(57)【要約】      （修正有）【課題】情報処理装置の使用者の疲労を低減する。【解決手段】処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、記憶部と、を有し処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、さらに評価情報を記憶部に送信し保存させる機能を有し、入力インターフェース部は、入力ボタンを有しボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有しアイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、処理部は、情報を受信したとき映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、表示部は、処理を施された映像信号を表示する機能を有し、処理部は、処理についての情報を記憶部に送信し保存させる機能を有する情報処理装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理部を有し、
前記処理部は、映像信号が入力される機能を有し、
前記処理部は、前記映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、
前記処理部は、前記映像に関する情報を基に前記映像信号に対する処理を決定する機能を有し、
前記処理部は、前記処理及び前記映像信号を送信することができる機能、または、前記処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置。
【請求項２】
処理部と、入力インターフェース部と、を有し、
前記処理部は、映像信号が入力される機能を有し、
前記処理部は、前記映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、
前記入力インターフェース部は、入力ボタンを有し前記ボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、アイコンを有し前記アイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、
前記処理部は、前記情報を受信したとき、前記映像に関する情報を基に前記映像信号に対する処理を決定する機能を有し、
前記処理部は、前記処理及び前記映像信号を送信することができる機能、または、前記処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置。
【請求項３】
処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、を有し
前記処理部は、映像信号が入力される機能を有し、
前記処理部は、前記映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、
前記入力インターフェース部は、入力ボタンを有し前記ボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有し前記アイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、
前記処理部は、前記情報を受信したとき前記映像に関する情報を基に前記映像信号に対する処理を決定する機能を有し、
前記表示部は、前記処理を施された映像信号を表示する機能を有し、
前記処理部は、前記処理及び前記映像信号を送信することができる機能、または、前記処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置。
【請求項４】
処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、記憶部と、を有し
前記処理部は、映像信号が入力される機能を有し、
前記処理部は、前記映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、さらに前記評価情報を記憶部に送信し保存させる機能を有し、
前記入力インターフェース部は、入力ボタンを有し前記ボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有し前記アイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、
前記処理部は、前記情報を受信したとき前記映像に関する情報を基に前記映像信号に対する処理を決定する機能を有し、
前記表示部は、前記処理を施された映像信号を表示する機能を有し、
前記処理部は、前記処理についての情報を前記記憶部に送信し保存させる機能を有する情報処理装置。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の情報処理装置において、
前記表示部は、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、ＣＲＴ、ＬＥＤディスプレイまたは電子ペーパーであることを特徴とする情報処理装置。
【請求項６】
請求項３乃至５のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記表示部は、１Ｈｚ以下のフレーム周波数にて表示する機能を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項７】
請求項３乃至６のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記表示部は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項８】
請求項２乃至７のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記インターフェース部が前記処理部に送信する前記情報は、前記情報処理装置の使用者の疲労に関する情報であることを特徴とする情報処理装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記処理は、前記映像信号の明度コントラストを下げる処理、明度コントラストを上げる処理、明度を下げる処理、明度を上げる処理、補色コントラストを下げる処理、または、補色コントラストを上げる処理であることを特徴とする情報処理装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記処理部は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、または、半導体チップ（ＩＣチップ）であることを特徴とする情報処理装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一に記載の情報処理装置において、
前記処理部は、管理装置と接続され、
前記処置部は、前記処理に関する情報を前記管理装置に送信する機能を有することを特徴とする情報処理装置。
【請求項１２】
処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、を有し
前記処理部は、映像信号が入力される機能を有し、
前記処理部は、前記映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、
前記入力インターフェース部は、入力ボタンを有し前記ボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有し前記アイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、
前記処理部は、前記情報を受信したとき前記映像に関する情報を基に前記映像信号に対する処理を決定する機能を有し、
前記表示部は、前記処理を施された映像信号を表示する機能を有し、
前記処理部は、前記処理及び前記映像信号を送信することができる機能、または、前記処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、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、本発明は、例えば、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法に関する。特に、本発明は、例えば情報処理装置または表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＴＶやパーソナルコンピュータ（ＰＣ）のみならず、タブレットＰＣ、さらにはスマートフォン等が広く普及し、常に表示装置の画面を見るというライフスタイルが定着している。これらの機器には、バックライトとしてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が積極的に採用されており、ＬＥＤは可視光線におけるエネルギーの高い青色領域の光を強く発している。表示装置の表示を見続けることに対する疲労を訴える使用者も多く、対策が検討されている（特許文献１）。
【０００３】
また、現代社会において、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）を長時間使用する職に従事する者が多く、その者等の雇用主においては、ＰＣを用いた作業により従業員が受ける疲労の大きさを把握することは、労務管理及び健康管理の観点から重要である。しかし、該疲労の発生の様子は、表示装置の使用者それぞれの性質や、使用者の体調により異なる場合がある。そのため、該疲労の大きさを適切に評価し、労務管理及び健康管理に用いることができる情報を出力することができる装置は、容易に実現されるものではない。
【０００４】
また近年、表示装置に映し出される映像として、従来の平面映像を超えた臨場感を生み出す立体映像表示が研究されている。立体映像表示は、３次元表示（３Ｄ表示）とも言われているが、表示を観る者の左眼と右眼に異なる映像を与えることにより、擬似的に立体映像として認識させる手法が一般的である。左右の眼に異なる映像を与える方式は種々の方式が研究されているが、いずれの方法においても擬似的な３次元表示であり、表示を観る者に疲労感を与えることが知られており、その対策についても検討されている（特許文献２及び特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２９２５８号公報
【特許文献２】特開２０１２−７００２２号公報
【特許文献３】特開平９−１８８９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
表示装置による疲労について、先行技術文献に示す通り、検討され対策が試みられているものの、不十分である。例えば、表示装置の使用者が受ける疲労は、青色領域の光や３Ｄ表示のみならず様々な要因から生じるものである。コントラストの強い画像、青色以外の強い光も疲労の要因となり得るし、２次元表示においても疲労は発生する。また、１秒毎に数十から数百回もの数で画像を書き換えている表示装置が主流であり、この書き換えの回数の多さも疲労の発生要因であるし、まだ解明されていない要因も存在する。
【０００７】
また、表示装置の使用者間に疲労の発現の様子の差異があり、ある種の疲労が発現しやすい者もいれば、発現しにくい者もいる。また、同じ使用者においても、ある種の疲労が他の使用者よりも発現しにくい一方で、他の種の疲労が他の使用者よりも発現しやすいという場合もある。すなわち、疲労の発生の様子は各人で異なる。そのため、各種の疲労に対する耐性の強さを各人に対して個別に評価されるべきであり、疲労に対する対策も個別に内容を変えて行われるべきである。
【０００８】
また、表示装置の画像によらず、表示装置を用いた作業を長時間行うことで蓄積する疲労もある。長時間の作業により、目だけでなく肩や腰の疲労を訴える者も多く、眩暈や吐き気すら生じる者もいる。作業者等の管理者は、作業者の健康管理にも配慮する必要があり、労務管理も重要である。表示装置に映し出される画像の種類、作業時間や作業内容と、疲労との因果関係については解明されていない事象も多いが、疲労との因果関係を完全に否定できる者はいない。この必ずしも明確でない因果関係と、各人の疲労に対する耐性の多様性のため、健康管理や労務管理は容易ではない。ただし、求められているのは因果関係の徹底的な解明ではなく、あらゆる疲労に対する適切な対策である。
【０００９】
上記に鑑み、本発明の一態様は、新規な情報処理装置を提供することを課題の一とする。または、新規な表示装置を提供することを課題の一とする。または、装置の使用者の疲労を低減することを課題の一とする。または、装置の使用者を適切に管理するためのシステムを提供することを課題の一とする。または、装置の個々の使用者に合った表示設定を提供することを課題の一とする。または、装置の消費電力を低減することを課題の一とする。または、表示の更新に伴うちらつきの発生を抑制することを課題の一とする。
【００１０】
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】
【００１１】
本発明の一態様は、処理部を有し、処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、処理部は、映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、処理部は、処理及び映像信号を送信することができる機能、または、処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置である。
【００１２】
また、本発明の他の一態様は、処理部と、入力インターフェース部と、を有し、処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、入力インターフェース部は、入力ボタンを有しボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、アイコンを有しアイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、処理部は、情報を受信したとき、映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、処理部は、処理及び映像信号を送信することができる機能、または、処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置である。
【００１３】
また、本発明の他の一態様は、処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、を有し処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、入力インターフェース部は、入力ボタンを有しボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有しアイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、処理部は、情報を受信したとき映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、表示部は、処理を施された映像信号を表示する機能を有し、処理部は、処理及び映像信号を送信することができる機能、または、処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する情報処理装置である。
【００１４】
また、本発明の他の一態様は、処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、記憶部と、を有し処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、さらに評価情報を記憶部に送信し保存させる機能を有し、入力インターフェース部は、入力ボタンを有しボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有しアイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、処理部は、情報を受信したとき映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、表示部は、処理を施された映像信号を表示する機能を有し、処理部は、処理についての情報を記憶部に送信し保存させる機能を有する情報処理装置。
【００１５】
なお、本発明の一態様に係る情報処理装置において、表示部は、液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、ＣＲＴ、ＬＥＤディスプレイまたは電子ペーパーであることを特徴とする情報処理装置としてもよい。また、表示部は、１Ｈｚ以下のフレーム周波数にて表示する機能を有することを特徴とする情報処理装置としてもよい。また、表示部は、酸化物半導体を用いたトランジスタを有することを特徴とする情報処理装置としてもよい。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る情報処理装置において、インターフェース部が処理部に送信する情報は、情報処理装置の使用者の疲労に関する情報であることを特徴とする情報処理装置としてもよい。また、本発明の一態様に係る情報処理装置において、処理は、映像信号の明度コントラストを下げる処理、明度コントラストを上げる処理、明度を下げる処理、明度を上げる処理、補色コントラストを下げる処理、または、補色コントラストを上げる処理であることを特徴とする情報処理装置としてもよい。
【００１７】
なお、本発明の一態様に係る情報処理装置において、処理部は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、または、半導体チップ（ＩＣチップ）であることを特徴とする情報処理装置。また、本発明の一態様において、処理部は、管理装置と接続され、処置部は、処理に関する情報を管理装置に送信する機能を有することを特徴とする情報処理装置としてもよい。
【００１８】
また、本発明の他の一態様は、処理部と、表示部と、入力インターフェース部と、を有し処理部は、映像信号が入力される機能を有し、処理部は、映像信号を評価して映像に関する情報を作成する機能を有し、入力インターフェース部は、入力ボタンを有しボタンが押下されたときに処理部に情報を送信する機能を有し、または、表示部に表示されたアイコンを有しアイコンがクリックされたときに処理部に情報を送信する機能を有し、処理部は、情報を受信したとき映像に関する情報を基に映像信号に対する処理を決定する機能を有し、表示部は、処理を施された映像信号を表示する機能を有し、処理部は、処理及び映像信号を送信することができる機能、または、処理が施された映像信号を送信することができる機能を有する表示装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一態様は、新規な情報処理装置を提供することができる。または、新規な表示装置を提供することができる。または、装置の使用者の疲労を低減することができる。または、装置の使用者を適切に管理するためのシステムを提供することができる。または、装置の個々の使用者に合った表示設定を提供することができる。または、装置の消費電力を低減することができる。または、表示の更新に伴うちらつきの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一態様に係る情報処理装置の構成を説明する図。
【図２】本発明の一態様に係る情報処理装置のインターフェース部の例を説明する図。
【図３】本発明の一態様に係る情報処理装置のインターフェース部の例を説明する図。
【図４】本発明の一態様に係る情報処理装置のフローの一例を示す図。
【図５】本発明の一態様に係る情報処理装置のフローの一例を示す図。
【図６】本発明の一態様に係る情報処理装置のフローの一例を示す図。
【図７】液晶層の比抵抗と液晶層の分子の双極子モーメントとの関係を示すグラフ。
【図８】本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。
【図９】本発明の一態様に係る、トランジスタの作製方法例を説明する図。
【図１０】本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。
【図１１】本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。
【図１２】ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。
【図１３】ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。
【図１４】ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。
【図１５】ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。
【図１６】Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。
【図１７】表示装置の一態様を示す上面図。
【図１８】表示装置の一態様を示す上面図。
【図１９】表示装置の一態様を示す上面図。
【図２０】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する投影図。
【図２１】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する断面図。
【図２２】実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する断面図。
【図２３】実施の形態に係る検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説明する図。
【図２４】実施の形態に係る、電子機器を説明する図。
【図２５】実施の形態に係る表示を説明するための図。
【図２６】実施の形態に係る表示を説明するための図。
