用いる材料に応じて適宜決定することができる。例えば、５０℃以上１８０℃以下、８０℃以上１５０℃以下、または９０℃以上１２０℃以下で行うことができる。または、加熱処理がプリベーク処理を兼ねてもよく、加熱処理によって、層３３３に含まれる溶媒を除去してもよい。
【０２００】
層３３３の厚さは、０．０１μｍ以上１０μｍ未満であることが好ましく、０．１μｍ以上５μｍ以下であることがより好ましく、０．５μｍ以上３μｍ以下であることがさらに好ましい。層３３３を薄く形成することで、低コストで表示装置を作製できる。
【０２０１】
層３３３の熱膨張係数は、０．１ｐｐｍ／℃以上５０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましく、０．１ｐｐｍ／℃以上２０ｐｐｍ／℃以下であることがより好ましく、０．１ｐｐｍ／℃以上１０ｐｐｍ／℃以下であることがさらに好ましい。層３３３の熱膨張係数が低いほど、加熱により、トランジスタ等を構成する層にクラックが生じることや、トランジスタ等が破損することを抑制できる。
【０２０２】
剥離層３３２と層３３３の分離は、上記の光照射による分離方法以外に、物理的に分離する方法がある。
【０２０３】
剥離層３３２と層３３３を物理的に分離する場合は、例えば、剥離層３３２としてタングステンなどの高融点金属材料を含む層と、当該金属材料の酸化物を含む層を積層して用いる。高融点金属材料を含む金属層を形成し、該金属層の表面を酸素プラズマ処理などにより酸化させてもよい。
【０２０４】
また、剥離層３３２と層３３３を物理的に分離する場合は、例えば、層３３３として、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコンなどの酸素を含む無機絶縁材料を用いる。
【０２０５】
例えば、剥離層３３２を形成した支持基板３３１に、垂直方向に引っ張る力を加えることにより、剥離層３３２と層３３３を分離することができる。
【０２０６】
光照射による分離方法と同様に物理的に分離する方法においても、分離時に、分離界面に水や水溶液など、水を含む液体を添加し、該液体が分離界面に浸透するように分離を行うことで、分離を容易に行うことができる。また、分離時に生じる静電気が、トランジスタなどの機能素子に悪影響を及ぼすこと（半導体素子が静電気により破壊されるなど）を抑制できる。
【０２０７】
供給する液体としては、水（好ましくは純水）、中性、アルカリ性、もしくは酸性の水溶液や、塩が溶けている水溶液が挙げられる。また、エタノール、アセトン等が挙げられる。また、各種有機溶剤を用いてもよい。
【０２０８】
なお、光照射による分離方法を用いる場合は、剥離層３３２を形成しなくても構わない。ただし、剥離層３３２を形成することにより、照射する光の吸収を高めることができる。また、剥離層３３２を形成することにより、分離工程の歩留まりを高めることができる。よって、表示装置の生産性を高めることができる。
【０２０９】
また、層３３３に水溶性の樹脂材料を用いてもよい。層３３３に水溶性の樹脂材料を用いることで、例えば、支持基板３３１の分離工程を洗浄工程で兼ねることができる。よって、光照射工程、物理的に引き剥がす工程などを削減できる。また、後に行なう層３３３の除去工程も削減できる。
【０２１０】
［工程Ａ２］
次に、表面に反射防止層１３５が設けられた基板３６１を、層３３３上に設ける（図７（Ｂ）参照。）。この時、反射防止層１３５が、層３３３と基板３６１で挟まれるように配置する。基板３６１の厚さは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満が好ましく、０．１ｍｍ以上０．４未満がより好ましい。基板３６１の厚さを０．５ｍｍ未満にすることで、表示装置１００の薄型化および軽量化が実現できる。また、基板３６１の研磨工程を削減することができるため、表示装置１００の生産性を高めることができる。
【０２１１】
［工程Ａ３］
次に、基板３６１上に偏光板１２３を設け、偏光板１２３上に光拡散層１２２を設ける（図７（Ｃ）参照。）。
【０２１２】
［工程Ａ４］
次に、光拡散層１２２上にタッチセンサ３７０を設ける（図８（Ａ）参照。）。本実施の形態では、タッチセンサ３７０は導電層３７４、絶縁層３７５、導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、導電層３７７、および絶縁層３７８を有する。
【０２１３】
導電層３７４は光拡散層１２２上に設けられている。また、導電層３７４上に絶縁層３７５が設けられている。また、絶縁層３７５上に導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７が設けられている。導電層３７６ａは、絶縁層３７５に設けられた開口で導電層３７４と電気的に接続している。また、導電層３７６ｂは、絶縁層３７５に設けられた他の開口で導電層３７４と電気的に接続されている。導電層３７６ａと導電層３７６ｂは、導電層３７４を介して電気的に接続されている。
【０２１４】
導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７は、タッチセンサ３７０を構成する配線として機能する。導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７は、透光性を有する導電性材料で形成することが好ましい。ただし、一般に、透光性を有する導電性材料は、透光性を有さない金属材料よりも抵抗率が高い。よって、タッチセンサの大型化、高精細化を実現するため、導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７を抵抗率が低い金属材料で形成する場合がある。
【０２１５】
また、導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７を金属材料で形成する場合、外光反射を低減することが好ましい。一般的に金属材料は反射率が大きい材料であるが、酸化処理などを施すことにより反射率を小さくして、暗色にすることができる。
【０２１６】
また、導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、および導電層３７７を、金属層と反射率の小さい層（「暗色層」ともいう。）の積層としてもよい。暗色層は抵抗率が高いため、金属層と暗色層の積層にすることが好ましい。暗色層の一例としては、酸化銅を含む層、塩化銅または塩化テルルを含む層などがある。また、暗色層を、Ａｇ粒子、Ａｇファイバー、Ｃｕ粒子等の金属微粒子、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、またはグラフェン等のナノ炭素粒子、ならびに、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン、またはポリピロールなどの導電性高分子などを用いて形成してもよい。
【０２１７】
また、タッチセンサ３７０として、抵抗膜方式また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などを用いてもよい。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。投影型静電容量方式としては、主に駆動方式の違いから、自己容量方式、相互容量方式などがある。相互容量方式を用いると同時多点検出が可能となるため好ましい。
【０２１８】
［工程Ａ５］
次に、タッチセンサ３７０上に着色層１３１と遮光層１３２を形成する（図８（Ｂ）参照。）。着色層１３１は、感光性の材料を用いて形成することで、フォトリソグラフィ法等により島状に加工することができる。なお、図２に示す表示装置１００では、回路３６４等と重ねて遮光層１３２を設けている。なお、着色層１３１と遮光層１３２は、必要に応じて設ければよい。よって、着色層１３１と遮光層１３２の少なくとも一方を設けない場合もありうる。
【０２１９】
［工程Ａ６］
次に、着色層１３１及び遮光層１３２上に、絶縁層１２１を形成する。
【０２２０】
絶縁層１２１は、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層１２１には、アクリル、エポキシなどの樹脂を好適に用いることができる。絶縁層１２１として無機絶縁層を用いてもよい。
【０２２１】
［工程Ａ７］
次に、電極１１３を形成する。電極１１３は、導電層を形成した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極１１３は、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。
【０２２２】
［工程Ａ８］
次に、電極１１３上に、絶縁層１１７を形成する。絶縁層１１７は、透光性を有する材料を用いて形成することが好ましい。絶縁層１１７は、有機樹脂材料を用いて形成することが好ましい。
【０２２３】
［工程Ａ９］
次に、電極１１３及び絶縁層１１７上に、配向膜１３３ｂを形成する（図８（Ｃ）参照。）。配向膜１３３ｂは、樹脂等の薄膜を形成した後に、配向処理（ラビング処理または光配向処理など）を行うことで形成できる。
【０２２４】
このようにして、対向基板１７１を作製することができる。なお、本実施の形態では、タッチセンサ３７０を対向基板１７１側に設けているが、タッチセンサ３７０をトランジスタ基板１８１側に設けてもよい。また、目的、用途によっては、タッチセンサ３７０を設けなくてもよい。
【０２２５】
〔トランジスタ基板１８１〕
続いて、トランジスタ基板１８１の作製方法について説明する。トランジスタ基板１８１は、要素基板１８２と要素基板１８３を組み合わせて作製する。
【０２２６】
はじめに、要素基板１８２の作製方法について説明する。
【０２２７】
［工程Ｂ１］
支持基板３３４上に剥離層３３５を形成し、剥離層３３５上に層３３６を形成する（図９（Ａ）参照。）。支持基板３３４としては、支持基板３３１と同様の材料を用いることができる。また、支持基板３３４は、紫外光を透過する機能を有することが好ましい。剥離層３３５は、剥離層３３２と同様の材料を用いることができる。層３３６は、層３３３と同様の材料を用いることができる。
【０２２８】
［工程Ｂ２］
次に、層３３６上に絶縁層３３７を形成し、絶縁層３３７上に電極３１１ａを形成し、電極３１１ａ上に電極３１１ｂを形成する（図９（Ｂ）参照。）。電極３１１ｂは、電極３１１ａ上に開口部４５１を有する。電極３１１ａ及び電極３１１ｂは、それぞれ、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極３１１ａは、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。電極３１１ｂは、可視光を反射する導電材料を用いて形成する。なお、絶縁層３３７は、必要に応じて設ければよい。よって、絶縁層３３７を設けない場合もありうる。
【０２２９】
［工程Ｂ３］
次に、絶縁層２２０を形成する（図９（Ｃ）参照。）。そして、絶縁層２２０に電極３１１ｂに達する開口を設ける。
【０２３０】
絶縁層２２０は、不純物が支持基板３３４側から後に形成するトランジスタや表示素子に拡散することを防ぐバリア層として用いることができる。例えば、層３３６に有機樹脂材料を用いる場合、絶縁層２２０は、層３３６を加熱した際に、層３３６に含まれる水分等がトランジスタや表示素子に拡散することを防ぐことが好ましい。そのため、絶縁層２２０は、不純物に対するバリア性が高い材料を用いることが好ましい。
【０２３１】
［工程Ｂ４］
次に、絶縁層２２０上に、トランジスタ２０６、トランジスタ２０５、及び容量素子２０３を形成する。
【０２３２】
ここでは、トランジスタの半導体層として酸化物半導体層を用いた、ボトムゲート構造のトランジスタを作製する場合を示す。トランジスタ２０５は、トランジスタ２０６の構成に導電層２２３を追加した構成であり、２つのゲートを有する。
【０２３３】
トランジスタ２０６および導電層２２１ｂの形成を例として、具体的に説明する。まず、絶縁層２２０上に、導電層２２１ａ及び導電層２２１ｂを形成する。導電層２２１ａ及び導電層２２１ｂは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。ここで、絶縁層２２０の開口を介して、導電層２２１ｂと電極３１１ｂが電気的に接続する。
【０２３４】
続いて、絶縁層２１１を形成する。絶縁層２１１としては、例えば、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、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などの無機絶縁膜を用いることができる。また、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等を用いてもよい。また、上述の絶縁膜を２以上積層して用いてもよい。
【０２３５】
無機絶縁膜は、成膜温度が高いほど緻密でバリア性の高い膜となるため、高温で形成することが好ましい。無機絶縁膜の成膜時の基板温度は、室温（２５℃）以上３５０℃以下が好ましく、１００℃以上３００℃以下がさらに好ましい。
【０２３６】
続いて、半導体層２３１を形成する。本実施の形態では、半導体層２３１として、酸化物半導体層を形成する。酸化物半導体層は、酸化物半導体膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該酸化物半導体膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することで形成できる。
【０２３７】
酸化物半導体膜の成膜時の基板温度は、３５０℃以下が好ましく、室温以上２００℃以下がより好ましく、室温以上１３０℃以下がさらに好ましい。
【０２３８】
酸化物半導体膜は、不活性ガス及び酸素ガスのいずれか一方を用いて成膜することができる。なお、酸化物半導体膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）に、特に限定はない。ただし、電界効果移動度が高いトランジスタを得る場合においては、酸化物半導体膜の成膜時における酸素の流量比（酸素分圧）は、０％以上３０％以下が好ましく、５％以上３０％以下がより好ましく、７％以上１５％以下がさらに好ましい。
【０２３９】
酸化物半導体膜は、少なくともインジウムまたは亜鉛を含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。
【０２４０】
酸化物半導体は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上であることが好ましく、２．５ｅＶ以上であることがより好ましく。３ｅＶ以上であることがさらに好ましい。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０２４１】
酸化物半導体膜は、スパッタリング法により形成することができる。そのほか、例えばＰＬＤ法、ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、真空蒸着法などを用いてもよい。
【０２４２】
続いて、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂを形成する。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれ、半導体層２３１と接続される。ここで、トランジスタ２０６が有する導電層２２２ａは、導電層２２１ｂと電気的に接続される。これにより、接続部２０７では、電極３１１ｂと導電層２２２ａを電気的に接続することができる。
【０２４３】
なお、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂの加工の際に、レジストマスクに覆われていない半導体層２３１の一部がエッチングにより薄膜化する場合がある。
【０２４４】
以上のようにして、トランジスタ２０６を作製できる。トランジスタ２０６において、導電層２２１ａの一部はゲートとして機能し、絶縁層２１１の一部はゲート絶縁層として機能し、導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれソースまたはドレインのいずれか一方として機能する。
【０２４５】
［工程Ｂ５］
次に、トランジスタ２０６を覆う絶縁層２１２を形成し、絶縁層２１２上に導電層２２３を形成する。次に、絶縁層２１３を形成する。
【０２４６】
また、絶縁層２１２として、酸素を含む雰囲気下で成膜した酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜等の酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。さらに、当該酸化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜上に、絶縁層２１３として、窒化シリコン膜などの酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層することが好ましい。酸素を含む雰囲気下で形成した酸化物絶縁膜は、加熱により多くの酸素を放出しやすい絶縁膜とすることができる。このような酸素を放出する酸化絶縁膜と、酸素を拡散、透過しにくい絶縁膜を積層した状態で、加熱処理を行うことにより、酸化物半導体層に酸素を供給することができる。その結果、酸化物半導体層中の酸素欠損、及び酸化物半導体層と絶縁層２１２の界面の欠陥を修復し、欠陥準位を低減することができる。これにより、極めて信頼性の高い表示装置を実現できる。
【０２４７】
［工程Ｂ６］
次に、必要に応じて、絶縁層２１３上に、着色層１３４を形成してもよい。（図示せず。）。着色層１３４は、開口部４５１と重なるように配置する。着色層１３４は、着色層１３１と同様の方法により形成することができる。着色層１３４が不要な場合は、本工程は行われない。
【０２４８】
［工程Ｂ７］
次に、絶縁層２１４を形成する（図１０（Ａ）参照。）。絶縁層２１４は、後に形成する表示素子の被形成面となる層であるため、平坦化層として機能することが好ましい。絶縁層２１４は、絶縁層１２１に用いることのできる樹脂または無機絶縁膜を援用できる。
【０２４９】
［工程Ｂ８］
次に、絶縁層２１２、絶縁層２１３、及び絶縁層２１４に、トランジスタ２０５が有する導電層２２２ｂに達する開口を形成する。
【０２５０】
［工程Ｂ９］
次に、電極１９１を形成する。電極１９１は、導電膜を成膜した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。ここで、トランジスタ２０５が有する導電層２２２ｂと電極１９１が電気的に接続する。電極１９１は、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。
【０２５１】
［工程Ｂ１０］
次に、絶縁層２１４上に絶縁層１１８を形成する（図１０（Ｂ）参照。）。絶縁層１１８は、絶縁層１１７と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２５２】
［工程Ｂ１１］
次に、電極１９１及び絶縁層１１８上に、配向膜１９４ａを形成する。配向膜１９４ａは、樹脂等の薄膜を形成した後に、配向処理（ラビング処理または光配向処理など）を行うことで形成できる。
【０２５３】
このようにして、要素基板１８２を作製することができる。
【０２５４】
続いて、要素基板１８３の作製方法について説明する。
【０２５５】
［工程Ｃ１］
支持基板３８１上に剥離層３８２を形成し、剥離層３８２上に層３８３を形成する（図１１（Ａ）参照。）。支持基板３８１としては、支持基板３３１と同様の材料を用いることができる。
【０２５６】
剥離層３８２は、剥離層３３２と同様の材料および方法で形成することができる。層３８３は、層３３３と同様の材料および方法で形成することができる。
【０２５７】
［工程Ｃ２］
次に、層３８３上に基板３５１を設ける（図１１（Ｂ）参照。）。基板３５１は、基板３６１と同様の材料を用いればよい。
【０２５８】
［工程Ｃ３］
次に、基板３５１上に電極１９３を形成する。電極１９３は、電極１９１と同様の材料および方法で作製すればよい。
【０２５９】
［工程Ｃ４］
次に、電極１９３上に、配向膜１９４ｂを形成する。配向膜１９４ｂは、樹脂等の薄膜を形成した後に、配向処理（ラビング処理または光配向処理など）を行うことで形成できる。
