WO2016087999A1

WO2016087999A1 - 表示装置、該表示装置を有する表示モジュール、及び該表示装置または該表示モジュールを有する電子機器

Info

Publication number: WO2016087999A1
Application number: PCT/IB2015/059136
Authority: WO
Inventors: 新倉泰裕; 池永誠; 久保田大介; 初見亮
Original assignee: 株式会社半導体エネルギー研究所
Priority date: 2014-12-01
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2016-06-09
Also published as: US20180336840A1; CN107003582A; KR20170091139A; JPWO2016087999A1; US10706790B2

Abstract

表示品位を損なうことのない、新規な表示装置を提供する。または、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制された、新規な表示装置を提供する。フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は、液晶層を有し、液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下である分子を有する。そのため、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することができ、表示品位の向上を図ることができる。

Description

表示装置、該表示装置を有する表示モジュール、及び該表示装置または該表示モジュールを有する電子機器

　本発明の一態様は、表示装置に関する。とくに液晶素子を有する液晶表示装置に関する。

　なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。特に、本発明の一態様は、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に関する。

　なお、本明細書等において、表示装置とは、表示機能を有する装置全般を指す。該表示装置は、トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置などを有していてもよい。また、表示装置は、複数の画素を駆動させる駆動回路等を有する。また、表示装置は、別の基板上に配置された制御回路、電源回路、信号生成回路等を有する。

　表示装置は、近年の技術革新の結果、コモディティ化が進んでいる。今後は、より付加価値の高い製品が求められており、未だ技術開発が活発である。

　表示装置に求められる付加価値としては、モバイル機器等における使用時間の延長を図ることを目的として、消費電力の低減が注目されている。

　例えば特許文献１には、同一画像（静止画像）を連続して表示する場合、同一画像の信号を書き込む回数（リフレッシュするともいう）を低減することで、消費電力の低減を図る表示装置の構成について開示している。

　また、リフレッシュ動作の前後に生じる画像の変化が、使用する者に弁別されないように、リフレッシュを行う必要がある。なお、リフレッシュを行う頻度をリフレッシュレートという。

特開２０１１−２３７７６０号公報

　リフレッシュレートを低減する表示装置の駆動では、静止画像の経時的な変化が使用する者に認識されないようにする必要がある。

　しかしながら、画素に書き込んだ信号に対応する電圧は、経時的に変化する。一旦画素に書き込んだ電圧の変化が、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、視認者が画像のちらつき（フリッカー）を知覚してしまい、結果として表示品位の低下を招くこととなる。

　そこで、本発明の一態様では、表示品位を損なうことのない、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることを課題とする。または、本発明の一態様では、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することを課題とする。または、本発明の一態様では、消費電力が低減された、新規な表示装置を提供することを課題とする。または、本発明の一態様では、新規な表示装置を提供することを課題とする。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。なお、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。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。

　本発明の一態様は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は、液晶層を有し、液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下の分子を有することを特徴とする表示装置である。

　また、本発明の他の一態様は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は、トランジスタと、液晶層とを有し、液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下の分子を有することを特徴とする表示装置である。

　また、本発明の他の一態様は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、画素は、トランジスタと、液晶層と、反射電極と、を有し、液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下の分子を有することを特徴とする表示装置である。

　上記各構成において、トランジスタは、半導体層を有し、半導体層は、酸化物半導体を有すると好ましい。

　また、上記各構成において、液晶層の比抵抗が１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上であると好ましい。

　また、上記各構成において、画素の電圧保持率が９８．８％以上、１００％以下であると好ましい。

　また、上記各構成において、フレーム周波数は、０．２Ｈｚ以下であると好ましい。

　また、上記各構成において、反射電極は、凹凸を有すると好ましい。

　また、本発明の他の一態様は、上記各構成にいずれか一つに記載の半導体装置と表示素子とを有する表示装置である。また、本発明の他の一態様は、該表示装置とタッチセンサとを有する表示モジュールである。また、本発明の他の一態様は、上記各構成にいずれか一つに記載の半導体装置、上記表示装置、または上記表示モジュールと、操作キーまたはバッテリとを有する電子機器である。

　本発明の一態様により、表示品位を損なうことのない、新規な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、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができる。または、本発明の一態様により、リフレッシュレートを低減した場合のフリッカーを抑制することができる。または本発明の一態様により、消費電力が低減された、新規な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、新規な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。なお、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。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。

液晶層の比抵抗と液晶層の分子の双極子モーメントとの関係を示すグラフ。液晶層の電圧保持率を説明する図。液晶層の透過率—電圧特性を示すグラフ、及び液晶層の断面模式図。液晶層の透過率を観察するための液晶層の断面模式図。液晶層の残留ＤＣ電圧を説明する図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の構成を説明するブロック図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明する図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明する図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図。本発明の一態様に係る表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャート。本発明の一態様に係る表示装置の構成を説明する図。本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。本発明の一態様に係る、トランジスタの作製方法例を説明する図。本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。本発明の一態様に係る、トランジスタの構成例を説明する図。ＣＡＡＣ−ＯＳの断面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像、およびＣＡＡＣ−ＯＳの断面模式図。ＣＡＡＣ−ＯＳの平面におけるＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像。ＣＡＡＣ−ＯＳおよび単結晶酸化物半導体のＸＲＤによる構造解析を説明する図。表示装置の一態様を示す上面図。表示装置の一態様を示す断面図。表示装置の一態様を示す断面図。実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する投影図。実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する断面図。実施の形態に係る入出力装置の構成を説明する断面図。実施の形態に係る検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説明する図。本発明の一態様に係る、電子機器を説明する図。本発明の一態様に係る表示を説明するための図。本発明の一態様に係る表示を説明するための図。中間調表示時の階調変化を説明する図。白黒表示後の階調変化を説明する図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例の表示装置の画素の配置を説明する図。液晶配向シミュレーションを説明する図。液晶配向シミュレーションを説明する図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例のコントラスト感度と時間周波数の関係を示す図。ＣＡＡＣ−ＯＳの電子回折パターンを示す図。Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物の電子照射による結晶部の変化を示す図。実施例の精細度の評価用のテストパターンの図。実施例の精細度評価の結果の図実施例の表示装置の光学特性の図。フリッカーの発生状態を示す図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例の表示装置の電気光学特性を示す図。実施例の表示装置の光学特性を示す図。実施例の表示装置の表示画像の色度図を示す図。実施例の液晶シミュレーションで用いた画素の配置を説明する図。液晶配向シミュレーションを説明する図。実施例の液晶シミュレーションで用いた画素の配置を説明する図。実施例の表示装置の表示例を説明する図。実施例の表示装置の光学特性を示す図。実施例の表示装置の光学特性を示す図。

　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。

　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。

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

　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、いずれがソースまた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電極と表記し、ソースとドレインとの他方を第２電極と表記する場合がある。

　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。

　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。

　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。

　なお、図面におけるブロック図の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示していても、実際の回路や領域では、同じ回路ブロック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。また図面におけるブロック図の各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。

　なお、画素とは、一つの色要素（例えばＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のいずれか１つ）の明るさを制御できる表示単位に相当するものとする。従って、カラー表示装置の場合には、カラー画像の最小表示単位は、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素との三画素から構成されるものとする。ただし、カラー画像を表示するための色要素は、三色に限定されず、三色以上を用いても良いし、ＲＧＢ以外の色（例えば、白（Ｗ）、黄（Ｙ））を用いても良い。

　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。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。

　なお、本明細書等において、特に断りがない場合、オフ電流とは、トランジスタがオフ状態（非導通状態、遮断状態、ともいう）にあるときのドレイン電流をいう。オフ状態とは、特に断りがない場合、ｎチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低い状態、ｐチャネル型トランジスタでは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い状態をいう。例えば、ｎチャネル型のトランジスタのオフ電流とは、ゲートとソースの間の電圧Ｖｇｓがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低いときのドレイン電流を言う場合がある。

　トランジスタのオフ電流は、Ｖｇｓに依存する場合がある。従って、トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、トランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを言う場合がある。トランジスタのオフ電流は、所定のＶｇｓにおけるオフ状態、所定の範囲内のＶｇｓにおけるオフ状態、または、十分に低減されたオフ電流が得られるＶｇｓにおけるオフ状態、等におけるオフ電流を指す場合がある。

　一例として、しきい値電圧Ｖｔｈが０．５Ｖであり、Ｖｇｓが０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−９Ａであり、Ｖｇｓが０．１Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−１３Ａであり、Ｖｇｓがー０．５Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−１９Ａであり、Ｖｇｓがー０．８Ｖにおけるドレイン電流が１×１０^−２２Ａであるようなｎチャネル型トランジスタを想定する。当該トランジスタのドレイン電流は、Ｖｇｓが−０．５Ｖにおいて、または、Ｖｇｓが−０．５Ｖ乃至−０．８Ｖの範囲において、１×１０^−１９Ａ以下であるから、当該トランジスタのオフ電流は１×１０^−１９Ａ以下である、と言う場合がある。当該トランジスタのドレイン電流が１×１０^−２２Ａ以下となるＶｇｓが存在するため、当該トランジスタのオフ電流は１×１０^−２２Ａ以下である、と言う場合がある。

　また、本明細書等では、チャネル幅Ｗを有するトランジスタのオフ電流を、チャネル幅Ｗあたりを流れる電流値で表す場合がある。また、所定のチャネル幅（例えば１μｍ）あたりを流れる電流値で表す場合がある。後者の場合、オフ電流の単位は、電流／長さの次元を持つ単位（例えば、Ａ／μｍ）で表される場合がある。

　また、トランジスタのオフ電流は、温度に依存する場合がある。本明細書等において、オフ電流は、特に記載がない場合、室温、６０℃、８５℃、９５℃、または１２５℃におけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）におけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、室温、６０℃、８５℃、９５℃、１２５℃、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証される温度、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等が使用される温度（例えば、５℃乃至３５℃のいずれか一の温度）、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。

　また、トランジスタのオフ電流は、ドレインとソースの間の電圧Ｖｄｓに依存する場合がある。本明細書等において、オフ電流は、特に記載がない場合、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、または２０Ｖにおけるオフ電流を表す場合がある。または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓにおけるオフ電流、を表す場合がある。トランジスタのオフ電流がＩ以下である、とは、Ｖｄｓが０．１Ｖ、０．８Ｖ、１Ｖ、１．２Ｖ、１．８Ｖ，２．５Ｖ，３Ｖ、３．３Ｖ、１０Ｖ、１２Ｖ、１６Ｖ、２０Ｖ、当該トランジスタが含まれる半導体装置の信頼性が保証されるＶｄｓ、または、当該トランジスタが含まれる半導体装置等において使用されるＶｄｓ、におけるトランジスタのオフ電流がＩ以下となるＶｇｓの値が存在することを指す場合がある。

　上記オフ電流の説明において、ドレインをソースと読み替えてもよい。つまり、オフ電流は、トランジスタがオフ状態にあるときのソースを流れる電流を言う場合もある。

　また、本明細書等では、オフ電流と同じ意味で、リーク電流と記載する場合がある。また、本明細書等において、オフ電流とは、例えば、トランジスタがオフ状態にあるときに、ソースとドレインとの間に流れる電流を指す場合がある。

　なお、本明細書等において、液晶層の誘電率の異方性の数値としては、測定周波数が１ｋＨｚ、測定温度が２０℃の環境下で測定した場合とする。

（実施の形態１）
　本実施の形態では、本発明の一態様に係る基本構成について説明する。本発明の一態様による基本的な作用については、図１乃至図５に示すグラフ及び模式図をもって説明することができる。

　本発明の一態様の表示装置（液晶表示装置ともいう）は、フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、該画素は液晶層を有し、該液晶層は、双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下の分子を有することを特徴とするものである。

＜双極子モーメントについて＞
　まずは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下の分子を液晶層が有することによる作用について説明する。図１に示すグラフは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする分子を有する液晶層の一例として、分子の双極子モーメントと比抵抗の関係を示している。

　図１に示すグラフの縦軸は、分子の双極子モーメント（Ｄｉｐｏｌｅ　ｍｏｍｅｎｔ）を示すものである。双極子モーメントは下記の方法で、分子の電子分布を計算することで得ることが可能である。図１の比抵抗値の測定にあたり、液晶層は母体液晶と、それに添加する添加材料を混合して構成するが、双極子モーメントは添加材料の分子の双極子モーメントである。図１に示す横軸は液晶層、すなわち母体液晶と、添加材料との、混合物の比抵抗（Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ）を示すものである。母体液晶、添加材料との混合比は、混合材料全体に対して添加材料が２０重量％となるように混合する。以下、母体液晶と、添加材料の混合物を「混合液晶」と表す。図１の各点は、母体液晶に添加する添加材料の種類を変え、添加材料の種類ごとに添加材料の分子の双極子モーメントと、添加材料を添加した各混合液晶の比抵抗の関係を示したものである。

　図１では、添加材料の分子の双極子モーメントの値の減少に伴い、混合液晶の比抵抗値が増加する。逆にいうと、添加材料の双極子モーメントが大きいと比抵抗が減少する。

　図１によれば、添加材料の分子の双極子モーメントが３デバイ以下の混合液晶は比抵抗値が１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上である。添加材料の分子の双極子モーメントが小さければ比抵抗値が大きくなるが、もっとも小さい、双極子モーメントがゼロというのは、分子内の電荷の偏りが無い状態である。たとえば、分子構造が、分子の中心に対して対称である場合は電荷分布に偏りがないので双極子モーメントが０になる。このため、本発明の一態様の表示装置として、添加材料の分子の永久双極子モーメントは０デバイ以上、３デバイ以下であることが好ましく、さらに比抵抗が１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上とすると好ましい。

＜双極子モーメントと液晶層の動作との関係の説明＞
　ここで、双極子モーメントについて説明する。異なる種類の原子からなる分子の場合、それぞれの原子の電気陰性度は異なっているのが通常であり、これらが結合して分子になると、電気陰性度の差から分子の内部で電荷の分布に偏りが生じる。この偏りの量を定量的に示す量が双極子モーメントである。なお、分子内部で電荷が偏っているものは、永久双極子モーメントを持つ、という言い方をする場合もある。

　電荷の偏りを、極性の異なる点電荷＋ｑ、−ｑが距離ｌだけ離れている状態として模式的に表した場合、積ｑｌが双極子モーメントとなる。単位は電荷と長さの積であるＣ・ｍ（クーロン・メートル）である。

　双極子モーメントは慣例的に「デバイ」で表す。「デバイ」は場合によっては、「デバイ単位」、または「ｄｅｂｙｅ」、またはアルファベットで「Ｄ」、またはアルファベットで「ＤＵ」と示すこともある。デバイとＳＩ単位との関係を式（１）に示す。式（１）からも分かるように、ＳＩ単位を用いると非常に小さい値になる。分子の双極子モーメントは１デバイ程度の大きさになるのが一般的なので、双極子モーメントの大きさを示す場合はデバイ単位を用いるのが一般的である。本明細書でも双極子モーメントの大きさはデバイで示すが、式（１）の関係式を用いればＳＩ単位に変換が可能である。

　液晶層に関しては、液晶層を構成する分子（以下、液晶分子と表す）は複数の異なる原子が化合して得られる化合物であり、このため、液晶分子の内部で電荷の分布に偏りがあり、その結果、双極子モーメントを有する。

電荷の分布は分子形状に依存する為、電子密度解析といった手法で分布状態を解析して値を得るのが一般的である。具体的には、構造最適化により分子の最安定構造を得、さらに最安定構造における電荷の分布状態を計算することで、双極子モーメントを得ることが可能である。計算手法としては密度汎関数法（Ｄｅｎｓｉｔｙ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ　Ｔｈｅｏｒｙ、以下ＤＦＴと示す。）が代表的である。

ＤＦＴの全エネルギーはポテンシャルエネルギー、電子間静電エネルギー、電子の運動エネルギーと複雑な電子間の相互作用を全て含む交換相関エネルギーの和で表される。ＤＦＴでは、交換相関相互作用を電子密度で表現された一電子ポテンシャルの汎関数（関数の関数の意）で近似している。ＤＦＴの中で、よく用いられるのがＢ３ＬＹＰと呼ばれる汎関数である。Ｂ３ＬＹＰを用いる場合、基底関数として６−３１１Ｇ（ｄ，ｐ）等を用いることができる。

　表示装置に適した液晶層の液晶分子の形状は棒状であるのが一般的である。また液晶層は誘電体であり、誘電率は、棒状形状の液晶分子の配列方向によって異なる、誘電率異方性を示す。

　誘電率異方性は、分子内部における、たとえばシアノ、ハロゲンといった電子吸引性基や、電子供与性基が、その発現に寄与している。誘電率異方性は、電場等の外場に対する液晶分子の動作の応答性に直接関係する特性であり、大きな誘電率異方性を示すような分子構造になるように適宜選択する。しかしながら、誘電率異方性を大きくすることをねらって電子吸引性基を増やすなどして誘電率異方性をより大きくしようとすると、今度は、電荷の偏り、すなわち双極子モーメントが過剰に大きくなり、イオン性の不純物を取り込みやすくなる。

　液晶層のイオン性の不純物濃度が高まると、液晶層でのイオン伝導が生じやすくなり、液晶層の電圧保持率が低下する。さらに液晶層の表面にイオン性不純物による電荷が滞留し、これが液晶層の内部で電圧を発生させることで生じる、残留ＤＣを大きくする原因となる。残留ＤＣは表示装置の焼き付きの起こしやすさの目安となる量で、小さくなることが好ましい。

　不純物イオンを取り込む工程としては、材料の合成時に始まり、パネルの作製工程など、多岐に亘る。各工程での不純物汚染を避けるのはもちろんであるが、材料自体の不純物イオンの取り込みやすさを低減させることが、液晶層の電圧保持率の向上、残留ＤＣの低減に有効であり、液晶分子一つ一つの双極子モーメントを小さくするように、材料を選択することが好ましい。

　その結果、得られた材料を含む、液晶層の比抵抗と、液晶層に含有させた、分子の双極子モーメントの関係を示したのが図１である。上述したように分子の双極子モーメントが３を超えると、液晶層に含まれる不純物の影響が顕著になる。この不純物が液晶層に残留することで、液晶層の比抵抗が下がることで液晶層の導電率が増大し、表示装置のリフレッシュレートを低減する場合に、画素に書き込んだ電圧を保持することが困難になる。

　液晶層が有する分子の双極子モーメントが低いと、液晶層中の不純物の量を低減することができるため、液晶層の導電率を低減できる。そのため、液晶層が有する分子の双極子モーメントが低い方が、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧をより長く保持することができる点で有利である。

　しかしながら、液晶層が有する分子の双極子モーメントを単純に小さくすると、電界との相互作用が小さくなる傾向が生じる場合がある。この場合、液晶層の挙動が遅いため、高速動作を促すために駆動電圧を高く設定する必要がある。そのために消費電力の低減を目的として、リフレッシュレートを低減する液晶層の構成としては、望ましくない。

　特に、リフレッシュレートを低減する駆動から動画表示を行うためにリフレッシュレートを増大する方に切り替えた場合に、駆動電圧が大きいと液晶表示装置全体で消費電力の増加が著しくなり、好ましくない。

　したがって、本実施の形態における一態様として、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成が好適である。液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成は、液晶層に含まれる不純物の割合を低減できるとともに、動画表示を行う際の消費電力の増大を伴うことなく、液晶層の駆動電圧を好ましい範囲に設定することが可能である。

　なお、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする場合、消費電力の増大を伴わない範囲において、液晶層の駆動電圧を高く設定することが好適である。液晶層の駆動電圧が高いと、階調値のずれに対する許容範囲が増える。つまり駆動電圧が高い分、電圧変化分に対する階調値のずれが少ない分だけフリッカーを低減できる。

　なお、液晶層が有する分子の双極子モーメントは、０デバイ以上３デバイ以下とする構成について説明したが、好ましくは、０デバイ以上２．５デバイ以下である。また、より好ましくは０デバイ以上１．８デバイ以下である。

　なお本実施の形態で示す液晶層の説明は、一例としてＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モードの液晶層に基づく説明するが、他のモードであってもよい。

　液晶層のＴＮモード以外の動作モードとして、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ　Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ａｌｉｇｎｅｄ　Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）などを用いることができる。なお表示装置の各画素における画素電極は、各表示モードに従って、電極の構造等を適宜変更可能である。

　なお、図１では前述のように液晶層の比抵抗と、液晶層に含有させた分子の双極子モーメントの関係を示しており、前述の分子の双極子モーメントが小さい方が液晶層の比抵抗が高くなる傾向があることを示しているものだが、液晶分子を合成後に精製を行うことで、より一層比抵抗が高まる効果があり、精製を行うことが望ましい。

　液晶材料の精製の効果の例を図１に示す。図１の点３０２と点３０４は、母体液晶に対して添加する液晶材料について、精製前の液晶材料を添加した時の値（点３０２）と精製後の液晶材料を添加した時の値（点３０４）を示している。図１の点線３０６は比抵抗が１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）の値となる位置を示している。点３０４の方が点３０２よりも比抵抗の値が高く、しかも１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）よりも大きいことを示しており、精製を行うことの効果が確認できる。

　以上説明したように、液晶層に含まれる分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成とすることで、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができ、フリッカーを抑制することができる。その結果、表示品位の向上を図ることができる。

　なお、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲とは、例えば、２５６段階の透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上３階調以下のずれをいう。同一静止画像における階調値のずれとして０階調以上３階調以下の階調値のずれであれば、視認者がフリッカーを知覚しづらいものとなる。また別の例としては、１０２４段階と透過率を制御して画像を表示する場合、０階調以上１２階調以下のずれをいう。すなわち、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲は、表示する最大階調数の１％乃至１．２％以内が好適である。

　ここで、本明細書では、階調値のずれは表示装置が本来表示すべき階調値に対する実際の表示画像の明るさとのずれ量を示している。そして、階調値のずれに関して透過型の液晶素子を例に説明している場合がある。しかし、階調値のずれについては、反射型、あるいは半透過型の液晶素子でも、入射光に対する光の取り出し方向が異なるだけで、透過型と同様の議論として扱うことができる。このため、構成要素等、透過型と反射型、あるいは半透過型等で構造的に差異を有する点以外については、本明細書における「透過」の文言は「反射」と置き換えることが可能な場合がある。

　また、本発明の一形態である、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする構成に、リフレッシュレートを切り替えて動画表示及び静止画表示を切り替える駆動を組み合わせることが特に好適である。リフレッシュレートを切り替えて駆動を行う液晶表示装置は、動画表示から静止画表示に切り替える際、フレーム周波数６０Ｈｚから、１Ｈｚ以下好ましくは０．２Ｈｚ以下に切り替えて、消費電力を低減する。すなわち、静止画表示時において、リフレッシュレートを低減する構成において、本実施の形態の構成は特に好適である。

　リフレッシュレートを切り替えて表示を行う表示装置では、動画表示時及び静止画表示時において消費電力の低減及び表示品位の低下を防ぐことが望ましい。静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、画素に電圧を書き込む間隔が開くことになる。言い換えれば、静止画表示時においてリフレッシュレートを低減すると、一定期間、画素に電圧を書き込まれない期間が存在することとなる。

　そのため、静止画表示時におけるリフレッシュレートを低減する駆動の場合、一旦画素に書き込んだ電圧を一定の値で保持できるかが重要となる。加えて、動画表示時におけるリフレッシュレートを高くして駆動する場合、フレーム周波数が高くなることを考慮して、駆動電圧を低く設定し、消費電力の低減を図ることが重要となる。

　上述したように本発明の一態様では、液晶層が有する分子の双極子モーメントが３デバイを超えるものに比べて、液晶層に含まれる不純物を低減する構成としている。そのため、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さく、リフレッシュレートを低減する場合に画素に書き込んだ電圧を保持することができる。

　また、本発明の一態様は、液晶層に含まれる不純物に起因したリーク電流が小さくできるため、画素の保持容量を予め大きくすることなく、フリッカーを低減する構成とすることができる。そのため、フリッカーを低減するために、保持容量を大きくして設計する必要がない。そのため、保持容量を小さくして設計することができ、画素の高精細化を図ることができる。画素を高精細化してリフレッシュレートを低減することで、目の疲労を軽減することができる。

＜電圧保持率の説明＞
　ここで、液晶層が有する分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とすることと、液晶層の電圧保持率の関係について説明する。図２に示すグラフは、液晶層の電圧保持率（ＶＨＲ）の時間変化を示している。電圧保持率は液晶層を挟持する電極に対して３Ｖの電圧を、１６．６ｍｓの期間、印加し、該電極間を所定の時間開放した後保持された電圧との面積比を求めている。図２の横軸は保持時間（Ｈｏｌｄｉｎｇ　ｔｉｍｅ）である。

