JP7814581B2

JP7814581B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP7814581B2
Application number: JP2025034287A
Authority: JP
Inventors: 舜平山崎; 英明宍戸
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2025-03-05
Publication date: 2026-02-16
Anticipated expiration: 2037-11-23
Also published as: US10964729B2; US20200203394A1; JP2026050461A; JP2018087977A; JP2022103303A; JP2024123029A; JP2023033595A; JP7076196B2; US20180145096A1; JP7646922B2; JP7216855B2; JP2025078762A

Description

本発明の一態様は、液晶表示装置、および電子機器に関する。

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

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

特開２００７－１２３８６１号公報特開２００７－９６０５５号公報

液晶素子や発光素子を用いた表示装置は、単位面積あたりの画素数を多くすることによっ
て高精細な画像を表示することができる。アクティブ型表示素子の場合、画素には表示素
子の他、トランジスタ、容量素子および配線などを設ける必要がある。

単位面積あたりの画素数が多くなると、画素内において、光を透過しない構成要素の占有
面積が相対的に大きくなる。すなわち、開口率が低下する。したがって、透過型の液晶素
子などでは、鮮明な画像表示を行うためにバックライト光の強度を高めなければならず、
消費電力が増加してしまう。

また、画素面積が非常に小さくなると、横方向に櫛歯状の電極を配置する横電界モードの
液晶素子は設計が困難となり、製造歩留りも高めにくい。

したがって、本発明の一態様は、開口率が高い液晶表示装置を提供することを目的の一つ
とする。または、消費電力の低い液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。また
は、高精細な液晶表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い液
晶表示装置を提供することを目的の一つとする。

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、可視光に対して透光性を有する容量素子が設けられた液晶表示装置に
関する。

本発明の一態様は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する表示装置で
あって、第１の導電層は、トランジスタのソース電極またはドレイン電極が延在した領域
であり、液晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、液晶層は、第３
の導電層と第４の導電層との間に設けられ、第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透
光性を有し、第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、第２の導電層
は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられ、第１の導電層と第２の導電層との間
には、第１の絶縁層が設けられ、第２の導電層と第３の導電層との間には、第２の絶縁層
が設けられ、第２の導電層は第１の開口部を有し、第１の絶縁層および第２の絶縁層は第
２の開口部を有し、第２の開口部は第１の開口部の内側に設けられ、第３の導電層は第２
の開口部を通じて第１の導電層と電気的に接続される表示装置である。

また、本発明の他の一態様は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子と、を有する
表示装置であって、第１の導電層は、トランジスタの半導体層が延在した領域であり、液
晶素子は、第３の導電層、液晶層および第４の導電層を有し、液晶層は、第３の導電層と
第４の導電層との間に設けられ、第１乃至第４の導電層は、可視光に対して透光性を有し
、第１乃至第４の導電層は、それぞれ互いに重なる領域を有し、第２の導電層は、第１の
導電層と第３の導電層との間に設けられ、第１の導電層と第２の導電層との間には、第１
の絶縁層が設けられ、第２の導電層と第３の導電層との間には、第２の絶縁層が設けられ
、第２の導電層は第１の開口部を有し、第１の絶縁層および第２の絶縁層は第２の開口部
を有し、第２の開口部は第１の開口部の内側に設けられ、第３の導電層は第２の開口部を
通じて第１の導電層と電気的に接続される表示装置である。

第２の導電層は共通電極であり、第１の導電層、第２の導電層および第１の絶縁層は、第
１の容量素子として作用させることができる。また、第２の導電層、第３の導電層および
第２の絶縁層は、第２の容量素子として作用させることができる。

第１乃至第４の導電層には金属酸化物を用いることができる。

また、トランジスタは、ゲート電極として作用する第５の導電層を有する。第５の導電層
には、可視光に対して透光性を有する金属酸化物を用いてもよい。

また、第５の導電層は、第１乃至第４の導電層と重なる領域を有してもよい。

また、トランジスタは、チャネルが形成される半導体層に金属酸化物を有することが好ま
しい。

なお、本明細書中において、表示部にコネクター、例えばＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐ
ｒｉｎｔｅｄｃｉｒｃｕｉｔ）もしくはＴＣＰ（ＴａｐｅＣａｒｒｉｅｒＰａｃｋ
ａｇｅ）が取り付けられたモジュール、ＴＣＰの先にプリント配線板が設けられたモジュ
ール、または表示素子が形成された基板にＣＯＧ（ＣｈｉｐＯｎＧｌａｓｓ）方式に
よりＩＣ（集積回路）が直接実装されたモジュールも表示装置に含む場合がある。

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

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。

画素を説明する斜視図。画素を説明する斜視図。画素を説明する上面図および断面図。画素を説明する斜視図。画素を説明する上面図および断面図。画素を説明する斜視図。画素を説明する斜視図。画素を説明する上面図および断面図。画素を説明する斜視図。画素を説明する斜視図。画素を説明する上面図および断面図。画素を説明する上面図。表示装置を説明する斜視図。タッチパネルおよび入力装置を説明する斜視図。表示装置を説明する断面図。表示装置を説明する断面図。表示装置を説明する断面図。画素の配置を説明する図。動作モードの一例を示す図。電子機器の一例を示す図。

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、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変
更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施
の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には
同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、同様
の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。

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、または、状況に応
じて、互いに入れ替えることが可能である。例えば、「導電層」という用語を、「導電膜
」という用語に変更することが可能である。または、例えば、「絶縁膜」という用語を、
「絶縁層」という用語に変更することが可能である。

本明細書等において、金属酸化物（ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ）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（ＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒまたは単にＯＳともいう）な
どに分類される。例えば、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用いた場合、当該金属
酸化物を酸化物半導体と呼称する場合がある。つまり、ＯＳトランジスタと記載する場合
においては、金属酸化物または酸化物半導体を有するトランジスタと換言することができ
る。

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（ｍｅｔａｌｏｘｉ
ｄｅ）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（ｍｅｔ
ａｌｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）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説明する。

本発明の一態様の表示装置は、第１の導電層と、第２の導電層と、液晶素子を有する。ま
た、液晶素子は、第３の導電層と第４の導電層との間に液晶層が設けられた構成を有する
。

第１乃至第４の導電層は可視光に対して透光性を有し、それぞれ互いに重なる領域を有す
る。また、第２の導電層は、第１の導電層と第３の導電層との間に設けられる。

第１の導電層と第２の導電層との間、および第２の導電層と第３の導電層との間には、そ
れぞれ絶縁層が設けられる。したがって、第２の導電層を電極とする二つの容量素子が積
層された構成となる。

当該二つの容量素子は透光性を有し、かつ液晶素子が重なる構成であるため、開口率を高
くすることができ、表示装置の消費電力を低減させることができる。また、表示装置の高
精細化を実現できる。

