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図面 (20)

課題

新規な構成の液晶表示装置を提供すること。

解決手段

画素に、ハイレベル(又はローレベル)の電位を保持する第1の回路と、ローレベル(又はハイレベル)の電位を保持する第2の回路と、を設ける。第1の回路及び第2の回路を構成するトランジスタは、半導体層酸化物半導体を有するトランジスタとする。第2の回路では、ハイレベルの電位が与えられることで初期化され、次いで第1の回路にデータ電圧が与えられることで、該データ電圧に応じて、前記第2の回路で保持したハイレベルの電圧が変化するか否かが制御される。第1の回路で保持される電位は第1のトランジスタに、第2の回路で保持される電位は第2のトランジスタに、それぞれ与えられる。

概要

背景

消費電力の低減を図るため、画素内にメモリを備えた反射型液晶表示装置が提案されている(特許文献1参照)。

概要

新規な構成の液晶表示装置を提供すること。各画素に、ハイレベル(又はローレベル)の電位を保持する第1の回路と、ローレベル(又はハイレベル)の電位を保持する第2の回路と、を設ける。第1の回路及び第2の回路を構成するトランジスタは、半導体層酸化物半導体を有するトランジスタとする。第2の回路では、ハイレベルの電位が与えられることで初期化され、次いで第1の回路にデータ電圧が与えられることで、該データ電圧に応じて、前記第2の回路で保持したハイレベルの電圧が変化するか否かが制御される。第1の回路で保持される電位は第1のトランジスタに、第2の回路で保持される電位は第2のトランジスタに、それぞれ与えられる。

目的

本発明の一態様は、消費電力を低減できる、新規な構成の液晶表示装置等を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
0件

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請求項1

第1の電位及び第2の電位を有するデータ電圧のうち、いずれか一方の電位を保持する第1の回路と、前記データ電圧のうち、いずれか他方の電位を保持する第2の回路と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有する画素を設け、前記第1のトランジスタのゲートには、前記データ電圧が有する前記一方の電位が与えられ、前記第2のトランジスタのゲートには、前記データ電圧が有する前記他方の電位が与えられ、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方には、画素電極としての機能を有する導電層電気的に接続され、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方には、液晶層で光を透過するための信号が与えられる配線に電気的に接続され、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方には、前記液晶層で光を非透過とするための信号が与えられる配線に電気的に接続され、前記第1の回路及び前記第2の回路が有するトランジスタの半導体層は、酸化物半導体層を有する半導体層であることを特徴とする液晶表示装置

請求項2

請求項1において、前記第1の回路は、第3のトランジスタ、及び第1の容量素子を有し、前記第2の回路は、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ及び第2の容量素子を有し、前記第1の回路が有する前記第3のトランジスタのゲートは、走査信号が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、前記データ電圧が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方は、前記第5のトランジスタのゲート、前記第1の容量素子の一方の電極、及び前記第1のトランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項3

請求項2において、前記第4のトランジスタのゲートは、リセット信号が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、前記第1の電位が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソース及びドレインの他方、前記第2の容量素子の一方の電極、及び前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、前記第5のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第2の電位が与えられる配線に電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項4

請求項2又は3において、前記第1の容量素子の他方の電極、及び前記第2の容量素子の他方の電極は、前記第2の電位が与えられる配線に電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか一において、前記第1の電位は、前記液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも低い電位であることを特徴とする液晶表示装置。

請求項6

請求項1乃至5のいずれか一において、前記第2の電位は、前記液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも高い電位であることを特徴とする液晶表示装置。

請求項7

第1の電位及び第2の電位を有するデータ電圧のうち、いずれか一方の電位を保持する第1の回路と、前記データ電圧のうち、いずれか他方の電位を保持する第2の回路と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有する画素を設け、前記第1のトランジスタのゲートには、前記データ電圧が有する前記一方の電位が与えられ、前記第2のトランジスタのゲートには、前記データ電圧が有する前記他方の電位が与えられ、前記第1のトランジスタ及び前記第2のトランジスタのソース及びドレインの一方には、画素電極としての機能を有する導電層に電気的に接続され、前記第1のトランジスタのソース及びドレインの他方には、液晶層で光を透過するための信号が与えられる配線に電気的に接続され、前記第2のトランジスタのソース及びドレインの他方には、前記液晶層で光を非透過とするための信号が与えられる配線に電気的に接続され、前記第1の電位は、前記第2の電位より大きい電位であり、前記第1の回路は、前記走査信号が与えられて前記第2の電位を保持し、その後前記第1の回路に前記データ電圧が与えられることで、第1の電位又は第2の電位を保持することが制御される回路であり、前記第2の回路は、リセット信号が与えられて前記第1の電位を保持し、その後前記第1の回路に前記データ電圧が与えられることで、前記第1の回路とは異なる電位を保持することが制御される回路であり、前記第1の回路及び前記第2の回路が有するトランジスタの半導体層は、酸化物半導体層を有する半導体層であることを特徴とする液晶表示装置。

請求項8

請求項7において、前記第1の回路は、第3のトランジスタ、及び第1の容量素子を有し、前記第2の回路は、第4のトランジスタ、第5のトランジスタ及び第2の容量素子を有し、前記第1の回路が有する前記第3のトランジスタのゲートは、前記走査信号が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、前記データ電圧が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方は、前記第5のトランジスタのゲート、前記第1の容量素子の一方の電極、及び前記第1のトランジスタのゲートに電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項9

請求項8において、前記第4のトランジスタのゲートは、前記リセット信号が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの一方は、前記第1の電位が与えられる配線に電気的に接続され、ソース及びドレインの他方は、前記第5のトランジスタのソース及びドレインの他方、前記第2の容量素子の一方の電極、及び前記第2のトランジスタのゲートに電気的に接続され、前記第5のトランジスタのソース及びドレインの一方は、前記第2の電位が与えられる配線に電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項10

請求項8又は9において、前記第1の容量素子の他方の電極、及び前記第2の容量素子の他方の電極は、前記第2の電位が与えられる配線に電気的に接続されることを特徴とする液晶表示装置。

請求項11

請求項7乃至10のいずれか一において、前記第1の電位は、前記液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも低い電位であることを特徴とする液晶表示装置。

請求項12

請求項7乃至11のいずれか一において、前記第2の電位は、前記液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも高い電位であることを特徴とする液晶表示装置。

請求項13

請求項1乃至12のいずれか一において、前記画素電極は、反射電極であることを特徴とする液晶表示装置。

技術分野

0001

本発明の一態様は、表示装置、特に液晶表示装置に関する。

0002

なお本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。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)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する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、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。

背景技術

0003

消費電力の低減を図るため、画素内にメモリを備えた反射型の液晶表示装置が提案されている(特許文献1参照)。

先行技術

0004

特開2005−236814号公報

発明が解決しようとする課題

0005

特許文献1の構成にあるように、画素内にSRAM(Static Random Access Memory)に相当するメモリを設ける場合、画素の高精細化が進むとSRAMを構成するトランジスタ微細化が求められるため、トランジスタを流れるリーク電流が大きくなってしまう。そのため、消費電力の低減が難しくなるといった問題が生じる。

0006

そこで、本発明の一態様は、消費電力を低減できる、新規な構成の液晶表示装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、画素内のトランジスタを流れるオフ電流が低減された、新規な構成の液晶表示装置等を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、新規な液晶表示装置等を提供することを課題の一とする。

0007

なお本発明の一態様の課題は、上記列挙した課題に限定されない。上記列挙した課題は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお他の課題は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない課題である。本項目で言及していない課題は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した課題、及び/又は他の課題のうち、少なくとも一つの課題を解決するものである。

課題を解決するための手段

0008

本発明の一態様は、第1の電位及び第2の電位を有するデータ電圧のうち、いずれか一方の電位を保持する第1の回路と、データ電圧のうち、いずれか他方の電位を保持する第2の回路と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有する画素を設け、第1のトランジスタのゲートには、データ電圧が有する一方の電位が与えられ、第2のトランジスタのゲートには、データ電圧が有する他方の電位が与えられ、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのソース及びドレインの一方は、画素電極としての機能を有する導電層電気的に接続され、第1のトランジスタのソース及びドレインの他方は、液晶層で光を透過するための信号が与えられる配線に電気的に接続され、第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は、液晶層で光を非透過とするための信号が与えられる配線に電気的に接続され、第1の回路及び第2の回路が有するトランジスタの半導体層は、酸化物半導体層である、液晶表示装置である。