【０２６０】
このようにして、要素基板１８３を作製することができる。
【０２６１】
続いて、要素基板１８２と要素基板１８３を組み合わせて、トランジスタ基板１８１を作製する方法について説明する。
【０２６２】
［工程Ｄ１］
要素基板１８２と要素基板１８３を、配向膜１９４ａと配向膜１９４ｂが向かい合うように液晶１９２を挟んで貼り合わせる（図１２（Ａ）参照。）。なお、図１２（Ａ）では示さないが、図２などに示すように、要素基板１８２と要素基板１８３は接着層１４２で貼り合わされる。接着層１４２には、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤等の各種硬化型接着剤を用いることができる。また、接着シート等を用いてもよい。
【０２６３】
［工程Ｄ２］
次に、支持基板３３４を剥離層３３５とともに層３３６から分離する。
【０２６４】
なお、前述した光照射による分離方法、および物理的に分離する方法ともに、分離前に、層３３６の一部を支持基板３３４または剥離層３３５から分離することで、分離の起点を形成してもよい。例えば、支持基板３３１と層３３３との間に、刃物などの鋭利な形状の器具を差し込むことで分離の起点を形成してもよい。または、支持基板３３４側もしくは基板３５１側から鋭利な形状の器具で層３３６に切り込みを入れ、分離の起点を形成してもよい。または、レーザアブレーション法等のレーザを用いた方法で、分離の起点を形成してもよい。
【０２６５】
本実施の形態では、光照射による分離方法について説明する。支持基板３３４側から剥離層３３５に紫外光を照射する（図１２（Ｂ）参照。）。紫外光の照射は、線状レーザ装置を用いて行うことが好ましい。線状レーザ装置は、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｉｌｉｃｏｎ））等の製造ラインで使用されている。よって、ＬＴＰＳ等の製造ラインの有効利用が可能である。線状レーザはとは、矩形長尺状に集光（線状レーザビームに成形）されたレーザ光である。
【０２６６】
本実施の形態では、線状レーザ装置を用いる。具体的には、支持基板３３４と線状のレーザ光を、線状のレーザ光の長軸方向と垂直な方向かつ支持基板３３４の表面と平行な方向に相対的に移動させる。レーザ光が照射された領域は、剥離層３３５と層３３６の結合力が低下する。
【０２６７】
照射する光の波長は、１８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下が好ましい。特に、波長領域が３０８ｎｍ、またはその近傍の波長を含むことが好ましい。光のエネルギー密度は、２５０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下が好ましく、２５０ｍＪ／ｃｍ２以上３６０ｍＪ／ｃｍ２以下がより好ましい。
【０２６８】
レーザ装置を用いて光を照射する場合、同一箇所に照射されるレーザ光のショット数は、１ショット以上５０ショット以下とすることができ、１ショットより多く１０ショット以下が好ましく、１ショットより多く５ショット以下がより好ましい。
【０２６９】
ビームの短軸方向の両端には、光の強度が低い部分が存在する。そのため、当該光の強度が低い部分の幅以上、一つのショットと次のショットの間にオーバーラップする部分を設けることが好ましい。そのため、レーザ光のショット数は、１．１ショット以上とすることが好ましく、１．２５ショット以上とすることがより好ましい。
【０２７０】
なお、本明細書中、レーザ光のショット数とは、ある点（領域）に照射されるレーザ光の照射回数を指し、ビーム幅、スキャン速度、周波数、またはオーバーラップ率などで決定される。また、線状のビームをあるスキャン方向に移動させているパルスとパルスの間、即ち、一つのショットと次のショットの間にオーバーラップする部分があり、その重なる比率がオーバーラップ率である。なお、オーバーラップ率が１００％に近ければ近いほどショット数は多く、離れれば離れるほどショット数は少なくなり、スキャン速度が速ければ速いほどショット数は少なくなる。
【０２７１】
上記のレーザ光のショット数が１．１ショットとは、連続する２つのショットの間にビームの１０分の１程度の幅のオーバーラップを有することを示し、オーバーラップ率１０％といえる。同様に、１．２５ショットとは、連続する２つのショットの間にビームの４分の１程度の幅のオーバーラップを有することを示し、オーバーラップ率２５％といえる。
【０２７２】
ちなみに、ＬＴＰＳのレーザ結晶化の工程で照射する光のエネルギー密度は高く、例えば３５０ｍＪ／ｃｍ２以上４００ｍＪ／ｃｍ２以下が挙げられる。また、レーザのショット数も多く必要であり、例えば１０ショット以上１００ショット以下が挙げられる。
【０２７３】
一方、本実施の形態において、剥離層３３５と層３３６を分離するために行う光の照射は、レーザ結晶化の工程で用いる条件よりも低いエネルギー密度、または少ないショット数で行うことができる。そのため、レーザ装置での処理可能な基板枚数を増やすことができる。また、レーザ装置のメンテナンスの頻度の低減など、レーザ装置のランニングコストの低減が可能となる。したがって、表示装置などの作製コストを低減することができる。
【０２７４】
また、光の照射が、レーザ結晶化の工程で用いる条件よりも低いエネルギー密度、または少ないショット数で行われることから、基板がレーザ光の照射による受けるダメージを低減できる。そのため、基板を一度使用しても、強度が低下しにくく、基板を再利用できる。したがって、コストを抑えることが可能となる。
【０２７５】
また、本実施の形態では、支持基板３３４と層３３６の間に剥離層３３５を配置している。剥離層３３５を用いることで、剥離層３３５を用いない場合に比べて、光の照射を、低いエネルギー密度、または少ないショット数で行うことができることがある。
【０２７６】
作製基板を介して光を照射する際、作製基板の光照射面にゴミなどの異物が付着していると、光の照射ムラが生じ、剥離性が低い部分が形成され、金属酸化物層と樹脂層とを分離する工程の歩留まりが低下することがある。そのため、光を照射する前、または光を照射している間に、光照射面を洗浄することが好ましい。例えば、アセトンなどの有機溶剤、水等を用いて作製基板の光照射面を洗浄することができる。また、エアナイフを用いて気体を噴きつけながら光を照射してもよい。これにより、光の照射ムラを低減し、分離の歩留まりを向上させることができる。
【０２７７】
［工程Ｄ３］
続いて、支持基板３３４を剥離層３３５とともに層３３６から分離する（図１１（Ｂ）参照。）。
【０２７８】
分離前または分離中に、分離界面に水を含む液体を供給することが好ましい。分離界面に水が存在することで、剥離層３３５と層３３６との密着性もしくは接着性をより低下させ、分離に要する力を低減させることができる。また、分離界面に水を含む液体を供給することで、剥離層３３５と層３３６の間の結合を弱めるもしくは切断する効果を奏することがある。液体との化学結合を利用して、剥離層３３５と層３３６の間の結合を切って分離を進行させることができる。例えば、剥離層３３５と層３３６の間に水素結合が形成されている場合、水を含む液体が供給されることで、水と、剥離層３３５または層３３６との間に水素結合が形成され、剥離層３３５と層３３６の間の水素結合が切れることが考えられる。
【０２７９】
剥離層３３５は、表面張力が小さく、水を含む液体に対する濡れ性が高いことが好ましい。剥離層３３５の表面全体に水を含む液体を行き渡らせ、分離界面に水を含む液体を容易に供給できる。剥離層３３５全体に水が広がることで、均一な剥離ができる。
【０２８０】
分離界面に水を含む液体が存在することで、分離時に生じる静電気が、被剥離層に含まれる機能素子に悪影響を及ぼすこと（半導体素子が静電気により破壊されるなど）を抑制できる。また、イオナイザなどを用いて、分離により露出した被剥離層の表面を除電してもよい。
【０２８１】
分離界面に液体を供給した場合は、分離により露出した被剥離層の表面を乾燥してもよい。
【０２８２】
［工程Ｄ４］
次に、層３３６と絶縁層３３７を除去する。例えば、ドライエッチング法などを用いて層３３６と絶縁層３３７を除去することができる。これにより、電極３１１ａが露出する（図１２（Ｂ）参照。）。図１２（Ｂ）では、除去された層３３６および絶縁層３３７を破線で示している。
【０２８３】
［工程Ｄ５］
次に、露出した電極３１１ａの表面に、配向膜１３３ａを形成する（図１３参照。）。配向膜１３３ａは、樹脂等の薄膜を成膜した後に、配向処理（ラビング処理または光配向処理など）を行うことにより形成できる。このようにして、トランジスタ基板１８１を作製することができる。
【０２８４】
〔表示装置１００〕
次に、対向基板１７１とトランジスタ基板１８１を用いた表示装置１００の作製方法について説明する。
【０２８５】
［工程Ｅ１］
対向基板１７１とトランジスタ基板１８１を、液晶１１２を挟んで貼り合わせる（図１５参照。）。なお、図１５では示さないが、図２などに示すように、基板３５１と基板３６１とは接着層１４１で貼り合わされる。接着層１４１は、接着層１４２に用いることのできる材料を援用できる。
【０２８６】
［工程Ｅ２］
次に、支持基板３３１を剥離層３３２とともに層３３３から分離するために、支持基板３３１側から剥離層３３２に紫外光を照射する（図１５参照。）。紫外光の照射は、工程Ｄ２と同様に行えばよい。
【０２８７】
［工程Ｅ３］
次に、支持基板３３１を剥離層３３２とともに層３３３から分離する（図１６および工程Ｄ３参照。）。
【０２８８】
［工程Ｅ４］
次に、層３３３を除去する。例えば、ドライエッチング法などを用いて層３３３を除去することができる。これにより、反射防止層１３５が露出する（図１７（Ａ）参照。）。なお、図１７（Ａ）では除去された層３３３を破線で示している。
【０２８９】
［工程Ｅ５］
次に、支持基板３８１を剥離層３８２とともに層３８３から分離するために、支持基板３８１側から剥離層３８２に紫外光を照射する（図１７（Ｂ）参照。）。紫外光の照射は、工程Ｄ２と同様に行えばよい。
【０２９０】
［工程Ｅ６］
次に、支持基板３８１を剥離層３８２とともに層３８３から分離する（図１８（Ａ）および工程Ｄ３参照。）。
【０２９１】
［工程Ｅ７］
次に、層３８３を除去する。例えば、ドライエッチング法などを用いて層３８３を除去することができる。これにより、基板３５１が露出する。
【０２９２】
［工程Ｅ８］
次に、基板３５１に偏光板１２４を設ける。
【０２９３】
表示装置１００が有する液晶素子１８０は、一部が画素電極として機能する電極３１１ａ（及び電極３１１ｂ）、液晶１１２、ならびに、一部が共通電極として機能する電極１１３が積層された構成を有する。液晶素子１８０は、着色層１３１と重なるように設けられる。
【０２９４】
以上により、表示装置１００を作製することができる。本発明の一態様によれば、薄型化および軽量化のための基板研磨工程を省略することができる。よって、表示装置の生産性を高めることができる。
【０２９５】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０２９６】
（実施の形態３）
本実施の形態では、対向基板１７１と異なる構成を有する対向基板１７１Ａについて図面を用いて説明する。なお、説明の繰り返しを減らすため、対向基板１７１と異なる点について主に説明する。
【０２９７】
光拡散層１２２および偏光板１２３は、長時間の加熱処理により性能が低下する場合がある。本実施の形態に示す対向基板１７１Ａの作製によれば、作製時に光拡散層１２２および偏光板１２３に加わる加熱処理を軽減することができる。よって、光拡散層１２２および偏光板１２３の性能低下を防ぐことができる。
【０２９８】
対向基板１７１Ａは、対向基板１７２および対向基板１７３を用いて作製する。続いて、対向基板１７１Ａの作製方法について説明する。本実施の形態では、対向基板１７１Ａの、表示装置１００の表示部３６２に相当する領域に着目して説明する。
【０２９９】
〔対向基板１７２〕
まず、対向基板１７２の作製方法について説明する。
【０３００】
［工程Ｆ１］
支持基板３４１上に剥離層３４２を形成し、剥離層３４２上に層３４３を形成する（図１９（Ａ）参照。）。支持基板３４１には、支持基板３３１と同様の材料を用いればよい。剥離層３４２は、剥離層３３２と同様の材料および方法で形成すればよい。層３４３は、層３３３と同様の材料および方法で形成すればよい。
【０３０１】
［工程Ｆ２］
次に、層３４３上に絶縁層３３８を形成する（図１９（Ｂ）参照。）。絶縁層３３８は、上記実施の形態に示した絶縁層と同様の材料および方法で形成すればよい。なお、絶縁層３３８として、無機絶縁層を用いることが好ましい。なお、絶縁層３３８は必要に応じて設ければよい。よって、絶縁層３３８を設けない場合もありうる。
【０３０２】
［工程Ｆ３］
次に、絶縁層３３８上に電極１１３を形成する（図１９（Ｂ）参照。）。電極１１３は、導電層を形成した後、レジストマスクを形成し、当該導電膜をエッチングした後にレジストマスクを除去することにより形成できる。電極１１３は、可視光を透過する導電材料を用いて形成する。
【０３０３】
［工程Ｆ４］
次に、電極１１３上に着色層１３１と遮光層１３２を形成する（図１９（Ｃ）参照。）。なお、着色層１３１と遮光層１３２は、必要に応じて設ければよい。よって、着色層１３１と遮光層１３２の少なくとも一方を設けない場合もありうる。
【０３０４】
［工程Ｆ５］
次に、着色層１３１及び遮光層１３２上に、絶縁層１２１を形成する（図１９（Ｃ）参照。）。
【０３０５】
［工程Ｆ６］
次に、光拡散層１２２上にタッチセンサ３７０を設ける（図２０（Ａ）参照。）。本実施の形態においても、タッチセンサ３７０は導電層３７４、絶縁層３７５、導電層３７６ａ、導電層３７６ｂ、導電層３７７、および絶縁層３７８を有する。なお、本実施の形態では、タッチセンサ３７０を対向基板１７２側に設けているが、タッチセンサ３７０をトランジスタ基板１８１側に設けてもよい。また、目的、用途によっては、タッチセンサ３７０を設けなくてもよい。
【０３０６】
［工程Ｆ７］
次に、タッチセンサ３７０上に光拡散層１２２を設け、光拡散層１２２上に偏光板１２３を設ける（図２０（Ｂ）参照。）。
【０３０７】
このようにして、対向基板１７２を作製することができる。
【０３０８】
〔対向基板１７３〕
続いて、対向基板１７３の作製方法について説明する。
【０３０９】
［工程Ｇ１］
工程Ａ１と同様に、支持基板３３１上に剥離層３３２を形成し、剥離層３３２上に層３３３を形成する（図２１（Ａ）参照。）。
【０３１０】
［工程Ｇ２］
次に、工程Ａ２と同様に、表面に反射防止層１３５が設けられた基板３６１を、層３３３上に設ける（図２１（Ｂ）参照。）。このようにして、対向基板１７３を作製することができる。
【０３１１】
〔対向基板１７１Ａ〕
次に、対向基板１７２と対向基板１７３を用いた対向基板１７１Ａの作製方法について説明する。
【０３１２】
［工程Ｈ１］
基板３６１と偏光板１２３が向かい合うように、対向基板１７２と対向基板１７３を、接着層１４３で貼り合わせる（図２２（Ａ）参照。）。接着層１４３は、接着層１４２に用いることのできる材料を援用できる。
【０３１３】
［工程Ｈ２］
次に、支持基板３４１を剥離層３４２とともに層３４３から剥離するために、支持基板３４１側から剥離層３４２に紫外光を照射する。紫外光の照射は、工程Ｂ１４と同様に行えばよい。
【０３１４】
［工程Ｈ３］
次に、支持基板３４１を剥離層３４２とともに層３４３から分離する（図２２（Ｂ）および工程Ｂ１５参照。）。
【０３１５】
［工程Ｈ４］
次に、層３４３と絶縁層３３８を除去する。例えば、ドライエッチング法などを用いて層３３６と絶縁層３３７を除去することができる。これにより、電極１１３が露出する（図２３（Ａ）参照。）。図２３（Ａ）では、除去された層３４３および絶縁層３３８を破線で示している。
【０３１６】
［工程Ｈ５］
次に、電極１１３上に絶縁層１１７を形成する。
【０３１７】
［工程Ｈ６］
次に、電極１１３及び絶縁層１１７上に、配向膜１３３ｂを形成する（図２３（Ｂ）参照。）。配向膜１３３ｂは、樹脂等の薄膜を形成した後に、配向処理（ラビング処理または光配向処理など）を行うことで形成できる。
【０３１８】
このようにして、対向基板１７１Ａを作製することができる。
【０３１９】
〔表示装置１００Ｄ〕
対向基板１７１Ａとトランジスタ基板１８１を用いて、上記実施の形態に示した表示装置１００の作製方法と同様の方法で表示装置１００Ｄを作製することができる。表示装置１００Ｄの断面を図２４に示す。表示装置１００Ｄは表示装置１００の変形例である。対向基板１７１Ａに関連する構成以外の構成については表示装置１００と同様のため、詳細な説明を省略する。
【０３２０】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０３２１】
（実施の形態４）
一般に、表示装置の生産性を高めるため、１つのマザー基板（支持基板）上に複数の表示装置を同時に作製し、後の工程で分離する方法（「多面取り法」ともいう。）が行われている。本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置を多面取り法で作製する方法について説明する。
【０３２２】
上記実施の形態で開示した通り、本発明の一態様で用いる基板３６１の厚さは、０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ未満が好ましく、０．１ｍｍ以上０．４未満がより好ましい。一方、基板が薄くなるにつれて、基板搬送時などに破損しやすくなる。このため、基板３６１の大きさを、支持基板３３１と同程度にすることが困難となる場合がある。
【０３２３】
このため、本発明の一態様の表示装置を多面取り法で作製する場合は、後に分離する大きさと同程度の大きさの基板３６１を、支持基板３３１上に複数配置する。
【０３２４】
支持基板３３１の大きさは、例えば、第６世代（１５００ｍｍ×１８５０ｍｍ）、第７世代（１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ）、第８世代（２２００ｍｍ×２４００ｍｍ）、第９世代（２４００ｍｍ×２８００ｍｍ）、第１０世代（２９５０ｍｍ×３４００ｍｍ）などが挙げられる。ただし、支持基板３３１の大きさは、上記の大きさに限定されない。
【０３２５】
また、基板３６１の大きさは、基板搬送時などに破損しない大きさであれば、表示装置１００の大きさに対応した任意の大きさとすればよい。なお、基板３６１が支持基板３３１よりも小さいことは言うまでもない。
【０３２６】
図２５（Ａ）は、支持基板３３１上に複数の基板３６１をマトリクス状に配置する例を示している。また、図２５（Ｂ）は、図２５（Ａ）中にＡ１−Ａ２の一点差線で示す部位の断面構成例を示している。
【０３２７】
大面積の支持基板３３１上に複数の基板３６１をマトリクス状に配置する場合も、前述した工程Ａ１と同様に行えばよい。
【０３２８】
図２５（Ｃ）に、本発明の一態様の表示装置を多面取り法で作製するための対向基板１７１Ｍの断面構成例を示す。図２５（Ｃ）は、図２５（Ａ）中にＡ１−Ａ２の一点差線で示す部位に相当する断面図である。なお、図２５（Ｃ）は、後に表示装置の表示部３６２となる部分に着目した図である。対向基板１７１Ｍは、前述した工程Ａ１以降の作製工程を参考にして作製することができる。
【０３２９】
また、前述した工程Ｂ１以降の作製工程を参考にして、本発明の一態様の表示装置を多面取り法で作製するためのトランジスタ基板１８１Ｍ（図示せず。）を作製する。その後、対向基板１７１Ｍとトランジスタ基板１８１Ｍを前述した工程Ｃ１と同様に貼りあわせる。なお、前述した工程Ｃ３以降の工程は、複数の表示装置を個々に分離した後に行ってもよいし、分離する前に行ってもよい。
【０３３０】
本実施の形態に示す多面取り法を用いることにより、表示装置の生産性を高めることができる。
【０３３１】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０３３２】
（実施の形態５）
本実施の形態では、表示装置１００の構成例について説明する。
【０３３３】