　図２に示すグラフは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とする分子を有する液晶層の一例である。複数の材料の分子の双極子モーメントが、０．０５デバイから２．１８デバイまでであり、それらを混合して得られる材料（以下、「改善材料」と表す）の例を示す。また、比較例として従来の液晶材料の結果を示す。図２中の線３２は、改善材料の電圧保持率の時間変化を示している。また、線３１は、従来材料の電圧保持率の時間変化を示している。

　図２に示すグラフより、従来材料においては、３０秒経過後の電圧保持率が９８．０％であるのに対し、改善材料においては、３０秒経過後の電圧保持率が９８．８％である。液晶層に電圧を印加しない期間であっても、階調値のずれをおさえるためには、電圧保持率が大きいことが好ましい。

＜階調ずれが改善されることの説明＞
　次いで、図３及び図４を用いて、図１及び図２で説明した、分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とすることにより、画素に書き込まれる電圧の変化に応じた階調数のずれを許容できる範囲に収めることができる構成について説明をする。

　まず、図３を用いて液晶層の特性について説明する。

　なお、ここでは透過型の液晶素子を例として説明しているが、上述のように反射型、あるいは半透過型の液晶素子を用いても構わない。

　図３（Ａ）は、液晶層に用いることが可能なＴＮモードの電圧−透過率についてのグラフである。

　図３（Ａ）に示すグラフは、所謂ノーマリーホワイト液晶素子のカーブを示すものである。液晶層は、液晶層を挟持する電極に印加される電圧に応じた電界により、液晶層を構成する液晶分子の配向の様子が変化し、偏光された光の透過量を制御する。図３（Ａ）において、電圧Ｖｍａｘは、液晶層を通過する光の透過率を０とするための電圧である。また電圧Ｖｍｉｎは、液晶層を通過する光の透過率を最大にするための電圧である。また電圧Ｖｍｉｄは、液晶層を通過する光の透過率を半分（５０％）とするための電圧である。

　また、図３（Ｂ）に示すグラフは、液晶層に印加する電圧と、階調についてのグラフである。図３（Ｂ）で、例えば白か黒の画像を表示する場合は、電圧Ｖｍａｘ又はＶｍｉｎを印加することで、光の透過率が変化するため、階調値もＧｍａｘと０とで切り替えて表示を行うことができる。

　また、図３（Ｂ）で、色の濃淡を表すために多階調で画像を表示する場合は、電圧Ｖｍａｘ、Ｖｍｉｄ、Ｖｍｉｎといった複数の電圧を印加することで、光の透過率が変化し、階調値もＧｍａｘ、Ｇｍｉｄ、０と切り替えて表示を行うことができる。つまりさらに多くの階調を表示するには、電圧Ｖｍａｘと電圧Ｖｍｉｎとの間で複数の電圧レベルを設定し、その電圧レベルに応じて透過率が変化することを利用して、複数の階調値を表示可能な表示装置を実現している。

　この場合、液晶層に印加する電圧値が変化しなければ、光の透過率も変化しないため、所望の階調が得られることになる。一方で、液晶素子を有するアクティブマトリクス型の表示装置における、画素の液晶層では該液晶層を流れる電流によって、液晶層に印加する電圧値が経時的に変化する。具体的には、一定期間経過することで、電圧値がΔＶだけ変化すると、階調値もΔＧだけ変化することになる。一旦画素に書き込んだ電圧値の変化が、同一静止画像における階調値のずれとして許容できる範囲よりも大きくなると、視認者がフリッカーを知覚してしまい、結果として表示品位の低下を招くこととなる。

　次いで、図３（Ｃ）に、液晶層を挟持する電極についての断面模式図を示す。図３（Ｃ）では、図３（Ａ）で説明した電圧Ｖｍｉｎとする際の液晶層の配向の様子（初期配向状態）、及び電圧Ｖｍａｘとする際の液晶層の配向の様子（飽和配向状態）を表している。

　なお、初期配向状態は、電圧が印加されていない状態での液晶分子の状態を表すものであり、ＴＮ液晶でいえば、電極間で９０°ねじれた関係の液晶の状態となる。また飽和配向状態は、電圧が印加されることで液晶分子が傾伏または立ち上がりの挙動がこれ以上電圧を印加してもほとんど挙動しない限界の状態である。

　図３（Ｃ）では、第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４、及び液晶分子１５の断面模式図を示している。なお、第１の電極１１は、画素電極に相当する電極である。第２の電極１２は、対向電極に相当する電極である。

　また、初期配向状態の誘電率をε⊥、飽和配向状態の誘電率をε‖とする。初期配向状態の誘電率ε⊥と飽和配向状態の誘電率ε‖の差が、上述した誘電率異方性（Δε）として表すことができる。

　また、図４は、図３（Ｃ）で示した液晶層を挟持する電極に電圧Ｖｍｉｄを印加した場合における透過率の変化を観察するための構成の模式図である。

　図４では、図３（Ａ）で説明した電圧Ｖｍｉｄとする際の液晶層の配向の様子（中間配向状態、グレイレベル、またはＨａｌｆ　Ｔｏｎｅともいう。）を表している。また、図４では、図３（Ｃ）で説明した第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４及び液晶分子１５に加えて、偏光板２１、偏光板２２、光検出器２３を示している。また、図４中、矢印は光を表しており、矢印２４は液晶層に入射する光、矢印２５は液晶層を透過する光を表している。なお矢印２４による光は、表示装置におけるバックライトに相当する光である。なお、図４に示す、第１の電極１１、第２の電極１２、配向膜１３、配向膜１４、液晶分子１５、偏光板２１及び偏光板２２を含む構成を液晶素子ということもある。

＜階調ずれの許容範囲について＞
　次に、階調値のずれとして許容できる範囲に関して説明する。明るさが時間変化する観察対象を見る際に、実際にはちらつきとして感知できる周波数に限度があり、さらに周波数依存がある。これを定量化したものとして、ｔ−ＭＴＦ（ｔｅｍｐｏｒａｌ　−　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、時間変調度伝達関数）がある。コントラスト感度が大きいほど見分けやすく、小さいほど見分けることが困難となる。

　ｔ−ＭＴＦの計算にはＰｅｔｅｒ　Ｇ．Ｊ．Ｂａｒｔｅｎによるモデル（式（２））を採用し、コントラスト感度Ｓ（ｕ、ｗ）と、空間周波数（ｕ）、時間周波数（ｗ）の関係を示した。

　ここに、Ｓ（ｕ、ｗ）はコントラスト感度、ｕは空間周波数、ｗは時間周波数、Ｍ_ｓｐａｔは目の空間的変調度伝達関数、ｋは５０％検出確率における信号とノイズの比、Ｔは目の積分時間、Ｘ_Ｏはｘ方向の観察対象の大きさ、Ｘ_ｍａｘはｘ方向の最大積分領域、Ｎ_ｍａｘは積分サイクルの最大数、ηは量子効率、ｐは光子転換率、Ｅは網膜照度、Φ_０は神経ノイズのスペクトル密度、Ｈ_１（ｗ）は光受容体信号の時間的処理の変調度伝達関数、Ｈ_２（ｗ）は空間抑制信号の時間的処理の変調度伝達関数、Ｆ（ｕ）は空間抑制フィルタの被積分関数の変調度伝達関数である。

　式（２）よりコントラスト感度Ｓと時間周波数の関係が求まり、その結果からちらつきとして感知することが難しい輝度変化量を計算する。この感知することが難しい輝度変化量が階調ずれの許容量となり、この輝度変化量に相当する、液晶層に印加される電圧の変化量を求めれば、一定時間に変化する電圧の許容量が得られ、これが目安となり、これを満足するような材料の選択を行う。

＜残留ＤＣと、階調ずれについて＞
　ここで、図１及び図２で説明した、分子の双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下とすることにより、画素に書き込まれる電圧の変化に応じた残留ＤＣについて、図５を用いて説明する。

　なお、残留ＤＣとは、液晶層に電圧を印加することに伴い、電極間に滞留する電荷に起因した電圧のことをいう。この電圧によって、液晶層に電圧を印加する期間では、本来印加した電圧とは別に余分な電圧が電極間に印加されることになる。また液晶層に電圧を印加しない期間であっても、液晶層に滞留する電荷によって、電極間に電圧が残ることになる。なお液晶材料を電極で挟持する構成において電極上に配向膜を形成する場合、電極間とは配向膜間のことをいう。

　図５に示すグラフは、双極子モーメントを０デバイ以上３デバイ以下の分子を有する液晶層の一例として、複数の材料の分子の双極子モーメントが、０．０５デバイから２．１８デバイまでであり、それらを混合して得られる材料（改善材料）と、比較例として従来材料の残留ＤＣ特性である。

　図５に示す残留ＤＣの測定方法としては、液晶層を挟持する電極に対して１０秒間、あるいは３０秒間、３Ｖの電圧を印加して充電し、その後、電極間を１秒間短絡してから該電極間を開放した状態における電圧の時間変化を示している。なお、図５において、横軸が時間（Ｌａｐｓ　Ｔｉｍｅ）を、縦軸が電圧（ＲＤＣ）を、それぞれ表す。図５中の線３３は、改善材料の残留ＤＣの時間変化について充電時間を１０秒間とした場合、線３４は改善材料の残留ＤＣの時間変化について充電時間を３０秒間とした場合を示している。また、線３５は、従来材料の残留ＤＣの時間変化について充電時間を１０秒間とした場合、線３６は従来材料の残留ＤＣの時間変化について充電時間を３０秒間とした場合を示している。

　図５に示すグラフより、液晶層として、改善材料の方が、低い残留ＤＣ電圧を示している。

　図５に示すグラフを比較すると、分子の双極子モーメントが大きい液晶層（従来材料）のほうが、電極間を開放状態とした直後の電圧が大きいことがわかる。この液晶材料による電圧の差は、双極子モーメントが大きいことで、液晶層に含まれる不純物の割合が大きくなることに起因する。そのため、液晶層に含まれる不純物の割合の少ない、本発明の一態様における、液晶層が有する分子の双極子モーメントの取りうる範囲を０デバイ以上３デバイ以下とする構成の方が、電極間を開放後の残留ＤＣの影響を低減できる。

　なお、Ｍａｘｗｅｌｌ−Ｗａｇｎｅｒの多層誘電体の理論により導かれる式（３）を満たすことで、配向膜と液晶層の界面近傍に蓄積する電荷を抑制し、残留ＤＣを低減することができる。なお式（１）中、ε_ＬＣは液晶層の誘電率、ρ_ＬＣは液晶層の比抵抗、ε_ＡＬは配向膜の誘電率、ρ_ＡＬは配向膜の比抵抗を表している。

　式（３）の条件に近づけるためには、液晶層の比抵抗及び配向膜の比抵抗の双方をできるだけ近づけることが好ましい。配向膜の比抵抗は液晶層の比抵抗に比べて大きいため、液晶層と配向膜の比抵抗を近づけるためには、液晶層の比抵抗を上げるか、配向膜の比抵抗を下げるかであるが、上述したように液晶層の比抵抗を上げることが好ましい。

　このためには不純物イオンを取り込みにくい材料を液晶層に利用することが好ましく、双極子モーメントの取りうる範囲を０デバイ以上３デバイ以下とした分子を含む液晶層を用いることが有効である。

　以上のように、双極子モーメントの取りうる範囲を０デバイ以上３デバイ以下とした分子を有する液晶層を用い、液晶層の電圧保持率の高い材料を用いることで残留ＤＣを抑えることができる。別言すると、一旦画素に書き込んだ電圧の変化を、同一画像における階調値のずれとして許容できる範囲に収めることができる。したがって、表示品位をそこなうことのない、新規な表示装置を提供することができる。

　なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、リフレッシュレートが低い表示装置に適用し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。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、リフレッシュレートが通常の６０Ｈｚで表示してもよく、倍速駆動となる１２０Ｈｚ以上で表示してもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様では、リフレッシュレートを低くしなくてもよい。

　なお、本実施の形態は、本明細書で示す他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。

（実施の形態２）
　本実施の形態では、実施の形態１に示した液晶層を有する液晶表示装置の一例について、図６及び図７を参照しながら説明する。

　具体的には、画素を選択するＧ信号を６０Ｈｚ以上の頻度で出力する第１のモードと、１Ｈｚ以下の頻度、好ましくは０．２Ｈｚ以下の頻度で出力する第２のモードを有する液晶表示装置について説明する。

　図６は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の構成を説明するブロック図である。

　図７は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成を説明するブロック図及び回路図である。

＜１．液晶表示装置の構成＞
　本実施の形態で、図６に例示して説明する表示機能を有する液晶表示装置６００は、入力される第１の駆動信号（Ｓ信号ともいう）６３３＿Ｓを保持し、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じて画像を表示する表示素子６３５を含む画素回路６３４を有する画素部６３１と、Ｓ信号６３３＿Ｓを画素回路６３４に出力する第１の駆動回路（Ｓ駆動回路ともいう）６３３と、画素回路６３４を選択する第２の駆動信号（Ｇ信号ともいう）６３２＿Ｇを画素回路６３４に出力する第２の駆動回路（Ｇ駆動回路ともいう）６３２と、を有する。

　そして、Ｇ駆動回路６３２は、Ｇ信号６３２＿Ｇを画素に１秒間に３０回以上の頻度、好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する第１のモードと、１日に１回以上１秒間に０．１回未満の頻度、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する第２のモードを有する。

　なお、Ｇ駆動回路６３２は、入力されるモード切り替え信号に応じて第１のモードと第２のモードとを切り替える。

　また、画素回路６３４は画素６３１ｐに設けられ、画素６３１ｐは画素部６３１に複数設けられ、画素部６３１は表示部６３０に設けられている。

　表示機能を有する液晶表示装置６００は演算装置６２０を有する。演算装置６２０は一次制御信号６２５＿Ｃと一次画像信号６２５＿Ｖを出力する。

　液晶表示装置６００は制御部６１０を有し、制御部６１０はＳ駆動回路６３３とＧ駆動回路６３２を制御する。

　表示素子６３５に液晶素子を適用する場合、光供給部６５０を表示部６３０に設ける。光供給部６５０は液晶素子が設けられた画素部６３１に光を供給し、バックライトとして機能する。

　表示機能を有する液晶表示装置６００は、画素部６３１に設けられた複数の画素回路６３４から一を選択する頻度を、Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇを用いて変えることができる。その結果、液晶表示装置６００を使用する者へ与えうる目の疲労が低減された表示機能を有する液晶表示装置を提供することができる。

　以下に、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を構成する個々の要素について説明する。

＜２．演算装置＞
　演算装置６２０は、一次画像信号６２５＿Ｖ及び一次制御信号６２５＿Ｃを生成する。

　また、演算装置６２０が、モード切り替え信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを生成する。

　例えば、入力手段５００から入力される画像切り替え信号５００＿Ｃに応じて、演算装置６２０がモード切り替え信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを出力して良い。

　第２のモードのＧ駆動回路６３２に、制御部６１０を介して、画像切り替え信号５００＿Ｃが、入力手段５００から入力されると、Ｇ駆動回路６３２は第２のモードから第１のモードに切り替わり、Ｇ信号を１回以上出力し、その後第２のモードに切り替わる。

　例えば、入力手段５００がページめくり動作を検知した場合、入力手段５００は画像切り替え信号５００＿Ｃを演算装置６２０に出力する。

　演算装置６２０は、ページめくり動作信号を含む一次画像信号６２５＿Ｖを生成し、画像切り替え信号５００＿Ｃを含む一次制御信号６２５＿Ｃと共に当該一次画像信号６２５＿Ｖを出力する。

　制御部６１０は、画像切り替え信号５００＿ＣをＧ駆動回路６３２に出力し、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿ＶをＳ駆動回路６３３に出力する。

　Ｇ駆動回路６３２は第２のモードから第１のモードに切り替わり、Ｇ信号６３２＿Ｇを観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別することが難しい程度の速さで、信号を出力する。

　一方、Ｓ駆動回路６３３は、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿Ｖから生成したＳ信号６３３＿Ｓを画素回路６３４に出力する。

　これにより、画素６３１ｐは、ページめくり動作信号を含む二次画像信号６１５＿Ｖが与えられることで、ページめくり動作を含む多数のフレーム画像を短時間に表示できるため、なめらかなページめくり動作を表示できる。

　また、演算装置６２０が表示部６３０に出力する一次画像信号６２５＿Ｖが動画像か静止画像かを判別し、一次画像信号６２５＿Ｖが動画像である場合に、第１のモードを選択する切り替え信号を、静止画像である場合は第２のモードを選択する切り替え信号を、当該演算装置６２０が出力する構成としてもよい。

　なお、動画像か静止画像かを判別する方法としては、一次画像信号６２５＿Ｖに含まれる一のフレームとその前後のフレームの信号の差分が、あらかじめ定められた差分より大きいときに動画像と、それ以下のときに静止画像と、判別すればよい。

　また、第２のモードから第１のモードに切り替わったとき、Ｇ信号６３２＿Ｇを１回以上の所定の回数出力し、その後第２のモードに切り替わる構成としてもよい。

＜３．制御部＞
　制御部６１０は、一次画像信号６２５＿Ｖから生成した二次画像信号６１５＿Ｖを出力する（図６参照）。なお、一次画像信号６２５＿Ｖを表示部６３０に直接出力する構成としても良い。

　制御部６１０は、垂直同期信号、水平同期信号などの同期信号を含む一次制御信号６２５＿Ｃを用いて、スタートパルス信号、ラッチ信号、パルス幅制御信号などの二次制御信号６１５＿Ｃを生成し、表示部６３０に供給する機能を有する。なお、二次制御信号６１５＿Ｃには、クロック信号なども含まれる。

　また、反転制御回路を制御部６１０に設け、制御部６１０が、反転制御回路が通知するタイミングに従って、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させる機能を有する構成とすることもできる。具体的に、二次画像信号６１５＿Ｖの極性の反転は、制御部６１０において行われてもよいし、制御部６１０からの命令に従って、表示部６３０内で行われてもよい。

　反転制御回路は、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、同期信号を用いて定める機能を有する。例示する反転制御回路は、カウンタと、信号生成回路とを有する。

　カウンタは、水平同期信号のパルスを用いてフレーム期間の数を数える機能を有する。

　信号生成回路は、カウンタにおいて得られたフレーム期間の数の情報を用いて、連続する複数フレーム期間ごとに二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるべく、二次画像信号６１５＿Ｖの極性を反転させるタイミングを、制御部６１０に通知する機能を有する。

＜４．表示部＞
　表示部６３０は、各画素に表示素子６３５を有する画素部６３１と、Ｓ駆動回路６３３、Ｇ駆動回路６３２などの駆動回路を有する。画素部６３１は、表示素子６３５が設けられた画素６３１ｐを、複数有する（図６参照）。

　表示部６３０に入力される二次画像信号６１５＿Ｖは、Ｓ駆動回路６３３に与えられる。また、電源電位、二次制御信号６１５＿Ｃは、Ｓ駆動回路６３３及びＧ駆動回路６３２に与えられる。

　なお、二次制御信号６１５＿Ｃには、Ｓ駆動回路６３３の動作を制御するＳ駆動回路用のスタートパルス信号、Ｓ駆動回路用のクロック信号、ラッチ信号、Ｇ駆動回路６３２の動作を制御するＧ駆動回路用のスタートパルス信号、Ｇ駆動回路用のクロック信号、パルス幅制御信号などが含まれる。

　表示部６３０の構成の一例を図７（Ａ）に示す。

　図７（Ａ）に示す表示部６３０には、画素部６３１に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線ＧＬと、選択された画素６３１ｐに二次画像信号６１５＿Ｖから生成されたＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線ＤＬとが設けられている。

　走査線ＧＬへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、Ｇ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＤＬへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線ＧＬの少なくとも一つと、信号線ＤＬの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。

　なお、画素部６３１に設けられる配線の種類及びその数は、画素６３１ｐの構成、数及び配置によって決めることができる。具体的に、図７（Ａ）に示す画素部６３１の場合、ｘ列×ｙ行の画素６３１ｐがマトリクス状に配置されており、信号線ＤＬ１乃至信号線ＤＬｘ、走査線ＧＬ１乃至走査線ＧＬｙが、画素部６３１内に配置されている場合を例示している。

＜４−１．画素＞
　各画素６３１ｐは、表示素子６３５と、当該表示素子６３５を含む画素回路６３４を有する。

＜４−２．画素回路＞
　本実施の形態では、画素回路６３４の一例として、液晶素子６３５ＬＣを表示素子６３５に適用する構成を図７（Ｂ）に示す。

　画素回路６３４は、液晶素子６３５ＬＣへのＳ信号６３３＿Ｓの供給を制御するトランジスタ６３４ｔを有する。トランジスタ６３４ｔと表示素子６３５の接続関係の一例について説明する。

　トランジスタ６３４ｔのゲートが、走査線ＧＬ１から走査線ＧＬｙのいずれか１つに電気的に接続されている。トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの一方は、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘのいずれか１つに電気的に接続され、トランジスタ６３４ｔのソース及びドレインの他方は、表示素子６３５の第１電極に電気的に接続されている。

　なお、画素６３１ｐは、必要に応じて液晶素子６３５ＬＣの第１電極と第２電極間の電圧を保持するための容量素子６３４ｃの他、トランジスタ、ダイオード、抵抗素子、容量素子、インダクタなどのその他の回路素子を有していても良い。

　図７（Ｂ）に例示する画素６３１ｐは、Ｓ信号６３３＿Ｓの画素６３１ｐへの入力を制御するスイッチング素子として、一のトランジスタ６３４ｔを用いる。ただし、一のスイッチング素子として機能する、複数のトランジスタを画素６３１ｐに用いていてもよい。複数のトランジスタが一のスイッチング素子として機能する場合、上記複数のトランジスタは並列に接続されていてもよいし、直列に接続されていてもよいし、直列と並列が組み合わされて接続されていてもよい。

　なお、画素回路６３４の容量は適宜調整すればよい。例えば、後述する第２のモードにおいて、Ｓ信号６３３＿Ｓを比較的長い期間（具体的には、１／６０ｓｅｃ以上）保持する場合には、容量素子６３４ｃを設ける。また、容量素子６３４ｃ以外の構成を用いて、画素回路６３４の容量を調節してもよい。例えば、液晶素子６３５ＬＣの第１の電極と第２の電極を重ねて設ける構成により、容量とみなせる領域を形成してもよい。

　なお、画素回路６３４は、表示素子６３５の種類、または駆動方法に応じた構成を選択して用いることができる。

＜４−２ａ．表示素子＞
　液晶素子６３５ＬＣは、第１電極及び第２電極並びに第１電極と第２電極の間の電圧が印加される液晶材料を含んだ液晶層を有している。液晶素子６３５ＬＣは、第１電極と第２電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化して、透過率が変化する。よって、表示素子６３５は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

＜４−２ｂ．トランジスタ＞
　トランジスタ６３４ｔは、表示素子６３５の第１電極に、信号線ＤＬの電位を与えるか否かを制御する。表示素子６３５の第２電極には、所定の基準電位Ｖｃｏｍが与えられている。

　なお、本発明の一態様の液晶表示装置に好適なトランジスタとして酸化物半導体を用いたトランジスタを適用することができる。酸化物半導体を用いたトランジスタの詳細については、実施の形態６、７を参酌することができる。

＜５．光供給部＞
　光供給部６５０には、複数の光源が設けられている。制御部６１０は、光供給部６５０が有する光源の駆動を制御する。なお、反射型の液晶表示装置とする場合には、光供給部６５０を設けない構成としてもよい。

　光供給部６５０の光源としては、冷陰極蛍光ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、電場を加えることでルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）が発生するＯＬＥＤ素子などを用いることができる。また、光供給部６５０の光源のカラー化方式としては、赤色、緑色、青色の発光をそれぞれ用いる方式（３色方式）、青色発光からの発光の一部を赤色や緑色に変換する方式（色変換方式、量子ドット方式）、白色発光からの発光の一部を、カラーフィルタを通すことで赤色、緑色、青色に変換する方式（カラーフィルター方式）などを適用することができる。

＜６．入力手段＞
　入力手段５００としては、タッチパネル、タッチパッド、ジョイスティック、トラックボール、データグローブ、撮像装置などを用いることができる。演算装置６２０は、入力手段５００から入力される電気信号と表示部の座標を関連づけることができる。これにより、使用する者が表示部に表示される情報を処理するための命令を入力することができる。

　使用する者が入力手段５００から入力する情報としては、例えば表示部に表示される画像の表示位置を変えるためにドラッグする命令、表示されている画像を送り次の画像を表示するためにスワイプする命令、巻物状の画像を順に送るためにスクロールする命令、特定の画像を選択する命令、画像を表示する大きさを変化するためにピンチする命令の他、手書き文字入力する命令などを挙げることができる。