0009

本発明の一態様は、第1の電位及び第2の電位を有するデータ電圧のうち、いずれか一方の電位を保持する第1の回路と、データ電圧のうち、いずれか他方の電位を保持する第2の回路と、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有する画素を設け、第1のトランジスタのゲートには、データ電圧が有する一方の電位が与えられ、第2のトランジスタのゲートには、データ電圧が有する他方の電位が与えられ、第1のトランジスタ及び第2のトランジスタのソース及びドレインの一方は、画素電極としての機能を有する導電層に電気的に接続され、第1のトランジスタのソース及びドレインの他方は、液晶層で光を透過するための信号が与えられる配線に電気的に接続され、第2のトランジスタのソース及びドレインの他方は、液晶層で光を非透過とするための信号が与えられる配線に電気的に接続され、第1の電位は、第2の電位より大きい電位であり、第1の回路は、走査信号が与えられて第2の電位を保持し、その後第1の回路にデータ電圧が与えられることで、第1の電位又は第2の電位を保持することが制御される回路であり、第2の回路は、リセット信号が与えられて第1の電位を保持し、その後第1の回路にデータ電圧が与えられることで、第1の回路とは異なる電位を保持することが制御される回路であり、第1の回路及び第2の回路が有するトランジスタの半導体層は、酸化物半導体層である、液晶表示装置である。

発明の効果

0010

本発明の一態様により、消費電力を低減できる、新規な構成の液晶表示装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、画素内のトランジスタを流れるオフ電流が低減された、新規な構成の液晶表示装置等を提供することができる。または、本発明の一態様は、新規な液晶表示装置等を提供することができる。

0011

なお本発明の一態様の効果は、上記列挙した効果に限定されない。上記列挙した効果は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお他の効果は、以下の記載で述べる、本項目で言及していない効果である。本項目で言及していない効果は、当業者であれば明細書又は図面等の記載から導き出せるものであり、これらの記載から適宜抽出することができる。なお、本発明の一態様は、上記列挙した効果、及び/又は他の効果のうち、少なくとも一つの効果を有するものである。従って本発明の一態様は、場合によっては、上記列挙した効果を有さない場合もある。

図面の簡単な説明

0012

本発明の一態様を説明するための回路図及びタイミングチャート図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための波形模式図である。
本発明の一態様を説明するためのブロック図である。
本発明の一態様を説明するためのブロック図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための断面模式図である。
本発明の一態様を説明するための断面模式図である。
液晶表示装置の駆動方法の一例を示す概念図である。
表示モジュールを説明する図である。
実施の形態に係る、電子機器外観図を説明する図である。
実施の形態に係る、電子機器の外観図を説明する図である。
酸化物半導体の断面TEM像および局所的なフーリエ変換像である。
酸化物半導体膜ナノビーム電子回折パターンを示す図、および透過電子回折測定装置の一例を示す図である。
透過電子回折測定による構造解析の一例を示す図、および平面TEM像である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。
本発明の一態様を説明するための回路図である。

実施例

0013

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。但し、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、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、以下の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、同じ物を指し示す符号は異なる図面間において共通とする。

0014

また、図面において、大きさ、層の厚さ、又は領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状又は値などに限定されない。例えば、ノイズによる信号、電圧、若しくは電流のばらつき、又は、タイミングのずれによる信号、電圧、若しくは電流のばらつきなどを含むことが可能である。

0015

また本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン(ドレイン端子ドレイン領域又はドレイン電極)とソース(ソース端子、ソース領域又はソース電極)の間にチャネル領域を有しており、ドレインとチャネル領域とソースとを介して電流を流すことができるものである。

0016

ここで、ソースとドレインとは、トランジスタの構造又は動作条件等によって変わるため、いずれがソース又はドレインであるかを限定することが困難である。そこで、ソースとして機能する部分、及びドレインとして機能する部分を、ソース又はドレインと呼ばず、ソースとドレインとの一方を第1端子と表記し、ソースとドレインとの他方を第2端子と表記する場合がある。

0017

なお本明細書にて用いる「第1」、「第2」、「第3」という序数詞は、構成要素の混同を避けるために付したものであり、数的に限定するものではないことを付記する。

0018

なお本明細書において、AとBとが接続されている、とは、AとBとが直接接続されているものの他、電気的に接続されているものを含むものとする。ここで、AとBとが電気的に接続されているとは、AとBとの間で、何らかの電気的作用を有する対象物が存在するとき、AとBとの電気信号の授受を可能とするものをいう。

0019

なお本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

0020

なお図面における各回路ブロックの配置は、説明のため位置関係を特定するものであり、異なる回路ブロックで別々の機能を実現するよう図面で示していても、実際の回路ブロックでは、同じ回路ブロック内で別々の機能を実現しうるように設けられている場合もある。また図面における回路ブロックの機能は、説明のため機能を特定するものであり、一つの回路ブロックとして示していても、実際の回路や領域では、一つの回路ブロックで行う処理を複数の回路ブロックで行うよう設けられている場合もある。

0021

なお電圧とは、ある電位と、基準電位(例えばグラウンド電位)との電位差のことを示す場合が多い。よって、電圧、電位、電位差を、各々、電位、電圧、電圧差と言い換えることが可能である。なお電圧とは2点間における電位差のことをいい、電位とはある一点における静電場の中にある単位電荷が持つ静電エネルギー(電気的な位置エネルギー)のことをいう。

0022

なお、一般に、電位や電圧は、相対的なものである。したがって、グラウンド電位は、必ずしも、0ボルトであるとは限定されない。

0023

また本明細書等において、「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。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。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。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。

0024

また本明細書等において、結晶三方晶または菱面体晶である場合、六方晶系として表す。

0025

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である液晶表示装置について、図面を用いて説明する。

0026

なお液晶表示装置は、別の基板上に配置された表示コントローラ電源回路あるいはバックライトユニット等を含み、表示モジュールとよばれることもある。

0027

図1(A)には、液晶表示装置が有する、画素10の回路図を示す。また図1(B)には、画素10の画素の動作についてのタイミングチャート図を示す。

0028

図1(A)に示す画素10は、第1の回路11、第2の回路13、トランジスタ15、トランジスタ17、液晶素子14を有する。

0029

第1の回路11は、トランジスタ23、容量素子25を有する。

0030

第2の回路13は、トランジスタ27、トランジスタ29、容量素子31を有する。

0031

トランジスタ15は、第1の回路11に保持される電位がゲートに与えられることで導通状態が制御されるトランジスタである。また、トランジスタ17は、第2の回路13に保持される電位がゲートに与えられることで導通状態が制御されるトランジスタである。なおトランジスタ15は、第1のトランジスタという場合がある。またトランジスタ17は、第2のトランジスタという場合がある。

0032

トランジスタ15のソース及びドレインの一方、及びトランジスタ17のソース及びドレインの一方は、液晶素子14の一方の電極に接続される。なお、液晶素子14の一方の電極は、画素電極としての機能を有する導電層である。また液晶素子14の他方の電極は、共通の電圧(コモン電圧:Vcom)が与えられるコモン電極としての機能を有する電極である。

0033

トランジスタ15のソース及びドレインの他方は、液晶層で光を透過するための信号が与えられる配線19に電気的に接続される。なおトランジスタ15が導通状態のとき、配線19に与えられる電圧V1は、液晶素子14を構成する電極間にある液晶層の配向を制御して、光を透過するよう配向させるための電圧である。コモン電圧Vcomと電圧V1との間で印加される電界は、正の電界でも負の電界でもよく、例えば交互に印加されるよう、電圧V1が変化して得られる信号はコモン電圧を中心に変動する信号としてもよい。

0034

トランジスタ17のソース及びドレインの他方は、液晶層で光を非透過するための信号が与えられる配線21に電気的に接続される。なおトランジスタ17が導通状態のとき、配線21に与えられる電圧V2は、液晶素子14を構成する電極間にある液晶層の配向を制御して、光を非透過とするよう配向させるための電圧である。コモン電圧Vcomと電圧V2とは等電位であればよい。コモン電圧Vcomが定電圧であれば、配線21に与えられる信号は定電圧であり、コモン電圧Vcomが変動する信号であれば、配線21に与えられる信号も同様に変動する。

0035

液晶素子14の一対の電極の一方の電位は、データ信号に基づく電位が与えられる。また液晶素子14の一対の電極の他方の電位は、共通の電位(コモン電位:Vcom)が与えられる。

0036

なお、液晶素子14は、液晶光学的変調作用によって光の透過または非透過を制御する機能を有する素子である。なお、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、縦方向の電界又は斜め方向の電界を含む)によって制御される。なお、液晶素子14としては、ネマチック液晶コレステリック液晶スメクチック液晶サーモトロピック液晶ライオトロピック液晶強誘電液晶、反強誘電液晶等が挙げられる。

0037

液晶素子14を有する表示装置の駆動方法としては、例えば、TNモード、VAモード、ASM(Axially Symmetric Aligned Micro−cell)モード、OCB(Optically Compensated Birefringence)モード、MVAモード、PVA(Patterned Vertical Alignment)モード、IPSモードFFSモード、またはTBA(Transverse Bend Alignment)モードなどを用いてもよい。ただし、これに限定されず、液晶素子及びその駆動方式として様々なものを用いることができる。