【図２７】表示装置の一態様を示す上面図。
【図２８】本発明の一態様に係る情報処理装置の一例を示す図。
【図２９】本発明の一態様に情報処理装置の一例を側面から観察した図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
【００２２】
本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、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」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、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。
【００２３】
また、本明細書において、結晶が三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。
【００２４】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様に係る情報処理装置の構成について、図１乃至図６を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一態様に係る情報処理装置の構成を説明する図である。まず、図１を用いて、情報処理装置の構成及び動作の概要について説明する。
【００２６】
＜情報処理装置の構成及び動作の概要＞
図１（Ａ）は、本発明の一態様に係る情報処理装置１００を表す。情報処理装置１００は、表示部１０１と、インターフェース部１０２と、処理部１０３と、記憶部１０４と、を有する。また、入力部１０５を介して、画像情報を供給する機器と接続されている。
【００２７】
なお、情報処理装置１００は、各構成を一の筐体内に有している必要はなく、これらの構成を複数の筐体において実現することもできる。例えば、表示部１０１と、インターフェース部１０２と、処理部１０３と、記憶部１０４とを一つの筐体で実装している必要はなく、いずれかの構成を独立した筐体として実現することもでき、すべての構成がそれぞれ独立した筐体で実現することもできる。より具体的には、表示部１０１としてディスプレイ装置、インターフェース部１０２としてキーボード、マウス、若しくはタッチパネルを用意し、処理部１０３及び記憶部１０４を有するコンピュータと組み合わせて情報処理装置１００を実現することもできる。さらに、各構成は複数の筐体に分離し搭載されることもできる。例えば、記憶部１０４は複数の筐体に分離して搭載されていてもよく、該複数の筐体によって記憶部１０４の機能を実現してもよい。例えば、パーソナルコンピュータの記憶部と、該パーソナルコンピュータに接続された管理装置の記憶部と、が協働して記憶部１０４の機能を実現してもよい。
【００２８】
入力部１０５は情報処理装置１００において、映像信号を受信する機能を有する。入力部１０５は、情報処理装置１００の筐体の端子部としてもよい。情報処理装置１００の内部で映像信号を生成する場合においては、例えば、情報処理装置１００内部の記憶媒体の読み取り装置から処理部１０３に映像信号を与える場合、処理部１０３が映像信号を受信する部分を入力部１０５としてもよい。さらに、処理部１０３自体が映像信号を生成する場合においては、処理部１０３において、演算を実行する領域と、映像信号が生成される領域と、の間の一領域として入力部１０５を観念することができる。
【００２９】
また、情報処理装置１００の各構成は導線で接続されていてもよく、導線で接続されていなくてもよい。即ち、各構成間の信号の伝達は、導線を通じて実行されてもよく、無線通信を用いて実行されてもよい。要するに、図１において、各構成を接続する線は導線の接続、無線通信による接続、若しくはその他の方法による接続を表している。また、ある構成と別の構成とが接続されるとき、さらに別の構成を間に介していて接続されていてもよい。
【００３０】
図１（Ａ）に示す本発明の一態様に係る情報処理装置１００において、処理部１０３は、入力部１０５から入力された映像信号を受信する。処理部１０３は、映像信号を処理し、または処理せず表示部１０１に出力する。なお、当該処理とは、後述の画像調整処理、その他の処理を指す。表示部１０１は、処理部１０３から受信した映像信号に基づいて映像を表示する。インターフェース部１０２は、情報処理装置１００の使用者から情報を入力されてもよく、自動的に情報を収集してもよい。
【００３１】
インターフェース部１０２は、入力された情報及び収集した情報を処理部１０３に送信する。処理部１０３は、インターフェース部１０２から受信した情報を用いて、上述の映像信号に対して行う画像を調整する処理の内容を決定し、当該処理を映像信号に施す。ここで、当該処理の一例としては、処理部１０３がインターフェース部１０２から受信した情報を利用して情報処理装置１００の使用者が受けていると判断した疲労を軽減する処理である。
【００３２】
また、図１（Ｂ）は、本発明の他の一態様に係る情報処理装置１００を表す。図１（Ｂ）において、情報処理装置１００は、図１（Ａ）に示された構成に加え、さらに情報入出力部１０６を介して、管理装置と接続される。
【００３３】
図１（Ｂ）に示された情報処理装置１００において、上述の図１（Ａ）に示された情報処理装置の動作に加えて、さらに処理部１０３は情報入出力部１０６を介して、管理装置に管理情報を送信することができる。ここで、管理情報の一例としては、インターフェース部１０２に入力された情報や、インターフェース部１０２が収集した情報や、情報処理装置１００の使用者が受けていると判断された疲労に関する情報や、該疲労を軽減する処理の内容や、その他の情報である。
【００３４】
管理装置は、管理情報を情報処理装置１００から受信する。管理装置は、受信した管理情報を用いて、使用者を管理するために必要な情報を生成することができる。管理装置は、受信した管理情報や、生成した情報を管理者に対して所定の形式で表示することができる。管理者は、管理装置から得た情報を基に、情報処理装置１００の使用者の疲労状況、疲労に対する耐性、情報処理装置１００の使用環境等を知ることができ、労務管理または健康管理をすることができる。
【００３５】
また、管理者は管理装置に制御情報を入力することができる。該制御情報は、情報処理装置１００の動作の一部を制御するための情報である。例えば、管理者は予め使用者が受ける作業による疲労を予測し、情報処理装置１００に対して、その疲労を軽減するための処理を行う指令として該制御情報を入力することができる。また、管理装置に蓄積された各種の情報を基に、管理装置が制御情報を作成し、自律的に情報処理装置１００に制御情報を入力してもよい。いずれにせよ、情報処理装置１００は、情報入出力部１０６を介して、管理装置から制御情報を受信することができる。情報処理装置１００において、処理部１０３は、該制御情報に基づいて、画像を調整する処理を決定することができる。
【００３６】
次に情報処理装置１００の各構成について説明する。
【００３７】
＜表示部１０１＞
表示部１０１について説明する。表示部１０１は、独立した表示装置でもよく、情報処理装置１００として機能することができる筐体の一部に組み込まれた表示部でもよい。例えば、表示部１０１は液晶ディスプレイ、ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイパネル、ＣＲＴ、ＬＥＤディスプレイ、電子ペーパー、または、その他のディスプレイ装置であり、表示機能を有する装置全般を指す。または、表示部１０１は、コンピュータ、タブレットＰＣ、スマートフォン、携帯情報端末、または、その他の情報端末の表示部としてもよく、該表示部は液晶ディスプレイモジュール、ＥＬディスプレイモジュール等としてもよい。表示部１０１は、トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置などを有していてもよい。また、表示部１０１は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を有する。また、表示部１０１は、表示パネルと、該表示パネルとは別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路等を有していてもよい。
【００３８】
表示部１０１として、液晶ディスプレイを用いる場合、液晶ディスプレイは、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有する液晶ディスプレイとすることができる。フレーム周波数とは、映像の書き換え速度を１秒間に映像を書き換える回数で表した数値である。フレーム周波数を１Ｈｚ以下にすることができれば、情報処理装置１００の使用者が受ける疲労は軽減される。ただし、液晶ディスプレイのフレーム周波数が１Ｈｚ以下であることには限定されない。
【００３９】
表示部１０１は、処理部１０３から受信した映像信号に基づいて映像を表示することができる。本発明の一態様において、使用者の疲労抑制のために、該映像信号は処理部１０３において処理が施されていてもよい。また、表示部１０１が有する回路が処理部１０３の一部の機能またはすべての機能を有し、使用者の疲労抑制のために該映像信号を処理する構成としてもよい。また、表示部１０１が受信する映像信号は、入力部１０５から入力された映像信号と、処理部１０３が生成した処理指令とを併せたものでもよく、その場合、表示部１０１が有する回路が該処理指令に従って入力部１０５から入力された映像信号を処理する。なお、処理の内容については後述する。
【００４０】
＜インターフェース部１０２＞
インターフェース部１０２について説明する。インターフェース部１０２は、情報処理装置１００の使用者が、自身が感じた疲労についての情報を情報処理装置１００に入力する機能を有する。また、インターフェース部１０２は自動的に使用者の疲労度をモニターしてもよい。
【００４１】
インターフェース部１０２は、独立した専用の機器で実現してもよい。疲労に関する情報を入力する専用の装置６００の一例の上面図を図２（Ａ）に示す。疲労に関する情報を入力する専用の装置６００は、入力ボタン６０１と、筐体６０２と、入力された情報を伝送する配線６０３と、を有する。入力ボタン６０１は複数有していてもよく、その場合、各入力ボタン６０１には選択肢が表示される。選択肢の一例としては、「ぼやける・かすむ」、「目が痛い」、「目が充血する・乾く」、「目が重い・しょぼしょぼする」、「涙が出る」等の直接的な目の疲労を訴えるものだけではなく、「頭痛がする」、「肩が凝る」、「眩暈がする」、「吐き気がする」等の体の不調を訴えるものでもよい。図２（Ａ）において、配線６０３は信号を伝達するための導線を有するが、本発明の一態様においては、配線６０３を無線通信手段で代用してもよい。
【００４２】
情報処理装置１００の使用者は、疲労を感じたときに該当する症状に対応するボタンを押下する。装置６００は、いずれかの入力ボタン６０１が押下されたとき、配線６０３を通じて処理部１０３に押下されたことと、押下された入力ボタン６０１の情報を送信する。なお、図２（Ａ）においては、複数の入力ボタン６０１を有する場合を示したが、入力ボタン６０１の数を１とし、疲労の種類を問わず疲労を感じたときに入力ボタン６０１を押下する構成としてもよい。
【００４３】
図２（Ａ）に、インターフェース部１０２の一例として疲労に関する情報を入力する専用の装置６００を円形として示したが、疲労に関する情報を入力する専用の装置６００の形状はこれに限らない。
【００４４】
また、インターフェース部１０２は、キーボード、マウス、またはリモートコントローラーに疲労に関する情報を入力する装置を一体化して実現することもできる。キーボード、マウス、またはリモートコントローラーに該装置を設けることなく、ボタンまたはキーの一部がインターフェース部１０２としての機能することができる構成としてもよい。
【００４５】
図２（Ｂ）に、インターフェース部１０２の一例として、キーボード６１０に疲労に関する情報を入力する装置６１１を組み込んだ例を示す。キーボード６１０は、キー６１２の他に疲労に関する情報を入力する装置６１１を有する。疲労に関する情報を入力する装置６１１が有するボタンについては、装置６００で説明した構成と同様である。また、疲労に関する情報を入力する装置６１１を円形で示したが、形状は円形に限定されない。
【００４６】
また、インターフェース部１０２は、表示部１０１にアイコンとして表示してもよい。図３（Ａ）に、表示部１０１として機能する液晶ディスプレイ６２０の画面に、インターフェース部１０２として機能するアイコン６２１を表示させた例を示す。アイコンは、表示部１０１に常時表示されていてもよく、表示部の表示が開始されてから所定の時間が経過した後に自動的に表示されてもよい。また、情報処理装置１００の使用者が必要に応じて当該アイコンを表示させるための操作を行い、当該操作がされたときにアイコンを表示させてもよい。
【００４７】
液晶ディスプレイ６２０は、筐体６２２、表示パネル６２３、及びスタンド６２４を有する。表示パネル６２３にはアイコン６２１が表示されており、アイコン６２１には、装置６００と同様に入力ボタンが表示されており、疲労を感じた使用者は、カーソル６２５をマウス等を用いて入力ボタンのアイコンに移動させ、該アイコンをクリックすることにより疲労に関する情報を入力することができる。アイコン６２１の機能は、装置６００の機能と同様である。
【００４８】
また、液晶ディスプレイ６２０は、表示パネル６２３に透明なタッチパネルが設けられていてもよく、その場合、使用者は各種入力をタッチパネルですることができる。したがって、使用者は、アイコン６２１の入力ボタンのクリックをタッチパネルで行うことができる。
【００４９】
なお、液晶ディスプレイ６２０の表示パネル６２３に表示されたアイコン６２１により疲労に関する情報を入力する構成において、表示パネル６２３には、処理部１０３の指令により調整された映像に対する評価を入力するためのアイコンをさらに表示させてもよい。調整された映像に対する評価を入力することにより、処理部１０３は使用者の特性、嗜好、または傾向についての情報を作成することができ、より各使用者に適した精度の高い調整を映像信号に施すことができる。ただし、後述する通り調整された映像に対する評価が使用者から行われない場合においても、様々な情報から処理部１０３は使用者の特性、嗜好、または傾向についての情報を作成することができる。
【００５０】
また、インターフェース部１０２は、使用者からの入力がされなくとも、処理部１０３からの指令により自動的に情報を取得してもよい。図３（Ｂ）に、表示部１０１として機能する液晶ディスプレイ６３０の筐体に撮像装置６３１を取り付けた例を示す。撮像装置６３１は、処理部１０３から指令を受け自動的に使用者の顔を撮影することができ、画像を処理部１０３に送信することができる。処理部１０３は、使用者の顔の表情から疲労の情報を判定することができる。当該構成により、使用者は疲労の様子を入力する必要がなくなり、また、より客観的な情報の取得が可能となる。また、自動的な撮影が好ましくない状況においては、撮影をしない設定が可能であることが好ましい。
【００５１】
＜処理部１０３＞
処理部１０３について説明する。処理部１０３は、インターフェース部１０２から使用者の疲労に関する情報を受信し、該疲労を評価し、映像信号に該疲労を低減することを目的とした処理を行い、表示部１０１に調整された映像を表示するための信号を送信する機能を有する。また、処理部１０３は、疲労に関する情報、映像信号に対する処理の内容、処理についての使用者の評価情報等を記憶部１０４との間で送信または受信することができる。また処理部１０３は、使用者の特性、嗜好、または傾向についての情報を作成する機能を有していてもよい。
【００５２】
また、処理部１０３は情報入出力部１０６を介して、管理装置に管理情報を送信する機能を有していてもよい。ここで、管理情報の一例としては、インターフェース部１０２に入力された情報や、インターフェース部１０２が収集した情報や、情報処理装置１００の使用者が受けていると判断された疲労に関する情報や、該疲労を軽減する処理の内容や、その他の情報である。また、処理部１０３は、情報入出力部１０６を介して管理装置から制御情報を受信する機能を有していてもよい。処理部１０３は、該制御情報に基づいて、画像調整処理を決定してもよい。
【００５３】
情報処理装置１００が有するＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）等の半導体チップ（ＩＣチップ）により処理部１０３の機能を実行させることができる。処理部１０３が行う処理をプログラムとして記憶部１０４に格納しておき、該プログラムに基づいて処理部１０３としての機能を実行させることができる。なお、処理部１０３の機能は、一の筐体の中ですべてが実現されている必要はなく、複数の筐体の半導体チップが連動して処理部１０３の機能を実現してもよい。
【００５４】
処理部１０３の機能について説明する。
【００５５】
まず、入力部１０５から入力された映像信号を処理部１０３が受信する。処理部１０３がインターフェース部１０２からの疲労に関する情報または管理装置からの制御情報が入力されていないとき、映像信号に特段の処理を行わずに表示部１０１に映像信号を出力する。
【００５６】
また、後述の処理に有用であるため、映像信号から映像に関する情報を作成し、記憶部１０４に送信し保存する。映像に関する情報とは、映像全体または一部のコントラストの大きさ、明るさに関する情報であり、彩度、明度、色相等の情報が含まれる。映像信号そのものを映像に関する情報として蓄積してもよいが、その場合その情報の保存に要する容量が大きくなるため、後に処理部１０３が処理を決定するために必要とする情報を保存することが望ましい。また、当該情報は所定の期間の経過後に消去されてもよい。処理部１０３が処理を決定するにあたり参照する必要のない程の時間が経過した情報については、もはや保存を継続する必要はなく、情報の省容量化のために消去されてもよい。また、映像信号から映像に関する情報は、ある種の映像が表示された時間の長さや、表示部１０１における表示が開始されてから経過した時間についての情報も含まれてもよい。
【００５７】
また、記憶部１０４には予め、例えば、使用者の年齢、性別、視力、めがね又はコンタクトレンズの使用の有無等の情報処理装置１００の使用者に関する情報と、予定された作業内容、作業量及び作業時間といった、使用者がする作業の内容を保存させてもよい。これらの情報も後述の処理に有用となる場合がある。
【００５８】
次に、処理部１０３に、インターフェース部１０２からの疲労に関する情報または管理装置からの制御情報が入力されたとき、その情報や記憶部１０４に保存した情報を元に、映像信号に行われるべき処理を処理部１０３が決定する。次に、表示部１０１に処理された映像信号を送信する。または、処理されていない映像信号と、行われるべき処理の情報を表示部１０１に送信する。
【００５９】
処理部１０３が決定する処理の内容の一例について説明する。
【００６０】
まず、インターフェース部１０２からの疲労に関する情報を受信したとき、処理部１０３は記憶部１０４から必要な過去の映像に関する情報を取得する。過去の映像に関する情報とは、記憶部１０４に保存された映像に関する情報であり、処理部１０３が処理の内容を決定するために必要な情報である。次に、疲労に関する情報と過去の映像に関する情報とを関連付ける。疲労に関する情報とは、インターフェース部１０２において押下された入力ボタン６０１の種類と、押下されたタイミング、押下された回数等である。ここでタイミングとは、ボタンが押下されたときに時刻、表示部１０１が表示を開始してからの時間、または、使用者が作業を開始してから経過した時間等の時間に関する情報である。
【００６１】
次に、処理部１０３は、過去の映像に関する情報に対して評価をする。評価の観点の一例としては、映像のコントラストと明度がある。コントラストについては、特に明度コントラストの強さと補色コントラストの強さを評価の対象とするとよい。
【００６２】
例えば、まず、明度コントラストの評価を行う。過去の映像が明度コントラストの高い状態が続いていると判断された場合、処理部１０３は、明度コントラストを下げる処理を映像信号に行う。具体的には明るい色の明度を下げる処理、暗い色の明度を上げる処理、または、その両方の処理を行う。一方で、明度コントラストの評価の結果、過去の映像が明度コントラストの強い状態が続いていると判断されない場合は、過去の映像が明度コントラストの低い状態が続いているか否か評価する。過去の映像が明度コントラストの低い状態が続いていると判断された場合は、明度コントラストを上げる処理を映像信号に行う。具体的には明るい色の明度を上げる処理、暗い色の明度を下げる処理、または、その両方の処理を行う。過去の映像が明度コントラストの低い状態が続いていると判断されない場合、他の処理を行う。以上の処理のフローを図４（Ａ）に示す。
【００６３】
処理の強さについては、情報処理装置１００の使用者の疲労の傾向についての情報が十分に蓄積されていない間は、処理の効果を評価しやすくするために処理を比較的強くし、使用者の疲労の傾向の情報が十分蓄積されているときは、その疲労の傾向から必要と判断される強さとすることが好ましい。なお、処理の強さについては、下記の処理においても同様に決定されるべきであるため、以降説明を省略する。
【００６４】
次に、映像の明度の大きさの評価を行う。その結果、過去の映像の明度が高い状態が続いていると判断された場合、処理部１０３は、映像の明度を下げる処理を映像信号に行う。具体的には全色の明度を下げる処理を行う。過去の映像の明度が高い状態が続いていると判断さない場合は、過去の映像の明度が低い状態が続いているか否か評価する。過去の映像の明度が低い状態が続いていると判断される場合、処理部１０３は、映像の明度を上げる処理を映像信号に行う。具体的には全色の明度を上げる処理を行う。過去の映像の明度が低い状態が続いていると判断されない場合、他の処理を行う。以上の処理のフローを図４（Ｂ）に示す。
【００６５】