表示装置１００は、様々な形態を用いること、または様々な表示素子を有することが出来る。表示素子の一例としては、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、または、有機物および無機物を含むＥＬ素子）、ＬＥＤ（白色ＬＥＤ、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤなど）、トランジスタ（電流に応じて発光するトランジスタ）、電子放出素子、液晶素子、電子インク、電気泳動素子、ＧＬＶ（グレーティングライトバルブ）、ＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）を用いた表示素子、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）、ＤＭＳ（デジタル・マイクロ・シャッター）、ＭＩＲＡＳＯＬ（登録商標）、ＩＭＯＤ（インターフェロメトリック・モジュレーション）素子、シャッター方式のＭＥＭＳ表示素子、光干渉方式のＭＥＭＳ表示素子、エレクトロウェッティング素子、圧電セラミックディスプレイ、カーボンナノチューブを用いた表示素子、など、電気的または磁気的作用により、コントラスト、輝度、反射率、透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。また、表示素子として量子ドットを用いてもよい。
【０３３４】
ＥＬ素子を用いた表示装置の一例としては、ＥＬ表示装置などがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、電界放出型表示装置（ＦＥＤ：Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ）または表面伝導型電子放出素子表示装置（ＳＥＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｅｍｉｔｔｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙ）などがある。量子ドットを用いた表示装置の一例としては、量子ドット表示装置などがある。
【０３３５】
液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶表示装置（透過型液晶表示装置、半透過型液晶表示装置、反射型液晶表示装置、直視型液晶表示装置、投射型液晶表示装置）などがある。電子インク、電子粉流体（登録商標）、または電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。また、表示装置はＰＤＰ（Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）であってもよい。また、表示装置は網膜走査型の投影装置であってもよい。また、マイクロＬＥＤを用いた表示装置であってもよい。
【０３３６】
なお、半透過型液晶表示装置や反射型液晶表示装置を実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。
【０３３７】
なお、ＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの電極や窒化物半導体の下に、グラフェンやグラファイトを配置してもよい。グラフェンやグラファイトは、複数の層を重ねて、多層膜としてもよい。このように、グラフェンやグラファイトを設けることにより、その上に、窒化物半導体、例えば、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体層などを容易に成膜することができる。さらに、その上に、結晶を有するｐ型ＧａＮ半導体層などを設けて、ＬＥＤを構成することができる。なお、グラフェンやグラファイトと、結晶を有するｎ型ＧａＮ半導体層との間に、ＡｌＮ層を設けてもよい。なお、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体層は、ＭＯＣＶＤで成膜してもよい。ただし、グラフェンを設けることにより、ＬＥＤが有するＧａＮ半導体層は、スパッタ法で成膜することも可能である。
【０３３８】
本明細書等に示す表示装置１００は、反射型液晶素子と、透過型液晶素子の両方を有し、反射モードと透過モードの両方の表示を行うことができる表示装置である。
【０３３９】
表示装置１００の構成例について説明する。図２６（Ａ）は、表示装置１００の構成例を説明するブロック図である。表示装置１００は、表示領域２３５、回路２３２、および回路２３３を有する。
【０３４０】
なお、本実施の形態に示す表示領域２３５は、上記実施の形態に示す表示部３６２に相当する。また、本実施の形態に示す回路２３２および／または回路２３３は、上記実施の形態に示す回路３６４に相当する。
【０３４１】
表示領域２３５は、マトリクス状に配列した複数の画素２３０、複数の配線Ｇ１、複数の配線Ｇ２、複数の配線ＡＮＯ、複数の配線ＣＳＣＯＭ、配線Ｓ１および複数の配線Ｓ２を有する。配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線ＡＮＯ、および配線ＣＳＣＯＭは、方向Ｒに配列した複数の画素２３０と回路２３２に電気的に接続する。配線Ｓ１および配線Ｓ２は、方向Ｃに配列した複数の画素２３０と回路２３３に電気的に接続する。
【０３４２】
なお、図２６（Ａ）では回路２３２および回路２３３を１つずつ有する構成を示したが、液晶素子を駆動する回路２３２および回路２３３と、ＥＬ素子（ＥＬ材料を用いた発光素子）を駆動する回路２３２および回路２３３とを、別々に設けてもよい。
【０３４３】
また、回路２３２および回路２３３の一部、または全部を他の基板上に形成して、表示装置１００と電気的に接続してもよい。例えば、回路２３２および回路２３３の一部、または全部を、単結晶基板を用いて形成し、表示装置１００と電気的に接続してもよい。
【０３４４】
画素２３０は、反射型の液晶素子と、透過型の液晶素子と、を有する。
【０３４５】
赤色光を透過するまたは反射する画素２３０、緑色光を透過するまたは反射する画素２３０、および青色光を透過するまたは反射する画素２３０をまとめて１つの画素として機能させ、それぞれの画素が透過および反射する光の量（透過輝度、および反射輝度）を制御することで、フルカラー表示を実現することができる。よって、当該３つの画素はそれぞれが副画素として機能する。すなわち、３つの副画素は、それぞれが赤色光、緑色光、または青色光の、透過率、および反射率、すなわち、透過光量および反射光量などを制御する。なお、３つの副画素それぞれが制御する光の色相は、赤、緑、青の組み合わせに限らず、シアン、マゼンダ、黄であってもよい。
【０３４６】
また、４つの副画素をまとめて１つの画素として機能させてもよい。例えば、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ制御する３つの副画素に、白色光を制御する副画素を加えてもよい。白色光を制御する副画素を加えることで、表示領域の輝度を高めることができる。１つの画素として機能させる副画素の数を増やし、赤、緑、青、シアン、マゼンダ、および黄などの光を制御する副画素を適宜組み合わせて用いることにより、再現可能な色域を広げることができる。
【０３４７】
また、複数の画素を１９２０×１０８０のマトリクス状に配置すると、いわゆるフルハイビジョン（「２Ｋ解像度」、「２Ｋ１Ｋ」、または「２Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置１００を実現することができる。また、例えば、画素を３８４０×２１６０のマトリクス状に配置すると、いわゆるウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、または「４Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置１００を実現することができる。また、例えば、画素を７６８０×４３２０のマトリクス状に配置すると、いわゆるスーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、または「８Ｋ」などとも言われる。）の解像度で表示可能な表示装置１００を実現することができる。画素を増やすことで、１６Ｋや３２Ｋの解像度で表示可能な表示装置１００を実現することも可能である。
【０３４８】
図２６（Ｂ１）は、画素２３０が有する電極３１１ｂの構成例を示す。電極３１１ｂは、画素２３０における反射型の液晶素子の反射電極として機能する。また電極３１１ｂには、開口部４５１が設けられている。
【０３４９】
図２６（Ｂ１）には、電極３１１ｂと重なる領域に位置する透過型の液晶素子１７０を破線で示している。透過型の液晶素子１７０は、電極３１１ｂが有する開口部４５１と重ねて配置されている。これにより、透過型の液晶素子１７０を透過する光は、開口部４５１を介して表示面側に射出される。
【０３５０】
図２６（Ｂ１）では、方向Ｒに隣接する画素２３０が異なる色に対応する画素である。このとき、図２６（Ｂ１）に示すように、方向Ｒに隣接する２つの画素において、開口部４５１が一列に配列されないように、電極３１１ｂの異なる位置に設けられていることが好ましい。これにより、２つの透過型の液晶素子１７０を離すことが可能で、透過型の液晶素子１７０を透過する光が隣接する画素２３０が有する着色層に入射してしまう現象（「クロストーク」ともいう。）を抑制することができる。また、隣接する２つの透過型の液晶素子１７０を離して配置することができるため、透過型の液晶素子１７０のＥＬ層をシャドウマスク等により作り分ける場合であっても、高い精細度の表示装置を実現できる。
【０３５１】
また、図２６（Ｂ２）に示すような配列としてもよい。
【０３５２】
非開口部の総面積に対する開口部４５１の総面積の比の値が大きすぎると、反射型の液晶素子１８０を用いた表示が暗くなってしまう。また、非開口部の総面積に対する開口部４５１の総面積の比の値が小さすぎると、透過型の液晶素子１７０を用いた表示が暗くなってしまう。
【０３５３】
開口部４５１の形状は、例えば多角形、四角形、楕円形、円形または十字等の形状とすることができる。また、細長い筋状、スリット状、市松模様状の形状としてもよい。また、開口部４５１を隣接する画素に寄せて配置してもよい。好ましくは、開口部４５１を同じ色を表示する他の画素に寄せて配置する。これにより、クロストークを抑制できる。
【０３５４】
また、図２６（Ｂ３）、（Ｂ４）に示すように、電極３１１ｂが設けられていない部分に、透過型の液晶素子１７０が位置していてもよい。これにより、透過型の液晶素子１７０を透過する光は、表示面側に射出される。
【０３５５】
図２６（Ｂ３）では、矢印Ｒで示す方向に隣接する２つの画素２３０において、透過型の液晶素子１７０が一列に配列されていない。図２６（Ｂ４）では、矢印Ｒで示す方向に隣接する２つの画素において、透過型の液晶素子１７０が一列に配列されている。
【０３５６】
図２６（Ｂ３）の構成は、隣接する２つの画素２３０が有する透過型の液晶素子１７０どうしを離すことができるため、上述の通り、クロストークの抑制、及び、高精細化が可能となる。また、図２６（Ｂ４）の構成では、透過型の液晶素子１７０の矢印Ｃに平行な辺側に、電極３１１ｂが位置しないため、透過型の液晶素子１７０の光が電極３１１ｂに遮られることを抑制でき、高い視野角特性を実現できる。
【０３５７】
回路２３２には、シフトレジスタ等の様々な順序回路等を用いることができる。回路２３２には、トランジスタ及び容量素子等を用いることができる。回路２３２が有するトランジスタは、画素２３０に含まれるトランジスタと同じ工程で形成することができる。
【０３５８】
回路２３３は、配線Ｓ１と電気的に接続される。回路２３３には、例えば、集積回路を用いることができる。具体的には、回路２３３には、シリコン基板上に形成された集積回路を用いることができる。
【０３５９】
例えば、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  ｏｎ  ｇｌａｓｓ）方式またはＣＯＦ方式等を用いて、画素２３０と電気的に接続されるパッドに回路２３３を実装することができる。具体的には、異方性導電膜を用いて、パッドに集積回路を実装できる。
【０３６０】
＜画素２３０の回路構成例＞
図２７は、画素２３０の構成例を示す回路図である。図２７では、隣接する２つの画素２３０を示している。
【０３６１】
画素２３０は、スイッチＳＷ１、容量素子Ｃ１、液晶素子１８０、スイッチＳＷ２、スイッチＳＷ２、容量素子Ｃ２、及び液晶素子１７０等を有する。また、画素２３０には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線ＣＳＣＯＭ、配線Ｓ１、及び配線Ｓ２が電気的に接続されている。また、図２７では、液晶素子１８０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ１、及び液晶素子１７０と電気的に接続する配線ＶＣＯＭ２を示している。
【０３６２】
図２７では、スイッチＳＷ１及びスイッチＳＷ２に、トランジスタを用いた場合の例を示している。
【０３６３】
スイッチＳＷ１は、ゲートが配線Ｇ１と接続され、ソース又はドレインの一方が配線Ｓ１と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子Ｃ１の一方の電極、及び液晶素子１８０の一方の電極と接続されている。容量素子Ｃ１は、他方の電極が配線ＣＳＣＯＭと接続されている。液晶素子１８０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ１と接続されている。
【０３６４】
スイッチＳＷ２は、ゲートが配線Ｇ２と接続され、ソース又はドレインの一方が配線Ｓ２と接続され、ソース又はドレインの他方が容量素子Ｃ２の一方の電極、及び液晶素子１７０の一方の電極と接続されている。容量素子Ｃ２は、他方の電極が配線ＣＳＣＯＭと接続されている。液晶素子１７０は、他方の電極が配線ＶＣＯＭ２と接続されている。
【０３６５】
配線Ｇ１には、スイッチＳＷ１を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ１には、所定の電位を与えることができる。配線Ｓ１には、液晶素子１８０が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。配線ＣＳＣＯＭには、所定の電位を与えることができる。
【０３６６】
配線Ｇ２には、スイッチＳＷ２を導通状態または非導通状態に制御する信号を与えることができる。配線ＶＣＯＭ２には、所定の電位を与えることができる。配線Ｓ２には、液晶素子１７０が有する液晶の配向状態を制御する信号を与えることができる。
【０３６７】
図２７に示す画素２３０は、例えば反射モードの表示を行う場合には、配線Ｇ１及び配線Ｓ１に与える信号により駆動し、液晶素子１８０による光学変調を利用して表示することができる。また、透過モードで表示を行う場合には、配線Ｇ２及び配線Ｓ２に与える信号により駆動し、液晶素子１７０による光学変調を利用して表示することができる。また両方のモードで駆動する場合には、配線Ｇ１、配線Ｇ２、配線Ｓ１及び配線Ｓ２のそれぞれに与える信号により駆動することができる。
【０３６８】
なお、図２７では一つの画素２３０に、一つの液晶素子１８０と一つの液晶素子１７０とを有する例を示している。このとき、画素２３０は１つの副画素として機能する。または、液晶素子１７０を時間階調法により駆動することで、透過モードまたは両方のモードで表示する際に、１つの画素２３０でフルカラーの表示が可能である。
【０３６９】
図２８（Ａ）は、１つの画素２３０に１つの反射型の液晶素子１８０と３つの透過型の液晶素子（液晶素子１７０ｒ、液晶素子１７０ｇ、及び液晶素子１７０ｂ）を有する例を示している。液晶素子１７０ｒ、液晶素子１７０ｇ、及び液晶素子１７０ｂは、それぞれ赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の光を透過する、透過型の液晶素子である。図２８（Ａ）に示す画素２３０は、透過モードまたは両方のモードで表示する際に、３つの透過型の液晶素子によりフルカラーの表示が可能である。
【０３７０】
また、図２８（Ｂ）には、画素２３０の構成例を示している。画素２３０は、電極３１１ｂが有する開口部と重なる領域を有する液晶素子１７０ｗと、電極３１１ｂの周囲に配置された液晶素子１７０ｒ、液晶素子１７０ｇ、および液晶素子１７０ｂとを有する。液晶素子１７０ｒ、液晶素子１７０ｇ、および液晶素子１７０ｂの面積は、ほぼ同等であることが好ましい。
【０３７１】
＜表示モード＞
表示装置１００は、３つの表示モードで動作させることができる。第１の表示モード（ｍｏｄｅ１）は、反射型の液晶表示装置として画像を表示する表示モードである。第２の表示モード（ｍｏｄｅ２）は、透過型の液晶表示装置として画像を表示する表示モードである。第３の表示モード（ｍｏｄｅ３）は、第１の表示モードと第２の表示モードを同時に作用させる表示モードである。
【０３７２】
〔第１の表示モード〕
第１の表示モードは光源が不要であるため、極めて低消費電力な表示モードである。例えば、外光の照度が十分大きく、且つ外光が白色光またはその近傍の光である場合に特に有効である。また、第１の表示モードは、照度が３００ｌｘ程度より大きい環境下、例えば日中下で使用する場合に特に有効である。ただし、目的または用途などによって、照度が３００ｌｘ程度より小さい環境下であっても、表示装置１００を第１の表示モードで動作させる場合がありうる。
【０３７３】
また、第１の表示モードは、本や書類などの文字情報を表示することに適した表示モードである。画像の表示に反射光を用いるため、目に優しい表示を行うことができ、目が疲れにくいという効果を奏する。
【０３７４】
図２９（Ａ１）は、日中の屋外で電子機器９１０を使用している様子を示している。図２９（Ａ１）において、電子機器９１０の表示装置は第１の表示モードで動作する。電子機器９１０は、例えば、スマートフォンなどの携帯情報端末である。また、電子機器９１０は、本発明の一態様の表示装置１００を有している。
【０３７５】
図２９（Ａ２）は、電子機器９１０の表示装置１００に入射する入射光９０１と、表示装置１００が反射する反射光９０２を示している。
【０３７６】
〔第２の表示モード〕
第２の表示モードは、外光の照度や色度によらず、極めて鮮やかな（コントラストが高く、且つ色再現性の高い）表示を行うことができる表示モードである。例えば、夜間や室内など、外光の照度が小さい場合などに有効である。第２の表示モードは、照度が５０００ｌｘ程度より小さい環境下での使用時に特に有効である。ただし、目的または用途などによって、照度が５０００ｌｘ程度より大きい環境下であっても、表示装置１００を第２の表示モードで動作させる場合がありうる。また、外光の照度が小さい場合、明るい表示を行うと使用者が眩しく感じてしまう場合がある。これを防ぐために、第２の表示モードでは輝度を抑えた表示を行うことが好ましい。これにより、眩しさを抑えることに加え、消費電力も低減することができる。第２の表示モードは、鮮やかな画像や滑らかな動画などを表示することに適したモードである。
【０３７７】
図２９（Ｂ１）は、夜間の屋外で電子機器９１０を使用している様子を示している。また、同図中の電子機器９２０は、デジタルサイネージに用いる電子機器である。図２９（Ｂ１）において、電子機器９１０および電子機器９２０の表示装置は第２の表示モードで動作する。また、電子機器９２０は、本発明の一態様の表示装置１００を有している。
【０３７８】
図２９（Ｂ２）は、電子機器９１０の表示装置１００から射出される光９０３と、電子機器９２０の表示装置１００から射出される光９０３を示している。
【０３７９】
〔第３の表示モード〕
第３の表示モードは、第１の表示モードによる反射光と、第２の表示モードによる透過光の両方を利用して表示を行う表示モードである。例えば、第１の表示モードの最大反射輝度以上の光を表示装置１００から射出する必要が生じた場合に、必要な光量を第２の表示モードによる透過光で補うことができる。また、例えば、第１の表示モードによる反射光と、第２の表示モードによる透過光を混合することにより、１つの色を表現するように駆動することができる。
【０３８０】
第３の表示モードは、第１の表示モードよりも鮮やかな表示をしつつ、第２の表示モードよりも消費電力を抑えることができる。例えば、室内照明下や、朝方や夕方の時間帯など、外光の照度が比較的低い場合や、外光の色度が白色ではない場合などに有効である。
【０３８１】