図１は、本発明の一態様の液晶表示装置の画素に設けられる主な要素を図示した斜視図で
ある。また、図２は、当該斜視図を上下方向に展開した図である。なお、図１および図２
では、明瞭化のため絶縁層などを省き、簡略化している。

画素１０ａは、配線３１と、配線３２と、トランジスタ２１と、導電層４２と、導電層４
３と、を有する。

ここで、配線３１は、走査線としての機能を有する。配線３２は、信号線としての機能を
有する。配線３１および配線３２は信号の遅延を防止するため、抵抗の低い金属層を含ん
で形成することが好ましい。

また、配線３１の一部および配線３１が延在した領域は、トランジスタ２１のゲートとし
ての機能を有する。トランジスタ２１のチャネル領域に用いる材料によっては、光が照射
されることでトランジスタ２１の特性が変動することがある。遮光性の高い金属層を配線
３１に用いることで、外光またはバックライトの光などが、チャネル領域に照射されるこ
とを抑制できる。これにより、トランジスタ２１の信頼性を高めることができる。

トランジスタ２１はボトムゲート型トランジスタであり、半導体層２５と、導電層４１ａ
と、導電層４１ｂと、を有する。

導電層４１ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有する。導電層４１ａは、
配線３２と電気的に接続される。

導電層４１ｂは、ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、導電層４１
ｂは、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。

導電層４２は、容量素子の一方または他方の電極としての機能を有する。また、導電層４
２は共通電極であり、容量線としての機能も有する。

導電層４３は、液晶素子の画素電極としての機能を有する。また、導電層４３は、容量素
子の一方または他方の電極としての機能を有する。

導電層４２は開口部４２ｂを有する。また、開口部４２ｂにおいて、導電層４１ｂと導電
層４３は電気的に接続される。

導電層４１ｂと導電層４２との間には、第１の絶縁層（図１、図２に図示なし）が設けら
れる。したがって、導電層４１ｂおよび導電層４２を電極とし、第１の絶縁層を誘電体と
する容量素子２６を形成することができる。

また、導電層４２と導電層４３との間には、第２の絶縁層（図１、図２に図示なし）が設
けられる。したがって、導電層４２および導電層４３を電極とし、第２の絶縁層を誘電体
とする容量素子２７を形成することができる。

図３（Ａ）は、画素１０ａの上面図である。図３（Ａ）に示すように、配線３１および配
線３２を除く領域において、導電層４１ｂ、導電層４２および導電層４３を互いに重なる
領域を有するように配置する。

ここで、本発明の一態様では、導電層４１ｂ、導電層４２、導電層４３、第１の絶縁層お
よび第２の絶縁層を可視光に対して透光性を有する材料で形成する。そのため、液晶素子
の画素電極としても機能する導電層４３と、容量素子２６と、容量素子２７とが重なる領
域は透光性を有することになる。したがって、画素１０ａの開口率を高めることができる
。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す線分Ａ１－Ａ２の切断面に相当する断面図である。図３
（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す線分Ａ３－Ａ４の切断面に相当する断面図である。なお、図
３（Ｂ）、（Ｃ）では、図２において図示していない、基板７１、基板７２、液晶素子７
５、着色層６５、遮光層６６等の断面も合わせて図示している。

液晶素子７５は透過型であり、縦電界モードで動作する。液晶素子７５は、導電層４３と
、配向膜６１と、液晶層６３と、配向膜６２と、導電層６４を有する構成とすることがで
きる。

また、各要素間には必要に応じて絶縁層が設けられる。配線３１と半導体層２５との間に
設けられる絶縁層５１は、トランジスタ２１のゲート絶縁膜として機能する。導電層４１
ｂ上に設けられる絶縁層５２および絶縁層５３は、それぞれ保護膜、平坦化膜として機能
する。また、着色層６５および遮光層６６と共通電極との間に設けられる絶縁層５５は、
保護膜および平坦化膜として機能する。なお、上述した絶縁層は一例であり、その他の絶
縁層が設けられていてもよい。または、上述した絶縁層の一部が省かれた構成であっても
よい。

ここで、導電層４１ｂ、絶縁層５２、絶縁層５３および導電層４２が重なる領域は、容量
素子２６として機能する。また、導電層４２、絶縁層５４および導電層４３が重なる領域
は、容量素子２７として機能する。すなわち、本発明の一態様の液晶表示装置は、一方の
電極を共通とした積層型の容量素子を有する。

単位面積当たりの画素数が多くなると画素の面積が必然的に小さくなるため、画素内に形
成される容量素子の容量値は小さくなる。そのため、画像信号を保持する機能が低下して
しまう。本発明の一態様では、容量素子２６と容量素子２７とが重なる領域を有する積層
型であるが、一方の電極が共通であるため、容量素子２６と容量素子２７は並列接続であ
る。したがって、いずれか一方の容量素子を設ける構成よりも容量値を大きくすることが
でき、画像信号の保持する機能の低下を抑制することができる。

また、導電層４１ｂおよび導電層４２を有する容量素子２６と、導電層４２および導電層
４３を有する容量素子２７は、可視光に対して透光性を有する。

したがって、バックライトの光を基板７１側から照射すると、光は破線の矢印に示す方向
に射出される。また、バックライトの光は、開口部４２ｂも透過する。

図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、バックライトの光は、着色層６５を介して外部に取り
出してもよい。着色層６５を介して取り出すことで、当該光を所望の色に着色することが
できる。着色層６５の色としては、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼ
ンタ（Ｍ）、黄色（Ｙ）等から選択することができる。なお、バックライトの光は、基板
７２側から照射してもよい。

以上の説明の通り、本発明の一態様の構成を用いることで、開口率の高い液晶表示装置を
形成することができる。したがって、バックライト光の強度を強めることなく鮮明な画像
を表示することができ、液晶表示装置の消費電力を低減させることができる。

本発明の一態様の液晶表示装置は、図４（Ａ）に示す斜視図の画素１０ｂを有する構成で
あってもよい。

図４（Ｂ）は、画素１０ｂにおけるトランジスタ２１および配線３１の斜視図である。画
素１０ｂは、トランジスタ２１のゲートとして機能する導電層の構成が画素１０ａと異な
る。

画素１０ａは、配線３１が延在した領域をゲートとして用いる構成であるが、画素１０ｂ
では、可視光に対して透光性を有する導電層３３をゲートとして用いる。したがって、遮
光性のある配線３１の面積を削減することができる。

図５（Ａ）は、画素１０ｂの上面図である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示す線分Ｂ１－
Ｂ２の切断面に相当する断面図である。図５（Ｃ）は、図５（Ａ）に示す線分Ｂ３－Ｂ４
の切断面に相当する断面図である。