次に、補色コントラストの評価を行う。その結果、過去の映像が補色コントラストの高い状態が続いていると判断された場合、処理部１０３は、補色コントラストを下げる処理を映像信号に行う。具体的には、まずどの補色間のコントラストが高いかを評価する。あらゆる色にとってその補色の関係となる色が存在するため、補色の関係は無数に存在する。そのため、補色コントラストが高い原因となる補色関係をまず特定し、その補色関係の２色間のコントラストを弱める処理を行う。より具体的には、その補色関係にある２色のうち一方または両方の明度を調整し、２色間の明度の差を広げる。補色コントラストにおいては、２色の明度の差が小さいとコントラストが高いため、明度の差を広げることにより補色コントラストが下がる。
【００６６】
過去の映像が補色コントラストの高い状態が続いていると判断されない場合、過去の映像が補色コントラストの低い状態が続いているか否か評価する。その結果、過去の映像が補色コントラストの高い状態が続いていると判断された場合、補色コントラストを上げる処理を行う。なお、補色コントラストが低いことは疲労の原因とは言えない場合もあるが、補色コントラストが低く色の識別が容易ではない映像が使用者にストレスを与える場合もあり、補色コントラストを上げる処理が該ストレスの解消する場合もある。以上の処理のフローを図５（Ａ）に示す。
【００６７】
なお、本発明の一態様においては、表示部１０１が３次元映像を表示するとき、当該３次元映像により生じる使用者の疲労をも軽減することができる。処理部に疲労に関する情報が入力されたときに、処理部が過去の３次元映像についての情報をもとに、疲労を軽減する処理を該３次元映像に行う。例えば、３次元映像としての要素を弱め、さらには３次元映像として表示を中止し２次元映像を表示してもよい。処理のフローについては他のフローと同様となるため省略する。
【００６８】
処理部１０３は上記で行った処理についての情報を記憶部１０４に保存する。処理の後にさらにインターフェース部１０２からの疲労についての情報又は、処理についての評価に関する情報を受信した場合、当該処理の有効性を評価し、記憶部１０４に評価情報を蓄積する。
【００６９】
蓄積された処理についての情報と、評価情報と、その他の情報から、情報処理装置１００の使用者の疲労の傾向を処理部１０３が判定することもできる。使用者の疲労の傾向が判定できた場合、処理部１０３は、使用者に疲労が生じやすい映像の状態が続いていると判断し、インターフェース部１０２から疲労についての情報が入力されていなくとも、疲労を軽減する処理を映像信号に行うことができる。具体的には、記憶部１０４に保存された処理の評価情報から、映像に起因する疲労の軽減に有効と判断された処理を行う。以上の処理のフローを図５（Ｂ）に示す。このように本発明の一態様によれば、映像の内容と疲労との因果関係が究明されていなくとも、疲労を軽減する処理をすることができる。
【００７０】
また、処理部１０３が映像に処理を行っても効果が認められず、使用者の疲労の傾向が映像信号に依存しないという場合もあり得る。その場合は、疲労が、使用者が行う作業内容、作業量、作業時間等に依存していると評価される場合もあり得る。または、使用者の年齢、性別等の性質に依存していると評価される場合もあり得る。作業前に記憶部１０４に入力されるこれら作業内容の情報、使用者の情報から、特定の疲労が生じやすい作業状態であると判断される場合、処理部１０３は当該疲労を軽減する処理を映像信号に行うことができる。具体的には、記憶部１０４に保存された処理の評価情報から、作業状態に起因する疲労の軽減に有効と判断された処理を行う。以上の処理のフローを図５（Ｃ）に示す。
【００７１】
ある使用者においては、表示部１０１の表示が１秒毎に数十から数百回もの数で画像を書き換えているということ自体が疲労の原因となる場合もあり得る。１秒毎に数十から数百回もの数で画像を書き換えているということが疲労の原因となる作業者である場合、表示部の表示の書き換え速度を低下させる指令を表示部に送信することができる。映像の内容次第では、１回の書き換え時間を１秒以上とする速度としてもよい。以上の処理のフローを図６（Ａ）に示す。また、インターフェース部１０２において、疲労についての情報が入力されたときに、過去の映像が書き換え速度を低下させることができる映像が続いている場合、表示部１０１の表示速度を低下させてもよい。書き換え速度を低下させることができる映像が続いていない場合、その他の処理を行う。以上の処理のフローを図６（Ｂ）に示す。
【００７２】
上記の各種処理を繰り返していくと、記憶部１０４に各種の情報が蓄積される。
【００７３】
記憶部１０４に蓄積された情報は作業者等の健康管理または労務管理に有用な情報となる場合があるため、情報処理装置１００に管理装置が接続されている場合、処理部１０３は当該情報を管理装置に送信することができる。
【００７４】
管理装置を用いた使用者の管理の一例について説明する。企業においては従業員の健康管理は非常に重要であり、疲労や過労をどう防ぐか重大な関心事である。各従業員がそれぞれの情報処理装置の使用者として業務を行うとき、従業員の管理者は、本発明の一態様に関連する当該管理装置を用いて従業員の疲労に関する情報を収集することができる。さらに作業内容についての情報収集することにより、管理者は、どの社員が作業を多くしているか、どの従業員が疲れやすいか、最近働きすぎている従業員がいないか、といった情報をモニターすることができる。このような情報に基づき、管理者は使用者に仕事の分配の適化、休暇の取得の勧告、医者による問診の実施、医薬品・その他の物品の支給等の対応をとることができる。従業員の疲労をコントロールできるようになれば、企業のパフォーマンスを向上させることができる。また、例えば、管理者は予め使用者が受ける作業による疲労を予測し、管理装置を通じて情報処理装置１００に対して、その疲労を軽減するための動作をする指令として該制御情報を入力することができる。
【００７５】
なお、処理部１０３は、インターフェース部１０２において入力ボタン６０１が押下されたとき、管理装置に存在する情報及び記憶部１０４に存在する情報をもとに映像信号を処理してもよい。その場合、入力ボタン６０１が押下された場合、入力ボタン６０１の種類、過去の映像の変化、作業環境、使用者に対応した疲労を軽減しやすい対処方法の情報がある場合、処理部１０３は、該情報を基に疲労を軽減しやすい処理を映像信号に行う。また、そのような情報がない場合、入力ボタン６０１の種類、過去の映像の変化に対応した統計的な疲労を軽減しやすい対処方法の情報がある場合、処理部１０３は、該情報を基に疲労を軽減しやすい処理を映像信号に行う。そのような情報もない場合、処理部１０３はその他の処理を行う。以上の処理のフローを図６（Ｃ）に示す。
【００７６】
＜記憶部１０４＞
記憶部１０４について説明する。記憶部１０４は、処理部１０３から受信した情報を保存し、要求に応じて情報を処理部に送信する機能を有する。記憶部１０４は、処理部１０３が搭載された筐体に搭載されたハードディスク、ソリッドステートドライブ、メモリ（ＳＲＡＭやＤＲＡＭ）等で実現してもよく、処理部１０３が搭載された筐体に接続されたフラッシュメモリ、リムーバブルメモリ等の記憶媒体で実現してもよい。また、記憶部１０４を単独の筐体内で実現していてもよく、複数の筐体に情報を分散して実現してもよい。上述の管理装置に設けてもよい。情報の保存は、情報処理装置１００の電源を切断されたときに消去される一時的なものでもよく、電源が切断されても保存され続けるものでもよい。
【００７７】
また、記憶部１０４は、表示部１０１、インターフェース部１０２、または処理部１０３が、その機能を発揮するためのプログラムを記録していてもよい。その場合、記憶部１０４は、表示部１０１、インターフェース部１０２、または処理部１０３に該プログラムを送信する機能を有する。
【００７８】
本発明の一態様に係る情報処理装置１００の構成を説明した。なお、情報処理装置１００は、疲労を軽減するための装置として独立して取引の対象としてもよく、パーソナルコンピュータ、タブレットＰＣ、スマートフォン等の機器に搭載して取引することもできる。また、情報処理装置１００は、表示部、インターフェース部、処理部、記憶部を有する装置において、該装置を動作させるプログラムを記憶部に組み込むことで製造してもよく、該プログラムが組み込まれた装置として取引の対象とすることができる。
【００７９】
また、本発明の他の一態様は、処理部と記憶部とを備えた装置であり、表示部及びインターフェース部をさらに接続することで上述の情報処理装置１００として機能する。この場合、装置の外形は、例えば、パーソナルコンピュータの本体、パーソナルコンピュータの周辺機器、または、ゲーム機等である。
【００８０】
また、本発明の他の一態様は、表示部と記憶部とを備えた装置であり、処理部をさらに接続し、処理部に記憶部からプログラムを読み込ませることで上述の情報処理装置１００として機能する。この場合、装置の外形は、例えば、ディスプレイ、モニター、または、テレビジョン等である。また、この場合、該装置はさらにインターフェース部を有していてもよい。
【００８１】
また、本発明の他の一態様は、管理装置であり、一つまたは複数のパーソナルコンピュータと接続し、該パーソナルコンピュータにプログラムを実行させることによりパーソナルコンピュータを上述の情報処理装置１００として機能させることができる。この場合、管理装置の外形は、管理用のパーソナルコンピュータまたはタブレットＰＣ等である。
【００８２】
また、本発明の他の一態様は、表示モジュールである。該表示モジュールは、表示パネルとドライバー回路とを有する。該表示モジュールをディスプレイに組み込み、プログラムをパーソナルコンピュータに組み込み実行させることによりパーソナルコンピュータを上述の情報処理装置１００として機能させることができる。
【００８３】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００８４】
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
【００８５】
なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は明確であると言える。
【００８６】
なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様は、インターフェース部を有していなくてもよく、処理部を有していなくてもよく、表示部を有していなくてもよく、記憶部を有していなくてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様において、映像信号のすべてが処理を受けていなくてもよく、すべての映像信号が処理を受けていなくてもよい。
【００８７】
（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１で説明した表示部１０１に液晶表示装置を用いたときに、該表示部１０１に用いられる液晶材料について説明する。なお、本実施の形態で説明する液晶材料は、該液晶表示装置がフレーム周波数を１Ｈｚ以下（１秒間に書き換える回数が１回以下の書き換え速度）として画素を表示できる場合の液晶材料である。該液晶材料が用いられた液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下の分子を有していてもよい。
【００８８】
＜双極子モーメントについて＞
まずは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下の分子を液晶層が有することによる作用について説明する。図７に示すグラフは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする分子を有する液晶層の一例として、分子の双極子モーメントと比抵抗の関係を示している。
【００８９】
図７に示すグラフの縦軸は、分子の双極子モーメントを示すものである。図７の値を測定にあたり、液晶層は母体液晶と、それに添加する添加材料を混合して構成する。双極子モーメントは添加材料の分子の双極子モーメントである。図７に示す横軸は液晶層、すなわち母体液晶と、添加材料との、混合物の比抵抗を示すものである。母体液晶と、添加材料との混合比は、混合材料全体に対して添加材料が２０重量％となるように混合する。以下、母体液晶と、添加材料の混合物を「混合液晶」と表す。図７の各点は、母体液晶に添加する添加材料の種類を変え、添加材料の種類ごとに添加材料の分子の双極子モーメントと、添加材料を添加した各混合液晶の比抵抗の関係を示したものである。
【００９０】
図７では、添加材料の分子の双極子モーメントの値の減少に伴い、混合液晶の比抵抗値が増加する。逆にいうと、添加材料の双極子モーメントが大きいと比抵抗が減少する。
【００９１】
図７によれば、添加材料の分子の双極子モーメントが３デバイ以下の混合液晶は比抵抗値が１．０×１０１４（Ω・ｃｍ）以上である。添加材料の分子の双極子モーメントが小さければ比抵抗値が大きくなる。が、もっとも小さい、双極子モーメントがゼロというのは、分子内の電荷の偏りが無い状態である。たとえば、分子構造が、分子の中心に対して対称である場合は電荷分布に偏りがないので双極子モーメントが０になる。このため、本実施の形態で説明する表示部として、添加材料の分子の永久双極子モーメントは０デバイ単位以上、３デバイ単位以下であることが好ましく、さらに比抵抗が１．０×１０１４（Ω・ｃｍ）以上とすると好ましい。
【００９２】
＜双極子モーメントと液晶層の動作との関係の説明＞
ここで、双極子モーメントについて説明する。異なる種類の原子からなる分子の場合、それぞれの原子の電気陰性度は異なっているのが通常であり、これらが結合して分子になると、電気陰性度の差から分子の内部で電荷の分布に偏りが生じる。この偏りの量を定量的に示す量が双極子モーメントである。なお、分子内部で電荷が偏っているものは、永久双極子モーメントを持つ、という言い方をする場合もある。
【００９３】
電荷の偏りを、極性の異なる点電荷＋ｑ、−ｑが距離ｌだけ離れている状態として模式的に表した場合、積ｑｌが双極子モーメントとなる。単位は電荷と長さの積であるＣ・ｍ（クーロン・メートル）である。
【００９４】
双極子モーメントは慣例的に「デバイ」で表す。「デバイ」は場合によっては、「デバイ単位」、または「ｄｅｂｙｅ」、またはアルファベットで「Ｄ」、またはアルファベットで「ＤＵ」と示すこともある。デバイとＳＩ単位との関係を式（１）に示す。式（１）からも分かるように、ＳＩ単位を用いると非常に小さい値になる。分子の双極子モーメントは１デバイ程度の大きさになるのが一般的なので、双極子モーメントの大きさを示す場合はデバイ単位を用いるのが一般的である。本明細書でも双極子モーメントの大きさはデバイで示すが、式（１）の関係式を用いればＳＩ単位に変換が可能である。
【００９５】
（数１）
１デバイ＝３．３３５６４×１０−３０Ｃｍ      （１）
【００９６】
液晶層に関しては、液晶層を構成する分子（以下、液晶分子と表す）は複数の異なる原子が化合して得られる化合物であり、このため、液晶分子の内部で電荷の分布に偏りがあり、その結果、双極子モーメントを有する。
【００９７】
表示部１０１に適した液晶層の液晶分子の形状は棒状であるのが一般的である。また液晶層は誘電体であり、誘電率は、棒状形状の液晶分子の配列方向によって異なる、誘電率異方性を示す。
【００９８】
誘電率異方性は、分子内部における、たとえばシアノ、ハロゲンといった電子吸引性基や、電子供与性基が、その発現に寄与している。誘電率異方性は、電場等の外場に対する液晶分子の動作の応答性に直接関係する特性であり、大きな誘電率異方性を示すような分子構造になるように適宜選択する。しかしながら、誘電率異方性を大きくすることをねらって電子吸引性基を増やすなどして誘電率異方性をより大きくしようとすると、今度は、電荷の偏り、すなわち双極子モーメントが過剰に大きくなり、イオン性の不純物を取り込みやすくなる。
【００９９】
液晶層のイオン性の不純物濃度が高まると、液晶層でのイオン伝導が生じやすくなり、液晶層の電圧保持率が低下する。さらに液晶層の表面にイオン性不純物による電荷が滞留し、これが液晶層の内部で電圧を発生させることで生じる、残留ＤＣを大きくする原因となる。残留ＤＣは表示装置の焼き付きの起こしやすさの目安となる量で、小さくなることが好ましい。
【０１００】
不純物イオンを取り込む工程としては、材料の合成時に始まり、パネルの作製工程など、多岐に亘る。各工程での不純物汚染を避けるのはもちろんであるが、材料自体の不純物イオンの取り込みやすさを低減させることが、液晶層の電圧保持率の向上、残留ＤＣの低減に有効であり、液晶分子一つ一つの双極子モーメントを小さくするように、材料を選択することが好ましい。
【０１０１】
その結果、得られた材料を含む、液晶層の比抵抗と、液晶層に含有させた、分子の双極子モーメントの関係を示したのが図７である。上述したように液晶層の双極子モーメントが３を超えると、液晶層に含まれる不純物の影響が顕著になる。この不純物が液晶層に残留することで、液晶層の比抵抗が下がることで液晶層の導電率が増大し、表示装置のリフレッシュレートを低減する場合に、画素に書き込んだ電圧を保持することが困難になる。
【０１０２】
液晶層が有する分子の双極子モーメントが低いと、液晶層中の不純物の量を低減することができるため、液晶層の導電率を低減できる。そのため、液晶層が有する分子の双極子モーメントが低い方が、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧をより長く保持することができる点で有利である。
【０１０３】
しかしながら、液晶層が有する分子の双極子モーメントを単純に小さくすると、電界との相互作用が小さくなる傾向が生じる場合がある。この場合、液晶層の挙動が遅いため、高速動作を促すために駆動電圧を高く設定する必要がある。そのために消費電力の低減を目的として、リフレッシュレートを低減する液晶層の構成としては、望ましくない。
【０１０４】
特に、リフレッシュレートを低減する駆動から動画表示を行うためにリフレッシュレートを増大する方に切り替えた場合に、駆動電圧が大きいと液晶表示装置全体で消費電力の増加が著しくなり、好ましくない。
【０１０５】
したがって、本実施の形態における一態様として、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成が好適である。液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成は、液晶層に含まれる不純物の割合を低減できるとともに、動画表示を行う際の消費電力の増大を伴うことなく、液晶層の駆動電圧を好ましい範囲に設定することが可能である。
【０１０６】
なお、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする場合、消費電力の増大を伴わない範囲において、液晶層の駆動電圧を高く設定することが好適である。液晶層の駆動電圧が高いと、階調値のずれに対する許容範囲が増える。つまり駆動電圧が高い分、電圧変化分に対する階調値のずれが少ない分だけフリッカーを低減できる。
【０１０７】
なお、液晶層が有する分子の双極子モーメントは、０デバイ以上３デバイ以下とする構成について説明したが、好ましくは、０デバイ以上２．５デバイ以下である。また、より好ましくは０デバイ以上１．８デバイ以下である。
【０１０８】
なお本実施の形態で示す液晶層の説明は、一例としてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶層に基づく説明するが、他のモードであってもよい。
【０１０９】
液晶層のＴＮモード以外の動作モードとして、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）などを用いることができる。なお表示装置の各画素における画素電極は、各表示モードに従って、電極の構造等を適宜変更可能である。
【０１１０】
以上説明したように、液晶層に含まれる分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成とすることで、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができ、フリッカーを抑制することができる。その結果、表示品位の向上を図ることができ、また、情報処理装置１００の使用者が受ける疲労を軽減することができる。
【０１１１】
なお、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲とは、例えば、２５６段階の透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上３階調以下のずれをいう。同一静止画像における階調値のずれとして０階調以上３階調以下の階調値のずれであれば、視認者がフリッカーを知覚しづらいものとなる。また別の例としては、１０２４段階と透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上１２階調以下のずれをいう。すなわち、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲は、表示する最大階調数の１％乃至１．２％以内が好適である。
【０１１２】
なお、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成に、リフレッシュレートを切り替えて動画表示及び静止画表示を切り替える駆動を組み合わせることが特に好適である。リフレッシュレートを切り替えて駆動を行う液晶表示装置は、動画表示から静止画表示に切り替える際、フレーム周波数６０Ｈｚから、１Ｈｚ以下好ましくは０．２Ｈｚ以下に切り替えて、消費電力を低減する。すなわち、静止画表示時において、リフレッシュレートを低減する構成において、本実施の形態の構成は特に好適である。
【０１１３】
リフレッシュレートを切り替えて表示を行う表示装置では、動画表示時及び静止画表示時において消費電力の低減及び表示品位の低下を防ぎ、使用者の疲労を低減できることが望ましい。静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、画素に電圧を書き込む間隔が開くことになる。言い換えれば、静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、一定期間、画素に電圧を書き込まれない期間が存在することとなる。
【０１１４】