第３の表示モードは、照度が５０００ｌｘ程度より小さい環境下での使用時に特に有効である。ただし、目的または用途などによって、照度が５０００ｌｘ程度より大きい環境下であっても、表示装置１００を第３の表示モードで動作させる場合がありうる。
【０３８２】
図２９（Ｃ１）は、室内で電子機器９１０を使用している様子を示している。また、同図中の電子機器９３０は、テレビまたはモニタとして機能できる電子機器である。また、同図中の電子機器９４０は、ノート型のパーソナルコンピュータである。図２９（Ｃ１）において、電子機器９１０、電子機器９３０、および電子機器９４０が有する表示装置は第３の表示モードで動作する。また、電子機器９３０および電子機器９４０は、本発明の一態様の表示装置１００を有している。
【０３８３】
図２９（Ｃ２）は、電子機器９１０の表示装置１００から射出される光９０３、電子機器９１０の表示装置１００に入射する入射光９０１、および電子機器９１０の表示装置１００が反射する反射光９０２を示している。また、電子機器９３０の表示装置１００から射出される光９０３、電子機器９３０の表示装置１００に入射する入射光９０１、および電子機器９３０の表示装置１００が反射する反射光９０２を示している。電子機器９４０の表示装置１００も、他の表示装置１００と同様に機能することができる。
【０３８４】
なお、第３の表示モードを用いた表示は、ハイブリッド表示モードとも言える。ハイブリッド表示とは、１つのパネルにおいて、反射光と、透過光とを併用して、色調または光強度を互いに補完して、文字または画像を表示する方法である。または、ハイブリッド表示とは、同一画素または同一副画素において複数の表示素子から、それぞれの光を用いて、文字および／または画像を表示する方法である。ただし、ハイブリッド表示を行っている表示装置（「ハイブリッド表示装置」または「ハイブリッドディスプレイ」ともいう。）を局所的にみると、複数の表示素子のいずれか一を用いて表示される画素または副画素と、複数の表示素子の二以上を用いて表示される画素または副画素と、を有する場合がある。
【０３８５】
なお、本明細書等において、上記構成のいずれか１つまたは複数の表現を満たすものを、ハイブリッド表示という。
【０３８６】
また、ハイブリッドディスプレイは、同一画素または同一副画素に複数の表示素子を有する。なお、複数の表示素子としては、例えば、光を反射する反射型素子と、光を透過する透過型素子とが挙げられる。なお、反射型素子と、透過型素子とは、それぞれ独立に制御することができる。ハイブリッドディスプレイは、表示部において、反射光および透過光のいずれか一方または双方を用いて、文字および／または画像を表示する機能を有する。
【０３８７】
＜第１乃至第３の表示モードの具体例＞
ここで、上述した第１乃至第３の表示モードを用いる場合の具体例について、図３０および図３１を用いて説明する。
【０３８８】
なお、以下では、第１乃至第３の表示モードが照度に応じて自動に切り替わる場合について説明する。なお、照度に応じて自動で切り替わる場合、例えば、表示装置に照度センサ等を設け、当該照度センサからの情報をもとに表示モードを切り替えることができる。
【０３８９】
図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）、および図３０（Ｃ）は、本発明の一態様の表示装置が取り得る表示モードを説明するための画素の模式図である。
【０３９０】
図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）、および図３０（Ｃ）では、第１の表示素子５０１が有する電極３１１ｂ、第２の表示素子５０２、開口部４５１、第１の表示素子５０１から反射される反射光５０４、および第２の表示素子５０２から開口部４５１を通って射出される透過光５０５が明示されている。なお、図３０（Ａ）が第１の表示モードを説明する図であり、図３０（Ｂ）が第２の表示モードを説明する図であり、図３０（Ｃ）が第３の表示モードを説明する図である。
【０３９１】
なお、図３０（Ａ）、図３０（Ｂ）、および図３０（Ｃ）では、第１の表示素子５０１として、反射型の液晶素子を用い、第２の表示素子５０２として、透過型の液晶素子を用いる場合とする。
【０３９２】
本実施の形態で説明する第１の表示素子５０１は、上記実施の形態に示す液晶素子１８０に相当する。また、第１の表示素子５０２は液晶素子１７０に相当する。
【０３９３】
図３０（Ａ）に示す第１の表示モードでは、第１の表示素子５０１である、反射型の液晶素子を駆動して反射光の強度を調節して階調表示を行うことができる。
【０３９４】
図３０（Ｂ）に示す第２の表示モードでは、第２の表示素子５０２である液晶素子の透過率を調節して階調表示を行うことができる。なお、第２の表示素子５０２から透過する光は、開口部４５１を通過し、透過光５０５として外部に取り出される。
【０３９５】
図３０（Ｃ）に示す第３の表示モードは、上述した第１の表示モードと、第２の表示モードとを組み合わせた表示モードである。例えば、第１の表示素子５０１である、反射型の液晶素子が有する反射電極で、反射光５０４の強度を液晶層で調節し階調表示を行う。また、第１の表示素子５０１の駆動する期間と、同じ期間内に、第２の表示素子５０２である、液晶素子の透過率を変化させることで透過光５０５の強度を調整し、階調表示を行う。
【０３９６】
＜第１乃至第３の表示モードの状態遷移＞
次に、第１乃至第３の表示モードの状態遷移について、図３０（Ｄ）を用いて説明を行う。図（Ｄ）は、第１の表示モード、第２の表示モード、および第３の表示モードの状態遷移図である。図３０（Ｄ）に示す、状態Ｃ１は第１の表示モードに相当し、状態Ｃ２は第２の表示モードに相当し、状態Ｃ３は第３の表示モードに相当する。
【０３９７】
図３０（Ｄ）に図示するように、状態Ｃ１から状態Ｃ３までは照度に応じていずれかの状態の表示モードを取り得る。例えば、屋外のように照度が大きい場合には、状態Ｃ１を取り得る。また、屋外から屋内に移動するような照度が小さくなる場合には、状態Ｃ１から状態Ｃ２に遷移する。また、屋外であっても照度が低く、反射光による階調表示が十分でない場合には、状態Ｃ２から状態Ｃ３に遷移する。もちろん、状態Ｃ３から状態Ｃ１への遷移、状態Ｃ１から状態Ｃ３への遷移、状態Ｃ３から状態Ｃ２への遷移、または状態Ｃ２から状態Ｃ１への遷移も生じる。
【０３９８】
なお、図３０（Ｄ）では、第１の表示モードのイメージとして太陽のシンボルを、第２の表示モードのイメージとして、月のシンボルを、第３の表示モードのイメージとして、雲のシンボルを、それぞれ図示してある。
【０３９９】
なお、図３０（Ｄ）に図示するように、状態Ｃ１乃至状態Ｃ３において、照度の変化がない、または照度の変化が少ない場合には、他の状態に遷移せずに、続けて元の状態を維持すればよい。
【０４００】
以上のように照度に応じて表示モードを切り替える構成とすることで、消費電力が比較的大きいバックライト等の光源を必要とする透過型の液晶素子の階調表示の頻度を減らすことができる。そのため、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置は、バッテリの残容量、表示するコンテンツ、または周辺環境の照度に応じて、さらに動作モードを切り替えることができる。なお、上記の説明においては、照度に応じて表示モードが自動で切り替わる場合について例示したがこれに限定されず、使用者が手動で表示モードを切り替えてもよい。
【０４０１】
＜動作モード＞
次に、第１の表示素子および第２の表示素子で行うことができる動作モードについて、図３１用いて説明を行う。
【０４０２】
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）で動作する通常動作モード（Ｎｏｒｍａｌ  ｍｏｄｅ）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。
【０４０３】
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、通常動作モードの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。
【０４０４】
図３１（Ａ）、図３１（Ｂ）、および図３１（Ｃ）は、画素回路、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３１（Ａ）では、第１の表示素子５０１（ここでは反射型の液晶素子）と、第１の表示素子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３１（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。
【０４０５】
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。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。
【０４０６】
なお、図３１（Ａ）に示す回路図において、液晶素子ＬＣはデータ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ＬＣの抵抗率を１．０×１０１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。
【０４０７】
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。
【０４０８】
また、図３１（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。１フレーム期間を期間Ｔ１からＴ３までで表すと、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をノードＮＤ１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。
【０４０９】
一方、図３１（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。
【０４１０】
ＩＤＳ駆動モードは、上述した第１の表示モード、第２の表示モードまたは第３の表示モードと組み合わせることで、さらなる低消費電力化を図ることができるため有効である。
【０４１１】
以上のように、本実施の形態の表示装置は、第１の表示モード乃至第３の表示モードを切り替えて表示を行うことができる。したがって、周囲の明るさによらず、視認性が高く利便性の高い表示装置または全天候型の表示装置を実現できる。
【０４１２】
また、本実施の形態に示す表示装置は、第１の表示素子を有する第１の画素と、第２の表示素子を有する第２の画素とをそれぞれ複数有すると好ましい。また、第１の画素と第２の画素とは、それぞれ、マトリクス状に配置されることが好ましい。
【０４１３】
第１の画素および第２の画素は、それぞれ、１つ以上の副画素を有する構成とすることができる。本実施の形態に示す表示装置は、第１の画素および第２の画素の双方とも、フルカラー表示を行う構成とすることができる。または、本実施の形態に示す表示装置は、第１の画素では白黒表示またはグレイスケールでの表示を行い、第２の画素ではフルカラー表示を行う構成とすることができる。第１の画素を用いた白黒表示またはグレイスケールでの表示は、文書情報など、カラー表示を必要としない情報を表示することに適している。
【０４１４】
また、本発明の一態様の表示装置は、さまざまな規格の色域を再現することができる。例えば、テレビ放送で使われるＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ  Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ  Ｌｉｎｅ）規格およびＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）規格、パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、プリンタなどの電子機器に用いる表示装置で広く使われているｓＲＧＢ（ｓｔａｎｄａｒｄ  ＲＧＢ）規格およびＡｄｏｂｅ  ＲＧＢ規格、ＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、ハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ  ＢＴ．７０９（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｕｎｉｏｎ  Ｒａｄｉｏｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｅｃｔｏｒ  Ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ  Ｓｅｒｖｉｃｅ（Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）  ７０９）規格、デジタルシネマ映写で使われるＤＣＩ−Ｐ３（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｉｎｅｍａ  Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｓ  Ｐ３）規格、ＵＨＤＴＶ（Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ  Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ、スーパーハイビジョンともいう）で使われるＩＴＵ−Ｒ  ＢＴ．２０２０（ＲＥＣ．２０２０（Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  ２０２０））規格などの色域を再現することができる。
【０４１５】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０４１６】
（実施の形態６）
本実施の形態では、タッチセンサの駆動方法の例について、図面を参照して説明する。
【０４１７】
〔センサの検知方法の例〕
図３２（Ａ）は、相互容量方式のタッチセンサの構成を示すブロック図である。図３２（Ａ）では、パルス電圧出力回路５５１、電流検出回路５５２を示している。なお図３２（Ａ）では、パルス電圧が与えられる電極５２１、電流の変化を検知する電極５２２をそれぞれ、Ｘ１−Ｘ６、Ｙ１−Ｙ６のそれぞれ６本の配線として示している。また図３２（Ａ）は、電極５２１および電極５２２が重畳することで形成される容量５５３を図示している。なお、電極５２１と電極５２２とはその機能を互いに置き換えてもよい。
【０４１８】
パルス電圧出力回路５５１は、Ｘ１−Ｘ６の配線に順にパルス電圧を印加するための回路である。Ｘ１−Ｘ６の配線にパルス電圧が印加されることで、容量５５３を形成する電極５２１と電極５２２の間に電界が生じる。この電極間に生じる電界が遮蔽等により容量５５３の相互容量に変化を生じさせることを利用して、被検知体の近接、または接触を検出することができる。
【０４１９】
電流検出回路５５２は、容量５５３での相互容量の変化による、Ｙ１乃至Ｙ６の配線での電流の変化を検出するための回路である。Ｙ１乃至Ｙ６の配線では、被検知体の近接、または接触がないと検出される電流値に変化はないが、検出する被検知体の近接、または接触により相互容量が減少する場合には電流値が減少する変化を検出する。なお電流の検出は、積分回路等を用いて行えばよい。
【０４２０】
なお、パルス電圧出力回路５５１および電流検出回路５５２のいずれか一方、または両方を、対向基板１７１またはトランジスタ基板１８１上に形成してもよい。例えば、表示部３６２や回路３６４などと同時に形成すると、工程を簡略化できることに加え、タッチセンサの駆動に用いる部品数を削減することができるため好ましい。また、パルス電圧出力回路５５１および電流検出回路５５２のいずれか一方、または両方を、ＩＣ３７３に実装してもよい。
【０４２１】
特に、トランジスタ基板１８１上に形成されるトランジスタとして、チャネルが形成される半導体層に多結晶シリコンや単結晶シリコンなどの結晶性シリコンや、酸化物半導体などを用いると、パルス電圧出力回路５５１や電流検出回路５５２等の回路の駆動能力が向上し、タッチセンサの感度を向上させることができる。
【０４２２】
次いで図３２（Ｂ）には、図３２（Ａ）で示す相互容量方式のタッチセンサにおける入出力波形のタイミングチャートを示す。図３２（Ｂ）では、１フレーム期間で各行列での被検知体の検出を行うものとする。また図３２（Ｂ）では、被検知体を検出しない場合（非タッチ）と被検知体を検出する場合（タッチ）との２つの場合について示している。なおＹ１−Ｙ６の配線については、検出される電流値に対応する電圧値とした波形を示している。
【０４２３】
Ｘ１−Ｘ６の配線には、順にパルス電圧が与えられ、該パルス電圧にしたがってＹ１−Ｙ６の配線での波形が変化する。被検知体の近接または接触がない場合には、Ｘ１−Ｘ６の配線の電圧の変化に応じてＹ１−Ｙ６の波形が一様に変化する。一方、被検知体が近接または接触する箇所では、電流値が減少するため、これに対応する電圧値の波形も変化する。
【０４２４】
このように、相互容量の変化を検出することにより、被検知体の近接または接触を検知することができる。
【０４２５】
また、図３２（Ａ）ではタッチセンサとして配線の交差部に容量５５３のみを設けるパッシブマトリクス方式のタッチセンサの構成を示したが、トランジスタと容量とを備えたアクティブマトリクス方式のタッチセンサとしてもよい。図３３にアクティブマトリクス方式のタッチセンサに含まれる一つのセンサ回路の例を示している。
【０４２６】
センサ回路は容量５５３と、トランジスタ５６１と、トランジスタ５６２と、トランジスタ５６３とを有する。トランジスタ５６３はゲートに信号Ｓ２が与えられ、ソース又はドレインの一方に電圧ＶＲＥＳが与えられ、他方が容量５５３の一方の電極およびトランジスタ５６１のゲートと電気的に接続する。トランジスタ５６１はソース又はドレインの一方がトランジスタ５６２のソース又はドレインの一方と電気的に接続し、他方に電圧ＶＳＳが与えられる。トランジスタ５６２はゲートに信号Ｓ１が与えられ、ソース又はドレインの他方が配線ＭＬと電気的に接続する。容量５５３の他方の電極には電圧ＶＳＳが与えられる。
【０４２７】
続いて、センサ回路の動作について説明する。まず信号Ｓ２としてトランジスタ５６３をオン状態とする電位が与えられることで、トランジスタ５６１のゲートが接続されるノードｎに電圧ＶＲＥＳに対応した電位が与えられる。次いで信号Ｓ２としてトランジスタ５６３をオフ状態とする電位が与えられることで、ノードｎの電位が保持される。
【０４２８】
続いて、指等の被検知体の近接または接触により、容量５５３の相互容量が変化することに伴い、ノードｎの電位がＶＲＥＳから変化する。
【０４２９】
読み出し動作は、信号Ｓ１にトランジスタ５６２をオン状態とする電位を与える。ノードｎの電位に応じてトランジスタ５６１に流れる電流、すなわち配線ＭＬに流れる電流が変化する。この電流を検出することにより、被検知体の近接または接触を検出することができる。
【０４３０】
トランジスタ５６１、トランジスタ５６２、トランジスタ５６３としては、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を適用したトランジスタを用いることが好ましい。特にトランジスタ５６３のチャネルを形成する半導体層に酸化物半導体を適用することにより、ノードｎの電位を長期間に亘って保持することが可能となり、ノードｎにＶＲＥＳを供給しなおす動作（リフレッシュ動作）の頻度を減らすことができる。
【０４３１】
〔表示装置の駆動方法例〕
図３４（Ａ）は、表示装置の構成例を示すブロック図である。図３４（Ａ）ではゲート駆動回路ＧＤ（走査線駆動回路）、ソース駆動回路ＳＤ（信号線駆動回路）、複数の画素ｐｉｘを有する表示部を示している。なお図３４（Ａ）では、ゲート駆動回路ＧＤに電気的に接続されるゲート線ｘ＿１乃至ｘ＿ｍ（ｍは自然数）、ソース駆動回路ＳＤに電気的に接続されるソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎ（ｎは自然数）に対応して、画素ｐｉｘではそれぞれに（１，１）乃至（ｎ，ｍ）の符号を付している。
【０４３２】