画素１０ｂでは、配線３１および配線３２を除く領域において、導電層３３とその他の要
素が重なる領域も透光性を有する。例えば、トランジスタ２１の半導体層２５と導電層４
１ｂとのコンタクト部やトランジスタ２１のチャネル部に光を透過させることができる。
したがって、画素１０ａよりも開口率を向上させることができる。なお、トランジスタ２
１の半導体層２５は、画素の構成を問わず、可視光に対して透光性を有する材料で形成す
ることができる。

なお、図４（Ａ），（Ｂ）および図５（Ａ）においては、導電層３３上に配線３１を形成
して電気的な接続を得る構成を示しているが、配線３１上に導電層３３を形成してもよい
。

また、本発明の一態様の液晶表示装置は、図６および図７の斜視図に示す画素１０ｃを有
する構成であってもよい。画素１０ｃはトランジスタの構造を除き、画素１０ａ、１０ｂ
と同様の構成を有する。

画素１０ｃは、トランジスタにセルフアライン型のトップゲート構造を用いた構成である
。トランジスタ２２は、半導体層２５と、導電層４１ａと、導電層４１ｂと、導電層３４
を有する。

導電層４１ａは、ソースまたはドレインの一方としての機能を有する。導電層４１ｂは、
ソースまたはドレインの他方としての機能を有する。また、導電層４１ｂは、容量素子の
一方または他方の電極としての機能を有する。導電層３４は、ゲートとしての機能を有す
る。

図８（Ａ）は、画素１０ｃの上面図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示す線分Ｃ１－
Ｃ２の切断面に相当する断面図である。図８（Ｃ）は、図８（Ａ）に示す線分Ｃ３－Ｃ４
の切断面に相当する断面図である。

画素１０ｃでは、配線３１、配線３２および導電層３４を除く領域において、半導体層２
５とその他の要素が重なる領域も透光性を有する。したがって、開口率を向上させること
ができる。なお、導電層３４は金属などの低抵抗材料で形成することができるが、図１２
（Ａ）に示すように、導電層３４を可視光に対して透光性を有する導電層３４ｂに置き換
えてもよい。当該構成とすることで、さらに開口率を向上させることができる。

なお、図８（Ｂ）に示すように、トップゲート構造のトランジスタの場合は、基板７１と
半導体層２５との間に絶縁層５６を設けることが好ましい。絶縁層５６の遮蔽効果により
基板７１から半導体層２５に不純物が拡散することを防ぐことができる。また、半導体層
２５に酸化物半導体を用いる場合は、絶縁層５６および保護膜５７中の過剰酸素により半
導体層２５中の酸素欠損を補填することができ、トランジスタの信頼性を高めることがで
きる。

また、本発明の一態様の液晶表示装置は、図９および図１０に示す画素１０ｄを有する構
成であってもよい。画素１０ｄは半導体層２５の形状が異なる点、導電層４１ａおよび導
電層４１ｂを有さない点を除き、画素１０ｃと同様の構成を有する。

トランジスタ２２において、半導体層２５は、ソースまたはドレインの一方として機能す
る領域２５ｂ、およびソースまたはドレインの他方として機能する領域２５ｃを有する。

画素１０ｃのトランジスタ２２では、領域２５ｂにソースまたはドレインの一方として機
能する導電層４１ａを接続した構成であるが、画素１０ｄのトランジスタ２２では領域２
５ｂと配線３２が直接接続される。

また、画素１０ｃのトランジスタ２２は、領域２５ｃにソースまたはドレインの他方とし
て機能する導電層４１ｂを接続した構成であり、導電層４１ｂを容量素子２６の電極とし
て用いている。一方で、画素１０ｄのトランジスタ２２では、領域２５ｃを延在させて容
量素子２６の電極として用いる。

したがって、導電層４１ａ、導電層４１ｂを形成するための工程などを省くことができ、
製造コストを低減することができる。

図１１（Ａ）は、画素１０ｄの上面図である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示す線分
Ｄ１－Ｄ２の切断面に相当する断面図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）に示す線分
Ｄ３－Ｄ４の切断面に相当する断面図である。

画素１０ｄでは、画素１０ｃと同様に、配線３１、配線３２および導電層３４を除く領域
において、半導体層２５とその他の要素が重なる領域も透光性を有する。したがって、開
口率を向上させることができる。なお、図１２（Ｂ）に示すように、導電層３４を可視光
に対して透光性を有する導電層３４ｂに置き換えてもよい。当該構成とすることで、さら
に開口率を向上させることができる。

また、画素１０ｄは導電層４１ｂを有さないため、開口部における透過率も画素１０ｃよ
りも高くなる。

図１１（Ｂ）に示すように、半導体層２５は、チャネル形成領域として機能する領域２５
ａ、ソースまたはドレインの一方として機能する領域２５ｂ、およびソースまたはドレイ
ンの他方として機能する領域２５ｃを有する。領域２５ｂおよび領域２５ｃは低抵抗領域
であり、導電層３４をマスクとしてプラズマ処理やドーピング処理などを行うことにより
不純物を半導体層２５に導入し、酸素欠損を発生させることにより形成することができる
。

トランジスタ、配線、容量素子等には、以下に示す材料を用いることができる。なお、こ
れらの材料は、本実施の形態で示すその他の構成例における可視光を透過する半導体層お
よび導電層にも適用することができる。

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

トランジスタが有する導電層は、透光性を有する導電性材料を用いて形成することができ
る。透光性を有する導電性材料は、インジウム、亜鉛、錫の中から選ばれた一種、または
複数種を含むことが好ましい。透光性を有する導電性材料の具体例には、Ｉｎ酸化物、Ｉ
ｎ－Ｓｎ酸化物（ＩＴＯ：ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ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層に、不純物元素を含有させる等して低抵抗化させた酸
化物半導体を用いてもよい。当該低抵抗化させた酸化物半導体は、酸化物導電体（ＯＣ：
ＯｘｉｄｅＣｏｎｄｕｃｔｏｒ）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層に含まれる金属元素を一種類以上
有することが好ましい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、トランジスタを構成す
る層のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以
上の工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。

本実施の形態に示す液晶表示装置が有する画素の構成とすることで、バックライトユニッ
トから射出される光を効率よく使用することができる。したがって、消費電力が抑制され
た、優れた液晶表示装置を提供することができる。

次に、図１３を用いて、本実施の形態の液晶表示装置について説明する。図１３は、表示
装置１００Ａの斜視図であり、一部を拡大して図示している。なお、図１３では、明瞭化
のため、基板７２を破線で示し、偏光板６７などの構成要素を省略して図示している。