そのため、静止画表示時におけるリフレッシュレートを低減する駆動の場合、一旦画素に書き込んだ電圧を一定の値で保持できるかが重要となる。加えて、動画表示時におけるリフレッシュレートを高くして駆動する場合、フレーム周波数が高くなることを考慮して、駆動電圧を低く設定し、消費電力の低減を図ることが重要となる。
【０１１５】
上述したように本実施の形態において、液晶層が有する分子の双極子モーメントが３デバイを超えるものに比べて、液晶層に含まれる不純物を低減する構成としている。そのため、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さく、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧を保持することができる。
【０１１６】
また、本実施の形態において、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さくできるため、画素の保持容量を予め大きくすることなく、フリッカーを低減する構成とすることができる。そのため、フリッカーを低減するために、保持容量を大きくして設計する必要がない。そのため、保持容量を小さくして設計することができ、画素の高精細化を図ることができる。画素を高精細化してリフレッシュレートを低減することで、目の疲労を軽減することができる。
【０１１７】
以上のように、双極子モーメントの取りうる範囲を０デバイ以上３デバイ以下とした分子を有する液晶層を用い、液晶層の電圧保持率の高い材料を用いることで残留ＤＣを抑えることができる。別言すると、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができる。したがって、表示品位をそこなうことのない、使用者の疲労の少ない表示部１０１とすることができる。
【０１１８】
本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０１１９】
（実施の形態３）
本実施の形態では、液晶表示装置の画素に適用できるトランジスタの構成例について、図面を参照して説明する。
【０１２０】
＜トランジスタの構成例＞
図８（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１１００の上面概略図を示す。また図８（Ｂ）に図８（Ａ）中に示す切断線Ａ−Ｂにおけるトランジスタ１１００の断面概略図を示す。図８（Ａ）（Ｂ）で例示するトランジスタ１１００はボトムゲート型のトランジスタである。
【０１２１】
トランジスタ１１００は、基板１１０１上に設けられるゲート電極１１０２と、基板１１０１及びゲート電極１１０２上に設けられる絶縁層１１０３と、絶縁層１１０３上にゲート電極１１０２と重なるように設けられる酸化物半導体層１１０４と、酸化物半導体層１１０４の上面に接する一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂとを有する。また、絶縁層１１０３、酸化物半導体層１１０４、一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂを覆う絶縁層１１０６と、絶縁層１１０６上に絶縁層１１０７が設けられている。
【０１２２】
《基板》
基板１１０１の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイヤ基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板等を、基板１１０１として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムを材料とした化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能である。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１１０１として用いてもよい。
【０１２３】
また、基板１１０１として、プラスチックなどの可撓性基板を用い、該可撓性基板上に直接、トランジスタ１１００を形成してもよい。または、基板１１０１とトランジスタ１１００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上層にトランジスタの一部あるいは全部を形成した後、基板１１０１より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その結果、トランジスタ１１００は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。
【０１２４】
したがって例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板又はシリコン基板）、ＳＯＩ基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、サファイアガラス基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。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）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。
【０１２５】
また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。
【０１２６】
つまり、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。
【０１２７】
《ゲート電極》
ゲート電極１１０２は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。また、ゲート電極１１０２は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等がある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。
【０１２８】
また、ゲート電極１１０２は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属の積層構造とすることもできる。
【０１２９】
また、ゲート電極１１０２と絶縁層１１０３との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ以上、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有し、トランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体層１１０４より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。
【０１３０】
《絶縁層》
絶縁層１１０３は、ゲート絶縁膜として機能する。酸化物半導体層１１０４の下面と接する絶縁層１１０３は、酸化物絶縁膜であることが好ましい。
【０１３１】
絶縁層１１０３は、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、窒化シリコン、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系金属酸化物、窒化シリコンなどを用いればよく、積層または単層で設ける。
【０１３２】
また、絶縁層１１０３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉｘＯｙＮｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌｘＯｙＮｚ）、酸化ハフニウム、酸化イットリウムなどのｈｉｇｈ−ｋ材料を用いることでトランジスタのゲートリークを低減できる。
【０１３３】
《一対の電極》
一対の電極１１０５ａ及び１１０５ｂは、トランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。
【０１３４】
一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂは、導電材料として、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。
【０１３５】
《絶縁層》
絶縁層１１０６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膜を用いることが好ましい。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膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。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膜は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、好ましくは３．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。
【０１３６】
絶縁層１１０６としては、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。
【０１３７】
なお、絶縁層１１０６は、後に形成する絶縁層１１０７を形成する際の、酸化物半導体層１１０４へのダメージ緩和膜としても機能する。
【０１３８】
また、絶縁層１１０６と酸化物半導体層１１０４の間に、酸素を透過する酸化物膜を設けてもよい。
【０１３９】
酸素を透過する酸化物膜としては、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。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。
【０１４０】
絶縁層１１０７は、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を用いることができる。絶縁層１１０６上に絶縁層１１０７を設けることで、酸化物半導体層１１０４からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層１１０４への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。
【０１４１】
＜トランジスタの作製方法例＞
続いて、図８に例示するトランジスタ１１００の作製方法の一例について説明する。
【０１４２】
まず、図９（Ａ）に示すように、基板１１０１上にゲート電極１１０２を形成し、ゲート電極１１０２上に絶縁層１１０３を形成する。
【０１４３】
ここでは、基板１１０１としてガラス基板を用いる。
【０１４４】
《ゲート電極の形成》
ゲート電極１１０２の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第１のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１１０２を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【０１４５】
なお、ゲート電極１１０２は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。
【０１４６】
《ゲート絶縁層の形成》
絶縁層１１０３は、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。
【０１４７】
絶縁層１１０３として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０１４８】
また、絶縁層１１０３として窒化シリコン膜を形成する場合、２段階の形成方法を用いることが好ましい。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない第１の窒化シリコン膜を形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な第２の窒化シリコン膜を成膜する。このような形成方法により、絶縁層１１０３として、欠陥が少なく、且つ水素ブロッキング性を有する窒化シリコン膜を形成することができる。
【０１４９】
また、絶縁層１１０３として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。
【０１５０】
《酸化物半導体層の形成》
次に、図９（Ｂ）に示すように、絶縁層１１０３上に酸化物半導体層１１０４を形成する。
【０１５１】
酸化物半導体層１１０４の形成方法を以下に示す。はじめに、酸化物半導体膜を形成する。続いて、酸化物半導体膜上に第２のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングして、酸化物半導体層１１０４を形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【０１５２】
この後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行う場合には、酸素を含む雰囲気下で行うことが好ましい。また、上記加熱処理の温度としては、例えば、１５０℃以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とすればよい。
【０１５３】
《一対の電極の形成》
次に、図９（Ｃ）に示すように、一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂを形成する。
【０１５４】
一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂの形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上に第３のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂを形成する。その後、レジストマスクを除去する。
【０１５５】
なお、図８（Ｂ）に示すように、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層１１０４の上部の一部がエッチングされ、薄膜化することがある。そのため、酸化物半導体層１１０４の形成時、酸化物半導体膜の厚さを予め厚く設定しておくことが好ましい。
【０１５６】
《絶縁層の形成》
次に、図９（Ｄ）に示すように、酸化物半導体層１１０４及び一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂ上に、絶縁層１１０６を形成し、続いて絶縁層１１０６上に絶縁層１１０７を形成する。
【０１５７】
絶縁層１１０６として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０１５８】
例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ２以上０．５Ｗ／ｃｍ２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ２以上０．３５Ｗ／ｃｍ２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。
【０１５９】
成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。
【０１６０】
また、酸化物半導体層１１０４と絶縁層１１０６の間に酸化物絶縁膜を設ける場合には、絶縁層１１０６の形成工程において、該酸化物絶縁膜が酸化物半導体層１１０４の保護膜となる。この結果、酸化物半導体層１１０４へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁層１１０６を形成することができる。
【０１６１】
例えば、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。また、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、該酸化物絶縁層を成膜する際に、酸化物半導体層１１０４へのダメージを低減することが可能である。
【０１６２】
酸化物絶縁膜の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。
【０１６３】
絶縁層１１０７は、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法等で形成することができる。
【０１６４】
絶縁層１１０７として窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体、酸化性気体、及び窒素を含む気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。窒素を含む気体としては、窒素、アンモニア等がある。
【０１６５】
以上の工程により、トランジスタ１１００を形成することができる。
【０１６６】
＜トランジスタの変形例＞
以下では、トランジスタ１１００と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
【０１６７】
《変形例１》
図１０（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１１１０の断面概略図を示す。トランジスタ１１１０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１１００と相違している。
【０１６８】
トランジスタ１１１０が有する酸化物半導体層１１１４は、酸化物半導体層１１１４ａと酸化物半導体層１１１４ｂとが積層されて構成される。
【０１６９】
なお、酸化物半導体層１１１４ａと酸化物半導体層１１１４ｂの境界は不明瞭である場合があるため、図１０（Ａ）等の図中には、これらの境界を破線で示している。
【０１７０】
酸化物半導体層１１１４ａは、代表的にはＩｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）を用いる。また、酸化物半導体層１１１４ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また例えば、酸化物半導体層１１１４ａは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である材料を用いる。
【０１７１】
酸化物半導体層１１１４ｂはＩｎ若しくはＧａを含み、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、且つ酸化物半導体層１１１４ａよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体層１１１４ｂの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体層１１１４ａの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下とすることが好ましい。
【０１７２】
また、酸化物半導体層１１１４ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、Ｚｎ及びＯを除いてのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくは、Ｉｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。
【０１７３】
例えば、酸化物半導体層１１１４ａとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体層１１１４ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：６：４、または１：９：６の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、酸化物半導体層１１１４ａ、及び酸化物半導体層１１１４ｂの原子数比はそれぞれ、誤差として上記の原子数比のプラスマイナス２０％の変動を含む。
【０１７４】
上層に設けられる酸化物半導体層１１１４ｂに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１１１４ａ、及び酸化物半導体層１１１４ｂからの酸素の放出を抑制することができる。
【０１７５】
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体層１１１４ａ、酸化物半導体層１１１４ｂのキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。
【０１７６】
なお、上記では酸化物半導体層１１１４として、２つの酸化物半導体層が積層された構成を例示したが、３つ以上の酸化物半導体層を積層する構成としてもよい。
【０１７７】
《変形例２》
図１０（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１１２０の断面概略図を示す。トランジスタ１１２０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１１００及びトランジスタ１１１０と相違している。
【０１７８】
トランジスタ１１２０が有する酸化物半導体層１１２４は、酸化物半導体層１１２４ａ、酸化物半導体層１１２４ｂ、酸化物半導体層１１２４ｃが順に積層されて構成される。
【０１７９】
酸化物半導体層１１２４ａ及び酸化物半導体層１１２４ｂは、絶縁層１１０３上に積層して設けられる。また酸化物半導体層１１２４ｃは、酸化物半導体層１１２４ｂの上面、並びに一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂの上面及び側面に接して設けられる。
【０１８０】
例えば、酸化物半導体層１１２４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１１２４ａ、１１２４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１１４ｂと同様の構成を用いることができる。