　なお、本実施の形態において、本発明の一態様について述べた。または、他の実施の形態において、本発明の一態様について述べる。ただし、本発明の一態様は、これらに限定されない。つまり、本実施の形態および他の実施の形態では、様々な発明の態様が記載されているため、本発明の一態様は、特定の態様に限定されない。例えば、本発明の一態様として、トランジスタのチャネル形成領域、ソースドレイン領域などが、酸化物半導体を有する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。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、様々な半導体を有していてもよい。場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、例えば、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素、アルミニウムガリウムヒ素、インジウムリン、窒化ガリウム、または、有機半導体などの少なくとも一つを有していてもよい。または例えば、場合によっては、または、状況に応じて、本発明の一態様における様々なトランジスタ、トランジスタのチャネル形成領域、または、トランジスタのソースドレイン領域などは、酸化物半導体を有していなくてもよい。

（実施の形態３）
　本実施の形態では、実施の形態２に示した液晶表示装置の駆動方法の一例について、図７及び図８を参照しながら説明する。

　図８は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置の表示部の構成の変形例を説明するブロック図である。
＜１．Ｓ信号の画素部への書き込み方法＞
　図７（Ａ）または図８に例示する画素部６３１に、Ｓ信号６３３＿Ｓを書き込む方法の一例を説明する。具体的には、Ｓ信号６３３＿Ｓを、画素部６３１の、図７（Ｂ）に例示する画素回路を有する画素６３１ｐのそれぞれに書き込む方法を説明する。

＜画素部への信号の書き込み＞
　第１フレーム期間において、走査線ＧＬ１にパルスを有するＧ信号６３２＿Ｇが入力されることで、走査線ＧＬ１が選択される。選択された走査線ＧＬ１に接続された複数の各画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔが導通状態になる。

　トランジスタ６３４ｔが導通状態の時（１ライン期間）に、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘに二次画像信号６１５＿Ｖから生成したＳ信号６３３＿Ｓの電位が与えられる。そして、導通状態のトランジスタ６３４ｔを介して、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位に応じた電荷が容量素子６３４ｃに蓄積され、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が液晶素子６３５ＬＣの第１電極に与えられる。

　第１フレーム期間の走査線ＧＬ１が選択されている期間において、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが全ての信号線ＤＬ１乃至信号線ＤＬｘに、順に入力される。走査線ＧＬ１と、信号線ＤＬ１乃至信号線ＤＬｘとにそれぞれ接続された画素６３１ｐ内の第１電極（ＧＬ１ＤＬ１）乃至第１電極（ＧＬ１ＤＬｘ）には、正の極性のＳ信号６３３＿Ｓが与えられる。これにより、液晶素子６３５ＬＣの透過率が、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位によって制御され、各画素が階調を表示する。

　同様にして、走査線ＧＬ２から走査線ＧＬｙが順に選択され、走査線ＧＬ１が選択されていた期間と同様の動作が、走査線ＧＬ２から走査線ＧＬｙの各走査線に接続された画素６３１ｐにおいて順次繰り返される。上記動作により、画素部６３１において、第１フレームの画像を表示することができる。

　なお、本発明の一態様では、必ずしも走査線ＧＬ１乃至走査線ＧＬｙを順に選択する必要はない。

　なお、Ｓ駆動回路６３３から信号線ＤＬ１乃至信号線ＤＬｘに、Ｓ信号６３３＿Ｓを順に入力する点順次駆動を用いることも、一斉にＳ信号６３３＿Ｓを入力する線順次駆動を用いることができる。或いは、複数の信号線ＤＬごとに順に、Ｓ信号６３３＿Ｓを入力する駆動方法を用いていても良い。

　また、プログレッシブ方式を用いた走査線ＧＬの選択方法に限らず、インターレース方式を用いて走査線ＧＬの選択を行うようにしても良い。

　また、任意の一フレーム期間において、全ての信号線に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が同一であっても、任意の一フレーム期間において、一の信号線ごとに、画素に入力されるＳ信号６３３＿Ｓの極性が反転していても良い。

＜複数の領域に分割された画素部への信号の書き込み＞
　また、表示部６３０の構成の変形例を図８に示す。

　図８に示す表示部６３０には、複数の領域に分割された画素部６３１（具体的には第１領域６３１ａ、第２領域６３１ｂ、第３領域６３１ｃ）に、複数の画素６３１ｐと、画素６３１ｐを行毎に選択するための複数の走査線ＧＬと、選択された画素６３１ｐにＳ信号６３３＿Ｓを供給するための複数の信号線ＤＬとが設けられている。

　それぞれの領域に設けられた走査線ＧＬへのＧ信号６３２＿Ｇの入力は、それぞれのＧ駆動回路６３２により制御されている。信号線ＤＬへのＳ信号６３３＿Ｓの入力は、Ｓ駆動回路６３３により制御されている。複数の画素６３１ｐは、走査線ＧＬの少なくとも一つと、信号線ＤＬの少なくとも一つとに、それぞれ接続されている。

　このような構成とすることで、画素部６３１を分割して駆動することができる。

　例えば、入力手段５００としてタッチパネルから情報を入力する際に、当該情報が入力される領域を特定する座標を取得し、その座標に対応する領域を駆動するＧ駆動回路６３２のみを第１のモードとし、他の領域を第２のモードとしてもよい。この動作により、タッチパネルから情報が入力されなかった領域、すなわち表示画像を書き換える必要がない領域のＧ駆動回路の動作を停止することができる。

＜２．第１のモードと第２のモードのＧ駆動回路＞
　Ｇ駆動回路６３２が出力するＧ信号６３２＿Ｇが入力された画素回路６３４に、Ｓ信号６３３＿Ｓが入力される。Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位を保持する。言い換えると、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓの電位が書き込まれた状態を保持する。

　表示データが書き込まれた画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓに応じた表示状態を維持する。なお、表示状態を維持するとは、表示状態の変化が一定の範囲より大きくならないように保持することをいう。上記一定の範囲は、適宜設定される範囲であり、例えば使用者が表示画像を閲覧する場合に、同じ表示画像であると認識できる表示状態の範囲に設定することが好ましい。

　Ｇ駆動回路６３２は第１のモードと第２のモードを有する。

＜２−１．第１のモード＞
　Ｇ駆動回路６３２の第１のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１秒間に３０回以上好ましくは１秒間に６０回以上９６０回未満の頻度で出力する。

　第１のモードのＧ駆動回路６３２は、観察者が信号の書き換え動作毎に変化する画像の変化を識別することが難しい速さで、信号を書き換える。その結果、動画像をなめらかに表示することができる。

＜２−２．第２のモード＞
　Ｇ駆動回路６３２の第２のモードは、Ｇ信号６３２＿Ｇを、画素に１日に１回以上１秒間に０．１回未満、好ましくは１時間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する。

　より好ましくは、３０秒間に１回以上１秒間に１回未満の頻度で出力する。

　Ｇ信号６３２＿Ｇが入力されない期間、画素回路６３４は、Ｓ信号６３３＿Ｓを保持し、その電位に応じた表示状態を引き続き維持する。

　これにより、第２のモードでは、画素の表示の書き換えに伴うちらつき（フリッカーともいう）がない表示をすることができる。

　その結果、当該表示機能を有する液晶表示装置の使用者の目の疲労を低減できる。

　なお、Ｇ駆動回路６３２が消費する電力は、Ｇ駆動回路６３２が動作しない期間、低減される。

　なお、第２のモードを有するＧ駆動回路６３２を用いて駆動する画素回路は、Ｓ信号６３３＿Ｓを長い期間保持する構成が好ましい。例えば、トランジスタ６３４ｔのリーク電流は、オフ状態において小さいものほど好ましい。

　オフ状態においてリーク電流が小さいトランジスタ６３４ｔの構成の一例について、実施の形態６、７を参酌することができる。

（実施の形態４）
　本実施の形態では、実施の形態２に示した液晶表示装置の駆動方法の一例について、図９乃至図１１を参照しながら説明する。

　図９は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置を説明する回路図である。

　図１０は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明する図である。

　図１１は、本発明の一態様の表示機能を有する液晶表示装置のソースライン反転駆動及びドット反転駆動を説明するタイミングチャートである。

＜１．オーバードライブ駆動＞
　液晶は、電圧が印加されてからその透過率が収束するまでの応答時間が、一般的に十数ｍｓｅｃ程度である。よって、液晶の応答の遅さが動画のぼやけとして視認されやすい。

　そこで、本発明の一態様では、液晶素子を用いた表示素子６３５に印加する電圧を一時的に大きくして液晶の配向を速く変化させるオーバードライブ駆動を用いるようにしても良い。オーバードライブ駆動を用いることで、液晶の応答速度を上げ、動画のぼやけを防ぎ、動画の画質を改善することができる。

　また、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後においても、液晶素子を用いた表示素子６３５の透過率が収束せずに変化し続けると、液晶の比誘電率が変化するため、液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧が変化しやすい。

　例えば、液晶素子を用いた表示素子６３５に並列で容量素子６３４ｃを接続しない場合、または接続される容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合、上述した液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧の変化は顕著に起こりやすい。しかし、上記オーバードライブ駆動を用いることで、応答時間を短くすることができるので、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後における液晶素子を用いた表示素子６３５の透過率の変化を小さくすることができる。したがって、液晶素子を用いた表示素子６３５に並列で接続される容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合でも、トランジスタ６３４ｔが非導通状態になった後に、液晶素子を用いた表示素子６３５の保持する電圧が変化するのを防ぐことができる。

＜２．ソースライン反転駆動及びドット反転駆動＞
　図１０に例示する画素回路の信号線ＤＬｉに接続されている画素６３１ｐにおいて、画素電極６３５＿１が、信号線ＤＬｉと、信号線ＤＬｉに隣接している信号線ＤＬｉ＋１に挟まれるように、画素６３１ｐ内に配置されている。トランジスタ６３４ｔがオフの状態であるならば、画素電極６３５＿１と信号線ＤＬｉは、理想的には電気的に分離している。また、画素電極６３５＿１と信号線ＤＬｉ＋１も、理想的には、電気的に分離している。しかし、実際には、画素電極６３５＿１と信号線ＤＬｉの間には寄生容量６３４ｃ（ｉ）が存在しており、なおかつ、画素電極６３５＿１と信号線ＤＬｉ＋１の間には寄生容量６３４ｃ（ｉ＋１）が存在している（図１０（Ｃ）参照）。なお、図１０（Ｃ）には、図９に図示されている液晶素子６３５ＬＣの替わりに、液晶素子６３５ＬＣの第１の電極または第２の電極として機能する画素電極６３５＿１が図示されている。

　液晶素子６３５ＬＣの第１の電極と第２の電極を重ねて設ける構成とする場合等では、２つの電極の重なりを実質的な容量素子とすることで、液晶素子６３５ＬＣに容量配線を用いて形成された容量素子６３４ｃを接続しない場合、または液晶素子６３５ＬＣに接続されている容量素子６３４ｃの容量値が小さい場合がある。このような場合、液晶素子の第１の電極または第２の電極として機能する画素電極６３５＿１の電位が、寄生容量６３４ｃ（ｉ）と寄生容量６３４ｃ（ｉ＋１）の影響を受けやすい。

　これにより、トランジスタ６３４ｔが、画像信号の電位を保持する期間において、オフの状態であっても、画素電極６３５＿１の電位が、信号線ＤＬｉまたは信号線ＤＬｉ＋１の電位の変化に連動して変動する現象が起こりやすい。

　画像信号の電位を保持する期間において、画素電極の電位が、信号線の電位が変化に連動して変動する現象をクロストーク現象という。クロストーク現象が発生すると、表示のコントラストが低下してしまう。例えば、液晶素子６３５ＬＣにノーマリーホワイトの液晶を用いた場合、画像が白っぽくなる。

　そこで、本発明の一態様では、任意の一フレーム期間において、画素電極６３５＿１を間に挟んで配設されている信号線ＤＬｉと信号線ＤＬｉ＋１に、互いに逆の極性を有する画像信号を入力する駆動方法を用いるようにしても良い。

　なお、逆の極性を有する画像信号とは、液晶素子の共通電極の電位を基準電位としたときに、基準電位よりも高い電位を有する画像信号と、基準電位よりも低い電位を有する画像信号とを意味する。

　交互に逆の極性を有する画像信号を選択された複数の画素に順番に書き込む方法として、２つの方法（ソースライン反転およびドット反転）を例に挙げることができる。

　いずれの方法においても、第１フレーム期間において、信号線ＤＬｉに正（＋）の極性を有する画像信号を入力し、信号線ＤＬｉ＋１に負（−）の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第２フレーム期間において、信号線ＤＬｉに負（−）の極性を有する画像信号を入力し、信号線ＤＬｉ＋１に正（＋）の極性を有する画像信号を入力する。次いで、第３フレーム期間において、信号線ＤＬｉに正（＋）の極性を有する画像信号を入力し、信号線ＤＬｉ＋１に負（−）の極性を有する画像信号を入力する（図１０（Ｃ）参照）。

　このような駆動方法を用いると、一対の信号線の電位が互いに逆の方向に変動するため、任意の画素電極が受ける電位の変動が打ち消される。よって、クロストークの発生を抑えることができる。

＜２−１．ソースライン反転駆動＞
　ソースライン反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに逆の極性を有する画像信号を入力するものである。

　ソースライン反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図１０（Ａ−１）及び図１０（Ａ−２）に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を＋の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図１０（Ａ−２）に示すフレームは、図１０（Ａ−１）に示すフレームに続くフレームを示している。

＜２−２．ドット反転駆動＞
　ドット反転は、任意の一フレーム期間において、一の信号線に接続されている複数の画素と、当該信号線に隣接する他の信号線に接続されている複数の画素とに、逆の極性を有する画像信号を入力し、なおかつ、同一の信号線に接続されている複数の画素において、隣接する画素に逆の極性を有する画像信号を入力するものである。

　ドット反転を用いた場合の画素に与えられる画像信号の極性を、図１０（Ｂ−１）及び図１０（Ｂ−２）に模式的に示す。任意の一フレーム期間において与えられる画像信号が正の極性の画素を＋の記号で、負の極性の画素を−の記号で示している。図１０（Ｂ−２）に示すフレームは、図１０（Ｂ−１）に示すフレームに続くフレームを示している。

＜２−３．タイミングチャート＞
　次いで、図１１に、図９に示した画素部６３１をソースライン反転で動作させた場合のタイミングチャートを示す。具体的に、図１１では、走査線ＧＬ１に与えられる信号の電位と、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘに与えられる画像信号の電位と、走査線ＧＬ１に接続された各画素の有する画素電極の電位の、時間変化を示している。

　まず、走査線ＧＬ１にパルスを有する信号が入力されることで、走査線ＧＬ１が選択される。選択された走査線ＧＬ１に接続された複数の各画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔがオンになる。そして、トランジスタ６３４ｔがオンの状態の時に、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘに画像信号の電位が与えられると、オンのトランジスタ６３４ｔを介して、画像信号の電位が液晶素子６３５ＬＣの画素電極に与えられる。

　図１１に示すタイミングチャートでは、第１のフレーム期間の走査線ＧＬ１が選択されている期間において、奇数番目の信号線ＤＬ１、信号線ＤＬ３、．．．に、正の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線ＤＬ２、信号線ＤＬ４、．．．信号線ＤＬｘに、負の極性の画像信号が入力されている例を示している。よって、奇数番目の信号線ＤＬ１、信号線ＤＬ３、．．．に接続された画素６３１ｐ内の画素電極（ＰＥ１）、画素電極（ＰＥ３）、．．．には、正の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線ＤＬ２、信号線ＤＬ４、．．．信号線ＤＬｘに接続された画素６３１ｐ内の画素電極（ＰＥ２）、画素電極（ＰＥ４）、．．．画素電極（ＰＥｘ）には、負の極性の画像信号が与えられている。

　液晶素子６３５ＬＣでは、画素電極と共通電極の間に与えられる電圧の値に従って、液晶分子の配向が変化し、透過率が変化する。よって、液晶素子６３５ＬＣは、画像信号の電位によってその透過率が制御されることで、階調を表示することができる。

　信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘへの画像信号の入力が終了すると、走査線ＧＬ１の選択は終了する。走査線の選択が終了すると、該走査線を有する画素６３１ｐにおいて、トランジスタ６３４ｔがオフになる。すると、液晶素子６３５ＬＣは、画素電極と共通電極の間に与えられた電圧を保持することで、階調の表示を維持する。そして、走査線ＧＬ２から走査線ＧＬｙが順に選択され、走査線ＧＬ１が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。

　次いで、第２のフレーム期間において、再び、走査線ＧＬ１が選択される。そして、第２のフレーム期間の走査線ＧＬ１が選択されている期間では、第１のフレーム期間の走査線ＧＬ１が選択されている期間とは異なり、奇数番目の信号線ＤＬ１、信号線ＤＬ３、．．．に、負の極性の画像信号が順に入力されており、偶数番目の信号線ＤＬ２、信号線ＤＬ４、．．．信号線ＤＬｘに、正の極性の画像信号が入力されている。よって、奇数番目の信号線ＤＬ１、信号線ＤＬ３、．．．に接続された画素６３１ｐ内の画素電極（ＰＥ１）、画素電極（ＰＥ３）、．．．には、負の極性の画像信号が与えられている。また、偶数番目の信号線ＤＬ２、信号線ＤＬ４、．．．信号線ＤＬｘに接続された画素６３１ｐ内の画素電極（ＰＥ２）、画素電極（ＰＥ４）、．．．画素電極（ＰＥｘ）には、正の極性の画像信号が与えられている。

　第２のフレーム期間においても、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘへの画像信号の入力が終了すると、走査線ＧＬ１の選択は終了する。そして、走査線ＧＬ２から走査線ＧＬｙが順に選択され、走査線ＧＬ１が選択されていた期間と同様の動作が、上記各走査線に接続された画素において行われる。

　そして、第３のフレーム期間と、第４のフレーム期間においても、上記動作が同様に繰り返される。

　なお、図１１に示すタイミングチャートでは、信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘに、順に画像信号が入力されている場合を例示しているが、本発明はこの構成に限定されない。信号線ＤＬ１から信号線ＤＬｘに、一斉に画像信号が入力されていても良いし、複数の信号線ごとに順に画像信号が入力されていても良い。

　また、本実施の形態では、プログレッシブ方式を用いた場合における、走査線の選択について説明したが、インターレース方式を用いて走査線の選択を行うようにしても良い。

　なお、画像信号の電位の極性を、共通電極の基準電位を基準として反転させる反転駆動を行うことで、焼き付きと呼ばれる液晶の劣化を防ぐことができる。

　しかし、反転駆動を行うと、画像信号の極性が変化する際に信号線に与えられる電位の変化が大きくなるため、スイッチング素子として機能するトランジスタ６３４ｔのソース電極とドレイン電極の電位差が大きくなる。よって、トランジスタ６３４ｔは、しきい値電圧がシフトするなどの特性劣化が生じやすい。

　また、液晶素子６３５ＬＣに保持されている電圧を維持するために、ソース電極とドレイン電極の電位差が大きくても、オフ電流が低いことが要求される。

（実施の形態５）
　本実施の形態では、本発明の一態様の液晶表示装置で表示可能な画像の生成方法について、図１２を用いて説明する。とくに、画像の切り替えを行う際に使用者の目に優しい画像の切り替え方法、使用者の目の疲労を軽減する画像の切り替え方法、使用者の目に負担を与えない画像の切り替え方法について説明する。

　画像を素早く切り替えて表示すると、使用者の目の疲労を誘発する場合がある。例えば、著しく異なる場面が切り換わる動画像や、異なる静止画を切り換える場合などが含まれる。

　異なる画像を切り替えて表示する際には、瞬間的に表示を切り換えるのではなく、緩やかに（静かに）、自然に画像を切り替えて表示することが好ましい。

　例えば、異なる第１の画像から第２の画像に表示を切り替える場合、第１の画像と第２の画像の間に第１の画像がフェードアウトする画像または／及び第２の画像がフェードインする画像を挿入すると好ましい。また、第１の画像がフェードアウトすると同時に、第２の画像がフェードインする（クロスフェードともいう）ように、両者の画像を重ね合わせた画像を挿入してもよく、第１の画像が第２の画像に次第に変化する様子を表示する動画（モーフィングともいう）を挿入しても良い。

　具体的には、第１の静止画像を低いリフレッシュレートで表示し、続いて画像の切り替えのための画像を高いリフレッシュレートで表示した後に、第２の静止画像を低いリフレッシュレートで表示する。

＜フェードイン、フェードアウト＞
　以下に、互いに異なる画像Ａと画像Ｂとを切り換える方法の一例について説明する。

　図１２（Ａ）は、画像の切り換え動作を行うことができる表示装置の構成を示すブロック図である。図１２（Ａ）に示す表示装置は、演算装置６７１、記憶装置６７２、グラフィックユニット６７３、及び表示手段６７４を有する。

　第１のステップにおいて、演算装置６７１は外部記憶装置等から画像Ａ、及び画像Ｂの各データを記憶装置６７２に格納する。

　第２のステップにおいて、演算装置６７１は、予め設定された分割数の値に応じて、画像Ａと画像Ｂの各画像データを元に新たな画像データを順次生成する。

　第３のステップにおいて、生成した画像データをグラフィックユニット６７３に出力する。グラフィックユニット６７３は入力された画像データを表示手段６７４に表示させる。

　図１２（Ｂ）は、画像Ａから画像Ｂにかけて段階的に画像を切り換える際の、生成される画像データを説明するための模式図である。

　図１２（Ｂ）では、画像Ａから画像ＢにかけてＮ（Ｎは自然数）個の画像データを生成し、それぞれ１個あたりの画像データをｆ（ｆは自然数）フレーム期間表示した場合について示している。したがって、画像Ａから画像Ｂに切り替わるまでの期間は、ｆ×Ｎフレームとなる。

　ここで、上述したＮ、及びｆなどのパラメータは、使用者が自由に設定可能であることが好ましい。演算装置６７１はこれらのパラメータを予め取得し、当該パラメータに応じて、画像データを生成する。

　ｉ番目に生成される画像データ（ｉは１以上Ｎ以下の整数）は、画像Ａの画像データと画像Ｂの画像データに対して、それぞれに重み付けを行って足し合わせることで生成できる。例えば、ある画素において、画像Ａを表示したときの輝度（階調）をａ、画像Ｂを表示したときの輝度（階調）をｂとすると、ｉ番目に生成される画像データを表示したときの当該画素の輝度（階調）ｃは式（４）に示す値となる。

　このような方法により生成された画像データを用いて、画像Ａから画像Ｂに切り換えることで、緩やかに（静かに）、自然に不連続な画像を切り替えることができる。

　なお、式（４）において、全ての画素についてａ＝０の場合が、黒画像から徐々に画像Ｂに切り替わるフェードインに相当する。また、全ての画素についてｂ＝０の場合が、画像Ａからに徐々に黒画像に切り替わるフェードアウトに相当する。

　上記では、２つの画像を一時的にオーバーラップさせて画像を切り換える方法について述べたが、オーバーラップさせない方法としてもよい。

　２つの画像をオーバーラップさせない場合、画像Ａから画像Ｂに切り換える場合に、間に黒画像を挿入してもよい。このとき、画像Ａから黒画像に遷移する際、または黒画像から画像Ｂに遷移する際、またはその両方に、上述したような画像の切り換え方法を用いてもよい。また、画像Ａと画像Ｂの間に挿入する画像は黒画像だけでなく、白画像などの単一色の画像を用いてもよいし、画像Ａや画像Ｂとは異なる、多色の画像を用いてもよい。

　画像Ａと画像Ｂとの間に他の画像、特に黒画像などの単一色の画像を挿入することで、画像の切り換えをより自然に使用者が感じ取ることができ、使用者にストレスを感じさせることなく画像を切り換えることができる。

（実施の形態６）
　本実施の形態では、液晶表示装置の画素に適用できるトランジスタの構成例について、図面を参照して説明する。

＜トランジスタの構成例＞
　図１３（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１００の上面概略図を示す。また図１３（Ｂ）に図１３（Ａ）中に示す切断線Ａ−Ｂにおけるトランジスタ１００の断面概略図を示す。図１３（Ａ）（Ｂ）で例示するトランジスタ１００はボトムゲート型のトランジスタである。

　トランジスタ１００は、基板１０１上に設けられるゲート電極１０２と、基板１０１及びゲート電極１０２上に設けられる絶縁層１０３と、絶縁層１０３上にゲート電極１０２と重なるように設けられる酸化物半導体層１０４と、酸化物半導体層１０４の上面に接する一対の電極１０５ａ、１０５ｂとを有する。また、絶縁層１０３、酸化物半導体層１０４、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを覆う絶縁層１０６と、絶縁層１０６上に絶縁層１０７が設けられている。

　《基板》
　基板１０１の材質などに大きな制限はないが、少なくとも、後の熱処理に耐えうる程度の耐熱性を有する材料を用いる。例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイヤ基板、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）基板等を、基板１０１として用いてもよい。また、シリコンや炭化シリコンを材料とした単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムを材料とした化合物半導体基板、ＳＯＩ基板等を適用することも可能である。また、これらの基板上に半導体素子が設けられたものを、基板１０１として用いてもよい。