表示装置１００Ａは、表示部１６２および駆動回路部１６４を有する。表示装置１００Ａ
には、ＦＰＣ１７２およびＩＣ１７３が実装されている。

表示部１６２は、複数の画素を有し、画像を表示する機能を有する。また、画素は、複数
の副画素を有する。なお、図１３では副画素として画素１０ａを例示しているが、画素１
０ｂ、画素１０ｃまたは画素１０ｄであってもよい。

例えば、赤色を呈する副画素、緑色を呈する副画素、および青色を呈する副画素によって
１つの画素が構成されることで、表示部１６２ではフルカラーの表示を行うことができる
。なお、副画素が呈する色は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、および青（Ｂ）に限られない。画素
には、例えば、白（Ｗ）、黄（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、またはシアン（Ｃ）等の色を呈す
る副画素を用いてもよい。なお、本明細書等において、副画素を単に画素と記す場合があ
る。

表示装置１００Ａは、走査線駆動回路および信号線駆動回路のうち、一方または双方を有
していてもよい。または、走査線駆動回路および信号線駆動回路の双方を有していなくて
もよい。表示装置１００Ａが、タッチセンサ等のセンサを有する場合、表示装置１００Ａ
は、センサ駆動回路を有していてもよい。本実施の形態では、駆動回路部１６４として、
走査線駆動回路を有する例を示す。走査線駆動回路は、表示部１６２が有する走査線に走
査信号を出力する機能を有する。

表示装置１００Ａでは、ＩＣ１７３が、ＣＯＧ方式などの実装方式により、基板７１に実
装されている。ＩＣ１７３は、例えば、信号線駆動回路、走査線駆動回路、およびセンサ
駆動回路のうち、一つまたは複数を有する。

表示装置１００Ａには、ＦＰＣ１７２が電気的に接続されている。ＦＰＣ１７２を介して
、ＩＣ１７３および駆動回路部１６４には外部から信号および電力が供給される。また、
ＦＰＣ１７２を介して、ＩＣ１７３から外部に信号を出力することができる。

ＦＰＣ１７２には、ＩＣが実装されていてもよい。例えば、ＦＰＣ１７２には、信号線駆
動回路、走査線駆動回路、およびセンサ駆動回路のうち、一つまたは複数を有するＩＣが
実装されていてもよい。

表示部１６２および駆動回路部１６４には、配線１６５を介して、信号および電力が供給
される。当該信号および電力は、ＩＣ１７３から、またはＦＰＣ１７２を介して外部から
、配線１６５に入力される。

また、基板７２上には入力装置１６７を設けることができる。表示装置１００Ａに入力装
置１６７を設けた構成はタッチパネルとして機能させることができる。

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および対向基板の一方または双方に検知素子を構成する
電極等を設ける構成等、様々な構成を適用することができる。

図１４（Ａ）、（Ｂ）に、タッチパネルの一例を示す。図１４（Ａ）は、タッチパネル３
５０Ａの斜視図である。図１４（Ｂ）は、入力装置１６７の斜視概略図である。なお、明
瞭化のため、代表的な構成要素のみを示している。

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１６７と、表示装置１００Ａとを有し、これらが重ね
て設けられている。

入力装置１６７は、基板１６３、電極１２７、電極１２８、複数の配線１３７、複数の配
線１３８および複数の配線１３９を有する。例えば、電極１２７は配線１３７または配線
１３９と電気的に接続することができる。また、電極１２８は配線１３９と電気的に接続
することができる。ＦＰＣ１７２ｂは、複数の配線１３７および複数の配線１３８の各々
と電気的に接続する。ＦＰＣ１７２ｂにはＩＣ１７３ｂを設けることができる。

または、表示装置１００Ａの基板７１と基板７２との間にタッチセンサを設けてもよい。
基板７１と基板７２との間にタッチセンサを設ける場合は、静電容量方式のタッチセンサ
のほか、光電変換素子を用いた光学式のタッチセンサを適用してもよい。

図１５（Ａ）は、表示部１６２、駆動回路部１６４、および配線１６５を含む断面図であ
る。なお、図１５（Ａ）は、図１乃至図３に示した画素１０ａの構成を適用した例である
が、図４および図５に示す画素１０ｂを適用した場合も同様の構成となる。

図１５（Ａ）に示すように、表示装置１００Ａは、基板７１、トランジスタ２１、トラン
ジスタ２２、液晶素子７５、配向膜６１、配向膜６２、接続部６８、接着層７３、着色層
６５、遮光層６６、絶縁層５５、基板７２、および偏光板１３０等を有する。

表示部１６２には、縦電界モードで動作する透過型の液晶素子７５が設けられている。液
晶素子７５は、画素電極として機能する導電層４３、共通電極として作用する導電層６４
、および液晶層６３を有する。導電層４３と導電層６４との間に生じる電界により、液晶
層６３の配向を制御することができる。液晶層６３は、配向膜６１と配向膜６２の間に位
置する。

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

液晶素子７５には様々なモードが適用された液晶素子を用いることができる。例えば、Ｖ
Ａ（ＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＴＮ（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａ
ｔｉｃ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ－Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａ
ｘｉａｌｌｙＳｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｉｇｎｅｄＭｉｃｒｏ－ｃｅｌｌ）モード、
ＯＣＢ（ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）
モード、ＦＬＣ（ＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モード
、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）モ
ード、ＥＣＢ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＢｉｒｅｆｒｉｎｇ
ｅｎｃｅ）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素子、例えばＶＡモードを採用し
た透過型の液晶素子を適用してもよい。ＶＡモードとしては、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ－Ｄｏ
ｍａｉｎＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅ
ｄＶｅｒｔｉｃａｌＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶ（ＡｄｖａｎｃｅｄＳｕ
ｐｅｒＶｉｅｗ）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
ＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、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。

表示装置１００Ａは、透過型の液晶表示装置であるため、導電層４３および導電層６４の
双方に、可視光を透過する導電性材料を用いる。また、トランジスタ２１が有する導電層
の一つまたは複数に、可視光を透過する導電性材料を用いることができる。これにより、
トランジスタ２１が設けられている領域の少なくとも一部も表示に有効な領域として用い
ることができる。

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。

表示部１６２に含まれる導電層３３、導電層３４、導電層４１ａ、導電層４１ｂ、導電層
４２、導電層４３および導電層６４のうち、一つまたは複数に金属酸化物の一態様である
酸化物導電層を用いることが好ましい。酸化物導電層は、トランジスタ２１の半導体層２
５に含まれる金属元素を一種類以上有することが好ましい。例えば、当該酸化物導電層は
、インジウムを含むことが好ましく、Ｉｎ－Ｍ－Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ
、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、ＳｎまたはＨｆ）膜であることがさらに好ましい。