【０１８１】
例えば、酸化物半導体層１１２４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１１２４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１１２４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１１２４ａ、酸化物半導体層１１２４ｂ、及び酸化物半導体層１１２４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。
【０１８２】
また、例えば酸化物半導体層１１２４ｂに主としてチャネルが形成される場合に、酸化物半導体層１１２４ｂにＩｎの含有量の多い酸化物を用い、酸化物半導体層１１２４ｂと接して一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂを設けることにより、トランジスタ１１２０のオン電流を増大させることができる。
【０１８３】
＜トランジスタの他の構成例＞
以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用可能な、トップゲート型のトランジスタの構成例について説明する。
【０１８４】
なお、以下では、上記と同様の構成、または同様の機能を有する構成要素においては、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１８５】
《構成例》
図１１（Ａ）に、以下で例示するトップゲート型のトランジスタ１１５０の断面概略図を示す。
【０１８６】
トランジスタ１１５０は、絶縁層１１５１が設けられた基板１１０１上に設けられる酸化物半導体層１１０４と、酸化物半導体層１１０４の上面に接する一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂと、酸化物半導体層１１０４、一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂ上に設けられる絶縁層１１０３と、絶縁層１１０３上に酸化物半導体層１１０４と重なるように設けられるゲート電極１１０２とを有する。また、絶縁層１１０３及びゲート電極１１０２を覆って絶縁層１１５２が設けられている。
【０１８７】
絶縁層１１５１は、基板１１０１から酸化物半導体層１１０４への不純物の拡散を抑制する機能を有する。例えば、上記絶縁層１１０７と同様の構成を用いることができる。なお、絶縁層１１５１は、不要であれば設けなくてもよい。
【０１８８】
絶縁層１１５２には、上記絶縁層１１０７と同様、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を適用することができる。なお、絶縁層１１０７は不要であれば設けなくてもよい。
【０１８９】
《変形例１》
以下では、トランジスタ１１５０と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
【０１９０】
図１１（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１１６０の断面概略図を示す。トランジスタ１１６０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１１５０と相違している。
【０１９１】
トランジスタ１１６０が有する酸化物半導体層１１６４は、酸化物半導体層１１６４ａ、酸化物半導体層１１６４ｂ、及び酸化物半導体層１１６４ｃが順に積層されて構成されている。
【０１９２】
酸化物半導体層１１６４ａ、酸化物半導体層１１６４ｂ、酸化物半導体層１１６４ｃのうち、いずれか一、またはいずれか二、または全部に、先に説明した酸化物半導体膜を適用することができる。
【０１９３】
例えば、酸化物半導体層１１６４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１１６４ａ、１１６４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１１４ｂと同様の構成を用いることができる。
【０１９４】
また、酸化物半導体層１１６４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１１６４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１１６４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１１６４ａ、酸化物半導体層１１６４ｂ、酸化物半導体層１１６４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。
【０１９５】
《変形例２》
以下では、トランジスタ１１５０と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。
【０１９６】
図１１（Ｃ）に、以下で例示するトランジスタ１１７０の断面概略図を示す。トランジスタ１１７０は、酸化物半導体層１１０４に接する一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂの形状、及びゲート電極１１０２の形状等で、トランジスタ１１５０と相違している。
【０１９７】
トランジスタ１１７０は、絶縁層１１５１が設けられた基板１１０１上に設けられる酸化物半導体層１１０４と、酸化物半導体層１１０４上の絶縁層１１０３と、絶縁層１１０３上のゲート電極１１０２と、絶縁層１１５１及び酸化物半導体層１１０４上の絶縁層１１５４と、絶縁層１１５４上の絶縁層１１５６と、絶縁層１１５４、１１５６に設けられる開口部を介して酸化物半導体層１１０４に電気的に接続される一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂと、絶縁層１１５６及び一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂ上の絶縁層１１５２と、を有する。
【０１９８】
絶縁層１１５４としては、例えば水素を含む絶縁膜で形成される。該水素を含む絶縁膜としては、窒化シリコン膜等が挙げられる。絶縁層１１５４に含まれる水素は、酸化物半導体層１１０４中の酸素欠損と結合することで、酸化物半導体層１１０４中でキャリアとなる。したがって、図１１（Ｃ）に示す構成においては、酸化物半導体層１１０４と絶縁層１１５４が接する領域をｎ型領域１１０４ｂ及びｎ型領域１１０４ｃとして表している。なお、ｎ型領域１１０４ｂとｎ型領域１１０４ｃに挟まれる領域は、チャネル領域１１０４ａとなる。
【０１９９】
酸化物半導体層１１０４中にｎ型領域１１０４ｂ、１１０４ｃを設けることで、一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂとの接触抵抗を低減させることができる。なお、ｎ型領域１１０４ｂ、１１０４ｃとしては、ゲート電極１１０２の形成時、及びゲート電極１１０２を覆う絶縁層１１５４を用いて自己整合的に形成することができる。図１１（Ｃ）に示すトランジスタ１１７０は、所謂セルフアライン型のトップゲート型のトランジスタである。セルフアライン型のトップゲート型のトランジスタ構造とすることで、ゲート電極１１０２と、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極１１０５ａ、１１０５ｂと、の重なりが生じないため、電極間に生じる寄生容量を低減することができる。
【０２００】
また、トランジスタ１１７０が有する絶縁層１１５６としては、例えば、酸化窒化シリコン膜等により形成することができる。
【０２０１】
本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
【０２０２】
（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様において、表示部または表示装置に適用することのできる酸化物半導体膜の構成について以下詳細に説明を行う。
【０２０３】
酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。
【０２０４】
酸化物半導体膜をトランジスタに適用する場合、酸化物半導体膜の膜厚は２ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０２０５】
適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ））から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。
【０２０６】
例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。
【０２０７】
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。
【０２０８】
また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ２ＳｎＯ５（ＺｎＯ）ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。
【０２０９】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。
【０２１０】
酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。
【０２１１】
なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。
【０２１２】
このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０１７／ｃｍ３以下、１×１０１６／ｃｍ３以下、１×１０１５／ｃｍ３以下、１×１０１４／ｃｍ３以下、１×１０１３／ｃｍ３以下であることをいう。
【０２１３】
またこのように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０−１８Ａ以下、好ましくは１×１０−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０−１５Ａ以下、好ましくは１×１０−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上または３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。
【０２１４】
＜酸化物半導体の構造＞
以下では、酸化物半導体の構造について説明する。
【０２１５】
酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ  Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  ｌｉｋｅ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、非晶質酸化物半導体などがある。
【０２１６】
また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳなどがある。
【０２１７】
非晶質構造の定義としては、一般に、準安定状態で固定化していないこと、等方的であって不均質構造を持たないことなどが知られている。また、結合角度が柔軟であり、短距離秩序性は有するが、長距離秩序性を有さない構造と言い換えることもできる。
【０２１８】
逆の見方をすると、本質的に安定な酸化物半導体の場合、完全な非晶質（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ  ａｍｏｒｐｈｏｕｓ）酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、等方的でない（例えば、微小な領域において周期構造を有する）酸化物半導体を、完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。ただし、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、微小な領域において周期構造を有するものの、鬆（ボイドともいう。）を有し、不安定な構造である。そのため、物性的には非晶質酸化物半導体に近いといえる。
【０２１９】
＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。
【０２２０】
ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一つである。
【０２２１】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、即ち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。
【０２２２】
以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図１２（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ  Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ  Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うことができる。
【０２２３】
図１２（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１２（Ｂ）に示す。図１２（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。
【０２２４】
図１２（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１２（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上のものや、３ｎｍ以上のものがあり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２２５】
ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像をもとに、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる（図１２（Ｄ）参照。）。図１２（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図１２（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。
【０２２６】
また、図１３（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図１３（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）に示す。図１３（Ｂ）、図１３（Ｃ）および図１３（Ｄ）より、ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。
【０２２７】
次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１４（Ａ）に示すように回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。
【０２２８】
なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。
【０２２９】
一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行っても、図１４（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、ＩｎＧａＺｎＯ４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図１４（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。
【０２３０】
次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。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、図１５（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットが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たときの回折パターンを図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図１５（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図１５（Ｂ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。
【０２３１】
上述したように、ＣＡＡＣ−ＯＳは結晶性の高い酸化物半導体である。酸化物半導体の結晶性は不純物の混入や欠陥の生成などによって低下する場合があるため、逆の見方をするとＣＡＡＣ−ＯＳは不純物や欠陥（酸素欠損など）の少ない酸化物半導体ともいえる。
【０２３２】
なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。
【０２３３】
酸化物半導体が不純物や欠陥を有する場合、光や熱などによって特性が変動する場合がある。例えば、酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。
【０２３４】
不純物および酸素欠損の少ないＣＡＡＣ−ＯＳは、キャリア密度の低い酸化物半導体である。具体的には、８×１０１１個／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１１／ｃｍ３未満、さらに好ましくは１×１０１０個／ｃｍ３未満であり、１×１０−９個／ｃｍ３以上のキャリア密度の酸化物半導体とすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。
【０２３５】
＜ｎｃ−ＯＳ＞
次に、ｎｃ−ＯＳについて説明する。
【０２３６】
ｎｃ−ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。ｎｃ−ＯＳに含まれる結晶部は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下、または１ｎｍ以上３ｎｍ以下の大きさであることが多い。なお、結晶部の大きさが１０ｎｍより大きく１００ｎｍ以下である酸化物半導体を微結晶酸化物半導体と呼ぶことがある。ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと起源を同じくする可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。
【０２３７】
ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いた場合、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による解析では、結晶面を示すピークは検出されない。また、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折を行うと、ハローパターンのような回折パターンが観測される。一方、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、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、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。
【０２３８】
このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。
【０２３９】
ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳや非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。
【０２４０】
＜ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ＞
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の構造を有する酸化物半導体である。
【０２４１】
ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。
【０２４２】
鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。
【０２４３】
電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。
【０２４４】
まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。
【０２４５】
なお、どの部分を一つの結晶部と見なすかの判定は、以下のように行えばよい。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ４の結晶のａ−ｂ面に対応する。
【０２４６】
図１６は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図１６より、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図１６中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部（初期核ともいう。）が、累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０８ｅ−／ｎｍ２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図１６中の（２）および（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度および２．１ｎｍ程度であることがわかる。