　また、基板１０１として、プラスチックなどの可撓性基板を用い、該可撓性基板上に直接、トランジスタ１００を形成してもよい。または、基板１０１とトランジスタ１００の間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上層にトランジスタの一部あるいは全部を形成した後、基板１０１より分離し、他の基板に転載するのに用いることができる。その結果、トランジスタ１００は耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。

　したがって例えば、本明細書等において、様々な基板を用いて、トランジスタを形成することが出来る。基板の種類は、特定のものに限定されることはない。その基板の一例としては、半導体基板（例えば単結晶基板又はシリコン基板）、ＳＯＩ基板、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、サファイアガラス基板、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどがある。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板、貼り合わせフィルム、基材フィルムなどの一例としては、以下のものがあげられる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるプラスチックがある。または、一例としては、アクリル等の合成樹脂などがある。または、一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。または、一例としては、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。特に、半導体基板、単結晶基板、又はＳＯＩ基板などを用いてトランジスタを製造することによって、特性、サイズ、又は形状などのばらつきが少なく、電流能力が高く、サイズの小さいトランジスタを製造することができる。このようなトランジスタによって回路を構成すると、回路の低消費電力化、又は回路の高集積化を図ることができる。

　また、基板として、可撓性基板を用い、可撓性基板上に直接、トランジスタを形成してもよい。または、基板とトランジスタの間に剥離層を設けてもよい。剥離層は、その上に半導体装置を一部あるいは全部完成させた後、基板より分離し、他の基板に転載するために用いることができる。その際、トランジスタは耐熱性の劣る基板や可撓性の基板にも転載できる。なお、上述の剥離層には、例えば、タングステン膜と酸化シリコン膜との無機膜の積層構造の構成や、基板上にポリイミド等の有機樹脂膜が形成された構成等を用いることができる。

　つまり、ある基板を用いてトランジスタを形成し、その後、別の基板にトランジスタを転置し、別の基板上にトランジスタを配置してもよい。トランジスタが転置される基板の一例としては、上述したトランジスタを形成することが可能な基板に加え、紙基板、セロファン基板、アラミドフィルム基板、ポリイミドフィルム基板、石材基板、木材基板、布基板（天然繊維（絹、綿、麻）、合成繊維（ナイロン、ポリウレタン、ポリエステル）若しくは再生繊維（アセテート、キュプラ、レーヨン、再生ポリエステル）などを含む）、皮革基板、又はゴム基板などがある。これらの基板を用いることにより、特性のよいトランジスタの形成、消費電力の小さいトランジスタの形成、壊れにくい装置の製造、耐熱性の付与、軽量化、又は薄型化を図ることができる。

　《ゲート電極》
　ゲート電極１０２は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属、または上述した金属を成分とする合金か、上述した金属を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属を用いてもよい。また、ゲート電極１０２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。

　また、ゲート電極１０２は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等の透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属の積層構造とすることもできる。

　また、ゲート電極１０２と絶縁層１０３との間に、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｇａ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜、Ｓｎ系酸窒化物半導体膜、Ｉｎ系酸窒化物半導体膜、金属窒化膜（ＩｎＮ、ＺｎＮ等）等を設けてもよい。これらの膜は５ｅＶ以上、好ましくは５．５ｅＶ以上の仕事関数を有しており、トランジスタのしきい値電圧をプラスにシフトすることができ、所謂ノーマリーオフ特性のスイッチング素子を実現できる。例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる場合、少なくとも酸化物半導体層１０４より高い窒素濃度、具体的には７原子％以上のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸窒化物半導体膜を用いる。

　《絶縁層》
　絶縁層１０３は、ゲート絶縁膜として機能する。酸化物半導体層１０４の下面と接する絶縁層１０３は、酸化物絶縁膜であることが好ましい。

　絶縁層１０３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１０３として、ハフニウムシリケート（ＨｆＳｉＯ_ｘ）、窒素が添加されたハフニウムシリケート（ＨｆＳｉ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、窒素が添加されたハフニウムアルミネート（ＨｆＡｌ_ｘＯ_ｙＮ_ｚ）、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。

　《一対の電極》
　一対の電極１０５ａ及び１０５ｂは、トランジスタのソース電極またはドレイン電極として機能する。

　一対の電極１０５ａ、１０５ｂは、導電材料として、アルミニウム、チタン、クロム、ニッケル、銅、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、タンタル、またはタングステンなどの金属、またはこれを主成分とする合金を単層構造または積層構造として用いることができる。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、タングステン膜上にチタン膜を積層する二層構造、銅−マグネシウム−アルミニウム合金膜上に銅膜を積層する二層構造、チタン膜または窒化チタン膜と、そのチタン膜または窒化チタン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にチタン膜または窒化チタン膜を形成する三層構造、モリブデン膜または窒化モリブデン膜と、そのモリブデン膜または窒化モリブデン膜上に重ねてアルミニウム膜または銅膜を積層し、さらにその上にモリブデン膜または窒化モリブデン膜を形成する三層構造等がある。なお、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透明導電材料を用いてもよい。

　《絶縁層》
　絶縁層１０６は、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜を用いることが好ましい。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、加熱により一部の酸素が脱離する。化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化物絶縁膜は、昇温脱離ガス分光法（ＴＤＳ：Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）分析にて、酸素原子に換算しての酸素の脱離量が１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、好ましくは３０×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である酸化物絶縁膜である。なお、上記ＴＤＳ分析時における膜の表面温度としては１００℃以上７００℃以下、または１００℃以上５００℃以下の範囲が好ましい。

　絶縁層１０６としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。

　なお、絶縁層１０６は、後に形成する絶縁層１０７を形成する際の、酸化物半導体層１０４へのダメージ緩和膜としても機能する。

　また、絶縁層１０６と酸化物半導体層１０４の間に、酸素を透過する酸化物膜を設けてもよい。

　酸素を透過する酸化物膜としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン等を用いることができる。なお、本明細書中において、酸化窒化シリコン膜とは、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い膜を指し、窒化酸化シリコン膜とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い膜を指す。

　絶縁層１０７は、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を用いることができる。絶縁層１０６上に絶縁層１０７を設けることで、酸化物半導体層１０４からの酸素の外部への拡散と、外部から酸化物半導体層１０４への水素、水等の侵入を防ぐことができる。酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。

＜トランジスタの作製方法例＞
　続いて、図１３に例示するトランジスタ１００の作製方法の一例について説明する。

　まず、図１４（Ａ）に示すように、基板１０１上にゲート電極１０２を形成し、ゲート電極１０２上に絶縁層１０３を形成する。

　ここでは、基板１０１としてガラス基板を用いる。

　《ゲート電極の形成》
　ゲート電極１０２の形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法等により導電膜を形成し、導電膜上に第１のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、ゲート電極１０２を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

　なお、ゲート電極１０２は、上記形成方法の代わりに、電解メッキ法、印刷法、インクジェット法等で形成してもよい。

　《ゲート絶縁層の形成》
　絶縁層１０３は、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法等で形成する。

　絶縁層１０３として酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

　また、絶縁層１０３として窒化シリコン膜を形成する場合、２段階の形成方法を用いることが好ましい。はじめに、シラン、窒素、及びアンモニアの混合ガスを原料ガスとして用いたプラズマＣＶＤ法により、欠陥の少ない第１の窒化シリコン膜を形成する。次に、原料ガスを、シラン及び窒素の混合ガスに切り替えて、水素濃度が少なく、且つ水素をブロッキングすることが可能な第２の窒化シリコン膜を成膜する。このような形成方法により、絶縁層１０３として、欠陥が少なく、且つ水素ブロッキング性を有する窒化シリコン膜を形成することができる。

　また、絶縁層１０３として酸化ガリウム膜を形成する場合、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成することができる。

　《酸化物半導体層の形成》
　次に、図１４（Ｂ）に示すように、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１０４を形成する。

　酸化物半導体層１０４の形成方法を以下に示す。はじめに、酸化物半導体膜を形成する。続いて、酸化物半導体膜上に第２のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて酸化物半導体膜の一部をエッチングして、酸化物半導体層１０４を形成する。その後、レジストマスクを除去する。

　この後、加熱処理を行ってもよい。加熱処理を行う場合には、酸素を含む雰囲気下で行うことが好ましい。また、上記加熱処理の温度としては、例えば、１５０℃以上６００℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下とすればよい。

　《一対の電極の形成》
　次に、図１４（Ｃ）に示すように、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを形成する。

　一対の電極１０５ａ、１０５ｂの形成方法を以下に示す。はじめに、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法等で導電膜を形成する。次に、該導電膜上に第３のフォトマスクを用いてフォトリソグラフィ工程によりレジストマスクを形成する。次に、該レジストマスクを用いて導電膜の一部をエッチングして、一対の電極１０５ａ、１０５ｂを形成する。その後、レジストマスクを除去する。

　なお、図１４（Ｂ）に示すように、導電膜のエッチングの際に酸化物半導体層１０４の上部の一部がエッチングされ、薄膜化することがある。そのため、酸化物半導体層１０４の形成時、酸化物半導体膜の厚さを予め厚く設定しておくことが好ましい。

　《絶縁層の形成》
　次に、図１４（Ｄ）に示すように、酸化物半導体層１０４及び一対の電極１０５ａ、１０５ｂ上に、絶縁層１０６を形成し、続いて絶縁層１０６上に絶縁層１０７を形成する。

　絶縁層１０６として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

　例えば、プラズマＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上２６０℃以下、さらに好ましくは２００℃以上２４０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２００Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に０．１７Ｗ／ｃｍ^２以上０．５Ｗ／ｃｍ^２以下、さらに好ましくは０．２５Ｗ／ｃｍ^２以上０．３５Ｗ／ｃｍ^２以下の高周波電力を供給する条件により、酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成する。

　成膜条件として、上記圧力の反応室において上記パワー密度の高周波電力を供給することで、プラズマ中で原料ガスの分解効率が高まり、酸素ラジカルが増加し、原料ガスの酸化が進むため、酸化物絶縁膜中における酸素含有量が化学量論比よりも多くなる。しかしながら、基板温度が、上記温度であると、シリコンと酸素の結合力が弱いため、加熱により酸素の一部が脱離する。この結果、化学量論的組成を満たす酸素よりも多くの酸素を含み、加熱により酸素の一部が脱離する酸化物絶縁膜を形成することができる。

　また、酸化物半導体層１０４と絶縁層１０６の間に酸化物絶縁膜を設ける場合には、絶縁層１０６の形成工程において、該酸化物絶縁膜が酸化物半導体層１０４の保護膜となる。この結果、酸化物半導体層１０４へのダメージを低減しつつ、パワー密度の高い高周波電力を用いて絶縁層１０６を形成することができる。

　例えば、ＰＥＣＶＤ装置の真空排気された処理室内に載置された基板を１８０℃以上４００℃以下、さらに好ましくは２００℃以上３７０℃以下に保持し、処理室に原料ガスを導入して処理室内における圧力を２０Ｐａ以上２５０Ｐａ以下、さらに好ましくは１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とし、処理室内に設けられる電極に高周波電力を供給する条件により、酸化物絶縁膜として酸化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜を形成することができる。また、処理室の圧力を１００Ｐａ以上２５０Ｐａ以下とすることで、該酸化物絶縁層を成膜する際に、酸化物半導体層１０４へのダメージを低減することが可能である。

　酸化物絶縁膜の原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体及び酸化性気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。

　絶縁層１０７は、スパッタリング法、ＰＥＣＶＤ法等で形成することができる。

　絶縁層１０７として窒化シリコン膜、または窒化酸化シリコン膜を形成する場合、原料ガスとしては、シリコンを含む堆積性気体、酸化性気体、及び窒素を含む気体を用いることが好ましい。シリコンを含む堆積性気体の代表例としては、シラン、ジシラン、トリシラン、フッ化シラン等がある。酸化性気体としては、酸素、オゾン、一酸化二窒素、二酸化窒素等がある。窒素を含む気体としては、窒素、アンモニア等がある。

　以上の工程により、トランジスタ１００を形成することができる。

＜トランジスタの変形例＞
　以下では、トランジスタ１００と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。

　《変形例１》
　図１５（Ａ）に、以下で例示するトランジスタ１１０の断面概略図を示す。トランジスタ１１０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１００と相違している。

　トランジスタ１１０が有する酸化物半導体層１１４は、酸化物半導体層１１４ａと酸化物半導体層１１４ｂとが積層されて構成される。

　なお、酸化物半導体層１１４ａと酸化物半導体層１１４ｂの境界は不明瞭である場合があるため、図１５（Ａ）等の図中には、これらの境界を破線で示している。

　酸化物半導体層１１４ａは、代表的にはＩｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、またはＨｆ）を用いる。また、酸化物半導体層１１４ａがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、ＺｎおよびＯを除いてのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが５０ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが５０ａｔｏｍｉｃ％以上、さらに好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％未満、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％以上とする。また例えば、酸化物半導体層１１４ａは、エネルギーギャップが２ｅＶ以上、好ましくは２．５ｅＶ以上、より好ましくは３ｅＶ以上である材料を用いる。

　酸化物半導体層１１４ｂはＩｎ若しくはＧａを含み、代表的には、Ｉｎ−Ｇａ酸化物、Ｉｎ−Ｚｎ酸化物、Ｉｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｇａ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）であり、且つ酸化物半導体層１１４ａよりも伝導帯の下端のエネルギーが真空準位に近く、代表的には、酸化物半導体層１１４ｂの伝導帯の下端のエネルギーと、酸化物半導体層１１４ａの伝導帯の下端のエネルギーとの差が、０．０５ｅＶ以上、０．０７ｅＶ以上、０．１ｅＶ以上、または０．１５ｅＶ以上、且つ２ｅＶ以下、１ｅＶ以下、０．５ｅＶ以下、または０．４ｅＶ以下とすることが好ましい。

　また、酸化物半導体層１１４ｂがＩｎ−Ｍ−Ｚｎ酸化物であるとき、Ｚｎ及びＯを除いてのＩｎとＭの原子数比率は、好ましくは、Ｉｎが２５ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが７５ａｔｏｍｉｃ％未満、さらに好ましくは、Ｉｎが３４ａｔｏｍｉｃ％以上、Ｍが６６ａｔｏｍｉｃ％未満とする。

　例えば、酸化物半導体層１１４ａとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１．２、またはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。また、酸化物半導体層１１４ｂとしてＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、１：６：４、または１：９：６の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物を用いることができる。なお、酸化物半導体層１１４ａ、及び酸化物半導体層１１４ｂ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。

　上層に設けられる酸化物半導体層１１４ｂに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１１４ａ、及び酸化物半導体層１１４ｂからの酸素の放出を抑制することができる。

　なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性及び電気特性（電界効果移動度、しきい値電圧等）に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、酸化物半導体層１１４ａ、酸化物半導体層１１４ｂのキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。

　なお、上記では酸化物半導体層１１４として、２つの酸化物半導体層が積層された構成を例示したが、３つ以上の酸化物半導体層を積層する構成としてもよい。

　《変形例２》
　図１５（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１２０の断面概略図を示す。トランジスタ１２０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１００及びトランジスタ１１０と相違している。

　トランジスタ１２０が有する酸化物半導体層１２４は、酸化物半導体層１２４ａ、酸化物半導体層１２４ｂ、酸化物半導体層１２４ｃが順に積層されて構成される。

　酸化物半導体層１２４ａ及び酸化物半導体層１２４ｂは、絶縁層１０３上に積層して設けられる。また酸化物半導体層１２４ｃは、酸化物半導体層１２４ｂの上面、並びに一対の電極１０５ａ、１０５ｂの上面及び側面に接して設けられる。

　例えば、酸化物半導体層１２４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１２４ａ、１２４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ｂと同様の構成を用いることができる。

　例えば、酸化物半導体層１２４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１２４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１２４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１２４ａ、酸化物半導体層１２４ｂ、及び酸化物半導体層１２４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。

　また、例えば酸化物半導体層１２４ｂに主としてチャネルが形成される場合に、酸化物半導体層１２４ｂにＩｎの含有量の多い酸化物を用い、酸化物半導体層１２４ｂと接して一対の電極１０５ａ、１０５ｂを設けることにより、トランジスタ１２０のオン電流を増大させることができる。

＜トランジスタの他の構成例＞
　以下では、本発明の一態様の酸化物半導体膜を適用可能な、トップゲート型のトランジスタの構成例について説明する。

　なお、以下では、上記と同様の構成、または同様の機能を有する構成要素においては、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

　《構成例》
　図１６（Ａ）に、以下で例示するトップゲート型のトランジスタ１５０の断面概略図を示す。

　トランジスタ１５０は、絶縁層１５１が設けられた基板１０１上に設けられる酸化物半導体層１０４と、酸化物半導体層１０４の上面に接する一対の電極１０５ａ、１０５ｂと、酸化物半導体層１０４、一対の電極１０５ａ、１０５ｂ上に設けられる絶縁層１０３と、絶縁層１０３上に酸化物半導体層１０４と重なるように設けられるゲート電極１０２とを有する。また、絶縁層１０３及びゲート電極１０２を覆って絶縁層１５２が設けられている。

　絶縁層１５１は、基板１０１から酸化物半導体層１０４への不純物の拡散を抑制する機能を有する。例えば、上記絶縁層１０７と同様の構成を用いることができる。なお、絶縁層１５１は、不要であれば設けなくてもよい。

　絶縁層１５２には、上記絶縁層１０７と同様、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する絶縁膜を適用することができる。なお、絶縁層１０７は不要であれば設けなくてもよい。

　《変形例１》
　以下では、トランジスタ１５０と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。

　図１６（Ｂ）に、以下で例示するトランジスタ１６０の断面概略図を示す。トランジスタ１６０は、酸化物半導体層の構成が異なる点で、トランジスタ１５０と相違している。

　トランジスタ１６０が有する酸化物半導体層１６４は、酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、及び酸化物半導体層１６４ｃが順に積層されて構成されている。

　酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、酸化物半導体層１６４ｃのうち、いずれか一、またはいずれか二、または全部に、先に説明した酸化物半導体膜を適用することができる。

　例えば、酸化物半導体層１６４ｂとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ａと同様の構成を用いることができる。また例えば、酸化物半導体層１６４ａ、１６４ｃとして、上記変形例１で例示した酸化物半導体層１１４ｂと同様の構成を用いることができる。

　また、酸化物半導体層１６４ｂの下層に設けられる酸化物半導体層１６４ａ、及び上層に設けられる酸化物半導体層１６４ｃに、スタビライザーとして機能するＧａの含有量の多い酸化物を用いることにより、酸化物半導体層１６４ａ、酸化物半導体層１６４ｂ、酸化物半導体層１６４ｃからの酸素の放出を抑制することができる。

　《変形例２》
　以下では、トランジスタ１５０と一部が異なるトランジスタの構成例について説明する。

　図１６（Ｃ）に、以下で例示するトランジスタ１７０の断面概略図を示す。トランジスタ１７０は、酸化物半導体層１０４に接する一対の電極１０５ａ、１０５ｂの形状、及びゲート電極１０２の形状等で、トランジスタ１５０と相違している。

　トランジスタ１７０は、絶縁層１５１が設けられた基板１０１上に設けられる酸化物半導体層１０４と、酸化物半導体層１０４上の絶縁層１０３と、絶縁層１０３上のゲート電極１０２と、絶縁層１５１及び酸化物半導体層１０４上の絶縁層１５４と、絶縁層１５４上の絶縁層１５６と、絶縁層１５４、１５６に設けられる開口部を介して酸化物半導体層１０４に電気的に接続される一対の電極１０５ａ、１０５ｂと、絶縁層１５６及び一対の電極１０５ａ、１０５ｂ上の絶縁層１５２と、を有する。

　絶縁層１５４としては、例えば水素を含む絶縁膜で形成される。該水素を含む絶縁膜としては、窒化シリコン膜等が挙げられる。絶縁層１５４に含まれる水素は、酸化物半導体層１０４中の酸素欠損と結合することで、酸化物半導体層１０４中でキャリアとなる。したがって、図１６（Ｃ）に示す構成においては、酸化物半導体層１０４と絶縁層１５４が接する領域をｎ型領域１０４ｂ及びｎ型領域１０４ｃとして表している。なお、ｎ型領域１０４ｂとｎ型領域１０４ｃに挟まれる領域は、チャネル領域１０４ａとなる。

　酸化物半導体層１０４中にｎ型領域１０４ｂ、１０４ｃを設けることで、一対の電極１０５ａ、１０５ｂとの接触抵抗を低減させることができる。なお、ｎ型領域１０４ｂ、１０４ｃとしては、ゲート電極１０２の形成時、及びゲート電極１０２を覆う絶縁層１５４を用いて自己整合的に形成することができる。図１６（Ｃ）に示すトランジスタ１７０は、所謂セルフアライン型のトップゲート型のトランジスタである。セルフアライン型のトップゲート型のトランジスタ構造とすることで、ゲート電極１０２と、ソース電極及びドレイン電極として機能する一対の電極１０５ａ、１０５ｂと、の重なりが生じないため、電極間に生じる寄生容量を低減することができる。

　また、トランジスタ１７０が有する絶縁層１５６としては、例えば、酸化窒化シリコン膜等により形成することができる。

　本実施の形態は、本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。

（実施の形態７）
　本実施の形態では、本発明の一態様の表示装置に適用することのできる酸化物半導体膜の構成について以下詳細に説明を行う。

　酸化物半導体は、エネルギーギャップが３．０ｅＶ以上と大きく、酸化物半導体を適切な条件で加工し、そのキャリア密度を十分に低減して得られた酸化物半導体膜が適用されたトランジスタにおいては、オフ状態でのソースとドレイン間のリーク電流（オフ電流）を、従来のシリコンを用いたトランジスタと比較して極めて低いものとすることができる。

　酸化物半導体膜をトランジスタに適用する場合、酸化物半導体膜の膜厚は２ｎｍ以上４０ｎｍ以下とすることが好ましい。

　適用可能な酸化物半導体としては、少なくともインジウム（Ｉｎ）あるいは亜鉛（Ｚｎ）を含むことが好ましい。特にＩｎとＺｎを含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム（Ｇａ）、スズ（Ｓｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタノイド（例えば、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ガドリニウム（Ｇｄ））から選ばれた一種、または複数種が含まれていることが好ましい。

　例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、Ｉｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｚｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｓｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｍｇ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）、Ｉｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｚｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｉ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｃ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｃｅ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｐｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｎｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｇｄ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｄｙ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｏ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｅｒ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｔｍ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｙｂ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｌｕ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ａｌ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｈｆ−Ｚｎ系酸化物、Ｉｎ−Ｈｆ−Ａｌ−Ｚｎ系酸化物を用いることができる。

　ここで、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

　また、酸化物半導体として、ＩｎＭＯ_３（ＺｎＯ）_ｍ（ｍ＞０、且つ、ｍは整数でない）で表記される材料を用いてもよい。なお、Ｍは、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｎ及びＣｏから選ばれた一の金属元素または複数の金属元素、若しくは上記のスタビライザーとしての元素を示す。また、酸化物半導体として、Ｉｎ_２ＳｎＯ_５（ＺｎＯ）_ｎ（ｎ＞０、且つ、ｎは整数）で表記される材料を用いてもよい。

　例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：３：２、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：１：３の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いるとよい。

　酸化物半導体膜に水素が多量に含まれると、酸化物半導体と結合することによって、水素の一部がドナーとなり、キャリアである電子を生じてしまう。これにより、トランジスタのしきい値電圧がマイナス方向にシフトしてしまう。そのため、酸化物半導体膜の形成後において、脱水化処理（脱水素化処理）を行い酸化物半導体膜から、水素、又は水分を除去して不純物が極力含まれないように高純度化することが好ましい。

　なお、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって、酸化物半導体膜から酸素も同時に減少してしまうことがある。よって、酸化物半導体膜への脱水化処理（脱水素化処理）によって増加した酸素欠損を補填するため酸素を酸化物半導体膜に加える処理を行うことが好ましい。本明細書等において、酸化物半導体膜に酸素を供給する場合を、加酸素化処理と記す場合がある、または酸化物半導体膜に含まれる酸素を化学量論的組成よりも多くする場合を過酸素化処理と記す場合がある。

　このように、酸化物半導体膜は、脱水化処理（脱水素化処理）により、水素または水分が除去され、加酸素化処理により酸素欠損を補填することによって、ｉ型（真性）化またはｉ型に限りなく近く実質的にｉ型（真性）である酸化物半導体膜とすることができる。なお、実質的に真性とは、酸化物半導体膜中にドナーに由来するキャリアが極めて少なく（ゼロに近く）、キャリア密度が１×１０^１７／ｃｍ^３以下、１×１０^１６／ｃｍ^３以下、１×１０^１５／ｃｍ^３以下、１×１０^１４／ｃｍ^３以下、１×１０^１３／ｍ^３以下であることをいう。

