JP2018189938A - 表示装置、表示モジュール、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】開口率が高い液晶表示装置を提供する。消費電力の低い液晶表示装置を提供する。【解決手段】液晶素子、トランジスタ、走査線、及び信号線を有する表示装置である。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。走査線及び信号線は、それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタの半導体層は、第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを積層して有する。第１の金属酸化物層は、第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第１の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第１の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第１の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。【選択図】図２

Description

本発明の一態様は、液晶表示装置、表示モジュール、及び電子機器に関する。

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、記憶装置、電子機器、照明装置、入力装置（例えば、タッチセンサなど）、入出力装置（例えば、タッチパネルなど）、それらの駆動方法、又はそれらの製造方法を一例として挙げることができる。

液晶表示装置及び発光表示装置等のフラットパネルディスプレイの多くに用いられているトランジスタは、ガラス基板上に形成されたアモルファスシリコン、単結晶シリコン、または多結晶シリコンなどのシリコン半導体によって構成されている。また、該シリコン半導体を用いたトランジスタは、集積回路（ＩＣ）などにも利用されている。

近年、シリコン半導体に代わって、半導体特性を示す金属酸化物をトランジスタに用いる技術が注目されている。なお、本明細書中では、半導体特性を示す金属酸化物を酸化物半導体と記すこととする。例えば、特許文献１及び特許文献２には、酸化物半導体として、酸化亜鉛、またはＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物を用いたトランジスタを作製し、該トランジスタを表示装置の画素のスイッチング素子などに用いる技術が開示されている。

特開２００７−１２３８６１号公報 特開２００７−９６０５５号公報

本発明の一態様は、開口率が高い液晶表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、消費電力の低い液晶表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、高精細な液晶表示装置を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、信頼性の高い液晶表示装置を提供することを目的の一とする。

なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

本発明の一態様は、液晶素子、トランジスタ、走査線、及び信号線を有する表示装置である。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。走査線及び信号線は、それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタの半導体層は、第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを積層して有する。第１の金属酸化物層は、第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第１の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第１の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第１の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。

本発明の一態様は、液晶素子、トランジスタ、走査線、及び信号線を有する表示装置である。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。走査線及び信号線は、それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上の絶縁層と、絶縁層上の半導体層と、半導体層上の一対の電極と、を有する。半導体層は、第１の金属酸化物層と、第１の金属酸化物層上の第２の金属酸化物層と、を有する。第１の金属酸化物層は、第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第１の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第１の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第１の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。

第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層は、それぞれ独立に、インジウムと、金属Ｍ（Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ）と、亜鉛と、を有することが好ましい。例えば、インジウム、金属Ｍ、及び亜鉛の原子数の比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：ｘ：ｙのとき、ｘが１．５以上２．５以下であり、且つｙが２以上４以下である。例えば、インジウム、金属Ｍ、及び亜鉛の原子数の比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：ｘ：ｙのとき、ｘが０．５以上１．５以下であり、且つｙが５以上７以下である。

第２の金属酸化物層は、ｃ軸配向性を有する結晶部を有することが好ましい。

上記構成の表示装置は、さらに、タッチセンサを有していてもよい。タッチセンサは、液晶素子及びトランジスタよりも表示面側に位置する。

走査線は、半導体層と重なる部分を有することが好ましい。

可視光は、第１の領域、液晶素子の順に透過して、表示装置の外部に射出されてもよい。または、可視光は、液晶素子、第１の領域の順に透過して、表示装置の外部に射出されてもよい。

走査線が伸長する方向は、信号線が伸長する方向と交差することが好ましい。同一の色を呈する複数の画素が配設される方向は、信号線が伸長する方向と交差することが好ましい。

本発明の一態様は、上記いずれかの構成の表示装置を有し、フレキシブルプリント回路基板（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ、以下、ＦＰＣと記す）もしくはＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）等のコネクタが取り付けられた表示モジュール、またはＣＯＧ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）方式もしくはＣＯＦ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｆｉｌｍ）方式等によりＩＣが実装された表示モジュール等の表示モジュールである。

本発明の一態様は、上記の表示モジュールと、アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、または操作ボタンの少なくともいずれか一と、を有する電子機器である。

本発明の一態様により、開口率が高い液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、消費電力の低い液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、高精細な液晶表示装置を提供することができる。または、本発明の一態様により、信頼性の高い液晶表示装置を提供することができる。

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。明細書、図面、請求項の記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

表示装置の一例を示す斜視図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 副画素の一例を示す上面図。 副画素の一例を示す上面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 表示装置の一例を示す断面図。 画素の配置例及び構成例を示す図。 表示装置の一例を示す斜視図。 表示装置の一例を示す斜視図。 動作モードの一例を示す図。 タッチセンサのブロック図及びタイミングチャート図。 表示装置のブロック図及びタイミングチャート図。 表示部及びタッチセンサの動作を説明する図。 表示部及びタッチセンサの動作を説明する図。 電子機器の一例を示す図。 電子機器の一例を示す図。 実施例１の表示装置を説明する断面図。 実施例１の表示装置が有する積層構造の光の透過率を示す図。 実施例２の表示装置の作製方法を説明する図。 実施例２の表示装置の作製方法を説明する図。 実施例２の表示装置が有する積層構造の光の透過率を示す図。

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。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

また、図面において示す各構成の、位置、大きさ、範囲などは、理解の簡単のため、実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、「膜」という言葉と、「層」という言葉とは、場合によっては、又は、状況に応じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、「絶縁層」という用語に変更することが可能である。

本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）とは、広い表現での金属の酸化物である。金属酸化物は、酸化物絶縁体、酸化物導電体（透明酸化物導電体を含む）、酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）などに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳ 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。

また、本明細書等において、窒素を有する金属酸化物も金属酸化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ）と総称する場合がある。また、窒素を有する金属酸化物を、金属酸窒化物（ｍｅｔａｌ ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）と呼称してもよい。

（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置について図１〜図１１を用いて説明する。

＜１．表示装置の構成例１＞
まず、図１〜図５を用いて、本実施の形態の表示装置について説明する。

本実施の形態の表示装置は、液晶素子及びトランジスタを有する。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタの半導体層は、第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを積層して有する。第１の金属酸化物層は、第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第１の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第１の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第１の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。

または、本実施の形態の表示装置は、液晶素子及びトランジスタを有する。液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有する。トランジスタは、画素電極と電気的に接続される。トランジスタは、ゲート電極と、ゲート電極上の絶縁層と、絶縁層上の半導体層と、半導体層上の一対の電極と、を有する。半導体層は、第１の金属酸化物層と、第１の金属酸化物層上の第２の金属酸化物層と、を有する。第１の金属酸化物層は、第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有する。トランジスタは、画素電極と接続される第１の領域を有する。画素電極、共通電極、及び第１の領域は、可視光を透過する機能を有する。可視光は、第１の領域及び液晶素子を透過して、表示装置の外部に射出される。

本実施の形態の表示装置では、トランジスタと画素電極のコンタクト部が、可視光を透過するため、当該コンタクト部を表示領域に設けることができる。これにより、画素の開口率を高めることができる。開口率が高いほど光取り出し効率を高めることができる。光取り出し効率を高めることができると、バックライトユニットの輝度を低減することができる。したがって、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置の高精細化を実現できる。

本実施の形態の表示装置は、さらに、走査線及び信号線を有する。走査線及び信号線は、それぞれ、トランジスタと電気的に接続される。走査線及び信号線は、それぞれ、金属層を有する。走査線及び信号線に金属層を用いることで、走査線及び信号線の抵抗値を下げることができる。

また、走査線は、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有することが好ましい。トランジスタのチャネル領域に用いる材料によっては、光が照射されることでトランジスタの特性が変動することがある。走査線が、トランジスタのチャネル領域と重なる部分を有することで、外光またはバックライトの光などが、チャネル領域に照射されることを抑制できる。これにより、トランジスタの信頼性を高めることができる。また、１つの導電膜が、走査線としての機能と、ゲート（またはバックゲート）としての機能の双方を有していてもよい。

本発明の一態様において、トランジスタ、配線、容量素子等には、以下に示す透光性の半導体材料及び導電性材料を用いることができる。

トランジスタが有する半導体膜は、透光性を有する半導体材料を用いて形成することができる。透光性を有する半導体材料としては、金属酸化物、または酸化物半導体（Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等が挙げられる。酸化物半導体は、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含むことが好ましい。特にインジウム（Ｉｎ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇ）、イットリウム（Ｙ）、スズ（Ｓｎ）、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。

トランジスタが有する導電膜は、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができる。透光性を有する導電性材料は、インジウム、亜鉛、錫の中から選ばれた一種、または複数種を含むことが好ましい。具体的には、Ｉｎ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ酸化物（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅともいう）、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｗ酸化物、Ｉｎ−Ｗ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｔｉ酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｓｉ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｇａ−Ｚｎ酸化物などが挙げられる。

また、トランジスタが有する導電膜に、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた酸化物半導体を用いてもよい。当該低抵抗化させた酸化物半導体は、酸化物導電体（ＯＣ：Ｏｘｉｄｅ Ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ということができる。

例えば、酸化物導電体は、酸化物半導体に酸素欠損を形成し、当該酸素欠損に水素を添加することで、伝導帯近傍にドナー準位が形成される。酸化物半導体にドナー準位が形成されることで、酸化物半導体は、導電性が高くなり導電体化する。

なお、酸化物半導体は、エネルギーギャップが大きい（例えば、エネルギーギャップが２．５ｅＶ以上である）ため、可視光に対して透光性を有する。また、上述したように酸化物導電体は、伝導帯近傍にドナー準位を有する酸化物半導体である。したがって、酸化物導電体は、ドナー準位による吸収の影響は小さく、可視光に対して酸化物半導体と同程度の透光性を有する。

また、酸化物導電体は、トランジスタが有する半導体膜に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、トランジスタを構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。

図１は、表示装置１００Ａの斜視図である。図１では、明瞭化のため、偏光板１３０などの構成要素を省略して図示している。図１では、基板６１を破線で示す。図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、表示装置１００Ａの断面図である。図２（Ｂ）は、表示装置１００Ａが有するトランジスタ２０１の拡大図であり、図２（Ｃ）は、表示装置１００Ａが有するトランジスタ２０６の拡大図である。図３（Ｂ）は、表示装置１００Ａが有するトランジスタ２０６の変形例である。

表示装置１００Ａは、表示部６２及び駆動回路部６４を有する。表示装置１００Ａには、ＦＰＣ７２及びＩＣ７３が実装されている。

表示部６２は、複数の画素を有し、画像を表示する機能を有する。

画素は、複数の副画素を有する。例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、及び青色を呈する副画素によって１つの画素が構成されることで、表示部６２ではフルカラーの表示を行うことができる。なお、副画素が呈する色は、赤、緑、及び青に限られない。画素には、例えば、白、黄、マゼンタ、またはシアン等の色を呈する副画素を用いてもよい。なお、本明細書等において、副画素を単に画素と記す場合がある。

表示装置１００Ａは、走査線駆動回路及び信号線駆動回路のうち、一方または双方を有していてもよい。または、走査線駆動回路及び信号線駆動回路の双方を有していなくてもよい。表示装置１００Ａが、タッチセンサ等のセンサを有する場合、表示装置１００Ａは、センサ駆動回路を有していてもよい。本実施の形態では、駆動回路部６４として、走査線駆動回路を有する例を示す。走査線駆動回路は、表示部６２が有する走査線に、走査信号を出力する機能を有する。