次いで図３４（Ｂ）は、図３４（Ａ）で示す表示装置におけるゲート線およびソース線に与える信号のタイミングチャート図である。図３４（Ｂ）では、１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換える場合と、データ信号を書き換えない場合と、に分けて示している。なお図３４（Ｂ）では、帰線期間等の期間を考慮していない。
【０４３３】
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換える場合、ｘ＿１乃至ｘ＿ｍのゲート線には、順に走査信号が与えられる。走査信号がＨレベルの期間である水平走査期間１Ｈでは、各列のソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎにデータ信号Ｄが与えられる。
【０４３４】
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換えない場合、ゲート線ｘ＿１乃至ｘ＿ｍに与える走査信号を停止する。また水平走査期間１Ｈでは、各列のソース線ｙ＿１乃至ｙ＿ｎに与えるデータ信号を停止する。
【０４３５】
１フレーム期間ごとにデータ信号を書き換えない駆動方法は、特に、画素ｐｉｘが有するトランジスタ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適用する場合に有効である。酸化物半導体が適用されたトランジスタはシリコン等の半導体が適用されたトランジスタに比べて極めてオフ電流を小さくすることが可能である。そのため、１フレーム期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだデータ信号を保持させることができ、例えば１秒以上、好ましくは５秒以上に亘って画素の階調を保持することもできる。
【０４３６】
また、画素ｐｉｘが有するトランジスタとしてチャネルが形成される半導体層に多結晶シリコンなどを適用する場合には、画素が有する保持容量の大きさをあらかじめ大きくしておくことが好ましい。保持容量が大きいほど、画素の階調を長時間に亘って保持することができる。保持容量の大きさは、保持容量に電気的に接続するトランジスタや表示素子のリーク電流に応じて設定すればよいが、例えば、１画素あたりの保持容量を５ｆＦ以上５ｐＦ以下、好ましくは１０ｆＦ以上５ｐＦ以下、より好ましくは２０ｆＦ以上１ｐＦ以下とすると、１フレーム期間ごとにデータ信号の書き換えを行わずに前の期間に書き込んだデータ信号を保持させることができ、例えば数フレームまたは数１０フレームの期間に亘って画素の階調を保持することが可能となる。
【０４３７】
〔表示部とタッチセンサの駆動方法の例〕
図３５（Ａ）乃至（Ｄ）は、一例として図３２（Ａ）、（Ｂ）で説明したタッチセンサと、図３４（Ａ）、（Ｂ）で説明した表示部を１ｓｅｃ．（１秒間）駆動する場合に、連続するフレーム期間の動作について説明する図である。なお図３５（Ａ）では、表示部の１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とした場合について示している。
【０４３８】
本発明の一態様の表示装置は、表示部の動作とタッチセンサの動作は互いに独立しており、表示期間と平行してタッチ検知期間を設けることができる。そのため図３５（Ａ）に示すように、表示部およびタッチセンサの１フレーム期間を共に１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）と設定することができる。また、タッチセンサと表示部のフレーム周波数を異ならせてもよい。例えば図３５（Ｂ）に示すように、表示部の１フレーム期間を８．３ｍｓ（フレーム周波数：１２０Ｈｚ）と設定し、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とすることもできる。また、図示しないが、表示部のフレーム周波数を３３．３ｍｓ（フレーム周波数：３０Ｈｚ）としてもよい。
【０４３９】
また表示部のフレーム周波数を切り替え可能な構成とし、動画像の表示の際にはフレーム周波数を大きく（例えば６０Ｈｚ以上または１２０Ｈｚ以上）し、静止画像の表示の際にはフレーム周波数を小さく（例えば６０Ｈｚ以下、３０Ｈｚ以下、または１Ｈｚ以下）することで、表示装置の消費電力を低減することができる。またタッチセンサのフレーム周波数を切り替え可能な構成とし、待機時と、タッチを感知した時とでフレーム周波数を異ならせてもよい。
【０４４０】
また本発明の一態様の表示装置は、表示部におけるデータ信号の書き換えを行わずに、前の期間に書き換えたデータ信号を保持することで、表示部の１フレーム期間を１６．７ｍｓよりも長い期間とすることができる。そのため、図３５（Ｃ）に示すように、表示部の１フレーム期間を１ｓｅｃ．（フレーム周波数：１Ｈｚ）と設定し、タッチセンサの１フレーム期間を１６．７ｍｓ（フレーム周波数：６０Ｈｚ）とすることもできる。
【０４４１】
なお、表示部におけるデータ信号の書き換えを行わずに、前の期間に書き換えたデータ信号を保持する構成については、先に説明のＩＤＳ駆動モードを参照することができる。なお、ＩＤＳ駆動モードについては、表示部におけるデータ信号の書き換えを特定の領域だけ行う、部分ＩＤＳ駆動モードとしてもよい。部分ＩＤＳ駆動モードとは、表示部におけるデータ信号の書き換えを特定の領域だけ行い、それ以外の領域においては、前の期間に書き換えたデータ信号を保持する構成である。
【０４４２】
また、本実施の形態に開示するタッチセンサの駆動方法によれば、図３５（Ｃ）に示す駆動を行う場合、継続してタッチセンサの駆動を行うことができる。そのため、図３５（Ｄ）に示すようにタッチセンサにおける被検知体の近接または接触を検知したタイミングで、表示部のデータ信号を書き換えることもできる。
【０４４３】
ここで、タッチセンサのセンシング期間に表示部のデータ信号の書き換え動作を行うと、データ信号の書き換え時に生じるノイズがタッチセンサに伝わることで、タッチセンサの感度を低下させてしまう恐れがある。したがって、表示部のデータ信号の書き換え期間と、タッチセンサのセンシング期間とをずらすように駆動することが好ましい。
【０４４４】
図３６（Ａ）では、表示部のデータ信号の書き換えと、タッチセンサのセンシングとを交互に行う例を示している。また、図３６（Ｂ）では、表示部のデータ信号の書き換え動作を２回行うごとに、タッチセンサのセンシングを１回行う例を示している。なお、これに限られず３回以上の書き換え動作を行うごとにタッチセンサのセンシングを１回行う構成としてもよい。
【０４４５】
また、画素ｐｉｘに適用されるトランジスタに、ＯＳトランジスタを用いる場合、オフ電流を極めて低減することが可能なため、データ信号の書き換えの頻度を十分に低減することができる。具体的には、データ信号の書き換えを行った後、次にデータ信号を書き換えるまでの間に、十分に長い休止期間を設けることが可能となる。休止期間は、例えば０．５秒以上、１秒以上、または５秒以上とすることができる。休止期間の上限は、トランジスタに接続される容量や表示素子等のリーク電流によって制限されるが、例えば１分以下、１０分以下、１時間以下、または１日以下などとすることができる。
【０４４６】
図３６（Ｃ）では、５秒間に１度の頻度で表示部のデータ信号の書き換えを行う例を示している。図３６（Ｃ）では、表示部はデータ信号を書き換えたのち、次のデータ信号の書き換え動作までの期間は、書き換え動作を停止する休止期間が設けられている。休止期間では、タッチセンサがフレーム周波数ｉＨｚ（ｉは表示装置のフレーム周波数以上、ここでは０．２Ｈｚ以上）で駆動することができる。また図３６（Ｃ）に示すように、タッチセンサのセンシングを休止期間に行い、表示部のデータ信号の書き換え期間には行わないようにすると、タッチセンサの感度を向上させることができ好ましい。また、図３６（Ｄ）に示すように、表示部のデータ信号の書き換えとタッチセンサのセンシングを同時に行うと、駆動のための信号を簡略化することができる。
【０４４７】
また、表示部のデータ信号の書き換え動作を行わない休止期間では、表示部へのデータ信号の供給を停止するだけでなく、ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤの一方、または双方の動作を停止してもよい。さらに、ゲート駆動回路ＧＤおよびソース駆動回路ＳＤの一方、または双方への電力供給を停止してもよい。このようにすることで、ノイズをより低減し、タッチセンサの感度をさらに良好なものとすることができる。また、表示装置の消費電力をさらに低減することができる。
【０４４８】
また、表示装置として、先に説明のハイブリッドディスプレイを用いる場合、上述のＩＤＳ駆動モード、または部分ＩＤＳ駆動モードと、上述のタッチセンサの駆動方法と、を組み合わせることができる。また、ハイブリッドディスプレイを用いる場合、複数の表示素子は、それぞれ独立してＩＤＳ駆動モードまたは部分ＩＤＳ駆動モードを行うことができる。ハイブリッドディスプレイを用いる場合、以下のような駆動方法を実現できる。
【０４４９】
例えば、上記ハイブリッドディスプレイが反射型素子と、透過型素子とを有する場合、反射型素子にて白黒の画像を表示させる。その後、反射型素子をＩＤＳ駆動モードにし、ゲート駆動回路ＧＤ及びソース駆動回路ＳＤの一方または双方への電力供給を停止する。その後、タッチセンサのセンシングを行い、当該センシングが行われていない領域の反射型素子を部分ＩＤＳ駆動モードへと移行させる。その後、部分ＩＤＳ駆動モードが行われていない領域の透過型素子に信号を供給する。その後、当該透過型素子を選択して信号を供給するための、ゲート駆動回路ＧＤ及びソース駆動回路ＳＤの一方または双方への電力供給を停止させて、透過型素子を部分ＩＤＳ駆動モードへと移行する。
【０４５０】
上記のような駆動方法を行うことで、消費電力を低減させ、且つタッチセンサの検出感度が高められた優れた表示装置を実現することができる。
【０４５１】
本発明の一態様の表示装置は、２つの基板で表示部とタッチセンサが挟持された構成を有する。よって、表示部とタッチセンサの距離を極めて近づけることができる。このとき、表示部の駆動時のノイズがタッチセンサに伝搬しやすくなり、タッチセンサの感度が低下してしまう恐れがある。本実施の形態で例示した駆動方法を適用することで、薄型化と高い検出感度を両立した、タッチセンサを有する表示装置を実現できる。
【０４５２】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０４５３】
（実施の形態７）
本実施の形態では、図３７乃至図３９を用いて、本発明の一態様に係る表示装置に用いることができるトランジスタの構成例について説明を行う。
【０４５４】
＜トランジスタの構成例１＞
まず、トランジスタの構造の一例として、トランジスタ３２００ａについて、図３７（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。図３７（Ａ）はトランジスタ３２００ａの上面図である。図３７（Ｂ）は、図３７（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図３７（Ｃ）は、図３７（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。なお、図３７（Ａ）において、煩雑になることを避けるため、トランジスタ３２００ａの構成要素の一部（ゲート絶縁層としての機能を有する絶縁層等）を省略して図示している。なお、以下において、一点鎖線Ｘ１−Ｘ２方向をチャネル長方向、一点鎖線Ｙ１−Ｙ２方向をチャネル幅方向と呼称する場合がある。なお、トランジスタの上面図においては、以降の図面においても図３７と同様に、構成要素の一部を省略して図示する場合がある。
【０４５５】
トランジスタ３２００ａは、絶縁層３２２４上の導電層３２２１と、絶縁層３２２４及び導電層３２２１上の絶縁層３２１１と、絶縁層３２１１上の金属酸化物層３２３１と、金属酸化物層３２３１上の導電層３２２２ａと、金属酸化物層３２３１上の導電層３２２２ｂと、金属酸化物層３２３１、導電層３２２２ａ、及び導電層３２２２ｂ上の絶縁層３２１２と、絶縁層３２１２上の導電層３２２３と、絶縁層３２１２及び導電層３２２３上の絶縁層３２１３と、を有する。
【０４５６】
また、絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２は、開口部３２３５を有する。導電層３２２３は、開口部３２３５を介して、導電層３２２１と電気的に接続される。
【０４５７】
ここで、絶縁層３２１１は、トランジスタ３２００ａの第１のゲート絶縁層としての機能を有し、絶縁層３２１２は、トランジスタ３２００ａの第２のゲート絶縁層としての機能を有し、絶縁層３２１３は、トランジスタ３２００ａの保護絶縁層としての機能を有する。また、トランジスタ３２００ａにおいて、導電層３２２１は、第１のゲートとしての機能を有し、導電層３２２２ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有し、導電層３２２２ｂ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、トランジスタ３２００ａにおいて、導電層３２２３は、第２のゲートとしての機能を有する。
【０４５８】
なお、トランジスタ３２００ａは、所謂チャネルエッチ型のトランジスタであり、デュアルゲート構造である。
【０４５９】
また、トランジスタ３２００ａは、導電層３２２３を設けない構成にすることもできる。この場合、トランジスタ３２００ａは、所謂チャネルエッチ型のトランジスタであり、ボトムゲート構造である。
【０４６０】
図３７（Ｂ）（Ｃ）に示すように、金属酸化物層３２３１は、導電層３２２１、及び導電層３２２３と対向するように位置し、２つのゲートの機能を有する導電層に挟まれている。導電層３２２３のチャネル長方向の長さ、及び導電層３２２３のチャネル幅方向の長さは、金属酸化物層３２３１のチャネル長方向の長さ、及び金属酸化物層３２３１のチャネル幅方向の長さよりもそれぞれ長く、金属酸化物層３２３１の全体は、絶縁層３２１２を介して導電層３２２３に覆われている。
【０４６１】
別言すると、導電層３２２１及び導電層３２２３は、絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２に設けられる開口部３２３５において接続され、且つ金属酸化物層３２３１の側端部よりも外側に位置する領域を有する。
【０４６２】
このような構成を有することで、トランジスタ３２００ａに含まれる金属酸化物層３２３１を、導電層３２２１及び導電層３２２３の電界によって電気的に囲むことができる。トランジスタ３２００ａのように、第１のゲート及び第２のゲートの電界によって、チャネル領域が形成される金属酸化物層を、電気的に囲むトランジスタのデバイス構造をＳｕｒｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｈａｎｎｅｌ（Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ）構造と呼ぶことができる。
【０４６３】
トランジスタ３２００ａは、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、第１のゲートの機能を有する導電層３２２１によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に金属酸化物層３２３１に印加することができるため、トランジスタ３２００ａの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ３２００ａを微細化することが可能となる。また、トランジスタ３２００ａは、第１のゲートの機能を有する導電層３２２１及び第２のゲートの機能を有する導電層３２２３によって囲まれた構造を有するため、トランジスタ３２００ａの機械的強度を高めることができる。
【０４６４】
例えば、金属酸化物層３２３１は、Ｉｎと、Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、スズ、銅、バナジウム、ベリリウム、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）と、Ｚｎと、を有すると好ましい。
【０４６５】
また、金属酸化物層３２３１は、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有すると好ましい。一例としては、金属酸化物層３２３１のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３近傍とすると好ましい。ここで、近傍とは、Ｉｎが４の場合、Ｍが１．５以上２．５以下であり、且つＺｎが２以上４以下を含む。または、金属酸化物層３２３１のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６近傍とすると好ましい。
【０４６６】
また、金属酸化物層３２３１は、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅであると好適である。金属酸化物層３２３１が、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有し、且つＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅであることで、トランジスタ３２００ａの電界効果移動度を高くすることができる。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅの詳細については、後述する。
【０４６７】
また、ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造であるトランジスタ３２００ａは電界効果移動度が高く、且つ駆動能力が高いので、トランジスタ３２００ａを駆動回路、代表的にはゲート信号を生成するゲートドライバに用いることで、額縁幅の狭い（狭額縁ともいう）表示装置を提供することができる。また、トランジスタ３２００ａを、表示装置が有する信号線からの信号の供給を行うソースドライバ（とくに、ソースドライバが有するシフトレジスタの出力端子に接続されるデマルチプレクサ）に用いることで、表示装置に接続される配線数が少ない表示装置を提供することができる。
【０４６８】
また、トランジスタ３２００ａはそれぞれチャネルエッチ構造のトランジスタであるため、低温ポリシリコンを用いたトランジスタと比較して、作製工程数が少ない。また、トランジスタ３２００ａは、金属酸化物層をチャネルに用いているため、低温ポリシコンを用いたトランジスタのように、レーザ結晶化工程が不要である。これらのため、大面積基板を用いた表示装置であっても、製造コストを低減することが可能である。さらに、ウルトラハイビジョン（「４Ｋ解像度」、「４Ｋ２Ｋ」、「４Ｋ」）、スーパーハイビジョン（「８Ｋ解像度」、「８Ｋ４Ｋ」、「８Ｋ」）のよう高解像度であり、且つ大型の表示装置において、トランジスタ３２００ａのように電界効果移動度が高いトランジスタを駆動回路及び表示部に用いることで、短時間での書き込みが可能であり、表示不良を低減することが可能であり好ましい。
【０４６９】
また、金属酸化物層３２３１と接する絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２は、酸化物絶縁膜であることが好ましく、化学量論的組成よりも過剰に酸素を含有する領域（過剰酸素領域）を有することがより好ましい。別言すると、絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２は、酸素を放出することが可能な絶縁膜である。なお、絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２に過剰酸素領域を設けるには、例えば、酸素雰囲気下にて絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２を形成する、もしくは成膜後の絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２を酸素雰囲気下で熱処理すればよい。
【０４７０】
金属酸化物層３２３１としては、金属酸化物の一種である酸化物半導体を用いることができる。
【０４７１】