0038

また、ブルー相(Blue Phase)を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物により液晶素子を構成してもよい。ブルー相を示す液晶は、応答速度が1msec以下と短い。ブルー相を示す液晶は、光学的等方性であるため、配向処理が不要であり、かつ、視野角依存性が小さい。

0039

なお本発明の一態様において、液晶素子14の画素電極として機能する電極は、外光反射する機能を有する電極であることが好ましい。すなわち液晶表示装置は、反射型の液晶表示装置とすることが好ましい。外光を利用して表示を視認する構成とすることで、バックライト点灯に要する電力を削減することができ、消費電力の低減を図ることができる。なお、液晶素子14の画素電極として機能する電極は、透光性を有する電極としてもよいし、透光性を有する電極と外光を反射する電極とを組み合わせた電極としてもよい。

0040

第1の回路11は、走査信号が与えられて第2の電位を保持し、その後第1の回路11にデータ信号に基づくデータ電圧Vsigが与えられることで、第1の電位又は第2の電位を保持することが制御される機能を有する回路である。

0041

第2の回路13はリセット信号が与えられて第1の電位を保持し、その後第1の回路11にデータ電圧Vsigが与えられることで、第1の回路11とは異なる電位を保持することが制御される機能を有する回路である。

0042

なお第1の電位は、高電源電位Vddに基づく電位である。また第2の電位は、低電源電位Vssに基づく電位である。すなわちデータ信号は、2値階調を表すための信号であり、データ電圧Vsigは、2値の階調を表すための電圧である。なお第1の電位は、第2の電位より大きい電位となる。

0043

なお第1の電位は、液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも高い電位とすることが好ましい。そして第2の電位は、液晶層で光を透過するための信号として与えられる電位よりも低い電位とすることが好ましい。該構成とすることでトランジスタ15及びトランジスタ17の導通状態又は非導通状態をより確実に制御することができる。

0044

トランジスタ23は、第1の回路11へのデータ電圧の書き込み及び保持を制御するためのトランジスタである。トランジスタ23のゲートは、走査信号に基づく電圧Vgが与えられる配線33に接続される。トランジスタ23のソース及びドレインの一方は、データ信号に基づくデータ電圧Vsigが与えられる配線35に接続される。トランジスタ23のソース及びドレインの他方は、トランジスタ15のゲート、容量素子25の一方の電極、及びトランジスタ27のゲートに接続される。またトランジスタ23は、第3のトランジスタという場合がある。

0045

なおトランジスタ23のソース及びドレインの他方と、トランジスタ15のゲート、容量素子25の一方の電極、及びトランジスタ27のゲートを互いに接続するノードを、ノードA(NodeA)として以下説明を行う。なおノードAは、データ電圧Vsigによって書き込まれた第1の電位及び第2の電位のいずれか一方を、第1の回路11で保持するためのノードである。

0046

容量素子25は、第1の回路11でのデータ電圧Vsigによって書き込まれた第1の電位及び第2の電位のいずれか一方の電位を保持するための容量素子である。トランジスタ15又はトランジスタ27のゲート容量や、ノードAでの寄生容量が大きい場合には省略することもできる。その場合の例を、図20に示す。なお容量素子25は、第1の容量素子という場合がある。なお容量素子25の他方の電極は、第2の電位を与える配線37に接続する例を図示しているが、固定電位が与えられた配線であればよく、例えば第1の電位を与える配線41でもよい。または、配線21でもよい。その場合の例を図18に示す。

0047

トランジスタ27は、第2の回路13で保持する第1の電位又は第2の電位が、第1の回路11で保持する電位とは異なる電位となるよう制御するためのトランジスタである。トランジスタ27のゲートは、トランジスタ23のソース及びドレインの他方と、トランジスタ15のゲート、及び容量素子25の一方の電極、すなわちノードAに接続される。トランジスタ27のソース及びドレインの一方は、第2の電位を与える配線37に接続される。トランジスタ27のソース及びドレインの他方は、トランジスタ17のゲート、容量素子31の一方の電極、及びトランジスタ29のソース及びドレインの他方に接続される。またトランジスタ27は、第5のトランジスタという場合がある。

0048

なおトランジスタ27のソース及びドレインの他方と、トランジスタ17のゲート、容量素子31の一方の電極、及びトランジスタ29のソース及びドレインの他方を互いに接続するノードを、ノードB(NodeB)として以下説明を行う。なおノードBは、データ電圧Vsigによって書き込まれた第1の電位及び第2の電位のいずれか他方を、第2の回路13で保持するためのノードである。

0049

容量素子31は、第2の回路13でのデータ電圧Vsigによって書き込まれた第1の電位及び第2の電位のいずれか他方を保持するための容量素子である。トランジスタ17のゲート容量や、ノードBでの寄生容量が大きい場合には省略することもできる。その場合の例を、図20に示す。なお容量素子31は、第2の容量素子という場合がある。なお容量素子31の他方の電極は、第2の電位を与える配線37に接続する例を図示しているが、固定電位が与えられた配線であればよく、例えば第1の電位を与える配線41でもよい。なお、容量素子31の他方の電極と、容量素子25の他方の電極とは、互いに異なる電位が供給されていてもよい。その場合の例を図19に示す。

0050

トランジスタ29は、第2の回路13で第1の回路11とは異なる第1の電位又は第2の電位を保持するために、予めノードBを第1の電位にリセット初期化)するよう制御するためのトランジスタである。トランジスタ29のゲートは、トランジスタ29のリセット信号に基づく電圧Vresが与えられる配線39に接続される。トランジスタ29のソース及びドレインの一方は、第1の電位を与える配線41に接続される。トランジスタ29のソース及びドレインの他方は、トランジスタ17のゲート、容量素子31の一方の電極、及びトランジスタ27のソース及びドレインの他方に接続される。またトランジスタ29は、第4のトランジスタという場合がある。

0051

なお画素10を構成する、トランジスタ15、17、23、27、29は、ノードA及びノードBの電荷を保持し続けるために、非導通状態においてソースとドレインとの間を流れる電流(オフ電流)が低いトランジスタとすることが好ましい。そのため、トランジスタ15、17、23、27、29のチャネル形成領域を有する半導体層は、一例としては、酸化物半導体を有する半導体層であることが好ましい。ただし、本発明の一態様は、これに限定されない。半導体層は、アモルファスシリコン多結晶シリコン単結晶シリコンなどを有してもよい。

0052

なおオフ電流が低いとは、室温において、ソースとドレインとの間の電圧を10Vとし、チャネル幅1μmあたりの規格化されたオフ電流が10zA以下であることをいう。なお酸化物半導体については、後の実施の形態で詳述する。

0053

なお、図1(A)では、Nチャネル型のトランジスタのみを用いた場合の例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。一例として、Pチャネル型のトランジスタのみを用いた場合の例を、図23に示す。

0054

以上説明した本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の構成では、画素内にデータに相当する電位を保持する際、SRAMのような電荷の消費を極力低減したものとすることができる。また本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の構成では、電荷の保持するためのノードに対して液晶素子が直接接続される構成としない。そのため、液晶素子を介した電荷のリークをなくすことができ、データの消失、及び消費電力の低減を図ることができる。

0055

また本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の構成では、一度書き込んだデータ電圧をSRAMと同等に保持することができる。そのため静止画の表示を行う場合、駆動回路の動作を停止することができ、停止した分の消費電力を削減することができる。

0056

また本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の構成では、反射型の液晶表示装置とすることでバックライトの点灯させる分の消費電力を削減することができる。また反射型の液晶表示装置とすることで、画素を構成するトランジスタは、画素を構成するトランジスタ数が増加しても画素のサイズを低下させることなく、画素電極に重畳して設けることができる。そのため、画素を構成するトランジスタ数が増えても表示品位の低下を抑制することができる。

0057

次いで図1(A)に示す画素の動作について図1(B)に示すタイミングチャート図を用いて説明する。図1(B)に示すタイミングチャート図では、リセット期間初期化期間)、ブランク期間、データ電圧書き込み期間の期間に分けて各動作を説明する。また、各期間で取り得るトランジスタの導通状態について、図2(A)、(B)及び図3(A)、(B)に図示し、先のタイミングチャート図と併せて説明する。なお各信号は2値の信号であるため、図中、ハイレベルの信号をH、ローレベルの信号をLと略記して説明する。またデータ電圧Vsigによる第1の電位はハイレベル、第2の電位はローレベルとして、以下説明する。

0058

また図2(A)、(B)及び図3(A)、(B)では、上述したノードA(NodeA)及びノードB(NodeB)での電位の変化についても併せて図示するとともに、液晶素子14の一方の電極の電位についてもNodeLCとし、電位の変化を併せて図示する。また図2(A)、(B)及び図3(A)、(B)では、トランジスタ15、17、23、27、29の導通状態について、非導通状態にあるときはトランジスタ記号にX印を重ねて付している。