表示装置１００Ａでは、ＩＣ７３が、ＣＯＧ方式などの実装方式により、基板５１に実装されている。ＩＣ７３は、例えば、信号線駆動回路、走査線駆動回路、及びセンサ駆動回路のうち、一つ又は複数を有する。

表示装置１００Ａには、ＦＰＣ７２が電気的に接続されている。ＦＰＣ７２を介して、ＩＣ７３及び駆動回路部６４には外部から信号及び電力が供給される。また、ＦＰＣ７２を介して、ＩＣ７３から外部に信号を出力することができる。

ＦＰＣ７２には、ＩＣが実装されていてもよい。例えば、ＦＰＣ７２には、信号線駆動回路、走査線駆動回路、及びセンサ駆動回路のうち、一つ又は複数を有するＩＣが実装されていてもよい。

表示部６２及び駆動回路部６４には、配線６５から、信号及び電力が供給される。当該信号及び電力は、ＩＣ７３から、またはＦＰＣ７２を介して外部から、配線６５に入力される。

図２（Ａ）及び図３（Ａ）は、表示部６２、駆動回路部６４、及び配線６５を含む断面図である。図２（Ａ）以降に示す表示装置の断面図では、表示部６２として、１つの副画素の表示領域６８とその周囲に位置する非表示領域６６を示す。

図２（Ａ）では、基板６１側に偏光板１３０が位置し、基板５１側にバックライトユニット（図示しない）が位置する例である。バックライトユニットからの光４５は、まず、基板５１に入射し、トランジスタ２０６と画素電極１１１のコンタクト部、液晶素子４０、着色層１３１、基板６１、偏光板１３０の順に透過して、表示装置１００Ａの外部に取り出される。

図３（Ａ）では、基板５１側に偏光板１３０が位置し、基板６１側にバックライトユニット（図示しない）が位置する例である。バックライトユニットからの光４５は、まず、基板６１に入射し、着色層１３１、液晶素子４０、トランジスタ２０６と画素電極１１１のコンタクト部、基板５１、偏光板１３０の順に透過して、表示装置１００Ａの外部に取り出される。

このように、本実施の形態の表示装置は、基板５１と基板６１の間の構成を変えることなく、基板５１側と基板６１側のどちらも表示面側にすることができる。どちらを表示面側にするかは、バックライトユニット、偏光板、タッチセンサ等の配置に応じて、適宜決定することができる。

以降では、図２（Ａ）を例に挙げて説明するが、図３（Ａ）についても同様である。

表示装置１００Ａは、横電界方式の液晶素子を用いた透過型の液晶表示装置の一例である。

図２（Ａ）に示すように、表示装置１００Ａは、基板５１、トランジスタ２０１、トランジスタ２０６、液晶素子４０、配向膜１３３ａ、配向膜１３３ｂ、接続部２０４、接着層１４１、着色層１３１、遮光層１３２、オーバーコート１２１、基板６１、及び偏光板１３０等を有する。

非表示領域６６には、トランジスタ２０６が設けられている。図２（Ｃ）に、トランジスタ２０６の拡大図を示す。

トランジスタ２０６は、ゲート２２１、絶縁層２１３、導電層２２２ａ、導電層２２２ｃ、及び半導体層２３１を有する。

ゲート２２１は、絶縁層２１３を介して半導体層２３１と重なる。絶縁層２１３は、ゲート絶縁層として機能する。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｃは、それぞれ、半導体層２３１と接続している。

図２（Ａ）において、液晶素子４０が有する画素電極１１１は、導電層２２２ｃを介して、半導体層２３１と電気的に接続されている。

導電層２２２ｃは、可視光を透過する材料を用いて形成される。これにより、画素電極１１１とトランジスタとのコンタクト部を表示領域６８に設けることができる。したがって、副画素の開口率を高めることができる。また、表示装置の消費電力を低減することができる。

図２（Ｃ）に示すように、半導体層２３１は、第１の金属酸化物層２３１ａと、第１の金属酸化物層２３１ａ上の第２の金属酸化物層２３１ｂと、を有する。

第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂは、それぞれＩｎと、Ｍ（ＭはＧａ、Ａｌ、Ｙ、またはＳｎ）と、Ｚｎと、を有すると好ましい。

第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂは、それぞれＩｎの原子数比がＭの原子数比より多い領域を有すると、トランジスタの電界効果移動度を高めることができ、好ましい。一例としては、第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂのＩｎ、Ｍ、及びＺｎの原子数の比を、それぞれ、Ｉｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：２：３またはその近傍、あるいはＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：１：７またはその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、かつＺｎが２以上４以下を含み、Ｉｎが５の場合、Ｍが０．５以上１．５以下であり、かつＺｎが５以上７以下を含む。このように、第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂ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、製造コストを抑制できる。

第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂは、それぞれ組成の異なるターゲットを用いて成膜された膜を用いてもよいが、特に同じ組成のターゲットを用い、大気に曝すことなく連続して成膜された積層膜を用いることが好ましい。これにより、１つの成膜装置で処理を行えるほか、第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂの間に不純物が残留することを抑制できる。

第２の金属酸化物層２３１ｂは、第１の金属酸化物層２３１ａよりも、結晶性の高い領域を含むことが好ましい。これにより、第２の金属酸化物層２３１ｂを、第１の金属酸化物層２３１ａよりもエッチングの耐性に優れた膜とすることができる。そのため、導電層２２２ａや導電層２２２ｃを加工する際に、第２の金属酸化物層２３１ｂがエッチングにより消失してしまうことを防ぐことができる。したがって、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すようなチャネルエッチ構造のトランジスタを実現することができる。さらに、トランジスタのバックチャネル側に位置する第２の金属酸化物層２３１ｂに結晶性の高い膜を用いることで、ゲート２２１側の第１の金属酸化物層２３１ａへ拡散しうる不純物を低減できるため、信頼性の高いトランジスタを実現できる。

また、第１の金属酸化物層２３１ａに、第２の金属酸化物層２３１ｂよりも結晶性の低い領域を含む膜を用いることで、第１の金属酸化物層２３１ａ中に酸素が拡散しやすくなり、第１の金属酸化物層２３１ａにおける酸素欠損の割合を低くすることができる。特に、第１の金属酸化物層２３１ａはゲート２２１に近い側に位置し、主としてチャネルが形成されやすい層であるため、このような膜を用いることで信頼性の高いトランジスタを実現できる。

第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂとは、例えば成膜条件を異ならせることで作り分けることができる。例えば、第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂとで、成膜ガス中の酸素ガスの流量を異ならせることができる。

このとき、第１の金属酸化物層２３１ａの成膜条件として、酸素ガス流量のガス流量全体に占める割合（酸素流量比ともいう）を、０％以上３０％以下、好ましくは５％以上１５％以下とする。上述の酸素流量比とすることで、第１の金属酸化物層２３１ａの結晶性を低くすることができる。

一方、第２の金属酸化物層２３１ｂの成膜条件として、酸素流量比を、３０％より大きく１００％以下、好ましくは５０％以上１００％以下、さらに好ましくは７０％以上１００％以下とする。上述の酸素流量比とすることで、第２の金属酸化物層２３１ｂの結晶性を高くすることができる。

第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂの形成時の基板温度としては、室温（２５℃）以上２００℃以下が好ましく、室温以上１３０℃以下がより好ましい。基板温度を上記範囲とすることで、大面積のガラス基板を用いる場合に、基板の撓みまたは歪みを抑制することができる。ここで、第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂとで、成膜時の基板温度を同じ温度とすると、生産性を高めることができる。また、例えば第１の金属酸化物層２３１ａと第２の金属酸化物層２３１ｂとで成膜時の基板温度を異ならせる場合には、第２の金属酸化物層２３１ｂの成膜時の基板温度を高くすると、第２の金属酸化物層２３１ｂの結晶性をより高めることができる。

例えば、第１の金属酸化物層２３１ａに、ＣＡＣ−ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用い、第２の金属酸化物層２３１ｂに、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）膜を用いることが好ましい。

ゲート２２１に用いる導電層は、走査線としての機能を有していてもよい。つまり、１つの導電層が、走査線としての機能と、ゲート２２１としての機能とを、有してもよい。また、導電層２２２ａに用いる導電層は、信号線としての機能を有していてもよい。つまり、１つの導電層が、信号線としての機能と、導電層２２２ａとしての機能とを、有してもよい。走査線または信号線として機能する導電層の抵抗は十分に低いことが好ましい。そのため、走査線または信号線として機能する導電層は、金属、合金等を用いて形成されることが好ましい。走査線または信号線として機能する導電層には、可視光を遮る機能を有する材料を用いてもよい。

具体的には、可視光を透過する導電性材料は、銅やアルミニウムなどの可視光を遮る導電性材料と比較して抵抗率が大きいことがある。よって、走査線及び信号線などのバスラインは、信号遅延を防ぐため、抵抗率が小さい可視光を遮る導電性材料（金属材料）を用いて形成することが好ましい。ただし、画素の大きさや、バスラインの幅、バスラインの厚さなどによっては、バスラインに可視光を透過する導電性材料を用いることができる。

ゲート２２１に可視光を遮る導電層を用いることで、バックライトの光が半導体層２３１に照射されることを抑制できる。このように、半導体層２３１を、可視光を遮る導電層と重ねると、光によるトランジスタの特性変動を抑制できる。これにより、トランジスタの信頼性を高めることができる。

半導体層２３１の基板６１側に、遮光層１３２が設けられ、半導体層２３１の基板５１側に、可視光を遮るゲート２２１が設けられていることで、外光及びバックライトの光が半導体層２３１に照射されることを抑制できる。

ここで、図３（Ｂ）に、トランジスタ２０６の変形例を示す。図３（Ｂ）では、トランジスタ２０６の半導体層２３１の一部が、表示領域６８に位置する例を示す。トランジスタの半導体層にシリコン、代表的にはアモルファスシリコン、または低温ポリシリコンなどを用いる場合、半導体層は可視光の一部を吸収するため、当該半導体層を透過させて光を取り出すことが難しい。また、シリコン中にリン、ボロンなどの不純物が含まれると、透光性がさらに低下する場合がある。したがって、シリコン中に形成される低抵抗領域を透過させて光を取り出すことはより難しい場合がある。しかしながら、本発明の一態様では、酸化物半導体（ＯＳ）、及び酸化物導電体（ＯＣ）ともに、可視光に対して透光性を有するため、画素または副画素の開口率を向上させることができる。

トランジスタ２０６は、絶縁層２１２、絶縁層２１４、及び絶縁層２１５に覆われている。なお、絶縁層２１２及び絶縁層２１４を、トランジスタ２０６の構成要素とみなすこともできる。トランジスタは、トランジスタを構成する半導体への不純物の拡散を抑制する効果を奏する絶縁層で覆われていることが好ましい。絶縁層２１５は、平坦化層として機能することができる。

絶縁層２１２及び絶縁層２１３は、それぞれ、過剰酸素領域を有することが好ましい。絶縁層２１２及び絶縁層２１３が過剰酸素領域を有することで、半導体層２３１中に過剰酸素を供給することができる。半導体層２３１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、信頼性の高いトランジスタを提供することができる。

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２１４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形成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、半導体層２３１に酸素を供給することができる。その結果、半導体層２３１中の酸素欠損、及び半導体層２３１と絶縁層２１２の界面の欠陥を修復し、欠陥準位密度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。