　またこのように、ｉ型又は実質的にｉ型である酸化物半導体膜を備えるトランジスタは、極めて優れたオフ電流特性を実現できる。例えば、酸化物半導体膜を用いたトランジスタがオフ状態のときのドレイン電流を、室温（２５℃程度）にて１×１０^−１８Ａ以下、好ましくは１×１０^−２１Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２４Ａ以下、または８５℃にて１×１０^−１５Ａ以下、好ましくは１×１０^−１８Ａ以下、さらに好ましくは１×１０^−２１Ａ以下とすることができる。なお、トランジスタがオフ状態とは、ｎチャネル型のトランジスタの場合、ゲート電圧がしきい値電圧よりも十分小さい状態をいう。具体的には、ゲート電圧がしきい値電圧よりも１Ｖ以上、２Ｖ以上または３Ｖ以上小さければ、トランジスタはオフ状態となる。

　次に、以下に酸化物半導体膜の有しうる構造について説明する。

　酸化物半導体は、単結晶酸化物半導体と、それ以外の非単結晶酸化物半導体とに分けられる。

　非単結晶酸化物半導体としては、ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ　Ａｘｉｓ　Ａｌｉｇｎｅｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体、非晶質酸化物半導体などがある。また、結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。

　また別の観点では、酸化物半導体は、非晶質酸化物半導体と、それ以外の結晶性酸化物半導体とに分けられる。結晶性酸化物半導体としては、単結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳ、多結晶酸化物半導体、微結晶酸化物半導体などがある。

＜ＣＡＡＣ−ＯＳ＞
　まずは、ＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳを、ＣＡＮＣ（Ｃ−Ａｘｉｓ　Ａｌｉｇｎｅｄ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。

　ＣＡＡＣ−ＯＳは、ｃ軸配向した複数の結晶部（ペレットともいう。）を有する酸化物半導体の一つである。

　透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）によって、ＣＡＡＣ−ＯＳの明視野像と回折パターンとの複合解析像（高分解能ＴＥＭ像ともいう。）を観察すると、複数のペレットを確認することができる。一方、高分解能ＴＥＭ像ではペレット同士の境界、すなわち結晶粒界（グレインバウンダリーともいう。）を明確に確認することができない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。

　例えば、図１７（Ａ）に示すように、試料面と略平行な方向から、ＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を観察する。ここでは、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いてＴＥＭ像を観察する。なお、球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、以下では、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。なお、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うことができる。

　以下では、ＴＥＭによって観察したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。図１７（Ａ）に、試料面と略平行な方向から観察した、ＣＡＡＣ−ＯＳの断面の高分解能ＴＥＭ像を示す。高分解能ＴＥＭ像の観察には、球面収差補正（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ　Ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ　Ｃｏｒｒｅｃｔｏｒ）機能を用いた。球面収差補正機能を用いた高分解能ＴＥＭ像を、特にＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像と呼ぶ。Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像の取得は、例えば、日本電子株式会社製原子分解能分析電子顕微鏡ＪＥＭ−ＡＲＭ２００Ｆなどによって行うことができる。

　図１７（Ａ）の領域（１）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を図１７（Ｂ）に示す。図１７（Ｂ）より、ペレットにおいて、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層の配列は、ＣＡＡＣ−ＯＳの膜を形成する面（被形成面ともいう。）または上面の凹凸を反映しており、ＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面または上面と平行となる。

　図１７（Ｂ）に示すように、ＣＡＡＣ−ＯＳは特徴的な原子配列を有する。図１７（Ｃ）は、特徴的な原子配列を、補助線で示したものである。図１７（Ｂ）および図１７（Ｃ）より、ペレット一つの大きさは１ｎｍ以上３ｎｍ以下程度であり、ペレットとペレットとの傾きにより生じる隙間の大きさは０．８ｎｍ程度であることがわかる。したがって、ペレットを、ナノ結晶（ｎｃ：ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）と呼ぶこともできる。

　ここで、Ｃｓ補正高分解能ＴＥＭ像から、基板５１２０上のＣＡＡＣ−ＯＳのペレット５１００の配置を模式的に示すと、レンガまたはブロックが積み重なったような構造となる（図１７（Ｄ）参照。）。図１７（Ｃ）で観察されたペレットとペレットとの間で傾きが生じている箇所は、図１７（Ｄ）に示す領域５１６１に相当する。

　また、図１８（Ａ）に、試料面と略垂直な方向から観察したＣＡＡＣ−ＯＳの平面のＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を示す。図１８（Ａ）の領域（１）、領域（２）および領域（３）を拡大したＣｓ補正高分解能ＴＥＭ像を、それぞれ図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）および図１８（Ｄ）に示す。図１８（Ｂ）、図１８（Ｃ）および図１８（Ｄ）より、ペレットは、金属原子が三角形状、四角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なるペレット間で、金属原子の配列に規則性は見られない。

　次に、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、図１９（Ａ）に示すように回折角（２θ）が３１°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に帰属されることから、ＣＡＡＣ−ＯＳの結晶がｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることが確認できる。

　なお、ＣＡＡＣ−ＯＳのｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°近傍のピークの他に、２θが３６°近傍にもピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の一部に、ｃ軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。より好ましいＣＡＡＣ−ＯＳは、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による構造解析では、２θが３１°近傍にピークを示し、２θが３６°近傍にピークを示さない。

　一方、ＣＡＡＣ−ＯＳに対し、ｃ軸に略垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による構造解析を行うと、２θが５６°近傍にピークが現れる。このピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面に帰属される。ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は、２θを５６°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させながら分析（φスキャン）を行っても、図１９（Ｂ）に示すように明瞭なピークは現れない。これに対し、ＩｎＧａＺｎＯ_４の単結晶酸化物半導体であれば、２θを５６°近傍に固定してφスキャンした場合、図１９（Ｃ）に示すように（１１０）面と等価な結晶面に帰属されるピークが６本観察される。したがって、ＸＲＤを用いた構造解析から、ＣＡＡＣ−ＯＳは、ａ軸およびｂ軸の配向が不規則であることが確認できる。

　次に、電子回折によって解析したＣＡＡＣ−ＯＳについて説明する。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳに対し、試料面に平行な方向からプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させると、図３９（Ａ）に示すような回折パターン（制限視野透過電子回折パターンともいう。）が現れる場合がある。この回折パターンには、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（００９）面に起因するスポットが含まれる。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットがｃ軸配向性を有し、ｃ軸が被形成面または上面に略垂直な方向を向いていることがわかる。一方、同じ試料に対し、試料面に垂直な方向からプローブ径が３００ｎｍの電子線を入射させたときの回折パターンを図３９（Ｂ）に示す。図３９（Ｂ）より、リング状の回折パターンが確認される。したがって、電子回折によっても、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれるペレットのａ軸およびｂ軸は配向性を有さないことがわかる。なお、図３９（Ｂ）における第１リングは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（０１０）面および（１００）面などに起因すると考えられる。また、図３９（Ｂ）における第２リングは（１１０）面などに起因すると考えられる。

　また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、欠陥準位密度の低い酸化物半導体である。酸化物半導体の欠陥としては、例えば、不純物に起因する欠陥や、酸素欠損などがある。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度の低い酸化物半導体ということもできる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、酸素欠損の少ない酸化物半導体ということもできる。

　酸化物半導体に含まれる不純物は、キャリアトラップとなる場合や、キャリア発生源となる場合がある。また、酸化物半導体中の酸素欠損は、キャリアトラップとなる場合や、水素を捕獲することによってキャリア発生源となる場合がある。

　なお、不純物は、酸化物半導体の主成分以外の元素で、水素、炭素、シリコン、遷移金属元素などがある。例えば、シリコンなどの、酸化物半導体を構成する金属元素よりも酸素との結合力の強い元素は、酸化物半導体から酸素を奪うことで酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。また、鉄やニッケルなどの重金属、アルゴン、二酸化炭素などは、原子半径（または分子半径）が大きいため、酸化物半導体の原子配列を乱し、結晶性を低下させる要因となる。

　また、欠陥準位密度の低い（酸素欠損が少ない）酸化物半導体は、キャリア密度を低くすることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。ＣＡＡＣ−ＯＳは、不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低い。即ち、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体となりやすい。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、しきい値電圧がマイナスとなる電気特性（ノーマリーオンともいう。）になることが少ない。また、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体は、キャリアトラップが少ない。酸化物半導体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。一方、ＣＡＡＣ−ＯＳ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。

　また、ＣＡＡＣ−ＯＳは欠陥準位密度が低いため、光の照射によって欠陥準位に捕獲されるキャリアは少なくなる。したがって、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気特性の変動が小さい。

＜微結晶酸化物半導体＞
　次に、微結晶酸化物半導体について説明する。

　微結晶酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において、結晶部を確認することのできる領域と、明確な結晶部を確認することのできない領域と、を有する。微結晶酸化物半導体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を有する酸化物半導体を、ｎｃ−ＯＳ（ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。また、ｎｃ−ＯＳは、例えば、高分解能ＴＥＭ像では、結晶粒界を明確に確認できない場合がある。なお、ナノ結晶は、ＣＡＡＣ−ＯＳにおけるペレットと同じ起源を有する可能性がある。そのため、以下ではｎｃ−ＯＳの結晶部をペレットと呼ぶ場合がある。

　ｎｃ−ＯＳは、微小な領域（例えば、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の領域、特に１ｎｍ以上３ｎｍ以下の領域）において原子配列に周期性を有する。また、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、膜全体で配向性が見られない。したがって、ｎｃ−ＯＳは、分析方法によっては、非晶質酸化物半導体と区別が付かない場合がある。例えば、ｎｃ−ＯＳに対し、ペレットよりも大きい径のＸ線を用いる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に対し、ペレットよりも大きいプローブ径（例えば５０ｎｍ以上）の電子線を用いる電子回折（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に対し、ペレットの大きさと近いかペレットより小さいプローブ径の電子線を用いるナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測される。また、ｎｃ−ＯＳに対しナノビーム電子回折を行うと、円を描くように（リング状に）輝度の高い領域が観測される場合がある。さらに、リング状の領域内に複数のスポットが観測される場合がある。

　このように、ペレット（ナノ結晶）間では結晶方位が規則性を有さないことから、ｎｃ−ＯＳを、ＲＡＮＣ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｌｉｇｎｅｄ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体、またはＮＡＮＣ（Ｎｏｎ−Ａｌｉｇｎｅｄ　ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｓ）を有する酸化物半導体と呼ぶこともできる。

　ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも規則性の高い酸化物半導体である。そのため、ｎｃ−ＯＳは、非晶質酸化物半導体よりも欠陥準位密度が低くなる。ただし、ｎｃ−ＯＳは、異なるペレット間で結晶方位に規則性が見られない。そのため、ｎｃ−ＯＳは、ＣＡＡＣ−ＯＳと比べて欠陥準位密度が高くなる。

＜非晶質酸化物半導体＞
　次に、非晶質酸化物半導体について説明する。

　非晶質酸化物半導体は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶部を有さない酸化物半導体である。石英のような無定形状態を有する酸化物半導体が一例である。

　非晶質酸化物半導体は、高分解能ＴＥＭ像において結晶部を確認することができない。

　非晶質酸化物半導体に対し、ＸＲＤ装置を用いた構造解析を行うと、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、非晶質酸化物半導体に対し、電子回折を行うと、ハローパターンが観測される。また、非晶質酸化物半導体に対し、ナノビーム電子回折を行うと、スポットが観測されず、ハローパターンが観測される。

　非晶質構造については、様々な見解が示されている。例えば、原子配列に全く秩序性を有さない構造を完全な非晶質構造（ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）と呼ぶ場合がある。また、最近接原子間距離または第２近接原子間距離まで秩序性を有し、かつ長距離秩序性を有さない構造を非晶質構造と呼ぶ場合もある。したがって、最も厳格な定義によれば、僅かでも原子配列に秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。また、少なくとも、長距離秩序性を有する酸化物半導体を非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。よって、結晶部を有することから、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳを、非晶質酸化物半導体または完全な非晶質酸化物半導体と呼ぶことはできない。

＜非晶質ライク酸化物半導体＞
　なお、酸化物半導体は、ｎｃ−ＯＳと非晶質酸化物半導体との間の物性を示す構造を有する場合がある。そのような構造を有する酸化物半導体を、とくに非晶質ライク酸化物半導体（ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ：ａｍｏｒｐｈｏｕｓ−ｌｉｋｅ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）と呼ぶ。

　ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、高分解能ＴＥＭ像において鬆（ボイドともいう。）が観察される場合がある。また、高分解能ＴＥＭ像において、明確に結晶部を確認することのできる領域と、結晶部を確認することのできない領域と、を有する。

　鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、不安定な構造である。以下では、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳが、ＣＡＡＣ−ＯＳおよびｎｃ−ＯＳと比べて不安定な構造であることを示すため、電子照射による構造の変化を示す。

　電子照射を行う試料として、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ（試料Ａと表記する。）、ｎｃ−ＯＳ（試料Ｂと表記する。）およびＣＡＡＣ−ＯＳ（試料Ｃと表記する。）を準備する。いずれの試料もＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物である。

　まず、各試料の高分解能断面ＴＥＭ像を取得する。高分解能断面ＴＥＭ像により、各試料は、いずれも結晶部を有することがわかる。

　なお、結晶部の判定は、以下のように行えばよい。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の単位格子は、Ｉｎ−Ｏ層を３層有し、またＧａ−Ｚｎ−Ｏ層を６層有する、計９層がｃ軸方向に層状に重なった構造を有することが知られている。これらの近接する層同士の間隔は、（００９）面の格子面間隔（ｄ値ともいう。）と同程度であり、結晶構造解析からその値は０．２９ｎｍと求められている。したがって、格子縞の間隔が０．２８ｎｍ以上０．３０ｎｍ以下である箇所を、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶部と見なすことができる。なお、格子縞は、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶のａ−ｂ面に対応する。

　図４０は、各試料の結晶部（２２箇所から４５箇所）の平均の大きさを調査した例である。ただし、上述した格子縞の長さを結晶部の大きさとしている。図４０より、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、電子の累積照射量に応じて結晶部が大きくなっていくことがわかる。具体的には、図４０中に（１）で示すように、ＴＥＭによる観察初期においては１．２ｎｍ程度の大きさだった結晶部が、累積照射量が４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２においては２．６ｎｍ程度の大きさまで成長していることがわかる。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射開始時から電子の累積照射量が４．２×１０^８ｅ⁻／ｎｍ^２までの範囲で、結晶部の大きさに変化が見られないことがわかる。具体的には、図４０中の（２）及び（３）で示すように、電子の累積照射量によらず、ｎｃ−ＯＳ及びＣＡＡＣ−ＯＳの結晶部の大きさは、それぞれ１．４ｎｍ程度及び２．１ｎｍ程度であることがわかる。

　このように、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、電子照射によって結晶部の成長が見られる場合がある。一方、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳは、電子照射による結晶部の成長がほとんど見られないことがわかる。すなわち、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて、不安定な構造であることがわかる。

　また、鬆を有するため、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳは、ｎｃ−ＯＳおよびＣＡＡＣ−ＯＳと比べて密度の低い構造である。具体的には、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の７８．６％以上９２．３％未満となる。また、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は、同じ組成の単結晶の密度の９２．３％以上１００％未満となる。単結晶の密度の７８％未満となる酸化物半導体は、成膜すること自体が困難である。

　例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、菱面体晶構造を有する単結晶ＩｎＧａＺｎＯ_４の密度は６．３５７ｇ／ｃｍ^３となる。よって、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳの密度は５．０ｇ／ｃｍ^３以上５．９ｇ／ｃｍ^３未満となる。また、例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］を満たす酸化物半導体において、ｎｃ−ＯＳの密度およびＣＡＡＣ−ＯＳの密度は５．９ｇ／ｃｍ^３以上６．３ｇ／ｃｍ^３未満となる。

　なお、同じ組成の単結晶が存在しない場合がある。その場合、任意の割合で組成の異なる単結晶を組み合わせることにより、所望の組成における単結晶に相当する密度を見積もることができる。所望の組成の単結晶に相当する密度は、組成の異なる単結晶を組み合わせる割合に対して、加重平均を用いて見積もればよい。ただし、密度は、可能な限り少ない種類の単結晶を組み合わせて見積もることが好ましい。

　以上のように、酸化物半導体は、様々な構造をとり、それぞれが様々な特性を有する。なお、酸化物半導体は、例えば、非晶質酸化物半導体、ａ−ｌｉｋｅ　ＯＳ、微結晶酸化物半導体、ＣＡＡＣ−ＯＳのうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。

　以上のいずれかの構成を有する酸化物半導体膜を用いて本発明の一態様に係る半導体装置を構成することができる。

　以上、本実施の形態で示す構成、方法は、他の実施の形態で示す構成、方法と適宜組み合わせて用いることができる。

（実施の形態８）
　本実施の形態においては、表示モジュールの一例について、図２０、図２１、及び図２２を用いて以下説明を行う。

　図２０は、表示モジュールの一例を示す上面図である。図２０示す表示モジュール７００は、第１の基板７０１上に設けられた画素部７０２と、第１の基板７０１に設けられたソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６と、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を囲むように配置されるシール材７１２と、第１の基板７０１に対向するように設けられる第２の基板７０５と、を有する。なお、第１の基板７０１と第２の基板７０５は、シール材７１２によって封止されている。すなわち、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６は、第１の基板７０１とシール材７１２と第２の基板７０５によって封止されている。なお、図２０には図示しないが、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には表示素子が設けられる。

　また、表示モジュール７００は、第１の基板７０１上のシール材７１２によって囲まれている領域とは異なる領域に、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、ゲートドライバ回路部７０６と電気的に接続されるＦＰＣ端子部７０８（ＦＰＣ：Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｐｒｉｎｔｅｄ　ｃｉｒｃｕｉｔ）が設けられる。また、ＦＰＣ端子部７０８には、ＦＰＣ７１６が接続され、ＦＰＣ７１６によって画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６に各種信号等が供給される。また、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８には、信号線７１０が各々接続されている。ＦＰＣ７１６により供給される各種信号等は、信号線７１０を介して、画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４、ゲートドライバ回路部７０６、及びＦＰＣ端子部７０８に与えられる。

　また、表示モジュール７００にゲートドライバ回路部７０６を複数設けてもよい。また、表示モジュール７００としては、ソースドライバ回路部７０４、及びゲートドライバ回路部７０６を画素部７０２と同じ第１の基板７０１に形成している例を示しているが、この構成に限定されない。例えば、ゲートドライバ回路部７０６のみを第１の基板７０１に形成しても良い。またはソースドライバ回路部７０４のみを第１の基板７０１に形成しても良い。この場合、ソースドライバ回路またはゲートドライバ回路等が形成された基板（例えば、単結晶半導体膜、多結晶半導体膜で形成された駆動回路基板）を、第１の基板７０１に実装する構成としても良い。なお、別途形成した駆動回路基板の接続方法は、特に限定されるものではなく、ＣＯＧ（Ｃｈｉｐ　Ｏｎ　Ｇｌａｓｓ）方法、ワイヤボンディング方法などを用いることができる。

　また、表示モジュール７００が有する画素部７０２、ソースドライバ回路部７０４及びゲートドライバ回路部７０６は、複数のトランジスタを有している。該複数のトランジスタとしては、先の実施の形態で説明したトランジスタを適用することができる。

　また、表示モジュール７００は、液晶素子を有することが出来る。該液晶素子を用いた表示装置の一例としては、液晶ディスプレイ（透過型液晶ディスプレイ、半透過型液晶ディスプレイ、反射型液晶ディスプレイ、直視型液晶ディスプレイ、投射型液晶ディスプレイ）などがある。なお、半透過型液晶ディスプレイや反射型液晶ディスプレイを実現する場合には、画素電極の一部、または、全部が、反射電極としての機能を有するようにすればよい。例えば、画素電極の一部、または、全部が、アルミニウム、銀、などを有するようにすればよい。さらに、その場合、反射電極の下に、ＳＲＡＭなどの記憶回路を設けることも可能である。これにより、さらに、消費電力を低減することができる。

　なお、表示モジュール７００における表示方式は、プログレッシブ方式やインターレース方式等を用いることができる。また、カラー表示する際に画素で制御する色要素としては、ＲＧＢ（Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を表す）の三色に限定されない。例えば、Ｒの画素とＧの画素とＢの画素とＷ（白）の画素の四画素から構成されてもよい。または、ペンタイル配列のように、ＲＧＢのうちの２色分で一つの色要素を構成し、色要素よって、異なる２色を選択して構成してもよい。またはＲＧＢに、イエロー、シアン、マゼンタ等を一色以上追加してもよい。なお、色要素のドット毎にその表示領域の大きさが異なっていてもよい。ただし、開示する発明はカラー表示の表示装置に限定されるものではなく、モノクロ表示の表示装置に適用することもできる。

　また、バックライト（有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、蛍光灯など）に白色光（Ｗ）を用いて表示装置をフルカラー表示させるために、着色層（カラーフィルタともいう。）を用いてもよい。着色層は、例えば、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）、イエロー（Ｙ）などを適宜組み合わせて用いることができる。着色層を用いることで、着色層を用いない場合と比べて色の再現性を高くすることができる。このとき、着色層を有する領域と、着色層を有さない領域と、を配置することによって、着色層を有さない領域における白色光を直接表示に利用しても構わない。一部に着色層を有さない領域を配置することで、明るい表示の際に、着色層による輝度の低下を少なくでき、消費電力を２割から３割程度低減できる場合がある。ただし、有機ＥＬ素子や無機ＥＬ素子などの自発光素子を用いてフルカラー表示する場合、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｙ、ホワイト（Ｗ）を、それぞれの発光色を有する素子から発光させても構わない。自発光素子を用いることで、着色層を用いた場合よりも、さらに消費電力を低減できる場合がある。なお、本実施の形態においては、バックライト等を設けない構成、所謂反射型の液晶表示モジュールについて、以下説明を行う。

　図２０に示す一点鎖線Ｑ−Ｒにおける断面図を図２１に示す。図２１に示す表示モジュールの詳細について、以下説明を行う。

＜表示モジュールに関する説明＞
　図２１に示す表示モジュール７００は、引き回し配線部７１１と、画素部７０２と、ソースドライバ回路部７０４と、ＦＰＣ端子部７０８と、を有する。また、引き回し配線部７１１は、信号線７１０を有する。また、画素部７０２は、トランジスタ７５０及び容量素子７９０を有する。また、ソースドライバ回路部７０４は、トランジスタ７５２を有する。

　トランジスタ７５０及びトランジスタ７５２は、先に示すトランジスタを用いることができる。

　本実施の形態で用いるトランジスタは、高純度化し、酸素欠損の形成を抑制した酸化物半導体膜を有する。該トランジスタは、オフ状態における電流値（オフ電流値）を低くすることができる。よって、画像信号等の電気信号の保持時間を長くすることができ、電源オン状態では書き込み間隔も長く設定できる。よって、リフレッシュ動作の頻度を少なくすることができるため、消費電力を抑制する効果を奏する。

　また、本実施の形態で用いるトランジスタは、比較的高い電界効果移動度が得られるため、高速駆動が可能である。例えば、このような高速駆動が可能なトランジスタを液晶表示装置に用いることで、画素部のスイッチングトランジスタと、駆動回路部に使用するドライバトランジスタを同一基板上に形成することができる。すなわち、別途駆動回路として、シリコンウェハ等により形成された半導体装置を用いる必要がないため、半導体装置の部品点数を削減することができる。また、画素部においても、高速駆動が可能なトランジスタを用いることで、高画質な画像を提供することができる。

　容量素子７９０は、一対の電極間に誘電体を有する構造である。より詳しくは、容量素子７９０の一方の電極としては、トランジスタ７５０のゲート電極として機能する導電膜と同一工程で形成された導電膜を用い、容量素子７９０の他方の電極としては、トランジスタ７５０のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜を用いる。また、一対の電極間に挟持される誘電体としては、トランジスタ７５０のゲート絶縁膜として機能する絶縁膜を用いる。

　また、図２１において、トランジスタ７５０、トランジスタ７５２、及び容量素子７９０上に、絶縁膜７６４、７６６、７６８及び平坦化絶縁膜７７０が設けられている。

　絶縁膜７６４としては、例えば、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、酸化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜等を形成すればよい。また、絶縁膜７６８としては、例えば、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、窒化シリコン膜等を形成すればよい。また、平坦化絶縁膜７７０としては、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性を有する有機材料を用いることができる。なお、これらの材料で形成される絶縁膜を複数積層させることで、平坦化絶縁膜７７０を形成してもよい。また、平坦化絶縁膜７７０を設けない構成としてもよい。