金属酸化物層３２３１がＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物の場合、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、Ｉｎ＞Ｍを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝２：１：３、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝３：１：２、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：４．１、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：８、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝６：１：６、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：２：５等が挙げられる。
【０４７２】
また、金属酸化物層３２３１が、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物で形成される場合、スパッタリングターゲットとしては、多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いると好ましい。多結晶のＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物を含むターゲットを用いることで、結晶性を有する金属酸化物層３２３１を形成しやすくなる。なお、成膜される金属酸化物層３２３１の原子数比は、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス４０％の変動を含む。例えば、金属酸化物層３２３１に用いるスパッタリングターゲットの組成がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］の場合、成膜される金属酸化物層３２３１の組成は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：３［原子数比］の近傍となる場合がある。
【０４７３】
また、金属酸化物層３２３１は、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上である。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。
【０４７４】
また、金属酸化物層３２３１は、非単結晶構造であると好ましい。非単結晶構造は、例えば、後述するＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、ＣＡＡＣ−ＯＳは最も欠陥準位密度が低い。
【０４７５】
金属酸化物層３２３１としては、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い金属酸化物膜を用いることで、優れた電気特性を有するトランジスタを作製することができ好ましい。ここでは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度の低い（酸素欠損の少ない）ことを高純度真性または実質的に高純度真性とよぶ。なお、金属酸化物膜中の不純物としては、代表的には水、水素などが挙げられる。本明細書等において、金属酸化物膜中から水及び水素を低減または除去することを、脱水化、脱水素化と表す場合がある。また、金属酸化物膜、または酸化物絶縁膜中に酸素を添加することを、加酸素化と表す場合があり、加酸素化され且つ化学両論的組成よりも過剰の酸素を有する状態を過酸素化状態と表す場合がある。
【０４７６】
高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、該金属酸化物膜にチャネル領域が形成されるトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、欠陥準位密度が低いため、トラップ準位密度も低くなる場合がある。また、高純度真性または実質的に高純度真性である金属酸化物膜は、オフ電流が著しく小さく、チャネル幅が１×１０６μｍでチャネル長Ｌが１０μｍの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧（ドレイン電圧）が１Ｖから１０Ｖの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち１×１０−１３Ａ以下という特性を得ることができる。
【０４７７】
絶縁層３２１３は、水素及び窒素のいずれか一方または双方を有する。または、絶縁層３２１３は、窒素及びシリコンを有する。また、絶縁層３２１３は、酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキングできる機能を有する。絶縁層３２１３を設けることで、金属酸化物層３２３１からの酸素の外部への拡散と、絶縁層３２１２に含まれる酸素の外部への拡散と、外部から金属酸化物層３２３１への水素、水等の入り込みを防ぐことができる。
【０４７８】
絶縁層３２１３としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。
【０４７９】
＜トランジスタの構成例２＞
次に、トランジスタの構造の一例として、トランジスタ３２００ｂについて、図３８（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。図３８（Ａ）はトランジスタ３２００ｂの上面図である。図３８（Ｂ）は、図３８（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図３８（Ｃ）は、図３８（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０４８０】
トランジスタ３２００ｂは、金属酸化物層３２３１、導電層３２２２ａ、導電層３２２２ｂ、および絶縁層３２１２が積層構造である点において、トランジスタ３２００ａと異なる。
【０４８１】
絶縁層３２１２は、金属酸化物層３２３１、導電層３２２２ａ及び導電層３２２２ｂの上の絶縁層３２１２ａと、絶縁層３２１２ａの上の絶縁層３２１２ｂを有する。絶縁層３２１２は、金属酸化物層３２３１に酸素を供給する機能を有する。すなわち、絶縁層３２１２は、酸素を有する。また、絶縁層３２１２ａは、酸素を透過することのできる絶縁層である。なお、絶縁層３２１２ａは、後に形成する絶縁層３２１２ｂを形成する際の、金属酸化物層３２３１へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０４８２】
絶縁層３２１２ａとしては、厚さが５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下、好ましくは５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０４８３】
また、絶縁層３２１２ａは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が３×１０１７ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。これは、絶縁層３２１２ａに含まれる欠陥密度が多いと、該欠陥に酸素が結合してしまい、絶縁層３２１２ａにおける酸素の透過性が減少してしまう。
【０４８４】
なお、絶縁層３２１２ａにおいては、外部から絶縁層３２１２ａに入った酸素が全て絶縁層３２１２ａの外部に移動せず、絶縁層３２１２ａにとどまる酸素もある。また、絶縁層３２１２ａに酸素が入ると共に、絶縁層３２１２ａに含まれる酸素が絶縁層３２１２ａの外部へ移動することで、絶縁層３２１２ａにおいて酸素の移動が生じる場合もある。絶縁層３２１２ａとして酸素を透過することができる酸化物絶縁層を形成すると、絶縁層３２１２ａ上に設けられる、絶縁層３２１２ｂから脱離する酸素を、絶縁層３２１２ａを介して金属酸化物層３２３１に移動させることができる。
【０４８５】
また、絶縁層３２１２ａは、窒素酸化物に起因する準位密度が低い酸化物絶縁層を用いて形成することができる。なお、当該窒素酸化物に起因する準位密度は、金属酸化物膜の価電子帯の上端のエネルギー（Ｅｖ＿ｏｓ）と金属酸化物膜の伝導帯の下端のエネルギー（Ｅｃ＿ｏｓ）の間に形成され得る場合がある。上記酸化物絶縁層として、窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化シリコン膜、または窒素酸化物の放出量が少ない酸化窒化アルミニウム膜等を用いることができる。
【０４８６】
なお、窒素酸化物の放出量の少ない酸化窒化シリコン膜は、昇温脱離ガス分析法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）において、窒素酸化物の放出量よりアンモニアの放出量が多い膜であり、代表的にはアンモニアの放出量が１×１０１８／ｃｍ３以上５×１０１９／ｃｍ３以下である。なお、アンモニアの放出量は、膜の表面温度が５０℃以上６５０℃以下、好ましくは５０℃以上５５０℃以下の加熱処理による放出量とする。
【０４８７】
窒素酸化物（ＮＯｘ、ｘは０よりも大きく２以下、好ましくは１以上２以下）、代表的にはＮＯ２またはＮＯは、絶縁層３２１２ａなどに準位を形成する。当該準位は、金属酸化物層３２３１のエネルギーギャップ内に位置する。そのため、窒素酸化物が、絶縁層３２１２ａ及び金属酸化物層３２３１の界面に拡散すると、当該準位が絶縁層３２１２ａ側において電子をトラップする場合がある。この結果、トラップされた電子が、絶縁層３２１２ａ及び金属酸化物層３２３１界面近傍に留まるため、トランジスタのしきい値電圧をプラス方向にシフトさせてしまう。
【０４８８】
また、窒素酸化物は、加熱処理においてアンモニア及び酸素と反応する。絶縁層３２１２ａに含まれる窒素酸化物は、加熱処理において、絶縁層３２１２ｂに含まれるアンモニアと反応するため、絶縁層３２１２ａに含まれる窒素酸化物が低減される。このため、絶縁層３２１２ａ及び金属酸化物層３２３１の界面において、電子がトラップされにくい。
【０４８９】
絶縁層３２１２ａとして、上記酸化物絶縁層を用いることで、トランジスタのしきい値電圧のシフトを低減することが可能であり、トランジスタの電気特性の変動を低減することができる。
【０４９０】
また、上記酸化物絶縁層は、ＳＩＭＳで測定される窒素濃度が６×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【０４９１】
基板温度が２２０℃以上３５０℃以下であり、シラン及び一酸化二窒素を用いたＰＥＣＶＤ法を用いて、上記酸化物絶縁層を形成することで、緻密であり、且つ硬度の高い膜を形成することができる。
【０４９２】
絶縁層３２１２ｂは、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁層である。上記の酸化物絶縁層は、加熱により酸素の一部が脱離する。なお、ＴＤＳにおいて、上記の酸化物絶縁層は、酸素の放出量が１．０×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の領域を有する。また、上記の酸素の放出量は、ＴＤＳにおける加熱処理の温度が５０℃以上６５０℃以下、または５０℃以上５５０℃以下の範囲での総量である。また、上記の酸素の放出量は、ＴＤＳにおける酸素原子に換算しての総量である。
【０４９３】
絶縁層３２１２ｂとしては、厚さが３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、好ましくは５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。
【０４９４】
また、絶縁層３２１２ｂは、欠陥量が少ないことが好ましく、代表的には、ＥＳＲ測定により、シリコンのダングリングボンドに由来するｇ＝２．００１に現れる信号のスピン密度が１．５×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３未満、さらには１×１０１８ｓｐｉｎｓ／ｃｍ３以下であることが好ましい。なお、絶縁層３２１２ｂは、絶縁層３２１２ａと比較して金属酸化物層３２３１から離れているため、絶縁層３２１２ａより、欠陥密度が多くともよい。
【０４９５】
また、絶縁層３２１２は、同種の材料の絶縁層を用いることができるため、絶縁層３２１２ａと絶縁層３２１２ｂの界面が明確に確認できない場合がある。したがって、本実施の形態においては、絶縁層３２１２ａと絶縁層３２１２ｂの界面は、破線で図示している。なお、本実施の形態においては、絶縁層３２１２ａと絶縁層３２１２ｂの２層構造について説明したが、これに限定されず、例えば、絶縁層３２１２ａの単層構造、あるいは３層以上の積層構造としてもよい。
【０４９６】
トランジスタ３２００ｂにおいて、金属酸化物層３２３１は、絶縁層３２１１上の金属酸化物層３２３１＿１と、金属酸化物層３２３１＿１上の金属酸化物層３２３１＿２と、を有する。なお、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２は、それぞれ同じ元素を有する。例えば、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２は、上述の金属酸化物層３２３１が有する元素を、それぞれ独立に有することが好ましい。
【０４９７】
また、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２は、それぞれ独立に、Ｉｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有すると好ましい。一例としては、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３近傍とすると好ましい。ここで、近傍とは、Ｉｎが４の場合、Ｍが１．５以上２．５以下であり、且つＺｎが２以上４以下を含む。または、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２のＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：６近傍とすると好ましい。このように、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２を概略同じ組成とすることで、同じスパッタリングターゲットを用いて形成できるため、製造コストを抑制することが可能である。また、同じスパッタリングターゲットを用いる場合、同一チャンバーにて真空中で連続して金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２を成膜することができるため、金属酸化物層３２３１＿１と金属酸化物層３２３１＿２との界面に不純物が取り込まれるのを抑制することができる。
【０４９８】
ここで、金属酸化物層３２３１＿１は、金属酸化物層３２３１＿２よりも結晶性が低い領域を有していてもよい。なお、金属酸化物層３２３１＿１及び金属酸化物層３２３１＿２の結晶性としては、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて分析する、あるいは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて分析することで解析できる。
【０４９９】
金属酸化物層３２３１＿１の結晶性が低い領域が過剰酸素の拡散経路となり、金属酸化物層３２３１＿１よりも結晶性の高い金属酸化物層３２３１＿２にも過剰酸素を拡散させることができる。このように、結晶構造が異なる金属酸化物層の積層構造とし、結晶性の低い領域を過剰酸素の拡散経路とすることで、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。
【０５００】
また、金属酸化物層３２３１＿２が、金属酸化物層３２３１＿１より結晶性が高い領域を有することにより、金属酸化物層３２３１に混入しうる不純物を抑制することができる。特に、金属酸化物層３２３１＿２の結晶性を高めることで、導電層３２２２ａ及び導電層３２２２ｂを加工する際のダメージを抑制することができる。金属酸化物層３２３１の表面、すなわち金属酸化物層３２３１＿２の表面は、導電層３２２２ａ及び導電層３２２２ｂの加工の際のエッチャントまたはエッチングガスに曝される。しかしながら、金属酸化物層３２３１＿２は、結晶性が高い領域を有する場合、結晶性が低い金属酸化物層３２３１＿１と比較してエッチング耐性に優れる。したがって、金属酸化物層３２３１＿２は、エッチングストッパとして機能する。
【０５０１】
また、金属酸化物層３２３１＿１は、金属酸化物層３２３１＿２よりも結晶性が低い領域を有することで、キャリア密度が高くなる場合がある。
【０５０２】
また、金属酸化物層３２３１＿１のキャリア密度が高くなると、金属酸化物層３２３１＿１の伝導帯に対してフェルミ準位が相対的に高くなる場合がある。これにより、金属酸化物層３２３１＿１の伝導帯の下端が低くなり、金属酸化物層３２３１＿１の伝導帯下端と、ゲート絶縁膜（ここでは、絶縁層３２１１）中に形成されうるトラップ準位とのエネルギー差が大きくなる場合がある。該エネルギー差が大きくなることにより、ゲート絶縁膜中にトラップされる電荷が少なくなり、トランジスタのしきい値電圧の変動を小さくできる場合がある。また、金属酸化物層３２３１＿１のキャリア密度が高くなると、金属酸化物層３２３１の電界効果移動度を高めることができる。
【０５０３】
なお、トランジスタ３２００ｂにおいては、金属酸化物層３２３１を２層の積層構造にする例を示したが、これに限定されず、３層以上積層する構成にしてもよい。
【０５０４】
トランジスタ３２００ｂが有する導電層３２２２ａは、導電層３２２２ａ＿１と、導電層３２２２ａ＿１上の導電層３２２２ａ＿２と、導電層３２２２ａ＿２上の導電層３２２２ａ＿３と、を有する。また、トランジスタ３２００ｂが有する導電層３２２２ｂは、導電層３２２２ｂ＿１と、導電層３２２２ｂ＿１上の導電層３２２２ｂ＿２と、導電層３２２２ｂ＿２上の導電層３２２２ｂ＿３と、を有する。
【０５０５】
例えば、導電層３２２２ａ＿１、導電層３２２２ｂ＿１、導電層３２２２ａ＿３、及び導電層３２２２ｂ＿３としては、チタン、タングステン、タンタル、モリブデン、インジウム、ガリウム、錫、及び亜鉛の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。また、導電層３２２２ａ＿２及び導電層３２２２ｂ＿２としては、銅、アルミニウム、及び銀の中から選ばれるいずれか一つまたは複数を有すると好適である。
【０５０６】
より具体的には、導電層３２２２ａ＿１、導電層３２２２ｂ＿１、導電層３２２２ａ＿３、及び導電層３２２２ｂ＿３にＩｎ−Ｓｎ酸化物またはＩｎ−Ｚｎ酸化物を用い、導電層３２２２ａ＿２及び導電層３２２２ｂ＿２に銅を用いることができる。
【０５０７】
また、導電層３２２２ａ＿１の端部は、導電層３２２２ａ＿２の端部よりも外側に位置する領域を有し、導電層３２２２ａ＿３は、導電層３２２２ａ＿２の上面及び側面を覆い、且つ導電層３２２２ａ＿１と接する領域を有する。また、導電層３２２２ｂ＿１の端部は、導電層３２２２ｂ＿２の端部よりも外側に位置する領域を有し、導電層３２２２ｂ＿３は、導電層３２２２ｂ＿２の上面及び側面を覆い、且つ導電層３２２２ｂ＿１と接する領域を有する。
【０５０８】
上記構成とすることで、導電層３２２２ａ及び導電層３２２２ｂの配線抵抗を低くし、且つ金属酸化物層３２３１への銅の拡散を抑制できるため好適である。
【０５０９】
＜トランジスタの構成例３＞
次に、トランジスタの構造の一例として、トランジスタ３２００ｃについて、図３９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を用いて説明する。図３９（Ａ）はトランジスタ３２００ｃの上面図である。図３９（Ｂ）は、図３９（Ａ）に示す一点鎖線Ｘ１−Ｘ２間における切断面の断面図に相当し、図３９（Ｃ）は、図３９（Ａ）に示す一点鎖線Ｙ１−Ｙ２間における切断面の断面図に相当する。
【０５１０】