表示領域６８には、液晶素子４０が設けられている。液晶素子４０は、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モードが適用された液晶素子である。

液晶素子４０は、画素電極１１１、共通電極１１２、及び液晶層１１３を有する。画素電極１１１と共通電極１１２との間に生じる電界により、液晶層１１３の配向を制御することができる。液晶層１１３は、配向膜１３３ａと配向膜１３３ｂの間に位置する。

共通電極１１２は、櫛歯状の上面形状（平面形状ともいう）、またはスリットが設けられた上面形状を有していてもよい。図２（Ａ）及び図３（Ａ）では、１つの副画素の表示領域６８に、共通電極１１２の開口が１つ設けられている例を示す。共通電極１１２には、１つまたは複数の開口を設けることができる。表示装置の高精細化に伴い、１つの副画素の表示領域６８の面積は小さくなる。そのため、共通電極１１２に設ける開口は複数に限られず、１つとすることができる。すなわち、高精細な表示装置においては、画素（副画素）の面積が小さいため、共通電極１１２の開口が１つであっても、副画素の表示領域全体に亘って、液晶を配向させるために十分な電界を生成することができる。

画素電極１１１と共通電極１１２の間には、絶縁層２２０が設けられている。画素電極１１１は、絶縁層２２０を介して共通電極１１２と重なる部分を有する。また、画素電極１１１と着色層１３１とが重なる領域において、画素電極１１１上に共通電極１１２が配置されていない部分を有する。

液晶層１１３と接する配向膜を設けることが好ましい。配向膜は、液晶層１１３の配向を制御することができる。表示装置１００Ａでは、共通電極１１２及び絶縁層２２０と液晶層１１３との間に配向膜１３３ａが位置し、オーバーコート１２１と液晶層１１３との間に配向膜１３３ｂが位置している。

液晶材料には、誘電率の異方性（Δε）が正であるポジ型の液晶材料と、負であるネガ型の液晶材料がある。本発明の一態様では、どちらの材料を用いることもでき、適用するモード及び設計に応じて最適な液晶材料を用いることができる。

本発明の一態様では、ネガ型の液晶材料を用いることが好ましい。ネガ型液晶では、フレクソエレクトリック効果の影響を抑制でき、液晶層に印加される電圧の極性による透過率の差がほとんどない。したがって、表示装置の使用者からフリッカーが視認されることを抑制できる。フレクソエレクトリック効果とは、主に分子形状に起因し、配向歪みにより分極が発生する現象である。ネガ型の液晶材料は、広がり変形や曲げ変形の配向歪みが生じにくい。

なお、ここでは液晶素子４０としてＦＦＳモードが適用された素子を用いたが、これに限られず様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ａｌｉｇｎｅｄ Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＶＡ−ＩＰＳモード、ゲストホストモード等が適用された液晶素子を用いることができる。

また、表示装置１００Ａに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を適用してもよい。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。

なお、液晶素子は、液晶の光学変調作用によって光の透過または非透過を制御する素子である。液晶の光学的変調作用は、液晶にかかる電界（横方向の電界、縦方向の電界または斜め方向の電界を含む）によって制御される。液晶素子に用いる液晶としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

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５重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を液晶層１１３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、光学的等方性を示す。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または破損を軽減することができる。

表示装置１００Ａは、透過型の液晶表示装置であるため、画素電極１１１及び共通電極１１２の双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、トランジスタ２０６が有する導電層の一つまたは複数に、可視光を透過する導電性材料を用いる。これにより、表示領域６８に、トランジスタ２０６の少なくとも一部を設けることができる。図２（Ａ）、（Ｂ）では、導電層２２２ｃに、可視光を透過する半導体材料を用いる場合を例に挙げて説明する。

可視光を透過する導電性材料としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種以上を含む材料を用いるとよい。具体的には、酸化インジウム、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、酸化シリコンを含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、酸化亜鉛、ガリウムを含む酸化亜鉛などが挙げられる。なお、グラフェンを含む膜を用いることもできる。グラフェンを含む膜は、例えば酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。

導電層２２２ｃ、画素電極１１１、及び共通電極１１２のうち、一つまたは複数に酸化物導電層を用いることが好ましい。酸化物導電層は、トランジスタ２０６の半導体層２３１に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。例えば、導電層２２２ｃは、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、及びＺｎを含む酸化物膜であることがさらに好ましい。同様に、画素電極１１１及び共通電極１１２は、それぞれ、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ、Ｍ（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）、及びＺｎを含む酸化物膜であることがさらに好ましい。

導電層２２２ｃ、画素電極１１１、及び共通電極１１２のうち、一つまたは複数を、酸化物半導体を用いて形成してもよい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、表示装置を構成する層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。

酸化物半導体は、膜中の酸素欠損、及び膜中の水素、水等の不純物濃度のうち少なくとも一方によって、抵抗を制御することができる半導体材料である。そのため、酸化物半導体層へ酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が増加する処理、または酸素欠損及び不純物濃度の少なくとも一方が低減する処理を選択することによって、酸化物導電層の有する抵抗率を制御することができる。

なお、このように、酸化物半導体層を用いて形成された酸化物導電層は、キャリア密度が高く低抵抗な酸化物半導体層、導電性を有する酸化物半導体層、または導電性の高い酸化物半導体層ということもできる。

また、酸化物半導体層と、酸化物導電層を同一の金属元素で形成することで、製造コストを低減させることができる。例えば、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることで製造コストを低減させることができる。また、同一の金属組成の金属酸化物ターゲットを用いることによって、酸化物半導体層を加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし、酸化物半導体層と、酸化物導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場合がある。例えば、表示装置の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成となる場合がある。

例えば、絶縁層２１２に水素を含む窒化シリコン膜を用い、導電層２２２ｃに酸化物半導体を用いると、絶縁層２１２から供給される水素によって、酸化物半導体の導電率を高めることができる。例えば、絶縁層２２０に水素を含む窒化シリコン膜を用い、画素電極１１１に酸化物半導体を用いると、絶縁層２２０から供給される水素によって、酸化物半導体の導電率を高めることができる。

表示装置１００Ａの、液晶層１１３よりも基板６１側には、着色層１３１及び遮光層１３２が設けられている。着色層１３１は、少なくとも、副画素の表示領域６８と重なる部分に位置する。画素（副画素）が有する非表示領域６６には、遮光層１３２が設けられている。遮光層１３２は、トランジスタ２０６の少なくとも一部と重なる。

着色層１３１及び遮光層１３２と、液晶層１１３と、の間には、オーバーコート１２１を設けることが好ましい。オーバーコート１２１は、着色層１３１及び遮光層１３２等に含まれる不純物が液晶層１１３に拡散することを抑制できる。

基板５１及び基板６１は、接着層１４１によって貼り合わされている。基板５１、基板６１、及び接着層１４１に囲まれた領域に、液晶層１１３が封止されている。

表示装置１００Ａを、透過型の液晶表示装置として機能させる場合、偏光板を、表示部６２を挟むように２つ配置する。図２（Ａ）では、基板６１側の偏光板１３０を図示している。基板５１側に設けられた偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光４５は偏光板を介して入射する。このとき、画素電極１１１と共通電極１１２の間に与える電圧によって液晶層１１３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１３０を介して射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色層１３１によって特定の波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色、青色、または緑色を呈する光となる。

また、偏光板に加えて、例えば円偏光板を用いることができる。円偏光板としては、例えば直線偏光板と１／４波長位相差板を積層したものを用いることができる。円偏光板により、表示装置の表示の視野角依存を低減することができる。

駆動回路部６４は、トランジスタ２０１を有する。図２（Ｂ）に、トランジスタ２０１の拡大図を示す。

トランジスタ２０１は、ゲート２２１、絶縁層２１３、半導体層２３１、導電層２２２ａ、及び導電層２２２ｂを有する。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。導電層２２２ａ及び導電層２２２ｂは、それぞれ、半導体層２３１と電気的に接続される。

図２（Ｂ）に示すように、半導体層２３１は、第１の金属酸化物層２３１ａと、第１の金属酸化物層２３１ａ上の第２の金属酸化物層２３１ｂと、を有する。半導体層２３１の詳細は、トランジスタ２０６の説明を参照できる。

駆動回路部６４に設けられるトランジスタは、可視光を透過する機能を有していなくてよい。そのため、導電層２２２ａと導電層２２２ｂとを、同一の工程で、同一の材料（好ましくは金属等の抵抗率が低い材料）を用いて形成することができる。

接続部２０４では、配線６５と導電層２５１が互いに接続し、導電層２５１と接続体２４２は互いに接続している。つまり、接続部２０４では、配線６５が、導電層２５１と接続体２４２を介して、ＦＰＣ７２と電気的に接続している。このような構成とすることで、ＦＰＣ７２から、配線６５に、信号及び電力を供給することができる。

配線６５は、トランジスタ２０１が有する導電層２２２ａ、２２２ｂ、及びトランジスタ２０６が有する導電層２２２ａと同一の材料、同一の工程で形成することができる。導電層２５１は、液晶素子４０が有する画素電極１１１と同一の材料、同一の工程で形成することができる。このように、接続部２０４を構成する導電層を、表示部６２や駆動回路部６４に用いる導電層と同一の材料、同一の工程で作製すると、工程数の増加を防ぐことができ好ましい。

トランジスタ２０１、２０６は、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。つまり、駆動回路部６４が有するトランジスタと、表示部６２が有するトランジスタが、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。また、駆動回路部６４が、複数の構造のトランジスタを有していてもよいし、表示部６２が、複数の構造のトランジスタを有していてもよい。例えば、走査線駆動回路が有するシフトレジスタ回路、バッファ回路、及び保護回路のうち、一以上の回路に、２つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジスタを用いることが好ましい。

［副画素の構成例］
図４は、本発明の一態様が適用された副画素の上面図である。図５は、比較の副画素の上面図である。

繰り返しとなる部分もあるが、まず、本発明の一態様における画素（副画素）の特徴について説明する。

画素は、トランジスタ、容量、走査線、及び信号線等から構成される。これら構成要素は抵抗率の低い金属膜を用いて形成されることが多い。金属膜は光を透過しないため、金属膜を用いて形成された部分は表示領域から除外され、結果として、画素の開口率は小さくなる。特に、高精細化に伴い、開口率の減少が顕著となる。液晶表示装置の場合、開口率が減少すると、輝度及びコントラストを高くするためにバックライトの光量を多くする必要があり、バックライトの消費電力の増加につながる。

そこで、本発明の一態様では、画素に設けられる、トランジスタ、容量、配線、及びコンタクト部のうち一つまたは複数に、可視光を透過する構成を採用する。具体的には、酸化物半導体、酸化物導電体等の可視光を透過する材料を用いて、これら構成要素を形成する。画素に設けられる構成要素が可視光を透過するため、開口率の向上及びバックライトの消費電力低減が可能となる。なお、走査線、信号線、電源線、及び周辺回路については、低抵抗化のため、金属材料を用いる。このように、機能によって材料を選択して、導電膜を作り分けることが好ましい。

酸化物半導体、酸化物導電体等の可視光を透過する材料を用いることで、様々な構造のトランジスタを作製することができる。酸化物半導体は、シリコンと異なり、不純物をドープして低抵抗化させても、可視光に対する透光性を有するという特徴を有する。