【０２４７】
このように、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。即ち、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。
【０２４８】
また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。
【０２４９】
例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ３以上５．９ｇ／ｃｍ３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ３以上６．３ｇ／ｃｍ３未満となる。
【０２５０】
なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。
【０２５１】
以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ  ＯＳ、ｎｃ−ＯＳ、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。
【０２５２】
以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２５３】
（実施の形態５）
本実施の形態においては、表示モジュールの一例について、図１７、図１８、及び図１９を用いて以下説明を行う。
【０２５４】
図１７は、表示モジュールの一例を示す上面図である。図１７示す表示モジュール７００は、第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２と、第１の基板７０１に設けられたソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６と、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を囲むように配置されるシール材７１２と、第１の基板７０１に対向するように設けられる第２の基板７０５と、を有する。なお、第１の基板７０１と第２の基板７０５は、シール材７１２によって封止されている。すなわち、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６は、第１の基板７０１とシール材７１２と第２の基板７０５によって封止されている。なお、図１７には図示しないが、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には表示素子が設けられる。
【０２５５】
また、表示モジュール７００は、第１の基板７０１上のシール材７１２によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、ゲートドライバ回路部７０６と電気的に接続されるＦＰＣ端子部７０８（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられる。また、ＦＰＣ端子部７０８には、ＦＰＣ７１６が接続され、ＦＰＣ７１６によって画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６に各種信号等が供給される。また、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８には、信号線７１０が各々接続されている。ＦＰＣ７１６により供給される各種信号等は、信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８に与えられる。
【０２５６】
また、表示モジュール７００にゲートドライバ回路部７０６を複数設けてもよい。また、表示モジュール７００としては、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を画素部７０２と同じ第１の基板７０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部７０６のみを第１の基板７０１に形成しても良い、またはソースドライバ回路部７０４のみを第１の基板７０１に形成しても良い。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板７０１に実装する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。
【０２５７】
また、表示モジュール７００が有する画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６は、複数のトランジスタを有している。該複数のトランジスタとしては、先の実施の形態で説明したトランジスタを適用することができる。
【０２５８】
また、表示モジュール７００は、液晶素子を有することが出来る。該液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイ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。
【０２５９】
なお、表示モジュール７００における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素とＷ（白）の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、ＲＧＢのうちの２色分で一つの色要素を構成し、色要素よって、異なる２色を選択して構成してもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。
【０２６０】
また、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色光（Ｗ）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層（カラーフィルタともいう。）を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）、イエロー（Ｙ）などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を２割から３割程度低減できる場合がある。ただし、有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、ホワイト（Ｗ）を、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。なお、本実施の形態においては、バックライト等を設けない構成、所謂反射型の液晶表示モジュールについて、以下説明を行う。
【０２６１】
図１７に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図を図１８に示す。図１８に示す表示モジュールの詳細について、以下説明を行う。
【０２６２】
＜表示モジュールに関する説明＞
図１８に示す表示モジュール７００は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。また、引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。また、画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。また、ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。
【０２６３】
トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、先に示すトランジスタを用いることができる。
【０２６４】
本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。
【０２６５】
また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。
【０２６６】
容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体を有する構造である。より詳しくは、容量素子７９０の一方の電極としては、トランジスタ７５０のゲート電極として機能する導電膜と同一工程で形成された導電膜を用い、容量素子７９０の他方の電極としては、トランジスタ７５０のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜を用いる。また、一対の電極間に挟持される誘電体としては、トランジスタ７５０のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜を用いる。
【０２６７】
また、図１８において、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上に、絶縁膜７６４、７６６、７６８及び平坦化絶縁膜７７０が設けられている。
【０２６８】
絶縁膜７６４としては、例えば、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を形成すればよい。また、絶縁膜７６８としては、例えば、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、窒化シリコン膜等を形成すればよい。また、平坦化絶縁膜７７０としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜７７０を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜７７０を設けない構成としてもよい。
【０２６９】
また、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。なお、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極と異なる工程で形成された導電膜、例えばゲート電極として機能する導電膜としてもよい。信号線７１０として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。
【０２７０】
また、ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。なお、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。また、接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して、電気的に接続される。
【０２７１】
また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。
【０２７２】
また、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には、構造体７７８が設けられる。構造体７７８は、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、構造体７７８として、球状のスペーサを用いていても良い。また、本実施の形態においては、構造体７７８を第１の基板７０１側に設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、第２の基板７０５側に構造体７７８を設ける構成、または第１の基板７０１及び第２の基板７０５双方に構造体７７８を設ける構成としてもよい。
【０２７３】
また、第２の基板７０５側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜７３８と、カラーフィルタとして機能する着色膜７３６と、遮光膜７３８及び着色膜７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。
【０２７４】
＜表示素子として液晶素子を用いる構成例＞
図１８に示す表示モジュール７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電膜７７２、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。液晶層７７６としては、先に説明した双極子モーメントが０．０１以上３以下である分子を有する液晶材料を用いる。導電膜７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図１８に示す表示モジュール７００は、導電膜７７２と導電膜７７４に印加される電圧によって、液晶層７７６の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。
【０２７５】
また、導電膜７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。また、導電膜７７２は、反射電極としての機能を有する。図１８に示す表示モジュール７００は、外光を利用し導電膜７７２で光を反射して着色膜７３６を介して表示する、所謂反射型のカラー液晶表示装置である。
【０２７６】
導電膜７７２としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。本実施の形態においては、導電膜７７２として、可視光において、反射性のある導電膜を用いる。
【０２７７】
また、導電膜７７２として、可視光において反射性のある導電膜を用いる場合、該導電膜を積層構造としてもよい。例えば、下層に膜厚１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、上層に厚さ３０ｎｍの銀合金膜（例えば、銀、パラジウム、及び銅を含む合金膜）を形成する。上述の構造とすることで、以下の優れた効果を奏する。
【０２７８】
（１）下地膜と導電膜７７２との密着性を向上させることができる。（２）薬液によってアルミニウム膜と、銀合金膜とを一括してエッチングすることが可能である。（３）導電膜７７２の断面形状を良好な形状（例えば、テーパー形状）とすることができる。（３）の理由としては、アルミニウム膜は、銀合金膜よりも薬液によるエッチング速度が遅い、または上層の銀合金膜のエッチング後、下層のアルミニウム膜が露出した場合に、銀合金膜よりも卑な金属、別言するとイオン化傾向の高い金属であるアルミニウムから電子を引き抜くため、銀合金膜のエッチングが抑制され、下層のアルミニウム膜のエッチングの進行が速くなるためである。
【０２７９】
また、図１８に示す表示モジュール７００においては、画素部７０２の平坦化絶縁膜７７０の一部に凹凸が設けられている。該凹凸は、例えば、平坦化絶縁膜７７０を有機樹脂膜等で形成し、該有機樹脂膜の表面に凹凸を設けることで形成することができる。また、反射電極として機能する導電膜７７２は、上記凹凸に沿って形成される。したがって、外光が導電膜７７２に入射した場合において、導電膜７７２の表面で光を乱反射することが可能となり、視認性を向上させることができる。図１８に示すように、反射型のカラー液晶表示装置とすることで、バックライトを用いずに表示することが可能となるため、消費電力を低減することができる。
【０２８０】
また、表示モジュール７００の外側に図１９に示すように保護膜７１７を形成してもよい。保護膜７１７の成膜方法としては、一例としては、Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（以下、「ＡＬＤ法」と表す）により成膜することが望ましい。
【０２８１】
ＡＬＤ法は、成膜面に対して極めて均一に成膜することができる。ＡＬＤ法を用いることで、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化エルビウム、酸化コバルト、酸化テルル、チタン酸バリウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタル、窒化アルミニウム、窒化タングステン、窒化コバルト、窒化マンガン、窒化ハフニウムなどを保護膜として成膜することができる。また、保護膜は絶縁膜に限定されることはなく導電膜を成膜してもよい。たとえば、ルテニウム、白金、ニッケル、コバルト、マンガン、銅などを成膜することができる。
【０２８２】
また、ＦＰＣ端子部７０８など、電気的に接続する部分については、成膜されないようにマスキングすることが望ましい。マスキングする方法としては、有機膜、無機膜、金属などを用いることができる。たとえば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、フォトレジスト、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。これらの膜をマスクとして用いた場合は、当該保護膜を成膜後に除去することができる。
【０２８３】
また、ＡＬＤ法により成膜される領域をメタルマスクでマスキングすることができる。当該メタルマスクは、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、コバルト、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、タンタル、チタン、から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。メタルマスクは表示パネルと近接させてもよいし、接触させてもよい。
【０２８４】
ＡＬＤ法で形成される膜は、極めて均一であり、緻密な膜を形成することができる。表示パネルの側面部にＡＬＤ法で形成した保護膜７１７を形成することで、水分などの外的成分の浸入を抑えることができる。その結果、トランジスタ特性の変動を抑えることができ、周辺回路の動作を安定させることができる。また、狭額縁化が可能となり、画素領域の拡大、さらには表示装置を高精細化することができる。
【０２８５】
なお、図１８、または図１９に示す表示モジュール７００は、反射型のカラー液晶表示モジュールついて例示したが、これに限定されない、例えば、導電膜７７２を可視光において、透光性のある導電膜を用いることで透過型のカラー液晶表示モジュールとしてもよい。透過型のカラー液晶表示モジュールの場合、平坦化絶縁膜７７０に設けられる凹凸については、設けない構成としてもよい。
【０２８６】
なお、図１８、または図１９において図示しないが、導電膜７７２、７７４の液晶層７７６と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図１８、または図１９において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、透過型の表示モジュール、または半透過型の表示モジュールの場合、光源としてバックライト、サイドライトなどを設けてもよい。
【０２８７】
液晶素子としては、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、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。
【０２８８】
また、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用いて液晶層に用いる。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ため配向処理が不要である。また、ブルー相を示す液晶材料は、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。
【０２８９】
また、表示素子として液晶素子を用いる場合、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ  Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ  ａｌｉｇｎｅｄ  Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。
【０２９０】
また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。
【０２９１】
本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０２９２】
（実施の形態６）
本実施の形態においては、先の実施の形態で説明した表示モジュールに、タッチセンサ（接触検出装置）を設けることで、入出力装置（タッチパネルともいう）として機能させることができる構成について、図２０、図２１、及び図２２を用いて説明する。以下において、上記実施の形態と重複する部分については、説明を省略する場合がある。なお、該入出力装置は、表示部１０１と、インターフェース部１０２を有する装置として捉えることもできる。
【０２９３】
図２０は、入出力装置の構成を説明する投影図である。
【０２９４】
図２０（Ａ）は、入出力装置８００の投影図であり、図２０（Ｂ）は入出力装置８００が備える検知ユニット８２０Ｕの構成を説明する投影図である。
【０２９５】
図２１は、図２０（Ａ）に示す入出力装置８００のＺ１−Ｚ２における断面図である。
【０２９６】
＜入出力装置の構成例１＞
本実施の形態で説明する入出力装置８００は、可視光を透過する窓部８３４を具備し且つマトリクス状に配設される複数の検知ユニット８２０Ｕ、行方向（図中に矢印Ｒｘで示す）に配置される複数の検知ユニット８２０Ｕと電気的に接続する走査線Ｇ１、列方向（図中に矢印Ｒｙで示す）に配置される複数の検知ユニット８２０Ｕと電気的に接続する信号線ＤＬならびに、検知ユニット８２０Ｕ、走査線Ｇ１および信号線ＤＬを支持する第１の基材８３６を備える入力装置８５０と、窓部８３４に重なり且つマトリクス状に配設される複数の画素８０２および画素８０２を支持する第２の基材８１０を備える表示モジュール８０１と、を有する（図２０（Ａ）乃至図２０（Ｃ）参照）。
【０２９７】