また、導電層３３、導電層３４、導電層４１ａ、導電層４１ｂ、導電層４２、導電層４３
および導電層６４のうち、一つまたは複数を、金属酸化物の一態様である酸化物半導体を
用いて形成してもよい。同一の金属元素を有する酸化物半導体を、表示装置を構成する層
のうち２層以上に用いることで、製造装置（例えば、成膜装置、加工装置等）を２以上の
工程で共通で用いることが可能となるため、製造コストを抑制することができる。

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

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、酸化物半導体層および酸化物導電層を
加工する際のエッチングガスまたはエッチング液を共通して用いることができる。ただし
、酸化物半導体層と、酸化物導電層は、同一の金属元素を有していても、組成が異なる場
合がある。例えば、表示装置の作製工程中に、膜中の金属元素が脱離し、異なる金属組成
となる場合がある。

表示装置１００Ａにおいて、液晶層６３上に、着色層６５および遮光層６６が設けられて
いる。着色層６５および遮光層６６と、液晶層６３と、の間には、絶縁層５５を設けるこ
とが好ましい。絶縁層５５は、着色層６５および遮光層６６等に含まれる不純物が液晶層
６３に拡散することを抑制できるほか、平坦化膜としての機能を有する。

基板７１および基板７２は、接着層７３によって貼り合わされている。基板７１、基板７
２、および接着層７３に囲まれた領域に、液晶層６３が封止されている。

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１６
２を挟むように２つ配置する。図１５では、基板７２側の偏光板６７を図示している。基
板７１側に設けられた偏光板よりも外側に配置されたバックライトからの光は偏光板を介
して入射する。このとき、導電層４３と導電層６４の間に与える電圧によって液晶層６３
の配向を制御し、光の光学変調を制御することができる。すなわち、偏光板６７を介して
射出される光の強度を制御することができる。また、入射光は着色層６５によって特定の
波長領域以外の光が吸収されるため、射出される光は例えば赤色（Ｒ）、青色（Ｂ）、ま
たは緑色（Ｇ）を呈する光となる。

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

また、液晶素子７５は、ゲスト・ホスト液晶モードを用いて駆動してもよい。ゲスト・ホ
スト液晶モードを用いる場合、両方または一方の偏光板を必ずしも用いなくてよい。偏光
板による光の吸収を低減できるため、光取り出し効率を高め、表示装置の表示を明るくす
ることができる。

駆動回路部１６４は、トランジスタ２３を有する。トランジスタ２３は、ゲートとして機
能する導電層３７、ゲート絶縁膜、半導体層、導電層３５および導電層３６を有する。導
電層３５および導電層３６の一方はソースとして機能し、他方はドレインとして機能する
。

駆動回路部１６４に設けられるトランジスタは、可視光を透過する機能を必ずしも有して
いなくてよい。そのため、導電層３６および導電層３７には、低抵抗の金属層などを用い
ることができる。

接続部６８では、配線１６５と導電層４４が接続し、導電層４４と接続体４５が接続して
いる。つまり、接続部６８では、配線１６５が、導電層４４と接続体４５を介して、ＦＰ
Ｃ１７２と電気的に接続している。このような構成とすることで、ＦＰＣ１７２から、配
線１６５に、信号および電力を供給することができる。

トランジスタ２１およびトランジスタ２２は、同じ構造であっても、異なる構造であって
もよい。つまり、駆動回路部１６４が有するトランジスタと、表示部１６２が有するトラ
ンジスタが、同じ構造であっても、異なる構造であってもよい。また、駆動回路部１６４
が、複数の構造のトランジスタを有していてもよいし、表示部１６２が、複数の構造のト
ランジスタを有していてもよい。

なお、図１５（Ａ）では、トランジスタチャネル形成領域に対して一つのゲートが設けら
れる構成を図示しているが、図１５（Ｂ）に示すトランジスタ２３のように、チャネル形
成領域を挟むように導電層３５と導電層３８の二つのゲートを設けた構成としてもよい。

導電層３５および導電層３８は、それぞれに異なる電位を供給できる構成とすることがで
きる。または、両者を電気的に接続してもよい。前者の場合は、トランジスタのしきい値
電圧の制御に有効である。

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

なお、図４および図５に示す画素１０ｂに対して導電層３８を設ける場合は、導電層３８
も可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。

図１６（Ａ）は、図６乃至図８に示す画素１０ｃの構成を適用した場合の表示装置１００
Ａの断面図である。また、図１７（Ａ）は、図９乃至図１１に示す画素１０ｄの構成を適
用した場合の表示装置１００Ａの断面図である。駆動回路部１６４にはトランジスタ２４
が設けられる。

図１６（Ｂ）および図１７（Ｂ）は、トランジスタ２２およびトランジスタ２４に二つの
ゲート電極を設けた構成を適用した場合の断面図である。

なお、図１２（Ａ）に示す画素１０ｃおよび図１２（Ｂ）に示す画素１０ｄに対して導電
層３８を設ける場合は、導電層３８も可視光に対して透光性を有する材料で形成すること
が好ましい。

図１８は、画素１０ａを副画素とした場合の配列の一例を示す上面図である。図面に記し
たＲ、Ｇ、Ｂは、当該副画素上に設けられる着色層６５の色の一例を示している。画素配
列は、視野角依存性を減らすために行毎に画素レイアウトを反転して配置とすることが好
ましい。なお、画素１０ｂ、画素１０ｃおよび画素１０ｄの配列も同様とすることができ
る。

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

≪基板７１、７２≫
本発明の一態様の表示装置が有する基板の材質などに大きな制限はなく、様々な基板を用
いることができる。例えば、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、半導体基板、セラ
ミック基板、金属基板、またはプラスチック基板等を用いることができる。

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

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２１、２２、２３、２４≫
本発明の一態様の表示装置が有する各トランジスタは、トップゲート型またはボトムゲー
ト型のいずれの構造としてもよい。または、チャネルの上下にゲート電極が設けられてい
てもよい。トランジスタに用いる半導体材料は特に限定されず、例えば、酸化物半導体、
シリコン、ゲルマニウム等が挙げられる。

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を低減できるため好ましい。

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２１、２２、２３、２４は、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物
半導体層を有することが好ましい。これにより、トランジスタのオフ電流を低くすること
ができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状
態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくするこ
とができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

また、トランジスタ２１、２２、２３、２４は、比較的高い電界効果移動度が得られるた
め、高速駆動が可能である。このような高速駆動が可能なトランジスタを表示装置に用い
ることで、表示部のトランジスタと、駆動回路部のトランジスタを同一基板上に形成する
ことができる。すなわち、駆動回路として、別途、シリコンウェハ等により形成された半
導体装置を用いる必要がないため、表示装置の部品点数を削減することができる。また、
表示部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供
することができる。