図４及び図５に、ＴＮモードまたはＶＡモードなどの縦電界モードの液晶素子を有する副画素の上面図を示す。図４は本発明の一態様が適用された副画素の上面図である。図５は、比較の副画素の上面図である。

図４（Ａ）、図５（Ａ）は、副画素のうち、ゲート２２３から画素電極１１１までの積層構造を、画素電極１１１側から見た上面図である。図４（Ａ）、図５（Ａ）には、副画素の表示領域６８を太い点線の枠で示す。図４（Ｂ）、図５（Ｂ）は、それぞれ、図４（Ａ）または図５（Ａ）の積層構造から画素電極１１１を除いた上面図である。

図４及び図５に示すトランジスタは、チャネルの上下にゲートが設けられている。

ゲート２２１及びゲート２２３は、電気的に接続されている。このように２つのゲートが電気的に接続されている構成のトランジスタは、他のトランジスタと比較して電界効果移動度を高めることが可能であり、オン電流を増大させることができる。その結果、高速動作が可能な回路を作製することができる。さらには回路部の占有面積を縮小することが可能となる。オン電流の大きなトランジスタを適用することで、表示装置を大型化、または高精細化して配線数が増大したとしても、各配線における信号遅延を低減することが可能であり、表示ムラを抑制することが可能である。また、このような構成を適用することで、信頼性の高いトランジスタを実現することができる。

図４及び図５において、１つの導電層が、走査線２２８としての機能とゲート２２３としての機能を有するともいえる。ゲート２２１及びゲート２２３のうち、抵抗の低い方が、走査線としても機能する導電層であることが好ましい。走査線２２８として機能する導電層の抵抗は十分に低いことが好ましい。そのため、走査線２２８として機能する導電層は、金属、合金等を用いて形成されることが好ましい。走査線２２８として機能する導電層には、可視光を遮る機能を有する材料を用いてもよい。

図４及び図５において、１つの導電層が、信号線２２９としての機能と導電層２２２ａとしての機能を有するともいえる。信号線２２９として機能する導電層の抵抗は十分に低いことが好ましい。そのため、信号線２２９として機能する導電層は、金属、合金等を用いて形成されることが好ましい。信号線２２９として機能する導電層には、可視光を遮る機能を有する材料を用いてもよい。

ゲート２２１、２２３には、それぞれ、金属材料及び酸化物導電体の一方を単層で、または双方を積層して用いることができる。例えば、ゲート２２１及びゲート２２３のうち、一方に酸化物導電体を用い、他方に金属材料を用いてもよい。

トランジスタは、半導体層として酸化物半導体層を用い、ゲート２２１及びゲート２２３のうち、少なくとも一方に酸化物導電層を用いる構成とすることができる。このとき、酸化物半導体層と酸化物導電層を、酸化物半導体を用いて形成することが好ましい。

図４及び図５では、副画素に、容量線２４４が設けられている例を示す。容量線２４４は、トランジスタが有する導電層（例えばゲート２２１）と同一の材料、同一の工程で形成される導電層と電気的に接続される。図４では、容量線２４４と重ねて可視光を透過する導電層２２２ｃが設けられている。図５では、容量線２４４と重ねて可視光を遮る導電層２２２ｂが設けられている。図４では、導電層２２２ｃが、画素電極１１１と接続している。図５では、導電層２２２ｂが、画素電極１１１と接続している。

図４に示す構成は、容量素子の少なくとも一部、及び導電層２２２ｃと画素電極１１１のコンタクト部を表示領域６８に設けることができる。したがって、図５に示す構成に比べて、図４に示す構成は、副画素の開口率を高めることができる。また、表示装置の消費電力を低減することができる。

本発明の一態様において、画素電極１１１とトランジスタとのコンタクト部、及び、容量素子を表示領域６８に設けることで、開口率を１０％以上、さらには２０％以上高めることができる。これにより、バックライトの消費電力を１０％以上、さらには２０％以上削減することができる。

図５の構成を図４の構成にすることで、開口率及びバックライトの消費電力がどれだけ変化するかを見積もると、以下のようになる。

ここでは、大型ＴＶ向けディスプレイを想定し、図４及び図５の副画素のレイアウトを、精細度が１３６ｐｐｉ、表示領域の対角寸法が６５インチ、解像度が８Ｋである、ＴＮモードの液晶表示装置に適用する場合について説明する。

副画素のサイズは、６２．５μｍ×１８７．５μｍである。液晶素子は縦電界モードであり、保持容量は、ゲート配線と、ソース配線またはドレイン配線と、の間で形成することができる。また、１２０Ｈｚ駆動を想定しているため、１つの副画素に信号線を２本配置している。また、トランジスタは、ＢＧＴＣ型のチャネルエッチ構造である。

図５（Ａ）の画素レイアウトの開口率は、３７．３％である。図４（Ａ）の画素レイアウトの開口率は、４７．１％である。保持容量及びトランジスタと画素電極とのコンタクト部を、可視光を透過する構成にすることで、開口率を１．２６倍にすることができ、バックライトの消費電力を約２１％削減できると見込まれる。

［材料について］
次に、本実施の形態の表示装置の各構成要素に用いることができる材料等の詳細について、説明を行う。なお、既に説明した構成要素については説明を省略する場合がある。また、以降に示す表示装置及びタッチパネル、並びにそれらの構成要素にも、以下の材料を適宜用いることができる。

≪基板５１、６１≫
本発明の一態様の表示装置が有する基板の材質などに大きな制限はなく、様々な基板を用いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラミック基板、金属基板、またはプラスチック基板等を用いることができる。

厚さの薄い基板を用いることで、表示装置の軽量化及び薄型化を図ることができる。さらに、可撓性を有する程度の厚さの基板を用いることで、可撓性を有する表示装置を実現できる。

本発明の一態様の表示装置は、作製基板上にトランジスタ等を形成し、その後、別の基板にトランジスタ等を転置することで、作製される。作製基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい表示装置の製造、表示装置への耐熱性の付与、表示装置の軽量化、または表示装置の薄型化を図ることができる。トランジスタが転置される基板には、トランジスタを形成することが可能な基板に限られず、紙基板、セロファン基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）もしくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、またはゴム基板などを用いることができる。

≪トランジスタ２０１、２０６≫
本発明の一態様の表示装置が有するトランジスタは、トップゲート型またはボトムゲート型のいずれの構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられていてもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。

トランジスタに用いる半導体材料の結晶性についても特に限定されず、非晶質半導体、結晶性を有する半導体（微結晶半導体、多結晶半導体、単結晶半導体、または一部に結晶領域を有する半導体）のいずれを用いてもよい。結晶性を有する半導体を用いると、トランジスタ特性の劣化を抑制できるため好ましい。

例えば、第１４族の元素、化合物半導体または酸化物半導体を半導体層に用いることができる。代表的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体などを半導体層に適用できる。

トランジスタのチャネルが形成される半導体に、酸化物半導体を適用することが好ましい。特にシリコンよりもバンドギャップの大きな酸化物半導体を適用することが好ましい。シリコンよりもバンドギャップが広く、且つキャリア密度の小さい半導体材料を用いると、トランジスタのオフ状態における電流（オフ電流）を低減できるため好ましい。

酸化物半導体については、上述の説明及び実施の形態４などを参照できる。

酸化物半導体を用いることで、電気特性の変動が抑制され、信頼性の高いトランジスタを実現できる。

また、その低いオフ電流により、トランジスタを介して容量に蓄積した電荷を長期間に亘って保持することが可能である。このようなトランジスタを画素に適用することで、表示した画像の階調を維持しつつ、駆動回路を停止することも可能となる。その結果、極めて消費電力の低減された表示装置を実現できる。

トランジスタ２０１、２０６は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体層を有することが好ましい。これにより、トランジスタのオフ電流を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

また、トランジスタ２０１、２０６は、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用いることで、表示部のトランジスタと、駆動回路部のトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、駆動回路として、別途、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、表示部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。

≪絶縁層≫
表示装置が有する各絶縁層、オーバーコート、スペーサ等に用いることのできる絶縁材料としては、有機絶縁材料または無機絶縁材料を用いることができる。有機絶縁材料としては、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、及びフェノール樹脂等が挙げられる。無機絶縁層としては、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化イットリウム膜、酸化ジルコニウム膜、酸化ガリウム膜、酸化タンタル膜、酸化マグネシウム膜、酸化ランタン膜、酸化セリウム膜、及び酸化ネオジム膜等が挙げられる。

≪導電層≫
トランジスタのゲート、ソース、ドレインのほか、表示装置が有する各種配線及び電極等の導電層には、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、モリブデン膜上に銅膜を積層した二層構造、モリブデンとタングステンを含む合金膜上に銅膜を積層した二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。例えば、導電層を三層構造とする場合、一層目及び三層目には、チタン、窒化チタン、モリブデン、タングステン、モリブデンとタングステンを含む合金、モリブデンとジルコニウムを含む合金、または窒化モリブデンでなる膜を形成し、二層目には、銅、アルミニウム、金または銀、或いは銅とマンガンの合金等の低抵抗材料でなる膜を形成することが好ましい。なお、ＩＴＯ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、ＩＴＳＯ等の透光性を有する導電性材料を用いてもよい。

なお、酸化物半導体の抵抗率を制御することで、酸化物導電層を形成してもよい。

≪接着層１４１≫
接着層１４１としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、または２液混合型の硬化性樹脂などの硬化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、またはシロキサン樹脂などを用いることができる。

≪接続体２４２≫
接続体２４２としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを用いることができる。

≪着色層１３１≫
着色層１３１は特定の波長域の光を透過する有色層である。着色層１３１に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、及び顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。

≪遮光層１３２≫
遮光層１３２は、例えば、隣接する異なる色の着色層１３１の間に設けられる。例えば、金属材料、または、顔料もしくは染料を含む樹脂材料を用いて形成されたブラックマトリクスを遮光層１３２として用いることができる。なお、遮光層１３２は、駆動回路部６４など、表示部６２以外の領域にも設けると、導波光などによる光漏れを抑制できるため好ましい。

表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スパッタリング法、化学気相堆積（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層成膜（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。ＣＶＤ法の例として、プラズマ化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）法及び熱ＣＶＤ法等が挙げられる。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣＶＤ）法が挙げられる。

表示装置を構成する薄膜（絶縁膜、半導体膜、導電膜等）は、それぞれ、スピンコート、ディップ、スプレー塗布、インクジェット印刷、ディスペンス、スクリーン印刷、オフセット印刷、ドクターナイフ、スリットコート、ロールコート、カーテンコート、ナイフコート等の方法により形成することができる。

表示装置を構成する薄膜は、フォトリソグラフィ法等を用いて加工することができる。または、遮蔽マスクを用いた成膜方法により、島状の薄膜を形成してもよい。または、ナノインプリント法、サンドブラスト法、もしくはリフトオフ法などにより薄膜を加工してもよい。フォトリソグラフィ法としては、加工したい薄膜上にレジストマスクを形成して、エッチング等により当該薄膜を加工し、レジストマスクを除去する方法と、感光性を有する薄膜を成膜した後に、露光、現像を行って、当該薄膜を所望の形状に加工する方法と、がある。

フォトリソグラフィ法において、露光に用いる光としては、例えばｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）、及びこれらを混合させた光が挙げられる。そのほか、紫外線、ＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いることもできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、極端紫外光（ＥＵＶ：Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）及びＸ線等が挙げられる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。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。