検知ユニット８２０Ｕは、窓部８３４に重なる検知素子Ｃおよび検知素子Ｃと電気的に接続される検知回路８３９を備える（図２０（Ｂ）参照）。
【０２９８】
検知素子Ｃは、絶縁層８２３、絶縁層８２３（図２０（Ｂ）には図示せず）を挟持する第１の電極８２１および第２の電極８２２を備える（図２０（Ｂ）参照）。
【０２９９】
検知回路８３９は、選択信号を供給され且つ検知素子Ｃの容量の変化に基づいて検知信号ＤＡＴＡを供給する。
【０３００】
走査線Ｇ１は、選択信号を供給することができ、信号線ＤＬは、検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、検知回路８３９は、複数の窓部８３４の間隙に重なるように配置される。
【０３０１】
また、本実施の形態で説明する入出力装置８００は、検知ユニット８２０Ｕおよび検知ユニット８２０Ｕの窓部８３４と重なる画素８０２の間に、着色層を備える。
【０３０２】
本実施の形態で説明する入出力装置８００は、可視光を透過する窓部８３４を具備する検知ユニット８２０Ｕを複数備える入力装置８５０と、窓部８３４に重なる画素８０２を複数備える表示モジュール８０１と、を有し、窓部８３４と画素８０２の間に着色層を含んで構成される。
【０３０３】
これにより、入出力装置は容量の変化に基づく検知信号およびそれを供給する検知ユニットの位置情報を供給すること、ならびに検知ユニットの位置情報と関連付けられた画像情報を表示することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。
【０３０４】
また、入出力装置８００は、入力装置８５０が供給する信号を供給されるフレキシブル基板ＦＰＣ１または／および画像情報を含む信号を表示モジュール８０１に供給するフレキシブル基板ＦＰＣ２を備えていてもよい。
【０３０５】
また、傷の発生を防いで入出力装置８００を保護する、保護基材８３７、保護層８３７ｐまたは／および入出力装置８００が反射する外光の強度を弱める反射防止層８６７ｐを備えていてもよい。
【０３０６】
また、入出力装置８００は、表示モジュール８０１の操作線に選択信号を供給する走査線駆動回路８０３ｇ、信号を供給する配線８１１およびフレキシブル基板ＦＰＣ２と電気的に接続される端子８１９を有する。
【０３０７】
以下に、入出力装置８００を構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。例えば、複数の窓部８３４に重なる位置に着色層を備える入力装置８５０は、入力装置８５０であるとともにカラーフィルタでもある。
【０３０８】
《入出力装置の全体の構成》
入出力装置８００は、入力装置８５０と、表示モジュール８０１と、を備える（図２０（Ａ）参照）。
【０３０９】
《入力装置》
入力装置８５０は、複数の検知ユニット８２０Ｕおよび検知ユニット８２０Ｕを支持する第１の基材８３６を備える。例えば、４０行１５列のマトリクス状に複数の検知ユニット８２０Ｕを第１の基材８３６に配設する。
【０３１０】
《窓部、着色層および遮光性の層》
窓部８３４は可視光を透過する。
【０３１１】
窓部８３４に重なる位置に所定の色の光を透過する着色層を備える。例えば、青色の光を透過する着色層ＣＦＢ、着色層ＣＦＧまたは着色層ＣＦＲを備える（図２０（Ｂ）参照）。
【０３１２】
なお、青色、緑色または／および赤色に加えて、白色の光を透過する着色層または黄色の光を透過する着色層などさまざまな色の光を透過する着色層を備えることができる。
【０３１３】
着色層に金属材料、顔料または染料等を用いることができる。
【０３１４】
複数の窓部８３４の間には遮光性の層ＢＭを備える。遮光性の層ＢＭは窓部８３４より光を透過しにくい。遮光性の層ＢＭは窓部８３４以外の領域で生じる光漏れを遮光するものであり、光漏れの状態に応じて形状を変化させることが可能である。
【０３１５】
カーボンブラック、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を遮光性の層ＢＭに用いることができる。
【０３１６】
遮光性の層ＢＭと重なる位置に走査線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳならびに検知回路８３９を備える。
【０３１７】
なお、着色層および遮光性の層ＢＭを覆う透光性のオーバーコート層を備えることができる。
【０３１８】
《窓部の変形例》
【０３１９】
以下では、窓部８３４の配置方向が図２０とは異なる例を示す。図２０で窓部８３４の長辺がＺ１−Ｚ２方向に平行になるように配置する例（以下、「縦画素配置」と表す。）を示しているが、これに限定されるものではなく、窓部８３４の短辺がＺ１−Ｚ２方向に平行になるような配置（以下、「横画素配置」と表す。）にしてもよい。図２７（Ａ）に縦画素配置を、図２７（Ｂ）に横画素配置の例を示す。図２７では信号線９００、走査線９０１、画素９０２、画素トランジスタ領域９０３を示している。
【０３２０】
遮光性の層ＢＭは、光漏れのように、本来は表示に寄与せず、むしろ光学特性を損なう光を遮光することを目的としているが、窓部８３４の開口面積を狭めることにもなり、光利用効率や電力効率の低下要因ともなる。特に反射電極の場合は、表示の光源が入出力装置の外部の環境光のみであるため、窓部８３４の開口面積の低下が著しい視認性の低下につながる。
【０３２１】
また、リフレッシュレートを低減させて駆動する方法では、ちらつきを緩和するため、反転駆動を実施する必要がある。これは液晶分子の分極に由来するフレクソエレクトリック効果によるちらつきの抑制を目的としている。さらに消費電力の観点からは、ソースライン反転駆動が好ましいが、縦画素配置で同駆動を行った場合、隣接する画素間には横電界が発生して、液晶素子の液晶の配列が乱れ、光漏れが生じやすくなる。このため、この部分を遮光性の層ＢＭで遮光する必要がある。
【０３２２】
表示装置においては、これを遮光するためＢＭを形成する必要があり、開口率の低下要因となる。また液晶を挟持する為の基板のアライメント精度も考慮すると、実際に発生している光漏れ領域よりも広くＢＭを形成する必要がある事がさらなる低下要因となる。
【０３２３】
しかし、横画素配置の場合、ソースライン反転駆動を実施しても横電界が発生するのは画素の短辺方向のみとなる。この場合、長辺方向は光漏れが生じないので、遮光性の層ＢＭで遮光する必要はなく、その分を窓部の開口領域として加えることができ、光利用効率、電力効率の向上が可能である。
【０３２４】
《検知素子》
検知素子Ｃは、第１の電極８２１、第２の電極８２２および第１の電極８２１と第２の電極８２２の間に絶縁層８２３を有する（図２１参照）。
【０３２５】
第１の電極８２１は他の領域から分離されるように、例えば島状に形成される。特に、入出力装置８００の使用者に第１の電極８２１が識別されないように、第１の電極８２１と同一の工程で作製することができる層を第１の電極８２１に近接して配置する構成が好ましい。より好ましくは、第１の電極８２１および第１の電極８２１に近接して配置する層の間隙に配置する窓部８３４の数をできるだけ少なくするとよい。特に、当該間隙に窓部８３４を配置しない構成が好ましい。
【０３２６】
例えば、大気中に置かれた検知素子Ｃの第１の電極８２１または第２の電極８２２に、大気と異なる誘電率を有するものが近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。具体的には、指などのものが検知素子Ｃに近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。これにより、近接検知器に用いることができる。
【０３２７】
第１の電極８２１および第２の電極８２２は、導電性の材料を含む。
【０３２８】
例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを第１の電極８２１および第２の電極８２２に用いることができる。
【０３２９】
具体的には、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いることができる。
【０３３０】
または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、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を用いることができる。
【０３３１】
または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、グラフェンまたはグラファイトを用いることができる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。
【０３３２】
または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、導電性高分子を用いることができる。
【０３３３】
《検知回路》
検知回路８３９は例えばトランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３を含む。また、検知回路８３９は電源電位および信号を供給する配線を含む。例えば、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＣＳ、走査線Ｇ１、配線ＲＥＳ、配線ＶＲＥＳおよび信号線ＤＬなどを含む。なお、検知回路８３９の具体的な構成は実施の形態１０で詳細に説明する。
【０３３４】
なお、検知回路８３９を窓部８３４と重ならない領域に配置してもよい。
【０３３５】
導電性を有する材料を配線（例えば、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＣＳ、走査線Ｇ１、配線ＲＥＳ、配線ＶＲＥＳおよび信号線ＤＬなど）に適用できる。例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線に用いることができる。、または、第１の電極８２１および第２の電極８２２に用いることができる材料と同一の材料を配線として適用してもよい。
【０３３６】
また、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を走査線Ｇ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳに用いることができる。
【０３３７】
また、第１の基材８３６に検知回路８３９を形成してもよい。または、他の基材に形成された検知回路８３９を第１の基材８３６に転置してもよい。
【０３３８】
《第１の基材及び第２の基材》
第１の基材８３６及び第２の基材８１０としては、ガラス基板、または可撓性の材料（例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチックフィルム等）を用いることができる。
【０３３９】
より具体的には、第１の基材８３６及び第２の基材８１０としては、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス若しくはクリスタルガラス等を用いることができる。または、第１の基材８３６としては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を用いることができる。
【０３４０】
《保護基材、保護層》
保護基材８３７または／および保護層８３７ｐとしては、例えば、ガラス、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層体等を保護基材８１７に用いることができる。
【０３４１】
保護層８３７ｐとしては、例えば、ハードコート層またはセラミックコート層を用いることができる。具体的には、ＵＶ硬化樹脂または酸化アルミニウムを含む層を第２の電極８２２に重なる位置に形成してもよい。
【０３４２】
《表示モジュール》
表示モジュール８０１は、マトリクス状に配置された複数の画素８０２を備える（図２０（Ｃ）参照）。
【０３４３】
例えば、画素８０２は副画素８０２Ｂ、副画素８０２Ｇおよび副画素８０２Ｒを含み、それぞれの副画素は表示素子と表示素子を駆動する画素回路を備える。
【０３４４】
なお、画素８０２の副画素８０２Ｂは着色層ＣＦＢと重なる位置に配置され、副画素８０２Ｇは着色層ＣＦＧと重なる位置に配置され、副画素８０２Ｒは着色層ＣＦＲと重なる位置に配置される。
【０３４５】
《画素の構成》
着色層ＣＦＲは液晶素子８８０と重なる位置にある。なお、液晶素子８８０は、一方の電極として反射電極８７２を有する（図２１参照）。これにより、反射電極８７２で反射された外光の一部は着色層ＣＦＲを透過して、図中に示す矢印の方向に射出される。反射電極８７２としては、先の実施の形態に示す反射電極として機能する導電膜７７２と同様の構成とすることができる。また、液晶素子８８０は、双極子モーメントが０．０１以上３以下である液晶層を有する。
【０３４６】
また、着色層（例えば着色層ＣＦＲ）と着色層（たとえば着色層ＣＦＧ）の間には遮光性の層ＢＭがある。
【０３４７】
遮光性の層ＢＭは複数の着色層の間を、着色層を囲うようにして配置してもいいし、光漏れが部分的に発生しているのであれば、その部分だけ遮光するように形状を設定して配置してもよい。
【０３４８】
《走査線駆動回路の構成》
走査線駆動回路８０３ｇは、トランジスタ８０３ｔおよび容量８０３ｃを含む（図２１参照）。
【０３４９】
《変換器》
検知ユニット８２０Ｕが供給する検知信号ＤＡＴＡを変換してＦＰＣ１に供給することができるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる（図２０（Ａ）および図２１参照）。
【０３５０】
例えば、トランジスタＭ４を変換器ＣＯＮＶに用いることができる。
《他の構成》
表示モジュール８０１は、反射防止層８６７ｐを画素に重なる位置に備える。反射防止層８６７ｐとして、例えば円偏光板を用いることができる。
【０３５１】
図２０（Ａ）に示すように、表示モジュール８０１は、信号を供給することができる配線８１１を備え、端子８１９が配線８１１に設けられている。なお、画像信号および同期信号等の信号を供給することができるフレキシブル基板ＦＰＣ２が端子８１９に電気的に接続されている。
【０３５２】
なお、フレキシブル基板ＦＰＣ２にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。
【０３５３】
表示モジュール８０１は、走査線、信号線および電源線等の配線を有する。様々導電膜を配線に用いることができる。
【０３５４】
表示モジュール８０１が有する配線としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることができる。とくに、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンの中から選択される一以上の元素を含むと好ましい。特に、銅とマンガンの合金がウエットエッチング法を用いた微細加工に好適である。
【０３５５】
表示モジュール８０１が有する配線の具体的な構成としては、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等を用いることができる。または、アルミニウム膜上にチタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。または、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透光性を有する導電材料を用いてもよい。
【０３５６】
また、表示モジュール８００の外側に図２２に示すように保護膜８９０を形成してもよい。保護膜８９０の成膜方法としては、一例としては、ＡＬＤ法により成膜することが望ましい。
【０３５７】
ＡＬＤ法は、成膜面に対して極めて均一に成膜することができる。ＡＬＤ法を用いることで、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化エルビウム、酸化コバルト、酸化テルル、チタン酸バリウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタル、窒化アルミニウム、窒化タングステン、窒化コバルト、窒化マンガン、窒化ハフニウムなどを保護膜として成膜することができる。また、保護膜は絶縁膜に限定されることはなく導電膜を成膜してもよい。たとえば、ルテニウム、白金、ニッケル、コバルト、マンガン、銅などを成膜することができる。
【０３５８】
また、ＦＰＣ端子部８９１など、電気的に接続する部分については、成膜されないようにマスキングすることが望ましい。マスキングする方法としては、有機膜、無機膜、金属などを用いることができる。たとえば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、フォトレジスト、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。これらの膜をマスクとして用いた場合は、当該保護膜を成膜後に除去することができる。
【０３５９】
また、ＡＬＤ法により成膜される領域をメタルマスクでマスキングすることができる。当該メタルマスクは、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、コバルト、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、タンタル、チタン、から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。メタルマスクは表示パネルと近接させてもよいし、接触させてもよい。
【０３６０】
ＡＬＤ法で形成される膜は、極めて均一であり、緻密な膜を形成することができる。表示パネルの側面部にＡＬＤ法で形成した保護膜８９０を形成することで、水分などの外的成分の浸入を抑えることができる。その結果、トランジスタ特性の変動を抑えることができ、周辺回路の動作を安定させることができる。また、狭額縁化が可能となり、画素領域の拡大、さらには表示装置を高精細化することができる。
【０３６１】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０３６２】
（実施の形態７）
本実施の形態では、先の実施の形態で説明した入出力装置８００の検知ユニット８２０Ｕに用いることができる検知回路８３９の構成および駆動方法について、図２３を参照しながら説明する。
【０３６３】
図２３は、検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説明する図である。
【０３６４】
図２３（Ａ）は、検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成を説明する回路図であり、図２３（Ｂ−１）および図２３（Ｂ−２）は駆動方法を説明するタイミングチャートである。
【０３６５】
検知回路８３９は、ゲートが検知素子Ｃの第１の電極８２１と電気的に接続され、第１の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＰＩと電気的に接続される第１のトランジスタＭ１を備える（図２３（Ａ）参照）。
【０３６６】
また、ゲートが選択信号を供給することができる走査線Ｇ１と電気的に接続され、第１の電極が第１のトランジスタＭ１の第２の電極と電気的に接続され、第２の電極が例えば検知信号ＤＡＴＡを供給することができる信号線ＤＬと電気的に接続される第２のトランジスタＭ２を備える構成であってもよい。
【０３６７】
また、ゲートがリセット信号を供給することができる配線ＲＥＳと電気的に接続され、第１の電極が検知素子Ｃの第１の電極８２１と電気的に接続され、第２の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＲＥＳと電気的に接続される第３のトランジスタＭ３を備える構成であってもよい。
【０３６８】
検知素子Ｃの容量は、例えば、第１の電極８２１または第２の電極８２２にものが近接すること、もしくは第１の電極８２１および第２の電極８２２の間隔が変化することにより変化する。これにより、検知回路８３９は、検知素子Ｃの容量の変化に基づく検知信号ＤＡＴＡを供給することができる。
【０３６９】
また、検知回路８３９は、検知素子Ｃの第２の電極８２２の電位を制御することができる制御信号を供給することができる配線ＣＳを備える。
【０３７０】
なお、検知素子Ｃの第１の電極８２１、第１のトランジスタＭ１のゲートおよび第３のトランジスタの第１の電極が電気的に接続される結節部をノードＡという。
【０３７１】
配線ＶＲＥＳおよび配線ＶＰＩは例えば接地電位を供給することができ、配線ＶＰＯおよび配線ＢＲは例えば高電源電位を供給することができる。
【０３７２】
また、配線ＲＥＳはリセット信号を供給することができ、走査線Ｇ１は選択信号を供給することができ、配線ＣＳは検知素子Ｃの第２の電極８２２の電位を制御する制御信号を供給することができる。
【０３７３】
また、信号線ＤＬは検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、端子ＯＵＴは検知信号ＤＡＴＡに基づいて変換された信号を供給することができる。
【０３７４】
なお、検知信号ＤＡＴＡを変換して端子ＯＵＴに供給することができるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる。例えば、変換器ＣＯＮＶを検知回路８３９と電気的に接続することにより、ソースフォロワ回路またはカレントミラー回路などが構成されるようにしてもよい。
【０３７５】
具体的には、トランジスタＭ４を用いた変換器ＣＯＮＶを用いて、ソースフォロワ回路を構成できる（図２３（Ａ）参照）。なお、第１のトランジスタＭ１乃至第３のトランジスタＭ３と同一の工程で作製することができるトランジスタをトランジスタＭ４に用いてもよい。
【０３７６】
また、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３は半導体層を有する。例えば、４族の元素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。具体的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体などを適用できる。なお、酸化物半導体を有する構成のトランジスタについては、先の実施の形態を参酌することができる。