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

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

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７３≫
接着層７３としては、熱硬化樹脂、光硬化樹脂、または２液混合型の硬化性樹脂などの硬
化性樹脂を用いることができる。例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、
またはシロキサン樹脂などを用いることができる。

≪接続体４５≫
接続体４５としては、例えば、異方性導電フィルム（ＡＣＦ：Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ
ＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ）、または異方性導電ペースト（ＡＣＰ：Ａｎｉｓｏｔ
ｒｏｐｉｃＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＰａｓｔｅ）などを用いることができる。

≪着色層６５≫
着色層６５は特定の波長帯域の光を透過する有色層である。着色層６５に用いることので
きる材料としては、金属材料、樹脂材料、および顔料または染料が含まれた樹脂材料など
が挙げられる。

≪遮光層６６≫
遮光層６６は、例えば、隣接する異なる色の着色層６５の間に設けられる。例えば、金属
材料、または、顔料もしくは染料を含む樹脂材料を用いて形成されたブラックマトリクス
を遮光層６６として用いることができる。なお、遮光層６６は、駆動回路部１６４など、
表示部１６２以外の領域にも設けると、導波光などによる光漏れを抑制できるため好まし
い。

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：ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法
、真空蒸着法、パルスレーザー堆積（ＰＬＤ：ＰｕｌｓｅｄＬａｓｅｒＤｅｐｏｓｉ
ｔｉｏｎ）法、原子層成膜（ＡＬＤ：ＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
）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（Ｐ
ＥＣＶＤ）法および熱ＣＶＤ法等が挙げられる。熱ＣＶＤ法の例として、有機金属化学気
相堆積（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣＶＤ）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）、および、これらを混合させた光
が挙げられる。そのほか、紫外線、ＫｒＦレーザ光、またはＡｒＦレーザ光等を用いるこ
ともできる。また、液浸露光技術により露光を行ってもよい。露光に用いる光としては、
極端紫外光（ＥＵＶ：ＥｘｔｒｅｍｅＵｌｔｒａ－ｖｉｏｌｅｔ）およびＸ線等が挙げ
られる。また、露光に用いる光に換えて、電子ビームを用いることもできる。ＥＵＶ、Ｘ
線または電子ビームを用いると、極めて微細な加工が可能となるため好ましい。なお、電
子ビームなどのビームを走査することにより露光を行う場合には、フォトマスクは不要で
ある。

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。

以上により、開口率の高く、消費電力の低い液晶表示装置を作製することができる。

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２）
本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置で行うことができる動作モードについて図
１９を用いて説明する。

なお、以下では、通常のフレーム周波数（代表的には６０Ｈｚ以上２４０Ｈｚ以下）で動
作する通常駆動モードと、低速のフレーム周波数で動作するアイドリング・ストップ（Ｉ
ＤＳ）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、通常駆動モー
ドの１／１００乃至１／１０程度のフレーム周波数とすることができる。静止画は、連続
するフレーム間でビデオ信号が同じである。よって、ＩＤＳ駆動モードは、静止画を表示
する場合に特に有効である。ＩＤＳ駆動を用いて画像を表示させることで、消費電力が低
減されるとともに、画面のちらつき（フリッカー）が抑制され、眼精疲労も低減できる。

図１９（Ａ）乃至図１９（Ｃ）は、画素回路の回路図、および通常駆動モードとＩＤＳ駆
動モードを説明するタイミングチャートである。なお、図１９（Ａ）では、液晶素子５０
１と、液晶素子５０１に電気的に接続される画素回路５０６と、を示している。また、図
１９（Ａ）に示す画素回路５０６では、信号線ＳＬと、ゲート線ＧＬと、信号線ＳＬおよ
びゲート線ＧＬに接続されたトランジスタＭ１と、トランジスタＭ１に接続される容量素
子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、およびスイッチング作用の少なくとも１つを有する場合、当該金属酸化物を
、金属酸化物半導体（ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）または酸
化物半導体（ｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、略してＯＳと呼ぶことができ
る。以下、トランジスタの代表例として、チャネルが形成される半導体層に酸化物半導体
を用いたトランジスタ（「ＯＳトランジスタ」ともいう）を用いて説明する。ＯＳトラン
ジスタは、多結晶シリコンなどを用いたトランジスタよりも非導通状態時のリーク電流（
オフ電流）が極めて低い特徴を有する。なお、液晶素子５０１の画素電極、トランジスタ
Ｍ１のソースまたはドレインの一方、および容量素子ＣｓＬＣが接続されたノードをノー
ドＮＤ１とする。トランジスタＭ１にＯＳトランジスタを用いることでノードＮＤ１に供
給された電荷を長期間保持することができる。

なお、図１９（Ａ）に示す回路図において、液晶素子５０１もデータ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５０１の抵抗率を１．０×１
０^１４Ω・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－Ｚｎ酸化物、Ｉ
ｎ－Ｚｎ酸化物などを好適に用いることができる。また、上記Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物と
しては、代表的には、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］近傍の組成を用い
ることができる。

図１９（Ｂ）は、通常駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬにそれぞれ与える信
号の波形を示すタイミングチャートである。通常駆動モードでは通常のフレーム周波数（
例えば６０Ｈｚ）で動作する。図１９（Ｂ）に期間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を液晶素子５０１およ
び容量素子Ｃｓ_ＬＣ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１９（Ｃ）は、ＩＤＳ駆動モードでの信号線ＳＬおよびゲート線ＧＬに、それぞ
れ与える信号の波形を示すタイミングチャートである。ＩＤＳ駆動では低速のフレーム周
波数（例えば１Ｈｚ）で動作する。１フレーム期間を期間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。

したがって、ＩＤＳ駆動モードを用いることで、低消費電力化を図ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明の一態様で開示されるトランジスタの半導体層に用いることが
できる金属酸化物について説明する。なお、トランジスタの半導体層に金属酸化物を用い
る場合、当該金属酸化物を酸化物半導体と読み替えてもよい。

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－ａｌｉｇｎｅｄｃｒｙｓ
ｔａｌｌｉｎｅｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、ｎ
ｃ－ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）、擬似非晶質酸化物半導体（ａ－ｌｉｋｅＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ－ｌｉｋｅｏ
ｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、およ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（Ｃｌｏ
ｕｄ－ＡｌｉｇｎｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
）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－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ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－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ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（Ｏ
ｎ／Ｏｆｆさせる機能）をＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅに付与す
ることができる。ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ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－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅは、導電性領域、および絶縁
性領域を有する。導電性領域は、上述の導電性の機能を有し、絶縁性領域は、上述の絶縁
性の機能を有する。また、材料中において、導電性領域と、絶縁性領域とは、ナノ粒子レ
ベルで分離している場合がある。また、導電性領域と、絶縁性領域とは、それぞれ材料中
に偏在する場合がある。また、導電性領域は、周辺がぼけてクラウド状に連結して観察さ
れる場合がある。