0059

まずリセット期間(図1(B)中、Tres及び図2(A))では、走査信号に基づく電圧Vgをハイレベル(図中、Hと記す)、リセット信号に基づく電圧Vresをハイレベル、データ信号に基づくデータ電圧をローレベル(図中、Lと記す)とする。するとトランジスタ23、29が導通状態となるため、ノードAはローレベル、ノードBはハイレベルとなる。またノードNodeLCは、トランジスタ17が導通状態となるため、電圧V2となる。

0060

なお、スムースに操作される場合には、必ずしも、ブランク期間を設けなくてもよい。

0061

次いでブランク期間(図1(B)中、Tb及び図2(B))では、走査信号に基づく電圧Vgをハイレベル、リセット信号に基づく電圧Vresをローレベル、データ信号に基づくデータ電圧をローレベルとする。するとトランジスタ23が導通状態となるため、ノードAはローレベル、ノードBはハイレベルを保持する。またノードNodeLCは、引き続き、トランジスタ17が導通状態となるため、電圧V2となる。

0062

次いでデータ電圧書き込み期間について説明するが、まずはデータ信号に基づくデータ電圧Vsigがハイレベルの場合について説明する。データ電圧Vsigがハイレベルでのデータ電圧書き込み期間(図1(B)中、Tsig(H)及び図3(A))では、走査信号に基づく電圧Vgをハイレベル、リセット信号に基づく電圧Vresをローレベル、データ信号に基づくデータ電圧をハイレベルとする。するとトランジスタ23、27が導通状態となるため、ノードAはハイレベル、ノードBはローレベルを保持する。またノードNodeLCは、トランジスタ15が導通状態となるため、電圧V1となる。

0063

次いでデータ信号に基づくデータ電圧Vsigがローレベルの場合についての、データ電圧書き込み期間について説明する。データ電圧Vsigがローレベルでのデータ電圧書き込み期間(図1(B)中、Tsig(L)及び図3(B))では、走査信号に基づく電圧Vgをハイレベル、リセット信号に基づく電圧Vresをローレベル、データ信号に基づくデータ電圧をローレベルとする。するとトランジスタ23が導通状態となるため、ノードAはローレベル、ノードBはハイレベルを保持する。またノードNodeLCは、トランジスタ17が導通状態となるため、電圧V2となる。

0064

なおデータ電圧書き込み期間で書き込まれたデータ電圧は、次にリセット信号、あるいは走査信号が与えられるまで保持し続けることができる。例えばノードAでハイレベルを保持する場合では、走査信号に基づく電圧をローレベルとし、トランジスタ23を非導通状態とすることで行うことができる。この場合、トランジスタ27が導通状態となり、ノードBは、ノードAとは異なるローレベルに保持し続けることができる。

0065

またノードAでローレベルを保持する場合では、走査信号に基づく電圧をローレベルとし、トランジスタ23を非導通状態とすることで行うことができる。この場合、トランジスタ27、29も非導通状態となり、ノードBは、ノードAとは異なるハイレベルを保持し続けることができる。

0066

データ電圧書き込み期間で書き込まれたデータ電圧を保持する期間では、トランジスタ23、27、29のオフ電流が低いと、ノードA及びノードBに保持している電荷がほとんど移動しない。そのため、トランジスタ15、17の導通状態を保持し続けることでデータ信号の書き込みを行わなくても表示を行う続けることができる。この場合、画素にデータ信号を与えるための駆動回路、走査信号を与えるための駆動回路、及びリセット信号を与えるための駆動回路の動作を停止することができるため、消費電力の低減を図ることができる。

0067

以上説明した本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の動作では、画素内にデータに相当する電位を保持する際、2つのノードの異なる値のデータとして保持し続けることができる。また本発明の一態様による画素の動作では、SRAMのようにデータを記憶できるとともに、SRAMのように微細化に伴って消費電流の増加がないため、電荷の消費を極力低減したものとすることができる。

0068

なお、回路構成の一例を、図1(A)に示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。例えばリセット期間において、図21に示すような接続構成をとり、データ電圧書き込み期間において、図22(A)、または、図22(B)に示すような接続構成をとるようになっていれば、図1(A)以外の回路構成をとってもよい。

0069

また本発明の一態様である液晶表示装置が有する画素の動作では、一度書き込んだデータ電圧をSRAMに相当する第1の回路及び第2の回路で保持することができる。そのため静止画の表示を行う場合、駆動回路の動作を停止することができ、停止した分の消費電力を削減することができる。

0070

液晶層で光を透過するための信号に基づく電圧V1、及び液晶層で光を非透過とするための信号に基づく電圧V2の一例について、図4(A)、(B)に信号の波形模式図を示す。

0071

図4(A)に示すように、液晶層で光を透過するための信号に基づく電圧V1は、電位Vcを中心に1フレーム毎に電位VHと電位VLとで切り替わって変動するよう生成して与えればよい。該構成とすることで液晶層に含まれる液晶の劣化を低減することができる。また、液晶層で光を非透過とするための信号に基づく電圧V2及びコモン電圧Vcomは、互いに等電位、ここでは電位Vcとなるよう生成して与えればよい。

0072

なお電圧V1においてもっとも高い電位VHは、ノードA及びノードBに与えられる第1の電位、すなわち電位Vddよりも小さいことが好ましい。また本発明の一態様において、電圧V1においてもっとも低い電位VLは、ノードA及びノードBに与えられる第2の電位として与えられる電位Vssよりも大きいことが好ましい。該構成とすることでトランジスタ15及びトランジスタ17の導通状態又は非導通状態をより確実に制御することができる。

0073

なお電圧V1、電圧V2及びコモン電圧Vcomは、図4(B)に示すように、それぞれ変動する信号としてもよい。該構成の場合、液晶に印加する電圧が同じであっても図4(A)に比べて信号の振幅を小さくすることができるため、低消費電力化を図ることができる。

0074

上記説明した画素10を有する液晶表示装置のブロック図を図5に示す。

0075

図5に示す表示装置は、画素部43と、走査線駆動回路45と、リセット信号線駆動回路57と、サンプリング回路51及びシフトレジスタ49で構成される信号線駆動回路47と、各々が平行または略平行に配設され、且つ、走査線駆動回路45によって電位が制御されるn本(nは自然数)の走査線G1乃至Gnと、各々が平行または略平行に配設され、且つ、リセット信号線駆動回路57によって電位が制御されるn本のリセット信号線R1乃至Rnと、各々が平行または略平行に配設され、且つ信号線駆動回路47によって電位が制御されるm本(mは自然数)の信号線S1乃至Smと、を有する。画素部43はマトリクス状に配設された複数の画素10を有する。また画素には、電圧生成回路55より出力される電圧V1及びV2を与えるための配線VL1、VL2が接続される。

0076

サンプリング回路51は、シフトレジスタ49から出力されるサンプリング信号Samp_1乃至Samp_m、デジタルデータ生成回路53から出力されるデータ信号Vdataが与えられる。データ信号Vdataに基づくデータ電圧Vsigが信号線S1乃至Smにサンプリングされ、走査信号を選択するタイミングで各画素に書き込まれる。なおデータ信号Vdataは、画像データdataからデジタルデータ生成回路53で変換されて得られる2値の電圧値を有する信号である。

0077

なおデータ信号Vdataは2値の電圧値を有する信号として説明する。なお3値以上の階調の画像を表示する場合、別の階調方式と組み合わせて表示を行えばよい。例えば面積階調を組み合わせて、多階調の画像を表示する構成とすればよい。この場合、各画素10は副画素としての機能を有する。

0078

なお面積階調で多階調を表示する場合、副画素の配置の一例を図6(A)乃至(C)に示す。例えばカラー表示を行う画素に、面積階調を組み合わせる場合、面積の異なる副画素44_0、44_1をRGB(赤緑青)毎に配置すればよい。また図6(A)では、副画素ごとに面積を異ならせる構成を示したが、図6(B)のように各副画素の面積が均等になるようにし、光が透過する面積の重みづけによって階調を表示する構成としてもよい。また図6(A)、(B)では、RGBに対応する副画素を設ける構成を示したが、図6(C)のようにRGBに加えてW(白)に対応する副画素を設け、多階調による表示を行う構成としてもよい。

0079

なお上記説明では、液晶素子を表示素子に挙げて説明したが、本発明の一態様における表示装置の画素では、他の表示素子を用いることができる。

0080

また別の例として、図7に一例として示す画素10ELは、発光素子を有する表示装置が有する画素であり、図1の画素10が有する構成における液晶素子14に代わって発光素子59を有する。

0081

発光素子59の一対の電極の一方は、トランジスタ15、17のソース及びドレインの一方に接続される。また、発光素子59の一対の電極の他方は、カソードとして機能する配線Vcatに接続される。発光素子59としては、例えば有機エレクトロルミネセンス素子有機EL素子ともいう)などを用いることができる。ただし、発光素子59としては、これに限定されず、無機材料からなる無機EL素子を用いても良い。