　また、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。なお、信号線７１０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極と異なる工程で形成された導電膜、例えばゲート電極として機能する導電膜としてもよい。信号線７１０として、例えば、銅元素を含む材料を用いた場合、配線抵抗に起因する信号遅延等が少なく、大画面での表示が可能となる。

　また、ＦＰＣ端子部７０８は、接続電極７６０、異方性導電膜７８０、及びＦＰＣ７１６を有する。なお、接続電極７６０は、トランジスタ７５０、７５２のソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜と同じ工程で形成される。また、接続電極７６０は、ＦＰＣ７１６が有する端子と異方性導電膜７８０を介して、電気的に接続される。

　また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５としては、例えばガラス基板を用いることができる。また、第１の基板７０１及び第２の基板７０５として、可撓性を有する基板を用いてもよい。該可撓性を有する基板としては、例えばプラスチック基板等が挙げられる。

　また、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間には、構造体７７８が設けられる。構造体７７８は、絶縁膜を選択的にエッチングすることで得られる柱状のスペーサであり、第１の基板７０１と第２の基板７０５の間の距離（セルギャップ）を制御するために設けられる。なお、構造体７７８として、球状のスペーサを用いていても良い。また、本実施の形態においては、構造体７７８を第１の基板７０１側に設ける構成について例示したが、これに限定されない。例えば、第２の基板７０５側に構造体７７８を設ける構成、または第１の基板７０１及び第２の基板７０５双方に構造体７７８を設ける構成としてもよい。

　また、第２の基板７０５側には、ブラックマトリクスとして機能する遮光膜７３８と、カラーフィルタとして機能する着色膜７３６と、遮光膜７３８及び着色膜７３６に接する絶縁膜７３４が設けられる。

＜表示素子として液晶素子を用いる構成例＞
　図２１に示す表示モジュール７００は、液晶素子７７５を有する。液晶素子７７５は、導電膜７７２、導電膜７７４、及び液晶層７７６を有する。液晶層７７６としては、先に説明した双極子モーメントが０以上３以下である分子を有する液晶材料を用いる。導電膜７７４は、第２の基板７０５側に設けられ、対向電極としての機能を有する。図２１に示す表示モジュール７００は、導電膜７７２と導電膜７７４に印加される電圧によって、液晶層７７６の配向状態が変わることによって光の透過、非透過が制御され画像を表示することができる。

　また、導電膜７７２は、トランジスタ７５０が有するソース電極及びドレイン電極として機能する導電膜に接続される。導電膜７７２は、平坦化絶縁膜７７０上に形成され画素電極、すなわち表示素子の一方の電極として機能する。また、導電膜７７２は、反射電極としての機能を有する。図２１に示す表示モジュール７００は、外光を利用し導電膜７７２で光を反射して着色膜７３６を介して表示する、所謂、反射型のカラー液晶表示装置である。

　導電膜７７２としては、可視光において透光性のある導電膜、または可視光において反射性のある導電膜を用いることができる。可視光において透光性のある導電膜としては、例えば、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）の中から選ばれた一種を含む材料を用いるとよい。可視光において反射性のある導電膜としては、例えば、アルミニウム、または銀を含む材料を用いるとよい。本実施の形態においては、導電膜７７２として、可視光において、反射性のある導電膜を用いる。

　また、導電膜７７２として、可視光において反射性のある導電膜を用いる場合、該導電膜を積層構造としてもよい。例えば、下層に膜厚１００ｎｍのアルミニウム膜を形成し、上層に厚さ３０ｎｍの銀合金膜（例えば、銀、パラジウム、及び銅を含む合金膜）を形成する。上述の構造とすることで、以下の優れた効果を奏する。

（１）下地膜と導電膜７７２との密着性を向上させることができる。（２）薬液によってアルミニウム膜と、銀合金膜とを一括してエッチングすることが可能である。（３）導電膜７７２の断面形状を良好な形状（例えば、テーパー形状）とすることができる。（３）の理由としては、アルミニウム膜は、銀合金膜よりも薬液によるエッチング速度が遅い、または上層の銀合金膜のエッチング後、下層のアルミニウム膜が露出した場合に、銀合金膜よりも卑な金属、別言するとイオン化傾向の高い金属であるアルミニウムから電子を引き抜くため、銀合金膜のエッチングが抑制され、下層のアルミニウム膜のエッチングの進行が速くなるためである。

　また、図２１に示す表示モジュール７００においては、画素部７０２の平坦化絶縁膜７７０の一部に凹凸を設けてもよい。該凹凸を設ける場合は、例えば、平坦化絶縁膜７７０を有機樹脂膜等で形成し、該有機樹脂膜の表面に凹凸を設けることで形成することができる。また、反射電極として機能する導電膜７７２は、上記凹凸に沿って形成される。したがって、外光が導電膜７７２に入射した場合において、導電膜７７２の表面で光を乱反射することが可能となり、視認性を向上させることができる。図２１に示すように、反射型のカラー液晶表示装置とすることで、バックライトを用いずに表示することが可能となるため、消費電力を低減することができる。

　なお、前述の凹凸を設けずに反射電極を平坦にする場合は、表示モジュールの外部に図示しない散乱フィルム等、配置してもよい。これにより光を乱反射させることが可能である。

　また、表示モジュール７００の外側に図２２に示すように保護膜７１７を形成してもよい。保護膜７１７の成膜方法としては、一例としては、Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（以下、「ＡＬＤ法」と表す）により成膜することが望ましい。

　ＡＬＤ法は、成膜面に対して極めて均一に成膜することができる。ＡＬＤ法を用いることで、たとえば、酸化アルミニウム、酸化ハフニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）、酸化タンタル、酸化シリコン、酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化エルビウム、酸化コバルト、酸化テルル、チタン酸バリウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タンタル、窒化アルミニウム、窒化タングステン、窒化コバルト、窒化マンガン、窒化ハフニウムなどを保護膜として成膜することができる。また、保護膜は絶縁膜に限定されることはなく導電膜を成膜してもよい。たとえば、ルテニウム、白金、ニッケル、コバルト、マンガン、銅などを成膜することができる。

　また、ＦＰＣ端子部７０８など、電気的に接続する部分については、成膜されないようにマスキングすることが望ましい。マスキングする方法としては、有機膜、無機膜、金属などを用いることができる。たとえば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、フォトレジスト、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。これらの膜をマスクとして用いた場合は、当該保護膜を成膜後に除去することができる。

　また、ＡＬＤ法により成膜される領域をメタルマスクでマスキングすることができる。当該メタルマスクは、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、コバルト、タングステン、モリブデン、アルミニウム、銅、タンタル、チタン、から選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いて形成することができる。メタルマスクは表示パネルと近接させてもよいし、接触させてもよい。

　ＡＬＤ法で形成される膜は、極めて均一であり、緻密な膜を形成することができる。表示パネルの側面部にＡＬＤ法で形成した保護膜７１７を形成することで、水分などの外的成分の浸入を抑えることができる。その結果、トランジスタ特性の変動を抑えることができ、周辺回路の動作を安定させることができる。また、狭額縁化が可能となり、画素領域の拡大、さらには表示装置を高精細化することができる。

　なお、図２１、または図２２に示す表示モジュール７００は、反射型のカラー液晶表示モジュールについて例示したが、これに限定されない。例えば、導電膜７７２を可視光において、透光性のある導電膜を用いることで透過型のカラー液晶表示モジュールとしてもよい。透過型のカラー液晶表示モジュールの場合、平坦化絶縁膜７７０に設けられる凹凸については、設けない構成としてもよい。

　なお、図２１、または図２２において図示しないが、導電膜７７２、７７４の液晶層７７６と接する側に、それぞれ配向膜を設ける構成としてもよい。また、図２１、または図２２において図示しないが、偏光部材、位相差部材、反射防止部材などの光学部材（光学基板）などは適宜設けてもよい。例えば、偏光基板及び位相差基板による円偏光を用いてもよい。また、透過型の表示モジュール、または半透過型の表示モジュールの場合、光源としてバックライト、サイドライトなどを設けてもよい。

　液晶素子としては、サーモトロピック液晶、低分子液晶、高分子液晶、高分子分散型液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等を用いることができる。これらの液晶材料は、条件により、コレステリック相、スメクチック相、キュービック相、カイラルネマチック相、等方相等を示す。

　また、横電界方式を採用する場合、配向膜を用いないブルー相を示す液晶を用いてもよい。ブルー相は液晶相の一つであり、コレステリック液晶を昇温していくと、コレステリック相から等方相へ転移する直前に発現する相である。ブルー相は狭い温度範囲でしか発現しないため、温度範囲を改善するために数重量％以上のカイラル剤を混合させた液晶組成物を用いて液晶層に用いる。ブルー相を示す液晶とカイラル剤とを含む液晶組成物は、応答速度が短く、光学的等方性であるため配向処理が不要である。また、ブルー相を示す液晶材料は、視野角依存性が小さい。また配向膜を設けなくてもよいのでラビング処理も不要となるため、ラビング処理によって引き起こされる静電破壊を防止することができ、作製工程中の液晶表示装置の不良や破損を軽減することができる。

　また、表示素子として液晶素子を用いる場合、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ　Ｆｉｅｌｄ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）モード、ＡＳＭ（Ａｘｉａｌｌｙ　Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ａｌｉｇｎｅｄ　Ｍｉｃｒｏ−ｃｅｌｌ）モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モード、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）モード、ＡＦＬＣ（ＡｎｔｉＦｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ）モードなどを用いることができる。

　また、ノーマリーブラック型の液晶表示装置、例えば垂直配向（ＶＡ）モードを採用した透過型の液晶表示装置としてもよい。垂直配向モードとしては、いくつか挙げられるが、例えば、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉ−Ｄｏｍａｉｎ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ　Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード、ＡＳＶモードなどを用いることができる。

　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。

（実施の形態９）
　本実施の形態においては、先の実施の形態で説明した表示モジュールに、タッチセンサ（接触検出装置）を設けることで、入出力装置（タッチパネルともいう）として機能させることができる構成について、図２３、図２４、及び図２５を用いて説明する。以下において、上記実施の形態と重複する部分については、説明を省略する場合がある。

　図２３は、入出力装置の構成を説明する投影図である。

　図２３（Ａ）は、入出力装置８００の投影図であり、図２３（Ｂ）は入出力装置８００が備える検知ユニット８２０Ｕの構成を説明する投影図である。

　図２４は、図２３（Ａ）に示す入出力装置８００のＺ１−Ｚ２における断面図である。

＜入出力装置の構成例１＞
　本実施の形態で説明する入出力装置８００は、可視光を透過する窓部８３４を具備し且つマトリクス状に配設される複数の検知ユニット８２０Ｕ、行方向（図中に矢印Ｒｘで示す）に配置される複数の検知ユニット８２０Ｕと電気的に接続する走査線ＧＬ１、列方向（図中に矢印Ｒｙで示す）に配置される複数の検知ユニット８２０Ｕと電気的に接続する信号線ＤＬならびに、検知ユニット８２０Ｕ、走査線ＧＬ１および信号線ＤＬを支持する第１の基材８３６を備える入力装置８５０と、窓部８３４に重なり且つマトリクス状に配設される複数の画素８０２および画素８０２を支持する第２の基材８１０を備える表示モジュール８０１と、を有する（図２３（Ａ）乃至図２３（Ｃ）参照）。

　検知ユニット８２０Ｕは、窓部８３４に重なる検知素子Ｃおよび検知素子Ｃと電気的に接続される検知回路８３９を備える（図２３（Ｂ）参照）。

　検知素子Ｃは、絶縁層８２３、絶縁層８２３（図２３（Ｂ）には図示せず）を挟持する第１の電極８２１および第２の電極８２２を備える（図２３（Ｂ）参照）。

　検知回路８３９は、選択信号を供給され且つ検知素子Ｃの容量の変化に基づいて検知信号ＤＡＴＡを供給する。

　走査線ＧＬ１は、選択信号を供給することができ、信号線ＤＬは、検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、検知回路８３９は、複数の窓部８３４の間隙に重なるように配置される。

　また、本実施の形態で説明する入出力装置８００は、検知ユニット８２０Ｕおよび検知ユニット８２０Ｕの窓部８３４と重なる画素８０２の間に、着色層を備える。

　本実施の形態で説明する入出力装置８００は、可視光を透過する窓部８３４を具備する検知ユニット８２０Ｕを複数備える入力装置８５０と、窓部８３４に重なる画素８０２を複数備える表示モジュール８０１と、を有し、窓部８３４と画素８０２の間に着色層を含んで構成される。

　これにより、入出力装置は容量の変化に基づく検知信号およびそれを供給する検知ユニットの位置情報を供給すること、ならびに検知ユニットの位置情報と関連付けられた画像情報を表示することができる。その結果、利便性または信頼性に優れた新規な入出力装置を提供することができる。

　また、入出力装置８００は、入力装置８５０が供給する信号を供給されるフレキシブル基板ＦＰＣ１または／および画像情報を含む信号を表示モジュール８０１に供給するフレキシブル基板ＦＰＣ２を備えていてもよい。

　また、傷の発生を防いで入出力装置８００を保護する、保護基材８３７、保護層８３７ｐまたは／および入出力装置８００が反射する外光の強度を弱める反射防止層８６７ｐを備えていてもよい。

　また、入出力装置８００は、表示モジュール８０１の操作線に選択信号を供給する走査線駆動回路８０３ｇ、信号を供給する配線８１１およびフレキシブル基板ＦＰＣ２と電気的に接続される端子８１９を有する。

　以下に、入出力装置８００を構成する個々の要素について説明する。なお、これらの構成は明確に分離できず、一つの構成が他の構成を兼ねる場合や他の構成の一部を含む場合がある。例えば、複数の窓部８３４に重なる位置に着色層を備える入力装置８５０は、入力装置８５０であるとともにカラーフィルタでもある。

　《入出力装置の全体の構成》
　入出力装置８００は、入力装置８５０と、表示モジュール８０１と、を備える（図２３（Ａ）参照）。

　《入力装置》
　入力装置８５０は、複数の検知ユニット８２０Ｕおよび検知ユニット８２０Ｕを支持する第１の基材８３６を備える。例えば、４０行１５列のマトリクス状に複数の検知ユニット８２０Ｕを第１の基材８３６に配設する。

　《窓部、着色層および遮光性の層》
　窓部８３４は可視光を透過する。

　窓部８３４に重なる位置に所定の色の光を透過する着色層を備える。例えば、青色の光を透過する着色層ＣＦＢ、着色層ＣＦＧまたは着色層ＣＦＲを備える（図２３（Ｂ）参照）。

　なお、青色、緑色または／および赤色に加えて、白色の光を透過する着色層または黄色の光を透過する着色層などさまざまな色の光を透過する着色層を備えることができる。

　着色層に金属材料、顔料または染料等を用いることができる。

　複数の窓部８３４の間には遮光性の層ＢＭを備える。遮光性の層ＢＭは窓部８３４より光を透過しにくい。遮光性の層ＢＭは窓部８３４以外の領域で生じる光漏れを遮光するものであり、光漏れの状態に応じて形状を変化させることが可能である。

　カーボンブラック、金属酸化物、複数の金属酸化物の固溶体を含む複合酸化物等を遮光性の層ＢＭに用いることができる。

　遮光性の層ＢＭと重なる位置に走査線ＧＬ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳならびに検知回路８３９を備える。

　なお、着色層および遮光性の層ＢＭを覆う透光性のオーバーコート層を備えることができる。

　《窓部の変形例》

　以下では、窓部８３４の配置方向が図２３とは異なる例を示す。図２３で窓部８３４の長辺がＺ１−Ｚ２方向に平行になるように配置する例（以下、「縦画素配置」と表す。）を示しているが、これに限定されるものではなく、窓部８３４の短辺がＺ１−Ｚ２方向に平行になるような配置（以下、「横画素配置」と表す。）にしてもよい。図３３（Ａ）に縦画素配置を、図３３（Ｂ）に横画素配置の例を示す。図３３では信号線９００、走査線９０１、画素９０２、画素トランジスタ領域９０３を示している。

　遮光性の層ＢＭは、光漏れのように、本来は表示に寄与せず、むしろ光学特性を損なう光を遮光することを目的としているが、窓部８３４の開口面積を狭めることにもなり、光利用効率や電力効率の低下要因ともなる。特に反射電極の場合は、表示の光源が入出力装置の外部の環境光のみであるため、窓部８３４の開口面積の低下が著しい視認性の低下につながる。

　また、リフレッシュレートを低減させて駆動する方法では、ちらつきを緩和するため、反転駆動を実施する必要がある。これは液晶分子の分極に由来するフレクソエレクトリック効果によるちらつきの抑制を目的としている。さらに消費電力の観点からは、ソースライン反転駆動が好ましいが、縦画素配置で同駆動を行った場合、隣接する画素間には横電界が発生して、液晶素子の液晶の配列が乱れ、光漏れが生じやすくなる。このため、この部分を遮光性の層ＢＭで遮光する必要がある。

　表示装置においては、これを遮光するためＢＭを形成する必要があり、開口率の低下要因となる。また液晶を挟持する為の基板のアライメント精度も考慮すると、実際に発生している光漏れ領域よりも広くＢＭを形成する必要がある事がさらなる低下要因となる。

　しかし、横画素配置の場合、ソースライン反転駆動を実施しても横電界が発生するのは画素の短辺方向のみとなる。この場合、長辺方向は光漏れが生じないので、遮光性の層ＢＭで遮光する必要はなく、その分を窓部の開口領域として加えることができ、光利用効率、電力効率の向上が可能である。

　また、横画素配置でカラー表示を行う場合、走査線に平行な方向の隣接画素は同一色相とし、走査線ごとに異なる色相のカラーフィルタを配置することが可能である。反転駆動を採用した結果、仮に隣接画素の影響を受けたとしても、このように走査線に平行な方向には同一色相のカラーフィルタを配置し、走査線ごとに異なる色相のカラーフィルタを配置することで、色純度の低下は抑制することが可能である。

　たとえば図５１（Ａ）の縦画素配置（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｓｔｒｉｐｅ）ように第一の色相のカラーフィルタを有する画素２０２と第二の色相のカラーフィルタを有する画素２０４と第三の色相のカラーフィルタを有する画素２０６につき、画素２０２と画素２０４、あるいは画素２０４と画素２０６はそれぞれ距離が近く、またソースライン反転駆動を行う場合には、電圧の正負の極性がそれぞれの画素間で反転しているので隣接画素の影響が強い。このため各画素の色相の独立性が低下し、結果、表示画像の色純度が低下するおそれがある。

　しかし、図５１（Ｂ）の横画素配置（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｔｒｉｐｅ）であれば、走査線２１０の方向に隣接する画素の色相は同じなので、仮に反転駆動による隣接画素の影響があったとしても、色相の独立性は維持される。隣接する画素の色純度の低下は抑制され、表示画像への影響が低減される。

　さらに信号線２０８は画素の短辺に平行な方向に配置されているので、複数の信号線２０８の間隔は縦画素配置に比べると広くなっている。このため、隣接画素の影響が表示画像に反映されにくくなる。画素電極の面積を拡大することが容易となるため、光の利用効率が高めることが可能となる。

　《検知素子》
　検知素子Ｃは、第１の電極８２１、第２の電極８２２および第１の電極８２１と第２の電極８２２の間に絶縁層８２３を有する（図２４参照）。

　第１の電極８２１は他の領域から分離されるように、例えば島状に形成される。特に、入出力装置８００の使用者に第１の電極８２１が識別されないように、第１の電極８２１と同一の工程で作製することができる層を第１の電極８２１に近接して配置する構成が好ましい。より好ましくは、第１の電極８２１および第１の電極８２１に近接して配置する層の間隙に配置する窓部８３４の数をできるだけ少なくするとよい。特に、当該間隙に窓部８３４を配置しない構成が好ましい。

　例えば、大気中に置かれた検知素子Ｃの第１の電極８２１または第２の電極８２２に、大気と異なる誘電率を有するものが近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。具体的には、指などのものが検知素子Ｃに近づくと、検知素子Ｃの容量が変化する。これにより、近接検知器に用いることができる。

　第１の電極８２１および第２の電極８２２は、導電性の材料を含む。

　例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを第１の電極８２１および第２の電極８２２に用いることができる。

　具体的には、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金または上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いることができる。

　または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などの導電性酸化物を用いることができる。

　または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、グラフェンまたはグラファイトを用いることができる。グラフェンを含む膜は、例えば膜状に形成された酸化グラフェンを含む膜を還元して形成することができる。還元する方法としては、熱を加える方法や還元剤を用いる方法等を挙げることができる。

　または、第１の電極８２１及び第２の電極８２２として、導電性高分子を用いることができる。

　《検知回路》
　検知回路８３９は例えばトランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３を含む。また、検知回路８３９は電源電位および信号を供給する配線を含む。例えば、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＣＳ、走査線ＧＬ１、配線ＲＥＳ、配線ＶＲＥＳおよび信号線ＤＬなどを含む。なお、検知回路８３９の具体的な構成は実施の形態１０で詳細に説明する。

　なお、検知回路８３９を窓部８３４と重ならない領域に配置してもよい。

　導電性を有する材料を配線（例えば、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＣＳ、走査線ＧＬ１、配線ＲＥＳ、配線ＶＲＥＳおよび信号線ＤＬなど）に適用できる。例えば、無機導電性材料、有機導電性材料、金属または導電性セラミックスなどを配線に用いることができる。または、第１の電極８２１および第２の電極８２２に用いることができる材料と同一の材料を配線として適用してもよい。

　また、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、チタン、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、又はパラジウム等の金属材料や、該金属材料を含む合金材料を走査線ＧＬ１、信号線ＤＬ、配線ＶＰＩ、配線ＲＥＳおよび配線ＶＲＥＳに用いることができる。

　また、第１の基材８３６に検知回路８３９を形成してもよい。または、他の基材に形成された検知回路８３９を第１の基材８３６に転置してもよい。

　《第１の基材及び第２の基材》
　第１の基材８３６及び第２の基材８１０としては、ガラス基板、または可撓性の材料（例えば、樹脂、樹脂フィルムまたはプラスチックフィルム等）を用いることができる。

　より具体的には、第１の基材８３６及び第２の基材８１０としては、無アルカリガラス、ソーダ石灰ガラス、カリガラス若しくはクリスタルガラス等を用いることができる。または、第１の基材８３６としては、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルムまたは樹脂板を用いることができる。

　《保護基材、保護層》
　保護基材８３７または／および保護層８３７ｐとしては、例えば、ガラス、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂等の樹脂フィルム、樹脂板または積層体等を保護基材８３７に用いることができる。

　保護層８３７ｐとしては、例えば、ハードコート層またはセラミックコート層を用いることができる。具体的には、ＵＶ硬化樹脂または酸化アルミニウムを含む層を第２の電極８２２に重なる位置に形成してもよい。

　《表示モジュール》
　表示モジュール８０１は、マトリクス状に配置された複数の画素８０２を備える（図２３（Ｃ）参照）。

　例えば、画素８０２は副画素８０２Ｂ、副画素８０２Ｇおよび副画素８０２Ｒを含み、それぞれの副画素は表示素子と表示素子を駆動する画素回路を備える。

　なお、画素８０２の副画素８０２Ｂは着色層ＣＦＢと重なる位置に配置され、副画素８０２Ｇは着色層ＣＦＧと重なる位置に配置され、副画素８０２Ｒは着色層ＣＦＲと重なる位置に配置される。

　《画素の構成》
　着色層ＣＦＲは液晶素子８８０と重なる位置にある。なお、液晶素子８８０は、一方の電極として反射電極８７２を有する（図２４参照）。これにより、反射電極８７２で反射された外光の一部は着色層ＣＦＲを透過して、図中に示す矢印の方向に射出される。反射電極８７２としては、先の実施の形態に示す反射電極として機能する導電膜７７２と同様の構成とすることができる。また、液晶素子８８０は、双極子モーメントが０以上３以下である液晶層を有する。

　また、着色層（例えば着色層ＣＦＲ）と着色層（たとえば着色層ＣＦＧ）の間には遮光性の層ＢＭがある。

　遮光性の層ＢＭは複数の着色層の間を、着色層を囲うようにして配置してもいいし、光漏れが部分的に発生しているのであれば、その部分だけ遮光するように形状を設定して配置してもよい。

　《走査線駆動回路の構成》
　走査線駆動回路８０３ｇは、トランジスタ８０３ｔおよび容量８０３ｃを含む（図２４参照）。

　《変換器》
　検知ユニット８２０Ｕが供給する検知信号ＤＡＴＡを変換してフレキシブル基板ＦＰＣ１に供給することができるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる（図２３（Ａ）および図２４参照）。

　例えば、トランジスタＭ４を変換器ＣＯＮＶに用いることができる。
《他の構成》
　表示モジュール８０１は、反射防止層８６７ｐを画素に重なる位置に備える。反射防止層８６７ｐとして、例えば円偏光板を用いることができる。