【０３７７】
＜検知回路の駆動方法＞
検知回路８３９の駆動方法について以下説明する。
【０３７８】
《第１のステップ》
第１のステップにおいて、第３のトランジスタＭ３を導通状態にした後に非導通状態にするリセット信号をゲートに供給し、検知素子Ｃの第１の電極８２１の電位を所定の電位にする（図２３（Ｂ−１）期間Ｔ１参照）。
【０３７９】
具体的には、リセット信号を配線ＲＥＳに供給させる。リセット信号が供給された第３のトランジスタＭ３は、ノードＡの電位を例えば接地電位にする（図２３（Ａ）参照）。
【０３８０】
《第２のステップ》
第２のステップにおいて、第２のトランジスタＭ２を導通状態にする選択信号をゲートに供給し、第１のトランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する。
【０３８１】
具体的には、走査線Ｇ１に選択信号を供給させる。選択信号が供給された第２のトランジスタＭ２は、第１のトランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する（図２３（Ｂ−１）期間Ｔ２参照）。
【０３８２】
《第３のステップ》
第３のステップにおいて、制御信号を検知素子Ｃの第２の電極８２２に供給し、制御信号および検知素子Ｃの容量に基づいて変化する電位を第１のトランジスタＭ１のゲートに供給する。
【０３８３】
具体的には、配線ＣＳに矩形の制御信号を供給させる。矩形の制御信号を第２の電極８２２に供給された検知素子Ｃは、検知素子Ｃの容量に基づいてノードＡの電位を上昇する（図２３（Ｂ−１）期間Ｔ２の後半を参照）。
【０３８４】
例えば、検知素子が大気中に置かれている場合、大気より誘電率の高いものが、検知素子Ｃの第２の電極８２２に近接して配置された場合、検知素子Ｃの容量は見かけ上大きくなる。
【０３８５】
これにより、矩形の制御信号がもたらすノードＡの電位の変化は、大気より誘電率の高いものが近接して配置されていない場合に比べて小さくなる（図２３（Ｂ−２）実線参照）。
【０３８６】
《第４のステップ》
第４のステップにおいて、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす信号を信号線ＤＬに供給する。
【０３８７】
例えば、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす電流の変化を信号線ＤＬに供給する。
【０３８８】
変換器ＣＯＮＶは、信号線ＤＬを流れる電流の変化を電圧の変化に変換して供給する。
【０３８９】
《第５のステップ》
第５のステップにおいて、第２のトランジスタＭ２を非導通状態にする選択信号をゲートに供給する。
【０３９０】
なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０３９１】
（実施の形態８）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を用いて作製される電子機器の具体例について、図２４を用いて説明する。
【０３９２】
本発明を適用可能な電子機器の一例として、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音楽再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図２４に示す。
【０３９３】
図２４（Ａ）は、表示部を有する携帯情報端末１４００を示している。携帯情報端末１４００は、筐体１４０１に表示部１４０２及び操作ボタン１４０３が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４０２に用いることができる。
【０３９４】
図２４（Ｂ）は、携帯電話機１４１０を示している。携帯電話機１４１０は、筐体１４１１に表示部１４１２、操作ボタン１４１３、スピーカー１４１４、及びマイク１４１５が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４１２に用いることができる。
【０３９５】
図２４（Ｃ）は、音楽再生装置１４２０を示している。音楽再生装置１４２０は、筐体１４２１に表示部１４２２、操作ボタン１４２３、アンテナ１４２４が組み込まれている。またアンテナ１４２４からは、無線信号により情報を送受信することができる。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４２２に用いることができる。
【０３９６】
表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２は、タッチ入力機能を有しており、表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に表示された表示ボタン（図示せず）を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力することができる。
【０３９７】
先の実施の形態に示した液晶表示装置を表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に用いることで、表示品位の向上が図られた表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２とすることができる。
【０３９８】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０３９９】
（実施の形態９）
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したリフレッシュレートを低減する意義に関して説明を行う。
【０４００】
目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の２種類がある。神経系の疲労は、長時間液晶表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。
【０４０１】
図２５（Ａ）に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図２５（Ａ）に示すように、従来の液晶表示装置の表示では、１秒間に６０回の画像の書き換えが行われている。このような画面を長時間見続けることにより、使用者の眼の網膜や神経、脳を刺激して眼の疲労が引き起こされるおそれがあった。
【０４０２】
本発明の一態様では、液晶表示装置の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタのオフ電流は、極めて小さいため、フレーム周波数を下げても、液晶表示装置の輝度の維持が可能となる。
【０４０３】
つまり、図２５（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。
【０４０４】
また、図２６（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、液晶表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。液晶表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがあった。
【０４０５】
これに対し、図２６（Ｂ）に示すように、本発明の一態様にかかる液晶表示装置では、１画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。
【０４０６】
なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｆｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ）  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。
【０４０７】
そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。
【０４０８】
本発明の一態様によれば、目に優しい液晶表示装置を提供することができる。
【０４０９】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【０４１０】
（実施の形態１０）
本実施の形態では、実施の形態１に示した情報処理装置の一例である電子機器を示す。図２８（Ａ）は、電子機器の外観写真図であり、図２８（Ｂ）は、該電子機器を側面から撮影した写真図であり、図２８（Ｃ）は該電子機器を背面からの写真図である。図２９は、該電子機器を側面から見たときの構造模式図である。
【０４１１】
また、図２８及び図２９に示す電子機器は、腕に装着することができる表示装置であり、映像や情報を表示することができる。表示部は曲面である。電源であるリチウムイオン二次電池が可撓性を有するため、腕に合う形状を実現することができる。外観もデザイン性に優れており、アクセサリー（装身具）しての利用もできる。
【０４１２】
図２８及び図２９に示す電子機器は、支持構造体１００１、二次電池１００２、制御基板１００４、表示モジュール１０１１、保護部材１０１３、カバー１０１２を有する。具体的には、支持構造体１００１に二次電池１００２を有し、二次電池１００２上に制御基板１００４を有し、制御基板１００４上に保護部材１０１３を有し、保護部材１０１３上に表示モジュール１０１１、およびカバー１０１２を有している。また、電子機器はワイヤレス充電のためのアンテナ１００５を有し、Ｑｉ規格によるワイヤレス充電を行うことができる。また、電子機器は表示に用いるデータ（映像信号）を外部の機器と無線通信するための通信装置１００７を有している。
【０４１３】
二次電池１００２は、外装体が薄く柔軟性を有するフィルムであり、曲面を有する支持構造体１００１に貼り付け、支持構造体１００１の曲率半径の大きい領域の曲面部分に追随して変形させることができる。
【０４１４】
図２８（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、電子機器は、支持構造体１００１に、透光性を有するプラスチック基板が用いられると、電子機器の背面側から二次電池１００２が視認でき、二次電池１００２のエンボス加工されたフィルム表面を観察できる。
【０４１５】
また、支持構造体１００１は可撓性を有している。よって、支持構造体１００１は、容易に湾曲させることができる。なお、支持構造体１００１としてプラスチック以外の材料を用いることもできる。支持構造体１００１の形状は、帯状の構造物を湾曲させた腕輪型とする。また、支持構造体１００１は少なくとも一部が柔軟性を有しており、支持構造体１００１を変形させながら手首にはめ込むことができる。
【０４１６】
保護部材１０１３は外部からの予期せぬ衝撃から電子機器の内部の構造物、特に制御基板１００４を保護する。電子機器の一部として変形するため、支持構造体１００１と同様の材料を用いることができる。但し、保護部材１０１３の材料に、支持構造体１００１とは異なる材料を用いてもよい。
【０４１７】
カバー１０１２は、一方の面に接着剤が塗布された遮光性を有するフィルムで、電子機器全体を包み、各構造物を一体とする機能を有し、表示部１０１５において開口を有する。カバー１０１２は遮光性を有するため内部構造を隠すことができ、電子機器のデザイン性を向上することができる。ただし、電子機器は、外部から内部構造を視認できることを意図したデザインとすることも可能であり、そのデザインを採用する場合カバー１０１２は遮光性を有していなくてもよい。また、保護部材１０１３が遮光性を有する場合にも、カバー１０１２は遮光性を有していなくてもよい。
【０４１８】
制御基板１００４は、曲がるためのスリットを有し、通信装置１００７、マイコン、記憶装置、ＦＰＧＡ、ＤＡコンバータ、充電制御ＩＣ、レベルシフタなどを設けた構成を有する。また、制御基板１００４は、入出力コネクタ１０１４を介して表示部１０１５を有する表示モジュール１０１１と接続する。また、制御基板１００４は、配線１００８を通じてアンテナ１００５と接続されており、配線１００３と接続部１０１０を通じて二次電池１００２と接続されている。電源制御回路１００６が二次電池１００２の充放電を制御する。通信装置１００７は、外部からの映像信号を受信することもできる。制御基板１００４に搭載された各構成は、記憶部及び映像信号を処理することができる処理部としての機能を有する。
【０４１９】
表示モジュール１０１１は少なくともＦＰＣ１００９まで取り付けられた表示パネルのことを指している。図２９に示す電子機器は、表示部１０１５とＦＰＣ１００９と駆動回路を有し、さらに二次電池１００２から給電するためのコンバータを設けることが好ましい。
【０４２０】
表示モジュール１０１１は、表示部１０１５が可撓性を有し、柔軟性を有するフィルム上に表示素子を有する。また、二次電池１００２と表示部が一部重なる位置に配置することが好ましく、一部または全部が重なる位置に配置することで、二次電池１００２から表示部１０１５までの電力経路を短縮、即ち配線距離を短縮し、消費電力を低減する。また、保護部材１０１３とカバー１０１２の間に表示モジュールを設けることにより、しわや捩れ等の予期せぬ変形から表示モジュール１０１１を保護することができ、電子機器の製品としての寿命を向上させることができる。
【０４２１】
柔軟性を有するフィルム上に表示素子を作製する方法としては、柔軟性を有するフィルム上に表示素子を直接作製する方法や、ガラス基板などの剛性を有する基板上に表示素子を含む層を形成した後、基板をエッチングや研磨などにより除去した後、その表示素子を含む層と柔軟性を有するフィルムを接着する方法や、ガラス基板などの剛性を有する基板上に剥離層を設け、その上に表示素子を含む層を形成した後、剥離層を利用して剛性を有する基板と表示素子を含む層を分離し、その表示素子を含む層と柔軟性を有するフィルムを接着する方法などがある。
【０４２２】
また、表示部１０１５にタッチパネルを搭載し、そのタッチパネルで電子機器への情報入力や操作などが可能となるようにしてもよい。また、使用者が疲労に関する情報を入力するための、入力インターフェース部として機能することもできる。
【０４２３】
本電子機器は、据え置き型のディスプレイと比較して表示部の大きさは小さくせざるを得ないため、使用者が表示部に表示された映像を長時間視聴し続けたときに疲労が発生しやすい。しかし、本発明の一態様に係る情報処理装置として機能する本電子機器は、映像信号に使用者の疲労を軽減する処理を行うことができる。また、本電子機器の表示部に３次元映像を表示してもよい。その場合、本電子機器は、３次元映像により発生する疲労を軽減する処理をも映像信号に行うことができる。
【０４２４】
なお、本実施の形態に示す構成などは、他の実施の形態に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。
【０４２５】
なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容（一部の内容でもよい）は、その実施の形態で述べる別の内容（一部の内容でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容（一部の内容でもよい）に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。
【０４２６】
なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。
【０４２７】
なお、ある一つの実施の形態において述べる図（一部でもよい）は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図（一部でもよい）、及び／又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図（一部でもよい）に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。
【０４２８】
なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内に入らないことを規定することができる。
【０４２９】
なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。
【０４３０】
なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容（図の中の一部でもよい）は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は明確であると言える。
【符号の説明】
【０４３１】
１００    情報処理装置
１０１    表示部
１０２    インターフェース部
１０３    処理部
１０４    記憶部
１０５    入力部
１０６    情報入出力部
６００    装置
６０１    入力ボタン
６０２    筐体
６０３    配線
６１０    キーボード
６１１    装置
６１２    キー
６２０    液晶ディスプレイ
６２１    アイコン
６２２    筐体
６２３    表示パネル
６２４    スタンド
６２５    カーソル
６３０    液晶ディスプレイ
６３１    撮像装置
７００    表示モジュール
７０１    基板
７０２    画素部
７０３    グラフィックユニット
７０４    ソースドライバ回路部
７０５    基板
７０６    ゲートドライバ回路部
７０８    ＦＰＣ端子部
７１０    信号線
７１１    配線部
７１２    シール材
７１６    ＦＰＣ
７１７    保護膜
７３４    絶縁膜
７３６    着色膜
７３８    遮光膜
７５０    トランジスタ
７５２    トランジスタ
７６０    接続電極
７６４    絶縁膜
７６６    絶縁膜
７６８    絶縁膜
７７０    平坦化絶縁膜
７７２    導電膜
７７４    導電膜
７７５    液晶素子
７７６    液晶層
７７８    構造体
７８０    異方性導電膜
７９０    容量素子
８００    入出力装置
８０１    表示モジュール
８０２    画素
８０２Ｂ    副画素
８０２Ｇ    副画素
８０２Ｒ    副画素
８０３ｃ    容量
８０３ｇ    走査線駆動回路
８０３ｔ    トランジスタ
８１０    基材
８１１    配線
８１７    保護基材
８１９    端子
８２０Ｕ    検知ユニット
８２１    電極
８２２    電極
８２３    絶縁層
８３４    窓部
８３６    基材
８３７    保護基材
８３７ｐ    保護層
８３９    検知回路
８５０    入力装置
８６７ｐ    反射防止層
８７２    反射電極
８８０    液晶素子
８９０    保護膜
９００    信号線
９０１    走査線
９０２    画素
９０３    画素トランジスタ領域
１００１    支持構造体
１００２    二次電池
１００３    配線
１００４    制御基板
１００５    アンテナ
１００６    電源制御回路
１００７    通信装置
１００８    配線
１００９    ＦＰＣ
１０１０    接続部
１０１１    表示モジュール
１０１２    カバー
１０１３    保護部材
１０１４    入出力コネクタ
１０１５    表示部
１１００    トランジスタ
１１０１    基板
１１０２    ゲート電極
１１０３    絶縁層
１１０４    酸化物半導体層
１１０４ａ    チャネル領域
１１０４ｂ    ｎ型領域
１１０４ｃ    ｎ型領域
１１０５ａ    電極
１１０５ｂ    電極
１１０６    絶縁層
１１０７    絶縁層
１１１０    トランジスタ
１１１４    酸化物半導体層
１１１４ａ    酸化物半導体層
１１１４ｂ    酸化物半導体層
１１２０    トランジスタ
１１２４    酸化物半導体層
１１２４ａ    酸化物半導体層
１１２４ｂ    酸化物半導体層
１１２４ｃ    酸化物半導体層
１１５０    トランジスタ
１１５１    絶縁層
１１５２    絶縁層
１１５４    絶縁層
１１５６    絶縁層
１１６０    トランジスタ
１１６４    酸化物半導体層
１１６４ａ    酸化物半導体層
１１６４ｂ    酸化物半導体層
１１６４ｃ    酸化物半導体層
１１７０    トランジスタ
１４０１    筐体
１４０２    表示部
１４１２    表示部
１４２０    音楽再生装置
１４２２    表示部
１４２４    アンテナ
５１００    ペレット
５１２０    基板
５１６１    領域
【図１】
2016173434.tif 000003
【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】
2016173434.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2016173434.tif 000012
【図１１】
2016173434.tif 000013
【図１６】
2016173434.tif 000014
【図１７】
2016173434.tif 000015
【図１８】
2016173434.tif 000016
【図１９】
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【図２０】
2016173434.tif 000018
【図２１】
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【図２２】
2016173434.tif 000020
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２９】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２８】
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