0082

なお、図7では、表示素子として発光素子59を用いた例を示したが、本発明の一態様は、これに限定されない。様々な表示素子を用いることも可能である。例えば、EL(エレクトロルミネッセンス)素子(有機物及び無機物を含むEL素子、有機EL素子、無機EL素子)、LED(白色LED、赤色LED、緑色LED、青色LEDなど)、トランジスタ(電流に応じて発光するトランジスタ)、電子放出素子、液晶素子、電子インク電気泳動素子グレーティングライトバルブ(GLV)、プラズマディスプレイ(PDP)、MEMS(マイクロエレクトロメカニカル・システム)を用いた表示素子、デジタルマイクロミラーデバイスDMD)、DMS(デジタル・マイクロ・シャッター)、IMOD(インターフェアレンス・モジュレーション)素子、シャッター方式MEMS表示素子光干渉方式のMEMS表示素子、エレクトロウェッティング素子圧電セラミックディスプレイカーボンナノチューブ、など、電気磁気的作用により、コントラスト輝度反射率透過率などが変化する表示媒体を有するものがある。EL素子を用いた表示装置の一例としては、ELディスプレイなどがある。電子放出素子を用いた表示装置の一例としては、フィールドエミッションディスプレイ(FED)又はSED方式平面型ディスプレイ(SED:Surface−conduction Electron−emitter Display)などがある。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。電子インク又は電気泳動素子を用いた表示装置の一例としては、電子ペーパーなどがある。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。

0083

また上記説明では、上記画素を2値の画像を表示するための画素として説明したが、多階調の画像を表示する場合、別途設けた画素と切り替えて表示を行う構成としてもよい。例えば、図8に示すように図1(A)で説明した画素10に相当する画素10Aに並んで、画素10Bを設ける構成とする。画素10Aと画素10Bとは、スイッチ69を用いて液晶素子14との接続を切り替える構成とする。

0084

画素10Bは、トランジスタ61及び容量素子63を有する。画素10Bは、所謂1トランジスタ1キャパシタ画素構成であり、トランジスタ61をスイッチとして用いる。トランジスタ61のゲートに接続された配線65に与えられる走査信号VgBによってトランジスタの導通状態が制御される。トランジスタ61のソース及びドレインの一方は、アナログ値のデータ電圧Vsig(Ana.)が与えられる配線67に接続される。スイッチ69の切り替えと共に、トランジスタ61のソース及びドレインの他方に接続された容量素子63に、データ電圧Vsig(Ana.)が書き込まれ、多階調の表示を行うことができる。

0085

以上説明した本発明の一態様である液晶表示装置では、SRAMのように電荷のリークの影響を受けることなく、画素内にデータに相当する電位を保持することができる。本発明の一態様における画素の構成では、電荷の保持するためのノードに酸化物半導体を用いた半導体層を有するトランジスタが接続され、液晶素子を直接接続しない構成とすることができる。そのため電荷を保持するためのノードにおいて、液晶素子を介した電荷のリークをなくすことができ、データの消失、及び消費電力の低減を図ることができる。

0086

また本発明の一態様である液晶表示装置では、SRAMと同等にデータを保持できる回路に、一度書き込んだデータ電圧を保持し続けることができる。そのため静止画の表示を行う場合、駆動回路の動作を停止することができ、停止した分の消費電力を削減することができる。

0087

また本発明の一態様である液晶表示装置では、反射型の液晶表示装置とすることでバックライトの点灯させる分の消費電力を削減することができる。また反射型の液晶表示装置とすることで、画素を構成するトランジスタは、画素を構成するトランジスタ数が増加しても画素のサイズを低下させることなく、画素電極に重畳して設けることができる。そのため、画素を構成するトランジスタ数が増えても表示品位の低下を抑制することができる。

0088

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。

0089

(実施の形態2)
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に用いることができる断面模式図の構成例について説明する。ここでは、液晶表示装置の断面模式図の構成例として、図9(A)乃至(B)に示す断面図を用いて説明する。図9(A)、(B)に示す断面模式図は、反射型の液晶表示装置による断面模式図の一例である。

0090

図9(A)に示す断面模式図では、素子基板71、トランジスタ73、画素電極としての機能を有する導電層75、凹凸部77、液晶79、対向基板81、着色層83、遮光層85、絶縁層87、対向電極としての機能を有する導電層89、偏光板91を有する。

0091

また図9(A)に示す断面模式図とは、異なる構成について図9(B)に示す。図9(B)では、図9(A)に示す各構成の他、対向基板81偏光板91との間に、光拡散層93を有する。該構成の場合、導電層を表面を加工して形成した凹凸部77を省略して設けることができるため好ましい。

0092

ここで図9(A)乃至(B)に示す、各部材について、以下に説明する。

0093

素子基板71及び対向基板81は、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している必要がある。例えば、ガラス基板セラミック基板石英基板サファイア基板等を、素子基板71及び対向基板81として用いてもよい。なお、素子基板71及び対向基板81として、ガラス基板を用いる場合、第6世代(1500mm×1850mm)、第7世代(1870mm×2200mm)、第8世代(2200mm×2400mm)、第9世代(2400mm×2800mm)、第10世代(2950mm×3400mm)等の大面積基板を用いることで、大型の液晶表示装置を作製することができる。

0094

また、素子基板71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、素子基板71と各トランジスタとの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に素子部を一部あるいは全部完成させた後、素子基板71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。

0095

つまり、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)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、ポリプロピレンポリエステルポリフッ化ビニルポリ塩化ビニル等からなるフィルム、または無機蒸着フィルムなどを用いることもできる。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、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。

0096

なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜酸化シリコン膜との無機膜積層構造の構成や、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。

0097

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、綿、)、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。

0098

なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを、同一の基板(例えば、ガラス基板、プラスチック基板、単結晶基板、又はSOI基板など)に形成することが可能である。こうして、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。

0099

なお、所定の機能を実現させるために必要な回路の全てを同じ基板に形成しないことが可能である。つまり、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ある基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、別の基板に形成されていることが可能である。例えば、所定の機能を実現させるために必要な回路の一部は、ガラス基板に形成され、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部は、単結晶基板(又はSOI基板)に形成されることが可能である。そして、所定の機能を実現させるために必要な回路の別の一部が形成される単結晶基板(ICチップともいう)を、COG(Chip On Glass)によって、ガラス基板に接続して、ガラス基板にそのICチップを配置することが可能である。または、ICチップを、TAB(Tape Automated Bonding)、COF(Chip On Film)、SMT(Surface Mount Technology)、又はプリント基板などを用いてガラス基板と接続することが可能である。このように、回路の一部が画素部と同じ基板に形成されていることにより、部品点数の削減によるコストの低減、又は回路部品との接続点数の低減による信頼性の向上を図ることができる。特に、駆動電圧が大きい部分の回路、又は駆動周波数が高い部分の回路などは、消費電力が大きくなってしまう場合が多い。そこで、このような回路を、画素部とは別の基板(例えば単結晶基板)に形成して、ICチップを構成する。このICチップを用いることによって、消費電力の増加を防ぐことができる。

0100

トランジスタ73は、ボトムゲート構造あるいはトップゲート構造のトランジスタを用いることができる。なおトランジスタの構造の例については、後の実施の形態で詳述する。

0101

また、導電層75は、光の反射性を有する金属材料で形成することができる。例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、チタン(Ti)、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。また、導電層75は、透光性を有する材料と積層して設ける構成としてもよい。なお凹凸部77は、導電層75の表面をエッチング等によって加工し形成してもよいし、導電層の下に導電層又は絶縁層等の構造体を設け、その上に導電層75を形成し、凹凸部77を得る構成としてもよい。

0102

なお導電層75の下に設ける構造体としては、有機材料及び無機材料で形成することができる。代表的には可視光硬化性紫外線硬化性または熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。例えば、アクリル樹脂エポキシ樹脂アミン樹脂などを用いることができる。なお、構造体は複数の薄膜の積層構造であってもよい。

0103

着色層83は、赤色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、緑色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタ、青色の波長帯域の光を透過するカラーフィルタなどを用いることができる。各カラーフィルタは、様々な材料を用いて、印刷法インクジェット法フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

0104

遮光層85は、一例として、遮光性を有する公知の材料を用いて、印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング方法などでそれぞれ所望の位置に形成する。

0105

絶縁層87は、着色層83及び遮光層85を保護する機能を有する層で形成する。絶縁層87としては、例えば、アクリル系樹脂等の絶縁層を用いることができる。

0106

また、導電層89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ができる。

0107

偏光板91は、自然光円偏光から直線偏光を作り出すことができるものであれば特に限定されないが、例えば、二色性物質を一定方向にそろえて配置することで、光学的な異方性を持たせたものを用いることができる。このような偏光板は、例えば、ヨウ素系化合物などをポリビニルアルコールなどのフィルムに吸着させ、これを一方向に延伸することで作製することができる。なお、二色性の物質としては、ヨウ素系の化合物のほか、染料系の化合物などが用いられる。