薄膜のエッチングには、ドライエッチング法、ウエットエッチング法、サンドブラスト法などを用いることができる。

＜２．表示装置の構成例２＞
図６〜図８に、表示装置の一例をそれぞれ示す。図６は、表示装置１００Ｂの断面図である。図７は、表示装置１００Ｃの断面図である。図８（Ａ）は、表示装置１００Ｄの断面図である。なお、表示装置１００Ｂ、表示装置１００Ｃ、及び表示装置１００Ｄの斜視図は、図１に示す表示装置１００Ａと同様であるため、ここでの説明は省略する。

図６に示す表示装置１００Ｂは、先に示した表示装置１００Ａと、トランジスタの構造が異なる。

具体的には、表示装置１００Ａでは、トランジスタが１つのゲートを有する例を示したが、表示装置１００Ｂのトランジスタ２０１及びトランジスタ２０６は、２つのゲートを有する。上述の通り、２つのゲートは電気的に接続されていることが好ましい。これにより、トランジスタの電界効果移動度を高めることができる。

それ以外の構成は、表示装置１００Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。

図７に示す表示装置１００Ｃは、縦電界方式の液晶素子を用いた透過型の液晶表示装置の一例である。

図７に示すように、表示装置１００Ｃは、基板５１、トランジスタ２０１、トランジスタ２０６、液晶素子４０、容量素子２１９、配向膜１３３ａ、配向膜１３３ｂ、接続部２０４、接着層１４１、着色層１３１、遮光層１３２、オーバーコート１２１、基板６１、及び偏光板１３０等を有する。

表示部６２は、トランジスタ２０６、液晶素子４０、及び容量素子２１９を有する。

トランジスタ２０６は、ゲート２２１、絶縁層２１３、導電層２２２ａ、導電層２２２ｃ、及び半導体層２３１を有する。

導電層２２２ａ及び導電層２２２ｃは、それぞれ、半導体層２３１と接続している。

液晶素子４０は、ＶＡモードが適用された液晶素子である。液晶素子４０は、画素電極１１１、共通電極１１２、及び液晶層１１３を有する。液晶層１１３は、画素電極１１１と共通電極１１２の間に位置する。

画素電極１１１は、導電層２２２ｃを介して、トランジスタ２０６が有する半導体層２３１と電気的に接続される。

容量素子２１９は、導電層２１７及び導電層２１８を有する。導電層２１７と導電層２１８は、絶縁層２１３を介して重なっている。

ここで、半導体層２３１、導電層２２２ｃ、導電層２１７、及び導電層２１８には、可視光を透過する導電性材料を用いる。導電層２１８と導電層２２２ｃは同一の工程及び同一の材料で形成することができる。これにより、画素電極１１１とトランジスタ２０６のコンタクト部、及び、容量素子２１９を表示領域６８に配置することができる。したがって、開口率を高めることができる。

オーバーコート１２１が平坦化機能を有すると、共通電極１１２を平坦に形成することができる。これにより、液晶層１１３の厚さのばらつきを抑制することができる。

図７に示すトランジスタ２０６の各層の材料の一例及び形成方法の一例について説明する。

まず、容量素子が有する一方の電極（導電層２１７）として、可視光を透過する導電膜を形成し、続けて、スパッタリング法を用いて、ゲート２２１として、Ｃｕ膜等の金属膜を形成する。当該金属膜は、走査線としても機能する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおけるゲート配線も形成することができる。

次に、ゲート絶縁層である絶縁層２１３として、窒化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜とを積層して形成する。次に、半導体層２３１として、スパッタリング法を用いて、ＣＡＣ−ＯＳ膜とＣＡＡＣ−ＯＳ膜を積層して形成する。ＣＡＣ−ＯＳ膜上に、薬液耐性及びプラズマ耐性の高いＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することで、トランジスタ作製工程中に、半導体層２３１がダメージを受けにくくなる。次に、ソース電極またはドレイン電極である導電層２２２ｃとして、スパッタリング法を用いて、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。半導体層２３１と導電層２２２ｃとは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成することができる。導電層２２２ｃを形成する際に、半導体層２３１がエッチングされないよう選択比を高めるため、エッチング液に、半導体層２３１を形成する際とは異なる材料を用いることが好ましい。また、当該インジウム亜鉛酸化物膜を用いて、同一工程で、容量素子が有する他方の電極（導電層２１８）も形成することができる。

次に、スパッタリング法を用いて、信号線及び導電層２２２ａとして、Ｃｕ膜等の金属膜を形成する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおけるソース配線及びドレイン配線も形成することができる。

次に、パッシベーション膜である絶縁層２１２及び絶縁層２１４として、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層して形成する。その後、平坦化機能を有する絶縁層２１５として、アクリル樹脂を塗布し、開口部（コンタクト開口）を形成する。そして、画素電極１１１として、ＩＴＯ膜を形成する。

なお、画素が有するトランジスタのゲート電極には、走査線として形成するＣｕ膜等の金属膜を用いることが好ましい。これにより、バックライトからの光がチャネル形成領域に照射されることを抑制できる。図７において、トランジスタ２０６と画素電極１１１とのコンタクト部、及び、容量素子２１９は、可視光を透過できる構成である。

図８（Ａ）に示す表示装置１００Ｄは、先に示した表示装置１００Ｃと、画素電極１１１と共通電極１１２の配置及び形状が異なる。

画素電極１１１及び共通電極１１２の双方が、櫛歯状の上面形状（平面形状ともいう）、またはスリットが設けられた上面形状を有していてもよい。

図８（Ａ）に示す表示装置１００Ｄでは、画素電極１１１及び共通電極１１２が、同一平面上に設けられている。

または、上面から見て、一方の電極のスリットの端部と、他方の電極のスリットの端部が揃っている形状であってもよい。この場合の断面図を図８（Ｂ）に示す。

または、上面から見て、画素電極１１１及び共通電極１１２が互いに重なる部分を有していてもよい。この場合の断面図を図８（Ｃ）に示す。

または、表示部６２は、上面から見て、画素電極１１１及び共通電極１１２の双方が設けられていない部分を有していてもよい。この場合の断面図を図８（Ｄ）に示す。

以上のように、本発明の一態様の表示装置には、様々な形状のトランジスタ及び液晶素子を適用することができる。

＜３．画素の配置例＞
図９（Ａ）、（Ｂ）に画素の配置例を示す。図９（Ａ）、（Ｂ）では、赤色の副画素Ｒ、緑色の副画素Ｇ、及び青色の副画素Ｂによって１つの画素が構成される例を示す。図９（Ａ）、（Ｂ）では、複数の走査線８１がｘ方向に伸長しており、複数の信号線８２がｙ方向に伸長しており、走査線８１と信号線８２は交差している。

図９（Ａ）の二点鎖線の枠内に示すように、副画素は、トランジスタ２０６、容量素子３４、及び液晶素子４０を有する。トランジスタ２０６のゲートは、走査線８１と電気的に接続される。トランジスタ２０６のソース及びドレインのうち、一方は、信号線８２と電気的に接続され、他方は、容量素子３４の一方の電極及び液晶素子４０の一方の電極と電気的に接続される。容量素子３４の他方の電極及び液晶素子４０の他方の電極には、それぞれ、定電位が与えられる。

図９（Ａ）、（Ｂ）では、ソースライン反転駆動を適用する例を示す。信号Ａ１と信号Ａ２は極性が同じ信号である。信号Ｂ１と信号Ｂ２は極性が同じ信号である。信号Ａ１と信号Ｂ１は互いに極性の異なる信号である。信号Ａ２と信号Ｂ２は互いに極性の異なる信号である。

表示装置の高精細化に伴い、副画素間の距離は狭くなる。そのため、例えば図９（Ａ）の一点鎖線の枠内に示すように、信号Ａ１が入力される副画素における、信号Ｂ１が入力される信号線８２近傍では、液晶が、信号Ａ１と信号Ｂ１の双方の電位の影響を受けやすくなる。これにより、液晶の配向不良が生じやすくなる。

図９（Ａ）では、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、ｙ方向であり、信号線８２が伸長する方向と概略平行である。図９（Ａ）の一点鎖線の枠内に示すように、副画素の長辺側に、異なる色を呈する副画素が隣接する。

図９（Ｂ）では、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、ｘ方向であり、信号線８２が伸長する方向と交差する。図９（Ｂ）の一点鎖線の枠内に示すように、副画素の短辺側に、同じ色を呈する副画素が隣接する。

図９（Ｂ）に示すように、副画素における、信号線８２が伸長する方向に概略平行な辺が、短辺であると、長辺である場合（図９（Ａ））に比べて、液晶の配向不良が生じやすい領域を狭くすることができる。図９（Ｂ）に示すように、液晶の配向不良が生じやすい領域が同一の色を呈する副画素間に位置すると、異なる色を呈する副画素間に位置する場合（図９（Ａ））に比べて、表示装置の使用者に、表示不良を視認されにくくなる。本発明の一態様において、同一の色を呈する複数の副画素が配設される方向は、信号線８２が伸長する方向と交差することが好ましい。

＜４．表示装置の構成例３＞
本発明の一態様は、タッチセンサが搭載された表示装置（入出力装置またはタッチパネルともいう）に適用することができる。上述の各表示装置の構成を、タッチパネルに適用することができる。本実施の形態では、表示装置１００Ａにタッチセンサを搭載する例を主に説明する。

本発明の一態様のタッチパネルが有する検知素子（センサ素子ともいう）に限定は無い。指やスタイラスなどの被検知体の近接または接触を検知することのできる様々なセンサを、検知素子として適用することができる。

センサの方式としては、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式、赤外線方式、光学方式、感圧方式など様々な方式を用いることができる。

本実施の形態では、静電容量方式の検知素子を有するタッチパネルを例に挙げて説明する。

静電容量方式としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式等がある。また、投影型静電容量方式としては、自己容量方式、相互容量方式等がある。相互容量方式を用いると、同時多点検知が可能となるため好ましい。

本発明の一態様のタッチパネルは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成、表示素子を支持する基板及び対向基板の一方または双方に検知素子を構成する電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。

図１０に、タッチパネルの一例を示す。図１０（Ａ）は、タッチパネル３５０Ａの斜視図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。図１０（Ｂ）では、基板６１及び基板１６２を破線で輪郭のみ明示している。

タッチパネル３５０Ａは、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせた構成である。

タッチパネル３５０Ａは、入力装置３７５と、表示装置３７０とを有し、これらが重ねて設けられている。

入力装置３７５は、基板１６２、電極１２７、電極１２８、複数の配線１３７、及び複数の配線１３８を有する。ＦＰＣ７２ｂは、複数の配線１３７及び複数の配線１３８の各々と電気的に接続する。ＦＰＣ７２ｂにはＩＣ７３ｂが設けられている。

表示装置３７０は、対向して設けられた基板５１と基板６１とを有する。表示装置３７０は、表示部６２及び駆動回路部６４を有する。基板５１上には、配線６５等が設けられている。ＦＰＣ７２ａは、配線６５と電気的に接続される。ＦＰＣ７２ａにはＩＣ７３ａが設けられている。

表示部６２及び駆動回路部６４には、配線６５から、信号及び電力が供給される。当該信号及び電力は、外部またはＩＣ７３ａから、ＦＰＣ７２ａを介して配線６５に入力される。