図３９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すトランジスタ３２００ｃは、絶縁層３２２４上の導電層３２２１と、導電層３２２１上の絶縁層３２１１と、絶縁層３２１１上の金属酸化物層３２３１と、金属酸化物層３２３１上の絶縁層３２１２と、絶縁層３２１２上の導電層３２２３と、絶縁層３２１１、金属酸化物層３２３１、及び導電層３２２３上の絶縁層３２１３と、を有する。なお、金属酸化物層３２３１は、導電層３２２３と重なるチャネル領域３２３１ｉと、絶縁層３２１３と接するソース領域３２３１ｓと、絶縁層３２１３と接するドレイン領域３２３１ｄと、を有する。
【０５１１】
また、絶縁層３２１３は、窒素または水素を有する。絶縁層３２１３と、ソース領域３２３１ｓ及びドレイン領域３２３１ｄと、が接することで、絶縁層３２１３中の窒素または水素がソース領域３２３１ｓ及びドレイン領域３２３１ｄ中に添加される。ソース領域３２３１ｓ及びドレイン領域３２３１ｄは、窒素または水素が添加されることで、キャリア密度が高くなる。
【０５１２】
また、トランジスタ３２００ｃは、絶縁層３２１３上の絶縁層３２１５と、絶縁層３２１３及び絶縁層３２１５に設けられた開口部３２３６ａを介して、ソース領域３２３１ｓに電気的に接続される導電層３２２２ａと、絶縁層３２１３及び絶縁層３２１５に設けられた開口部３２３６ｂを介して、ドレイン領域３２３１ｄに電気的に接続される導電層３２２２ｂと、を有していてもよい。
【０５１３】
絶縁層３２１５としては、酸化物絶縁膜を用いることができる。また、絶縁層３２１５としては、酸化物絶縁膜と、窒化物絶縁膜との積層膜を用いることができる。絶縁層３２１５として、例えば酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ガリウムまたはＧａ−Ｚｎ酸化物などを用いればよい。また、絶縁層３２１５としては、外部からの水素、水等のバリア膜として機能する膜であることが好ましい。
【０５１４】
絶縁層３２１１は、第１のゲート絶縁膜としての機能を有し、絶縁層３２１２は、第２のゲート絶縁膜としての機能を有する。また、絶縁層３２１３及び絶縁層３２１５は保護絶縁膜としての機能を有する。
【０５１５】
また、絶縁層３２１２は、過剰酸素領域を有する。絶縁層３２１２が過剰酸素領域を有することで、金属酸化物層３２３１が有するチャネル領域３２３１ｉ中に過剰酸素を供給することができる。よって、チャネル領域３２３１ｉに形成されうる酸素欠損を過剰酸素により補填することができるため、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
【０５１６】
なお、金属酸化物層３２３１中に過剰酸素を供給させるためには、金属酸化物層３２３１の下方に形成される絶縁層３２１１に過剰酸素を供給してもよい。この場合、絶縁層３２１１中に含まれる過剰酸素は、金属酸化物層３２３１が有するソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄにも供給されうる。ソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄ中に過剰酸素が供給されると、ソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄの抵抗が高くなる場合がある。
【０５１７】
一方で、金属酸化物層３２３１の上方に形成される絶縁層３２１２に過剰酸素を有する構成とすることで、チャネル領域３２３１ｉにのみ選択的に過剰酸素を供給させることが可能となる。あるいは、チャネル領域３２３１ｉ、ソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄに過剰酸素を供給させたのち、ソース領域３２３１ｓ及びドレイン領域３２３１ｄのキャリア密度を選択的に高めることで、ソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄの抵抗が高くなることを抑制することができる。
【０５１８】
また、金属酸化物層３２３１が有するソース領域３２３１ｓ及びドレイン領域３２３１ｄは、それぞれ、酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素を有すると好ましい。当該酸素欠損を形成する元素、または酸素欠損と結合する元素としては、代表的には水素、ホウ素、炭素、窒素、フッ素、リン、硫黄、塩素、チタン、希ガス等が挙げられる。また、希ガス元素の代表例としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、及びキセノン等がある。上記酸素欠損を形成する元素が、絶縁層３２１３中に１つまたは複数含まれる場合、絶縁層３２１３からソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄに拡散する、および／または不純物添加処理によりソース領域３２３１ｓ、及びドレイン領域３２３１ｄ中に添加される。
【０５１９】
不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と酸素の結合が切断され、酸素欠損が形成される。または、不純物元素が酸化物半導体膜に添加されると、酸化物半導体膜中の金属元素と結合していた酸素が不純物元素と結合し、金属元素から酸素が脱離され、酸素欠損が形成される。これらの結果、酸化物半導体膜においてキャリア密度が増加し、導電性が高くなる。
【０５２０】
また、導電層３２２１は、第１のゲート電極としての機能を有し、導電層３２２３は、第２のゲート電極としての機能を有し、導電層３２２２ａは、ソース電極としての機能を有し、導電層３２２２ｂは、ドレイン電極としての機能を有する。
【０５２１】
また、図３９（Ｃ）に示すように、絶縁層３２１１及び絶縁層３２１２には開口部３２３７が設けられる。また、導電層３２２１は、開口部３２３７を介して、導電層３２２３と、電気的に接続される。よって、導電層３２２１と導電層３２２３には、同じ電位が与えられる。なお、開口部３２３７を設けずに、導電層３２２１と、導電層３２２３と、に異なる電位を与えてもよい。または、開口部３２３７を設けずに、導電層３２２１を遮光膜として用いてもよい。例えば、導電層３２２１を遮光性の材料により形成することで、チャネル領域３２３１ｉに照射される下方からの光を抑制することができる。
【０５２２】
また、図３９（Ｂ）（Ｃ）に示すように、金属酸化物層３２３１は、第１のゲート電極として機能する導電層３２２１と、第２のゲート電極として機能する導電層３２２３のそれぞれと対向するように位置し、２つのゲート電極として機能する導電膜に挟まれている。
【０５２３】
また、トランジスタ３２００ｃもトランジスタ３２００ａ及びトランジスタ３２００ｂと同様にＳ−ｃｈａｎｎｅｌ構造をとる。このような構成を有することで、トランジスタ３２００ｃに含まれる金属酸化物層３２３１を、第１のゲート電極として機能する導電層３２２１及び第２のゲート電極として機能する導電層３２２３の電界によって電気的に取り囲むことができる。
【０５２４】
トランジスタ３２００ｃは、Ｓ−ｃｈａｎｎｅｌ構造を有するため、導電層３２２１または導電層３２２３によってチャネルを誘起させるための電界を効果的に金属酸化物層３２３１に印加することができるため、トランジスタ３２００ｃの電流駆動能力が向上し、高いオン電流特性を得ることが可能となる。また、オン電流を高くすることが可能であるため、トランジスタ３２００ｃを微細化することが可能となる。また、トランジスタ３２００ｃは、導電層３２２１、及び導電層３２２３によって取り囲まれた構造を有するため、トランジスタ３２００ｃの機械的強度を高めることができる。
【０５２５】
なお、トランジスタ３２００ｃを、導電層３２２３の金属酸化物層３２３１に対する位置、または導電層３２２３の形成方法から、ＴＧＳＡ（Ｔｏｐ  Ｇａｔｅ  Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎ）型のＦＥＴと呼称してもよい。
【０５２６】
なお、トランジスタ３２００ｃにおいても、トランジスタ３２００ｂと同様に金属酸化物層３２３１を２層以上積層する構成にしてもよい。
【０５２７】
また、トランジスタ３２００ｃにおいて、絶縁層３２１２が導電層３２２３と重なる部分にのみ設けられているが、これに限られることなく、絶縁層３２１２が金属酸化物層３２３１を覆う構成にすることもできる。また、導電層３２２１を設けない構成にすることもできる。
【０５２８】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０５２９】
（実施の形態８）
＜ＣＡＣ−ＯＳの構成＞
以下では、本発明の一態様で開示されるトランジスタに用いることができるＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳの構成について説明する。
【０５３０】
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、トランジスタの活性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  ＦＥＴ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。
【０５３１】
本明細書において、金属酸化物が、導電体の機能を有する領域と、誘電体の機能を有する領域とが混合し、金属酸化物全体では半導体として機能する場合、ＣＡＣ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）−ＯＳ（Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、またはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ  ｏｘｉｄｅと定義する。
【０５３２】
つまり、ＣＡＣ−ＯＳとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ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、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の元素が偏在し、該元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、０．５ｎｍ以上３ｎｍ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。
【０５３３】
特定の元素が偏在した領域は、該元素が有する性質により、物理特性が決定する。例えば、金属酸化物を構成する元素の中でも比較的、絶縁体となる傾向がある元素が偏在した領域は、誘電体領域となる。一方、金属酸化物を構成する元素の中でも比較的、導体となる傾向がある元素が偏在した領域は、導電体領域となる。また、導電体領域、および誘電体領域がモザイク状に混合することで、材料としては、半導体として機能する。
【０５３４】
つまり、本発明の一態様における金属酸化物は、物理特性が異なる材料が混合した、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）の一種である。
【０５３５】
なお、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、元素Ｍ（Ｍは、ガリウム、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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。
【０５３６】
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。
【０５３７】
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酸化物半導体である。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。
【０５３８】
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。
【０５３９】
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。
【０５４０】
一方、ＣＡＣ−ＯＳは、酸化物半導体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領域が観察され、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、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。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。
【０５４１】
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。
【０５４２】
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。
【０５４３】
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、シリコン、ホウ素、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、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る場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該元素を主成分とするナノ粒子状領域が観察され、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状領域が観察され、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。
【０５４４】
＜ＣＡＣ−ＯＳの解析＞
続いて、各種測定方法を用い、基板上に成膜した酸化物半導体について測定を行った結果について説明する。
【０５４５】
〔試料の構成と作製方法〕
以下では、本発明の一態様に係る９個の試料について説明する。各試料は、それぞれ、酸化物半導体を成膜する際の基板温度、および酸素ガス流量比を異なる条件で作製する。なお、試料は、基板と、基板上の酸化物半導体と、を有する構造である。
【０５４６】
各試料の作製方法について、説明する。
【０５４７】
まず、基板として、ガラス基板を用いる。続いて、スパッタリング装置を用いて、ガラス基板上に酸化物半導体として、厚さ１００ｎｍのＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を形成する。成膜条件は、チャンバー内の圧力を０．６Ｐａとし、ターゲットには、酸化物ターゲット（Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］）を用いる。また、スパッタリング装置内に設置された酸化物ターゲットに２５００ＷのＡＣ電力を供給する。
【０５４８】
なお、酸化物を成膜する際の条件として、基板温度を、意図的に加熱しない温度（以下、室温またはＲ．Ｔ．ともいう。）、１３０℃、または１７０℃とした。また、Ａｒと酸素の混合ガスに対する酸素ガスの流量比（以下、酸素ガス流量比ともいう。）を、１０％、３０％、または１００％とすることで、９個の試料を作製する。
【０５４９】
〔Ｘ線回折による解析〕
本項目では、９個の試料に対し、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行った結果について説明する。なお、ＸＲＤ装置として、Ｂｒｕｋｅｒ社製Ｄ８  ＡＤＶＡＮＣＥを用いた。また、条件は、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンにて、走査範囲を１５ｄｅｇ．乃至５０ｄｅｇ．、ステップ幅を０．０２ｄｅｇ．、走査速度を３．０ｄｅｇ．／分とした。
【０５５０】
図４０にＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法を用いてＸＲＤスペクトルを測定した結果を示す。なお、図４０において、上段には成膜時の基板温度条件が１７０℃の試料における測定結果、中段には成膜時の基板温度条件が１３０℃の試料における測定結果、下段には成膜時の基板温度条件がＲ．Ｔ．の試料における測定結果を示す。また、左側の列には酸素ガス流量比の条件が１０％の試料における測定結果、中央の列には酸素ガス流量比の条件が３０％の試料における測定結果、右側の列には酸素ガス流量比の条件が１００％の試料における測定結果、を示す。
【０５５１】
図４０に示すＸＲＤスペクトルは、成膜時の基板温度を高くする、または、成膜時の酸素ガス流量比の割合を大きくすることで、２θ＝３１°付近のピーク強度が高くなる。なお、２θ＝３１°付近のピークは、被形成面または上面に略垂直方向に対してｃ軸に配向した結晶性ＩＧＺＯ化合物（ＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ  ａｌｉｇｎｅｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）−ＩＧＺＯともいう。）であることに由来することが分かっている。
【０５５２】
また、図４０に示すＸＲＤスペクトルは、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さいほど、明確なピークが現れなかった。従って、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さい試料は、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。
【０５５３】
〔電子顕微鏡による解析〕
本項目では、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料を、ＨＡＡＤＦ（Ｈｉｇｈ−Ａｎｇｌｅ  Ａｎｎｕｌａｒ  Ｄａｒｋ  Ｆｉｅｌｄ）−ＳＴＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって観察、および解析した結果について説明する（以下、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭによって取得した像は、ＴＥＭ像ともいう。）。
【０５５４】
ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭによって取得した平面像（以下、平面ＴＥＭ像ともいう。）、および断面像（以下、断面ＴＥＭ像ともいう。）の画像解析を行った結果について説明する。なお、ＴＥＭ像は、球面収差補正機能を用いて観察した。なお、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像の撮影には、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆを用いて、加速電圧２００ｋＶ、ビーム径約０．１ｎｍφの電子線を照射して行った。
【０５５５】
図４１（Ａ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の平面ＴＥＭ像である。図４１（Ｂ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面ＴＥＭ像である。
【０５５６】
〔電子線回折パターンの解析〕
本項目では、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料に、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、電子線回折パターンを取得した結果について説明する。
【０５５７】
図４１（Ａ）に示す、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の平面ＴＥＭ像において、黒点ａ１、黒点ａ２、黒点ａ３、黒点ａ４、および黒点ａ５で示す電子線回折パターンを観察する。なお、電子線回折パターンの観察は、電子線を照射しながら０秒の位置から３５秒の位置まで一定の速度で移動させながら行う。黒点ａ１の結果を図４１（Ｃ）、黒点ａ２の結果を図４１（Ｄ）、黒点ａ３の結果を図４１（Ｅ）、黒点ａ４の結果を図４１（Ｆ）、および黒点ａ５の結果を図４１（Ｇ）に示す。