　図２３（Ａ）に示すように、表示モジュール８０１は、信号を供給することができる配線８１１を備え、端子８１９が配線８１１に設けられている。なお、画像信号および同期信号等の信号を供給することができるフレキシブル基板ＦＰＣ２が端子８１９に電気的に接続されている。

　なお、フレキシブル基板ＦＰＣ２にはプリント配線基板（ＰＷＢ）が取り付けられていても良い。

　表示モジュール８０１は、走査線、信号線および電源線等の配線を有する。様々導電膜を配線に用いることができる。

　表示モジュール８０１が有する配線としては、例えば、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステン、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、銀またはマンガンから選ばれた金属元素、上述した金属元素を成分とする合金または上述した金属元素を組み合わせた合金等を用いることができる。とくに、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンの中から選択される一以上の元素を含むと好ましい。特に、銅とマンガンの合金がウェットエッチング法を用いた微細加工に好適である。

　表示モジュール８０１が有する配線の具体的な構成としては、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜または窒化タングステン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造等を用いることができる。または、アルミニウム膜上にチタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。または、酸化インジウム、酸化錫または酸化亜鉛を含む透光性を有する導電材料を用いてもよい。

　また、表示モジュール８０１の外側に図２５に示すように保護膜８９０を形成してもよい。保護膜８９０の成膜方法としては、一例としては、ＡＬＤ法により成膜することが望ましい。

　また、ＦＰＣ端子部８９１など、電気的に接続する部分については、成膜されないようにマスキングすることが望ましい。マスキングする方法としては、有機膜、無機膜、金属などを用いることができる。たとえば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等の酸化物絶縁膜、窒化シリコン、窒化アルミニウム等の窒化物絶縁膜、フォトレジスト、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリイミドアミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。これらの膜をマスクとして用いた場合は、当該保護膜を成膜後に除去することができる。

　ＡＬＤ法で形成される膜は、極めて均一であり、緻密な膜を形成することができる。表示パネルの側面部にＡＬＤ法で形成した保護膜８９０を形成することで、水分などの外的成分の浸入を抑えることができる。その結果、トランジスタ特性の変動を抑えることができ、周辺回路の動作を安定させることができる。また、狭額縁化が可能となり、画素領域の拡大、さらには表示装置を高精細化することができる。

（実施の形態１０）
　本実施の形態では、先の実施の形態で説明した入出力装置８００の検知ユニット８２０Ｕに用いることができる検知回路８３９の構成および駆動方法について、図２６を参照しながら説明する。

　図２６は、検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成および駆動方法を説明する図である。

　図２６（Ａ）は、検知回路８３９および変換器ＣＯＮＶの構成を説明する回路図であり、図２６（Ｂ−１）および図２６（Ｂ−２）は駆動方法を説明するタイミングチャートである。

　検知回路８３９は、ゲートが検知素子Ｃの第１の電極８２１と電気的に接続され、第１の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＰＩと電気的に接続される第１のトランジスタＭ１を備える（図２６（Ａ）参照）。

　また、ゲートが選択信号を供給することができる走査線ＧＬ１と電気的に接続され、第１の電極が第１のトランジスタＭ１の第２の電極と電気的に接続され、第２の電極が例えば検知信号ＤＡＴＡを供給することができる信号線ＤＬと電気的に接続される第２のトランジスタＭ２を備える構成であってもよい。

　また、ゲートがリセット信号を供給することができる配線ＲＥＳと電気的に接続され、第１の電極が検知素子Ｃの第１の電極８２１と電気的に接続され、第２の電極が例えば接地電位を供給することができる配線ＶＲＥＳと電気的に接続される第３のトランジスタＭ３を備える構成であってもよい。

　検知素子Ｃの容量は、例えば、第１の電極８２１または第２の電極８２２にものが近接すること、もしくは第１の電極８２１および第２の電極８２２の間隔が変化することにより変化する。これにより、検知回路８３９は、検知素子Ｃの容量の変化に基づく検知信号ＤＡＴＡを供給することができる。

　また、検知回路８３９は、検知素子Ｃの第２の電極８２２の電位を制御することができる制御信号を供給することができる配線ＣＳを備える。

　なお、検知素子Ｃの第１の電極８２１、第１のトランジスタＭ１のゲートおよび第３のトランジスタの第１の電極が電気的に接続される結節部をノードＡという。

　配線ＶＲＥＳおよび配線ＶＰＩは例えば接地電位を供給することができ、配線ＶＰＯおよび配線ＢＲは例えば高電源電位を供給することができる。

　また、配線ＲＥＳはリセット信号を供給することができ、走査線ＧＬ１は選択信号を供給することができ、配線ＣＳは検知素子Ｃの第２の電極８２２の電位を制御する制御信号を供給することができる。

　また、信号線ＤＬは検知信号ＤＡＴＡを供給することができ、端子ＯＵＴは検知信号ＤＡＴＡに基づいて変換された信号を供給することができる。

　なお、検知信号ＤＡＴＡを変換して端子ＯＵＴに供給することができるさまざまな回路を、変換器ＣＯＮＶに用いることができる。例えば、変換器ＣＯＮＶを検知回路８３９と電気的に接続することにより、ソースフォロワ回路またはカレントミラー回路などが構成されるようにしてもよい。

　具体的には、トランジスタＭ４を用いた変換器ＣＯＮＶを用いて、ソースフォロワ回路を構成できる（図２６（Ａ）参照）。なお、第１のトランジスタＭ１乃至第３のトランジスタＭ３と同一の工程で作製することができるトランジスタをトランジスタＭ４に用いてもよい。

　また、トランジスタＭ１乃至トランジスタＭ３は半導体層を有する。例えば、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。具体的には、シリコンを含む半導体、ガリウムヒ素を含む半導体またはインジウムを含む酸化物半導体などを適用できる。なお、酸化物半導体を有する構成のトランジスタについては、先の実施の形態を参酌することができる。

＜検知回路の駆動方法＞
　検知回路８３９の駆動方法について以下説明する。

　《第１のステップ》
　第１のステップにおいて、第３のトランジスタＭ３を導通状態にした後に非導通状態にするリセット信号を供給し、検知素子Ｃの第１の電極８２１の電位を所定の電位にする（図２６（Ｂ−１）期間Ｔ１参照）。

　具体的には、リセット信号は配線ＲＥＳに供給される。リセット信号が供給された第３のトランジスタＭ３は、ノードＡの電位を例えば接地電位にする（図２６（Ａ）参照）。

　《第２のステップ》
　第２のステップにおいて、第２のトランジスタＭ２を導通状態にする選択信号をゲートに供給し、第１のトランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する。

　具体的には、走査線ＧＬ１に選択信号を供給させる。選択信号が供給された第２のトランジスタＭ２は、第１のトランジスタＭ１の第２の電極を信号線ＤＬに電気的に接続する（図２６（Ｂ−１）期間Ｔ２参照）。

　《第３のステップ》
　第３のステップにおいて、制御信号を検知素子Ｃの第２の電極８２２に供給し、制御信号および検知素子Ｃの容量に基づいて変化する電位を第１のトランジスタＭ１のゲートに供給する。

　具体的には、配線ＣＳに矩形の制御信号を供給させる。矩形の制御信号を第２の電極８２２に供給された検知素子Ｃは、検知素子Ｃの容量に基づいてノードＡの電位を上昇する（図２６（Ｂ−１）期間Ｔ２の後半を参照）。

　例えば、検知素子が大気中に置かれている場合、大気より誘電率の高いものが、検知素子Ｃの第２の電極８２２に近接して配置された場合、検知素子Ｃの容量は見かけ上大きくなる。

　これにより、矩形の制御信号がもたらすノードＡの電位の変化は、大気より誘電率の高いものが近接して配置されていない場合に比べて小さくなる（図２６（Ｂ−２）実線参照）。

　《第４のステップ》
　第４のステップにおいて、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす信号を信号線ＤＬに供給する。

　例えば、第１のトランジスタＭ１のゲートの電位の変化がもたらす電流の変化を信号線ＤＬに供給する。

　変換器ＣＯＮＶは、信号線ＤＬを流れる電流の変化を電圧の変化に変換して供給する。

　《第５のステップ》
　第５のステップにおいて、第２のトランジスタＭ２を非導通状態にする選択信号をゲートに供給する。

（実施の形態１１）
　本実施の形態では、上記実施の形態で説明した液晶表示装置を用いて作製される電子機器の具体例について、図２７を用いて説明する。

　本発明を適用可能な電子機器の一例として、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音楽再生装置、遊技機（パチンコ機、スロットマシン等）、ゲーム筐体が挙げられる。これらの電子機器の具体例を図２７に示す。

　図２７（Ａ）は、表示部を有する携帯情報端末１４００を示している。携帯情報端末１４００は、筐体１４０１に表示部１４０２及び操作ボタン１４０３が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４０２に用いることができる。

　図２７（Ｂ）は、携帯電話機１４１０を示している。携帯電話機１４１０は、筐体１４１１に表示部１４１２、操作ボタン１４１３、スピーカー１４１４、及びマイク１４１５が組み込まれている。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４１２に用いることができる。

　図２７（Ｃ）は、音楽再生装置１４２０を示している。音楽再生装置１４２０は、筐体１４２１に表示部１４２２、操作ボタン１４２３、アンテナ１４２４が組み込まれている。またアンテナ１４２４からは、無線信号により情報を送受信することができる。本発明の一態様の液晶表示装置は、表示部１４２２に用いることができる。

　表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２は、タッチ入力機能を有しており、表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に表示された表示ボタン（図示せず）を指などで触れることで、画面操作や、情報を入力することができる。

　先の実施の形態に示した液晶表示装置を表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２に用いることで、表示品位の向上が図られた表示部１４０２、表示部１４１２及び表示部１４２２とすることができる。

　本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

（実施の形態１２）
　本実施の形態では、上記実施の形態で説明したリフレッシュレートを低減する意義に関して説明を行う。

　目の疲労には、神経系の疲労と、筋肉系の疲労の２種類がある。神経系の疲労は、長時間液晶表示装置の発光、点滅画面を見続けることで、その明るさが眼の網膜や神経、脳を刺激して疲れさせるものである。筋肉系の疲労は、ピント調節のときに使用する毛様体の筋肉を酷使することにより疲れさせるものである。

　図２８（Ａ）に、従来の液晶表示装置の表示を表す模式図を示す。図２８（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。

　本発明の一態様では、液晶表示装置の画素部に、酸化物半導体を用いたトランジスタ、例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタを適用する。当該トランジスタのオフ電流は、極めて小さいため、フレーム周波数を下げても、液晶表示装置の輝度の維持が可能となる。

　つまり、図２８（Ｂ）に示すように、例えば、５秒間に１回の画像の書き換えが可能となるため、極力長い時間同じ映像を見ることが可能となり、使用者に視認される画面のちらつきが低減される。これにより、使用者の眼の網膜や神経、脳の刺激が低減され、神経系の疲労が軽減される。

　また、図２９（Ａ）に示すように、１画素のサイズが大きい場合（例えば精細度が１５０ｐｐｉ未満の場合）、液晶表示装置に表示された文字はぼやけてしまう。液晶表示装置に表示されたぼやけた文字を長時間見続けると、毛様体の筋肉が、絶えずピントを合わせようと動いているにもかかわらず、ピントが合わせづらい状態が続くことになり、目に負担をかけてしまうおそれがあった。

　これに対し、図２９（Ｂ）に示すように、本発明の一態様にかかる液晶表示装置では、１画素のサイズが小さく高精細な表示が可能となるため、緻密で滑らかな表示とすることができる。これにより、毛様体の筋肉が、ピントを合わせやすくなるため、使用者の筋肉系の疲労が軽減される。

　なお、目の疲労を定量的に測定する方法が検討されている。例えば、神経系の疲労の評価指標としては、臨界融合周波数（ＣＦＦ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｆｌｉｃｋｅｒ（Ｆｕｓｉｏｎ）　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）などが知られている。また、筋肉系の疲労の評価指標としては、調節時間や調節近点距離などが知られている。

　そのほか、目の疲労を評価する方法として、脳波測定、サーモグラフィ法、瞬きの回数の測定、涙液量の評価、瞳孔の収縮反応速度の評価や、自覚症状を調査するためのアンケート等がある。

　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。

　本実施例においては、本発明の一態様である液晶材料を作製し評価を行った。

　液晶材料を合成するにあたり、液晶材料の電気特性の目安となる値を見積もった。その方法として、表示装置のリフレッシュレートを低減させてもちらつきを感知できない輝度変化量に相当する、液晶層に印加する電圧の、１フレーム内での許容電圧変化量を計算した。

　実施の形態１に示す、式（２）を用い、ちらつきを感知することが難しい輝度変化量を計算した。図３８（Ａ）には１０ｃｍ×１０ｃｍの大きさの観察対象を３０ｃｍの距離で鑑賞しその明るさが変化した場合のコントラスト感度（Ｃｏｎｔｒａｓｔ　Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）と時間周波数（Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）の関係を示した。図３８（Ａ）中、線４５は観察対象の明るさが０．１ｃｄ／ｍ^２の場合である。線４６は観察対象の明るさが０．２ｃｄ／ｍ^２の場合である。線４７は観察対象の明るさが０．５ｃｄ／ｍ^２の場合である。線４８は観察対象の明るさが１ｃｄ／ｍ^２の場合である。線４９は観察対象の明るさが２ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５０は観察対象の明るさが５ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５１は観察対象の明るさが１０ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５２は観察対象の明るさが２０ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５３は観察対象の明るさが５０ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５４は観察対象の明るさが１００ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５５は観察対象の明るさが２００ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５６は観察対象の明るさが５００ｃｄ／ｍ^２の場合である。

　コントラスト感度Ｓ（ｕ、ｗ）を示す式（２）は、式（５）のように変形できる。すなわち、観察対象における最大の明るさをＬ_ｍａｘ、最小の明るさをＬ_ｍｉｎとすると、コントラスト感度Ｓ（ｕ、ｗ）はコントラストの逆数であるため、式（５）のように表せる。

　式（５）の最右辺の分子はＬ_ｍａｘとＬ_ｍｉｎの和なので、とＬ_ｍａｘとＬ_ｍｉｎの平均値Ｌ_ａｖｅの２倍の値と等しくなる。さらに、式（５）の最右辺の分母はＬ_ｍａｘとＬ_ｍｉｎの差であり、これをΔＬと表すことにすると、式（５）は式（６）のように変形できる。

　これらを空間的な量として扱うなら観察対象の面内の明るさの分布を示す量となり、また、時間的な量として扱うなら、任意期間当たりの観察対象の明るさの変化を示す量として扱うことができる。

　ちらつきは明るさの時間的な変化量であり、式（６）は任意期間の明るさの変化量を同一期間の平均の明るさで規格化した値（Ｌｕｍｉｎａｎｃｅ　ｃｈａｎｇｅ）となる。この値を縦軸に取り、横軸を時間周波数（Ｔｅｍｐｏｒａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）として明るさの変化と周波数の関係を示したのが図３８（Ｂ）である。

　図３８（Ｂ）において、線５７は観察対象の明るさが０．５ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５８は観察対象の明るさが５ｃｄ／ｍ^２の場合である。線５９は観察対象の明るさが５０ｃｄ／ｍ^２の場合である。線６０は観察対象の明るさが５００ｃｄ／ｍ^２の場合である。

　線６０の極小値１．２２％よりも小さい輝度変化であることを示す領域６１は、輝度変化があっても人がちらつきとして感知することが難しい領域である。

　この結果を元に、人がちらつきとして感知することが難しい輝度変化量は、１．２２％と見積もられた。また、この輝度変化量を電圧変化量に変換すると、１０ｍＶ以内の変化であることがわかり、これを許容電圧変化量とした。

　前記許容電圧変化量となるような液晶材料を得るため、液晶分子の双極子モーメントの大きさに着目し、双極子モーメントが小さくなる分子構造について、所定の範囲になるように表１に示す計算ソフトウェアと計算方法で計算して見出した。

　計算した材料を合成し、材料の比抵抗を求めた。比抵抗の測定は母体液晶ＭＬＣ−７０３０（Ｍｅｒｃｋ　ｌｔｄ．　Ｊａｐａｎ製）に混合して測定した。このときの混合比は、合成した液晶材料が全体の２０重量％の割合になるようにした。

　計算により求めた、合成した液晶材料の双極子モーメントと、前記母体液晶との混合物の比抵抗の関係を、合成した液晶材料ごとに示したのが図１である。

　比抵抗として１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上とするには双極子モーメントを３デバイ以下とすることが有効なことがわかった。

　双極子モーメントが３デバイ以下となる材料のみを複数用いて液晶混合物を得た（改善材料）。改善材料は、複数の材料の分子の双極子モーメントが、０．０５から２．１８までであり、それらを混合して得た。表２には改善材料と、従来材料の誘電率異方性、屈折率異方性、液晶相（ネマティック相）から等方相への相転移温度、比抵抗を示す。

　なお、図１の点３０２と点３０４は、改善材料の一成分について、精製前の材料を前述の母体液晶に添加した場合の値（点３０２）と、精製後の材料を前述の母体液晶に添加した場合の値（点３０４）を示した。点３０４の方が点３０２よりも比抵抗の値が高くなっており、精製を行うことの効果が確認できた。

　図４６には改善材料、または従来材料を液晶層に用いた液晶素子の反射率（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）−電圧（Ｖｏｌｔａｇｅ）特性を示した。改善材料の特性を線６２に示し、従来材料の特性を線６４に示す。改善材料は誘電率異方性が小さくなり、中間調領域では、従来材料よりも特性が１Ｖ前後、高電圧側にシフトした。しかし、黒表示状態にするために電圧６Ｖ（点線６６）を印加したときの反射率のレベルは従来材料に近い値を確保できるまでになり、画像表示に対する影響を及ぼすほどの変化ではなかった。

　また、図２に、電圧保持率（ＶＨＲ：Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｈｏｌｄｉｎｇ　Ｒａｔｉｏともいう）の時間変化を示した。電圧保持率は、液晶層を挟持する電極に対して３Ｖの電圧を、１６．６ｍｓの期間、印加し、該電極間を開放した後保持された電圧との面積比として求めた。

　図２に示すグラフより、従来材料においては、３０秒経過後の電圧保持率（図２中、線３１）が９８．０％であるのに対し、改善材料においては、３０秒経過後の電圧保持率（図２中、線３２）が９８．８％であった。

　次に改善材料と従来材料の残留ＤＣ特性を測定した。図５に示すグラフは、双極子モーメントを０以上３以下である分子を有する液晶層の一例としての上記の改善材料と、比較例として従来材料の残留ＤＣ特性である。

　図５に示す残留ＤＣの測定方法としては、液晶層を挟持する電極に対して１０秒間、あるいは３０秒間、３Ｖの電圧を印加し、その後、電極間を１秒間短絡してから該電極間を開放した状態における電圧の時間変化を示している。なお、図５において、横軸が時間を、縦軸が電圧を、それぞれ表す。

　図５に示すグラフより、従来材料の特性を示す線３５、線３６よりも改善材料の特性を示す線３３、線３４の方が、残留ＤＣ電圧が低くなった。さらに、改善材料の残留ＤＣの値は３Ｖの電圧を１０秒間印加した後、１秒間短絡したものについては１０分間電極間を開放しても残留ＤＣは１０ｍＶ未満であり、３Ｖの電圧を３０秒間印加した後、１秒間短絡したものについては、３０秒間の開放時間であれば残留ＤＣは１０ｍＶ未満であり、上記のちらつきを感知することが難しい輝度変化量に相当する電圧変化量の範囲に入っていることを確認した。

　改善材料は、開放時間を３０秒よりも長くすると、残留ＤＣが増加して、最大で１５ｍＶになる。従来材料よりは残留ＤＣは小さくなっているためちらつきは感じにくくなっているが、残留ＤＣが１０ｍＶ以上とならないよう、改善材料でも、開放時間は３０秒以内とすることが、より望ましいと言える。フレーム周波数にすると、１／３０Ｈｚ以上とすることが、より望ましいと言える。

　本実施例に示す構成は、他の実施の形態及び他の実施例に示す構成と適宜組み合わせて用いることができる。

≪アクティブパネルで階調ずれ測定≫

　本実施例においては、本発明の一態様である表示装置を作製し評価を行った。

　本実施例の表示装置は、アクティブマトリクス反射型モノクロディスプレイとした。また、本実施例で作製した表示装置のバックプレーン側のＦＥＴとしては、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯを用いた。

　まず、本実施例で作製した表示装置の仕様を表３に示す。

　また、本実施例で作製した表示装置は、アクティブマトリクス反射型ＬＣＤ、モノクロディスプレイである。また、本実施例で作製した表示装置のバックプレーン側のＦＥＴとしては、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯを用いた。

　また、本実施例においては、液晶材料が異なる２つの表示装置を作製した。１つ目の表示装置としては、液晶材料として、実施例１に示す、複数の材料の分子の双極子モーメントが、０．０５から２．１８までであり、それらを混合して得られる材料（以下、「改善材料」と表す）を用いた。また、２つ目の表示装置としては、液晶材料に従来材料を用いた。

　図３０に、上記２種類の液晶材料を用いた表示装置の中間階調表示中の階調変化を示す。なお、図３０において、横軸が時間（Ｔｉｍｅ）を、縦軸が中間階調（グレイレベル）変化（Ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｉｎ　ｇｒａｙ　ｌｅｖｅｌ）を、それぞれ示す。図３０中で線３７は改善材料の階調ずれの時間変化を、線３８は従来材料の階調ずれの時間変化を示す。

　なお、本実施例の表示装置の駆動方法としては、フレーム周波数を０．０１７Ｈｚとした。

　図３０に示す結果より、従来材料では１フレーム（ここでは５０ｓｅｃ）中に５階調の階調変化であるが、改善材料では、１フレーム中に４階調の階調変化である。すなわち、従来材料と比較し、改善材料では、１階調の階調変化が低減された。これにより、改善材料）を用いることで、中間階調表示でのちらつきを抑制することができることが確認された。

≪アクティブパネルで焼き付き評価≫

　次に、上記作製した２種類の表示装置の焼き付きを評価した。

　評価方法としては、評価方法は連続で中間調を表示した際の階調（Ｈａｌｆ→Ｈａｌｆ　Ｔｏｎｅ）に対する、白表示後の中間調表示（Ｗｈｉｔｅ→Ｈａｌｆ　Ｔｏｎｅ）と、黒表示後の中間調表示（Ｂｌａｃｋ→Ｈａｌｆ　Ｔｏｎｅ）の階調のズレを測定した。

　図３１（Ａ）、（Ｂ）に、白黒表示後の階調変化を示す。なお、図３１（Ａ）、（Ｂ）において、横軸が中間調の書き込みからの時間（Ｔｉｍｅ）を、縦軸が中間階調（グレイレベル）変化（Ｃｈａｎｇｉｎｇ　ｉｎ　ｇｒａｙ　ｌｅｖｅｌ）を、それぞれ表す。図３１（Ｂ）中の線３９は従来材料における黒表示後の中間調表示の階調ずれ、線４０は従来材料における連続の中間調表示の階調ずれ、線４１は従来材料における白表示後の中間調表示の階調ずれを表している。また図３１（Ａ）中の線４２は改善材料における白表示後の中間調表示の階調ずれ、線４３は改善材料における連続の中間調表示の階調ずれ、線４４は改善材料における黒表示後の中間調表示の階調ずれを表している。

　図３１に示す結果より、従来材料では白表示後の中間調表示の階調ずれと、黒表示後の中間調表示の階調ずれとで、７階調のズレがあった。また、改善材料では白表示後の中間調表示の階調ずれと、黒表示後の中間調表示の階調ずれとで、１．１階調のズレがあった。このように、改善材料を用いることで階調のズレを抑制できることが確認できた。図３２に本実施例で作製した表示装置の表示例を示す。液晶材料に改善材料を用いた。図３２に示すように、実用上問題がなく、良好な表示を得ることができた。

≪画素配置の比較≫
　本実施例においては、縦画素配置と横画素配置という２種類の画素の配置方法を比較評価し、その結果を踏まえて、表示装置を試作した。本実施例で作製した表示装置の一態様について、以下説明を行う。

　画素領域の模式図を図３３（Ａ）に示す。図３３（Ａ）は画素の窓部の短辺を信号線に平行な配置とした場合であり、図３３（Ｂ）は比較の為、画素の窓部の長辺を信号線に平行な配置とした場合である。

　図３４（Ａ），（Ｂ）および図３５（Ａ）、（Ｂ）は、画素、信号線、走査線の配置方法において、液晶の配向状態を液晶配向シミュレータ（シンテック製ＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒ）で調べた結果である。シミュレーションの条件を表４に示す。