また、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ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－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅ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－ｍｅｔａｌｏｘｉ
ｄｅ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Ｃ
ＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅをトランジスタのチャネル形成領域に
用いる場合、トランジスタのオン状態において高い電流駆動力、つまり大きなオン電流、
および高い電界効果移動度を得ることができる。

すなわち、ＣＡＣ－ＯＳまたはＣＡＣ－ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅは、マトリックス複合材
（ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）または金属マトリックス複合材（ｍｅｔａｌｍ
ａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）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２ｎ
ｍ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。特にインジウムおよ
び亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イット
リウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲル
マニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タ
ンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種または複数種が含まれ
ていてもよい。

例えば、Ｉｎ－Ｇａ－Ｚｎ酸化物におけるＣＡＣ－ＯＳ（ＣＡＣ－ＯＳの中でもＩｎ－Ｇ
ａ－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、およびＺ２は０よりも大きい実数）とす
る）と、ガリウム酸化物（以下、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、およびＺ４は０
よりも大きい実数）とする）などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイ
ク状の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、およびＯによる１つの化合物をいう場
合がある。代表例として、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、およびＯを含む材料構成において、一部にＧａを主成分とするナノ粒子状に観察
される領域と、一部にＩｎを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモ
ザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、ＣＡＣ－ＯＳにおいて、結
晶構造は副次的な要素である。

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、または複数種の金属元素が含まれている場合、ＣＡＣ－Ｏ
Ｓ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、および窒素ガスの中から選ばれた
いずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素
ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を０％以上３０％未満、好ま
しくは０％以上１０％以下とすることが好ましい。

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

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

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：ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｓ
ｃｏｐｙ）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、ＩＧ
ＺＯ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_Ｙ
_２Ｏ_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。したがって、Ｉｎ_Ｘ２Ｚｎ_Ｙ２Ｏ_Ｚ２、またはＩｎ
Ｏ_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_Ｘ
_１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。

したがって、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、およ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。したがって、ＣＡＣ－ＯＳは
、ディスプレイをはじめとするさまざまな半導体装置に最適である。

（実施の形態４）
本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる電子機器として、表示機器、パーソ
ナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像記憶装置または画像再生装置、携帯電話、携帯
型を含むゲーム機、携帯データ端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメ
ラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ（ヘッドマウントディスプレイ）、ナビゲーショ
ンシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等）、複写
機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、自
動販売機などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図２０に示す。

図２０（Ａ）はデジタルカメラであり、筐体９６１、シャッターボタン９６２、マイク９
６３、スピーカ９６７、表示部９６５、操作キー９６６、ズームレバー９６８、レンズ９
６９等を有する。表示部９６５には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。

図２０（Ｂ）は腕時計型の情報端末であり、筐体９３１、表示部９３２、リストバンド９
３３、操作用のボタン９３５、竜頭９３６、カメラ９３９等を有する。表示部９３２はタ
ッチパネルとなっていてもよい。表示部９３２には、本発明の一態様の表示装置を用いる
ことができる。

図２０（Ｃ）は携帯電話機の一例であり、筐体９５１、表示部９５２、操作ボタン９５３
、外部接続ポート９５４、スピーカ９５５、マイク９５６、カメラ９５７等を有する。当
該携帯電話機は、表示部９５２にタッチセンサを備える。電話を掛ける、或いは文字を入
力するなどのあらゆる操作は、指やスタイラスなどで表示部９５２に触れることで行うこ
とができる。表示部９５２には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。

図２０（Ｄ）は携帯データ端末であり、筐体９１１、表示部９１２、カメラ９１９等を有
する。表示部９１２が有するタッチパネル機能により情報の入出力を行うことができる。
表示部９１２は、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。

図２０（Ｅ）はテレビであり、筐体９７１、表示部９７３、操作キー９７４、スピーカ９
７５、通信用接続端子９７６、光センサ９７７等を有する。表示部９７３にはタッチセン
サが設けられ、入力操作を行うこともできる。表示部９７３には、本発明の一態様の表示
装置を用いることができる。

図２０（Ｆ）は情報処理端末であり、筐体９０１、表示部９０２、表示部９０３、センサ
９０４等を有する。表示部９０２および表示部９０３は一つの表示パネルから成り、可撓
性を有する。また、筐体９０１も可撓性を有し、図示するように折り曲げて使用すること
ができるほか、タブレット端末のように平板状にして使用することもできる。センサ９０
４は筐体９０１の形状を感知することができ、例えば、筐体９０１が曲げられたときに表
示部９０２および表示部９０３の表示を切り替えることができる。表示部９０２および表
示部９０３には、本発明の一態様の表示装置を用いることができる。

１０ａ画素
１０ｂ画素
１０ｃ画素
１０ｄ画素
２１トランジスタ
２２トランジスタ
２３トランジスタ
２４トランジスタ
２５半導体層
２５ａ領域
２５ｂ領域
２５ｃ領域
２６容量素子
２７容量素子
３１配線
３２配線
３３導電層
３４導電層
３４ｂ導電層
３５導電層
３６導電層
３７導電層
３８導電層
４１ａ導電層
４１ｂ導電層
４２導電層
４２ｂ開口部
４３導電層
４４導電層
４５接続体
５１絶縁層
５２絶縁層
５３絶縁層
５４絶縁層
５５絶縁層
５６絶縁層
５７保護膜
６１配向膜
６２配向膜
６３液晶層
６４導電層
６５着色層
６６遮光層
６７偏光板
６８接続部
７１基板
７２基板
７３接着層
７５液晶素子
１００Ａ表示装置
１２７電極
１２８電極
１３０偏光板
１３７配線
１３８配線
１３９配線
１６２表示部
１６３基板
１６４駆動回路部
１６５配線
１６７入力装置
１７２ＦＰＣ
１７２ｂＦＰＣ
１７３ＩＣ
１７３ｂＩＣ
３５０Ａタッチパネル
５０６画素回路
９０１筐体
９０２表示部
９０３表示部
９０４センサ
９１１筐体
９１２表示部
９１９カメラ
９３１筐体
９３２表示部
９３３リストバンド
９３５ボタン
９３６竜頭
９３９カメラ
９５１筐体
９５２表示部
９５３操作ボタン
９５４外部接続ポート
９５５スピーカ
９５６マイク
９５７カメラ
９６１筐体
９６２シャッターボタン
９６３マイク
９６５表示部
９６６操作キー
９６７スピーカ
９６８ズームレバー
９６９レンズ
９７１筐体
９７３表示部
９７４操作キー
９７５スピーカ
９７６通信用接続端子
９７７光センサ