【０５５８】
図４１（Ｃ）、図４１（Ｄ）、図４１（Ｅ）、図４１（Ｆ）、および図４１（Ｇ）より、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複数のスポットが観測できる。
【０５５９】
また、図４１（Ｂ）に示す、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面ＴＥＭ像において、黒点ｂ１、黒点ｂ２、黒点ｂ３、黒点ｂ４、および黒点ｂ５で示す電子線回折パターンを観察する。黒点ｂ１の結果を図４１（Ｈ）、黒点ｂ２の結果を図４１（Ｉ）、黒点ｂ３の結果を図４１（Ｊ）、黒点ｂ４の結果を図４１（Ｋ）、および黒点ｂ５の結果を図４１（Ｌ）に示す。
【０５６０】
図４１（Ｈ）、図４１（Ｉ）、図４１（Ｊ）、図４１（Ｋ）、および図４１（Ｌ）より、リング状に輝度の高い領域が観測できる。また、リング状の領域に複数のスポットが観測できる。
【０５６１】
ここで、例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる回折パターンが見られる。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直にプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、リング状の回折パターンが確認される。つまり、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。
【０５６２】
また、微結晶を有する酸化物半導体（ｎａｎｏ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｏｘｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ。以下、ｎｃ−ＯＳという。）に対し、大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子線回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対し、小さいプローブ径の電子線（例えば５０ｎｍ未満）を用いるナノビーム電子線回折を行うと、輝点（スポット）が観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子線回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域に複数の輝点が観測される場合がある。
【０５６３】
成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の電子線回折パターンは、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を有する。従って、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料は、電子線回折パターンが、ｎｃ−ＯＳになり、平面方向、および断面方向において、配向性は有さない。
【０５６４】
以上より、成膜時の基板温度が低い、または、酸素ガス流量比が小さい酸化物半導体は、アモルファス構造の酸化物半導体膜とも、単結晶構造の酸化物半導体膜とも明確に異なる性質を有すると推定できる。
【０５６５】
〔元素分析〕
本項目では、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用い、ＥＤＸマッピングを取得し、評価することによって、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の元素分析を行った結果について説明する。なお、ＥＤＸ測定には、元素分析装置として日本電子株式会社製エネルギー分散型Ｘ線分析装置ＪＥＤ−２３００Ｔを用いる。なお、試料から放出されたＸ線の検出にはＳｉドリフト検出器を用いる。
【０５６６】
ＥＤＸ測定では、試料の分析対象領域の各点に電子線照射を行い、これにより発生する試料の特性Ｘ線のエネルギーと発生回数を測定し、各点に対応するＥＤＸスペクトルを得る。本実施の形態では、各点のＥＤＸスペクトルのピークを、Ｉｎ原子のＬ殻への電子遷移、Ｇａ原子のＫ殻への電子遷移、Ｚｎ原子のＫ殻への電子遷移及びＯ原子のＫ殻への電子遷移に帰属させ、各点におけるそれぞれの原子の比率を算出する。これを試料の分析対象領域について行うことにより、各原子の比率の分布が示されたＥＤＸマッピングを得ることができる。
【０５６７】
図４２には、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面におけるＥＤＸマッピングを示す。図４２（Ａ）は、Ｇａ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＧａ原子の比率は１．１８乃至１８．６４［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。図４２（Ｂ）は、Ｉｎ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＩｎ原子の比率は９．２８乃至３３．７４［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。図４２（Ｃ）は、Ｚｎ原子のＥＤＸマッピング（全原子に対するＺｎ原子の比率は６．６９乃至２４．９９［ａｔｏｍｉｃ％］の範囲とする。）である。また、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、および図４２（Ｃ）は、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料の断面において、同範囲の領域を示している。なお、ＥＤＸマッピングは、範囲における、測定元素が多いほど明るくなり、測定元素が少ないほど暗くなるように、明暗で元素の割合を示している。また、図４２に示すＥＤＸマッピングの倍率は７２０万倍である。
【０５６８】
図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、および図４２（Ｃ）に示すＥＤＸマッピングでは、画像に相対的な明暗の分布が見られ、成膜時の基板温度Ｒ．Ｔ．、および酸素ガス流量比１０％で作製した試料において、各原子が分布を持って存在している様子が確認できる。ここで、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、および図４２（Ｃ）に示す実線で囲む範囲と破線で囲む範囲に注目する。
【０５６９】
図４２（Ａ）では、実線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含み、破線で囲む範囲は、相対的に明るい領域を多く含む。また、図４２（Ｂ）では実線で囲む範囲は、相対的に明るい領域を多く含み、破線で囲む範囲は、相対的に暗い領域を多く含む。
【０５７０】
つまり、実線で囲む範囲はＩｎ原子が相対的に多い領域であり、破線で囲む範囲はＩｎ原子が相対的に少ない領域である。ここで、図４２（Ｃ）では、実線で囲む範囲において、右側は相対的に明るい領域であり、左側は相対的に暗い領域である。従って、実線で囲む範囲は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１などが主成分である領域である。
【０５７１】
また、実線で囲む範囲はＧａ原子が相対的に少ない領域であり、破線で囲む範囲はＧａ原子が相対的に多い領域である。図４２（Ｃ）では、破線で囲む範囲において、左上の領域は、相対的に明るい領域であり、右下側の領域は、相対的に暗い領域である。従って、破線で囲む範囲は、ＧａＯＸ３、またはＧａＸ４ＺｎＹ４ＯＺ４などが主成分である領域である。
【０５７２】
また、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、および図４２（Ｃ）より、Ｉｎ原子の分布は、Ｇａ原子よりも、比較的、均一に分布しており、ＩｎＯＸ１が主成分である領域は、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２が主成分となる領域を介して、互いに繋がって形成されているように見える。このように、ＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域は、クラウド状に広がって形成されている。
【０５７３】
このように、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が、偏在し、混合している構造を有するＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を、ＣＡＣ−ＯＳと呼称することができる。
【０５７４】
また、ＣＡＣ−ＯＳにおける結晶構造は、ｎｃ構造を有する。ＣＡＣ−ＯＳが有するｎｃ構造は、電子線回折パターンにおいて、単結晶、多結晶、またはＣＡＡＣ構造を含むＩＧＺＯに起因する輝点（スポット）以外にも、数か所以上の輝点（スポット）を有する。または、数か所以上の輝点（スポット）に加え、リング状に輝度の高い領域が現れるとして結晶構造が定義される。
【０５７５】
また、図４２（Ａ）、図４２（Ｂ）、および図４２（Ｃ）より、ＧａＯＸ３などが主成分である領域、及びＩｎＸ２ＺｎＹ２ＯＺ２、またはＩｎＯＸ１が主成分である領域のサイズは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下で観察される。なお、好ましくは、ＥＤＸマッピングにおいて、各元素が主成分である領域の径は、１ｎｍ以上２ｎｍ以下とする。
【０５７６】
以上より、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。
【０５７７】
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。従って、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。
【０５７８】
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。
【０５７９】
従って、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（Ｉｏｎ）、および高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。
【０５８０】
また、ＣＡＣ−ＯＳを用いた半導体素子は、信頼性が高い。従って、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。
【０５８１】
本実施の形態は、他の実施の形態など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。
【０５８２】
（実施の形態９）
本実施の形態では、本明細書等に開示した表示装置などを用いた電子機器の一例について説明する。
【０５８３】
本発明の一態様に係る半導体装置を用いた電子機器として、テレビ、モニタ等の表示装置、照明装置、デスクトップ型或いはノート型のパーソナルコンピュータ、ワードプロセッサ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ  Ｄｉｓｃ）などの記録媒体に記憶された静止画又は動画を再生する画像再生装置、ポータブルＣＤプレーヤ、ラジオ、テープレコーダ、ヘッドホンステレオ、ステレオ、置き時計、壁掛け時計、コードレス電話子機、トランシーバ、自動車電話、携帯電話、携帯情報端末、タブレット型端末、携帯型ゲーム機、パチンコ機などの固定式ゲーム機、電卓、電子手帳、電子書籍端末、電子翻訳機、音声入力機器、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、電気シェーバ、電子レンジ等の高周波加熱装置、電気炊飯器、電気洗濯機、電気掃除機、温水器、扇風機、毛髪乾燥機、エアコンディショナー、加湿器、除湿器などの空調設備、食器洗い器、食器乾燥器、衣類乾燥器、布団乾燥器、電気冷蔵庫、電気冷凍庫、電気冷凍冷蔵庫、ＤＮＡ保存用冷凍庫、懐中電灯、チェーンソー等の工具、煙感知器、透析装置等の医療機器などが挙げられる。さらに、誘導灯、信号機、ベルトコンベア、エレベータ、エスカレータ、産業用ロボット、電力貯蔵システム、電力の平準化やスマートグリッドのための蓄電装置等の産業機器が挙げられる。また、燃料を用いたエンジンや、蓄電体からの電力を用いた電動機により推進する移動体なども、電子機器の範疇に含まれる場合がある。上記移動体として、例えば、電気自動車（ＥＶ）、内燃機関と電動機を併せ持ったハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）、これらのタイヤ車輪を無限軌道に変えた装軌車両、電動アシスト自転車を含む原動機付自転車、自動二輪車、電動車椅子、ゴルフ用カート、小型又は大型船舶、潜水艦、ヘリコプター、航空機、ロケット、人工衛星、宇宙探査機や惑星探査機、宇宙船などが挙げられる。
【０５８４】
図４３（Ａ）に示す情報端末２９１０は、筐体２９１１に、表示部２９１２、マイク２９１７、スピーカ部２９１４、カメラ２９１３、外部接続部２９１６、および操作スイッチ２９１５等を有する。表示部２９１２には、可撓性基板が用いられた表示パネルおよびタッチスクリーンを備える。また、情報端末２９１０は、筐体２９１１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末２９１０は、例えば、スマートフォン、携帯電話、タブレット型情報端末、タブレット型パーソナルコンピュータ、電子書籍端末等として用いることができる。
【０５８５】
図４３（Ｂ）に示すノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１、表示部２９２２、キーボード２９２３、およびポインティングデバイス２９２４等を有する。また、ノート型パーソナルコンピュータ２９２０は、筐体２９２１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。
【０５８６】
図４３（Ｃ）に示すビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１、筐体２９４２、表示部２９４３、操作スイッチ２９４４、レンズ２９４５、および接続部２９４６等を有する。操作スイッチ２９４４およびレンズ２９４５は筐体２９４１に設けられており、表示部２９４３は筐体２９４２に設けられている。また、ビデオカメラ２９４０は、筐体２９４１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。そして、筐体２９４１と筐体２９４２は、接続部２９４６により接続されており、筐体２９４１と筐体２９４２の間の角度は、接続部２９４６により変えることが可能な構造となっている。筐体２９４１に対する筐体２９４２の角度によって、表示部２９４３に表示される画像の向きの変更や、画像の表示／非表示の切り換えを行うことができる。
【０５８７】
図４３（Ｄ）にバングル型の情報端末の一例を示す。情報端末２９５０は、筐体２９５１、および表示部２９５２等を有する。また、情報端末２９５０、筐体２９５１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。表示部２９５２は、曲面を有する筐体２９５１に支持されている。表示部２９５２には、可撓性基板を用いた表示パネルを備えているため、フレキシブルかつ軽くて使い勝手の良い情報端末２９５０を提供することができる。
【０５８８】
図４３（Ｅ）に腕時計型の情報端末の一例を示す。情報端末２９６０は、筐体２９６１、表示部２９６２、バンド２９６３、バックル２９６４、操作スイッチ２９６５、入出力端子２９６６などを備える。また、情報端末２９６０、筐体２９６１の内側にアンテナ、バッテリなどを備える。情報端末２９６０は、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、インターネット通信、コンピュータゲームなどの種々のアプリケーションを実行することができる。
【０５８９】
表示部２９６２の表示面は湾曲しており、湾曲した表示面に沿って表示を行うことができる。また、表示部２９６２はタッチセンサを備え、指やスタイラスなどで画面に触れることで操作することができる。例えば、表示部２９６２に表示されたアイコン２９６７に触れることで、アプリケーションを起動することができる。操作スイッチ２９６５は、時刻設定のほか、電源のオン、オフ動作、無線通信のオン、オフ動作、マナーモードの実行及び解除、省電力モードの実行及び解除など、様々な機能を持たせることができる。例えば、情報端末２９６０に組み込まれたオペレーティングシステムにより、操作スイッチ２９６５の機能を設定することもできる。
【０５９０】
また、情報端末２９６０は、通信規格された近距離無線通信を実行することが可能である。例えば無線通信可能なヘッドセットと相互通信することによって、ハンズフリーで通話することもできる。また、情報端末２９６０は入出力端子２９６６を備え、他の情報端末とーを介して直接データのやりとりを行うことができる。また入出力端子２９６６を介して充電を行うこともできる。なお、充電動作は入出力端子２９６６を介さずに無線給電により行ってもよい。
【０５９１】
図４３（Ｆ）はタブレット型のパーソナルコンピュータであり、筐体５３０１、筐体５３０２、表示部５３０３、光センサ５３０４、光センサ５３０５、スイッチ５３０６等を有する。表示部５３０３は、筐体５３０１および筐体５３０２によって支持されている。そして、表示部５３０３は可撓性を有する基板を用いて形成されているため形状をフレキシブルに曲げることができる機能を有する。筐体５３０１と筐体５３０２の間の角度をヒンジ５３０７および５３０８において変更することで、筐体５３０１と筐体５３０２が重なるように、表示部５３０３を折りたたむことができる。図示してはいないが、開閉センサを内蔵させ、上記角度の変化を表示部５３０３において使用条件の情報として用いても良い。
【０５９２】
図４３（Ｇ）は、テレビジョン装置９１００を示す斜視図である。テレビジョン装置９１００は、筐体９０００、表示部９００１、スピーカ９００３、操作キー９００５（電源スイッチ、又は操作スイッチを含む）、接続端子９００６、センサ９００７（距離、光、温度などを測定する機能を含むもの）、マイクロホン９００８、などを有する。テレビジョン装置９１００は、表示部９００１に、例えば、５０インチ以上、または１００インチ以上の表示装置を組み込むことが可能である。
【０５９３】
本実施の形態に示す電子機器の表示部には、本発明の一態様の表示装置が搭載されている。電子機器の表示部に本発明の一態様に係る表示装置および駆動方法を用いることで、視認性が良好な電子機器を実現できる。
【０５９４】
本実施の形態は、他の実施の形態など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】
【０５９５】
１００    表示装置
１１０    表示装置
１１２    液晶
１１３    電極
１１７    絶縁層
１２１    絶縁層
１２２    光拡散層
１２３    偏光板
１３１    着色層
１３２    遮光層
１３４    着色層
１３５    反射防止層
１４１    接着層
１４２    接着層
１５１    絶縁層
１７０    液晶素子
１７１    対向基板
１８０    液晶素子
１８１    トランジスタ基板
【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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【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２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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