0108

光拡散層93としては、透明樹脂に微粒子を添加する等の様々な材料を用いて所望の位置に形成する。

0109

なお図9(A)乃至(B)では図示を省略したが、配向膜、1/2波長板又は1/4波長板等の光学部材等を適宜設けてもよい。

0110

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。そのため、本発明の一態様における液晶表示装置は、バックライトの点灯させる分の消費電力を削減することができる。また反射型の液晶表示装置とすることで、画素を構成するトランジスタ数が増加しても画素のサイズを低下させることなく、画素を構成するトランジスタを画素電極に重畳して設けることができる。そのため、画素を構成するトランジスタ数が増えても表示品位の低下を抑制することができる。

0111

(実施の形態3)
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に用いることができるトランジスタの構成例について説明する。ここでは、トランジスタの構成例として、図10(A)乃至(C)に示す断面図を用いて説明する。図10(A)に示すトランジスタの断面図は、ボトムゲート構造のトランジスタによるものである。また、図10(B)に示すトランジスタの断面図は、トップゲート構造のトランジスタによるものである。また、図10(C)に示すトランジスタの断面図は、デュアルゲート構造のトランジスタによるものである。

0112

図10(A)に示すトランジスタ100Aは、基板101上に導電層103、絶縁層105、半導体層107、導電層109A、導電層109B、絶縁層111、絶縁層113を有する。

0113

なお図10(A)では、ボトムゲート構造の中でも、チャネルエッチ型のトランジスタの断面図を示したが、チャネル保護型のトランジスタの断面図の構成にしてもよい。なお半導体層107は、単層で示したが、積層して設けてもよい。

0114

図10(B)に示すトランジスタ100Bは、基板101上に半導体層107A及び半導体層107Bを有する半導体層107、絶縁層105、導電層103、絶縁層111、絶縁層113、導電層109A、導電層109Bを有する。

0115

なお図10(B)では、トップゲート構造として、導電層109A及び導電層109Bが絶縁層113に設けた開口部で接続する構成について示したが別の構成でもよい。例えば、開口部を設けることなく、導電層109A及び導電層109Bを半導体層107上に直接接して設ける構成としてもよい。

0116

図10(C)に示すトランジスタ100Cは、基板101上に導電層103A、絶縁層105、半導体層107、導電層109A、導電層109B、絶縁層111、導電層103B、絶縁層113を有する。

0117

ここで図10(A)乃至(C)に示す、各部材について、以下に説明する。

0118

基板101は、上記実施の形態で説明した素子基板71又は対向基板81の説明と同様であり、説明を省略する。

0119

導電層103、103A、103B、109A、109Bとしては、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。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元素を用いてもよい。また、導電層103、103A、103B、109A、109B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。

0120

また、導電層103、103A、103B、109A、109B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、上記金属元素の積層構造とすることもできる。

0121

絶縁層105、111としては、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。また、絶縁層105、111としては、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。

0122

絶縁層113は、CVD法スパッタ法等で形成した、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン等などを用いればよく、積層または単層で設ける。また絶縁層113としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂ベンゾシクロブテン系樹脂シロキサン系樹脂ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂を用いることができる。

0123

半導体層107、107A、107Bとしては、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、Sn、またはHf)を用いればよく、積層または単層で設ける。

0124

なお半導体層107、107A、107Bは、ZnおよびOを除いてのInとMの原子数比率をInが50atomic%未満、Mが50atomic%以上、またはInが25atomic%未満、Mが75atomic%以上であるIn−M−Zn酸化物としてもよい。

0125

半導体層107、107A、107B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。このように、エネルギーギャップの広い酸化物半導体を用いることで、トランジスタのオフ電流を低減することができる。

0126

半導体層107、107A、107BとしてIn:Ga:Zn=1:1:1、In:Ga:Zn=1:1:1.2、または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。なお、半導体層107、107A、107B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。

0127

なお半導体層107Aは、半導体層107Bよりも導電性に優れた層とすることが好適である。半導体層107Aには、ゲート電極となる導電層103をマスクとして、自己整合的アルゴンを含む希ガス等を添加するなどして導電性を向上させることが好ましい。該構成により、マスク枚数の削減を図ることができる。

0128

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。

0129

(実施の形態4)
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に含まれているトランジスタにおいて、酸化物半導体膜に適用可能な一態様について説明する。

0130

酸化物半導体膜は、単結晶構造の酸化物半導体(以下、単結晶酸化物半導体という。)、多結晶構造の酸化物半導体(以下、多結晶酸化物半導体という。)、微結晶構造の酸化物半導体(以下、微結晶酸化物半導体という。)、及び非晶質構造の酸化物半導体(以下、非晶質酸化物半導体という。)の一以上で構成されてもよい。また、酸化物半導体膜は、CAAC−OS膜で構成されていてもよい。また、酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体及び結晶粒を有する酸化物半導体で構成されていてもよい。以下に、代表例として、CAAC−OS及び微結晶酸化物半導体について説明する。

0131

まずは、CAAC−OS膜について説明する。

0132

CAAC−OS膜は、c軸配向した複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つである。

0133

CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、明確な結晶部同士の境界、即ち結晶粒界グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、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。

0134

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。

0135

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三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、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

0136

図15(a)は、CAAC−OS膜の断面TEM像である。また、図15(b)は、図15(a)をさらに拡大した断面TEM像であり、理解を容易にするために原子配列強調表示している。

0137

図15(c)は、図15(a)のA−O−A’間において、丸で囲んだ領域(直径約4nm)の局所的なフーリエ変換像である。図15(c)より、各領域においてc軸配向性が確認できる。また、A−O間とO−A’間とでは、c軸の向きが異なるため、異なるグレインであることが示唆される。また、A−O間では、c軸の角度が14.3°、16.6°、26.4°のように少しずつ連続的に変化していることがわかる。同様に、O−A’間では、c軸の角度が−18.3°、−17.6°、−15.9°と少しずつ連続的に変化していることがわかる。

0138

なお、CAAC−OS膜に対し、電子回折を行うと、配向性を示すスポット輝点)が観測される。例えば、CAAC−OS膜の上面に対し、例えば1nm以上30nm以下の電子線を用いる電子回折(ナノビーム電子回折ともいう。)を行うと、スポットが観測される(図16(A)参照。)。

0139

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。

0140

なお、CAAC−OS膜に含まれるほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。ただし、CAAC−OS膜に含まれる複数の結晶部が連結することで、一つの大きな結晶領域を形成する場合がある。例えば、平面TEM像において、2500nm2以上、5μm2以上または1000μm2以上となる結晶領域が観察される場合がある。

0141

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、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膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。

0142

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°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(110)面に帰属される。InGaZnO4の単結晶酸化物半導体膜であれば、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)を行うと、(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。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。

0143

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。

0144

なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。

0145

また、CAAC−OS膜中において、c軸配向した結晶部の分布が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりもc軸配向した結晶部の割合が高くなることがある。また、不純物の添加されたCAAC−OS膜は、不純物が添加された領域が変質し、部分的にc軸配向した結晶部の割合の異なる領域が形成されることもある。

0146

なお、InGaZnO4の結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、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膜中の一部に、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。CAAC−OS膜は、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ことが好ましい。

0147

CAAC−OS膜は、不純物濃度の低い酸化物半導体膜である。不純物は、水素炭素、シリコン、遷移金属元素などの酸化物半導体膜の主成分以外の元素である。特に、シリコンなどの、酸化物半導体膜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、酸化物半導体膜から酸素を奪うことで酸化物半導体膜の原子配列を乱し、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、酸化物半導体膜内部に含まれると、酸化物半導体膜の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。なお、酸化物半導体膜に含まれる不純物は、キャリアトラップキャリア発生源となる場合がある。

0148

また、CAAC−OS膜は、欠陥準位密度の低い酸化物半導体膜である。例えば、酸化物半導体膜中の酸素欠損は、キャリアトラップとなることや、水素を捕獲することによってキャリア発生源となることがある。

0149

不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い(酸素欠損の少ない)ことを、高純度真性または実質的に高純度真性と呼ぶ。高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリア発生源が少ないため、キャリア密度を低くすることができる。従って、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、しきい値電圧マイナスとなる電気特性ノーマリーオンともいう。)になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性である酸化物半導体膜は、キャリアトラップが少ない。そのため、当該酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性の変動が小さく、信頼性の高いトランジスタとなる。なお、酸化物半導体膜のキャリアトラップに捕獲された電荷は、放出するまでに要する時間が長く、あたかも固定電荷のように振る舞うことがある。そのため、不純物濃度が高く、欠陥準位密度が高い酸化物半導体膜を用いたトランジスタは、電気特性が不安定となる場合がある。