Claims

トップゲート構造を有する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に画素電極が電気的に接続される表示素子と、容量素子と、を有する表示装置であって、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第１のトランジスタのゲートとしての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と電気的に接続され、かつ、第１の配線としての機能を有する第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第１の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第２の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有し、かつ、前記容量素子の一方の電極としての機能を有する第４の導電膜と、
前記第３の導電膜と電気的に接続され、かつ、第２の配線としての機能を有する第５の導電膜と、
前記第４の導電膜と電気的に接続され、前記第４の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記画素電極としての機能を有する第６の導電膜と、
前記第６の導電膜の下方に配置された領域を有し、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第７の導電膜と、
前記第６の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記表示素子の共通電極としての機能を有する第８の導電膜と、を有し、
前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のそれぞれは、可視光を透過する導電材料を含み、
前記第２の導電膜及び前記第５の導電膜のそれぞれは、遮光性を有し、
前記第１の導電膜は、第１の方向に延伸した形状を有し、
前記第２の導電膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸した形状を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の方向に延伸した形状を有し、かつ、前記第２の導電膜と交差している、
表示装置。
トップゲート構造を有する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に画素電極が電気的に接続される表示素子と、容量素子と、を有する表示装置であって、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第１のトランジスタのゲートとしての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と電気的に接続され、かつ、第１の配線としての機能を有する第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第１の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第２の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有し、かつ、前記容量素子の一方の電極としての機能を有する第４の導電膜と、
前記第３の導電膜と電気的に接続され、かつ、第２の配線としての機能を有する第５の導電膜と、
前記第４の導電膜と電気的に接続され、前記第４の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記画素電極としての機能を有する第６の導電膜と、
前記第６の導電膜の下方に配置された領域を有し、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第７の導電膜と、
前記第６の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記表示素子の共通電極としての機能を有する第８の導電膜と、を有し、
前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のそれぞれは、可視光を透過する導電材料を含み、
前記第２の導電膜及び前記第５の導電膜のそれぞれは、遮光性を有し、
前記第１の導電膜は、第１の方向に延伸した形状を有し、
前記第２の導電膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸した形状を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の方向に延伸した形状を有し、かつ、前記第２の導電膜と交差しており、
前記第５の導電膜は、前記第３の導電膜と重ならない領域を有する、
表示装置。
トップゲート構造を有する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に画素電極が電気的に接続される表示素子と、容量素子と、を有する表示装置であって、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第１のトランジスタのゲートとしての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と電気的に接続され、かつ、第１の配線としての機能を有する第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第１の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第２の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有し、かつ、前記容量素子の一方の電極としての機能を有する第４の導電膜と、
前記第３の導電膜と電気的に接続され、かつ、第２の配線としての機能を有する第５の導電膜と、
前記第４の導電膜と電気的に接続され、前記第４の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記画素電極としての機能を有する第６の導電膜と、
前記第６の導電膜の下方に配置された領域を有し、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第７の導電膜と、
前記第６の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記表示素子の共通電極としての機能を有する第８の導電膜と、を有し、
前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のそれぞれは、可視光を透過する導電材料を含み、
前記第２の導電膜及び前記第５の導電膜のそれぞれは、遮光性を有し、
前記第１の導電膜は、第１の方向に延伸した形状を有し、
前記第２の導電膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸した形状を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の方向に延伸した形状を有し、かつ、前記第２の導電膜と交差しており、
前記第７の導電膜は、前記第４の導電膜と重なる領域に第３の開口部を有し、
前記第３の開口部は、前記第１のトランジスタのチャネル形成領域との重なりを有さない、
表示装置。
トップゲート構造を有する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に画素電極が電気的に接続される表示素子と、容量素子と、を有する表示装置であって、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第１のトランジスタのゲートとしての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と電気的に接続され、かつ、第１の配線としての機能を有する第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第１の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第２の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有し、かつ、前記容量素子の一方の電極としての機能を有する第４の導電膜と、
前記第３の導電膜と電気的に接続され、かつ、第２の配線としての機能を有する第５の導電膜と、
前記第４の導電膜と電気的に接続され、前記第４の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記画素電極としての機能を有する第６の導電膜と、
前記第６の導電膜の下方に配置された領域を有し、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第７の導電膜と、
前記第６の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記表示素子の共通電極としての機能を有する第８の導電膜と、を有し、
前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のそれぞれは、可視光を透過する導電材料を含み、
前記第２の導電膜及び前記第５の導電膜のそれぞれは、遮光性を有し、
前記第１の導電膜は、第１の方向に延伸した形状を有し、
前記第２の導電膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸した形状を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の方向に延伸した形状を有し、かつ、前記第２の導電膜と交差しており、
前記第２の導電膜は、前記酸化物半導体膜との重なりを有さない、
表示装置。
トップゲート構造を有する第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方に画素電極が電気的に接続される表示素子と、容量素子と、を有する表示装置であって、
前記第１のトランジスタのチャネル形成領域を有する酸化物半導体膜と、
前記酸化物半導体膜と重なる領域を有し、かつ、前記第１のトランジスタのゲートとしての機能を有する第１の導電膜と、
前記第１の導電膜と電気的に接続され、かつ、第１の配線としての機能を有する第２の導電膜と、
前記酸化物半導体膜の上方に配置された領域を有する第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第１の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、かつ、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの一方としての機能を有する第３の導電膜と、
前記第１の絶縁膜が有する第２の開口部を介して前記酸化物半導体膜と電気的に接続され、前記第１のトランジスタのソース又はドレインの他方としての機能を有し、かつ、前記容量素子の一方の電極としての機能を有する第４の導電膜と、
前記第３の導電膜と電気的に接続され、かつ、第２の配線としての機能を有する第５の導電膜と、
前記第４の導電膜と電気的に接続され、前記第４の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記画素電極としての機能を有する第６の導電膜と、
前記第６の導電膜の下方に配置された領域を有し、前記容量素子の他方の電極としての機能を有する第７の導電膜と、
前記第６の導電膜の上方に配置された領域を有し、かつ、前記表示素子の共通電極としての機能を有する第８の導電膜と、を有し、
前記第３の導電膜及び前記第４の導電膜のそれぞれは、可視光を透過する導電材料を含み、
前記第２の導電膜及び前記第５の導電膜のそれぞれは、遮光性を有し、
前記第１の導電膜は、第１の方向に延伸した形状を有し、
前記第２の導電膜は、前記第１の方向と交差する第２の方向に延伸した形状を有し、
前記第５の導電膜は、前記第１の方向に延伸した形状を有し、かつ、前記第２の導電膜と交差しており、
前記第４の導電膜は、前記第５の導電膜との重なりを有さない、
表示装置。