　液晶素子は消費電力の観点から、液晶素子はノーマリーホワイトの動作モードが効果的であり、Ｔｗｉｓｔｅｄ　ＥＣＢモードを採用している。

　図３５（Ａ）、（Ｂ）は、図３４（Ａ）、（Ｂ）中の点線ａ−ａ’、ｂ−ｂ’で示した領域の断面の、液晶分子の配向状態のシミュレーション結果となる。図３４（Ａ）より縦画素配置の場合、画素端に光漏れ９０４が発生している事が確認できる。液晶層には垂直方向に電界が印加され、大半の液晶分子９０５はその方向に配向するが、図３５（Ａ）の結果からは、画素電極９０６の間に横電界が発生し、その領域の液晶分子は横電界の影響を受けて基板に水平配向している事が確認できる。図３５（Ａ）の点線で囲んだ領域９０７の液晶分子が水平配向となって、光漏れ要因となっている。

　一方で、図３４（Ｂ）の様に横画素配置の場合、光漏れ９０４は画素のトランジスタが配置された領域に集中し、信号線の周辺には発生していない事が確認できる。

　また横画素配置の場合、画素電極の間には横電界が発生せず、このため領域９０７の液晶分子は本来、電界を印加する前の配向を維持するはずだが、実際には、図３５（Ｂ）に示すように、周辺の液晶分子の配向に追従することで、領域９０７の液晶分子が基板に垂直な配向をとっている事が確認できる。

　画素間の分子が電圧印加時に周辺の液晶分子との相互作用により垂直配向をとる事で、画素電極間に遮光性の層ＢＭを形成せずとも、遮光状態、すなわち、黒表示を得る事が可能となる。この結果を踏まえて、横画素配置を利用して作製したものが表示装置である。

　本実施例で作製した表示装置の仕様を表５に示す。

　液晶材料は実施例１に示す、複数の材料の分子の双極子モーメントが、０．０５から２．１８までであり、それらを混合して得られる材料（以下、「改善材料」と表す）を用いた。

　表示装置の画素部を光学顕微鏡で観察した結果が図３６である。図３６（Ａ）は黒表示の時の画素部、図３６（Ｂ）は白表示の時の画素部である。遮光性の層ＢＭを配置したのは画素のトランジスタ領域のみであるが、光漏れがなく良好な表示状態を得ていることが確認できた。

　表示装置の表示写真を図３７に示す。開口率に関しては、前述の効果を導入する事で８２％と高い値を得ている。また液晶材料に改善材料を利用したことで、リフレッシュレートを低減する駆動方法として、１／６０Ｈｚ駆動を実現した。さらにタッチパネルを組み込み、入出力も可能とした。

　また、本実施例で作製した表示装置は、アクティブマトリクス反射型ＬＣＤ、カラーディスプレイである。また、本実施例で作製した表示装置のバックプレーン側のＦＥＴとしては、ＣＡＡＣ−ＩＧＺＯを用いた。

　バックプレーン側のＦＥＴのオフ電流（Ｉｏｆｆ）特性と、比較の為、Ｓｉを用いた従来のＦＥＴのＩｏｆｆ特性を表６に示す。

　表６には画素の保持電圧の低下量ΔＶを、各フレーム周波数で示した。

　表６に示すトランジスタの中で、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたトランジスタは画素ＦＥＴに用いられ、また、Ｗ（チャネル幅）／Ｌ（チャネル長）＝３μｍ／３μｍのサイズである。表６より、トランジスタのＩｏｆｆが非常に小さいことが分かる．Ｉｏｆｆの低さから、静止画像表示時のＩＤＳ駆動（アイドリング・ストップ駆動：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）が可能であることが分かる。

　また、Ｉｏｆｆが低いため、フレーム周波数が０．２Ｈｚという低い周波数になっても保持電圧の低下量ΔＶは５×１０^−３Ｖ程度と小さくなり、低消費電力駆動が可能となった。

　表示装置は入力手段と組み合わせて作製した。結果、入出力装置としても利用可能となった。このときの表示例を図３７（Ａ）、図３７（Ｂ）に示した。

≪フリッカーの発生状態の比較≫
　本実施例においては、表示装置のフリッカーの発生状態を比較した結果を示す。

　図４４は一般的なアモルファスＳｉ液晶ディスプレイ（ａ−Ｓｉ　ＬＣＤ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）　ＬＣＤと、本発明の一態様である、ＣＡＡＣ−ＯＳを用いたＬＣＤのパネルのフリッカーの変動量を調べた結果である。図４４の縦軸は表示装置の透過光強度変動量を示しており、横軸は時間である。

　ａ−Ｓｉ　ＬＣＤパネルの透過光強度変動量である、線６４０１とＬＴＰＳ　ＬＣＤパネルの透過光強度変動量である線６４０２は、６０Ｈｚ駆動においてもフリッカーが生じていることを示す、１６ｍｓ周期の振動成分を含む波形を示しているが、ＣＡＡＣ−ＯＳ　ＬＣＤパネルの透過光強度変動量である、線６４０３では線６４０１、線６４０２のような１６ｍｓ周期の振動成分は確認できず、フリッカーが抑制されることが確認できた。

≪表示面の精細度の評価≫
　本実施例においては、表示装置等の表示面の最適な精細度の評価を実施した。文字や図形等を認識する場合を模式的に表現した方法として、図４１（Ａ）、（Ｂ）の２種のテストパターンを用い、この２種のテストパターンを微小な大きさで表示し、どの程度の距離で知覚できるか評価を行った。一般に読書時などの鑑賞距離は２０乃至４０ｃｍ程度となるので、評価時には表示装置と被験者の距離を０ｃｍ乃至４５ｃｍまでの範囲とした。

　精細度の評価は表７に示す条件及びパネルを使用し実施した。

　評価時の識別パターンは２乃至８画素周期の４条件で実施した。それぞれが１０５８ｐｐｉ、５２９ｐｐｐｉ、３５４ｐｐｉ、２６５ｐｐｉに相当する解像度のパネルで表現可能な最小パターンとなる。

　評価時はいずれかの識別パターンを任意の解像度相当でパネルに表示した。そのパネルを遠方から徐々に近づけ、被験者がそれぞれのパターンを識別したと判断した距離の平均値を示した結果が図４２である。図４２の横軸は表示装置と被験者の距離（鑑賞距離、Ｖｉｅｗｉｎｇ　ｄｉｓｔａｎｃｅ）であり、縦軸は精細度（解像度、Ｐｉｘｅｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）である。図４２において点６２０１（黒丸印）は図４１（Ｂ）の縞状パターンを見た時、点６２０２（白丸印）は図４１（Ａ）のチェッカーパターンを見た時の評価結果である。

　図４２では、人間の識別可能な空間周波数の限界が６０ｃｐｄ（ｃｙｃｌｅ　ｐｅｒ　ｄｅｇｒｅｅ）であるとした時の識別可能な精細度を鑑賞距離毎に計算した結果である、線６２０３もあわせて示している。計算上は鑑賞距離が近づくほど視野角あたりのパターンサイズが拡大するため識別可能な精細度も上昇する。しかしながら実際には、近距離では焦点を合わせづらい事が影響し、理想曲線からのずれも大きくなる傾向を示した。この結果より、読書時の距離が２０乃至４０ｃｍ相当である事を考慮し且つ、消費電力を考慮すると、４００ｐｐｉ程度が違和感ない文字表現で且つ低消費電力なデバイスを実現するために、最適な精細度であるといえる。

　本実施例においては、横画素方式を採用した表示装置を作製した。表示装置の仕様は２１２ｐｐｉ−６．０５インチ反射型ＬＣＤ及び４３４ｐｐｉ−５．９ｉｎｃｈ反射型である。試作パネルの仕様と特性を表８に示す。

　上記の表示装置では横画素方式を用いることで、それぞれ、２１２ｐｐｉで８２％及び４３４ｐｐｉで６８．８％と高い値を実現している。また、高開口率タイプでは、フレーム周波数を１Ｈｚ駆動とすることができ、超低消費電力化を実現した。なお、表８の左半分の表示装置の仕様は表５の表示装置と同じである。

　さらに今回の試作パネルでは高反射率電極の導入、ＣＦ（カラーフィルタ）の最適化もあわせて実施した。各改善項目の２１２ｐｐｉ反射型ＬＣＤへの導入効果について図４３に示す。図４３の縦軸はＮＴＳＣ比（ＮＴＳＣ　Ｒａｔｉｏ）、横軸は反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）である。図４３において点６３０１（×印）は改善前の表示装置の特性、点６３０２（白三角印）はＣＦの最適化後の値、点６３０３（白丸印）は反射電極を最適化した場合、点６３０４（黒丸印）は駆動方法を最適化した場合の特性である。

　次に試作した反射型ＬＣＤの光学特性を表９に示す。

　ここで、反射率の測定は、入射光を表示装置の表示面の法線方向から３０°傾いた角度から入射し、表示装置が反射した光を、表示装置の表示面の法線方向に設置した測定装置で測定した。反射率は、標準白色板の反射率を１００％とした場合の値である。

　またＮＴＳＣ　ｒａｔｉｏ（ＮＴＳＣ比）は、全米テレビジョン放送方式標準化委員会（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）が規定した、赤、青、緑の三原色の（ｘ、ｙ）色度図座標の各点を結んで得られる三角形の面積を１００％とした場合の、測定対象の赤、青、緑の三原色の（ｘ、ｙ）色度図座標の各点を結んで得られる三角形の面積の比である。

　また、４３４ｐｐｉの表示装置については、入射光の入射角を１５°から７０°の間で１°ずつ移動させた場合の反射率の特性を測定し、その結果を示す線６８を図４７に示した。

　図４８には２１２ｐｐｉのパネルと４３４ｐｐｉのパネルの（ｘ、ｙ）色度図を示す。図４８は、２１２ｐｐｉのパネルと４３４ｐｐｉのパネルにつき、それぞれ赤、青、緑の三原色を表示した時の、（ｘ、ｙ）色度図上の３点を結んで得られる三角形７２、三角形７４を示した。また比較のため、前述のＮＴＳＣが規定した赤、青、緑の三原色の（ｘ、ｙ）色度図座標の各点を結んで得られる三角形７０も示した。

　各種の改善効果を導入する事で、高精細タイプでは４３４ｐｐｉの高解像度を有し且つ反射率２５％、ＮＴＳＣ比３７％を実現した。表示写真を図４５（Ａ）、（Ｂ）に示す。電子書籍利用を目的として、タッチパネルによるメモ機能も搭載している（図４５（Ｃ））。

　本実施例に示す表示装置を試作するにあたっては、実施の形態９、及び実施例４で示したのと同様に画素周囲にて生じ得る光漏れにつき液晶配向シミュレータ（シンテック製ＬＣＤ　Ｍａｓｔｅｒ）にてシミュレーションを行った。図４９にシミュレーションに利用した画素配置を示す。液晶の動作モードは実施例４と同様に、ねじれＥＣＢ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　ＥＣＢ）モードである。

　図４９（Ａ）は縦画素配置（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｓｔｒｉｐｅ）の例であり、図４９（Ｂ）は横画素配置（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　Ｓｔｒｉｐｅ）の例である。図４９（Ａ）では画素電極ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３の長辺方向と信号線ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３が平行であり、さらに走査線ＧＬ１を有する。図４９（Ｂ）では画素電極ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３の長辺方向と走査線ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３が平行であり、信号線ＤＬ１を有する。

　また表１０に、図４９（Ａ）の縦画素配置の画素電極ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３、信号線ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３、走査線ＧＬ１の電圧設定値を示す。さらに表１０に、図４９（Ｂ）の横画素配置の画素電極ＰＥ１、ＰＥ２、ＰＥ３、走査線ＧＬ１、ＧＬ２、ＧＬ３、信号線ＤＬ１の電圧設定値を示す。なお、対向電極（Ｃｏｕｎｔｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）の電位は縦画素配置、横画素配置のいずれも０Ｖである。

　また、縦画素配置、横画素配置のいずれも駆動方法はソースライン反転駆動を想定したシミュレーションを行った。

　シミュレーション結果を図５０に示す。図５０（Ａ）は縦画素配置のシミュレーション結果であり、図５０（Ｂ）は横画素配置のシミュレーション結果である。縦軸は反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）を示し、横軸は画素領域の走査線に平行な方向（Ｘ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）における位置を示している。図５０（Ａ）、（Ｂ）において細かい線が多数分布しているが、これは配向ベクトル９５である。

　図５０（Ａ）の反射率を示す線９６は場所によって大きく変化し、反射率が２５％に達する場所もある。これは主に画素と画素の境界の領域９７での光漏れを示している。ソースライン反転駆動のため、隣接する画素同士の電圧の極性が正と負であって電位差が大きくなる。さらに、画素の精細度が上がり、画素の開口率もあがると、それだけ隣接する画素の距離も短くなるため隣接画素の影響が画素の周辺から画素の内部にまで入り込む傾向が顕著になる。領域９７の配向ベクトル９５の傾きが他の領域に比べて異なっていることが隣接画素の影響を示している。

　また縦画素配置としてカラー表示を行う場合、隣接する画素は異なる色相の画素となるため、隣接する画素の影響が大きいと、画素ごとの色相の独立性が低下することで色純度が低下し、色再現性が低下することにもなる。

　一方、図５０（Ｂ）は反射率を示す線９８の振幅は大幅に縮小し、大きいところでも２乃至３％程度になっている。横画素配置のため複数の信号線ＤＬ１の間隔は縦画素配置よりも広くなり、それだけ隣接する画素の影響を受けにくくなる。配向ベクトル９５の傾きが大きくは変化していないことが、この効果を反映している。

　また、横画素配置でカラー表示を行う場合、図５１（Ｂ）のように走査線に平行な方向の隣接画素は同一色相とし、走査線ごとに異なる色相のカラーフィルタを配置することが可能である。このように配置することで、ソースライン反転駆動により仮に隣接画素の影響を受けたとしても同一色相であるため、色純度の低下を抑制することが可能である。一方、図５１（Ａ）の縦画素配置は隣接画素の影響を受けやすく、色相の独立性が低下するので、表示画像の色純度が低下するおそれがある。

　本実施例の表示装置は上述の検討の結果を参考に作製したものであり、シミュレーションの傾向が実際に得られているか、表示装置を試作して確認した。

　図５２（Ａ）、（Ｂ）は表示装置の画素領域を顕微鏡で観察した結果を示した。図５２（Ａ）は赤、緑、青の画素が配列している状態を示した。また、図５２（Ｂ）は表示装置で緑色を表示しているときに画素領域を顕微鏡で拡大したもので、この画素配列の表示装置で緑色の画素のみ明状態となっていて、赤と青の画素は暗状態になっている。横画素配置にしたことで開口率を向上させ、なおかつ、画素周辺の光漏れが生じていないことが確認できた。

　図５３には本実施例に示した表示装置において、実施の形態３の第２のモードにてフレーム周波数を１Ｈｚとし、この周波数で中間調を表示させたときの輝度の時間変動を測定した結果である。縦軸は表示装置の中間調を明暗の間を２５６段階に分割としたときの、各中間調レベルの明るさを示し、横軸は経過時間を示している。中間調レベルは６種類で、それぞれ、０／２５５は線７６で、４１／２５５は線７８で、１１０／２５５は線８０で、１６５／２５５は線８２で、２０８／２５５は線８４で、２５５／２５５は線８６で示した。

　どの中間調レベルでも時間経過に伴う輝度の変動は小さく、したがって、１秒ごとにフレームが切り替わっても、輝度の変動が抑制されていることが確認できた。

　さらに、図５４には実施の形態の３に示す第２のモードのフレーム周波数を１Ｈｚ以下として、各フレーム周波数において５０％中間調レベルを表示させたときの輝度の時間変動を測定した結果を示す。各フレーム周波数と測定結果について、１Ｈｚのときの結果を線８８で、１／５Ｈｚのときの結果を線９０で、１／１０Ｈｚのときの結果を線９２で、１／３０Ｈｚのときの結果を線９４で、１／６０Ｈｚの時の結果を線９６で示した。なお図５４では、比較しやすくするために線８８、９０、９２、９４、９６を縦方向にずらして配置して示しており、それぞれの輝度の絶対値がこのように異なっているわけではない。

　中間調の段階の最小レベルを１ＬＳＢ（Ｌｅａｓｔ　Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　Ｂｉｔ）＝１／２５６とし、図５４では間隔が２ＬＳＢの目盛９９を示した。図５４に示すように、フレーム周波数が１Ｈｚ以下になっても、別の言い方をすると、１フレームの期間が１秒よりも長く、最大１分になったとしても、輝度の変動が２ＬＳＢ程度に抑制されていることが確認できた。

１１　　電極
１２　　電極
１３　　配向膜
１４　　配向膜
１５　　液晶分子
２１　　偏光板
２２　　偏光板
２３　　光検出器
２４　　矢印
２５　　矢印
３１　　線
３２　　線
３３　　線
３４　　線
３５　　線
３６　　線
３７　　線
３８　　線
３９　　線
４０　　線
４１　　線
４２　　線
４３　　線
４４　　線
４５　　線
４６　　線
４７　　線
４８　　線
４９　　線
５０　　線
５１　　線
５２　　線
５３　　線
５４　　線
５５　　線
５６　　線
５７　　線
５８　　線
５９　　線
６０　　線
６１　　領域
６２　　線
６４　　線
６６　　点線
６８　　線
７０　　三角形
７２　　三角形
７４　三角形
７６　線
７８　線
８０　線
８２　線
８４　線
８６　線
８８　線
９０　線
９２　線
９４　線
９５　配向ベクトル
９６　線
９７　領域
９８　線
９９　目盛
１００　　トランジスタ
１０１　　基板
１０２　　ゲート電極
１０３　　絶縁層
１０４　　酸化物半導体層
１０４ａ　　チャネル領域
１０４ｂ　　ｎ型領域
１０４ｃ　　ｎ型領域
１０５ａ　　電極
１０５ｂ　　電極
１０６　　絶縁層
１０７　　絶縁層
１１０　　トランジスタ
１１４　　酸化物半導体層
１１４ａ　　酸化物半導体層
１１４ｂ　　酸化物半導体層
１２０　　トランジスタ
１２４　　酸化物半導体層
１２４ａ　　酸化物半導体層
１２４ｂ　　酸化物半導体層
１２４ｃ　　酸化物半導体層
１５０　　トランジスタ
１５１　　絶縁層
１５２　　絶縁層
１５４　　絶縁層
１５６　　絶縁層
１６０　　トランジスタ
１６４　　酸化物半導体層
１６４ａ　　酸化物半導体層
１６４ｂ　　酸化物半導体層
１６４ｃ　　酸化物半導体層
１７０　　トランジスタ
２０２　画素
２０４　画素
２０６　画素
２０８　信号線
２１０　走査線
３０２　　点
３０４　　点
３０６　　点線
５００　　入力手段
５００＿Ｃ　　信号
６００　　液晶表示装置
６１０　　制御部
６１５＿Ｃ　　二次制御信号
６１５＿Ｖ　　二次画像信号
６２０　　演算装置
６２５＿Ｃ　　一次制御信号
６２５＿Ｖ　　一次画像信号
６３０　　表示部
６３１　　画素部
６３１ａ　　領域
６３１ｂ　　領域
６３１ｃ　　領域
６３１ｐ　　画素
６３２　　Ｇ駆動回路
６３２＿Ｇ　　Ｇ信号
６３３　　Ｓ駆動回路
６３３＿Ｓ　　Ｓ信号
６３４　　画素回路
６３４ｃ　　容量素子
６３４ｃ（ｉ）　　寄生容量
６３４ｃ（ｉ＋１）　　寄生容量
６３４ｔ　　トランジスタ
６３５　　表示素子
６３５＿１　　画素電極
６３５ＬＣ　　液晶素子
６５０　　光供給部
６７１　　演算装置
６７２　　記憶装置
６７３　　グラフィックユニット
６７４　　表示手段
７００　　表示モジュール
７０１　　基板
７０２　　画素部
７０４　　ソースドライバ回路部
７０５　　基板
７０６　　ゲートドライバ回路部
７０８　　ＦＰＣ端子部
７１０　　信号線
７１１　　配線部
７１２　　シール材
７１６　　ＦＰＣ
７１７　　保護膜
７３４　　絶縁膜
７３６　　着色膜
７３８　　遮光膜
７５０　　トランジスタ
７５２　　トランジスタ
７６０　　接続電極
７６４　　絶縁膜
７６６　　絶縁膜
７６８　　絶縁膜
７７０　　平坦化絶縁膜
７７２　　導電膜
７７４　　導電膜
７７５　　液晶素子
７７６　　液晶層
７７８　　構造体
７８０　　異方性導電膜
７９０　　容量素子
８００　　入出力装置
８０１　　表示モジュール
８０２　　画素
８０２Ｂ　　副画素
８０２Ｇ　　副画素
８０２Ｒ　　副画素
８０３ｃ　　容量
８０３ｇ　　走査線駆動回路
８０３ｔ　　トランジスタ
８１０　　基材
８１１　　配線
８１９　　端子
８２０Ｕ　　検知ユニット
８２１　　電極
８２２　　電極
８２３　　絶縁層
８３４　　窓部
８３６　　基材
８３７　　保護基材
８３７ｐ　　保護層
８３９　　検知回路
８５０　　入力装置
８６７ｐ　　反射防止層
８７２　　反射電極
８８０　　液晶素子
８９０　　保護膜
８９１　　ＦＰＣ端子部
９００　　信号線
９０１　　走査線
９０２　　画素
９０３　　画素トランジスタ領域
９０４　　光漏れ
９０５　　液晶分子
９０６　　画素電極
９０７　　領域
１４００　　携帯情報端末
１４０１　　筐体
１４０２　　表示部
１４０３　　操作ボタン
１４１０　　携帯電話機
１４１１　　筐体
１４１２　　表示部
１４１３　　操作ボタン
１４１４　　スピーカー
１４１５　　マイク
１４２０　　音楽再生装置
１４２１　　筐体
１４２２　　表示部
１４２３　　操作ボタン
１４２４　　アンテナ
５１００　　ペレット
５１２０　　基板
５１６１　　領域
６２０１　　点
６２０２　　点
６２０３　　線
６３０１　　点
６３０２　　点
６３０３　　点
６３０４　　点
６４０１　　線
６４０２　　線
６４０３　　線
ＢＭ　　遮光性の層
ＢＲ　　配線
ＣＳ　　配線
ＤＡＴＡ　　検知信号
ＤＬ　　信号線
ＤＬ１　　信号線
ＤＬ２　　信号線
ＤＬ３　　信号線
ＤＬ４　　信号線
ＤＬｉ　　信号線
ＤＬｘ　　信号線
ＦＰＣ１　　フレキシブル基板
ＦＰＣ２　　フレキシブル基板
ＧＬ　　走査線
ＧＬ１　　走査線
ＧＬ２　　走査線
ＧＬ３　　走査線
ＧＬｙ　　走査線
Ｍ１　　トランジスタ
Ｍ２　　トランジスタ
Ｍ３　　トランジスタ
Ｍ４　　トランジスタ
ＯＵＴ　　端子
ＰＥ１　　画素電極
ＰＥ２　　画素電極
ＰＥ３　　画素電極
ＰＥ４　　画素電極
ＰＥｘ　　画素電極
ＲＥＳ　　配線
Ｒｘ　　矢印
Ｒｙ　　矢印
ＶＰＩ　　配線
ＶＰＯ　　配線
ＶＲＥＳ　　配線

Claims

　フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、
　前記画素は、液晶層を有し、
　前記液晶層は、
　双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下である分子を有する、
　ことを特徴とする表示装置。
　フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、
　前記画素は、トランジスタと、液晶層とを有し、
　前記液晶層は、
　双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下である分子を有する、
　ことを特徴とする表示装置。
　フレーム周波数を１Ｈｚ以下として静止画像を表示する画素を有し、
　前記画素は、トランジスタと、液晶層と、反射電極と、を有し、
　前記液晶層は、
　双極子モーメントが０デバイ以上３デバイ以下である分子を有する、
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項２または請求項３において、
　前記トランジスタは、
　半導体層を有し、
　前記半導体層は、酸化物半導体を有する、
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項１乃至請求項３のいずれか一つにおいて、
　前記液晶層は、
　比抵抗が１．０×１０^１４（Ω・ｃｍ）以上である
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項１乃至請求項３のいずれか一つにおいて、
　前記画素は、
　電圧保持率が９８．８％以上、１００％以下である
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項１乃至請求項３のいずれか一つにおいて、
　前記フレーム周波数は、
　０．２Ｈｚ以下である、
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項３において、
　前記反射電極は、
　凹凸を有する、
　ことを特徴とする表示装置。
　請求項１乃至請求項３に記載のいずれか一つの表示装置と、
　タッチセンサと、
　を有することを特徴とする表示モジュール。
　請求項１乃至請求項３に記載のいずれか一つの表示装置と、
　操作キーまたはバッテリと、
　を有することを特徴とする電子機器。