0150

また、CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光紫外光照射による電気特性の変動が小さい。

0151

次に、微結晶酸化物半導体膜について説明する。

0152

微結晶酸化物半導体膜は、TEMによる観察像では、明確に結晶部を確認することができない場合がある。微結晶酸化物半導体膜に含まれる結晶部は、1nm以上100nm以下、または1nm以上10nm以下の大きさであることが多い。特に、1nm以上10nm以下、または1nm以上3nm以下の微結晶であるナノ結晶(nc:nanocrystal)を有する酸化物半導体膜を、nc−OS(nanocrystalline Oxide Semiconductor)膜と呼ぶ。また、nc−OS膜は、例えば、TEMによる観察像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。

0153

nc−OS膜は、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膜は、異なる結晶部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。従って、nc−OS膜は、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体膜と区別が付かない場合がある。例えば、nc−OS膜に対し、結晶部よりも大きい径のX線を用いるXRD装置を用いて構造解析を行うと、out−of−plane法による解析では、結晶面を示すピークが検出されない。また、nc−OS膜に対し、結晶部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(制限視野電子回折ともいう。)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膜に対し、結晶部の大きさと近いか結晶部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膜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。また、nc−OS膜に対しナノビーム電子回折を行うと、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(図16(B)参照。)。

0154

nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも規則性の高い酸化物半導体膜である。そのため、nc−OS膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、nc−OS膜は、異なる結晶部間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、nc−OS膜は、CAAC−OS膜と比べて欠陥準位密度が高くなる。

0155

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

0156

酸化物半導体膜が複数の構造を有する場合、ナノビーム電子回折を用いることで構造解析が可能となる場合がある。

0157

図16(C)に、電子銃室170と、電子銃室170の下の光学系172と、光学系172の下の試料室174と、試料室174の下の光学系176と、光学系176の下の観察室180と、観察室180に設置されたカメラ178と、観察室180の下のフィルム室182と、を有する透過電子回折測定装置を示す。カメラ178は、観察室180内部に向けて設置される。なお、フィルム室182を有さなくても構わない。

0158

また、図16(D)に、図16(C)で示した透過電子回折測定装置内部の構造を示す。透過電子回折測定装置内部では、電子銃室170に設置された電子銃から放出された電子が、光学系172を介して試料室174に配置された物質188に照射される。物質188を通過した電子は、光学系176を介して観察室180内部に設置された蛍光板192に入射する。蛍光板192では、入射した電子の強度に応じたパターンが現れることで透過電子回折パターンを測定することができる。

0159

カメラ178は、蛍光板192を向いて設置されており、蛍光板192に現れたパターンを撮影することが可能である。カメラ178のレンズの中央、および蛍光板192の中央を通る直線と、蛍光板192の上面と、の為す角度は、例えば、15°以上80°以下、30°以上75°以下、または45°以上70°以下とする。該角度が小さいほど、カメラ178で撮影される透過電子回折パターンは歪みが大きくなる。ただし、あらかじめ該角度がわかっていれば、得られた透過電子回折パターンの歪みを補正することも可能である。なお、カメラ178をフィルム室182に設置しても構わない場合がある。例えば、カメラ178をフィルム室182に、電子184の入射方向と対向するように設置してもよい。この場合、蛍光板192の裏面から歪みの少ない透過電子回折パターンを撮影することができる。

0160

試料室174には、試料である物質188を固定するためのホルダが設置されている。ホルダは、物質188を通過する電子を透過するような構造をしている。ホルダは、例えば、物質188をX軸、Y軸、Z軸などに移動させる機能を有していてもよい。ホルダの移動機能は、例えば、1nm以上10nm以下、5nm以上50nm以下、10nm以上100nm以下、50nm以上500nm以下、100nm以上1μm以下などの範囲で移動させる精度を有すればよい。これらの範囲は、物質188の構造によって最適な範囲を設定すればよい。

0161

次に、上述した透過電子回折測定装置を用いて、物質の透過電子回折パターンを測定する方法について説明する。

0162

例えば、図16(D)に示すように物質におけるナノビームである電子184の照射位置を変化させる(スキャンする)ことで、物質の構造が変化していく様子を確認することができる。このとき、物質188がCAAC−OS膜であれば、図16(A)に示したような回折パターンが観測される。または、物質188がnc−OS膜であれば、図16(B)に示したような回折パターンが観測される。

0163

ところで、物質188がCAAC−OS膜であったとしても、部分的にnc−OS膜などと同様の回折パターンが観測される場合がある。したがって、CAAC−OS膜の良否は、一定の範囲におけるCAAC−OS膜の回折パターンが観測される領域の割合(CAAC化率ともいう。)で表すことができる場合がある。例えば、良質なCAAC−OS膜であれば、CAAC化率は、50%以上、好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上となる。なお、CAAC−OS膜と異なる回折パターンが観測される領域の割合を非CAAC化率と表記する。

0164

一例として、成膜直後(as−sputteredと表記。)、または酸素を含む雰囲気における450℃加熱処理後のCAAC−OS膜を有する各試料の上面に対し、スキャンしながら透過電子回折パターンを取得した。ここでは、5nm/秒の速度で60秒間スキャンしながら回折パターンを観測し、観測された回折パターンを0.5秒ごとに静止画に変換することで、CAAC化率を導出した。なお、電子線としては、プローブ径が1nmのナノビームを用いた。なお、同様の測定は6試料に対して行った。そしてCAAC化率の算出には、6試料における平均値を用いた。

0165

各試料におけるCAAC化率を図17(A)に示す。成膜直後のCAAC−OS膜のCAAC化率は75.7%(非CAAC化率は24.3%)であった。また、450℃加熱処理後のCAAC−OS膜のCAAC化率は85.3%(非CAAC化率は14.7%)であった。成膜直後と比べて、450℃加熱処理後のCAAC化率が高いことがわかる。即ち、高い温度(例えば400℃以上)における加熱処理によって、非CAAC化率が低くなる(CAAC化率が高くなる)ことがわかる。また、500℃未満の加熱処理においても高いCAAC化率を有するCAAC−OS膜が得られることがわかる。

0166

ここで、CAAC−OS膜と異なる回折パターンのほとんどはnc−OS膜と同様の回折パターンであった。また、測定領域において非晶質酸化物半導体膜は、確認することができなかった。したがって、加熱処理によって、nc−OS膜と同様の構造を有する領域が、隣接する領域の構造の影響を受けて再配列し、CAAC化していることが示唆される。

0167

図17(B)および図17(C)は、成膜直後および450℃加熱処理後のCAAC−OS膜の平面TEM像である。図17(B)と図17(C)とを比較することにより、450℃加熱処理後のCAAC−OS膜は、膜質がより均質であることがわかる。即ち、高い温度における加熱処理によって、CAAC−OS膜の膜質が向上することがわかる。

0168

このような測定方法を用いれば、複数の構造を有する酸化物半導体膜の構造解析が可能となる場合がある。

0169

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

0170

(実施の形態5)
実施の形態1で述べたように、本発明の一態様で開示する液晶表示装置の画素構成は、一度書き込んだデータ電圧の保持時間を長くすることができ、書き込み間隔も長く設定できる。本実施の形態の表示装置は、少なくとも2つの駆動方法(モード)で表示を行う液晶表示装置とすることができる。第1の駆動モードは、従来の液晶表示装置の駆動方法であり、1フレームごとにデータを逐次書き換える駆動方法である。第2の駆動モードは、データの書き込み処理を実行した後、データの書き換えを停止する駆動方法である。すなわち、リフレッシュレートを低減した駆動モードである。

0171

動画の表示は、第1の駆動モードにより行われる。静止画の表示は、第2の駆動モードにより行われる。第2の駆動モードでは、画素を駆動するための駆動回路の動作が必要ないため、消費電力を削減することができる。

0172

また、本発明の一態様における液晶表示装置の画素電極は、外光を反射する機能を有する。すなわち本発明の一態様における液晶表示装置は、所謂反射型の液晶表示装置である。このため、バックライトによる透過光を必要とすることなく、表示を視認することができるため、消費電力をより削減することができる。

0173

ここで、リフレッシュレートを低減する効果に関して説明する。

0174

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、その明るさや眼の網膜や神経、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筋肉酷使することにより疲れさせるものである。

0175

図11(A)に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図11(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。

0176

一方で、図11(A)とは異なり、本発明の一態様における液晶表示装置の表示によれば、図11(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。

0177

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。

0178

なお、本実施の形態に示す構成及び方法などは、他の実施の形態に示す構成及び方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

0179

(実施の形態6)
本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置が適用された電子機器の構成例について説明する。また、本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置を適用した表示モジュールについて、図12を用いて説明を行う。

0180

図12に示す表示モジュール8000は、上部カバー8001と下部カバー8002との間に、FPC8003に接続されたタッチパネル8004、FPC8005に接続された表示パネル8006、バックライトユニット8007、フレーム8009、プリント基板8010、バッテリー8011を有する。なお、バックライトユニット8007、バッテリー8011、タッチパネル8004などは、設けられない場合もある。