図１０に示す表示装置３７０には、図２（Ａ）に示す表示装置１００Ａを適用することができる。

＜５．表示装置の構成例４＞
図１１に、タッチパネルの一例を示す。図１１（Ａ）は、タッチパネル３５０Ｂの斜視図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）を展開した斜視概略図である。なお、明瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。図１１（Ｂ）では、基板６１を破線で輪郭のみ明示している。

タッチパネル３５０Ｂは、画像を表示する機能と、タッチセンサとしての機能と、を有する、インセル型のタッチパネルである。

タッチパネル３５０Ｂは、対向基板のみに、検知素子を構成する電極等を設けた構成である。このような構成は、別々に作製された表示装置と検知素子とを貼り合わせる構成に比べて、タッチパネルを薄型化もしくは軽量化することができる、または、タッチパネルの部品点数を少なくすることができる。

図１１（Ａ）、（Ｂ）において、入力装置３７６は、基板６１に設けられている。また、入力装置３７６の配線１３７及び配線１３８等は、表示装置３７９に設けられたＦＰＣ７２と電気的に接続する。例えば、接続部６３では、配線１３７（または配線１３８）の１つと、基板５１側に設けられた導電層とが、接続体を介して電気的に接続している。

このような構成とすることで、タッチパネル３５０Ｂに接続するＦＰＣを１つの基板側（ここでは基板５１側）にのみ配置することができる。また、タッチパネル３５０Ｂに２以上のＦＰＣを取り付ける構成としてもよいが、図１１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、タッチパネル３５０Ｂには１つのＦＰＣ７２を設け、ＦＰＣ７２から、表示装置３７９と入力装置３７６の両方に信号を供給する構成とすると、構成をより簡略化できるため好ましい。基板５１側と基板６１側の双方にＦＰＣを接続する場合に比べて、電子機器に組み込みやすく、また、部品点数を削減できる。

ＩＣ７３は入力装置３７６を駆動する機能を有していてもよい。入力装置３７６を駆動するＩＣをさらにＦＰＣ７２上に設けてもよい。または、入力装置３７６を駆動するＩＣを基板５１上に実装してもよい。

入力装置が有する導電層のうち、表示領域６８と重なる導電層には、可視光を透過する材料を用いる。なお、入力装置が有する導電層を非表示領域６６にのみ配置してもよい。入力装置が有する導電層を表示領域６８と重ねない構成とすることで、入力装置が有する導電層の材料の可視光の透過性が限定されない。入力装置が有する導電層に、金属等の抵抗率の低い材料を用いることができる。例えば、タッチセンサの配線及び電極として、メタルメッシュを用いることが好ましい。これにより、タッチセンサの配線及び電極の抵抗を下げることができる。また、大型の表示装置のタッチセンサとして好適である。なお、一般的に金属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暗色にすることができる。したがって、表示面側から視認した場合においても、外光の反射による視認性の低下を抑えることができる。

また、当該配線及び当該電極を、金属層と反射率の小さい層（「暗色層」ともいう。）の積層で形成してもよい。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）、グラフェン等のナノ炭素粒子、並びに、ＰＥＤＯＴ、ポリアニリン、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。

本実施の形態の表示装置は、トランジスタが可視光を透過する領域を有するため、画素の開口率を高めることができる。これにより、表示装置の消費電力を低減させることができる。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。また、本明細書において、１つの実施の形態の中に、複数の構成例が示される場合は、構成例を適宜組み合わせることが可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図１２を用いて説明する。

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。

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。

図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は、画素回路、及び、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１２（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１２（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及びゲート線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Ｃｓ_ＬＣとを示している。

トランジスタＭ１は、データＤ_１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、及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。

なお、図１２（Ａ）に示す回路図において、液晶素子ＬＣはデータＤ_１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１．０×１０^１４Ω・ｃｍ以上とすることが好ましい。

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、及びＺｎを含む酸化物、Ｉｎ及びＺｎを含む酸化物などを好適に用いることができる。また、上記Ｉｎ、Ｇａ、及びＺｎを含む酸化物としては、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。

図１２（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬ及びゲート線ＧＬにそれぞれ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（例えば６０Ｈｚ）で動作する。図１２（Ｂ）に期間Ｔ_１からＴ_３までを表す。各フレーム期間でゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬからデータＤ_１をノードＮＤ１に書き込む動作を行う。この動作は、期間Ｔ_１からＴ_３までで同じデータＤ_１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。

一方、図１２（Ｃ）は、ＩＤＳ駆動モードでの信号線ＳＬ及びゲート線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Ｔ_１で表し、その中でデータの書き込み期間を期間Ｔ_Ｗ、データの保持期間を期間Ｔ_ＲＥＴで表す。ＩＤＳ駆動モードは、期間Ｔ_Ｗでゲート線ＧＬに走査信号を与え、信号線ＳＬのデータＤ_１を書き込み、期間Ｔ_ＲＥＴ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Ｄ_１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。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態３）
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。

＜センサの検知方法の例＞
図１３（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１３（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１３（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乃至Ｘ６、Ｙ１乃至Ｙ６のそれぞれ６本の配線として示している。また図１３（Ａ）は、電極５２１及び電極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。

パルス電圧出力回路５５１は、Ｘ１乃至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乃至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。

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。

なお、パルス電圧出力回路５５１及び電流検出回路５５２の一方または両方を、図１等に示す基板５１上または基板６１上に形成してもよい。例えば、表示部６２や駆動回路部６４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及び電流検出回路５５２の一方または両方を、ＩＣ７３に実装してもよい。

特に、基板５１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。

図１３（Ｂ）には、図１３（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１３（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１３（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乃至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。

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乃至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乃至Ｘ６の配線の電圧の変化に応じてＹ１乃至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。

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。

＜表示装置の駆動方法例＞
図１４（Ａ）は、表示装置の構成例を示すブロック図である。図１４（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１４（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。

図１４（Ｂ）は、図１４（Ａ）で示す表示装置におけるゲート線及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１４（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１４（Ｂ）では、帰線期間等の期間を考慮していない。

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。

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。

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。

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。

＜表示部とタッチセンサの駆動方法の例＞
図１５（Ａ）乃至（Ｄ）は、一例として図１３（Ａ）、（Ｂ）で説明したタッチセンサと、図１４（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１５（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。

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１５（Ａ）に示すように、表示部及びタッチセンサの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１５（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。

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。

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１５（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。

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。

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１５（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１５（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。

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。

図１６（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１６（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。

また、画素ｐｉｘに適用されるトランジスタに、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体を用いる場合、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。

図１６（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１６（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１６（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１６（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。

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及びソース駆動回路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。

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。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることができる金属酸化物について説明する。なお、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いる場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と読み替えてもよい。

酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、非単結晶酸化物半導体と、に分けられる。非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（ｃ−ａｘｉｓ−ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、及び非晶質酸化物半導体などがある。

また、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層には、ＣＡＣ−ＯＳ（Ｃｌｏｕｄ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）を用いてもよい。

なお、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層は、上述した非単結晶酸化物半導体またはＣＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。また、非単結晶酸化物半導体としては、ｎｃ−ＯＳまたはＣＡＡＣ−ＯＳを好適に用いることができる。

なお、本発明の一態様では、トランジスタの半導体層として、ＣＡＣ−ＯＳを用いると好ましい。ＣＡＣ−ＯＳを用いることで、トランジスタに高い電気特性または高い信頼性を付与することができる。

以下では、ＣＡＣ−ＯＳの詳細について説明する。

ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、材料の一部では導電性の機能と、材料の一部では絶縁性の機能とを有し、材料の全体では半導体としての機能を有する。なお、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅを、トランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、導電性の機能は、キャリアとなる電子（またはホール）を流す機能であり、絶縁性の機能は、キャリアとなる電子を流さない機能である。導電性の機能と、絶縁性の機能とを、それぞれ相補的に作用させることで、スイッチングさせる機能（Ｏｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅに付与することができる。ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、それぞれの機能を分離させることで、双方の機能を最大限に高めることができる。

また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、導電性領域、及び絶縁性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察される場合がある。

また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅにおいて、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下のサイズで材料中に分散している場合がある。

また、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、異なるバンドギャップを有する成分により構成される。例えば、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、絶縁性領域に起因するワイドギャップを有する成分と、導電性領域に起因するナローギャップを有する成分と、により構成される。当該構成の場合、キャリアを流す際に、ナローギャップを有する成分において、主にキャリアが流れる。また、ナローギャップを有する成分が、ワイドギャップを有する成分に相補的に作用し、ナローギャップを有する成分に連動してワイドギャップを有する成分にもキャリアが流れる。このため、上記ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、及び高い電界効果移動度を得ることができる。

すなわち、ＣＡＣ−ＯＳまたはＣＡＣ−ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材（ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）と呼称することもできる。

ＣＡＣ−ＯＳは、例えば、金属酸化物を構成する元素が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、金属酸化物において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下、好ましくは、１ｎｍ以上２ｎｍ以下またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状またはパッチ状ともいう。

なお、金属酸化物は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウム及び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種または複数種が含まれていてもよい。

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、ＩｎＯ_Ｘ１（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、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２（Ｘ２、Ｙ２、及びＺ２は０よりも大きい実数）とする。）と、ガリウム酸化物（以下、ＧａＯ_Ｘ３（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、Ｇａ_Ｘ４Ｚｎ_Ｙ４Ｏ_Ｚ４（Ｘ４、Ｙ４、及び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ＩｎＯ_Ｘ１、またはＩｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２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。

つまり、ＣＡＣ−ＯＳは、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合金属酸化物である。なお、本明細書において、例えば、第１の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比が、第２の領域の元素Ｍに対するＩｎの原子数比よりも大きいことを、第１の領域は、第２の領域と比較して、Ｉｎの濃度が高いとする。

なお、ＩＧＺＯは通称であり、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯによる１つの化合物をいう場合がある。代表例として、ＩｎＧａＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ１（ｍ１は自然数）、またはＩｎ_{（１＋ｘ０）}Ｇａ_{（１−ｘ０）}Ｏ_３（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。

上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはＣＡＡＣ（ｃ−ａｘｉｓ ａｌｉｇｎｅｄ ｃｒｙｓｔａｌ）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。

一方、ＣＡＣ−ＯＳは、金属酸化物の材料構成に関する。ＣＡＣ−ＯＳとは、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎ、及びＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。従って、ＣＡＣ−ＯＳにおいて、結晶構造は副次的な要素である。

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。

なお、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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。

なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、ＣＡＣ−ＯＳは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。

ＣＡＣ−ＯＳは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、ＣＡＣ−ＯＳをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス（代表的にはアルゴン）、酸素ガス、及び窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ましくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。

ＣＡＣ−ＯＳは、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定法のひとつであるＯｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法によるθ／２θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、Ｘ線回折から、測定領域のａ−ｂ面方向、及びｃ軸方向の配向は見られないことが分かる。

またＣＡＣ−ＯＳは、プローブ径が１ｎｍの電子線（ナノビーム電子線ともいう。）を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。従って、電子線回折パターンから、ＣＡＣ−ＯＳの結晶構造が、平面方向、及び断面方向において、配向性を有さないｎｃ（ｎａｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することがわかる。

また例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ−ＯＳでは、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて取得したＥＤＸマッピングにより、ＧａＯ_Ｘ３が主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。

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、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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。

ここで、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１が主成分である領域は、ＧａＯ_Ｘ３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、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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。

一方、ＧａＯ_Ｘ３などが主成分である領域は、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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、ＧａＯ_Ｘ３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。