0181

本発明の一態様の液晶表示装置は、例えば、表示パネル8006に用いることができる。

0182

上部カバー8001及び下部カバー8002は、タッチパネル8004及び表示パネル8006のサイズに合わせて、形状や寸法を適宜変更することができる。

0183

タッチパネル8004は、抵抗膜方式または静電容量方式のタッチパネルを表示パネル8006に重畳して用いることができる。また、表示パネル8006の対向基板(封止基板)に、タッチパネル機能を持たせるようにすることも可能である。または、表示パネル8006の各画素内に光センサを設け、光学式のタッチパネルとすることも可能である。または、表示パネル8006の各画素内にタッチセンサ用電極を設け、容量型式のタッチパネルとすることも可能である。

0184

バックライトユニット8007は、光源8008を有する。光源8008をバックライトユニット8007の端部に設け、光拡散板を用いる構成としてもよい。

0185

フレーム8009は、表示パネル8006の保護機能の他、プリント基板8010の動作により発生する電磁波を遮断するための電磁シールドとしての機能を有する。またフレーム8009は、放熱板としての機能を有していてもよい。

0186

プリント基板8010は、電源回路、ビデオ信号及びクロック信号を出力するための信号処理回路を有する。電源回路に電力を供給する電源としては、外部の商用電源であっても良いし、別途設けたバッテリー8011による電源であってもよい。バッテリー8011は、商用電源を用いる場合には、省略可能である。

0187

また、表示モジュール8000には、偏光板、位相差板プリズムシートなどの部材を追加して設けてもよい。

0188

図13(A)乃至図13(H)、図14(A)乃至図14(D)は、電子機器を示す図である。これらの電子機器は、筐体5000、表示部5001、スピーカー5003、LEDランプ5004、操作キー5005(電源スイッチ、又は操作スイッチを含む)、接続端子5006、センサ5007(力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質音声、時間、硬度電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度傾度振動、におい又は赤外線を測定する機能を含むもの)、マイクロフォン5008、等を有することができる。

0189

図13(A)はモバイルコンピュータであり、上述したものの他に、スイッチ5009、赤外線ポート5010、等を有することができる。図13(B)は記録媒体を備えた携帯型の画像再生装置(たとえば、DVD再生装置)であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図13(C)はゴーグル型ディスプレイであり、上述したものの他に、第2表示部5002、支持部5012、イヤホン5013、等を有することができる。図13(D)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図13(E)はテレビ受像機能付きデジタルカメラであり、上述したものの他に、アンテナ5014、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図13(F)は携帯型遊技機であり、上述したものの他に、第2表示部5002、記録媒体読込部5011、等を有することができる。図13(G)はテレビ受像器であり、上述したものの他に、チューナ画像処理部、等を有することができる。図13(H)は持ち運び型テレビ受像器であり、上述したものの他に、信号の送受信が可能な充電器5017、等を有することができる。図14(A)はディスプレイであり、上述したものの他に、支持台5018、等を有することができる。図14(B)はカメラであり、上述したものの他に、外部接続ポート5019、シャッターボタン5015、受像部5016、等を有することができる。図14(C)はコンピュータであり、上述したものの他に、ポインティングデバイス5020、外部接続ポート5019、リーダライタ5021、等を有することができる。図14(D)は携帯電話機であり、上述したものの他に、送信部、受信部、携帯電話移動端末向けの1セグメント部分受信サービス用チューナ、等を有することができる。

0190

図13(A)乃至図13(H)、図14(A)乃至図14(D)に示す電子機器は、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、日付又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又は受信を行う機能、記録媒体に記録されているプログラム又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。さらに、複数の表示部を有する電子機器においては、一つの表示部を主として画像情報を表示し、別の一つの表示部を主として文字情報を表示する機能、または、複数の表示部に視差を考慮した画像を表示することで立体的な画像を表示する機能、等を有することができる。さらに、受像部を有する電子機器においては、静止画を撮影する機能、動画を撮影する機能、撮影した画像を自動または手動で補正する機能、撮影した画像を記録媒体(外部又はカメラに内蔵)に保存する機能、撮影した画像を表示部に表示する機能、等を有することができる。なお、図13(A)乃至図13(H)、図14(A)乃至図14(D)に示す電子機器が有することのできる機能はこれらに限定されず、様々な機能を有することができる。

0191

本実施の形態において述べた電子機器は、何らかの情報を表示するための表示部を有することを特徴とする。

0192

次に、液晶表示装置の応用例を説明する。

0193

図14(E)に、液晶表示装置を、建造物と一体にして設けた例について示す。図14(E)は、筐体5022、表示部5023、操作部であるリモコン装置5024、スピーカー5025等を含む。液晶表示装置は、壁かけ型として建物と一体となっており、設置するスペースを広く必要とすることなく設置可能である。

0194

図14(F)に、建造物内に液晶表示装置を、建造物と一体にして設けた別の例について示す。表示モジュール5026は、ユニットバス5027と一体に取り付けられており、入浴者は表示モジュール5026の視聴が可能になる。

0195

なお、本実施の形態において、建造物として壁、ユニットバスを例としたが、本実施の形態はこれに限定されず、様々な建造物に液晶表示装置を設置することができる。

0196

次に、液晶表示装置を、移動体と一体にして設けた例について示す。

0197

図14(G)は、液晶表示装置を、自動車に設けた例について示した図である。表示モジュール5028は、自動車の車体5029に取り付けられており、車体の動作又は車体内外から入力される情報をオンデマンドに表示することができる。なお、ナビゲーション機能を有していてもよい。

0198

図14(H)は、液晶表示装置を、旅客飛行機と一体にして設けた例について示した図である。図14(H)は、旅客用飛行機の座席上部の天井5030に表示モジュール5031を設けたときの、使用時の形状について示した図である。表示モジュール5031は、天井5030とヒンジ部5032を介して一体に取り付けられており、ヒンジ部5032の伸縮により乗客は表示モジュール5031の視聴が可能になる。表示モジュール5031は乗客が操作することで情報を表示する機能を有する。

0199

なお、本実施の形態において、移動体としては自動車車体、飛行機機体について例示したがこれに限定されず、自動二輪車自動四輪車(自動車、バス等を含む)、電車モノレール鉄道等を含む)、船舶等、様々なものに設置することができる。

0200

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、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り出した内容も、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ものとする。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数又は複数記載された図面または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、N個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個(Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。

0201

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。

0202

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。

0203

G1走査線
Gn 走査線
R1リセット信号線
Rn リセット信号線
S1信号線
Samp_mサンプリング信号
Samp_1 サンプリング信号
Sm 信号線
V1電位
VL1配線
VL2 配線
10画素
10A 画素
10B 画素
10EL 画素
11回路
13 回路
14液晶素子
15トランジスタ
17 トランジスタ
19 配線
21 配線
23 トランジスタ
25容量素子
27 トランジスタ
29 トランジスタ
31 容量素子
33 配線
35 配線
37 配線
39 配線
41 配線
43 画素部
44_0 副画素
44_1 副画素
45走査線駆動回路
47信号線駆動回路
49シフトレジスタ
51サンプリング回路
53デジタルデータ生成回路
55電圧生成回路
57 リセット信号線駆動回路
59発光素子
61 トランジスタ
63 容量素子
65 配線
67 配線
69 スイッチ
71素子基板
73 トランジスタ
75導電層
77凹凸部
79液晶
81対向基板
83着色層
85遮光層
87絶縁層
89 導電層
91偏光板
93光拡散層
100A トランジスタ
100B トランジスタ
100C トランジスタ
101基板
103 導電層
103A 導電層
103B 導電層
105 絶縁層
107半導体層
107A 半導体層
107B 半導体層
109A 導電層
109B 導電層
111 絶縁層
113 絶縁層
170電子銃室
172光学系
174試料室
176 光学系
178カメラ
180観察室
182フィルム室
184電子
188物質
192蛍光板
5000筐体
5001 表示部
5002 表示部
5003スピーカー
5004LEDランプ
5005操作キー
5006接続端子
5007センサ
5008マイクロフォン
5009 スイッチ
5010赤外線ポート
5011記録媒体読込部
5012 支持部
5013イヤホン
5014アンテナ
5015シャッターボタン
5016 受像部
5017充電器
5018支持台
5019外部接続ポート
5020ポインティングデバイス
5021リーダ/ライタ
5022 筐体
5023 表示部
5024リモコン装置
5025 スピーカー
5026表示モジュール
5027ユニットバス
5028 表示モジュール
5029 車体
5030天井
5031 表示モジュール
5032ヒンジ部
8000 表示モジュール
8001 上部カバー
8002 下部カバー
8003FPC
8004タッチパネル
8005 FPC
8006表示パネル
8007バックライトユニット
8008光源
8009フレーム
8010プリント基板
8011 バッテリー

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