従って、ＣＡＣ−ＯＳを半導体素子に用いた場合、ＧａＯ_Ｘ３などに起因する絶縁性と、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎＯ_Ｘ１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（Ｉ_ｏｎ）、及び高い電界効果移動度（μ）を実現することができる。

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。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態５）
本実施の形態では、本発明の一態様の電子機器について説明する。

電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、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、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。

図１７（Ａ）〜（Ｃ）に、携帯情報端末を示す。本実施の形態の携帯情報端末は、例えば、電話機、手帳、または情報閲覧装置等から選ばれた一つまたは複数の機能を有する。具体的には、スマートフォンまたはスマートウォッチとして用いることができる。本実施の形態の携帯情報端末は、例えば、移動電話、電子メール、文章閲覧及び作成、音楽再生、動画再生、インターネット通信、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。図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す携帯情報端末は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能、無線通信機能、無線通信機能を用いて様々なコンピュータネットワークに接続する機能、無線通信機能を用いて様々なデータの送信または受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出して表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す携帯情報端末が有する機能はこれらに限定されず、その他の機能を有していてもよい。

図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す携帯情報端末は、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。また、図１７（Ａ）〜（Ｃ）に示す携帯情報端末は、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、図１７（Ｃ）に示す腕時計型の携帯情報端末８２０は、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。

図１７（Ａ）に示す携帯情報端末８００は、筐体８１１、表示部８１２、操作ボタン８１３、外部接続ポート８１４、スピーカ８１５、マイク８１６等を有する。携帯情報端末８００の表示部８１２は平面を有する。

図１７（Ｂ）に示す携帯情報端末８１０は、筐体８１１、表示部８１２、操作ボタン８１３、外部接続ポート８１４、スピーカ８１５、マイク８１６、カメラ８１７等を有する。携帯情報端末８１０の表示部８１２は曲面を有する。

図１７（Ｃ）に、腕時計型の携帯情報端末８２０を示す。携帯情報端末８２０は、筐体８１１、表示部８１２、スピーカ８１５、操作キー８１８（電源スイッチまたは操作スイッチを含む）等を有する。携帯情報端末８２０の表示部８１２の外形は円形状である。携帯情報端末８２０の表示部８１２は、平面を有する。

本発明の一態様の表示装置を、表示部８１２に用いることができる。これにより、開口率が高い表示部を有する携帯情報端末を作製することができる。

本実施の形態の携帯情報端末は、表示部８１２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部８１２に触れることで行うことができる。

また、操作ボタン８１３の操作により、電源のＯＮ、ＯＦＦ動作や、表示部８１２に表示される画像の種類の切り替えを行うことができる。例えば、メール作成画面から、メインメニュー画面に切り替えることができる。

また、携帯情報端末の内部に、ジャイロセンサまたは加速度センサ等の検出装置を設けることで、携帯情報端末の向き（縦か横か）を判断して、表示部８１２の画面表示の向きを自動的に切り替えることができる。また、画面表示の向きの切り替えは、表示部８１２に触れること、操作ボタン８１３の操作、またはマイク８１６を用いた音声入力等により行うこともできる。

図１８（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７１０２が組み込まれている。表示部７１０２では、映像を表示することが可能である。本発明の一態様の表示装置を表示部７１０２に用いることができる。これにより、開口率が高い表示部を有するテレビジョン装置を作製することができる。また、ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。

テレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。リモコン操作機７１１１が備える操作キーにより、チャンネルや音量の操作を行うことができ、表示部７１０２に表示される映像を操作することができる。また、リモコン操作機７１１１に、当該リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を設ける構成としてもよい。

なお、テレビジョン装置７１００は、受信機やモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができ、さらにモデムを介して有線又は無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）又は双方向（送信者と受信者間、あるいは受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。

図１８（Ｂ）に示すコンピュータ７２００は、本体７２０１、筐体７２０２、表示部７２０３、キーボード７２０４、外部接続ポート７２０５、ポインティングデバイス７２０６等を含む。なお、コンピュータは、本発明の一態様の表示装置をその表示部７２０３に用いることにより作製される。これにより、開口率が高い表示部を有するコンピュータを作製することができる。

図１８（Ｃ）に示すカメラ７３００は、筐体７３０１、表示部７３０２、操作ボタン７３０３、シャッターボタン７３０４等を有する。またカメラ７３００には、着脱可能なレンズ７３０６が取り付けられている。

本発明の一態様の表示装置を、表示部７３０２に用いることができる。これにより、開口率が高い表示部を有するカメラを作製することができる。

ここではカメラ７３００を、レンズ７３０６を筐体７３０１から取り外して交換することが可能な構成としたが、レンズ７３０６と筐体７３０１とが一体となっていてもよい。

カメラ７３００は、シャッターボタン７３０４を押すことにより、静止画または動画を撮像することができる。また、表示部７３０２はタッチパネルとしての機能を有し、表示部７３０２をタッチすることにより撮像することも可能である。

なお、カメラ７３００は、ストロボ装置や、ビューファインダーなどを別途装着することができる。または、これらが筐体７３０１に組み込まれていてもよい。

本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

本実施例では、本発明の一態様の表示装置の表示部及び走査線駆動回路部の断面構造を検討し、表示領域に配置するトランジスタと画素電極のコンタクト部の光の透過率の評価を行った結果について説明する。

図１９に、本実施例の表示装置の表示部及び走査線駆動回路部の断面構造を示す。

図１９に示す表示装置は、縦電界方式の液晶素子を用いた透過型の液晶表示装置の一例である。

図１９に示すように、表示装置は、基板５１、トランジスタ２０１、トランジスタ２０６、液晶素子４０、容量素子２１９、配向膜１３３ａ、配向膜１３３ｂ、接続部２０４、接着層１４１、着色層１３１、遮光層１３２、オーバーコート１２１、基板６１、及び偏光板１３０等を有する。

表示部６２は、トランジスタ２０６、液晶素子４０、及び容量素子２１９を有する。

トランジスタ２０６は、ゲート２２１、絶縁層２１３、導電層２２２ａ、導電層２２２ｃ、及び半導体層２３１を有する。

導電層２２２ａ及び導電層２２２ｃは、それぞれ、半導体層２３１と接続している。

液晶素子４０は、ＶＡモードが適用された液晶素子である。液晶素子４０は、画素電極１１１、共通電極１１２、及び液晶層１１３を有する。液晶層１１３は、画素電極１１１と共通電極１１２の間に位置する。

画素電極１１１は、導電層２２２ｃを介して、トランジスタ２０６が有する半導体層２３１と電気的に接続される。

導電層２２２ｃは、容量素子２１９が有する一対の電極の一方として機能する。導電層２１７ａは、容量素子２１９が有する一対の電極の他方として機能する。導電層２２２ｃと導電層２１７ａは、絶縁層２１３を介して重なっている。導電層２１７ｂと導電層２１８とは接続されている。

ここで、半導体層２３１、導電層２２２ｃ、導電層２１７ａ、導電層２１７ｂ、及び導電層２１８には、可視光を透過する導電性材料を用いる。導電層２１７ａと導電層２１７ｂは同一の工程及び同一の材料で形成することができる。導電層２１８と導電層２２２ｃは同一の工程及び同一の材料で形成することができる。これにより、画素電極１１１とトランジスタ２０６のコンタクト部、導電層２１７ｂと導電層２１８のコンタクト部、及び、容量素子２１９を表示領域６８に配置することができる。したがって、開口率を高めることができる。

図１９に示すトランジスタ２０６の各層の材料の一例及び形成方法の一例について説明する。

まず、導電層２１７ａ及び導電層２１７ｂとして、可視光を透過する導電膜（例えば、ＩＴＳＯ）を形成し、続けて、ゲート２２１として、スパッタリング法を用いて、Ｃｕ膜等の金属膜を形成する。当該金属膜は、走査線としても機能する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおけるゲート配線も形成することができる。

次に、ゲート絶縁層である絶縁層２１３として、窒化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜とを積層して形成する。次に、半導体層２３１として、スパッタリング法を用いて、ＣＡＣ−ＯＳ膜とＣＡＡＣ−ＯＳ膜を積層して形成する。ＣＡＣ−ＯＳ膜上に、薬液耐性及びプラズマ耐性の高いＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することで、トランジスタ作製工程中に、半導体層２３１がダメージを受けにくくなる。次に、ソース電極またはドレイン電極である導電層２２２ｃとして、スパッタリング法を用いて、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。半導体層２３１と導電層２２２ｃとは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成することができる。導電層２２２ｃを形成する際に、半導体層２３１がエッチングされないよう選択比を高めるため、エッチング液に、半導体層２３１を形成する際とは異なる材料を用いることが好ましい。また、当該インジウム亜鉛酸化物膜を用いて、同一工程で、導電層２１８も形成することができる。

次に、スパッタリング法を用いて、信号線及び導電層２２２ａとして、Ｃｕ膜等の金属膜を形成する。また、当該金属膜を用いて、同一工程で、周辺回路のトランジスタにおけるソース配線及びドレイン配線も形成することができる。

次に、パッシベーション膜である絶縁層２１２及び絶縁層２１４として、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層して形成する。その後、平坦化機能を有する絶縁層２１５として、アクリル樹脂を塗布し、開口部（コンタクト開口）を形成する。そして、画素電極１１１として、ＩＴＯ膜を形成する。

なお、画素が有するトランジスタのゲート電極には、走査線として形成するＣｕ膜を用いることが好ましい。これにより、バックライトからの光がチャネル形成領域に照射されることを抑制できる。図７において、トランジスタ２０６と画素電極１１１とのコンタクト部、及び、容量素子２１９は、可視光を透過できる構成である。

図１９における、領域１３９に用いることができる積層構造を作製し、光の透過率の測定した結果について、図２０に示す。なお、図２０には、ガラス（基板５１）の光の透過率についても示す。透過率は、分光光度計Ｕ−４１００（株式会社日立ハイテクサイエンス社製）を用いて測定した。

図２０に示すように、本発明の一態様において、開口率を高めるために形成した積層構造が、可視光を透過することを確認できた。これにより、トランジスタ２０６と画素電極１１１とのコンタクト部、及び、容量素子２１９等を、可視光を透過する材料を用いて形成することで、バックライトの消費電力を削減できることが示唆された。

本実施例では、本発明の一態様の表示装置の表示部及び走査線駆動回路部の断面構造を検討し、表示領域に配置するトランジスタの光の透過率の評価を行った結果について説明する。

図２１（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）及び図２２（Ａ１）、（Ｂ１）、（Ｃ１）、（Ｄ１）を用いて、本実施例の表示装置の表示部が有するトランジスタの作製方法を説明する。図２１（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）及び図２２（Ａ２）、（Ｂ２）、（Ｃ２）、（Ｄ２）を用いて、本実施例の表示装置の走査線駆動回路部が有するトランジスタの作製方法を説明する。

まず、基板５１上に導電層２１７ｓを形成し、導電層２１７ｓ上に導電層２２４ｓを形成する（図２１（Ａ１）、（Ａ２））。導電層２１７ｓは、可視光を透過する導電性材料（例えば、ＩＴＳＯ）を用いて形成する。導電層２２４ｓは、金属など、導電層２１７ｓよりも抵抗の低い導電性材料を用いて形成することが好ましい。例えば、導電層２２４ｓとして、スパッタリング法を用いて、Ｃｕ膜等の金属膜を形成する。

次に、導電層２１７ｓ及び導電層２２４ｓを加工し、ゲートを形成する（図２１（Ｂ１）、（Ｂ２））。表示部には、島状の導電層２１７を形成し（図２１（Ｂ１））、走査線駆動回路部には、島状の導電層２１７と島状の導電層２２４との積層構造を形成する（図２１（Ｂ２））。ゲートの形成には、多階調マスク（ハーフトーンマスク、グレートーンマスク等）を用いることが好ましい。多階調マスクを用いると、マスクの数を増やすことなく、表示部に可視光を透過するゲートを形成し、走査線駆動回路部に抵抗の低いゲート及びゲート配線を形成できる。

次に、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１３を形成し、絶縁層２１３上に半導体層２３１を形成する（図２１（Ｃ１）、（Ｃ２））。本実施例では、絶縁層２１３として、窒化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜とを積層して形成する。本実施例では、半導体層２３１として、スパッタリング法を用いて、ＣＡＣ−ＯＳ膜とＣＡＡＣ−ＯＳ膜を積層して形成する。ＣＡＣ−ＯＳ膜上に、薬液耐性及びプラズマ耐性の高いＣＡＡＣ−ＯＳ膜を形成することで、トランジスタ作製工程中に、半導体層２３１がダメージを受けにくくなる。酸化物半導体を用いることで、可視光を透過する半導体層２３１を形成できる。

次に、導電層２２２ｓを形成し、導電層２２２ｓ上に導電層２２２ｔを形成する（図２２（Ａ１）、（Ａ２））。導電層２２２ｓは、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。本実施例では、導電層２２２ｓとして、インジウム亜鉛酸化物膜を形成する。導電層２２２ｔは、金属など、導電層２２２ｓよりも抵抗の低い導電性材料を用いて形成することが好ましい。

次に、導電層２２２ｓ及び導電層２２２ｔを加工し、ソース及びドレインを形成する（図２２（Ｂ１）、（Ｂ２））。表示部及び走査線駆動回路部には、それぞれ半導体層２３１の一部と接続する、島状の導電層２２２ｂ及び島状の導電層２２２ｃを形成する（図２２（Ｂ１）、（Ｂ２））。表示部において、導電層２２２ｔが残存する部分は、島状の導電層２２２ｂの一部と接続する島状の導電層２２２ａのみであり、トランジスタの多くの部分が可視光を透過する構成である（図２２（Ｂ１））。一方、走査線駆動回路部において、島状の導電層２２２ｂ及び島状の導電層２２２ｃ上には、導電層２２２ｔを加工することで形成された、島状の導電層２２２ａ及び島状の導電層２２２ｄが設けられる（図２２（Ｂ２））。ソース及びドレインの形成には、ゲートの形成と同様に、多階調マスクを用いることが好ましい。多階調マスクを用いると、マスクの数を増やすことなく、表示部に可視光を透過するソース及びドレインを形成し、駆動回路部に抵抗の低いソース、ドレイン、ソース配線、及びドレイン配線を形成できる。半導体層２３１、ソース、及びドレインは、それぞれ、ウエットエッチングによって形成することができる。ソース及びドレインを形成する際に、半導体層２３１がエッチングされないよう選択比を高めるため、エッチング液に、半導体層２３１を形成する際とは異なる材料を用いることが好ましい。

次に、ゲート絶縁層として機能する絶縁層２１２を形成し、絶縁層２１２上にゲート２２３を形成する。ゲート２２３は、可視光を透過する導電性材料を用いて形成する。本実施例では、絶縁層２１２として、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、酸化窒化シリコン膜と窒化シリコン膜とを積層して形成する。図２２（Ｃ１）、（Ｃ２）に示すように、ゲート２２３は、走査線駆動回路部にのみ設けてもよい。また、図２２（Ｄ１）、（Ｄ２）に示すように、ゲート２２３は、表示部と走査線駆動回路部との双方に設けてもよい。

以上により、本実施例の表示装置が有するトランジスタを作製できる。

図２２（Ｃ１）における、領域１４０に用いることができる積層構造を作製し、光の透過率の測定した結果について、図２３に示す。なお、図２３には、ガラス（基板５１）の光の透過率についても示す。透過率は、分光光度計Ｕ−４１００（株式会社日立ハイテクサイエンス社製）を用いて測定した。

図２３に示すように、本発明の一態様において、開口率を高めるために形成した積層構造が、可視光を透過することを確認できた。これにより、表示部のトランジスタの多くの部分を、可視光を透過する材料を用いて形成することで、バックライトの消費電力を削減できることが示唆された。

３４ 容量素子
４０ 液晶素子
４５ 光
５１ 基板
６１ 基板
６２ 表示部
６３ 接続部
６４ 駆動回路部
６５ 配線
６６ 非表示領域
６８ 表示領域
７２ ＦＰＣ
７２ａ ＦＰＣ
７２ｂ ＦＰＣ
７３ ＩＣ
７３ａ ＩＣ
７３ｂ ＩＣ
８１ 走査線
８２ 信号線
１００Ａ 表示装置
１００Ｂ 表示装置
１００Ｃ 表示装置
１００Ｄ 表示装置
１１１ 画素電極
１１２ 共通電極
１１３ 液晶層
１２１ オーバーコート
１２７ 電極
１２８ 電極
１３０ 偏光板
１３１ 着色層
１３２ 遮光層
１３３ａ 配向膜
１３３ｂ 配向膜
１３７ 配線
１３８ 配線
１３９ 領域
１４０ 領域
１４１ 接着層
１６２ 基板
２０１ トランジスタ
２０４ 接続部
２０６ トランジスタ
２１２ 絶縁層
２１３ 絶縁層
２１４ 絶縁層
２１５ 絶縁層
２１７ 導電層
２１７ａ 導電層
２１７ｂ 導電層
２１７ｓ 導電層
２１８ 導電層
２１９ 容量素子
２２０ 絶縁層
２２１ ゲート
２２２ａ 導電層
２２２ｂ 導電層
２２２ｃ 導電層
２２２ｄ 導電層
２２２ｓ 導電層
２２２ｔ 導電層
２２３ ゲート
２２４ 導電層
２２４ｓ 導電層
２２８ 走査線
２２９ 信号線
２３１ 半導体層
２３１ａ 第１の金属酸化物層
２３１ｂ 第２の金属酸化物層
２４２ 接続体
２４４ 容量線
２５１ 導電層
３５０Ａ タッチパネル
３５０Ｂ タッチパネル
３７０ 表示装置
３７５ 入力装置
３７６ 入力装置
３７９ 表示装置
５０１ 表示素子
５０６ 画素回路
５２１ 電極
５２２ 電極
５５１ パルス電圧出力回路
５５２ 電流検出回路
５５３ 容量
８００ 携帯情報端末
８１０ 携帯情報端末
８１１ 筐体
８１２ 表示部
８１３ 操作ボタン
８１４ 外部接続ポート
８１５ スピーカ
８１６ マイク
８１７ カメラ
８１８ 操作キー
８２０ 携帯情報端末
７１００ テレビジョン装置
７１０１ 筐体
７１０２ 表示部
７１０３ スタンド
７１１１ リモコン操作機
７２００ コンピュータ
７２０１ 本体
７２０２ 筐体
７２０３ 表示部
７２０４ キーボード
７２０５ 外部接続ポート
７２０６ ポインティングデバイス
７３００ カメラ
７３０１ 筐体
７３０２ 表示部
７３０３ 操作ボタン
７３０４ シャッターボタン
７３０６ レンズ

Claims (13)

1. 液晶素子、トランジスタ、走査線、及び信号線を有する表示装置であり、
   前記液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有し、
   前記走査線及び前記信号線は、それぞれ、前記トランジスタと電気的に接続され、
   前記走査線及び前記信号線は、それぞれ、金属層を有し、
   前記トランジスタは、前記画素電極と電気的に接続され、
   前記トランジスタの半導体層は、第１の金属酸化物層と第２の金属酸化物層とを積層して有し、
   前記第１の金属酸化物層は、前記第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有し、
   前記トランジスタは、前記画素電極と接続される第１の領域を有し、
   前記画素電極、前記共通電極、及び前記第１の領域は、可視光を透過する機能を有し、
   前記可視光は、前記第１の領域及び前記液晶素子を透過して、前記表示装置の外部に射出される、表示装置。
2. 液晶素子、トランジスタ、走査線、及び信号線を有する表示装置であり、
   前記液晶素子は、画素電極、液晶層、及び共通電極を有し、
   前記走査線及び前記信号線は、それぞれ、前記トランジスタと電気的に接続され、
   前記走査線及び前記信号線は、それぞれ、金属層を有し、
   前記トランジスタは、前記画素電極と電気的に接続され、
   前記トランジスタは、ゲート電極と、前記ゲート電極上の絶縁層と、前記絶縁層上の半導体層と、前記半導体層上の一対の電極と、を有し、
   前記半導体層は、第１の金属酸化物層と、前記第１の金属酸化物層上の第２の金属酸化物層と、を有し、
   前記第１の金属酸化物層は、前記第２の金属酸化物層よりも結晶性が低い領域を有し、
   前記トランジスタは、前記画素電極と接続される第１の領域を有し、
   前記画素電極、前記共通電極、及び前記第１の領域は、可視光を透過する機能を有し、
   前記可視光は、前記第１の領域及び前記液晶素子を透過して、前記表示装置の外部に射出される、表示装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１の金属酸化物層と前記第２の金属酸化物層は、それぞれ独立に、インジウムと、金属Ｍ（Ｍは、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、またはスズ）と、亜鉛と、を有する、表示装置。
4. 請求項３において、
   前記インジウム、前記金属Ｍ、及び前記亜鉛の原子数の比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝４：ｘ：ｙのとき、前記ｘが１．５以上２．５以下であり、且つ前記ｙが２以上４以下である、表示装置。
5. 請求項３において、
   前記インジウム、前記金属Ｍ、及び前記亜鉛の原子数の比がＩｎ：Ｍ：Ｚｎ＝５：ｘ：ｙのとき、前記ｘが０．５以上１．５以下であり、且つ前記ｙが５以上７以下である、表示装置。
6. 請求項１乃至５のいずれか一において、
   前記第２の金属酸化物層は、結晶部を有し、
   前記結晶部は、ｃ軸配向性を有する、表示装置。
7. 請求項１乃至６のいずれか一において、
   さらに、タッチセンサを有し、
   前記タッチセンサは、前記液晶素子及び前記トランジスタよりも表示面側に位置する、表示装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか一において、
   前記走査線は、前記半導体層と重なる部分を有する、表示装置。
9. 請求項１乃至８のいずれか一において、
   前記可視光は、前記第１の領域、前記液晶素子の順に透過して、前記表示装置の外部に射出される、表示装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか一において、
    前記可視光は、前記液晶素子、前記第１の領域の順に透過して、前記表示装置の外部に射出される、表示装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか一において、
    前記走査線が伸長する方向は、前記信号線が伸長する方向と交差し、
    同一の色を呈する複数の画素が配設される方向は、前記信号線が伸長する方向と交差する、表示装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一に記載の表示装置と、
    回路基板と、を有する表示モジュール。
13. 請求項１２に記載の表示モジュールと、
    アンテナ、バッテリ、筐体、カメラ、スピーカ、マイク、または操作ボタンの少なくともいずれか一と、を有する、電子機器。

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